JP2010232987A - フィルタ装置、これを用いた無線通信モジュール及び通信機器装置 - Google Patents

フィルタ装置、これを用いた無線通信モジュール及び通信機器装置 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の共振電極間において誘導性結合を生じさせる結合電極を用いていることにより、所定の通過帯域近傍の周波数帯域における信号を急峻に減衰させることができる。一方で、この結合電極においてλ/2共振が生じるため、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号をより大きく減衰させようとした場合、このλ/2共振が無視出来ないものとなっている。
【解決手段】結合電極よりも基準電極側に位置するとともに結合電極における第1の共振電極の短絡端と第2の共振電極の短絡端との結合経路と電気的に接続され、基準電極と容量結合する容量電極を備えたフィルタ装置とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、フィルタ装置及びこれを用いた通信機器装置に関するものである。通信機器装置は、例えば、携帯電話、無線LANのような無線通信機器に好適に用いることができる。
従来から、通信機器装置などに用いられるバンドパスフィルタには所定の通過帯域を除く周波数帯域での信号を減衰させることが求められている。そこで、特許文献1に開示されているように、複数の共振電極の短絡端を電気的に接続する結合電極を備えたフィルタ装置が提案されている。特許文献1に開示されたフィルタ装置においては、上記の結合電極を備えていることにより、複数の共振電極間において、容量性の結合だけでなく誘導性の結合も生じさせることができる。これにより、所定の通過帯域近傍の周波数帯域における信号を急峻に減衰させることができる。
特開2008−118615号公報
しかしながら、近年、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号をより大きく減衰させることが求められている。特許文献1に記載のフィルタ装置においては、複数の共振電極間において誘導性結合を生じさせる結合電極を用いていることにより、所定の通過帯域近傍の周波数帯域における信号を急峻に減衰させることができる。一方で、この結合電極においてλ/2共振が生じるため、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号をより大きく減衰させようとした場合、このλ/2共振が無視出来ないものとなっている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、λ/2共振による高調波成分を小さくすることにより、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号をより大きく減衰することのできるフィルタ装置並びにこれを用いた無線通信モジュール及び通信機器装置を提供することを目的とする。
本発明のフィルタ装置は、複数の誘電体層を積層してなる積層体と、前記積層体の一方の端面に配設された基準電極と、前記誘電体層の主面上に併設され、それぞれ一方の端部が短絡端であるとともに他方の端部が開放端である第1の共振電極及び第2の共振電極と、前記第1の共振電極の短絡端及び前記第2の共振電極の短絡端とそれぞれ電気的に接続された結合電極と、を備えている。そして、前記結合電極よりも前記基準電極側に位置するとともに前記結合電極における前記第1の共振電極の短絡端と前記第2の共振電極の短絡端との結合経路と電気的に接続され、前記基準電極と容量結合する容量電極をさらに備えている。
本発明のフィルタ装置は、第1の共振電極及び第2の共振電極を備えている。第1の共振電極と第1の共振電極に信号を入力するための入力端子との間、及び、第2の共振電極と第2の共振電極から信号を出力するための出力端子との間では、入出力端子と共振電極との間での電磁的な結合に伴うλ/2共振による信号の減衰が生じる。また、本発明のフィルタ装置は、結合電極よりも基準電極側に位置するとともに結合電極における第1の共振電極の短絡端と第2の共振電極の短絡端との結合経路と電気的に接続され、基準電極と容量結合する容量電極をさらに備えている。
これにより、結合電極による共振電極間の結合自体を変化させることなく、結合電極におけるλ/2共振による共振周波数を低域側にシフトさせることができる。そのため、上記する入出力端子におけるλ/2共振の共振周波数と、結合電極におけるλ/2共振の共振周波数とを近づけることができるので、これらの共振を相殺することができる。結果として、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号をより大きく減衰させることができる。
本発明の第1の実施形態におけるフィルタ装置を示す斜視図である。 図1に示す実施形態の分解斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる高周波モジュール及び無線通信機器を示す概念図である。 (a)は、本発明の一実施例のフィルタ装置にかかるフィルタ特性である。(b)は、比較例のフィルタ装置にかかるフィルタ特性である。
以下、本発明のフィルタ装置について図面を用いて詳細に説明する。
図1,2に示すように、本発明の第1の実施形態にかかるフィルタ装置1は、第1の誘電体層5を含む複数の誘電体層3を積層してなる積層体7と、積層体7の主面上に配設された第1の基準電極9と、積層体7の裏面上に配設された第2の基準電極11と、第1の誘電体層5の主面上に併設され、それぞれ一方の端部が短絡端であるとともに他方の端部が開放端である第1の共振電極13及び第2の共振電極15と、第1の共振電極13に信号を入力するための入力端子17と、第2の共振電極15から信号を出力するための出力端子19と、第1の誘電体層5の裏面上に配設され、第1の共振電極13の短絡端及び第2の共振電極15の短絡端とそれぞれ電気的に接続された結合電極21と、を備えている。
また、本実施形態にかかるフィルタ装置1は、結合電極21よりも第2の基準電極11側に位置するとともに結合電極21における第1の共振電極13の短絡端と第2の共振電極15の短絡端との結合経路と電気的に接続され、第2の基準電極11と容量結合する容量電極23をさらに備えている。なお、本実施形態において積層体7の一方の端面に配設された基準電極を第2の基準電極11、積層体7の他方の端面に配設された基準電極を第1の基準電極9としている。
本実施形態にかかるフィルタ装置1は、第1の共振電極13に信号を入力するための入力端子17及び第2の共振電極15から信号を出力するための出力端子19を備えている。第1の共振電極13と入力端子17との間、及び、第2の共振電極15と出力端子19との間では、入出力端子19と共振電極13,15との間での電磁的な結合に伴うλ/2共振(以下、入出力端子19によるλ/2共振とする。)による信号の減衰が生じる。
また、本実施形態にかかるフィルタ装置1は、結合電極21よりも第2の基準電極11側に位置するとともに結合電極21における第1の共振電極13の短絡端と第2の共振電極15の短絡端との結合経路と電気的に接続され、第2の基準電極11と容量結合する容量電極23をさらに備えている。結合電極21自体の長さ又は幅を変えることによって結合電極21におけるλ/2共振(以下、結合電極21によるλ/2共振とする。)の共振周波数を変えることが可能であるが、結合電極21における共振電極13,15間の結合自体が変化してしまう。しかしながら、本実施形態にかかるフィルタ装置1は、上記の容量電極23を備えていることにより、結合電極21による共振電極間の結合自体を変化させることなく、結合電極21におけるλ/2共振(以下、結合電極21によるλ/2共振とする。)による共振周波数を低域側にシフトさせることができる。
このとき、本実施形態にかかるフィルタ装置1のように、結合経路の中央部分において結合電極21と電気的に接続されていることが好ましい。これにより、結合電極21によるλ/2共振における共振周波数を低域側に大きくシフトさせることができるからである。
そのため、入出力端子19によるλ/2共振における共振周波数と、結合電極21によるλ/2共振における共振周波数とを近づけることができる。入力端子17及び出力端子19(以下、単に入出力端子19ともいう。)によるλ/2共振は信号の減衰であり、結合電極21によるλ/2共振は信号の増大であるので、これらの共振における共振周波数を近づけることにより、これらの共振を相殺することができる。結果として、結合電極21によるλ/2共振の影響を小さくすることができるので、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号をより大きく減衰させることができる。
本実施形態にかかるフィルタ装置1は、第1の誘電体層5を含む複数の誘電体層3を積層してなる積層体7を備えている。積層体7及び誘電体層3の形状や寸法は、使用される周波数や用途に応じて設定される。例えば、誘電体層3の厚みは、誘電体層3を介して対向する共振電極と、入力端子17及び出力端子19と、の間で電気的な短絡が生じないように、絶縁性を確保するのに十分な厚みを有していることが好ましい。
誘電体層3としては、例えば、セラミック材料のような無機材料及び樹脂材料を用いることができる。具体的には、セラミック材料としては、例えば、アルミナセラミックス、ムライトセラミックス及びガラスセラミックスを用いることができる。また、樹脂材料としては、例えば、四フッ化エチレン―エチレン樹脂(ポリテトラフルオロエチレン;PTFE)、四フッ化エチレン―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)及び四フッ化エチレン―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)のようなフッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂並びにポリイミドを用いることができる。
本実施形態にかかるフィルタ装置1は、積層体7の主面上に配設された第1の基準電極9を備えている。また、本実施形態にかかるフィルタ装置1は、積層体7の裏面上に配設された第2の基準電極11を備えている。第1の基準電極9及び第2の基準電極11は、アース電位のような基準電位となるように外部配線(非図示)に接続される。
第1の基準電極9及び第2の基準電極11は、積層体7の主面及び裏面の全体にそれぞれ配設されていることが好ましい。これにより、積層体7の内部における信号の伝達に伴い生じる電磁波の外部への漏洩を抑制することができるからである。ただし、本実施形態のように、入力端子17及び出力端子19が、積層体7の主面又は裏面において外部に取り出されている場合には、入出力端子19との電気的な短絡を防止するため、入出力端子19と離隔するように、入出力端子19の取り出し口を除く部分に配設されていることが好ましい。
第1の基準電極9及び第2の基準電極11としては、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。導電性の良好な部材としては、例えば、Au,Ag,Cu,Al,Pt,Pd,W及びMoのような金属部材を用いることができる。
本実施形態にかかるフィルタ装置1は、第1の誘電体層5の主面上に併設され、それぞれ一方の端部が基準電位に接続された短絡端であるとともに他方の端部が開放端である第1の共振電極13及び第2の共振電極15を備えている。
併設され、隣り合う共振電極が電磁界結合することにより、入力信号における通過帯域に対応する波長成分を取り出すことができる。このとき、共振電極の長さを通過帯域に対応する波長成分の略1/4とすることにより、λ/4共振を利用して、効率よく入力信号における通過帯域に対応する波長成分を取り出すことができる。なお、第1の共振電極13及び第2の共振電極15としては、第1の基準電極9と同様に、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。
なお、本実施形態にかかるフィルタ装置1においては、第1の共振電極13の短絡端と第2の共振電極15の短絡端とが互い違いとなるように、第1の共振電極13及び第2の共振電極15が配設されているが、特にこれに限られるものではない。
また、共振電極としては第1の共振電極13及び第2の共振電極15の2つの共振電極を備えていることが必要であるが、複数の共振電極として、第1の共振電極13及び第2の共振電極15のみを備えた形態に限定されるものではない。本実施形態のように3つ以上の共振電極を備え、これらの共振電極の短絡端が互い違いに接続された、いわゆるインターデジタル型としてもよい。
本実施形態にかかるフィルタ装置1は、第1の誘電体層5の主面上に配設され、第1の共振電極13及び第2の共振電極15の一方の端部とそれぞれ接続された第3の基準電極25を備えている。このように、第1の共振電極13及び第2の共振電極15の一方の端部を基準電位に接続された第3の基準電極25と接続することにより、第1の共振電極13及び第2の共振電極15の一方の端部をそれぞれ短絡端とすることができる。具体的には、本実施形態における第3の基準電極25は、第1の共振電極13及び第2の共振電極15の周囲を取り囲むように環状に形成され、第1の共振電極13及び第2の共振電極15の一方の端部とそれぞれ接続されている。
また、本実施形態にかかるフィルタ装置1は、ビア電極27を介して第1の共振電極13及び第2の共振電極15の開放端とそれぞれ接続された複数の容量短縮電極29を備えている。このような容量短縮電極29を備えていることにより、第3の基準電極25との間での静電容量を増大させることができる。そのため、共振電極の長さを短縮させることができるので、フィルタ装置1を小型化させることができる。なお、容量短縮電極29としては、第1の基準電極9と同様に、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。
本実施形態にかかるフィルタ装置1は、第1の共振電極13に信号を入力するための入力端子17を備えている。具体的には、本実施形態における入力端子17は、誘電体層3を介して第1の共振電極13と対向する部分(以下、第1の入力端子17aとする)と、誘電体層3を介して容量短縮電極29と対向する部分(以下、第2の入力端子17bとする)と、を有している。このように、入力端子17を介して外部から第1の共振電極13に信号を入力することにより、通過帯域の周波数成分を抽出することができる。
本実施形態におけるフィルタ装置1は、誘電体層3を介して第1の共振電極13と対向する第1の入力端子17aを有している。これにより、入力端子17と第1の共振電極13とを容量結合させることができるので、この結合に伴うλ/2共振による信号の減衰を生じさせることができる。また、第2の入力端子17bを有していることにより、入力端子17と第1の共振電極13との間での結合をより大きくすることができる。そのため、入力信号の損失を小さくすることができる。なお、入力端子17としては、第1の基準電極9と同様に、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。
本実施形態にかかるフィルタ装置1は、第2の共振電極15から信号を出力するための出力端子19を備えている。具体的には、本実施形態における出力端子19は、誘電体層3を介して第2の共振電極15と対向する部分(以下、第1の出力端子19aとする)と、誘電体層3を介して容量短縮電極29と対向する部分(以下、第2の出力端子19bとする)と、を有している。このように、出力端子19を介して第2の共振電極15から外部に信号を出力することにより、通過帯域の周波数成分を抽出することができる。
本実施形態におけるフィルタ装置1は、誘電体層3を介して第2の共振電極15と対向する第1の出力端子19aを有している。これにより、出力端子19と第2の共振電極15とを容量結合させることができるので、この結合に伴うλ/2共振による信号の減衰を生じさせることができる。また、第2の出力端子19bを有していることにより、出力端子19と第2の共振電極15との間での結合をより大きくすることができる。そのため、入力信号の損失を小さくすることができる。なお、出力端子19としては、第1の基準電極9と同様に、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。
本実施形態にかかるフィルタ装置1は、第1の誘電体層5の裏面上に配設され、第1の共振電極13の短絡端及び前記第2の共振電極15の短絡端とそれぞれ電気的に接続された結合電極21を備えている。このような結合電極21を備えていることにより、第1の共振電極13と第2の共振電極15との間において、容量性の結合だけでなく誘導性の結合も生じさせることができる。これにより、所定の通過帯域近傍の周波数帯域における信号を急峻に減衰させることができる。なお、結合電極21としては、第1の基準電極9と同様に、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。
そして、本実施形態にかかるフィルタ装置1は、結合電極21よりも積層体7の裏面側に位置するとともに結合電極21における第1の共振電極13の短絡端と第2の共振電極15の短絡端との結合経路の中央部分と電気的に接続され、第2の基準電極11と容量結合する容量電極23を備えている。このように、第2の基準電極11と容量結合する容量電極23を備え、この容量電極23が結合電極21における結合経路の中央部分と電気的に接続されていることから、結合電極21と第2の基準電極11との容量結合を大きくすることができるので、結合電極21におけるλ/2共振による共振周波数を低域側にシフトさせることができる。これにより、結合電極21による共振電極間の結合自体は小さくすることなく、結合電極21によるλ/2共振の影響を小さくすることができる。つまり、所定の通過帯域近傍の周波数帯域における信号を急峻に減衰させつつ、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号をより大きく減衰させることができる。
このとき、容量電極23は誘電体層3を介して結合電極21と対向していることが好ましい。特に、結合電極21及び容量電極23を平面視した場合に、容量電極23全体が結合電極21の下に位置していることがより好ましい。これにより、容量電極23と第1の共振電極13及び第2の共振電極15とが、直接に容量結合する可能性を小さくすることができるので、所定の通過帯域における信号の減衰を抑制することができるからである。
なお、本実施形態における容量電極23は、ビア電極27を介して結合電極21と接続されている。また、容量電極23としては、第1の基準電極9と同様に、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。
次に、本発明の高周波モジュール31及び無線通信機器39について以下に説明する。
図3に示すように、本実施形態の高周波モジュール31は、上記のフィルタ装置1と、フィルタ装置1の第2の端部側(図3においては上面側)に配設され、バンプ33を介してフィルタ装置1と電気的に接続された集積回路35と、フィルタ装置1の第1の端部側(図3においては下面側)に配設され、バンプ33を介してフィルタ装置1と電気的に接続されたプリント基板37とを備えている。
そして、本実施形態の無線通信機器39は、上記の高周波モジュール31と、プリント基板37を介してフィルタ装置1に電気的に接続されたベースバンド部41と、プリント基板37を介してフィルタ装置1に電気的に接続されたアンテナ43とを備えている。
本実施形態の高周波モジュール31および無線通信機器39によれば、結合電極21よりも積層体7の裏面側に位置するとともに結合電極21における第1の共振電極13の短絡端と第2の共振電極15の短絡端との結合経路の中央部分と電気的に接続され、第2の基準電極11と容量結合する容量電極23を更に備えている。そのため、入出力端子19におけるλ/2共振の共振周波数と、結合電極21におけるλ/2共振の共振周波数とを近づけることができるので、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号をより大きく減衰させることができる。これにより、通過帯域外のノイズとなる信号成分を小さくできるので、受信感度が高い高性能な高周波モジュール31および無線通信機器39を得ることができる。
なお、本実施形態においては、集積回路35が、フィルタ装置1の第2の端部側に配設されるとともにバンプ33を介してフィルタ装置1と電気的に接続している。また、プリント基板37が、フィルタ装置1の第1の端部側に配設されるとともにバンプ33を介してフィルタ装置1と電気的に接続されている。ここで、フィルタ装置1を内蔵した基板を用いて、集積回路35を、基体の第2の端部側に配設するとともにバンプ33を介して基体と電気的に接続し、プリント基板37を、基体の第1の端部側に配設するとともにバンプ33を介して基体と電気的に接続してもよい。
図1に示す実施形態にかかるフィルタ装置1の伝送特性を電磁界シミュレーションにて計算した。なお、比較例として、上記実施例における容量電極23を除いた構造のフィルタ装置1を用いた。
第1の基準電極側から、それぞれ厚みが0.3mm、0.05mm、0.05mm、0.05mm、0.25mm、0.1mmの誘電体層3を積層することにより積層体7を形成した。第1の共振電極13及び第2の共振電極15を含む複数の共振電極として、それぞれ長さが3.35mm、幅が0.4mm(以下、長さ×幅で表記する)である4つの共振電極を用いた。これらの共振電極をインターデジタル型に配設した。
複数の共振電極の開放端とそれぞれ電気的に接続された容量短縮電極29としては、0.35mm×0.45mmの電極部と、それぞれの共振電極と対向して接続する0.5mm×0.2mmの接続部から形成される凸形状のものを用いた。電極部は容量短縮電極29を平面視した場合に、第3の基準電極25と誘電体層3を介して対向するように位置している。
第1の入力端子17aおよび第1の出力端子19aは、2.95×0.3mmとした。また、第2の入力端子17bおよび第2の出力端子19bは、1.2×0.3mmとした。このとき第2の入力端子17bおよび第2の出力端子19bは、第1の共振電極13および第2の共振電極15と接続された短縮容量電極29と、それぞれ対向するように配置した。
結合電極21は、幅を0.1mmとした。また、結合電極21としては、一部が第1の共振電極13及び第2の共振電極15と誘電体層3を介して併設されるようにクランク形状で配置されるとともに、結合電極の中心で点対象となるように配置される。容量電極23は、0.2mm×0.2mmの大きさの電極とした。また、結合電極21の中央部分と電気的に接続している。
本実施例にかかるフィルタ装置1及び比較例にかかるフィルタ装置1のフィルタ特性を図4に示す。なお、図4(a)及び(b)において、横軸は周波数[Hz]であり、縦軸は挿入損失(単位:dB)を示している。
図4(b)に示すように、比較例にかかるフィルタ装置1では、結合電極21に起因するλ/2共振Aにおける共振周波数と入出力端子19に起因するλ/2共振Bにおける共振周波数とが大きく異なるため、結合電極21に起因するλ/2共振による影響が大きく表れている。
一方、図4(a)に示すように、本実施例にかかるフィルタ装置1では、結合電極21に起因するλ/2共振における共振周波数が低域側にシフトし、入出力端子19に起因するλ/2共振と相殺されている。そのため、結合電極21に起因するλ/2共振による影響が抑制され、所定の通過帯域を除く周波数帯域における信号がより大きく減衰していることが分かる。
1・・・フィルタ装置
3・・・誘電体層
5・・・第1の誘電体層
7・・・積層体
9・・・第1の基準電極
11・・・第2の基準電極
13・・・第1の共振電極
15・・・第2の共振電極
17・・・入力端子
17a・・・第1の入力端子
17b・・・第2の入力端子
19・・・出力端子
19a・・・第1の出力端子
19b・・・第2の出力端子
21・・・結合電極
23・・・容量電極
25・・・第3の基準電極
27・・・ビア電極
29・・・容量短縮電極
31・・・高周波モジュール
33・・・バンプ
35・・・集積回路
37・・・プリント基板
39・・・無線通信機器
41・・・ベースバンド部
43・・・アンテナ

Claims (6)

  1. 複数の誘電体層を積層してなる積層体と、
    前記積層体の一方の端面に配設された基準電極と、
    前記誘電体層の主面上に併設され、それぞれ一方の端部が短絡端であるとともに他方の端部が開放端である第1の共振電極及び第2の共振電極と、
    前記第1の共振電極の短絡端及び前記第2の共振電極の短絡端とそれぞれ電気的に接続された結合電極と、を備えたフィルタ装置であって、
    前記結合電極よりも前記基準電極側に位置するとともに前記結合電極における前記第1の共振電極の短絡端と前記第2の共振電極の短絡端との結合経路と電気的に接続され、前記基準電極と容量結合する容量電極をさらに備えたことを特徴とするフィルタ装置。
  2. 前記容量電極は、前記結合経路の中央部分において前記結合電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のフィルタ装置。
  3. 前記容量電極は前記誘電体層を介して前記結合電極と対向していることを特徴とする請求項1に記載のフィルタ装置。
  4. 前記結合電極及び前記容量電極を平面視した場合に、前記容量電極全体が前記結合電極の下に位置していることを特徴とする請求項3に記載のフィルタ装置。
  5. 請求項1に記載のフィルタ装置と、該フィルタ装置の主面上に配設された第1のバンプと、該第1のバンプを介して前記フィルタ装置と電気的に接続された集積回路と、前記フィルタ装置の裏面上に配設された第2のバンプと、該第2のバンプを介して前記フィルタ装置と電気的に接続されたプリント基板と、を備えた無線通信モジュール。
  6. 請求項5に記載の無線通信モジュールと、該無線通信モジュールにおける前記プリント基板と電気的に接続されたベースバンド部と、前記無線通信モジュールにおける前記プリント基板と電気的に接続されたアンテナとを備えたことを特徴とする無線通信機器。
JP2009078687A 2009-03-27 2009-03-27 フィルタ装置、これを用いた無線通信モジュール及び通信機器装置 Expired - Fee Related JP5261251B2 (ja)

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