JPH05152803A

JPH05152803A - 誘電体フイルタ

Info

Publication number: JPH05152803A
Application number: JP31789291A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、誘電体フィルタに関し、共振器の
Ｑを低下させることなく、誘電体フィルタの小型化を実
現することを目的とする。【構成】高誘電体層７−１上に、複数の共振導体４−
１〜４−４を設け、この上に高誘電体層７−２を積層し
て、共振導体を両側から挟み込む。また、高誘電体層７
−１、７−２の両側に、低誘電体層６−１、６−２を積
層して挟み込む。このような積層体の一面を除く、他の
全外周面にはＧＮＤ電極５を設け、ＧＮＤ電極５を設け
ない面に、入力端子８、出力端子９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種の無線機
器、電子機器等に使用される誘電体フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の誘電体フィルタを示した図
であり、Ａは表側から見た斜視図、Ｂは裏側から見た斜
視図である。

【０００３】図中、１は誘電体フィルタ、２は誘電体、
３は貫通孔、４は共振導体、５はＧＮＤ電極、６は溝を
示す。従来の誘電体フィルタの１例を図９に示す。この
誘電体フィルタは、バンドパスフィルタの例であり、複
数の１／４波長共振導体を具備している。そして、前記
の共振導体は、それぞれ共振器を構成している。

【０００４】図示のように、誘電体フィルタ１は、誘電
体２と、誘電体２に設けた複数個の貫通孔３と、貫通孔
３の内周面に設けた共振導体４と、誘電体２の一面（共
振導体４のある面）を除き、他の全ての外周面に設けた
ＧＮＤ電極５等で構成されている。

【０００５】また、誘電体２には溝６が設けてあり、こ
の溝６によって、各共振導体間を分離し、共振導体間の
結合を調整している。なお、この溝６の部分にもＧＮＤ
電極５は設けてあり、この溝６のある側で、各共振導体
４とＧＮＤ電極４とを接続（共振導体４のＧＮＤ側を共
通に接続）してある。

【０００６】前記複数の共振導体４（この例では４個の
共振導体）は、それぞれ長さが異なっており（同じ長さ
のものを含む場合もある）、各共振導体４の共振周波数
が異なるように設定されている。

【０００７】このような誘電体フィルタ１は、例えば次
のようにして作製する。先ず、プレス成形により、貫通
孔３と溝６のある誘電体２を作製する。その後、貫通孔
３のある一面を残して残りの全ての面（貫通孔３の内面
を含む）をメタライズする。

【０００８】そして、貫通孔３内に形成された導体を、
共振導体４として使用し、誘電体２の外周面に形成され
た導体をＧＮＤ電極として使用する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。 (1) 前記の誘電体共振器では、誘電体に高誘電体を使用
し、共振周波数における波長短縮により小型化した誘電
体フィルタとしている。

【００１０】しかし、共振導体の片側は空間（貫通孔内
の空間）に露出しているため、

【００１１】

【数１】

【００１２】ほど短縮しない。従って、前記構成での誘
電体フィルタの小型化には限界があった。 (2) 誘電体の材料定数である誘電率εが大きくなると、
共振器の構造上Ｃ成分（容量成分）が大きくなる。

【００１３】従って、共振器のラインインピーダンスが
低下するため、共振器のＱも低下する。そのため、εが
大きい程厚み方向を厚くして、入力インピーダンスが低
下しないようにする必要があった。

【００１４】従って、共振器のＱを低下させないで、更
に小型化するのは困難であった。本発明は、このような
従来の課題を解決し、共振器のＱを低下させることな
く、誘電体フィルタの小型化を実現することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図で
あり、図中、４−１〜４−４は１／４波長共振導体、５
はＧＮＤ電極、６−１、６−２は低誘電体層、７−１、
７−２は高誘電体層、８は入力端子、９は出力端子、１
０は余白を示す。

【００１６】本発明は上記の課題を解決するため、次の
ように構成した。 (1) 低誘電体層６−１、６−２及びこの低誘電体層より
も誘電率の高い高誘電体層７−１、７−２を積層した積
層体と、積層体の内部に設定した、共振周波数の異なる
複数の共振導体４−１〜４−４と、積層体の一面を除
く、他の全ての外周面に設けたＧＮＤ電極５とを具備し
た誘電体フィルタであって、前記複数の共振導体４−１
〜４−４の積層方向の両側に、高誘電体層７−１、７−
２を設け、前記両側の高誘電体層７−１、７−２と、積
層方向の両側に設けたＧＮＤ電極５との間には、低誘電
体層６−１、６−２を設けた。

【００１７】(2) 前記構成（１）において、共振導体４
−１〜４−４の各共振導体間に、該共振導体の両側に設
けた高誘電体層７−１、７−２よりも誘電率の低い低誘
電体を設けた。

【００１８】(3) 前記構成（１）において、共振導体の
両側に設けた高誘電体層７−１、７−２の、各共振導体
の間に位置する部分に、複数の孔を設け、この孔内に、
前記高誘電体層よりも誘電率の低い誘電体を充填した。

【００１９】

【作用】上記構成に基づく本発明の作用を、図１を参照
しながら説明する。図示のように、誘電率ε₁の低誘電
体層６−１、６−２と、誘電率ε₂（ε₂＞ε₁）の高
誘電体層７−１、７−２とを積層して、積層体とする。

【００２０】この場合、複数の共振導体４−１〜４−４
の周辺を高誘電体層７−１、７−２によって挟み、その
外側を低誘電体層６−１、６−２によって挟むと共に、
更にその外側にＧＮＤ電極５を設定している。

【００２１】また、積層体の一面には入力端子（ＩＮ）
８、出力端子（ＯＵＴ）９を設け、他の側面にはＧＮＤ
電極５を設けて誘電体フィルタとした。ところで、前記
構成の誘電体フィルタ等の共振器では、一般に、無負荷
Ｑ（Ｑｕとする）は次式で定義されている。

【００２２】

【数２】

【００２３】ただし、Ｑｃは伝送路導体によるＱ、Ｑｄ
は誘電体によるＱ、Ｑｒは放射によるＱを示す。同軸タ
イプの共振器では、１／Ｑｒは通常無視されるため、式
（１）は次のようになる。

【００２４】

【数３】

【００２５】ここで、Ｑｃは伝送路導体の直列抵抗成分
ｒ_sと、伝送路のラインインピーダンスＺ₀により、次
式で示される。

【００２６】

【数４】

【００２７】また、Ｑｄについては、誘電体の比誘電率
ε_r′と比誘電損失ε_r″により次式で示される。

【００２８】

【数５】

【００２９】前記式（２）及び（３）、（４）より、共
振器の無負荷Ｑ（Ｑｕ）を大きくするためには、ラインインピーダンスＺ₀と、比誘電率ε_r′を大き
くとること。直列抵抗成分ｒ_sと比誘電損失ε_r″を小さくするこ
と。であることがわかる。

【００３０】特に、比誘電率ε_r′を大きくすれば、当
然のことながら次式で示した波長短縮が起こる。

【００３１】

【数６】

【００３２】従って、直列抵抗成分ｒ_sが小さくなり、
Ｑｃ、Ｑｄとも大きくなる。その結果、無負荷Ｑ（Ｑ
ｕ）も大きくなる。前記のように、本発明によれば、複
数の共振導体４−１〜４−４は、高誘電体層７−１、７
−２によって挟まれており、従来のように空間に露出し
た部分がない。このため、比誘電率ε_r′を大きくした
場合十分の波長短縮が得られる。

【００３３】しかも、高誘電体層７−１、７−２のε′
が大きい場合でも、ＧＮＤ電極５との間には、低誘電体
層６−１、６−２が介在しているため、積層体の厚みを
薄くしても、Ｃ成分（容量成分）が大きくならない。従
って、ラインインピーダンスＺ₀も大きくとれる。ま
た、比誘電率ε_r′を大きくとれることにより、前記の
ような波長短縮が起こるから、誘電体フィルタの長手方
向を短くできる。

【００３４】その結果、直列抵抗成分ｒ_sが小さくな
り、Ｑｃ、Ｑｄが大きくなって、無負荷Ｑ（Ｑｕ）も大
きくなる。即ち、本発明の構成によれば、共振器のＱを
低下させることなく、誘電体フィルタの小型化が実現で
きる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。（第１実施例の説明）図２〜図３は、本発明の第１実施
例を示した図であり、図２は誘電体フィルタの分解斜視
図、図３は誘電体フィルタの斜視図（Ａは表側から見た
図、Ｂは裏側から見た図）である。

【００３６】図中、図１と同符号は、同一のものを示
す。第１実施例の誘電体フィルタ（バンドパスフィル
タ）は、４個の共振導体を用いた例である。

【００３７】この誘電体フィルタは、従来例と異なり、
多層基板と同様な積層技術を用いて作製するものであ
る。従って、従来例の誘電体フィルタに設けられていた
貫通孔は存在しない。

【００３８】図示のように、低誘電体層（誘電体ε₁）
６−１上に、高誘電体層（誘電率ε ₂）７−１が積層さ
れている。この場合ε₁＜ε₂の関係がある。そして、
前記高誘電体層７−１上には、４個の共振導体４−１、
４−２、４−３、４−４が所定の間隔で配置されてい
る。これらの共振導体４−１〜４−４は長さが異なって
いて、共振周波数も異なっている。

【００３９】また、前記共振導体４−１〜４−４の一方
の端部（図の幅広の部分がある方の端部）はＧＮＤ側と
なり、他方の端部が信号入力側となる。このような共振
導体４−１〜４−４を設けた高誘電体層７−１上には、
高誘電体層（誘電率ε₂）７−２を積層し、前記共振導
体４−１〜４−４の両側を高誘電体層で挟み込むように
する。

【００４０】更に、前記高誘電体層７−２上には、低誘
電体層（誘電率ε₁）６−２を積層する。そして、低誘
電体層６−２上と、低誘電体層６−１の下側にはＧＮＤ
電極５を設ける。

【００４１】このようにすると、共振導体４−１〜４−
４の周辺（積層方向の両側）を高誘電体層７−１、７−
２で挟み、その外側を低誘電体層６−１、６−２で挟
み、更にその外側にＧＮＤ電極５を設定した構造とな
る。

【００４２】前記の積層体における信号入力側の一面を
除き、残りの側面にＧＮＤ電極５を設けると共に、信号
入力側の面には、入力端子（ＩＮ）８、出力端子（ＯＵ
Ｔ）９等を設ける。

【００４３】この例では、図３に示したように、入力端
子８、出力端子９は、積層体の厚みとほぼ同じ長さの導
体で形成しているため、その周辺のＧＮＤ電極５の一部
を切除して、余白（導体の無い部分）１０を形成してお
く。

【００４４】このようにすると、入力端子８や出力端子
９がＧＮＤ電極５と接触するのを防止できる。また、こ
のような端子を設けることにより、ＳＭＤ（表面実装部
品）化できる。

【００４５】（第２実施例の説明）図４、図５は第２実
施例を示した図であり、図４は誘電体フィルタの分解斜
視図、図５は誘電体フィルタの構成図（Ａは一部拡大
図、Ｂは図４のＸ−Ｙ線断面図）である。

【００４６】図中、図１〜図３と同符号は同一のものを
示す。また、１１は低誘電体を示す。第２実施例は、複
数の共振導体の間に、低誘電体を介在させて、共振器間
の結合度を調整した例である。

【００４７】図示のように、低誘電体層（誘電率ε₁）
６−１上に、高誘電体層（誘電率ε ₂）７−１を積層
し、この高誘電体層７−１上に、４個の共振導体４−
１、４−２、４−３、４−４を設ける。

【００４８】また、前記共振導体４−１〜４−４の間に
は、それぞれ低誘電体（誘電率ε₁）１１を設ける。こ
の低誘電体１１は、印刷によって形成したり、あるい
は、シートを貼り付ける方法等で形成する。

【００４９】そして、前記高誘電体層７−１上には、高
誘電体層（誘電率ε₂）７−２を積層し、更にその上に
低誘電体層６−２（誘電率ε₁）を設ける。また、低誘
電体層６−１の下側と、低誘電体層６−２の上側には、
ＧＮＤ電極５を設ける。このように構成した積層体の一
面（共振導体の入力側の面）を除き、他の全ての外周面
にＧＮＤ電極５を設けて誘電体フィルタとする。

【００５０】前記の共振導体間に設けた低誘電体１１の
形状等を変えることにより、各共振器間の結合度の調整
を行う（従来の溝６による調整と同じ）。前記誘電体フ
ィルタの製造工程は、次のとおりである。以下、製造工
程の概要を説明する。

【００５１】工程：図４に示した低誘電体層６−１、
６−２と、高誘電体層７−１、７−２を構成する各誘電
体を用意する。工程：各誘電体層上に、共振導体４−１〜４−４、及
びＧＮＤ電極５を印刷法等で形成する。

【００５２】工程：共振導体４−１〜４−４を形成し
た高誘電体層７−１上に、印刷法等を用いて低誘電体１
１を形成する。この場合、低誘電体１１は、各共振導体
と、一定の間隔をあけて形成する。

【００５３】工程：〜で処理された各層を積層し
た後、熱プレス処理を行う。工程：脱バインダー処理し、焼成する。工程：積層体の側面に電極を形成。

【００５４】工程：電極の焼き付けを行う。以上〜の工程により、誘電体フィルタが完成する。
なお、最外層のＧＮＤ電極の形成は、工程で行っても
よい。

【００５５】（第３実施例の説明）図６は第３実施例に
おける誘電体フィルタの分解斜視図、図７は第３実施例
における誘電体フィルタの構成図であり、図３のＡは高
誘電体層の斜視図、図３のＢは図６のＳ−Ｔ線方向の断
面図である。

【００５６】図中、図１〜図５と同符号は同一のものを
示す。また、１２は孔（貫通孔）を示す。第３実施例
は、高誘電体層に複数の孔をあけて、その中に低誘電体
を充填することにより、各共振導体間に低誘電体を介在
させ、共振器間の結合度を調整した例である。

【００５７】この例では、低誘電体層６−１、高誘電体
層７−１、７−２、低誘電体層６−２を図示の通り積層
するが、この場合、各誘電体層の配置や共振導体４−１
〜４−４、ＧＮＤ電極５の構成は、第１実施例と同じで
ある。

【００５８】第３実施例では、高誘電体層７−１、７−
２に、パンチングを行って孔（貫通孔）１２をあけ、こ
の孔１２内に低誘電体を充填したものである。そして、
高誘電体層７−１、７−２に設けた孔１２は、図のよう
に積層した場合、各共振導体４−１〜４−４の間に配置
されるように位置決めする。

【００５９】この場合、孔１２に充填する低誘電体の誘
電率は、例えば低誘電体層６−１、６−２と同じε
₁（ε₁＜ε₂）とする。前記誘電体フィルタの製造工
程は、次のとおりである。以下、製造工程の概要を説明
する。

【００６０】工程：低誘電体層６−１、６−２、高誘
電体層７−１、７−２となる各誘電体を用意する。そし
て、高誘電体層７−１、７−２にはパンチングにより孔
（貫通孔）１２を形成する。

【００６１】工程：各誘電体層上に、共振導体４−１
〜４−４、及びＧＮＤ電極５を印刷法等で形成する。工程：高誘電体層７−１、７−２に設けた孔１２に、
印刷法等によって低誘電体を充填する。

【００６２】工程：〜で処理された各層を積層し
た後、熱プレス処理を行う。工程：脱バインダー、焼成処理工程：側面電極の形成処理なお、６−１、６−２のＧＮＤの形成はで行ってもよ
い。

【００６３】工程：電極の焼き付け処理以上〜の工程により誘電体フィルタが完成する。こ
の例では、孔１２の大きさや、個数等により、各共振間
の結合度を調整する。

【００６４】更に、図６の７−１上に孔１２を充填する
ように形成される低誘電体は、図５Ａに示されるように
共振電極間に形成されるようにして、その形成（印刷法
等で）と同じに孔１２を同時に充填されるようにしても
よい。

【００６５】（共振導体の構成例の説明）図８は、共振
導体の構成例を示した図であり、図中、４は共振導体、
７−１は高誘電体層を示す。

【００６６】図８のＡはテーパー型の共振導体４の例で
ある。この共振導体４は、全体がテーパー状に形成され
ており、その幅を連続的に変化させたものである。図８
のＢはステップ型の共振導体４の例である。この共振導
体４は、長手方向の途中に、幅がステップ状に変化する
幅の変化点を設けたものであり、幅の広い導体部分と、
狭い導体部分とで構成されている。

【００６７】なお、前記の幅の変化点を複数個所に設け
て、導体幅を複数の部分でステップ状に変化させてもよ
い。また、幅の変化点の位置は任意に設定可能である。
図８のＣは蛇行型の共振導体４の例である。この共振導
体４は、導体幅が一定で、蛇行した形状にしたものであ
り、共振導体を実質的に長くできる。

【００６８】（他の実施例）以上実施例について説明し
たが、本発明は次のようにしても実施可能である。 (1) 共振導体は、上記実施例のように、４個に限らず、
任意の個数（複数）でよい。

【００６９】(2) 共振導体は、高誘電体層を介して多層
化することも可能である。例えば、上記実施例におい
て、共振導体４−１〜４−４を形成した高誘電体層７−
１と同じ構成の高誘電体層を、前記高誘電体層７−１の
下側に積層してもよい。

【００７０】このようにすれば、共振導体の損失を低下
させることが可能となる。 (3) 共振導体は、図８に示した形状に限らず、他の形状
にしてもよい。 (4) 前記実施例における各共振導体の一方の端部は、積
層体の側面に形成したＧＮＤ電極と接続されるが、更
に、ＧＮＤ電極との接続を強固にするため、誘電体層に
ブラインドスルーホール（内部が導体で満たされたスル
ーホール）を形成して、各共振導体のＧＮＤ側の端部付
近と、積層体の下側、あるいは上側のＧＮＤ電極と接続
してもよい。

【００７１】(5) 前記実施例における低誘電体層６−
１、６−２は、それぞれ一層に限らず、多層構造として
もよい。また、高誘電体層７−１、７−２も、それぞれ
一層に限らず、多層構造としてもよい。

【００７２】(6) 誘電体フィルタの外形は、角形に限ら
ず、他の形状にしてもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 (1) 複数の共振導体が完全に誘電体（高誘電体層）内に
入るため、

【００７４】

【数７】

【００７５】による波長短縮が可能となる。従って、そ
の分誘電体共振器の小型化ができる。 (2) 低誘電体層をＧＮＤ電極との間に介在させているた
め、積層方向の厚みを薄くしても、Ｃ成分（容量成分）
が大きくならないため、Ｑの低下を抑えることができ
る。

【００７６】(3) 誘電体の積層法によって、誘電体フィ
ルタを構成しているため、共振電極は、印刷法等によ
り、任意の形状のものが容易に形成できる。また、共振
導体の設定の自由度が増す。

【００７７】(4) 積層体が薄くできるので、脱バインダ
ーや焼成の時間が短縮できる。 (5) 従来のように、貫通孔内のメタライズ工程が不要と
なり、その分製造工程が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の第１実施例における誘電体フィルタの
分解斜視図である。

【図３】第１実施例における誘電体フィルタの斜視図で
あり、Ａは表側から見た斜視図、Ｂは裏側から見た斜視
図である。

【図４】第２実施例における誘電体フィルタの分解斜視
図である。

【図５】第２実施例における誘電体フィルタの構成図で
あり、Ａは一部拡大図、Ｂは図４のＸ−Ｙ線方向断面図
である。

【図６】第３実施例における誘電体フィルタの分解斜視
図である。

【図７】第３実施例における誘電体フィルタの構成図で
あり、Ａは高誘電体層の斜視図、Ｂは図６のＳ−Ｔ線方
向断面図である。

【図８】共振導体の構成例である。

【図９】従来の誘電体フィルタを示した図であり、Ａは
表側から見た図、Ｂは裏側から見た図である。

【符号の説明】

４−１〜４−４共振導体５ＧＮＤ電極６−１、６−２低誘電体層７−１、７−２高誘電体層８入力端子９出力端子１０余白

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低誘電体層（６−１、６−２）及び、こ
の低誘電体層よりも誘電率の高い高誘電体層（７−１、
７−２）を積層した積層体と、積層体の内部に設定した、共振周波数の異なる複数の共
振導体（４−１〜４−４）と、積層体の一面を除く、他の全ての外周面に設けたＧＮＤ
電極（５）とを具備した誘電体フィルタであって、前記複数の共振導体（４−１〜４−４）の積層方向の両
側に、高誘電体層（７−１、７−２）を設け、前記両側の高誘電体層（７−１、７−２）と、積層方向
の両側に設けたＧＮＤ電極（５）との間には、低誘電体
層（６−１、６−２）を設けたことを特徴とする誘電体
フィルタ。
【請求項２】前記複数の共振導体（４−１〜４−４）
の各共振導体間に、該共振導体の両側に設けた高誘電体
層（７−１、７−２）よりも、誘電率の低い低誘電体
（１１）を設定したことを特徴とする請求項１記載の誘
電体フィルタ。
【請求項３】前記共振導体の両側に設けた高誘電体層
（７−１、７−２）の、各共振導体の間に位置する部分
に、複数の孔（１２）を設け、この孔（１２）内に、前記高誘電体層よりも誘電率の低
い誘電体を充填したことを特徴とする請求項１記載の誘
電体フィルタ。