JP2007235778A - 積層型lcフィルタ - Google Patents

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Abstract

【課題】小形化を図った積層型LCフィルタを提供する。
【解決手段】積層型LCフィルタが,第1の螺旋状電極を構成する複数のインダクタンス素子,第1の螺旋状電極と重なり合った領域に配置される第1の螺旋状電極を構成する複数のインダクタンス素子を有する。第1,第2の螺旋状電極が重なった領域に配置されることで,積層型LCフィルタの小形化が図られる。
【選択図】図3

Description

本発明は,例えば,携帯電話機,無線LAN等の高周波の回路部品として用いられる積層型LCフィルタに関する。
無線通信等に利用する複数の周波数の信号を処理するために所望の周波数範囲(通過帯域)の信号を通過し,それ以外の周波数の信号を減衰させるバンドパスフィルタとして積層型LCフィルタが用いられる。積層型LCフィルタは,導体層をパターニングした複数の基板を積層することで構成することができる。
スルーホールを介して,コイル電極を接続することで,構成され,かつ電磁的に結合された2つの螺旋状電極を用いたフィルタの技術が開示されている(特許文献1参照)。
特開平6−53704号公報
前記特許文献1に開示された技術では,2つの螺旋状電極の電磁的結合が主として互いの位置関係によって規定される。このため,フィルタの外形サイズと,その特性とが結びつき易い。即ち,フィルタの特性と,その外形サイズを分離して決定することが困難となり,設計の自由度が制限される可能性がある。
上記に鑑み,本発明は小形化を図った積層型LC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LCフィルタは,グランドに接続される平板導体を有する第1の層と,前記平板導体とそれぞれ容量結合する第1,第2のインダクタンス素子を有し,前記第1の層上に積層される第2の層と,前記第1のインダクタンス素子と電気的に接続される第3のインダクタンス素子と,前記第2のインダクタンス素子と電気的に接続される第4のインダクタンス素子と,を有し,前記第2の層上に積層される第3の層と,前記第3のインダクタンス素子と電気的に接続される第5のインダクタンス素子と,前記第4のインダクタンス素子と電気的に接続される第6のインダクタンス素子と,を有し,前記第3の層上に積層される第4の層と,前記第5のインダクタンス素子と電気的に接続される第7のインダクタンス素子と,前記第6のインダクタンス素子と電気的に接続される第8のインダクタンス素子と,を有し,前記第4の層上に積層される第4の層と,前記第5のインダクタンス素子と電気的に接続される第1の端子と,前記第6のインダクタンス素子と電気的に接続される第2の端子と,前記第7,第8のインダクタンス素子を電気的に接続する接続部と,を具備し,前記第1,第3,第5のインダクタンス素子が第1の領域に配置される第1の螺旋状電極を構成し,前記第2,第4,第6のインダクタンス素子が前記第1の領域と少なくとも一部が重なった第2の領域に配置される第2の螺旋状電極を構成することを特徴とする。
本発明によれば,小形化を図った積層型LCフィルタを提供できる。
図1は,本発明の一実施形態に係る積層型LCフィルタ10の概念的な回路構成を表す回路図である。
図1に示すように積層型LCフィルタ10は,端子T1,T2,接地端子(グランド端子)G,インダクタ(インダクタンス素子)L10,L20,キャパシタ(キャパシタンス(容量)素子,コンデンサ)C1〜C7を備える。
信号が端子T1に入力され,端子T2から出力される。
インダクタL10,L20はそれぞれ,インダクタL11〜L17およびインダクタL21〜L27を接続して構成される。後述のように,インダクタL10,L20はそれぞれ,螺旋状のコイルから構成され,インダクタとしての機能の増大を図っている。また,インダクタL10,L20はほぼ同一の領域に配置され,いわゆる二重らせん構造を形成する。この結果,積層型LCフィルタ10の小形化が図られる。
キャパシタC1〜C7は,インダクタL10,L20を容量結合する。但し,このキャパシタC1〜C7は,概念的なものであり,必ずしも実際の構成要素と一対一に対応する訳ではない。キャパシタC1〜C7全体が,後述のキャパシタC11〜C18,C21〜C28,C31〜C37,C41〜C47の全体と対応すると考えられる。
図2A,図2Bは,本発明の一実施形態に係る積層型LCフィルタ10の外観を表す斜視図である。図2A,図2Bはそれぞれ,積層型LCフィルタ10を上方,下方から見た状態を表す。
積層型LCフィルタ10は,基板11〜20を重ね合わせて構成される。基板11〜20に,例えば,ガラスセラミック(誘電率εr=7.9,tanδ=4.8×10-3)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。これらの基板11〜20を高さ0.95mm程度に積層することで積層型LCフィルタ10が構成される。
なお,基板11〜20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11〜20の側辺には所定の端子となる切欠部31〜33が形成されている。この切欠部31〜33は,積層時に基板11〜20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,端子T1,T2,および接地端子Gとして機能することとなる。切欠部31,32がそれぞれ端子T1,T2に,切欠部33が接地端子Gに対応する。
なお、基板11〜20の側面に切欠部31〜33(溝部)を設けなくても良い。切欠部31〜33が無くても,基板11〜20の側面への印刷によって端子T1,T2,接地端子Gに対応する電極パターンを形成できる。
基板11の下面にランドパターン(実装用の電極のパターン)35〜37が配置される。ランドパターン35〜37はそれぞれ,端子T1,T2,接地端子Gに対応する。
図3は,積層型LCフィルタ10を構成する基板11〜20を分離した状態を表す分解斜視図である。基板11〜20上に平板電極111〜191,122〜182等が配置される。基板11〜20間に層が配置され,この層内に平板電極111〜191,122〜182等が配置されると観念することができる。
基板11の上面に,接地(アース)用の平板電極111および接続部113の電極パターンが配置される。平板電極111は,後述する平板電極121,122に静電的に結合(容量結合)される。平板電極111は,接続部113によって,接地端子Gに接続される。平板電極121,122を外部から遮蔽し,積層型LCフィルタ10の動作の安定化を図るためである。平板電極111は,後述の平板電極131,132それぞれと静電的に結合し,キャパシタC31,C41を構成する。
基板12は,略平行に配置される矩形状の平板電極121,122の電極パターンを有する。
平板電極121,122は,インダクタL11,L21として機能する。平板電極121,122は,平板電極111と対向して配置され,平板電極111と静電的に結合し,キャパシタC11,C21を構成する。
平板電極121,122の一端はそれぞれ,後述の平板電極132,131の一端と静電的に結合し,キャパシタC12,C22を構成する。ここで,平板電極111,121および平板電極132,131の内,キャパシタC12,C22として機能する部分を一点鎖線で区分した。なお,後述の他のキャパシタC13〜C17,C23〜C27についても同様に,平板電極を一点鎖線で区分している。
平板電極121,122の他端は,後述のビア135,136を介して,平板電極131,132の他端と電気的に接続される。平板電極121,122はそれぞれ,後述の平板電極142,141と静電的に結合し,キャパシタC32,C42を構成する。
基板13は,略平行に配置される矩形状の平板電極131,132の電極パターンおよびビア135,136を有する。
平板電極131,132は,インダクタL12,L22として機能する。平板電極131,132の一端はそれぞれ,平板電極122,121の端部と静電的に結合し,キャパシタC22,C12を構成する。平板電極131,132の一端はそれぞれ,後述の平板電極142,141の一端と静電的に結合し,キャパシタC13,C23を構成する。平板電極131,132の他端は,後述のビア145,146を介して,平板電極141,142の他端と電気的に接続される。平板電極131,132はそれぞれ,後述の平板電極152,151と静電的に結合し,キャパシタC33,C43を構成する。
ビア135,136はそれぞれ,平板電極131,132と平板電極121,122とを電気的に接続するための層間接続部である。
基板14は,略平行に配置される矩形状の平板電極141,142の電極パターンおよびビア145,146を有する。
平板電極141,142はそれぞれ,平板電極122,121と略同一の寸法であり,平面上の略同一の位置に配置される。即ち,積層型LCフィルタ10の上方から見ると,平板電極141,142はそれぞれ,平板電極122,121と重なって見える。
これは後述の平板電極161,162,181,182においても同様である。即ち,平板電極121,122,平板電極142,141,平板電極161,162,平板電極182,181はそれぞれ,略同一の寸法であり,平面上の略同一の位置に配置され,積層型LCフィルタ10の上方から見ると,重なって見える。
平板電極141,142は,インダクタL13,L23として機能する。平板電極141,142の一端はそれぞれ,平板電極132,131の端部と静電的に結合し,キャパシタC23,C13を構成する。平板電極141,142の一端はそれぞれ,後述の平板電極152,151の一端と静電的に結合し,キャパシタC14,C24を構成する。平板電極141,142の他端は,後述のビア155,156を介して,平板電極151,152の他端と電気的に接続される。平板電極141,142はそれぞれ,後述の平板電極162,161と静電的に結合し,キャパシタC34,C44を構成する。
ビア145,146はそれぞれ,平板電極141,142と平板電極131,132とを電気的に接続するための層間接続部である。
基板15は,略平行に配置される矩形状の平板電極151,152および接続部153,154の電極パターンおよびビア155,156を有する。
平板電極151,152はそれぞれ,平板電極132,131と略同一の寸法であり,平面上の略同一の位置に配置される。即ち,積層型LCフィルタ10の上方から見ると,平板電極151,152はそれぞれ,平板電極132,131と重なって見える。
これは後述の平板電極171,172においても同様である。即ち,平板電極111,112,平板電極132,131,平板電極151,152,平板電極172,171はそれぞれ,略同一の寸法であり,平面上の略同一の位置に配置され,積層型LCフィルタ10の上方から見ると,重なって見える。
平板電極151,152は,インダクタL14,L24として機能する。平板電極151,152の一端はそれぞれ,平板電極142,141の端部と静電的に結合し,キャパシタC24,C14を構成する。平板電極151,152の一端はそれぞれ,後述の平板電極162,161の一端と静電的に結合し,キャパシタC15,C25を構成する。平板電極151,152の他端は,後述のビア165,166を介して,平板電極161,162の他端と電気的に接続される。平板電極151,152はそれぞれ,後述の平板電極172,171と静電的に結合し,キャパシタC35,C45を構成する。
接続部153,154はそれぞれ,平板電極151,152を端子T1,T2と電気的に接続する。
ビア155,156はそれぞれ,平板電極151,152と平板電極141,142とを電気的に接続するための層間接続部である。
基板16は,略平行に配置される矩形状の平板電極161,162の電極パターンおよびビア165,166を有する。
平板電極161,162は,インダクタL15,L25として機能する。平板電極161,162の一端はそれぞれ,平板電極152,151の端部と静電的に結合し,キャパシタC25,C15を構成する。平板電極161,162の一端はそれぞれ,後述の平板電極172,171の一端と静電的に結合し,キャパシタC16,C26を構成する。平板電極161,162の他端は,後述のビア175,176を介して,平板電極171,172の他端と電気的に接続される。平板電極161,162はそれぞれ,後述の平板電極182,181と静電的に結合し,キャパシタC36,C46を構成する。
ビア165,166はそれぞれ,平板電極161,162と平板電極151,152とを電気的に接続するための層間接続部である。
基板17は,略平行に配置される矩形状の平板電極171,172の電極パターンおよびビア175,176を有する。
平板電極171,172は,インダクタL16,L26として機能する。平板電極171,172の一端はそれぞれ,平板電極162,161の端部と静電的に結合し,キャパシタC26,C16を構成する。平板電極171,172の一端はそれぞれ,後述の平板電極182,181の一端と静電的に結合し,キャパシタC17,C27を構成する。平板電極171,172の他端は,後述のビア185,186を介して,平板電極181,182の他端と電気的に接続される。平板電極171,172はそれぞれ,後述の平板電極191と静電的に結合し,キャパシタC37,C47を構成する。
ビア175,176はそれぞれ,平板電極171,172と平板電極161,162とを電気的に接続するための層間接続部である。
基板18は,略平行に配置される矩形状の平板電極181,182の電極パターンおよびビア185,186を有する。
平板電極181,182は,インダクタL17,L27として機能する。平板電極181,182の一端はそれぞれ,平板電極172,171の端部と静電的に結合し,キャパシタC27,C17を構成する。平板電極181,182の一端は,後述のビア195,196を介して,平板電極191と電気的に接続される。
ビア185,186はそれぞれ,平板電極181,182と平板電極171,172とを電気的に接続するための層間接続部である。
基板19は,接地用の平板電極191および接続部193の電極パターンおよびビア195,196を有する。平板電極191は,接続部193によって,接地端子Gと電気的に接続される。平板電極181,182を外部から遮蔽し,積層型LCフィルタ10の動作の安定化を図るためである。
ビア195,196はそれぞれ,平板電極191と平板電極181,182とを電気的に接続するための層間接続部である。ビア195,196,平板電極191は,平板電極181,182を接続する接続部として機能する。
基板20は,特段のパターンを有せず,主として基板19を保護するためのものである。
平板電極121〜181および平板電極122〜182はそれぞれ全体として,コイル(螺旋状電極)を構成する。即ち,7つの矩形状の平板電極121〜181を90°ずらして配置し,これらを電気的に接続することで,右に7/4巻きのコイル状のインダクタL10が構成される。また,7つの矩形状の平板電極122〜182を90°ずらして配置し,これらを電気的に接続することで,右に7/4巻きのコイル状のインダクタL20が構成される。
なお,インダクタL10,L20のねじれの向きは変更可能である。本実施形態では,平板電極121〜181,122〜182の一端に対応して,ビア135〜195,136〜196を配置している。その結果,インダクタL10,L20が右ねじれのコイルとなっている。これに対して,平板電極121〜181,122〜182の他端に対応して,ビア135〜195,136〜196を配置することで,インダクタL10,L20が左ねじれのコイルとなる。
ここで,「螺旋状」は,所定の軸を周回しながら,その軸に対して進んでゆく空間曲線を表すものとする。一般に,いわゆる「螺旋」は,円柱に巻きつきながら円柱に沿って一定の歩みで進んでゆく形の空間曲線を表すものとされている。これに対して,「螺旋状」はより広義であり,狭い意味での「螺旋」には限定されない。
上方から見た場合,狭義の「螺旋」は円形に限定される。これに対して,「螺旋状」は形状が限定されず,例えば,多角形(本実施形態では,矩形),直線と曲線とを適宜に組み合わせた形状とすることができる。また,「螺旋状」では,上方からみた形状が一定でなくても良い。例えば,軸の上側,下側で形状が異なっても差し支えない。即ち,「螺旋状」では,「軸を周回」していれば,上方から見た形状は問われない。
また,狭義の「螺旋」では「一定の歩みで進んでいく」ことが条件となるのに対して,「螺旋状」は進みの一定性は問われない。例えば,平板電極121〜181は互いに平行な平面上に配置され,平板電極121〜181自体はこの平面に垂直な軸に対して進んではいない。平板電極121〜181がビア135〜185で接続されることで,結果としてこの軸に対して進むことになる。
以上のように,「螺旋状」は,所定の軸を周回しながら,その軸に対して進んでゆく空間曲線一般を表すものとする。この軸に対する「周回」および「進み」は,その形状全体で達成されていれば良い。例えば,「螺旋状」の形状の一部では軸に対する「周回」および「進み」の要素が無いことが許容される。このような形状の電極であっても,磁気的なコイルとして機能し得るからである。
インダクタL10,L20がそれぞれ配置される第1,第2の領域が重なっている(一種の2重螺旋構造)。即ち,積層型LCフィルタ10の上方から見ると,2つのインダクタL10,L20がほぼ重なり合って配置される。インダクタL10,L20が重なり合って配置されることで,効率よく空間を利用することが可能となり,積層型LCフィルタ10の小型化が容易となる。
また,キャパシタC11〜C18,C21〜C28,C31〜C37,C41〜C47により,インダクタL10,L20間を強力に容量結合することができる。
以上のように,本実施形態では,インダクタL10,L20が重なり合って配置され,かつその間に大きな容量結合が生じている。従い,狭い面積内に,大きなインダクタンス,キャパシタンスを持たせることが可能となる。この結果,比較的小型の積層型LCフィルタ10に比較的低周波の特性を持たせることが容易になる。即ち,積層型LCフィルタの設計の自由度が向上する。
積層型LCフィルタ10の特性につき説明する。
図4は,本発明の一実施形態に係る積層型LCフィルタ10の減衰率ARの周波数特性を表したグラフである。図4の横軸が高周波信号の周波数f[GHz],縦軸が減衰率AR[dB]に対応する。
減衰率ARは,端子T1から信号を入力したときにおける端子T1での信号強度W1と端子T2から出力される信号強度W2の比(AR=W2/W1)である。
本図に示すように,積層型LCフィルタ10は,バンドパスフィルタとして良好に機能している。
(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。
(1)本実施形態のインダクタL10,L20は,右巻きのコイルから構成されている。これに対して,インダクタL10,L20を左巻きのコイルから構成してもよい。
(2)本実施形態では,平板電極121〜181,122〜182を略矩形状としているが,他の形状を採用することができる。例えば,くの字型,コの字型に曲がった形状を採用できる。
(3)本実施形態のインダクタL10,L20(螺旋状電極)が配置される第1,第2の領域は,ほぼ一致している。これに対して,この第1,第2の領域の一部が重なるようにすることも可能である。例えば,平板電極131,132(平板電極171,172を含めても良い)それぞれに対して,平板電極152,151を紙面の左右にずらす。このようにすると,インダクタL10,L20(結果として,第1,第2の領域)を紙面の左右にずらすことができる。
(4)本実施形態では,平板電極121,122,平板電極142,141,平板電極161,162,平板電極182,181それぞれを略同一の形状とし,積層型LCフィルタの上方から見て略同一の位置に配置している。この結果,これらの平板電極間に容量結合を生じさせている。これに対して,平板電極121,122,平板電極142,141,平板電極161,162,平板電極182,181の全部または一部でその形状,位置を異ならせることで,容量結合を小さくしたり,事実上無くしたりすることができる。
(5)本実施形態では,端子T1,T2を平板電極151,152に接続している。端子T1,T2を平板電極121〜181,122〜182の何れに接続することも可能である。
(6)本実施形態では,螺旋の巻き数を7/4としている。この巻き数は適宜に変更可能である。例えば,積層する基板を増加することで,巻き数を増加することが可能である。
本発明の一実施形態に係る積層型LCフィルタ10の概念的な回路構成を表す回路図である。 本発明の一実施形態に係る積層型LCフィルタの外観を表す図である。 本発明の一実施形態に係る積層型LCフィルタの外観を表す図である。 本発明の一実施形態に係る積層型LCフィルタを構成する多層基板を分離した状態を表す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る積層型LCフィルタの周波数特性を表したグラフである。
符号の説明
10 積層型LCフィルタ
11-20 基板
31-33 切欠部
35-37 ランドパターン
111-191,122-182 平板電極
113,153,154,193 接続部
135-195,136-196 ビア

Claims (5)

  1. グランドに接続される平板導体を有する第1の層と,
    前記平板導体とそれぞれ容量結合する第1,第2のインダクタンス素子を有し,前記第1の層上に積層される第2の層と,
    前記第1のインダクタンス素子と電気的に接続される第3のインダクタンス素子と,前記第2のインダクタンス素子と電気的に接続される第4のインダクタンス素子と,を有し,前記第2の層上に積層される第3の層と,
    前記第3のインダクタンス素子と電気的に接続される第5のインダクタンス素子と,前記第4のインダクタンス素子と電気的に接続される第6のインダクタンス素子と,を有し,前記第3の層上に積層される第4の層と,
    前記第5のインダクタンス素子と電気的に接続される第7のインダクタンス素子と,前記第6のインダクタンス素子と電気的に接続される第8のインダクタンス素子と,を有し,前記第4の層上に積層される第4の層と,
    前記第5のインダクタンス素子と電気的に接続される第1の端子と,
    前記第6のインダクタンス素子と電気的に接続される第2の端子と,
    前記第7,第8のインダクタンス素子を電気的に接続する接続部と,を具備し,
    前記第1,第3,第5のインダクタンス素子が第1の領域に配置される第1の螺旋状電極を構成し,前記第2,第4,第6のインダクタンス素子が前記第1の領域と少なくとも一部が重なった第2の領域に配置される第2の螺旋状電極を構成することを特徴とする積層型LCフィルタ。
  2. 前記第1,第3,第5のインダクタンス素子がそれぞれ,互いに角度を有して配置される略矩形状の平板電極により構成され,
    前記第2,第4,第6のインダクタンス素子がそれぞれ,互いに角度を有して配置される略矩形状の平板電極により構成される
    ことを特徴とする請求項1記載の積層型LCフィルタ。
  3. 前記第3のインダクタンス素子が前記第2,第6のインダクタンス素子と容量結合し,
    前記第4のインダクタンス素子が前記第1,第5のインダクタンス素子と容量結合する,
    ことを特徴とする請求項1記載の積層型LCフィルタ。
  4. 前記第1,第6のインダクタンス素子および前記第2,第5のインダクタンス素子がそれぞれ容量結合される
    ことを特徴とする請求項1記載の積層型LCフィルタ。
  5. 前記第1,第6のインダクタンス素子が,平面上の略同一位置に配置され,かつ略同一寸法の略矩形状の平板電極により構成され,
    前記第2,第5のインダクタンス素子が,平面上の略同一位置に配置され,かつ略同一寸法の略矩形状の平板電極により構成される
    ことを特徴とする請求項4記載の積層型LCフィルタ。
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