JP7326469B2

JP7326469B2 - バンドパスフィルタ

Info

Publication number: JP7326469B2
Application number: JP2021561355A
Authority: JP
Inventors: 覚詞淺井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2023-08-15
Anticipated expiration: 2040-11-19
Also published as: WO2021106731A1; JPWO2021106731A1; US20220416388A1

Description

本開示は、バンドパスフィルタに関する。

以前より、複数の誘電体共振器を組み合わせて構成されるバンドパスフィルタが知られている（例えば特開平１０－３０３６１８号公報を参照）。

複数の誘電体共振器を組み合わせたバンドパスフィルタは、小型化を図り、通過周波数帯を高く設定すると、インピーダンスの調整が困難になる場合があった。

（１）
本開示に係る一態様のバンドパスフィルタは、
電磁的に結合された複数の共振器を備えたバンドパスフィルタであって、
前記複数の共振器は、少なくとも１つが、前記バンドパスフィルタの外部から信号を入力又は外部へ信号を出力する特定共振器であり、
前記特定共振器は、
導体ピンと、
前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、
前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、
前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体と、
前記軸方向と交差する方向に延在しかつ前記導体ピンと前記第２周囲導体とを電気的に接続する中間導体と、
前記導体ピンから離間した位置で前記導体ピンの軸方向に延在し、前記中間導体と前記第２周囲導体とに接続する接続ピンと、
を有し、
前記中間導体は、前記接続ピンを介して前記第２周囲導体に電気的に接続されている。
（２）
本開示に係るもう一つの態様のバンドパスフィルタは、
電磁的に結合された複数の共振器を備えたバンドパスフィルタであって、
前記複数の共振器は、少なくとも１つが、前記バンドパスフィルタの外部から信号を入力又は外部へ信号を出力する特定共振器であり、
前記特定共振器は、
導体ピンと、
前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、
前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、
前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体と、
前記軸方向と交差する方向に延在しかつ前記導体ピンと前記第１周囲導体又は前記第２周囲導体とを電気的に接続する中間導体と、
を有し、
前記複数の共振器は、前記軸方向に並んだ第１組の一対の共振器と、前記軸方向に並んだ第２組の一対の共振器とを含み、
前記第１組の一対の共振器と前記第２組の一対の共振器とが前記軸方向に交差する方向に並び、
前記第１組の一対の共振器の両方が前記特定共振器であり、
前記第２組の一対の共振器の両方が、導体ピンと、前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体とを有し、前記中間導体を有さない、非特定共振器である。
（３）
本開示に係るもう一つの態様のバンドパスフィルタは、
電磁的に結合された複数の共振器を備えたバンドパスフィルタであって、
前記複数の共振器は、少なくとも１つが、前記バンドパスフィルタの外部から信号を入力又は外部へ信号を出力する特定共振器であり、
前記特定共振器は、
導体ピンと、
前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、
前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、
前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体と、
前記軸方向と交差する方向に延在しかつ前記導体ピンと前記第１周囲導体又は前記第２周囲導体とを電気的に接続する中間導体と、
を有し、
前記複数の共振器は、前記軸方向と交差する方向に並んだ第１組の一対の共振器と、前記軸方向と交差する方向に並んだ第２組の一対の共振器とを含み、
前記第１組の一対の共振器と前記第２組の一対の共振器とが前記軸方向に並び、
前記第１組の一対の共振器の両方が前記特定共振器であり、
前記第２組の一対の共振器の両方が、導体ピンと、前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体とを有し、前記中間導体を有さない、非特定共振器である。

本開示の実施形態１のバンドパスフィルタを示す斜視図である。図１のＡ－Ａ線における縦断面図である。実施形態１のバンドパスフィルタを示す平面図である。図２のＢ１－Ｂ１線における断面図である。図２のＢ２－Ｂ２線における断面図である。図２のＢ３－Ｂ３線における断面図である。実施形態１のバンドパスフィルタを示す裏面図である。本開示の実施形態２のバンドパスフィルタを示す縦断面図である。本開示の実施形態３のバンドパスフィルタを示す縦断面図である。本開示の実施形態４のバンドパスフィルタを示す平面図である。図７ＡのＣ－Ｃ線における縦断面図である。実施形態４のバンドパスフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。比較例のフィルタ特性を示すグラフである。変形例１のバンドパスフィルタを示す概要図である。変形例２のバンドパスフィルタを示す概要図である。

以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本開示の実施形態１のバンドパスフィルタを示す斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ線における縦断面図である。図３Ａは、実施形態１のバンドパスフィルの平面図、図３Ｂは図２のＢ１－Ｂ１線における断面図、図３Ｃは図２のＢ２－Ｂ２線における断面図、図４Ａは図２のＢ３－Ｂ３線における断面図、図４Ｂは実施形態１のバンドパスフィルタの裏面図である。以下、バンドパスフィルタ１の導体ピン１１、３１の軸方向を高さ方向、軸方向に垂直な方向を横方向として説明する。明細書で示された高さ方向及び横方向は使用時における高さ方向及び横方向と一致しなくてもよい。

実施形態１のバンドパスフィルタ１は、電磁的に結合された第１共振器１０及び第２共振器３０を備える。第１共振器１０と第２共振器３０とは、高さ方向に並んでいる。第１共振器１０と第２共振器３０とは一体的に形成されていてもよい。第２共振器３０は、フィルタに通す信号を外部から入力する入力共振器である。第１共振器１０は、バンドパスフィルタ１を通過した信号を外部へ出力する出力共振器である。第１共振器１０と第２共振器３０とは、第２周囲導体２１の開口部２１ｈを介して電磁界が伝わることで電磁的に結合されている。第１共振器１０及び第２共振器３０は、本開示に係る特定共振器の一例に相当する。

第１共振器１０は、導体ピン１１と、導体ピン１１を径方向から囲う第１周囲導体１２と、導体ピン１１と第１周囲導体１２との間に位置する誘電体１３と、誘電体１３を上下から囲う第２周囲導体１４、２１と、導体ピン１１から第１周囲導体１２まで延在する第１中間導体１５とを備える。誘電体１３は、第１周囲導体１２に囲まれた領域を占める。誘電体１３は、第１周囲導体１２よりも外方の領域まで延在していてもよい。第１中間導体１５は、本開示に係る中間導体の一例に相当する。

導体ピン１１は、高さ方向に長く、一端部は第２周囲導体１４の高さまで延在し、もう一方の一端部１１ｔは第２周囲導体２１から離間した高さまで延在する。導体ピン１１の一端部は第２周囲導体１４の開口部１４ｈに位置し、外部に露出するか、あるいは、開口部１４ｈに露出した接続パッド１１ｐに接続される。導体ピン１１の一端部及び接続パッド１１ｐは、開口部１４ｈの内周よりも内方に位置し、第２周囲導体１４とは接触しない。導体ピン１１は、開口部１４ｈを介して外部の信号線に接続され、バンドパスフィルタ１を通過した信号を出力する。導体ピン１１は、誘電体１３のビアホールに導体が充填されて形成されてもよく、出力ビアと呼んでもよい。

第１周囲導体１２は、複数のピン状の導体１２ａを有し、複数の導体１２ａが間隔を開けて配列される。複数の導体１２ａの配列は、円筒に沿った配列であってもよいし、高さ方向からみて矩形や多角形状の配列など、導体ピン１１を径方向から囲う様々な配列が適用されてもよい。第１周囲導体１２の高さ方向の一端は、上方の第２周囲導体１４に接続され、他端は下方の第２周囲導体２１に接続される。第１周囲導体１２を構成するピン状の導体１２ａの間隔は、共振周波数の電磁波の漏れが抑制される間隔に設定される。第１周囲導体１２は、第２周囲導体１４、２１を介して接地されていてもよい。各ピン状の導体１２ａは、誘電体１３のビアホールに導体が充填されて形成されてもよい。なお、第１周囲導体１２は、導体ピン１１を囲う筒状の導体壁としてもよい。

第２周囲導体１４、２１は、横方向に二次元的な広がりを有する面状又は膜状の導体であり、第１周囲導体１２が囲う領域を含んだ範囲において、誘電体１３を上下から挟み込む。一方の第２周囲導体１４は、導体ピン１１の一端又は接続パッド１１ｐを外部に露出する開口部１４ｈを有する。他方の第２周囲導体２１は、電磁界を第２共振器３０から伝達する開口部２１ｈを有する。第２周囲導体１４、２１は接地されてもよく、接地導体と呼んでもよい。

第１中間導体１５は、一方向に長い線状又は帯状の導体であり、導体ピン１１の誘電体１３中の一端部１１ｔから横方向に延在し、導体ピン１１の一端部１１ｔと第１周囲導体１２の一部（例えば１つのピン状の導体１２ａ）とを電気的に接続する。第１中間導体１５は、上方から見て、直線に沿って延在する形状であっても良いし、曲がった線に沿って延在する形状であっても良い。曲がった線は蛇行する線であっても良いし、角部が含まれていてもよい。さらに、第１中間導体１５は、横方向から見て、水平方向に延在する形状としてもよいし、斜めに延在する形状部を含んでもよいなど、高さ方向に交差する方向に延在いていればよい。

第２共振器３０は、導体ピン３１と、導体ピン３１を径方向から囲う第１周囲導体３２と、導体ピン３１と第１周囲導体３２との間に位置する誘電体３３と、誘電体３３を上下から囲う第２周囲導体２１、３４と、導体ピン３１から第１周囲導体３２まで延在する第２中間導体３５とを備える。一方の第２周囲導体２１は、第１共振器１０の第２周囲導体２１と共通の導体であってもよい。第２中間導体３５は、本開示に係る中間導体の一例に相当する。

導体ピン３１は、高さ方向に長く、一端部は第２周囲導体３４の高さまで延在し、もう一方の一端部３１ｔは第２周囲導体２１から離間した高さまで延在する。導体ピン３１の一端部は第２周囲導体３４の開口部３４ｈに露出するか、あるいは、開口部３４ｈに露出した接続パッド３１ｐに接続される。導体ピン３１の一端部及び接続パッド３１ｐは、開口部３４ｈの内周より内方に位置し、第２周囲導体３４とは接触しない。導体ピン３１は、開口部３４ｈを介して外部の信号線からバンドパスフィルタ１に通す信号を入力する。導体ピン３１は、誘電体３３のビアホールに導体が充填されて形成されてもよく、入力ビアと呼んでもよい。

誘電体３３は、開口部２１ｈを介して第１共振器１０の誘電体１３と連続し、第１共振器１０の誘電体１３と一体的な構成であってもよい。誘電体３３は、第１周囲導体３２に囲まれた内方の領域を占める。誘電体３３は、第１周囲導体３２よりも外方の領域まで延在していてもよい。

第１周囲導体３２は、第２周囲導体３４、２１の間に配置される以外は、第１共振器１０の第１周囲導体１２と同様に構成される。第２周囲導体３４、２１は、上下が反転している以外は、第１共振器１０の第２周囲導体１４、２１と同様に構成される。

第２中間導体３５は、一方向に長い線状又は帯状の導体であり、導体ピン３１の一端部３１ｔから横方向に延在し、導体ピン３１の一端部３１ｔと第１周囲導体３２の一部（例えば１つのピン状の導体３２ａ）とを電気的に接続する。第２中間導体３５は、上方から見て、直線に沿って延在する形状であっても良いし、曲がった線に沿った形状であっても良い。曲がった線は蛇行する線であっても良いし、角部が含まれていてもよい。さらに、第２中間導体３５は、横方向から見て、水平方向に延在する形状としてもよいし、斜めに延在する形状部を含んでもよい。第２中間導体３５は、第１中間導体１５と対称な形状としてもよいし、別の形状としてもよい。第２中間導体３５は、第１中間導体１５と対称に配置されてもよいし、非対称に配置されてもよい。

＜動作説明＞
第１共振器１０は、第１周囲導体１２及び第２周囲導体１４、２１に囲まれた誘電体１３に電磁エネルギーが閉じ込められることにより共振する。電磁界分布は、第１周囲導体１２及び導体ピン１１の配置に基づく境界条件と、導体間及び誘電体１３に付随される容量成分及びインダクタンス成分と、から決定される振動周波数及び振動モードで振動する。

第１共振器１０においては、導体ピン１１とその周囲の誘電体１３とからインダクタンス成分が形成され、導体ピン１１と第１周囲導体１２との間に容量成分が形成される。加えて、第１共振器１０は、導体ピン１１の一端部１１ｔが第２周囲導体２１から離間し、第１中間導体１５と第２周囲導体２１とが対向配置されることで、導体ピン１１の一端部１１ｔと第２周囲導体２１との間、並びに、第１中間導体１５と第２周囲導体２１との間に、容量成分が形成される。さらに、第１中間導体１５には導体ピン１１から第１周囲導体１２へ電流が流れるため、第１中間導体１５にはインダクタンス成分が形成される。

第１共振器１０を小型化し高い共振周波数を割り当てると、導体ピン１１と第１周囲導体１２との間隔が縮まるため、この間の容量成分が増す。容量成分だけ増すと、第１共振器１０を所定のインピーダンスに整合することが難しくなる。しかしながら、実施形態１の第１共振器１０においては、第１中間導体１５にインダクタンス成分が付加されるので、第１中間導体１５の経路及び長さを変えることにより、第１中間導体１５に付加されるインダクタンス成分の大きさを変更できる。したがって、第１共振器１０が有する容量成分に合わせて、第１中間導体１５を適宜設計することでインダクタンス成分を調整することができる。

第１共振器１０においては、第１中間導体１５が適宜に設計され、第１中間導体１５に調整されたインダクタンス成分が付加されることで、第１共振器１０が小さいサイズで、所定の高周波帯域の共振特性を有しつつ、第１共振器１０のインピーダンス整合が実現される。

第２共振器３０においても、第１共振器１０と同様であり、第２中間導体３５の適宜な設計により、調整されたインダクタンス成分が付加されることで、小さいサイズで、所定の高周波帯域の共振特性を有しつつ、所定のインピーダンス整合が実現される。

バンドパスフィルタ１の使用時、第２共振器３０の導体ピン３１に信号が入力されると、入力信号のうち第２共振器３０及び第１共振器１０で共振する周波数成分が共振し、第２共振器３０から第１共振器１０へ伝わる。そして、共振した周波数成分の信号が、第１共振器１０の導体ピン１１を介して外部へ出力される。一方、入力信号のうち、共振周波数と異なる周波数成分は、第２共振器３０及び第１共振器１０を通過中に減衰される。したがって、バンドパスフィルタ１を介して共振周波数帯の信号成分を抽出することができる。

さらに、第１共振器１０及び第２共振器３０のインピーダンスは、外部の信号線と適宜整合されている。したがって、共振周波数の信号が、外部から第２共振器３０、第２共振器３０から第１共振器１０、並びに、第１共振器１０から外部へ通過する際、信号の反射が抑制される。よって、バンドパスフィルタ１の高い透過率が実現される。

以上のように、実施形態１のバンドパスフィルタ１によれば、第１共振器１０及び第２共振器３０が、導体ピン１１、３１から横方向に延在しかつ第１周囲導体１２、３２に接続される第１中間導体１５及び第２中間導体３５をそれぞれ備える。そして、第１中間導体１５及び第２中間導体３５により第１共振器１０と第２共振器３０とに容量成分に加えてインダクタンス成分を付加できる。さらに、第１中間導体１５及び第２中間導体３５の設計変更により、上記の容量成分とインダクタンス成分とを互いに異なる変化割合で調整できる。したがって、第１共振器１０及び第２共振器３０のインピーダンスの設計自由度が向上する。よって、第１中間導体１５及び第２中間導体３５の適宜な設計により、例えば小型化され、所定の高周波帯の通過特性を有しつつ、所定のインピーダンスに整合されたバンドパスフィルタ１を実現できる。

さらに、実施形態１のバンドパスフィルタ１によれば、導体ピン１１、３１の端部が第２周囲導体２１から離間している。したがって、導体ピン１１、３１に流れる電流は、第１中間導体１５及び第２中間導体３５に流れることになって、第１中間導体１５及び第２中間導体３５のインダクタンス成分をより大きくすることができる。

さらに、実施形態１のバンドパスフィルタ１によれば、導体ピン１１、３１の一端部１１ｔ、３１ｔが第１中間導体１５及び第２中間導体３５にそれぞれ接続されている。ここで、第１中間導体１５及び第２中間導体３５の配置を或る高さに固定した複数の設計パターンを想定する。これらの複数の設計パターンを比較した場合、導体ピン１１、３１の一端部１１ｔ、３１ｔが第１中間導体１５及び第２中間導体３５に接続されている実施形態１の構成により、導体ピン１１、３１と第２周囲導体２１との間の距離が最大となる。すなわち、導体ピン１１、３１の一端部１１ｔ、３１ｔが第１中間導体１５及び第２中間導体３５よりも第２周囲導体２１の方へ突出した設計パターンでは、突出していない実施形態１の設計パターンよりも、導体ピン１１、３１と第２周囲導体２１との距離が縮まる。したがって、実施形態１の構成が採用されることで、導体ピン１１、３１の一端部１１ｔ、３１ｔと第２周囲導体２１との距離を長くすることができ、これらの間に生じる容量成分を小さくできる。したがって、第１共振器１０又は第２共振器３０の総合的な容量成分に対するインダクタンス成分の割合を高めることができる。また、導体ピン１１、３１の一端部１１ｔ、３１ｔが第１中間導体１５及び第２中間導体３５にそれぞれ接続されている構成によれば、導体ピン１１の一端部１１ｔと第１中間導体１５の高さが一致し、導体ピン３１の一端部３１ｔと第２中間導体３５の高さが一致するので、各層の導体を積層してバンドパスフィルタ１を製造する際に、製造工程の簡素化を図ることができる。具体的には、第１中間導体１５の下面から導体ピン１１を突出させるための貫通導体、並びに、第２中間導体３５の上面から導体ピン３１を突出させるための貫通導体を設ける工程を省くことができる。さらに、導体ピン１１、３１の一端部１１ｔ、３１ｔが第１中間導体１５及び第２中間導体３５にそれぞれ接続されている構成によれば、第２周囲導体２１と導体ピン１１、３１との間の容量成分が、第１中間導体１５及び第２中間導体３５の面積で決まり、導体ピン１１、３１の一端部１１ｔ、３１ｔとの間の容量成分を別に調整する必要がないので、共振周波数及びインピーダンスを調整する設計が容易になる。

さらに、実施形態１のバンドパスフィルタ１によれば、第１共振器１０と第２共振器３０とが高さ方向に積層されているので、高さ方向から見たときのバンドパスフィルタ１の表面面積の削減を図ることができる。さらに、第１共振器１０と第２共振器３０とが高さ方向に積層されているので、高さ方向の一方から第２共振器３０に信号を入力し、高さ方向のもう一方から信号を出力できる。したがって、アンテナ素子と、バンドパスフィルタ１と、周波数抽出された信号を処理する回路基板とが、この順に積層された通信装置において、アンテナ素子とバンドパスフィルタ１との間の信号線、並びに、バンドパスフィルタ１と回路基板との間の信号線の単純化及び短縮化を図れる。

（実施形態２）
図５は、本開示の実施形態２に係るバンドパスフィルタを示す縦断面図である。実施形態２のバンドパスフィルタ１Ａは、第１中間導体１５Ａ及び第２中間導体３５Ａの配置が異なる他は、実施形態１のバンドパスフィルタ１と同様である。第１中間導体１５Ａ及び第２中間導体３５Ａは、本開示に係る中間導体の一例に相当する。

第１中間導体１５Ａは、導体ピン１１の高さ方向の途中の部位と、第１周囲導体１２のピン状の導体１２ａとを接続するように横方向に延在する。同様に、第２中間導体３５Ａは、導体ピン３１の高さ方向の途中の部位と、第１周囲導体３２のピン状の導体３２ａとを接続するように横方向に延在する。

実施形態２に係るバンドパスフィルタ１Ａによれば、第１共振器１０Ａにおいて、導体ピン１１の長さと第１中間導体１５Ａの高さ方向の配置とを、互いに独立した設計パラメータとすることができる。したがって、導体ピン１１の長さを変えることで、導体ピン１１の一端部１１ｔと第２周囲導体２１との間の容量成分を設計変更でき、第１中間導体１５Ａの配置を変えることで、第１中間導体１５Ａに付加される容量成分及びインダクタンス成分を設計変更できる。したがって、上記の構成により、第１共振器１０Ａの総合的な容量成分とインダクタンス成分との設計自由度がより向上し、小型化及び所望の周波数特性と、インピーダンス整合とをより容易に実現できる。第２共振器３０Ａについても同様であり、その結果、バンドパスフィルタ１Ａの小型化及び所望の周波数特性と、インピーダンスの整合とをより容易に実現できる。

（実施形態３）
図６は、本開示の実施形態３に係るバンドパスフィルタを示す縦断面図である。実施形態３のバンドパスフィルタ１Ｂは、接続ピン１６Ｂ、３６Ｂが追加されている点と、第１中間導体１５Ｂ及び第２中間導体３５Ｂの接続先とが異なる他、実施形態１又は実施形態２のバンドパスフィルタ１、１Ａと同様である。第１中間導体１５Ｂ及び第２中間導体３５Ｂは、本開示に係る中間導体の一例に相当する。

第１共振器１０Ｂにおいて、第１中間導体１５Ｂの一端は導体ピン１１に接続される一方、第１中間導体１５Ｂの他端は接続ピン１６Ｂを介して第２周囲導体１４に接続される。すなわち、第１中間導体１５Ｂの他端は、第１周囲導体１２から離間されている。接続ピン１６Ｂは、高さ方向に延在するピン状の導体であり、導体ピン１１から横方向に離れて位置する。接続ピン１６Ｂは、その一端部が第１中間導体１５Ｂと同一の高さに位置する構成であってもよい。

第２共振器３０Ｂにおいて、第２中間導体３５Ｂの一端が導体ピン３１に接続される一方、第２中間導体３５Ｂの他端は接続ピン３６Ｂを介して第２周囲導体３４に接続される。すなわち、第２中間導体３５Ｂの他端は、第１周囲導体３２から離間されている。接続ピン３６Ｂは、高さ方向に延在するピン状の導体であり、導体ピン３１から横方向に離れて位置する。接続ピン３６Ｂは、その一端部が第２中間導体３５Ｂと同一の高さに位置する構成であってもよい。

接続ピン１６Ｂ、３６Ｂは、誘電体１３、３３のビアホールに導体が充填されて形成されてもよく、接続ビアと呼んでもよい。

なお、図６では、第１中間導体１５Ｂは、導体ピン１１の長さ方向の途中に接続されているが、導体ピン１１の一端部１１ｔに接続されてもよい。また、図６では、接続ピン１６Ｂは、上方の第２周囲導体１４に接続されているが、接続ピン１６Ｂは、下方の第２周囲導体２１に接続され、上方の第２周囲導体１４から離間されていてもよい。第２共振器３０Ｂの第２中間導体３５Ｂと接続ピン３６Ｂについても同様である。

実施形態３のバンドパスフィルタ１Ｂによれば、第１中間導体１５Ｂ及び第２中間導体３５Ｂの終端位置の設計自由度が向上し、例えば実施形態１、２の構成と比べて、第１中間導体１５Ｂ及び第２中間導体３５Ｂを短くすることもできる。第１中間導体１５Ｂ及び第２中間導体３５Ｂが接続ピン１６Ｂ、３６Ｂを介して第２周囲導体１４、３４に接続される構成としても、第１中間導体１５Ｂ及び第２中間導体３５Ｂにインダクタンス成分が付加され、インピーダンス整合に寄与できる。

（実施形態４）
図７Ａは、本開示の実施形態４のバンドパスフィルタを示す平面図である。図７Ｂは、図７ＡのＣ－Ｃ線における縦断面図である。

実施形態４のバンドパスフィルタ１Ｃは、電磁的に結合された４つの共振器１０Ｃ、３０Ｃ、５０、７０を備える。横方向に隣接する２つの共振器３０Ｃ、７０は、誘電体３３、７３が連続することで電磁的に結合され、上下に隣接する２つの共振器７０、５０は間に位置する第２周囲導体６１の開口部６１ｈを介して誘電体７３、５３が連続することで電磁的に結合されている。さらに、横方向に隣接するもう一方の２つの共振器５０、１０Ｃは、誘電体５３、１３が連続することで電磁的に結合されている。横方向に隣接する共振器３０Ｃ、７０の電磁的な結合は、第１周囲導体３２により囲まれる範囲と、第１周囲導体７２により囲まれる範囲とが、一部重なり、重なった範囲に配置されたピン状の導体３２ａ、７２ａが共振周波数の電磁界を通す間隔に離間していることで実現されてもよい。共振器５０、１０Ｃの電磁的な結合も同様である。バンドパスフィルタ１Ｃにおいて、共振器１０Ｃ、３０Ｃが本開示に係る「軸方向に並んだ第１組の一対の共振器」並びに「特定共振器」の一例に相当し、共振器５０、７０が本開示に係る「軸方向に並んだ第２組の一対の共振器」並びに「非特定共振器」の一例に相当する。

共振器１０Ｃ、３０Ｃは、両者の間の第２周囲導体２１に開口部が無く、第１周囲導体１２、３２のピン状の導体１２ａ、３２ａの一部に上記間隔に開いた部分が含まれる他は、実施形態１の第１共振器１０及び第２共振器３０と同様である。

共振器５０は、導体ピン５１と、導体ピン５１を径方向から囲う第１周囲導体５２と、導体ピン５１と第１周囲導体５２との間を占める誘電体５３と、誘電体５３を上方と下方とから囲う第２周囲導体５４、６１とを備える。

共振器７０は、導体ピン７１と、導体ピン７１を径方向から囲う第１周囲導体７２と、導体ピン７１と第１周囲導体７２との間を占める誘電体７３と、誘電体７３を上方と下方とから囲う第２周囲導体７４、６１とを備える。

複数の共振器１０Ｃ、３０Ｃ、５０、７０において、誘電体５３、７３、１３、３３は連続した一体的な構成であってもよい。横方向に隣接しかつ高さが一致する第２周囲導体１４、５４は、一体的に構成された導体であってもよい。横方向に隣接する他の第２周囲導体２１、６１、並びに、第２周囲導体３４、７４についても同様である。

導体ピン５１、７１は、高さ方向に延在し、一端が一方の第２周囲導体５４、７４に接続され、他端がもう一方の第２周囲導体６１から離間する。なお、導体ピン５１は、上下両方の第２周囲導体５４、６１に接続されてもよく、逆に上方の第２周囲導体５４から離間し、下方の第２周囲導体６１に接続されてもよい。導体ピン７１は、上下両方の第２周囲導体７４、６１に接続されてもよく、逆に上方の第２周囲導体６１に接続され、下方の第２周囲導体７４から離間してもよい。

第１周囲導体５２、７２は、共振器１０Ｃ、３０Ｃが対向する部分において導体５２ａ、７２ａの間隔が他の部分よりも開いているほか、実施形態１の第１周囲導体１２、３２と同様の構成を有する。第２周囲導体５４、７４は、開口部１４ｈ、３４ｈが無く、導体ピン５１、７１の一端が接続されていることの他は、実施形態１の第２周囲導体１４、３４と同様の構成を有する。第２周囲導体６１は、実施形態１の第２周囲導体２１と同様の構成を有する。

実施形態４のバンドパスフィルタ１Ｃにおいて、共振器３０Ｃは信号が入力される入力共振器に相当し、共振器１０Ｃは信号が出力される出力共振器に相当する。信号が入力又は出力される一対の共振器３０Ｃ、１０Ｃは、第１中間導体１５及び第２中間導体３５を有し、高さ方向に並んでもよい。信号が途中通過する一対の共振器５０、７０は、導体ピン５１、７１から横方向に延在する中間導体を有さず、高さ方向に並んでもよい。共振器１０Ｃ、３０Ｃを高さ方向から見た面積（第１周囲導体１２、３２により囲まれる領域の面積）と、共振器５０、７０を高さ方向から見た面積（第１周囲導体５２、７２により囲まれる領域の面積）とは、異なってもよい。

実施形態４のバンドパスフィルタ１Ｃにおいては、信号線を介して共振器３０Ｃに入力された信号のうち、共振周波数帯の信号は、各共振器３０Ｃ、７０、５０、１０Ｃに共振しつつ伝わり、信号線が接続される出力側の共振器１０Ｃから出力される。一方、共振周波数帯から外れた信号は、各共振器３０Ｃ、７０、５０、１０Ｃで減衰される。したがって、バンドパスフィルタ１Ｃを介して共振周波数帯の信号成分を抽出できる。なお、共振器１０Ｃ、３０Ｃの間の第２周囲導体２１は開口部を有してもよく、その場合、共振器３０Ｃに入力された信号の一部は、共振器３０Ｃから直接に共振器１０Ｃへ伝搬し、外部へ出力される。

実施形態４のバンドパスフィルタ１Ｃによれば、複数の共振器３０Ｃ、７０、５０、１０Ｃの共振ピークの周波数を適宜異なる値に設定することで、例えば、信号の通過帯域を所定幅に広げつつ、通過帯域の境において透過率が急峻に低下する特性など、所望のフィルタ特性を容易に実現できる。

さらに、実施形態４のバンドパスフィルタ１Ｃによれば、入力共振器及び出力共振器に相当する共振器１０Ｃ、３０Ｃが第１中間導体１５及び第２中間導体３５を有する構成であることで、信号の入力線及び出力線とのインピーダンス整合を図ることができ、フィルタ特性を向上できる。

さらに、実施形態４のバンドパスフィルタ１Ｃによれば、第１中間導体１５を有する共振器１０Ｃと第２中間導体３５を有する共振器３０Ｃとが高さ方向に並び、導体ピン５１、７１から横方向に延在する中間導体を有さない共振器５０、７０とが高さ方向に並ぶ。このような配置により、４つの共振器全てを横方向に並べた構成と比較して、バンドパスフィルタ１Ｃを高さ方向から見たときの表面面積を削減できる。さらに、入力共振器である共振器１０Ｃと出力共振器である共振器３０Ｃとが、上下に配置されているので、アンテナ素子と、バンドパスフィルタ１Ｃと、周波数抽出された信号を処理する回路基板とを積層して通信装置を構成した場合に、これらの間の信号線の単純化及び短縮化を図れる。

＜シミュレーション結果＞
図８Ａは、実施形態４のバンドパスフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。図８Ｂは、比較例のフィルタ特性を示すグラフである。比較例のバンドパスフィルタは、実施形態４の共振器１０Ｃ、３０Ｃ、５０、７０と同一のサイズで、第１中間導体１５及び第２中間導体３５を有さない構造が採用され、さらに、所望の周波数特性と所望のインピーダンスに最も近づくように、設計パラメータ（導体ピン１１、３１、５１、７１の長さ）が最適化された構成である。シミュレーションでは、単純化のため第１周囲導体１２、３２、５２、７２を円筒壁体として計算を行った。

図８Ａに示すように、実施形態４のバンドパスフィルタ１Ｃでは、通過周波数帯において一律な透過率が得られたのに対して、図８Ｂに示すように、比較例のバンドパスフィルタでは、通過周波数帯にリップルＲが生じた。リップルＲは、比較例のバンドパスフィルタにおいてインピーダンスの不整合に起因して生じている。

シミュレーション結果から、バンドパスフィルタを小型化し所望の高周波帯域に通過周波数を設定した場合、比較例の構造ではインピーダンス整合できなくても、実施形態の構造を採用することで、インピーダンスを整合し、良好なフィルタ特性が得られることが分かる。

（変形例１）
図９は、変形例１のバンドパスフィルタを示す概要図である。図９において信号が伝搬する共振器の順番を一点鎖線で示す。

前述した実施形態１～４では、信号を出力する第１共振器１０、１０Ａ、１０Ｂと、信号を入力する第２共振器３０、３０Ａ、３０Ｂとが、上下方向（導体ピンの軸方向）に並んだ構成を示した。しかしながら、変形例１のバンドパスフィルタ１Ｄに示すように、信号を出力する第１共振器１０Ｄと、信号を入力する第２共振器３０Ｄとが横方向（軸方向と交差する方向）に並んだ構成が採用されてもよい。図９の第１共振器１０Ｄと第２共振器３０Ｄは、図１～図６に示した第１共振器１０、１０Ａ～１０Ｂと第２共振器３０、３０Ａ～３０Ｂと同様に構成される。ただし、上下に配置される第２周囲導体２１の開口部２１ｈは設けられず、図７の横方向に並んだ共振器１０Ｃ、５０のように第１周囲導体の一部の間隔が大きくされ、この間隔を介して第１共振器１０Ｄと第２共振器３０Ｄの電磁的な結合が実現される。

変形例１のバンドパスフィルタ１Ｄにおいては、信号の入力部（接続パッド３１ｐ又は導体ピン３１の端部）と、信号の出力部（接続パッド１１ｐ又は導体ピン１１の端部）とが、同一側（バンドパスフィルタ１Ｄの下面側）に配置される。

変形例１のバンドパスフィルタ１Ｄによれば、第１共振器１０Ｄと第２共振器３０Ｄとの並び方により素子の低背化を図ることができる。さらに、信号の入力部と出力部とが同一側にあるので、表面実装型の素子を実現できる。

なお、図９の第１共振器１０Ｄを上下反対に配置し、信号の入力部と信号の出力部とを互いに反対の面に配置してもよい。このような構成により、信号が一方向に入力されかつ同一方向に出力される構成と、入力部と出力部との配置を横方向にずらす構成とを実現できる。

（変形例２）
図１０は、変形例２のバンドパスフィルタを示す概要図である。図１０において信号が伝搬する共振器の順番を一点鎖線で示す。

変形例２のバンドパスフィルタ１Ｅは、電磁的に結合された４つの共振器１０Ｅ、３０Ｅ、５０Ｅ、７０Ｅを備える。共振器３０Ｅは信号を入力し、共振器１０Ｅは信号を出力し、共振器５０Ｅ、７０Ｅは、バンドパスフィルタ１Ｅ内で信号を伝搬する。共振器１０Ｅ、３０Ｅ、５０Ｅ、７０Ｅは、実施形態４の共振器１０Ｃ、３０Ｃ、５０、７０と、同様に構成される。ただし、隣接する共振器と電磁的に結合するための構成は異なる。

信号を入力する共振器３０Ｅと信号を出力する共振器１０Ｅは、横方向（導体ピンの軸方向と交差する方向）に並ぶ。バンドパスフィルタ１Ｅ内で信号を伝搬する２つの共振器５０Ｅ、７０Ｅは、横方向（導体ピンの軸方向と交差する方向）に並ぶ。さらに、共振器１０Ｅ、５０Ｅは上下方向（導体ピンの軸方向）に並び、共振器３０Ｅ、７０Ｅは上下方向（導体ピンの軸方向）に並ぶ。信号の入力部（接続パッド３１ｐ又は導体ピン３１の端部）と、信号の出力部（接続パッド１１ｐ又は導体ピン１１の端部）とは、同一側（バンドパスフィルタ１Ｅの下面側）に配置される。

上下に並んだ２つの共振器３０Ｅ、７０Ｅの間には、開口部９１ｈを介して誘電体が連続することで、共振器３０Ｅから共振器７０Ｅへ信号が伝搬する。もう一組の２つの共振器５０Ｅ、１０Ｅの間には、開口部８１ｈを介して誘電体が連続することで、共振器５０Ｅから共振器１０Ｅへ信号が伝搬する。横方向に並んだ２つの共振器５０Ｅ、７０Ｅは、図７の共振器１０Ｃ、５０のように第１周囲導体の一部の間隔が大きく設定されて、この間隔を介して信号が伝搬する。同様に、横方向に並んだ信号を入出力する２つの共振器１０Ｅ、３０Ｅについても第１周囲導体の一部の間隔が大きく設定されて、この間隔を介して信号が伝搬する構成としてもよい。この場合、一点鎖線に示す伝搬経路に加えて、破線に示す伝搬経路でも、信号が伝搬する。

バンドパスフィルタ１Ｅにおいて、共振器１０Ｅ、３０Ｅが本開示に係る「軸方向と交差する方向に並んだ第１組の一対の共振器」並びに「特定共振器」の一例に相当し、共振器５０Ｅ、７０Ｅが本開示に係る「軸方向と交差する方向に並んだ第２組の一対の共振器」並びに「非特定共振器」の一例に相当する。

変形例２のバンドパスフィルタ１Ｅによれば、３つ以上の共振器に信号を伝搬させることで、例えば、信号の通過帯域を所定幅に広げつつ、通過帯域の境において透過率が急峻に低下する特性など、所望のフィルタ特性を容易に実現できる。上述した４つの共振器１０Ｅ、３０Ｅ、５０Ｅ、７０Ｅの配置により、４つの共振器全てを横方向に並べた構成と比較して、バンドパスフィルタ１Ｅを高さ方向から見たときの表面面積を削減できる。さらに、信号の入力部と出力部とが同一側にあるので、表面実装型の素子を実現できる。

以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、実施形態１～４及び変形例１、２では、上方の共振器と下方の共振器、あるいは、横方向に並ぶ２つの共振器が対称的な形態を有する例を示した。しかし、本開示のバンドパスフィルタは、実施形態１～３の第１共振器１０、１０Ａ、１０Ｂ及び第２共振器３０、３０Ａ、３０Ｂのうち、異なる形態の第１共振器と第２共振器とを組み合わせて構成されてもよい。また、本開示のバンドパスフィルタは、実施形態１～３に示した第１中間導体１５、１５Ａ、１５Ｂ又は第２中間導体３５、３５Ａ、３５Ｂを有する共振器と、これら中間導体を有さない共振器とを組み合わせて構成されてもよい。また、本開示のバンドパスフィルタは、３つ以上の共振器を組み合わせて構成される場合に、少なくとも入力共振器又は出力共振器に、導体ピンから横方に延在し第１周囲導体又は第２周囲導体に接続される中間導体を有する構造が採用されれば、他の共振器は、別方式の共振器など、どのような共振器が採用されてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本開示は、バンドパスフィルタに利用できる。

１、１Ａ～１Ｅバンドパスフィルタ
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄ第１共振器（特定共振器）
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｄ第２共振器（特定共振器）、
１１、３１導体ピン
１１ｔ、３１ｔ一端部
１２、３２第１周囲導体
１３、３３誘電体
１４、２１、３４第２周囲導体
１４ｈ、２１ｈ、３４ｈ開口部
１５、１５Ａ、１５Ｂ第１中間導体
１６Ｂ接続ピン
３５、３５Ａ、３５Ｂ第２中間導体
３６Ｂ接続ピン
１０Ｃ、３０Ｃ、１０Ｅ、３０Ｅ共振器（特定共振器）
５０、７０、５０Ｅ、７０Ｅ共振器（非特定共振器）
５１、７１導体ピン
５２、７２第１周囲導体
５３、７３誘電体
５４、６１、７４第２周囲導体
６１ｈ、８１ｈ、９１ｈ開口部

Claims

電磁的に結合された複数の共振器を備えたバンドパスフィルタであって、
前記複数の共振器は、少なくとも１つが、前記バンドパスフィルタの外部から信号を入力又は外部へ信号を出力する特定共振器であり、
前記特定共振器は、
導体ピンと、
前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、
前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、
前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体と、
前記軸方向と交差する方向に延在しかつ前記導体ピンと前記第２周囲導体とを電気的に接続する中間導体と、
前記導体ピンから離間した位置で前記導体ピンの軸方向に延在し、前記中間導体と前記第２周囲導体とに接続する接続ピンと、
を有し、
前記中間導体は、前記接続ピンを介して前記第２周囲導体に電気的に接続されているバンドパスフィルタ。
電磁的に結合された複数の共振器を備えたバンドパスフィルタであって、
前記複数の共振器は、少なくとも１つが、前記バンドパスフィルタの外部から信号を入力又は外部へ信号を出力する特定共振器であり、
前記特定共振器は、
導体ピンと、
前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、
前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、
前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体と、
前記軸方向と交差する方向に延在しかつ前記導体ピンと前記第１周囲導体又は前記第２周囲導体とを電気的に接続する中間導体と、
を有し、
前記複数の共振器は、前記軸方向に並んだ第１組の一対の共振器と、前記軸方向に並んだ第２組の一対の共振器とを含み、
前記第１組の一対の共振器と前記第２組の一対の共振器とが前記軸方向に交差する方向に並び、
前記第１組の一対の共振器の両方が前記特定共振器であり、
前記第２組の一対の共振器の両方が、導体ピンと、前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体とを有し、前記中間導体を有さない、非特定共振器であるバンドパスフィルタ。
電磁的に結合された複数の共振器を備えたバンドパスフィルタであって、
前記複数の共振器は、少なくとも１つが、前記バンドパスフィルタの外部から信号を入力又は外部へ信号を出力する特定共振器であり、
前記特定共振器は、
導体ピンと、
前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、
前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、
前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体と、
前記軸方向と交差する方向に延在しかつ前記導体ピンと前記第１周囲導体又は前記第２周囲導体とを電気的に接続する中間導体と、
を有し、
前記複数の共振器は、前記軸方向と交差する方向に並んだ第１組の一対の共振器と、前記軸方向と交差する方向に並んだ第２組の一対の共振器とを含み、
前記第１組の一対の共振器と前記第２組の一対の共振器とが前記軸方向に並び、
前記第１組の一対の共振器の両方が前記特定共振器であり、
前記第２組の一対の共振器の両方が、導体ピンと、前記導体ピンを径方向から囲う第１周囲導体と、前記導体ピンと前記第１周囲導体との間に位置する誘電体と、前記誘電体を前記導体ピンの軸方向から囲う第２周囲導体とを有し、前記中間導体を有さない、非特定共振器であるバンドパスフィルタ。
前記導体ピンは、前記導体ピンの一端部が前記第２周囲導体から離間している、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバンドパスフィルタ。
前記中間導体は、前記導体ピンの前記一端部に接続している、
請求項４記載のバンドパスフィルタ。
前記中間導体は、前記導体ピンの軸方向における途中の部位に接続している、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバンドパスフィルタ。
前記複数の共振器は、前記軸方向に並んだ２つの前記特定共振器を含む、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のバンドパスフィルタ。
前記第１組の一対の共振器の一方と他方とがそれぞれ外部から信号を入力又は出力する入力共振器と出力共振器とであり、
前記第２組の一対の共振器の一方の誘電体と他方の誘電体との間に位置する前記第２周囲導体が開口部を有する、
請求項２記載のバンドパスフィルタ。
前記第１組の一対の共振器の一方と他方とがそれぞれ外部から信号を入力又は出力する入力共振器と出力共振器とであり、
互いに軸方向に並ぶ、前記第１組の一方の共振器の誘電体と、前記第２組の一方の共振器の誘電体との間に位置する前記第２周囲導体が開口部を有し、
互いに軸方向に並ぶ、前記第１組のもう一方の共振器の誘電体と、
前記第２組のもう一方の共振器の誘電体との間に位置する前記第２周囲導体が開口部を有する、
請求項３記載のバンドパスフィルタ。
前記非特定共振器の前記導体ピンの一端部が、前記第２周囲導体から離間している、
請求項２、３、８、９のいずれか一項に記載のバンドパスフィルタ。