JP3595715B2 - バランス型誘電体フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として無線機器などの高周波回路で使用され、入出力側ともバランス型とした誘電体フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、誘電体フィルタは、移動体通信の発展により小型で高性能であることが、強く要請されるようになり、これに適した誘電体フィルタが広く使用されている。このような誘電体フィルタは、例えば、数百メガヘルツから約５ＧＨｚのマイクロ波帯での濾波に使用され、回路基板に実装されて通信機器、特に携帯電話装置に使用されている。そのために、誘電体フィルタは、特に小型化、薄型化に好適なセラミック積層型フィルタが多く使用されるようになってきた。
【０００３】
従来のアンバランス型の誘電体フィルタとしては、図９（Ｂ）にその構造が例示されているが、５枚のセラミック誘電体層６１〜６５が積層され、誘電体層６３と６４との間には、１／４波長の共振波長を有し、先端短絡された一対のストリップライン共振子６６、６６が形成されている。
この例では、一の共振子６６の一端側に、入力容量電極６８が、他方の共振子６６の一端には、出力容量電極６９が結合され、両共振子間には、段間結合容量電極７０で静電結合されている。
【０００４】
ストリップライン共振子電極６６の両面は、誘電体層を介して、シールド電極７１、７２で挟まれて、トリプレート構造を構成している。一対のストリップライン共振子６６は、ローディング容量電極６７により接地されている。また、入力端子７３（１１）と出力端子７４（５１）とは、それぞれ入出力容量電極６８、６９に接続されている。さらに、接地端子７５、７６（４）が、シールド電極７１、７２とローディング容量電極６７とに接続され、接地するようにしている。
【０００５】
図９（Ａ）には、従来の誘電体フィルタの端子接続法を示してある。高周波入力信号は入力端子１１と接地端子４の間に印加され、出力信号が出力端子５１と接地端子４の間からアンバランス型として取り出される。
【０００６】
以上のように構成された誘電体フィルタについて、まず、ストリップライン共振子電極６６は２本の共振子が互いに電磁界結合されて、コム（ｃｏｍｂ）ライン型のフィルタを構成する。ローディング容量電極６７は共振子と並列に容量を接続し、同じ長さのストリップラインに対して、共振周波数を下げる働きをする。
この例は、フィルタの入出力は容量結合型になっており、入出力容量電極６８、６９とストリップライン共振子電極６６の間の電極対向部で平行平板コンデンサを形成する。段間結合容量電極７０は伝達特性に減衰極を発生させるためのものであり、共振子間の段間結合を電磁界結合と電界結合の組み合わせで行うものである（例えば、特開平５−９５２０２号公報参照）。
【０００７】
特開平７−３１２５０３号公報は、セラミック誘電体の積層体内に一体に構成した２段インピーダンス共振子（ｓｔｅｐｐｅｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）を利用したアンバランス型誘電体フィルタを開示している。このフィルタは、対を成すストリップラインが、一端が接地された第１のライン部と一端が開放されてこの第１のライン部より低い特性インピーダンスを有する低い第２のライン部とからなり、両方の２段のストリップラインを電磁結合させるのに、第１のライン部同士と、第２ライン部同士との結合量を変えて、フィルタ回路の伝達特性を制御するものである。
【０００８】
また、他の従来例では、ＰＣＴ国際公開ＷＯ９２／０２９６９号において、図１０で示すように、出力側のみをバランス化しようとする試みが既に提案されているが、ここで，マイクロストリップライン型の２つのスプリットリング共振子８０、８１を、一方は、アンバランス型入力端子８２に入力結合容量８５を介して接続し、他方は、バランス型の出力端子８３、８４に接続し、リング端部間をローディング容量８６、８７で結合してある。この構成においては、スプリットリング共振子８０、８１を電磁界結合させることによって、フィルタを構成している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来のストリップライン型フィルタが、少なくとも入出力端子のいずれかがアンバランス型であると、バランス型の高周波増幅回路ないしは高周波半導体集積回路と接続するために、バランス−アンバランス変換器（バラン）が必要であった。また、アンバランス型回路では、接地回路に電流が流れるため、電磁妨害に弱く、雑音などの影響を受け易いという問題もあった。
【００１０】
上記のＰＣＴ国際公開ＷＯ９２／０２９６９号は、上記の２つのスプリットリング共振子に対して入出力側端子ともバランス型で結合したフィルタも開示している。しかし、このスプリットリングを利用する並行型フィルタは、相互の電磁結合のために２つのフィルタを基板上に同一面上で配置する必要があるので、フィルタの配置に広い面域を必要として、フィルタの小型化には、なお問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、電磁妨害に強く、設計が容易にできる入出力端子ともバランス型としたコンパクトな誘電体フィルタを提供することを目的とする。
本発明の別の目的は、バランス型回路或いは集積回路と接続特性がよいコンパクトなバランス型誘電体フィルタを提供することである。
また本発明の別の目的は、回路基板に対する高い実装性能を有するバランス型誘電体フィルタを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のバランス型誘電体フィルタは、相互に電磁界結合されて並列配置された N 個（ N は自然数）のＴＥＭモード型共振子を上下に２組有し、上下の各共振子の組は一端で接続されることで一つの共振器を形成し、一対の入力端子と一対の出力端子が並列配置された最外の共振器にそれぞれ電気的に平衡に接続されており、かつ、前記上下の N 個ずつの共振子が互いに対面して鏡面対称に誘電体内に配置されたことを特徴としている。
【００１３】
本発明のバランス型誘電体フィルタは、入力端子側も出力端子側もバランス型とされ、各共振子の組が誘電体を介して鏡面対称を成して配置されている。各共振子の組の入力側に反対移相の高周波信号が印加されたとき、各共振子の組の間には鏡面位置に電位零の電気壁が形成されるので、入力側も出力側もバランスが極めて良好であって、外部電磁妨害に対しても相殺し合って出力側に現れない。そこで、外部電磁妨害に強いフィルタを構成することができる。
【００１４】
本発明においては、各共振器に使用されるＴＥＭモード型共振子としては、誘電体中に含まれる同軸共振子であってもよく、これは、誘電体ブロックに形成された孔を利用して誘電体ブロック型のバランス型誘電体フィルタを構成する。
本発明においては、別のＴＥＭモード型共振子として、誘電体内に埋設された薄い導体によるストリップラインを利用することができる。
【００１５】
ストリップライン型共振子の場合には、共振子は、導体のストリップラインの端部が接地された１／４波長共振子として作用する。即ち、詳しくは、本発明は、ストリップライン型共振子を使用するフィルタにおいて、一対の入力端子と、両入力端子にそれぞれ入力側の両端部が接続されて相互に電磁界結合された並列配置の複数のストリップライン型共振子と、該共振子の出力側の両端部にそれぞれ接続された一対の出力端子とから成り、各共振子の組の各対応するストリップライン共振子同士が誘電体を介在させて対面するように鏡面対称に配置される。
【００１６】
上記の各共振子の組は、鏡面対称を成す２つのストリップラインの端部同士が接続されて１つの１／２波長共振子として構成することもできる。言いかえれば、本発明は、１／２波長で共振するストリップラインが折り曲げられて鏡面対称を成して配置されたバランス型誘電体フィルタを含む。この場合に、１／２波長で共振するストリップラインの両端部に、それぞれ入力端子又はそれぞれ出力端子が接続される。入力端子と出力端子は、バランス型となる。このようなバランス型誘電体フィルタは、複数の１／２波長のストリップライン型共振子を並列配置して相互に電磁界結合され、各共振子は、鏡面対称に折り曲げられて誘電体内に配置される。入力側の共振子両端側には、一対の入力端子接続され、それぞれ出力側の共振子両端側には、一対の出力端子が接続される。
【００１７】
上記ストリップライン型共振子においては、上述の電気壁は、折り曲げられたストリップラインの鏡面対称の位置に形成される。電気壁は、導体を持たない仮想的であってもよい。好ましくは、電気壁には、金属導体の中間シールドが配置されて接地され、これにより、フィルタ回路のバランスを確実にすることができる。
【００１８】
特に、上記の折り曲げストリップラインのバランス型の誘電体フィルタにおいても、ストリップラインの両端部側が互いに対面して、鏡面対称を成して配置されるので、誘電体フィルタは、鏡面位置に電気壁が形成される。これにより、入出力側ともほぼ完全なバランス型を保持することができる。このような折り曲げストリップライン型共振子は、ストリップラインの中点が誘電体層の端部に位置してストリップラインが誘電体層の表面側から裏面側に振り分けて配置されるのが好ましい。
【００１９】
このようなフィルタを構成するために、各共振子の組のストリップライン型共振子は、面対称に成るように、別個に誘電体セラミックの積層体の内部に配置される。即ち、各組の共振子は、２つの１／４波長のストリップライン導体が、対面するように、あるセラミック層の表裏上に形成され、これら一対の共振器は、互いに隣接するストリップライン導体が小さな間隔を設けて互いに平行に配列され、これにより電磁結合を可能にしている。さらに、共振子への入出力容量電極が、共振子に近接する別の誘電体セラミック層上に分離して配置されて、それぞれストリップラインの端部と電気的に結合している。
【００２０】
このようにして、本発明のバランス型フィルタは、各共振子の組が、別の層として重積して配置されるので、共振器が占める配置面積を半減でき、しかも、入出力容量電極、及び必要により共振子間の結合容量電極とが、他の層として、セラミック積層体内に一体化され、これにより、コンパクトなフィルタ構造を実現することができる。
【００２１】
本発明のバランス型誘電体フィルタは、入出力ともバランス化されているが、フィルタの使用に際しては、入力端子側若しくは出力端子側又はその両方を、アンバランス型として利用することもできる。入力側又は出力側をアンバランスとして利用する場合には、平衡型端子のいずれかを所要の外部アンバランス回路に接続し、他の端子は、接続されないで、好ましくは開放される。この場合でも、使用されない入力側又は出力側の共振子も、その共振機能が利用される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明の各実施例における動作説明のためのバランス型誘電体フィルタの端子構造を示すものである。この図において、バランス型誘電体フィルタ本体１には、一対のバランス型入力端子１１、１２と、一対のバランス型出力端子５１、５２とが接続され、この図では、さらに、入力側と出力側とに、接地端子４、４が接続されている。
【００２３】
入力信号は、バランス型入力端子１０である２つの端子１１、１２の間に逆相で加えられ、入力側の接地端子４は本質的に常に零電位であり、接地端子４に接地電流は流れない。 同様に、出力信号は、一対のバランス型出力端子５０（５１、５２）の間に逆相で現れ、出力側の接地端子４は本質的に常に零電位であり、接地端子４に接地電流は流れない。
このような入出力ともバランスされているフィルタを実現するため、図１（Ｂ）と図１（Ｃ）には、本発明のバランス型誘電体フィルタ１の模式図を示す。
【００２４】
図１（Ｂ）において、フィルタは、バランス型入出力端子１０と、４個の１／４波長の共振子を備えている。この実施形態においては、バランス型誘電体フィルタには、一対の共振器の一対のストリップライン（２１０ａ、２１０ｂ）と（２２０ａ、２２０ｂ）が、それぞれ２本づつ並行して電磁界結合により結合されており、これらストリップラインの一端側は、入力端子１１、１２と出力端子５１、５２とが結合容量Ｃ１を介して並列に接続され、各ストリップラインが他端側が共に接地されて１／４波長共振子を構成している。
【００２５】
バランス型入力端子の正端子１１には第１の共振子２１０ａの一端が結合され、負端子１２には第２の共振子２２０ａの一端が結合されている。バランス型出力端子５０の正端子５１には第３の共振子２１０ｂの一端が結合され、負端子５２には第４の共振子２２０ｂの一端を結合し、各共振子の他端をそれぞれ電気的に接地されている。
【００２６】
また、１組をなす共振子２１０ａ、２１０ｂのストリップラインは、他の組の共振子２２０ａ、２２０ｂのストリップラインと互いに対面して鏡面対称を成すように間隙を設けて配置されている。そこで、一対の入力端子１１、１２による入力信号は、それぞれ、入力容量Ｃ１１とＣ１２とを通って、一対の共振器２１０ａ、２１０ｂと２２０ａ、２２０ｂとに互いに１８０°の異なる位相で印加されるが、各共振子は一対のストリップラインが独立して電磁界結合されて一定範囲の周波数に瀘波される。各共振子は、出力容量Ｃ５１とＣ５２を介して出力端子に接続され、共振子からは１８０°位相の異なる瀘波信号が出力端子に出力される。
【００２７】
２組の共振子２１０ａ、２２０ａと２１０ｂ、２２０ｂとは互いに対面し、各共振子にはいる入力信号は、反対位相である（位相が１８０度違う）から、各共振子のストリップラインは、対応するどの位置でとっても、各共振子２１０、２２０の間の対称面に対して同じ電位で極性が反対であるから、両共振子は完全に平衡である。上記の対称面は、常に零電位にあり、この面が仮想的な電気壁９となる。特に、中間シールド電極２７１が、共振子２１０と２２０間の電気壁９の位置に配置され、接地されるのが好ましい。
【００２８】
このようにして、フィルタは中間シールド電極２７１を境として電気的に反対称となり、外部磁場ないし外部電場が共振子２１０と２２０に作用しても、入力側にも出力側にも現れず、完全なバランス型となる。
【００２９】
図１（Ｃ）はもう１つ型ののバランス型フィルタを示すが、共振子３ａ、３ｂは、一対の１／２波長のストリップライン３ａ、３ｂが並列で相互に電磁界結合されて、Ｕ字形に折り曲げられて、ストリップラインの半分３１０ａ、３２０ａが鏡面対象に配置されている。一方のストリップラインの両端部には一対の入力端子が入力容量Ｃ１１とＣ１２とを介して接続され、他方のストリップラインの両端部には、出力容量Ｃ５１とＣ５２とを介して出力端子が接合されている。
【００３０】
この例では、ストリップラインの中点３９は、接地されないが、１／２波長共振により定在波は電位零（電圧節）で電流腹となっている。Ｕ字形に折り曲げられたストリップラインの対称面は、ストリップラインの上記中点をも含めて、常に零電位にあり、この面が仮想的な電気壁９となる。この場合も、シールド電極２７１が、共振子３１０ａと３２０ａの間、及び３１０ｂと３２０ｂとの間の電気壁９の位置に配置され、接地されるのが好ましい。
【００３１】
上記共振子２１０、２２０は、後述のように、その間とその周辺が誘電体として高周波特性の良いセラミックスシートにより積層状態で担持されて一体化される。
【００３２】
また、対をなして並列したストリップライン間には、段間結合容量Ｃ１が結合されるが、これは、通過帯域に隣接して減衰極を形成するためである。さらに、ストリップラインの入出力側の端部には、ローディング容量Ｃ２を介して接地されており、ストリップラインの長さを共振波長よりも短縮することができる。
【００３３】
このようにして、バランス型の入出力端子においては接地電流が流れないことが大きな特徴であり、極端な状態では接地端子がなくてもバランス型４端子フィルタ回路としても正常に動作する。この点は、アンバランス型フィルタが、正常なフィルタ特性すなわち高減衰量を実現するためには理想的な接地が要求されるので、大きく異なる。アンバランス型フィルタでは、実際の高周波回路では、理想的な接地というのは無理であるため、誘電体フィルタの特性は劣化することになる。これに対し、バランス入出力型のバランス型誘電体フィルタでは接地状態によらず、常に優良なフィルタ特性を得られる。
【００３４】
然しながら、本発明のフィルタは、上述のように、平衡入力−平衡出力型のフィルタであるが、これに接続される外部回路が非平衡型回路である場合にも適用することができる。この場合には、上記フィルタの平衡型の入力及び出力端子の少なくともいずれかの平衡端子の一方に外部非平衡回路が接続され、他方の端子は、接続されずに開放される。この場合でも、開放された端子側のストリップライン共振子も共振素子として働く。外部非平衡回路の他の端子は、接地される。
【００３５】
【実施例】
以下に示す実施例においては、バランス型誘電体フィルタの共振子に、特開平７−３１２５０３号公報に開示したように、広幅ストリップ部と狭幅ストリップ部とが直列に一体化したストリップラインの２本以上が配列され、広幅部同士と、さらに狭幅部同士とが別個に電磁界結合されて、１／４波長型共振子と、１／２波長型の共振子を利用した例を示す。
【００３６】
［実施例１］
図２は本発明の第１の実施例におけるバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの構造を示す分解組立図であって、７層の誘電体セラミックシート２０１〜２０７積層体により構成されており、セラミックシート２０４と２０５との上には、上下に分けた２つのストリップライン型の共振子２１０と２２０とが配置されている。これら上下に分けたストリップライン型の共振子２１０と２２０は、互いにストリップラインが対面して、鏡面対称をなしている。
【００３７】
また、上記共振子２１０の上側のシート２０３には、入力容量電極２３１、出力容量電極２３２、段間結合容量２３３及び、ローディング容量電極２３０が形成され、これらの容量電極がストリップライン型の共振子２１０と結合している。
【００３８】
同様に、下側の上記共振子２２０の下側のセラミックシート２０６には、入力容量電極２４１、出力容量電極２４２、段間結合容量２４３及び、ローディング容量電極２４０が形成され、これらの容量電極がストリップライン型の共振子２２０と結合している。
【００３９】
ここに使用する共振子２１０、２２０は、各組が、一対のストリップライン型の共振子から構成された例であるが、各対のストリップライン型の共振子２１０ａ、２１０ｂと２２０ａ、２２０ｂは、２本の並行した狭幅の線路部分２１１、２２１のストリップラインがそれぞれ２本の並行した広幅の線路部分２１２、２２２のストリップラインと接合され、広幅の線路部分に入力容量電極２４１、出力容量電極２４２が静電結合し、２本の並行した狭幅の線路部分の先端は共通の接地電極２１３、２２３に接続されている。２本の並行した狭幅の線路部分２１１、２２１及び広幅の線路部分２１２、２２２とが相互に電磁界結合し、広幅の線路部分２１２、２２２には、同時に段間結合容量２３３、２４３により静電結合されている。
【００４０】
上記の電極とストリップラインとは、シールド電極２５０、２５１により上下から挟まれており、一対の入力端子２６１（１１）、２６２（１２）と出力端子２６３（５１）、２６４（５２）とが、積層体の側部に、それぞれ、入力容量電極と出力容量電極とに接続されて形成されている。この例では、さらに、入出力接地電極２６５、２６６（４）が、上記のシールド電極２５０、２５１及び中間シールド電極２７１、及び上記の接地電極２１３、２２３と接続されて設けられている。
【００４１】
２組の一対の共振子２１０（２１０ａ、２１０ｂ）、２２０（２２０ａ、２２０ｂ）は、広幅の線路部分２１２、２２２と狭幅の線路部分２１１、２２１とが結合したストリップラインがそれぞれ２本並行して構成され、１組の一対の共振子は、他の組の共振子と互いに対面して鏡面対称を成すように上下に別れて配置されている。そこで、一対の入力端子２６１、２６２による入力信号は、それぞれ、入力容量電極２３１と２４１とを通って、上下一対の共振器２１０、２２０に印加されるが、各共振子２１０、２２０は一対の共振子が独立して電磁界結合されて一定範囲の周波数に瀘波される。各共振子は、出力容量電極を介して出力端子に接続され、共振子からの１８０°位相の異なる瀘波信号が出力端子に出力される。
【００４２】
各共振子２１０、２２０は互いに対面し、各共振子に加わる入力信号は、反対位相である（位相が１８０度違う）から、各共振子のストリップラインは、対応するどの位置でとっても、各共振子２１０、２２０の間の対称面に対して極性が反対で且つ同じ電位にあり、両共振子は完全に平衡である。上記の対称面９は、常に零電位にあり、この面が仮想的な電気壁となる。この実施例は、対称面９には、後述の中間シールド電極を形成しないので、中間シールド電極を流れる高周波電流がないので、フィルタ通過損失が少なく、さらに、フィルタ製造が簡単になる利点がある。
【００４３】
フィルタは、例えば、Ｂｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系セラミック材料を用いた誘電体シート上に、銀ペーストを厚膜印刷してパターンを形成し、各シートを積層し、一体焼成して製作される。このようにして、セラミック積層構造のフィルタが形成される。
【００４４】
図３は、本実施例におけるバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの外観図である。フィルタの両側部には、一対の入力電極２６１、２６２と、一対の出力電極２６３、２６４とが形成され、それぞれ入力端子１１、１２と出力端子５１、５２となる。他方の側部には、接地電極２６５、２６６が接地端子４として露出形成されている。
図４は、本実施例のセラミック積層構造のフィルタの断面図であるが、電極配置は、この図で、鏡面対称面４０で上下に対称であり、対称面上４０に仮想的な電気壁９が形成されている。
【００４５】
［実施例２］
本発明の第２の実施例は、上記実施例１のバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの電極配置に加えて、電気壁９の位置に、中間シールド電極を形成した例である。
【００４６】
図５において、バランス型誘電体フィルタは、上記実施例の２組のストリップライン型の共振子２１０、２２０の間には、その中間シールド電極２７１が配置されている。中間シールド電極２７１の位置は、上下２組のストリップライン型の共振子２１０、２２０のほぼ対称面４０にあり、接地されている。
【００４７】
この実施例は、共振子２１０と２２０間の電気壁９として働く中間シールド電極２７１が設けられた点を除いて、実施例１のフィルタと同じである。このフィルタは、実施例１で述べたように、その電気壁９を境として、電気的に上下反対称である。このようにして、このフィルタは、シールド電極２７１を境として電気的に反対称となり、外部磁場ないし外部電場が共振子２１０と２２０に作用しても、入出力には現れない。
【００４８】
［実施例３］
図６は、この実施例のバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの他の構造を示すが、この誘電体フィルタは、誘電体セラミックのシート２０１ないし２０７の積層体であり、セラミックシート上には、一対の共振器３１０（３１０ａ、３１０ｂ）と３２０（３２０ａ、３２０ｂ）とが、ほぼ１／４波長のストリップラインとして形成されている。
【００４９】
共振子の詳細は、広幅の線路部分２１２、２２２が２本の並行ストリップラインが電磁界結合し、これらと接合された狭幅の線路部分２１１、２２１で２本の並行ストリップラインが電磁界結合し、２組の狭幅の線路部分２１１、２２１の端部同士が接続電極３１３、３２３と３１４、３２４と短絡電極３６６、３６７を介して接続されて、１／２波長の一対のストリップラインが形成される。
【００５０】
他方、広幅の線路部分２１２、２２２の入力側と出力側には、誘電体セラミック層を介して、それぞれ入力容量電極２３１、２４１と、出力容量電極２３２、２４２とが配置され、さらに、一対の広幅の線路部分間には、ローディング容量電極２３０、２４０と、段間結合容量電極２３３、２４３とが、同じ誘電体セラミック層上に配置されて、これら容量電極は広幅の線路部分との間に容量を形成する。さらにこれらの容量電極の外側の誘電体セラミック層上にシールド電極２５０、２５１が形成されている。
【００５１】
入力容量電極２３１、２４１と、出力容量電極２３２、２４２とは、それぞれ入力端子２６１、２６２と、出力端子２６３、２６４とに接続され、セラミック積層体の側部に形成されている。集積体の側部には、接地端子２６５、３６８、３６９が形成され、シールド電極２５０、２５１と接続される。端子電極３６６、３６７は、接続部電極３１３と３２３、３１４と３２４を接続する接続端面電極である。
【００５２】
誘電体フィルタは、例えば、Ｂｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系の誘電体セラミック（比誘電率約５８）を用いて形成できる。このセラミックス微粉末を含むグリーンシートを成形し、各シート上に銀ペーストを厚膜印刷して所定形状のストリップラインや容量電極のパターンを形成する。各シートを所定の配置に積層して後、焼成して、一体化した積層体が製作され、フィルタ―とされる。
【００５３】
図７は、セラミックスシートを積層して焼成一体化した誘電体フィルタの外観を示すが、外形直方体のフィルタ１は、一側部端面に電極２６１、２６２の一対の入力端子１１、１２が取着され、反対の側部端面に電極２６３、２６４の一対の出力端子５１、５２が取着され、残りの側部端面に、接地電極２６５、３６８、３６９の接地端子４が形成されている。このフィルタ１は、例えば、フィルタ１の電極２６１、２６２と電極２６３、２６４を、回路基板上に所定配置の対応する電極に、はんだ付け固定がなされて使用される。
また誘電体フィルタ１の側部端面には、ストリップラインの２組の狭幅の線路部分２１１、２２１の端部同士を短絡させるための短絡電極３６６、３６７が形成されている。
【００５４】
ここで、実施例１と大きく異なる点は、各共振子の一端を接地するのではなく、それぞれ上下に重なったほぼ１／４波長の共振子の一端同士を接続し、ほぼ１／２波長の共振子を構成した点である。それゆえ、各共振子は接地電位から浮いた状態になっている。
【００５５】
このようにそれぞれ電気的に接続されてほぼ１／２波長の共振子を構成することにより、優れたフィルタ特性と小型化を実現することができる。また、上下の共振子間にばらつきがあっても、共振子上に強制的に接地する点が存在しないので、自動的にバランス状態となり、常に良好な特性を得ることができる。
【００５６】
このフィルタは、中間シールド電極３７１を設けないので（図８参照）、製造が簡単になるのみでなく、中間シールド電極３７１に高周波電流が流れないのでその分損失がなくなり、フィルタの通過特性が向上する。
以上のように本実施例によれば、製造が簡単になり、損失が少なくなり特性が向上するという格別の効果を有する。
【００５７】
［実施例４］
図８は、本発明の第４の実施例におけるバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの構造を示すが、この実施例のバランス型誘電体フィルタは、実施例３の誘電体フィルタの共振子３１０と３２０間に電気壁として働く中間シールド電極３７１が設けられている点で実施例３の誘電体フィルタと異なるだけで、他の構成は、同じである。
【００５８】
中間シールド電極３７１は、上下の共振子３１０ａと３２０ａ、及び３１０ｂと３２０ｂの中間に配置され、接地電極２６６と接続されて接地されて、共振子の電気壁９として働き、この誘電体フィルタは中間シールド電極３７１を境として電気的に上下反対称であるから、入出力端子からみて完全なバランス型の誘電体フィルタとなっている。
【００５９】
以上示したように、本発明のバランス型誘電体フィルタは、相互に電磁界結合されて並列配置の複数のＴＥＭモード型共振子を２組有し、一対の入力端子と一対の出力端子との間に当該一対の共振器を平衡且つ並列に接続して成り、上記の一対の共振器が並列して鏡面対称に配置されているので、フィルタの入力側も出力側も完全にバランスされており、外部からの電磁波妨害に対しても完全に遮蔽され入力側も出力側にもその影響が現れるのを防止することができる。
【００６０】
一対の入力端子と、該一対の入力端子にそれぞれ入力側の共振子両端側が接続されて相互に電磁界結合された並列配置の複数のＴＥＭモード型共振子と、出力側の該共振子両端側にそれぞれ接続された一対の出力端子と、から成り、上記の共振子を鏡面対称に折り曲げた配置とするので、同様に、フィルタの入力側も出力側も完全にバランスされており、外部からの電磁波妨害に対しても完全に遮蔽され入力側も出力側にもその影響が現れるのを防止することができる。
【００６１】
ＴＥＭモード型共振子を、誘電体に配置したストリップライン型共振子とすることにより、極めてコンパクトに且つ量産性に優れたフィルタとすることができる。
【００６２】
さらに、上記の共振子を、ストリップラインの端部が接地された１／４波長共振子とし、あるいは、上記一対の共振器を、対称を成すストリップラインの端部同士が接続されて１／２波長共振子とすることにより、いずれも、信号周波数の１／４波長程度の大きさのフィルタとすることができる。
【００６３】
上記２組のストリップライン型共振子が誘電体層中に埋設されたものにすることにより、所定配置に共振子を担持することができ、さらに、高誘電率セラミックスを使用することにより、ストリップライン型共振子を短縮して、誘電体フィルタの小型化を図ることができる。
【００６４】
さらに、鏡面対称を成す上記の共振子の間に対称面近傍に電気壁が形成されて、特に、上記の共振子の間に接地導体が配設されるので、バランス型誘電体フィルタは、完全にバランスして電磁波妨害に強いフィルタとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バランス型誘電体フィルタの入出力端子の接続を示すブロック図（Ａ）、本発明のバランス型誘電体フィルタの等価回路図（Ｂ、Ｃ）を示す。
【図２】本発明の実施例に係るセラミック積層体中のバランス型誘電体フィルタの分解図を示す。
【図３】本発明の実施例に係るバランス型誘電体フィルタを含むセラミック積層体の斜視図を示す。
【図４】本発明の実施例に係るバランス型誘電体フィルタの断面図を示す。
【図５】本発明の他の実施例に係るセラミック積層体中のバランス型誘電体フィルタの図２同様図を示す。
【図６】本発明の他の実施例に係るセラミック積層体中のバランス型誘電体フィルタの図２同様図を示す。
【図７】本発明に他の実施例に係るバランス型誘電体フィルタを示す図３同様の斜視図を示す。
【図８】本発明の他の実施例に係るセラミック積層体中のバランス型誘電体フィルタの図２同様図を示す。
【図９】従来の誘電体フィルタの入出力端子を含むブロック図（Ａ）とそのセラミック積層体中のフィルタの分解図（Ｂ）を示す。
【図１０】従来の誘電体フィルタの回路図を示す。
【符号の説明】
１ バランス型誘電体フィルタ
１１、１２ 入力端子
２１０ａ、２１０ｂ ストリップライン共振子
２２０ａ、２２０ｂ ストリップライン共振子
２７１、３７１ 中間シールド電極
３ａ、３ｂ ストリップライン共振子
４ 接地端子
５１、５２ 出力端子
９ 電気壁
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として無線機器などの高周波回路で使用され、入出力側ともバランス型とした誘電体フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、誘電体フィルタは、移動体通信の発展により小型で高性能であることが、強く要請されるようになり、これに適した誘電体フィルタが広く使用されている。このような誘電体フィルタは、例えば、数百メガヘルツから約５ＧＨｚのマイクロ波帯での濾波に使用され、回路基板に実装されて通信機器、特に携帯電話装置に使用されている。そのために、誘電体フィルタは、特に小型化、薄型化に好適なセラミック積層型フィルタが多く使用されるようになってきた。
【０００３】
従来のアンバランス型の誘電体フィルタとしては、図９（Ｂ）にその構造が例示されているが、５枚のセラミック誘電体層６１〜６５が積層され、誘電体層６３と６４との間には、１／４波長の共振波長を有し、先端短絡された一対のストリップライン共振子６６、６６が形成されている。
この例では、一の共振子６６の一端側に、入力容量電極６８が、他方の共振子６６の一端には、出力容量電極６９が結合され、両共振子間には、段間結合容量電極７０で静電結合されている。
【０００４】
ストリップライン共振子電極６６の両面は、誘電体層を介して、シールド電極７１、７２で挟まれて、トリプレート構造を構成している。一対のストリップライン共振子６６は、ローディング容量電極６７により接地されている。また、入力端子７３（１１）と出力端子７４（５１）とは、それぞれ入出力容量電極６８、６９に接続されている。さらに、接地端子７５、７６（４）が、シールド電極７１、７２とローディング容量電極６７とに接続され、接地するようにしている。
【０００５】
図９（Ａ）には、従来の誘電体フィルタの端子接続法を示してある。高周波入力信号は入力端子１１と接地端子４の間に印加され、出力信号が出力端子５１と接地端子４の間からアンバランス型として取り出される。
【０００６】
以上のように構成された誘電体フィルタについて、まず、ストリップライン共振子電極６６は２本の共振子が互いに電磁界結合されて、コム（ｃｏｍｂ）ライン型のフィルタを構成する。ローディング容量電極６７は共振子と並列に容量を接続し、同じ長さのストリップラインに対して、共振周波数を下げる働きをする。
この例は、フィルタの入出力は容量結合型になっており、入出力容量電極６８、６９とストリップライン共振子電極６６の間の電極対向部で平行平板コンデンサを形成する。段間結合容量電極７０は伝達特性に減衰極を発生させるためのものであり、共振子間の段間結合を電磁界結合と電界結合の組み合わせで行うものである（例えば、特開平５−９５２０２号公報参照）。
【０００７】
特開平７−３１２５０３号公報は、セラミック誘電体の積層体内に一体に構成した２段インピーダンス共振子（ｓｔｅｐｐｅｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）を利用したアンバランス型誘電体フィルタを開示している。このフィルタは、対を成すストリップラインが、一端が接地された第１のライン部と一端が開放されてこの第１のライン部より低い特性インピーダンスを有する低い第２のライン部とからなり、両方の２段のストリップラインを電磁結合させるのに、第１のライン部同士と、第２ライン部同士との結合量を変えて、フィルタ回路の伝達特性を制御するものである。
【０００８】
また、他の従来例では、ＰＣＴ国際公開ＷＯ９２／０２９６９号において、図１０で示すように、出力側のみをバランス化しようとする試みが既に提案されているが、ここで，マイクロストリップライン型の２つのスプリットリング共振子８０、８１を、一方は、アンバランス型入力端子８２に入力結合容量８５を介して接続し、他方は、バランス型の出力端子８３、８４に接続し、リング端部間をローディング容量８６、８７で結合してある。この構成においては、スプリットリング共振子８０、８１を電磁界結合させることによって、フィルタを構成している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来のストリップライン型フィルタが、少なくとも入出力端子のいずれかがアンバランス型であると、バランス型の高周波増幅回路ないしは高周波半導体集積回路と接続するために、バランス−アンバランス変換器（バラン）が必要であった。また、アンバランス型回路では、接地回路に電流が流れるため、電磁妨害に弱く、雑音などの影響を受け易いという問題もあった。
【００１０】
上記のＰＣＴ国際公開ＷＯ９２／０２９６９号は、上記の２つのスプリットリング共振子に対して入出力側端子ともバランス型で結合したフィルタも開示している。しかし、このスプリットリングを利用する並行型フィルタは、相互の電磁結合のために２つのフィルタを基板上に同一面上で配置する必要があるので、フィルタの配置に広い面域を必要として、フィルタの小型化には、なお問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、電磁妨害に強く、設計が容易にできる入出力端子ともバランス型としたコンパクトな誘電体フィルタを提供することを目的とする。
本発明の別の目的は、バランス型回路或いは集積回路と接続特性がよいコンパクトなバランス型誘電体フィルタを提供することである。
また本発明の別の目的は、回路基板に対する高い実装性能を有するバランス型誘電体フィルタを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のバランス型誘電体フィルタは、相互に電磁界結合されて並列配置された N 個（ N は自然数）のＴＥＭモード型共振子を上下に２組有し、上下の各共振子の組は一端で接続されることで一つの共振器を形成し、一対の入力端子と一対の出力端子が並列配置された最外の共振器にそれぞれ電気的に平衡に接続されており、かつ、前記上下の N 個ずつの共振子が互いに対面して鏡面対称に誘電体内に配置されたことを特徴としている。
【００１３】
本発明のバランス型誘電体フィルタは、入力端子側も出力端子側もバランス型とされ、各共振子の組が誘電体を介して鏡面対称を成して配置されている。各共振子の組の入力側に反対移相の高周波信号が印加されたとき、各共振子の組の間には鏡面位置に電位零の電気壁が形成されるので、入力側も出力側もバランスが極めて良好であって、外部電磁妨害に対しても相殺し合って出力側に現れない。そこで、外部電磁妨害に強いフィルタを構成することができる。
【００１４】
本発明においては、各共振器に使用されるＴＥＭモード型共振子としては、誘電体中に含まれる同軸共振子であってもよく、これは、誘電体ブロックに形成された孔を利用して誘電体ブロック型のバランス型誘電体フィルタを構成する。
本発明においては、別のＴＥＭモード型共振子として、誘電体内に埋設された薄い導体によるストリップラインを利用することができる。
【００１５】
ストリップライン型共振子の場合には、共振子は、導体のストリップラインの端部が接地された１／４波長共振子として作用する。即ち、詳しくは、本発明は、ストリップライン型共振子を使用するフィルタにおいて、一対の入力端子と、両入力端子にそれぞれ入力側の両端部が接続されて相互に電磁界結合された並列配置の複数のストリップライン型共振子と、該共振子の出力側の両端部にそれぞれ接続された一対の出力端子とから成り、各共振子の組の各対応するストリップライン共振子同士が誘電体を介在させて対面するように鏡面対称に配置される。
【００１６】
上記の各共振子の組は、鏡面対称を成す２つのストリップラインの端部同士が接続されて１つの１／２波長共振子として構成することもできる。言いかえれば、本発明は、１／２波長で共振するストリップラインが折り曲げられて鏡面対称を成して配置されたバランス型誘電体フィルタを含む。この場合に、１／２波長で共振するストリップラインの両端部に、それぞれ入力端子又はそれぞれ出力端子が接続される。入力端子と出力端子は、バランス型となる。このようなバランス型誘電体フィルタは、複数の１／２波長のストリップライン型共振子を並列配置して相互に電磁界結合され、各共振子は、鏡面対称に折り曲げられて誘電体内に配置される。入力側の共振子両端側には、一対の入力端子接続され、それぞれ出力側の共振子両端側には、一対の出力端子が接続される。
【００１７】
上記ストリップライン型共振子においては、上述の電気壁は、折り曲げられたストリップラインの鏡面対称の位置に形成される。電気壁は、導体を持たない仮想的であってもよい。好ましくは、電気壁には、金属導体の中間シールドが配置されて接地され、これにより、フィルタ回路のバランスを確実にすることができる。
【００１８】
特に、上記の折り曲げストリップラインのバランス型の誘電体フィルタにおいても、ストリップラインの両端部側が互いに対面して、鏡面対称を成して配置されるので、誘電体フィルタは、鏡面位置に電気壁が形成される。これにより、入出力側ともほぼ完全なバランス型を保持することができる。このような折り曲げストリップライン型共振子は、ストリップラインの中点が誘電体層の端部に位置してストリップラインが誘電体層の表面側から裏面側に振り分けて配置されるのが好ましい。
【００１９】
このようなフィルタを構成するために、各共振子の組のストリップライン型共振子は、面対称に成るように、別個に誘電体セラミックの積層体の内部に配置される。即ち、各組の共振子は、２つの１／４波長のストリップライン導体が、対面するように、あるセラミック層の表裏上に形成され、これら一対の共振器は、互いに隣接するストリップライン導体が小さな間隔を設けて互いに平行に配列され、これにより電磁結合を可能にしている。さらに、共振子への入出力容量電極が、共振子に近接する別の誘電体セラミック層上に分離して配置されて、それぞれストリップラインの端部と電気的に結合している。
【００２０】
このようにして、本発明のバランス型フィルタは、各共振子の組が、別の層として重積して配置されるので、共振器が占める配置面積を半減でき、しかも、入出力容量電極、及び必要により共振子間の結合容量電極とが、他の層として、セラミック積層体内に一体化され、これにより、コンパクトなフィルタ構造を実現することができる。
【００２１】
本発明のバランス型誘電体フィルタは、入出力ともバランス化されているが、フィルタの使用に際しては、入力端子側若しくは出力端子側又はその両方を、アンバランス型として利用することもできる。入力側又は出力側をアンバランスとして利用する場合には、平衡型端子のいずれかを所要の外部アンバランス回路に接続し、他の端子は、接続されないで、好ましくは開放される。この場合でも、使用されない入力側又は出力側の共振子も、その共振機能が利用される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明の各実施例における動作説明のためのバランス型誘電体フィルタの端子構造を示すものである。この図において、バランス型誘電体フィルタ本体１には、一対のバランス型入力端子１１、１２と、一対のバランス型出力端子５１、５２とが接続され、この図では、さらに、入力側と出力側とに、接地端子４、４が接続されている。
【００２３】
入力信号は、バランス型入力端子１０である２つの端子１１、１２の間に逆相で加えられ、入力側の接地端子４は本質的に常に零電位であり、接地端子４に接地電流は流れない。 同様に、出力信号は、一対のバランス型出力端子５０（５１、５２）の間に逆相で現れ、出力側の接地端子４は本質的に常に零電位であり、接地端子４に接地電流は流れない。
このような入出力ともバランスされているフィルタを実現するため、図１（Ｂ）と図１（Ｃ）には、本発明のバランス型誘電体フィルタ１の模式図を示す。
【００２４】
図１（Ｂ）において、フィルタは、バランス型入出力端子１０と、４個の１／４波長の共振子を備えている。この実施形態においては、バランス型誘電体フィルタには、一対の共振器の一対のストリップライン（２１０ａ、２１０ｂ）と（２２０ａ、２２０ｂ）が、それぞれ２本づつ並行して電磁界結合により結合されており、これらストリップラインの一端側は、入力端子１１、１２と出力端子５１、５２とが結合容量Ｃ１を介して並列に接続され、各ストリップラインが他端側が共に接地されて１／４波長共振子を構成している。
【００２５】
バランス型入力端子の正端子１１には第１の共振子２１０ａの一端が結合され、負端子１２には第２の共振子２２０ａの一端が結合されている。バランス型出力端子５０の正端子５１には第３の共振子２１０ｂの一端が結合され、負端子５２には第４の共振子２２０ｂの一端を結合し、各共振子の他端をそれぞれ電気的に接地されている。
【００２６】
また、１組をなす共振子２１０ａ、２１０ｂのストリップラインは、他の組の共振子２２０ａ、２２０ｂのストリップラインと互いに対面して鏡面対称を成すように間隙を設けて配置されている。そこで、一対の入力端子１１、１２による入力信号は、それぞれ、入力容量Ｃ１１とＣ１２とを通って、一対の共振器２１０ａ、２１０ｂと２２０ａ、２２０ｂとに互いに１８０°の異なる位相で印加されるが、各共振子は一対のストリップラインが独立して電磁界結合されて一定範囲の周波数に瀘波される。各共振子は、出力容量Ｃ５１とＣ５２を介して出力端子に接続され、共振子からは１８０°位相の異なる瀘波信号が出力端子に出力される。
【００２７】
２組の共振子２１０ａ、２２０ａと２１０ｂ、２２０ｂとは互いに対面し、各共振子にはいる入力信号は、反対位相である（位相が１８０度違う）から、各共振子のストリップラインは、対応するどの位置でとっても、各共振子２１０、２２０の間の対称面に対して同じ電位で極性が反対であるから、両共振子は完全に平衡である。上記の対称面は、常に零電位にあり、この面が仮想的な電気壁９となる。特に、中間シールド電極２７１が、共振子２１０と２２０間の電気壁９の位置に配置され、接地されるのが好ましい。
【００２８】
このようにして、フィルタは中間シールド電極２７１を境として電気的に反対称となり、外部磁場ないし外部電場が共振子２１０と２２０に作用しても、入力側にも出力側にも現れず、完全なバランス型となる。
【００２９】
図１（Ｃ）はもう１つ型ののバランス型フィルタを示すが、共振子３ａ、３ｂは、一対の１／２波長のストリップライン３ａ、３ｂが並列で相互に電磁界結合されて、Ｕ字形に折り曲げられて、ストリップラインの半分３１０ａ、３２０ａが鏡面対象に配置されている。一方のストリップラインの両端部には一対の入力端子が入力容量Ｃ１１とＣ１２とを介して接続され、他方のストリップラインの両端部には、出力容量Ｃ５１とＣ５２とを介して出力端子が接合されている。
【００３０】
この例では、ストリップラインの中点３９は、接地されないが、１／２波長共振により定在波は電位零（電圧節）で電流腹となっている。Ｕ字形に折り曲げられたストリップラインの対称面は、ストリップラインの上記中点をも含めて、常に零電位にあり、この面が仮想的な電気壁９となる。この場合も、シールド電極２７１が、共振子３１０ａと３２０ａの間、及び３１０ｂと３２０ｂとの間の電気壁９の位置に配置され、接地されるのが好ましい。
【００３１】
上記共振子２１０、２２０は、後述のように、その間とその周辺が誘電体として高周波特性の良いセラミックスシートにより積層状態で担持されて一体化される。
【００３２】
また、対をなして並列したストリップライン間には、段間結合容量Ｃ１が結合されるが、これは、通過帯域に隣接して減衰極を形成するためである。さらに、ストリップラインの入出力側の端部には、ローディング容量Ｃ２を介して接地されており、ストリップラインの長さを共振波長よりも短縮することができる。
【００３３】
このようにして、バランス型の入出力端子においては接地電流が流れないことが大きな特徴であり、極端な状態では接地端子がなくてもバランス型４端子フィルタ回路としても正常に動作する。この点は、アンバランス型フィルタが、正常なフィルタ特性すなわち高減衰量を実現するためには理想的な接地が要求されるので、大きく異なる。アンバランス型フィルタでは、実際の高周波回路では、理想的な接地というのは無理であるため、誘電体フィルタの特性は劣化することになる。これに対し、バランス入出力型のバランス型誘電体フィルタでは接地状態によらず、常に優良なフィルタ特性を得られる。
【００３４】
然しながら、本発明のフィルタは、上述のように、平衡入力−平衡出力型のフィルタであるが、これに接続される外部回路が非平衡型回路である場合にも適用することができる。この場合には、上記フィルタの平衡型の入力及び出力端子の少なくともいずれかの平衡端子の一方に外部非平衡回路が接続され、他方の端子は、接続されずに開放される。この場合でも、開放された端子側のストリップライン共振子も共振素子として働く。外部非平衡回路の他の端子は、接地される。
【００３５】
【実施例】
以下に示す実施例においては、バランス型誘電体フィルタの共振子に、特開平７−３１２５０３号公報に開示したように、広幅ストリップ部と狭幅ストリップ部とが直列に一体化したストリップラインの２本以上が配列され、広幅部同士と、さらに狭幅部同士とが別個に電磁界結合されて、１／４波長型共振子と、１／２波長型の共振子を利用した例を示す。
【００３６】
［実施例１］
図２は本発明の第１の実施例におけるバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの構造を示す分解組立図であって、７層の誘電体セラミックシート２０１〜２０７積層体により構成されており、セラミックシート２０４と２０５との上には、上下に分けた２つのストリップライン型の共振子２１０と２２０とが配置されている。これら上下に分けたストリップライン型の共振子２１０と２２０は、互いにストリップラインが対面して、鏡面対称をなしている。
【００３７】
また、上記共振子２１０の上側のシート２０３には、入力容量電極２３１、出力容量電極２３２、段間結合容量２３３及び、ローディング容量電極２３０が形成され、これらの容量電極がストリップライン型の共振子２１０と結合している。
【００３８】
同様に、下側の上記共振子２２０の下側のセラミックシート２０６には、入力容量電極２４１、出力容量電極２４２、段間結合容量２４３及び、ローディング容量電極２４０が形成され、これらの容量電極がストリップライン型の共振子２２０と結合している。
【００３９】
ここに使用する共振子２１０、２２０は、各組が、一対のストリップライン型の共振子から構成された例であるが、各対のストリップライン型の共振子２１０ａ、２１０ｂと２２０ａ、２２０ｂは、２本の並行した狭幅の線路部分２１１、２２１のストリップラインがそれぞれ２本の並行した広幅の線路部分２１２、２２２のストリップラインと接合され、広幅の線路部分に入力容量電極２４１、出力容量電極２４２が静電結合し、２本の並行した狭幅の線路部分の先端は共通の接地電極２１３、２２３に接続されている。２本の並行した狭幅の線路部分２１１、２２１及び広幅の線路部分２１２、２２２とが相互に電磁界結合し、広幅の線路部分２１２、２２２には、同時に段間結合容量２３３、２４３により静電結合されている。
【００４０】
上記の電極とストリップラインとは、シールド電極２５０、２５１により上下から挟まれており、一対の入力端子２６１（１１）、２６２（１２）と出力端子２６３（５１）、２６４（５２）とが、積層体の側部に、それぞれ、入力容量電極と出力容量電極とに接続されて形成されている。この例では、さらに、入出力接地電極２６５、２６６（４）が、上記のシールド電極２５０、２５１及び中間シールド電極２７１、及び上記の接地電極２１３、２２３と接続されて設けられている。
【００４１】
２組の一対の共振子２１０（２１０ａ、２１０ｂ）、２２０（２２０ａ、２２０ｂ）は、広幅の線路部分２１２、２２２と狭幅の線路部分２１１、２２１とが結合したストリップラインがそれぞれ２本並行して構成され、１組の一対の共振子は、他の組の共振子と互いに対面して鏡面対称を成すように上下に別れて配置されている。そこで、一対の入力端子２６１、２６２による入力信号は、それぞれ、入力容量電極２３１と２４１とを通って、上下一対の共振器２１０、２２０に印加されるが、各共振子２１０、２２０は一対の共振子が独立して電磁界結合されて一定範囲の周波数に瀘波される。各共振子は、出力容量電極を介して出力端子に接続され、共振子からの１８０°位相の異なる瀘波信号が出力端子に出力される。
【００４２】
各共振子２１０、２２０は互いに対面し、各共振子に加わる入力信号は、反対位相である（位相が１８０度違う）から、各共振子のストリップラインは、対応するどの位置でとっても、各共振子２１０、２２０の間の対称面に対して極性が反対で且つ同じ電位にあり、両共振子は完全に平衡である。上記の対称面９は、常に零電位にあり、この面が仮想的な電気壁となる。この実施例は、対称面９には、後述の中間シールド電極を形成しないので、中間シールド電極を流れる高周波電流がないので、フィルタ通過損失が少なく、さらに、フィルタ製造が簡単になる利点がある。
【００４３】
フィルタは、例えば、Ｂｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系セラミック材料を用いた誘電体シート上に、銀ペーストを厚膜印刷してパターンを形成し、各シートを積層し、一体焼成して製作される。このようにして、セラミック積層構造のフィルタが形成される。
【００４４】
図３は、本実施例におけるバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの外観図である。フィルタの両側部には、一対の入力電極２６１、２６２と、一対の出力電極２６３、２６４とが形成され、それぞれ入力端子１１、１２と出力端子５１、５２となる。他方の側部には、接地電極２６５、２６６が接地端子４として露出形成されている。
図４は、本実施例のセラミック積層構造のフィルタの断面図であるが、電極配置は、この図で、鏡面対称面４０で上下に対称であり、対称面上４０に仮想的な電気壁９が形成されている。
【００４５】
［実施例２］
本発明の第２の実施例は、上記実施例１のバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの電極配置に加えて、電気壁９の位置に、中間シールド電極を形成した例である。
【００４６】
図５において、バランス型誘電体フィルタは、上記実施例の２組のストリップライン型の共振子２１０、２２０の間には、その中間シールド電極２７１が配置されている。中間シールド電極２７１の位置は、上下２組のストリップライン型の共振子２１０、２２０のほぼ対称面４０にあり、接地されている。
【００４７】
この実施例は、共振子２１０と２２０間の電気壁９として働く中間シールド電極２７１が設けられた点を除いて、実施例１のフィルタと同じである。このフィルタは、実施例１で述べたように、その電気壁９を境として、電気的に上下反対称である。このようにして、このフィルタは、シールド電極２７１を境として電気的に反対称となり、外部磁場ないし外部電場が共振子２１０と２２０に作用しても、入出力には現れない。
【００４８】
［実施例３］
図６は、この実施例のバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの他の構造を示すが、この誘電体フィルタは、誘電体セラミックのシート２０１ないし２０７の積層体であり、セラミックシート上には、一対の共振器３１０（３１０ａ、３１０ｂ）と３２０（３２０ａ、３２０ｂ）とが、ほぼ１／４波長のストリップラインとして形成されている。
【００４９】
共振子の詳細は、広幅の線路部分２１２、２２２が２本の並行ストリップラインが電磁界結合し、これらと接合された狭幅の線路部分２１１、２２１で２本の並行ストリップラインが電磁界結合し、２組の狭幅の線路部分２１１、２２１の端部同士が接続電極３１３、３２３と３１４、３２４と短絡電極３６６、３６７を介して接続されて、１／２波長の一対のストリップラインが形成される。
【００５０】
他方、広幅の線路部分２１２、２２２の入力側と出力側には、誘電体セラミック層を介して、それぞれ入力容量電極２３１、２４１と、出力容量電極２３２、２４２とが配置され、さらに、一対の広幅の線路部分間には、ローディング容量電極２３０、２４０と、段間結合容量電極２３３、２４３とが、同じ誘電体セラミック層上に配置されて、これら容量電極は広幅の線路部分との間に容量を形成する。さらにこれらの容量電極の外側の誘電体セラミック層上にシールド電極２５０、２５１が形成されている。
【００５１】
入力容量電極２３１、２４１と、出力容量電極２３２、２４２とは、それぞれ入力端子２６１、２６２と、出力端子２６３、２６４とに接続され、セラミック積層体の側部に形成されている。集積体の側部には、接地端子２６５、３６８、３６９が形成され、シールド電極２５０、２５１と接続される。端子電極３６６、３６７は、接続部電極３１３と３２３、３１４と３２４を接続する接続端面電極である。
【００５２】
誘電体フィルタは、例えば、Ｂｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系の誘電体セラミック（比誘電率約５８）を用いて形成できる。このセラミックス微粉末を含むグリーンシートを成形し、各シート上に銀ペーストを厚膜印刷して所定形状のストリップラインや容量電極のパターンを形成する。各シートを所定の配置に積層して後、焼成して、一体化した積層体が製作され、フィルタ―とされる。
【００５３】
図７は、セラミックスシートを積層して焼成一体化した誘電体フィルタの外観を示すが、外形直方体のフィルタ１は、一側部端面に電極２６１、２６２の一対の入力端子１１、１２が取着され、反対の側部端面に電極２６３、２６４の一対の出力端子５１、５２が取着され、残りの側部端面に、接地電極２６５、３６８、３６９の接地端子４が形成されている。このフィルタ１は、例えば、フィルタ１の電極２６１、２６２と電極２６３、２６４を、回路基板上に所定配置の対応する電極に、はんだ付け固定がなされて使用される。
また誘電体フィルタ１の側部端面には、ストリップラインの２組の狭幅の線路部分２１１、２２１の端部同士を短絡させるための短絡電極３６６、３６７が形成されている。
【００５４】
ここで、実施例１と大きく異なる点は、各共振子の一端を接地するのではなく、それぞれ上下に重なったほぼ１／４波長の共振子の一端同士を接続し、ほぼ１／２波長の共振子を構成した点である。それゆえ、各共振子は接地電位から浮いた状態になっている。
【００５５】
このようにそれぞれ電気的に接続されてほぼ１／２波長の共振子を構成することにより、優れたフィルタ特性と小型化を実現することができる。また、上下の共振子間にばらつきがあっても、共振子上に強制的に接地する点が存在しないので、自動的にバランス状態となり、常に良好な特性を得ることができる。
【００５６】
このフィルタは、中間シールド電極３７１を設けないので（図８参照）、製造が簡単になるのみでなく、中間シールド電極３７１に高周波電流が流れないのでその分損失がなくなり、フィルタの通過特性が向上する。
以上のように本実施例によれば、製造が簡単になり、損失が少なくなり特性が向上するという格別の効果を有する。
【００５７】
［実施例４］
図８は、本発明の第４の実施例におけるバランス型入出力端子を有するバランス型誘電体フィルタの構造を示すが、この実施例のバランス型誘電体フィルタは、実施例３の誘電体フィルタの共振子３１０と３２０間に電気壁として働く中間シールド電極３７１が設けられている点で実施例３の誘電体フィルタと異なるだけで、他の構成は、同じである。
【００５８】
中間シールド電極３７１は、上下の共振子３１０ａと３２０ａ、及び３１０ｂと３２０ｂの中間に配置され、接地電極２６６と接続されて接地されて、共振子の電気壁９として働き、この誘電体フィルタは中間シールド電極３７１を境として電気的に上下反対称であるから、入出力端子からみて完全なバランス型の誘電体フィルタとなっている。
【００５９】
以上示したように、本発明のバランス型誘電体フィルタは、相互に電磁界結合されて並列配置の複数のＴＥＭモード型共振子を２組有し、一対の入力端子と一対の出力端子との間に当該一対の共振器を平衡且つ並列に接続して成り、上記の一対の共振器が並列して鏡面対称に配置されているので、フィルタの入力側も出力側も完全にバランスされており、外部からの電磁波妨害に対しても完全に遮蔽され入力側も出力側にもその影響が現れるのを防止することができる。
【００６０】
一対の入力端子と、該一対の入力端子にそれぞれ入力側の共振子両端側が接続されて相互に電磁界結合された並列配置の複数のＴＥＭモード型共振子と、出力側の該共振子両端側にそれぞれ接続された一対の出力端子と、から成り、上記の共振子を鏡面対称に折り曲げた配置とするので、同様に、フィルタの入力側も出力側も完全にバランスされており、外部からの電磁波妨害に対しても完全に遮蔽され入力側も出力側にもその影響が現れるのを防止することができる。
【００６１】
ＴＥＭモード型共振子を、誘電体に配置したストリップライン型共振子とすることにより、極めてコンパクトに且つ量産性に優れたフィルタとすることができる。
【００６２】
さらに、上記の共振子を、ストリップラインの端部が接地された１／４波長共振子とし、あるいは、上記一対の共振器を、対称を成すストリップラインの端部同士が接続されて１／２波長共振子とすることにより、いずれも、信号周波数の１／４波長程度の大きさのフィルタとすることができる。
【００６３】
上記２組のストリップライン型共振子が誘電体層中に埋設されたものにすることにより、所定配置に共振子を担持することができ、さらに、高誘電率セラミックスを使用することにより、ストリップライン型共振子を短縮して、誘電体フィルタの小型化を図ることができる。
【００６４】
さらに、鏡面対称を成す上記の共振子の間に対称面近傍に電気壁が形成されて、特に、上記の共振子の間に接地導体が配設されるので、バランス型誘電体フィルタは、完全にバランスして電磁波妨害に強いフィルタとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バランス型誘電体フィルタの入出力端子の接続を示すブロック図（Ａ）、本発明のバランス型誘電体フィルタの等価回路図（Ｂ、Ｃ）を示す。
【図２】本発明の実施例に係るセラミック積層体中のバランス型誘電体フィルタの分解図を示す。
【図３】本発明の実施例に係るバランス型誘電体フィルタを含むセラミック積層体の斜視図を示す。
【図４】本発明の実施例に係るバランス型誘電体フィルタの断面図を示す。
【図５】本発明の他の実施例に係るセラミック積層体中のバランス型誘電体フィルタの図２同様図を示す。
【図６】本発明の他の実施例に係るセラミック積層体中のバランス型誘電体フィルタの図２同様図を示す。
【図７】本発明に他の実施例に係るバランス型誘電体フィルタを示す図３同様の斜視図を示す。
【図８】本発明の他の実施例に係るセラミック積層体中のバランス型誘電体フィルタの図２同様図を示す。
【図９】従来の誘電体フィルタの入出力端子を含むブロック図（Ａ）とそのセラミック積層体中のフィルタの分解図（Ｂ）を示す。
【図１０】従来の誘電体フィルタの回路図を示す。
【符号の説明】
１ バランス型誘電体フィルタ
１１、１２ 入力端子
２１０ａ、２１０ｂ ストリップライン共振子
２２０ａ、２２０ｂ ストリップライン共振子
２７１、３７１ 中間シールド電極
３ａ、３ｂ ストリップライン共振子
４ 接地端子
５１、５２ 出力端子
９ 電気壁
Claims (9)
- 相互に電磁界結合されて並列配置された N 個（ N は自然数）のＴＥＭモード型共振子を上下に２組有し、前記上下の各共振子の組は一端で接続されることで一つの共振器を形成し、一対の入力端子と一対の出力端子が並列配置された最外の前記共振器にそれぞれ電気的に平衡に接続されており、かつ、前記上下の N 個ずつの共振子が互いに対面して鏡面対称に誘電体内に配置されたことを特徴とするバランス型誘電体フィルタ。
- 上記のＴＥＭモード型共振子が、誘電体内に埋設された導体薄膜によるストリップライン共振子から成る請求項１に記載のフィルタ。
- 上記の共振子が、一端部が接地導体に接続されたストリップラインの１／４波長共振子である請求項２に記載のフィルタ。
- 上記各共振子の組は、対称を成すストリップライン共振子の一端同士が接続されて１／２波長共振子を構成する請求項２に記載のフィルタ。
- 上記各共振子の組の間の電気壁位置に接地導体が配設されている請求項１に記載のバランス型誘電体フィルタ。
- 上記各共振子の組のストリップライン共振子が、積層されたセラミック誘電体内において、誘電体層間に隔離されて配置されている請求項２ないし４のいずれかに記載のフィルタ。
- 上記各共振子の組のストリップライン共振子が、積層されたセラミック誘電体内において、誘電体層間に互いに隔離されて配置され、共振子の該一端部がセラミック誘電体の端面に露出して且つ該端面に形成した導体に接続された請求項２ないし４のいずれかに記載のフィルタ。
- 上記各共振子の組のストリップライン共振子が、積層されたセラミック誘電体内において、ある誘電体層間に隔離されて配置され、接地導体層が、該共振子の間の誘電体層内の電気壁位置に配置されている請求項２ないし４のいずれかのフィルタ。
- 上記平衡型の入力及び出力端子の少なくともいずれかの平衡端子の一方が開放されて、他方に外部非平衡回路と接続するようにした請求項１ないし８いずれかに記載のフィルタ。
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