WO2023139901A1 - フィルタ装置 - Google Patents

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WO2023139901A1
WO2023139901A1 PCT/JP2022/042081 JP2022042081W WO2023139901A1 WO 2023139901 A1 WO2023139901 A1 WO 2023139901A1 JP 2022042081 W JP2022042081 W JP 2022042081W WO 2023139901 A1 WO2023139901 A1 WO 2023139901A1
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WO
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resonator
filter device
electrode
resonators
dielectric
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/042081
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋人 元山
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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
    • H01P1/201Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203Strip line filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/08Strip line resonators

Definitions

  • the present disclosure relates to a filter device, and more specifically to technology for improving the characteristics of the filter device.
  • Patent Document 1 discloses a bandpass filter having a plurality of resonators arranged between shield electrodes in a dielectric body.
  • Each of the plurality of resonators is composed of a flat plate conductor with one end connected to the shield electrode via a via and the other end open, and electromagnetic field coupling between adjacent resonators functions as a bandpass filter.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-125804
  • the flat plate conductors that constitute the resonators are arranged on the same plane within the dielectric, although the directions of the magnetic fields generated by the adjacent resonators are different, the generated magnetic fields may affect each other, and the attenuation characteristics of the filter may deteriorate.
  • the present disclosure has been made to solve the problems described above, and its purpose is to improve the characteristics of a filter device configured to include a plurality of resonators.
  • a filter device includes a dielectric, an input terminal, an output terminal, a ground terminal, flat plate-shaped first and second electrodes, and first to third resonators.
  • the first electrode and the second electrode are arranged opposite each other on the dielectric and connected to a ground terminal.
  • the first resonator and the second resonator are arranged between the first electrode and the second electrode.
  • a first resonator is connected to the input terminal and a second resonator is connected to the output terminal.
  • the third resonator is arranged in the dielectric between the first resonator and the second resonator.
  • the first resonator includes a first flat conductor having one end connected to the input terminal and the other end connected to the ground terminal.
  • the second resonator includes a second flat conductor having one end connected to the output terminal and the other end connected to the ground terminal. Each of the first flat conductor and the second flat conductor extends in the dielectric in the first direction.
  • the first resonator, the second resonator and the third resonator are arranged in a second direction intersecting the first direction.
  • the third resonator includes a capacitor electrode arranged opposite the second electrode and an inductor via connected to the capacitor electrode and the first electrode. The inductor via extends in a third direction from the first electrode to the second electrode.
  • a filter device includes first to third resonators arranged between shield electrodes (first electrode, second electrode).
  • the first and second resonators connected to the input terminal and the output terminal, respectively, are resonators formed of flat plate conductors extending in the first direction (X-axis direction), and the third resonator disposed between the two resonators is a resonator having an inductor via extending in the third direction (Z-axis direction).
  • the directions of the magnetic field generated by the first resonator and the magnetic field generated by the third resonator and the directions of the magnetic field generated by the second resonator and the magnetic field generated by the third resonator are in a twisted relationship, so that the influence of the magnetic field between the resonators is suppressed. Therefore, the characteristics of the filter device can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram of a high-frequency front-end circuit equipped with a filter device according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a perspective view showing the inside of the filter device according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a plan view showing the inside of the filter device according to Embodiment 1;
  • FIG. It is a top view which shows the inside of the filter apparatus of a comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining magnetic field directions generated in respective resonators in the filter devices of the first embodiment and the comparative example;
  • FIG. 10 is a plan view showing the inside of the filter device of Modification 1;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining magnetic field directions of resonators in the filter device of Modification 1;
  • FIG. 11 is a plan view showing the inside of a filter device of modification 2;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining magnetic field directions of resonators in a filter device of modification 2;
  • FIG. 11 is a plan view showing the inside of a filter device of modification 3;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining magnetic field directions of resonators in the filter device of Modification 1;
  • FIG. 8 is a plan view showing the inside of a filter device according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a plan view showing the inside of a filter device according to Embodiment 3;
  • FIG. 1 is a block diagram of a communication device 10 having a high frequency front-end circuit 20 to which the filter device of Embodiment 1 is applied.
  • Communication device 10 is, for example, a mobile phone base station.
  • communication device 10 includes antenna 12 , high frequency front end circuit 20 , mixer 30 , local oscillator 32 , D/A converter (DAC) 40 and RF circuit 50 .
  • High frequency front end circuit 20 also includes bandpass filters 22 and 28 , amplifier 24 and attenuator 26 .
  • the high-frequency front-end circuit 20 may include a reception circuit that receives the high-frequency signal via the antenna 12.
  • the communication device 10 up-converts the transmission signal transmitted from the RF circuit 50 into a high-frequency signal and radiates it from the antenna 12 .
  • a modulated digital signal that is a transmission signal output from the RF circuit 50 is converted into an analog signal by the D/A converter 40 .
  • the mixer 30 mixes the transmission signal, which has been converted from a digital signal to an analog signal by the D/A converter 40, with an oscillation signal from the local oscillator 32 and up-converts it into a high-frequency signal.
  • a band-pass filter 28 removes unwanted waves generated by up-conversion and extracts only the transmission signal in the desired frequency band.
  • Attenuator 26 adjusts the strength of the transmitted signal.
  • Amplifier 24 power-amplifies the transmission signal that has passed through attenuator 26 to a predetermined level.
  • the band-pass filter 22 removes unwanted waves generated in the amplification process and allows only signal components in the frequency band specified by the communication standard to pass. A transmission signal that has passed through the bandpass filter 22 is radiated from the antenna 12 .
  • a filter device corresponding to the present disclosure can be employed as the bandpass filters 22 and 28 in the communication device 10 as described above.
  • FIG. 2 and 3 are a perspective view and a plan view, respectively, showing the inside of the filter device 100.
  • FIG. 2 and 3 are a perspective view and a plan view, respectively, showing the inside of the filter device 100.
  • filter device 100 includes dielectric 110 in the shape of a rectangular parallelepiped or substantially rectangular parallelepiped, in which a plurality of dielectric layers are laminated in the lamination direction.
  • dielectric layer of dielectric 110 is made of ceramic, for example.
  • inductors and capacitors are configured by a plurality of wiring patterns and electrodes provided on each dielectric layer and a plurality of vias provided between the dielectric layers. These inductors and capacitors form an LC resonant circuit.
  • the stacking direction of the dielectrics 110 is the "Z-axis direction", the direction perpendicular to the Z-axis direction and along the short sides of the dielectrics 110 is the "X-axis direction”, and the direction along the long sides of the dielectrics 110 is the "Y-axis direction”.
  • the positive direction of the Z-axis in each drawing may be referred to as the upper side, and the negative direction may be referred to as the lower side. 2 and 3, and FIGS. 4, 6, 8, 10, 12, and 13, which will be described later, the dielectric 110 is omitted, and only the wiring patterns, vias, and terminal conductors formed therein are shown.
  • the dielectric 110 has an upper surface 111 and a lower surface 112 .
  • An input terminal T1, an output terminal T2, and a ground terminal GND are provided on the bottom surface 112 of the dielectric 110 .
  • the input terminal T1, the output terminal T2, and the ground terminal GND are external terminals for connecting the filter device 100 and an external device, and are plate-shaped electrodes.
  • the input terminal T1, the output terminal T2 and the ground terminal GND are LGA (Land Grid Array) terminals regularly arranged on the lower surface 112 of the dielectric 110 .
  • a flat plate electrode PG2 is provided on the dielectric layer close to the bottom surface 112 of the dielectric 110 .
  • the plate electrode PG2 is connected to the ground terminal GND through vias.
  • a plate electrode PG1 is provided on the dielectric layer adjacent to the top surface 111 of the dielectric 110 .
  • the plate electrode PG1 is indicated by a dashed line.
  • the flat plate electrode PG1 and the flat plate electrode PG2 are connected by ground vias VG11, VG12, VG21 and VG22 extending in the stacking direction of the dielectric 110.
  • the flat plate electrode PG2 has a substantially H shape when the dielectric 110 is viewed from the Z-axis direction, and the input terminal T1 and the output terminal T2 are arranged in the opening of the flat plate electrode PG2.
  • Filter device 100 of Embodiment 1 includes five resonators RC1 to RC5 inside dielectric 110 .
  • the resonator RC1 is connected to the input terminal T1 and the resonator RC2 is connected to the output terminal T2.
  • Resonators RC3-RC5 are arranged in dielectric 110 between resonator RC1 and resonator RC2.
  • the resonators RC1-RC5 are electromagnetically coupled with each other.
  • filter device 100 functions as a bandpass filter that selectively passes signals in a specific frequency band.
  • a high-frequency signal input to the input terminal T1 propagates through the resonators RC1, RC3, RC5, RC4, and RC2 in order and is output from the output terminal T2.
  • the resonator RC1 includes a strip-shaped plate conductor PL1 arranged between the plate electrodes PG1 and PG2.
  • the flat-plate conductor PL1 has a substantially J-shape with a bent portion, and is composed of two conductors along the X-axis direction and a conductor connecting them along the Y-axis direction.
  • One end of flat conductor PL1 is connected to input terminal T1 via vias V11 and V12 and flat electrode P10.
  • the other end of the flat plate conductor PL1 is connected to the plate electrodes PG1 and PG2 by ground vias VG11 and VG12.
  • the flat plate conductor PL1 When the dielectric 110 is viewed in plan from the Z-axis direction, the flat plate conductor PL1 partially overlaps the flat plate electrodes PG1 and PG2.
  • the capacitance component between the plate conductor PL1 and the plate electrodes PG1 and PG2 and the inductance component of the plate conductor PL1 make the resonator RC1 function as a so-called "distributed constant type resonator".
  • the resonator RC2 includes a strip-shaped plate conductor PL2 arranged between the plate electrodes PG1 and PG2.
  • the flat-plate conductor PL2 has a substantially J-shape with a bent portion, and is composed of two conductors extending along the X-axis direction and a conductor extending along the Y-axis direction connecting them.
  • One end of flat conductor PL2 is connected to output terminal T2 via vias V21 and V22 and flat electrode P20.
  • the other end of the flat plate conductor PL2 is connected to the flat plate electrodes PG1 and PG2 by ground vias VG21 and VG22.
  • the flat plate conductor PL2 When the dielectric 110 is viewed in plan from the Z-axis direction, the flat plate conductor PL2 partially overlaps the flat plate electrodes PG1 and PG2, and the capacitance component between the flat plate conductor PL2 and the plate electrodes PG1 and PG2 and the inductance component of the flat plate conductor PL2 make the resonator RC2 function as a distributed constant type resonator.
  • the resonator RC3 is arranged adjacent to the resonator RC1 in the positive direction of the Y-axis in the dielectric 110 .
  • Resonator RC3 includes capacitor electrode PC3 and inductor via V30.
  • the capacitor electrode PC3 is a substantially rectangular plate electrode extending in the X-axis direction. When the dielectric 110 is viewed from the Z-axis direction, at least a part of the capacitor electrode PC3 is arranged so as to overlap with the plate electrode PG2.
  • a capacitor is configured by the capacitor electrode PC3 and the plate electrode PG2.
  • the inductor via V30 is connected between the capacitor electrode PC3 and the plate electrode PG1. That is, the resonator RC3 functions as a so-called " ⁇ /4 resonator" in which an inductor and a capacitor are connected in series between the plate electrodes PG1 and PG2.
  • the resonator RC4 is arranged adjacent to the resonator RC2 in the negative direction of the Y-axis in the dielectric 110 .
  • resonator RC4 is arranged between resonator RC2 and resonator RC4.
  • Resonator RC4 includes capacitor electrode PC4 and inductor via V40.
  • the capacitor electrode PC4 is a substantially rectangular plate electrode extending in the X-axis direction. When the dielectric 110 is viewed in plan from the Z-axis direction, at least a portion of the capacitor electrode PC4 is arranged so as to overlap with the plate electrode PG2.
  • a capacitor is formed by the capacitor electrode PC5 and the plate electrode PG2.
  • the inductor via V40 is connected between the capacitor electrode PC4 and the plate electrode PG1. That is, the resonator RC4 functions as a ⁇ /4 type resonator in which an inductor and a capacitor are connected in series between the plate electrodes PG1 and PG2.
  • the resonator RC5 is a ⁇ /4 resonator in which an inductor and a capacitor are connected in series between the plate electrodes PG1 and PG2.
  • Resonator RC5 includes capacitor electrode PC5 and inductor vias V51 and V52.
  • the capacitor electrode PC5 is a substantially rectangular plate electrode extending in the Y-axis direction.
  • the capacitor electrode PC5 is arranged in the dielectric 110 in a region in the negative direction of the X-axis relative to the resonators RC3 and RC4, and is spaced apart from the resonators RC3 and RC4.
  • a capacitor is formed by the capacitor electrode PC5 and the plate electrode PG2.
  • the inductor vias V51 and V52 are connected to the capacitor electrode PC5 and the plate electrode PG1.
  • the capacitor electrodes PC3 to PC5 in the resonators RC3 to RC5 are arranged on the same plane inside the dielectric 110 and are capacitively coupled with each other. Note that the plate conductors PL1 and PL2 in the resonators RC1 and RC2 may be arranged on the same plane as the capacitor electrodes PC3 to PC5 in the resonators RC3 to RC5 in the dielectric 110, or may be arranged on a different plane.
  • the filter device 100 further includes plate electrodes PC13, PC24, PC12 for adjusting the coupling between the resonators.
  • the plate electrodes PC13 and PC24 are strip electrodes having a substantially L shape, and the plate electrode PC12 is a strip electrode extending in the Y-axis direction.
  • the flat plate electrode PC13 has one end connected to the flat plate conductor PL1 of the resonator RC1 via the via V12 when the dielectric 110 is viewed from the Z-axis direction, and is arranged so as to partially overlap the capacitor electrode PC3 of the resonator RC3.
  • the plate electrode PC13 adjusts the degree of capacitive coupling between the resonators RC1 and RC3.
  • the flat plate electrode PC24 has one end connected to the flat plate conductor PL2 of the resonator RC2 via the via V22 when the dielectric 110 is viewed from the Z-axis direction, and is arranged so as to partially overlap the capacitor electrode PC4 of the resonator RC4.
  • the plate electrode PC24 adjusts the degree of capacitive coupling between the resonator RC2 and the resonator RC4.
  • the flat plate electrode PC12 is arranged so as to partially overlap the flat plate electrode PC13 and the flat plate electrode PC24 when the dielectric 110 is viewed from the Z-axis direction.
  • the plate electrode PC12 adjusts the degree of capacitive coupling between the resonators RC1 and RC2.
  • the impedance of the resonators RC1 and RC2 connected to an external device tends to decrease as the size and height of the resonators decrease, and it may become difficult to secure a wide passband width. Therefore, it is desirable to make the impedance as high as possible.
  • the resonators RC1 and RC2 connected to the input/output terminals do not use capacitor electrodes like the resonators RC3 to RC5, but are composed only of parasitic capacitances of strip-shaped flat conductors.
  • the parasitic capacitance of the flat plate conductor is smaller than that of the capacitor electrodes of the resonators RC3 to RC5.
  • the resonance frequencies are adjusted by adjusting the positions of the bent portions of the plate conductors PL1 and PL2.
  • inductor vias V30, V40, V51, and V52 provide inductance components, but the dimension in the Z-axis direction of the dielectric 110 over which the inductor vias extend is shorter than the dimension in the X-axis and Y-axis directions. Therefore, in order to achieve a desired resonance frequency, it is necessary to increase the capacitance component. Therefore, a relatively large area is required for the capacitor electrodes PC3 to PC5 in the resonators RC3 to RC5.
  • the capacitance component is obtained from the parasitic capacitance of the flat plate conductors PL1 and PL2 as described above, and the desired resonance frequency is realized by increasing the line length of the flat plate conductors PL1 and PL2 to increase the inductance component. Therefore, in the dielectric 110, the area required for the resonators RC1 and RC2 is smaller than when capacitor electrodes are used, which contributes to reducing the overall size of the filter device 100.
  • the main current paths in the resonators RC1 and RC2 are along the X-axis, which is the extending direction of the flat plate conductors
  • the main current paths in the resonators RC3-RC5 are along the Z-axis, which is the extending direction of the inductor vias. That is, since the current paths between the resonator RC1 and the resonators RC3 to RC5 and between the resonator RC2 and the resonators RC3 to RC5 have a twisted relationship, the directions of the generated magnetic fields also have a twisted relationship.
  • FIG. 4 is a plan view showing the inside of the filter device 200 of the comparative example.
  • filter device 200 includes five resonators RC1A to RC5A inside dielectric 110, similar to filter device 100 of the first embodiment, and passes a signal in a specific frequency band in the high-frequency signal received at input terminal T1 and outputs it from output terminal T2.
  • a high-frequency signal received at the input terminal T1 propagates through the resonators RC1A, RC3A, RC5A, RC4A, and RC2A in that order, and is output from the output terminal T2.
  • Each of the resonators RC1A to RC5A is a distributed constant type resonator with one end connected to the ground terminal GND and the other end open.
  • Each of resonators RC1A, RC2A, and RC5A includes strip-shaped plate conductors PL11, PL12, and PL15, respectively, one end of which is connected to a plate electrode P3 arranged along the long side of dielectric 110 in the negative direction of the X-axis.
  • the flat plate conductors PL11, PL12, PL15 extend from the flat plate electrode P3 in the positive direction of the X-axis, and the other end is open.
  • the plate electrode P3 is connected to plate electrodes PG1 and PG2 as included in the filter device 100 by a plurality of ground vias VG.
  • Resonators RC3A and RC4A include strip-shaped flat plate conductors PL13 and PL14, respectively, one end of which is connected to a flat plate electrode P4 arranged along the long side of the dielectric 110 in the positive direction of the X axis.
  • the flat plate conductors PL13 and PL14 extend in the negative direction of the X-axis from the flat plate electrode P4, and the other ends are open.
  • the plate electrode P4 is connected to the plate electrodes PG1 and PG2 by a plurality of ground vias VG.
  • the flat plate conductors PL11 to PL15 forming each resonator are arranged on the same plane in the dielectric 110.
  • FIG. 1 The flat plate conductors PL11 to PL15 forming each resonator are arranged on the same plane in the dielectric 110.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the magnetic field direction generated in each resonator in the filter devices of the first embodiment and the comparative example.
  • FIG. 5 shows the direction of the magnetic field generated in each resonator when viewed from the positive direction of the X-axis in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the magnetic field direction generated in each resonator in the filter devices of the first embodiment and the comparative example.
  • FIG. 5 shows the direction of the magnetic field generated in each resonator when viewed from the positive direction of the X-axis in FIGS. 3 and 4.
  • the flat plate conductors forming the resonators are arranged on the same plane. Since the flat conductors PL11, PL12, PL15 and the flat conductors PL13, PL14 extend in opposite directions from the ground end, the directions of the magnetic fields generated in the conductors are opposite. However, since the flat conductors are arranged on the same plane and the directions of the currents flowing through the conductors are the same in the X-axis direction, magnetic coupling between the flat conductors can occur to some extent. Due to this magnetic coupling between the conductors, part of the signal component in the non-pass band propagates from the input terminal T1 to the output terminal T2, possibly degrading the attenuation characteristic in the non-pass band.
  • the direction of the current flowing through the plate conductors PL1 and PL2 is the X-axis direction
  • the direction of the current flowing through the inductor vias V30, V40, V51, and V52 of the resonators RC3 to RC5 is the Z-axis direction.
  • the direction of the magnetic field generated by ⁇ RC5 has a torsion relationship with each other.
  • the “plate electrode PG1" and the “plate electrode PG2" in Embodiment 1 respectively correspond to the “first electrode” and the “second electrode” in the present disclosure.
  • “Resonators RC1 to RC5" in Embodiment 1 respectively correspond to "first resonator” to "fifth resonator” in the present disclosure.
  • the “flat conductor PL1” and the “flat conductor PL2” in Embodiment 1 respectively correspond to the “first flat conductor” and the “second flat conductor” in the present disclosure.
  • “Capacitor electrode PC3” to “capacitor electrode PC5” in Embodiment 1 respectively correspond to “first capacitor electrode” to “third capacitor electrode” in the present disclosure.
  • Modification 1 In the filter device 100 of Embodiment 1, an example has been described in which the resonators RC1 and RC2 connected to the input/output terminals are composed of distributed constant type resonators, and all of the resonators RC3 to RC5 arranged between the resonator RC1 and the resonator RC2 are composed of ⁇ /4 type resonators. However, if distributed constant type resonators and ⁇ /4 type resonators are mixed in the signal propagation path from the input terminal to the output terminal, other configurations can produce similar effects.
  • FIG. 6 is a plan view showing the inside of the filter device 100B of Modification 1.
  • FIG. Filter device 100B has a configuration in which resonator RC5 in filter device 100 of the first embodiment is replaced with resonator RC5B.
  • the description of the elements common to filter device 100 will not be repeated.
  • resonator RC5B is configured as a distributed constant type resonator having one end connected to a ground terminal and the other end open, like each resonator in the comparative example of FIG.
  • the resonator RC5B includes a strip-shaped flat plate conductor PL15B extending in the X-axis direction.
  • the negative end of the X-axis of the flat-plate conductor PL15B is connected to the flat-plate electrode P5 extending in the Y-axis direction.
  • the plate electrode P5 is connected to the plate electrodes PG1 and PG2 by a plurality of ground vias VG.
  • the end of the flat plate conductor PL15B in the positive direction of the X axis is open.
  • the flat plate conductor PL15B extends between the resonator RC3 and the resonator RC4, and the resonator RC5B is electromagnetically coupled with the resonator RC3 and the resonator RC4.
  • a high-frequency signal received at the input terminal T1 propagates through the resonators RC1, RC3, RC5B, RC4, and RC2 in that order, and is output from the output terminal T2.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the magnetic field directions of the resonators in the filter device 100B of Modification 1.
  • FIG. 7 in the filter device 100B, distributed constant type resonators RC1, RC5B, and RC2 and ⁇ /4 type resonators RC3 and RC4 are alternately arranged in the signal path from the input terminal T1 to the output terminal T2. Therefore, magnetic coupling is suppressed between the resonator RC3 and the resonators RC1 and RC5B and between the resonator RC4 and the resonators RC2 and RC5B. Therefore, attenuation characteristics in the non-passband can be improved.
  • the "plate conductor PL15B" in modification 1 corresponds to the "third plate conductor” in the present disclosure.
  • Modification 2 In Modification 2, an example of a different arrangement of distributed constant type resonators such as the resonator RC5B in Modification 1 will be described.
  • FIG. 8 is a plan view showing the inside of a filter device 100C of Modification 2.
  • FIG. The filter device 100C has a configuration in which the resonator RC5B in the filter device 100B of Modification 1 is replaced with a resonator RC5C.
  • the description of the elements common to filter device 100B will not be repeated.
  • resonator RC5C in filter device 100C includes strip-shaped flat plate conductor PL15C extending in the X-axis direction.
  • the end of the flat plate conductor PL15C in the negative direction of the X axis is connected to the flat plate electrode P5.
  • the end of the flat plate conductor PL15C in the positive direction of the X axis is open.
  • the plate conductor PL15C extends between the resonators RC1 and RC3, and the resonator RC5C is electromagnetically coupled with the resonators RC1 and RC3.
  • a high-frequency signal received at the input terminal T1 propagates through the resonators RC1, RC5C, RC3, RC4 and RC2 in that order and is output from the output terminal T2.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the magnetic field directions of the resonators in the filter device 100C of Modification 1.
  • FIG. 9 in the filter device 100C, the directions of the magnetic fields generated between the resonators RC5C and RC3 and between the resonators RC4 and RC2 are in a torsion relationship, so that magnetic coupling between the resonators can be suppressed. Therefore, attenuation characteristics in the non-passband can be improved.
  • the "plate conductor PL15C" in modification 2 corresponds to the "fourth plate conductor” in the present disclosure.
  • Modification 3 In Modification 3, another example of a different arrangement of distributed constant type resonators like the resonator RC5B in Modification 1 will be described.
  • FIG. 10 is a plan view showing the inside of a filter device 100D of Modification 3.
  • FIG. The filter device 100D has a configuration in which the resonator RC5B in the filter device 100B of Modification 1 is replaced with a resonator RC5D.
  • the description of the elements common to filter device 100B will not be repeated.
  • resonator RC5D in filter device 100D includes strip-shaped flat plate conductor PL15D extending in the X-axis direction.
  • the end of the flat plate conductor PL15D in the negative direction of the X axis is connected to the flat plate electrode P5.
  • the end of the flat plate conductor PL15D in the positive direction of the X axis is open.
  • the plate conductor PL15D extends between the resonator RC2 and the resonator RC4, and the resonator RC5D is electromagnetically coupled with the resonator RC2 and the resonator RC4.
  • a high-frequency signal received at the input terminal T1 propagates through the resonators RC1, RC3, RC4, RC5D, and RC2 in this order and is output from the output terminal T2.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the magnetic field directions of the resonators in the filter device 100D of Modification 2.
  • FIG. 11 in the filter device 100D, the directions of the magnetic fields generated between the resonator RC1 and the resonator RC3 and between the resonator RC4 and the resonator RC5D are in a twisted relationship, so that magnetic coupling between the resonators can be suppressed. Therefore, attenuation characteristics in the non-passband can be improved.
  • the flat plate conductor PL15D in Modification 3 corresponds to the "fourth flat plate conductor" in the present disclosure.
  • one of the three resonators arranged between the resonator RC1 and the resonator RC2 is a distributed constant type resonator.
  • only one resonator among the three resonators may be a ⁇ /4 type resonator, and the other two resonators may be distributed constant type resonators.
  • Embodiment 2 Although the configuration including five resonators has been described in the filter devices of Embodiment 1 and Modifications 1 to 3, the number of resonators is not necessarily limited to five. In Embodiment 2, an example in which a filter device is composed of four resonators will be described.
  • FIG. 12 is a plan view showing the inside of a filter device 100E according to Embodiment 2.
  • FIG. Filter device 100E has a configuration in which resonator RC5 in filter device 100 of the first embodiment is removed. That is, in filter device 100E, a high-frequency signal received at input terminal T1 propagates through resonators RC1, RC3, RC4, and RC2 in this order and is output from output terminal T2.
  • the resonators RC3 and RC4 which are ⁇ /4 type resonators, are arranged between the resonators RC1 and RC2, which are distributed constant type resonators. Therefore, in the filter device 100E, the directions of the magnetic fields generated between the resonators RC1 and RC3 and between the resonators RC4 and RC5D are twisted. Therefore, also in the filter device 100E, the attenuation characteristic in the non-pass band can be improved.
  • the attenuation pole can be increased by increasing the number of stages of the resonator, by adjusting the frequency of the attenuation pole, it is possible to increase the attenuation in the non-passband and improve the steepness of the attenuation.
  • the loss in the passband increases as the number of resonators through which the signal passes increases. That is, as the number of resonators increases, there is a trade-off relationship between attenuation characteristics in the non-passband and loss characteristics in the passband. Therefore, the number of resonators forming the filter device is appropriately determined according to the required attenuation characteristics and insertion loss.
  • Embodiment 3 In Embodiment 3, a case where a filter device is composed of three resonators will be described.
  • FIG. 13 is a plan view showing the inside of a filter device 100F according to Embodiment 3.
  • FIG. Filter device 100F has a configuration obtained by further removing resonator RC4 from the configuration of filter device 100E of the second embodiment. That is, in the filter device 100F, the high-frequency signal received at the input terminal T1 propagates through the resonators RC1, RC3, and RC2 in order and is output from the output terminal T2.
  • the plate electrode PC24 for adjusting the degree of coupling between the resonator RC2 and the resonator RC4 is removed along with the removal of the resonator RC4, and instead, the plate electrode PC23 for adjusting the degree of coupling between the resonator RC2 and the resonator RC3 is added.
  • the plate electrode PC12 for adjusting the degree of coupling between the resonator RC1 and the resonator RC2 is arranged so as to overlap the plate electrodes PC13 and PC23.
  • the resonator RC3 which is a ⁇ /4 resonator, is arranged between the resonator RC1 and the resonator RC2, which are distributed constant resonators. Therefore, in the filter device 100E, the directions of the magnetic fields generated between the resonators RC1 and RC3 and between the resonators RC2 and RC3 are twisted. Therefore, also in the filter device 100F, the attenuation characteristic in the non-pass band can be improved.
  • 10 communication device 12 antenna, 20 high-frequency front-end circuit, 22, 28 band-pass filter, 24 amplifier, 26 attenuator, 30 mixer, 32 local oscillator, 40 D/A converter, 50 RF circuit, 100, 100B to 100F, 200 filter device, 110 dielectric, 111 upper surface, 112 lower surface, GND ground terminal, P3-P 5, P10, P20, PC12, PC13, PC23, PC24, PG1, PG2; flat plate electrodes, PC3 to PC5; capacitor electrodes; PL1, PL2, PL11 to PL15, PL15B to PL15D; , V21, V22 vias, V30, V40, V51, V52 inductor vias, VG, VG11, VG12, VG21, VG22 ground vias.

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Abstract

フィルタ装置(100)は、誘電体(110)と、電極(PG1,PG2)と、共振器(RC1~RC3)とを備える。電極(PG1,PG2)は、誘電体において互いに対向して配置され、接地端子(GND)に接続されている。共振器(RC1)および共振器(RC2)は、電極(PG1,PG2)間に配置されている。共振器(RC1)は入力端子(T1)に接続され、共振器(RC2)は出力端子(T2)に接続される。共振器(RC3)は、共振器(RC1,RC2)の間に配置される。共振器(RC1)は、一方端が入力端子に接続され、他方端が接地端子に接続された平板導体(PL1)を含む。共振器(RC2)は、一方端が出力端子に接続され、他方端が接地端子に接続された平板導体(PL2)を含む。平板導体(PL1,PL2)の各々は、誘電体においてX軸方向に延在している。共振器(RC1~RC3)は、Y軸方向に配列されている。共振器(RC3)は、電極(PG2)に対向して配置されたキャパシタ電極(PC3)と、キャパシタ電極(PC3)および電極(PG1)に接続されたインダクタビア(V30)とを含む。インダクタビア(V30)は、Z軸方向に延在する。

Description

フィルタ装置
 本開示は、フィルタ装置に関し、より特定的には、フィルタ装置における特性を向上させる技術に関する。
 特開2018-125804号公報(特許文献1)には、誘電体の本体内のシールド電極間に配置された複数の共振器を有するバンドパスフィルタが開示されている。複数の共振器の各々は、一方端がビアを介してシールド電極に接続されるとともに他方端が開放された平板導体により構成されており、隣接する共振器同士が電磁界結合することによって、バンドパスフィルタとして機能する。
特開2018-125804号公報
 特開2018-125804号公報(特許文献1)に開示されたバンドパスフィルタにおいては、共振器を構成する平板導体が誘電体内の同一平面に配置されているため、隣接する共振器で生じる磁界の向きは異なっているものの、発生する磁界同士が互いに影響してしまい、フィルタの減衰特性が低下する場合が生じ得る。
 本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の共振器を含んで構成されたフィルタ装置の特性を向上させることである。
 本開示に係るフィルタ装置は、誘電体と、入力端子と、出力端子と、接地端子と、平板形状の第1電極および第2電極と、第1共振器~第3共振器とを備える。第1電極および第2電極は、誘電体において互いに対向して配置され、接地端子に接続されている。第1共振器および第2共振器は、第1電極と第2電極との間に配置されている。第1共振器は入力端子に接続され、第2共振器は出力端子に接続されている。第3共振器は、誘電体において、第1共振器および第2共振器の間に配置されている。第1共振器は、一方端が入力端子に接続され、他方端が接地端子に接続された第1平板導体を含む。第2共振器は、一方端が出力端子に接続され、他方端が接地端子に接続された第2平板導体を含む。第1平板導体および第2平板導体の各々は、誘電体において第1方向に延在している。第1共振器、第2共振器および第3共振器は、上記第1方向と交差する第2方向に配列されている。第3共振器は、第2電極に対向して配置されたキャパシタ電極と、キャパシタ電極および第1電極に接続されたインダクタビアとを含む。インダクタビアは、第1電極から第2電極に向かう第3方向に延在している。
 本開示に係るフィルタ装置は、シールド電極(第1電極,第2電極)間に配置された第1~第3共振器を備えている。入力端子および出力端子にそれぞれ接続された第1共振器および第2共振器は、第1方向(X軸方向)に延在する平板導体で構成される共振器であり、2つの共振器間に配置される第3共振器は、第3方向(Z軸方向)に延在するインダクタビアを有する共振器である。そのため、第1共振器で生じる磁界と第3共振器で生じる磁界との向き、および、第2共振器で生じる磁界と第3共振器で生じる磁界との向きがねじれの関係となるため、共振器間における磁界の影響が抑制される。したがって、フィルタ装置の特性を向上させることができる。
実施の形態1に係るフィルタ装置が搭載された高周波フロントエンド回路のブロック図である。 実施の形態1に係るフィルタ装置の内部を示す斜視図である。 実施の形態1に係るフィルタ装置の内部を示す平面図である。 比較例のフィルタ装置の内部を示す平面図である。 実施の形態1および比較例のフィルタ装置における各共振器で生じる磁界方向を説明するための図である。 変形例1のフィルタ装置の内部を示す平面図である。 変形例1のフィルタ装置における共振器の磁界方向を説明するための図である。 変形例2のフィルタ装置の内部を示す平面図である。 変形例2のフィルタ装置における共振器の磁界方向を説明するための図である。 変形例3のフィルタ装置の内部を示す平面図である。 変形例1のフィルタ装置における共振器の磁界方向を説明するための図である。 実施の形態2に係るフィルタ装置の内部を示す平面図である。 実施の形態3に係るフィルタ装置の内部を示す平面図である。
 以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
 [実施の形態1]
 (通信装置の基本構成)
 図1は、実施の形態1のフィルタ装置が適用される高周波フロントエンド回路20を有する通信装置10のブロック図である。通信装置10は、たとえば、携帯電話基地局である。
 図1を参照して、通信装置10は、アンテナ12と、高周波フロントエンド回路20と、ミキサ30と、局部発振器32と、D/Aコンバータ(DAC)40と、RF回路50とを備える。また、高周波フロントエンド回路20は、バンドパスフィルタ22,28と、増幅器24と、減衰器26とを含む。なお、図1においては、高周波フロントエンド回路20が、アンテナ12から高周波信号を送信する送信回路を含む場合について説明するが、高周波フロントエンド回路20はアンテナ12を介して高周波信号を受信する受信回路を含んでいてもよい。
 通信装置10は、RF回路50から伝達された送信信号を高周波信号にアップコンバートしてアンテナ12から放射する。RF回路50から出力された送信信号である変調済みのデジタル信号は、D/Aコンバータ40によってアナログ信号に変換される。ミキサ30は、D/Aコンバータ40によってデジタル信号からアナログ信号に変換された送信信号を、局部発振器32からの発振信号と混合して高周波信号へとアップコンバートする。バンドパスフィルタ28は、アップコンバートによって生じた不要波を除去して、所望の周波数帯域の送信信号のみを抽出する。減衰器26は、送信信号の強度を調整する。増幅器24は、減衰器26を通過した送信信号を、所定のレベルまで電力増幅する。バンドパスフィルタ22は、増幅過程で生じた不要波を除去するとともに、通信規格で定められた周波数帯域の信号成分のみを通過させる。バンドパスフィルタ22を通過した送信信号は、アンテナ12から放射される。
 上記のような通信装置10におけるバンドパスフィルタ22,28として、本開示に対応したフィルタ装置を採用することができる。
 (フィルタ装置の構成)
 次に図2および図3を用いて、実施の形態1のフィルタ装置100の詳細な構成について説明する。図2および図3は、それぞれ、フィルタ装置100の内部を示す斜視図および平面図である。
 図2および図3を参照して、フィルタ装置100は、複数の誘電体層が積層方向に積層された、直方体または略直方体の誘電体110を備えている。誘電体110の各誘電体層は、たとえばセラミックにより形成されている。誘電体110の内部において、各誘電体層に設けられた複数の配線パターンおよび電極、ならびに誘電体層間に設けられた複数のビアによってインダクタおよびキャパシタが構成されている。これらのインダクタおよびキャパシタにより、LC共振回路が構成される。
 以下の説明においては、誘電体110の積層方向を「Z軸方向」とし、Z軸方向に垂直であって誘電体110の短辺に沿った方向を「X軸方向」とし、誘電体110の長辺に沿った方向を「Y軸方向」とする。また、以下では、各図におけるZ軸の正方向を上側、負方向を下側と称する場合がある。なお、図2および図3、ならびに、後述する図4,図6,図8,図10,図12,図13においては、誘電体110は省略してあり、内部に形成される配線パターン、ビアおよび端子の導電体のみが示されている。
 誘電体110は、上面111および下面112を有する。誘電体110の下面112に、入力端子T1、出力端子T2および接地端子GNDが設けられている。入力端子T1、出力端子T2および接地端子GNDは、フィルタ装置100と外部機器とを接続するための外部端子であり、平板形状の電極である。具体的には、入力端子T1、出力端子T2および接地端子GNDは、誘電体110の下面112に規則的に配置されたLGA(Land Grid Array)端子である。
 誘電体110の下面112に近接した誘電体層に、平板電極PG2が設けられている。平板電極PG2はビアを介して接地端子GNDに接続されている。また、誘電体110の上面111に近接した誘電体層に、平板電極PG1が設けられている。なお、図2においては、平板電極PG1は破線で示されている。
 平板電極PG1および平板電極PG2は、誘電体110の積層方向に延在するグランドビアVG11,VG12,VG21,VG22によって接続されている。なお、平板電極PG1と平板電極PG2とを接続する他のグランドビアがさらに設けられていてもよい。
 平板電極PG2は、誘電体110をZ軸方向から平面視した場合に、略H字形状を有しており、入力端子T1および出力端子T2が、平板電極PG2の開口部分に配置されている。
 実施の形態1のフィルタ装置100は、誘電体110の内部に5つの共振器RC1~RC5を含んでいる。共振器RC1は入力端子T1に接続され、共振器RC2は出力端子T2に接続されている。共振器RC3~RC5は、誘電体110において、共振器RC1と共振器RC2との間に配置されている。共振器RC1~RC5は互いに電磁界結合している。各共振器の共振周波数を調整することによって、フィルタ装置100は、特定の周波数帯域の信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタとして機能する。入力端子T1に入力された高周波信号は、共振器RC1、RC3,RC5,RC4,RC2の順に伝播して出力端子T2から出力される。
 共振器RC1は、平板電極PG1と平板電極PG2との間に配置された、帯状の平板導体PL1を含んでいる。平板導体PL1は、屈曲部を有する略J字形状を有しており、X軸方向に沿った2つの導体とこれらを接続するY軸方向に沿った導体とから構成されている。平板導体PL1の一方端は、ビアV11,V12および平板電極P10を介して、入力端子T1に接続されている。平板導体PL1の他方端は、グランドビアVG11,VG12によって、平板電極PG1,PG2に接続されている。誘電体110をZ軸方向から平面視した場合に、平板導体PL1は、平板電極PG1および平板電極PG2と部分的に重なっている。平板導体PL1と平板電極PG1,PG2との間のキャパシタンス成分と、平板導体PL1のインダクタンス成分とによって、共振器RC1はいわゆる「分布定数型の共振器」として機能する。
 共振器RC2は、平板電極PG1と平板電極PG2との間に配置された、帯状の平板導体PL2を含んでいる。平板導体PL2は、屈曲部を有する略J字形状を有しており、X軸方向に沿った2つの導体とこれらを接続するY軸方向に沿った導体とから構成されている。平板導体PL2の一方端は、ビアV21,V22および平板電極P20を介して、出力端子T2に接続されている。平板導体PL2の他方端は、グランドビアVG21,VG22によって、平板電極PG1,PG2に接続されている。誘電体110をZ軸方向から平面視した場合に、平板導体PL2は、平板電極PG1および平板電極PG2と部分的に重なっており、平板導体PL2と平板電極PG1,PG2との間のキャパシタンス成分と、平板導体PL2のインダクタンス成分とによって、共振器RC2は分布定数型の共振器として機能する。
 共振器RC3は、誘電体110において、共振器RC1に対してY軸の正方向に隣接して配置されている。共振器RC3は、キャパシタ電極PC3と、インダクタビアV30とを含む。キャパシタ電極PC3は、X軸方向に延在する略矩形形状の平板電極である。誘電体110をZ軸方向から平面視した場合に、キャパシタ電極PC3の少なくとも一部は、平板電極PG2と重なるように配置されている。キャパシタ電極PC3と平板電極PG2とによって、キャパシタが構成される。インダクタビアV30は、キャパシタ電極PC3と平板電極PG1との間に接続されている。すなわち、共振器RC3は、平板電極PG1と平板電極PG2との間にインダクタおよびキャパシタが直列接続された、いわゆる「λ/4型の共振器」として機能する。
 共振器RC4は、誘電体110において、共振器RC2に対してY軸の負方向に隣接して配置されている。言い換えれば、共振器RC4は、共振器RC2と共振器RC4との間に配置されている。共振器RC4は、キャパシタ電極PC4と、インダクタビアV40とを含む。キャパシタ電極PC4は、X軸方向に延在する略矩形形状の平板電極である。誘電体110をZ軸方向から平面視した場合に、キャパシタ電極PC4の少なくとも一部は、平板電極PG2と重なるように配置されている。キャパシタ電極PC5と平板電極PG2とによって、キャパシタが構成される。インダクタビアV40は、キャパシタ電極PC4と平板電極PG1との間に接続されている。すなわち、共振器RC4は、平板電極PG1と平板電極PG2との間にインダクタおよびキャパシタが直列接続されたλ/4型の共振器として機能する。
 共振器RC5は、共振器RC3,RC4と同様に、平板電極PG1と平板電極PG2との間にインダクタおよびキャパシタが直列接続されたλ/4型の共振器である。共振器RC5は、キャパシタ電極PC5とインダクタビアV51,V52とを含む。キャパシタ電極PC5は、Y軸方向に延在する略矩形形状の平板電極である。キャパシタ電極PC5は、誘電体110において、共振器RC3,RC4よりもX軸の負方向の領域に、共振器RC3,RC4から離隔して配置されている。キャパシタ電極PC5と平板電極PG2とによって、キャパシタが構成される。インダクタビアV51,V52は、キャパシタ電極PC5と平板電極PG1とに接続されている。
 共振器RC3~RC5におけるキャパシタ電極PC3~PC5は、誘電体110の内部において同一平面上に配置されており、互いに容量結合している。なお、共振器RC1,RC2における平板導体PL1,PL2は、誘電体110において、共振器RC3~RC5におけるキャパシタ電極PC3~PC5と同一平面上に配置されていてもよいし、異なる平面に配置されていてもよい。
 また、フィルタ装置100は、共振器間の結合を調整するための平板電極PC13,PC24,PC12をさらに含む。平板電極PC13,PC24は略L字形状を有する帯状の電極であり、平板電極PC12はY軸方向に延在する帯状の電極である。
 平板電極PC13は、誘電体110をZ軸方向から平面視した場合に、一方端がビアV12を介して共振器RC1の平板導体PL1に接続されており、さらに共振器RC3のキャパシタ電極PC3と部分的に重なるように配置されている。平板電極PC13によって、共振器RC1と共振器RC3との間の容量結合の度合いが調整される。
 平板電極PC24は、誘電体110をZ軸方向から平面視した場合に、一方端がビアV22を介して共振器RC2の平板導体PL2に接続されており、さらに共振器RC4のキャパシタ電極PC4と部分的に重なるように配置されている。平板電極PC24によって、共振器RC2と共振器RC4との間の容量結合の度合いが調整される。
 平板電極PC12は、誘電体110をZ軸方向から平面視した場合に、平板電極PC13、および、平板電極PC24と部分的に重なるように配置されている。平板電極PC12によって、共振器RC1と共振器RC2との間の容量結合の度合いが調整される。
 このようなフィルタ装置100において、外部機器に接続される共振器RC1,RC2においては、小型化および低背化に伴ってインピーダンスが低くなる傾向にあり、通過帯域幅を広く確保することが困難となる場合がある。そのため、インピーダンスをできるだけ高くすることが望ましい。これを実現するために、フィルタ装置100においては、入出力端子に接続される共振器RC1,RC2は、共振器RC3~RC5のようなキャパシタ電極を用いる構成とはなっておらず、帯状の平板導体の寄生容量のみで構成されている。当然ながら、平板導体の寄生容量は、共振器RC3~RC5のようなキャパシタ電極よりも得られるキャパシタンスが小さいため、平板導体の線路長を長くしてインダクタンス成分を増加することで、共振器のインピーダンスを高く維持しながら、共振周波数が所望の共振周波数となるように調整することができる。具体的には、共振器RC1,RC2においては、平板導体PL1,PL2の屈曲部の位置を調整することによって共振周波数が調整される。
 共振器RC3~RC5においては、インダクタビアV30,V40,V51,V52によってインダクタンス成分を得ているが、インダクタビアが延在する誘電体110のZ軸方向の寸法は、X軸およびY軸方向の寸法よりも短い。そのため、所望の共振周波数を実現するためには、キャパシタンス成分を大きくすることが必要となる。したがって、共振器RC3~RC5におけるキャパシタ電極PC3~PC5として、比較的広い面積が必要となる。
 共振器RC1,RC2においては、上述のように平板導体PL1,PL2の寄生容量によってキャパシタンス成分を得ており、平板導体PL1,PL2の線路長を長くしてインダクタンス成分を大きくすることによって、所望の共振周波数が実現されている。そのため、誘電体110において、共振器RC1,RC2に必要とされる面積が、キャパシタ電極を用いる場合に比べて小さくなるため、フィルタ装置100の全体のサイズの小型化に寄与することができる。
 フィルタ装置100において、共振器RC1,RC2における主な電流経路は平板導体の延在方向であるX軸に沿った方向であり、共振器RC3~RC5における主な電流経路はインダクタビアの延在方向であるZ軸に沿った方向である。すなわち、共振器RC1と共振器RC3~RC5との間、および、共振器RC2と共振器RC3~RC5との間の電流経路はねじれの関係となっているため、発生する磁界の方向もねじれの関係となる。したがって、共振器RC1と共振器RC3~RC5との間の磁気結合、および、共振器RC2と共振器RC3~RC5との間の磁気結合が低減される。このように、発生する磁界方向がねじれの関係となるような共振器の組み合わせとすることによって、共振器間における意図しない磁気結合に伴う減衰特性の低下を抑制することができる。
 本実施の形態1のフィルタ装置100における上記の特徴について、比較例を用いて詳細に説明する。図4は、比較例のフィルタ装置200の内部を示す平面図である。
 図4を参照して、フィルタ装置200は、実施の形態1のフィルタ装置100と同様に、誘電体110の内部に、5つの共振器RC1A~RC5Aを含んでおり、入力端子T1で受けた高周波信号における特定の周波数帯域の信号を通過させて出力端子T2から出力する。入力端子T1で受けた高周波信号は、共振器RC1A,RC3A,RC5A,RC4A,RC2Aの順に伝搬し、出力端子T2から出力される。
 共振器RC1A~RC5Aの各々は、一方端が接地端子GNDに接続され、他方端が開放された分布定数型の共振器である。共振器RC1A,RC2A,RC5Aの各々は、一方端が誘電体110のX軸の負方向の長辺に沿って配置された平板電極P3に接続された帯状の平板導体PL11,PL12,PL15をそれぞれ含む。平板導体PL11,PL12,PL15は、平板電極P3からX軸の正方向に延伸し、その他方端は開放されている。平板電極P3は、複数のグランドビアVGによって、フィルタ装置100に含まれるような平板電極PG1,PG2に接続される。
 共振器RC3A,RC4Aは、一方端が誘電体110のX軸の正方向の長辺に沿って配置された平板電極P4に接続された帯状の平板導体PL13,PL14をそれぞれ含む。平板導体PL13,PL14は、平板電極P4からX軸の負方向に延在し、その他方端は開放されている。平板電極P4は、複数のグランドビアVGによって、平板電極PG1,PG2に接続される。
 各共振器を構成する平板導体PL11~PL15は、誘電体110において同じ平面上に配置されている。
 図5は、実施の形態1および比較例のフィルタ装置における各共振器で生じる磁界方向を説明するための図である。図5は、図3および図4においてX軸の正方向から見た時の、各共振器に生じる磁界方向を示している。
 比較例のフィルタ装置200においては、共振器を構成する平板導体が同一平面上に配置されている。平板導体PL11,PL12,PL15と平板導体PL13,PL14とは、接地端から延伸する方向が逆であるため、導体で生じる磁界の方向は反対になる。しかしながら、平板導体が同一平面上に配置されており、さらに導体に流れる電流の方向がX軸方向で同じであるため、平板導体間における磁気結合が少なからず生じ得る。この導体間の磁気結合によって、非通過帯域の信号成分の一部が入力端子T1から出力端子T2へと伝播してしまい、非通過帯域における減衰特性が低下する可能性がある。
 一方で、実施の形態1のフィルタ装置100の場合、入力端子T1に接続される共振器RC1および出力端子T2に接続される共振器RC2において平板導体PL1,PL2に流れる電流の方向はX軸方向であり、共振器RC3~RC5のインダクタビアV30,V40,V51,V52に流れる電流の方向はZ軸方向であるため、共振器RC1,RC2で生じる磁界の方向と、共振器RC3~RC5で生じる磁界の方向とは、互いにねじれの関係となる。そのため、少なくとも共振器RC1と共振器RC3との間、および、共振器RC2と共振器RC4との間における磁気結合が抑制され、その結果、磁気結合に伴う非通過帯域の信号の伝播を低減できる。したがって、実施の形態1のフィルタ装置100においては、比較例のフィルタ装置200のような構成に比べて、非通過帯域における減衰特性を向上させることができる。
 なお、実施の形態1における「平板電極PG1」および「平板電極PG2」は、本開示における「第1電極」および「第2電極」にそれぞれ対応する。実施の形態1における「共振器RC1~RC5」は、本開示における「第1共振器」~「第5共振器」にそれぞれ対応する。実施の形態1における「平板導体PL1」および「平板導体PL2」は、本開示における「第1平板導体」および「第2平板導体」にそれぞれ対応する。実施の形態1における「キャパシタ電極PC3」~「キャパシタ電極PC5」は、本開示における「第1キャパシタ電極」~「第3キャパシタ電極」にそれぞれ対応する。実施の形態1における「インダクタビアV30」、「インダクタビアV40」および「インダクタビアV51,V52」は、本開示における「第1インダクタビア」~「第3インダクタビア」にそれぞれ対応する。実施の形態1における「X軸方向」、「Y軸方向」および「Z軸方向」は、本開示における「第1方向」、「第2方向」および「第3方向」にそれぞれ対応する。
 (変形例1)
 実施の形態1のフィルタ装置100においては、入出力端子に接続される共振器RC1,RC2が分布定数型の共振器で構成され、共振器RC1と共振器RC2との間に配置される共振器RC3~RC5のすべてがλ/4型共振器で構成される例について説明した。しかしながら、入力端子から出力端子に至る信号の伝播経路において、分布定数型の共振器とλ/4型共振器とが混在する配置であれば、他の構成であっても同様の効果を奏することができる。
 図6は、変形例1のフィルタ装置100Bの内部を示す平面図である。フィルタ装置100Bにおいては、実施の形態1のフィルタ装置100における共振器RC5が共振器RC5Bに置き換わった構成を有している。図6のフィルタ装置100Bにおいて、フィルタ装置100と共通する要素についての説明は繰り返さない。
 図6を参照して、共振器RC5Bは、図4の比較例における各共振器と同様に、一方端が接地端子に接続され、他方端が開放された分布定数型の共振器として構成されている。具体的には、共振器RC5Bは、X軸方向に延在する帯状の平板導体PL15Bを含む。平板導体PL15BにおけるX軸の負方向の端部は、Y軸方向に延在する平板電極P5に接続される。平板電極P5は、複数のグランドビアVGによって、平板電極PG1,PG2に接続される。平板導体PL15BにおけるX軸の正方向の端部は開放されている。
 平板導体PL15Bは、共振器RC3と共振器RC4との間に延伸しており、共振器RC5Bは、共振器RC3および共振器RC4と電磁界結合している。入力端子T1で受けた高周波信号は、共振器RC1,RC3,RC5B、RC4,RC2の順に伝播して、出力端子T2から出力される。
 図7は、変形例1のフィルタ装置100Bにおける共振器の磁界方向を説明するための図である。図7に示されるように、フィルタ装置100Bにおいては、入力端子T1から出力端子T2に至る信号経路において、分布定数型の共振器RC1,RC5B,RC2と、λ/4型の共振器RC3,RC4とが交互に配置された構成となっている。そのため、共振器RC3と共振器RC1,RC5Bとの間、ならびに、共振器RC4と共振器RC2,RC5Bとの間における磁気結合が抑制される。したがって、非通過帯域における減衰特性を向上させることができる。
 変形例1における「平板導体PL15B」は、本開示における「第3平板導体」に対応する。
 (変形例2)
 変形例2においては、変形例1における共振器RC5Bのような分布定数型共振器の異なる配置の例について説明する。
 図8は、変形例2のフィルタ装置100Cの内部を示す平面図である。フィルタ装置100Cにおいては、変形例1のフィルタ装置100Bにおける共振器RC5Bが共振器RC5Cに置き換わった構成を有している。図8のフィルタ装置100Cにおいて、フィルタ装置100Bと共通する要素についての説明は繰り返さない。
 図8を参照して、フィルタ装置100Cにおける共振器RC5Cは、X軸方向に延在する帯状の平板導体PL15Cを含む。平板導体PL15CにおけるX軸の負方向の端部は、平板電極P5に接続される。平板導体PL15CにおけるX軸の正方向の端部は開放されている。平板導体PL15Cは、共振器RC1と共振器RC3との間に延伸しており、共振器RC5Cは、共振器RC1および共振器RC3と電磁界結合している。入力端子T1で受けた高周波信号は、共振器RC1,RC5C,RC3、RC4,RC2の順に伝播して、出力端子T2から出力される。
 図9は、変形例1のフィルタ装置100Cにおける共振器の磁界方向を説明するための図である。図9に示されるように、フィルタ装置100Cにおいては、共振器RC5Cと共振器RC3との間、および、共振器RC4と共振器RC2との間において、発生する磁界の方向がねじれの関係となっているため、共振器間の磁気結合を抑制することができる。したがって、非通過帯域における減衰特性を向上させることができる。
 変形例2における「平板導体PL15C」は、本開示における「第4平板導体」に対応する。
 (変形例3)
 変形例3においては、変形例1における共振器RC5Bのような分布定数型共振器の異なる配置の他の例について説明する。
 図10は、変形例3のフィルタ装置100Dの内部を示す平面図である。フィルタ装置100Dにおいては、変形例1のフィルタ装置100Bにおける共振器RC5Bが共振器RC5Dに置き換わった構成を有している。図10のフィルタ装置100Dにおいて、フィルタ装置100Bと共通する要素についての説明は繰り返さない。
 図10を参照して、フィルタ装置100Dにおける共振器RC5Dは、X軸方向に延在する帯状の平板導体PL15Dを含む。平板導体PL15DにおけるX軸の負方向の端部は、平板電極P5に接続される。平板導体PL15DにおけるX軸の正方向の端部は開放されている。平板導体PL15Dは、共振器RC2と共振器RC4との間に延伸しており、共振器RC5Dは、共振器RC2および共振器RC4と電磁界結合している。入力端子T1で受けた高周波信号は、共振器RC1,RC3、RC4,RC5D,RC2の順に伝播して、出力端子T2から出力される。
 図11は、変形例2のフィルタ装置100Dにおける共振器の磁界方向を説明するための図である。図11に示されるように、フィルタ装置100Dにおいては、共振器RC1と共振器RC3との間、および、共振器RC4と共振器RC5Dとの間において、発生する磁界の方向がねじれの関係となっているため、共振器間の磁気結合を抑制することができる。したがって、非通過帯域における減衰特性を向上させることができる。
 変形例3における「平板導体PL15D」は、本開示における「第4平板導体」に対応する。
 なお、上記の変形例1~3においては、共振器RC1と共振器RC2との間に配置される3つの共振器のうちの1つが分布定数型の共振器である場合について説明したが、3つの共振器のうちの1つの共振器だけがλ/4型の共振器であり、他の2つの共振器については分布定数型の共振器である構成であってもよい。
 [実施の形態2]
 実施の形態1および変形例1~3のフィルタ装置においては、5つの共振器が含まれる構成について説明したが、共振器の数は、必ずしも5つには限られない。実施の形態2においては、フィルタ装置が4つの共振器により構成される例について説明する。
 図12は、実施の形態2に係るフィルタ装置100Eの内部を示す平面図である。フィルタ装置100Eにおいては、実施の形態1のフィルタ装置100における共振器RC5が削除された構成となっている。すなわち、フィルタ装置100Eにおいては、入力端子T1で受けた高周波信号は、共振器RC1,RC3、RC4,RC2の順に伝播して、出力端子T2から出力される。
 フィルタ装置100Eの場合においても、分布定数型の共振器である共振器RC1と共振器RC2との間に、λ/4型共振器である共振器RC3,RC4が配置された構成となっている。そのため、フィルタ装置100Eにおいては、共振器RC1と共振器RC3との間、および、共振器RC4と共振器RC5Dとの間において、発生する磁界の方向がねじれの関係となっている。したがって、フィルタ装置100Eにおいても、非通過帯域における減衰特性を向上させることができる。
 なお、共振器の段数を増加させると減衰極を増やすことができるため、減衰極の周波数を調整することによって、非通過帯域における減衰量を増加させたり、減衰の急峻性を向上させたりすることができる。一方で、信号が通過する共振器の数が多くなると、通過帯域における損失が増加する。すなわち、共振器の数の増加に対して、非通過帯域の減衰特性と通過帯域における損失特性はトレードオフの関係となる。したがって、フィルタ装置を構成する共振器の数は、必要とされる減衰特性と挿入損失に応じて適宜決定される。
 [実施の形態3]
 実施の形態3においては、フィルタ装置が3つの共振器によって構成される場合について説明する。
 図13は、実施の形態3に係るフィルタ装置100Fの内部を示す平面図である。フィルタ装置100Fにおいては、実施の形態2のフィルタ装置100Eの構成から、共振器RC4がさらに削除された構成となっている。すなわち、フィルタ装置100Fにおいては、入力端子T1で受けた高周波信号は、共振器RC1,RC3、RC2の順に伝播して、出力端子T2から出力される。
 なお、共振器RC4の削除に伴って、共振器RC2と共振器RC4との結合度合いを調整するための平板電極PC24が削除され、代わりに、共振器RC2と共振器RC3との結合度合いを調整するための平板電極PC23が追加されている。この場合、共振器RC1と共振器RC2との結合度合いを調整するための平板電極PC12は、平板電極PC13および平板電極PC23に重なるように配置されている。
 フィルタ装置100Fの場合においても、分布定数型の共振器である共振器RC1と共振器RC2との間に、λ/4型共振器である共振器RC3が配置された構成となっている。そのため、フィルタ装置100Eにおいては、共振器RC1と共振器RC3との間、および、共振器RC2と共振器RC3との間において、発生する磁界の方向がねじれの関係となっている。したがって、フィルタ装置100Fにおいても、非通過帯域における減衰特性を向上させることができる。
 今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 10 通信装置、12 アンテナ、20 高周波フロントエンド回路、22,28 バンドパスフィルタ、24 増幅器、26 減衰器、30 ミキサ、32 局部発振器、40 D/Aコンバータ、50 RF回路、100,100B~100F,200 フィルタ装置、110 誘電体、111 上面、112 下面、GND 接地端子、P3~P5,P10,P20,PC12,PC13,PC23,PC24,PG1,PG2 平板電極、PC3~PC5 キャパシタ電極、PL1,PL2,PL11~PL15,PL15B~PL15D 平板導体、RC1~RC5,RC1A~RC4A,RC5A~RC5D 共振器、T1 入力端子、T2 出力端子、V11,V12,V21,V22 ビア、V30,V40,V51,V52 インダクタビア、VG,VG11,VG12,VG21,VG22 グランドビア。

Claims (11)

  1.  誘電体と、
     前記誘電体に設けられた入力端子、出力端子および接地端子と、
     前記誘電体において互いに対向して配置され、前記接地端子に接続された平板形状の第1電極および第2電極と、
     前記入力端子に接続された第1共振器と、
     前記出力端子に接続された第2共振器と、
     前記誘電体において、前記第1共振器および前記第2共振器の間に配置された第3共振器とを備え、
     前記第1共振器は、一方端が前記入力端子に接続され、他方端が前記接地端子に接続された第1平板導体を含み、
     前記第2共振器は、一方端が前記出力端子に接続され、他方端が前記接地端子に接続された第2平板導体を含み、
     前記第1平板導体および前記第2平板導体の各々は、前記誘電体において、第1方向に延在しており、
     前記第1共振器、前記第2共振器および前記第3共振器は、前記第1方向と交差する第2方向に配列されており、
     前記第3共振器は、
      前記第2電極に対向して配置された第1キャパシタ電極と、
      前記第1キャパシタ電極および前記第1電極に接続され、前記第1電極から前記第2電極に向かう第3方向に延在する第1インダクタビアとを含む、フィルタ装置。
  2.  前記第1平板導体および前記第2平板導体の各々は、前記第1方向から前記第2方向に向かう屈曲部を有している、請求項1に記載のフィルタ装置。
  3.  前記第1平板導体および前記第2平板導体は、前記誘電体において同一平面に配置されている、請求項1または2に記載のフィルタ装置。
  4.  前記第1平板導体および前記第2平板導体と、前記第1キャパシタ電極とは、前記誘電体において異なる平面に配置されている、請求項1~3のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
  5.  前記誘電体において、前記第2共振器および前記第3共振器の間に配置された第4共振器をさらに備え、
     前記第4共振器は、
      前記第2電極に対向して配置された第2キャパシタ電極と、
      前記第2キャパシタ電極および前記第1電極に接続され、前記第3方向に延在する第2インダクタビアとを含む、請求項1~4のいずれか1項に記載のフィルタ装置。
  6.  前記第1キャパシタ電極および前記第2キャパシタ電極の各々は、前記第1方向に延在する矩形形状を有している、請求項5に記載のフィルタ装置。
  7.  前記誘電体において、前記第3共振器および前記第4共振器と磁気結合する第5共振器をさらに備える、請求項5または6に記載のフィルタ装置。
  8.  前記第5共振器は、
      前記第2電極に対向して配置された第3キャパシタ電極と、
      前記第3キャパシタ電極および前記第1電極に接続され、前記第3方向に延在する第3インダクタビアとを含む、請求項7に記載のフィルタ装置。
  9.  前記第3キャパシタ電極は、前記第2方向に延在する矩形形状を有しており、前記第1キャパシタ電極および前記第2キャパシタ電極から前記第1方向に離間した位置に配置されている、請求項8に記載のフィルタ装置。
  10.  前記第5共振器は、前記誘電体において前記第3共振器および前記第4共振器との間に配置され、前記第1方向に延在する第3平板導体を含み、
     前記第3平板導体の一方端は前記接地端子に接続されており、他方端は開放されている、請求項7に記載のフィルタ装置。
  11.  前記第5共振器は、前記誘電体において前記第1共振器と前記第3共振器との間、あるいは、前記第2共振器と前記第4共振器との間に配置され、前記第1方向に延在する第4平板導体を含み、
     前記第4平板導体の一方端は前記接地端子に接続されており、他方端は開放されている、請求項7に記載のフィルタ装置。
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