JP4291488B2 - 積層型誘電体共振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚのマイクロ波帯において共振回路を構成する積層型誘電体共振器に関し、特に、バンドパスフィルタやデュプレクサ、発振器等に好適に利用され得る小型で、低損失な積層型誘電体共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、携帯電話等の無線通信システムの多様化に伴い、積層型誘電体フィルタに対して、小型化、低損失化の要請が強くなってきている。
【０００３】
積層型誘電体フィルタの低損失化を実現させるためには、該積層型誘電体フィルタを構成している積層型誘電体共振器の無負荷Ｑを向上させる必要がある。共振回路の無負荷Ｑは、主に誘電体基板の誘電体による損失（誘電体損）と共振電極による損失（導体損）とによって決まるが、一般に、マイクロ波帯以下の低周波帯では、誘電体損よりも導体損の方が無負荷Ｑに対して支配的である。
【０００４】
従って、積層型誘電体フィルタの低損失化を実現させて無負荷Ｑを向上させるためには、
（１）共振電極を形成する導体材料の比抵抗を小さくすること。
（２）共振電極の幅や厚みを大きくすること。
が考えられる。
【０００５】
しかしながら、上述の（１）比抵抗を小さくすることは、材料、コスト面で限界が生じるおそれがあり、（２）共振電極の寸法を大きくすることは、該積層型誘電体共振器を有する電子部品が大型化するという問題がある。
【０００６】
従来では、例えば図７に示すように、複数の誘電体層Ｓ１〜Ｓ６を積層して構成された誘電体基板１００内に共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃを形成する場合において、一主面に共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃがそれぞれ形成された複数枚の誘電体層Ｓ３〜Ｓ５を多数重ねることにより、無負荷Ｑを向上させる方法が提案されている（例えば特開平４−４３７０３号公報参照）。
【０００７】
更に、部品形状を小型化するために、内層アース電極１０４Ａ及び１０４Ｂを共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃの開放端に配置することで同一の共振周波数を得る場合でも共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃを短縮するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構造の共振器でフィルタを形成すると、同一形状の共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃを積層状に重ねているため、製造時のずれによって、見かけ上、共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃの開放端の面積が広くなり、内層アース電極１０４Ａ及び１０４Ｂと共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃの開放端で形成される静電容量が増加してしまい、所望の共振周波数よりも低くなる。
【０００９】
このことを図８を参照しながら説明すると、まず、理想的なかたちとして、例えば３枚の共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃを各中心位置を一致させて高精度に形成した場合においては、共振電極の開放端と内層アース電極間で形成される静電容量は、第１の共振電極１０２Ａの開放端と第１の内層アース電極１０４Ａ間に形成される容量Ｃ１と、第３の共振電極１０２Ｃの開放端と第２の内層アース電極１０４Ｂ間に形成される容量Ｃ２となる。
【００１０】
ところが、実際の製造においては、共振電極１０２Ａ〜１０２Ｃの積層ずれ等が生じるため、例えば第２の共振電極１０２Ｂが第１の共振電極１０２Ａよりも横方向や縦方向にずれて形成される場合がある。このような場合、そのはみ出た部分と第１及び第２の内層アース電極１０４Ａ及び１０４Ｂとで静電容量Ｃ３及びＣ４が形成されてしまい、この静電容量Ｃ３及びＣ４が前記容量Ｃ１及びＣ２に付加されたかたちとなる。
【００１１】
その結果、内層アース電極と共振電極の開放端で形成される静電容量が実質的に増加し、設計上、求められる所望の共振周波数よりも低くなる。共振電極の積層ずれ等は、ロット間でばらついたり、各共振器間でばらつくことから、一定の特性を有する共振器を得ることが困難になる。即ち、再現性が悪くなるという問題がある。
【００１２】
これを解決するためには、高精度に共振電極を形成する必要があり、コストが高騰するおそれがある。
【００１３】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、製造時に積層ずれ等が生じても、特性変動が少なく、再現性の良好な積層型誘電体共振器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の誘電体層が積層されて構成された誘電体基板内に複数の共振電極が前記誘電体層を間に挟んで積層方向に重ねられて構成された積層型誘電体共振器において、少なくとも第１共振電極、第２共振電極及び第３共振電極が積層されて構成される共振器本体を間に挟むように少なくとも第１内層アース電極及び第２内層アース電極が形成され、前記第１共振電極〜前記第３共振電極は、少なくとも各開放端部分が、前記第１内層アース電極及び前記第２内層アース電極と重なった形態で積層され、且つ、前記第１内層アース電極に最も近接した位置にある前記第１共振電極と、前記第２内層アース電極に最も近接した位置にある前記第３共振電極とで挟まれた前記第２共振電極の開放端部分が、前記第１共振電極の開放端部分及び前記第３共振電極の開放端部分と重なった形態で積層され、前記第１共振電極と前記第３共振電極は、少なくとも各開放端部分が、前記第２共振電極の開放端部分よりも幅広に形成されていることを特徴とする。
そして、前記第２共振電極は、前記開放端部分の幅と、それ以外の部分の幅が同じであってもよい。
また、前記第２共振電極は、前記開放端部分が、それ以外の部分よりも幅広に、且つ、前記第１共振電極及び前記第３共振電極の各開放端部分よりも幅狭に形成されていてもよい。
また、前記第１共振電極と前記第３共振電極は、前記第１内層アース電極及び前記第２内層アース電極と重なっていない前記各開放端部分と連続する部分が、前記各開放端部分と同じ幅に形成されていてもよい。
【００１５】
これにより、製造時に積層ずれ等があっても、積層形態上、外側に位置する共振電極から他の共振電極がはみ出ることがなくなり、該他の共振電極の開放端に基づく寄生容量（浮遊容量）の形成がなくなる。
【００１６】
このように、本発明に係る積層型誘電体共振器は、製造時において、複数の共振電極に積層ずれが生じても、特性変動を少なくすることができ、複数の共振電極を積層方向に重ねて共振器を構成することによる効果（高Ｑ値、小型化、高性能）を最大限に発揮させることができる。
【００１９】
また、積層型誘電体共振器の製造時に、複数の共振電極に積層ずれ等が生じても、内層アース電極と容量を形成するのは、外側に位置する共振電極だけとなり、所望の共振周波数を容易に得ることができ、再現性が良好となる。
【００２０】
また、内層アース電極に最も近接した位置にある複数の共振電極と内層アース電極間に形成される静電容量が大きくなるため、共振電極の更なる短縮化を図ることができ、積層型誘電体共振器の小型化に有利となる。
【００２１】
また、前記共振電極の幅広の部分が完全に内層アース電極に含まれる形態となるため、内層アース電極に最も近接した位置にある複数の共振電極に積層ずれ等があっても、内層アース電極間に形成される静電容量値は変化しない。
【００２２】
しかも、内層アース電極に最も近接した位置にある複数の共振電極と内層アース電極との間に形成される静電容量は、幅広の部分によって支配されるため、内層アース電極と重なる幅狭の他の部分から他の共振電極がはみ出たとしても、容量の増加は非常に小さいものとなり、特性変動はほとんど生じない。
【００２３】
なお、前記複数の内層アース電極に最も近接した位置にある複数の共振電極以外の前記他の共振電極は、該内層アース電極と重なる部分の一部が他の部分よりも幅広に形成されていてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る積層型誘電体共振器の実施の形態例を図１〜図６を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施の形態に係る積層型誘電体共振器１０は、図１に示すように、複数の誘電体層（Ｓ１〜Ｓ６）が積層、焼成一体化されて構成され、図２に示すように、側面にアース電極１２が形成された誘電体基板１４を有する。図１では、第１〜第６の誘電体層Ｓ１〜Ｓ６を順次積層して誘電体基板１４を構成した例を示す。誘電体層Ｓ１〜Ｓ６の積層枚数はあくまでも一例であり、また、これら第１〜第６の誘電体層Ｓ１〜Ｓ６はそれぞれ１枚あるいは複数枚の層にて構成される。
【００２６】
更に、この実施の形態に係る積層型誘電体共振器１０においては、第３〜第５の誘電体層Ｓ３〜Ｓ５の各一主面にそれぞれ共振電極（第１〜第３の共振電極１６Ａ〜１６Ｃ）が形成され、第２及び第６の誘電体層Ｓ２及びＳ６の各一主面にそれぞれ内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂが形成されている。各内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂは、図２に示すように、第１及び第３の共振電極１６Ａ〜１６Ｃの各開放端とそれぞれ静電容量Ｃ１及びＣ２が形成される位置に配されている。
【００２７】
また、第１〜第３の共振電極１６Ａ〜１６Ｃを１／４波長の共振電極とした場合は、図２に示すように、誘電体基板１４の側面のうち、第１〜第３の共振電極１６Ａ〜１６Ｃの各一端を誘電体基板１４の側面に形成されたアース電極１２と短絡させた構造が採用される。
【００２８】
そして、この実施の形態においては、図１に示すように、３枚の共振電極１６Ａ〜１６Ｃのうち、各内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂに近接する第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃの開放端部分２０Ａ及び２０Ｃが幅広に形成されている。図３に示すように、各幅広の部分２０Ａ及び２０Ｃは平面的にそれぞれ内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂに完全に含まれた形態となっている。一方、第２の共振電極１６Ｂは、幅Ｗが一定の短冊状に形成されており、該幅Ｗは、第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃにおける幅広部分２０Ａ及び２０Ｃ以外の部分の幅とほぼ同じとされている。
【００２９】
即ち、第１及び第２の内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂ間には、第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃにおける各幅広の部分２０Ａ及び２０Ｃが存在し、更に、これら幅広の部分２０Ａ及び２０Ｃの間に、幅Ｗが一定で、かつ、幅広の部分２０Ａ及び２０Ｃよりも狭い幅Ｗを有する第２の共振電極１６Ｂの開放端部分２０Ｂが介在されたかたちとなっている。
【００３０】
更に、第２の共振電極１６Ｂの形成においては、第２の共振電極１６Ｂの開放端２２Ｂが、第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃの開放端２２Ａ及び２２Ｃよりも短絡端寄りに位置するように形成されている。
【００３１】
そして、理想的なかたちとして、図３に示すように、第１〜第３の共振電極１６Ａ〜１６Ｃを各中心位置を一致させて形成した場合を想定し、第２の共振電極１６Ｂの側端から第１の共振電極１６Ａ（又は第３の共振電極１６Ｃ）の側端までの間隔をＡ、並びに第２の共振電極１６Ｂの開放端２２Ｂから第１の共振電極１６Ａ（又は第３の共振電極１６Ｃ）の開放端２２Ａ（又は２２Ｃ）までの間隔をＢ、図４に示すように、これら３枚の共振電極１６Ａ〜１６Ｃを各中心位置が互いに一致するように積層する際に生じる積層ずれ量をＣとしたとき、Ａ＞Ｃ及びＢ＞Ｃを満足するようになっている。
【００３２】
このように、本実施の形態に係る積層型誘電体共振器１０においては、第１及び第２の内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂに最も近接した位置にある第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃにおける開放端部分２０Ａ及び２０Ｃを第２の共振電極１６Ｂの開放端部分２０Ｂよりも幅広に形成するようにしたので、積層型誘電体共振器１０の製造時に、第１〜第３の共振電極１６Ａ〜１６Ｃに積層ずれ等が生じても、第１及び第２の内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂと容量Ｃ１及びＣ２を形成するのは、第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃだけとなり、所望の共振周波数を容易に得ることができ、再現性が良好となる。
【００３３】
換言すれば、本実施の形態に係る積層型誘電体共振器１０においては、その製造時に、第１〜第３の共振電極１６Ａ〜１６Ｃに積層ずれ等が生じても、特性変動を少なくすることができ、複数の共振電極１６Ａ〜１６Ｃを積層方向に重ねて積層型誘電体共振器１０を構成することによる効果（高Ｑ値、小型化、高性能）を最大限に発揮させることができる。
【００３４】
特に、この実施の形態では、第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃの各開放端部分２０Ａ及び２０Ｃを他の部分よりも幅広に形成しているため、第１の内層アース電極１８Ａと第１の共振電極１６Ａ間の静電容量Ｃ１並びに第２の内層アース電極１８Ｂと第３の共振電極１６Ｃ間の静電容量Ｃ２を共に大きくすることができ、その結果、共振電極１６Ａ〜１６Ｃの更なる短縮化を図ることができ、積層型誘電体共振器１０の小型化に有利となる。
【００３５】
また、この実施の形態では、第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃのうち、幅広とされた開放端部分２０Ａ及び２０Ｃが完全に第１及び第２の内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂに含まれる形態となるため、第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃが第１及び第２の内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂに対して積層ずれ等があっても、第１の内層アース電極１８Ａとの間に形成される静電容量Ｃ１の値並びに第２の内層アース電極１８Ｂとの間に形成される静電容量Ｃ２の値は共に変化しない。
【００３６】
しかも、これら静電容量Ｃ１及びＣ２は、幅広とされた開放端部分２０Ａ及び２０Ｃによって支配されるため、図４に示すように、第１の共振電極１６Ａ及び第３の共振電極１６Ｃのうち、第１及び第２の内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂと重なる幅狭の部分から第２の共振電極１６Ｂがはみ出たとしても（斜線Ｇで示す）、静電容量Ｃ１及びＣ２の値の増加は非常に小さいものとなり、特性変動はほとんど生じない。
【００３７】
上述の例では、第２の共振電極１６Ｂとして幅Ｗが一定とされた共振電極を形成した例を示したが、その他、図５に示す第１の変形例に係る積層型誘電体共振器１０ａのように、第２の共振電極１６Ｂの開放端部分２０Ｂを幅広に形成するようにしてもよい。
【００３８】
この場合、第２の共振電極１６Ｂにおける開放端部分２０Ｂの側端から第１の共振電極１６Ａ（又は第３の共振電極１６Ｃ）における開放端部分２０Ａ（又は２０Ｃ）の側端までの間隔をＤ、第２の共振電極１６Ｂの開放端２２Ｂから第１の共振電極１６Ａ（又は第３の共振電極１６Ｃ）の開放端２２Ａ（又は２２Ｃ）までの間隔をＥ、第２の共振電極１６Ｂにおける開放端部分２０Ｂの短絡端側の端部から第１の共振電極１６Ａ（又は第３の共振電極１６Ｃ）の開放端部分２０Ａ（又は２０Ｃ）の短絡端側の端部までの間隔をＦとし、これら３枚の共振電極１６Ａ〜１６Ｃを各中心位置が互いに一致するように積層する際に生じる積層ずれ量をＣとしたとき、Ｄ＞Ｃ、Ｅ＞Ｃ及びＦ＞Ｃを満足することが好ましい。
【００３９】
また、図６に示す第２の変形例に係る積層型誘電体共振器１０ｂのように、第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃにおける幅広とされた各開放端部分２０Ａ及び２０Ｃが第１及び第２の内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂから一部はみ出すように形成するようにしてもよい。
【００４０】
また、上述の例では、誘電体基板１４内に３枚の共振電極１６Ａ〜１６Ｃを形成するようにしたが、誘電体基板１４内に４枚以上の共振電極を形成するようにしてもよい。この場合、第１及び第２の内層アース電極１８Ａ及び１８Ｂに近接する２枚の共振電極のみに上述の第１及び第３の共振電極１６Ａ及び１６Ｃと同様の構成をもたせ、その他の共振電極に上述の第２の共振電極１６Ｂと同様の構成をもたせることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、この発明に係る積層型誘電体共振器は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る積層型誘電体共振器によれば、製造時に積層ずれ等が生じても、特性変動が少なく、再現性が良好となり、複数の共振電極を積層方向に重ねて共振器を構成することによる効果（高Ｑ値、小型化、高性能）を最大限に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る積層型誘電体共振器を示す分解斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る積層型誘電体共振器を示す縦断面図である。
【図３】本実施の形態に係る積層型誘電体共振器における理想的な積層形態を示す平面図である。
【図４】本実施の形態に係る積層型誘電体共振器において、積層ずれが生じた状態を示す平面図である。
【図５】第１の変形例に係る積層型誘電体共振器を示す平面図である。
【図６】第２の変形例に係る積層型誘電体共振器を示す平面図である。
【図７】従来例に係る積層型誘電体共振器を示す斜視図である。
【図８】従来例に係る積層型誘電体共振器の不具合を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ…積層型誘電体共振器
１２…アース電極 １４…誘電体基板
１６Ａ〜１６Ｃ…共振電極 １８Ａ、１８Ｂ…内層アース電極
２０Ａ〜２０Ｃ…開放端部分 ２２Ａ〜２２Ｃ…開放端

Claims (4)

1. 複数の誘電体層が積層されて構成された誘電体基板内に複数の共振電極が前記誘電体層を間に挟んで積層方向に重ねられて構成された積層型誘電体共振器において、
   少なくとも第１共振電極、第２共振電極及び第３共振電極が積層されて構成される共振器本体を間に挟むように少なくとも第１内層アース電極及び第２内層アース電極が形成され、
   前記第１共振電極〜前記第３共振電極は、少なくとも各開放端部分が、前記第１内層アース電極及び前記第２内層アース電極と重なった形態で積層され、且つ、前記第１内層アース電極に最も近接した位置にある前記第１共振電極と、前記第２内層アース電極に最も近接した位置にある前記第３共振電極とで挟まれた前記第２共振電極の開放端部分が、前記第１共振電極の開放端部分及び前記第３共振電極の開放端部分と重なった形態で積層され、
   前記第１共振電極と前記第３共振電極は、少なくとも各開放端部分が、前記第２共振電極の開放端部分よりも幅広に形成されていることを特徴とする積層型誘電体共振器。
2. 請求項１記載の積層型誘電体共振器において、
   前記第２共振電極は、前記開放端部分の幅と、それ以外の部分の幅が同じであることを特徴とする積層型誘電体共振器。
3. 請求項１記載の積層型誘電体共振器において、
   前記第２共振電極は、前記開放端部分が、それ以外の部分よりも幅広に、且つ、前記第１共振電極及び前記第３共振電極の各開放端部分よりも幅狭に形成されていることを特徴とする積層型誘電体共振器。
4. 請求項１記載の積層型誘電体共振器において、
   前記第１共振電極と前記第３共振電極は、前記第１内層アース電極及び前記第２内層アース電極と重なっていない前記各開放端部分と連続する部分が、前記各開放端部分と同じ幅に形成されていることを特徴とする積層型誘電体共振器。

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