JPH02215201A - Lc形ろ波器 - Google Patents

Lc形ろ波器

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JPH02215201A
JPH02215201A JP3512989A JP3512989A JPH02215201A JP H02215201 A JPH02215201 A JP H02215201A JP 3512989 A JP3512989 A JP 3512989A JP 3512989 A JP3512989 A JP 3512989A JP H02215201 A JPH02215201 A JP H02215201A
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JP
Japan
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dielectric
filter
resonant circuit
capacitor
dielectric substrate
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Application number
JP3512989A
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English (en)
Inventor
Tomokazu Komazaki
友和 駒崎
Katsuhiko Gunji
勝彦 郡司
Norio Onishi
大西 法生
Ichiro Iwase
岩瀬 一郎
Akira Mashita
真下 朗
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02215201A publication Critical patent/JPH02215201A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は主としてマイクロ波帯に使用されるLC形ろ波
器(LCFilter以下LCフィルタと称す)に関す
るものである。
(従来の技術) 電気通信サービスの発展に伴って、その−環である移動
体通信の普及は近来口ざましいものがある。特に現在、
自動車電話を主体としたセルラ移動体通信は大きな成長
が期待されている。
この移動体通信の、特に端末装置にあってはその使用条
件から言って高性能化、小形化、低コスト化が常に望ま
れている。周知のように移動体通信にあってはマイクロ
波帯が用いられておシ、例えば、現在(1989年)米
国におけるセルラ移動体通信では800 MHz帯で運
用されている。
本発明は前述のような帯域で使用されるLCフィルタを
提供するものであるが、移動体通信装置にあっては、こ
のフィルタがそのハードウェア技術を左右すると言って
も過言ではない。
先ずはこの種の移動体通信に用いられるフィルタの従来
技術として最も多く使われている例を挙げて説明する。
第4図は第一の例として最も代表的な誘電体フィルタの
外観図を示す。(文献例:沖電気研究開発、第141号
Vo1.56 AI 、 1989年1月1日発行、沖
電気工業■、沖時報編集委員会、「マイクロ波帯有極形
誘電体フィルタ」P87〜P92)この図は導体結合形
誘電体フィルタと呼ばれるもので4素子誘電体フィルタ
の例である。図に示すように長方体の誘電体セラミック
スDに等間隔で4個の円筒状の孔をうがち、その内壁を
メタライズ(金属被膜を固着させること。以後メタライ
ズと記載する〕しておシ、この4個のコア部分は、終端
短絡の1/4波長半同軸共振器を構成している。
また図のM1〜MIOで示す部分もメタライズされた導
体であシ、M3 * Ms e MWは結合電極となっ
ている。従ってこの誘導体フィルタの等価回路は第3図
と同様の構成となっている。(4素子と5素子の違いは
あるが) このような誘電体フィルタは高性能でしかもかなり小形
化できるので従来量も多く用いられている。
第5図は第2の例の構成図で特開昭62−265808
号公報に間隙されているものであり、誘電体基板状に°
コンデンサ電極と渦巻状のコイル導体を固着形成したも
のである。第5図(a)は表面、(b)は裏面を示す。
図に示すように誘電体基板りの両面にコンデンサ電極C
。乃至C4を形成しキヤ・9シタを構成するとともに、
同基板りの両面に渦巻形状のコイル導体Lt&乃至Ls
bを固着させてプリントコイル(インダクタ)を構成し
たものである。勿論それらの間の接続はスルーホール(
図の0印の個所)やメタライズした導体で行い、LCフ
ィルタとしての回路を構成している。この例の特徴は一
方の面のプリントコイルL11L−Ll、ともう一方の
面の対向するプリントコイルLB)%L3bとがそれぞ
れ大きさを異にしていることである。(Ll、とt、1
b I t、 @とり、 b * Ll 1とL3bは
その中心部にあるスルーホールで電気的に接続されてい
る)この大きさを異にしているのは、コイル間の浮遊容
量を減少させる為であり、周波数特性の改善が図れる。
従って前述のように誘電体基板上にメタライズするのみ
でLCフィルタを実現でき、製造が容易で小形化が図れ
る。
(発明が解決しようとする課題) 以上述べたフィルタは現在実用に供されているとは言え
、以下に述べるような問題点をもっている。
まず第一の例であるが、この誘電体フィルタは高特性が
図られしかも小形であるが、その形状は立体形であシ、
かつそれに孔をうがちその内壁にメタライズするのであ
るから製造は簡単ではない。
また一般にこのようなフィルタの微調整はメタライズさ
れた導体を削ったり誘電体を削ったりするのであるが、
これもその形状からかなりの熟練を要する。更に、近年
移動体通信の普及に伴って一層の小形化、高性能化が要
求され、この種のフィルタでは対応できなくなった。
第二の例は製法としてはプリント基板の製法と同様の方
法で作れるから容易であるが、何としても前述したコイ
ル導体間の浮遊容量を皆無にすることはできない。つま
り寄生インピーダンスはあくまで存在し、このためこの
フィルタのインダクタのQu(無負荷Q : un 1
oadedQ  Q : Qualityfaetor
 )は最高でも100程度までしかとれない。
この種のフィルタは前述の寄生インピーダンスが存在す
ることにより、適用周波数の上限が500Writ程度
であシ、これ以上の周波数で用いると寄生インピーダン
スが指数関数的に増加してフィルタの性能が劣化し所要
の特性が得られない。
(課題を解決するための手段) 本発明は前記課題を解決するものであシ、LCフィルタ
のLC並列共振回路(以下単に共振回路と称す)をス)
 IJツブ線路で形成し、LCフィルタの他の回路即ち
結合容量(結合インダクタの場合もある)、配線、入出
力端子等とともに誘電体基板上に一体として形成したも
のである。
勿論、共振回路のインダクタのみ、或いはキヤ・ンシタ
のみをストリップ線路で形成しても同じようにできる。
なおこの種の並列共振回路は周知のように共振点は1/
4波長(1/4λ)又は1/2波長(1/2λ)である
ので、前記のス) IJノブ線路も1/4λ長又は1/
2λ長で構成する。
(作用) 前述のように形成した本発明のLCフィルタは、共振回
路にストリップ線路を用いたため寄生インピーダンスは
極めて少いのでQuは高<(Qu≧400)とれ、高性
能化が図れる。また、製法はプリント基板の製法と同様
の方法で作れるので容易であり、それは低廉化に結びつ
く上、前述の従来技術の第一の例に比べ容積で約1/2
〜1/8位に小形化できる。
(実施例) 第1図は本発明の第一の実施例の構成図であって、(、
)は上面、(b)は前面、(C)は底面を示す。また、
第2図は第1図における共振回路部の一つの構成を示す
斜視図であシ、第3図は第1図の等価回路図である。
以下第1図乃至第3図を見ながら本実施例の説明をする
図中、1は誘電体基板、l 1 、11’はメタライズ
されていない部分、12 、 f 2’はメタライズさ
れた部分、13 、 I J’はスルーホール状の端子
、14゜14′は方形状のコンデンサ(キャパシタ)電
極、15゜16はコンデンサ記号状のコンデンサ(キャ
パシタ)電極、27 、17’は配線、20は誘電体片
〔これも誘電体基板と称してよいが、全体の誘電体基板
1と区別するためここでは誘電体片と称す〕、21は前
記誘電体片上にメタライズされたストリップ状導体、c
ol C12r C23r C4はキャノやシタ(結合
容量)、LICl 、 L’!”e、LsCsは共振回
路部、IN 、 IN’は入力端子、OUT 、 OU
T’は出力端子である。また40は後述のトリプレート
形の説明のための誘電体片である。
本実施例では誘電体基板1は比誘電率の比較的低いガラ
スエポキシ基板(比誘電率!r−4,5、厚さt=1.
on)を使用した。この基板上面には入力端子IN、出
力端子OUT 、コンデンサ電極15.16、端子13
、配線17等(14〜17等の数字記号は一部にしか付
してないが、他の同様の部分にも適用する)と、後述す
る誘電体片(共振回路部)20の下面に相当する部分を
含めて図の凡そ下半分12および前面をメタライズする
ことにより形成する(11の部分はメタライズしない)
。また図示してないが両側面もメタライズする。これは
損失を低減し特性をより良くするためである。裏面は(
c)図に示すように、コンデンサ電極14′、端子13
′、配線12′等、入力端子IN’ 、出力端子OUT
’、それに前記上面のメタライズされた12の部分に対
向する部分12′をメタライズすることにより形成する
。この部分はアース側(第3図等価回路図のG)となる
。なお入力端子IN、IN’、出力端子OUT 。
OUT’、端子13 、 J 3’はスルーホールとし
ており、表裏電気的に接続しである。(例えばスルーホ
ールの中をメタライズすることによ#))以下各部の形
状を説明する。
キヤ・ぐシタCo、C4の電極14は方形状としており
、基板10表裏に対向してメタライズする。
これは他のキャパシタCHT C23より容量を大きく
する必要があるため本実施例ではこのような、構成とし
基板1の誘電体を電極14 、 J 4’ではさんだキ
ヤ・母シタとした。この電極14.14’には入力端子
IN側のもので説明すると上面の電極14には入力端子
INが接続されており(メタライズした配線で)、底面
の電極14′は端子13′が接続されている。従って入
力端子INからの入力は電極14゜14′によるキャノ
クシタCoを経て端子13以降の回路に接続される形と
なる。他のキヤ/やシタCo、C4も同様の構成である
。次にキヤ・ぐシタC121cpsを説明すると、これ
は比較的小さい容量でよいので基板1の上面に(a)図
に示すようにコンデンサ記号状゛にメタライズすること
で充分である。以上のように形成された端子やコンデン
サ電極間を第3図の等価回路となるように配線をメタラ
イズする。
次に共振回路部LnCnを説明する。これはいわゆるス
トリップ線路と呼ばれている類である。即ち、第2図の
斜視図に示すように誘電体片20にストリップ状導体2
1をメタライズしたものである。
本実施例ではそのストリップ状導体2ノは誘電体片20
の前面及び後面まで延ばしてメタライズされている。こ
れは誘電体片20(つまシ共振回路部LnCn)を前述
の誘電体基板1の所定の位置に載置固着した際、前面は
誘電体基板1上のメタライズ部12に接続し、後面は前
述の誘電体基板1上の回路部分17に接続するためであ
る。なお側面および底面も特性向上のためメタライズし
である。
この誘電体片20は前述のように共振回路部(LC並列
共振回路となる理論は後述)を構成するものであシ、そ
のためには比誘電率の極めて高い誘電体を必要とする。
本実施例では比誘電率εr#75、厚さt=1.0Mの
セラミック系誘電体を使用した。
この比誘電率の高い誘電体は前述の誘電体基板1のガラ
スエポキシ基板等に比べると小形、高性能となるが高価
である。この種のフィルタの性能、形状はこの共振回路
部で決定されると言ってよい。
従ってその部分にガラスエポキシ基板等の比誘電率の低
い材料を用いては形状が大きくなシ、また温度特性、高
Q特性が得られない。本実施例ではその高価な誘電体を
必要な部分即ち共振回路部のみに使用して価格低減を図
っている。
先に述べたようにこの共振回路部LnCnを誘電体基板
1の上面に固着するのであるが、その前面までメタライ
ズされたス) IJッグ線状導体2ノが誘電体基板1の
メタライズ部分12に接続されるように(つまりアース
側に短絡)、また後面は前記メタライズ部分12には接
触しないようK(つまりアース側とは開放)、かつ回路
部分17に接続できるように載置し固着する。逆の言い
方をすれば誘電体基板1のメタライズ部分12はそのよ
うな載置に合うようにメタライズする。前記ストリップ
線状導体21の前述の接続は例えばはんだ付で行う。な
おこのストリップ、線路は(課題を解決するための手段
)の項で述べたように174λ長としである。
本実施例は以上のような構成でLCフィルタを実現する
ものであるが、その解析を第3図の等価回路図とともに
行っておく。
まず共振回路部LnCnについてみると、このようなス
トリップ線路は、ある帯域の周波数ではインダクタ(以
下りとも記す)とキヤ・9シタ(以下Cとも記す)の機
能を果しており、第3図等価回路図のCILl、C鵞り
、、C,t、で示されるLC並列共振回路を構成する。
一般・に一端が短絡されたストリップ線路の入力インピ
ーダンスzi11は次式で与えられる。
2い−jZo−βt         ・・・ (1)
ここでβは位相定数、tは線路長、Z、は線路の特性イ
ンピーダンスである。
式(1)は を満足する角周波数ω0においてzin=ωとなり共振
する。、部内周波数ω0の近傍で並列共振回路と等価と
なり の関係がある。従って並列共振回路であるためω。
より低い周波数においてはインダクタになる。ここでL
6 + C6とZ6+βtの関係は次のようになる。
ここでω=ω、=2πfo (foは周波数)の場合は
π/2 式(4)、(5)においてβt=(2n−1)   と
おけばよい。
即ち ここでZ、=SO(Ω)、10 =1.5 (GHz)
とするとLo=6.76(rnH)   Co=1.6
7(PF)  ・=(7)となり、少くとも10 = 
1.5 (GHz)以下の周波数ではLとなることが解
る。
例えば、10−0.8 (GHzX 800MHz)に
おいては−′となり、800 MHzにおいてはインダ
クタンス値9.4(nH)のLとなる。
次にLC共振回路としてのCをみてみよう。
先端解放のストリップ線路のCは次のように実現される
。まずその入力インピーダンスzinは次式で表される
ztn =  jZocotβt          
 ・(9)式(9)は を満足する角周波数ω0において21=Oとなり共振す
る。即ち角周波数ω0の近傍で直列共振回路と等価にな
る。従って直列共振回路であるためω0より低い周波数
においてはキャパシタになる。
この場合、LoIcoとzo、βtとの間には次式の関
係がある。
ここでω=ω、=2πfoの場合はβt=(2n−1)
π/2とおけばよい。即ち となる。ここでZo=50(Ω)、f o= 1.5 
(GHz)とすると Lo −4,16(mH)   Co = 2.70 
(pF)   −α→となシ、少くとも1.5 (GH
z)以下の周波数においてはCとなることが解る。例え
ばf = 0.8 (GHz )(800!v!Hz 
)においてはC10はとなり、800 MHzにおいて
はキャノ?シタ/ス値3.8(pF)のCとなる。
以上のことがらLC並列共振回路をス)’J77’線路
により実現する場合は前述したように先端短絡として、
(第2図参照)線路長をλ/4とすればよい。foを共
振周波数とすれば、この場合のし。。
coは(6)式より となる。
本実施例ではzo=io、o(Ω)、f o = 88
1.0 (MHz )とした場合で算出しており、α4
式に代入するとそれぞれL=2.3 (nH) 、 C
=14.1 (pF)となる。第3図等価回路図中の値
(c、 C2,C3,L1+ L2+ L3 )はこれ
を基本にした値である。(Cxz C2、C3の値が多
少計算値と異なるのは微調整を含んでいるため)この値
を前述したε、=7.5、j==l+o+の誘電体片2
0でのストリップ線状導体の幅を算出すると2.5 m
mとなる。
次に結合容量C6+ C12+ C23等を算出してみ
る。
このようなCは次式で与えられる。
C=0.0855  ε、 7 (pF)      
・・・  αηA:面積(cIn”)、t : 厚ミ(
m)、g  :比誘を率例えばcoを算出してみると Co=0.0855X4.5X ”67xO”7=1.
72(pF)0.1 となり、1.72 (pF)の容量をほしい場合Q、5
7cR角の形状でよいことが解る。同様にして本実施例
の場合自2は1.25(りX0.02(,1m)、C2
3は0.962(cR)xo、02(”)、C4はco
とほぼ同様の形とした。
以上のような大きさを基本に本実施例の全体を構成する
と容積として従来の誘電体フィルタ特に第一の例(−例
として3 Q、Q+o+x l 2.Qsmx 5,5
+u )の約1/2(−例として3 Q、QmX l 
5.Qmx 3.Qm)となる。
更に後述の第2の実施例で構成すると1/8近くになる
なお、本実施例でのQuは筆者等の実験では約500と
なり、実用化に十二分な値となっている。
また付は加えておくが、前述してきたこのLCフィルタ
回路において、結合容量部分(Co、Cxz 。
C23+ C4を含む回路)を集中定数回路と言い、共
振回路部分(CIL1+ C2Lz r C3L3 )
を分布定数回路と一般に称している。つまり本実施例は
LCフィルタの集中定数回路部も分布定数回路部も同じ
誘電体基板上にメタライズすることのみで一体化したも
のと言える。
ここでトリプレート形について説明しておく。
ストリップ線路にあっては、第2図に示すように前述の
ストリップ線状導体2ノをメタライズした誘電体片20
の上に、その誘電体片20と同形の誘電体片40を蓋を
かぶせるように固着させれば、より低損失となりQuも
高くなる。このことはよく知られていることである。本
実施例でも上面、側面をメタライズした誘電体片40を
かぶせ良好な特性を得ている。
第6図は本発明の第2の実施例の構成図である。
40は誘電体基板であシ、その他の記号は第一の実施例
の第1図と同等である。第一の実施例では必要な部分(
共振回路部LnCn)のみ比誘電率の高い誘電体を用い
て低廉化を図ったが、第二の実施例のように全体を同一
誘電体基板で構成しても第一の実施例と同一の機能のL
Cフィルタができることは論を待たないであろう。ただ
全体が比誘電率の高い誘電体となるためやや高価となる
ことは免れない。但し第一の実施例より小形にできる。
この第二の実施例以降は総て単一誘電体基板で構成した
ものであり、この点予め表示しておく。
(以後単に基板と称する場合もある) 第6図(、)は上面、(b)は前面、(C)は底面を示
しているが、図を見て解るように一つの誘電体基板上に
LCフィルタ総ての回路素子、配線、端子等をメタライ
ズしている。比誘電率が高い基板であるので、キャノ9
シタC,の電極は第一の実施例のように誘電体基板(第
1図の1)を間にはさむ構成とせず、コンデンサ記号の
形状を基板40の上面にメタライズするのみで充分な値
を取シ得る。共振回路部L+C+ + L2C2+ L
3C3は図に示すように基板40上にストリップ線状導
体をメタライズして、丁度第一2の実施例の共振回路部
を基板40に埋込んだ構成とみてよい。(破線で囲まれ
た部分が一つのLC共振回路部となる) この実施例の場合もトリプレート形にすることは容易で
第7図に示すように基板40と同形の基板4ノ一本実施
例の場合全面をメタライズ−を蓋をかぶせるように固着
すればよい。このことは第三の実施以降についつも同様
である。
第8図は第三の実施例の構成図である。記号は50以外
第二の実施例と同等である。この実施例は基板40上に
共振回路のLのみス) IJツブ線路としたものである
。それがLl、 L2. L3で示される部分であり、
共振回路のCは別に図の自、C2+Ciのように基板4
0をはさんだ形の電極で構成する。
(第1図の14.14’の構成と同様)従って底面では
そのC,I C,I C,の電極の部分は周囲をメタラ
イズせず一個所の配線だけで図のように底面のアースの
役割のメタライズ部分50に接続する構成としている。
熱論等価回路は第3図のようになる。
このように共振回路部のCを別にしたのは、微調整をよ
りし易くするためである。前にも述べたが微調整はメタ
ライズされた部分を削って行うが、このようにCを別に
しておくと、よりし易くなる。
第四の実施例は第三の実施例の考えを更に発展させたも
ので第9図に示すように、共振回路のCを更に二つに分
けた形をとっている。
第三の実施例のCIの部分と対比して説明すると、この
C1の部分を図に示すようKCl、とCtbの二つの部
分に分けて構成している。即ちcl、の部分は方形状の
電極とし、基板4oをはさんでその基板の底面のメタラ
イズ(アース側)との間でキャノRシタを構成するよう
にし、一方のC1bの部分は上面のみにコンデンサ記号
状のメタライズでキイ/4’シタを構成している。熱論
片側(図の上部)はC1,L電極とともにストリップ線
状導体(Ll)の上部に接続し、C1bのもう片方(下
部)は基板40の前面を経て底面のメタライズへ接続す
る。これも等価回路は無論第3図と同様になる。前述し
た微調整は更にし易くなる。このようにLのみストリッ
プ線路にすることは(Cのみのことも考え得る)第一の
実施例にも熱論適用できる。
以上様々の実施例を挙げたが、この他にも(課題を解決
するための手段)の項で少しふれたように、結合容量の
代りに結合インダクタで構成するフィルタも従来からあ
シ、それも今迄述べてきた構成を多少変更することで実
現できることは説明を要しないであろう。また、並列共
振回路部に先端短絡1/4λ長のストリップ線路を用い
て説明したが熱論先端開放1/2λ長のス) IJッゾ
線路を用いても同様に実現できる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、LCフィ
ルタの共振回路部としてストリノゾ線路を用いたため従
来技術の第二の例のような寄生インピーダンスは極めて
少く高いQuを実現できるし、総て誘電体基板上にメタ
ライズするのみで構成しているため製造もし易く、小形
化できる。因みに従来技術の第一の例と本発明の第一、
第二の実施例の製品としての全体の大きさを比較してみ
ると次のようになる。
また前述したように微調整もし易く、従来技術第一の例
のように特別のマウントも必要としない。
総合する小形にできて性能のよい製造し易いLcフィル
タを提供できる。これは価格低減にもつながる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例の構成図、第2図は第1
図の一共振回路部の斜視図、第3図は本発明実施例の等
価回路図、第4図は従来技術第一の例の外観図、第5図
は従来技術第二の例の構成図、第6図は本発明の第二の
実施例の構成図、第7図は第二の実施例のトリプレート
形説明図、第8図は本発明の第三の実施例の構成図、第
9図は本発明の第四の実施例の構成図である。 1.40・・・誘電体基板、I J 、 13’・・・
端子、14.14’、15.16・・・コンデンサ(ギ
ヤ/センタ)電極、17 、17’・・・配線、2o・
・・誘電体片、2ノ・・・ストリッジ線状導体、4o・
・・トリプレート形用誘電体片、coI CI2 + 
C23+ c4・・・キヤ・ぞシタ、LICI + L
2C2+ LsC3・・・共振回路部。 特許出願人   沖電気工業株式会社 (b)lN?′i 面 第1I!lの一共4反回路部金斗を聞 第2図 第1図 C11II2.2(PF)  LllIL、wL3”2
.3(nHIC2−13,3(PFI C3−12,2(PF) C41I1.+2 (PF) 不発a片實屓シ炉]の尊イ0匠は各図 第3図 Co lII 、72 (PF I CI2−0.49 (PF) C23lIO,37(PF) 第4 図 表 面 従来枝谷↑第二〇〇11の構成図 第 図 第 図 (a) 上 面 (b)前 面 ホ唸日月の第二の実施9℃構成図 第 図 上 面 (b) 書す 面 (C)底  面 本発明の第三の実売例nオ糞底図 第 図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)誘電体基板上に結合容量又は結合インダクタ、入
    出力端子、配線等から成る集中定数回路部を金属被膜の
    被着により形成するとともに、分布定数回路部であるL
    C並列形共振回路或いはその一部を前記誘電体基板より
    比誘電率の高い誘電体片にストリップ線状導体を被着し
    たストリップ線路で形成し、該ストリップ線路を前記誘
    電体基板上に固着して、前記集中定数回路部と金属被膜
    の被着により接続して構成したことを特徴とするLC形
    ろ波器。
  2. (2)前記ストリップ線路をトリプレート形としたこと
    を特徴とする請求項(1)記載のLC形ろ波器。
  3. (3)単一誘電体基板上に結合容量又は結合インダクタ
    、入出力端子、配線等から成る集中定数回路部と、LC
    形並列共振回路或いはその一部をストリップ線路形とし
    た分布定数回路部とをともに金属被膜の被着により形成
    したことを特徴とするLC形ろ波器。
  4. (4)前記LC形帯域通過ろ波器をトリプレート形とし
    たことを特徴とする請求項(3)記載のLC形ろ波器。
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