JP2005159512A

JP2005159512A - 積層型バンドパスフィルタ

Info

Publication number: JP2005159512A
Application number: JP2003391983A
Authority: JP
Inventors: Kouji Shigesawa; 功士繁澤
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】ストリップライン共振器で構成されたセラミック積層型高周波バンドパスフィルタにおいて、減衰特性が優れた、且つ低背化が可能な小型積層バンドパスフィルタを提供する。
【解決手段】ストリップライン共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃが３個並列に配置され、その３個の共振器電極のうち両端に配置された共振器電極２３ａ、２３ｃが入出力電極２４、２５に接続され、この入出力側の２個のストリップライン共振器電極２３ａ、２３ｃの一部と対向するように飛び越し容量結合電極２７が前記共振器電極と異なる第２の層１６に配置され、前記入出力側のストリップライン共振器電極２３ａ、２３ｃと対向するように２本の直線状部を備えたコの字型の磁界結合電極２８が前記共振器電極と異なる第３の層１７に配置された。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話、無線ＬＡＮ、ブルートゥースなどの無線通信機器に使用される高周波バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、および高周波モジュール積層基板（ＬＴＣＣ）内に内層回路として配置される積層型高周波バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）に関する。

積層型高周波バンドパスフィルタとして、２個以上のストリップライン共振器を結合させてセラミックチップ内に内層し、バンドパスフィルタ特性を得ているものが広く知られている。これらのセラミック積層型バンドパスフィルタの先行技術として、２個のストリップライン共振器を結合させたタイプは、下記の特許文献に開示されたものが知られている。
特許第３２０８９６７号公報特許第３１９１５６０号公報特開平７−３１２５０３号公報特開平８−３１６１０１号公報

又、３個のストリップライン共振器を結合させたタイプとしては、例えば次に示す文献が知られている。
特開２０００−３２３９０８号公報特開２０００−３２３９０２号公報

特に、ストリップライン共振器を３個結合させた３ポールタイプのバンドパスフィルタは、通過帯域外の減衰特性を大きくするために入出力側の２個の共振器間を飛び越し結合させて減衰極を形成することが出来る。帯域外に形成される減衰極は飛び越し結合の形態により決定され、容量結合の場合は通過帯域より低域側に、磁界結合の場合は通過帯域より高域側に減衰極が形成される。そして、この飛び越し容量結合により減衰極を２個形成することができ、減衰特性の改善が図れることが知られている。その代表的な従来実施例を図１０に示す。

しかしながら、従来技術の積層型バンドパスフィルタでは、飛び越し容量結合により低域側に減衰極が２個形成され、減衰特性を改善することが出来るが、飛び越し結合容量を調整するだけでは２個の減衰極を別々に調整することが困難であるという問題があった。即ち、ストリップライン共振器電極、容量結合電極、飛び越し容量結合電極による誘導結合、容量結合をそれぞれ調整する必要があり、所望の位置に２個の減衰極周波数を合わせこむのが非常に困難であった。

また、近年の各機器の小型化、薄型化に伴い、このような積層型バンドパスフィルタも小型化と同時に低背化も要求されている。しかし、低背化すると上下のシールド電極間距離が小さくなり、入出力共振器間の飛び越し磁界結合が著しく小さくなるという問題がある。従って、減衰極周波数を自由にコントロールすることがますます困難となる。

本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、ストリップライン共振器で構成された積層型高周波バンドパスフィルタにおいて、減衰極周波数の設計の自由度が高く、減衰特性が優れた、且つ低背化が可能な小型積層バンドパスフィルタを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の積層バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）では、ストリップライン共振器電極が３個並列に配置され、３個の共振器電極のうち両端に配置された入出力側のストリップライン共振器電極の一部と対向するように飛び越し容量結合電極が配置され、かつ前記入出力側のストリップライン共振器電極と対向するように２本の直線状部を備えたコの字型の磁界結合電極が前記共振器電極と異なる層に配置されたことを特徴とする。

ここで、前記共振器電極の短絡側が同一方向のコムライン型になっていてもよく、また、前記共振器電極の短絡側が互い違い方向のインターデジタル型になっていてもよい。また、前記コの字型の磁界結合電極の両端は、前記３個のストリップライン共振器電極の短絡側に接続されていることが好ましいが、前記コの字型の磁界結合電極と前記共振器電極とをビアホールを介して導通接続するようにしてもよい。

本発明の積層型バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）によれば、飛び越し容量結合を持った３個のストリップライン共振器電極からなるバンドパスフィルタ（３ポールＢＰＦ）において、入出力側２個の共振器電極間を磁界結合させるコの字型電極を備えているので、飛び越し結合によって生じる２個の減衰極周波数を自由に調整することが層厚寸法のみを調整することで可能となり、要求特性に合わせた設計が容易となる。

これにより、低背化しても、通過帯域低域側の２個の減衰極周波数の位置が調整可能となり、減衰特性の良好な積層型バンドパスフィルタが提供される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態による積層型バンドパスフィルタの分解斜視図を示し、その外形図を図２に示す。なお、各図中、同一の機能を有する部材または要素には同一の符号を付して、その重複した説明を省略する。

図２に示すように、この積層型バンドパスフィルタは、表面実装型の積層チップバンドパスフィルタであり、左右の端面に入出力外部電極２、３を備え、中央の端面がＧＮＤ外部電極４となっている。この積層型バンドパスフィルタは、誘電体または磁性体グリーンシートに導電性材料ペーストを用いて電極パターンをスクリーン印刷等により形成し、積層し、焼成し、外部電極を設けることにより作製する。

図１において、１１〜１８は誘電体の各シートを示し、２１〜２９はそれらのシートの上面に形成された内部電極（Ａｇ、Ｃｕ等が主成分）を示す。シート１１は保護層であり、電極は印刷されていない。シート１２には、シールド電極２１が形成され、各内部電極層の最上部に配置され、奥側と手前側が露出し、外部ＧＮＤ電極に接続されシールド電極としての役割を果たす。シート１３には、後述するシート１４上に形成されたストリップライン共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃと組み合わせて動作する波長短縮容量電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃが形成されている。波長短縮容量電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃのそれぞれの開放端に対向するように配置され、奥側が露出しており外部ＧＮＤ電極と接続される。これにより、共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃとＧＮＤ間で容量を形成している。この容量により、ストリップライン共振器電極の共振周波数が下がるので、ストリップライン共振器電極の長さが短くでき、部品の小型化が図れる。

シート１４上には、ストリップライン共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃが形成され、片側は手前側に露出しＧＮＤ外部電極４（図２参照）と接続される。これにより３本の片側短絡（コムライン型）ストリップライン共振器となる。入出力側の共振器電極２３ａ、２３ｃには入出力電極２４、２５が接続されており、その入出力電極２４、２５はシートの左右の端部に露出し、入出力外部電極２、３（図２参照）に接続されている。

シート１５には容量結合電極２６ａ、２６ｃが形成されており、容量結合電極２６ａは共振器電極２３ａ、２３ｂ間の結合容量を形成し、容量結合電極２６ｃは共振器電極２３ｂ、２３ｃ間の結合容量を形成する。シート１６には飛び越し結合電極２７が形成されており、この結合容量により通過帯域の低域側に減衰極が形成される。すなわち、飛び越し結合電極２７は共振器電極２３ａ、２３ｃと容量結合し、この結合容量により通過帯域の低域側に２個の減衰極が形成される。シート１８には、シート１２と同様にシールド電極２９が形成され、各内部電極層の最下部に配置される。なお、以上の構成は図１０に示す従来例の構成と同じである。

この様な従来例と同じ内部電極構造を備えたバンドパスフィルタの等価回路は、図３（ａ）に示すようになる。Ｃｐ１は共振器電極２３ａの開放端側と波長短縮容量電極２２ａが対向することにより形成される容量を示す。Ｃｐ２は共振器電極２３ｂと波長短縮容量電極２２ｂが対向することにより生じる容量を示す。Ｃｐ３は共振器電極２３ｃと波長短縮容量電極２２ｃが対向することにより生じる容量を示す。また、Ｃｍ１は共振器電極２３ａと容量結合電極２６ａとで生じる結合容量を表し、Ｃｍ２は共振器電極２３ｂと容量結合電極２６ａで形成される容量を表し、Ｃｍ３は共振器電極２３ｂと容量結合電極２６ｃで形成される容量を表し、Ｃｍ４は共振器電極２３ｃと容量結合電極２６ｃで形成される容量を表す。また、Ｃａは容量結合電極２６ａ、２６ｃと、飛び越し結合電極２７間で生じる飛び越し容量を表す。また、Ｍ１２は共振器電極２３ａ、２３ｂ間の磁界結合、Ｍ２３は共振器電極２３ｂ、２３ｃ間の磁界結合を表し、Ｍ１３は共振器電極２３ａ、２３ｃ間の飛び越し磁界結合を表す。この飛び越し容量Ｃａと隣接する共振器間の結合により通過帯域より低域に減衰極が２個形成される。

本発明の積層型バンドパスフィルタでは、図１０に示す従来例と同じ構成のバンドパスフィルタに誘電体シート１７が追加され、その上にコの字型の磁界結合電極２８が形成されている。このコの字型の磁界結合電極２８の２本の直線状部は共振器電極２３ａ、２３ｃに対向するように配置され、手前側は露出し、共振器電極と同様に外部ＧＮＤ電極４（図２参照）に接続される。

図４は、波長短縮電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及びコの字型の磁界結合電極２８の上面から見た重なり具合を示す透視図である。この図に示す通り、コの字型の磁界結合電極２８の２本の直線状部は入出力側の共振器電極２３ａ、２３ｃに対向する位置に配置され、共振器電極２３ａ、２３ｃ間を磁界結合させる。

このように構成された本発明のバンドパスフィルタの等価回路を図３（ｂ）に示す。図３（ａ）に示す等価回路と異なるのは、飛び越し磁界結合電極２８による磁界結合Ｍ１４とＭ４３が追加されていることである。この磁界結合Ｍ１４、Ｍ４３により、結果的に入出力側の共振器電極２３ａ、２３ｃ間との磁界結合が強まることになる。そして、その磁界結合の大きさの調整はシート１５、１６の厚みを調整することにより行うことが出来、厚みを薄くすると共振器電極２３ａ、２３ｃと磁界結合電極２８間の距離が小さくなるので、結合が強くなり、厚くすると逆に結合が弱くなる。

この様に電極寸法を変えることなく、シートの厚みを調整するだけで結合の強弱が調整可能なので、容易に設計変更が行える。加えて、低背化してもこの電極により飛び越し磁界結合の結合量を自由にコントロールできる。もちろん、この実施形態では、シート１４、１５の厚みを変化させることで、飛び越し結合容量を変えることが出来るが、この場合は共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃと結合容量電極２６ａ、２６ｃ、２７間の距離も変化する為、容量結合度も同時に変化することになる。従って、容量結合度と磁界結合度を同時に変化させたい場合は、この層厚を調整しても良い。

この飛び越し磁界結合Ｍ１４、Ｍ４３と、飛び越し容量結合Ｃａを調整することにより通過帯域の低域側に形成される２個の減衰極を図３（ａ）と比較して自由にコントロールすることが出来る。飛び越し容量結合Ｃａと飛び越し磁界結合Ｍ１４、Ｍ４３を調整することにより、２個の減衰極周波数を変化させた場合の周波数特性を図５に示す。図５では、以上に示した調整方法で２個の減衰極ｆｐＨとｆｐＬのうち、低域側の減衰極ｆｐＬのみを変化させた場合の特性である。具体的には共振器電極と飛び越し磁界結合電極間の層厚と共振器電極と飛び越し容量結合電極間の層厚の両方を調整することによりｆｐＬのみを変化させている。ここでは、飛び越し磁界結合と飛び越し容量結合を両方大きくすることにより、ｆｐＬのみがｆｐＬ２、ｆｐＬ３と通過帯域の近傍に近づくことを示している。また、シート１４、１５、１６の層厚の調整により、減衰極ｆｐＬ、ｆｐＨの両方を、特に減衰させたい周波数帯域に合わせることができ、バンドパスフィルタとして優れた特性が得られる。なお、コの字型の磁界結合電極２８を備えない、図３（ａ）に示す等価回路のバンドパスフィルタでは、この様にｆｐＬのみを変化させることは困難である。

次に、この積層型バンドパスフィルタの製造方法について簡単に説明する。厚みが調整された誘電体（又は磁性体）のグリーンシート１１〜１８上に導電性の高いＡｇやＣｕを主成分とした導電性材料ペーストを、スクリーン印刷法などにより各グリーンシート上に電極パターン２１〜２９を印刷した後に、乾燥して積層する。なお、図示はしないが各シートの厚みを調整するために、何も印刷されていないシートを数枚重ねて厚みを調整しても良い。実際には、大判の多数個取りのグリーンシート上に、図１に示す各チップに対応した電極パターンの印刷をマトリクス状に行う。重ねたグリーンシートをプレスした後に、個別のチップに切断して分割する。その後、焼成を行い、図２に示した位置に外部電極２、３、４を塗布、焼き付け、メッキ等の処理を行い、表面実装型チップ部品としての積層バンドパスフィルタが完成する。

次に、本発明の第２実施形態の積層型バンドパスフィルタの分解斜視図を、図６に示す。第１実施形態では、共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃの短絡側が同じ方向であるコムライン型であったのに対し、第２の実施形態では共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃの短絡側が互い違いとなったインターデジタル型である。この実施形態においても、上下にシールド電極２１、２９を備え、波長短縮電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃも共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃのそれぞれの開放端に対向する位置に配置されている。共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ自体は片側短絡ストリップライン共振器電極であり、共振器電極の短絡側が互い違いとなったインターデジタル結合となっている。入出力電極２４、２５は、上記第１実施形態と同様に入出力側の共振器電極２３ａ、２３ｃの途中より取り出され、入出力外部電極２、３（図２参照）に接続される。飛び越し結合電極３０は入出力側の共振器電極２３ａ、２３ｃ間の飛び越し容量を形成する電極であり、その下にコの字型の磁界結合電極２８の２本の直線状部が入出力側の共振器電極２３ａ、２３ｃに対向する位置に配置されている。

図７（ａ）は、コの字型の磁界結合電極２８と共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ等を上面から透視して重なり具合を表示した図である。また、図７（ｂ）は、その等価回路を示す。上記第２実施形態においても第１実施形態と同様に、コの字型の磁界結合電極２８と共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ間の層厚と、飛び越し容量結合電極３０と共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ間の層厚を調整することにより、２個の減衰極周波数ｆｐＨ、ｆｐＬをそれぞれ調整可能である。

図８は、本発明の第３実施形態の積層型バンドパスフィルタの分解斜視図である。上記第１実施形態と比較して異なるのは、波長短縮容量電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの容量を形成する方法である。この実施形態では、共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃの開放端よりビアホールＶにてシート１３上の波長短縮容量電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃに接続され、この波長短縮容量電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃがシート１２のシールド電極２１と対向することによって、波長短縮容量が形成される。また、飛び越し結合電極３１が共振器電極２３ａ、２３ｃを飛び越し容量結合させる電極であり、コの字型の磁界結合電極２８が共振器電極２３ａ、２３ｃを飛び越し磁界結合させる電極である。この実施形態でも、飛び越し磁界結合電極２８と共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ間の層厚と、飛び越し容量結合電極３１と共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ間の層厚を調整することにより、同様に２個の減衰極周波数ｆｐＨ、ｆｐＬをそれぞれ調整可能である。

図９は、本発明の第４実施形態の積層型バンドパスフィルタの分解斜視図である。図８に示す第３実施形態と異なるのは、共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、コの字型の磁界結合電極２８の開放端の短絡をビアホールＶにて行っており、さらに最下部のシールド電極２９ビアホールＶを介して接続している点である。それ以外は第３実施形態と同じである。この実施形態でも、飛び越し磁界結合電極２８と共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ間の層厚と、飛び越し容量結合電極３１と共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ間の層厚を調整することにより、同様に２個の減衰極周波数ｆｐＨ、ｆｐＬをそれぞれ調整可能である。

以上に、代表的な本発明の実施形態を示したが、本発明の趣旨は、これらの実施形態に限定されるものではない。即ち、３個のストリップライン共振器電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有する３ポール型のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）において、入出力側の２個の共振器電極２３ａ、２３ｃ同士を磁界結合させることができるコの字型の磁界結合電極を設ける構造であれば、上記各実施形態に示したように、良好なバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）特性を得ることが出来る。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明の第１実施形態による積層型バンドパスフィルタの分解斜視図である。上記積層型バンドパスフィルタの外形図である。（ａ）は、コの字型の磁界結合電極を備えない場合の等価回路図であり、（ｂ）は、コの字型の磁界結合電極を備えた場合の等価回路図である。波長短縮電極と、共振器電極及びコの字型の磁界結合電極の上面から見た重なり具合を示す透視図である。２個の通過帯域低域側の減衰極周波数を変化させた場合の、本発明の積層型バンドパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。本発明の第２実施形態の積層型バンドパスフィルタの分解斜視図である。（ａ）は、第２実施形態の波長短縮電極と、共振器電極及びコの字型の磁界結合電極の上面から見た重なり具合を示す透視図であり、（ｂ）はその等価回路図である。本発明の第３実施形態の積層型バンドパスフィルタの分解斜視図である。本発明の第４実施形態の積層型バンドパスフィルタの分解斜視図である。従来例の積層型バンドパスフィルタの分解斜視図である。

符号の説明

１セラミックチップ
２、３入出力外部電極
４ＧＮＤ外部電極
１１〜１８シート
２１、２９シールド電極
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ波長短縮容量電極
２３ａ、２３ｂ、２３ｃストリップライン共振器電極
２４、２５入出力電極
２６ａ、２６ｃ容量結合電極
２７、３０、３１飛び越し容量結合電極
２８コの字型の磁界結合電極（飛び越し磁界結合電極）
Ｖビアホール

Claims

ストリップライン共振器電極が３個並列に配置され、その３個の共振器電極のうち両端に配置された共振器電極が入出力電極に接続され、この入出力側の２個のストリップライン共振器電極の一部と対向するように飛び越し容量結合電極が前記共振器電極と異なる第２の層に配置され、前記入出力側のストリップライン共振器電極と対向するように２本の直線状部を備えたコの字型の磁界結合電極が前記共振器電極と異なる第３の層に配置されたことを特徴とする積層型バンドパスフィルタ。
前記共振器電極の短絡側が同一方向のコムライン型になっていることを特徴とする請求項１記載の積層型バンドパスフィルタ。
前記共振器電極の短絡側が互い違い方向のインターデジタル型になっていることを特徴とする請求項１記載の積層型バンドパスフィルタ。