JP2666101B2 - 積層型誘電体フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１／４波長共振型のス
トリップ線路を形成した複数の誘電体共振器を、間に結
合調整用基板を挾むように厚み方向に積層して一体化し
た積層型誘電体フィルタに関するものである。この誘電
体フィルタは、例えばマイクロ波用の各種無線機器など
に好適である。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波用フィルタとして共振器をス
トリップ線路で構成する形式がある。例えば１／４波長
共振器の場合、誘電体基板上に直線状のストリップ線路
型の共振器導体を設け、その一端が開放となり、他端が
外部電極に短絡されるようにする。ここで共振器導体
は、共振波長の１／４波長の奇数倍の長さに設定する。
実際のフィルタを構成する場合には、複数の上記共振器
導体を誘電体基板上に並べて短絡面を共通に接続し、隣
接する共振器導体の間隔はフィルタ特性に対応した結合
強度となる所定の距離に定める。

【０００３】このようなストリップ線路型フィルタで
は、各共振器導体を平面的に配置している。例えば、誘
電体基板上にスクリーン印刷法によって所定形状に導電
ペーストを付着させるか、あるいは誘電体基板の表面に
所定形状となるように電極形成部をやや窪ませる加工を
施し、その内部に導電ペーストを充填する。その後、誘
電体基板を加熱処理して導電ペーストを焼き付け、所望
の電極パターンを形成する。また別の例としては、２枚
の誘電体基板の間に、予め打抜きあるいはエッチングな
どにより所定の形状に成形した薄肉導電板（共振器導
体）を挾み込むトリプレート構造もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら従来のストリッ
プ線路型フィルタは、いずれにしても共振器導体が誘電
体基板上で平面的に配置されるため、面積的にはあまり
小形化できない。特に共振器導体を多段に接続してフィ
ルタを構成する場合は、高さ寸法は増大しなくても、ど
うしても平面的には大きくならざるを得ない。また同一
の誘電体基板上に共振器導体を形成する構成であり、フ
ィルタの帯域は共振器導体の間隔による結合状態で決ま
るため、特にフィルタを小形化する場合に所望の帯域を
制御することが難しい。

【０００５】スクリーン印刷による共振器パターンの形
成は、一般に印刷精度が悪く、周波数及び結合が変化す
るため、トリミングが必要となる。また誘電体基板に凹
部を形成して導電材料を充填する場合は、不必要な部分
にまで導電材料が付着してしまうため、それを除去しな
ければならず、煩雑な作業が要求される。更にトリプレ
ート構造の場合は、導電板の存在によって、その厚み分
だけ両誘電体基板の間に隙間が生じるため、等価誘電率
が低下し、寸法をさほど小さくできない。また導電板の
厚みの部分の遮蔽対策も必要となる。誘電体基板を重ね
合わせるときに寸法的なずれが発生し易く、所望の特性
が得られ難い。

【０００６】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点、即ちスクリーン印刷による電極寸法のばらつきの
問題、凹部への導電ペーストの塗布の困難性、及びトリ
プレート構造における導電板電極の厚みによる不具合、
重ね合わせ時の寸法のずれ等を解決でき、且つ多段フィ
ルタを構成する場合でも全体を小形化でき、帯域幅の制
御が容易で、入出力間の不要な結合を低減でき、実装基
板の回路に組み込み易い構造にできる積層型誘電体フィ
ルタを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には、
１／４波長共振ストリップ線路型の誘電体共振器と結合
調整用基板とを交互に厚み方向に積層して一体化する形
式の積層型誘電体フィルタである。ここで誘電体共振器
は、短冊状の誘電体基板の内部中央長手方向に内部電極
を形成し、一端面及び両主表面を除いた外周部分に外部
電極を形成した構造である。また結合調整用基板は外周
部に電極を有する。前記の誘電体共振器を複数、それら
の間に結合調整用基板を挾むように積層する。厚み方向
の両側に位置する誘電体共振器の更に外側に外側基板を
設ける。この外側基板は外側主表面と外周部に電極を形
成した構造である。そして両側に位置する誘電体共振器
の外周部分に独立した島状電極を形成し、該島状電極を
入出力結合電極とする。両側に位置する誘電体共振器
は、それらに形成した島状電極が一体化構造体の対角位
置（平面的もしくは立体的に見た対角位置）にくるよう
な向きに配置する。

【０００８】結合調整用基板は、単純な平板状の誘電体
基板の他、誘電体基板の一部に開口部あるいは切り込み
部を形成して結合度を調整する構造もある。誘電体基板
の主表面に、誘電体共振器の内部導体と導通しないよう
な導体パターンを形成する構造でもよい。面実装対応の
場合は、島状電極を一体化構造体の平面的に見た対角位
置に配置し、それらが外側基板の外側主表面まで延設す
る構造が好ましい。

【０００９】

【作用】誘電体共振器は、内部及び外周面の電極によっ
て１／４波長共振型のストリップ線路形式の共振器とな
る。そして、その外周面の一端の無電極部分（電極を形
成していない方）が開放面、他端の電極を形成している
方が短絡面となる。誘電体共振器で挾まれる結合調整用
基板は、その材質、厚み、開口部や切り込み部の形状や
位置等に応じて、隣接する共振器間での結合を調整す
る。

【００１０】上記の誘電体共振器を複数個、その厚み方
向に、間に結合調整用基板を介して積層することによ
り、所望段数の誘電体フィルタを容易に製造でき且つ極
めて小形化できる。

【００１１】本発明では入出力結合電極が一体化構造体
の対角の位置にくるため、電波飛びなどに起因する入出
力間での不要な結合が低減し、それによって減衰特性が
１０ｄＢ以上向上する。特にフィルタの段数が少なく小
形化した場合に、電波飛び防止の効果は大きい。そのた
め金属ケース等を装着する必要がなく、その点でも小形
化、低コスト化できる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係る積層型誘電体フィルタの
一実施例を示す分解斜視図、図２はその組立斜視図であ
り、２段フィルタの例である。この積層型誘電体フィル
タは、１／４波長共振ストリップ線路型の２個の誘電体
共振器１０ａ，１０ｂと、１枚の結合調整用基板１２
を、交互に厚み方向に積層する形式である。更に両誘電
体共振器１０ａ，１０ｂの外側に外側基板１４ａ，１４
ｂを配置し、各誘電体基板を位置決めして接着剤などで
結合し一体化する。その場合、両誘電体共振器１０ａ，
１０ｂの向き（開放面及び短絡面の位置）は丁度逆にな
る。両誘電体共振器１０ａ，１０ｂの無電極端面近傍の
外周部分には独立した島状電極１６ａ，１６ｂを設け
て、それを入出力結合電極とする。

【００１３】誘電体共振器１０ａ，１０ｂは、同一形状
であり、両主表面を除く部分に１／４波長共振型のスト
リップ線路を形成したものである。即ち、短冊状の誘電
体基板２０の内部中央長手方向に内部電極２２を形成す
ると共に、両主表面（表裏両面）及び一方の端面を除く
外周部分に外部電極２４を形成した構造である。ここで
無電極側の端面が開放面、電極形成側の端面が短絡面と
なる。また両誘電体共振器１０ａ，１０ｂには島状電極
１６ａ，１６ｂを設けるが、その場合は誘電体基板の無
電極端面近傍の外周部分に他の電極から分離するように
形成する。誘電体共振器１０ａ，１０ｂは、その外部電
極２４あるいは島状電極１６ａ，１６ｂをトリミングす
ることにより、それぞれ共振周波数あるいは入出力結合
を微調整することができる。

【００１４】誘電体基板は、例えばチタン酸バリウム系
など、通常マイクロ波用フィルタに使用しているマイク
ロ波用高誘電率材料の焼結体である。誘電体共振器１０
ａ，１０ｂは、図３のＡ〜Ｃに示すような方法で形成す
る。所定の厚みと幅を有するマイクロ波用高誘電率材料
の焼結体基板を２枚用意する。Ａに示すように、一方
（ここでは下側）の焼結体基板３０ａには上下両面全体
及び片側端面に銀ペースト３２を塗布して焼付ける。他
方（ここでは上側）の焼結体基板３０ｂには下面全体、
片側端面、及びそれに連続する上面の大部分に銀ペース
ト３３を塗布すると共に、上面の反対側端面寄りに分離
して帯状に銀ペースト３４を塗布し、焼付ける。次にＢ
に示すように、焼結体基板３０ａの上面全体と焼結基板
３０ｂの下面全体に接着用銀ペースト３５を塗布して接
合し、焼付け一体化する。その後、Ｃに示すように所定
の厚さで細断すると、図１に示した誘電体共振器が出来
上がる。

【００１５】図１に戻って、結合調整用基板１２は、誘
電体基板２６の両主表面を除く外周部（但し一部を除
く）に電極３８を形成した構造である。外側基板１４
ａ，１４ｂは、誘電体基板４０の外側主表面と外周部
（但し一部を除く）に電極４２を形成したものである。
なお結合調整用基板１２の両端面及び外側基板１４ａ，
１４ｂの一端面は無電極部であり、且つ各電極３８，４
２が前記島状電極１６ａ，１６ｂに接続しないように、
それらの近傍も無電極部とする。但し、ここでは誘電体
共振器１０ａ，１０ｂの島状電極１６ａ，１６ｂが外側
基板１４ａ，１４ｂの外側主表面まで延設されているよ
うな（但し、外側基板の電極４２からも独立している）
形状（符号４４で表す）とし、面実装時に半田付け部
（フィレット）が目視確認できるようにして、実装の確
実性を高め、作業の容易化を図っている。これら結合調
整用基板１２及び外側基板１４ａ，１４ｂは、必ずしも
誘電体共振器と同一材質である必要はない。例えばフォ
ルステライト等の誘電体共振器より誘電率が低い材料で
もよい。

【００１６】誘電体基板同士は接着剤などを用いて結合
一体化する。本実施例では、両誘電体共振器１０ａ，１
０ｂは、それらに形成した島状電極１６ａ，１６ｂが一
体化構造体の対角位置（平面的に見た対角位置）にくる
ような向きに配置する。従って誘電体共振器１０ａの短
絡面と開放面の位置は、誘電体共振器１０ｂの短絡面と
開放面の位置と丁度逆になる。なお図面を分かり易くす
るため、各図において電極形成部分に影線を施し、無電
極部分（誘電体の素地が露出している部分）には細かな
点々を付して表している。

【００１７】上記のようなストリップ線路型の誘電体共
振器は、誘電体基板中に形成した内部電極によって１／
４波長共振器が形成され、それが外部電極で短絡したも
のとなる。従って、基本的には誘電体共振器の長さ寸法
で共振波長（共振周波数）が決まる。また誘電体共振器
の厚さ（積層方向寸法）が大きいほど共振周波数は低く
なり、幅（内部電極と外部電極との間隔）が小さくなる
ほど共振周波数は低くなる。各誘電体共振器は、間の結
合調整用の誘電体基板によって段間の結合調整が行わ
れ、それによって所望のフィルタ特性が発現する。その
ため入出力結合を行う島状電極の位置を変えずに、所望
の種々のフィルタ特性に調整可能である。なお入出力結
合は、誘電体共振器の内部電極と島状電極との間の容量
によって行う。本実施例では外部誘電体基板にまで島状
電極が延設しているが、この延設部分の容量への影響は
小さい。

【００１８】図４は本発明で用いうる結合調整用基板の
他の実施例を示している。Ａに示す結合調整用基板４８
は、基板の中央に開口部５０を形成したものである。開
口部に代えて切込み部を設けてもよい。電極は各基板の
外周部のみに形成する（開口部や切り込み部には形成し
ない）。これら開口部５０や切り込み部の形状の調整に
よって隣接する誘電体共振器間の結合度を調整し、フィ
ルタ特性を制御する。またＢに示す結合調整用基板５２
は、基板の主表面に結合調整用の導体膜５４を設けたも
のである。但し導体膜５４は誘電体共振器の電極には接
触しないように配置する。導体膜５４は、主表面の一方
のみに設けてもよいし、両主表面に設けてもよい。この
図では２個並設しているが、一方のみでもよい。また導
体膜は、外周の電極に接続される構成でもよい。導体膜
５４によって電磁界を制御できるから、これによって隣
接する誘電体共振器間の結合度を調整し、フィルタ特性
を制御する。更にＣに示す結合調整用基板５６は、基板
の中央縦方向に開口部５８を形成したものである。開口
部の形状は任意であり、複数個あってもよい。

【００１９】図５は本発明に係る積層型誘電体フィルタ
の他の実施例を示している。これは３段フィルタの例で
あり、基本的には前述した図２と同様である。この積層
型誘電体フィルタは、１／４波長共振ストリップ線路型
の誘電体共振器６０ａ，…，６０ｃと結合調整用基板６
２ａ，６２ｂとを交互に厚み方向に積層する形式であ
る。更に厚み方向両側の誘電体共振器６０ａ，６０ｃに
外側基板６４ａ，６４ｂを配置し、各誘電体基板を位置
決めして接着剤で一体化する。外側の誘電体共振器６０
ａ，６０ｃの外周部分には独立した島状電極６６ａ，６
６ｂを設け、両島状電極６６ａ，６６ｂが一体化構造体
の対角の位置にくるように配置して入出力結合電極とす
る。従って、厚み方向の両端に位置する誘電体共振器６
０ａ，６０ｃは、短絡面と開放面が逆の方向を向く。図
５では手前側に誘電体共振器６０ａの開放面及び誘電体
共振器６０ｃの短絡面がきている。中央の誘電体共振器
６０ｂの向きはどちらでもよい。図５では短絡面が手前
側である。

【００２０】本発明の積層型誘電体フィルタでは、入出
力結合電極となる島状電極が一体化構造体の対角位置に
存在するため、互いに離れて且つ同じ面にこないため、
入出力間での電波飛びを防止でき、その結果、必ずしも
金属製ケースを被せる必要はなくなる。この誘電体フィ
ルタは回路基板上に面実装できる。回路基板上に載せて
島状電極を回路基板の入出力パターンに接続すると共に
外側の電極を回路基板のアースパターンに半田付けし、
電気的接続と機械的固定を行う。

【００２１】上記の両実施例は誘電体共振器を２個使用
した２段フィルタと３個使用した３段フィルタの例であ
るが、本発明は４段以上の多段誘電体フィルタにも適用
できることは言うまでもない。入出力電極となる島状電
極は、一体化構造体の対角位置に配置されていればよ
く、４段以上の場合に、中間の共振器の向きは全く任意
である。また島状電極は、一体化構造体を立体的に見た
対角位置（つまり一体化構造体の上下面）に配置しても
よい。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上記のように、誘電体基板の内
部と外周に電極を形成し、一端面のみで短絡した構造の
１／４波長共振ストリップ線路型誘電体共振器を用いる
から、この誘電体共振器を、間に結合調整用基板を介し
て複数積層することにより、所望の段数のフィルタを作
製できる。これによってフィルタを、より一層小形化で
き、実装する際に占有面積を小さく出来るため、機器の
小形化に有利である。結合調整用基板は、誘電体共振器
とは別部材であるため、その材質、寸法、構造などを変
えることで、容易に結合度合を制御でき、帯域幅を調整
できる。

【００２３】更に本発明では、外部電極と島状電極（入
出力結合電極）が実装基板の回路パターンに面接合でき
るため、整合が取り易い利点もある。そして島状電極が
一体化構造体の対角位置にくるため、段数が少ない場合
でも距離をとることができ、入出力間での電波飛びを防
止できる。このため入出力間の不要な結合が減少し、減
衰特性が１０ｄＢ以上向上し、金属製ケース等の装着を
省略できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す分解斜視図。

【図２】その組立斜視図。

【図３】本発明で用いる誘電体共振器の製作方法を示す
説明図。

【図４】本発明で用いる結合調整用基板の例を示す斜視
図。

【図５】本発明の更に他の実施例を示す説明図。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ 誘電体共振器 １２ 結合調整用基板 １４ａ，１４ｂ 外側基板 １６ａ，１６ｂ 島状電極 ２０ 誘電体基板 ２２ 内部電極 ２４ 外部電極

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｐ 11/00 Ｈ０１Ｐ 11/00 Ｌ (72)発明者 佐藤 久夫 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−120101（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136613（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−152815（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−167307（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−175702（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−106701（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 短冊状の誘電体基板を用いた誘電体共振
   器を、複数個、間に短冊状の結合調整用基板を挟んで基
   板厚み方向に積層し、その基板厚み方向の両側に位置す
   る誘電体共振器の更に外側に短冊状の外側基板を配置
   し、全体を接合して直方体ブロック状に一体化した構造
   をなし、 各誘電体共振器は、 短冊状の誘電体基板の幅方向の中央
   に、基板厚み方向全体にわたり且つ基板長手方向全長に
   わたって延びる内部電極を設けると共に、該誘電体基板
   の一端面を除いた外周部分に外部電極を形成して１／４
   波長共振ストリップ線路を構成したものであり、 短冊状の 結合調整用基板は、外周部に外部電極を有し且
   つ誘電体共振器と接する両主表面には外部電極及び内部
   電極と導通する導体膜は無く、短冊状 の外側基板は、外側主表面と外周部に外部電極を
   有していて、誘電体共振器と接する内側主表面には外部
   電極及び内部電極と導通する導体膜はなく、 両側に位置する誘電体共振器の外周部には、外部電極及
   び内部電極から独立した島状電極を形成して、該島状電
   極が一体化した構造体の対角位置にくるように配置し、
   両島状電極を入出力結合電極とする積層型誘電体フィル
   タ。
2. 【請求項２】 結合調整用基板は、短冊状の誘電体基板
   に、厚み方向に貫通する開口部を形成するか、あるいは
   短冊状の誘電体基板の主表面に、隣接する誘電体共振器
   の内部電極とは導通しない導体膜を形成した構造をなし
   ている請求項１記載の積層型誘電体フィルタ。
3. 【請求項３】 島状電極が外側基板の外側主表面まで延
   設されている請求項１記載の積層型誘電体フィルタ。