JP2008099060A - 積層型誘電体帯域通過フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ８ＧＨｚ以上の高域側に通過帯域を広げることが可能な積層型誘電体帯域通過フィルタを得ることを目的とする。
【解決手段】 積層誘電体ブロック２の内部には、略同一平面上に形成されかつ入力端子３ａまたは出力端子３ｂとそれぞれ引出導体５ｃ、５ｄを介して接続される一対の第一のλ／４共振電極５ａ、５ｂと、前記第一のλ／４共振電極５ａ、５ｂの各々と誘電体を介して対向しかつ略同一平面上に形成された２つの容量電極６ａ、６ｂとこれらを連結するλ／２共振電極６ｃと、前記容量電極６ａ、６ｂの各々と誘電体を介して対向しかつ略同一平面上に形成された一対の第二のλ／４共振電極７ａ、７ｂと、が埋設されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、従来と比較して、より広帯域化を実現できる積層型誘電体帯域通過フィルタに関するものである。

無線通信機器等の高周波回路部には、高調波等の不要成分を減衰させるためのバンドバスフィルタが用いられる。この種のバンドバスフィルタとしては、良好な減衰特性が小型構造で得られる誘電体共振器を用いたフィルタが主流となっている。特に、誘電体中に形成する共振器として、ストリップラインを利用した分布定数型のフィルタが広く普及している。

近年、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）システムに見られるように、比帯域幅（通過帯域幅／中心周波数）が１００％に近いか、または、それ以上の広帯域化がフィルタに求められている。

しかし、従来のバンドパスフィルタの設計手法では、通過帯域の広帯域化を図るために多くの共振器を多段化する必要があり、このように共振器の段数を増加させてゆくと形状の大型化と挿入損失の増加を伴うといった別の課題が生じる。特に、ＵＷＢシステムのような超広帯域を実現する場合には、２〜３段の共振器では必要な帯域が得られないため、従来の手法では、小型で低損失のフィルタを提供することが困難であった。

そこで、特開２００６−１０１５００号公報に示されるように小型かつ低損失の要求を満たしつつ広帯域化の実現に有効なフィルタとして、λ／４共振器により生じたλ波の基本帯域と、低域側にシフトさせたλ波の３倍波と、これら基本波と３倍波の間とを補間するλ／２共振器により生じた通過帯域と、により基本波から３倍波までの帯域がフラットな通過特性が得られるフィルタが提案されている。

特開２００６−１０１５００号公報

このようなフィルタにおいて、さらに広帯域を得るためには、基本波を低域側にシフトさせて低周波帯域を広げることと、３倍波のシフト量を小さくして高域側を広げることとで行うことが考えられる。しかしながら、このようにすると、λ／２共振器による通過帯域が基本波と３倍波との間を補間することが困難になり、その結果、補間しきれない部分が生じてしまう。そのため、現状では３〜８ＧＨｚの帯域までしかフラットな通過特性が得られない、という問題があった。

本発明は、このような問題を解決して、基本波及び３倍波の帯域よりも高域側に通過帯域を広げることが可能な帯域通過フィルタを得るものである。

本発明では第一の解決手段として、略直方体の積層誘電体ブロックと、前記積層誘電体ブロックの相対向する一対の側面に形成された入力端子及び出力端子と、前記積層誘電体ブロックの相対向する他の一対の側面に形成されたグランド端子と、を有しており、前記積層誘電体ブロックの内部には、略同一平面上に形成されかつ前記入力端子または前記出力端子とそれぞれ引出導体を介して接続される一対の第一のλ／４共振電極と、前記第一のλ／４共振電極の各々と誘電体を介して対向しかつ略同一平面上に形成された２つの容量電極とこれらの容量電極を連結するλ／２共振電極と、前記容量電極の各々と誘電体を介して対向しかつ略同一平面上に形成された一対の第二のλ／４共振電極と、が層状に埋設されていることを特徴とする積層型誘電体帯域通過フィルタを提案する。

本発明の第一の解決手段によれば、前記一対の第二のλ／４共振電極が磁界結合を形成することにより、基本波及び３倍波の帯域より高域側に共振波が形成されるため、基本波及び３倍波の帯域よりも高域側に通過帯域を広げることが可能な帯域通過フィルタを得ることができる。

また、本発明では第ニの解決手段として、前記積層誘電体ブロックの内部に、前記グランド端子に接続する少なくとも一つのグランド電極が埋設されており、前記グランド電極は、前記第一のλ／４共振電極、第二のλ／４共振電極及びλ／２共振電極に対して実装面となる平面側に形成されていることを特徴とする積層型誘電体帯域通過フィルタを提案する。またさらに、前記第一のλ／４共振電極、第二のλ／４共振電極及びλ／２共振電極を挟むように、二つのグランド電極が形成されていることを特徴とする積層型誘電体帯域通過フィルタを提案する。

上記第二の解決手段によれば、一つのグランド電極が前記第一のλ／４共振電極、第二のλ／４共振電極及びλ／２共振電極に対して実装面となる平面側に形成されているため、マイクロストリップライン構造の積層型誘電体帯域通過フィルタとすることができる。また、二つのグランド電極が前記第一のλ／４共振電極、第二のλ／４共振電極及びλ／２共振電極を挟むように形成されているため、ストリップライン構造の積層型誘電体帯域通過フィルタとすることができる。

本発明によれば、基本波及び３倍波の帯域よりも高域側に通過帯域を広げることが可能な積層型誘電体帯域通過フィルタを得ることができる。

本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタに係る実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。

図１は本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの外観を示す斜視図である。積層型誘電体帯域通過フィルタ１は、積層誘電体ブロック２を本体として、相対向する一対の側面の一方の面に入力端子３ａ、他方の面に出力端子３ｂが形成されている。また、相対向する他の一対の側面には、グランド端子４ａ、４ｂが形成されている。

この積層誘電体ブロック２は、例えば２．０ｍｍ×１．２５ｍｍ程度の略直方体形状に形成された誘電体材料で構成されている。誘電体材料としては、Ｂａ_２
Ｔｉ_９ Ｏ_２０、ＢａＴｉ_２ Ｏ_６ 、ＢａＴｉ_４ Ｏ_９
及びＢａ_４ Ｔｉ_１３Ｏ_３０等のチタン酸バリウム系の高周波誘電体材料や、アルミナ、シリカ等をフィラーとしたガラスセラミックスが用いられる。この積層誘電体ブロック２の内部には、帯域通過フィルタを構成する内部導体が埋設されている。入力端子３ａ、出力端子３ｂおよびグランド端子４ａ、４ｂはＡｇ、Ｃｕ等の導電ペーストを塗布して焼付けて形成し、適宜電解メッキまたは無電解メッキ等の方法でメッキ金属が被覆される。

次に、帯域通過フィルタを構成する内部導体について説明する。図２は本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの実装面側すなわち図１の下側から見たときの平面透視図である。なお、図２については、互いの電極の重なり関係を示すために、電極同士が重なって隠れている部分以外を便宜上実線で示している。図３は本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの分解斜視図である。なお、図３においては、入力端子３ａ、出力端子３ｂ及びグランド端子４ａ、４ｂを便宜上省略している。

平面２ｃ上には、入力端子３ａに引出導体５ｃを介して接続された第一のλ／４共振電極５ａと、出力端子３ｂに引出導体５ｄを介して接続された第一のλ／４共振電極５ｂとが一対になって形成されている。一対の第一のλ／４共振電極５ａ、５ｂはその一方端をグランド端子に接続されている。なお、引出導体の一部は、インダクタンス成分となるので、その長さ等を調整することにより、フィルタ特性の調整に利用することもできる。

平面２ｄ上には、第一のλ／４共振電極５ａと誘電体を介して対向する容量電極６ａと、第一のλ／４共振電極５ｂと誘電体を介して対向する容量電極６ｂと、これらの容量電極６ａ、６ｂを連結するλ／２共振電極６ｃが形成されている。この構成により、第一のλ／４共振電極５ａ、５ｂとλ／２共振電極６ｃとを容量結合させることができる。

平面２ｅ上には、容量電極６ａと誘電体を介して対向する第二のλ／４共振電極７ａと、容量電極６ｂと誘電体を介して対向する第二のλ／４共振電極７ｂが一対になって形成されている。一対の第一のλ／４共振電極５ａ、５ｂはその一方端がグランド端子に接続され、他方端が開放端にされている。この構成により、図２に示すように容量電極６ａが第一のλ／４共振電極５ａと第二のλ／４共振電極７ａに挟まれ、容量電極６ｂが第一のλ／４共振電極５ｂと第二のλ／４共振電極７ｂに挟まれた構造となる。第二のλ／４共振電極７ａ、７ｂは第一のλ／４共振電極５ａ、５ｂと違って直接信号が通らないため、λ／２共振電極６ｃとの容量結合よりも、第二のλ／４共振電極７ａ、７ｂ間に生じる磁界結合の方が顕著になる。

平面２ｂ上にはグランド電極８ａが形成され、平面２ｆ上にはグランド電極８ｂが形成されている。グランド電極８ａ、８ｂは、グランド端子４ａ及び４ｂに接続するように形成されている。このグランド電極８ａ及び８ｂで帯域通過フィルタを構成する内部導体を挟みこむことにより、ストリップライン構造の積層型誘電体帯域通過フィルタを構成することができる。なお、グランド電極８ａ、８ｂのうち、実装面側のグランド電極８ａを残してグランド電極８ｂを省いてもよい。この場合は、マイクロストリップライン構造の積層型誘電体帯域通過フィルタを構成することができる。

なお、帯域通過フィルタを構成する内部導体は、実装面側のグランド電極８ａから離れるように偏らせて配置することが望ましい。これにより、３倍波を低域側にシフトさせることができる。

次に、本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの作用効果について説明する。図４は本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの等価回路図である。図５は従来例（特開２００６−１０１５００号公報）に示されたフィルタの等価回路図である。図６は本発明のフィルタ及び従来のフィルタの反射特性を示すグラフであり、図７は本発明のフィルタ及び従来のフィルタの通過特性を示すグラフである。

本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタと従来のフィルタとの相違点は、第二のλ／４共振電極７ａ、７ｂを追加することによって共振器ＳＬ４及びＳＬ５が形成されている点である。この共振器ＳＬ４と共振器ＳＬ５は磁界結合Ｍを形成している。この磁界結合Ｍを形成する共振器ＳＬ４及びＳＬ５を追加することによって、図６に示すように、９ＧＨｚ付近に減衰ピークＡが発生する。すなわち、従来の１／４共振電極による基本波及び３倍波とλ／２共振電極による高調波の合成ピークにさらに磁界結合のピークＡが追加される。これにより、図７に示すように、従来の通過特性が約８ＧＨｚまでの帯域幅であったものが、本発明では９．５ＧＨｚまで帯域幅を広げることができるようになったものである。

次に、本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタに係る実施形態の別例を、図８及び図９に示す。図８は平面透視図であり、図９は等価回路図である。この積層型誘電体帯域通過フィルタ１‘は、第一のλ／４共振電極５ａと誘電体を介して対向する波長短縮電極９ａと、第一のλ／４共振電極５ｂと誘電体を介して対向する波長短縮電極９ｂと、を追加したものである。この構成により、λ／４共振電極５ａ、５ｂの波長を短縮させてフィルタの小型化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、例えば第一のλ／４共振電極と第二のλ／４共振電極の積層する順番を入れ替えるなどの変更を行ってもよい。また、本実施形態は３〜１０ＧＨｚ帯に用いられるフィルタを例にとって説明したが、本発明のフィルタはこの使用帯域に限定されることはない。

本発明によれば、小型構造で広帯域化を図ることができるため、例えばＵＷＢシステムのような超広帯域が求められる通信機器への適用が期待される。

本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの外観を示す斜視図である。 本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの平面透視図である。 本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの分解斜視図である。 本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの等価回路図である。 従来の積層型誘電体帯域通過フィルタの等価回路図である。 積層型誘電体帯域通過フィルタの反射特性を示すグラフである。 積層型誘電体帯域通過フィルタの通過特性を示すグラフである。 本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの別例の平面透視図である。 本発明の積層型誘電体帯域通過フィルタの別例の等価回路図である。

符号の説明

１、１‘ 積層型誘電体帯域通過フィルタ
２ 積層誘電体ブロック
３ａ 入力端子
３ｂ 出力端子
４ａ、４ｂ グランド端子
５ａ、５ｂ 第一のλ／４共振電極
５ｃ、５ｄ 引出導体
６ａ、６ｂ 容量電極
６ｃ λ／２共振電極
７ａ、７ｂ 第ニのλ／４共振電極
８ａ、８ｂ グランド電極
９ａ、９ｂ 波長短縮電極

Claims (3)

1. 略直方体の積層誘電体ブロックと、前記積層誘電体ブロックの相対向する一対の側面に形成された入力端子及び出力端子と、前記積層誘電体ブロックの相対向する他の一対の側面に形成されたグランド端子と、を有しており、
   前記積層誘電体ブロックの内部には、
   略同一平面上に形成されかつ前記入力端子または前記出力端子とそれぞれ引出導体を介して接続される一対の第一のλ／４共振電極と、
   前記第一のλ／４共振電極の各々と誘電体を介して対向しかつ略同一平面上に形成された２つの容量電極とこれらの容量電極間に連結して形成されたλ／２共振電極と、
   前記容量電極の各々と誘電体を介して対向しかつ略同一平面上に形成された一対の第二のλ／４共振電極と、
   が層状に埋設されていることを特徴とする積層型誘電体帯域通過フィルタ。
2. 前記積層誘電体ブロックの内部には、前記グランド端子に接続する少なくとも一つのグランド電極が埋設されており、前記グランド電極は、前記第一のλ／４共振電極、第二のλ／４共振電極及びλ／２共振電極に対して実装面となる平面側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型誘電体帯域通過フィルタ。
3. 前記第一のλ／４共振電極、第二のλ／４共振電極及びλ／２共振電極を挟むように、二つのグランド電極が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層型誘電体帯域通過フィルタ。