JP2008244713A - 高周波フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】安定なフィルタ特性を有する高周波フィルタを提供する。
【解決手段】 本発明の高周波フィルタは、第１および第２の基準電極と、第１および第２の基準電極の間に配置された誘電体と、誘電体の内部に設けられた第１、第２および第３の共振電極とを備え、断面視したときに、第１、第２および第３の共振電極は、異なる層上に配置され、第２の共振電極は、第１の共振電極および第３の共振電極の間に配置され、平面視したときに、第１の共振電極および第３の共振電極は、互いに離間しているとともに、その一部が第２の共振電極の一部とそれぞれ重なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器およびその他の各種通信機器等において使用される高周波フィルタに関するものである。

近年、携帯電話機等の移動体通信機器等に使用されるフィルタは、移動体通信機器等の薄型化・小型化の要求に伴い、誘電体同軸型共振器を用いたフィルタから分布定数回路を共振器に用いた高周波フィルタへと進展してきている。

このような高周波フィルタは、表面に短絡電極および開放電極からなる共振電極が配置された誘電体基板が積層されてなり、各開放電極の幅および長さ、各短絡電極の幅および長さ、層厚み、積層方向からみた各共振電極の重なり部分の幅などによってそのフィルタ特性が決定される（例えば、特許文献１参照）。

以下に、フィルタ特性として異なる周波数の減衰極を２個有する高周波フィルタについて説明する。

図５は、従来の高周波フィルタの構成を示す透視斜視図、図６は、図５に示された高周波フィルタの透視平面図、図７は、図６におけるb−b’線についての断面図である。

図５〜図７に示すように、従来の高周波フィルタ１０１は、３層の誘電体層１０２，１０３，１０４が積層された積層体からなり、その上下面に一対の基準電極１０５，１０６が配置され、内部に複数の共振電極１０７，１０８，１０９が配置されている。具体的には、第１の共振電極１０７は、第１の誘電体層１０２上に配置され、第２の共振電極１０８および第３の共振電極１０９は、第２の誘電体層１０３上にそれぞれ配置されている。第１の共振電極１０７は、第１の短絡電極１１１と第１の開放電極１１２とからなり、第２の共振電極１０８は、第２の短絡電極１１３と第２の開放電極１１４とからなり、第３の共振電極１０９は、第３の短絡電極１１５と第３の開放電極１１６とからなる。

そして、図６および図７のＷＡ・ＷＢ・ＷＣ・ＷＤに示すように、第１および第２の開放電極１１２,１１４は、第２の誘電体層１０３を挟んでそれぞれの一部が積層方向から見てＷＡの幅で重なるように平行に配されるとともに、第１および第３の開放電極１１２,１１６は、第２の誘電体層１０３を挟んでそれぞれの一部が積層方向から見てＷＢの幅で重なるように平行に配されている。また、第１および第２の短絡電極１１１，１１３は、第２の誘電体層１０３を挟んでそれぞれの一部が積層方向から見てＷＣの幅で重なるように平行に配されるとともに、第１および第３の短絡電極１１１，１１５は、第２の誘電体層１０３を挟んでそれぞれの一部が積層方向から見てＷＤの幅で重なるように平行に配されている。

そして、第２の開放電極１１４と第３の開放電極１１６との間の距離Ｗopenおよび第２の短絡電極１１３と第３の短絡電極１１５との間の距離Ｗshortをそれぞれ調整することにより、通過帯域に対して高域側および低域側に減衰極をそれぞれ１個有するフィルタ特性を実現していた。
特開平８−７０２０１号公報

しかしながら、従来の高周波フィルタでは、第２および第３の共振電極１０８，１０９が近接した場合、それらの共振電極１０８，１０９間に電磁界的な結合が生じ、余分な寄生成分（相互インダクタンスや相互キャパシタンス）が発生し、フィルタ特性が不安定になるという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、安定なフィルタ特性を有する高周波フィルタを提供することにある。

本発明の高周波フィルタは、第１および第２の基準電極と、前記の第１および第２の基準電極の間に配置された誘電体と、前記の誘電体の内部に設けられた第１、第２および第３の共振電極とを備え、断面視したときに、前記の第１、第２および第３の共振電極は、異なる層上に配置され、前記の第２の共振電極は、前記の第１の共振電極および前記の第３の共振電極の間に配置され、平面視したときに、前記の第１の共振電極および前記の第３の共振電極は、互いに離間しているとともに、その一部が前記の第２の共振電極の一部とそれぞれ重なり、前記の第１、第２および第３の共振電極は、一端が前記の第１の基準電極に電気的に接続された短絡電極と、一端が開放されるとともに他端が前記の短絡電極の他端に接続された開放電極とからそれぞれなり、前記の第２の共振電極の短絡電極は、前記の第１の共振電極の短絡電極の一部および前記の第３の共振電極の短絡電極の一部と異なる部位でそれぞれ対向し、前記の第２の共振電極の開放電極は、前記の第１の共振電極の開放電極の一部および前記の第３の共振電極の開放電極の一部と異なる部位でそれぞれ対向する。

本発明の高周波フィルタは、好ましくは、前記の第１の基準電極と前記の第２の共振電極との間に配置された第３の基準電極と、前記の第２の基準電極と前記の第２の共振電極との間に配置された第４の基準電極とを備え、平面視したときに、前記の第３の基準電極は、前記の第１の共振電極から離間しているとともに、その一部が前記の第２の共振電極の一部と重なっており、前記の第４の基準電極は、前記の第３の共振電極から離間しているとともに、その一部が前記の第２の共振電極の一部と重なっている。

本発明の高周波フィルタは、好ましくは、前記の第１の共振電極および前記の第３の基準電極は、同一の層上に設けられ、前記の第３の共振電極および前記の第４の基準電極は、同一の層上に設けられている。

本発明の高周波フィルタによれば、第１および第２の基準電極と、第１および第２の基準電極の間に配置された誘電体と、誘電体の内部に設けられた第１、第２および第３の共振電極とを備え、断面視したときに、第１、第２および第３の共振電極は、異なる層上に配置され、第２の共振電極は、第１の共振電極および第３の共振電極の間に配置され、平面視したときに、第１の共振電極および第３の共振電極は、互いに離間しているとともに、その一部が第２の共振電極の一部とそれぞれ重なり、第１、第２および第３の共振電極は、一端が第１の基準電極または第２の基準電極に電気的に接続された短絡電極と、一端が開放されるとともに他端が短絡電極の他端に接続された開放電極とからそれぞれなり、第２の共振電極の短絡電極は、第１の共振電極の短絡電極の一部および第３の共振電極の短絡電極の一部と異なる部位でそれぞれ対向し、第２の共振電極の開放電極は、第１の共振電極の開放電極の一部および第３の共振電極の開放電極の一部と異なる部位でそれぞれ対向することから、断面視したときに、第１の共振電極と第３の共振電極が第２の共振電極を挟んで離間しているので、第１の共振電極と第３の共振電極の間に余分な相互インダクタンスや相互キャパシタンスなどの寄生成分が発生しないことから、この結果フィルタ特性に影響を与えず安定した特性を得ることができる。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の高周波フィルタの実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態による高周波フィルタの構成例を示す透視斜視図であり、図２は、図１に示された高周波フィルタの上面透視図、図３は、図２のａ−ａ’線における断面図である。

図１〜図３に示されるように、本実施の形態による高周波フィルタ１は、４層の誘電体層２，３，４，５が積層された積層体と、その積層体の上下面に配置された一対の基準電極６，７と、積層体の内部に配置された複数の共振電極８，９，１０とを有する。具体的には、第１の共振電極８は、第３の誘電体層４上に配置され、第２の共振電極９は、第２の誘電体層３上に配置され、第３の共振電極１０は、第１の誘電体層２上に配置されている。第１の共振電極８は、第１の短絡電極２１と第１の開放電極２２とからなり、第２の共振電極９は、第２の短絡電極２３と第２の開放電極２４とからなり、第３の共振電極１０は、第３の短絡電極２５と第３の開放電極２６とからなる。なお、本実施の形態による高周波フィルタ１において、各基準電極６，７には、接地電位が供給される。よって、以下では、各基準電極６，７を接地電極ともいう。

第１〜第３の短絡電極２１，２３，２５は、一端（図１では、誘電体層２，３，４の外縁に位置する部位）が接地電極６，７の少なくとも一方と電気的に接続されて短絡端とされている。また、第１〜第３の開放電極２２，２４，２６は、一端が開放端とされている。

そして、第１の開放電極２２の開放端でない他端と、第１の短絡電極２１の短絡端でない他端が接続され、第２の開放電極２４の開放端でない他端と、第２の短絡電極２３の短絡端でない他端が接続され、第３の開放電極２６の開放端でない他端と、第３の短絡電極２５の短絡端でない他端が接続される。

また、本実施の形態による高周波フィルタ１では、第３の誘電体層４上に、第１の共振電極８と隣接して基準電極３１が配置され、第１の誘電体層２上に、第３の共振電極１０と隣接して基準電極３２が配置されている。なお、ここでは、各基準電極３１，３２に接地電位がそれぞれ供給される。よって、各基準電極３１，３２は、接地電極ともいう。また、基準電極６，７，３１，３２は、第１、第２、第３および第４の基準電極をそれぞれなす。

第１の開放電極２２は、その一部が第２の開放電極２４の一部とＷＡの幅で対向するように配されており、第１の短絡電極２１は、その一部が第２の短絡電極２３の一部とＷＢの幅で対向するように配されている。そして、第３の開放電極２６は、その一部が第２の開放電極２４の一部とＷＣの幅で対向するように配されており、第３の短絡電極２５は、その一部が第２の短絡電極２３の一部とＷＤの幅で対向するように配されている。

これらの共振電極８，９，１０は、互いに対向する部分においてそれぞれ結合によるインダクタンス成分およびキャパシタンス成分を生じてフィルタ特性の減衰極を発生させている。また、共振電極８，９，１０の幅および長さ等は、発生させようとする所望のフィルタ特性に応じて適宜設定することができる。なお、本実施の形態による高周波フィルタ１１において、共振電極８，９，１０は、長方形または正方形の短絡電極および開放電極からそれぞれ成り、短絡電極と開放電極は、各四角形の一辺同士が接続されている。よって、ここでいう電極の幅および長さは、上記各四角形の直行する辺の方向における長さをいう。ただし、共振電極８，９，１０の幅および長さを変化させることは、各共振電極の面積および各共振電極同士が重なる面積を変化させることにつながることから、上記幅および長さを変化させることに限らず、発生させようとする所望のフィルタ特性に応じて、各共振電極の面積および各共振電極同士が重なる面積を変化させればよい。

また、本実施の形態による高周波フィルタ１において、積層体の側面には接地導体（図示せず）が配されている。側面の接地導体は、各短絡電極２１，２３，２５の短絡端と接地電極６，７を電気的に接続し、各短絡電極２１，２３，２５を接地させて短絡電極となすためのものである。

なお、各短絡電極２１，２３，２５の短絡端の接地は、必ずしも側面の接地導体を介して行なう必要はなく、誘電体層２〜５を厚み方向に貫通するビア導体を介して短絡端を接地電極６，７と電気的に接続させることにより行なうようにしてもよい。

また、第１の共振電極の中点に入力ポート４４を設定し、第３の共振電極の中点に出力ポート４５を設定している。なお、入力ポートと出力ポートは逆に設定しても問題ない。

このような構造を備える高周波フィルタ１において、フィルタ特性の減衰極は第１および第３の短絡電極２１，２５と第２の短絡電極２３との対向する領域の幅、すなわちＷＢ、ＷDの幅を持った領域と、第１および第３の開放電極２２，２６と第２の開放電極２４との対向する領域の幅、すなわちＷＡ、ＷＣの幅を持った領域の電磁的な結合によって決定される。

本実施の形態による高周波フィルタ１によれば、第１の共振電極８および第３の共振電極１０は第２の共振電極２を挟むように配置された異なる誘電体層２，３に配されているため、従来の構造で発生していた第１の共振電極８と第３の共振電極１０との間の不要な電磁的結合が発生しない。

このため、減衰極を形成するために必要な結合のみを各共振電極間に発生させることができるため、安定したフィルタ特性を得ることができる。

また、本実施の形態による高周波フィルタ１では、第１の接地電極６と第２の共振電極９との間に第３の接地電極３１が配置され、第２の接地電極７と第２の共振電極９との間に第４の接地電極３２が配置されている。この構成によれば、第２の共振電極９と接地電極との間の距離を小さくでき、第２の共振電極９と接地電極との間で、図５に示された従来の高周波フィルタ１０１における第１の共振電極１０７と接地電極との間の結合量（容量成分）と同じ結合量を実現しようとすると、第２の共振電極９の電極幅を小さくすることができる。すなわち、本実施の形態による高周波フィルタ１は、従来の高周波フィルタ１０１の特性と同じ特性を実現しながら、従来の高周波フィルタ１０１より小型化を実現することができる。

なお、所望のフィルタ特性を得るためには、各電極の配置を正しく行うことが望ましいが、各パターンを形成する場合の位置精度（例えば、後述する厚膜印刷法で形成する場合の印刷精度）等の加工精度に応じて生じる程度の若干のずれは許容される。

また、各短絡電極や開放電極は、異なる層間に形成することも可能である。ただし、設計の複雑さや手間を考慮すると、各共振電極を構成する電極が同じ層間に位置することが望ましい。

なお、本実施の形態による高周波フィルタ１には、例えば、無線通信用として５００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ程度の周波数の高周波信号が用いられるが、その誘電体層や導体には周知の高周波用配線基板に使用される種々の材料や形態のものを使用することができる。

誘電体層２〜５としては、例えばアルミナセラミックス、ムライトセラミックスなどのセラミックス材料、ガラスセラミックスなどの無機系材料、又は四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）などのフッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂、若しくはポリイミドなどの樹脂系材料などが用いられる。また、２次実装の信頼性を重視する場合は、熱膨張率の高い材料も用いられる。これらの材料による誘電体層２〜５の形状や寸法（厚みや幅、長さ）は、使用される高周波信号の周波数や用途などに応じて設定される。

誘電体層２〜５は、例えば、アルミナセラミックスからなる場合であれば、アルミナの粉末にシリカおよびカルシア等を添加してなる原料粉末を、有機溶剤およびバインダとともにシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製し、これを複数枚積層し、焼成することにより作製される。

また、樹脂系材料であれば、例えば、未硬化のエポキシ樹脂をガラス基材に含浸させた後、硬化させることによりガラスエポキシ樹脂からなる誘電体層２〜５を形成することができる。

また、本発明の積層ストリップラインフィルタにおける各電極は、高周波信号伝送用の金属材料の導体層、例えば銅（Ｃｕ）層、モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）のメタライズ層上にニッケル（Ｎｉ）メッキ層および金（Ａｕ）メッキ層を被着させたもの、タングステン（Ｗ）のメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、クロム−銅（Ｃｒ−Ｃｕ）合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、チタン（Ｔｉ）層上に白金（Ｐｔ）層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたものなどを用いて、厚膜印刷法若しくは各種の薄膜形成方法またはメッキ法などにより形成される。その厚みや幅も、伝送される高周波信号の周波数や用途などに応じて設定される。

例えば、Ｗのメタライズ層であれば、Ｗの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、誘電体層２〜５となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等により所定パターンで印刷することにより形成される。

また、メッキ法により形成する場合であれば、周知の電解メッキ法や無電解メッキ法を適宜選択して用いることができる。

セラミック基板として、特に高周波信号を扱う基板には導体材料として高導電率材料のＣｕなどが用いられ、この高導電率材料の融点より低い温度で焼結するガラスセラミックなどが併せて用いられる。

なお、本発明による高周波フィルタを用いた製品としては、携帯電話機および無線ＬＡＮ製品などの無線携帯端末が挙げられる。図４は、このような無線携帯端末の構成例を示すブロック図である。図４に示されるように、この無線携帯端末５１は、アンテナ５２と、ＲＦモジュール５３と、信号演算処理部５４とを備える。ＲＦモジュール５３は、アンテナ５２に対する送受信を切り替えるスイッチ５５と、スイッチ５５を介してアンテナ５２に接続された２つの高周波フィルタ５６と、一方の高周波フィルタ５５に接続された増幅器５６とを有する。一方の高周波フィルタ５５は、信号演算処理部５４に接続され、アンテナ５２を介して受信した信号から特定の周波数信号を抽出して、信号演算処理部５４に出力する。また、他方の高周波フィルタ５５は、増幅器５６に接続され、信号演算処理部５４から増幅器５６を経て入力された信号から特定の周波数信号を抽出して、スイッチ５５を介してアンテナ５２に出力する。このような無線携帯端末５１に本発明による高周波フィルタを用いれば、特性が安定した小型の携帯端末を実現することができる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、入出力ポートの位置や引き出し形状を適宜設定することができる。

本発明の高周波フィルタついて実施の形態の一例を示す斜視透視図である。 図１の高周波フィルタの上面透視図である。 図２の高周波フィルタのａ−ａ’線における断面図である。 本発明の高周波フィルタを用いた無線携帯端末の構成例を示すブロック図である。 従来の高周波フィルタの構造を示す斜視透視図である。 図５の高周波フィルタの上面透視図である。 図６の高周波フィルタのｂ−ｂ’線における断面図である。

符号の説明

１ ・・・高周波フィルタ
２〜５・・・誘電体層
６ ・・・第１の接地電極
７ ・・・第２の接地電極
８ ・・・第１の共振電極
９ ・・・第２の共振電極
１０・・・第３の共振電極
２１・・・第１の短絡電極
２２・・・第１の開放電極
２３・・・第２の短絡電極
２４・・・第２の開放電極
２５・・・第３の短絡電極
２６・・・第３の開放電極
３１・・・第３の接地電極
３２・・・第４の接地電極
４４・・・入力ポート
４５・・・出力ポート

Claims (3)

1. 第１および第２の基準電極と、
   前記第１および第２の基準電極の間に配置された誘電体と、
   前記誘電体の内部に設けられた第１、第２および第３の共振電極と
   を備えた高周波フィルタであって、
   断面視したときに、前記第１、第２および第３の共振電極は、異なる層上に配置され、前記第２の共振電極は、前記第１の共振電極および前記第３の共振電極の間に配置され、
   平面視したときに、前記第１の共振電極および前記第３の共振電極は、互いに離間しているとともに、その一部が前記第２の共振電極の一部とそれぞれ重なり、
   前記第１、第２および第３の共振電極は、一端が前記第１の基準電極または第２の基準電極に電気的に接続された短絡電極と、一端が開放されるとともに他端が前記短絡電極の他端に接続された開放電極とからそれぞれなり、
   前記第２の共振電極の短絡電極は、前記第１の共振電極の短絡電極の一部および前記第３の共振電極の短絡電極の一部と異なる部位でそれぞれ対向し、
   前記第２の共振電極の開放電極は、前記第１の共振電極の開放電極の一部および前記第３の共振電極の開放電極の一部と異なる部位でそれぞれ対向することを特徴とする高周波フィルタ。
2. 前記第１の基準電極と前記第２の共振電極との間に配置された第３の基準電極と、
   前記第２の基準電極と前記第２の共振電極との間に配置された第４の基準電極と
   を備え、
   平面視したときに、前記第３の基準電極は、前記第１の共振電極から離間しているとともに、その一部が前記第２の共振電極の一部と重なっており、前記第４の基準電極は、前記第３の共振電極から離間しているとともに、その一部が前記第２の共振電極の一部と重なっていることを特徴とする請求項１に記載の高周波フィルタ。
3. 前記第１の共振電極および前記第３の基準電極は、同一の層上に設けられ、
   前記第３の共振電極および前記第４の基準電極は、同一の層上に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の高周波フィルタ。

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