JP6523904B2 - セラミック無線周波数フィルタ、無線周波数信号をフィルタリングするための方法、および無線周波数装置 - Google Patents

Description

引用による優先権出願の援用
本願は、「ステップインピーダンス共振器フィルタおよびその使用（STEPPED IMPEDANCE RESONATOR FILTERS AND THEIR USES）」と題された、２０１４年９月３０日に出願された米国仮出願番号第６２／０５７，６５９号の利益を主張し、その全体が引用により本明細書に援用される。

背景
分野
開示の実施形態は概して、無線周波数成分用のセラミック共振器フィルタに関する。

関連技術の説明
従来のセラミックフィルタ用共振器は、材料中に用いられる誘電率によって決まる長さを有する。ゆえに、従来の共振器フィルタは、サイズが増大するという犠牲を払わなければ適切な電気的応答を達成することができず、これは貴重なプリント基板（ＰＣＢ）空間を消費し得る。

概要
本明細書においては、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器を含む無線周波数フィルタであって、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器は、概して一定の外径と、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器の長さを通って内径を規定するキャビティとを有し、内径は第１の端および第２の端を有し、第１および第２の端は異なる径を有し、第１の端は第２の端よりも大きい無線周波数フィルタの実施形態が開示される。

ある実施形態では、内径は、第１の端から第２の端に向かってテーパ状であってもよい。ある実施形態では、内径はテーパ状でない。

ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間に概して階段状の外形を有してもよい。ある実施形態では、階段状の外形は、第１および第２の端から概して等距離にある単一の階段特徴を含んでもよい。ある実施形態では、階段状の外形は、第１および第２の端の間に複数の階段特徴を含んでもよい。ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間の中間部においてテーパ状であってもよい。

ある実施形態では、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器は、３００ＭＨＺから７ＧＨＺの範囲に収まる共振を有してもよい。ある実施形態では、第１の端のインピーダンスは第２の端のインピーダンスよりも低くてもよい。ある実施形態では、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器のＱ値は、直線状の内径を有する共振器のＱ値の１０％以内であってもよい。

ある実施形態では、フィルタは、複数のステップインピーダンス共振器をさらに含んでもよい。

また、本明細書においては、無線周波数信号をフィルタリングするための方法であって、ステップインピーダンス共振器に無線周波数信号を入力することを含み、ステップインピーダンス共振器は、外径と、ステップインピーダンス共振器の長さにわたって内径を形成するキャビティとを有し、内径は第１の端および第２の端を有し、第１および第２の端は異なる径を有し、第１の端は第２の端よりも大きく、さらに、フィルタリングした無線周波数信号を出力することを含む方法が開示される。

また、本明細書においては、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器を含む無線周波数装置であって、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器は、概して一定の外径と、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器の長さを通って内径を規定するキャビティとを有し、内径は第１の端および第２の端を有し、第１および第２の端は異なる径を有し、第１の端は第２の端よりも大きい無線周波数装置が開示される。

ある実施形態では、内径は、第１の端から第２の端に向かってテーパ状であってもよい。ある実施形態では、内径はテーパ状でない。

ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間に概して階段状の外形を有してもよい。ある実施形態では、階段状の外形は、第１および第２の端から概して等距離にある単一の階段特徴を含んでもよい。ある実施形態では、階段状の外形は、第１および第２の端の間に複数の階段特徴を含んでもよい。ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間の中間部においてテーパ状であってもよい。

ある実施形態では、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器は、３００ＭＨＺから７ＧＨＺの範囲に収まる共振を有してもよい。ある実施形態では、第１の端のインピーダンスは第２の端のインピーダンスよりも低くてもよい。ある実施形態では、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器のＱ値は、直線状の内径を有する共振器のＱ値の１０％以内であってもよい。

ある実施形態では、装置は、複数のステップインピーダンス共振器をさらに含んでもよい。

また、本明細書においては、セラミック無線周波数フィルタであって、プリント基板上に実装される複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器を含み、セラミック同軸ステップインピーダンス共振器の各々は、少なくとも一方が金属化されている２つの端と、２つの端の間に延びる長さと、長さに沿って概して一定の外径と、長さの少なくとも一部に沿って延び、内径を規定し、径が異なる第１および第２の端を有するキャビティとを有し、さらに、ＲＦ信号を入力するように構成される入力タブを含み、入力タブは、複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの第１の共振器に位置しており、さらに、フィルタリングされたＲＦ信号を出力するように構成される出力タブを含み、出力タブは、複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの第１の共振器から最も遠くに位置するセラミック同軸ステップインピーダンス共振器に位置しており、さらに、隣接するセラミック同軸ステップインピーダンス共振器同士の間に位置する結合スロット対を含むセラミック無線周波数フィルタの実施形態が開示される。

ある実施形態では、内径は、第１の端から第２の端に向かってテーパ状であってもよい。ある実施形態では、内径はテーパを有しなくてもよい。ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間に概して階段状の外形を有してもよい。ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間の中間部においてテーパ状であってもよい。

ある実施形態では、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器は、３００ＭＨＺから７ＧＨＺの範囲に収まる共振を有してもよい。ある実施形態では、第１の端のインピーダンスは第２の端のインピーダンスよりも低くてもよい。ある実施形態では、少なくとも１つのステップインピーダンス共振器のＱ値は、直線状の内径を有する共振器のＱ値の１０％以内であってもよい。

また、本明細書においては、無線周波数信号をフィルタリングするための方法であって、プリント基板上に実装される複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器を有するセラミックフィルタに無線周波数信号を入力することを含み、セラミック同軸ステップインピーダンス共振器の各々は、少なくとも一方が金属化されている２つの端と、２つの端の間に延びる長さと、長さに沿って概して一定の外径と、長さの少なくとも一部に沿って延び、内径を規定し、径が異なる第１および第２の端を有するキャビティとを有し、さらに、フィルタリングした無線周波数信号を出力することを含む方法の実施形態が開示される。ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間に概して階段状の外形を有してもよい。

また、本明細書においては、無線周波数装置であって、セラミックフィルタを形成するプリント基板上に実装される複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器を含み、セラミック同軸ステップインピーダンス共振器の各々は、少なくとも一方が金属化されている２つの端と、２つの端の間に延びる長さと、長さに沿って概して一定の外径と、長さの少なくとも一部に沿って延び、内径を規定し、径が異なる第１および第２の端を有するキャビティとを有し、さらに、ＲＦ信号を入力するように構成される入力タブを含み、入力タブは、複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの第１の共振器に位置しており、さらに、フィルタリングされたＲＦ信号を出力するように構成される出力タブを含み、出力タブは、複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの第１の共振器から最も遠くに位置するセラミック同軸ステップインピーダンス共振器に位置しており、さらに、隣接するセラミック同軸ステップインピーダンス共振器同士の間に位置する結合スロット対を含む無線周波数装置の実施形態が開示される。

ある実施形態では、内径は、第１の端から第２の端に向かってテーパ状であってもよい。ある実施形態では、内径はテーパ状でなくてもよい。ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間に概して階段状の外形を有してもよい。ある実施形態では、階段状の外形は、第１および第２の端から概して等距離にある単一の階段特徴を含んでもよい。ある実施形態では、階段状の外形は、第１および第２の端の間に複数の階段特徴を含んでもよい。ある実施形態では、内径は、第１および第２の端の間の中間部においてテーパ状であってもよい。

ある実施形態では、複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器の少なくとも１つは、３００ＭＨＺから７ＧＨＺの範囲に収まる共振を有してもよい。ある実施形態では、第１の端のインピーダンスは第２の端のインピーダンスよりも低くてもよい。ある実施形態では、複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器の少なくとも１つのＱ値は、直線状の内径を有する共振器のＱ値の１０％以内であってもよい。

ステップインピーダンス共振器を組込んだセラミックフィルタアセンブリの実施形態の観点を示す図である。 ステップインピーダンス共振器を組込んだセラミックフィルタアセンブリの実施形態の観点を示す図である。 ステップインピーダンス共振器を組込んだセラミックフィルタアセンブリの実施形態の観点を示す図である。 先行技術で用いられる共振器の内径を示す図である。 セラミックステップインピーダンス共振器フィルタについての可変内径の実施形態を示す図である。 セラミックステップインピーダンス共振器フィルタについての可変内径の実施形態を示す図である。 セラミックステップインピーダンス共振器フィルタについての可変内径の実施形態を示す図である。 セラミックステップインピーダンス共振器フィルタについての可変内径の実施形態を示す図である。 同軸共振器の選択的交互嵌合を有する例の無線周波数セラミックフィルタの実施形態を示す図である。 同軸共振器の選択的交互嵌合を有する例の無線周波数セラミックフィルタの実施形態を示す図である。 同軸共振器の選択的交互嵌合を有する例の無線周波数セラミックフィルタの実施形態を示す図である。 本開示の１つ以上の特徴がセラミックフィルタ回路として実現され得ることを概略的に示す図である。 図５のセラミックフィルタ回路がパッケージ化された装置において実現され得ることを示す図である。 図５のセラミックフィルタ回路が無線装置において実現され得ることを示す図である。 図５のセラミックフィルタ回路が有線または無線ＲＦ装置において実現され得ることを示す図である。 セラミックステップインピーダンス共振器フィルタの実施形態を含む無線周波数装置を示す図である。

詳細な説明
本明細書においては、無線周波数信号または電子信号などの信号をフィルタリングするためにステップインピーダンス共振器を用いるフィルタの実施形態が開示される。具体的には、ステップインピーダンス共振器は、セラミックフィルタとして公知の特定の種類のフィルタにおいて有利に用いられ得る。セラミックフィルタは、セラミック共振器、具体的には本明細書において開示されるそれらのセラミックステップインピーダンス共振器の使用を含み得る。

ある実施形態では、開示されるセラミックフィルタは、放送ラジオ、テレビ、携帯電話、またはＷｉ−Ｆｉで用いられる周波数範囲などのメガヘルツからギガヘルツ周波数範囲内で用いられ得る。しかし、セラミックフィルタの具体的な周波数および使用は限定されない。さらに、信号の種類は限定されず、異なる信号がフィルタを通過させられると理解され得る。したがって、開示されるセラミックフィルタは、たとえばセラミック無線周波数フィルタまたはマイクロ波フィルタであってもよいが、フィルタの種類は限定されない。

開示されるセラミックステップインピーダンス共振器フィルタの実施形態は、それらがサイズが減少したとしても十分な電気的性質を維持することができ、それによってセラミックフィルタの全設置面積を減少させることができるため、小型化にとって有利であり得る。ある実施形態では、セラミックステップインピーダンス共振器フィルタは、従来のフィルタに対して向上した電気的性質を有し得る。さらに、開示されるセラミックステップインピーダンス共振器フィルタの実施形態は、従来のフィルタに現在のところ影響する製造許容問題を回避することができる。

セラミックステップインピーダンス共振器
ある実施形態では、セラミックステップインピーダンス共振器は無線周波数（ＲＦ）フィルタとともに用いられてもよい。そのようなセラミックステップインピーダンス共振器の実施形態を以下に詳細に説明する。有利なことに、セラミックステップインピーダンス共振器フィルタ、およびそれらが組込まれる装置は、従来のインピーダンス共振器においてなされているよりもさらに小型化され得る。

図１Ａ〜図１Ｃは、ステップインピーダンス共振器などの共振器１０２の組合せを用いるセラミックフィルタアセンブリ１００の実施形態を示す。示されるように、ある実施形態では、共振器１０２には、キャビティ、穴、開口、またはライン１０６が共振器１０２の概して中心を通り得る。ある実施形態では、キャビティ１０６は共振器１０２を完全に通ってもよい。したがって、共振器１０２は、外径１０４と、たとえば共振器１０２を通るキャビティ１０６によって生じる径である内径１０３とを有する。

図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、共振器１０２は概して一定の外径１０４（たとえば共振器１０２の全幅）を有し得る。示されるように、共振器１０２は概して矩形であってもよく、図１Ｂに示されるように共振器１０２の面は概して４つの等しいサイズの区分からなり得るが、共振器１０２の具体的な寸法および形状は限定されない。さらに、図１Ｃの断面図に示されるように、共振器１０２は変化する内径１０３を有し得るため、共振器１０２は以下に記載する理由のためにステップ状の（可変の）インピーダンスを有することになる。示されるように、内径１０３は、共振器１０２の長さに沿って一端から他端に向かって形状が変化してもよい。ゆえに、内径１０３は、一端が他端と比較して大きくてもよい。

ある実施形態では、図面に示されるように、セラミックフィルタアセンブリ１００は複数のステップインピーダンス共振器１０２を有してもよく、共振器１０２の数は限定されない。ある実施形態では、共振器１０２は図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、または開示全体にわたって詳細に記載されるように一直線に並べられてもよい。

本明細書において記載される一群のセラミック同軸共振器１０２が、ＲＦ結合されてＲＦフィルタとして機能するように共に組立てられ得るが、特定の材料は限定されない。これらの同軸共振器は、以下に詳細に記載されるステップインピーダンス共振器を組込むことによって、改良された小型化を達成することができる。ある実施形態では、共振器１０２は、電気的接続を介することなどによって互いに電気的に結合されてもよい。したがって、共振器の無負荷Ｑ値を用いて全セラミックフィルタアセンブリ１００自体の選択度を一般に設定することができる。共振器１０２は、たとえばギャップもしくは容量結合、または磁気結合によって互いに結合されてもよい。ある実施形態では、２つの隣接する共振器同士の間のＲＦエネルギのそのような結合は、２つの共振器の対向面に形成されるスロットによって達成され得る。そのようなスロットの幅寸法は、ある範囲内の結合定数とほぼ比例し得る。スロットがそのような範囲外の幅を有する場合、セラミックフィルタの電気性能は劣化し得る。共振器１０２同士の間の結合の種類および方法は限定されない。

先行技術の典型的な共振器では、図２に示されるように、共振器２００の内径２０２および外径２０４は直線状で均質であることが必要である。この構造はその単純な設計ゆえに製造が比較的単純であり得るが、これらの直線状の内径を小型化することは極めて困難になりつつある。

現在、小型化の性質のために、直線状の内径は形成の許容限界にある。この許容限界が起こる理由は、共振器のサイズが減少するにつれ、内径および外径が互いに近づき、最終的に、それら２つの間の比率があまりに近いために現在の製造技術では共振器を適切に形成できない点に達するためである。従来の内径が現在サイズ決めされているものを超えて小型化されるとすると、精密かつ適切な電気的応答を維持するのはほぼ不可能であろう。

ゆえに、先行技術の従来のセラミックフィルタは、サイズが増大するという犠牲を払わなければ適切な電気的応答（たとえばＱ、インピーダンス）を達成することができず、これは無線周波数フィルタまたは装置内の貴重な空間を消費する。したがって、空間の制約のために、典型的な用途では限られた数のセラミックフィルタしか使用することができない。

当該技術において使用される共振器を小型化する別の方法は、共振器材料の誘電率を増加させることである。しかし、この場合もやはり、現在の材料の生産は限られた最大誘電率を有するため、共振器の小型化を継続するためにはフィルタを小型化し続けるための他の方法が必要である。

共振器の小型化を有利に継続するために使用され得るステップインピーダンス共振器の実施形態が開示される。図２に示される先行技術において使用される直線状の内径とは異なり、ステップインピーダンス共振器は、変化する寸法を有する内径で構成され得る。これらの変化する寸法は、共振器が全体で低いインピーダンス値を維持することを可能にし、同時に、共振器、およびしたがってフィルタがさらに小型化されることを可能にし得る。開示されるステップインピーダンス共振器の実施形態について、先行技術の電気的応答と同じ電気的応答が、大幅に小さくなった設置面積で、かつ電気的応答に対する悪影響が最小であるか、またはない状態で達成され得る。これは、無線周波数フィルタのサイズの全体的な減少にとって有利であり得る。

図３Ａ〜図３Ｄは、セラミックフィルタとともに有利に使用され得るステップインピーダンス抵抗器の実施形態についての内径、およびしたがって内側キャビティの異なる非限定的な構成の断面図を示す。内径の断面が示されているが、内径自体は、概して円筒形の内径などの、平面または３次元であってもよく、または示される径は上向きに概して直線状に延びて、示される設置面積を有する３次元形状を作ってもよい。内径の全体寸法は限定されない。さらに、図３Ａ〜図３Ｄに示されるように、外径３０３は始めから終わりまで概して同じであってもよいが、外径３０３の特定の寸法は限定されない。ある実施形態では、外側に延びるキャビティが同じ径を有し得るように内径を減少または増加させるために、セラミックステップインピーダンス共振器の端の上にキャップを配置してもよい。ある実施形態では、開示される内径は共振器の長さよりも短くてもよく、内径は両端において同様の径に移行してもよい。

図３Ａに示されるように、内径は、大内径３０２から始まり、小内径３０４に終わってもよい。これら２つの端の間で、内径３０４は１対の９０°の曲がり部３０６において径が減少してもよいが、この角度は限定されず、他の角度を用いてもよい。したがって、内径は、大径から小径への概して突然の移行を有してもよい。

移行は、図３Ａに示さるように内径の概して中央で起こり得るが、移行は他の場所に位置していてもよく、移行の場所は限定されない。ある実施形態では、内径の約５０％が大径であり、内径の約５０％が小径であってもよい。ある実施形態では、当該比率は９０／１０，８０／２０，７０／３０，６０／４０，４０／６０，３０／７０，２０／８０または１０／９０であってもよい。

図３Ｂは、大端３１２から小端３１４へと径が全体的にテーパ状に減少し得る内径の実施形態を示す。ある実施形態では、内径は共振器の内部に概して円錐形のキャビティを形成してもよい。示されるように、テーパ３１６は内径の長さに沿って延びてもよい。テーパは図３Ｂに示されるように概して直線状であってもよいし、または少なくとも部分的に湾曲していてもよい。

図３Ｃは、図３Ｂに示されるのと同様の内径の実施形態を示す。しかし、示されるように、テーパははるかに高い率で起こり、内径の長さにわたっていない。たとえば、大径部分３２２は内径へと部分的に下方に延びる。内径は次に、外向きに延びる小径部分３２４に達するまでテーパ状である３２６。ある実施形態では、テーパは小端または大端において始まって生じてもよく、ゆえに、１つのテーパ部分および１つの直線部分のみが存在してもよい。図３Ｂと図３Ｃとの間のすべてのテーパも用いることができ、テーパのサイズおよび勾配は限定されない。

図３Ｄは、概して階段構造を有し得る内径の実施形態を示す。示されるように、内径は、一連の漸進的な段３３６において最大径３３２から最小径３３４へと減少してもよい。ある実施形態では、段の代わりに一連の漸進的なテーパ部を使用してもよい。ある実施形態では、テーパおよび段の両方を使用して内径の径を減少させてもよい。段３３６はほぼ同じサイズであってもよいし異なるサイズであってもよい。ある実施形態では、段３３６はテーパ状であってもよいし角度が付いていてもよい。

ある実施形態では、共振器の短くなった端が開放端から切替えられてもよい。たとえば、小径は共振器のいずれの端にあってもよく、特定の構成に限定されない。短い開放端を切替えることによって、これは、周波数対長さに反対の影響を与えることができ、いくつかのさらなる有利な性質を提供することができる。

開示されるテーパ状の内径の実施形態は、セラミック共振器、およびしたがってセラミック無線周波数フィルタの小型化にとって有利であり得る。一般に、共振器の内径が大きいほど、共振器のインピーダンスは低い。低下したインピーダンスは、セラミックフィルタが信号からノイズをより効率的に除去可能となることを意味する。しかし、径が大きくなると共振器の共振が典型的に減少し、これはセラミックフィルタにとって不利であり得る。したがって、内径が小さくなると、セラミックフィルタの共振を向上させることができるが、上述のようにインピーダンスが増加する。さらに、共振器の少なくとも一部に小径を有することによって、これは小型化についての先行技術の許容問題のいくつかを回避することができる。

ゆえに、大径から小径への移行を有することによって、大径部の低インピーダンスを維持することができ、同時に小径ラインでの大きい共振を達成することができる。この効果は伝送線路理論に基づく。したがって、低インピーダンスおよび高共振を、セラミックステップインピーダンス共振器フィルタについて維持することができる。したがって、開示の実施形態は、高効率および高共振を有利に有し得る。先行技術の共振器では、２つの異なる性質のバランスを互いに取らなければならず、高共振および高効率共振器を達成することが困難である。

ある実施形態では、図２に示されるような従来の共振器と比較して、ステップインピーダンス共振器を用いる際に最小のＱ劣化が存在する。たとえば、Ｑ劣化は、従来の直線共振器と比較して約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、約１％、または０％未満であり得る。

ある実施形態では、ステップインピーダンス共振器を用いるセラミックフィルタの全設置面積は、図２に示されるような従来の共振器を用いるセラミックフィルタの全設置面積よりも約２０％から約３０％小さい。

ある実施形態では、ステップインピーダンス共振器フィルタは約１１万分の１〜１４万分の１インチの長さを有し得、これは従来の内径を用いる従来のフィルタの長さよりも大幅に小さい。ある実施形態では、セラミックステップインピーダンス共振器フィルタは、約１１万分の１〜１４万分の１インチ未満の長さを有し得る。

ある実施形態では、上述の内径は、０．０６２の外径に対して、約０．０５，０．１０，０．１５，０．２０または０．２５から約０．３５，０．４０，０．４５または０．５０インチに及び得るが、正確な寸法は限定されない。

ある実施形態では、ステップインピーダンス共振器は、約１００ＭＨＺから約２０ＧＨＺの共振を有し得る。ある実施形態では、共振器は、約３００ＭＨＺから約５ＧＨＺの共振を有し得る。ある実施形態では、ステップインピーダンス共振器は、約１００ＭＨＺ、３００ＭＨＺ、５００ＭＨＺ、１ＧＨＺ、５ＧＨＺ、１０ＧＨＺまたは２０ＧＨＺよりも大きい共振を有し得る。ステップインピーダンス共振器の共振は限定されない。

ある実施形態では、ステップインピーダンス共振器は２から２５パーセントの帯域幅を有し得る。ある実施形態では、ステップインピーダンス共振器は、２，５，１０，１５または２０パーセントよりも大きい帯域幅を有し得る。ある実施形態では、ステップインピーダンス共振器は、２５，２０，１５，１０または５パーセント未満の帯域幅を有し得る。

フィルタグループ分け
図４Ａ〜図４Ｃは、本明細書において説明される態様で配置される６個のセラミック同軸共振器（４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６）を有する例のセラミックＲＦフィルタ４００のさまざまな図を示す。特に、図４Ａ〜図４Ｃに示されるセラミックＲＦフィルタは、特にステップインピーダンス共振器を用いることによって先行技術において公知のフィルタからさらに小型化することができるため、ＰＣＢ上の空間を節約できる。図４Ａ〜図４Ｃは両端に同じサイズを有するキャビティを示しているが、セラミックステップインピーダンス抵抗器を使用することもでき、ゆえに、示されるキャビティは縮尺通りではない可能性があることが理解されるであろう。図４Ａは正面図を示し、図４Ｂは背面図を示し、図４Ｃは例のセラミックフィルタ４００の平面図を示す。本明細書において説明されるように、例のセラミックフィルタ４００に関連付けられる１つ以上の特徴を有するセラミックＲＦフィルタは、上述のステップインピーダンス共振器などの他の数のセラミック同軸共振器を含んでもよい。

６個の共振器（４０１〜４０６）は、ＰＣＢ基板４４２上に実装されて示されており、４５０，４５２，４５４，４５６，４５８として示されている結合スロット対を介してＲＦ結合されるように配置されている。６個の共振器はさらに、前端４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６および後端４２１，４２２，４２３，４２４，４２５，４２６を有して示されている。入力ＲＦ信号を提供するための入力タブ４３４が第１の共振器４０１の前端４１１に位置決めされて示されており、フィルタリングされたＲＦ信号を出力するための出力タブ４３６が第６の共振器４０６の前端４１６に位置決めされて示されている。入力タブ４３４はキャパシタ４３２に電気的に接続されており、キャパシタ４３２は次に入力コネクタ４３０に電気的に接続されている。同様に、出力タブ４３６はキャパシタ４３８に電気的に接続されており、キャパシタ４３８は次に出力コネクタ４４０に電気的に接続されている。

図４Ａおよび図４Ｂでは、共振器の金属化された端は陰影なしで示されており、金属化されていない端は陰影部として示されている。したがって、第１（４０１）、第３（４０３）、第４（４０４）および第６（４０６）の共振器に対応する前端４１１，４１３，４１４，４１６は金属化されておらず、第２（４０２）および第５（４０５）の共振器に対応する残りの前端４１２，４１５は金属化されている。第１（４０１）、第３（４０３）、第４（４０４）および第６（４０６）の共振器に対応する後端４２１，４２３，４２４，４２６は金属化されており、第２（４０２）および第５（４０５）の共振器に対応する残りの後端４２２，４２５は金属化されていない。したがって、６個の共振器の各々は４分の１波長共振器として動作可能である。上記の例の金属化された前端および後端の各々は接地接続されている。そのような接地接続は、図４Ａ〜図４Ｃにおいて接続部４６１，４６２，４６３，４６４，４６５，４６６によって示されている。しかし、他の構成を用いてもよく、一群の共振器の特定の構成は限定されない。

上記の例では、第１、第３、第４および第６の共振器は第１の向きにあり、それらの前端は入力および出力コネクタ（４３０，４４０）がある前側に面しており、第２および第５の共振器は第２の向きにあり、それらの後端は前側に面していることに留意すべきである。したがって、第２の共振器４０２は、第１および第３の共振器４０１，４０３の間で交互嵌合構成にある。同様に、第５の共振器４０５は、第４および第６の共振器４０４，４０６の間で交互嵌合している。サブグループの第３、第４および第５の共振器はすべて、櫛形構成にあるように、第１の向きにあることに留意すべきである。上記の例に基づいて、セラミックフィルタ４００内の共振器は、共振器の向きの選択的交互嵌合を有することがわかる。本明細書における説明のため、「完全な交互嵌合」構成では、すべての共振器が交互の向きにあることが理解されるであろう。さらに、本明細書において説明される「選択的交互嵌合」または単に「交互嵌合」は、共振器のいくつかの交互の向きを有する完全でない交互嵌合構成を含む。

図４Ａ〜図４Ｃの例に適用されるように、選択的交互嵌合によって、セラミックフィルタ４００の入力および出力の両方を、偶数の共振器を用いるセラミックフィルタ４００の共通の基準面（たとえば前側）で維持することができる。完全な交互嵌合構成では、偶数の共振器を用いると入力および出力が反対側に存在することになる。２つ（入力および出力）の一方を他方側に引回して両方が同じ側で接続可能であるようにすることは可能であるが、余分な接続長さが（たとえばインダクタンスを不必要に変化させることによって）セラミックフィルタの電気的性質に影響を与える可能性がある。

セラミックフィルタ種類
セラミックフィルタ種類は４つの大まかなカテゴリに分類することができるが、カテゴリ自体は限定されない。たとえば、フィルタは、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ、ローパスフィルタ、またはハイパスフィルタであり得る。上に詳細に記載された、開示されたステップインピーダンスフィルタの実施形態は、いずれのカテゴリのフィルタにも組込むことができ、いずれのカテゴリのフィルタにも有利な小型化を提供することができる。

バンドパスフィルタは、望ましくない周波数を除外しつつ所望の周波数帯域を選択的に得るために使用され得る。一般に、バンドパスフィルタは、一定範囲内の周波数を通過させ、当該範囲外の周波数を拒絶するか減衰させ得る。特に、バンドパスフィルタは無線送信機または受信機において使用され得る。送信機においては、バンドパスフィルタは、出力信号の帯域幅を送信用に割当てられた帯域に制限し得る。これによって他の局との干渉を減少させることができるため、送信信号の品質が向上する。受信機においては、バンドパスフィルタは、選択された周波数範囲内の信号を聞くことまたは復号することを可能にし得、この選択範囲外の信号の通過を防止し得る。ある実施形態では、バンドパスフィルタは、受信機の信号対雑音比および感度を最適化し得る。バンドパスフィルタは、使用信号のモードおよび速度を最適化しつつ、使用信号の数を最大にし、同時に信号間の干渉または競合を最小にし得る。

バンドストップフィルタは、ほとんどの周波数を変化させずに通過させるが特定の周波数範囲内の周波数を減衰させるという点で、バンドパスフィルタと概して反対である。これらは、たとえばフィードバックを減少させるために使用され得る。しかし、バンドストップフィルタはエレクトロニクス分野において典型的にあまり一般的ではない。

ローパスフィルタは、低周波数信号を通過させ、特定の遮断周波数よりも高い信号を減衰させるフィルタである。減衰および遮断周波数はローパスフィルタ内で調整され得る。ローパスフィルタは、電子回路、アナログ−デジタルコンバータ、デジタルフィルタなどの多数の製品に使用され得る。

ハイパスフィルタは、ローパスフィルタと概して反対である。ハイパスフィルタは、高周波数信号を通過させ、特定の遮断周波数よりも低い信号を減衰させる。減衰および遮断周波数はハイパスフィルタ内で調整され得る。ハイパスフィルタは、たとえば、回路素子からＤＣを阻止するために使用され得る。ハイパスフィルタとローパスフィルタとの組合せは、上述のようなバンドパスフィルタを形成し得る。

セラミックステップインピーダンスフィルタの用途
図５は、セラミックステップインピーダンス共振器フィルタの実施形態がセラミックフィルタ回路５００として実現され得ることを概略的に示す。そのようなセラミックフィルタ回路は、多数の製品、装置、および／またはシステムにおいて実現され得る。たとえば、図６は、ある実施形態において、パッケージ化された装置が、同じ側で入力および出力接続５１２，５１４に結合されて本明細書において説明される性能特徴を提供するように構成されるセラミックフィルタ回路５００を含み得ることを示す。そのようなパッケージ化された装置は専用のセラミックＲＦフィルタモジュールであってもよいし、またはいくつかの他の機能部品を含んでもよい。

図７は、ある実施形態において、セラミックフィルタ回路５００が無線装置５２０において実現され得ることを示す。そのような無線装置は、セラミックフィルタ回路と通信している（線５２６）アンテナ５２８を含み得る。無線装置５２０は、送信（Ｔｘ）および／または受信（Ｒｘ）機能を提供するように構成される回路５２２をさらに含み得る。Ｔｘ／Ｒｘ回路５２２は、セラミックフィルタ回路５００と通信している（線５２４）として示されている。

図８は、ある実施形態において、セラミックフィルタ回路５００がＲＦ装置５３０において実現され得ることを示す。そのような装置は、セラミックフィルタ回路に入力ＲＦ信号を提供する（線５３４）入力部品５３２と、セラミックフィルタ回路５００からフィルタリングされたＲＦ信号を受信する（線５３６）出力部品５３８とを含み得る。ＲＦ装置５３０は、図７の例などの無線装置、有線装置、またはそれらの何らかの組合せであってもよい。

ある実現例では、本明細書において説明される１つ以上のバンドパスフィルタリング特徴を有するセラミックＲＦフィルタは、システムおよび装置を含む多数の用途で利用され得る。そのような用途は、ケーブルテレビ（cable television：ＣＡＴＶ）、無線制御システム（wireless control system：ＷＣＳ）、マイクロ波配電システム（microwave distribution system：ＭＤＳ）、産業、科学および医療（industrial, scientific and medical：ＩＳＭ）、ＰＣＳ（個人通信サービス：personal communication service）などのセルラーシステム、デジタルセルラーシステム（digital cellular system：ＤＣＳ）、ユニバーサル移動体通信システム（universal mobile communications system：ＵＭＴＳ）、およびグローバル・ポジショニング・システム（global positioning system：ＧＰＳ）を含み得るがこれらに限定されない。

さらに、ある実施形態では、開示されるセラミックステップインピーダンス共振器フィルタは、ＲＦ装置とともに使用されてもよい。図９に示されるように、そのようなＲＦ装置は、ＲＦ信号の送信および／または受信を容易にするように構成されるアンテナ９１２を含み得る。そのような信号は、送受信機９１４によって生成および／または処理され得る。送信については、送受信機９１４は送信信号を生成し得、当該信号が電力増幅器（ＰＡ）によって増幅され、アンテナ９１２によって送信のためにフィルタリングされる（Ｔｘフィルタ）。受信については、アンテナ９１２から受信される信号が低雑音増幅器（ＬＮＡ）によってフィルタリングされ（Ｒｘフィルタ）増幅された後、送受信機９１４に伝えられ得る。ある実施形態では、図９に示されるセラミックフィルタは、本明細書において開示されるセラミックステップインピーダンス共振器フィルタの実施形態であってもよい。

ある実施形態では、セラミックステップインピーダンス共振器フィルタは、無線電気通信基地局などのＲＦ用途において実現され得る。そのような無線基地局は、ＲＦ信号の送信および／または受信を容易にするように構成される、図９を参照して説明した例などの、１つ以上のアンテナを含み得る。そのようなアンテナは、本明細書において説明される１つ以上のフィルタを有する回路または装置に結合され得る。ある実施形態では、基地局は送受信機、合成器、ＲＸフィルタ、ＴＸフィルタ、磁気アイソレータおよびアンテナを有し得る。磁気アイソレータは、単一チャネルＰＡおよびコネクタ付、一体型トリプレートまたはマイクロストリップドロップイン（single channel PA and connectorized, integrated triplate or microstrip drop-in）に組込まれ得る。

上記の説明から、ステップインピーダンス共振器を使用するセラミックフィルタについての発明品およびアプローチが開示されることが認識されるであろう。いくつかの部品、技術および局面をある程度の具体性をもって説明したが、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において上に記載した特定の設計、構成および方法論には多くの変更がなされ得ることが明らかである。

別個の実現例の文脈で本開示に記載された特定の特徴は、１つの実現例において組合せにより実現されることもできる。反対に、１つの実現例の文脈で説明されたさまざまな特徴は、複数の実現例において別個にまたは任意の好適な下位組合せにより実現されることもできる。さらに、特徴が特定の組合せにより作用するとして上に説明されていても、クレームされる組合せからの１つ以上の特徴は、場合によっては該組合せから排除されることができ、該組合せは、任意の下位組合せまたは任意の下位組合せのバリエーションとしてクレームされてもよい。

さらに、方法は、特定の順序で図面に図示されるまたは明細書に記載され得るが、これらの方法は、示された特定の順にまたは順次行なわれる必要はなく、所望の結果を得るためにすべての方法が行なわれる必要はない。図示されていないまたは記載されていない他の方法が、例示的な方法およびプロセスに組込まれ得る。たとえば、１つ以上の追加の方法が、記載される方法の任意の方法の前、後、同時、またはこれらの間で行なわれ得る。さらに、これらの方法は、他の実現例では構成し直されたり、順序付けし直されてもよい。さらに、上記の実現例におけるさまざまなシステム部品の分離は、すべての実現例においてこのような分離が必要であるとして理解されるべきではなく、記載される部品およびシステムは、一般的には、単一の製品とともに一体化されたり、複数の製品にパッケージ化され得ることが理解されるべきである。さらに、他の実現例が本開示の範囲内である。

「できる」、「し得る」、または「してもよい」などの条件的表現は、特に指定がない限り、または使用される文脈内でそれ以外に理解されない限り、一般的には、ある実施形態が、ある特徴、構成要素、および／またはステップを含むまたは含まないことを説明することを意図するものである。したがって、このような条件的表現は、一般的には、特徴、構成要素、および／またはステップが、何らかの形で１つ以上の実施形態に必要であることを暗示することを意図するものである。

「Ｘ、Ｙ、およびＺの少なくとも１つ」という文言などの接続的表現は、特に指定がない限り、項目、用語などがＸ、Ｙ、またはＺのいずれかであり得ることを一般的に説明するとして、使用される文脈内で理解される。そのため、このような接続的表現は、一般的に、ある実施形態が、Ｘの少なくとも１つ、Ｙの少なくとも１つ、およびＺの少なくとも１つの存在を必要とすることを暗示することを意図するものではない。

本明細書で使用される「およそ」、「約」、「一般的に」、および「実質的に」などの程度の表現は、望ましい機能を実施するまたは望ましい結果を達成する記載値、量、または特徴に近い値、量、または特徴を表す。たとえば、「およそ」、「約」、「一般的に」、および「実質的に」という用語は、記載量の１０％以下、５％以下、１％以下、０．１％以下、０．０１％以下の範囲内の量を指し得る。

いくつかの実施形態を添付の図面とともに説明してきた。図は縮尺どおりに描かれるが、このような縮尺は限定的であるべきではない。なぜなら、示されるもの以外の寸法および割合が想定され、開示される発明の範囲内であるためである。距離、角度などは例示に過ぎず、図示される装置の実際の寸法およびレイアウトに対する正確な関係を必ずしも持つものではない。部品は、追加、排除、および／または配置し直され得る。さらに、さまざまな実施形態に関する任意の特定の特徴、局面、方法、性質、特性、品質、属性、要素などの本発明の開示は、本明細書に記載されるすべての他の実施形態において使用され得る。さらに、本明細書に記載されるすべての方法は、記載されるステップを実施するのに好適な任意の装置を用いて実施され得ることが認識されるであろう。

数多くの実施形態およびそれらの変形例を詳細に説明してきたが、他の改良およびその使用方法が当業者には明らかとなるであろう。したがって、さまざまな用途、改良、材料、および置換が、本明細書の独自のかつ発明的な開示または請求項の範囲から逸脱することなく、均等物からなり得ることが理解されるべきである。

Claims (17)

1. セラミック無線周波数フィルタであって、
   プリント基板上に実装される複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器を備え、前記セラミック同軸ステップインピーダンス共振器の各々は、少なくとも一方が金属化されている２つの端と、前記２つの端の間に延びる長さと、前記長さに沿って概して一定の外径と、前記長さの少なくとも一部に沿って延び、内径を規定し、複数のテーパと少なくとも１つの階段ステップを通り、径が異なる第１および第２の端を有するキャビティとを有し、さらに、
   ＲＦ信号を入力するように構成される入力タブを備え、前記入力タブは、前記複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの第１の共振器に位置しており、さらに、
   フィルタリングされたＲＦ信号を出力するように構成される出力タブを備え、前記出力タブは、前記複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの前記第１の共振器から最も遠くに位置するセラミック同軸ステップインピーダンス共振器に位置している、セラミック無線周波数フィルタ。
2. 前記少なくとも１つの階段ステップは、複数の階段ステップである、請求項１に記載のセラミックフィルタ。
3. 前記少なくとも１つの階段ステップは、複数の階段ステップである、請求項１に記載のセラミックフィルタ。
4. 前記複数のテーパは、前記第１および第２の端の間の中間部にある、請求項１に記載のセラミックフィルタ。
5. 少なくとも１つの前記ステップインピーダンス共振器は、３００ＭＨＺから７ＧＨＺの範囲に収まる共振を有する、請求項１に記載のセラミックフィルタ。
6. 前記第１の端のインピーダンスは前記第２の端のインピーダンスよりも低い、請求項１に記載のセラミックフィルタ。
7. 前記複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの少なくとも１つは、直線状の内径を有する共振器のＱ値の１０％以内のＱ値を有する、請求項１に記載のセラミックフィルタ。
8. 無線周波数信号をフィルタリングするための方法であって、
   プリント基板上に実装される複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器を有するセラミックフィルタに無線周波数信号を入力することを備え、前記セラミック同軸ステップインピーダンス共振器の各々は、少なくとも一方が金属化されている２つの端と、前記２つの端の間に延びる長さと、前記長さに沿って概して一定の外径と、前記長さの少なくとも一部に沿って延び、内径を規定し、複数のテーパと少なくとも１つの階段ステップを通り、径が異なる第１および第２の端を有するキャビティとを有し、さらに、
   フィルタリングした前記無線周波数信号を出力することを備える、方法。
9. 前記少なくとも１つの階段ステップは、複数の階段ステップである、請求項８に記載の方法。
10. 無線周波数装置であって、
    セラミックフィルタを形成するプリント基板上に実装される複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器を備え、前記セラミック同軸ステップインピーダンス共振器の各々は、少なくとも一方が金属化されている２つの端と、前記２つの端の間に延びる長さと、前記長さに沿って概して一定の外径と、前記長さの少なくとも一部に沿って延び、内径を規定し、複数のテーパと少なくとも１つの階段ステップを通り、径が異なる第１および第２の端を有するキャビティとを有し、さらに、
    ＲＦ信号を入力するように構成される入力タブを備え、前記入力タブは、前記複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの第１の共振器に位置しており、さらに、
    フィルタリングされたＲＦ信号を出力するように構成される出力タブを備え、前記出力タブは、前記複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの前記第１の共振器から最も遠くに位置するセラミック同軸ステップインピーダンス共振器に位置している、無線周波数装置。
11. 前記少なくとも１つの階段ステップは、複数の階段ステップである、請求項１０に記載の装置。
12. 前記少なくとも１つの階段ステップは、前記第１および第２の端から概して等距離にある単一の階段特徴である、請求項１０に記載の装置。
13. 前記少なくとも１つの階段ステップは、前記第１および第２の端の間の複数の階段特徴である、請求項１０に記載の装置。
14. 前記複数のテーパは、前記第１および第２の端の間の中間部にある、請求項１０に記載の装置。
15. 前記複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器の少なくとも１つは、３００ＭＨＺから７ＧＨＺの範囲に収まる共振周波数を有する、請求項１０に記載の装置。
16. 前記第１の端のインピーダンスは前記第２の端のインピーダンスよりも低い、請求項１０に記載の装置。
17. 前記複数のセラミック同軸ステップインピーダンス共振器のうちの少なくとも１つは、直線状の内径を有する共振器のＱ値の１０％以内のＱ値を有する、請求項１０に記載の装置。

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