WO2020184400A1 - フィルタ - Google Patents

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WO2020184400A1
WO2020184400A1 PCT/JP2020/009550 JP2020009550W WO2020184400A1 WO 2020184400 A1 WO2020184400 A1 WO 2020184400A1 JP 2020009550 W JP2020009550 W JP 2020009550W WO 2020184400 A1 WO2020184400 A1 WO 2020184400A1
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WO
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dielectric
resonator
cavity
post
resonators
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PCT/JP2020/009550
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English (en)
French (fr)
Inventor
雄介 上道
Original Assignee
株式会社フジクラ
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社フジクラ filed Critical 株式会社フジクラ
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Priority to US17/428,132 priority patent/US20220131249A1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207Hollow waveguide filters
    • H01P1/208Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207Hollow waveguide filters
    • H01P1/208Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H01P1/2088Integrated in a substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12Hollow waveguides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/06Cavity resonators

Definitions

  • the present invention relates to a filter using a post-wall waveguide.
  • it relates to a filter having a temperature compensation function.
  • a plurality of electromagnetically coupled resonators are a bandpass filter (Bandpass Filter; hereinafter, also referred to as “BPF”) that selectively passes electromagnetic waves in a specific frequency band (hereinafter, also referred to as “passband”). ) Is known to function.
  • BPF Bandpass Filter
  • Non-Patent Document 1 discloses a bandpass filter using a metal waveguide that functions as a plurality of resonators. Further, Non-Patent Document 1 discloses a technique for adjusting the center frequency in this bandpass filter.
  • Non-Patent Document 2 discloses a bandpass filter using a post-wall waveguide that functions as a plurality of resonators.
  • wide walls are provided on both main surfaces, and a post wall (a wide wall provided on one main surface and a wide wall provided on the other main surface are short-circuited inside. It refers to a waveguide realized by a substrate provided with a set of conductor posts).
  • a BPF using a post-wall waveguide is more compact than a BPF using a waveguide, has less transmission loss, and is easily integrated as a part of an RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit). .. Further, since the BPF using the post-wall waveguide can be manufactured by using the method for manufacturing the printed circuit board, the manufacturing cost can be suppressed as compared with the BPF using the waveguide.
  • RFIC Radio Frequency Integrated Circuit
  • the BPF using the post-wall waveguide has a problem that the center frequency of the pass band is easily shifted according to the environmental temperature. This is because when the environmental temperature changes, the dielectric constant of the dielectric constituting the substrate changes, and as a result, the center frequency of the pass band shifts. In particular, such a problem appears remarkably in an environment where the temperature changes greatly.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is that in a filter using a post-wall waveguide, the shift of the center frequency of the pass band due to a temperature change is smaller than before. It is to realize a filter.
  • the filter according to one aspect of the present invention is provided with a first conductor layer on one main surface, a second conductor layer on the other main surface, and a post inside.
  • a post-wall dielectric having a substrate provided with a wall, a post-wall dielectric that functions as a plurality of electromagnetically coupled resonators, and a cavity laminated on the post-wall dielectric.
  • the substrate comprises a first dielectric layer made of a first dielectric, comprising a cavity electromagnetically coupled to the resonator through a coupling window formed in the two conductor layers.
  • a second dielectric layer made of a second dielectric is provided inside the cavity, and the dielectric constant of the first dielectric increases with increasing temperature, and the second dielectric Dielectric constant decreases with temperature rise in the same range as the temperature rise, or the dielectric constant of the first dielectric decreases with temperature rise and the second dielectric
  • the dielectric constant of the above increases with the temperature rise in the same range as the temperature rise.
  • the shift of the center frequency of the pass band due to the temperature change can be reduced. Play.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of BPF1 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of BPF2 according to the second embodiment. It is a top view of the exploded perspective view shown in FIG. 1C and FIG. 2C.
  • (A) and (b) are plan views of the exploded perspective views shown in FIGS. 1 (a) and 2 (a), respectively.
  • (A) and (b) are plan views of the exploded perspective views shown in FIGS. 1 (b) and 2 (b), respectively.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG. 3 of BPF1 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG. 3 of BPF2 according to the second embodiment.
  • (A) and (b) are a plan view and a cross-sectional view of a conversion unit that can be installed at the end of the waveguide of BPF1 and BPF2, respectively. It is a graph which shows the simulation result of the transmission property of the BPF which the substrate 5 is composed of the 1st cavity made of single quartz.
  • FIG. 1 is an exploded perspective perspective view of BPF1 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the exploded perspective view shown in FIG. 1 (c).
  • FIG. 4A is a plan view of the exploded perspective view shown in FIG. 1A.
  • FIG. 5A is a plan view of the exploded perspective view shown in FIG. 1B.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of BPF1 at the cutting line BB'of FIG.
  • FIG. 2 is an exploded perspective perspective view of BPF2 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the exploded perspective view shown in FIG. 2 (c).
  • FIG. 4B is a plan view of the exploded perspective view shown in FIG. 2A.
  • FIG. 5B is a plan view of the exploded perspective view shown in FIG. 2B.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of BPF2 at the cutting line BB'of FIG.
  • Each diagram showing the configuration of the BPF is a schematic diagram that prioritizes comprehensibility in order to understand the present invention, and the scale ratio, orientation, etc. of each element are not always accurate.
  • BPF1 and BPF2 are substrates 5 composed of a dielectric (corresponding to the "first dielectric layer” described in the claims). And the conductor layers 6a and 6b (corresponding to the "second conductor layer” described in the claims) and the conductor layer 7 (corresponding to the "first conductor layer” described in the claims) that function as a pair of wide walls.
  • a post-wall waveguide composed of (corresponding to) and post-walls 21 to 25, 61 to 63, 71 to 73 that function as a pair of narrow walls.
  • the conductor layers 6a and 6b and the conductor layer 7 are illustrated by virtual lines (dashed-dotted lines). This is to make it easier to see the plurality of conductor posts formed inside the substrate 5.
  • FIG. 1 (b) and FIG. 2 (b) the conductor layers 6a and 6b shown by virtual lines in FIGS. 1 (c) and 2 (c) are shown by solid lines, and the conductor layers 6a and 6b are shown by solid lines.
  • the resin layers 9a and 9b (corresponding to the "second dielectric layer” described in the claims) arranged above are illustrated by virtual lines (dashed-dotted lines). This is to make it easier to see various structures formed on the conductor layers 6a and 6b.
  • the resin layers 9a and 9b shown by virtual lines in FIGS. 1B and 2B are shown by solid lines, and the resin layers 9a and 9b are shown by solid lines.
  • the conductor layers 8a and 8b (corresponding to the "third dielectric layer” described in the claims) arranged above are illustrated by virtual lines (dashed-dotted lines). This is to make it easier to see the various structures formed on the resin layers 9a and 9b.
  • the substrate 5 is a plate-shaped member made of a dielectric material.
  • the two surfaces having the largest area will be referred to as the main surface of the substrate 5.
  • quartz is used as the dielectric constituting the substrate 5, but other dielectrics (for example, a Teflon (registered trademark) resin such as polytetrafluoroethylene or a resin such as a liquid crystal polymer resin) may be used. Good.
  • the thickness of the quartz glass can be 520 ⁇ m.
  • the conductor layers 6a and 6b and the conductor layer 7 are a pair of conductor layers provided on the two main surfaces of the substrate 5. That is, the substrate 5, the conductor layers 6a, 6b, and the conductor layer 7 have a laminated structure in which the substrate 5 is sandwiched by the conductor layers 6a, 7 in BPF1, and the substrate 5 is sandwiched by the conductor layers 6b, 7 in BPF2. It has a sandwiched laminated structure.
  • copper is adopted as the conductor constituting the conductor layers 6a, 6b, 7, but other conductors (for example, a metal such as aluminum) may be used.
  • the thickness of the conductor layers 6a, 6b, 7 is not limited, and any thickness can be adopted. That is, the aspects of the conductor layers 6a, 6b, and 7 may be a thin film, a foil (film), or a plate.
  • Each of the conductor layers 6a and 7 and the conductor layers 6b and 7 constitutes a pair of wide walls of the post-wall waveguide.
  • the substrate 5 is provided with a plurality of through holes arranged in a fence shape. In these plurality of through holes, the distance between the through holes is sufficiently shorter than the wavelength.
  • the plurality of through holes penetrate from one main surface of the substrate 5 to the other main surface.
  • a tubular conductor film is formed on the inner wall of the through hole. Therefore, this tubular conductor film functions as a conductor post formed in the dielectric substrate 5. Further, this tubular conductor film short-circuits the conductor layers 6a and 6b provided on both main surfaces of the substrate 5 and the conductor layer 7.
  • Such a conductor post can be realized by utilizing the post wall waveguide technology (printed circuit board technology).
  • the inner wall of the through hole does not have to be a tubular conductor film, and may be filled with a conductor.
  • the diameter of the conductor posts can be 100 ⁇ m, and the distance between adjacent conductor posts can be 200 ⁇ m.
  • copper is used as the metal constituting the narrow wall.
  • the metal is not limited to copper, and may be aluminum or an alloy composed of a plurality of metal elements.
  • the post wall waveguides function as a plurality of (five in this embodiment) resonators 201 to 205, and the post wall waveguides function as a plurality of resonators 201 to 205. They are arranged so as to function as waveguides 206 and 207 provided in the front and rear stages of these resonators 201 to 205.
  • the resonator 201 is composed of a pair of wide walls facing each other and a narrow wall interposed between the pair of wide walls.
  • the pair of wide walls is composed of a metal conductor layer 6a or 6b and a conductor layer 7.
  • Shape in the xy plane of the resonator 201 is circular except for the portion where the opening AP I, AP 12 is provided.
  • it may be composed of a regular hexagon or more regular polygon. When composed of a regular polygon, the circumscribed circle of the regular polygon corresponds to the circle.
  • the openings API I and AP 12 will be described later.
  • the opening is also referred to as an inductive iris or connection.
  • the narrow walls of the resonators 201 to 205 are each composed of post walls 21 to 25.
  • the post walls 21 to 25 are each composed of k conductor posts 21i to 25i (i is a generalized notation of an integer of 1 or more and k or less).
  • Each of the openings AP I and AP 12 is formed by cutting off a part of the wide wall and the narrow wall in the direction perpendicular to the xy plane, with the circular string in the xy plane of the resonator 201 as the cutting line.
  • the opening API I electromagnetically couples the waveguide 206 described later and the resonator 201
  • the opening API 12 electromagnetically couples the resonator 201 and the resonator 202 described later.
  • the resonators 202 to 205 are configured in the same manner as the resonator 201, respectively. That is, the resonators 202 to 205 are each composed of a pair of wide walls composed of the conductor layers 6a or 6b and the conductor layer 7, and narrow walls composed of the post walls 22 to 25.
  • the shape of the resonator 202 in the xy plane is circular except for the portion where the openings AP 12 and AP 23 are provided, and the shape of the resonator 203 in the xy plane is circular except for the portion where the openings AP 23 and AP 34 are provided.
  • the shape of the resonator 204 in the xy plane is circular except for the portion where the openings AP 34 and AP 45 are provided, and the shape of the resonator 205 in the xy plane is provided with the openings AP 45 and AP O. It is circular except for the part.
  • the aperture AP 23 electromagnetically couples the resonator 202 and the resonator 203, the aperture AP 34 electromagnetically couples the resonator 203 and the resonator 204, and the aperture AP 45 resonates with the resonator 204.
  • electromagnetically coupled and vessel 205, opening AP O causes electromagnetically coupled to the waveguide 207 to be described later and the resonator 205.
  • FIG. 1 and (c) of FIG. 2 show an embodiment in which the five resonators 201 to 205 are electromagnetically coupled.
  • the center C 1 of the resonator 201 is located at the midpoint between the center C 11 and the center C 12 .
  • Center C 2 of the resonator 202, each of the center C 3, the center C 5 of the center C 4, and the resonator 205 of the resonator 204 of the resonator 203 is determined similarly to the center C 1 of the resonator 201 (FIG. See 3).
  • the radius of the resonator 201 is R 1
  • the radius of the resonator 202 is R 2
  • the radius of the resonator 203 is R 3
  • the radius of the resonator 204 is R 4
  • the radius of the resonator 205 is R R.
  • the center-to-center distance between the center C 1 and the center C 2 is D 12
  • the center-to-center distance between the center C 2 and the center C 3 is D 23
  • the center-to-center distance between the center C 3 and the center C 4 is D.
  • D 45 be the distance between the centers C 4 and the center C 5 .
  • R 1 , R 2 and D 12 satisfy the condition of D 12 ⁇ R 1 + R 2
  • R 2 , R 3 and D 23 satisfy the condition of D 23 ⁇ R 2 + R 3
  • R 3 , R 4 and D 34 satisfy the condition of D 34 ⁇ R 3 + R 4
  • R 4 , R 5 and D 45 satisfy the condition of D 45 ⁇ R 4 + R 5 .
  • two cylindrical resonators for example, a resonator 201 and a resonator 202
  • an opening for example, an opening AP 12
  • the shape of the two resonators 202 and 203 in the xy plane (same as the shape of the circumscribed circle of the resonators 202 and 203) is a straight line DD'connecting the centers C 2 and C 3 of the two circumscribed circles. It is line symmetric as the axis of symmetry (see FIG. 3). This makes it possible to easily design a filter having desired characteristics.
  • the entire BPFs 1 and 2 are also line-symmetrical.
  • the resonators 201-205 are arranged a straight line passing through the center C 3 of along and resonator 203 in the x-axis so as to be line-symmetrical with a symmetry axis and, waveguides 206-207 is ,
  • the straight line is arranged so as to be line-symmetrical with the straight line as the axis of symmetry.
  • the resonator 201 and the resonator 205 are arranged so as to be adjacent to each other (see (c) of FIG. 1, (c) of FIG. 2 and FIG. 3). Therefore, the total length of the filter can be shortened as compared with the configuration of Non-Patent Document 1 in which a plurality of resonators are arranged linearly.
  • the waveguide 206 is a rectangular waveguide having a rectangular cross section, which is composed of a pair of wide walls composed of a conductor layer 6a or 6b and a conductor layer 7, and post walls 61 and 62 which are a pair of narrow walls. is there.
  • a short wall 63 is provided with an opening having the same shape as the aperture AP I of the resonator 201 is formed.
  • the waveguide 207 is a rectangular conductor composed of a pair of wide walls composed of a conductor layer 6a or 6b and a conductor layer 7, and post walls 71 and 72 which are a pair of narrow walls. It is a waveguide. Opening in the short wall 73 of the waveguide 207 and the waveguide 207 so that the aperture AP O coincides resonator 205 by connecting the resonator 205, the waveguide 207 and the resonator 205, Electromagnetically couple.
  • the end of the waveguide 206 on the negative side of the y-axis and the end of the waveguide 207 on the positive side of the y-axis both function as input / output ports. If the end of the waveguide 206 on the negative y-axis direction is used as an input port, the end of the waveguide 207 on the positive y-axis side becomes an output port, and the end of the waveguide 207 on the positive y-axis direction is input. If it is a port, the end of the waveguide 206 on the negative direction of the y-axis becomes the output port.
  • the end of the waveguide 206 on the negative side of the y-axis is used as the input port, and the end of the waveguide 207 on the positive side of the y-axis is used.
  • This section will be described as an output port. That is, the resonator 201 is the first stage (first stage) resonator, and the resonator 205 is the final stage (fifth stage) resonator.
  • BPF1 and 2 have another high frequency device coupled to the front and / or rear stages thereof.
  • Examples of high frequency devices coupled to BPFs 1 and 2 include antenna circuits, transmitter circuits, and receiver circuits, and directional couplers.
  • one end of the rectangular waveguide provided in the high-frequency device is connected to the waveguide 206 of BPF1 and 2 or It may be coupled to the open end of the waveguide 207.
  • a conversion unit is provided at an open end of BPF1 and 2 and the conversion unit is provided.
  • the high frequency device and the BPF1 and 2 may be coupled via the device.
  • 8 (a) and 8 (b) are a plan view and a cross-sectional view of a conversion unit 80 that can be installed at the end of the waveguide 206 on the negative direction side of the y-axis, respectively.
  • the conversion unit 80 shown in FIG. 8 may be provided at the end of the waveguide 206 on the negative direction side of the y-axis.
  • the conversion unit 80 at the end of the waveguide 206 on the negative direction side of the y-axis may be an input conversion unit in a preferred embodiment.
  • the conversion unit 80 may be provided at the end of the waveguide 207 on the positive direction side of the y-axis.
  • the conversion unit 80 at the end of the waveguide 207 on the positive direction side of the y-axis may be an output conversion unit in a preferred embodiment.
  • the conversion unit 80 provided at the end of the waveguide 206 on the negative direction side of the y-axis will be described as an example.
  • a short wall 64 is formed at the end.
  • the short wall 64 is a post wall obtained by arranging p conductor posts 64i (i is a generalized notation of an integer of 1 or more and less than or equal to p) in a fence shape.
  • the short wall 64 is a short wall paired with the short wall 63, and closes an end portion of the waveguide 206 on the side opposite to the resonator 201 side.
  • the conversion unit 80 includes a signal line 85, a pad 86, a blind via 87, and electrodes 88 and 89.
  • the dielectric layer 81 is a layer made of a dielectric formed on the surface of the conductor layer 6a or 6b.
  • the dielectric layer 81 is provided with an opening 81a.
  • the conductor layer 6a or 6b of the conversion unit 80 is provided with an opening 6c that overlaps with the opening 81a.
  • the opening 6c is provided so as to include the opening 81a.
  • the opening 6c functions as an anti-pad.
  • the signal line 85 is a strip-shaped conductor formed on the surface of the dielectric layer 81. One end of the signal line 85 is formed so as to surround the opening 81a.
  • the signal line 85 and the conductor layers 6a and 6b form a microstrip line.
  • the pad 86 is a circular conductor layer formed on the surface of the substrate 5 on which the conductor layers 6a or 6b are provided.
  • the pad 86 is arranged in the openings 6c provided in the conductor layers 6a and 6b in a state of being insulated from the conductor layers 6a and 6b.
  • the blind via 87 is composed of a conductor film on a cylinder formed on the inner wall of the non-through hole.
  • the blind via 87 is connected to one end of the signal line 85 so as to be conductive via the pad 86. That is, the blind via 87 is connected to one end of the signal line 85 and is formed inside the substrate 5 through the openings 81a and 6c.
  • the blind via 87 is also referred to as a conductor pin.
  • the blind via 87 does not have to be a conductor film on a cylinder formed on the inner wall of the non-through hole, and may be a conductor filled in the non-through hole.
  • Electrodes 88 and 89 are electrodes formed on the surface of the dielectric layer 81. Each of the electrodes 88 and 89 is arranged near the other end of the signal line 85 so as to sandwich the other end of the signal line 85.
  • a plurality of through holes are provided in the region of the dielectric layer 81 that overlaps with the electrode 88.
  • a tubular conductor film that functions as a via 88A is formed in these plurality of through holes.
  • the inner wall of the through hole does not have to be a tubular conductor film, and may be filled with a conductor.
  • the via 88A short-circuits the electrode 88 and the conductor layers 6a and 6b.
  • the via 89A configured in the same manner as the via 88A short-circuits the electrode 89 and the conductor layers 6a and 6b. Since the electrode 88 and the electrode 89 configured in this way function as a ground, a ground-signal-ground terminal structure is realized together with the signal line 85.
  • the conversion unit 80 configured in this way converts a mode that propagates through the microstrip line and a mode that propagates inside the waveguide 206. Therefore, the conversion unit 80 can easily connect the microstrip line to each of the input port and the output port. Further, the RFIC can be easily connected to the terminal structure including the signal line 85 and the electrodes 88 and 89 by using a bump or the like.
  • the conversion unit 80 is provided at the end of the waveguide 206 or the waveguide 207. That is, the conversion unit 80 has been described as being coupled to the resonator 201 or the resonator 205 via the waveguide 206 or the waveguide 207. However, the conversion unit 80 may be provided so as to be directly coupled to the resonator 201 or the resonator 205. That is, the blind via 87 of the conversion unit 80 is configured to be formed inside the resonator 201 or the resonator 205 from an opening provided in a wide wall of the resonator 201 or a part of the wide wall of the resonator 205. You may be.
  • FIG. 1B is an exploded perspective perspective view of the conductor layer 6a of BPF1.
  • FIG. 5A is a plan view of the conductor layer 6a.
  • FIG. 1A is an exploded perspective perspective view of the resin layer 9a of BPF1.
  • FIG. 4A is a plan view of the resin layer 9a.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB'of FIG. 3 in BPF1.
  • the resin layer 9a is arranged on the conductor layer 6a and inside the openings (bonding windows AP 101a to AP 105a ) (see (a) in FIG. 5).
  • the region of the conductor layer 6a on which the resin layer 9a is arranged and the openings (bonding windows AP 101a to AP 105a ) is also referred to as a second region.
  • polyimide is used as the dielectric constituting the resin layer 9a, but other resins may be used.
  • a conductor layer 8a (corresponding to the "third conductor layer” described in the claims) is arranged on the resin layer 9a.
  • the thickness of the polyimide thin film can be 16 ⁇ m.
  • each of the conductor layers 6a and 8a constitutes a pair of wide walls of the cavities 301a to 305a of BPF1.
  • the conductor layer 6a has five openings (coupling windows AP 101a to AP 105a ) having radii R 61a to radius R 65a from the center of each resonator in the plan view (xy plane) of the resonators 201 to 205.
  • Each of the five openings (coupling windows AP 101a to AP 105a ) is configured within the range of the second region described above.
  • the cavities 301a to 305a of BPF1 are composed of a pair of wide walls facing each other and a narrow wall interposed between the pair of wide walls.
  • the shapes of the cavities 301a to 305a in the xy plane are circular.
  • it may be composed of a regular hexagon or more regular polygon.
  • the circumscribed circle of the regular polygon corresponds to the circle.
  • the five cavities 301a to 305a are electromagnetically coupled to the corresponding five resonators 201 to 205, respectively, through the corresponding five coupling windows AP 101a to AP 105a .
  • the centers of the resonators 201-205 are common to the centers of the cavities 301a-305a in plan view.
  • the center of at least one resonator eg, resonator 203
  • the centers of the resonators 201-205 in plan view can be configured so that each of the corresponding cavities 301a-305a is included in plan view.
  • the center of the resonator may be configured to be included in the corresponding cavity (for example, cavity 303a) in a plan view, and all the resonators may be configured. , The center of the resonator need not be included in the corresponding cavity in plan view.
  • the inner expansion walls 121a to 125a conduct a pair of wide walls composed of conductor layers 6a and 8a, and together with the pair of wide walls, the region excluding the opening (joining window AP 101a to AP 105a ) is electromagnetically closed. Form a cylindrical space.
  • the shapes of the outer expansion walls 111a to 115a that do not form the narrow walls of the cavities 301a to 305a of BPF1 in the xy plane are formed from the centers of the cavities 301a to 305a, respectively. It is a circle having a radius R 111a to a radius R 115a (see (a) in FIG. 4). In another preferred embodiment, instead of a circle, it may be composed of a regular hexagon or more regular polygon. When composed of a regular polygon, the circumscribed circle of the regular polygon corresponds to the circle.
  • the outer expansion walls 111a to 115a shown in FIGS. 1 (a) and 4 (a) conduct a pair of wide walls composed of conductor layers 6a and 8a (see FIG. 6).
  • 1A and 4A are schematic views that prioritize the clarity of the shapes of the cavities 301a to 305a, in the radial direction of the inner expansion walls 121a to 125a and the outer expansion walls 111a to 115a.
  • the thickness is not expressed.
  • the thickness of the inner expansion wall 123a and the outer expansion wall 113a in the radial direction (in the y-axis direction in FIG. 6) is represented, but it is a schematic view giving priority to comprehensibility, and the scale ratio of each element is shown. , Direction, etc. are not always accurate.
  • the inner expansion walls 121a to 125a are composed of continuous conductors in the xy plane
  • the inner expansion walls 121a to 125a surround the resin layer 9a and cover the cavities 301a to 305a as shown in FIGS. 1A and 6A.
  • the inner expansion walls 121a-125a may be composed of intermittent conductors in the xy plane as long as the pair of wide walls consisting of the conductor layers 6a, 8a are conducting.
  • the cavity needs to be electromagnetically configured.
  • the BPF1 of the present embodiment is a five-stage resonator coupling type filter in which five corresponding cavities 301a to 305a are arranged on five electromagnetically coupled resonators 201 to 205, respectively.
  • the number of stages of BPF1 is not limited to five, and in another preferred embodiment, it can be configured by any number of stages.
  • the cavity is filled with the resin layer 9a.
  • the cavities 301a to 305a are coupled to all of the five resonators 201 to 205, but the present invention is not limited to this. That is, the cavity may be coupled to at least one of the five resonators 201 to 205.
  • the cavity 303a is coupled only to the third-stage resonator 203, and the other first-stage, second-stage, fourth-stage, and fifth-stage resonators 201, 202, 204, and 205 have cavities. A configuration in which is not combined may be adopted.
  • FIG. 4A corresponds to a plan view of BPF1 at the break line FF'in FIG.
  • the radius of the cavity 301a is R 121a
  • the radius of the cavity 302a is R 122a
  • the radius of the cavity 303a is R 123a (see FIG. 6)
  • the radius of the cavity 304a is R 124a
  • the cavity 305a Let the radius of be R 125a .
  • the center C 31a ⁇ center C 35a of the cavity 301a ⁇ 305a of BPF1 were matched at the center C 1 ⁇ center C 5 in a plan view of the resonator 201-205.
  • the distance between the centers C 31a and the center C 32a is E 12a
  • the distance between the centers C 32a and the center C 33a is E 23a
  • the distance between the centers C 33a and the center C 34a is E 34a.
  • E 45a be the distance between the centers C 34a and the center C 35a .
  • R 121a , R 122a and E 12a satisfy the condition of E 12a > R 121a + R 122a
  • R 122a , R 123a and E 23a satisfy the condition of E 23a > R 122a + R 123a
  • 123a , R 124a and E 34a satisfy the condition of E 34a > R 123a + R 124a
  • R 124a , R 125a and E 45a satisfy the condition of E 45a > R 124a + R 125a .
  • the two cylindrical cavities eg, cavities 301a and 302a
  • the radii R 111a to radius R 115a of the outer expansion walls 111a to 115a and the radii R 1 to R 5 of the resonator are R 111a ⁇ R 1 , R 112a ⁇ R 2 , and R 113a ⁇ R 3, respectively. , R 114a ⁇ R 4 , and R 115a ⁇ R 5 are satisfied.
  • FIG. 5A corresponds to a plan view of BPF1 at the break line EE'in FIG.
  • the radii of the respective openings (coupling windows AP 101a to AP 105a ) of the second conductor layer 6a corresponding to the five resonators are R 61a to R 65a .
  • the centers of the openings (coupling windows AP 101a to AP 105a ) of the second conductor layer 6a coincide with the centers of the resonators 201 to 205 and the cavities 301a to 305a, respectively, in a plan view.
  • each of the radius R 121a ⁇ radius R 125a of the inner extension wall 121a ⁇ 125a, the radius R 61a ⁇ R 65a each opening of the second conductor layer 6a is , R 121a > R 61a , R 122a > R 62a , R 123a > R 63a , R 124a > R 64a , R 125a > R 65a , respectively.
  • the second conductor layer 6a functions as one wide wall in the cavity (see FIG. 6).
  • the radius R 61a ⁇ R 65a each with a radius R 121a ⁇ radius R 125a of the inner extension wall 121a ⁇ 125a, each of the openings of the second conductor layer 6a (coupling windows AP 101a ⁇ AP 105a),
  • the center of each of the resonators 201-205 can be configured such that each of the corresponding coupling windows AP 101a -AP 105a is included in plan view. Further, for at least one resonator (for example, resonator 203), the center of the resonator may be configured so that the corresponding coupling window (for example, coupling window AP 103a ) is included in the plan view. For resonators 201-205, the center of each resonator need not be included in the plan view by the corresponding opening (coupling window).
  • FIG. 2B is an exploded perspective perspective view of the conductor layer 6b of BPF2.
  • FIG. 5B is a plan view of the conductor layer 6b.
  • FIG. 2A is an exploded perspective perspective view of the resin layer 9b of BPF2.
  • FIG. 4B is a plan view of the resin layer 9b.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB'of FIG. 3 in BPF2.
  • a resin layer 9b (corresponding to the "second dielectric layer” described in the claims) is arranged on the annular openings (bonding windows AP 101b to AP 105b ) and a part of the conductor layer 6b.
  • An annular opening (bonding windows AP 101b to AP 105b ) in which the resin layer 9b is arranged and a part of the conductor layer 6b are also referred to as a second region.
  • polyimide is used as the dielectric constituting the resin layer 9b, but other resins may be used.
  • a conductor layer 8b (corresponding to the "third conductor layer” described in the claims) is arranged on the resin layer 9b.
  • the thickness of the polyimide thin film can be 16 ⁇ m.
  • each of the conductor layers 6b and 8b constitutes a pair of wide walls of cavities 301b to 305b of BPF2.
  • the cavities 301b to 305b may be smaller than the corresponding resonators 201 to 205 in the xy plane.
  • the conductor layer 6b has five annular openings (coupling windows AP 101b to AP 105b ). Each of the five annular openings (coupling windows AP 101b to AP 105b ) is configured within the range of the second region described above.
  • the conductor layer 8b forming one of the wide walls has five annular shapes corresponding to the five cavities 301b to 305b in the xy plane due to the through portions 141b to 145b.
  • the cavities 301b to 305b are composed of a pair of wide walls facing each other and a narrow wall interposed between the pair of wide walls.
  • the shape of the cavities 301b to 305b in the xy plane is an annular shape including circular penetrating portions 141b to 145b. That is, the cavities 301b to 305b have a tubular shape.
  • the inner expansion walls 131b to 135b constituting the penetrating portions 141b to 145b correspond to the "inner edge" of the "cavity" described in the claims.
  • Each of the cavities 301b to 305b is arranged so that each of the inner expansion walls 131b to 135b includes the center of each of the resonators 201 to 205 in a plan view.
  • the annular inner and / or outer circles may consist of regular hexagons or more regular polygons instead of circles. When composed of a regular polygon, the circumscribed circle of the regular polygon corresponds to the circle.
  • the five cavities 301b to 305b are electromagnetically coupled to the corresponding five resonators 201 to 205, respectively , through the corresponding five coupling windows AP 101b to AP 105b .
  • the center of the resonators 201-205 is common to the centers of the cavities 301b-305b in plan view.
  • the center of the resonator may be common to the center of the corresponding cavity (eg, cavity 303b).
  • the center of each resonator of the resonators 201 to 205 need not be common to the center of the corresponding cavity.
  • the centers of the resonators 201-205 in plan view can be configured so that each of the corresponding cavities 301b-305b is included in plan view. Further, for at least one resonator (for example, resonator 203) in plan view, the center of the resonator may be configured so that the corresponding cavity (for example, cavity 303b) is included in plan view. For resonators 201-205, the center of each resonator need not be included in the corresponding cavity in plan view.
  • the shapes of the outer expansion walls 121b to 125b forming the narrow walls of the cavities 301b to 305b of BPF2 in a plan view are circular with radii R 121b to radius R 125b from the center of the cavities 301b to 305b, respectively.
  • the shapes of the inner expansion walls 131b to 135b constituting the narrow walls of the cavities 301b to 305b of BPF2 in the xy plane are circular with radii R 131 to radius R 135 , respectively.
  • the plan-view shapes of the outer expansion walls 121b-125b of BPF2 may each consist of a regular hexagon or more regular polygon instead of a circle.
  • the circumscribed circle of the regular polygon When composed of a regular polygon, the circumscribed circle of the regular polygon corresponds to the circle.
  • the circular center of radius R 131 to radius R 135 is preferably common with the center of cavities 301b to 305b of BPF2 in a plan view, but is not limited to the mode common to the center of cavities 301b to 305b.
  • the plan-view shapes of the inner expansion walls 131b-135b of BPF2 may each consist of a regular hexagon or more regular polygon instead of a circle.
  • the circumscribed circle of the regular polygon corresponds to the circle.
  • the outer expansion walls 121b to 125b and the inner expansion walls 131b to 135b of BPF2 conduct a pair of wide walls composed of conductor layers 6b and 8b.
  • the z-axis negative end of the inner expansion walls 131b to 135b constituting the penetrating portions 141b to 145b is conductive with the circular conductor layer 6b existing in the central portion of the upper surfaces of the resonators 201 to 205.
  • the z-axis positive end of the inner expansion walls 131b to 135b constituting the penetrating portions 141b to 145b is conductive with the annular conductor layer 8b.
  • the z-axis negative end of the outer expansion walls 121b to 125b conducts with the conductor layer 6b existing outside the annular opening (coupling windows AP 101b to AP 105b ) on the upper surfaces of the resonators 201 to 205. Further, the z-axis positive end of the outer expansion walls 121b to 125b is conductive with the annular conductor layer 8b. As a result, each narrow wall, together with a pair of wide walls, forms a hollow cylindrical space in which the region excluding the openings (joint windows AP 101b to AP 105b ) is electromagnetically closed.
  • the shapes of the external expansion walls 111b to 115b that do not form the narrow walls of the cavities 301b to 305b of BPF2 in the xy plane are circular with radii R 111b to radius R 115b , respectively. ..
  • the circular center of the radius R 111b to the radius R 115b is preferably common with the center of the cavities 301b to 305b in a plan view, but is not limited to the mode common to the center of the cavities 301b to 305b.
  • the plan-view shape of the external expansion walls 111b-115b may consist of a regular hexagon or more regular polygon instead of a circle.
  • the circumscribed circle of the regular polygon corresponds to the circle.
  • the external expansion walls 111b to 115b shown in FIGS. 4 (b) and 7 conduct a pair of wide walls made of conductor layers 6b and 8b.
  • 2A and 4B are schematic views that prioritize the clarity of the shapes of the cavities 301b to 305b of BPF2, and are the inner expansion walls 131b to 135b, the outer expansion walls 121b to 125b, and the outside.
  • the radial thickness of the expansion walls 111b-115b is not expressed.
  • FIG. 7 the thicknesses of the inner expansion wall 133b, the outer expansion wall 123b, and the outer expansion wall 113b in the radial direction (in the y-axis direction in FIG. 7) are represented, but this is a schematic view giving priority to comprehensibility.
  • the scale ratio and orientation of each element are not always accurate.
  • the outer expansion walls 121b to 125b of BPF2 are composed of continuous conductors in the xy plane
  • the outer expansion walls 121b to 125b surround the resin layer 9b as shown in FIGS. 2 (a) and 7 and the cavities 301b to 301b to It constitutes 305b.
  • the outer expansion walls 121b-125b may be composed of intermittent conductors in the xy plane as long as the pair of wide walls of conductor layers 6b, 8b are conducting.
  • the cavity needs to be electromagnetically configured.
  • the inner expansion walls 131b to 135b of BPF2 are composed of continuous conductors in the xy plane, the inner expansion walls 131b to 135b have penetrations 141b to 145b inward as shown in FIGS. 2A and 7B. Constitute.
  • the resin layer 9b is adjacent to the outside of the inner expansion walls 131b to 135b, and forms a pair with the outer expansion walls 121b to 125b to form the cavities 301b to 305b.
  • the inner expansion walls 131b-135b may be composed of intermittent conductors in the xy plane as long as the pair of wide walls of conductor layers 6b, 8b are conducting. When the inner expansion walls 131b to 135b are composed of intermittent conductors, it is necessary that a cavity is electromagnetically formed between the outer expansion walls 121b to 125b and the inner expansion walls 131b to 135b.
  • BPF2 of the present embodiment is a five-stage resonator-coupled filter in which five corresponding cavities 301b to 305b are arranged on five electromagnetically coupled resonators 201 to 205, respectively.
  • the number of stages of BPF2 is not limited to 5, and in another preferred embodiment, it can be configured by any number of stages.
  • the cavity is filled with a resin layer 9b between the outer expansion walls 121b to 125b and the inner expansion walls 131b to 135b.
  • the cavities 301b to 305b are coupled to all of the five resonators 201 to 205, but the present invention is not limited to this. That is, the cavity may be coupled to at least one of the five resonators 201 to 205.
  • the cavity 303b is coupled only to the third-stage resonator 203, and the other first-stage, second-stage, fourth-stage, and fifth-stage resonators 201, 202, 204, and 205 have cavities.
  • a configuration in which is not combined may be adopted.
  • FIG. 4B corresponds to a plan view of BPF2 at the break line FF'in FIG. 7.
  • the radius of the cavity 301b of BPF2 is R 121b
  • the radius of the cavity 302b is R 122b
  • the radius of the cavity 303b is R 123b (see FIG. 7)
  • the radius of the cavity 304b is R 124b .
  • the radius of the cavity 305b be R 125b .
  • the centers of the cavities 301b to 305b of BPF2 are aligned with the centers of the resonators 201 to 205 in a plan view.
  • the centers of the cavities 301b to 305b are centered C 31b to center C 35b , the center distance between the center C 31b and the center C 32b is E 12b , and the center distance between the center C 32b and the center C 33b is E 23b.
  • E 34b be the distance between the centers C 33b and the center C 34b
  • E 45b be the distance between the centers C 34b and the center C 35b .
  • R 121b , R 122b and E 12b satisfy the condition of E 12b > R 121b + R 122b
  • R 122b , R 123b and E 23b satisfy the condition of E 23b > R 122b + R 123b
  • 123b , R 124b and E 34b satisfy the condition of E 34b > R 123b + R 124b
  • R 124b , R 125b and E 45b satisfy the condition of E 45b > R 124b + R 125b .
  • the two hollow cylindrical cavities do not directly interfere with each other, and only the opening (for example, the coupling window AP) is provided with each resonator. It can be coupled via 101b , AP 102b ).
  • the radii R 111b to radius R 115b of the external expansion walls 111b to 115b and the radii R 1 to R 5 of the resonator are R 111b ⁇ R 1 , R 112b ⁇ R 2 , and R 113b ⁇ R 3, respectively. , R 114b ⁇ R 4 , and R 115b ⁇ R 5 are satisfied.
  • the outer expansion walls 111b to 115b and the outer expansion walls 121b to 125b are subject to the conditions of R 111b > R 121b , R 112b > R 122b , R 113b > R 123b , R 114b > R 124b , and R 115b > R 125b , respectively. Fulfill.
  • FIG. 5B corresponds to a plan view of BPF2 at the break line EE'in FIG. 7.
  • the radii of the openings (coupling windows AP 101b to AP 105b ) of the second conductor layer 6b corresponding to the five resonators are R 61b to R 65b .
  • the centers of the openings (coupling windows AP 101b to AP 105b ) of the second conductor layer 6b coincide with the centers of the resonators 201 to 205 and the cavities 301b to 305b, respectively, in a plan view.
  • the radii R 121b to R 125b of the outer expansion walls 121b to 125b of BPF2 and the radii R 61b to R 65b of the respective openings (bonding windows AP 101b to AP 105b ) of the second conductor layer 6b Means the conditions of R 121b > R 61b , R 122b > R 62b , R 123b > R 63b , R 124b > R 64b , and R 125b > R 65b , respectively. By satisfying these conditions, the second conductor layer 6b functions as one wide wall in the cavity (see FIG. 7).
  • the centers of the resonators 201-205 can be configured so that each of the corresponding penetrations 141b-145b is included in plan view. Further, for at least one resonator (for example, resonator 203), the center of the resonator may be configured so that the corresponding penetrating portion (for example, penetrating portion 143b) includes the center of the resonator in a plan view, and all resonances may occur. For instruments 201-205, the center of each resonator need not be included by the corresponding penetration in plan view.
  • ⁇ Temperature dependence of permittivity> Regarding the temperature dependence of the relative permittivity of quartz, it is known that the relative permittivity ⁇ of quartz increases as the temperature rises from ⁇ 40 ° C. to + 100 ° C. Further, regarding the temperature dependence of the dielectric constant of the resin film, for example, it is known that the dielectric constant of the polyimide film or the polyamide-imide film decreases as the temperature rises from 20 ° C. to 100 ° C.
  • FIG. 9 shows the transmission characteristics of the filter (hereinafter, also referred to as “filter according to a comparative example”) in which the coupling windows AP 101a to AP 105a are not formed in the BPF1 shown in FIG. 1 and the cavities 301a to 305a are omitted.
  • the simulation result is shown.
  • the influence of resonance is larger in the central portion than in the peripheral portion of the cavity in view of the electric field distribution in the cavity.
  • the radii R 1 and R 5 of the first and fifth stage resonators are both 700 ⁇ m
  • the radii R 2 and R 4 of the second and fourth stage resonators are both 725 ⁇ m.
  • the radius R 3 of the third-stage resonator is 750 ⁇ m.
  • the thickness of the quartz of the substrate 5 is 520 ⁇ m.
  • the substrate 5 constituting the resonator is a dielectric layer made of quartz
  • the relative permittivity increases as the temperature rises, and the center frequency shifts to the low frequency side.
  • a dielectric layer whose dielectric constant decreases as the temperature rises may be arranged inside the cavities 301a to 305a and 301b to 305b provided on the substrate 5 made of quartz.
  • the dielectric constant of a polyimide film decreases as the temperature rises.
  • the influence of the shift of the center frequency can be reduced by adjusting the volume ratio of the substrate 5 and the resin layers 9a and 9b according to the contribution rate of the temperature dependence of the dielectric constant.
  • Resin layers 9a and 9b (corresponding to the "first dielectric layer” described in the claims) rather than the temperature dependence of the permittivity of the substrate 5 (corresponding to the "second dielectric layer” described in the claims).
  • the volume of the substrate 5 is preferably larger than the volumes of the resin layers 9a and 9b.
  • the substrate 5 is composed of a dielectric whose dielectric constant increases as the temperature rises.
  • the resin layers 9a and 9b are preferably composed of a dielectric whose dielectric constant increases as the temperature rises. In the temperature range where a specific temperature change occurs, it is preferable to combine dielectrics having a relationship in which the tendency of the dielectric constant to change with the temperature change cancels out.
  • the resin layer 9a having a temperature dependence of the dielectric constant which has the opposite characteristic to the temperature dependence of the dielectric constant of the substrate 5 (corresponding to the "first dielectric layer” described in the claims).
  • 9b (corresponding to the "second dielectric layer” described in the claims) are preferably combined.
  • the dielectric constant of a polyamide-imide film decreases with increasing temperature from 20 ° C. to 100 ° C., but increases with increasing temperature from 100 ° C. to 240 ° C. Therefore, when the environmental temperature change using the bandpass filter is 100 ° C. to 240 ° C., when the polyamide-imide film is used as the resin layers 9a and 9b, the substrate 5 has a dielectric material whose dielectric constant decreases in the same temperature change range. It is preferable to use it.
  • the temperature dependence of the dielectric constant may change depending on the temperature range.
  • the temperature change in the operating environment of the filter is about 20 ° C. to 160 ° C.
  • the temperature dependence of the dielectric constant changes significantly when the resin layers 9a and 9b made of the polyamide-imide film are used. From 20 ° C. to 100 ° C., the dielectric constant of the polyamide-imide film decreases as the temperature rises, but above 100 ° C., the dielectric constant of the polyamide-imide film increases as the temperature rises.
  • the substrate 5 is a dielectric material whose dielectric constant increases as the temperature rises from 20 ° C to 100 ° C, and decreases as the temperature rises above 100 ° C. It is preferable to use. Even in such a case, the shift of the center frequency can be reduced by combining the dielectrics having a relationship in which the change tendency of the dielectric constant with respect to the temperature change is offset or reduced in the temperature region where a specific temperature change occurs.
  • the filter according to the first aspect of the present invention is a post having a substrate having a first conductor layer provided on one main surface, a second conductor layer provided on the other main surface, and a post wall provided inside.
  • a post-wall dielectric that functions as a plurality of electromagnetically coupled resonators and a cavity that is laminated on the post-wall dielectric and is a coupling formed in the second conductor layer. It comprises a cavity electromagnetically coupled to the resonator through a window, the substrate including a first dielectric layer made of a first dielectric, and a second inside the cavity.
  • a second dielectric layer made of a dielectric is provided, the dielectric constant of the first dielectric increases with increasing temperature, and the dielectric constant of the second dielectric increases with the temperature increase.
  • the dielectric constant of the first dielectric decreases with increasing temperature in the same range, or the dielectric constant of the first dielectric decreases with increasing temperature, and the dielectric constant of the second dielectric decreases with the increase of temperature. It is a configuration that increases as the temperature rises in the same range.
  • center frequency By combining a plurality of dielectrics having temperature dependence of contradictory dielectric constants, the center frequency of the pass band due to the temperature change (hereinafter, by canceling or reducing each temperature dependence). , Simply referred to as "center frequency”) can be reduced.
  • the filter according to the second aspect of the present invention is the third aspect, wherein the cavity is included in the resonator in the plan view of the post-wall waveguide and is arranged on the second dielectric layer.
  • the conductor layer is provided with an expansion wall that short-circuits the third conductor layer and the second conductor layer, and the second dielectric layer is provided inside the cavity and inside the coupling window.
  • the cavity has the third conductor layer as one wide wall and the expansion wall as a narrow wall.
  • the coupling window may be configured to be included in the resonator in a plan view of the post-wall waveguide.
  • each resonator and the corresponding cavity can be electromagnetically coupled with high coupling efficiency. As a result, the effect of reducing the shift of the central frequency can be surely obtained.
  • the filter according to the third aspect of the present invention may be configured such that, in the above aspect 1 or 2, the coupling window is arranged so as to include the center of the resonator in the plan view of the post-wall waveguide. Good.
  • each resonator and the corresponding cavity can be electromagnetically coupled with high coupling efficiency. As a result, the effect of reducing the shift of the central frequency can be surely obtained.
  • the cavity is tubular, and the coupling window is annular in the plan view of the post-wall waveguide.
  • the coupling window may be configured to be formed within the range of the cavity in the plan view of the post-wall waveguide.
  • the filter according to the fifth aspect of the present invention may be configured such that in the above aspect 4, the cavity is arranged so that the inner edge includes the center of the resonator in the plan view of the post-wall waveguide. ..
  • the temperature dependence of the dielectric constant of the second dielectric is higher than the temperature dependence of the dielectric constant of the first dielectric.
  • the volume of the first dielectric may be larger than the volume of the second dielectric.
  • the shift of the center frequency due to the temperature change is made in consideration of the contribution rate of the temperature change by considering the volume of the dielectric layer according to the magnitude of the temperature dependence of each dielectric. It can be reduced.
  • each of the plurality of resonators has a circular shape or a hexagonal or larger regular polygonal shape in the plan view of the post wall waveguide.
  • the radii of the circumscribed circles of these two resonators are set to R 1 and R 2, and between the centers of these two resonators.
  • the configuration may be such that D ⁇ R 1 + R 2 .
  • the shape of each circumscribed circle of the two first cavities is two.
  • the straight line connecting the centers of the circumscribed circles is used as the axis of symmetry, and the number of filter design parameters can be reduced.
  • the filter according to the eighth aspect of the present invention has the outer shape of the cavity having a circular shape or a hexagonal or more regular polygonal shape in a plan view of the post wall waveguide.
  • the cavity In a plan view of the post-wall waveguide, the cavity has a common center with the center of the resonator, and each cavity provided in the two resonators coupled to each other among the plurality of resonators. Is arranged so that E> R 3 + R 4 when the radii of the circumscribed circles of these two cavities are R 3 and R 4, and the distance between the centers of these two cavities is E. It is a composition.
  • each cavity is electromagnetically coupled only to the corresponding resonator without the adjacent cavities overlapping each other.
  • the filter according to the ninth aspect of the present invention may have a configuration in which the first dielectric is mainly composed of a material selected from the group consisting of quartz, sapphire, and alumina. Good.
  • the substrate by constructing the substrate from a preferable dielectric material, the shift of the center frequency due to the temperature change can be sufficiently reduced.
  • the filter according to the tenth aspect of the present invention may have a configuration in which the second dielectric is mainly composed of a material selected from polyimide or polyamide-imide in any one of the above aspects 1 to 9.
  • the shift of the center frequency due to the temperature change can be sufficiently reduced.

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Abstract

温度変化に伴う特性変化を補償することが可能なフィルタを実現する。フィルタ(1)は、電磁気的に結合した共振器(201~205)として機能するポスト壁導波路と、ポスト壁導波路の第2の導体層(6a)に形成された結合窓(AP101a~AP105a)を介して共振器(201~205)と電磁気的に結合されたキャビティ(301a~305a)と、を備えている。ポスト壁導波路の基板(5)は、第1の誘電体からなる第1の誘電体層を含み、キャビティ(301a~305a)の内部には、第2の誘電体からなる第2の誘電体層(9a)が設けられている。フィルタ(1)においては、第1の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って増加し、且つ、前記第2の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って減少する、又は、前記第1の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って減少し、且つ、前記第2の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って増加する。

Description

フィルタ
 本発明は、ポスト壁導波路を用いたフィルタに関する。特に、温度補償機能を備えたフィルタに関する。
 電磁気的に結合された複数の共振器は、特定の周波数帯域(以下、「通過帯域」とも記載する)の電磁波を選択的に通過させるバンドパスフィルタ(Bandpass Filter。以下、「BPF」とも記載する)として機能することが知られている。
 非特許文献1には、複数の共振器として機能する金属製の導波管を用いたバンドパスフィルタが開示されている。また、非特許文献1には、このバンドパスフィルタにおいて中心周波数を調整するための技術が開示されている。
 非特許文献2には、複数の共振器として機能するポスト壁導波路を用いたバンドパスフィルタが開示されている。ここで、ポスト壁導波路とは、両方の主面に広壁が設けられ、内部にポスト壁(一方の主面に設けられた広壁と他方の主面に設けられた広壁を短絡する導体ポストの集合)が設けられた基板により実現される導波路のことを指す。
吉田和明,「マイクロ波フィルタの技術と応用」,日本無線技報, No.64,pp.12-16,2013. Yusuke Uemichi, et. al, Compact and Low-Loss Bandpass Filter Realized in Silica-Based Post-Wall Waveguide for 60-GHz applications, IEEE MTT-S IMS, May 2015.
 ポスト壁導波路を利用したBPFは、導波管を利用したBPFと比較して、コンパクトであり、伝送ロスが少なく、且つ、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)の一部として集積化が容易である。また、ポスト壁導波路を利用したBPFは、プリント基板の製造方法を利用して製造可能であるため、導波管を利用したBPFと比較して、製造コストを抑制することができる。
 その一方で、ポスト壁導波路を利用したBPFには、通過帯域の中心周波数が環境温度に応じてシフトし易いという問題があった。なぜなら、環境温度が変化すると、基板を構成する誘電体の誘電率が変化し、その結果、通過帯域の中心周波数がシフトするからである。特に、温度変化の大きな環境下では、このような問題が顕著に現れる。
 本発明の一態様は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポスト壁導波路を用いたフィルタにおいて、温度変化に伴う通過帯域の中心周波数のシフトが従来よりも小さいフィルタを実現することにある。
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るフィルタは、一方の主面に第1の導体層が設けられ、他方の主面に第2の導体層が設けられ、内部にポスト壁が設けられた基板を有するポスト壁導波路であって、電磁気的に結合した複数の共振器として機能するポスト壁導波路と、前記ポスト壁導波路に積層されたキャビティであって、前記第2の導体層に形成された結合窓を介して前記共振器と電磁気的に結合されたキャビティと、を備え、前記基板は、第1の誘電体からなる第1の誘電体層を含み、前記キャビティの内部には、第2の誘電体からなる第2の誘電体層が設けられ、前記第1の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って増加し、且つ、前記第2の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って減少する、又は、前記第1の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って減少し、且つ、前記第2の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って増加する、構成である。
 本発明の一態様によれば、各々の温度依存性を相殺又は低減するよう、複数の誘電体を組み合わせることにより、温度変化に伴う通過帯域の中心周波数のシフトを低減させることができるという効果を奏する。
実施形態1にかかるBPF1の分解斜視図である。 実施形態2にかかるBPF2の分解斜視図である。 図1(c)及び図2(c)に示した分解斜視図の平面図である。 (a)及び(b)は、それぞれ、図1(a)及び図2(a)に示した分解斜視図の平面図である。 (a)及び(b)は、それぞれ、図1(b)及び図2(b)に示した分解斜視図の平面図である。 実施形態1にかかるBPF1の図3の切断線B-B’における断面図である。 実施形態2にかかるBPF2の図3の切断線B-B’における断面図である。 (a)及び(b)は、それぞれ、BPF1、BPF2の導波路の端部に設置可能な変換部の平面図及び断面図である。 基板5が単一の石英からなる第1のキャビティから構成されるBPFの透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
 〔バンドパスフィルタの構成〕
 本発明の第1の実施形態にかかるバンドパスフィルタ1(以下、単に「BPF1」とも称する。)については、図1、図3、図4の(a)、図5の(a)および図6を参照して説明する。図1は、本実施形態にかかるBPF1の分解斜視透視図である。図3は、図1の(c)に示した分解斜視図の平面図である。図4の(a)は、図1の(a)に示した分解斜視図の平面図である。図5の(a)は、図1の(b)に示した分解斜視図の平面図である。図6は、図3の切断線B-B’におけるBPF1の断面図である。
 本発明の第2の実施形態にかかるバンドパスフィルタ2(以下、単に「BPF2」とも称する。)については、図2、図3、図4の(b)、図5の(b)および図7を参照して説明する。図2は、本実施形態にかかるBPF2の分解斜視透視図である。図3は、図2の(c)に示した分解斜視図の平面図である。図4の(b)は、図2の(a)に示した分解斜視図の平面図である。図5の(b)は、図2の(b)に示した分解斜視図の平面図である。図7は、図3の切断線B-B’におけるBPF2の断面図である。
 はじめに、BPF1およびBPF2に共通の構成および変換部について説明し、続いて、BPF1の固有の構成、BPF2の固有の構成について説明する。BPFの構成を示す各図は、本発明を理解するために、分かりやすさを優先した模式図であり、各要素の縮尺比率、方位などは必ずしも正確ではない。
 <バンドパスフィルタの共通の構成>
 図1の(c)および図2の(c)に示すように、BPF1およびBPF2は、誘電体(特許請求の範囲に記載の「第1の誘電体層」に相当)により構成された基板5と、一対の広壁として機能する導体層6a,6b(特許請求の範囲に記載の「第2の導体層」に相当)及び導体層7(特許請求の範囲に記載の「第1の導体層」に相当)と、一対の狭壁として機能するポスト壁21~25,61~63,71~73と、により構成されるポスト壁導波路を備えている。なお、図1の(c)および図2の(c)において導体層6a、6bならびに導体層7を仮想線(二点鎖線)にて図示している。これは、基板5の内部に形成された複数の導体ポストを見やすくするためである。
 図1の(b)および図2の(b)は、図1の(c)および図2の(c)において仮想線によって示した導体層6a,6bを実線で示し、導体層6a,6bの上にそれぞれ配置された樹脂層9a,9b(特許請求の範囲に記載の「第2の誘電体層」に相当)を仮想線(二点鎖線)にて図示している。これは、導体層6a,6bに形成された種々の構造を見やすくするためである。
 図1の(a)および図2の(a)は、図1の(b)および図2の(b)において仮想線によって示した樹脂層9a,9bを実線で示し、樹脂層9a,9bの上にそれぞれ配置された導体層8a,8b(特許請求の範囲に記載の「第3の誘電体層」に相当)を仮想線(二点鎖線)にて図示している。これは、樹脂層9a,9bに形成された種々の構造を見やすくするためである。
 <ポスト壁導波路の構成>
 (基板)
 基板5は、誘電体により構成された板状部材である。以下において、基板5を構成する6つの表面のうち、面積が最も大きな2つの表面を基板5の主面と称す。本実施形態では、基板5を構成する誘電体として石英を採用するが、他の誘電体(例えばポリテトラフルオロエチレンなどのテフロン(登録商標)系樹脂や液晶ポリマー樹脂などの樹脂)であってもよい。
 基板5に石英ガラスを採用する場合、石英ガラスの厚さを520μmとすることができる。
 (一対の広壁)
 導体層6a,6bおよび導体層7は、基板5の2つの主面上に設けられた一対の導体層である。すなわち、基板5、導体層6a,6b、及び導体層7は、BPF1では、基板5が導体層6a,7によって挟持された積層構造を有し、BPF2では、基板5が導体層6b,7によって挟持された積層構造を有する。本実施形態では、導体層6a,6b,7を構成する導体として銅を採用するが、他の導体(例えばアルミニウムなどの金属)であってもよい。導体層6a,6b,7の厚さは限定されるものではなく、任意の厚さを採用することができる。すなわち、導体層6a,6b,7の態様は、薄膜であってもよいし、箔(フィルム)であってもよいし、板であってもよい。
 導体層6aおよび7、ならびに、導体層6bおよび7の各々は、ポスト壁導波路の一対の広壁を構成する。
  (ポスト壁)
 基板5には、柵状に配列した、複数の貫通孔が設けられている。これら複数の貫通孔において、貫通孔同士の間隔は、波長より十分に短い。複数の貫通孔は、基板5の一方の主面から他方の主面まで貫通している。貫通孔の内壁には、筒状の導体膜が形成されている。したがって、この筒状の導体膜は、誘電体製の基板5の中に形成された導体ポストとして機能する。また、この筒状の導体膜は、基板5の両主面に設けられた導体層6a,6bと導体層7とを短絡させる。このような導体ポストは、ポスト壁導波路の技術(プリント基板の技術)を利用して実現可能である。貫通孔の内壁は、筒状の導体膜でなくてもよく、導体が充填されていてもよい。
 導体ポストの直径を100μmとし、隣接する導体ポスト間の間隔を200μmとすることができる。
 本実施形態では、狭壁を構成する金属として銅を採用している。なお、この金属は、銅に限定されるものではなく、アルミニウムであってもよいし、複数の金属元素により構成された合金であってもよい。
 <ポスト壁導波路の機能>
 基板5の内部に形成されたポスト壁21~25,61~63,71~73は、ポスト壁導波路が、複数の(本実施形態においては5つの)共振器201~205として機能すると共に、これらの共振器201~205の前段及び後段に設けられた導波路206,207として機能するように配置されている。
 (共振器201~205の構成)
 共振器201は、互いに対向する一対の広壁と、一対の広壁の間に介在する狭壁とにより構成されている。一対の広壁は、金属製の導体層6aまたは6bと導体層7とにより構成されている。共振器201のxy平面における形状は、開口AP,AP12が設けられる部分を除くと円形である。別の好ましい実施形態では、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。開口AP,AP12については、後述する。また、開口は、誘導性アイリス又は連結部とも呼ばれる。
 共振器201~205の狭壁は各々、ポスト壁21~25により構成されている。ポスト壁21~25は、それぞれk本の導体ポスト21i~25i(iは1以上k以下の整数を一般化した表記)から構成される。ポスト壁21~25は、導体層6aまたは6bと導体層7とから構成される一対の広壁を導通させ、一対の広壁とともに、開口AP,AP12を除いた領域が電磁気的に閉じた円筒形の空間を形成する。
 開口AP及び開口AP12の各々は、共振器201のxy平面における円形の弦を切断線として、広壁及び狭壁の一部を、xy平面に対して垂直な方向に切り落とすことによって形成される。開口APは、後述する導波路206と共振器201とを電磁気的に結合させ、開口AP12は、共振器201と後述する共振器202とを電磁気的に結合させる。
 共振器202~205は、それぞれ、共振器201と同様に構成されている。すなわち、共振器202~205は、導体層6aまたは6bと導体層7から構成される一対の広壁と、ポスト壁22~25からなる狭壁とにより各々構成されている。共振器202のxy平面における形状は、開口AP12,AP23が設けられる部分を除くと円形であり、共振器203のxy平面における形状は、開口AP23,AP34が設けられる部分を除くと円形であり、共振器204のxy平面における形状は、開口AP34,AP45が設けられる部分を除くと円形であり、共振器205のxy平面における形状は、開口AP45,APが設けられる部分を除くと円形である。開口AP23は、共振器202と共振器203とを電磁気的に結合させ、開口AP34は、共振器203と共振器204とを電磁気的に結合させ、開口AP45は、共振器204と共振器205とを電磁気的に結合させ、開口APは、共振器205と後述する導波路207とを電磁気的に結合させる。
 以上のように、図1の(c)および図2の(c)は、5つの共振器201~205が電磁気的に結合した態様を示す。
 (各共振器の中心間距離)
 導体層6a,6bにおける共振器201のxy平面の円形の中心のことを中心C11と称し、導体層7における共振器201のxy平面の円形の中心のことを中心C12と称する。共振器201の中心Cは、中心C11と中心C12との中点に位置する。共振器202の中心C、共振器203の中心C、共振器204の中心C、及び共振器205の中心Cの各々は、共振器201の中心Cと同様に定められる(図3参照)。
 図3に示すように、共振器201の半径をR、共振器202の半径をR、共振器203の半径をR、共振器204の半径をR、共振器205の半径をRとする。また、中心Cと中心Cとの中心間距離をD12とし、中心Cと中心Cとの中心間距離をD23とし、中心Cと中心Cとの中心間距離をD34とし、中心Cと中心Cとの中心間距離をD45とする。
 このとき、R,RとD12とは、D12<R+Rの条件を満たし、R,RとD23とは、D23<R+Rの条件を満たし、R,RとD34とは、D34<R+Rの条件を満たし、R,RとD45とは、D45<R+Rの条件を満たす。これらの条件を満たすことによって、円筒形の2つの共振器(例えば共振器201と共振器202と)を、各共振器の側面に設けた開口(例えば開口AP12)を介して連結させることができる。
 (隣接する2つの共振器の対称性)
 複数の共振器のうち互いに連結されている2つの共振器に着目する。ここでは、共振器202と共振器203とを用いて説明する。2つの共振器202,203の各々のxy平面における形状(共振器202,203の外接円の形状と同じ)は、2つの外接円の中心C,C同士をつなぐ直線D-D’を対称軸として線対称である(図3参照)。これにより、所望の特性を有するフィルタを容易に設計することができる。
 なお、本実施形態においては、互いに連結されている2つの共振器が線対称となるように構成されていることに加えて、BPF1,2全体も線対称となるように構成されている。具体的には、共振器201~205は、x軸に沿い且つ共振器203の中心Cを通る直線を対称軸として線対称となるように配置されており、且つ、導波路206~207は、上記直線を対称軸として線対称となるように配置されている。これにより、BPF1,2は、所望の特性を有するフィルタを更に容易に設計することができる。
 (共振器201,205の配置)
 本実施形態では、共振器201と共振器205とは、互いに隣接するように配置されている(図1の(c),図2の(c)および図3参照)。したがって、複数の共振器が直線状に配置されている非特許文献1の構成と比較して、フィルタの全長を短くすることができる。
 (導波路206,207の構成)
 導波路206は、導体層6aまたは6bと導体層7とから構成される一対の広壁と、一対の狭壁であるポスト壁61,62とにより構成された、断面が長方形の矩形導波路である。導波路206の共振器201側の端部には、共振器201の開口APと同じ形状の開口が形成されたショート壁63が設けられている。この開口と共振器201の開口APとが一致するように導波路206と共振器201とを接続することによって、導波路206と共振器201とは、電磁気的に結合する。
 導波路207は、導波路206と同様に、導体層6aまたは6bと導体層7とから構成される一対の広壁と、一対の狭壁であるポスト壁71,72とにより構成された矩形導波路である。導波路207のショート壁73に設けられた開口と共振器205の開口APとが一致するように導波路207と共振器205とを接続することによって、導波路207と共振器205とは、電磁気的に結合する。
 本実施形態において、導波路206のy軸負方向側の端部および導波路207のy軸正方向側の端部は、何れも入出力ポートとして機能する。導波路206のy軸負方向側の端部を入力ポートとすれば、導波路207のy軸正方向側の端部が出力ポートとなり、導波路207のy軸正方向側の端部を入力ポートとすれば、導波路206のy軸負方向側の端部が出力ポートとなる。いずれの入出力ポートを入力ポートにするかは任意であるが、本実施形態では、導波路206のy軸負方向側の端部を入力ポートとし、導波路207のy軸正方向側の端部を出力ポートとして説明する。すなわち、共振器201が最初段(第1段目)の共振器であり、共振器205が最終段(第5段目)の共振器である。
 <変換部>
 BPF1,2は、その前段及び/又は後段に対して別の高周波デバイスが結合される。BPF1,2に結合される高周波デバイスの一例としては、アンテナ回路、送信回路、及び受信回路、及び、方向性結合器が挙げられる。
 BPF1,2に対して矩形導波路を用いて結合することが好ましい高周波デバイス(例えば方向性結合器)の場合、高周波デバイスが備えている矩形導波路の一端を、BPF1,2の導波路206又は導波路207の開放された端部に対して結合すればよい。
 一方、BPF1,2に対してマイクロストリップ線路を用いて結合することが好ましい高周波デバイス(例えば送信回路及び受信回路)の場合、変換部をBPF1,2の開放された端部に設け、変換部を介して高周波デバイスとBPF1,2とを結合すればよい。
 BPF1、BPF2のそれぞれに接続可能な変換部80について説明する。図8の(a)及び(b)は、それぞれ、導波路206のy軸負方向側の端部に設置可能な変換部80の平面図及び断面図である。
 BPF1、BPF2において、導波路206のy軸負方向側の端部には、図8に示す変換部80が設けられていてもよい。導波路206のy軸負方向側の端部の変換部80は、好ましい実施形態では入力変換部であってもよい。同様に、導波路207のy軸正方向側の端部にも、変換部80が設けられていてもよい。導波路207のy軸正方向側の端部の変換部80は、好ましい実施形態では出力変換部であってもよい。以下では、導波路206のy軸負方向側の端部に設けられた変換部80を例にして説明する。
 導波路206のy軸負方向側の端部に変換部80を設ける場合、当該端部には、ショート壁64が形成される。ショート壁64は、p本の導体ポスト64i(iは1以上p以下の整数を一般化した表記)を柵状に配列することによって得られるポスト壁である。ショート壁64は、ショート壁63と対になるショート壁であり、導波路206の共振器201側と逆側の端部を閉じる。
 図8の(a),(b)に示すように、変換部80は、信号線85と、パッド86と、ブラインドビア87と、電極88,89とを備えている。
 誘電体層81は、導体層6aまたは6bの表面に形成されている、誘電体製の層である。誘電体層81には、開口81aが設けられている。また、変換部80の導体層6aまたは6bには、開口81aと重畳する開口6cが設けられている。開口6cは、開口81aを包含するように設けられている。開口6cは、アンチパッドとして機能する。
 信号線85は、誘電体層81の表面に形成された帯状導体である。信号線85の一端部は、開口81aを取り囲むように形成されている。なお、信号線85と導体層6a,6bとは、マイクロストリップ線路を形成する。
 パッド86は、基板5の表面であって、導体層6aまたは6bが設けられている表面に形成された円形の導体層である。パッド86は、導体層6a,6bに設けられた開口6c内に、導体層6a,6bと絶縁された状態で配置されている。
 基板5の表面には、導体層6a,6bが設けられた表面から、基板5の内部に向かう非貫通孔が形成されている。ブラインドビア87は、その非貫通孔の内壁に形成された筒上の導体膜からなる。ブラインドビア87は、信号線85の一端部に、パッド86を介して導通するように接続されている。すなわち、ブラインドビア87は、信号線85の一端部に接続されており、開口81a,6cを通って基板5の内部に形成されている。ブラインドビア87は、導体ピンとも称する。ブラインドビア87は、非貫通孔の内壁に形成された筒上の導体膜でなくてもよく、非貫通孔に充填された導体であってもよい。
 電極88,89は、誘電体層81の表面に形成された電極である。電極88,89の各々は、信号線85の他端部近傍に、信号線85の他端部を挟むように配置されている。
 誘電体層81の電極88と重畳する領域には、複数の貫通孔が設けられている。これらの複数の貫通孔には、ビア88Aとして機能する筒状の導体膜が形成されている。貫通孔の内壁は、筒状の導体膜でなくてもよく、導体が充填されていてもよい。ビア88Aは、電極88と導体層6a,6bとを短絡する。また、ビア88Aと同様に構成されたビア89Aは、電極89と導体層6a,6bとを短絡する。このように構成された電極88及び電極89は、グランドとして機能するので、信号線85とともにグランド-シグナル-グランドの端子構造を実現する。
 このように構成された変換部80は、マイクロストリップ線路を伝搬するモードと、導波路206の内部を伝搬するモードとを変換する。したがって、変換部80は、入力ポート及び出力ポートの各々に対して、マイクロストリップ線路を容易に結合させることができる。また、信号線85と電極88,89とからなる端子構造には、RFICをバンプなどを用いて容易に接続することができる。
 なお、本構成例では、導波路206又は導波路207の端部に変換部80を設けるものとして説明した。すなわち、変換部80は、導波路206又は導波路207を介して共振器201又は共振器205に結合されるものとして説明した。しかし、変換部80は、共振器201又は共振器205に直接結合するように設けられていてもよい。すなわち、変換部80のブラインドビア87は、共振器201の広壁又は共振器205の広壁の一部に設けられた開口から共振器201又は共振器205の内部に形成されるように構成されていてもよい。
 以上、図1の(c)、図2の(c)、図3および図8を用いて、BPF1、BPF2に共通な構成について具体的な説明を行った。
 <BPF1の構成>
 以下、BPF1に固有の構成について説明する。上述した通り、図1の(b)はBPF1の導体層6aの分解斜視透視図である。図5の(a)は導体層6aの平面図である。図1の(a)はBPF1の樹脂層9aの分解斜視透視図である。図4の(a)は樹脂層9aの平面図である。図6は、BPF1における図3の切断線B-B’における断面図である。
 (BPF1のキャビティ301a~305aの構成)
 導体層6aの上および開口部(結合窓AP101a~AP105a)(図5の(a)参照)の内部に、樹脂層9aが配置される。樹脂層9aが配置される導体層6aおよび開口部(結合窓AP101a~AP105a)の領域を第2の領域とも称する。本実施形態では、樹脂層9aを構成する誘電体としてポリイミドを採用するが、他の樹脂であってもよい。樹脂層9aの上に導体層8a(特許請求の範囲に記載の「第3の導体層」に相当)が配置される。
 樹脂層9aにポリイミド薄膜を採用する場合、ポリイミド薄膜の厚さを16μmとすることができる。
 (BPF1の一対の広壁)
 図6に示した構成では、導体層6a,8aの各々は、BPF1のキャビティ301a~305aの一対の広壁を構成する。上述したとおり、導体層6aは、共振器201~205の平面視(xy平面)において、各共振器の中心から半径R61a~半径R65aの5つの開口部(結合窓AP101a~AP105a)を有する。5つの開口部(結合窓AP101a~AP105a)はそれぞれ、上述した第2の領域の範囲内に構成される。
 (BPF1のキャビティ301a~305aの形状)
 BPF1のキャビティ301a~305aは、互いに対向する一対の広壁と、一対の広壁の間に介在する狭壁とにより構成されている。キャビティ301a~305aのxy平面における形状は円形である。別の好ましい実施形態では、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。5つのキャビティ301a~305aは、各々対応する5つの結合窓AP101a~AP105aを介して各々対応する5つの共振器201~205と電磁気的に結合する。好ましい実施形態では、平面視において共振器201~205の中心は、キャビティ301a~305aの中心と共通する。別の好ましい実施形態では、平面視において少なくとも1つの共振器(例えば、共振器203)の中心が、対応するキャビティ303aの中心と共通すればよく、全ての積層型共振器において各キャビティの中心が共通する必要はない。
 更に別の好ましい実施形態では、平面視における共振器201~205の各々の中心を、対応するキャビティ301a~305aの各々が平面視において包含するように構成することができる。また、少なくとも1つの共振器(例えば、共振器203)について、その共振器の中心を、対応するキャビティ(例えば、キャビティ303a)が平面視において包含するように構成すればよく、全ての共振器について、その共振器の中心を、対応するキャビティが平面視において包含する必要はない。
 (BPF1の拡張壁)
 BPF1のキャビティ301a~305aの各々の狭壁を構成する内側拡張壁121a~125aのxy平面における形状は、キャビティ301a~305aの中心からそれぞれ半径R121a~半径R125aの円形である(図1の(a)、図4の(a)参照)。別の好ましい実施形態では、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。内側拡張壁121a~125aは、導体層6a,8aからなる一対の広壁を導通させ、一対の広壁とともに、開口部(結合窓AP101a~AP105a)を除いた領域が電磁気的に閉じた円柱形の空間を形成する。
 図1の(a)、図4の(a)に示すとおり、BPF1のキャビティ301a~305aの狭壁を構成しない外側拡張壁111a~115aのxy平面における形状は、キャビティ301a~305aの中心からそれぞれ半径R111a~半径R115aの円形である(図4の(a)参照)。別の好ましい実施形態では、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。図1の(a)、図4の(a)に示す外側拡張壁111a~115aは、導体層6a,8aからなる一対の広壁を導通させる(図6参照)。
 図1の(a)および図4の(a)では、キャビティ301a~305aの形状の分かりやすさを優先した模式図であり、内側拡張壁121a~125aおよび外側拡張壁111a~115aの半径方向の厚さは表現されていない。図6では、内側拡張壁123aおよび外側拡張壁113aの半径方向(図6ではy軸方向)の厚さが表現されているが、分かりやすさを優先した模式図であり、各要素の縮尺比率、方位などは必ずしも正確ではない。
 内側拡張壁121a~125aがxy平面において連続的な導体から構成される場合、図1の(a)および図6に示すとおり内側拡張壁121a~125aは樹脂層9aを取り囲み、キャビティ301a~305aを構成する。別の好ましい実施形態では、内側拡張壁121a~125aは、導体層6a,8aからなる一対の広壁を導通させている限り、xy平面において断続的な導体から構成されてもよい。内側拡張壁121a~125aが、断続的な導体から構成される場合、電磁気的にキャビティが構成されている必要がある。
 以上のように、本実施形態のBPF1は、電磁気的に結合した5つの共振器201~205の上にそれぞれ対応する5つのキャビティ301a~305aが配置された、5段の共振器結合型のフィルタである。BPF1の段数は5段に限定されず、別の好ましい実施形態では、任意の数の段数により構成することができる。また、キャビティは、樹脂層9aが充填されている。
 また本実施形態では、5つの共振器201~205の全てに対してキャビティ301a~305aが結合されているが、これに限定されない。すなわち、5つの共振器201~205のうち、少なくとも1つの共振器に対してキャビティが結合されていればよい。例えば、第3段の共振器203に対してのみキャビティ303aが結合され、他の第1段、第2段、第4段、第5段の共振器201,202,204,205には、キャビティが結合されていない構成を採用してもよい。
 (BPF1のキャビティの中心間距離)
 図4の(a)は、図6の破断線F-F’におけるBPF1の平面図に相当する。図4の(a)に示すように、キャビティ301aの半径をR121a、キャビティ302aの半径をR122a、キャビティ303aの半径をR123a(図6参照)、キャビティ304aの半径をR124a、キャビティ305aの半径をR125aとする。また本実施形態では、BPF1のキャビティ301a~305aの中心C31a~中心C35aは、共振器201~205の中心C~中心Cと平面視において一致させた。中心C31aと中心C32aとの中心間距離をE12aとし、中心C32aと中心C33aとの中心間距離をE23aとし、中心C33aと中心C34aとの中心間距離をE34aとし、中心C34aと中心C35aとの中心間距離をE45aとする。
 このとき、R121a,R122aとE12aとは、E12a>R121a+R122aの条件を満たし、R122a,R123aとE23aとは、E23a>R122a+R123aの条件を満たし、R123a,R124aとE34aとは、E34a>R123a+R124aの条件を満たし、R124a,R125aとE45aとは、E45a>R124a+R125aの条件を満たす。これらの条件を満たすことによって、円筒形の2つのキャビティ(例えばキャビティ301aとキャビティ302aと)が、相互に直接干渉することなく、それぞれの共振器とだけ開口部(例えば、結合窓AP101a、AP102a)を介して結合させることができる。
 また、外側拡張壁111a~115aのそれぞれの半径R111a~半径R115aと、共振器の半径R~Rとは、それぞれR111a≦R、R112a≦R、R113a≦R、R114a≦R、R115a≦Rの条件を満たす。
 図5の(a)は、図6の破断線E-E’におけるBPF1の平面図に相当する。図5の(a)に示すように、5つの共振器に対応する第2の導体層6aのそれぞれの開口部(結合窓AP101a~AP105a)の半径をR61a~R65aとする。本実施形態では、第2の導体層6aの開口部(結合窓AP101a~AP105a)の中心は、共振器201~205およびキャビティ301a~305aの中心とそれぞれ平面視において一致する。
 このとき、内側拡張壁121a~125aのそれぞれの半径R121a~半径R125aと、第2の導体層6aのそれぞれの開口部(結合窓AP101a~AP105a)の半径R61a~R65aとは、それぞれR121a>R61a,R122a>R62a、R123a>R63a、R124a>R64a,R125a>R65aの条件を満たす。これらの条件を満たすことにより、キャビティにおいて第2の導体層6aが一方の広壁として機能する(図6参照)。
 一方、内側拡張壁121a~125aのそれぞれの半径R121a~半径R125aと、第2の導体層6aのそれぞれの開口部(結合窓AP101a~AP105a)の半径R61a~R65aとが、それぞれR121a=R61a,R122a=R62a、R123a=R63a、R124a=R64a,R125a=R65aの条件を満たす場合、第2の導体層6aはキャビティにおいて広壁として機能しない。
 別の実施形態では、共振器201~205の各々の中心を、対応する結合窓AP101a~AP105aの各々が平面視において包含するように構成することができる。また、少なくとも1つの共振器(例えば、共振器203)について、その共振器の中心を、対応する結合窓(例えば、結合窓AP103a)が平面視において包含するように構成すればよく、全ての共振器201~205について、その各共振器の中心を、対応する開口部(結合窓)が平面視において包含する必要はない。
 <BPF2の構成>
 以下、BPF2に固有の構成について説明する。上述した通り、図2の(b)はBPF2の導体層6bの分解斜視透視図である。図5の(b)は導体層6bの平面図である。図2の(a)はBPF2の樹脂層9bの分解斜視透視図である。図4の(b)は樹脂層9bの平面図である。図7は、BPF2における図3の切断線B-B’における断面図である。
 (BPF2のキャビティ301b~305bの構成)
 環状の開口部(結合窓AP101b~AP105b)と、導体層6bの一部の上に、樹脂層9b(特許請求の範囲に記載の「第2の誘電体層」に相当)が配置される。樹脂層9bが配置される環状の開口部(結合窓AP101b~AP105b)および導体層6bの一部の領域を第2の領域とも称する。本実施形態では、樹脂層9bを構成する誘電体としてポリイミドを採用するが、他の樹脂であってもよい。樹脂層9bの上に導体層8b(特許請求の範囲に記載の「第3の導体層」に相当)が配置される。
 樹脂層9bにポリイミド薄膜を採用する場合、ポリイミド薄膜の厚さを16μmとすることができる。
 (BPF2のキャビティ301b~305bの一対の広壁)
 導体層6b,8bの各々は、BPF2のキャビティ301b~305bの一対の広壁を構成する。キャビティ301b~305bは、xy平面において、それぞれ対応する共振器201~205よりも小さい構成とすることができる。上述したとおり、導体層6bは、5つの環状の開口部(結合窓AP101b~AP105b)を有する。5つの環状の開口部(結合窓AP101b~AP105b)はそれぞれ、上述した第2の領域の範囲内に構成される。
 広壁の一方を構成する導体層8bは貫通部141b~145bにより、xy平面において、5つのキャビティ301b~305bに対応する5つの環状の形状を有する。
 (BPF2のキャビティ301b~305bの形状)
 キャビティ301b~305bは、互いに対向する一対の広壁と、一対の広壁の間に介在する狭壁とにより構成されている。キャビティ301b~305bのxy平面における形状は、円形の貫通部141b~145bを備える環状である。すなわち、キャビティ301b~305bは、筒状である。貫通部141b~145bを構成する内側拡張壁131b~135bは、特許請求の範囲に記載の「キャビティ」の「内縁」に相当する。キャビティ301b~305bの各々は、平面視において、内側拡張壁131b~135bの各々が共振器201~205の各々の中心を含むように配置されている。別の好ましい実施形態では、上記環状の内側円形および/または外側円形は、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。5つのキャビティ301b~305bは、各々対応する5つの結合窓AP101b~AP105bを介して各々対応する5つの共振器201~205と電磁気的に結合する。好ましい実施形態では、平面視において共振器201~205の中心は、キャビティ301b~305bの中心と共通する。別の好ましい実施形態では、平面視において少なくとも1つの共振器(例えば、共振器203)について、その共振器の中心が、対応するキャビティ(例えば、キャビティ303b)の中心と共通であればよく、全ての共振器201~205について、その各共振器の中心が、対応するキャビティの中心と共通である必要はない。
 更に別の好ましい実施形態では、平面視における共振器201~205の各々の中心を、対応するキャビティ301b~305bの各々が平面視において包含するように構成することができる。また、平面視において少なくとも1つの共振器(例えば、共振器203)について、その共振器の中心を、対応するキャビティ(例えば、キャビティ303b)が平面視において包含するように構成すればよく、全ての共振器201~205について、その各共振器の中心を、対応するキャビティが平面視において包含する必要はない。
 (BPF2の拡張壁)
 BPF2のキャビティ301b~305bの各々の狭壁を構成する外側拡張壁121b~125bの平面視における形状は、キャビティ301b~305bの中心からそれぞれ半径R121b~半径R125bの円形である。同様に、BPF2のキャビティ301b~305bの各々の狭壁を構成する内側拡張壁131b~135bのxy平面における形状は、それぞれ半径R131~半径R135の円形である。別の好ましい実施形態では、BPF2の外側拡張壁121b~125bの平面視における形状は、それぞれ円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。半径R131~半径R135の円形の中心は、平面視において、BPF2のキャビティ301b~305bの中心と共通であるのが好ましいが、キャビティ301b~305bの中心と共通である態様に限定されない。別の好ましい実施形態では、BPF2の内側拡張壁131b~135bの平面視における形状は、それぞれ円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。
 BPF2の外側拡張壁121b~125bおよび内側拡張壁131b~135bは、導体層6b,8bからなる一対の広壁を導通させる。本実施形態では、貫通部141b~145bを構成する内側拡張壁131b~135bのz軸負方向端が、共振器201~205上面の中心部に存する円形の導体層6bと導通する。更に、貫通部141b~145bを構成する内側拡張壁131b~135bのz軸正方向端が、環状の導体層8bと導通する。また、外側拡張壁121b~125bのz軸負方向端が、共振器201~205上面における環状の開口部(結合窓AP101b~AP105b)の外側に存する導体層6bと導通する。更に、外側拡張壁121b~125bのz軸正方向端が、環状の導体層8bと導通する。これにより、各々の狭壁は、一対の広壁とともに、開口部(結合窓AP101b~AP105b)を除いた領域が電磁気的に閉じた中空円筒形の空間を形成する。
 図4の(b)および図7に示すとおり、BPF2のキャビティ301b~305bの狭壁を構成しない外部拡張壁111b~115bのxy平面における形状は、それぞれ半径R111b~半径R115bの円形である。半径R111b~半径R115bの円形の中心は、平面視において、キャビティ301b~305bの中心と共通であるのが好ましいが、キャビティ301b~305bの中心と共通である態様に限定されない。別の好ましい実施形態では、外部拡張壁111b~115bの平面視における形状は、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。図4の(b)および図7に示す外部拡張壁111b~115bは、導体層6b,8bからなる一対の広壁を導通させる。
 図2の(a)および図4の(b)では、BPF2のキャビティ301b~305bの形状の分かりやすさを優先した模式図であり、内側拡張壁131b~135bおよび外側拡張壁121b~125bならびに外部拡張壁111b~115bの半径方向の厚さは表現されていない。図7では、内側拡張壁133bおよび外側拡張壁123bならびに外部拡張壁113bの半径方向(図7ではy軸方向)の厚さが表現されているが、分かりやすさを優先した模式図であり、各要素の縮尺比率、方位などは必ずしも正確ではない。
 BPF2の外側拡張壁121b~125bがxy平面において連続的な導体から構成される場合、図2の(a)および図7に示すとおり外側拡張壁121b~125bは樹脂層9bを取り囲み、キャビティ301b~305bを構成する。別の好ましい実施形態では、外側拡張壁121b~125bは、導体層6b,8bからなる一対の広壁を導通させている限り、xy平面において断続的な導体から構成されてもよい。外側拡張壁121b~125bが、断続的な導体から構成される場合、電磁気的にキャビティが構成されている必要がある。
 BPF2の内側拡張壁131b~135bがxy平面において連続的な導体から構成される場合、図2の(a)および図7に示すとおり内側拡張壁131b~135bは、内側に貫通部141b~145bを構成する。同時に、内側拡張壁131b~135bの外側には樹脂層9bが隣接し、外側拡張壁121b~125bと対をなしてキャビティ301b~305bを構成する。別の好ましい実施形態では、内側拡張壁131b~135bは、導体層6b,8bからなる一対の広壁を導通させている限り、xy平面において断続的な導体から構成されてもよい。内側拡張壁131b~135bが、断続的な導体から構成される場合、外側拡張壁121b~125bと内側拡張壁131b~135bとの間に、電磁気的にキャビティが構成されている必要がある。
 以上のように、本実施形態のBPF2は、電磁気的に結合した5つの共振器201~205の上にそれぞれ対応する5つのキャビティ301b~305bが配置された、5段の共振器結合型のフィルタである。BPF2の段数は5段に限定されず、別の好ましい実施形態では、任意の数の段数により構成することができる。また、キャビティは、外側拡張壁121b~125bと内側拡張壁131b~135bとの間に樹脂層9bが充填されている。
 また本実施形態では、5つの共振器201~205の全てに対してキャビティ301b~305bが結合されているが、これに限定されない。すなわち、5つの共振器201~205のうち、少なくとも1つの共振器に対してキャビティが結合されていればよい。例えば、第3段の共振器203に対してのみキャビティ303bが結合され、他の第1段、第2段、第4段、第5段の共振器201,202,204,205には、キャビティが結合されていない構成を採用してもよい。
 (BPF2のキャビティの中心間距離)
 図4の(b)は、図7の破断線F-F’におけるBPF2の平面図に相当する。図4の(b)に示すように、BPF2のキャビティ301bの半径をR121b、キャビティ302bの半径をR122b、キャビティ303bの半径をR123b(図7参照)、キャビティ304bの半径をR124b、キャビティ305bの半径をR125bとする。また本実施形態では、BPF2のキャビティ301b~305bの中心は、共振器201~205の中心と平面視において一致させた。キャビティ301b~305bのそれぞれの中心を中心C31b~中心C35bとし、中心C31bと中心C32bとの中心間距離をE12bとし、中心C32bと中心C33bとの中心間距離をE23bとし、中心C33bと中心C34bとの中心間距離をE34bとし、中心C34bと中心C35bとの中心間距離をE45bとする。
 このとき、R121b,R122bとE12bとは、E12b>R121b+R122bの条件を満たし、R122b,R123bとE23bとは、E23b>R122b+R123bの条件を満たし、R123b,R124bとE34bとは、E34b>R123b+R124bの条件を満たし、R124b,R125bとE45bとは、E45b>R124b+R125bの条件を満たす。これらの条件を満たすことによって、中空円筒形の2つのキャビティ(例えばBPF2のキャビティ301bとキャビティ302bと)が、相互に直接干渉することなく、それぞれの共振器とだけ開口部(例えば、結合窓AP101b、AP102b)を介して結合させることができる。
 また、外部拡張壁111b~115bのそれぞれの半径R111b~半径R115bと、共振器の半径R~Rとは、それぞれR111b≦R、R112b≦R、R113b≦R、R114b≦R、R115b≦Rの条件を満たす。更に、外部拡張壁111b~115bと外側拡張壁121b~125bはそれぞれ、R111b>R121b,R112b>R122b、R113b>R123b、R114b>R124b,R115b>R125bの条件を満たす。
 図5の(b)は、図7の破断線E-E’におけるBPF2の平面図に相当する。図5の(b)に示すように、5つの共振器に対応する第2の導体層6bのそれぞれの開口部(結合窓AP101b~AP105b)の半径をR61b~R65bとする。本実施形態では、第2の導体層6bの開口部(結合窓AP101b~AP105b)の中心は、共振器201~205およびキャビティ301b~305bの中心とそれぞれ平面視において一致する。
 このとき、BPF2の外側拡張壁121b~125bのそれぞれの半径R121b~半径R125bと、第2の導体層6bのそれぞれの開口部(結合窓AP101b~AP105b)の半径R61b~R65bとは、それぞれR121b>R61b,R122b>R62b、R123b>R63b、R124b>R64b,R125b>R65bの条件を満たす。これらの条件を満たすことにより、キャビティにおいて第2の導体層6bが一方の広壁として機能する(図7参照)。
 一方、外側拡張壁121b~125bのそれぞれの半径R121b~半径R125bと、第2の導体層6bのそれぞれの開口部(結合窓AP101b~AP105b)の半径R61b~R65bとが、それぞれR121b=R61b,R122b=R62b、R123b=R63b、R124b=R64b,R125b=R65bの条件を満たす場合、第2の導体層6bはキャビティにおいて広壁として機能しない。
 別の実施形態では、共振器201~205の各々の中心を、対応する貫通部141b~145bの各々が平面視において包含するように構成することができる。また、少なくとも1つの共振器(例えば、共振器203)について、その共振器の中心を、対応する貫通部(例えば、貫通部143b)が平面視において包含するように構成すればよく、全ての共振器201~205について、その各共振器の中心を、対応する貫通部が平面視において包含する必要はない。
 〔温度変化に伴う特性変動〕
 実施形態1に係るBPF1(図1参照)及び実施形態2に係るBPF2(図2参照)においては、基板5の誘電率の温度依存性が問題となる場合がある。例えば、低温から高温まで大きな温度変化が想定される環境でのフィルタの使用については、特に基板5の誘電率の温度依存性を検討することが望ましい。以下、この点について、図9を参照して詳しく説明する。
 <誘電率の温度依存性>
 石英の比誘電率の温度依存性に関して、-40℃から+100℃までの温度上昇に伴い、石英の比誘電率εが増加することが知られている。また、樹脂フィルムの誘電率の温度依存性に関して、例えば、20℃から100℃までの温度上昇に伴い、ポリイミドフィルムやポリアミドイミドフィルムでは、誘電率が低下することが知られている。
 <比較例>
 図9は、図1に示したBPF1において、結合窓AP101a~AP105aが形成されず、キャビティ301a~305aを省略したフィルタ(以下、「比較例にかかるフィルタ」とも記載する)の透過特性のシミュレーション結果を示す。高次モードの共振周波数では、キャビティ内の電界分布に鑑みて、キャビティの周辺部よりも中央部の方が共振の影響が大きい。シミュレーション条件として、第1段目及び第5段目の共振器の半径R,Rは共に700μm、第2段目及び第4段目の共振器の半径R,Rは共に725μm、第3段目の共振器の半径Rは750μmである。基板5の石英の厚さは、520μmである。
 図9のグラフにおいて、サンプル1は、石英の比誘電率が3.79(すなわち、-40℃相当)の場合、サンプル2は、石英の比誘電率が3.8(すなわち、+100℃相当)の場合のシミュレーション結果を示す。図9に示した透過特性シミュレーションの結果、サンプル1及びサンプル2の透過特性において、中心周波数のシフトが確認できる。すなわち、比較例に係るBPFにおいては、使用環境の温度上昇に伴い、通過帯域の中心周波数が低周波数側にシフトする。かかる中心周波数のシフトを小さくするために、以下のようなキャビティの構成を検討する。
 <キャビティによる積層化>
 次いで、共振器の上に結合窓を介してキャビティ301a~305a,301b~305bが積層化されたBPF1(図1参照),BPF2(図1参照)の温度依存性について検討する。
 上述した通り、共振器を構成する基板5が石英からなる誘電体層である場合、温度上昇に伴い比誘電率が上昇し、中心周波数が低周波側にシフトする。かかるシフトの影響を低減するために、温度上昇に伴い誘電率が減少する誘電体層を、石英からなる基板5の上に設けられたキャビティ301a~305a,301b~305bの内部に配置することが好ましい。例えば、ポリイミドフィルムは、温度上昇に伴い誘電率が低下する。ポリイミドフィルムからなる樹脂層9a、9bを、キャビティ301a~305a,301b~305bの内部に配置した模式図を図1、図2、図6、図7に示す。かかる積層構造を採用することにより、温度上昇に伴う中心周波数のシフトの影響を低減させることができる。
 誘電率の温度依存性の寄与率に応じて、基板5と樹脂層9a、9bとの体積比を調整することにより中心周波数のシフトの影響を低減させることができる。
 基板5(特許請求の範囲に記載の「第1の誘電体層」に相当)の誘電率の温度依存性よりも樹脂層9a、9b(特許請求の範囲に記載の「第2の誘電体層」に相当)の誘電率の温度依存性が大きい場合、基板5の体積が、樹脂層9a、9bの体積よりも大きいのが好ましい。
 上記の例では、基板5が、温度上昇に伴い誘電率が増加する誘電体から構成される例を示した。一方、基板5が、温度上昇に伴い誘電率が低下する誘電体から構成される場合、樹脂層9a、9bは、温度上昇に伴い誘電率が増加する誘電体から構成されるのが好ましい。特定の温度変化が生じる温度領域において、温度変化に対する誘電率の変化傾向が相殺される関係にある誘電体を組み合わせるのが好ましい。
 更に別の実施形態では、特定の温度変化が生じる温度領域において、温度変化に対する誘電率の変化傾向が軽減される関係にある誘電体を組み合わせるのが好ましい。すなわち、必ずしも誘電率の変化傾向が相殺される関係を必要とするものではなく、使用環境によっては、誘電率の温度依存性を低減すれば十分な場合もあり得る。そのために、基板5(特許請求の範囲に記載の「第1の誘電体層」に相当)の誘電率の温度依存性とは逆特性となる、誘電率の温度依存性を備えた樹脂層9a、9b(特許請求の範囲に記載の「第2の誘電体層」に相当)を組み合わせるのが好ましい。
 ポリアミドイミドフィルムは、20℃から100℃までは温度上昇に伴い誘電率が低下するが、100℃から240℃までは温度上昇に伴い誘電率は増加することが知られている。従って、バンドパスフィルタ使用の環境温度変化が100℃から240℃であれば、樹脂層9a、9bとしてポリアミドイミドフィルムを用いた場合、基板5は同じ温度変化範囲で誘電率が低下する誘電体を用いるのが好ましい。
 (誘電率の温度依存性が反転する誘電体層を包含する基板5)
 フィルタの使用環境温度変化が広範囲にわたる場合、誘電率の温度依存性が温度領域によって変化する場合がある。例えば、フィルタの使用環境温度変化が20℃から160℃程度の場合、ポリアミドイミドフィルムから構成される樹脂層9a、9bを用いるに際し、誘電率の温度依存性が大きく変化することに注意を要する。20℃から100℃までは、温度上昇に伴いポリアミドイミドフィルムの誘電率が低下するが、100℃以上では温度上昇に伴いポリアミドイミドフィルムの誘電率が増加する。このような温度変化でのフィルタ利用を想定すると、基板5は、20℃から100℃までは、温度上昇に伴い誘電率が増加し、100℃以上では温度上昇に伴い誘電率が低下する誘電体を用いるのが好ましい。かかる場合においても、特定の温度変化が生じる温度領域において、温度変化に対する誘電率の変化傾向が相殺又は低減される関係にある誘電体を組み合わせることにより、中心周波数のシフトを低減することができる。
 〔まとめ〕
 本発明の態様1に係るフィルタは、一方の主面に第1の導体層が設けられ、他方の主面に第2の導体層が設けられ、内部にポスト壁が設けられた基板を有するポスト壁導波路であって、電磁気的に結合した複数の共振器として機能するポスト壁導波路と、前記ポスト壁導波路に積層されたキャビティであって、前記第2の導体層に形成された結合窓を介して前記共振器と電磁気的に結合されたキャビティと、を備え、前記基板は、第1の誘電体からなる第1の誘電体層を含み、前記キャビティの内部には、第2の誘電体からなる第2の誘電体層が設けられ、前記第1の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って増加し、且つ、前記第2の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って減少する、又は、前記第1の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って減少し、且つ、前記第2の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って増加する、構成である。
 上記の構成によれば、相反する誘電率の温度依存性を備えた複数の誘電体を組み合わせることにより、各々の温度依存性を相殺又は低減することにより温度変化に伴う通過帯域の中心周波数(以下、単に「中心周波数」とも記載する)のシフトを低減させることができる。
 本発明の態様2に係るフィルタは、上記の態様1において、前記キャビティは、前記ポスト壁導波路の平面視において前記共振器に包含され、前記第2の誘電体層上に配置された第3の導体層と、前記第3の導体層と前記第2の導体層とを短絡する拡張壁と、を備え、前記第2の誘電体層は、前記キャビティの内部に加え前記結合窓の内部にも設けられ、且つ、前記第1の誘電体層と接するように前記共振器上に配置され、前記キャビティは、前記第3の導体層を一方の広壁とし、前記拡張壁を狭壁とし、前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記共振器に包含される、構成としてもよい。
 上記の構成によれば、各共振器と対応するキャビティとを高い結合効率で電磁気的に結合することができる。これにより、中心心周波数のシフトを低減させる効果を確実に得ることができる。
 本発明の態様3に係るフィルタは、上記の態様1または2において、前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記共振器の中心を含むように配置されている、構成としてもよい。
 上記の構成によれば、各共振器と対応するキャビティとを高い結合効率で電磁気的に結合することができる。これにより、中心心周波数のシフトを低減させる効果を確実に得ることができる。
 本発明の態様4に係るフィルタは、上記の態様1から3のいずれかにおいて、前記キャビティは、筒状であり、前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、環状であり、前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記キャビティの範囲内に形成されている、構成としてもよい。
 上記の構成によれば、キャビティの内径を調整することにより、中心周波数を調整することが可能なフィルタを実現することができる。
 本発明の態様5に係るフィルタは、上記の態様4において、前記キャビティは、前記ポスト壁導波路の平面視において、内縁が前記共振器の中心を含むように配置されている、構成としてもよい。
 上記の構成によれば、より効果的に中心周波数の制御を実現することができる。
 本発明の態様6に係るフィルタは、上記の態様1から5のいずれかにおいて、前記第2の誘電体の誘電率の温度依存性が、前記第1の誘電体の誘電率の温度依存性よりも大きく、且つ、前記第1の誘電体の体積が、前記第2の誘電体の体積よりも大きい、構成としてもよい。
 上記の構成によれば、各々の誘電体の温度依存性の大きさに伴い、誘電体層の体積を考慮することにより、温度変化の寄与率を考慮して温度変化に伴う中心周波数のシフトを低減させることができる。
 本発明の態様7に係るフィルタは、上記の態様1から6のいずれかにおいて、前記複数の共振器の各々が、前記ポスト壁導波路の平面視において、円形状又は六角形以上の正多角形状であり、前記複数の共振器のうち互いに結合されている2つの共振器の各々は、これら2つの共振器の外接円の半径をR及びRとし、これらの2つの共振器の中心間距離をDとした場合に、D<R+Rとなるように配置されている、構成としてもよい。
 上記の構成によれば、複数の第1のキャビティのうち互いに結合されている2つの第1のキャビティに着目した場合に、当該2つの第1のキャビティの各々の外接円の形状は、2つの外接円の中心同士をつなぐ直線を対称軸として線対称となり、フィルタの設計パラメータの数を少なくすることができる。
 本発明の態様8に係るフィルタは、上記の態様1から7のいずれかにおいて、前記キャビティの外形は、前記ポスト壁導波路の平面視において円形状又は六角形以上の正多角形状であり、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記キャビティが、前記共振器の中心と共通の中心を有し、前記複数の共振器のうち互いに結合されている2つの前記共振器に備えられた各々のキャビティは、これら2つのキャビティの外接円の半径をR及びRとし、これらの2つのキャビティの中心間距離をEとした場合に、E>R+Rとなるように配置されている、構成である。
 上記の構成によれば、隣接するキャビティ同士が重なり合うことなく、各々のキャビティは対応する共振器とだけ電磁気的に結合するフィルタを実現することができる。
 本発明の態様9に係るフィルタは、上記の態様1から8のいずれかにおいて、前記第1の誘電体が、石英、サファイア、アルミナからなる群から選択される材料を主成分とする構成としてもよい。
 上記の構成によれば、基板を好ましい誘電体材料から構成することにより、温度変化に伴う中心周波数のシフトを十分に低減させることができる。
 本発明の態様10に係るフィルタは、上記の態様1から9のいずれかにおいて、前記第2の誘電体が、ポリイミドまたはポリアミドイミドから選択される材料を主成分とする構成としてもよい。
 上記の構成によれば、樹脂層を好ましい誘電体材料から構成することにより、温度変化に伴う中心周波数のシフトを十分に低減させることができる。
 〔付記事項〕
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
1、2 バンドパスフィルタ(フィルタ)
5 基板(第1の誘電体層)
6a、6b 導体層(第2の導体層)
7 導体層(第1の導体層)
8a,8b 導体層(第3の導体層)
9a,9b 樹脂層(第2の誘電体層)
21~25、61,62、71,72 ポスト壁
21i~25i、61i~64i、71i~73i 導体ポスト
63、64、73 ショート壁
80 変換部
81 誘電体層
85 信号線
86 パッド
87 ブラインドビア
88,89 電極
88A、89A ビア
111a~115a、121b~125b 外側拡張壁
111b~115b 外部拡張壁
121a~125a、131b~135b 内側拡張壁
141b~145b 貫通部
201~205 共振器
206,207 導波路
301a~305a、301b~305b キャビティ
6c、81a、AP12,AP23,AP34,AP45,AP,AP 開口
AP101a~AP105a、AP101b~AP105b 結合窓

Claims (10)

  1.  一方の主面に第1の導体層が設けられ、他方の主面に第2の導体層が設けられ、内部にポスト壁が設けられた基板を有するポスト壁導波路であって、電磁気的に結合した複数の共振器として機能するポスト壁導波路と、
     前記ポスト壁導波路に積層されたキャビティであって、前記第2の導体層に形成された結合窓を介して前記共振器と電磁気的に結合されたキャビティと、を備え、
     前記基板は、第1の誘電体からなる第1の誘電体層を含み、
     前記キャビティの内部には、第2の誘電体からなる第2の誘電体層が設けられ、
     前記第1の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って増加し、且つ、前記第2の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って減少する、又は、
     前記第1の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って減少し、且つ、前記第2の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って増加する、
    ことを特徴とするフィルタ。
  2.  前記キャビティは、
     前記ポスト壁導波路の平面視において前記共振器に包含され、
     前記第2の誘電体層上に配置された第3の導体層と、
     前記第3の導体層と前記第2の導体層とを短絡する拡張壁と、
    を備え、
     前記第2の誘電体層は、前記キャビティの内部に加え前記結合窓の内部にも設けられ、且つ、前記第1の誘電体層と接するように前記共振器上に配置され、
     前記キャビティは、前記第3の導体層を一方の広壁とし、前記拡張壁を狭壁とし、
     前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記共振器に包含される、
    ことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ。
  3.  前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記共振器の中心を含むように配置されている、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のフィルタ。
  4.  前記キャビティは、筒状であり、
     前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、環状であり、
     前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記キャビティの範囲内に形成されている、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のフィルタ。
  5.  前記キャビティは、前記ポスト壁導波路の平面視において、内縁が前記共振器の中心を含むように配置されている、
    ことを特徴とする請求項4に記載のフィルタ。
  6.  前記第2の誘電体の誘電率の温度依存性が、前記第1の誘電体の誘電率の温度依存性よりも大きく、且つ、前記第1の誘電体の体積が、前記第2の誘電体の体積よりも大きい、ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のフィルタ。
  7.  前記複数の共振器の各々が、前記ポスト壁導波路の平面視において円形状又は六角形以上の正多角形状であり、
     前記複数の共振器のうち互いに結合されている2つの共振器の各々は、これら2つの共振器の外接円の半径をR及びRとし、これらの2つの共振器の中心間距離をDとした場合に、D<R+Rとなるように配置されている、
    ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のフィルタ。
  8.  前記キャビティの外形は、前記ポスト壁導波路の平面視において円形状又は六角形以上の正多角形状であり、
     前記ポスト壁導波路の平面視において、前記キャビティが、前記共振器の中心と共通の中心を有し、
     前記複数の共振器のうち互いに結合されている2つの前記共振器に備えられた各々のキャビティは、これら2つのキャビティの外接円の半径をR及びRとし、これらの2つのキャビティの中心間距離をEとした場合に、E>R+Rとなるように配置されている、
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のフィルタ。
  9.  前記第1の誘電体が、石英、サファイア、アルミナからなる群から選択される材料を主成分とする、
    ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のフィルタ。
  10.  前記第2の誘電体が、ポリイミドまたはポリアミドイミドから選択される材料を主成分とする、
    ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のフィルタ。
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