JPH10313201A - 積層誘電体フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振器間結合を制御でき、基本波の２倍の周
波数付近に生じる不要レスポンスをずらしてフィルタの
高調波特性を改善する。 【解決手段】 多数の誘電体シートを積層・接合して焼
結一体化した誘電体チップ１０と、その内部に配置した
複数の帯状の共振器内導体１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、
共振器外導体となる外面アース導体１４と、両側の共振
器内導体との間で入出力結合する入出力電極１６ａ，１
６ｂを有する。共振器内導体は、一端が開放状態で、他
端が短絡状態である。共振器内導体の間の位置に、結合
度を制御するためのほぼ線状の結合制御導体１８を配設
する。各結合制御導体は、その中央部のみに広幅部ａを
有する形状であり、誘電体チップの一方の側面から他方
の側面に至るように形成し、外表面に至る両端部をそれ
ぞれ外面アース導体に接続する。結合制御導体は、端部
のみ広幅部を有する形状でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体シートを多
数枚積層して焼結したチップ状の誘電体材料の内部に、
複数の共振器内導体を設け、外表面に外部アース導体及
び入出力電極を設けた積層誘電体フィルタに関するもの
である。更に詳しく述べると本発明は、誘電体チップ内
部の共振器内導体の間の位置に、線状の結合制御導体を
配設することで隣接する共振器間の結合度を制御して帯
域幅の調整や小形化を図ることができ、高調波特性の良
好な積層誘電体フィルタに関するものである。この積層
誘電体フィルタは、例えばマイクロ波帯で用いる自動車
電話、携帯電話などの各種移動体通信機器に用いられ
る。

【０００２】

【従来の技術】誘電体材料を使用するマイクロ波用フィ
ルタの一つに共振器をストリップ線路で構成する形式が
ある。λ／４共振器の場合には、誘電体材料の内部に直
線状のストリップ線路型の共振器内導体を設け、その一
端が開放となり、他端が誘電体材料の外表面の外部アー
ス導体に短絡されるように構成する。ここで共振器内導
体は、共振波長の１／４の奇数倍の長さに設定する。誘
電体材料の内部で、このような共振器内導体を複数個、
フィルタ特性に対応した結合度が得られるように所定の
間隔で並設することによって、帯域通過フィルタが得ら
れる。

【０００３】近年の通信機器の小型化に伴い、誘電体フ
ィルタも一層の小型化が要求され、それに対応すべく一
部で積層構造が採用されている。これは多数の誘電体シ
ート（グリーンシート）を積層して加圧一体化して焼結
する構成である。例えば、内部の共振器内導体を導体ペ
ーストのパターン印刷法で誘電体シート上に形成し、そ
れを含めて誘電体シートを多数積層して圧着一体化し、
外部アース導体と入出力電極を形成して焼結する。通
常、多数個取りができるように、大きな誘電体シートを
使用し、圧着一体化した後に縦横に切断してチップ状に
する製法が採用されている。

【０００４】積層誘電体フィルタの場合においても、複
数の共振器内導体は、整合がとれる結合状態となるよう
に所定の間隔で配置する必要がある。フィルタ特性とし
て通過帯域幅の狭い特性が要求される場合は、共振器内
導体同士の間隔を拡げて結合度を弱めるようにして制御
する。そのため、外形寸法が大きくなる。また、中心周
波数が同じでも通過帯域幅が異なれば、全く別の（間隔
が異なる）共振器内導体パターンを設計しなければなら
ず、それに伴って外形寸法も異なったものとなってしま
う。

【０００５】このような問題を解決できる手法として、
本発明者等は先に、誘電体チップ内部の共振器内導体の
間の位置に、隣接する共振器間の結合度を制御する線状
の結合制御導体を配設し、該結合制御導体の外表面に至
る端部を外面アース導体に接続する構成を提案した（特
開平８−３３５８０５号公報参照）。この構成によって
共振器間結合を弱め、通過帯域幅の狭い特性を発現させ
ることができる。また同等の通過帯域幅でよければ、結
果として共振器配列方向の寸法を短縮することも可能で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
結合制御導体を組み込むと、基本波の２倍の周波数付近
に不要レスポンスが発生し、高調波特性が悪化する問題
が生じた。

【０００７】本発明の目的は、高調波特性の良好な小型
の帯域通過フィルタを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の誘電体
シートを積層・接合して焼結一体化した誘電体チップ
と、該誘電体チップの内部で間隔をおいて配置され一端
開放で他端短絡となる複数の共振器内導体と、該誘電体
チップの外表面に設けた共振器外導体となる外面アース
導体と、共振器内導体の間の位置に配置され両端が誘電
体チップの外表面で前記外面アース導体に接続すること
で隣接する共振器間の結合度を制御する線状の結合制御
導体と、両端に位置する共振器内導体と結合するように
設けた入出力電極とを有する積層誘電体フィルタであ
る。本発明では、高調波特性を良好にするために、前記
結合制御導体を単なる等幅線状パターンではなく、その
幅寸法を部分的に広く設定しており、この点に特徴があ
る。

【０００９】本発明の積層誘電体フィルタはλ／４共振
型であり、フィルタの中心周波数は原理的には共振器内
導体の長さで決まる。誘電体チップ内に構成される共振
器同士が互いに結合してフィルタ特性を発現する。共振
器内導体間に、結合制御導体を配置すると、それによっ
て共振器間の結合が弱められる。このために通過帯域幅
を狭くすることができる。これは、実質的に共振器内導
体間隔を拡げたのと同じことを意味し、これによって狭
帯域特性のフィルタが必要な場合に、外形寸法を小型化
できることになる。

【００１０】従来構成において、基本波の２倍の周波数
付近に不要レスポンスが現れる原因は、結合制御導体が
両端短絡のλ／２共振器となってしまうためと考えられ
る。しかし結合制御導体の幅寸法を部分的に変化させる
と、該結合制御導体の実質的な長さをλ／２からずらす
ことができ、高調波特性が改善される。共振器として作
用している結合制御導体の中央部のみに部分的な広幅部
を形成すると、λ／２共振器の電界最大の開放端（中央
部）に接地容量が付加されたことになり、これにより開
放端の特性インピーダンスが低くなるため、同一寸法で
も共振周波数が下がる。逆に結合制御導体の中央部に狭
幅部を形成すると共振周波数は上がる。また結合制御導
体の端部に広幅部を形成すると、λ／２共振器の磁界最
大の短絡端の特性インピーダンスが低くなり、共振周波
数は上がる。逆に結合制御導体の端部に狭幅部を形成す
ると共振周波数は下がる。

【００１１】結合制御導体の幅をあまり太くするとＱの
劣化を招き、積層時の誘電体シート同士の接合性能を低
下させる。そこで、結合制御導体は、線幅を細くして、
部分的に（即ち、中央部のみ又は端部のみに）広幅部を
設けるのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る積層誘電体フ
ィルタの一実施例を示しており、Ａはその外観図、Ｂは
そのＸ−Ｘ水平断面図、ＣはそのＹ−Ｙ垂直断面図であ
る。この例はインターデジタル型の３段フィルタであ
る。なお図面を分かり易くするために、見えている導体
の部分に斜線を付して表している。断面図で各導体部分
をかなり厚く描いているが、実際にはスクリーン印刷に
より導体ペーストを印刷したものであって、極く薄い層
である。

【００１３】この積層誘電体フィルタは、多数の誘電体
シートを積層・接合して焼結一体化した誘電体チップ１
０と、該誘電体チップ１０の内部において互いに平行に
所定の間隔をおいて配置した複数本（ここでは３本）の
帯状の共振器内導体１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、前記誘
電体チップ１０の外表面に設けた共振器外導体となる外
面アース導体１４と、両側の共振器内導体１２ａ，１２
ｃとの間で入出力結合するように設けた入出力電極１６
ａ，１６ｂを有する。各共振器内導体１２ａ，…，１２
ｃは、誘電体チップ１０の一方の側面からそれに対向す
る他方の側面にまで達し、一端が開放状態（外面アース
導体１４に接続されない）であり、他端が短絡状態（外
面アース導体１４に接続れさている）である。インター
デジタル型であるから、共振器内導体１２ａ，…，１２
ｃの開放端と短絡端は交互に対向する側面に位置するこ
とになる。入出力電極１６ａ，１６ｂは、ここでは誘電
体チップ１０内に延びる埋設部分（破線で示す）を有
し、共振器内導体１２ａ，１２ｃを挾み込む（もしくは
対向する）ような状態で入出力結合をとる構成になって
いる。入出力電極１６ａ，１６ｂの露出部分は、誘電体
チップ１０の外表面において外部アース電極１４とは導
通しないような島状のパターンである。

【００１４】本発明においては、誘電体チップ１０の内
部の共振器内導体１２ａと１２ｂの間の位置、及び共振
器内導体１２ｂと１２ｃの間の位置に、それぞれ隣接す
る共振器間の結合度を制御するためのほぼ線状の結合制
御導体１８を、共振器内導体１２ａ，…，１２ｃに対し
て平行に配設する。各結合制御導体１８は、その中央部
のみに広幅部ａを有する形状であり、誘電体チップ１０
の一方の側面から他方の側面に至るように形成されて、
外表面に至る両端部をそれぞれ外面アース導体１４に接
続する。結合制御導体１８は、コンマ数mm（例えば０．
３mm程度）といった、印刷安定性に難が生じない程度の
極く狭いパターン幅とする。この実施例では、結合制御
導体１８は、共振器内導体１２ａ，…，１２ｃと同じ層
（同じ誘電体シート面）に形成している。

【００１５】隣接する共振器内導体１２ａ，…，１２ｃ
の間に、両端が外部アース導体１４に接続されている結
合制御導体１８を配置すると、それによって共振器内導
体１２ａ，…，１２ｃ間の結合が弱められる。言い換え
れば、共振器内導体の間隔を広げたのと同等となる。こ
のために、結合制御導体の無い場合に比べて、通過帯域
幅の狭いフィルタ特性が発現する。この結合制御導体１
８は、両端が短絡されているのでλ／２共振器として作
用し、フィルタ本来の高調波（２倍波の周波数帯域）特
性を悪化させる。しかし、中央部のみが広幅になってい
ると、実質的にその部分（λ／２共振器の電界最大部
分）に接地容量が付加されたことになり、開放端（中央
部）の特性インピーダンスが低くなるため、共振周波数
が下がり、フィルタ本来の２倍波域から外れ、高調波特
性の低下を防止できる。

【００１６】上記の例では結合制御導体は、その中央部
のみに広幅部を有する形状であったが、図２に示すよう
に、各結合制御導体２８が両端部のみに広幅部ｂを有す
る形状としてもよい。その他の構造は図１と同様でよい
ので、対応する部分には同一符号を付し、それらについ
ての説明は省略する。両端部のみが広幅になっている
と、磁界最大部分である短絡端の特性インピーダンスが
低くなるため、それによって共振周波数が上がり、フィ
ルタ本来の２倍波帯域から外れ、高調波特性の低下を防
止できる。なお、上記のように両端部に設けるのではな
く、片方の端部のみに広幅部を有する形状としてもよ
い。

【００１７】結合制御導体を挿入する位置は、共振器内
導体を形成した層と同層のみに限られるものではない。
図３に示す例では、誘電体チップ１０の内部において共
振器内導体１２ａ，…，１２ｃの層から均等に上下に離
れた層にそれぞれ結合制御導体３８を設けている。共振
器内導体の層の上方もしくは下方のいずれか一方のみに
結合制御導体を設けてもよい。このようにすると、結合
制御導体１８と各共振器１２ａ，…，１２ｃとの間隔
（距離）が狭くなりすぎるのを防ぎ、Ｑの低下を防止で
きる。

【００１８】次に図４のＡ及びＢによって結合制御導体
の形状について説明する。結合制御導体の線幅ｗは、共
振器間の結合を抑制できれば十分であり、あまり太くす
るとＱの劣化を招く恐れがある。しかし、あまり細くし
過ぎると、印刷安定性に難が生じる。そのような観点か
ら、コンマ数mm程度（具体的には約０．３mm程度）に設
定している。結合制御導体の広幅部の幅Ｗは線幅ｗの２
〜３倍程度（Ｗ≒２ｗ〜３ｗ）に設定する。そして、広
幅部の長さＬ（図４のＢのように端部に設ける場合は、
両端部での長さＬ₁ ，Ｌ₂ の合計の長さＬ＝Ｌ₁ ＋
Ｌ₂ ）は、高調波帯域における不要レスポンスを所定量
だけシフトするために必要な寸法とする。広幅部の長さ
Ｌは、長くなればなるほど共振周波数がシフトするの
で、Ｑを劣化させない範囲に設定する必要があり、一般
に線幅ｗの１〜６倍程度（Ｌ≒１ｗ〜６ｗ）が適当であ
る。実験の結果によれば、特に、広幅部の幅ＷをＷ≒３
ｗ、長さＬをＬ≒２ｗ〜５ｗとするのが最も適当であっ
た。

【００１９】図４のＡに示すように、結合制御導体の中
央部に広幅部を形成すると、電界最大部分の接地容量が
増加したことになり、２倍波は低域（低周波側）へ大き
く移動する。但し、幅Ｗ及び長さＬが大きくなりすぎる
と、積層する際のセラミックス（誘電体シート）同士の
接合性、密着度が低下するため、上記の範囲程度にとど
めることが望ましい。図４のＢに示すように、結合制御
導体の両端部に広幅部を形成すると、磁界最大部分のイ
ンピーダンスが低くなり、２倍波は逆に高域（高周波
側）へ移動する。この場合には、図４のＡの形状と比較
して、各広幅部の長さを半分にできるため、積層する際
のセラミックス同士の接合性、密着度が低下する恐れは
少ない。

【００２０】

【実施例】

＜実施例１＞図４のＡに示す中央部に広幅部を有する結
合制御導体パターンで１．９ＧHz帯のインターデジタル
型の３段帯域通過フィルタを作製した。結合制御導体の
線幅ｗを０．３mm、広幅部の幅ＷをＷ＝３ｗとして、長
さＬと２倍波の周波数シフトの関係を調べた。その結果
は次の如くであった。 Ｌ＝２ｗのとき、周波数シフトは約−４００ＭHz Ｌ＝３ｗのとき、周波数シフトは約−５００ＭHz Ｌ＝６ｗのとき、周波数シフトは約−７００ＭHz

【００２１】上記の条件、即ち結合制御導体の線幅ｗ
が０．３mm、広幅部の幅Ｗが０．９mm、長さＬが０．６
mmのときのフィルタ挿入損失特性を図５に示す。実線は
結合制御導体が線状の場合（広幅部をもたない従来品）
を示し、破線部分は結合制御導体に広幅部を形成した場
合（本発明品）を示す。矢印ｓで示すとおりの大きさの
２倍波の周波数シフトが生じた。

【００２２】＜実施例２＞図４のＢに示す両端部に広幅
部を有する結合制御導体パターンで１．９ＧHz帯のイン
ターデジタル型の３段帯域通過フィルタを作製した。結
合制御導体の線幅ｗを０．３mm、広幅部の幅ＷをＷ＝３
ｗとして、長さＬと２倍波の周波数シフトの関係を調べ
た。その結果は次の如くであった。 Ｌ＝１ｗのとき、周波数シフトは約＋１００ＭHz Ｌ＝２ｗのとき、周波数シフトは約＋２００ＭHz このように、両端部に広幅部を有する結合制御導体パタ
ーンは、中央部に広幅部を有する結合制御導体パターン
に比べて、２倍波の周波数シフトは少ない。

【００２３】上記の説明は、全て３段のインターデジタ
ル型フィルタの例であるが、本発明は複数段のフィルタ
に適用でき、コムライン型フィルタにも適用できる。ま
た入出力電極は、誘電体チップの外表面の部分と内部に
埋設されている部分との組み合わせからなるが、所定の
入出力結合がとれればよく、内部に埋設されている部分
の無い構造でもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記のように、結合制御導体の
幅寸法を部分的に広く設定したパターンとしたことによ
り、共振器間結合を制御できると共に、基本波の２倍の
周波数付近に生じていた不要レスポンスをずらすことが
でき、フィルタの高調波特性を大幅に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層誘電体フィルタの一実施例を
示す説明図。

【図２】本発明の他の実施例を示す横断面図。

【図３】本発明の他の実施例を示す縦断面図。

【図４】結合制御導体パターンの説明図。

【図５】フィルタの挿入損失特性の一例を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 誘電体チップ １２ａ，１２ｂ，１２ｃ 共振器内導体 １４ 外面アース導体 １６ａ，１６ｂ 入出力電極 １８ 結合制御導体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の誘電体シートを積層・接合して焼
   結一体化した誘電体チップと、該誘電体チップの内部で
   間隔をおいて配置され一端開放で他端短絡となる複数の
   共振器内導体と、該誘電体チップの外表面に設けた共振
   器外導体となる外面アース導体と、共振器内導体の間の
   位置に配置され両端が誘電体チップの外表面で前記外面
   アース導体に接続することで隣接する共振器間の結合度
   を制御する線状の結合制御導体と、両端に位置する共振
   器内導体と結合するように設けた入出力電極とを有する
   積層誘電体フィルタにおいて、 前記結合制御導体の幅寸法を部分的に広く設定したこと
   を特徴とする積層誘電体フィルタ。
2. 【請求項２】 線状の結合制御導体の中央部のみに広幅
   部を形成した請求項１記載の積層誘電体フィルタ。
3. 【請求項３】 線状の結合制御導体の端部のみに広幅部
   を形成した請求項１記載の積層誘電体フィルタ。