JPH06268411A

JPH06268411A - 積層型帯域除去フィルタ

Info

Publication number: JPH06268411A
Application number: JP7877393A
Authority: JP
Inventors: Takami Hirai; 隆己平井; Shinsuke Yano; 信介矢野
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【構成】１枚の誘電体基板に１つの共振電極が形成され
た少なくとも２つ以上の誘電体基板(3),(9) と、前記共
振電極の内、積層方向に隣り合う２つの共振電極(3a),
(9a) を結合する結合伝送線路(6a)が形成された誘電体
基板(6) とを、アース電極が形成された誘電体基板(1),
(10)間に配置し、前記各誘電体基板間を遮蔽するアース
電極(5a),(7a) を各誘電体基板間に形成した。【効果】共振電極間の電磁誘導結合、共振電極と結合伝
送線路間の電磁誘導結合を防止することができるため、
通過帯域特性を向上させることができる。フィルタの小
型化と性能の向上を両立させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波帯を使用
した通信機器において用いられる積層型帯域除去フィル
タに関し、特にストリップライン共振器を使用したもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の積層型帯域除去フィルタ
（以下、フィルタと称する）を構成する基板の説明図、
図６(h) は基板(15)〜基板(21)を所定の順番に積層一体
化された後、アース電極(22a) 及び入出力端子電極(22
b) を焼き付けた状態を図６(a) の矢印(A) から見た説
明図、図７はそのフィルタを図６に示すD-D ′線で切断
した断面説明図をそれぞれ示す。このフィルタは、図７
に示すように、表面にアース電極(15a) が形成された基
板(15)と裏面にアース電極(21a) が形成された基板(21)
間に、一対の共振電極(19b),(19b) が形成された基板(1
9)を介在することにより、トリプレート型のストリップ
ライン共振器を形成している。共振電極間には、共振電
極同士の電磁誘導による結合を防止するため、アース電
極(19a) が形成されている。また、基板(19)を挾む基板
(18)及び(20)にもアース電極(18a),(20a) が形成され、
結合が防止されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、各アース電極
は基板中央を上下に貫通する形で形成することが困難な
ため、図７に示すように基板の表層部にのみ形成されて
いる。従って、ある程度の電磁誘導は遮断することがで
きるものの、図７に示すように各アース電極の上下間に
アース電極が存在しない部分ができるため、共振電極(1
9b) 同士の電磁誘導による結合(M) が発生し、この結合
によって通過帯域特性が低下してしまうという課題があ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、共振電極間
の結合をなくし、フィルタの通過帯域特性を改善するこ
とができるフィルタを実現できるものである。すなわ
ち、その構成とは、１枚の誘電体基板に１つの共振電極
が形成された少なくとも２つ以上の誘電体基板と、前記
共振電極の内、積層方向に隣り合う２つの共振電極を結
合する結合伝送線路が形成された誘電体基板とを、アー
ス電極が形成された誘電体基板間に配置し、前記各誘電
体基板間を遮蔽するアース電極を各誘電体基板間に少な
くとも１つ形成したことにある。

【０００５】

【作用】１枚の誘電体基板に１つの共振電極が形成さ
れ、それらの間にはアース電極基板が介在されているた
め、共振電極間に電磁誘導による結合が生じることがな
い。また、結合伝送線路が形成された誘電体基板もアー
ス電極基板間に介在されているため、結合伝送線路に他
の基板からの電磁誘導による結合が生じることがない。
従って、フィルタの通過帯域特性を向上させることがで
きる。

【０００６】

【実施例】図１は、この発明のフィルタで、２つの共振
電極を有するものを一例として示す説明図である。この
フィルタは図１(a) 〜(j) に示す10枚の基板を順次積層
した後に一体成型することにより形成される。各基板
は、セラミック材料で形成されるが、誘電率は、共振電
極長、入出力用伝送線路長、また結合伝送線路長のそれ
ぞれは、誘電率の平方根の逆数に略比例することから、
1/4 波長(90 °) 以下に設定された入出力用伝送線路長
及び結合伝送線路長を短縮してフィルタを小型化するた
めに、基板の誘電率は、大きい方が望ましいが、少なく
とも10以上、望ましくは20以上、さらに望ましくは30以
上となっている。なお、セラミック材料は、公知のセラ
ミック材料が使用されるが、導体としてAgやCu等の低抵
抗導体材料を使用してこれらの導体と同時焼成し、一体
的な構造が得られるものが望ましい。代表的には、BaO-
TiO₂-Nd₂O₂-Bi₂O₃系やBaO-TiO₂系の合成粉末にガラスを
添加し、AgやCuの融点以下で同時焼成できる低温焼成材
料が使用されるが、適当なマイクロ波特性を有していれ
ば、特に組成は限定されない。

【０００７】また、各基板は、セラミック材料粉末を成
型用に添加される有機結合剤とともに誘電体基板形成用
のグリーンシートに成型した後、その上にAg系やCu系の
ペーストによって所定の電極パターンを印刷することに
より形成される。そして、各基板は、所定の順番に積層
一体化された後、900 〜1000°C の焼成温度で焼成さ
れ、完全にセラミックと内蔵電極が一体化される。その
後に、入出力端子等の側面電極が焼き付けられ、外部電
極はNi、SN、またはハンダによってメッキされる。

【０００８】第１の基板(1) 上の全面にはアース電極(1
a)が形成され、第２の基板(2) 上の一角には容量形成用
電極(2a)が形成されている。図２(a) は、第１の基板〜
第１０の基板を順次積層したこの発明のフィルターを図
１(a) のA-A ′線で切断した断面説明図、図２(b) は図
１(a) のB-B ′線で切断した断面説明図、図３は、図１
(a) のC-C ′線で切断した断面説明図、図４はこのフィ
ルタの等価回路をそれぞれ示す。図２(b) に示すよう
に、アース電極(1a)と容量形成用電極(2a)間で追加集中
定数容量(C1a) が形成される。また、容量形成用電極(2
a)の面積を変えることにより、追加集中定数容量(C1a)
を調整することができる。なお、第１の基板(1) の側面
電極(1b),(1c) は、それぞれ第２の基板(2) の側面電極
(2c),(2d)と接続される。

【０００９】第３の基板上には１つの共振電極(3a)が形
成され、図２(b) に示すように、共振電極(3a)の開放端
(3b)と第２の基板(2) の容量形成用電極(2a)間で容量(C
2a)が形成される。なお、容量形成用電極(2a)は側面電
極(2b)によって側面電極(3d)と接続される。なお、側面
電極(3d)は(2b)と、(3e)は(2c)と、(3f)は(2d)とそれぞ
れ接続される。第４の基板(4) 上には、外部回路（図示
しない）と接続される入出力用伝送線路(4a)及び容量形
成用電極(4b)が形成され、図２(b) に示すように、共振
電極(3a)の開放端(3b)と第４の基板(4) の容量形成用電
極(4b)間で容量(C2b) が形成される。なお、側面電極(4
c)は(3d)と、(4e)は(3e)と、(4f)は(3f)とそれぞれ接続
される。これらの容量(C2a) 及び(C2b) が図４に示す等
価回路の容量(C2)に相当する。また、容量形成用電極(4
b)の面積を変えることにより、容量(C2)を調整すること
ができる。

【００１０】第５の基板(5) 上の略全面にはアース電極
(5a)が形成されている。このアース電極(5a)が、第３の
基板(3) に形成された共振電極(3a)を遮蔽するアース電
極の働きをする。また、アース電極が形成されていない
非電極部(5b),(5c) により、側面電極(5d),(5g) がそれ
ぞれアース電極(5a)と短絡しないようになっている。な
お、側面電極(5d)は(4c)と、(5e)は(4e)と、(5g)は(4d)
とそれぞれ接続される。第４の基板(4) の容量形成用電
極(4b)と第５の基板のアース電極(5a)間で、図２(b) に
示す追加集中定数容量(C1b) が形成され、前記追加集中
定数容量(C1a)と共に、図４の等価回路に示す追加集中
定数容量(C1)を形成する。このように、共振電極(3a)
は、図３にも示すように、第１の基板のアース電極(1a)
とアース電極の働きをする第５の基板のアース電極(5a)
間に配置されることにより、他の基板からの電磁誘導結
合が防止されている。

【００１１】第６の基板(6) 上には、共振電極(3a)と(9
a)を接続する結合伝送線路(6a)が形成されている。この
結合伝送線路(6a)は、表面の略前面にアース電極が形成
された第７の基板(7) と第５の基板(5) 間に配置され、
他の基板からの電磁誘導による結合が防止されている。
(6d)は、アース電極(5a)及び(7a)間に配置されることに
より、図４に示す容量(C3)を形成する容量形成用電極
で、フィルタ積層後に側面に形成される入力端子電極
（図示しない）によって第８の基板(8) の入出力用伝送
線路(8a)と接続される。(6e)は、アース電極(5a)及び(7
a)間に配置されることにより、図４に示すもう一方の容
量(C3)を形成する容量形成用電極で、側面電極(6f)及び
(5g)及び(4d)を介して入出力用伝送線路(4a)と接続され
る。なお、側面電極(6h)は(5f)とそれぞれ接続される。

【００１２】第８の基板(8) 上にはもう一方の入出力用
伝送線路(8a)と容量形成用電極(8b)が形成されている。
入出力用伝送線路(8a)は、側面電極(8d)によって第７の
基板(7) の側面電極(7e)を介して第６の基板の側面電極
(6c)に接続される。なお、第７の基板(7) には非電極部
(7b),(7c),(7d)が形成され、各側面電極とアース電極(7
a)が短絡しないようになっている。側面電極(8e)は(7g)
と、(8c)は(7f)と、(8f)は(7f)とそれぞれ接続される。
第９の基板(9) 上にはもう一方の共振電極(9a)が形成さ
れ、その開放端(9b)と第８の基板(8) の容量形成用電極
(8b)間で、図２(a) に示す容量(C2a) が形成される。第
１０の基板(10)上には容量形成用電極(10a) が、裏面の
略全面にはアース電極(10d) がそれぞれ形成されてい
る。容量形成用電極(10a) と第９の基板の共振電極(9a)
の開放端(9b)間で、図２(a) に示す容量(C2b) が形成さ
れる。なお、側面電極(10b) は(9f)と、(10e) は(9g)と
それぞれ接続される。これらの容量(C2a) 及び(C2b) が
図４に示す等価回路の容量(C2)に相当する。そして、共
振電極(9a)は、図３にも示すように、アース電極の働き
をする第７の基板(7) のアース電極(7a)及び第１０の基
板(10)のアース電極(10d) 間に配置されることにより、
他の基板からの電磁誘導による結合が防止されている。

【００１３】このように、共振電極が形成された誘電体
基板と結合伝送線路が形成された誘電体基板は、それぞ
れ遮蔽の働きをするアース電極が表面の略全面に形成さ
れたアース電極間に配置されているため、共振電極間の
電磁誘導結合や共振電極と結合伝送線路間の電磁誘導結
合を防止することができる。また、電磁誘導結合を防止
する機能は、アース電極にあるため、例えば、基板(5)
のアース電極(5a)が、基板(4) の裏面に形成されるよう
にしてもよいし、同様に、基板(7) のアース電極(7a)が
基板(6) の裏面に形成されるようにしてもよい。

【００１４】次に、この実施例の各基板は、前述のとお
り、高誘電率であり、線路幅は損失防止を考慮し細くし
ていないため、結合伝送線路及び入出力用伝送線路の特
性インピーダンスは、それぞれ高誘電率ではない基板に
比較して小さくなっている。従って、フィルタの入出力
インピーダンスを外部回路の入出力インピーダンスと整
合させる必要が生じる。ここで、結合伝送線路の特性イ
ンピーダンス(Z₀)と外部回路の入出力インピーダンス(Z
₁)と入出力用伝送線路の特性インピーダンス(Z₂)には、
結合伝送線路及び入出力用伝送線路の電気長がそれぞれ
1/4 波長(90 °) とすると、数１に示す関係がある。

【数１】この式より、外部回路の入出力インピーダンス(Z₁)は入
出力用伝送線路の特性インピーダンス(Z₂)に比例し、結
合伝送線路の特性インピーダンス(Z₀)に反比例すること
が解る。また、この式より(Z₂)＞(Z₀)であるから、入出
力用伝送線路の特性インピーダンス(Z₂)を変更しないと
すれば、結合伝送線路の特性インピーダンス(Z₀)を入出
力用伝送線路の特性インピーダンス(Z₂)より小さくすれ
ば、フィルタの入出力インピーダンスを外部回路の入出
力インピーダンスに整合させることができることが解
る。

【００１５】ここで、各伝送線路の特性インピーダンス
は、各伝送線路が形成された基板を有するトリプレート
構造の厚みが一定の場合は、線路の幅が広くなる程、小
さくなるから、結合伝送線路の特性インピーダンス(Z₀)
を入出力用伝送線路の特性インピーダンス(Z₂)より小さ
くするには、結合伝送線路(2a)の幅(L1)を入出力用伝送
線路の幅(L2)より広く形成すればよい。従って、入出力
用伝送線路の幅と入出力用伝送線路の特性インピーダン
スとの関係をフィルタ形成前に予め調べておくことによ
り、入出力用伝送線路を所定の幅に調整するだけでフィ
ルタの入出力インピーダンスを外部回路の入出力インピ
ーダンスと整合させることができる。このように、誘電
率の高い基板を用い、各伝送線路の電気長を1/4 波長(9
0 °) 以下になるように形成することによりフィルタを
小型化できる。しかも、結合伝送線路の幅を広くすると
ともに、入出力用伝送線路を調整してインピーダンス変
換し、フィルタの入出力インピーダンスを外部回路の入
出力インピーダンスと整合することにより線路の損失を
低下させることもできる。

【００１６】また、各伝送線路の特性インピーダンス
は、伝送線路の幅が一定の場合には、伝送線路が形成さ
れている基板を有するトリプレート構造が厚い程、大き
くなるから、フィルタの入出力インピーダンスを外部回
路の入出力インピーダンスと整合させるためには、結合
伝送線路が形成された基板を有するトリプレート構造、
または入出力用伝送線路が形成された基板を有するトリ
プレート構造の厚みを調整すればよい。従って、結合伝
送線路(6a)の線路幅(L1)及び入出力用伝送線路(4a),(8
a) の線路幅(L2)が一定の場合は、入出力用伝送線路(4
a)のトリプレート構造を形成する第１の基板〜第４の基
板の厚みの合計(D1)(D1=d1a+d1b+d1c+d1d)と、入出力用
伝送線路 (8a) のトリプレート構造を形成する第７の基
板〜第１０の基板の厚みの合計(D2)(D2=d2a+d2b+d2c+d2
d)が、それぞれ結合伝送線路(6a)のトリプレート構造を
形成する第５の基板と第６の基板の厚みの合計(D3)(D3=
d3a+d3b)より厚くなるように所定の厚みに形成すれば、
フィルタの入出力インピーダンスを外部回路の入出力イ
ンピーダンスと整合させることができる。なお、各線路
幅及び各基板の厚みを同時に調整することにより、イン
ピーダンスの整合及び伝送線路の損失を低下させること
ができる最適の設計を行なうことが望ましい。

【００１７】ところで、結合伝送線路に必要なインダク
タンス(L) と電気長を短縮した後の結合伝送線路の特性
インピーダンス(Z₀₁) には、数２に示す関係がある。

【数２】すなわち、結合伝送線路の電気長を1/4 波長(90 °) よ
り短くし、小型化を図る場合には、インダクタンス(L)
が減少するため、これを補うには、結合伝送線路の特性
インピーダンス(Z₀₁) を電気長が90度の時に外部回路の
入出力インピーダンスに整合させるために必要な特性イ
ンピーダンスより大きい特性インピーダンスに増加させ
る必要がある。ここで、インダクタンス(L) をキャパシ
タンス(C) に置き換えると、数３に示すようになる。

【数３】この式から解るように、結合伝送線路の特性インピーダ
ンス(Z₀)を大きくすると、必要な容量(C) が減少してし
まう。そこで、この発明のフィルタでは、不足する容量
を図４の等価回路に示すように、追加集中定数容量(C1)
として補い、不足分を確保している。追加集中定数容量
(C1)は、図２(a),(b) に示す追加集中定数容量(C1a) 及
び(C1b) で形成されるから、追加集中定数容量(C1a) を
決定する第２の基板の容量形成用電極(2a)及び第１０の
基板の容量形成用電極(10a) 、容量(C1b) を決定する第
４の基板の容量形成用電極(4b)及び第８の基板の容量形
成用電極(8b)それぞれの面積を調整することにより、所
望の容量に設定することができる。同様に、入出力用伝
送線路の容量も追加集中定数容量(C1)を決定する前記各
容量形成用電極の面積を調整することにより、入出力用
伝送線路の特性インピーダンスを、電気長が90度の時に
外部回路の入出力インピーダンスに整合させるために必
要な特性インピーダンスより大きい特性インピーダンス
に増加させることができる。

【００１８】また、追加集中定数容量を形成すると、各
伝送線路のインダクタンスとともに、ローパスフィルタ
の機能を付加することになるため、フィルタのスプリア
ス除去特性を向上させることができる。なお、この発明
のフィルタの特性インピーダンスは小さく設定されてい
るため、ローパスフィルタのカットオフ周波数を低くす
ることができ、より低い周波数のスプリアスまで除去す
ることができる。

【００１９】上記実施例では、側面電極(2b),(3d),(4
c),(5d),(6c),(7e),(8d),(9d) を用いて各基板に形成さ
れた電極を接続したが、基板主面の鉛直方向に貫通する
複数のビアーホールを形成し、その内面に導体を形成し
たり、導電材料体を充填することによってビアーホール
電極とし、電極間を接続することもできる。このような
接続手段によれば、各電極パターンを接続する電極が基
板内部に形成されることになるため、フィルタ外部から
の電磁誘導等の影響も減少させることができ、フィルタ
ーの通過帯域特性をより向上させることができる。

【００２０】なお、セラミック材料として、BaO-TiO₂-N
d₂O₂-Bi₂O₃系の合成粉末にガラスを添加したものを、導
体にはAgをそれぞれ使用し、5 ×6mm(30mm²)、厚さ0.35
mmの大きさで本実施例のフィルターを作成したところ、
1,000MHzの通過帯域での挿入損失0.7dB 、850MHzの阻止
帯域での減衰量35dBの特性が得られた。また、スプリア
ス特性も30dB以上有しており、ローパスフィルタの機能
を有していることも確認できた。

【００２１】

【発明の効果】この発明のフィルタを用いれば、共振電
極間の電磁誘導結合、共振電極と結合伝送線路間の電磁
誘導結合を防止することができるため、通過帯域特性を
向上させることができる。また、誘電率の高い基板にあ
って、伝送路の電気長を90度以下で形成することができ
るため、フィルターを小型化することができる。さら
に、小型化しても、伝送線路の損失を減少させることが
できるとともに、外部回路の入出力インピーダンスと整
合させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のフィルタを形成する基板の説明図で
ある。

【図２】(a) は第１の基板〜第１０の基板を順次積層
し、図１(a) のA-A ′線で切断した断面説明図、(b) は
B-B ′線で切断した断面説明図をそれぞれ示す。

【図３】第１の基板〜第１０の基板を順次積層し、図１
(a) のC-C ′線で切断した断面説明図である。

【図４】この発明のフィルタの等価回路の説明図であ
る。

【図５】共振器間が分離している場合の通過帯域特性と
共振器に余分な結合が生じた場合の通過帯域特性とを示
す説明図である。

【図６】従来のフィルタを形成する基板の説明図であ
る。

【図７】図６に示す基板を順次積層し、図６(a)Dに示す
-D′線で切断した断面説明図である。

【符号の説明】

１・・第１の基板、２・・第２の基板、３・・第３の基
板、４・・第４の基板、５・・第５の基板、６・・第６
の基板、７・・第７の基板、８・・第８の基板、９・・
第９の基板、１０・・第１０の基板、３ａ，９ａ，１２
・・共振電極、３ｂ，９ｂ・・開放端、３ｃ，９ｃ・・
短絡端、４ａ，８ａ，２０ｂ・・入出力用伝送線路、５
ｂ，５ｃ，７ｂ，７ｃ，７ｄ・・非電極部、１１，２２
・・積層型帯域除去フィルタ、１３・・入出力端子、６
ａ，１４，１６ａ・・結合伝送線路、１５〜２１・・基
板、２２ｂ・・入出力端子電極、Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ２ａ
・・追加集中定数容量、Ｃ２，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ３・
・容量、ｄ１ａ〜ｄ１ｄ・・第１の基板〜第４の基板そ
れぞれの厚み、ｄ２ａ〜ｄ２ｄ・・第７の基板〜第１０
の基板それぞれの厚み、ｄ３ａ・・第５の基板の厚み、
ｄ３ｂ・・第６の基板の厚み、Ｌ１・・結合伝送線路の
幅、Ｌ２・・入出力用伝送線路の幅、Ｍ・・共振電極１
９ｂ間の電磁誘導結合、λ・・波長、１ａ，５ａ，７
ａ，１０ｄ，１５ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，２０
ａ，２１ａ，２２ａ・・アース電極、２ａ，４ｂ，６
ｄ，６ｅ，８ｂ，１０ａ・・容量形成用電極、１ｂ，１
ｃ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，４ｃ，４
ｄ，４ｅ，４ｆ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，６ｃ，６
ｆ，６ｇ，６ｈ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ，８ｃ，８
ｄ，８ｅ，８ｆ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，１０ｂ，１
０ｃ，１０ｅ・・側面電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アース電極が形成された誘電体基板間
に、共振電極が形成された誘電体基板を積層して構成さ
れ、外部回路と接続可能な積層型帯域除去フィルタにお
いて、１枚の誘電体基板に１つの共振電極が形成された少なく
とも２つ以上の誘電体基板と、前記共振電極の内、積層
方向に隣り合う２つの共振電極を結合する結合伝送線路
が形成された誘電体基板とを、アース電極が形成された
誘電体基板間に配置し、前記各誘電体基板間を遮蔽する
アース電極を各誘電体基板間に少なくとも１つ形成した
ことを特徴とする積層型帯域除去フィルタ。
【請求項２】前記外部回路と接続可能な入出力用伝送
線路が形成された誘電体基板が前記アース電極が形成さ
れた誘電体基板間に配置され、前記結合伝送線路の幅
が、前記入出力用伝送線路の幅より広く形成されたこと
を特徴とする請求項１に記載の積層型帯域除去フィル
タ。
【請求項３】前記結合伝送線路が形成された誘電体基
板を有するトリプレート構造の厚みが、前記入出力用伝
送線路が形成された誘電体基板を有するトリプレート構
造の厚みより薄く形成されたことを特徴とする請求項１
に記載の積層型帯域除去フィルタ。
【請求項４】前記結合伝送線路が形成された誘電体基
板が、前記共振電極が形成された誘電体基板間に配置さ
れたことを特徴とする請求項１または請求項２または請
求項３に記載の積層型帯域除去フィルタ。