JP3008757B2

JP3008757B2 - 高周波フィルタ

Info

Publication number: JP3008757B2
Application number: JP5304840A
Authority: JP
Inventors: 子敏己金; 垣内一雄堂; 口正彦川; 田勝治松
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-11-09
Filing date: 1993-11-09
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: JPH07135403A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は高周波フィルタに関
し、特にたとえば、複数の共振器が電磁気的に結合した
高周波フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９〜１１はこの発明の背景となる従来
のフィルタの例を示す図解図である。図９に示すフィル
タは、誘電体基板１を含み、その一方面のほぼ全面にア
ース電極２が形成される。そして、誘電体基板１の他方
面には、アース電極と対向するようにして、２つの直線
状のパターン電極３が形成される。これらのパターン電
極３の一端は、誘電体基板１の端面を介してアース電極
２に接続される。これらの誘電体基板１，アース電極２
およびパターン電極３で、マイクロストリップライン共
振器が形成される。さらに、パターン電極３の一端から
間隔を隔てて、入出力用の取出し電極４が形成される。
そして、２つのマイクロストリップライン共振器が電磁
気的に結合することにより、フィルタが形成される。

【０００３】図１０に示すフィルタは、２つのボビン５
を含み、ボビン５に導線６が巻回されて共振器が形成さ
れる。そして、導線６の一端が端子に接続される。導線
６が巻回された２つのボビン５は、金属ケース７で覆わ
れる。２つの共振器間には結合用窓が形成され、この結
合用窓を介して２つの共振器が電磁気的に結合される。
また、図１１に示す共振器は、誘電体基板１を含む。誘
電体基板１には、アース電極２と、それに対向する渦巻
状のパターン電極８が形成され、共振器が形成される。
そして、これらの複数の共振器が、結合制御パターン９
を介して結合される。このフィルタは、誘電体材料で形
成されたセラミックシート上に各電極用パターンを形成
し、積層して一体焼成することにより形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図９に示すフィルタの
各共振器のパターン電極の長さＬは、次に示す数１で示
される。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、λは波長であり、ε_reは誘電体の
実効誘電率である。数１からわかるように、これらの共
振器を小型化するためには、高誘電率の誘電体材料を使
用することが考えられる。しかしながら、その温度特性
から誘電体材料の比誘電率をあまり大きくすることがで
きず、比誘電率ε＝１００程度が限度である。この比誘
電率が、そのまま実効誘電率ε_reに置き換えられるとし
て、１ＧＨｚの共振器を形成すると、上式からＬ＝７．
５ｍｍと非常に長くなる。そのため、共振器の小型化が
困難であり、それを用いたフィルタも小型化が困難であ
る。

【０００７】また、各共振器のパターン電極の長さＬが
長くなると、隣接する共振器間の電磁気的な結合が大き
くなる。そのため、適当な結合を得るためには、パター
ン電極間の距離を大きくしなければならない。そのた
め、フィルタがさらに大型化してしまう。

【０００８】図１０に示すフィルタは、ボビンの周囲に
導線を渦巻状に巻回し、互いに結合用窓を介して磁気的
に結合したものである。しかしながら、導線を渦巻き状
に巻回し、これを金属ケース内に納めた構造であり、占
有面積が大きくなって小型化しにくいなどの問題があ
る。さらに、導線，ボビン，金属ケースなどを組み立て
ているため、製造がめんどうであり、コストダウンが困
難である。

【０００９】図１１に示すフィルタでは、パターン電極
が渦巻状に形成されているため、隣接するパターン電極
間で磁束が影響しあって、電流が流れにくくなる。その
ため、実質的な抵抗が大きくなり、Ｑが低下する。ま
た、渦巻状のパターン電極を用いたフィルタでは、共振
周波数が低くなると、その構造上パターン電極のライン
幅を細くして巻数を増やす必要があり、さらに抵抗が大
きくなってＱが低下するという問題があった。さらに、
誘電体材料を積層し一体焼成するため、焼成時の誘電体
材料の収縮などにより、クラックや割れが発生する。ま
た、寸法ばらつきが大きく、精度をよくするためにトリ
ミングなどの工程が必要であり、コストダウンが困難で
高価なものとなっていた。

【００１０】それゆえに、この発明の主たる目的は、優
れた特性を有し、高精度で、かつ小型の高周波フィルタ
を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、誘電体基板
と、誘電体基板の一方面上に面状に形成されるアース電
極と、誘電体基板の他方面上にアース電極と対向して形
成され、その一端がアース電極に接続されることにより
複数のマイクロストリップライン共振器を形成するため
の渦巻状の複数のパターン電極と、それぞれのパターン
電極の一端と間隔を隔ててパターン電極から引き出され
る取出し電極と、パターン電極および取出し電極の上に
形成される磁性体基板とを含み、誘電体基板を介して複
数のパターン電極とアース電極とが対向することにより
静電容量が形成され、かつ複数のパターン電極が電磁気
的に結合することにより形成された、高周波フィルタで
ある。

【００１２】

【作用】渦巻状のパターン電極とアース電極とでマイク
ロストリップライン共振器が形成され、パターン電極が
電磁気的に結合することにより、高周波フィルタが形成
される。このとき、パターン電極上に磁性体基板が形成
されることにより、共振器のインダクタンス分が大きく
なる。また、磁性体基板によって、複数のパターン電極
間の磁気的な結合が強くなる。さらに、磁性体基板によ
って、シールド効果が得られる。

【００１３】

【発明の効果】この発明によれば、渦巻状のパターン電
極が並んで形成されているため、直線状のパターン電極
を有する高周波フィルタに比べて、小型化することがで
きる。さらに、磁性体基板によってマイクロストリップ
ライン共振器のインダクタンス分が大きくなり、パター
ン電極間の結合も大きくなるので、同一周波数のフィル
タを形成する場合、パターン電極の長さを短くすること
ができ、磁性体基板を使用していない従来の高周波フィ
ルタに比べて、小型化することができる。しかも、磁性
体基板によってシールド効果が得られるため、シールド
電極などを形成する必要がなく、安価な高周波フィルタ
を得ることができる。

【００１４】また、パターン電極やアース電極が形成さ
れた誘電体基板と磁性体基板とを接着することによって
高周波フィルタを形成することができ、複数の誘電体材
料を積層して一体焼成する場合のように、クラックの発
生や寸法ばらつきの発生が少ない。そして、誘電体基
板，磁性体基板および各電極の寸法ばらつきが少ないた
め、フィルタの精度が高く、特性の安定した高周波フィ
ルタを得ることができる。さらに、１枚の誘電体基板に
複数の電極パターンを正確に形成することができるた
め、フィルタの量産が可能であり、コストダウンを図る
ことができる。

【００１５】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示す平面図であ
り、図２および図３はそれぞれ線ＩＩ−ＩＩおよび線Ｉ
ＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であり、図４はその分解斜
視図である。この高周波フィルタ１０は、矩形板状の誘
電体基板１２を含む。誘電体基板１２としては、たとえ
ば比誘電率が７０以上の高誘電率を有するものが用いら
れる。誘電体基板１２の一方面上には、ほぼ全面にアー
ス電極１４が形成される。さらに、誘電体基板１２の他
方面上には、アース電極１４に対向して２つのパターン
電極１６，１８が形成される。

【００１７】パターン電極１６は、誘電体基板１２の一
方側において、１つの辺から内側に向かって渦巻状に形
成される。また、別のパターン電極１８は、誘電体基板
１２の他方側において、パターン電極１６と同じ辺から
内側に向かって渦巻状に形成される。このとき、各パタ
ーン電極１６，１８の面積をＳ１、各パターン電極１
６，１８の渦巻きの中心部のパターン電極が形成されて
いない部分の面積をＳ２としたとき、面積比Ｓ２／Ｓ１
が０．１５以上となるように形成される。さらに、これ
らのパターン電極１６，１８は、誘電体基板１２の端部
側から内側に向かうにしたがって、その幅が小さくなる
ように形成される。

【００１８】パターン電極１６から誘電体基板１２の端
部に向かって、取出し電極２０が引き出される。取出し
電極２０は、誘電体基板１２の辺に引き出されたパター
ン電極１６の一端から所定の間隔を隔てて形成される。
同様に、パターン電極１８から誘電体基板１２の端部に
向かって、取出し電極２２が引き出される。取出し電極
２２は、誘電体基板１２の辺に引き出されたパターン電
極１８の一端から所定の間隔を隔てて形成される。これ
らのパターン電極１６，１８および取出し電極２０，２
２上には、ポリイミド層などの接着剤層２４が形成され
る。この接着剤層２４上には、たとえば高周波フェライ
トなどの磁性体基板２６が形成される。そして、アース
電極１４を覆うようにして、保護層３０が形成される。
このとき、保護層３０は、取出し電極２０，２２の引き
出された方向を除いて、アース電極１４の端部が露出す
るように形成される。

【００１９】この高周波フィルタ１０の対向する側面に
は、６つの端子電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，
３４ｅおよび３４ｆが形成される。これらの端子電極３
４ａ〜３４ｆは、取出し電極２０，２２が引き出されて
いない側面に形成される。そして、１つの端子電極３４
ａによって、パターン電極１６とアース電極１４とが接
続される。同様に、端子電極３４ｃによって、別のパタ
ーン電極１８とアース電極１４とが接続される。また、
他の端子電極３４ｂ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆは、それ
ぞれアース電極１４に接続される。さらに、高周波フィ
ルタ１０の取出し電極２０が引き出された側面には取出
し端子電極３６が形成され、取出し電極２２が引き出さ
れた側面には取出し端子電極３８が形成される。そし
て、取出し端子電極３６は取出し電極２０に接続され、
取出し端子電極３８は取出し電極２２に接続される。こ
の高周波フィルタ１０の入出力インピーダンスは、端子
電極３４ａに接続されたパターン電極１６の一端と取出
し電極２０との間隔、および端子電極３４ｃに接続され
たパターン電極１８の一端と取出し電極２２との間隔に
よって決定される。

【００２０】この高周波フィルタ１０はマイクロストリ
ップライン構造となり、２つのパターン電極１６，１８
によって２つの共振器が形成される。そして、パターン
電極１６，１８の隣接した部分が電磁気的に結合し、フ
ィルタが形成される。

【００２１】この高周波フィルタ１０を作製するには、
誘電体基板１２が準備される。この誘電体基板１２に、
薄膜工法およびエッチングなどの方法を用いて、アース
電極１４およびパターン電極１６，１８が形成される。
そして、誘電体基板１２のアース電極１４の上に、ガラ
スまたは樹脂を用いて保護層３０が形成される。さら
に、誘電体基板１２のパターン電極１６，１８形成面に
熱可塑性ポリイミドを載置、印刷あるいは塗布し、磁性
体基板２６を貼り合わせて加熱圧着または真空加熱圧着
する。そののち、端子電極３４ａ〜３４ｆおよび取出し
端子電極３６，３８を乾式めっき法などによって形成
し、高周波フィルタ１０が作製される。

【００２２】この高周波フィルタ１０では、コンデンサ
パターンが形成されていないが、図５に示す等価回路を
有する。これは、この高周波フィルタ１０の構造がマイ
クロストリップライン構造であるために、パターン電極
１６，１８とアース電極１４との間に静電容量が形成さ
れるためである。なお、図５に示す等価回路において、
ＣＸおよびＭは電磁気的な結合を示す。

【００２３】このような高周波フィルタ１０の周波数特
性を測定し、その結果を図６に示した。この高周波フィ
ルタ１０では、磁性体基板２６が形成されていることに
より、マイクロストリップライン共振器のインダクタン
ス分が大きくなる。また、磁性体基板２６によって、パ
ターン電極間の結合が大きくなる。したがって、磁性体
基板２６の厚みおよび透磁率を変えることによって、周
波数特性を変更することができる。この発明の高周波フ
ィルタ１０と比較するために、図７に示す高周波フィル
タ４０を作製し、その周波数特性を図８に示した。図７
の高周波フィルタは、本発明の高周波フィルタ１０の磁
性体基板を形成せず、パターン電極上に保護層４２を形
成したものである。その他の誘電体基板１２の厚み，比
誘電率およびパターン電極１６，１８の幅や長さは、本
発明の高周波フィルタと同じである。

【００２４】図６および図８からわかるように、比較例
の中心周波数は１６２５ＭＨｚであるのに対し、本発明
の高周波フィルタの中心周波数は１４６５ＭＨｚであ
り、その差は１６０ＭＨｚであった。また、比較例の−
３ｄＢ通過帯域幅は１６０ＭＨｚであるのに対し、本発
明の高周波フィルタの−３ｄＢ通過帯域幅は１３５ＭＨ
ｚであり、その差は２５ＭＨｚであった。これらの結果
からわかるように、本発明の高周波フィルタでは、同一
周波数のフィルタを作製するのにパターン電極１６，１
８の長さを短くすることができ、小型化を図ることがで
きる。さらに、磁性体基板に上述の効果を得られるとと
もに、シールド効果も合わせて得ることができる。その
ため、パターン電極１６，１８上にシールド電極などを
形成する必要がなく、シールド電極を有するフィルタに
比べてコストダウンをすることができる。

【００２５】この高周波フィルタ１０では、面積比Ｓ２
／Ｓ１を０．１５以上にすることによって、フィルタの
Ｑを高めることができる。また、この高周波フィルタ１
０では、パターン電極１６の一端と取出し電極２０との
間隔、およびパターン電極１８の一端と取出し電極２２
との間隔を調整することにより、入出力インピーダンス
を調整することができるため、容易に外部回路とのイン
ピーダンス整合をとることができる。

【００２６】さらに、この高周波フィルタ１０では、パ
ターン電極１６，１８の幅が、端子電極３４ａ，３４ｃ
との接続部分から離れるにしたがって小さくなるように
形成されている。このようにすることによって、高周波
フィルタ１０のＱをさらに高めることができる。これ
は、ストリップラインにおいては、パターン電極とアー
ス電極との接続部分の電流密度が大きく、パターン電極
の先端に向かうにしたがって電流密度が小さくなるた
め、パターン電極幅を変えることにより電流密度に対応
した抵抗を得ることができるからである。このような高
周波フィルタ１０では、面積比Ｓ２／Ｓ１を０．１５以
上にしたことによる効果と、パターン電極１６，１８の
幅を変化させたことによる効果とが合わさって、よりＱ
の大きい高周波フィルタを得ることができる。

【００２７】また、この高周波フィルタ１０では、パタ
ーン電極１６，１８が渦巻状であるため、直線状のパタ
ーン電極を有するフィルタに比べて、小型化が可能であ
る。さらに、直線状のパターン電極を有するフィルタに
比べて、２つのパターン電極の隣接する部分が短い。そ
のため、２つの共振器の電磁気的な結合が小さく、２つ
のパターン電極間の距離を小さくすることができる。し
たがって、さらに高周波フィルタの小型化を図ることが
できる。このような高周波フィルタとして、３．２×
２．５ｍｍの超小型のバンドパスフィルタを得ることが
できた。

【００２８】この発明の高周波フィルタでは、第１の誘
電体基板１２の材料として、その比誘電率が７０以上の
ものが用いられているが、これは比誘電率を小さくする
とパターン電極１６，１８の全長Ｌが長くなるためであ
る。パターン電極１６，１８の全長が長くなると、パタ
ーン電極１６，１８の巻数が増加する。そのため、パタ
ーン電極の形成されていない部分の面積Ｓ２を確保でき
なくなり、Ｑが劣化してしまう。また、面積Ｓ２を確保
しようとすると、高周波フィルタが大型化してしまう。
したがって、十分なＱを確保し、しかも小型の高周波フ
ィルタを得るためには、第１の誘電体基板１２の材料と
して比誘電率が７０以上のものを用いることが望まし
い。

【００２９】また、パターン電極から引き出される取出
し電極の形成位置を変えることにより、高周波フィルタ
の入出力インピーダンスを調整することができる。しか
も、エッチングなどの方法を用いて、各電極の寸法を正
確に形成することができるため、精度の高い高周波フィ
ルタを得ることができる。このような方法でバンドパス
フィルタを作製したところ、通過帯域の中心周波数のば
らつきを±１．５％以下にすることができた。さらに、
１枚の誘電体基板に複数の電極パターンを正確に形成す
ることができるため、多数の電極パターンを形成した誘
電体基板を切断することにより、高周波フィルタの量産
が可能である。しかも、フィルタを超小型に形成できる
ので、材料費を節約することができ、コストダウンを図
ることができる。しかも、誘電体層を積層して一体焼成
したフィルタなどに比べて、誘電体基板の収縮や電極の
寸法ばらつきが少なく、フィルタの精度をよくすること
ができる。したがって、従来のフィルタのような周波数
調整などの工程を省略することができる。そして、焼成
時の収縮などによる割れやクラックの発生も防止するこ
とができる。

【００３０】なお、上述の実施例では、誘電体基板１２
の全面を覆うように接着剤層２４を形成したが、接着剤
層２４を部分的に形成して誘電体基板１２と磁性体基板
２６とを接着してもよい。また、接着剤層を形成せず、
たとえばボルトとナットなどによって、誘電体基板１２
と磁性体基板２６とを固着してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す平面図である。

【図２】図１に示す高周波フィルタの線ＩＩ−ＩＩにお
ける断面図である。

【図３】図１に示す高周波フィルタの線ＩＩＩ−ＩＩＩ
における断面図である。

【図４】図１に示す高周波フィルタの分解斜視図であ
る。

【図５】図１に示す高周波フィルタの等価回路図であ
る。

【図６】図１に示す高周波フィルタの周波数特性を示す
グラフである。

【図７】本発明の高周波フィルタと比較するために用い
た高周波フィルタの分解斜視図である。

【図８】図８に示す高周波フィルタの周波数特性を示す
グラフである。

【図９】この発明の背景となる従来の高周波フィルタの
一例を示す斜視図である。

【図１０】従来のフィルタの他の例を示す図解図であ
る。

【図１１】従来のフィルタのさらに他の例を示す分解斜
視図である。

【符号の説明】

１０高周波フィルタ１２誘電体基板１４アース電極１６パターン電極１８パターン電極２０取出し電極２２取出し電極２６磁性体基板３４ａ〜３４ｆ端子電極３６取出し端子電極３８取出し端子電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田勝治京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内 (56)参考文献特開平５−199009（ＪＰ，Ａ) 特開平１−277012（ＪＰ，Ａ) 特開平７−66605（ＪＰ，Ａ) 特開平７−58510（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−223011（ＪＰ，Ａ) 実開平４−43016（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−116404（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−61530（ＪＰ，Ｕ) 特表平３−504070（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 1/203 H01P 1/205 H01P 1/20 H03H 7/01 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板、前記誘電体基板の一方面上に面状に形成されるアース電
極、前記誘電体基板の他方面上に前記アース電極と対向して
形成され、その一端が前記アース電極に接続されること
により複数のマイクロストリップライン共振器を形成す
るための渦巻状の複数のパターン電極、それぞれの前記パターン電極の一端と間隔を隔てて前記
パターン電極から引き出される取出し電極、および前記パターン電極および前記取出し電極の上に形成され
る磁性体基板を含み、前記誘電体基板を介して複数の前記パターン電極と前記
アース電極とが対向することにより静電容量が形成さ
れ、かつ複数の前記パターン電極が電磁気的に結合する
ことにより形成された、高周波フィルタ。