JP2006067222A - 積層型誘電体フィルタ - Google Patents

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順一 市川
Katsuhisa Murakami
勝久 村上
Takeshi Mitsuoka
健 光岡
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Abstract

【課題】通過帯域幅の調節を容易に行える積層型誘電体フィルタを提供する。
【解決手段】積層型誘電体フィルタが、第1の平面上に配置される第1、第2の平板電極と、第2の平面上に互いに略並列に配置される、第1の平板電極と容量結合する第1のストリップライン共振器と、第1、第2の平板電極の双方と容量結合する第2のストリップライン共振器と、第2の平板電極と容量結合する第3のストリップライン共振器と、第3の平面上に配置され、かつ第1、第2、第3のストリップライン共振器と容量結合する第3の平板電極と、第4の平面上に、第3の平板電極と対向して配置され、第1,第2、第3のストリップライン共振器の存在領域の幅の0.7倍を越える幅を有する第4の平板電極と、を具備する。
【選択図】図3

Description

本発明は、フィルタ、特に積層型誘電体フィルタに関する。
携帯電話、無線LAN等の通信機器において誘電体セラミックス等の誘電体を積層した積層型誘電体フィルタが用いられている。この積層型誘電体フィルタは、例えば、ストリップライン型の伝送線路が配置された誘電体基板を積層することで形成することができる。ここで、積層型誘電体フィルタの帯域を調節する技術が公開されている(特許文献1,2参照)。
特開平11−266102号公報 特許平11−266103号公報
しかしながら、積層型誘電体フィルタの帯域幅を適宜に調節するのは必ずしも容易ではない。例えば、特許文献2では2つの対称型ストリップライン共振器間を結合電極で結合する必要があり、積層型誘電体フィルタを構成する基板の数が増え、構造が複雑になる。
上記に鑑み、本発明は通過帯域幅の調節を容易に行える積層型誘電体フィルタを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る積層型誘電体フィルタは、第1の平面上に配置される第1、第2の平板電極と、前記第1の平面に積層的に配置される第2の平面上に互いに略並列に配置される、前記第1の平板電極と容量結合する第1のストリップライン共振器と、前記第1、第2の平板電極の双方と容量結合する第2のストリップライン共振器と、前記第2の平板電極と容量結合する第3のストリップライン共振器と、前記第2の平面に積層的に配置される第3の平面上に配置され、かつ前記第1、第2、第3のストリップライン共振器と容量結合する第3の平板電極と、前記第3の平面に積層的に配置される第4の平面上に、前記第3の平板電極と対向して配置され、前記第1,第2、第3のストリップライン共振器の存在領域の幅の0.7倍を越える幅を有する第4の平板電極と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば通過帯域幅の調節を容易に行える積層型誘電体フィルタを提供できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る積層型誘電体フィルタ100の回路構成を表す回路図である。
図1に示すように積層型誘電体フィルタ100は、入力端子Pi,出力端子Po、キャパシタ(コンデンサ:容量素子)C1,C2、C3,Ci、Co、共振素子L1〜L3を備える。このうち、キャパシタC1,C2、C3、共振素子L1〜L3は、積層型誘電体フィルタ10の特性を規定するためのものである。また、キャパシタCi、Coはそれぞれ入力端子Pi,出力端子Poへの容量結合のためのものであり、積層型誘電体フィルタ10の特性への影響は小さい。
共振素子L1〜L3は接地のための接地端子(「グランド端子」ともいう)Gを介して接地される。
入力端子Piは、例えばアンテナに接続され、信号が入力される。入力端子Piから入力された信号は周波数に応じて出力端子Poへと出力される。即ち、通過帯域内の周波数(例えば、4.9〜5.9GHz)の信号は入力端子Piから出力端子Poへと出力され、通過帯域外の周波数の信号は積層型誘電体フィルタ100内で減衰され、出力端子Poから出力されなくなる。
図2は、積層型誘電体フィルタ100の外観を表す斜視図である。
積層型誘電体フィルタ100は、基板110〜180を重ね合わせて構成される。基板110〜180に、例えば、ガラスセラミック(比誘電率εr=54、tanδ=1.6×10-3)からなる2012(2.0mm×1.25mm)タイプの基板を用い、厚膜印刷により銀ペースト等を印刷した電極パターンが形成される。
なお、基板110〜180は、ガラスセラミック以外のセラミック素材であっても良い。
各基板110〜180の側辺には所定の端子となる切り欠き部11〜18が形成されている。この切り欠き部11〜18は、積層時に基板110〜180の積層方向で一致し、積層方向に延びる溝部を構成する。この溝部に銀ペーストを印刷することで、入力端子Pi,出力端子Po、および接地端子Gとして機能することになる。
図3は、積層型誘電体フィルタ100を構成する基板110〜180を分離した状態を表す分解斜視図である。
基板110は、厚さ90〜100μm(95±5μm)であり、それぞれ切り欠き部11〜18に接続されるランドパターン(実装用の電極のパターン)111a〜111h(図示せず)を下面に有する。ランドパターン111a、111bはそれぞれ、入力端子Pi、出力端子Poに,ランドパターン111c〜111hは接地端子Gにそれぞれ対応する。
基板110は、上面に接地(グランド)用の平板電極112および接続部113〜115の電極パターンを有する。平板電極112は、接続部113〜115によって、接地端子Gに接続され、後述する平板電極121、122を外部から遮蔽し、積層型誘電体フィルタ100の動作の安定化を図ると共に、後述の平板電極131〜133のストリップライン共振器としての特性を規定する。平板電極112は、縦(X方向)横(Y方向)750μm×1500μmの矩形をなす。
基板120は、厚さ270〜300μm(280±10μm)であり、上面にキャパシタC1,C2用の平板電極121,122を有する。平板電極121,122は、後述の平板電極131〜133と容量結合することでキャパシタC1,C2として機能する。平板電極121は、平板電極131、132それぞれと容量結合することで、平板電極131、132間のキャパシタC1として機能する。平板電極122は、平板電極132、133それぞれと容量結合することで、平板電極132、133間のキャパシタC2として機能する。
平板電極121,122はそれぞれ、縦(X方向)横(Y方向)350μm×675μmの矩形をなし、互いの長手方向(Y方向)に直列に配置されている。
基板130は、厚さ40〜50μm(45±5μm)であり、上面に共振器L1〜L3用の平板電極131〜133を有する。平板電極131〜133はそれぞれ、一端近傍で後述のビア143〜145の下面と、他端で接地端子Gと接続される。平板電極131〜133はそれぞれ、縦(X方向)横(Y方向)900μm×250μm、900μm×250μm、900μm×250μmの矩形をなし、互いの幅方向(Y方向)に375μmの間隔をおいて並列に配置されている。
この平板電極131〜133は、接地用の平板電極112との配置関係に基づいてストリップライン共振器として機能する。
ここで、平板電極131〜133はそれぞれ、ストリップライン共振器として機能する平板電極151〜153に電気的に接続されていることから、共振器L1〜L3それぞれの特性は、平板電極131〜133,平板電極151〜153の双方により規定される。即ち、共振器L1〜L3は平板電極131〜133と,平板電極151〜153とに分割されている。これは、基板130の面積を増やさずに平板電極131〜133の配線長を実質的に大きくするためである。共振器L1〜L3を平板電極131〜133と、平板電極151〜153とに分割しないで構成することも可能である。
基板140は、厚さ60〜70μm(65±5μm)であり、上面に配置されるキャパシタCi,Co用の平板電極141、142と、基板140の上下に貫通する層間接続用のビア143〜145とを有する。平板電極141、142はそれぞれ、平板電極131、133と容量結合し、キャパシタCi、Coとして機能する。平板電極141、142はそれぞれ、接続部146,147で入力端子Pi、出力端子Poと接続される。平板電極141、142は、それぞれ、縦(X方向)横(Y方向)500μm×500μmの矩形をなす。
基板150は、厚さ40〜50μm(45±5μm)であり、上面に共振器L1〜L3用の平板電極151〜153を有する。平板電極151〜153はそれぞれ、その一端近傍に層間接続用のビア154〜156が配置される。平板電極151〜153はそれぞれ、縦(X方向)横(Y方向)600μm×250μm、700μm×250μm、600μm×250μmの矩形をなし、互いの幅方向(Y方向)に375μmの間隔をおいて並列に配置されている。
平板電極151〜153はそれぞれ、ビア154〜156、ビア143〜145によって、平板電極131〜133と電気的に接続される。即ち、平板電極151は平板電極131と電気的に接続され、平板電極112、171との間に1/4波長のストリップ線路からなる共振器L1を構成する。平板電極152は平板電極132と電気的に接続され、平板電極112、171との間に1/4波長のストリップ線路からなる共振器L2を構成する。平板電極153は平板電極133と電気的に接続され、平板電極112、117との間に1/4波長のストリップ線路からなる共振器L3を構成する。
基板160は、厚さ90〜100μm(95±5μm)であり、上面にキャパシタC3用の平板電極161を有する。平板電極161は、平板電極151〜153それぞれと容量結合し、キャパシタC3として機能する。平板電極161は、縦(X方向)横(Y方向)100μm×1200μmの矩形をなす。
なお、平板電極161は、平板電極151〜153に対して、平板電極171よりも接近しているが、平板電極151〜153と重なる領域の面積がそれほど大きくないことから、平板電極151〜153のストリップライン共振器としての特性に与える影響は限定され、キャパシタC3として考慮すれば足りる。
基板170は、上面に接地(アース)用の平板電極171および接続部172,173の電極パターンを有する。平板電極171は、接続部172,173によって、接地端子Gに接続される。平板電極171は、平板電極161を外部から遮蔽し、積層型誘電体フィルタ100の動作の安定化を図ると共に、平板電極151〜153のストリップライン共振器としての特性を規定する。
平板電極171の幅Lyは、例えば、1100〜1700μmの範囲である。後述するように、幅Lyを変化させることで積層型誘電体フィルタ100の通過帯域幅を調節することができる。
基板180は、積層型誘電体フィルタ100の内部、特に、平板電極171を外界から保護するために配置される。
(平板電極171の形状、寸法と積層型誘電体フィルタ100の特性との関係)
以下、平板電極171の形状、寸法と積層型誘電体フィルタ100の特性との関係につき説明する。
まず、図4、5に平板電極171の形状、寸法を表す。
図4は、縦(X方向)横(Y方向)の長さ(幅)がLx、Lyの平板電極171を表した平面図である。接続部172,173は、縦横Dx,Dyとしている。また、接続部172,173を除いた電極の幅をLy0としている。
図4には、平板電極151〜153、161の配置を破線で表し、平板電極151〜153が存在する領域の幅(信号の進行方向に対する幅)をLyyとしている。
図5は、平板電極171を平板電極171a、171bに区分した状態を表す平面図である。縦(X方向)横(Y方向)の長さ(幅)がLx、Lyの平板電極171のY方向中央に間隔Dgの間隙を形成したものとして、平板電極171a,171bを表した平面図である。即ち、縦横それぞれLx、(Ly−Dg)/2の平板電極171a,171bを間隔DgでY方向に並べたと考えてもよい。
A.平板電極171の幅Lyと積層型誘電体フィルタ100の特性との関係(シミュレーション)
図6は、図4に示す平板電極171の幅Lyを1100〜1700μmまで変化させた場合の積層型誘電体フィルタ100の周波数特性のシミュレーション結果を表すグラフである。
このグラフの横軸は入力端子Piに入力される信号の周波数[GHz]、縦軸は出力端子Poから出力される信号の入力端子Piから入力される信号に対する減衰(透過率)[dB]を表す。
ここでは、接続部172,173を除いた電極171の幅Ly0を1000μmとして、接続部172,173の幅Dyを50、100,200、250、300、350μmとすることで、電極171の幅Lyを1100、1200,1400,1500、1600、1700μmと変化させている。
平板電極171の縦(X方向)の長さをLx=750μm、接続部172,173の縦の長さをDx=150μmとしている。また、平板電極151〜153それぞれの横幅(Y方向)を250μm、間隙の幅を375μmとした。即ち、ここでは平板電極151〜153が存在する領域の幅Lyyは1500μmである。
周波数3GHzから透過率が上昇し、周波数4.7GHz付近に山(ピーク)を有する。周波数4.7GHzから5.8GHzの間は多少の波打ちはあるもののほぼ一定(平坦)である(通過帯域)。その後、5.8GHzから透過率が下降し7.7GHz付近で谷を有する。その後、周波数8.5GHz付近の山(極大)に向かって上昇しその後下降している。
図7は、図5に示す平板電極171a、171bの幅Lyを1100〜1700μmまで変化させた場合の積層型誘電体フィルタ100の周波数特性のシミュレーション結果を表すグラフである。
このグラフの横軸は入力端子Piに入力される信号の周波数[GHz]、縦軸は出力端子Poから出力される信号の入力端子Piから入力される信号に対する減衰(透過率)[dB]を表す。なお、間隔Dgを450μmとした以外は、図6の場合と条件を同一としている。
図7のグラフは図6とほぼ同様の傾向を示す。即ち、平板電極171の分割は、電極171の幅Lyによる積層型誘電体フィルタ100の特性の変化に本質的な影響を与える訳ではない。
図8は、帯域幅と幅Lyとの対応関係を表すグラフである。グラフの横軸が幅Lyであり、縦軸が帯域幅を表す。実線が図6(電極171を分割しない場合)に、破線が図7(電極171を分割した場合)に対応する。この帯域幅は、図6、7に示した透過率が基準値(5dB)を超える周波数範囲の幅で定義される。
ここで、幅Lyは平板電極151,152、153の存在領域の幅Lyyとの関係において相対化することができる。即ち、幅Lyに替えて、相対幅Fy=(Ly/Lyy)で表すことができる。このため、以下に幅Lyと相対幅Fyを併記する。
図6に示すように、減衰極Pの位置は幅Lyが大きくなるほど高周波側に移動している。
また、図6,7に示すように、幅Lyが1100μm(Fy=0.73)〜1400μm(Fy=0.93)の範囲で通過帯域幅が増加し、1400μm(Fy=0.93)付近で帯域幅が極大となり、その後減少に転じている。この結果から、相対幅Fyを0.7〜1.0程度の範囲で変化させることで、通過帯域幅を調節することが可能であることが判る。
幅Lyが1400μm(Fy=0.93)を越えた範囲でも通過帯域幅を調節することが可能であり、幅Lyが1400μm(Fy=0.93)以下の場合に比べ、幅Lyの変化に対する通過帯域幅の変化の割合が大きくなる傾向にある。
このように、相対幅Fy=0.9付近で帯域幅が極大となり、相対幅Fy0.7〜1.2程度の範囲で通過帯幅の調整が可能である。
以上のように、平板電極171の幅Lyを変化させることで、通過帯域幅を調節することができる。即ち、積層型誘電体フィルタ100の基本的な構成を変えることなく、特定の基板170上での電極パターンを変えることで、通過帯域幅を容易に調節することができる。
通過帯域幅が幅Lyに依存する原因として、共振器L1,L3を構成する平板電極151、153と電極171との上下の重なり合いが変化するためと考えられる。
平板電極171が平板電極151、153と重なるのは、幅Lyが1000μmより大きい範囲である。平板電極171の平板電極151、153への重なりFfを平板電極151,153の幅W0に対して平板電極171が重なる幅W1の比W1/W0として定義する。幅Lyが1000μmのときにはFf=0であり、幅Lyが1400μmのときにはFf=(1400−1000)/(2・250)=0.8である。重なりFfが0.2から0.8(幅Lyが1100μm〜1400μm)のとき通過帯域が増加し、Ffが0.8付近以降で通過帯域が減少に転じる。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施形態を説明する。
図9は、本発明の第2の実施形態に係る積層型誘電体フィルタ200の回路構成を表す回路図である。
図9に示すように積層型誘電体フィルタ200は、入力端子Pi,出力端子Po、キャパシタ(コンデンサ:容量素子)C1,C2、C3,インダクタLi,L0、共振素子L1〜L3を備える。積層型誘電体フィルタ200は、積層型誘電体フィルタ100のキャパシタCi,CoをインダクタLi,L0に替えたものである。即ち、積層型誘電体フィルタ100がC(容量)結合型であるのに対して、積層型誘電体フィルタ200はL(インダクタ)結合型である。
図10は、積層型誘電体フィルタ200を構成する基板110〜130,240,150〜180を分離した状態を表す分解斜視図である。なお、積層型誘電体フィルタ200の外観は積層型誘電体フィルタ100と同様、図2で表される。
積層型誘電体フィルタ200は、積層型誘電体フィルタ100の基板140を基板240と置き換えることで構成される。
基板240は、厚さ60〜70μm(65±5μm)であり、上面に配置されるインダクタLi,Lo用の平板電極241、243と、その間に配置される平板電極242、および平板電極241,242,243の1端近傍にあって基板240の上下に貫通する層間接続用のビア154〜156とを有する。平板電極241、243はそれぞれ、インダクタLi、Loとして機能し、接続部246,247で入力端子Pi、出力端子Poと接続される。平板電極242は、共振素子L2の共振周波数を調整するために配置される。なお、第1の実施形態でも、図3の基板140上の平板電極141、142の間にこの平板電極242と対応する平板電極を配置して、共振素子L2の共振周波数を調整することができる。
平板電極241、242,243はそれぞれ、縦(X方向)横(Y方向)750μm×250μm、750μm×250μm、750μm×250μmの矩形をなし、間隔375μmで並列に配置される。
本実施形態に係る積層型誘電体フィルタ200においても、電極171の幅Lyを変化することで、通過帯域幅を調節可能であることが確認された。即ち、入出力がC結合、L結合のいずれであるかは、積層型誘電体フィルタの本質的な特性を左右してはいない。
(その他の実施形態)
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の第1の実施形態に係る積層型誘電体フィルタの回路構成を表す回路図である。 本発明の第1の実施形態に係る積層型誘電体フィルタの外観を表す斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る積層型誘電体フィルタを構成する基板を分離した状態を表す分解斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る積層型誘電体フィルタを構成する平板電極の形状、寸法を表す平面図である。 本発明の第1の実施形態に係る積層型誘電体フィルタを構成する平板電極の形状、寸法を表す平面図である。 電極の幅と積層型誘電体フィルタの周波数特性との対応関係を表すグラフである。 電極の幅と積層型誘電体フィルタの周波数特性との対応関係を表すグラフである。 通過帯域幅と電極の幅との対応関係を表すグラフである。 本発明の第2の実施形態に係る積層型誘電体フィルタの回路構成を表す回路図である。 本発明の第2の実施形態に係る積層型誘電体フィルタを構成する基板を分離した状態を表す分解斜視図である。
符号の説明
100 積層型誘電体フィルタ
11〜18 切り欠き部
110〜180 基板
121 平板電極
131〜133 平板電極
141、142 平板電極
143〜145 ビア
151〜153 平板電極
154〜156 ビア
161 平板電極
171a、171b 平板電極

Claims (9)

  1. 第1の平面上に配置される第1、第2の平板電極と、
    前記第1の平面に積層的に配置される第2の平面上に互いに略並列に配置される、前記第1の平板電極と容量結合する第1のストリップライン共振器と、前記第1、第2の平板電極の双方と容量結合する第2のストリップライン共振器と、前記第2の平板電極と容量結合する第3のストリップライン共振器と、
    前記第2の平面に積層的に配置される第3の平面上に配置され、かつ前記第1、第2、第3のストリップライン共振器と容量結合する第3の平板電極と、
    前記第3の平面に積層的に配置される第4の平面上に、前記第3の平板電極と対向して配置され、前記第1,第2、第3のストリップライン共振器の存在領域の幅の0.7倍を越える幅を有する第4の平板電極と、
    を具備することを特徴とする積層型誘電体フィルタ。
  2. 前記第4の平板電極の幅が前記第1,第2、第3のストリップライン共振器の存在領域の幅の1.0倍以上である
    ことを特徴とする請求項1記載の積層型誘電体フィルタ。
  3. 前記第4の平板電極の幅が前記第1,第2、第3のストリップライン共振器の存在領域の幅の1.2倍未満である
    ことを特徴とする請求項1記載の積層型誘電体フィルタ。
  4. 前記第4の平板電極が接地される
    ことを特徴とする請求項1記載の積層型誘電体フィルタ。
  5. 前記第4の平板電極が、前記第2のストリップライン共振器に対応する間隙を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の積層型誘電体フィルタ。
  6. 前記第4の平板電極それぞれの1辺が、互いに略平行に配置される
    ことを特徴とする請求項5記載の積層型誘電体フィルタ。
  7. 前記第1の平面と前記2の平面との間に積層的に配置される第5の平面上に互いに略並列に配置される、前記第1のストリップライン共振器と電気的に接続される第4のストリップライン共振器と、前記第2のストリップライン共振器と電気的に接続される第5のストリップライン共振器と、前記第3のストリップライン共振器と電気的に接続される第6のストリップライン共振器と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の積層型誘電体フィルタ。
  8. 前記第1の平面と前記2の平面との間に積層的に配置される第6の平面上に配置される、前記第1のストリップライン共振器と容量結合する第5の平板電極と、前記第3のストリップライン共振器と容量結合する第6の平板電極と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の積層型誘電体フィルタ。
  9. 前記第1の平面と前記2の平面との間に積層的に配置される第6の平面上に配置される、前記第1のストリップライン共振器と電気的に接続される第5の平板電極と、前記第3のストリップライン共振器と電気的に接続される第6の平板電極と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の積層型誘電体フィルタ。
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