本発明のフィルタ装置の実施の形態の例について以下に詳細に説明する。図1〜図5、図7および図8はそれぞれ本発明のフィルタ装置の実施の形態の一例を示す分解斜視図である。また、図6は図5のフィルタ装置のA−A線における断面の一部を示す断面図である。図1〜8において、1aは誘電体層、1は誘電体層1aが積層されてなる積層体、2aは接地電極、2bは内部接地電極、3a〜3dは共振器電極、3aは初段の共振器電極、3cは最終段の共振器電極、4は入力結合電極、4aは入力端子電極、4bは入力結合補強電極、5は出力結合電極、5aは出力端子電極、5bは出力結合補強電極、6は補助結合電極、7は結合電極、8は容量電極である。また、破線は誘電体層1aの上下に位置する導体層(例えば共振器3aと入力結合電極4)を電気的に接続するための誘電体層1aを貫通する貫通導体があることを示している。
図1〜図3に示す例では、本発明のフィルタ装置は、積層体1の外表面に形成された入力端子電極4aに外部回路から入力された電気信号は、電気信号入力点から入力結合電極4へ伝達され、主に、入力結合電極4と電磁界結合した初段の共振器電極3aへ、さらに電磁結合により最終段の共振器電極3cへ伝達され、最終段の共振器電極3cと電磁結合された出力結合電極5を介して出力端子電極5aへと伝達されてフィルタとして機能する。
本発明のフィルタ装置は、複数の誘電体層1aが積層されてなる積層体1と、この積層体1を挟んで対向するように配置された接地電極2a・2aと、積層体1内において電磁界結合するように横並びに整列され、それぞれ一方端が短絡端で他方端が開放端である複数の共振器電極3a〜3cと、積層体1内において共振器電極3a〜3cが配置された誘電体層1a・1a間とは異なる層間に形成され、初段の共振器電極3aに沿った形状で対向して電磁界結合するとともに、平面視で初段の共振器電極3aの開放端側に外部回路からの電気信号が入力される電気信号入力点を有する入力結合電極4と、積層体内において共振器電極3a〜3cが配置された誘電体層1a・1a間とは異なる層間に形成され、最終段の共振器電極3cに沿った形状で対向して電磁界結合するとともに、平面視で最終段の共振器電極3cの開放端側に外部回路へ電気信号が出力される電気信号出力点を有する出力結合電極5と、積層体1内において入力結合電極4および出力結合電極5の少なくとも一方に電気的に接続されるとともに、接地電位に接続された電極に対向して電磁界結合する補助結合電極6とを備えることを特徴とするものである。
本発明のフィルタ装置によれば、このような構成としたことから、入力結合電極4と初段の共振器電極3aとの結合および出力結合電極5と最終段の共振器電極3cとの結合は、誘電体層1aを介してブロードサイドにインターデジタル型で結合するので、磁界による結合と電界による結合とが加算されてさらに強く電磁界結合することができ、従来の1/4波長共振器を利用したフィルタで実現可能だった領域を遙かに超えた広い通過帯域であっても、挿入損失が大きく増加することのない、広い通過帯域の全域に渡って平坦で低損失な通過特性を有するフィルタ装置を得ることができる。また、入力結合電極4または出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極が不要な跳ね上がりの発生する周波数より高周波側に位置する場合に、補助結合電極6により入力結合電極4および出力結合電極5と接地電位に接続された電極とのC結合の量を増加させて、入力結合電極4および出力結合電極5の等価的な電気長を長くすることができるので、入力結合電極4および出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極を低周波側にシフトすることができる。そして、このC結合の量を調整することで等価的な電気長を調整して、入力結合電極4および出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極を跳ね上がりの発生する周波数の近傍にシフトすることにより、不要な跳ね上がりを除去した優れた減衰特性を有するフィルタ装置とすることができる。
本発明のフィルタ装置は、図3に示す例のように、上記構成において、共振器電極3a〜3cが配置された誘電体層間1a・1a間に、平面視で複数の共振器電極3a〜3cを取り囲むように形成された内部接地電極2bを備えることが好ましい。このように内部接地電極2bが共振器電極3a〜3cを取り囲むことによって、共振器電極3a〜3cから発生する電磁波の周囲への漏洩を低減することができる。この効果は、モジュール基板の一部の領域に本発明のフィルタ装置が形成される場合に、モジュール基板の他の領域への悪影響を防止する上で特に有用である。
また、本発明のフィルタ装置は、図2に示す例のように、上記各構成において、入力結合電極4に接続された補助結合電極6は誘電体層1aを挟んで初段の共振器電極3aと、出力結合電極5に接続された補助結合電極6は誘電体層1aを挟んで最終段の共振器電極3cと、それぞれ対向して電磁界結合するように配置されていることが好ましい。このような構成としたときは、所望の周波数における不要な跳ね上がりを除去した優れた減衰特性を有することに加え、入力結合電極4または出力結合電極5と共振器を構成する共振器電極3a,3cとのC結合を強化することができるので、反射特性が低減されて広い通過帯域の全域に渡ってより平坦な通過特性を有するフィルタ装置を提供することができる。
また、本発明のフィルタ装置は、上記各構成において、補助結合電極6が内部接地電極2bと対向しているときには、補助結合電極6を入力結合電極および出力結合電極と同じ層に配置することが可能であるので、補助結合電極6と入力結合電極4および出力結合電極5との電気的接続を行なうために、誘電体層1aを貫通する貫通導体を形成する必要がなく、印刷等によってより容易に位置精度よく補助結合電極6を形成することができ、減衰特性のバラツキの小さいフィルタ装置とすることができる。
また、本発明のフィルタ装置は、図4および図5に示す例のように、上記各構成において、一端が誘電体層1aを挟んで初段の共振器電極3aの短絡端と対向し、他端が誘電体層1aを挟んで最終段の共振器電極3cの短絡端部と対向して配置され、これら一端および他端が対向している共振器電極3a・3cの短絡端にそれぞれ電気的に接続された結合電極7を有することが好ましい。このような構成としたときには、結合の弱い初段の共振器電極3aと最終段の共振器電極3cとの間の結合を強めることができるので、フィルタの通過帯域により近い位置の周波数(通過帯域の低域側または高域側)に減衰極を形成することができ、より急峻な減衰特性を有するフィルタ装置を提供することができる。
また、本発明のフィルタ装置は、図4および図5に示す例のように、接地電極2aと共振器電極3a,3b,3c,3dとの間において誘電体層1aを挟んで接地電極2aと対向するとともに、複数の共振器電極3a,3b,3c,3dの開放端にそれぞれ電気的に接続された複数の容量電極8を有することが好ましい。このような構成としたときには、容量電極8と接地電極2aとの距離は共振器電極3a,3b,3c,3d,3eと接地電極2aとの距離より短く、これにより共振器電極3a,3b,3c,3d,3eと接地電極2aとの間の結合がより強くなって共振器電極3a,3b,3c,3d,3eと接地電極2aとのC結合が強化されるので、各共振器電極3a,3b,3c,3d,3eの長さを短縮することができ、より小型なフィルタ装置を提供することができる。
また、本発明のフィルタ装置は、図5および図6に示す例のように、上記構成において、容量電極8の一部が誘電体層1aを挟んで内部接地電極2bと対向して電磁界結合するように配置されているのが好ましい。内部接地電極2bは、図5に示す例のように、通常、共振器電極3a〜3dが形成された誘電体層1a・1a間と同じ誘電体層1a・1a間に形成されており、容量電極8を内部接地電極2bと結合させるように対向させると、容量電極8を接地電極2aのみと結合させるように対向させた場合(図6に破線で示した容量電極8aの場合)と比較して、共振器電極3a〜3dと容量電極8との電気的接続を行なう貫通導体等の配線長を短くすることができるので、この配線による不要なインダクタンスを減らすことができ、電極間の配線のインダクタンスによる副次的な共振のない優れたフィルタ特性を有するフィルタ装置とすることができる。また、共振器電極3a〜3dと容量電極8との電気的接続を行なう貫通導体等の配線長が同じ場合であっても、容量電極8と内部接地電極2bとの間の静電容量が加わるので、共振器電極3a〜3dの開放端と接地電位との間の静電容量がさらに増加し、共振器電極3a〜3dの長さを短縮することができるので、より小型のバンドパスフィルタとしてのフィルタ装置を得ることができる。
また、本発明のフィルタ装置は、図7および図8に示す例のように、上記各構成において、誘電体層1aを挟んで初段の共振器電極3aに接続された容量電極8と対向して電磁界結合し、入力結合電極4に接続された入力結合補強電極4b、または、誘電体層1aを挟んで最終段の共振器電極3cに接続された容量電極8と対向して電磁界結合し、出力結合電極5に接続された出力結合補強電極5bを備えることが好ましい。初段の共振器電極3aに接続された容量電極8と入力結合電極4に接続された入力結合補強電極4bとの間の電磁界結合が、初段の共振器電極3aと入力結合電極4との間の電磁界結合に加算され、同様に、最終段の共振器電極3cに接続された容量電極8と出力結合電極5に接続された出力結合補強電極5bとの間の電磁界結合が、最終段の共振器電極3cと出力結合電極5との間の電磁界結合に加算されるので、入力結合電極4と初段の共振器電極3aとの間の電磁界結合、および出力結合電極5と最終段の共振器電極3cとの間の電磁界結合がさらに強まり、非常に広い通過帯域幅であっても、挿入損失の増加がさらに低減された、広い通過帯域の全域に渡ってより平坦でより低損失な通過特性を有するフィルタ装置を得ることができる。また、入力結合電極4と初段の共振器電極3aとの間の電磁界結合、および出力結合電極5と最終段の共振器電極3cとの間の電磁界結合がさらに強まる分だけ、共振器電極3a〜3dを短くすることもできるので、小型のフィルタ装置を得ることができる。
接地電極2a・2aは、誘電体層1aが積層された積層体1の上下面に、入力端子電極4aおよび出力端子電極5aの周囲を除いたほぼ全面に配置されており、接地電位に接続されている。
共振器電極3a,3b,3c,3dは、積層体1の1つの層間に横並びに配置されて相互に電磁界結合(エッジ結合)している。隣り合う共振器電極3a,3b,3c,3d,3e同士の間隔は小さい方が強い結合が得られ、容易に通過帯域を広くできるので好ましいが、短絡端から開放端の間において互いに短絡しないようにして等間隔に良好に形成するには、例えば、0.05〜0.5mm程度に設定される。横並びに配置されて相互に電磁界結合するためには、共振器電極3a,3b,3c,3dの形状は細長い帯状のものであるのが好ましい。共振器電極3a〜3eは、積層体1内において互いに電磁界結合するように平面視で横並びに整列されていればよい。通常は、例えば図1に示す例のように、4つの共振器電極3a〜3dが1つの誘電体層1a・1a間に配置されるが、共振器電極3a,3cを1つの誘電体層1a・1a間に配置し、共振器電極3b,3dを誘電体層1aを1層介した別の誘電体層1a・1a間に配置してもよい。このように配置すると、隣り合う共振器電極間における短絡がないのでその形成は容易になるので好ましいが、誘電体層1aの層数が増加してフィルタ装置の厚みは厚いものとなる。
図1〜図4、図7および図8に示す例のように、共振器電極3a〜3dをインターデジタル型に配置したときには、共振器電極3a〜3d間の結合は磁界による結合と電界による結合とが加算されることにより、各共振器電極3a〜3d間においてより強い結合が生じることによって、それぞれの共振モードにおける共振周波数の間の周波数間隔を、従来の1/4波長共振器を利用したフィルタで実現可能だった帯域を超えて調整することができ、広帯域な通過帯域を有するフィルタ装置とすることができる。また、インターデジタル型に配置された共振器電極3a〜3d間の結合は強い磁界結合となり、共振器電極3a〜3dのパターン幅を小さくして磁界を強める必要がないので、共振器電極3a〜3dのパターン幅を大きくすることによって共振器電極3a〜3dの電気抵抗を小さくし、共振器の急峻性共振の鋭さを示すQ値(quality factor)を高くすることができる。その結果として、広い通過帯域を有し急峻な減衰特性を有する、例えばUWB用途のバンドパスフィルタに適したフィルタ装置とすることができる。
また、図5に示す例のように、共振器電極3a〜3dをコムライン型に配置したときは、インターデジタル型と比べて共振器電極3a〜3d間の結合が弱いことから、通過帯域が狭く急峻な特性が得られ、また各共振器電極3a〜3dのパターン幅を小さくできることによって小型化できるため、携帯電話用や無線LAN等の比較的小型の無線機器に適したフィルタ装置となる。
接地電極2a・2aは、誘電体層1aが積層された積層体1の上下面に、入力端子電極5および出力端子電極6の周囲を除いたほぼ全面に配置されており、接地電位に接続されている。
共振器電極3a,3b,3c,3dは、上下の接地電極2a・2aと共にストリップライン共振器を構成しており、短絡端が上下の接地電極2a・2aに接続されて接地電位に接続されることによって1/4波長共振器として機能する。共振器電極3a,3b,3c,3d,3eと上下の接地電極2a・2aとの接続は、図1に示す例のように、共振器電極3a〜3dを形成した層間に共振器電極3a,3b,3c,3dの短絡端同士を接続するための導体層を設け、この導体層と貫通導体(図示せず。)とにより接続したり、この導体層を誘電体層1aの端部まで延ばして誘電体層1aの端面(積層体1の側面)に形成した端面導体(図示せず。)により接続したりすればよい。共振器電極3a,3b,3c,3dの短絡端同士を接続するための導体層を設けない場合は、共振器電極3a,3b,3c,3dのそれぞれを貫通導体により接地電極2a・2aに接続してもよいし、共振器電極3a〜3dの短絡端を誘電体層1aの端部まで延ばして誘電体層1aの端面(積層体1の側面)に形成した端面導体によって接地電極2a・2aに接続してもよい。端面導体で接続すると、共振器電極3a〜3dから発生する電磁波の周囲への漏洩を低減するシールド層として端面導体を機能させることができ、貫通導体の場合でも、その間隔を小さくしたり、共振器電極3a〜3dの周りに二重以上に配列し、側面から見てできるだけ貫通導体を隙間なく配置したりすれば、同様にシールドの機能がより顕著になるので好ましい。図1に示す例のように、共振器電極3a,3b,3c,3dの短絡端同士を接続するための導体層を設けると、共振器電極3a,3b,3c,3dの短絡端を接地電極2a・2aに接続するのが容易となるので好ましい。
内部接地電極2bは、上述した共振器電極3a,3b,3c,3dの短絡端同士を接続するための導体層と共振器電極3a,3b,3c,3dの並びの両側に形成された導体層とからなる環状のものである。接地電極2aと共振器電極3a,3b,3c,3dとの接続を、内部接地電極2bの共振器電極3a,3b,3c,3dの並びの両側に位置する部分でも行なえば、共振器電極3a〜3dから発生する電磁波の周囲への漏洩をより効果的に低減することができる。
共振器電極3は、図1〜図3、図7および図8に示す例では3つ(3a〜3c)設けられているが、例えば図4および図5に示す例のように4つの共振器電極3(3a〜3d)を設けてもよいし、またはそれ以上の個数で設けてもよく、損失が大きくならない程度の個数であればよい。UWBのローバンド用途では、損失と減衰特性のバランスから4つが好ましい。
入力結合電極4および出力結合電極5は、それぞれ初段の共振器電極3aおよび最終段の共振器電極3cと電磁界結合するものであるので、それぞれ初段の共振器電極3aおよび最終段の共振器電極3cに沿った形状である。上述したように、共振器電極3a〜3cの形状は細長い帯状とするのが好ましいので、入力結合電極4および出力結合電極5の形状も細長い帯状とするのが好ましい。
入力結合電極4と出力結合電極5とは、図1〜図5に示す例では、両方とも共振器電極3a〜3dに対して誘電体層1aを挟んで上側の同一の誘電体層1a・1a間に配置しているが、図7および図8に示す例のように、共振器3a〜3eに対して誘電体層1aを挟んで上下の異なる誘電体層1a・1a間に配置してもよい。
入力結合電極4および出力結合電極5は、積層体1の外表面に形成された入力端子電極4aおよび出力端子電極5aにそれぞれ接続される。図1〜図8に示す例では、積層体1の上面や下面に形成された入力端子電極4aおよび出力端子電極5aに貫通導体で接続されているが、積層体1の側面に形成した端面導体により接続してもよい。また、積層体1の側面に形成した入力端子電極4aおよび出力端子電極5aに入力結合電極4および出力結合電極5から引き出した導体層で接続してもよい。不要な浮遊容量の発生を抑えるためには、積層体1の上面や下面に形成された入力端子電極4aおよび出力端子電極5aに貫通導体で接続するのが好ましい。
入力結合補強電極4bおよび出力結合補強電極5bは、図7に示す例のように、入力結合電極4、出力結合電極5が形成される誘電体層1a・1a間とは異なる誘電体層1a・1a間に形成してもよいし、図8に示す例のように、入力結合電極4、出力結合電極5が形成される誘電体層1a・1a間と同じ誘電体層1a・1a間に形成してもよい。
例えば、図7に示す例のように、容量電極8が内部接地電極2bと主に結合するように、入力結合電極4および出力結合電極5が形成された誘電体層1a・1a間と同じ誘電体層1a・1a間に容量電極8が形成されている場合は、入力結合補強電極4bおよび出力結合補強電極5bは、容量電極8と接地電極2a,2aとの間に形成すればよい。この例の場合は、入力結合電極4と入力端子電極4aとの接続は、入力結合補強電極4bを介して行なわれており、入力結合電極4の電気信号入力点は入力結合補強電極4bが接続される点となる。また、出力結合電極5と出力端子電極5aとの接続は、出力結合電極5を介して行なわれており、出力結合電極5の電気信号出力点は出力結合補強電極5bが接続される点となる。
内部接地電極2bが形成されないか、または、例えば図8に示す例のように、内部接地電極2bが形成されても容量電極8が接地電極2aと主に結合するように、入力結合補強電極4bおよび出力結合補強電極5bと接地電極2a、2aとの間の誘電体層1a・1a間に容量電極8が形成されている場合は、入力結合電極4の、初段の共振器電極3aの開放端側に入力結合補強電極4bを配置して、接続導体層で入力結合電極4と接続すればよい。この接続導体層は、例えば図8に示す例のように、容量電極8と初段の共振器電極3aとを接続する貫通導体と短絡しないようにする。出力結合補強電極5bも同様にして接続すればよく、接続導体層の形状は、図8に示すような、出力結合補強電極5bの接続導体層のような形状としてもよい。
入力結合補強電極4bおよび出力結合補強電極5bは、対向する容量電極8,8と相似形で、一回り小さいものにすることで、容量結合電極8,8と結合しつつ、接地電極2aや内部接地電極2bと容量結合電極8,8との間に入力結合補強電極4bおよび出力結合補強電極5bが配置されることで、容量結合電極8,8と接地電極2aや内部接地電極2bとの電磁界結合が大きく減少することを抑えられる。
また、図7に示す例のように、接地電極2aと容量電極8,8との間に入力結合補強電極4bや出力結合補強電極5bが配置される場合は、入力結合補強電極4bと容量電極8との電磁界結合ならびに出力結合補強電極5bと容量電極8との電磁界結合を強めて、入力結合補強電極4bや出力結合補強電極5bと接地電極2,2との電磁界結合を相対的に弱めるために、入力結合補強電極4bおよび入力結合補強電極4bと接地電極2a,2aとの間の誘電体層1aの厚みよりも、入力結合補強電極4bと容量電極8との間の誘電体層1aおよび入力結合補強電極4bと容量電極8との間の誘電体層1aの厚みを薄くする方が好ましい。また、接地電極2a,2aと容量電極8との電磁界結合が弱まるので、容量電極8と内部接地電極2bとの電磁界結合を強めるために、これらの間の誘電体層1a,1aも薄くして、この電磁界結合が主となるようにするのが好ましい。
補助結合電極6は、接地電位に接続された電極に対向して電磁界結合するものであり、接地電位に接続された電極とは、接地電極2a、内部接地電極2bおよび共振器電極3a〜3dのことである。
また、補助結合電極6は、入力結合電極4および出力結合電極5の少なくとも一方に電気的に接続されていればよいが、図1〜図8に示す例のように、入力結合電極4および出力結合電極5の両方に接続されているのが好ましい。補助結合電極6により所望の周波数にシフトする減衰極は、入力結合電極4または出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極であることから、補助結合電極6を入力結合電極4および出力結合電極5の両方に接続することにより、入力結合電極4および出力結合電極5の両方により形成される大きい減衰極をシフトさせることができ、大きい跳ね上がりを除去することが可能となる。また、跳ね上がりが小さい場合は、シフト量が小さくても跳ね上がりを除去することが可能となるので、設計の自由度が高くなる。
補助結合電極6と接地電位に接続された電極との間のC結合の量が大きくなると、入力結合電極4または出力結合電極5による減衰極の発生する周波数は、より低周波側にシフトする。このC結合の量は、補助結合電極6と接地電位に接続された電極とが互いに重なる面積に比例し、補助結合電極6と接地電位に接続された電極との間の距離(誘電体層1aの厚み)に反比例するので、これらにより調整することができる。
補助結合電極6と接地電位に接続された電極とが互いに重なる面積および補助結合電極6と接地電位に接続された電極との間の距離が一定であっても、補助結合電極6と入力結合電極4および出力結合電極5との電気的な接続点の位置を、入力結合電極4および出力結合電極5の開放端側にすると、入力結合電極4および出力結合電極5の電気長が長くなるので減衰極のシフト量が大きくなる。このとき、図4および図5に示す例のように、補助結合電極6の入力結合電極4および出力結合電極との接続点が、補助結合電極6の端部にあると、より電気長を長くすることができる。
補助結合電極6が共振器電極3a,3cに対向する場合は、補助結合電極6を入力結合電極4および出力結合電極5と共振器電極3a,3cとの間に配置すると、補助結合電極6の面積の分だけ入力結合電極4および出力結合電極5と共振器電極3a,3cとのC結合が小さくなる。このため、よりシフト量を大きくするためには、図5に示す例のように、補助結合電極6と入力結合電極4および出力結合電極5との重なりが小さくなるように、入力結合電極4および出力結合電極5の開放端で補助結合電極6に接続し、そこから開放端を延長する方向に補助結合電極6が延びるようにするとよい。
また、補助結合電極6が共振器電極3a,3cに対向する場合は、図4に示す例のように、補助結合電極6が共振器電極3a,3cの開放端側と対向していると、共振器電極3a,3cの開放端側がより電界が強いために共振器電極3a,3cと補助結合電極6と間のC結合がより強いものとなり、フィルタ特性としてより反射低減の効果が大きくなるので好ましい。
跳ね上がりの発生する周波数と入力結合電極4または出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極が発生する周波数との差に応じて、また、反射特性を考慮して、上記したような補助結合電極6の配置や寸法を調整すればよい。
結合電極7は、結合の弱い初段の共振器電極3aと最終段の共振器電極3dとの間の結合を強めるために設けるものであり、例えば図4に示す例において、第2段の共振器電極3bと第3段の共振器電極3dとの結合が増えると、共振器電極3a〜3dと接地電極2a・2aとで形成される基本的なフィルタの中心周波数がずれるなど通過帯域内のフィルタ特性が変わることととなり、結合電極7を加えることによる減衰特性の設計が複雑になってしまう。また、結合電極7において初段の共振器電極3aに対向する部分と最終段の共振器電極3cに対向する部分とを接続するパターンの線幅が大きいと、結合電極7自身が接地電極のように機能することから共振器電極3a〜3dによる磁界に影響を与えることにより、フィルタのQ値が低下して通過帯域の損失が大きくなってしまう。そのため、初段の共振器電極3aに対向する部分と最終段の共振器電極3cに対向する部分とを接続する部分は、その間の第2段および第3段の共振器電極3b・3dと対向する面積を小さくして結合をできるだけ小さくするために、小さい幅のパターンで、第2段および第3段の共振器電極3b・3cと直交するように設けるとよい。また、初段の共振器電極3aおよび最終段の共振器電極3cに対向する部分までの距離を大きくすることにより結合を小さくするために、この直交する部分をさらに1層以上の誘電体層1aを挟んだ位置に形成して、貫通導体により初段の共振器電極3aに対向する部分および最終段の共振器電極3cに対向する部分に接続してもよい。
結合電極7と共振器電極3a・3dとの間の誘電体層1aの層数により結合電極7と共振器電極3a・3cとの間の距離を変更したり、結合電極7のパターン幅や長さ等のパターン形状や平面視での位置により結合電極7と共振器電極3a・3cとが重なる面積を変更したりすることで、結合電極7と共振器電極3a・3cとの間の電磁界結合度の強弱を調整でき、減衰極が生じる周波数を任意に設定できる。共振器電極3a・3cとの間で十分な結合が得られ、フィルタ装置を作製する際の位置ずれにより初段の共振器電極3aおよび最終段の共振器電極3d以外の共振器電極3b・3dとの結合が発生してしまうことがないように、結合電極7の初段の共振器電極3aに対向する部分および最終段の共振器電極3cに対向する部分は、共振器電極3a・3cの形状に沿った帯状で、共振器電極3a・3cよりも幅の小さい形状とするのがよい。
容量電極8と共振器電極3a〜3dとは、貫通導体で電気的に接続されるが、これらの配置は、平面視での重なりができるだけ小さくなるようにするのが好ましい。容量電極8と共振器電極3a〜3dとが平面視で重なると、その重なった面積分だけ共振器電極3a〜3dと接地電極2aとの結合が小さくなってしまい、また、例えば初段の共振器電極3aに接続された容量電極8と他の共振器電極3b〜3dとが平面視で重なると、初段の共振器電極3aと他の共振器電極3b〜3dとの結合量が変わってしまうからである。このようなことから、図4および図5に示す例のように、容量電極8を長方形や楕円形のような細長い形状とし、共振器電極3a〜3dの開放端と容量電極8の一方端とを接続し、容量電極8の他方端を共振器電極3a〜3dの開放端を延長する方向に向けるとよい。また、図7および図8に示す例のように、容量電極8の共振器電極3a〜3cと平面視で重なる部分の幅は小さく、接地電極2や内部接地電極2aと重なる部分の幅は大きい、例えば凸形状(T字形状)とすると、上記のような不具合がなく、短い容量電極8でも接地電極2aや内部接地電極2bとの結合が得やすいのでより好ましい。
容量電極8は、図5に示す例では、共振器電極3a〜3dに対して誘電体層1aを挟んで上方にそれぞれ1つずつ設けられているが、共振器電極3a〜3eの下方にそれぞれ1つずつ設けてもよいし、図7および図8に示す例のように共振器電極3a〜3eの上方または下方のいずれかにそれぞれ1つずつ設けてもよいし、あるいは、図4に示す例のように、複数の各共振器電極3a〜3dのそれぞれに対して、上方および下方の両方にそれぞれ1つずつ設けてもよい。容量電極8が上述した凸形状(T字形状)の場合は、図7および図8に示す例のように、共振器電極3a〜3cに対して誘電体層1aを挟んで上方と下方とに分けて容量電極8を配置すると、接地電極2aや内部接地電極2bと重なる部分の幅をより大きくすることができるので好ましい。
誘電体層1aとしては、例えば、アルミナ,ムライト,窒化アルミニウム,BaO−TiO2系,CaO−TiO2系,MgO−TiO2系およびガラスセラミックス等のセラミック材料、あるい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−パーフルテロアルキルビニルエーテル共重合樹脂;PFA)等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂,ポリイミド等の有機樹脂材料が用いられる。これらの材料による誘電体層1aの形状や寸法(厚みや幅,長さ)は、使用される周波数や用途等に応じて設定される。セラミック材料の場合は、より高周波の信号を伝送することが可能な、Au,Ag,Cu等の低抵抗金属からなる導体材料と同時焼成が可能な低温焼成セラミックスが好ましい。
接地電極2a,内部接地電極2b,共振器電極3a〜3d,入力結合電極4,入力端子電極4a,入力結合補強電極4b,出力結合電極5,出力端子電極5a,出力結合補強電極5b,補助結合電極6,結合電極7,容量電極8は、誘電体層1aがセラミック材料からなる場合は、W,Mo,Mo−Mn,Au,Ag,Cu等の金属を主成分とするメタライズ層により形成される。また、誘電体層1aが樹脂系材料からなる場合は、厚膜印刷法,各種の薄膜形成方法,めっき法あるいは箔転写法等により形成した金属層や、このような金属層上にめっき層を形成したもの、例えばCu層,Cr−Cu合金層,Cr−Cu合金層上にNiめっき層およびAuめっき層を被着させたもの,TaN層上にNi−Cr合金層およびAuめっき層を被着させたもの,Ti層上にPt層およびAuめっき層を被着させたもの,Ni−Cr合金層上にPt層およびAuめっき層を被着させたもの等が挙げられる。その厚みや幅は、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。
誘電体層1a,接地電極2a,内部接地電極2b,共振器電極3a〜3d,入力結合電極4,入力端子電極4a,入力結合補強電極4b,出力結合電極5,出力端子電極5a,出力結合補強電極5b,補助結合電極6,結合電極7,容量電極8の形成は、従来周知の方法を用いればよい。例えば誘電体層1aがガラスセラミックスから成る場合であれば、まずそれら誘電体層1aとなるガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、グリーンシート上にスクリーン印刷法によりAg等の導体ペーストを所定形状で印刷塗布して接地電極2a,内部接地電極2b,共振器電極3a〜3d,入力結合電極4,入力端子電極4a,入力結合補強電極4b,出力結合電極5,出力端子電極5a,出力結合補強電極5b,補助結合電極6,結合電極7,容量電極8の各電極パターンを形成する。次に、これらの電極パターンが形成されたグリーンシートを重ねて圧着するなどして積層体を作製し、この積層体を850〜1000℃で焼成することにより形成する。その後、外表面に露出している導体層上には、NiめっきおよびAuめっき等のめっき皮膜を形成する。誘電体層1aが有機樹脂材料から成る場合であれば、例えば有機樹脂シート上に接地電極2a,内部接地電極2b,共振器電極3a〜3d,入力結合電極4,入力端子電極4a,入力結合補強電極4b,出力結合電極5,出力端子電極5a,出力結合補強電極5b,補助結合電極6,結合電極7,容量電極8の各電極パターン形状に加工したCu箔を転写し、Cu箔が転写された有機樹脂シートを積層して接着剤で接着することにより形成する。
接地電極2aと共振器電極3a〜3dの短絡端とを接続する接続導体は、それらの間に位置する誘電体層1a内に形成された貫通導体または誘電体層1aの端面に形成された端面導体の形態で形成することにより、積層されたそれら誘電体層1aの内部に形成するフィルタ装置の設計自由度が向上するとともに、より小型で高性能なフィルタ装置とすることができる。
このような接続導体となる貫通導体や側面導体は、誘電体層1aがガラスセラミックス等のセラミックスから成る場合には、貫通導体は、例えば前述の製造方法において接地電極2a,内部接地電極2b,共振器電極3a〜3d,入力結合電極4,入力端子電極4a,入力結合補強電極4b,出力結合電極5,出力端子電極5a,出力結合補強電極5b,補助結合電極6,結合電極7,容量電極8の各電極パターンを形成する前に、グリーンシートに金型加工やレーザー加工によってあらかじめ形成しておいた貫通孔内に同様の導体ペーストを印刷法等によって充填することで形成することができ、端面導体は、例えば共振器電極3a〜3eの電極パターンの短絡端を端面に露出させたグリーンシート積層体を形成した後、同様の導体ペーストをグリーンシート積層体の側面に印刷することによって形成することができる。また、端面導体は、グリーンシートに共振器電極3a〜3dの列の幅程度の貫通穴を形成しておき、共振器電極3a〜3dの電極パターンの短絡端をこの貫通穴に接するように形成した後、グリーンシートの積層前または積層後に導体ペーストを貫通穴の内面に印刷し、または貫通穴に充填して、貫通穴の部分で切断することによっても形成することができる。誘電体層1aが樹脂系材料から成る場合も同様に、グリーンシートに代えて有機樹脂シートを用い、導体ペーストの印刷やめっきにより貫通孔内に貫通導体を形成したり、薄膜法等により側面導体を形成したりすればよい。共振器電極3a〜3dの電極パターンの短絡端を積層体の側面に露出させるには、共振器電極3a〜3dの電極パターンの短絡端がグリーンシート(あるいは有機樹脂シート)の端部に位置するように形成したり、共振器電極3a〜3dの電極パターンを形成したグリーンシート(有機樹脂シート)を積層した後に、共振器電極3a〜3dの電極パターンの短絡端が側面に露出するように積層体を切断したりすればよい。
具体的には、UWBのローバンド規格に用いられるような、通過帯域の中心周波数が3.9GHzのバンドパスフィルタとしてのフィルタ装置は、図4に示すような形態であれば、例えば誘電体層1aとして比誘電率が9.4のガラスセラミックスを用い、接地電極2a,内部接地電極2b,共振器電極3a〜3d,入力結合電極4,入力端子電極4a,入力結合補強電極4b,出力結合電極5,出力端子電極5a,出力結合補強電極5b,補助結合電極6,結合電極7,容量電極8および貫通導体にAgメタライズを用いることにより得られる。比誘電率が9.4のガラスセラミックスは、例えば、ガラス成分としてPbO,B2O3,SiO2,Al2O3,ZnOおよびアルカリ土類金属酸化物を主成分とする結晶化ガラスが50質量%とフィラー成分としてアルミナが50質量%とからなるものを用いればよい。
このとき、誘電体層1aは、厚みを上から順に、350μm,50μm,50μm,100μm,350μmとした。接地電極2a・2aは、寸法を3.1mm×3.6mmとし、内部接地電極2bは外寸を3.1mm×3.6mmで内寸(開口の寸法)を2.7mm×1.85mmとする。この開口内に寸法が0.4mm×1.7mmの共振器電極3a,3b,3c,3dを0.25mm,0.17mm,0.25mm間隔で横並びに整列し、各短絡端を内部接地電極2bに接続して、各開放端と内部接地電極2bとの間隔を0.15mm、共振器電極3aおよび3dと内部接地電極2bとの間隔を0.215mmとなるように配置した。内部接地電極2bと積層体1の上下面の接地電極2a・2aとは、外周部に配列した直径0.1mmの貫通導体で接続する。入力結合電極4は寸法を0.3mm×2.25mmとして、初段の共振器電極3aの開放端側と平面視で0.3mm×1.7mmの範囲で重なるように配置し、0.2mm×0.2mmの入力端子電極4aの中心と直径0.1mmの貫通導体で接続した。出力結合電極5も同様に寸法を0.3mm×2.25mmとして、最終段の共振器電極3cの開放端側と平面視で0.3mm×1.7mm重なるように配置し、0.2mm×0.2mmの出力端子電極5aの中心と直径0.1mmの貫通導体で接続した。補助結合電極6は、寸法を0.3mm×1.2mmとし、入力結合電極4の開放端と補助結合電極6の一端とを合わせるとともに初段の共振器電極3aの開放端側と平面視で0.3mm×1.2mmの範囲で重なるように配置し、入力結合電極4の開放端から、および補助結合電極6の一端からそれぞれ0.1mmの位置同士を直径0.1mmの貫通導体で接続した。また、同じ寸法の補助結合電極6の一端と出力結合電極5の開放端とを合わせるとともに最終段の共振器電極3cの開放端側と平面視で0.3mm×1.2mmの範囲で重なるように配置し、出力結合電極5の開放端から、および補助結合電極6の一端からそれぞれ0.1mmの位置同士を直径0.1mmの貫通導体で接続した。結合電極7は、2つの0.1mm×0.975mmのものの端部同士を1.97mm×0.1mm幅の導体層で接続したクランク形とし、初段および最終段の共振器電極3a,3cそれぞれの短絡端側と平面視で0.1mm×0.875mmの範囲で重なるように配置し、内部接地電極2bと重なる0.1mm×0.1mmの部分の中心で直径0.1mmの貫通導体により接続した。容量電極8は、寸法が0.2mm×0.72mmのものを、共振器電極3a,3cの開放端部と平面視で0.2mm×0.2mmの範囲で重なり、内部接地電極2bと0.2mm×0.37mmの範囲の重なるように初段および最終段の共振器電極3a,3cそれぞれの上下に配置し、共振器電極3a,3cの開放端部と重なる部分の中心で直径0.1mmの貫通導体により接続した。また、0.2mm×0.6mmの寸法の容量電極8を、第2段および第3段の共振器電極3b,3dの開放端部と平面視で0.2mm×0.2mmの範囲で重なり、内部接地電極2bと0.2mm×0.25mmの範囲の重なるように共振器電極3b,3dそれぞれの上下に配置し、第2段および第3段の共振器電極3b,3dの開放端部と重なる部分の中心で直径0.1mmの貫通導体により接続した。
このような例の本発明のフィルタ装置(実施例)のフィルタ特性は、図9の線図に実線の特性曲線で示すようなものとなる。また、このような例の本発明のフィルタ装置によるフィルタ特性に対して、補助結合電極6のみを有さないフィルタ装置(比較例)において得られるフィルタ特性は、図9に破線の特性曲線で示すようなものとなる。また、このときの本発明のフィルタ装置の通過帯域における反射特性は、図10に実線で示すようなものとなり、同様に比較例の反射特性は、図10に破線で示すようなものとなる。図10における一点鎖線および二点鎖線は、それぞれ本発明のフィルタ装置によるフィルタ特性および比較例のフィルタ装置によるフィルタ特性を示す。なお、図9および図10に示す線図において、縦軸は挿入損失(単位:dB)を、横軸は周波数(単位:GHz)を示す。
図9に示すフィルタ特性から、比較例のフィルタ特性は、約19GHzに入力結合電極4または出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極を有し、約15.3GHzに結合電極7による減衰特性の跳ね上がりを有しているのに対して、本発明のフィルタ装置の実施例のフィルタ特性は、入力結合電極4または出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極が15.3GHzにシフトしたことにより、跳ね上がりが打ち消されていることが分かる。
以上のことから、本発明のフィルタ装置によれば、入力結合電極4および出力結合電極5の少なくとも一方に電気的に接続されるとともに、接地電位に接続された電極に対向して電磁界結合する補助結合電極6とを備えることから、入力結合電極4または出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極が不要な跳ね上がりの発生する周波数より高周波側に位置する場合に、補助結合電極6により入力結合電極4および出力結合電極5と接地電位に接続された電極とのC結合の量を増加させて、入力結合電極4および出力結合電極5の等価電気長を、入力結合電極4および出力結合電極5のみによる電気長よりも長くすることができるので、入力結合電極4および出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極を低周波側にシフトすることができる。そして、このC結合の量を調整することで等価的な電気長を調整して、入力結合電極4および出力結合電極5によるλ/2共振の減衰極を跳ね上がりの発生する周波数の近傍にシフトすることにより、不要な跳ね上がりを除去した優れた減衰特性を有するものであることが分かる。
なお、比較例に対してさらに容量電極8を有さない従来のフィルタ装置において、本発明のフィルタ装置(および比較例のフィルタ装置)と同様の周波数に減衰極を有するものとするには、共振器電極3a〜3dを長くしなければならず、フィルタ装置の大きさが大きくなってしまうばかりでなく、減衰極よりさらに高周波側に減衰特性の跳ね上がりがあるものとなり、無線LANで使用する帯域に対する減衰帯域において十分に減衰していないフィルタ特性となってしまう。