JP3925235B2

JP3925235B2 - 高周波用共振部品及びそのスプリアス抑制方法並びにデュプレクサ及び無線通信装置

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Publication number: JP3925235B2
Application number: JP2002042539A
Authority: JP
Inventors: 直樹溝口; 尚武岡村; 誠治神波
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP2002325002A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＨｚ帯で用いられる共振器やバンドパスフィルタとして利用される高周波用共振部品及びそのスプリアス抑制方法に関し、特に、外部形状による共振のスプリアスを抑制することを可能とした高周波用共振部品及びそのスプリアス抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘電体セラミックスを用いた積層ＬＣフィルタが種々提案されている（例えば、特開平９−１４８８０２号公報等）。これらの積層ＬＣフィルタでは、誘電体セラミックスの上面及び下面にグラウンド電極が形成されており、上下のグラウンド電極が側面電極を用いて電気的に接続されている。このような構造により不要輻射もしくは放射の影響が抑制されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の積層ＬＣ積層フィルタの周波数は高くとも６ＧＨｚ程度までであった。従って、ＬＣフィルタの周波数と、ＬＣフィルタの外形状で生じる共振の共振周波数とはかなり離れていた。よって、外形形状により生じる共振Ｒｓによるスプリアスは積層ＬＣフィルタの周波数特性に対してあまり問題とはならなかった。
【０００４】
しかしながら、マイクロ波〜ミリ波帯の周波数を有する積層ＬＣフィルタを構成しようとすると、ＬＣフィルタの外形形状により生じる共振の共振周波数のＲｓと、フィルタの中心周波数とが接近し、上記共振Ｒｓがスプリアスとして現れるという問題のあることがわかった。
【０００５】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、誘電体の上下にグラウンド電極が形成されている高周波用共振部品において、外形形状による共振のスプリアスを抑圧することができ、良好な周波数特性を実現することができる高周波用共振部品及びそのスプリアス制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高周波用共振部品は、ＧＨｚ帯で使用される高周波用共振部品であって、対向し合う第１，第２の主面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板内において第１，第２の主面に平行に延びるように配置されており、共振器を構成するための金属膜と、前記金属膜の上下に配置されており、誘電体基板層を介して金属膜に対向されている第１，第２のグラウンド電極と、前記第１，第２のグラウンド電極を電気的に接続するために前記誘電体基板に設けられた接続電極と、前記金属膜に容量結合されており、かつ前記金属膜に直交する方向に延びる一対の入出力結合電極とを備え、前記入出力結合電極が誘電体基板に形成されたビアホール電極であり、前記入出力結合電極を結ぶ方向に伝搬する共振モードと、該共振モードに直交する第２の共振モードとが結合されてデュアルモード・バンドパスフィルタとして動作するように前記金属膜が構成されており、前記入出力結合電極の長さが、前記誘電体基板の外部形状による共振のスプリアスが２０ｄＢ以下となるように選ばれていることを特徴とする。
【０００７】
なお、この種の高周波用共振部品では、スプリアスの大きさは、一般に２０ｄＢ以下とされることが求められており、本発明では、上記入出力結合電極の長さの制御により、これが実現されている。
【００１０】
本発明に係る高周波用共振部品のスプリアス抑制方法は、ＧＨｚ帯で使用される高周波用共振部品であって、対向し合う第１，第２の主面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板内において、第１，第２の主面と平行な方向に延びるように配置されており、共振器を構成するための金属膜と、前記金属膜の上下において、誘電体基板層を介して対向するように配置された第１，第２のグラウンド電極と、前記第１，第２のグラウンド電極を導通するように誘電体基板に設けられた接続電極と、前記金属膜に対して容量結合されており、かつ前記金属膜に直交する方向において誘電体基板内に延ばされている一対の入出力結合電極とを備え、前記入出力結合電極が誘電体基板に形成されたビアホール電極であり、前記入出力結合電極を結ぶ方向に伝搬する共振モードと、該共振モードに直交する第２の共振モードとが結合されてデュアルモード・バンドパスフィルタとして動作するように前記金属膜が構成されている高周波用共振部品のスプリアス抑制方法であって、前記誘電体基板の外部形状による共振のスプリアスが所望の値以下となるように前記入出力結合電極の長さを制御することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るデュプレクサは、本発明に従って構成された高周波用共振部品を帯域フィルタとして備えることを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置は、本発明に従って構成された高周波用共振部品を帯域フィルタとして備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施例に係る高周波用共振部品を説明するための正面断面図及び内部の金属膜の形状を示す模式的平面図である。
高周波用共振部品１は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして用いられるものであるが、共振子として用いることもできる。
【００１６】
高周波用共振部品１は、比誘電率εｒ＝６．２７のＢａ，Ａｌ，Ｓｉの酸化物を主成分とするセラミックスよりなる誘電体基板２を有する。誘電体基板２の上面及び下面は正方形の形状を有する。図２（ａ）に示すように、誘電体基板２の上面２ａ上には、グラウンド電極３がほぼ全面に形成されている。また、誘電体基板２の下面２ｂ上には、全面にグラウンド電極４が形成されている。上面２ａ上においてはグラウンド電極３の一部が切り欠かれており、切欠部３ａ，３ｂが形成されている。この切欠部３ａ，３ｂ内に、入出力電極５，６が形成されている。入出力電極５、６は、誘電体基板２の上面２ａにおいて、対向し合う端縁から中央に向かって延ばされている。図１（ａ）に示すように、入出力電極５，６は、誘電体基板２内に形成された厚み方向に延びる入出力結合電極７、８に電気的に接続されている。一対の入出力結合電極７，８は、本実施例ではビアホール電極により形成されている。なお、入出力電極７，８の下端７ａ，８ａ近傍は相対的に大きな径を有する。下端７ａ，８ａが、誘電体基板２内に埋設された金属膜９に誘電体基板層を介して厚み方向に対向されている。
【００１７】
金属膜９の平面形状は矩形、三角形など種々の形状とされ得るが、本実施例では、金属膜９は、図１（ｂ）に示すように、ひし形の平面形状を有する。この金属膜９は、共振器を構成するために設けられており、金属膜９には長方形の貫通孔９ａが形成されている。本実施例では、貫通孔９ａは、入出力結合電極７，８を結ぶ方向と平行に延ばされている。
【００１８】
他方、図２（ａ），（ｂ）に示すように上下のグラウンド電極３，４は、誘電体基板２に形成されたビアホール電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂにより導通されている。ビアホール電極１０ａ〜１１ｂが本発明における接続電極を構成している。
【００１９】
もっとも、ビアホール電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂに代えて、誘電体基板２の外表面に形成された電極により接続電極を構成し、第１，第２のグラウンド電極３，４を電気的に接続してもよい。
【００２０】
上記金属膜９、入出力結合電極７，８及びビアホール電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂは、誘電体基板２と共にセラミックス一体焼成技術により形成することができる。また、これらの電極を構成する材料は、特に限定されないが、本実施例では銅により各電極が形成されている。また、第１，第２のグラウンド電極３，４は、誘電体基板１と共にセラミックス一体焼成技術により同時に形成されてもよく、あるいは誘電体基板１を得た後に、任意の電極形成方法により形成されてもよい。
【００２１】
本実施例の高周波用共振部品１では、入出力結合電極７，８が誘電体基板２内に埋設された金属膜９と上記のように誘電体基板層を介して対向されており、金属膜９の貫通孔９ａが入出力結合電極７，８を結ぶ方向と平行に延ばされている。従って、電圧が印加されると、金属膜９において、入出力結合電極７，８を結ぶ方向及び該方向と直交する方向に、それぞれ、第１，第２の共振が生じる。この場合、貫通孔９ａと直交する方向に伝搬する第２の共振が貫通孔９ａにより影響を受け、その周波数が変化する。本実施例では、上記貫通孔９ａは、第１，第２の共振を結合し、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性を有するように選ばれている。
【００２２】
ところで、本実施例の高周波用共振部品１においても、その外形形状による共振Ｒｓが生じる。共振Ｒｓの共振周波数が、上記デュアルモード・バンドパスフィルタの通過帯域近傍に現れると、フィルタ特性に悪影響を与える。本実施例では、このような外形形状による共振Ｒｓによるスプリアスが２０ｄＢ以下となるように抑制されている。これを具体的な実験例に基づき説明する。
【００２３】
上記誘電体基板として、上面２ａ及び下面２ｂの形状が３６００×３６００μｍであり、厚みが６００μｍのものを用意した。ひし形形状の金属膜９の寸法は対角線の長さが２８００×２０００μｍとした。なお、金属膜９に形成された貫通孔９ａの長さは１２００μｍ、幅は２００μｍとし、貫通孔９ａは金属膜９の中央に配置した。
【００２４】
また、入出力結合電極７，８は、金属膜９に対して１７５μｍの厚みの誘電体基板層を介して対向するように配置し、さらに入出力結合電極７，８間の距離は２９００μｍとした。
【００２５】
上記高周波用共振部品１において、入出力結合電極７，８の長さを種々異ならせ、その外形形状に起因する共振Ｒｓの現れる周波数及び応答の大きさを測定した。結果を図３に示す。図３から明らかなように、誘電体基板１の厚みが６００μｍである場合、入出力結合電極７，８の長さを変えることによりスプリアスとなる共振Ｒｓの大きさが大きく変化することがわかる。特に、上記スプリアスの大きさを２０ｄＢ以下とするには、入出力結合電極７，８の長さを約１２０μｍ以下とすればよいことがわかる。また、３０ｄＢ以下とするには、約７０μｍ以下とすればよいことがわかる。
【００２６】
同様に、図４では、誘電体基板１の厚さを５００μｍと異ならせたことを除いては、上記実験例と同様にして入出力結合電極７，８の長さを変化させ、共振Ｒｓの強度を測定した結果を示す。図４から明らかなように、誘電体基板２の厚み５００μｍの場合にも、入出力結合電極７，８の長さを変化させることにより、共振Ｒｓのスプリアスの大きさが大きく変化することがわかる。
【００２７】
従って、図３及び図４から明らかなように、本実施例の高周波用共振部品では、金属膜に対向されている入出力結合電極７，８の長さを変えることにより、共振Ｒｓによるスプリアスを抑制し得ることがわかる。
【００２８】
図５は、上記高周波用共振部品を実際にバンドパスフィルタとして動作させた場合の上記共振Ｒｓの大きさを説明するための図である。図５において、実線でバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の特性を、破線で入出力部のみの場合（すなわち、共振器となる金属膜９がない場合）の特性を示す。
【００２９】
図５から明らかなように、バンドパスフィルタとてし動作させた場合、バンドパスフィルタの特性とは完全に独立に、上記外形形状による共振Ｒｓによるスプリアスが現れ、かつ共振Ｒｓの大きさは、バンドパスフィルタを構成した場合及びしない場合のいずれにおいても変化しないことがわかる。従って、上記共振Ｒｓによるスプリアスの大きさは、単に入出力結合電極の構成により決定されることがわかる。
【００３０】
従って、上記実施例から明らかなように、デュアルモード・バンドパスフィルタである高周波用共振部品１だけでなく、誘電体基板内に設けられた金属膜に容量結合された入出力結合電極を有する共振器、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタ等の様々な高周波用共振部品においても、同様に入出力結合電極の長さを変化することにより、共振Ｒｓによるスプリアスを２０ｄＢ以下とし得ることがわかる。
【００３１】
上記のように、外形形状による共振Ｒｓのスプリアスが、入出力結合電極７，８の長さにより決定されるのは、外形形状の共振Ｒｓの振動方向に対し、入出力結合電極７，８が直交する方向に延びているため、該入出力結合電極７，８の長さにより、共振Ｒｓが影響を受けるためであると考えられる。すなわち、入出力結合電極７，８の長さが長いと、共振Ｒｓが大きくなり、入出力結合電極７，８が短いと、共振Ｒｓが抑制されると考えられる。
【００３２】
従って、好ましくは、外形形状に起因する共振Ｒｓのスプリアスを抑制するには、入出力結合電極７，８の長さを短くすればよく、特に、スプリアスを２０ｄＢ以下にするには、１２０μｍ以下とすればよいことがわかる。
【００３３】
図６（ａ），（ｂ）は、第２の実施例に係る高周波用共振部品を説明するための表面断面図及び該高周波用共振部品内に形成された共振器を構成するための金属膜を示す平面図である。
【００３４】
高周波用共振部品２１は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作されるように構成されている。高周波用共振部品２１では、比誘電率εｒ＝６．２７のＢａ，Ａｌ，Ｓｉの酸化物を主成分とするセラミックスからなるセラミック板２２が用いられている。セラミック板２２は、第１の実施例と同様に、正方形の形状を有し、３６００×３６００μｍ×高さ６００μｍの寸法を有する。また、第１の実施例の高周波用共振部品１と同様に、上面２２ａ及び下面２２ｂ上にグラウンド電極２３，２４が同様に構成されている。さらに、グラウンド電極２３，２４を接続するビアホール電極３０，３１が誘電体基板２２内に形成されている。
【００３５】
金属膜２９は、その入出力結合電極２７，２８を結ぶ方向の対角線の長さが２８００μｍ、短い方の対角線の長さが２０００μｍとされており、この二本の対角線方向に伝搬する第１，第２の共振を結合させてデュアルモード・バンドパスフィルタとして動作させるために、長い方の対角線方向に延びる貫通孔２９ａが形成されている。貫通孔２９ａの長さは１１００μｍ、幅は２００μｍとされており、貫通孔２９ａは金属膜２９の中央に設けられている。
【００３６】
上記金属膜２９は、誘電体基板２２の底面から３００μｍの高さに配置されており、かつ該高さの平面の中心に配置されている。
上記高周波用共振部品２１において、入出力結合電極２７，２８の長さを１００μｍとした場合、及び３００μｍとした場合の高周波用共振部品の周波数特性を図７に示す。
【００３７】
図７において、破線Ａ及びＢが入出力結合電極２７，２８の長さが１００μｍである場合の通過特性及び反射特性、一点鎖線Ｃ及び実線Ｄが３００μｍの場合の通過特性及び反射特性を示す。図７から明らかなように、入出力結合電極２７，２８の長さを１００μｍと短くすることにより、中心周波数の低周波数側に発生したスプリアスが小さくなることがわかる。
【００３８】
すなわち、第２の実施例においても外形形状に起因するとみられる共振Ｒｓのスプリアスが入出力結合電極２７，２８の長さを短くすることにより抑制するされることがわかる。
【００３９】
なお、本発明においては、高周波用共振部品は、マイクロストリップ構造及びトリプレート構造を有するものであってもよく、いずれの場合においても、共振器を構成するための金属膜に容量結合されており、金属膜に直交する方向に延ばされた入出力結合電極の長さを短くすることにより、上記共振Ｒｓのスプリアスを抑制することができる。
【００４０】
次に本発明の高周波用共振部品を用いて構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタをデュプレクサ及び無線通信装置に用いた場合について、図８を用いて説明する。
【００４１】
図８は、デュアルモード・バンドパスフィルタを用いたデュプレクサＤＰＸ、及びそれを用いた無線通信装置３００の要部の一実施例を示すブロック図である。図８に示されているように、本実施例のデュプレクサＤＰＸは、本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２を２つ接続して構成されており、かつ３つのポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を備える。
【００４２】
デュプレクサＤＰＸのポートＰ１は、ＢＰＦ１の一端に形成され、送信部ＴＸに接続されている。また、デュプレクサＤＰＸのポートＰ２は、ＢＰＦ２の一端に形成され、受信部ＲＸに接続されている。さらに、デュプレクサＤＰＸのポートＰ３は、ＢＰＦ１の他端及びＢＰＦ２の他端に接続されており、かつアンテナＡＮＴに接続されている。
【００４３】
以上のように構成することにより、本発明の高周波用共振部品をデュプレクサに用いることができる。従って設計の自由度が高く、所望とする帯域幅を容易に得ることができるデュプレクサを得ることができる。
【００４４】
また、以上のように、本発明の高周波用共振部品及びデュプレクサを無線通信装置に用いることで、通信品質に優れた無線通信装置を容易に得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る高周波用共振部品及びスプリアス抑制方法では、誘電体基板内に共振子器を構成するために設けられた金属膜に対し、直交する方向において誘電体基板内に延ばされており、かつ該金属膜に対して容量結合されている入出力結合電極の長さが、誘電体基板の外部形状による共振のスプリアスが２０ｄＢ以下となるように制御されるので、誘電体基板の外形形状による共振Ｒｓのスプリアスが抑圧され、それによって良好な周波数特性を有する高周波用共振部品を提供することができる。
【００４６】
本発明にかかるデュプレクサ及び無線通信装置は、本発明に従って構成された高周波用共振部品を帯域フィルタとして備えるため、低損失化を果たすことができ、かつ特性の調整が容易であり、かつ良好な通信特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る高周波用共振部品を説明するための正面断面図及び埋設されている金属膜の平面形状を示す平面図。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る高周波用共振部品の平面図及び（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。
【図３】第１の実施例の高周波用共振部品において、入出力結合電極の長さを変化させた場合の外形形状による共振の大きさの変化を示す図。
【図４】第１の実施例の高周波用共振部品において、誘電体基板の厚みを図３に示した結果の場合と異ならせ、図３の場合と同様に入出力結合電極の長さを変化させた場合の外形形状の共振によるスプリアスの大きさの変化を示す図。
【図５】第１の実施例の高周波用共振部品をデュアルモード・バンドパスフィルタとして構成した場合のデュアルモード・バンドパスフィルタのフィルタ特性と外形形状による共振Ｒｓによるスプリアスの関係を説明するための図。
【図６】（ａ），（ｂ）は、第２の実施例に係る高周波用共振部品の正面断面図及び共振器を構成するための金属膜の平面形状を示す平面図。
【図７】第２の実施例に係る高周波用共振部品のデュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性と、入出力結合電極の長さを変化させた場合の外形形状による共振のスプリアスの大きさを説明するための図。
【図８】本発明に従って構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタを有するデュプレクサ、並びに該デュプレクサが備えられた無線通信装置の概略ブロック図。
【符号の説明】
１…高周波用共振部品
２…誘電体基板
３，４…第１，第２の外部電極
５，６…入出力電極
７，８…入出力結合電極
９…金属膜
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ…接続電極としてのビアホール電極
２１…高周波用共振部品
２２…誘電体基板
２３，２４…第１、第２のグラウンド電極
２５，２６…入出力電極
２７，２８…入出力結合電極
２９…金属膜
３０，３１…ビアホール電極
３００…無線通信装置
ＡＮＴ…アンテナ
ＢＰＦ１，ＢＰＦ２…第１，第２のバンドパスフィルタ
ＤＰＸ…デュプレクサ
Ｐ１〜Ｐ３…第１〜第３のポート
ＲＸ…受信部
ＴＸ…送信部

Claims

ＧＨｚ帯で使用される高周波用共振部品であって、
対向し合う第１，第２の主面を有する誘電体基板と、
前記誘電体基板内において第１，第２の主面に平行に延びるように配置されており、共振器を構成するための金属膜と、
前記金属膜の上下に配置されており、誘電体基板層を介して金属膜に対向されている第１，第２のグラウンド電極と、
前記第１，第２のグラウンド電極を電気的に接続するために前記誘電体基板に設けられた接続電極と、
前記金属膜に容量結合されており、かつ前記金属膜に直交する方向に延びる一対の入出力結合電極とを備え、
前記入出力結合電極が誘電体基板に形成されたビアホール電極であり、
前記入出力結合電極を結ぶ方向に伝搬する共振モードと、該共振モードに直交する第２の共振モードとが結合されてデュアルモード・バンドパスフィルタとして動作するように前記金属膜が構成されており、前記入出力結合電極の長さが、前記誘電体基板の外部形状による共振のスプリアスが２０ｄＢ以下となるように選ばれていることを特徴とする、高周波用共振部品。
ＧＨｚ帯で使用される高周波用共振部品であって、
対向し合う第１，第２の主面を有する誘電体基板と、
前記誘電体基板内において、第１，第２の主面と平行な方向に延びるように配置されており、共振器を構成するための金属膜と、
前記金属膜の上下において、誘電体基板層を介して対向するように配置された第１，第２のグラウンド電極と、
前記第１，第２のグラウンド電極を導通するように誘電体基板に設けられた接続電極と、
前記金属膜に対して容量結合されており、かつ前記金属膜に直交する方向において誘電体基板内に延ばされている一対の入出力結合電極とを備え、前記入出力結合電極が誘電体基板に形成されたビアホール電極であり、前記入出力結合電極を結ぶ方向に伝搬する共振モードと、該共振モードに直交する第２の共振モードとが結合されてデュアルモード・バンドパスフィルタとして動作するように前記金属膜が構成されている高周波用共振部品のスプリアス抑制方法であって、
前記誘電体基板の外部形状による共振のスプリアスが所望の値以下となるように前記入出力結合電極の長さを制御することを特徴とする、高周波用共振部品のスプリアス抑制方法。
請求項１または２に記載の高周波用共振部品を帯域フィルタとして備えることを特徴とする、デュプレクサ。
請求項１または２に記載の高周波用共振部品または請求項３に記載のデュプレクサを含んでなることを特徴とする、無線通信装置。