JP4493239B2

JP4493239B2 - 積層型誘電体フィルタ

Info

Publication number: JP4493239B2
Application number: JP2001172593A
Authority: JP
Inventors: 太伸阪; 隆己平井; 靖彦水谷; 剛司野口
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Soshin Electric Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Soshin Electric Co Ltd
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-06-07
Also published as: JP2002368502A

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フィルタに関し、特に、製造ばらつきを抑制することができ、積層型誘電体フィルタ等の小型化並びに高歩留まり化を実現させることができる積層型誘電体フィルタに関する。
【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小型化を実現させるためには、共振器（共振電極）を小さくしなければならない。
【０００４】
そこで、従来では、共振電極の開放端に容量を付加する手法が一般的に行われており、特に、積層型誘電体フィルタ１００では、例えば図８に示すように、複数の誘電体層（Ｓ１〜Ｓ７：図９参照）が積層、焼成一体化され、かつ、上面及び下面にアース電極１０２が形成され、更に側面にアース電極１０３が形成された誘電体基板１０４を有し、該誘電体基板１０４内の同一面上にそれぞれ短絡端部分の幅が一定の例えば２つの共振電極１０６Ａ及び１０６Ｂを形成すると共に、各共振電極１０６Ａ及び１０６Ｂに対してそれぞれ上下２枚の内層アース電極（１１０Ａ、１１２Ａ）及び（１１０Ｂ、１１２Ｂ）を形成し、これら上下２枚の内層アース電極（１１０Ａ、１１２Ａ）及び（１１０Ｂ、１１２Ｂ）でそれぞれ対応する共振電極１０６Ａ及び１０６Ｂの開放端を挟み込む方法が採用されている。
【０００５】
つまり、図８及び図９に示すようなストリップライン共振器の共振周波数は、共振器の短絡端部分及び開放端部分の各インピーダンスと電気長によって決定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、共振器としてλ／４共振器を使用した場合、共振器を構成する共振電極１０６Ａ及び１０６Ｂの一端（短絡端）を、誘電体基板１０４の側面に形成されたアース電極１０３に接続するようにしているため、共振器長は個片分割（チップ分割）時の切断（図１０の一点鎖線１２０参照）により決定される。
【０００７】
この切断工程において、内層アース電極の端部から誘電体基板１０４の短絡端側の面１０４ａまでの長さＬｃ（以下、便宜的に切断長さと記す）が規定の長さＬｂからずれると、そのずれ量に応じて周波数が変動する。
【０００８】
更に、これら共振電極１０６Ａ及び１０６Ｂのうち、開放端部分１０６Ａａ及び１０６Ｂａは、内層アース電極（１１０Ａ、１１２Ａ）及び（１１０Ｂ、１１２Ｂ）により、インピーダンスが低下しているが、短絡端部分１０６Ａｂ及び１０６Ｂｂは、開放端部分１０６Ａａ及び１０６Ｂａよりもインピーダンスが高い状態となっている。
【０００９】
このことから、上述のように、前記切断長さＬｃが規定の長さＬｂからずれると、更に周波数の変動が大きくなるという問題がある。
【００１０】
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、誘電体基板の切断による特性の劣化を抑制することができ、積層型誘電体フィルタの歩留まりを向上させることができる積層型誘電体フィルタを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る積層型誘電体フィルタは、複数の誘電体層が積層されて構成された誘電体基板の少なくとも上面、下面、第１側面及び該第１側面に対向する第２側面にアース電極が形成され、前記誘電体基板内に、２以上の共振電極と、各前記共振電極にそれぞれ対応して形成された内層アース電極とを有する積層型誘電体フィルタにおいて、各前記共振電極は、前記第１側面の前記アース電極に対向する開放端部分と、前記第２側面の前記アース電極に接続された短絡端部分と、前記開放端部分と前記短絡端部分との間に位置する中間部分とを有し、且つ、前記開放端部分から前記中間部分にかけて同じ幅を有し、各前記内層アース電極は、前記第１側面の前記アース電極のみに接続され、且つ、対応する前記共振電極の前記開放端部分全体に対向して形成され、前記共振電極の前記開放端部分の幅よりも大きい幅を有し、各前記共振電極における前記開放端部分、前記短絡端部分及び前記中間部分の各インピーダンスのうち、少なくとも前記短絡端部分のインピーダンスが前記中間部分のインピーダンスよりも低く、前記誘電体基板内に、各前記共振電極にそれぞれ対応して形成された第２の内層アース電極を有し、各前記第２の内層アース電極は、前記第２側面の前記アース電極のみに接続され、且つ、前記共振電極の前記短絡端部分と対向して形成され、前記共振電極の前記短絡端部分の幅よりも大きい幅を有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、誘電体基板を切断する場合、短絡端部分のインピーダンスが中間部分のインピーダンスよりも低いことから、切断長さが規定の長さからずれても、そのずれ量に対する周波数変動は小さく、切断長さのばらつきによる周波数変動は小さいものとなる。
【００１３】
従って、この発明では、誘電体基板の切断による特性の劣化を抑制することができ、積層型誘電体フィルタの歩留まりを向上させることができる。
【００１６】
特に、本発明では、前記誘電体基板内に、各前記共振電極にそれぞれ対応して形成された第２の内層アース電極を有し、各前記第２の内層アース電極は、前記第２側面の前記アース電極のみに接続され、且つ、前記共振電極の前記短絡端部分と対向して形成され、前記共振電極の前記端短絡部分の幅よりも大きい幅を有するようにしたので、共振器の段数に関わりなく、前記共振電極における短絡端部分のインピーダンスを少なくとも中間部分のインピーダンスよりも低くすることができる。
【００１７】
この場合、アース電極が共振器に近づくことにより、共振器間の結合強度が弱くなることから、予め共振器間の距離を狭くしておけば、所望の結合強度を得ることができることになる。これは、共振器間の距離を狭くできることから、積層型誘電体フィルタの小型化に有利となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る積層型誘電体フィルタのいくつかの実施の形態例を図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａは、図１及び図２に示すように、複数の誘電体層（Ｓ１〜Ｓ７）が積層、焼成一体化され、かつ、上面及び下面にアース電極１２が形成され、更に側面にアース電極１３が形成された誘電体基板１４を有し、誘電体基板１４内には、２つの共振電極（入力側共振電極１６Ａ及び出力側共振電極１６Ｂ）が形成されている。
【００２０】
また、誘電体基板１４の表面には、一方の側面に入力端子１８が形成され、他方の側面に出力端子２０が形成されている。なお、入力端子１８とアース電極１２間、並びに出力端子２０とアース電極１２間にはそれぞれ絶縁のための領域（誘電体基板が露出した部分）２２及び２４が設けられている。
【００２１】
２つの共振電極１６Ａ及び１６Ｂをそれぞれ１／４波長の共振電極とした場合は、誘電体基板１４の側面のうち、共振電極１６Ａ及び１６Ｂが露出する面（側面）にアース電極１３を形成して各共振電極１６Ａ及び１６Ｂの一方の端部をアース電極１３と短絡させた構造が採用される。
【００２２】
この場合、各共振電極１６Ａ及び１６Ｂの開放端を内層アース電極（３０Ａ、３２Ａ）及び（３０Ｂ、３２Ｂ）を介してアース電極１３と容量結合させることで、各共振電極１６Ａ及び１６Ｂにおける開放端部分１６Ａａ及び１６Ｂａのインピーダンスを低下させることができると共に、所定の共振周波数に必要な電気長を短くすることができる。
【００２３】
具体的に、第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａの構成を図２に基づいて説明すると、まず、前記誘電体基板１４は、第１〜第７の誘電体層Ｓ１〜Ｓ７が順次積層されて構成されている。これら第１〜第７の誘電体層Ｓ１〜Ｓ７はそれぞれ１枚あるいは複数枚の層にて構成される。
【００２４】
そして、第４の誘電体層Ｓ４の一主面に２つの共振電極１６Ａ及び１６Ｂが形成されている。
【００２５】
第３の誘電体層Ｓ３の一主面には、平面的に、入力側共振電極１６Ａ及び出力側共振電極１６Ｂの各開放端を含む位置にそれぞれ内層アース電極３０Ａ及び３０Ｂが形成され、更に、各共振電極１６Ａ及び１６Ｂ間の結合度を調整するための結合調整電極４０が形成されている。
【００２６】
また、第５の誘電体層Ｓ５の一主面には、平面的に、共振電極１６Ａ及び１６Ｂの各開放端を含む位置にそれぞれ内層アース電極３２Ａ及び３２Ｂが形成され、更に、入力側共振電極１６Ａと対向し、かつ、入力端子１８と入力側共振電極１６Ａとを容量で結合させるための入力用電極４２と、出力側共振電極１６Ｂと対向し、かつ、出力端子２０と出力側共振電極１６Ｂとを容量で結合させるための出力用電極４４とが形成されている。
【００２７】
そして、この第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａにおいては、図３に示すように、各共振電極１６Ａ及び１６Ｂの短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂの幅Ｗｂを中間部分１６Ａｃ及び１６Ｂｃの幅Ｗｃよりも広く設定して構成されている（Ｗｂ＞Ｗｃ）。
【００２８】
この場合、各共振電極１６Ａ及び１６Ｂのインピーダンスは、図４Ａに示すように、開放端部分１６Ａａ及び１６ＢａのインピーダンスＺ₀と中間部分１６Ａｃ及び１６ＢｃのインピーダンスＺ₁と短絡端部分１６Ａｂ及び１６ＢｂのインピーダンスＺ₂が直列に接続されたものと等価となる。
【００２９】
ここで、開放端部分１６Ａａ及び１６ＢａのインピーダンスＺ₀は、共振電極１６Ａ及び１６Ｂの開放端部分１６Ａａ及び１６Ｂａが内層アース電極（３０Ａ、３２Ａ）及び（３０Ｂ、３２Ｂ）にて挟まれたかたちとなっているため、中間部分１６Ａｃ及び１６ＢｃのインピーダンスＺ₁よりも低くなる。また、短絡端部分１６Ａｂ及び１６ＢｂのインピーダンスＺ₂は、短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂの幅Ｗｂが中間部分１６Ａｃ及び１６Ｂｃの幅Ｗｃよりも広くされているため、中間部分１６Ａｃ及び１６ＢｃのインピーダンスＺ₁よりも低くなる。
【００３０】
従来の共振電極１０６Ａ及び１０６Ｂにおけるインピーダンスは、図４Ｂに示すように、開放端部分１０６Ａａ及び１０６ＢａのインピーダンスＺ₁₀と短絡端部分１０６Ａｂ及び１０６ＢｂのインピーダンスＺ₁₁が直列に接続されたものと等価となっており、しかも、短絡端部分１０６Ａｂ及び１０６ＢｂのインピーダンスＺ₁₁は、図４Ａに示す第１の実施の形態に係る中間部分１６Ａｃ及び１６ＢｃのインピーダンスＺ₁とほぼ同じ値となっている。
【００３１】
ところで、λ／４共振器を使用した場合、切断長さＬｃのばらつきは、短絡端部分の共振器長のばらつきとなる。つまり、図４Ａの短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂ、図４Ｂの短絡端部分１０６Ａｂ及び１０６Ｂｂの電気長がばらつくこととなる。この場合、インピーダンスの低い図４Ａの短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂの方が周波数変動は小さくなる。
【００３２】
従って、この第１の実施の形態では、誘電体基板１４の切断長さＬｃのばらつきによる特性の劣化を抑制することができ、積層型誘電体フィルタ１０Ａの歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
次に、第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａの変形例について図５を参照しながら説明する。
【００３４】
この変形例に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａａは、図５に示すように、上述した第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、入力側共振電極１６Ａと出力側共振電極１６Ｂにおける各短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂの幅Ｗｂが、それぞれ互いに対向する方向とは逆の方向（積層型誘電体フィルタ１０Ａａの外側）に広げられている点で異なる。
【００３５】
この場合、２つの共振電極１６Ａ及び１６Ｂによる共振器間の間隔が変わらないため、これら共振器間の結合強度を変えることなく、入力側共振電極１６Ａと出力側共振電極１６Ｂにおける各短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂのインピーダンスを中間部分１６Ａｃ及び１６Ｂｃのインピーダンスよりも低くすることができる。
【００３６】
次に、第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂについて図６及び図７を参照しながら説明する。
【００３７】
この第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂにおいては、図６及び図７に示すように、上述した第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、各共振電極１６Ａ及び１６Ｂの各短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂの幅が中間部分１６Ａｃ及び１６Ｂｃの幅と同じである点と、各共振電極１６Ａ及び１６Ｂの短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂを第２の内層アース電極（５０Ａ、５２Ａ）及び（５０Ｂ、５２Ｂ）を介してアース電極１３と容量結合させている点で異なる。
【００３８】
図７に示すように、第２の内層アース電極（５０Ａ、５２Ａ）及び（５０Ｂ、５２Ｂ）は、例えば第３及び第５の誘電体層Ｓ３及びＳ５における各一主面に形成される。
【００３９】
この第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂにおいては、誘電体基板１４内に、共振電極１６Ａ及び１６Ｂの短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂと対向して形成された第２の内層アース電極（５０Ａ、５２Ａ）及び（５０Ｂ、５２Ｂ）を有するようにしたので、各共振電極１６Ａ及び１６Ｂにおける短絡端部分１６Ａｂ及び１６ＢｂのインピーダンスＺ₂を少なくとも中間部分１６Ａｃ及び１６ＢｃのインピーダンスＺ₁よりも低くすることができる。
【００４０】
しかも、この第２の実施の形態においては、第２の内層アース電極（５０Ａ、５２Ａ）及び（５０Ｂ、５２Ｂ）を有することにより、アース電極が２つの共振電極１６Ａ及び１６Ｂによる共振器に近づくことによって、これら共振器間の結合強度が弱くなることから、予め共振器間の距離を狭くしておけば、所望の結合強度を得ることができることになる。これは、共振器間の距離を狭くできることから、積層型誘電体フィルタ１０Ｂの小型化に有利となる。
【００４１】
上述の実施の形態では、２つの共振電極１６Ａ及び１６Ｂを形成した積層型誘電体フィルタ１０Ａ及び１０Ｂに適用した例を示したが、その他、３つ以上の共振電極を形成した積層型誘電体フィルタにも適用させることができる。
【００４２】
また、第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタ１０Ｂにおいて、共振電極１６Ａ及び１６Ｂの短絡端部分１６Ａｂ及び１６Ｂｂの幅を中間部分の幅よりも広くするようにしてもよい。
【００４３】
なお、この発明に係る積層型誘電体フィルタは、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。
【００４４】
【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フィルタによれば、誘電体基板の切断による特性の劣化を抑制することができ、積層型誘電体フィルタの歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す分解斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタにおける誘電体基板の切断位置を示す説明図である。
【図４】図４Ａは第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタにおける共振電極のインピーダンスを示す説明図であり、図４Ｂは従来例に係る積層型誘電体フィルタにおける共振電極のインピーダンスを示す説明図である。
【図５】第１の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタの変形例における誘電体基板の切断位置を示す説明図である。
【図６】第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す縦断面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る積層型誘電体フィルタを示す分解斜視図である。
【図８】従来例に係る積層型誘電体フィルタを示す縦断面図である。
【図９】従来例に係る積層型誘電体フィルタを示す分解斜視図である。
【図１０】従来例に係る積層型誘電体フィルタにおける誘電体基板の切断位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ａａ、１０Ｂ…積層型誘電体フィルタ
１２、１３…アース電極１４…誘電体基板
１６Ａ…入力側共振電極１６Ａａ…開放端部分
１６Ａｂ…短絡端部分１６Ａｃ…中間部分
１６Ｂ…出力側共振電極１６Ｂａ…開放端部分
１６Ｂｂ…短絡端部分１６Ｂｃ…中間部分
３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ…内層アース電極
５０Ａ、５０Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ…第２の内層アース電極
Ｗｂ、Ｗｃ…幅

Claims

複数の誘電体層が積層されて構成された誘電体基板の少なくとも上面、下面、第１側面及び該第１側面に対向する第２側面にアース電極が形成され、前記誘電体基板内に、２以上の共振電極と、各前記共振電極にそれぞれ対応して形成された内層アース電極とを有する積層型誘電体フィルタにおいて、
各前記共振電極は、前記第１側面の前記アース電極に対向する開放端部分と、前記第２側面の前記アース電極に接続された短絡端部分と、前記開放端部分と前記短絡端部分との間に位置する中間部分とを有し、且つ、前記開放端部分から前記中間部分にかけて同じ幅を有し、
各前記内層アース電極は、前記第１側面の前記アース電極のみに接続され、且つ、対応する前記共振電極の前記開放端部分全体に対向して形成され、前記共振電極の前記開放端部分の幅よりも大きい幅を有し、
各前記共振電極における前記開放端部分、前記短絡端部分及び前記中間部分の各インピーダンスのうち、少なくとも前記短絡端部分のインピーダンスが前記中間部分のインピーダンスよりも低く、
前記誘電体基板内に、各前記共振電極にそれぞれ対応して形成された第２の内層アース電極を有し、
各前記第２の内層アース電極は、前記第２側面の前記アース電極のみに接続され、且つ、前記共振電極の前記短絡端部分と対向して形成され、前記共振電極の前記短絡端部分の幅よりも大きい幅を有することを特徴とする積層型誘電体フィルタ。