JP4442066B2

JP4442066B2 - Dual-mode bandpass filter, characteristic adjustment method for dual-mode bandpass filter, duplexer, and wireless communication apparatus

Info

Publication number: JP4442066B2
Application number: JP2001265724A
Authority: JP
Inventors: 誠治神波; 直樹溝口; 尚武岡村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP2002280806A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波〜ミリ波帯の通信機において帯域フィルタとして用いられるデュアルモード・バンドパスフィルタ及びその特性調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波領域で用いられるバンドパスフィルタとして、デュアルモード・バンドパスフィルタが種々提案されている（MINIATURE DUAL MODE MICROSTRIP FILTERS, J.A. Curtis and S.J. Fiedziuszko, 1991 IEEE MTT-S Digestなど）。
【０００３】
図１１及び図１２は、従来のデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための各模式的平面図である。
図１１に示すバンドパスフィルタ２００では、誘電体基板（図示せず）上に円形の導電膜２０１が形成されている。この導電膜２０１に、互いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２０２及び入出力結合回路２０３が結合されている。そして、上記入出力結合回路２０３が配置されている部分に対して中心角４５°の角度をなす位置に、先端開放スタブ２０４が形成されている。これによって共振周波数が異なる２つの共振モードが結合され、バンドパスフィルタ２００は、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構成されている。
【０００４】
また、図１２に示すデュアルモード・バンドパスフィルタ２１０では、誘電体基板上に略正方形の導電膜２１１が形成されている。この導電膜２１１に、互いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２１２，２１３が結合されている。また、入出力結合回路２１３に対して１３５°の位置のコーナー部が欠落されている。欠落部分２１１ａを設けることにより、２つの共振モードの共振周波数が異ならされており、該２つのモードの共振が結合されて、バンドパスフィルタ２１０は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作する。
【０００５】
他方、円形の導電膜に代えて、円環状の導電膜を用いたデュアルモードフィルタも提案されている（特開平９−１３９６１２号公報、特開平９−１６２６１０号公報など）。すなわち、円環状のリング伝送路を用い、図１１に示したデュアルモード・バンドパスフィルタと同様に、中心角９０°の角度をなすように入出力結合回路を配置し、かつリング状伝送路の一部に先端開放スタブを設けてなるデュアルモードフィルタが開示されている。
【０００６】
また、特開平６−１１２７０１号公報にも、同様のリング状伝送路を用いたデュアルモードフィルタが開示されている。図１３に示すように、このデュアルモードフィルタ２２１では、誘電体基板上に円環状の導電膜２２２が形成されているリング共振器が構成されている。ここでは、円環状の導電膜２２２に対して、互いに９０°をなすように４個の端子２２３〜２２６が構成されている。４個の端子のうち、互いに９０°の角度をなす位置に配置された２個の端子２２３，２２４が入出力結合回路２２７，２２８に結合されており、残りの２個の端子２２５，２２６が帰還回路２３０を介して接続されている。
【０００７】
上記構成により、１つのストリップ線路からなるリング共振器において、互いに結合しない直交モード共振を生じさせ、上記帰還回路２３０により結合度を制御することが可能である旨が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１１及び図１２に示した従来のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、１つの導電膜パターンを形成することにより２段のバンドパスフィルタを構成することができ、従ってバンドパスフィルタの小型化を図り得る。
【０００９】
しかしながら、円形や正方形の導電膜パターンにおいて、上記特定の角度を隔てて入出力結合回路を結合する構成を有するため、結合度を大きくすることができず、広い通過帯域を得ることができないという欠点があった。
【００１０】
また、図１１に示されているバンドパスフィルタでは、導電膜２０１が円形であり、図１２に示すバンドパスフィルタでは、導電膜２１１がほぼ正方形と形状が限定されている。従って、設計の自由度が低いという問題もあった。
【００１１】
また、特開平９−１３９６１２号公報や特開平９−１６２６１０号公報に記載のようなリング状共振器を用いたデュアルモードバンドパスフィルタにおいても、同様に結合度を大きくすることが困難であり、かつリング状共振器の形状が限定されるという問題があった。
【００１２】
他方、前述した特開平６−１１２７０１号公報に記載のデュアルモードフィルタ２２１では、帰還回路２３０を用いることにより、結合度の調整が行われ、広帯域化が図られるとされている。しかしながら、この先行技術に記載のデュアルモードフィルタでは、帰還回路２３０が必要であり、回路構成が煩雑化するという問題があった。加えて、やはり、リング状共振器の形状が円環状と限定され、設計の自由度が低いという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、小型化を図り得るだけでなく、結合度を大きくすることができ、さらに結合度の調整が容易であり、広い通過帯域を容易に実現することができ、さらに設計の自由度に優れたデュアルモード・バンドパスフィルタ及びその特性調整方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、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及び無線通信装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタは、第１，第２の主面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板のある高さ位置において部分的に形成されており、入力が印加された際に複数の共振モードが発生し、該複数の共振モードを結合させるための貫通孔が形成されている金属膜と、前記金属膜と誘電体基板層を介して対向するように誘電体基板の第１もしくは第２の主面または内部に形成された複数のグラウンド電極と、前記複数のグラウンド電極間を電気的に接続するように設けられたグラウンド接続電極と、前記誘電体基板の第１，第２の主面に形成された入出力端子と、前記金属膜に対し、該金属膜の異なる部分で結合された１対の入出力結合回路と、前記入出力端子と前記入出力結合回路とを電気的に接続している入出力接続電極とを備え、前記複数のグラウンド電極が誘電体基板層を介して前記金属膜の上下に配置されて、トリプレート構造を構成し、前記グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振モードと、前記金属膜において生じる複数の前記共振モードとが結合され、バンドパスフィルタが構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の特定の局面では、前記グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体が、前記金属膜で生じる複数の共振モードとは別個に共振するように構成されている。
【００１７】
本発明の他の特定の局面では、前記グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振モードが、ＴＥモードまたはＴＭモードの変形モードである。
【００１８】
本発明のさらに他の特定の局面では、前記グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振モードの共振周波数が、前記金属膜において生じる複数の共振モードの共振周波数と異なっている。
【００２０】
本発明にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタは、容易に特性を調整することができ、本発明のある局面では、前記グラウンド接続電極は、前記誘電体基板の側面に形成された電極、または前記誘電体基板の内部に形成したビアホール電極により構成されており、前記グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振モードの共振周波数が所望とする周波数位置に現われるように、前記グラウンド電極及び前記グラウンド接続電極の大きさ、形状及び位置を調整することにより前記構造体の共振長を変化させることを特徴とするデュアルモード・バンドパスフィルタの特性調整方法が提供され、他の特定の局面では、前記グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振時のインピーダンスが所望の値となるように、前記入出力結合回路を構成する電極膜と共振器を構成する金属膜との重なり面積や距離、または前記入出力接続電極と前記グラウンド電極との距離を調整することを特徴とするデュアルモード・バンドパスフィルタの特性調整方法が提供される。
【００２１】
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デュアルモード・バンドパスフィルタを備えることを特徴とする。
【００２２】
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デュアルモード・バンドパスフィルタを備えることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタの外観を示す斜視図及び正面断面図であり、図１（ｃ）は、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの内部に形成されている共振器を構成するための金属膜及び入出力端子を示す平面断面図である。
【００２４】
デュアルモード・バンドパスフィルタ１は、矩形の誘電体基板２を有する。誘電体基板２を構成する材料は特に限定されるわけではないが、本実施例では、比誘電率ε＝７及びｔａｎδ＝０．００１（ａｔ３０ＧＨｚ）であるＭｇ−Ｓｉ−Ｂ−Ｏ系ガラスセラミックスにより構成されている。
【００２５】
矩形板状の誘電体基板２の第１の主面としての上面には、ほぼ全面にグラウンド電極３が形成されている。グラウンド電極３は、誘電体基板２の上面において、対向しあう対の端縁２ａ，２ｂに沿う切欠部３ａ，３ｂを有する。該切欠部３ａ，３ｂ内に、グラウンド電極３と隔てられて、すなわちグラウンド電極３と電気的に絶縁されて入出力端子４，５がそれぞれ形成されている。入出力端子は、矩形の電極膜により構成されている。
【００２６】
誘電体基板２の第２の主面としての下面には、全面にグラウンド電極６が形成されている。また、誘電体基板２の上面の端縁２ａ，２ｂの両側に位置する一対の側面２ｃ，２ｄに、グラウンド接続電極７，８が形成されている。グラウンド接続電極７，８は、誘電体基板２の上面及び下面に形成されているグラウンド電極３，６を電気的に接続するために設けられている。
【００２７】
他方、誘電体基板２の内部のある高さ位置には、共振器を構成するための金属膜９が部分的に形成されている。金属膜９は、グラウンド電極３，６と誘電体基板層を介して重なり合うように、かつこれらと平行に配置されている。
【００２８】
本実施例では、金属膜９の平面形状は長方形であり、貫通孔９ａを有する。貫通孔９ａもまた長方形であるが、この貫通孔９ａは、金属膜９の長辺方向に伝搬する共振モードと短辺方向に延びる共振モードとを結合させるために設けられている。
【００２９】
すなわち、入出力端子４，５の一方から入力を加えた場合、金属膜９において、長辺方向及び短辺方向に伝搬する共振モードが発生する。長辺方向に伝搬する共振モードの共振周波数と、短辺方向に伝搬する共振モードの共振周波数は異なる。そして、貫通孔９ａは金属膜９の長辺と平行な方向に延ばされた長方形の形状を有する。従って、貫通孔９ａの存在により、短辺方向に伝搬する共振モードの共振電界が弱められる。本実施例では、この貫通孔９ａの大きさを調整することにより、短辺方向に伝搬する共振モードの共振周波数が調整され、それによって短辺方向に伝搬する共振モードと長辺方向に伝搬する共振モードとが結合され、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性が得られる。
【００３０】
言い換えれば、上記貫通孔９ａは、金属膜９において生じる上記２つの共振モードを結合するように構成されている。
金属膜９と同じ高さ位置において、金属膜９の短辺とを所定距離を隔てて、入出力結合回路を構成する電極膜１０，１１が形成されている。電極膜１０，１１は、金属膜９に容量結合している。
【００３１】
また、電極膜１０，１１は、その外側端縁が誘電体基板２の一対の端面２ｅ，２ｆにそれぞれ引き出されている。
他方、端面２ｅ，２ｆには、入出力接続電極１２，１３が形成されている。入出力接続電極１２，１３は、上記電極膜１０，１１に電気的に接続されており、かつその上端においては、入出力端子４，５にそれぞれ電気的に接続されている。
【００３２】
入出力接続電極１２，１３は、上記入出力結合回路としての電極膜１０，１１と、誘電体基板２の上面に形成されている入出力端子４，５とを電気的に接続するために設けられている。本実施例では、入出力端子４，５が誘電体基板２の上面に形成されており、電極膜１０，１１が中間高さ位置に形成されているので、入出力接続電極１２，１３は、端面２ｅ，２ｆ上において、端面２ｅ，２ｆと上面とのなす端縁２ａ，２ｂから、下方に延び、かつ入出力結合回路としての電極膜１０，１１に電気的に接続される位置まで延ばされている。
【００３３】
すなわち、入出力接続電極１２，１３は、端面２ｅ，２ｆの下端には至らないように形成されている。
上述したグラウンド電極３、入出力端子４，５、グラウンド電極６、グラウンド接続電極７，８、金属膜９、電極膜１０，１１及び入出力接続電極１２，１３は、いずれも、本実施例ではＣｕにより形成されている。もっとも、これらの電極を構成する電極材料については特に限定されるものではない。
【００３４】
上記デュアルモード・バンドパスフィルタ１の製造に際しては、誘電体基板を構成するために、複数枚の矩形の誘電体グリーンシートを用意する。次に、誘電体グリーンシートに、誘電体基板の上面、中間高さ位置及び下面に形成される各電極構造を、それぞれ別のグリーンシート上に印刷する。そして、これらの電極が印刷された誘電体グリーンシートを、さらに必要に応じて無地の誘電体グリーンシートを間に介在させて積層し、積層体を得る。得られた積層体を厚み方向に加圧した後、焼成することにより、誘電体基板２が得られる。このようにして得られた誘電体基板２の端面２ｅ，２ｆに、入出力接続電極１２，１３及びグラウンド電極７，８を導電ペーストの塗布・焼付等の適宜の方法により形成すればよい。
【００３５】
上記のように、誘電体基板２は、従来より周知のセラミックス一体焼成技術により容易に得ることができる。
【００３６】
本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１は、中間高さ位置に共振器を構成するための金属膜９を有し、金属膜９の上方及び下方に、グラウンド電極３，６が配置されている、いわゆるトリプレート構造を有する。しかも、共振器を構成する金属膜９の周囲が、グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８により電磁シールドされている。従って、損失の低減を果たすことができる。
【００３７】
加えて、上記グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８からなる構造体は、金属膜９で構成される共振器の複数の共振モードとは別個に共振する。すなわち、入出力接続電極１２，１３を励振源として、主としてグラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８で囲まれる空間に上記金属膜９における共振電磁界とは異なる共振電磁界が存在する。従って、グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８からなる構造体の、例えば形状などを変えることにより、金属膜９で生じる複数の共振モードとは別個の共振を制御することができる。同様に、入出力接続電極１２，１３の形状などを変えることにより、金属膜９で生じる複数の共振モードとは別個の共振を制御することができる。従って、デュアルモード・バンドパスフィルタの特性を容易に調整することができる。
【００３８】
例えば、デュアルモード・バンドパスフィルタ１の金属膜９の共振周波数に、上記グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８からなる構造体の共振周波数を近接させることにより、多段フィルタを構成することができる。あるいは、上記グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８からなる構造体の共振周波数を、デュアルモード・バンドパスフィルタの減衰域以外に移動させることにより、または上記構造体の共振が小さくなるようにインピーダンスを調整することにより、スプリアスのないフィルタ特性を得ることができる。
【００３９】
次に、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１の具体的な実験例を説明する。
本実験例では、通過帯域中心周波数が約２１ＧＨｚとなるように、金属膜９の設計を行った。すなわち、金属膜９の長辺を２．２ｍｍ、短辺を１．２ｍｍとした。また、金属膜９において生じる長辺方向の共振と短辺方向の共振とを結合させるために、金属膜９のほぼ中心に、長辺１．８ｍｍ×短辺０．５ｍｍの貫通孔９ａを形成した。
【００４０】
また、誘電体基板２の寸法は、長辺約３．０ｍｍ×短辺１．９ｍｍ×高さ０．６ｍｍとした。
金属膜９の各短辺のコーナー部分近傍において、短辺と４０μｍのギャップを隔てて、０．３×０．３６ｍｍの長方形状の電極膜１０，１１を形成した。
【００４１】
また、上記金属膜９及び電極膜１０，１１は、誘電体基板２の高さ方向ほぼ中央に配置した。さらに、入出力接続電極１２，１３は、上面の入出力端子４，５と中間高さ位置に形成された電極膜１０，１１とを結ぶ長さとし、かつその幅（すなわち高さ方向と直交する方向の寸法）は３００μｍとした。
【００４２】
上記設計のデュアルモード・バンドパスフィルタ１の反射特性の周波数特性を図２に示す。
図２において、低周波数側に表われている、矢印Ａで示す共振が金属膜９のフィルタ特性を得るための共振を示し、高周波数側に表われている矢印Ｂで示す共振がグラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８からなる構造体による共振に対応している。
【００４３】
図２から明らかなように、本実施例では、グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８からなる構造体の共振の共振周波数が、フィルタ特性を得るための共振Ａの共振周波数よりもかなり高くされており、すなわち十分に離されており、従って、フィルタの減衰特性が影響を受けないように構成されている。本願発明者は、図２の矢印Ｂで示されている共振における電磁界分布を、ヒューレットパッカード社製電磁界シミュレータ（品番ＨＦＳＳ）を用い計算した。結果を図３（ａ）及び（ｂ）に略図的に示す。
【００４４】
図３（ａ）は、誘電体基板２を平面視した場合の電磁界分布を示し、（ｂ）は誘電体基板２の中央を通る正面断面図方向から見た電磁界分布を示す。
図３（ａ），（ｂ）から明らかなように、誘電体基板２の中央に誘電体基板２の厚み方向に強い電界が発生しており、該電界を回り込むように磁界が発生していることがわかる。
【００４５】
なお、図３（ａ）における中央のハッチングをした部分が電界の強い部分を示し、周囲の一点鎖線で示す矢印は磁界のベクトル分布を示す。
また、図３（ｂ）における誘電体基板２の厚み方向に延びる矢印は、電界ベクトルを示す。
【００４６】
図３（ａ）及び（ｂ）に示す電磁界分布は、一般に空洞共振器の共振モードと知られているＴＥモードあるいはこれに等価なＴＭモードと分布が類似している。異なるのは、本実施例では、グラウンド電極で覆われていない端面２ｅ，２ｆが存在し、該端面２ｅ，２ｆから電磁界が外部に若干漏れている点にある。
【００４７】
本願発明者は、上記実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１と比較するために、未だ公知ではないが、特願２０００−４７９１９号に開示されている構造を有するデュアルモード・バンドパスフィルタを作製した。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、このデュアルモード・バンドパスフィルタ２１は、誘電体基板２２を用いて構成されており、誘電体基板２２の上面にはデュアルモード・バンドパスフィルタ１の場合と同様に、グラウンド電極３及び入出力端子４，５が形成されている。もっとも、デュアルモード・バンドパスフィルタ２１では、誘電体基板２２の下面に、金属膜９及び入出力結合回路としての電極膜１０，１１が形成されている。すなわち、デュアルモード・バンドパスフィルタ２１はトリプレート構造を有するものではなく、マイクロスリップ構造の誘電体フィルタと同様の構造を有する。
【００４８】
なお、電極膜１０，１１と入出力端子４，５を電気的に接続するための入出力接続電極２３，２４が端面２２ｅ，２２ｆの上端から下端に至るように形成されている。
【００４９】
上記のように、トリプレート構造とされていないことを除いては、第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１と同様にして設計されたデュアルモード・バンドパスフィルタ２１の反射特性の周波数特性を図５に示す。
【００５０】
図５から明らかなように、矢印Ｃで示すフィルタ特性を得るための共振が得られているが、周波側には、図２に示した共振Ｂは見られない。すなわち、図４に示したデュアルモード・バンドパスフィルタ２１では、共振器を構成するための金属膜９がグラウンド電極及びグラウンド接続電極で覆われてシールドされている構造を有しないので、デュアルモード・バンドパスフィルタ１における共振Ｂが存在しない。従って、デュアルモード・バンドパスフィルタ２１では、グラウンド電極を利用した別の共振が生じないので、該別の共振を利用してフィルタ特性の調整を行ったり、多段化を行うことができないことがわかる。
【００５１】
次に、デュアルモード・バンドパスフィルタ１におけるフィルタ特性を得るための共振Ａ（図２参照）と、デュアルモード・バンドパスフィルタ２１におけるフィルタ特性を得るための共振Ｃ（図５参照）の放射効率（入力電力と放射電力との割合）を前述したシミュレータを用いて算出した。その結果、実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１では放射効率が１％未満であるのに対し、デュアルモード・バンドパスフィルタ２１では放射効率が３６％と非常に大きいことがわかった。
【００５２】
従って、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１では、グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８で金属膜９が電磁シールドされているので、フィルタからの放射が十分に抑制されることがわかる。
【００５３】
第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１では、グラウンド電極３，６は、誘電体基板２の側面２ｃ，２ｄに設けられたグラウンド接続電極７，８により電気的に接続されていたが、図６（ａ）に示すように、ビアホール電極４１，４２により上面のグラウンド電極３と下面のグラウンド電極６とをさらに電気的に接続してもよい。ここでは、グラウンド接続電極７，８だけでなく、ビアホール電極４１，４２によってもグラウンド電極３，６が電気的に接続されている。
【００５４】
図６（ａ）に示すように、ビアホール電極４１，４２は、入出力接続電極１２の両側に、該入出力接続電極１２とは電気的に絶縁されているが、近接されて配置されている。すなわち、ビアホール電極４１，４２は、外側面が端面２ｅに露出するように形成されており、かつ上端においては、欠落部３ａにのぞむように形成されている。ビアホール電極４１，４２の位置を調整することにより、例えばビアホール電極４１，４２を、図６（ａ）に示す位置よりも入出力接続電極１２から離れた位置に設けることにより、あるいは端面２ｅよりも内側に位置させるように位置を変更することにより、デュアルモード・バンドパスフィルタ１の特性を調整することができる。なお、図６（ａ）では、端面２ｅ側のみを図示したが、端面２ｆ側においても同様にビアホール電極が形成されている。
【００５５】
また、図６（ｂ）は、デュアルモード・バンドパスフィルタ１の第２の変形例を示す正面断面図である。第２の変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタ５１では、金属膜９と、入出力結合回路を構成する電極膜１０，１１が異なる高さ位置に形成されており、かつ金属膜９に対して誘電体基板層を介して電極膜１０，１１が部分的に重なり合うように配置されている。このように、金属膜９と入出力結合回路を構成する電極膜１０，１１は異なる高さ位置に配置されていてもよい。また、電極膜１０，１１と金属膜９との重なり面積や距離を調整することにより、フィルタ特性を調整することもできる。
【００５６】
図６（ａ）及び（ｂ）に示した各変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタの反射特性の周波数特性を、それぞれ、図７（ａ）及び（ｂ）に示す。
【００５７】
図７（ａ）及び（ｂ）に示す各周波数特性では、図２に示した矢印Ｂで示す高周波側の共振の存在しないことがわかる。すなわち、入出力接続電極１２，１３、入出力接続電極１２，１３を含む入出力回路部分の構造を調整することにより、グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８からなる構造体の共振のインピーダンスが変化したことを示す。なお、入出力接続回路部分とは、入出力接続電極１２，１３だけでなく、電極膜１０，１１をも含むものとする。
【００５８】
入出力接続電極１１，１２を含む入出力接続回路部分は、上記グラウンド電極３，６及びグラウンド接続電極７，８からなる構造体の共振の励振源に相当している。従って、図６（ａ）に示したように、励振源にビアホール電極４１，４２を設けることによりグラウンド電位を近接させることにより、あるいは図６（ｂ）に示したように励振源を小さくすることにより、上記構造体の共振を小さくすることができる。逆に、グラウンド電位を励振源から遠ざけることにより、あるいは励振源を大きくすることにより、上記構造体の共振を大きくすることもできる。
【００５９】
図８は、本発明の第２の実施例にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタの外観斜視図である。本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ６１は、上面のグラウンド電極３と下面のグラウンド電極６との電気的接続構造は異なることを除いては、第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１と同様に構成されている。すなわち、本実施例では、側面２ｃ，２ｄにグラウンド接続電極は形成されておらず、４個のビアホール電極６２〜６５により、グラウンド電極３とグラウンド電極６とが電気的に接続されている。
【００６０】
ビアホール電極６２〜６５は、誘電体基板２のコーナー部分近傍に形成されている。ここでは、金属膜９（図８では図示しないが、図１参照）の周囲が、グラウンド電極３，６及びビアホール電極６２〜６５からなる構造により電磁シールドされている。このように、グラウンド接続電極は複数のビアホール電極により構成されていてもよい。
【００６１】
デュアルモード・バンドパスフィルタ６１の反射特性の周波数特性を、図９に示す。なお、図９は低周波数側に表われるフィルタを構成するための共振部分を拡大した図である点において、図２と異なる。
【００６２】
図９において、矢印Ｂは、フィルタの共振を示し、実際には２つの共振モードが結合されている。さらに、矢印Ｄで示すグラウンド電極３，６及びビアホール電極６２〜６５からなる構造体の共振が共振Ｂに接近し、あたかも３段のフィルタのようなフィルタ特性の得られていることがわかる。
【００６３】
これは、第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１では、グラウンド接続電極７，８が側面２ｃ，２ｄの全面に形成されていたのに対し、ビアホール電極６２〜６５が用いられているので、デュアルモード・バンドパスフィルタ６１では、ビアホール電極６２〜６５によりインダクタンスが装荷され、それによって上記構造体の共振周波数が低下したものと思われる。なお、この構造体における共振の電磁界分布における共振電流は、グラウンド電極３、ビアホール電極６２〜６５、グラウンド電極６、ビアホール電極６２〜６５の順に流れることが前述したシミュレータにより確認されている。
【００６４】
上述した第１，第２の実施例及び各変形例から明らかなように、本発明にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタでは、グラウンド電極及びグラウンド接続電極あるいは入出力接続電極を含む入出力回路部の電極構造を異ならせることにより、あるいはこれらの位置を調整することにより、フィルタ特性をさまざまに調整し得ることがわかる。
【００６５】
なお、本発明にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタは、上述した各実施例及び変形例に限定されるものではない。特に、グラウンド電極及びグラウンド接続電極の構造は、これらからなる構造体の共振長を変えるために、その大きさ、形状及び位置などを自由に選択することができる。また、入出力接続電極を含む入出力接続回路の構造についても上記グラウンド電極を含む構造体の励振源として作用するので、入出力接続電極を含む入出力接続回路部分の大きさ、形状、位置などについても自由に選択することができる。
【００６６】
また、トリプレート構造を構成するにあたり、金属の膜の上下のグラウンド電極のさらに上下に誘電体基板層が設けられていてもよく、従って、グラウンド電極は誘電体基板内に形成されていてもよい。
【００６７】
次に本発明のデュアルモード・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１０を用いて説明する。
図１０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１０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。
【００６８】
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。
【００６９】
以上のように構成することにより、本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタをデュプレクサとして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。
【００７０】
また、以上のように、本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタ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。
【００７１】
【発明の効果】
本発明にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタによれば、誘電体基板内に共振器を構成するための金属膜が形成されており、該金属膜と誘電体層を介して金属膜の上下にグラウンド電極が形成されているトリプレート構造を有し、かつ金属膜の上下に位置するグラウンド電極がグラウンド接続電極により電気的に接続されている。従って、金属膜がグラウンド電極及びグラウンド接続電極により電磁シールドされているので、デュアルモード・バンドパスフィルタにおける外部への放射を低減することができる。従って、デュアルモード・バンドパスフィルタの挿入損失の低減を果たすことができ、あるいはデュアルモード・バンドパスフィルタがノイズ源となる問題を解決することができる。
【００７２】
また、グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振モードを利用することにより、すなわち、金属膜で得られるフィルタ特性と上記構造体の共振モードとを利用することにより、バンドパスフィルタの多段化を果たすことができる。また、上記構造体の共振周波数を調整することにより、スプリアスのない良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００７３】
さらに、従来のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、共振器を構成する金属膜の形状に制約があったり、入出力結合回路の結合点の位置に制約があったのに対し、本発明にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタでは、このような制約がないため、設計の自由度を大幅に高めることができる。しかも、金属膜の寸法、貫通孔の寸法あるいは入出力結合回路の結合点の位置を異ならせることにより、特性を大幅に調整することができる。
【００７４】
グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体が、金属膜で生じる複数の共振モードとは別個に共振するように構成されている場合、該グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振モードを利用して、上記のようにフィルタの多段化を果たしたり、スプリアスのないフィルタ特性を得ることができる。
【００７５】
グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振モードの共振周波数を、金属膜において生じる複数の共振モードの共振周波数と異ならせることにより、上記構造体による共振に起因するスプリアスのない、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００７６】
上記構造体の共振モードと、金属膜において生じる複数の共振モードとが結合される場合には、それによって多段型のフィルタ特性を得ることができる。
【００７７】
本発明にかかるバンドパスフィルタの特性調整方法において、グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振長を変化させることにより、上記構造体の共振周波数を所望の周波数位置に調整することができる。
【００７８】
また、本発明にかかるバンドパスフィルタの特性調整方法において、上記入出力接続電極の構造を調整すれば、該入出力接続電極がグラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の励振源として作用するので、グラウンド電極及びグラウンド接続電極からなる構造体の共振時のインピーダンスを所望の値に容易に調整することができる。
【００７９】
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デュアルモード・バンドパスフィルタ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）は本発明の第１の実施例にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタの外観を示す斜視図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は内部構造を説明するための平面断面図。
【図２】第１の実施例にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタの反射特性の周波数特性を示す図。
【図３】（ａ），（ｂ）は、第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタにおける電磁界分布を説明するための略図的平面図及び略図的正面断面図。
【図４】（ａ）は、公知ではないが、比較のために用意したデュアルモード・バンドパスフィルタの外観を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したデュアルモード・バンドパスフィルタの底面に形成されている電極構造を示す模式的平面図。
【図５】図４に示したデュアルモード・バンドパスフィルタの反射特性の周波数特性を示す図。
【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの第１の変形例及び第２の変形例を説明するための各部分切欠斜視図及び正面断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は、図６（ａ），（ｂ）に示した第１，第２の変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタの反射特性の周波数特性を示す図。
【図８】本発明の第２の実施例にかかるデュアルモード・バンドパスフィルタを示す外観斜視図。
【図９】第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの反射特性の周波数特性を示す図。
【図１０】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。
【図１１】従来のデュアルモード・バンドパスフィルタの一例を示す模式的平面図。
【図１２】従来のデュアルモード・バンドパスフィルタの他の例を示す模式的平面図。
【図１３】従来のデュアルモード・バンドパスフィルタのさらに他の例を示す模式的平面図。
【符号の説明】
１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２…誘電体基板
２ａ，２ｂ…端縁
２ｃ，２ｄ…側面
２ｅ，２ｆ…端面
３…グラウンド電極
４，５…入出力端子
６…グラウンド電極
７，８…グラウンド接続電極
９…金属膜
９ａ…貫通孔
１０，１１…入出力結合回路としての電極膜
１２，１３…入出力接続電極
４１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
４２，４３…ビアホール電極
５１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
６１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
６２〜６５…ビアホール電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dual-mode bandpass filter used as a bandpass filter, for example, in a microwave to millimeter wave band communication device, and a characteristic adjustment method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various dual mode bandpass filters have been proposed as bandpass filters used in the high frequency region (such as MINIATURE DUAL MODE MICROSTRIP FILTERS, JA Curtis and SJ Fiedziuszko, 1991 IEEE MTT-S Digest).
[0003]
11 and 12 are schematic plan views for explaining a conventional dual mode bandpass filter.
In the band pass filter 200 shown in FIG. 11, a circular conductive film 201 is formed on a dielectric substrate (not shown). An input / output coupling circuit 202 and an input / output coupling circuit 203 are coupled to the conductive film 201 so as to form an angle of 90 ° with each other. A tip open stub 204 is formed at a position that forms an angle of 45 ° with respect to the portion where the input / output coupling circuit 203 is disposed. As a result, two resonance modes having different resonance frequencies are coupled, and the bandpass filter 200 is configured to operate as a dual mode bandpass filter.
[0004]
In the dual mode bandpass filter 210 shown in FIG. 12, a substantially square conductive film 211 is formed on a dielectric substrate. Input / output coupling circuits 212 and 213 are coupled to the conductive film 211 so as to form an angle of 90 ° with each other. Further, a corner portion at a position of 135 ° with respect to the input / output coupling circuit 213 is omitted. By providing the missing portion 211a, the resonance frequencies of the two resonance modes are made different, and the resonances of the two modes are combined, and the bandpass filter 210 operates as a dual mode bandpass filter.
[0005]
On the other hand, a dual mode filter using an annular conductive film instead of a circular conductive film has been proposed (Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-139612, 9-162610, etc.). That is, using an annular ring transmission line, like the dual mode bandpass filter shown in FIG. 11, an input / output coupling circuit is arranged so as to form a central angle of 90 °, and the ring-shaped transmission line A dual mode filter is disclosed in which a tip open stub is provided in part.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-112701 also discloses a dual mode filter using a similar ring-shaped transmission line. As shown in FIG. 13, the dual mode filter 221 constitutes a ring resonator in which an annular conductive film 222 is formed on a dielectric substrate. Here, four terminals 223 to 226 are configured so as to form 90 ° with respect to the annular conductive film 222. Of the four terminals, two terminals 223 and 224 arranged at 90 ° to each other are coupled to the input / output coupling circuits 227 and 228, and the remaining two terminals 225 and 226 are coupled to each other. They are connected via a feedback circuit 230.
[0007]
It is described that the ring resonator composed of one strip line can generate orthogonal mode resonances that are not coupled to each other and the degree of coupling can be controlled by the feedback circuit 230 with the above configuration.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional dual mode bandpass filter shown in FIG. 11 and FIG. 12, a two-stage bandpass filter can be formed by forming one conductive film pattern, so that the bandpass filter can be miniaturized. obtain.
[0009]
However, since the circular or square conductive film pattern has a configuration in which the input / output coupling circuit is coupled at a specific angle, the degree of coupling cannot be increased and a wide passband cannot be obtained. was there.
[0010]
In the band-pass filter shown in FIG. 11, the conductive film 201 is circular, and in the band-pass filter shown in FIG. 12, the conductive film 211 is limited to a square shape. Accordingly, there is a problem that the degree of freedom in design is low.
[0011]
Further, in a dual mode bandpass filter using a ring resonator as described in JP-A-9-139612 and JP-A-9-162610, it is difficult to increase the degree of coupling in the same manner. In addition, there is a problem that the shape of the ring resonator is limited.
[0012]
On the other hand, in the dual mode filter 221 described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-112701 described above, by using the feedback circuit 230, the degree of coupling is adjusted and the bandwidth is increased. However, the dual mode filter described in this prior art requires the feedback circuit 230, and there is a problem that the circuit configuration becomes complicated. In addition, the shape of the ring resonator is limited to an annular shape, and there is a problem that the degree of freedom in design is low.
[0013]
The object of the present invention is not only to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, but also to reduce the size, to increase the degree of coupling, and to easily adjust the degree of coupling, making it easy to achieve a wide passband. Another object of the present invention is to provide a dual-mode bandpass filter that can be realized and further excellent in design flexibility, and a method for adjusting the characteristics thereof.
[0014]
It is another object of the present invention to provide a duplexer and a wireless communication apparatus having a dual mode bandpass filter configured according to the present invention.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A dual mode bandpass filter according to the present invention is formed partially at a dielectric substrate having first and second main surfaces and at a certain height position of the dielectric substrate, and an input is mark Multiple resonance modes are generated when applied, and the multiple resonance modes are coupled to each other. Hole A metal film formed, a plurality of ground electrodes formed on or inside the first or second main surface of the dielectric substrate so as to face the metal film via the dielectric substrate layer, and the plurality of ground electrodes A ground connection electrode provided to electrically connect the ground electrodes, input / output terminals formed on the first and second main surfaces of the dielectric substrate, and the metal film A pair of input / output coupling circuits coupled at different portions, and an input / output connection electrode electrically connecting the input / output terminal and the input / output coupling circuit, wherein the plurality of ground electrodes are dielectric It is arranged above and below the metal film via the body substrate layer to form a triplate structure. The resonance mode of the structure composed of the ground electrode and the ground connection electrode and the plurality of resonance modes generated in the metal film are combined to form a bandpass filter. It is characterized by.
[0016]
In a specific aspect of the present invention, the structure including the ground electrode and the ground connection electrode is configured to resonate separately from a plurality of resonance modes generated in the metal film.
[0017]
In another specific aspect of the present invention, the resonance mode of the structure including the ground electrode and the ground connection electrode is a deformation mode of the TE mode or the TM mode.
[0018]
In still another specific aspect of the present invention, a resonance frequency of a resonance mode of a structure including the ground electrode and the ground connection electrode is different from resonance frequencies of a plurality of resonance modes generated in the metal film.
[0020]
The dual mode bandpass filter according to the present invention can easily adjust the characteristics, and in one aspect of the present invention, The ground connection electrode is composed of an electrode formed on a side surface of the dielectric substrate, or a via hole electrode formed in the dielectric substrate, The resonance frequency of the resonance mode of the structure including the ground electrode and the ground connection electrode is at a desired frequency position. Present The ground electrode and By adjusting the size, shape and position of the ground connection electrode It is characterized by changing the resonance length of the structure Dual mode A characteristic adjustment method of a bandpass filter is provided, and in another specific aspect, the input / output is set so that an impedance at the time of resonance of a structure including the ground electrode and the ground connection electrode becomes a desired value. The overlapping area and distance between the electrode film constituting the coupling circuit and the metal film constituting the resonator, or the distance between the input / output connection electrode and the ground electrode Characterized by adjusting Dual mode A method for adjusting the characteristics of a bandpass filter is provided.
[0021]
The duplexer according to the present invention includes a dual-mode bandpass filter configured according to the present invention.
[0022]
The wireless communication apparatus according to the present invention includes a dual mode bandpass filter configured according to the present invention.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIGS. 1A and 1B are a perspective view and a front sectional view showing the external appearance of a dual mode bandpass filter according to a first embodiment of the present invention, and FIG. It is a plane sectional view showing a metal film and an input / output terminal for constituting a resonator formed in the dual mode bandpass filter.
[0024]
The dual mode bandpass filter 1 has a rectangular dielectric substrate 2. The material constituting the dielectric substrate 2 is not particularly limited, but in this embodiment, Mg—Si—B—O-based glass ceramics having a relative dielectric constant ε = 7 and tan δ = 0.001 (at 30 GHz). It is comprised by.
[0025]
A ground electrode 3 is formed almost entirely on the upper surface of the rectangular plate-shaped dielectric substrate 2 as the first main surface. The ground electrode 3 has notches 3a and 3b along a pair of opposing edges 2a and 2b on the upper surface of the dielectric substrate 2. Input / output terminals 4 and 5 are formed in the notches 3a and 3b, respectively, separated from the ground electrode 3, that is, electrically insulated from the ground electrode 3. The input / output terminal is composed of a rectangular electrode film.
[0026]
A ground electrode 6 is formed on the entire lower surface of the dielectric substrate 2 as the second main surface. In addition, ground connection electrodes 7 and 8 are formed on a pair of side surfaces 2c and 2d located on both sides of the edges 2a and 2b on the upper surface of the dielectric substrate 2, respectively. The ground connection electrodes 7 and 8 are provided to electrically connect the ground electrodes 3 and 6 formed on the upper and lower surfaces of the dielectric substrate 2.
[0027]
On the other hand, a metal film 9 for constituting a resonator is partially formed at a certain height position inside the dielectric substrate 2. The metal film 9 is disposed so as to overlap the ground electrodes 3 and 6 via the dielectric substrate layer and in parallel therewith.
[0028]
In the present embodiment, the planar shape of the metal film 9 is rectangular and has a through hole 9a. The through-hole 9a is also rectangular, but this through-hole 9a is provided for coupling a resonance mode propagating in the long side direction of the metal film 9 and a resonance mode extending in the short side direction.
[0029]
That is, when an input is applied from one of the input / output terminals 4 and 5, a resonance mode that propagates in the long side direction and the short side direction occurs in the metal film 9. The resonance frequency of the resonance mode propagating in the long side direction is different from the resonance frequency of the resonance mode propagating in the short side direction. The through hole 9 a has a rectangular shape extending in a direction parallel to the long side of the metal film 9. Therefore, the presence of the through hole 9a weakens the resonance electric field in the resonance mode that propagates in the short side direction. In the present embodiment, by adjusting the size of the through hole 9a, the resonance frequency of the resonance mode propagating in the short side direction is adjusted, and thereby the resonance mode propagating in the short side direction and the long side direction are propagated. The resonance mode is coupled to obtain a characteristic as a dual mode band pass filter.
[0030]
In other words, the through hole 9 a is configured to couple the two resonance modes generated in the metal film 9.
At the same height as the metal film 9, electrode films 10 and 11 constituting an input / output coupling circuit are formed with a predetermined distance from the short side of the metal film 9. The electrode films 10 and 11 are capacitively coupled to the metal film 9.
[0031]
Further, the outer edges of the electrode films 10 and 11 are drawn out to the pair of end faces 2e and 2f of the dielectric substrate 2, respectively.
On the other hand, input / output connection electrodes 12 and 13 are formed on the end faces 2e and 2f. The input / output connection electrodes 12, 13 are electrically connected to the electrode films 10, 11 and are electrically connected to the input / output terminals 4, 5 at their upper ends.
[0032]
The input / output connection electrodes 12 and 13 are provided to electrically connect the electrode films 10 and 11 as the input / output coupling circuit and the input / output terminals 4 and 5 formed on the upper surface of the dielectric substrate 2. It has been. In this embodiment, since the input / output terminals 4 and 5 are formed on the upper surface of the dielectric substrate 2 and the electrode films 10 and 11 are formed at intermediate height positions, the input / output connection electrodes 12 and 13 are On the end faces 2e and 2f, it extends downward from the end edges 2a and 2b formed by the end faces 2e and 2f to the upper surface and extends to a position where it is electrically connected to the electrode films 10 and 11 as input / output coupling circuits. Has been.
[0033]
That is, the input / output connection electrodes 12 and 13 are formed so as not to reach the lower ends of the end faces 2e and 2f.
The above-described ground electrode 3, input / output terminals 4 and 5, ground electrode 6, ground connection electrodes 7 and 8, metal film 9, electrode films 10 and 11, and input / output connection electrodes 12 and 13 are all in this embodiment. It is formed of Cu. However, the electrode material constituting these electrodes is not particularly limited.
[0034]
In manufacturing the dual mode bandpass filter 1, a plurality of rectangular dielectric green sheets are prepared in order to form a dielectric substrate. Next, each electrode structure formed on the upper surface, intermediate height position, and lower surface of the dielectric substrate is printed on a separate green sheet on the dielectric green sheet. Then, the dielectric green sheets on which these electrodes are printed are further laminated with a plain dielectric green sheet interposed between them as necessary to obtain a laminate. The obtained laminate is pressed in the thickness direction and then baked to obtain the dielectric substrate 2. The input / output connection electrodes 12 and 13 and the ground electrodes 7 and 8 may be formed on the end faces 2e and 2f of the dielectric substrate 2 thus obtained by an appropriate method such as application and baking of a conductive paste.
[0035]
As described above, the dielectric substrate 2 can be easily obtained by a conventionally known ceramic integrated firing technique.
[0036]
The dual-mode bandpass filter 1 of this embodiment has a metal film 9 for constituting a resonator at an intermediate height position, and ground electrodes 3 and 6 are arranged above and below the metal film 9. It has a so-called triplate structure. In addition, the periphery of the metal film 9 constituting the resonator is electromagnetically shielded by the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8. Therefore, loss can be reduced.
[0037]
In addition, the structure including the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8 resonates separately from the plurality of resonance modes of the resonator formed of the metal film 9. That is, a resonance electromagnetic field different from the resonance electromagnetic field in the metal film 9 exists mainly in a space surrounded by the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8 with the input / output connection electrodes 12 and 13 as excitation sources. Therefore, by changing, for example, the shape or the like of the structure including the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8, it is possible to control resonance independent of the plurality of resonance modes generated in the metal film 9. Similarly, by changing the shape of the input / output connection electrodes 12 and 13 and the like, it is possible to control resonance independent of the plurality of resonance modes generated in the metal film 9. Therefore, the characteristics of the dual mode band pass filter can be easily adjusted.
[0038]
For example, a multistage filter is formed by bringing the resonance frequency of the structure composed of the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8 close to the resonance frequency of the metal film 9 of the dual mode bandpass filter 1. Can do. Alternatively, the resonance frequency of the structure body including the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8 is moved to a region other than the attenuation region of the dual mode bandpass filter, or the resonance of the structure body is reduced. By adjusting the impedance, it is possible to obtain a filter characteristic free from spurious.
[0039]
Next, a specific experimental example of the dual mode bandpass filter 1 of the present embodiment will be described.
In this experimental example, the metal film 9 was designed so that the passband center frequency was about 21 GHz. That is, the long side of the metal film 9 was 2.2 mm and the short side was 1.2 mm. Further, in order to couple the resonance in the long side direction and the resonance in the short side direction generated in the metal film 9, a through hole 9 a having a long side of 1.8 mm × a short side of 0.5 mm is formed at substantially the center of the metal film 9. did.
[0040]
The dimensions of the dielectric substrate 2 were about 3.0 mm long side × 1.9 mm short side × 0.6 mm height.
In the vicinity of the corner portion of each short side of the metal film 9, 0.3 × 0.36 mm rectangular electrode films 10 and 11 were formed with a gap of 40 μm between the short side.
[0041]
In addition, the metal film 9 and the electrode films 10 and 11 are disposed at substantially the center of the dielectric substrate 2 in the height direction. Further, the input / output connection electrodes 12 and 13 have a length connecting the input / output terminals 4 and 5 on the upper surface and the electrode films 10 and 11 formed at the intermediate height position, and the width thereof (that is, orthogonal to the height direction). The dimension in the direction) was 300 μm.
[0042]
FIG. 2 shows the frequency characteristics of the reflection characteristics of the dual mode bandpass filter 1 designed as described above.
In FIG. 2, the resonance indicated by the arrow A that appears on the low frequency side indicates the resonance for obtaining the filter characteristics of the metal film 9, and the resonance indicated by the arrow B that appears on the high frequency side is the ground electrode 3. , 6 and the ground connection electrodes 7 and 8 correspond to resonance.
[0043]
As is apparent from FIG. 2, in this embodiment, the resonance frequency of the resonance of the structure composed of the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8 is considerably higher than the resonance frequency of the resonance A for obtaining the filter characteristics. It is raised, i.e. sufficiently separated, so that the attenuation characteristics of the filter are not affected. The inventor of the present application calculated the electromagnetic field distribution at the resonance indicated by the arrow B in FIG. 2 using an electromagnetic field simulator (product number HFSS) manufactured by Hewlett-Packard Company. The results are shown schematically in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
[0044]
FIG. 3A shows the electromagnetic field distribution when the dielectric substrate 2 is viewed in plan, and FIG. 3B shows the electromagnetic field distribution seen from the front sectional view direction passing through the center of the dielectric substrate 2.
As is clear from FIGS. 3A and 3B, a strong electric field is generated in the thickness direction of the dielectric substrate 2 at the center of the dielectric substrate 2, and a magnetic field is generated so as to go around the electric field. I understand that.
[0045]
Note that the hatched portion in the center in FIG. 3A indicates a portion where the electric field is strong, and the arrows indicated by the alternate long and short dash lines indicate the magnetic field vector distribution.
Moreover, the arrow extended in the thickness direction of the dielectric substrate 2 in FIG.3 (b) shows an electric field vector.
[0046]
The electromagnetic field distribution shown in FIGS. 3A and 3B is similar in distribution to a TE mode generally known as a resonance mode of a cavity resonator or a TM mode equivalent thereto. The difference is that in this embodiment, there are end faces 2e and 2f that are not covered with the ground electrode, and electromagnetic fields slightly leak outside from the end faces 2e and 2f.
[0047]
The inventor of the present application produces a dual mode bandpass filter having a structure disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-47919, which is not yet known, in order to compare with the dual mode bandpass filter 1 of the above embodiment. did. As shown in FIGS. 4A and 4B, the dual mode bandpass filter 21 is configured using a dielectric substrate 22, and a dual mode bandpass filter is formed on the upper surface of the dielectric substrate 22. As in the case of 1, the ground electrode 3 and the input / output terminals 4 and 5 are formed. However, in the dual mode band-pass filter 21, the metal film 9 and the electrode films 10 and 11 as input / output coupling circuits are formed on the lower surface of the dielectric substrate 22. That is, the dual mode bandpass filter 21 does not have a triplate structure, but has a structure similar to a dielectric filter having a microslip structure.
[0048]
Input / output connection electrodes 23 and 24 for electrically connecting the electrode films 10 and 11 and the input / output terminals 4 and 5 are formed from the upper end to the lower end of the end faces 22e and 22f.
[0049]
As described above, the frequency of the reflection characteristic of the dual mode bandpass filter 21 designed in the same manner as the dual mode bandpass filter 1 of the first embodiment except that the triplate structure is not used. The characteristics are shown in FIG.
[0050]
As is clear from FIG. 5, resonance for obtaining the filter characteristics indicated by the arrow C is obtained, but the resonance B shown in FIG. 2 is not seen on the frequency side. That is, the dual mode bandpass filter 21 shown in FIG. 4 does not have a structure in which the metal film 9 constituting the resonator is covered and shielded by the ground electrode and the ground connection electrode. There is no resonance B in the bandpass filter 1. Therefore, in the dual mode bandpass filter 21, since another resonance using the ground electrode does not occur, it is understood that the filter characteristics cannot be adjusted or multistaged using the other resonance. .
[0051]
Next, the radiation efficiency of the resonance A (see FIG. 2) for obtaining the filter characteristics in the dual mode bandpass filter 1 and the resonance C (see FIG. 5) for obtaining the filter characteristics in the dual mode bandpass filter 21. (Ratio of input power and radiated power) was calculated using the simulator described above. As a result, it was found that the radiation efficiency of the dual mode bandpass filter 1 of the example was less than 1%, whereas the radiation efficiency of the dual mode bandpass filter 21 was as high as 36%.
[0052]
Therefore, in the dual mode bandpass filter 1 of the present embodiment, since the metal film 9 is electromagnetically shielded by the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8, radiation from the filter is sufficiently suppressed. I understand.
[0053]
In the dual mode bandpass filter 1 of the first embodiment, the ground electrodes 3 and 6 are electrically connected by the ground connection electrodes 7 and 8 provided on the side surfaces 2c and 2d of the dielectric substrate 2, respectively. As shown in FIG. 6A, the ground electrode 3 on the upper surface and the ground electrode 6 on the lower surface may be further electrically connected by via-hole electrodes 41 and 42. Here, the ground electrodes 3 and 6 are electrically connected not only by the ground connection electrodes 7 and 8 but also by the via-hole electrodes 41 and 42.
[0054]
As shown in FIG. 6A, the via-hole electrodes 41 and 42 are electrically insulated from the input / output connection electrode 12 on both sides of the input / output connection electrode 12, but are arranged close to each other. . That is, the via-hole electrodes 41 and 42 are formed so that the outer surfaces are exposed to the end surface 2e, and are formed so as to be seen from the missing portion 3a at the upper end. By adjusting the positions of the via-hole electrodes 41 and 42, for example, the via-hole electrodes 41 and 42 are provided at a position farther from the input / output connection electrode 12 than the position shown in FIG. 6A, or more than the end face 2e. The characteristics of the dual mode bandpass filter 1 can be adjusted by changing the position so as to be located inside. In FIG. 6A, only the end face 2e side is shown, but via hole electrodes are similarly formed on the end face 2f side.
[0055]
FIG. 6B is a front cross-sectional view showing a second modification of the dual mode bandpass filter 1. In the dual mode bandpass filter 51 of the second modified example, the metal film 9 and the electrode films 10 and 11 constituting the input / output coupling circuit are formed at different height positions, and with respect to the metal film 9 The electrode films 10 and 11 are arranged so as to partially overlap with each other through the dielectric substrate layer. In this way, the metal film 9 and the electrode films 10 and 11 constituting the input / output coupling circuit may be arranged at different height positions. The filter characteristics can also be adjusted by adjusting the overlapping area and distance between the electrode films 10 and 11 and the metal film 9.
[0056]
FIGS. 7A and 7B show the frequency characteristics of the reflection characteristics of the dual-mode bandpass filter of each modification shown in FIGS. 6A and 6B, respectively.
[0057]
In each frequency characteristic shown in FIGS. 7A and 7B, it can be seen that there is no resonance on the high frequency side indicated by the arrow B shown in FIG. That is, by adjusting the structure of the input / output circuit portion including the input / output connection electrodes 12 and 13 and the input / output connection electrodes 12 and 13, Indicates that the impedance has changed. The input / output connection circuit portion includes not only the input / output connection electrodes 12 and 13 but also the electrode films 10 and 11.
[0058]
The input / output connection circuit portion including the input / output connection electrodes 11 and 12 corresponds to a resonance excitation source of the structure including the ground electrodes 3 and 6 and the ground connection electrodes 7 and 8. Therefore, as shown in FIG. 6A, by providing via hole electrodes 41 and 42 to the excitation source, the ground potential is brought close, or the excitation source is made smaller as shown in FIG. 6B. Thus, the resonance of the structure can be reduced. Conversely, resonance of the structure can be increased by moving the ground potential away from the excitation source or by increasing the excitation source.
[0059]
FIG. 8 is an external perspective view of a dual mode bandpass filter according to the second embodiment of the present invention. The dual mode bandpass filter 61 of the present embodiment is the same as the dual mode bandpass filter of the first embodiment except that the electrical connection structure between the upper surface ground electrode 3 and the lower surface ground electrode 6 is different. 1 is configured. That is, in this embodiment, no ground connection electrode is formed on the side surfaces 2c and 2d, and the ground electrode 3 and the ground electrode 6 are electrically connected by the four via hole electrodes 62 to 65.
[0060]
The via-hole electrodes 62 to 65 are formed in the vicinity of the corner portion of the dielectric substrate 2. Here, the periphery of the metal film 9 (not shown in FIG. 8, but see FIG. 1) is electromagnetically shielded by a structure including the ground electrodes 3 and 6 and the via-hole electrodes 62 to 65. As described above, the ground connection electrode may be composed of a plurality of via hole electrodes.
[0061]
The frequency characteristics of the reflection characteristics of the dual mode bandpass filter 61 are shown in FIG. 9 differs from FIG. 2 in that FIG. 9 is an enlarged view of a resonance portion for constituting a filter appearing on the low frequency side.
[0062]
In FIG. 9, an arrow B indicates the resonance of the filter, and actually two resonance modes are coupled. Furthermore, it can be seen that the resonance of the structure composed of the ground electrodes 3 and 6 and the via-hole electrodes 62 to 65 indicated by the arrow D approaches the resonance B, and the filter characteristics as if a three-stage filter are obtained.
[0063]
In the dual mode bandpass filter 1 of the first embodiment, the ground connection electrodes 7 and 8 are formed on the entire side surfaces 2c and 2d, whereas the via hole electrodes 62 to 65 are used. Therefore, in the dual mode bandpass filter 61, it is considered that the inductance is loaded by the via-hole electrodes 62 to 65, thereby reducing the resonance frequency of the structure. It has been confirmed by the above-described simulator that the resonance current in the electromagnetic field distribution of resonance in this structure flows in the order of the ground electrode 3, the via hole electrodes 62 to 65, the ground electrode 6, and the via hole electrodes 62 to 65.
[0064]
As is apparent from the first and second embodiments and the modifications described above, the dual mode bandpass filter according to the present invention includes a ground electrode and a ground connection electrode or an input / output circuit section including an input / output connection electrode. It can be seen that the filter characteristics can be variously adjusted by changing the electrode structure or adjusting these positions.
[0065]
The dual mode bandpass filter according to the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications. In particular, the structure of the ground electrode and the ground connection electrode can be freely selected in size, shape, position, etc. in order to change the resonance length of the structure composed of these. Also, the structure of the input / output connection circuit including the input / output connection electrode also acts as an excitation source for the structure including the ground electrode, so the size, shape, position, etc. of the input / output connection circuit portion including the input / output connection electrode, etc. You can also choose freely.
[0066]
In configuring the triplate structure, a dielectric substrate layer may be provided above and below the ground electrode above and below the metal film, and therefore the ground electrode may be formed in the dielectric substrate. .
[0067]
Next, the case where the dual mode bandpass filter of the present invention is used in a duplexer and a wireless communication device will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a main part of a duplexer DPX using a dual mode bandpass filter and a wireless communication apparatus 300 using the duplexer DPX. As shown in FIG. 10, the duplexer DPX of this embodiment is configured by connecting two dual-mode bandpass filters BPF1, BPF2 of the present invention, and has three ports P1, P2, P3. Is provided.
[0068]
The port P1 of the duplexer DPX is formed at one end of the BPF 1 and is connected to the transmission unit TX. The port P2 of the duplexer DPX is formed at one end of the BPF 2 and connected to the receiving unit RX. Further, the port P3 of the duplexer DPX is connected to the other end of the BPF 1 and the other end of the BPF 2, and is connected to the antenna ANT.
[0069]
By configuring as described above, the dual mode bandpass filter of the present invention can be used as a duplexer. Therefore, it is possible to obtain a duplexer that has a high degree of design freedom and can easily obtain a desired bandwidth.
[0070]
Further, as described above, by using the dual mode bandpass filter and duplexer of the present invention for a wireless communication device, it is possible to easily obtain a wireless communication device with excellent communication quality.
[0071]
【The invention's effect】
According to the dual mode bandpass filter of the present invention, the metal film for constituting the resonator is formed in the dielectric substrate, and the ground is formed above and below the metal film via the metal film and the dielectric layer. The ground electrode which has the triplate structure in which the electrode is formed, and is located in the upper and lower sides of a metal film is electrically connected by the ground connection electrode. Therefore, since the metal film is electromagnetically shielded by the ground electrode and the ground connection electrode, radiation to the outside in the dual mode bandpass filter can be reduced. Therefore, the insertion loss of the dual mode bandpass filter can be reduced, or the problem that the dual mode bandpass filter becomes a noise source can be solved.
[0072]
In addition, by using the resonance mode of the structure including the ground electrode and the ground connection electrode, that is, by using the filter characteristics obtained by the metal film and the resonance mode of the structure, the bandpass filter can be multistaged. Can be fulfilled. Further, by adjusting the resonance frequency of the structure, it is possible to obtain good filter characteristics free from spurious.
[0073]
Further, in the conventional dual mode bandpass filter, the shape of the metal film constituting the resonator is limited, and the position of the coupling point of the input / output coupling circuit is limited. Since the mode / bandpass filter does not have such a restriction, the degree of freedom in design can be greatly increased. In addition, the characteristics can be greatly adjusted by changing the dimensions of the metal film, the dimensions of the through holes, or the positions of the coupling points of the input / output coupling circuit.
[0074]
When the structure composed of the ground electrode and the ground connection electrode is configured to resonate separately from a plurality of resonance modes generated in the metal film, the resonance mode of the structure composed of the ground electrode and the ground connection electrode is used. Thus, the filter can be multistaged as described above, or a filter characteristic without spurious can be obtained.
[0075]
By making the resonance frequency of the resonance mode of the structure composed of the ground electrode and the ground connection electrode different from the resonance frequency of the plurality of resonance modes generated in the metal film, an excellent filter free from spurious due to resonance by the structure Characteristics can be obtained.
[0076]
When the resonance mode of the structure is coupled to a plurality of resonance modes generated in the metal film, a multistage filter characteristic can be obtained thereby.
[0077]
In the method for adjusting the characteristics of the bandpass filter according to the present invention, the resonance frequency of the structure including the ground electrode and the ground connection electrode can be changed to adjust the resonance frequency of the structure to a desired frequency position.
[0078]
In the method for adjusting the characteristics of the bandpass filter according to the present invention, if the structure of the input / output connection electrode is adjusted, the input / output connection electrode functions as an excitation source for the structure including the ground electrode and the ground connection electrode. The impedance at the time of resonance of the structure including the ground electrode and the ground connection electrode can be easily adjusted to a desired value.
[0079]
Since the duplexer and the wireless communication apparatus according to the present invention include the dual mode bandpass filter configured according to the present invention as a bandpass filter, the loss can be reduced, the characteristics can be easily adjusted, and good. Communication characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing an external appearance of a dual mode bandpass filter according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a front sectional view, and FIG. 1C is a diagram for explaining an internal structure; FIG.
FIG. 2 is a diagram showing frequency characteristics of reflection characteristics of the dual mode bandpass filter according to the first embodiment;
FIGS. 3A and 3B are a schematic plan view and a schematic front sectional view for explaining an electromagnetic field distribution in the dual mode bandpass filter according to the first embodiment; FIGS.
FIG. 4A is a perspective view showing the appearance of a dual mode bandpass filter prepared for comparison, although it is not publicly known, and FIG. 4B is a perspective view of the dual mode bandpass filter shown in FIG. The typical top view which shows the electrode structure currently formed in the bottom face.
FIG. 5 is a diagram showing the frequency characteristics of the reflection characteristics of the dual mode bandpass filter shown in FIG. 4;
6A and 6B are partially cutaway perspective views for explaining a first modified example and a second modified example of the dual mode bandpass filter of the first embodiment, respectively; Front sectional drawing.
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the frequency characteristics of the reflection characteristics of the dual mode bandpass filters of the first and second modified examples shown in FIGS. 6A and 6B; FIGS.
FIG. 8 is an external perspective view showing a dual mode bandpass filter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating frequency characteristics of reflection characteristics of the dual mode bandpass filter according to the second embodiment;
FIG. 10 is a schematic block diagram of a duplexer having a dual mode bandpass filter configured in accordance with the present invention and a wireless communication device equipped with the duplexer.
FIG. 11 is a schematic plan view showing an example of a conventional dual mode bandpass filter.
FIG. 12 is a schematic plan view showing another example of a conventional dual mode bandpass filter.
FIG. 13 is a schematic plan view showing still another example of a conventional dual mode bandpass filter.
[Explanation of symbols]
1 ... Dual mode bandpass filter
2. Dielectric substrate
2a, 2b ... edge
2c, 2d ... side
2e, 2f ... end face
3 ... Ground electrode
4,5 ... Input / output terminals
6 ... Ground electrode
7, 8 ... Ground connection electrode
9 ... Metal film
9a ... through hole
10, 11 ... Electrode film as input / output coupling circuit
12, 13 ... Input / output connection electrodes
41 ... Dual mode bandpass filter
42, 43 ... via hole electrodes
51. Dual mode bandpass filter
61 ... Dual mode bandpass filter
62-65 ... via hole electrode

Claims

A dielectric substrate having first and second main surfaces;
Wherein a dielectric substrate is partially formed at the height position, the input is a plurality of resonant modes occur when it is marked pressurized, through hole is formed for coupling the resonant mode of the plurality of Metal film,
A plurality of ground electrodes formed on or inside the first or second main surface of the dielectric substrate so as to face the metal film via the dielectric substrate layer;
A ground connection electrode provided to electrically connect the plurality of ground electrodes;
Input / output terminals formed on the first and second main surfaces of the dielectric substrate;
A pair of input / output coupling circuits coupled to the metal film at different portions of the metal film, and input / output connection electrodes that electrically connect the input / output terminals and the input / output coupling circuit. A plurality of ground electrodes arranged above and below the metal film via a dielectric substrate layer to form a triplate structure, and a resonance mode of a structure including the ground electrode and a ground connection electrode; and the metal A dual mode band-pass filter , wherein a plurality of resonance modes generated in the film are combined to form a band-pass filter.

The dual-mode bandpass filter according to claim 1, wherein the structure including the ground electrode and the ground connection electrode is configured to resonate separately from a plurality of resonance modes generated in the metal film.

The dual mode bandpass filter according to claim 2, wherein a resonance mode of the structure including the ground electrode and the ground connection electrode is a deformation mode of a TE mode or a TM mode.

The dual mode bandpass filter according to claim 2 or 3, wherein a resonance frequency of a resonance mode of a structure including the ground electrode and a ground connection electrode is different from resonance frequencies of a plurality of resonance modes generated in the metal film.

The ground connection electrode is composed of an electrode formed on a side surface of the dielectric substrate, or a via hole electrode formed in the dielectric substrate,
Wherein as the resonant frequency of the resonant mode of the structure comprising a ground electrode and the ground connection electrode is cracked current frequency position a desired size of the ground electrode and the ground connection electrode, by adjusting the shape and position The characteristic adjustment method for a dual mode bandpass filter according to any one of claims 1 to 4 , wherein the resonance length of the structure is changed.

The overlapping area and distance between the electrode film constituting the input / output coupling circuit and the metal film constituting the resonator so that the impedance at the time of resonance of the structure including the ground electrode and the ground connection electrode has a desired value , The method for adjusting characteristics of a dual-mode bandpass filter according to any one of claims 1 to 4 , wherein a distance between the input / output connection electrode and the ground electrode is adjusted.

Characterized in that it comprises a dual-mode bandpass filter according to any one of claims 1-4, duplexer.

Characterized in that it comprises a band filter dual-mode bandpass filter according to any one of claims 1-4, the wireless communication device.