JPH11191702A

JPH11191702A - 積層型誘電体フィルタ

Info

Publication number: JPH11191702A
Application number: JP35693897A
Authority: JP
Inventors: Shinji Isoyama; 伸治磯山; Katsuro Nakamata; 克朗中俣
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JP3522098B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化、薄型化でき、マッチング回路等を内蔵
した回路基板に一体的に内蔵可能で、急峻な減衰特性を
もつ積層型誘電体フィルタを提供する。【解決手段】１／４波長ストリップライン型共振器を、
同一平面に形成された複数の共振電極１３Ａ〜１３Ｄ
と、両脇の共振電極１３Ａ、１３Ｄの上下にそれぞれ形
成され、両脇の共振電極１３Ａ、１３Ｄおよびこれらと
隣り合う共振電極１３Ｂ、１３Ｃとビアホール導体３１
〜３４によりそれぞれ接続される容量形成用電極１４Ａ
〜１４Ｄとを具備して構成するとともに、共振電極１３
Ａ〜１３Ｄと容量形成用電極１４Ａ〜１４Ｄとの間にそ
れぞれ入出力電極１５Ａ〜Ｂ、１６Ａ〜Ｂを形成してな
り、両脇の共振電極１３Ａ、１３Ｄと共振電極１３Ｂ、
１３Ｃとが近接し、電磁結合しているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＲＦモジュール用
回路基板等に内蔵可能で、携帯通信用電話機等の高周波
回路無線部に組み込まれるフィルタやデュプレクサ等に
利用される積層型誘電体フィルタに関する。

【０００２】

【従来技術】従来、受信通過帯域の数十ＭＨｚ近傍に減
衰を必要とする携帯電話の受信ＲＦフィルタとして用い
られてきたのは、その急峻な減衰特性から専らＳＡＷフ
ィルタで、積層型誘電体フィルタはほとんど用いられて
いない（急峻な減衰特性の必要ないコードレス電話は除
く）。また、同軸型誘電体フィルタはそのサイズが大き
いために、使用される機会が少なくなってきた。

【０００３】ところで、携帯電話の小型化に伴い、電子
部品の小型化の要求は強く、電子部品のモジュール化が
進み、帯域通過フィルタ（Band Pass Filterで、以下、
ＢＰＦという）、低域通過フィルタ（Low Pass Filter
で、以下、ＬＰＦという）等のフィルタや、インピーダ
ンスマッチング用のマッチング回路などの受動回路を、
回路基板に内蔵することが要求されている。

【０００４】さらに、携帯電話のデュアル化（例えば、
９００ＭＨｚ帯と１８００ＭＨｚ帯の両方を送受信可
能）に伴い、単純には受信用ＲＦフィルタが２つ、送信
用ＬＰＦが２つ必要になり、今後、トリプル化、多シス
テム化に進むにつれ、フィルタの数は増加していく。し
かしながら、携帯電話のサイズの大型化は許されず、更
なる小型化が要求されている。

【０００５】そのため、急峻な特性をもち、更に、ＬＰ
Ｆやマッチング回路等とともに内蔵できるよう、最大２
０程度までの比誘電率の回路基板に内蔵可能なフィルタ
が求められる。更に、２ｍｍ以下の低背化が要求される
電子部品で用いる回路基板に内蔵できるよう、フィルタ
の厚みは最大１．２ｍｍ程度に制限される（実装される
チップ品が最大０．７ｍｍと仮定）。

【０００６】従来、図８の回路図を用いて急峻な減衰特
性を有する同軸型誘電体フィルタが実現されている（OK
I Technical Review 150 Vol.60 P45〜P52 ）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この同
軸型誘電体フィルタではサイズが大きくなり、上記した
ような近年の小型化、低背化には対応できないという問
題があった。また、この回路図によれば、積層型誘電体
フィルタでは実現困難な大きなインダクタンスＬが必要
であった。

【０００８】本発明は、小型化、薄型化でき、マッチン
グ回路等を内蔵した回路基板に一体的に内蔵可能で、急
峻な減衰特性をもつ積層型誘電体フィルタを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の積層型誘電体フ
ィルタは、誘電体層を複数積層してなる積層体内に、複
数段の１／４波長ストリップライン型共振器を有する積
層型誘電体フィルタであって、前記１／４波長ストリッ
プライン型共振器を、同一平面に形成された複数の共振
電極と、両脇の共振電極の上下にそれぞれ形成され、両
脇の共振電極および該両脇の共振電極にそれぞれ隣り合
う共振電極とビアホール導体によりそれぞれ接続される
容量形成用電極とを具備して構成するとともに、前記ビ
アホール導体により接続された共振電極と容量形成用電
極との間にそれぞれ入出力電極を形成してなり、前記両
脇の共振電極と、該両脇の共振電極にそれぞれ隣り合う
共振電極とが近接し、電磁結合しているものである。こ
こで、両脇の共振電極と、該両脇の共振電極にそれぞれ
隣り合う共振電極との間隔が０．３ｍｍ以下であること
が望ましい。

【００１０】

【作用】本発明の積層型誘電体フィルタでは、両脇の共
振電極と、これらの共振電極にそれぞれ隣り合う共振電
極とが近接し、電磁結合しているため、相互インダクン
スが発生し、この相互インダクタンスと、入出力電極と
共振電極間で発生する複数の入出力容量、及び共振器か
ら構成される共振回路により、通過帯域高周波側近傍に
極が形成され、急峻な減衰特性が実現される。

【００１１】また、共振電極に接続された容量形成用電
極とアース電極間に発生する容量により、共振電極の長
さを短縮でき、フィルタの小型化が図られる。

【００１２】つまり、本願発明は、図８で示した従来の
回路のインダクタンスＬの代わりに、図７に示す回路の
ように共振電極間の相互インダクタンスを用いたもの
で、このような構成とすることにより、積層型誘電体フ
ィルタにおいて急峻な減衰特性を実現できるのである。

【００１３】また、両脇の共振電極と、これらの共振電
極にそれぞれ隣り合う共振電極との間隔を０．３ｍｍ以
下とすることにより、これらの共振電極間の磁器結合が
強固となり、相互インダクンスが大きくなり、通過帯域
高周波側近傍に極を確実に形成でき、より急峻な減衰特
性を実現できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の積層型誘電体フィ
ルタ（以下、フィルタという）の模式的展開図、図２は
フィルタの外観を示すもので内部構成を省略した斜視
図、図３はフィルタの断面図である。

【００１５】図１において、符号１〜９は誘電体層であ
る。符号１３Ａ〜１３Ｄは誘電体層５の一主面に形成さ
れた共振電極で、符号１１、１２はアース電極である。
符号１４Ａ、１４Ｄは誘電体層７の一主面に形成された
容量形成用電極で、それぞれ共振電極１３Ａ、１３Ｄの
上方に形成され、共振電極１３Ａ、１３Ｄとビアホール
導体３１、３４によって接続されている。同様に、符号
１４Ｂ、１４Ｃは誘電体層２の一主面に形成された容量
形成用電極で、それぞれ共振電極１３Ｂ、１３Ｃの下方
に形成され、共振電極１３Ｂ、１３Ｃとビアホール導体
３２、３３によって接続されている。

【００１６】これらの共振電極１３Ａ〜１３Ｄ、アース
電極１１、１２、容量形成用電極１４Ａ、１４Ｂ、１４
Ｃ、１４Ｄ、ビアホール導体３１、３２、３３、３４
で、４段の１／４波長ストリップライン型共振器を形成
している。

【００１７】初段の共振器の共振電極１３Ａと隣り合う
共振電極１３Ｂは近接して配置されており、電極１３
Ａ、１３Ｂ間に相互インダクタンスが形成されている。
同様に、終段の共振器の共振電極１３Ｄと隣り合う共振
電極１３Ｃも近接して配置されており、電極１３Ｃ、１
３Ｄ間に相互インダクタンスが形成されている。つま
り、両脇の共振電極１３Ａ、１３Ｄと、これらにそれぞ
れ隣り合う共振電極１３Ｂ、１３Ｃとがそれぞれ近接し
て配置されている。

【００１８】共振電極１３Ａ、１３Ｂと、共振電極１３
Ｃ、１３Ｄの相互インダクタンスが小さすぎると通過帯
域近傍の高周波側に極を発生させることが困難になるた
め、共振電極１３Ａと１３Ｂ、共振電極１３Ｃと１３Ｄ
間は０．３ｍｍ以下、さらにフィルタの特性を調整する
ことを考えると０．１５ｍｍ以下が望ましい。

【００１９】また、ビアホール導体３１により接続され
た容量形成用電極１４Ａと共振電極１３Ａとの間には、
第１入出力電極１５Ａが形成され、ビアホール導体３２
により接続された容量形成用電極１４Ｂと共振電極１３
Ｂとの間には、第２入出力電極１６Ａが形成され、ビア
ホール導体３３により接続された容量形成用電極１４Ｃ
と共振電極１３Ｃとの間には、第２入出力電極１６Ｂが
形成され、ビアホール導体３４により接続された容量形
成用電極１４Ｄと共振電極１３Ｄとの間には、第１入出
力電極１５Ｂが形成されている。

【００２０】このように、第１入出力電極１５Ａ、１５
Ｂが、容量形成用電極１４Ａ、１４Ｄと対向することで
第１入出力容量を形成している。また、第２入出力電極
１６Ａ、１６Ｂが、容量形成用電極１４Ｂ、１４Ｃと対
向することで第２入出力容量を形成している。相互イン
ダクタンス、第１入出力容量、第２入出力容量および共
振器により、減衰極発生のための共振回路が構成されて
いる。

【００２１】また、誘電体層３の一主面に形成された浮
遊容量電極１７は共振電極１３Ｂ、１３Ｃと対向し、そ
れらの電極間の段間容量を形成している。

【００２２】このフィルタは、図１に示すように、未焼
成のグリーンシート等からなる複数の誘電体層の片面に
導電性材料からなる電極を印刷法等により形成し、基本
的には各電極が誘電体層１〜９間で接触短絡しないよう
にしてこれらの誘電体層を積層し、焼結一体化すること
によって作製される。

【００２３】誘電体層１〜９を構成する誘電体材料とし
ては、比誘電率が最大２０程度のもので、ａＭｇＯ・ｂ
ＣａＯ・ｃＴｉＯ₂（２５≦ａ≦３５，０．３≦ｂ≦
７，６０≦ｃ≦７０，ａ＋ｂ＋ｃ＝１００重量比）に、
ホウ素含有化合物をＢ₂Ｏ₃換算で３〜２０重量部、リ
チウム含有化合物をＬｉ₂Ｏ₃換算で１〜１０重量部添
加したものなどが良く、これにより、フィルタが内蔵さ
れる回路基坂内にＬＰＦやマッチング回路を一体的に内
蔵させることが可能となる。

【００２４】また、共振電極１３Ａ〜１３Ｄ、容量形成
用電極１４Ａ〜１４Ｄ，入出力電極１５Ａ、１５Ｂ、１
６Ａ、１６Ｂ等は、銅、銀、金などの低抵抗の導体を用
いて形成することが望ましい。そして、各誘電体層１〜
９は９００〜１０００℃程度の低温焼成材料を用いて回
路基板との同時焼成を行うことが好ましく、低温での同
時焼成により効率的に製造できる。

【００２５】本発明のフィルタは、単体では図２に示す
ような外観形状となる。入出力電極１５Ａ、１６Ａと、
１５Ｂ、１６Ｂに対応する位置に、外部入出力電極２
１、２２が形成され、残りの２側面に外部アース電極２
３、２４が形成されている。外部アース電極２３にはア
ース電極１１、１２が接続されるが、外部アース電極２
４には、更に共振電極１３Ａ〜１３Ｄの一端が接続され
る。

【００２６】本発明のフィルタを回路基板に内蔵する場
合、図４に示す構成となる。この図４はフィルタを内蔵
した回路基板の断面図を示すものである。この場合、外
部アース電極２３、２４、外部入出力電極２１、２２の
代わりにビアや垂直電極等を用い、回路基板の任意の箇
所にフィルタを設置できる。また、図４に示すようにア
ース電極１１、１２は回路基板のアース電極で代用して
も良い。

【００２７】本発明のフィルタの等価回路を図５に示
し、これについて以下に説明する。共振電極１３Ａ〜１
３Ｄ及びビアホール導体３１〜３４により共振インダク
タ４１〜４４が構成され、容量形成用電極１４Ａ〜１４
Ｄとアース電極１１、１２の間で、共振コンデンサ４５
〜４８が構成される。第１入出力電極１５Ａと容量形成
用電極１４Ａとの間で第１入出力コンデンサ５１、第２
入出力電極１６Ａと容量形成用電極１４Ｂとの間で第２
入出力コンデンサ５３が構成される。同様に、第１入出
力電極１５Ｂと容量形成用電極１４Ｄとの間で第１入出
力コンデンサ５２、第２入出力電極１６Ｂと容量形成用
電極１４Ｃとの間で第２入出力コンデンサ５４が構成さ
れる。浮遊容量電極１７により、段間コンデンサ５５が
構成される。

【００２８】共振電極１３Ａ〜１３Ｄはそれぞれ隣同士
の線路間で磁気結合しており、それは等価回路において
相互インダクタンスＭにより表される。特に、本発明の
フィルタでは初段の共振電極１３Ａとその隣の共振電極
１３Ｂ間の相互インダクタンスＭ₁と終段の共振電極１
３Ｄとその隣の共振電極１３Ｃ間の相互インダクタンス
Ｍ₃が急峻な減衰特性を得るために不可欠である。

【００２９】この等価回路において、通過周波数及び通
過帯域における整合は、主に共振インダクタ４１〜４４
と共振コンデンサ４５〜４８により調整し、相互インダ
クタンスＭ₁と第１入出力容量５１及び第２入出力容量
５３、同じく相互インダクタンスＭ₃と第１入出力容量
５２及び第２入出力容量５４の比率により通過帯域近傍
の減衰極位置を調整する。

【００３０】通過帯域近傍以外の特性については、入出
力コンデンサ、段間コンデンサ等を用いて調整する。例
えば、通過帯域の高周波側では、第２入出力コンデンサ
５３、５４と共振電極１３Ａ〜１３Ｄにより１／２波長
型共振回路が構成され、減衰極を形成することが可能で
ある。

【００３１】

【実施例】図１に示す積層型誘電体フィルタについてシ
ミュレーションにより減衰量および極の発生を求めた。
フィルタのサイズは３．５×３．５×１．２ｍｍとし、
共振電極１３Ａ〜１３Ｄのサイズを０．５ｍｍ×３ｍｍ
とし、共振電極１３Ａと共振電極１３Ｂとの間隔ｄ、お
よび共振電極１３Ｃと共振電極１３Ｄとの間隔ｄを、表
１に記載するように変化させた場合の＋４０ＭＨｚにお
ける減衰量および極の発生を求めた。

【００３２】尚、＋４０ＭＨｚにおける減衰量は、通過
帯域でのマッチングをとり、入出力容量で極位置を調整
し、挿入損失３ｄＢのときの高周波側の周波数を基準
に、高周波側に＋４０ＭＨｚずれた時の減衰量を求め、
減衰特性の急峻性を評価した。減衰量が大きいものほど
急峻な減衰特性を有するものである。

【００３３】

【表１】

【００３４】この表から、間隔ｄが０．３ｍｍ以下であ
る場合、特に０．１５ｍｍ以下である場合には、共振電
極間に発生する相互インダクタンスが大きくなた、極が
発生し、急峻な減衰特性を有することが判る。

【００３５】間隔ｄが０．１ｍｍの場合の電磁場シミュ
レーションによる伝送特性を図６に示す。この図６よ
り、通過周波数帯域１８０５〜１８８０ＭＨｚにおい
て、挿入損失３ｄＢ以下、−４０ＭＨｚにおける減衰量
９ｄＢ、＋４０ＭＨｚにおける減衰量１４ｄＢであっ
た。

【００３６】

【発明の効果】本発明の積層型誘電体フィルタは、共振
電極に接続された容量形成用電極とアース電極間の容量
により、共振電極長の短縮を図ることができ、小型化を
達成できる。また、共振電極間を近接することで発生す
る相互インダクタンスと入出力容量及び共振器から共振
回路が構成され、通過帯域近傍の高周波側に極が発生す
る。それにより、フィルタの急峻な減衰特性が実現され
る。さらに、本発明のフィルタは１．２ｍｍ以下で、Ｒ
Ｆモジュール用回路基板に一体的に製造可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型誘電体フィルタの模式的展開斜
視図である。

【図２】本発明の積層型誘電体フィルタの外観を示す斜
視図である。

【図３】本発明の積層型誘電体フィルタの断面図であ
る。

【図４】本発明の積層型誘電体フィルタを回路基板に内
蔵した場合の断面図である。

【図５】本発明の積層型誘電体フィルタの等価回路図で
ある。

【図６】本発明の積層型誘電体フィルタの電磁場シミュ
レーションによる伝送特性図である。

【図７】本発明の共振回路図である。

【図８】従来の同軸型誘電体フィルタの回路図である。

【符号の説明】

１〜９・・・誘電体層１１、１２・・・アース電極１３Ａ〜１３Ｄ・・・共振電極１４Ａ〜１４Ｄ・・・容量形成用電極１５Ａ、１５Ｂ・・・第１入出力電極１６Ａ、１６Ｂ・・・第２入出力電極１７・・・浮遊容量電極２１、２２・・・外部入出力電極２３、２４・・・外部アース電極３１〜３４・・・ビアホール導体４１〜４４・・・共振インダクタ４５〜４８・・・共振コンデンサ５１、５２・・・第１入出力コンデンサ５３、５４・・・第２入出力コンデンサ５５・・・段間コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体層を複数積層してなる積層体内に、
複数段の１／４波長ストリップライン型共振器を有する
積層型誘電体フィルタであって、前記１／４波長ストリ
ップライン型共振器を、同一平面に形成された複数の共
振電極と、両脇の共振電極の上下にそれぞれ形成され、
両脇の共振電極および該両脇の共振電極にそれぞれ隣り
合う共振電極とビアホール導体によりそれぞれ接続され
る容量形成用電極とを具備して構成するとともに、前記
ビアホール導体により接続された共振電極と容量形成用
電極との間にそれぞれ入出力電極を形成してなり、前記
両脇の共振電極と、該両脇の共振電極にそれぞれ隣り合
う共振電極とが近接し、電磁結合していることを特徴と
する積層型誘電体フィルタ。
【請求項２】両脇の共振電極と、該両脇の共振電極にそ
れぞれ隣り合う共振電極との間隔が０．３ｍｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の積層型誘電体フィル
タ。