JP4074231B2

JP4074231B2 - 積層フィルタ

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Publication number: JP4074231B2
Application number: JP2003274087A
Authority: JP
Inventors: 寿博安田; 武史小坂; 英行関根
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2023-07-14
Also published as: JP2005039503A

Description

本発明は、高周波領域で使用する積層フィルタであり、特に、広帯域の通過特性が得られるようにした積層フィルタに関する。

従来におけるストリップライン型フィルタの原理を図１５（ａ）（ｂ）と共に説明する。
図からも判るように、誘電体層１に共振器としての平行な短絡端と開放端を有するストリップライン１ａ，１ｂが形成され、各ストリップライン１ａ，１ｂの上部から入出力ライン１ｃ，１ｄが形成されたものである。

そして、前記したストリップライン１ａ，１ｂの間を誘導結合にすると、容量結合と比較して高周波側の減衰特性が良好になる。そして、ストリップライン１ａ，１ｂの誘導結合はストリップライン１ａ，１ｂを図１５（ａ）から（ｂ）のように間隔を近づけると強くなり広帯域化が図れる。しかし、図１５（ｂ）のように近づけると容量結合も強くなるため、誘導結合の効果が相殺されてしまい、結果的に広帯域化が図れないものである。

図５における周波数特性図の波形（イ）は前記図１５（ａ）における積層フィルタの周波数特性であり、波形（ロ）は図１５（ｂ）における積層フィルタの周波数特性であって、何れも広帯域化が図れていない。特に、図１５（ａ）のように間隔を広げた場合は、高周波において狭い帯域の周波数特性となる。

また、従来例として特開平４−２４５７０２号公報（公知例１）、特開平６−２９６１０２号公報（公知例２）、特開平８−２３２０５号公報（公知例３）および特開２００２−２６６０７（公知例４）に開示された技術がある。

前記従来例における従来例１に開示されている基本的な実施例は、同明細書の図１に示されるように、共振器５１，５３を電気的に結合させるためのノッチを形成するためのコの字形状の伝送線路５４が設けられているが、伝送線路５４は共振器５１，５３と重なる方向には対向しないコの字状の誘導結合パターンであるため、結合力が弱く高周波での帯域が狭くなってしまう。

前記従来例における公知例２に開示されている基本的な実施例は、同明細書の図１に示されるように、第３層Ｓ３に形成されたコンデンサ電極２０，３０の上に、第２層Ｓ２に形成されたロの字形状をした誘導結合パターン５０を重ね、また、前記第３層Ｓ３の下側に中心導体１１，１２が形成された第１層Ｓ１を重ねたものであるが、この構造では高域での帯域が狭くなってしまう。これは誘導結合パターンの幅が共振器である中心導体１１，１２とコンデンサ電極２０，３０の幅より広いために、磁界結合としての効果が期待されるパターンのインダクタンス値が十分でなく、その結果、誘導結合が小さくなるものと考えられる。

前記従来例における公知例３に開示されている基本的な実施例は、同明細書の図１に示されるように、共振電極（共振器）１２ａ，１２ｂが形成された第１誘電体基板２の上には、第３誘電体基板６の外部アース電極１６とビア接続された内部アース電極２２とで誘導結合状態となっている第２誘電体基板４が積層され、また、前記第１誘電体基板２の下には容量結合電極１４０が形成された第４誘電体基板８が積層されたものである。従って、この技術にあっては、第１誘電体基板２における共振器１２ａ，１２ｂに対して第２誘電体基板４におけるビア部分が対向して配置されていないため、結合度が十分取れず高周波での帯域は狭くなってしまう。なお、前記容量結合電極により通過帯域の低域側で減衰極が形成されている。

他方、結合度の向上に効果的な誘導結合パターンとしては、公知例４に記載されたように、隣逢う共振器を直接パターンで接続するような手法も考えられるが、この手法で決定される結合度パターンの幅と共振器との接続位置の２つが支配的な要素となり、共振器の間隔が狭い場合等のサイズ的な制約が強くなると、所望の結合度を得ることが困難になり得る。

特開平４−２４５７０２号公報特開平６−２９６１０２号公報特開平８−２３２０５号公報特開２００２−２６６０７号公報

そこで、本発明は、結合度の調整自由度を確保しつつ、高周波での広帯域化に有効な積層フィルタを提供することを目的とする。

本発明の積層フィルタはは前記した目的を達成せんとするもので、請求項１の手段は、誘電体層に併設された開放端と短絡端を有する共振器である第１、第２、第３のストリップパターンと、前記第１、第２、第３のストリップパターンの短絡端が接続されたアースパターンと、前記第１、第２のストリップパターンを跨ぐ形で他の誘電体層に形成された第１の誘導結合パターンと、前記第２、第３のストリップパターンを跨ぐ形で前記第１の誘電結合パターンが形成された誘電体層とは異なる誘電体層に形成された第２の誘導結合パターンとを具備する積層フィルタであって、前記第１の誘導結合パターンは、前記第１、第２のストリップパターンと対向した状態で前記短絡端から開放端に向けて延びる一対の対向パターンと該対向パターンの開放端側の間を接続する接続パターンとで形成され、また、前記第２の誘導結合パターンは、前記第２、第３のストリップパターンにと対向した状態で前記短絡端から方向端に向けて延びる一対の対向パターンと該対向パターンの開放端側の間を接続する接続パターンとで形成され、前記第２のストリップパターンは第１、第３のストリップパターンによって挟まれるように配置されていることを特徴とする。

請求項２の手段は、前記各対向パターンの幅は、前記第１〜第３のストリップパターンの幅と同等以下の幅としたことを特徴とする。

請求項３の手段は、前記した請求項１において、前記誘導結合パターンが形成された２つの誘電体層を間に挟んで、前記３つのストリップパターンと対向する位置にストリップパターンが形成された一対の誘電体層を配置したことを特徴とする。

本発明は前記したように、ストリップパターンと対向した状態で短絡端から開放端に向けて延びる一対の対向パターンと、該対向パターンの開放端側の間を接続する接続パターンとから構成した誘導結合パターンを配置したことにより、結合度の調整自由度を確保しつつ、広帯域の通過特性を得ることができ、従って、周波数特性が広帯域であることを必要とする製品の高周波回路に使用できるものである。

また、前記した誘導結合パターンの対向パターンの幅をストリップパターンの幅と同等以下とすることで、より広帯域の通過特性を有する積層フィルタとなり、さらに、ストリップパターンを跨がる形で容量結合パターンを形成することで、極位置の制御を行うことができる等の効果を有するものである。

ストリップパターンと対向した状態で短絡端から開放端に向けて延びる一対の対向パターンと、該対向パターンの開放端側の間を接続する接続パターンとからなる誘導結合パターンを形成することで、結合度の調整自由度を確保しつつ、広帯域の通過特性を得ることができるようにした。

以下、本発明に係る積層フィルタの第１の実施例を図１〜図５と共に説明する。なお、図１は外観図、図２は同上の積層構造を示す説明斜視図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は各パターンの位置関係を示す透視図、図５は従来例の積層フィルタと本発明の積層フィルタとの周波数特性を示した特性図である。

図１に示すように、２は所定の導体パターンが形成された複数の誘電体層２１〜２８を積層し一体構造とした積層フィルタにして、各誘電体層２１〜２８は、例えば、ＢａＴＩＯＲ₂系の誘電性を有するセラミック焼結体で構成されている。そして、各誘電体層２１〜２８には以下に述べるパターンが形成されている。

図２に示すように、２１は保護層を兼ねる第１の誘電体層、２２は略全面積にアースパターン２２ａが形成された第２の誘電体層、２３は一端が長辺に露出した２本の内部アースパターン２３ａが形成された第３の誘電体層、２４はスルーホール２４ａ₁を有する共振折り返しパターン２４ａと、コの字状に形成された誘導結合パターン２４ｂとが形成された第４の誘電体層、２５は一端が前記した内部アースパターン２３ａが露出した長辺とは反対側の長辺側に一端が露出する共振器である２本のストリップパターン２５ａおよび該２本のストリップパターン２５ａのそれぞれから左右の短辺側に露出される入出力パターン２５ｂが形成された第５の誘電体層にして、前記ストリップパターン２５ａには前記折り返しパターン２４ａに形成されたスルーホール２４ａ₁と連通するスルーホール２５ａ₁が形成されている。

２６は前記した第４の誘電体層２４と同様にスルーホール２６ａを有する折り返しパターン２６ａと、誘導結合パターン２６ｂとが形成された第６の誘電体層、２７は前記した第３の誘電体層２３と同様に内部アースパターン２７ａが形成された第７の誘電体層、２８は前記した第２の誘電体層２２と同様にアースパターン２８ａが形成された第８の誘電体層である。なお、前記した折り返しパターン２４ａ、ストリップパターン２５ａおよび折り返しパターン２６ａに形成されているスルーホール２４ａ₁，２５ａ₁，２６ａ₁は電気的に接続される。

そして、これらの誘電体層２１〜２８は図１に示すように周知の方法で積層され一体化される。また、第２の誘電体層２２のアースパターン２２ａと、第３、第７の誘電体層２２，２７における内部アースパターン２２ａ，２７ａおよび第８の誘電体層２８におけるアースパターン２８ａとは積層された状態で長手方向の側面において外部アース導体層３１となる。

また、第２の誘電体層２２のアースパターン２２ａと、第４、第６の誘導結合パターン２４ｂ，２６ｂにおける後述する対向パターン２４ａ₁，２６ａ₁の先端と、第５の誘電体層２５におけるストリップパターン２５ａおよび第７の誘電体層２７のアースパターン２７ａとは積層された状態で長手方向の側面において外部アース導体層３２となり、さらに、第５の誘電体層２５における入出力パターン２５ｂは積層された状態で短手方向の側面において入出力導体層３３となる。

なお、前記した誘導結合パターン２４ｂ，２６ｂは、図４に示すように、前記したストリップパターン２５ａの短絡端から開放端に向けて延びる一対の対向パターン２４ｂ₁，２６ｂ₁と、該対向パターン２４ｂ₁，２６ｂ₁の開放端側の間を接続する接続パターン２４ｂ₂，２６ｂ₂とから構成されている。

前記した誘電体層２１〜２８を積層した状態の各パターンの位置関係を透視すると図４となる。この図からも判るように、誘導結合パターン２４ｂ，２６ｂは２本のストリップパターン２５ａ，２５ａを挟み、かつ、層を変えて跨がるように配置されると共に、誘導結合パターン２４ｂ，２６ｂの対向パターン２４ａ1
，２６ａ₁がストリップパターン２５ａ，３５ａと平行した状態となっている。

そして、誘導結合パターン２４ｂ，２６ｂで相互インダクタンスを得るためには、パターン自体のインダクタンス成分が大きい方がよい。そのために本発明にあっては、誘導結合パターン２４ｂ，２６ｂの対向パターン２４ａ₁，２６ａ₁の幅を、ストリップパターン２５ａ，３５ａと同等の幅か狭い幅となし、これにより大きなインダクタンス値を得ている。このように大きなインダクタンス値が得られることで、図５の周波数特性図における波形（ハ）のように広帯域の特性が得られることとなる。

次に、第２の実施例を図６と共に説明する。なお、前記した第１の実施例と同一パターンは同一符号で示し説明は省略する。
図６（ａ）の実施例にあっては、前記した図２における第３の誘電体層２３とだい７の誘電体層し７に容量結合パターン２３ｂ，２７ｂを内部アースパターン２３ａ，２７ａから離れた位置に形成したものである。

このように、容量結合パターン２３ｂ，２７ｂを形成することで、図６（ｂ）の周波数特性図に示すように、減衰極の制御が行えることとなり、従って、広帯域の特性を保ちながら減衰極の位置を変化させることができるので、高周波回路におけるフィルタとしての応用範囲を広げることが可能となるものである。

次に、第３の実施例を図７、図８と共に説明する。なお、前記した第１の実施例と同一パターンは同一符号で示し説明は省略する。
図７、図８の実施例にあっては、前記した第１の実施例におけるストリップパターン２５ａが２つであるのに対し、この実施の形態においては、３つのストリップパターン２５ａを形成したこと、該３つのストリップパターン２５ａの内の隣接したストリップパターン２５ａ１，２５ａ２に跨がる形で前記した誘導結合パターン２４ｂと同一形状の誘導結合パターンを第４の誘電体層２４に誘導結合パターン２４ｃを形成し、また、ストリップパターン２５ａの他の隣接したストリップパターン２５ａ２，２５ａ３に跨がる形で第６の誘電体層２６に誘導結合パターン２６ｃを形成したことである。

なお、第４と第６の誘電体層２４，２６には、それぞれにスルーホール２４ａ₁，２６ａ₁を有する３つの折り返しパターン２６ａが形成され、また、前記した３つのストリップパターン２５ａにも前記折り返しパターン２６ａに形成されているスルーホール２６ａ₁と一致するスルーホール２５ａ₁が形成され、それぞれのスルーホール２４ａ₁，２６ａ₁，２５ａ₁は電気的に接続されている。

次に、第３の実施例を図９、図１０と共に説明する。なお、前記した第３の実施例と同一パターンは同一符号で示し説明は省略する。
図９、図１０の実施例にあっては、前記した第３の実施例における３つのストリップパターン２５ａが第５の誘電体層２５に形成され、かつ、上下に位置する第４、第６の誘電体層２４，２６に誘導結合パターン２４ｃ，２６ｃを配置したものであるのに対し、この実施の形態のものは、誘導結合パターン２４ｃが形成されている第４の誘電体層２４の折り返しパターン２４ａに変えて内部アースパターン２４ｄを形成し、該第４の誘電体層２４の上に３つのストリップパターン２９ａを形成した誘電体層を配置し、また、誘導結合パターン２６ｃが形成されている第６の誘電体層２６の折り返しパターン２６ａに変えて内部アースパターン２６ｄを形成し、該第６の誘電体層２６の下に３つのストリップパターン３０ａを形成した誘電体層を配置したものである。

すなわち、本実施例のものは、３つのストリップパターン２５ａ，２９ａ，３０ａが形成された各誘電体層の間に、誘導結合パターン２４ｃ，２６ｃが形成された誘電体層を挟んで配置し、かつ、誘導結合パターン２４ｃはストリップパターン２５ａ，２９ａにおける左側と中央のパターンとの間に位置し、また、誘導結合パターン２６ｃはストリップパターン２９ａ，３０ａにおける中央と右側のパターンとの間に位置するように形成されている。

以上、説明した第３、第４の実施例にあっても、各誘電体層に形成されているストリップパターン２９ａ，２５ａとの間およびストリップパターン２５ａ，３０ａとの間に誘導結合パターン２４ｃ，２６ｃが形成され、かつ、各誘導結合パターン２４ｃ，２６ｃの対向パターンの幅が、各ストリップパターン２９ａ，２５ａ，３０ａの幅と同等以下としてあるので、前記したと同様に高周波における帯域幅が広くなるものである。

次に、図１１，図１２に示した第５の実施例について説明する。なお、第３の実施例と同一パターンは同一符号で示し説明は省略する。
この図１１，図１２の実施例と前記した第３の実施例と相違する点は、図２に示した第３の誘電体層２４および第７の誘電体層２７に対応する誘電体層を取り除いたものであり、それ以外は図７の第３の実施の形態と同じである。

次に、図１３、図１４に示す第６の実施例について説明する。なお、第５の実施例と同一パターンは同一符号で示し説明は省略する。
この実施例にあっては、図２で示した内部アースパターン２３ａが形成されている第３の誘電体層２３に前記した図１１に示した誘導結合パターン２４ｃと同じようにストリップパターン２５ａの左側と中央の２つに跨がるように誘導結合パターン２３ｂを形成すると共に、同じくストリップパターン２５ａの左側と中央の２つに跨がるように容量結合パターン２３ｃを形成する。

また、図２で示した内部アースパターン２７ａが形成されている第７の誘電体層２７に前記した図１１に示した誘導結合パターン２６ｃと同じようにストリップパターン２５ａの中央と右側の２つに跨がるように誘導結合パターン２７ｂを形成すると共に、同じくストリップパターン２５ａの中央と右側の２つに跨がるように容量結合パターン２７ｃを形成したものである。

第５および第６の実施例においても、高周波において帯域幅の広い周波数特性が得られ、また、第６の実施例においては、容量結合パターン２３ｃ，２７ｃによって通過帯域より低域側における極位置を図６（ｂ）に示すと同様に制御することができるものである。

なお、前記した何れの実施例においても、コの字状に形成した誘導結合パターンにおける水平部分の一部を切削して容量結合部を設けることで、帯域幅を制御することも可能である。

本発明に係る積層フィルタの第１の実施例のを示す外観斜視図である。同上の積層構造を示す説明斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図２における各パターンの位置関係を示す透視図である。本発明の積層フィルタと従来の積層フィルタとの特性を比較した周波数特性図である。第２の実施例の積層フィルタであり、（ａ）各パターンの位置関係を示す透視図、（ｂ）は周波数特性図である。第３の実施例の各パターンの位置関係を示す透視図である。同上の中央縦断面図である。第４の実施例の各パターンの位置関係を示す透視図である。同上の中央縦断面図である。第５の実施例の各パターンの位置関係を示す透視図である。同上の中央縦断面図である。第６の実施例の各パターンの位置関係を示す透視図である。同上の中央縦断面図である。従来のストリップパターンを使用したフィルタの機能を説明するための平面図である。

符号の説明

２積層フィルタ
２５ａ，２９ａ，３０ａストリップパターン
２４ｂ，２６ｂ，２４ｃ，２６ｃ誘導結合パターン
２３ｂ，２７ｂ，２３ｃ，２７ｃ容量結合パターン

Claims

誘電体層に併設された開放端と短絡端を有する共振器である第１、第２、第３のストリップパターンと、
前記第１、第２、第３のストリップパターンの短絡端が接続されたアースパターンと、
前記第１、第２のストリップパターンを跨ぐ形で他の誘電体層に形成された第１の誘導結合パターンと、
前記第２、第３のストリップパターンを跨ぐ形で前記第１の誘電結合パターンが形成された誘電体層とは異なる誘電体層に形成された第２の誘導結合パターンとを具備する積層フィルタであって、
前記第１の誘導結合パターンは、前記第１、第２のストリップパターンと対向した状態で前記短絡端から開放端に向けて延びる一対の対向パターンと該対向パターンの開放端側の間を接続する接続パターンとで形成され、また、前記第２の誘導結合パターンは、前記第２、第３のストリップパターンにと対向した状態で前記短絡端から方向端に向けて延びる一対の対向パターンと該対向パターンの開放端側の間を接続する接続パターンとで形成され、前記第２のストリップパターンは第１、第３のストリップパターンによって挟まれるように配置されていることを特徴とする積層フィルタ。
前記各対向パターンの幅は、前記第１〜第３のストリップパターンの幅と同等以下の幅としたことを特徴とする請求項１記載の積層フィルタ。
前記誘導結合パターンが形成された２つの誘電体層を間に挟んで、前記３つのストリップパターンと対向する位置にストリップパターンが形成された一対の誘電体層を配置したことを特徴とする請求項１記載の積層フィルタ。