JPH09214202A

JPH09214202A - 誘電体フィルタ

Info

Publication number: JPH09214202A
Application number: JP1505396A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Asada; 尚幸浅田; Takashi Okawa; 大川　　隆
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc; Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波帯域（例えば、数ＧＨｚ程度）におい
ても単板コンデンサ１４の静電容量及びＱ値が大きく、
高周波における特性に優れ、かつ比較的簡単な形状の安
価な誘電体フィルタを得るのが難しい。【解決手段】誘電体フィルタを誘電体基板１６上の上
面にインダクタンスを構成するマイクロストリップライ
ン１１が少なくとも２本平行的に形成され、誘電体基板
１１の底面及び上面の少なくとも対向する辺部に形成さ
れたアース電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとこれ
らマイクロストリップライン１１との間に、誘電体基板
１６に少なくとも部分的に埋設された単板コンデンサ１
４がそれぞれ介装され、マイクロストリップライン１１
の中央部分に入出力電極１２が接続された構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘電体フィルタに関
し、より詳細には携帯電話等の高周波帯域を利用する移
動体無線通信機器等において使用される誘電体フィルタ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】インダクタンスとキャパシタンスとを直
列共振接続させた回路が誘電体基板上に形成された誘電
体フィルタとしては、従来より種々の構成のものが使用
されている。

【０００３】図８はこの誘電体フィルタを示した回路構
成図である。キャパシタンス（Ｃ）とインダクタンス
（Ｌ）とが直列に接続され、その両端が接地１３ｅされ
た共振回路が、２個形成されており、２個のインダクタ
ンス部分にそれぞれ入出力端子１２ａが接続されてい
る。このような回路は前記したようにフィルタとして作
用し、前記キャパシタンスとインダクタンスとの値を特
定の値に設定することにより、特定周波数帯域のみを通
過させるように機能する。

【０００４】前記誘電体フィルタにおいて、通常、イン
ダクタンスはマイクロストリップラインにより構成さ
れ、一方キャパシタンスは空気層を誘電体層としたギャ
ップにより構成されるか、又は誘電体セラミックスを使
用したコンデンサにより構成される。

【０００５】図９は特開昭５７−７８２０１号公報にお
いて開示された誘電体フィルタを模式的に示した斜視図
であり、図中、４０は誘電体フィルタを示している。

【０００６】この誘電体フィルタ４０においては、誘電
体基板４１の上面に３本のマイクロストリップライン４
３が形成されているが、このマイクロストリップライン
４３は直接他の電極には接続されておらず、それぞれの
マイクロストリップライン４３の両端付近に一定距離の
空間（ギャップ４２）を隔てて、アース電極４５が形成
されており（誘電体基板４１上面の左辺部分及び右辺部
分）、このギャップ４２によりキャパシタンスが構成さ
れている。また、アース電極４５は前記した部分の他、
左側面の全体、右側面の一部及び下面全体に形成されて
いる。そして、３本のマイクロストリップライン４３よ
り手前側及び向こう側には、マイクロストリップライン
４３と平行に入出力電極４４が形成されており、この入
出力電極４４はアース電極４５と接続されている。

【０００７】図１０は図９に示した誘電体フィルタ４０
の回路構成図であるが、３本のマイクロストリップライ
ン４３がそれぞれ両端にコンデンサ４６を介してアース
電極４５に接続されている。また、入出力電極４４もア
ース電極４５に接続されており、入出力電極４４を外部
電子機器等と接続することによりフィルタとして機能す
る。

【０００８】しかし、このような誘電体フィルタ４０
は、コンデンサ４６が単に空気層を用いたギャップ４２
により構成されているため、コンデンサ４６の容量が小
さい。共振周波数ｆ₀ は、ｆ₀ ＝１／［２π（ＬＣ）
^1/2 ］で決まるので、同じ共振周波数を得るにはインダ
クタンス（Ｌ）を大きくする必要があり、マイクロスト
リップライン４３を長くする必要がある。従って、フィ
ルタ４０全体の寸法が大きくなるという問題があった。

【０００９】そこで、フィルタを構成するコンデンサと
して誘電体セラミックスが用いられた誘電体フィルタが
開示されている。

【００１０】図１１は実開昭６１−１８７１０１号公報
において開示され、コンデンサとしてチップコンデンサ
が用いられたストリップラインフィルタを模式的に示し
た平面図である。

【００１１】このストリップラインフィルタ５０におけ
る電極の構成については、３本のマイクロストリップラ
イン５３のそれぞれの一端がアース電極５６と接続され
ている他は、図９に示した誘電体フィルタと略同様であ
る。それぞれのマイクロストリップライン５３のアース
電極５６と接続されていない他の開放端とアース電極５
６との間にはチップコンデンサ５２が介装され、導電性
接合剤５５でチップコンデンサ５２の両端が接合されて
キャパシタンスが構成されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図１１のようにキャパ
シタンスがチップコンデンサ５２により構成されたスト
リップラインフィルタ５０においては、図９に示した単
にギャップ４２がコンデンサとして利用された誘電体フ
ィルタ４０よりも比誘電率が大きいが、高周波帯域にお
けるＱ値が小さいので、ＧＨｚレベルの周波数帯域にお
けるＱ値が十分に大きいとは言えず、前記帯域における
フィルタとしての特性は十分ではなかった。

【００１３】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、フィルタを構成する誘電体が高周波（マイク
ロ波）帯域においてもＱ値が小さくならず、高周波帯域
における特性に優れ、かつ形状が簡単で安価に製造する
ことができる誘電体フィルタを提供することを目的とし
ている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る誘電体フィルタは、誘電体基板の上面に
インダクタンスを構成するマイクロストリップラインが
少なくとも２本平行的に形成され、前記誘電体基板の底
面及び上面の少なくとも対向する辺部に形成されたアー
ス電極とこれらマイクロストリップラインとの間に、前
記誘電体基板に少なくとも部分的に埋設された単板コン
デンサがそれぞれ介装され、前記マイクロストリップラ
インの中央部分に前記中央部分から前記アース電極が形
成されていない辺部にかけて形成された入出力電極が接
続されていることを特徴としている（１）。

【００１５】また本発明に係る誘電体フィルタは、上記
（１）記載の誘電体フィルタにおいて、誘電体基板の上
面に形成された２本以上のマイクロストリップラインの
間に、少なくとも部分的に前記誘電体基板に埋設された
別のコンデンサが介装されていることを特徴としている
（２）。

【００１６】また本発明に係る誘電体フィルタは、上記
（１）又は（２）記載の誘電体フィルタにおいて、誘電
体基板がガラスエポキシ基板により構成されていること
を特徴としている（３）。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る誘電体フィル
タの実施の形態を説明する。

【００１８】まず初めに、上記（１）記載の誘電体フィ
ルタの実施の形態を説明する。図１は上記（１）記載の
誘電体フィルタの実施の一形態を模式的に示した平面図
であり、（ｂ）はその底面図であり、（ｃ）はその側面
図である。

【００１９】この実施の形態に係る誘電体フィルタ１０
においては、誘電体基板１６の上面にインダクタンスを
構成する直線状のマイクロストリップライン１１が２
本、誘電体基板１６の一辺に平行に形成されており、誘
電体基板１６の左右の辺部にはアース電極１３ａ、１３
ｂが形成されている。そして、それぞれのマイクロスト
リップライン１１の左端はアース電極１３ｂと接続され
ており、一方マイクロストリップライン１１の右端とア
ース電極１３ａとの間には、誘電体基板１６に部分的に
埋設された単板コンデンサ１４が介装されている。ま
た、それぞれのマイクロストリップライン１１の中央部
分からは辺部側に延びた入出力電極１２ａが接続形成さ
れており、この入出力電極１２ａは辺部に達している。
入出力電極１２ａの辺部と接する部分は、他の機器との
接続を図るための平面視半円形状の切り欠け部１８が形
成され、この切り欠け部１８に入出力端子１２ｂが形成
されており、下面の切り欠け部１８の周辺には入出力端
子１２ｃが形成されている。また、下面に形成された入
出力端子１２ｃとアース電極１３ｄとが接続されないよ
うに、入出力端子１２ｃが形成された部分の周囲には、
電極が形成されていない帯域Ａを介在させている。

【００２０】切り欠け部１８の周囲を除いた誘電体基板
１６の底面の略全面にアース電極１３ｄが形成されてお
り、このアース電極１３ｄと上面の左右の辺部に形成さ
れたアース電極１３ａ、１３ｂとの接続を図るため、ア
ース電極１３ａ、１３ｂには多数のスルーホール１５が
形成され、アース電極１３ｂが形成されている左側の辺
部に直交する上下の辺の一部にもアース電極１３ｂが接
続形成され、アース電極１３ｂが形成された部分に接地
用の端子と接続するための切り欠け部１７が形成されて
おり、この切り欠け部１７にもアース端子１３ｃが形成
されている。誘電体基板１６に形成された切り欠け部１
７、１８に形成された入出力端子１２ｂ、アース端子１
２ｃと外部端子（図示せず）との接続は、ハンダ付けに
より行われる。このような構成の誘電体基板１１は、最
終的にシールドケース（図示せず）に納められ、保護さ
れる。上記構成の誘電体フィルタ１０の等価回路は図８
に示したようになる。

【００２１】この誘電体フィルタ１０を構成する誘電体
基板１６は、誘電体であればよく、その形成材料は特に
限定されるものではない。誘電体基板１６としては、例
えば誘電体セラミックス、ガラスエポキシ基板等が挙げ
られるが、その中でもガラスエポキシ基板が大量かつ安
価に手に入れることができるので好ましい。誘電体基板
１６の寸法は、通常、縦、横が３．２〜４．５ｍｍ程
度、厚さが１．０〜２．０ｍｍ程度が好ましい。

【００２２】単板コンデンサ１４を構成する誘電体材料
も特に限定されるものではないが、数十以上の比誘電率
を有し、高周波、特にＧＨｚ帯域の周波数帯域において
Ｑ値が３，０００〜５０，０００程度と大きいものが好
ましく、例えばBaO-TiO₂-WO₃の３成分系を主成分とする
もの、Pb_x(Mg_1/3Nb_2/3)O_3-y(In_1/2Nb_1/2)O₃ （但し、x=
0.5 〜0.9 、y=0.1 〜0.5)、Pb_xZr_(1-x)O_(2-x)（但し、
0.42≦x ≦0.69）、チタン酸バリウムにNd₂O₃ 及びGd₂O
₃ を添加したもの、チタン酸バリウムにNd₂O₃、Gd₂O
₃ 、及びBi₂O₃ を添加したもの等が挙げられる。単板コ
ンデンサ１４とは、平板状の誘電体セラミックスの両主
面に電極が形成された形式のものをいう。単板コンデン
サ１４を構成する電極の面積は、誘電体の比誘電率によ
っても変化するが、通常、１．０〜２．０ｍｍ² 程度が
好ましく、その厚さは０．２〜０．５ｍｍ程度が好まし
い。この単板コンデンサ１４を構成する電極と周囲のマ
イクロストリップライン１１及びアース電極１３ａとの
接続は、ハンダ又は導電性樹脂により行われる。単板コ
ンデンサ１４を誘電体基板１６上に配設する方法として
は、誘電体基板１６に単板コンデンサ１４形状の凹部を
形成し、この凹部に単板コンデンサ１４の全体又は一部
を埋設させればよい。単板コンデンサ１４を前記凹部に
埋設される方法としては、所定の位置に単板コンデンサ
１４形状の凹部を形成した大きな板状体で、誘電体基板
１６の形状に切断する前のものを振込機にセットし、単
板コンデンサ１４を前記板状体の上に散布した後、振込
機を作動させる方法が挙げられる。

【００２３】誘電体基板１６表面の図示した部分に形成
するマイクロストリップライン１１、入出力電極１２
ａ、入出力端子１２ｂ、１２ｃ、アース電極１３ａ、１
３ｂ、１３ｄ、アース端子１３ｃ等は、Ａｇ、Ｃｕ等の
導電性金属粉末を含有する導電性ペーストを誘電体基板
１６表面に塗布した後、焼成することにより形成するこ
とができる。マイクロストリップライン１１の幅は０．
４〜０．８ｍｍ程度が好ましく、その長さは２〜３ｍｍ
程度が好ましい。

【００２４】図２は、別の実施の形態に係る上記（１）
記載の誘電体フィルタを模式的に示した平面図である。

【００２５】この誘電体フィルタ２０においては、誘電
体基板１６上に形成されたマイクロストリップライン１
１のそれぞれの両端部付近に部分的に埋設された単板コ
ンデンサ１４が介装されている他は、図１に示した誘電
体フィルタ１０の場合とその構成は変わらない。単板コ
ンデンサ１４を配設する方法は、上記（１）記載の誘電
体フィルタの場合と同様である。

【００２６】図３は図２に示した誘電体フィルタの等価
回路図である。インダクタンス（Ｌ）の両端にキャパシ
タンス（Ｃ）が接続され、さらにこのキャパシタンスを
介して接地３３ａされた回路が２個形成されており、イ
ンダクタンスの途中に入出力端子３２ａが接続されてい
る。

【００２７】図２のように、マイクロストリップライン
１１の両端に単板コンデンサ１４が介装されているの
で、特定周波数の通過減衰量が小さくなり、図１に示し
た誘電体フィルタ１０と比較してフィルタの特性が改善
される。

【００２８】上記（１）記載の誘電体フィルタ１０、２
０によれば、高周波帯域（例えば、数ＧＨｚ程度）にお
いても単板コンデンサ１４の大きな静電容量及び大きな
Ｑ値が維持され、高周波帯域における特性に優れ、かつ
比較的簡単な形状の安価な誘電体フィルタとなる。

【００２９】次に、上記（２）記載の誘電体フィルタの
実施の形態を説明する。図４は、この実施の形態に係る
誘電体フィルタ３０を模式的に示した平面図である。

【００３０】この誘電体フィルタ３０においては、２本
のマイクロストリップライン１１を挟んだ中間部分に部
分的に埋設された単板コンデンサ１４が介装され、この
単板コンデンサ１４を構成する電極と２本のマイクロス
トリップライン１１とが導体層２１により接続されてお
り、その他の構成は、図１に示した誘電体フィルタ１０
と同様である。また、単板コンデンサ１４を配設する方
法は、上記（１）記載の誘電体フィルタ１０の場合と同
様である。

【００３１】図５は、図４に示した誘電体フィルタ３０
の等価回路図である。この誘電体フィルタ３０の回路構
成は、いわゆる容量結合型といわれるもので、図８に示
した回路における２個のインダクタンス（Ｌ）の間にコ
ンデンサ（Ｃ）が介装、接続されており、このような回
路構成とすることによりフィルタとしての特性が図１に
示した誘電体フィルタ１０と比較してさらに向上する。

【００３２】上記（２）記載の誘電体フィルタ３０によ
れば、高周波帯域（例えば、数ＧＨｚ程度）においても
前記コンデンサの大きな静電容量及び大きなＱ値が維持
され、高周波における特性により優れ、かつ比較的簡単
な形状の安価な誘電体フィルタとなる。

【００３３】また本発明に係る誘電体フィルタ（３）に
よれば、上記（１）又は（２）記載の誘電体フィルタで
あって、誘電体基板１６がガラスエポキシ基板より構成
されており、前記ガラスエポキシ基板は信頼性に優れ、
大量かつ安価に供給されるので、信頼性に優れた誘電体
フィルタがより安価に提供される。

【００３４】

【実施例】以下、本発明に係る誘電体フィルタの実施例
を説明する。まず図１に示した誘電体フィルタ１０の実
施例を説明する。本実施例においては、誘電体基板１６
として、縦、横が３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、その厚さが
０．８ｍｍのガラスエポキシ基板（ＪＩＳ規格ＦＲ−
４）を使用し、単板コンデンサとして、BaO-TiO₂-Nd₂O₃
-Gd₂O₃系セラミックスを誘電体材料とし、縦が１．２ｍ
ｍ、横が１．２ｍｍ、厚さが電極部分を除いて０．２ｍ
ｍのものを使用した。

【００３５】また、誘電体基板１６に形成されたマイク
ロストリップライン１１、入出力電極１２ａ、入出力端
子１２ｂ、１２ｃ、アース電極１３ａ、１３ｂ、１３
ｄ、アース端子１３ｃは、全てＣｕにより１８μｍの厚
さに形成されており、これら電極の耐食性やハンダ付着
性等を改善するために、３〜５μｍの厚さで銅の上にハ
ンダによる電解メッキ処理が施されている。

【００３６】前記方法により作製が完了した誘電体基板
１１は、図示しないリン青銅製のシールドケースに納め
られた。このシールドケースは厚さが０．１５ｍｍで、
一面が開放された箱形状をなしており、開放面の内側の
寸法が誘電体基板１６と略同じ寸法となっている。この
シールドケースは、誘電体基板１６の上から被せられた
後、ハンダにより封着されており、誘電体基板１６の上
面とシールドケースとの間には、１．２ｍｍの空間が形
成されるようになっている。

【００３７】このように構成された誘電体フィルタ１０
にあっては、高周波帯域においても単板コンデンサ１４
の大きな静電容量及び大きなＱ値を維持することがで
き、このため高周波帯域においても挿入損失の小さい優
れた誘電体フィルタを提供することができる。また、誘
電体基板１６は大量かつ安価に販売され、しかも信頼性
に優れたガラスエポキシ基板を使用しているので、安価
でかつ信頼性に優れた誘電体フィルタ１０を提供するこ
とができる。

【００３８】図６は単板コンデンサ１４のＱ値を変化さ
せた際の通過減衰量と周波数との関係につき、シミュレ
ーションを行った結果を示したグラフである。実線がコ
ンデンサ（単板コンデンサ）のＱ値を５００とした場
合、点線がコンデンサ（積層チップコンデンサ）のＱ値
を５０とした場合である。

【００３９】図６より明らかなように、Ｑ値を５００に
とった単板コンデンサの場合の方が、Ｑ値を５０にとっ
た積層チップコンデンサの場合と比較して、１．９ＧＨ
ｚにおける減衰量が少なく、フィルタとしての特性に優
れていることがわかる。

【００４０】また、実施例に係る誘電体フィルタ１０を
ネットワークアナライザ（ヒュ−レットパッカード社製
ＨＰ８７５３Ｃ）に接続し、実際にフィルタ特性（通
過減衰量、反射損失）を測定した。

【００４１】図７は前記フィルタ特性を測定結果を示し
たグラフであり、縦軸に通過減衰量及び反射損失を、横
軸に周波数（ＧＨｚ）をとっている。

【００４２】図７より明らかなように、フィルタとして
使用する周波数２．４ＧＨｚにおいて、通過減衰量が−
数ｄＢ、反射損失が−１０ｄＢ以下となっており、優れ
たフィルタ特性を示している。

【００４３】上記したように、実施例に係る誘電体フィ
ルタ１０にあっては、前記の高周波帯域におけるフィル
タ特性に優れる。また、実施例に係る誘電体フィルタ１
０、は構成が簡単であり、信頼性に優れ、安価かつ大量
に手に入れることができるガラスエポキシ樹脂を誘電体
基板１６としているので、信頼性に優れ、かつ安価な誘
電体フィルタを提供することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る誘電体
フィルタ（１）にあっては、高周波帯域（例えば、数Ｇ
Ｈｚ程度）においても前記単板コンデンサの大きな静電
容量及び大きなＱ値を維持することができ、高周波にお
ける特性に優れ、かつ比較的簡単な形状の安価な誘電体
フィルタを提供することができる。

【００４５】また本発明に係る誘電体フィルタ（２）に
あっても、高周波帯域（例えば、数ＧＨｚ程度）におい
ても前記コンデンサの大きな静電容量及び大きなＱ値を
維持することができ、高周波における特性により優れ、
かつ比較的簡単な形状の安価な誘電体フィルタを提供す
ることができる。

【００４６】また本発明に係る誘電体フィルタ（３）に
あっては、優れた特性の誘電体フィルタをより安価に提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る誘電体フィルタの実施の
一形態を模式的に示した平面図であり、（ｂ）はその底
面図であり、（ｃ）はその側面図である。

【図２】別の実施の形態に係る誘電体フィルタを模式的
に示した平面図である。

【図３】図２に示した誘電体フィルタの等価回路図であ
る。

【図４】さらに別の実施の形態に係る誘電体フィルタを
示した平面図である。

【図５】図４に示した誘電体フィルタの等価回路図であ
る。

【図６】図１に示した実施の形態に係る誘電体フィルタ
において、コンデンサのＱ値を所定の値に設定した場合
の周波数と通過減衰量との関係を示したグラフである。

【図７】図１に示した実施の形態に係る誘電体フィルタ
を作動させた際の周波数と通過減衰量との関係を示した
グラフである。

【図８】インダクタンスとキャパシタンスとが直列共振
接続された誘電体フィルタ回路を示した回路構成図であ
る。

【図９】特開昭５７−７８２０１号公報において開示さ
れた誘電体フィルタを模式的に示した斜視図である。

【図１０】図９に示した誘電体フィルタの回路構成図で
ある。

【図１１】実開昭６１−１８７１０１号公報において開
示されたストリップラインフィルタを模式的に示した平
面図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０誘電体フィルタ１１マイクロストリップライン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ入出力電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄアース電極１４単板コンデンサ１５スルーホール１６誘電体基板２１導体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板の上面にインダクタンスを構
成するマイクロストリップラインが少なくとも２本平行
的に形成され、前記誘電体基板の底面及び上面の少なく
とも対向する辺部に形成されたアース電極とこれらマイ
クロストリップラインとの間に、前記誘電体基板に少な
くとも部分的に埋設された単板コンデンサがそれぞれ介
装され、前記マイクロストリップラインの中央部分に前
記中央部分から前記アース電極が形成されていない辺部
にかけて形成された入出力電極が接続されていることを
特徴とする誘電体フィルタ。
【請求項２】誘電体基板の上面に形成された２本以上
のマイクロストリップラインの間に、少なくとも部分的
に前記誘電体基板に埋設された別のコンデンサが介装さ
れていることを特徴とする請求項１記載の誘電体フィル
タ。
【請求項３】誘電体基板がガラスエポキシ基板により
構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２
記載の誘電体フィルタ。