JP5287729B2 - ストリップラインフィルタ - Google Patents

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Description

この発明は、誘電体基板にストリップラインを設けたストリップラインフィルタに関する。
フィルタの小型化のために、U字状又はS字状のストリップラインを設けたストリップラインフィルタが考案されている。(特許文献1および2参照。)。
図1に従来のストリップラインフィルタの構成例を示す。ストリップラインフィルタ101は、3つの共振器を利用したフィルタである。3つの共振器それぞれは誘電体基板の同一主面に設けられた線路102,103A,103Bにより構成されている。線路102はU字型に湾曲した形状であり、その両端が開放されている。線路103A,103Bは一端が接地電極105に接続されたI字型形状であり、先端が開放されている。これらの共振器間はインターディジタル結合していて、線路103A,103Bには、入出力伝送線路104A,104Bがそれぞれ接続されている。
特開2001−358501号公報 特開2002−151908号公報
従来のストリップラインフィルタでは、素子サイズなどの要求によって、ストリップラインの線路長や共振器間の結合度の設定に制約が生じることがあった。例えば、共振器長が適切でも、その共振器と他の共振器との間隔が適切にならないことや、共振器間の間隔が適切でも、各共振器の共振器長が適切にならないことがあり、所望の帯域や減衰極を有するフィルタ特性を得られないことがあった。
この問題は3段以上の共振器を結合させる場合に顕著であり、一組の共振器間の結合と共振器長を設定しようすると、もう一組の共振器間での結合に大きな影響を与えてしまい、各共振器の共振器長と共振器間の結合とを満足させることが困難なことがあった。また、ストリップラインフィルタを広帯域化するためには、複数の共振器間を強く結合させる必要があり、このことも制約となっていた。
また、1/4波長共振器を構成する共振線路の場合には、接地電極との接続を確保する必要があるが、そのための引出電極などが、隣接する他の共振器に電磁気的作用を及ぼし、その共振器での結合や共振器長に影響を及ぼすこともあった。
そこでこの発明の目的は、所望の帯域や減衰極を実現することが容易で、広帯域のフィルタ特性を実現可能なストリップラインフィルタを提供することにある。
この発明のストリップラインフィルタは接地電極と複数の共振線路と側面線路と入出力電極とを備え、少なくとも、第1の共振線路と第2の共振線路と第3の共振線路とを誘電体基板の対向する2側面に垂直な方向に配列したものである。ここで、第1の共振線路は両端が開放されたものであり、第2および第3の共振線路は一端短絡、一端開放の、第1の共振線路の両端にそれぞれ結合するものである。そして各共振線路の配列方向での誘電体基板の中心を基準として、第1〜第3の共振線路は略対称形で、第2の共振線路と第3の共振線路とは、前記配列方向での誘電体基板の中心面を通り対向する側面それぞれに設けられた側面線路を介して、接地電極に導通する構成である。なお、第1の共振線路は、S字型形状であってもよい。
または、この発明のストリップラインフィルタは、各共振線路の配列方向での誘電体基板の中心を基準として、第1〜第3の共振線路は略対称形で、第2の共振線路と第3の共振線路とは、前記配列方向での誘電体基板の中心面を通る側面線路を介して、接地電極に導通し、前記複数の共振線路から分離された複数の側面線路が、各共振線路の配列方向での前記誘電体基板の中心を基準として、互いに対称に配置されている構成である。
この構成では、誘電体基板の中心に両端開放の共振線路を配置するので、第2および第3の共振線路を誘電体共振器の中心面を通る側面線路を介して接地電極に導通させることができ、第1〜第3の共振線路の電極形成面積を抑制しながら、第2および第3の共振線路の線路長を長くすることができる。また、第2および第3の共振線路と接地電極とを導通させる側面線路が中心面を通るので、この側面線路から第1の共振線路におよぶ影響が抑制され、第1の共振線路の電磁界の設定が容易なものになる。
第1の共振線路は、前記配列方向での誘電体基板の中心を基準として、線対称な形状であり、第2の共振線路と第3の共振線路とが、共通の側面線路を介して接地電極に導通してもよい。この場合、第1の共振線路は、U字型形状であってもよい。
第2の共振線路と第3の共振線路とは、前記中心面に平行する側面のいずれかに形成された側面線路を介して、入出力電極に導通してもよい。
複数の共振線路から分離された複数の側面線路を備え、これらの側面線路を配列方向での誘電体基板の中心を基準として対称に配置してもよい。
誘電体基板の上面の電極は感光性電極であり、誘電体基板の下面および側面の電極は非感光性電極であってもよい。
この発明によれば、第2および第3の共振線路が誘電体共振器の中心面を通る側面線路を介して接地電極と導通するので、第1〜第3の共振線路の電極形成面積を抑制しながら、第2および第3の共振線路を側面中央まで引き回して、共振器長を長くすることができ、また、この側面線路から第1の共振線路におよぶ影響が抑制される。したがって、広帯域のフィルタ特性であっても、容易に所望の帯域や減衰極を実現することができる。
従来のストリップラインフィルタの構成例を説明する図である。 実施形態に係るストリップラインフィルタの上面側の内観斜視図である。 同ストリップラインフィルタの下面側の斜視図である。 同ストリップラインフィルタの製造工程を説明する図である。 同ストリップラインフィルタのフィルタ特性の例を説明する図である。 ストリップラインフィルタの他の構成例を説明する図である。 ストリップラインフィルタの他の構成例を説明する図である。 同ストリップラインフィルタのフィルタ特性の例を説明する図である。 ストリップラインフィルタの他の構成例を説明する図である。
符号の説明
1,21,31,41…ストリップラインフィルタ
3…誘電体基板
3A〜3D…側面
4A〜4F…側面線路
5A,5B…側面引出電極
6A,6B…入出力電極
7…接地電極
8A,8B…1/4波長共振線路
8C…1/2波長共振線路
10A,10B…上面引出電極
13A〜13G…線路部
19…中心面
32…共通線路部
以下、本発明の実施形態に係るストリップラインフィルタの構成例を説明する。
ここで示すストリップラインフィルタは帯域通過型のフィルタであり、4GHz以上の高周波帯に対応するUWB通信に利用される。
図2は、ストリップラインフィルタの上面側の内観斜視図であり、図3は同ストリップラインフィルタの下面側の斜視図である。
ストリップラインフィルタ1は、誘電体基板3を備える。基板3は酸化チタン等からなる比誘電率が約111の小型直方体状のセラミック焼結基板である。基板3の組成および寸法は周波数特性などを考慮して適宜設定している。なお、誘電体基板3上には、ストリップラインフィルタ1の機械的保護、耐環境性向上などを目的として図示していないガラス層を積層する。
ストリップラインフィルタ1の、図2中に示す側面には側面線路4A〜4Cと側面引出電極5Aとを設けている。また、側面線路4A〜4Cを設けた側面3C(以下、第3の側面と称する。)に対向する側面3D(以下、第4の側面と称する。)には、図3中に示す側面線路4D〜4Fを側面線路4A〜4Cと合同な形状で設けている。側面引出電極5Aを設けた側面3A(以下、第1の側面と称する。)に対向する側面3B(以下、第2の側面と称する。)には、図示していない側面引出電極5Bを側面引出電極5Aと合同な形状で設けている。なお、図中の破線は、誘電体基板3の中心面である。
誘電体基板3の下面は、このストリップラインフィルタ1の実装面であり、接地電極7と入出力電極6A,6Bとを備えている。入出力電極6A,6Bは、このストリップラインフィルタ1を実装基板に実装する際に、高周波信号入出力端子に接続される。接地電極7は共振器のグランド面であり、実装基板の接地電極に接続される。
接地電極7は誘電体基板3の下面の略全面に設けられていて、入出力電極6A,6Bは接地電極7に設けられた電極非形成部に、入出力電極6A,6Bから分離して設けられている。接地電極7には、側面線路4A〜4Fが接続されている。入出力電極6Aには側面引出電極5Aが接続されている。入出力電極6Bには側面引出電極5Bが接続されている。これらの電極は厚み約12μm以上の銀電極であり、基板3にスクリーンマスクまたはメタルマスクを用いて非感光性の銀ペーストを塗布し、焼成してなる。
誘電体基板3の上面には、上面引出電極10A,10Bと1/4波長共振線路8A,8Bと1/2波長共振線路8Cとが設けられている。1/2波長共振線路8Cは1/4波長共振線路8Aと1/4波長共振線路8Bとの間に配置されている。これらの電極は厚み約5μm以上の銀電極であり、基板3に感光性銀ペーストを塗布し、フォトリソグラフィプロセスによりパターン形成し、焼成してなる。これらの電極を感光性銀電極とすることによって、電極の形状精度を高めて、UWB通信に利用可能なストリップラインフィルタとしている。
共振線路8A〜8Cは、側面引出電極5A,5Bそれぞれを設けた側面に垂直な方向に配列されている。したがって、1/2波長共振線路8Cは、第1の共振線路に相当し、1/4波長共振線路8Aは第2の共振線路に相当し、1/4波長共振線路8Bは第3の共振線路に相当する。
1/4波長共振線路8Aは、L字型線路部12Aを備えている。L字型線路部12Aは、第1の側面3Aに沿って延設され上面引出電極10Aが接続された部位と、第4の側面3Dに沿って延設され側面線路4Eが接続された部位と、から構成されている。したがって共振線路8Aは一端開放、一端短絡の1/4波長共振線路となっている。
1/4波長共振線路8Bは、L字型線路部12Bを備えている。L字型線路部12Bは、第2の側面3Bに沿って延設され上面引出電極10Bが接続された部位と、第3の側面3Cに沿って延設され側面線路4Bが接続された部位と、から構成されている。したがって共振線路8Bは一端開放、一端短絡の1/4波長共振線路となっている。
上面引出電極10A,10Bは、それぞれ、側面引出電極5A,5Bに接続されている。これにより、共振線路8Aの構成する共振器と入出力電極6Aとがタップ結合し、共振線路8Bの構成する共振器と入出力電極6Bとがタップ結合し、強い外部結合を得ることができる。
1/2波長共振線路8Cは、線路部13A〜13Gを備えたS字形状の電極である。線路部13Aは、共振線路8AのL字型線路部12Aに沿って、第4の側面3Dに平行に延設されている。線路部13Bは、線路部13Aに接続され、共振線路8AのL字型線路部12Aに沿って、第1の側面3Aに平行に延設されている。線路部13Cは、線路部13Bに接続され、第3の側面3Cに平行に延設されている。線路部13Gは、共振線路8BのL字型線路部12Bに沿って、第3の側面3Cに平行に延設されている。線路部13Fは、線路部13Gに接続され、共振線路8BのL字型線路部12Bに沿って、第2の側面3Bに平行に延設されている。線路部13Eは、線路部13Fに接続され、第4の側面3Dに平行に延設されている。線路部13Dは、線路部13Cと線路部13Eとの間に接続されている。したがって、共振線路8Cは、両端開放の1/2波長共振線路となっている。
側面線路4A,4C,4D,4Fは、それぞれダミー電極を構成する。これらのダミー電極は、ストリップラインフィルタ1の回路構成には不要であるが、ストリップラインフィルタ1の対向する側面での電極形状を合同なものにするために設けている。ここでは、側面の中心に側面電極の中心を一致させながら、ダミー電極によっての電極形状を合同にしているので、複数の誘電体基板に対する側面電極の電極形成工程にて、各誘電体基板を治具に振り込む際に姿勢制御する必要がなく、側面3C,3Dのいずれかの面に対して同一工程で電極を形成し、反対側の側面に対しても次の工程で電極を形成することができる。また、異なる回路構成のチップ素子であっても、同一の基板サイズと同一の側面電極形状で構成する場合に、側面への電極形成工程を共通化できる。
なお、各側面での電極厚みを上面での電極厚みよりは厚いものにしているので、一般に電流集中が生じる接地端側の部位での電流を分散させ、導体ロスを低減させている。この構成によって、このストリップラインフィルタ1は挿入損失が小さい素子になっている。
以上の構成により、ストリップラインフィルタ1は、3段の共振器が結合した帯域通過フィルタとなる。ここで、共振線路8A,8Bの開放端と共振線路8Cの開放端とを逆側に向かせて、これらの共振線路の構成する共振器を互いにインターディジタル結合させている。そのため、共振器間の結合が強くなり、ストリップラインフィルタ1の通過帯域を広帯域化できる。
さて、誘電体基板3の上面の電極は、誘電体基板3の中心面19を基準とした点対称(な構成となっている。そのため、共振線路8A,8C間での結合度と、共振線路8B,8C間での結合度とが等しくなっている。そのため、共振線路8Aによる電磁界の設定が容易である。
また、側面線路4B,4Eが誘電体基板3の中心面19を通り、第3の側面3C、および、第4の側面3Dそれぞれでの電極が、誘電体基板3の中心面19を基準とした点対称な構成となっている。1/2波長共振線路8Cを3段の共振器の中央に設けているので、共振線路8Cの電磁界には、側面線路4A〜4Fによる影響がほとんど及ばない。そのため、仮に側面線路4A〜4Fの位置などがばらついても、ストリップラインフィルタ1のフィルタ特性は、バラツキに強いものになる。
次に、ストリップラインフィルタ1の製造工程を説明する。
図4は、ストリップラインフィルタ1の製造工程を説明するフローである。
(S1)まず、いずれの面にも電極を形成していない誘電体母基板を用意する。
(S2)次に、上記誘電体母基板に対して、下面に導電体ペーストをスクリーン印刷またはメタルマスク印刷し、焼成を経て接地電極7および入出力電極6A,6Bを形成する。
(S3)次に、誘電体母基板に対して、上面に感光性導電体ペーストを印刷し、露光、現像するフォトリソグラフィプロセスを経て、焼成により共振線路8A〜8C上面引出電極10A,10Bとを形成する。フォトリソグラフィプロセスでは、電極を30μm程度まで細線化でき、極めて高い位置精度で電極を形成できる。
(S4)次に、誘電体母基板の上面側にガラスペーストを印刷し、焼成を経て透明なガラス層を形成する。この工程によりガラス層が形成される。
(S5)次に、上記のようにして構成した誘電体母基板からダイシングなどにより多数の誘電体基板3を切り出す。
(S6)次に、誘電体基板3を配列して、所定パターンのメタルマスクまたはスクリーンマスクにより導電体ペーストを印刷する印刷プロセスを経て、焼成により電極を形成する。この印刷プロセスを各側面に実施することで、側面引出電極5A,5Bと、側面線路4A〜4Fと、が形成される。この印刷プロセスでは、電極は100μm程度までしか細線化できず、フォトリソグラフィプロセスに比べて低い位置精度でしか電極を形成できないが、低コストに電極を形成できる。
以上の工程により、ストリップラインフィルタ1は製造されている。
図5は、ストリップラインフィルタ1のフィルタ特性の例を説明する図である。ここで示すフィルタ特性はシミュレーションの結果である。シミュレーションでは、側面線路4B,4Eを側面線路4A,4F側に100μmだけずらした場合との比較を行った。図中の実線は側面線路4B,4Eを基板中央に配置した場合、図中の破線は側面線路4B,4Eを基板中央からずらした場合を示している。なお、側面線路4B,4Eをずらす場合には、反射特性の整合のために1/2波長共振線路8Cの電極長を90μm伸ばしている。
同図(A)のグラフ横軸は周波数を、縦軸は減衰量を示している。側面線路4B,4Eを基板中央に配置した場合、各共振線路の線路長が伸びるため、共振周波数が約500MHz低下し、7.17GHzから6.68GHzになった。
同図(B)は、側面線路4B,4Eをずらした場合の特性を500MHzだけ高周波数側ずらして表示している。3dB帯域幅を比較すると、側面線路4B,4Eを基板中央に配置した場合、帯域幅は約2999MHzから約2682MHzに狭まった。この帯域幅の狭まりは、側面線路4B,4Eのずれにより、共振線路8A,8Bと共振線路8Cとの間で余分なカップリングが生じたためと考えられる。したがって、広帯域を必要とするストリップラインフィルタの場合、1/4波長共振線路を接地させる側面線路は、基板中心面を通る位置に配置することが好ましいといえる。
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
図6は、ストリップラインフィルタの他の構成例を説明する図である。同図中、ストリップラインフィルタ1と同様な構成には同一の符号を付している。
ストリップラインフィルタ21は、ストリップラインフィルタ1と共振線路8Cの形状が相違する。具体的には共振線路8Cがストリップラインフィルタ1の1/2波長共振線路の鏡像になっている。このため、ストリップラインフィルタ21は共振線路がコムライン結合する3段のフィルタを構成している。
このような構成であっても、共振線路8A,8C間での結合度と、共振線路8B,8C間での結合度とが等しく、共振線路8Cの電磁界には、側面線路4A〜4Fによる影響がほとんど及ばないため、共振線路8Cの電磁界の設定が容易になり、仮に側面線路4A〜4Fの位置などがばらついても、ストリップラインフィルタ1のフィルタ特性は、バラツキに強いものになる。
図7は、ストリップラインフィルタの他の構成例を説明する図である。同図中、ストリップラインフィルタ1と同様な構成には同一の符号を付している。
このストリップラインフィルタ31では、1/2波長共振線路8Cは、線路部33A〜33Gを備えている。線路部33Dは、第4の側面に沿って延設されている。線路部33C,33Eは線路部33Dの両端から垂直に屈曲して延設されている。線路部33B,33Fはそれぞれ線路部33C,33Eの先端から誘電体基板3の垂直に屈曲して延設されている。線路部33A,33Gはそれぞれ線路部33B,33Fの先端から垂直に屈曲して延設され、先端が開放されている。したがって、共振線路8Cは、両端開放の1/2波長共振線路となっている。ここでは、1/2波長共振線路8Cを複数回内側に折り返したU字型形状とすることで、線路長を稼いでいる。
1/4波長共振線路8Aは、L字型線路部32Aを備えている。1/4波長共振線路8Bは、L字型線路部32Bを備えている。L字型線路部32A,32Bは、それぞれの基端が共通線路部32に接続されている。共通線路部32は側面線路4Bに接続されている。したがって、共振線路8A,8Bは、一端開放、一端短絡の1/4波長共振線路となっている。
以上の構成により、ストリップラインフィルタ31は、3段の共振器が結合した帯域通過フィルタとなる。ここで、共振線路8A,8Bの開放端と共振線路8Cの開放端とを逆側に向かせて、これらの共振線路の構成する共振器を互いにインターディジタル結合させている。そのため、共振器間の結合が強くなり、ストリップラインフィルタ1の通過帯域を広帯域化できる。図8に、ストリップラインフィルタ31のフィルタ特性を示す。
さて、誘電体基板3の上面の電極は、誘電体基板3の中心面19を基準とした線対称な構成となっている。そのため、共振線路8A,8C間での結合度と、共振線路8B,8C間での結合度とが等しくなっている。そのため、共振線路8Cの電磁界の設定が容易である。
また、側面線路4B,4Eが誘電体基板3の中心面19を通り、第3の側面3C、および、第4の側面3Dそれぞれでの電極が、誘電体基板3の中心面19を基準とした線対称な構成となっている。1/2波長共振線路8Cを3段の共振器の中央に設けているので、共振線路8Cの電磁界には、側面線路4A〜4Fによる影響がほとんど及ばない。そのため、仮に側面線路4A〜4Fの位置などがばらついても、ストリップラインフィルタ1のフィルタ特性は、バラツキに強いものになる。
図9は、ストリップラインフィルタの他の構成例を説明する図である。同図中、ストリップラインフィルタ31と同様な構成には同一の符号を付している。
ストリップラインフィルタ41は、ストリップラインフィルタ31と共振線路8Cの形状が相違する。具体的には共振線路8Cを180°回転させた形状になっている。このため、ストリップラインフィルタ41は共振線路がコムライン結合する3段のフィルタを構成している。
このような構成であっても、共振線路8A,8C間での結合度と、共振線路8B,8C間での結合度とが等しく、共振線路8Cの電磁界には、側面線路4A〜4Fによる影響がほとんど及ばないため、共振線路8Cの電磁界の設定が容易になり、仮に側面線路4A〜4Fの位置などがばらついても、ストリップラインフィルタ1のフィルタ特性は、バラツキに強いものになる。
なお、上記した実施形態での上面共振線路や引出電極の配置位置や形状は製品仕様に応じたものであり、製品仕様に応じたどのような配置位置や形状であっても良い。本発明は上記構成以外であっても適用でき、多様なフィルタのパターン形状に採用できる。また、このフィルタに、他の構成(高周波回路)をさらに配しても良い。

Claims (8)

  1. 矩形平板状の誘電体基板の下面に設けた接地電極と、前記誘電体基板の上面に設けた複数の共振線路と、前記誘電体基板の側面に設けられて少なくとも前記接地電極に接続される側面線路と、前記接地電極と各共振線路とが構成する共振器のいずれかに結合する入出力電極と、を備え、
    少なくとも、両端が開放された第1の共振線路と、前記第1の共振線路の第1端に結合する、一端短絡、一端開放の第2の共振線路と、前記第1の共振線路の第2端に結合する、一端短絡、一端開放の第3の共振線路と、を前記誘電体基板の対向する2側面に垂直な方向に配列したストリップラインフィルタであって、
    各共振線路の配列方向での前記誘電体基板の中心を基準として、前記第1〜第3の共振線路は略対称形であり、
    各共振線路の配列方向での前記誘電体基板の中心面を通る側面線路を介して、前記第2および第3の共振線路が前記接地電極に導通し、
    前記複数の共振線路から分離された複数の側面線路が、各共振線路の配列方向での前記誘電体基板の中心を基準として、互いに対称に配置されている、ストリップラインフィルタ。
  2. 前記第1の共振線路は、前記配列方向での前記誘電体基板の中心を基準として、線対称な形状であり、
    前記第2の共振線路と前記第3の共振線路とが、共通の側面線路を介して前記接地電極に導通する請求項1に記載のストリップラインフィルタ。
  3. 前記第1の共振線路は、U字型形状である請求項2に記載のストリップラインフィルタ。
  4. 矩形平板状の誘電体基板の下面に設けた接地電極と、前記誘電体基板の上面に設けた複数の共振線路と、前記誘電体基板の側面に設けられて少なくとも前記接地電極に接続される側面線路と、前記接地電極と各共振線路とが構成する共振器のいずれかに結合する入出力電極と、を備え、
    少なくとも、両端が開放された第1の共振線路と、前記第1の共振線路の第1端に結合する、一端短絡、一端開放の第2の共振線路と、前記第1の共振線路の第2端に結合する、一端短絡、一端開放の第3の共振線路と、を前記誘電体基板の対向する2側面に垂直な方向に配列したストリップラインフィルタであって、
    各共振線路の配列方向での前記誘電体基板の中心を基準として、前記第1〜第3の共振線路は略点対称形であり、
    各共振線路の配列方向での前記誘電体基板の中心面を通り対向する側面それぞれに設けられた側面線路を介して、前記第2および第3の共振線路が前記接地電極に導通するストリップラインフィルタ。
  5. 前記第1の共振線路は、S字型形状である請求項4に記載のストリップラインフィルタ。
  6. 前記第2の共振線路と前記第3の共振線路とは、
    前記中心面に平行する側面のいずれかに形成された側面線路を介して、前記入出力電極に導通する、請求項1〜5のいずれかに記載のストリップラインフィルタ。
  7. 前記複数の共振線路から分離された複数の側面線路を備え、
    これらの側面線路を、前記誘電体基板の前記配列方向の中心を基準として、対称に配置した、請求項1〜6のいずれかに記載のストリップラインフィルタ。
  8. 前記誘電体基板の上面の電極は感光性電極であり、前記誘電体基板の下面および側面の電極は非感光性電極である請求項1〜7のいずれかに記載のストリップラインフィルタ。
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