JPH06169201A - 積層型誘電体有極フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 有極用のコンデンサを共振器基板に一体的に
組み込み、付加する部品数を低減して組立工数を極力少
なくし、小形化し易く有極化する。 【構成】 １／４波長共振ストリップ線路型の共振器基
板１０ａ，…，１０ｅと結合調整用基板１２ａ，…，１
２ｄを交互に積層し一体化する。共振器基板は、誘電体
基板の内部中央長手方向に内部電極を有し、一端面を除
いた外周部に外部電極を形成する。結合調整用基板は外
周部に電極を有する。それらの外側に外側基板１４ａ，
１４ｂを設ける。両側及びその内側の共振器基板の外周
部に独立した島状電極１６ａ，…，１６ｅを形成し、島
状電極間を導体４６で接続して有極帰還回路を形成す
る。外側基板は外側主表面と外周部に電極を有する。外
側基板に、両端の共振器基板の島状電極と導通する入出
力端子電極４４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１／４波長共振型のス
トリップ線路を形成した４枚以上の共振器基板を、間に
結合調整用基板を挾むように厚み方向に積層して一体化
し、共振器基板の外周に形成した島状電極間を導体で接
続して有極帰還回路を設けた積層型誘電体有極フィルタ
に関するものである。この誘電体フィルタは、例えばマ
イクロ波用の各種無線機器などに好適である。

【０００２】

【従来の技術】有極型のマイクロ波用フィルタとして
は、一体型の誘電体同軸共振器を用いるフィルタが知ら
れている。これは、誘電体同軸共振器に有極用のチップ
コンデンサを搭載し、該チップコンデンサ間を導線で接
続して有極帰還回路を付加する構造である。

【０００３】一体型の誘電体同軸共振器は、直方体状の
誘電体ブロックに数個（例えば５段の場合は５個）の共
振子穴を並設すると共に、それらの間に結合子穴を設
け、各穴が開口している一方の面を除く全外面と共振子
穴の内面にメタライズ層を形成した構造である。各穴が
開口している面のうちメタライズ層が無い方が開放面、
メタライズ層が有る方が短絡面となる。これは１／４波
長共振型であり、間の結合子穴によって各共振子が結合
する。そして、例えば両端に位置する共振子穴に入出力
端子を挿入することで入出力結合を行いフィルタを構成
する。

【０００４】この誘電体フィルタを有極化するには、例
えば５段フィルタの場合、第２番目と第４番目の共振子
穴の開放端に有極用チップコンデンサを半田付けし、そ
れらの間、あるいは入出力端子と有極用チップコンデン
サとの間を錫メッキ銅線などで接続して有極帰還回路を
形成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような一体型の
誘電体同軸共振器構造の場合は、共振器の他に別に有極
用のチップコンデンサを必要とし、それを半田付けなど
の手法により共振子穴の開放端に搭載しなければなら
ず、実装工数が増大し、組み立ても煩瑣となる。また一
体型の誘電体同軸共振器構造では、誘電体ブロックに多
数の穴を形成するため、本質的に小形化に限界がある。

【０００６】ところでマイクロ波用フィルタとしては、
共振器をストリップ線路で構成する形式もある。例えば
１／４波長共振器の場合、誘電体基板上に直線状のスト
リップ線路型の共振器導体を設け、その一端が開放とな
り、他端が外部電極に短絡されるようにする。実際のフ
ィルタを構成する場合には、複数の上記共振器導体を誘
電体基板上に並べて短絡側を共通に接続し、隣接する共
振器導体の間隔はフィルタ特性に対応した結合強度とな
る所定の距離に定める。

【０００７】しかし従来のストリップ線路型フィルタ
は、共振器導体が誘電体基板上で平面的に配置されるた
め、面積的にはあまり小形化できない。特に共振器導体
を多段に接続してフィルタを構成する場合は、高さ寸法
は増大しなくても、どうしても平面的には大きくならざ
るを得ない。また同一の誘電体基板上に共振器導体を形
成する構成であり、フィルタの帯域は共振器導体の間隔
による結合状態で決まるため、特にフィルタを小形化す
る場合に所望の帯域を制御することが難しい。その上、
構造的に有極化することが難しい。

【０００８】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、有極用のコンデンサを共振器基板に一体
的に組み込むことにより、付加する部品数を低減して煩
瑣な半田付けなどの組立工数を極力少なくし、小形化し
易く有極化できる積層型誘電体フィルタを提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には、
１／４波長共振ストリップ線路型の共振器基板と結合調
整用基板とを交互に厚み方向に積層して一体化すると共
に、共振器基板は有極用コンデンサを一体的に組み込ん
だ構造として、それに導体を接続して有極帰還回路を形
成する積層型誘電体有極フィルタである。ここで各共振
器基板は、基本的には、短冊状の誘電体基板の内部中央
長手方向に内部電極を形成し、一端面を除いた外周部分
に外部電極を形成した構造である。また結合調整用基板
は外周部に電極を有する。前記共振器基板を４枚以上、
それらの間に結合調整用基板を挾むように積層する。ま
た厚み方向の両側に位置する共振器基板の更に外側に外
側基板を設ける。そして両側に位置する共振器基板及び
その内側の共振器基板の外周部分に独立した島状電極を
形成し、所望の島状電極間を導体で接続して有極帰還回
路を形成する。両端に位置する共振器基板の島状電極が
入出力結合電極となる。前記の外側基板は外側主表面と
外周部に電極を有する。また外側基板に、両端に位置す
る共振器基板の島状電極と導通する入出力端子電極を設
けるのが好ましい。

【００１０】結合調整用基板は、単純な平板状の誘電体
基板の他、誘電体基板の一部に開口部あるいは切り込み
部を形成して結合度を調整する構造もある。誘電体基板
の主表面に導体パターンを形成する構造でもよい。通
常、このような誘電体フィルタの少なくとも開放面側
は、例えば金属ケースや金属板、導体を被覆した誘電体
基板等の遮蔽体で覆う。

【００１１】有極帰還回路の構成としては、例えば５段
フィルタの場合、中央の共振器基板を除く他の４枚の共
振器基板に島状電極を設ける。そして第２番目と第４番
目の共振器基板の島状電極間を導体で接続したり、ある
いは第１番目と第２番目、及び第４番目と第５番目の共
振器基板の島状電極間を、それぞれ導体で接続する構成
がある。後者のように接続する共振器基板が結合調整用
基板を介して隣り合う場合は、結合調整用基板の外周面
に導体パターンを設けて、それによって接続部を形成す
ることも可能である。

【００１２】

【作用】共振器基板は、内部及び外周面の電極によって
１／４波長共振型のストリップ線路形式の共振器とな
る。そして、その外周面の一端の無電極部分（電極を形
成していない方）が開放面、他端の電極を形成している
方が短絡面となる。共振器基板で挾まれる結合調整用基
板は、その材質、厚み、開口部や切り込み部の形状や位
置等に応じて、隣接する共振器間での結合を調整する。

【００１３】上記の共振器基板を４枚以上、その厚み方
向に、間に結合調整用基板を介して積層することによ
り、所望段数の誘電体フィルタとなる。そして共振器基
板の外周部分に形成した島状電極と共振器基板の内部電
極との間で静電容量が生じ、それが有極用コンデンサの
機能を果たす。そのため適当な島状電極間を導体で接続
することで、有極を呈するフィルタ特性を発現させるこ
とができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係る積層型誘電体有極フィル
タの一実施例を示す斜視図、図２はそのフィルタ特性線
図であり、５段フィルタの場合である。また誘電体フィ
ルタの本体部分（有極帰還用の導体を接続する前の状
態）の組立斜視図を図３に示す。この誘電体フィルタの
本体部分は、１／４波長共振ストリップ線路型の５枚の
共振器基板１０ａ，…，１０ｅと４枚の結合調整用基板
１２ａ，…，１２ｄを交互に厚み方向に積層する形式で
ある。更に両側に位置する共振器基板１０ａ，１０ｅの
外側に外側基板１４ａ，１４ｂを配置し、各誘電体基板
を位置決めして接着剤などで結合し一体化する。ここで
は、各共振器基板１０ａ，…，１０ｅの向き（開放面及
び短絡面の位置）は全て同一としている。

【００１５】全共振器基板１０ａ，…，１０ｅは、基本
的には類似した形状であり、１／４波長共振のストリッ
プ線路を有する。即ち、短冊状の誘電体基板２０の内部
中央長手方向（２個の誘電体片の貼り合わせ面の全体）
に内部電極２２を形成すると共に、一方の端面を除く外
周部分に外部電極２４を形成した構造である。ここの共
振器基板では、無電極側の端面が開放面、電極形成側の
端面が短絡面となる。この実施例においては、中央の共
振器基板１０ｃは外周部分の電極が連続しているが、他
の４枚の共振器基板では無電極端面近傍の外周部分には
独立した（他の電極から分離するように形成した）島状
電極１６ａ，１６ｂ，１６ｄ，１６ｅを設けている。こ
れらの共振器基板１０ａ，…，１０ｅは、その外部電極
２４あるいは島状電極１６ａ，…，１６ｅをトリミング
することにより、それぞれ共振周波数あるいはコンデン
サ容量を微調整することができる。

【００１６】誘電体基板は、例えばチタン酸バリウム系
など、通常マイクロ波用フィルタに使用しているマイク
ロ波用高誘電率材料の焼結体である。共振器基板は、次
のような製法で量産できる。所定の厚みと幅を有するマ
イクロ波用高誘電率材料の焼結体基板を２枚用意する。
一方の焼結体基板には上下両面全体及び片側端面に銀ペ
ーストを塗布して焼付ける。他方の焼結体基板には下面
全体、片側端面、及びそれに連続する上面の大部分に銀
ペーストを塗布すると共に、上面の反対側端面寄りに分
離して帯状に銀ペーストを塗布し、焼付ける。次に一方
の焼結体基板の上面全体と他方の焼結基板の下面全体に
接着用銀ペーストを塗布して接合し、焼付け一体化す
る。その後、所定の幅で細断すると、図３に示すような
共振器基板が出来上がる。中央に位置する共振器基板
も、ほぼ同様の手法で作製できる。

【００１７】結合調整用基板１２ａ，…，１２ｄは、誘
電体基板２６の外周部（但し一部を除く）に電極３８を
形成した構造である。また外側基板１４ａ，１４ｂは、
誘電体基板４０の外側主表面と外周部（但し一部を除
く）に電極４２を形成すると共に、両端に位置する共振
器基板１０ａ，１０ｅの島状電極１６ａ，１６ｅと導通
する入出力端子電極４４を形成したものである。なお、
結合調整用基板１２ａ，…，１２ｄ及び外側基板１４
ａ，１４ｂの一端面は無電極部であり、且つ各電極３
８，４２が前記島状電極１６ａ，…，１６ｅ及び入出力
端子電極４４に接続しないように、それらの近傍も無電
極部とする。これらの結合調整用基板１２ａ，…，１２
ｄ及び外側基板１４ａ，１４ｂは、必ずしも共振器基板
と同一材質である必要はない。例えばフォルステライト
等の共振器基板より誘電率が低い材料でもよい。

【００１８】これらの誘電体基板同士を、前記のように
共振器基板１０ａ，…，１０ｅが同じ向きになるように
配列し（図３参照）、接着剤などを用いて結合一体化す
る。なお図面を分かり易くするため、各図において電極
形成部分には影線を施し、無電極部分（誘電体の素地が
露出している部分）には細かな点々を付して表してい
る。

【００１９】さて図１に戻って、本実施例では第２番目
の共振器基板１０ｂの島状電極１６ｂと第４番目の共振
器基板１０ｄの島状電極１６ｄとの間を導体（例えば錫
メッキ銅線）４６で接続する。これによって有極帰還回
路を形成している。導体４６は、間に位置する３番目の
共振器基板１０ｃの外部電極と接触しないように山形に
フォーミングし、両端をそれぞれ島状電極１６ｂ，１６
ｄに半田付けする。

【００２０】通常、このような誘電体有極フィルタは、
金属製ケースを被せて遮蔽して回路基板に実装する。両
端に位置する入出力端子電極で回路基板の入出力パター
ンに接続すると共に、金属製ケースに設けたアースタブ
も回路基板のアースパターンに半田付けして電気的接続
と機械的固定を行う。

【００２１】上記のようなストリップ線路型の共振器基
板は、誘電体基板中に形成した内部電極によって１／４
波長共振器が形成され、それが外部電極で短絡したもの
となる。従って基本的には共振器基板の長さ寸法（内部
電極の長さ）で共振波長（言い換えると共振周波数）が
決まる。また共振器基板の厚さ（積層方向寸法）が大き
いほど共振周波数は低くなり、幅（内部電極と外部電極
との間隔）が小さくなるほど共振周波数は低くなる。各
共振器基板は、間に位置する結合調整用基板によって段
間の結合調整が行われ、それによってバンドパス・フィ
ルタ特性が発現する。なお入出力は両端に位置する共振
器基板の内部電極と島状電極との間の容量によって結合
する。このような誘電体フィルタの本体部分に有極帰還
回路が設けられていると、図２に示すように、通過帯域
の低域側に極が生じ、低域側が急峻なフィルタ特性が得
られる。

【００２２】図４は本発明に係る積層型誘電体有極フィ
ルタの他の実施例を示している。これも５段フィルタの
例であり、その本体部分は前述の図１と同様であるか
ら、対応する部材に同一符号を付し、それについての説
明は省略する。この実施例では第１番目の共振器基板１
０ａの島状電極１６ａと第２番目の共振器基板１０ｂの
島状電極１６ｂとの間、及び第４番目の共振器基板１０
ｄの島状電極１６ｄと第５番目の共振器基板１０ｅの島
状電極１６ｅとの間を、それぞれ導体（例えば錫メッキ
銅線）４８ａ，４８ｂで接続する。これによって有極帰
還回路を形成している。ここでも導体４８ａ，４８ｂの
両端を、それぞれ島状電極１６ａ，１６ｂ及び１６ｄ，
１６ｅに半田付けすればよい。誘電体フィルタの本体部
分に上記のような有極帰還回路を設けると、図５に示す
ように、通過帯域の高域側に極が生じ、高域側が急峻な
フィルタ特性が得られる。

【００２３】図６は図４の実施例の変形例である。この
場合、有極用の導体は結合調整用基板を介して隣り合う
共振器基板間を結合するものであり、別の共振器基板を
跨ぐ必要がないため、間に位置する結合調整用基板を利
用して導体パターンを形成することで有極帰還回路を構
成できる。具体的には結合調整用基板１２ａの外周面の
開放端側の位置に、島状電極１６ａ，１６ｂとそれぞれ
導通するように、外周の電極から独立した導体パターン
５０ａを形成しておく。同様に結合調整用基板１２ｄの
外周面の開放端側の位置にも、島状電極１６ｄ，１６ｅ
とそれぞれ導通するように、外周の電極から独立した導
体パターン５０ｂを形成しておく。これらの導体パター
ン５０ａ，５０ｂによって、誘電体フィルタの本体部分
の表面に直接有極帰還回路を形成できる。

【００２４】図７は本発明で用いうる結合調整用基板の
他の例を示している。Ａに示す結合調整用基板６０は、
誘電体基板の中央に開口部６２を形成したものである。
開口部に代えて切込み部を設けてもよい。電極は各基板
の外周部のみに形成する（開口部や切り込み部には形成
しない）。これら開口部６２や切り込み部の形状の調整
によって隣接する共振器基板間の結合度を調整し、フィ
ルタ特性を制御する。またＢに示す結合調整用基板６４
は、誘電体基板の主表面に結合調整用の導体膜６６を設
けたものである。但し導体膜６６は、共振器基板の電極
には接触しないように形成する。導体膜６６は、主表面
の一方のみに設けてもよいし、両主表面に設けてもよ
い。この図では２個並設しているが、一方のみでもよ
い。また導体膜は、外周の電極に接続される構成でもよ
い。導体膜６６によって電磁界を制御できるから、これ
によって隣接する共振器基板間の結合度を調整し、フィ
ルタ特性を制御する。

【００２５】上記の各実施例では、入出力端子電極４４
が外側基板１４ａ，１４ｂの外側主表面まで延設されて
いるような形状となっている。このようにすると面実装
時に半田付け部（フィレット）が目視確認できるように
なり、実装の確実性を高め、作業の容易化を図ることが
できる。

【００２６】上記の各実施例は共振器基板を５枚使用し
た５段フィルタの例であるが、本発明は３段以上の場合
に適用できる。共振器基板の向きは適宜変更できる。ま
た島状電極は、誘電体フィルタの本体部分の上下面に配
置する構成でもよい。入出力端子電極に接続される島状
電極が、一体化した本体部分の同一辺側に位置する場
合、入出力間での電波飛びにより不要な結合が発生し、
減衰特性を低下させる虞がある。そこで通常は金属製ケ
ースを被せるが、それに代えて例えば開放面近傍に断面
Ｌ字型の金属板を取り付けたり、外側に導体膜を有する
別体の誘電体基板を取り付けるなど、他の遮蔽手段を採
用してもよい。いずれにしても、開放面側に設けた金属
板あるいは導体膜が遮蔽効果を発揮し、回路基板に面実
装した時に外壁全体がほぼ導体（電極や金属板など）で
囲まれた状態となり、入出力間での電波飛びによる不要
な結合を阻止して、減衰特性を向上させる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上記のように誘電体基板の内部
と外周に電極を形成し、一端面のみで短絡した構造のス
トリップ線路型共振器基板を用いるから、この共振器基
板を、間に結合調整用基板を介して積層することによ
り、所望の段数のフィルタを作製できる。また共振器基
板には入出力結合用及び有極用のコンデンサが内蔵する
ことになるため、部品点数並びに実装工数が低減する。
これによってフィルタを、より一層小形化でき、実装す
る際に占有面積を小さく出来るため、機器の小形化に有
利である。

【００２８】本発明では単に共振器基板に設けた島状電
極間を導体で接続することのみで有極帰還回路を構成で
き、フィルタ特性線上の所望の位置に極を付加して減衰
特性を急峻にし、フィルタ特性の向上を図ることができ
る。また本発明では、結合調整用基板は共振器基板とは
別部材であるため、その材質、寸法、構造などを変える
ことで、容易に結合度合を制御でき、帯域幅を調整でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層型誘電体有極フィルタの一実
施例を示す斜視図。

【図２】その誘電体フィルタの本体部分の組立説明図。

【図３】その積層型誘電体有極フィルタのフィルタ特性
線図。

【図４】本発明に係る積層型誘電体有極フィルタの他の
実施例を示す斜視図。

【図５】その積層型誘電体有極フィルタのフィルタ特性
線図。

【図６】本発明に係る積層型誘電体有極フィルタの更に
他の実施例を示す斜視図。

【図７】結合調整用基板の他の例を示す斜視図。

【符号の説明】

１０ａ，…，１０ｅ 共振器基板 １２ａ，…，１２ｄ 結合調整用基板 １４ａ，１４ｂ 外側基板 １６ａ，…，１６ｄ 島状電極 ２０ 誘電体基板 ２２ 内部電極 ２４ 外部電極 ４４ 入出力端子電極 ４６ 導体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板の内部中央長手方向に内部電
   極を形成すると共に一端面を除いた外周部分に外部電極
   を形成して１／４波長共振ストリップ線路を構成した４
   枚以上の共振器基板を、それらの間に結合調整用基板を
   挾むように積層し、その厚み方向の両側に位置する共振
   器基板の更に外側に外側基板を配置して一体化した構造
   をなし、前記の結合調整用基板は外周部に電極を有し、
   外側基板は外側主表面と外周部に電極を有しており、両
   側に位置する共振器基板及びその内側の共振器基板の外
   周部分に独立した島状電極を形成し、所望の島状電極間
   を導体で接続して有極帰還回路を形成し、両端に位置す
   る共振器基板の島状電極を入出力結合電極とする積層型
   誘電体有極フィルタ。
2. 【請求項２】 両端に位置する共振器基板の島状電極と
   導通する入出力端子電極を外側基板に形成した請求項１
   記載の積層型誘電体有極フィルタ。
3. 【請求項３】 結合調整用基板は、単純な平板状か、誘
   電体基板の一部に開口部又は切り込み部を形成するか、
   あるいは誘電体基板の主表面に導体膜を形成した構造を
   なしている請求項１又は２記載の積層型誘電体有極フィ
   ルタ。
4. 【請求項４】 ５枚の共振器基板を有し、第２番目と第
   ４番目の共振器基板の島状電極間を導体で接続した請求
   項１、２又は３記載の積層型誘電体有極フィルタ。
5. 【請求項５】 ５枚の共振器基板を有し、第１番目と第
   ２番目、及び第４番目と第５番目の共振器基板の島状電
   極間を、それぞれ導体で接続した請求項１、２又は３記
   載の積層型誘電体有極フィルタ。