JP2005269012A - フィルタ - Google Patents
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Abstract
【課題】折返し導波管型導波路を利用しつつ平面視状態の外形を小形化する。
【解決手段】誘電体層A1を挟んで互いに対向して配設された導体層15,17および導体層15,17を導通させる導通体THによって構成された導体壁で囲まれて多層基板PC内に形成された導波管型導波路B1と、導体層17,21および導体層17,21間を導通させる導通体THによって構成された導体壁で囲まれて多層基板内PCに導波管型導波路B1に沿って形成された導波管型導波路B2とを備え、各導波管型導波路B1,B2は、長さ方向に沿った同一方向側の端部がそれぞれ閉塞されると共に各端部において導体層17に配設された結合窓31を介して互いに連結されている。
【選択図】図2
【解決手段】誘電体層A1を挟んで互いに対向して配設された導体層15,17および導体層15,17を導通させる導通体THによって構成された導体壁で囲まれて多層基板PC内に形成された導波管型導波路B1と、導体層17,21および導体層17,21間を導通させる導通体THによって構成された導体壁で囲まれて多層基板内PCに導波管型導波路B1に沿って形成された導波管型導波路B2とを備え、各導波管型導波路B1,B2は、長さ方向に沿った同一方向側の端部がそれぞれ閉塞されると共に各端部において導体層17に配設された結合窓31を介して互いに連結されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、例えばマイクロ波やミリ波などの電磁波(高周波信号)を対象とする折返し導波路構造を備えたフィルタに関するものである。
折返し導波路の構造として、特開平9−199901号公報に開示された折返し導波管が知られている。この折返し導波管によれば、方形導波管を折り返して構成したことにより、小形で安定した性能のアンテナを構成することが可能となっている。
特開平9−199901号公報(第1,7頁、第1図)
ところで、近年では、移動体通信技術等の進歩により、通信に利用される電波の周波数帯域がGHz帯のような高周波域に拡がり、通信に利用される通信機器の小形化も進んでいる。このため、この種の通信機器において使用される高周波用のフィルタに対して、さらなる小形化への対応が求められている。このうち、小形化の要求に対しては、上記公報に開示の折返し導波管の構成を採用することにより、フィルタの占有面積を低減して対応することも考えられる。しかしながら、上記公報に開示の折返し導波管では、方形導波管を使用するため、要求を十分に満足させ得る小形化の達成が困難であるという問題点が存在する。
一方、最近では、誘電体層を挟んで配設された一対のグランド電極と、この各グランド電極間に配設されてこれらを導通させるスルーホール(導通体)とを用いて構成されて、電磁波を伝搬可能な導波管型導波路が開発されており、この導波管型導波路を利用することによってフィルタの大幅な小形化が実現されている。ところで、本願発明者は、フィルタをさらに小形化すべく、この導波管型導波路を利用したフィルタに上記公報に開示の折返し導波管の構成を適用することを考えた。この場合、折返し導波管型導波路を構成する一方の導波管型導波路と、他方の導波管型導波路とを、共通の一対のグランド電極間に形成する構成を採用することを検討した。しかしながら、この構成では、グランド電極を平面視した状態において各導波管型導波路が並設されることになるため、この折返し導波管型導波路を用いたフィルタを多層基板内に形成した際のフィルタの平面視外形が大きくなるという課題が存在する。
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、折返し導波管型導波路を利用しつつ平面視状態の外形を小形化し得るフィルタを提供することを主目的とする。
本発明に係るフィルタは、誘電体層を挟んで互いに対向して配設された第1および第2のグランド電極並びに当該各グランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて多層基板内に形成された第1の導波管型導波路と、前記第1および第2のグランド電極のうちの一方のグランド電極、誘電体層を挟んで当該一方のグランド電極に対向して配設された第3のグランド電極、並びに当該一方のグランド電極および当該第3のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて前記多層基板内に前記第1の導波管型導波路に沿って形成された第2の導波管型導波路とを備え、前記各導波管型導波路は、長さ方向に沿った同一方向側の端部がそれぞれ閉塞されると共に当該各端部において前記一方のグランド電極に配設された結合窓を介して互いに連結されている。
この場合、前記各導波管型導波路については、前記同一方向側の端部を除く他の部位において、前記一方のグランド電極に配設された他の結合窓を介して互いに連結することができる。
また、本発明に係るフィルタは、誘電体層を挟んで互いに対向して配設された第1および第2のグランド電極並びに当該各グランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて多層基板内に形成された第1の導波管型導波路と、前記第1および第2のグランド電極のうちの一方のグランド電極、誘電体層を挟んで当該一方のグランド電極に対向して配設された第3のグランド電極、並びに当該一方のグランド電極および当該第3のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて前記多層基板内に前記第1の導波管型導波路に沿って形成された第2の導波管型導波路と、前記第1および第2のグランド電極のうちの他方のグランド電極、前記第3のグランド電極、並びに当該他方のグランド電極および当該第3のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて前記多層基板内に形成されると共に前記各導波管型導波路における長さ方向に沿った同一方向側の端部に配設された共振器とを備え、前記各導波管型導波路は、前記同一方向側の端部が前記共振器を介して互いに連結されている。
この場合、前記各導波管型導波路については、前記一方のグランド電極に配設された結合窓を介して互いに連結させることができる。
また、前記第1および第2のグランド電極のうちの他方のグランド電極と同層に配設されると共に前記第1の導波管型導波路に接続されて電磁波を当該第1の導波管型導波路に入力する入力線路と、前記第3のグランド電極と同層であって前記一方のグランド電極を挟んで前記入力線路に対向して配設されると共に前記第2の導波管型導波路に接続されて当該第2の導波管型導波路からの前記電磁波を出力する出力線路とを備え、前記入力線路および前記出力線路については、前記一方のグランド電極に形成された結合窓を介して互いに結合させることができる。
また、本発明に係るフィルタは、グランド電極と誘電体層とを交互に複数積層して構成された多層基板内に一対の導波管型導波路が配設され、前記各導波管型導波路は、前記誘電体層を挟んで互いに対向して配設された一対のグランド電極と、当該一対のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁とで囲まれて形成された共振器を前記多層基板の積層方向に沿って複数積み重ねて構成されると共に、相互間に位置する前記導体壁を共有して互いに平行な状態で配設され、かつ、前記積層方向に沿った同一方向側の端部において互いの前記共振器同士が相互間に位置する前記導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結されて構成されている。
この場合、前記各導波管型導波路を構成して前記各端部における前記共振器以外の前記共振器同士については、相互間に位置する前記導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結することができる。
また、本発明に係るフィルタは、グランド電極と誘電体層とを交互に複数積層して構成された多層基板内に一対の導波管型導波路が配設されると共に当該各導波管型導波路における当該多層基板の積層方向に沿った同一方向側の各端部に共振器が配設され、前記共振器は、前記誘電体層を挟んで互いに対向して配設された一対のグランド電極と、当該一対のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁とで囲まれて形成され、前記各導波管型導波路は、前記誘電体層を挟んで互いに対向して配設された一対のグランド電極と、当該一対のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁とで囲まれて形成された共振器を当該多層基板の積層方向に沿って複数積み重ねて構成されると共に、相互間に位置する前記導体壁を共有して互いに平行な状態で配設され、かつ、当該共振器が前記各端部に配設された前記共振器を介して互いに連結することによって互いに連結されている。
この場合、前記各導波管型導波路を構成する前記各共振器同士については、相互間に位置する前記導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結することができる。
本発明に係るフィルタによれば、第1の導波管型導波路および第2の導波管型導波路を備え、長さ方向に沿った同一方向側の端部をそれぞれ閉塞し、かつこの端部において一方のグランド電極に配設された結合窓を介して互いに連結されるように各導波管型導波路を構成したことにより、第1および第2の導波管型導波路が平面視状態において互いに重なり合う折返し型の導波管型導波路を多層基板内に構成することができる。したがって、グランド電極を平面視した状態でのフィルタの外形を十分に小形化することができる。
また、本発明に係るフィルタによれば、同一方向側の端部を除く他の部位において、一方のグランド電極に配設された他の結合窓を介して各導波管型導波路を互いに連結したことにより、電磁波に対する複数の伝搬経路(マルチパス経路)が形成される結果、減衰極を形成することができる。したがって、この結合窓の形成位置や大きさを適宜設定することにより、所望の周波数特性のフィルタを実現することができる。
本発明に係るフィルタによれば、第1の導波管型導波路、第2の導波管型導波路、および共振器を備え、同一方向側の端部が共振器を介して互いに連結されるように各導波管型導波路を構成したことにより、グランド電極を平面視した状態において、第1の導波管型導波路上に第2の導波管型導波路を折り返して重ねた状態で両導波管型導波路を多層基板内に形成することができる。したがって、グランド電極を平面視した状態での外形を十分に小形化することができる。
また、本発明に係るフィルタによれば、一方のグランド電極に配設された結合窓を介して各導波管型導波路を互いに連結したことにより、電磁波に対する複数の伝搬経路(マルチパス経路)が形成される結果、減衰極を形成することができる。したがって、この結合窓の形成位置や大きさを適宜設定することにより、所望の周波数特性のフィルタを実現することができる。
さらに、本発明に係るフィルタによれば、一方のグランド電極に形成された結合窓を介して入力線路と出力線路とを互いに結合したことにより、電磁波に対する複数の伝搬経路(マルチパス経路)を入力線路と出力線路との間に形成して、新たな減衰極を形成することができる。したがって、さまざまな周波数特性のフィルタを実現することができる。
本発明に係るフィルタによれば、多層基板内に一対の導波管型導波路を配設し、この各導波管型導波路については、一対のグランド電極と導体壁とで囲まれて形成された共振器を多層基板の積層方向に沿って複数積み重ねると共に、相互間に位置する導体壁を共有して互いに平行な状態で配設し、かつ、積層方向に沿った同一方向側の端部において互いの共振器同士が相互間に位置する導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結して構成したことにより、グランド電極に対して直交する方向に沿って第1および第2の導波管型導波路を多層基板内に形成することができる。このため、グランド電極を平面視した状態において第1および第2の導波管型導波路同士を重ねることはできないものの、平面視した状態での各導波管型導波路自体の外形を十分に小形化することができる。したがって、グランド電極を平面視した状態でのフィルタの外形を十分小形化することができる。
また、本発明に係るフィルタによれば、各導波管型導波路を構成する共振器のうちの各端部における共振器以外の共振器同士について、相互間に位置する導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結したことにより、電磁波に対する複数の伝搬経路(マルチパス経路)が形成される結果、減衰極を形成することができる。したがって、この結合窓の形成位置や大きさを適宜設定することにより、所望の周波数特性のフィルタを実現することができる。
本発明に係るフィルタによれば、多層基板内に一対の導波管型導波路と共振器とを配設し、この共振器については、一対のグランド電極と導体壁とで囲んで形成し、各導波管型導波路については、一対のグランド電極と導体壁とで囲まれて形成された共振器を多層基板の積層方向に沿って複数積み重ねると共に、相互間に位置する導体壁を共有して互いに平行な状態で配設し、かつ、共振器が各端部に配設された共振器を介して互いに連結することによって互いに連結したことにより、グランド電極に対して直交する方向に沿って第1および第2の導波管型導波路を多層基板内に形成することができる。このため、グランド電極を平面視した状態において第1および第2の導波管型導波路同士を重ねることはできないものの、平面視した状態での各導波管型導波路自体の外形を十分に小形化することができる。さらに、グランド電極を平面視した状態において、多層基板の積層方向に沿った同一方向側の各端部に配設された共振器の占有面積の範囲内に各導波管型導波路を含ませることができるため、その共振器を設けた構成であっても外形の大形化を回避することができる。したがって、グランド電極を平面視した状態でのフィルタの外形を十分小形化することができる。
また、本発明に係るフィルタによれば、各導波管型導波路を構成する各共振器同士について、相互間に位置する導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結したことにより、電磁波に対する複数の伝搬経路(マルチパス経路)が形成される結果、減衰極を形成することができる。したがって、この結合窓の形成位置や大きさを適宜設定することにより、所望の周波数特性のフィルタを実現することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係るフィルタの好適な形態について説明する。
最初に、本発明に係るフィルタの構成について、図面を参照して説明する。
フィルタ1は、図1に示すように、入力線路2、複数(一例として4つ)の共振器3,4,5,6、および出力線路7を備え、多層基板(一例として5層基板)PC内に形成されている。なお、図1では、説明の理解を容易にするために、後述する導通体や導体層を、その一部を切り欠いたり、省略したりした状態で表している。
多層基板PCは、図1,2に示すように、第1の誘電体層A1、第1の誘電体層A1の表面(同図中の上面。第1のプレーンP1)上に形成された第1の導体層11、第1の誘電体層A1の裏面(同図中の下面。第2のプレーンP2)上に形成された第2〜第5の導体層12,13,14,15、第2の誘電体層A2、第2の誘電体層A2の裏面(同図中の下面。第3のプレーンP3)上に形成された第6および第7の導体層16,17、第3の誘電体層A3、第3の誘電体層A3の裏面(同図中の下面。第4のプレーンP4)上に形成された第8〜第11の導体層18,19,20,21、第4の誘電体層A4、および第4の誘電体層A4の裏面(同図中の下面。第5のプレーンP5)上に形成された第12の導体層22が、この順序で積層されて構成されている。この場合、第2〜第4の導体層12〜14は、第3の導体層13を中心として互いに平行に配設され、第1の誘電体層A1の中心側に位置するそれぞれの端部が第5の導体層15に接続されている。第6の導体層16は、第2の誘電体層A2の中心側に位置する端部が第7の導体層17に接続されている。第8〜第10の導体層18〜20は、第9の導体層19を中心として互いに平行に配設され、第3の誘電体層A3の中心側に位置するそれぞれの端部が第11の導体層21に接続されている。
第1の導体層11は、第1の誘電体層A1を挟んで第2〜第4の導体層12〜14と対向する位置に配設されている。第6の導体層16は、第2の誘電体層A2を挟んで第2〜第4の導体層12〜14と対向すると共に、第3の誘電体層A3を挟んで第8〜第10の導体層18〜20と対向する位置に配設されている。第7の導体層17は、第2の誘電体層A2を挟んで第5の導体層15と対向すると共に、第3の誘電体層A3を挟んで第11の導体層21と対向する位置に配設されている。第12の導体層22は、第4の誘電体層A4を挟んで第8〜第10の導体層18〜20と対向する位置に配設されている。また、第2のプレーンP2上の各導体層12〜14は、それぞれ、第4のプレーンP4上の各導体層18〜20と同一形状に形成されると共に、第3のプレーンP3上に形成された第6の導体層16を挟んで各導体層18〜20と対向している。また、第2のプレーンP2上の第5の導体層15は、第4のプレーンP4上の導体層21と同一形状に形成されると共に、第3のプレーンP3上に形成された第7の導体層17を挟んで導体層21と対向している。
また、第1の導体層11と、第2のプレーンP2上に形成された第2〜第5の導体層12,13,14,15とは、図1,2に示すように、第1の誘電体層A1を貫通すると共に第1の導体層11の3辺(多層基板PC内部の3辺)に沿って配設された複数の導通体(メタライズされたスルーホールまたはビアホール)THによって互いに導通させられている。第6の導体層16および第7の導体層17は、第6の導体層16における入力線路2の先端に対向する部位を除く周縁に沿って、かつ第2の誘電体層A2を貫通して配設された複数の導通体THによって、第2、第4および第5の導体層12,14,15にそれぞれ導通させられている。また、第8、第10および第11の導体層18,20,21は、図2に示すように、第2のプレーンP2と第3のプレーンP3との間に配設された導通体THと同じように配列された複数の導通体THによって、第6および第7の導体層16,17の周縁と導通させられている。第12の導体層22と、第4のプレーンP4上に形成された第8〜第11の導体層18,19,20,21とは、第4の誘電体層A4を貫通すると共に第12の導体層22の3辺(多層基板PC内部の3辺)に沿って配設された複数の導通体THによって互いに導通させられている。この場合、各誘電体層A1〜A4に配設された各導通体THによって互いに導通させられた第1の導体層11、第2の導体層12、第4〜第8の導体層14〜18、第10〜12の導体層20〜22は、これらのうちの少なくとも1つが接地されることにより、それぞれがグランド電位に規定されてグランド電極を構成する。これらグランド電極のうちの、第7の導体層17が本発明における第1および第2のグランド電極のうちの一方(第2のグランド電極)に相当し、第5の導体層15が本発明における第1および第2のグランド電極のうちの他方(第1のグランド電極)に相当する。また、第11の導体層21が本発明における第3のグランド電極に相当する。
また、各誘電体層A1〜A4に配設(配列)された各導通体THは、伝搬する電磁波が漏洩しないように、その間隔が所定値以下(例えば電磁波の波長の1/4以下)に設定されており、擬似的な導体壁として機能する。なお、第3の導体層13を挟んで配設された第2の導体層12および第4の導体層14と、第9の導体層19を挟んで配設された第8の導体層18および第10の導体層20も、それぞれに接続された各導通体THと共に擬似的な導体壁の一部を構成する。
入力線路2は、第5の導体層15と同層に形成された第3の導体層13によって構成(配設)されると共に、各誘電体層A1,A2を介して、各導体層11,16と、第2および第4の導体層12,14およびこれらの導体層12,14に接続された複数の導通体THで構成される擬似的な一対の導体壁とで挟まれることにより、TEMモードの電磁波を伝送するコプレーナ線路に形成されている。この場合、入力線路2は、導波管型導波路B1に接続されて電磁波を導波管型導波路B1に入力する。また、第2の誘電体層A2を挟んで互いに対向して配設された第5の導体層15および第7の導体層17と、これらの導体層15,17を導通させる複数の導通体THで構成される導体壁とで囲まれた領域は、TEモードの電磁波を伝搬する導波管型導波路B1(本発明における第1の導波管型導波路)を構成する。また、導波管型導波路B1の内部には、第2の誘電体層A2を貫通して配設されて各導体層15,17を導通させる複数(本例では2本)の導通体TH1が配設されている。これにより、導波管型導波路B1は各導通体TH1によって区画された2つの領域をその内部に備えた構成となり、入力線路2側の領域が共振器3を構成し、他方の領域が共振器4を構成する。
同様にして、第3の誘電体層A3を挟んで互いに対向して配設された第7の導体層17および第11の導体層21と、各導体層17,21を導通させる複数の導通体THで構成される導体壁とで囲まれた領域は、TEモードの電磁波を伝搬する導波管型導波路B2(本発明における第2の導波管型導波路)を構成する。また、導波管型導波路B2の内部には、第3の誘電体層A3を貫通して配設されて各導体層17,21を導通させる複数(本例では2本)の導通体TH2が配設されている。これにより、導波管型導波路B2は各導通体TH2によって区画された2つの領域をその内部に備えた構成となり、第9の導体層19側の領域が共振器6を構成し、他方の領域が共振器5を構成する。また、多層基板PCの積層方向に対して互いに上下に位置する共振器4および共振器5は、第7の導体層17(つまりH面)に設けられた結合窓(一例として磁気的結合窓)31を介して互いに連結されている。この場合、結合窓31は、一例としてH面結合窓として形成されている。出力線路7は、第11の導体層21と同層に形成された第9の導体層19によって構成(配設)されると共に、各誘電体層A3,A4を介して、各導体層16,22と、第8および第10の導体層18,20およびこれらの導体層18,20に接続された複数の導通体THで構成される擬似的な一対の導体壁とで挟まれることにより、TEMモードの電磁波を伝送するコプレーナ線路に形成されている。この場合、出力線路7は、導波管型導波路B2に接続されて電磁波を導波管型導波路B2から出力する。なお、各導体層11,22は、一例として、それらの面積を、第2および第4の導体層12,14(第8および第10の導体層18,20)を覆うに必要最低限の広さに形成したが、少なくともこの面積以上に形成されていればよく、例えば、図2に示す第1のプレーンP1および第5のプレーンP5の全域に亘る広さに形成することもできる。
以上のように、多層基板PCの積層方向に沿って、出力線路7の上方に入力線路2を積層し、共振器6の上に共振器3を積層し、かつ共振器5の上に共振器4を積層した構成を採用したことにより、フィルタ1は、多層基板PCの積層方向に沿って第7の導体層17を共有した状態で互いに重なるように積層されると共に長さ方向(入力線路2および出力線路7の長さ方向と平行な方向)に沿った同一方向側の端部(図1,2中の右方向の端部)が導通体THによる導体壁でそれぞれ閉塞された導波管型導波路B1および導波管型導波路B2を備えると共に、各導波管型導波路B1,B2がこの端部において結合窓31を介して互いに連結されることによって全体として折返し型の導波管型導波路として形成された構成を備えている。また、このフィルタ1では、両導波管型導波路B1,B2が、第3のプレーンP3を基準面として、ほぼ面対称に形成されている。
次に、フィルタ1の動作について、図3,4を参照して説明する。なお、図3では、理解を容易にするために、上述した擬似的な導体壁を構成する各導通体THの一部および各導体層12,14,18,20の図示を省略している。
このフィルタ1では、同図に示すように、TEMモードの電磁波W1が入力線路2に入力された際に、この電磁波W1は、TEモードの電磁波W2として共振器3に入力する。次いで、電磁波W2は、結合窓として機能する各導通体TH1,TH1間の隙間を経由して共振器4に伝搬される。その後、電磁波W2は、結合窓31を経由して共振器5に伝搬され、さらに、結合窓として機能する各導通体TH2,TH2間の隙間を経由して共振器6に伝搬された後に、TEMモードの電磁波W3として出力線路7から出力される。この際に、各共振器3,4,5,6では、その構造に応じた共振周波数帯域の電磁波W2のみが通過し、共振周波数帯域外の電磁波は入力側に反射される。したがって、フィルタ1は、例えば、図5に示すような特性を備えた帯域通過型フィルタ(BPF)として機能する。なお、図5では、実線が電磁波の通過特性を示し、破線が電磁波の反射特性を示している。この点に関して、後述する図7でも同様である。
このように、このフィルタ1によれば、第2の誘電体層A2を挟んで互いに対向して配設された各導体層15,17およびこの各導体層15,17間を導通させる複数の導通体THで囲まれた導波管型導波路B1と、第3の誘電体層A3を挟んで互いに対向して配設された各導体層17,21およびこの各導体層17,21間を導通させる複数の導通体THで囲まれた導波管型導波路B2とを多層基板PCの積層方向に沿って積層すると共に、結合窓31を介して両導波管型導波路B1,B2を同一方向側の端部で互いに連結したことにより、複数(このフィルタ1では2つ)の導波管型導波路B1,B2が平面視状態において互いに重なり合う折返し型の導波管型導波路を構成することができる。したがって、導波管型導波路B1,B2が重なり合う分、多層基板PCの積層方向に対して直交する方向に沿って各導波管型導波路B1,B2を平面的に配設する従来の構成と比較して、フィルタ1を平面視した際(積層方向から見た際)の面積(外形)を十分に小さく(約半分に)することができる。また、このフィルタ1によれば、入力線路2および出力線路7を多層基板PC内に形成したことにより、多層基板PC単体で入出力部を有するフィルタを構成することができる。
なお、本発明は、上記した構成に限定されない。例えば、上記のフィルタ1では、5層の多層基板PCを用いて、その内部に2つの導波管型導波路B1,B2を多層基板PCの積層方向に沿って積層して形成した例を挙げて説明したが、6層以上の多層基板PCを用いて、その内部に3つ以上の導波管型導波路を積層方向に沿って積層して形成し、各導波管型導波路を結合窓で連結する構成を採用することもできる。
また、上記の構成では、入力線路2から入力した電磁波W1のうちの結合窓31を通過した電磁波W2のみが出力線路7から出力される構成(つまり、電磁波の伝搬経路が1つの構成)を例に挙げて説明したが、例えば、図6に示すフィルタ1Aのように、結合窓31の他に、第6の導体層16における入力線路2と出力線路7とで挟まれた領域(他の部位)に他の結合窓32を配設して、この結合窓32を介して入力線路2と出力線路7とを互いに結合させる構成を採用することもできる。つまり、複数の伝搬経路(いわゆるマルチパス)を有するフィルタを構成することができる。この構成を採用することにより、入力線路2から入力した電磁波W1のうちの、結合窓32を通過することなく導波管型導波路B1から結合窓31および導波管型導波路B2を経由して出力線路7まで伝搬する電磁波W2と、結合窓32を通過して出力線路7に伝搬する電磁波W4との間に位相差を生じさせることができ、しかも結合窓31,32の大きさや形成位置を調整することによってこの位相差を調整することができる。したがって、これらの電磁波W2,W4の位相差を180度に設定することにより、各電磁波W2,W4の一部同士を打ち消し合わせることができるため、フィルタ1に減衰極を形成することができる。この減衰極を形成したフィルタ1Aの周波数特性を図7に示す。同図に示す周波数特性から明らかなように、結合窓31と共に結合窓32を配設したことにより、通過周波数帯域の低周波側に減衰極が形成されて、結合窓31のみを形成したフィルタ1の周波数特性(図5参照)と比較して、通過周波数帯域の低周波側における減衰の立ち下がりを一層急峻に調整することができる。したがって、このような結合窓32の形成位置や大きさを適宜設定することにより、所望の周波数特性のフィルタを実現することができる。なお、他の結合窓32としては、上述した部位以外に配設することもできる。例えば、図8に示すフィルタ1Bのように、第7の導体層17における共振器3と共振器6とで挟まれた領域に結合窓32を配設することもできる。また、この結合窓32を2つ以上配設することもできる。なお、図6,8に示すフィルタ1A,1bについては、フィルタ1と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略している。
また、上記の構成では、導波管型導波路B1,B2を、その長さ方向に沿った同一方向側の端部において第7の導体層17(各導波管型導波路B1,B2が共有する導体層)に形成した結合窓31を介して直接連結した構成について説明したが、結合窓31を第7の導体層17に形成する構成に代えて、図9,10に示すフィルタ1Cのように、導波管型導波路B1,B2の長さ方向に沿った同一方向側の端部に配設した共振器33を備え、共振器33を介して両導波管型導波路B1,B2を連結して構成することもできる。なお、フィルタ1Cは、その基本構成がフィルタ1とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。このフィルタ1Cでは、各導波管型導波路B1,B2の同一方向側の端部(図9,10中の右方向の端部)の前方において、第5の導体層15および第11の導体層21をさらに同方向に延出させ、かつ第5の導体層15および第11の導体層21における各延出部位の周縁(共振器4,5に接する縁部を除く)に沿って各延出部位間を導通させる複数の導通体THを配設することにより、第5の導体層15および第11の導体層21における各延出部位と、複数の導通体THで構成される導体壁とで共振器33が構成されている。この場合、共振器33の厚みは、共振器4,5の各厚みの合計と同じになる。また、共振器33と各共振器4,5との各境界部分には導通体TH3,TH4がそれぞれ複数配設され、共振器33と各共振器4,5とは、結合窓として機能する各導通体TH3,TH4間の隙間を経由して互いに連結されている。
このフィルタ1Cでは、図10に示すように、TEMモードの電磁波W1が入力線路2に入力された際に、この電磁波W1は、TEモードの電磁波W2として共振器3に入力する。次いで、電磁波W2は、結合窓として機能する導通体TH1間の隙間を経由して共振器4に伝搬され、さらに結合窓として機能する導通体TH3間の隙間を経由して共振器33に伝搬される。共振器33に伝搬した電磁波W2は、結合窓として機能する導通体TH4間の隙間を経由して共振器5に伝搬され、さらに結合窓として機能する導通体TH2間の隙間を経由して共振器6に伝搬された後に、TEMモードの電磁波W3として出力線路7から出力される。このフィルタ1Cでも、フィルタ1と比較して共振器33の分だけ外形が大型化するものの、各導波管型導波路B1,B2が平面視状態で互いに重なり合うため、その外形を十分に小形化することができる。
また、このフィルタ1Cにおいても、上記したフィルタ1Aと同様にして、第6の導体層16における入力線路2と出力線路7とで挟まれた領域に上記した他の結合窓32を配設する(例えば、位置PO1に配設する)構成を採用することもできるし、上記したフィルタ1Bと同様にして、第7の導体層17における共振器3と共振器6とで挟まれた領域に他の結合窓32を配設する(例えば、位置PO2に配設する)こともできる。さらに、フィルタ1Cにおいて、第7の導体層17における共振器4と共振器5とで挟まれた領域に他の結合窓32を配設する(例えば、位置PO3に配設する)こともできる。これらの構成のうちの少なくとも1つを採用することにより、フィルタ1Cをベースとして、複数の伝搬経路(いわゆるマルチパス)を有して、減衰極が形成されたフィルタを構成することができる。このように構成することで、新たな減衰極を形成することができる結果、さまざまな周波数特性のフィルタを実現することができる。
また、上記したフィルタ1,1A,1B,1Cでは、多層基板PC内に導体層と平行に各導波管型導波路B1,B2を配設する構成を採用したが、導体層に対して直交する方向に沿って多層基板PC内に導波管型導波路を配設することによっても、小形のフィルタを多層基板PC内に構成することができる。
フィルタ1Dは、図11,12に示すように、入力線路2、導波管型導波路B3を構成する2つの共振器41,42、導波管型導波路B4を構成する2つの共振器43,44、および出力線路7を備え、多層基板(一例として4層基板)PC1内に形成されている。なお、同図では、説明の理解を容易にするために、後述する導通体を省略した状態で表している。また、フィルタ1と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
多層基板PC1は、図12に示すように、第1の誘電体層A1、第1の誘電体層A1の表面(同図中の上面。第1のプレーンP1)上に形成された導体層51、第1の誘電体層A1の裏面(同図中の下面。第2のプレーンP2)上に形成された3つの導体層52,53,54、第2の誘電体層A2、第2の誘電体層A2の裏面(同図中の下面。第3のプレーンP3)上に形成された3つの導体層55,56,57、第3の誘電体層A3、および第3の誘電体層A3の裏面(同図中の下面。第4のプレーンP4)上に形成された2つの導体層58,59が、この順序で積層されて構成されている。この場合、各導体層51,52,55は、互いの平面形状が同一に設定されると共に、導体層52に対して各導体層51,55がそれぞれ対向するようにして配設されている。また、導体層56,57は、導体層55の両側に配設されると共に、それぞれの端部が導体層55における一対の対向辺(図11において、斜め左上および斜め右下の対向辺)のほぼ中央部位にそれぞれ接続されている。また、各導体層53,58は互いに対向して配設されると共に、導体層56が各導体層53,58間に配設されている。また、各導体層54,59は互いに対向して配設されると共に、導体層57が各導体層54,59間に配設されている。
また、各導体層51,52のそれぞれの周縁(四辺)には、第1の誘電体層A1を貫通して両導体層51,52を導通させる複数の導通体(図示せず)が配設されている。また、各導体層52,55のそれぞれの周縁(四辺)にも、導体層55における各導体層56,57が接続された部位およびその近傍を除き、第2の誘電体層A2を貫通して両導体層55,52を導通させる複数の導通体(図示せず)が配設されている。また、各導体層53,58における導体層56の長さ方向と平行な各縁部にも、第2の誘電体層A2および第3の誘電体層A3を貫通して両導体層53,58を導通させる複数の導通体(図示せず)が配設されている。同様にして、各導体層54,59における導体層57の長さ方向と平行な各縁部にも、第2の誘電体層A2および第3の誘電体層A3を貫通して両導体層54,59を導通させる複数の導通体(図示せず)が配設されている。これらの各導通体は、その間隔が所定値以下(例えば電磁波の波長の1/4以下)に設定されて擬似的な導体壁として機能する。また、各導体層51〜59は、これらのうちの少なくとも1つが接地されることにより、それぞれがグランド電位に規定されてグランド電極を構成する。
また、導体層55の中央部分には、図11,12に示すように、第2の誘電体層A2を貫通して導体層52,55を導通させる複数の導通体TH5が、導体層56,57の長さ方向と直交する方向に沿って一列に配設されている。各導通体TH5もまた、その間隔が所定値以下(例えば電磁波の波長の1/4以下)に設定されて擬似的な導体壁として機能する。これにより、導体層52、導体層55、および両導体層52,55の周縁に形成された導通体による導体壁で囲まれた領域が導通体TH5で2分されることにより、この領域内に共振器41および共振器44が形成される。一方、導体層51の中央部分には、同図に示すように、第1の誘電体層A1を貫通して導体層51,52を導通させる複数(同図では一例として2本)の導通体TH6が、導体層56,57の長さ方向と直交する方向に沿って一列に配設されている。これにより、導体層51、導体層52、および両導体層51,52の周縁に形成された導通体による導体壁で囲まれた領域が導通体TH6で2分されることにより、この領域内に共振器42および共振器43が形成される。この場合、導通体TH6の隙間が、両共振器42,43を連結する結合窓として機能する。また、各共振器41,42は、導体層52における互いに共有する部位に形成された結合窓60を介して連結されることにより、全体として一つの導波管型導波路B3を構成する。また、各共振器43,44は、導体層52における互いに共有する部位に形成された結合窓61を介して連結されて、全体として他の一つの導波管型導波路B4を構成する。したがって、各導波管型導波路B3,B4は、積層方向に沿った同一方向側(図12中の上方向側)の端部に位置する互いの共振器42,43同士が導通体TH6の隙間(本発明における導体壁に形成された結合窓)を介して連結されて構成されている。以上の構成要素を有するこのフィルタ1Dでは、両導波管型導波路B3,B4が、導通体TH5,TH6の形成面を基準として、ほぼ面対称に形成されている。
入力線路2は、導体層56によって構成されると共に、各誘電体層A2,A3を介して、各導体層53,58、および各導体層53,58を導通させる導通体で構成された擬似的な一対の導体壁で挟まれることにより、TEMモードの電磁波を伝送するコプレーナ線路に形成されている。出力線路7は、導体層57によって構成されると共に、各誘電体層A2,A3を介して、各導体層54,59、および各導体層54,59を導通させる導通体で構成された擬似的な一対の導体壁で挟まれることにより、入力線路2と同様に、TEMモードの電磁波を伝送するコプレーナ線路に形成されている。
このフィルタ1Dでは、図11,12に示すように、TEMモードの電磁波W1が入力線路2に入力された際に、この電磁波W1は、TEモードの電磁波W2として共振器41に入力する。次いで、電磁波W2は、結合窓60を経由して共振器42に伝搬され、さらに導通体TH6間の隙間を経由して共振器43に伝搬される。その後、電磁波W2は、結合窓61を経由して共振器44に伝搬された後、TEMモードの電磁波W3として出力線路7から出力される。
このように、このフィルタ1Dによれば、各導体層51〜59に対して直交する方向に沿って一対の導波管型導波路B3,B4を多層基板PC1内に形成することができる。このため、各導体層51〜59を平面視した状態において、各導波管型導波路B3,B4同士を重ねることはできないものの、導波管型導波路B3を構成する共振器41と共振器42とを重なることができ、かつ導波管型導波路B4を構成する共振器43と共振器44とを重ねることができる。したがって、平面視した状態での各導波管型導波路B3,B4自体の外形を小さくすることができる結果、フィルタ1Dを十分に小形化することができる。
また、このフィルタ1Dをベースとして、図13に示すように、一部の導通体TH5を取り除くなどして導通体TH5によって形成された導体壁に結合窓62を形成することにより、フィルタ1A,1Bと同様の複数の伝搬経路(いわゆるマルチパス)を有するフィルタ1Eを構成することができる。
さらに、このフィルタ1Dをベースとして、図14に示すように、各導波管型導波路B3,B4の積層方向に沿った同一方向側の各端部(同図中の上端部)において、各共振器42,43と導体層51を共有した状態で別の共振器63を配設することにより、この共振器63を介して一対の導波管型導波路B3,B4が折り返した状態で連結される構成のフィルタ1Fを実現することもできる。なお、フィルタ1Dと同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。この場合、5層基板としての多層基板PC2を使用し、共振器63は、導体層51、誘電体層A1の上に積層された誘電体層A0の上面(プレーンP0)に導体層51と対向して配設された導体層64、および誘電体層A0を貫通するように導体層64の周縁に配設された複数の図示しない導通体(擬似的な導体壁を構成する)で囲まれて構成されている。また、導体層51における共振器42と共振器63との共有部位、および共振器43と共振器63との共有部位には、結合窓65,66がそれぞれ形成されている。
このフィルタ1Fでは、同図に示すように、共振器41内のTEモードの電磁波W2は、結合窓60、共振器42、導通体TH6間の隙間、共振器43、結合窓61を経由して共振器44に達する伝搬経路と、結合窓60、共振器42、結合窓65、共振器63、結合窓66、共振器43、結合窓61を経由して共振器44に達する伝搬経路の2つの経路を伝搬する。したがって、フィルタ1Fは、複数(2つ)の伝搬経路(いわゆるマルチパス)を有するフィルタとして機能する。さらに、このフィルタ1Fでは、導通体TH5に結合窓を形成することにより、3つ目の伝搬経路を形成することもできる。一方、各導通体TH5,TH6の間隔を、例えば電磁波W2の波長の1/4以下に設定することにより、フィルタ1Fをベースとして、マルチパスを有しないフィルタを実現することもできる。
このフィルタ1Fによれば、導体層64(グランド電極)を平面視した状態において導波管型導波路B3,B4同士を重ねることはできないものの、平面視した状態での各導波管型導波路B3,B4自体の外形を十分に小形化することができる。さらに、導体層64を平面視した状態において、共振器63の占有面積の範囲内に各導波管型導波路B3,B4を含ませることができるため、共振器63を設けた構成であっても、導体層64(グランド電極)を平面視した状態におけるフィルタ1Fの大形化を回避して、十分小形化することができる。
なお、上記したフィルタ1,1A,1B,1C,1D,1E,1Fでは、2つの共振器で各導波管型導波路B1,B2,B3,B4を構成した例について説明したが、各導波管型導波路B1〜B4を3つ以上の共振器で構成することもできるのは勿論である。また、各導波管型導波路B1,B2を同数の共振器で構成した例について説明したが、例えば導波管型導波路B1を2個の共振器で構成すると共に、導波管型導波路B2を3個の共振器で構成する等、各導波管型導波路B1,B2を異なる数の共振器で構成することもできる。同様にして、各導波管型導波路B3,B4についても、各々を異なる数の共振器で構成することができる。また、入力線路2および出力線路7をコプレーナ線路で形成した例について上記したが、マイクロストリップ線路やストリップ線路で形成することもできる。
1,1A〜1F フィルタ
2 入力線路
7 出力線路
11〜22 導体層
31〜32,60〜62,65,66 結合窓
33 共振器
51〜59,64 導体層
A0〜A4 誘電体層
B1〜B4 導波管型導波路
PC,PC1,PC2 多層基板
2 入力線路
7 出力線路
11〜22 導体層
31〜32,60〜62,65,66 結合窓
33 共振器
51〜59,64 導体層
A0〜A4 誘電体層
B1〜B4 導波管型導波路
PC,PC1,PC2 多層基板
Claims (9)
- 誘電体層を挟んで互いに対向して配設された第1および第2のグランド電極並びに当該各グランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて多層基板内に形成された第1の導波管型導波路と、
前記第1および第2のグランド電極のうちの一方のグランド電極、誘電体層を挟んで当該一方のグランド電極に対向して配設された第3のグランド電極、並びに当該一方のグランド電極および当該第3のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて前記多層基板内に前記第1の導波管型導波路に沿って形成された第2の導波管型導波路とを備え、
前記各導波管型導波路は、長さ方向に沿った同一方向側の端部がそれぞれ閉塞されると共に当該各端部において前記一方のグランド電極に配設された結合窓を介して互いに連結されているフィルタ。 - 前記各導波管型導波路は、前記同一方向側の端部を除く他の部位において、前記一方のグランド電極に配設された他の結合窓を介して互いに連結されている請求項1記載のフィルタ。
- 誘電体層を挟んで互いに対向して配設された第1および第2のグランド電極並びに当該各グランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて多層基板内に形成された第1の導波管型導波路と、
前記第1および第2のグランド電極のうちの一方のグランド電極、誘電体層を挟んで当該一方のグランド電極に対向して配設された第3のグランド電極、並びに当該一方のグランド電極および当該第3のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて前記多層基板内に前記第1の導波管型導波路に沿って形成された第2の導波管型導波路と、
前記第1および第2のグランド電極のうちの他方のグランド電極、前記第3のグランド電極、並びに当該他方のグランド電極および当該第3のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁で囲まれて前記多層基板内に形成されると共に前記各導波管型導波路における長さ方向に沿った同一方向側の端部に配設された共振器とを備え、
前記各導波管型導波路は、前記同一方向側の端部が前記共振器を介して互いに連結されているフィルタ。 - 前記各導波管型導波路は、前記一方のグランド電極に配設された結合窓を介して互いに連結されている請求項3記載のフィルタ。
- 前記第1および第2のグランド電極のうちの他方のグランド電極と同層に配設されると共に前記第1の導波管型導波路に接続されて電磁波を当該第1の導波管型導波路に入力する入力線路と、
前記第3のグランド電極と同層であって前記一方のグランド電極を挟んで前記入力線路に対向して配設されると共に前記第2の導波管型導波路に接続されて当該第2の導波管型導波路からの前記電磁波を出力する出力線路とを備え、
前記入力線路および前記出力線路は、前記一方のグランド電極に形成された結合窓を介して互いに結合している請求項1から4のいずれかに記載のフィルタ。 - グランド電極と誘電体層とを交互に複数積層して構成された多層基板内に一対の導波管型導波路が配設され、
前記各導波管型導波路は、前記誘電体層を挟んで互いに対向して配設された一対のグランド電極と、当該一対のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁とで囲まれて形成された共振器を前記多層基板の積層方向に沿って複数積み重ねて構成されると共に、相互間に位置する前記導体壁を共有して互いに平行な状態で配設され、かつ、前記積層方向に沿った同一方向側の端部において互いの前記共振器同士が相互間に位置する前記導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結されて構成されているフィルタ。 - 前記各導波管型導波路を構成して前記各端部における前記共振器以外の前記共振器同士は、相互間に位置する前記導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結されている請求項6記載のフィルタ。
- グランド電極と誘電体層とを交互に複数積層して構成された多層基板内に一対の導波管型導波路が配設されると共に当該各導波管型導波路における当該多層基板の積層方向に沿った同一方向側の各端部に共振器が配設され、
前記共振器は、前記誘電体層を挟んで互いに対向して配設された一対のグランド電極と、当該一対のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁とで囲まれて形成され、
前記各導波管型導波路は、前記誘電体層を挟んで互いに対向して配設された一対のグランド電極と、当該一対のグランド電極間を導通させる導通体によって構成された導体壁とで囲まれて形成された共振器を当該多層基板の積層方向に沿って複数積み重ねて構成されると共に、相互間に位置する前記導体壁を共有して互いに平行な状態で配設され、かつ、当該共振器が前記各端部に配設された前記共振器を介して互いに連結することによって互いに連結されているフィルタ。 - 前記各導波管型導波路を構成する前記各共振器同士は、相互間に位置する前記導体壁に形成された結合窓を介して互いに連結されている請求項8記載のフィルタ。
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