JP4600456B2 - フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば携帯電話機等の無線通信機器に適した小型のフィルタに関する。

例えば携帯電話機等の無線通信機器に用いられるフィルタには小型化の要求がある。そのため、フィルタを構成する共振器にも、小型化が求められている。従来より、共振器をＴＥＭ（Transverse Electro Magnetic）線路を用いて構成して小型化を図ったフィルタが開発されている。ここで、ＴＥＭ線路からなる２つの共振器を結合させる手法として、一般にコムライン結合とインターディジタル結合との２種類を挙げることができる。特許文献１および特許文献２には、インターディジタル結合された共振器を用いて小型のバンドパスフィルタを構成した発明が開示されている。
特許第３０６７６１２号公報 特開２００７−１８０６８４号公報

図１８は、一対の共振器１１１，１１２がコムライン結合された構成を示している。また、図１９は、一対の共振器１１１，１１２がインターディジタル結合された構成を示している。一対の共振器１１１，１１２はそれぞれ、一端が開放端とされ、他端が短絡端とされている。コムライン結合とは、図１８に示したように、互いの短絡端同士が対向すると共に、互いの開放端同士が対向するように配置された構造となる結合方法である。インターディジタル結合とは、図１９に示したように、一方の共振器１１１の開放端と他方の共振器１１２の短絡端とが対向すると共に、一方の共振器１１１の短絡端と他方の共振器１１２の開放端とが対向するように２つの共振器が対向配置された構造となる結合方法である。ここで、電界による結合係数をｋｅ、磁界による結合係数をｋｍとすると、
コムライン結合による結合係数ｋは、ｋ＝ｋｅ−ｋｍとなり、
インターディジタル結合による結合係数ｋは、ｋ＝ｋｅ＋ｋｍとなることが知られている。また、インターディジタル結合は、コムライン結合のように電界結合と磁界結合が打ち消し合わず、コムライン結合に比べて非常に強い結合が得られることが知られている。

図２０は、インターディジタル結合された一対の共振器を用いて構成されたフィルタの基本構成を示している。このフィルタは、互いにインターディジタル結合された一対の共振器１１１，１１２を有する第１の共振器１０１と、互いにインターディジタル結合された他の一対の共振器１２１，１２２を有する第２の共振器１０２と、第１の共振器１０１に接続された入力端子１０４と、第２の共振器１０２に接続された出力端子１０５とを備えている。

図２０のフィルタを具体的に構成する方法として、図２１に示したような積層型の誘電体フィルタが考えられる。この誘電体フィルタは、誘電体材料よりなる略直方体形状の誘電体ブロック１００を備え、その誘電体ブロックを多層構造としたものである。誘電体ブロックの内部には、導体の線路パターン（ストリップライン）が形成され、その内部の線路パターンにより、一対の共振器１１１，１１２および他の一対の共振器１２１，１２２と、入力端子１０４と、出力端子１０５とが内部層として形成されている。なお、誘電体ブロック１００の対向する２つの側面はグランド電極とされている。一対の共振器１１１，１１２および他の一対の共振器１２１，１２２の短絡端は、側面のグランド電極に接続されている。また、誘電体ブロック１００の対向する他の２つの側面には外部端子電極１０６，１０７が形成され、それらに入力端子１０４と出力端子１０５とが接続されている。

この構成例では、第１の共振器１０１と第２の共振器１０２とが全体として平行的（平面的）に並列配置された構造とされている。上記特許文献１および特許文献２に記載のフィルタの構造も基本的な部分はこれと同様である。このような構造の特徴として、第１の共振器１０１と第２の共振器１０２との結合を強くすることができる。このような構造の場合、一対の共振器１１１，１１２および他の一対の共振器１２１，１２２においてそれぞれ、対向する共振器間で電界の大部分が結合する。このため、隣り合う第１の共振器１０１と第２の共振器１０２間では、電界による結合はほとんどなく、磁界による結合がなされる。すなわち、第１の共振器１０１と第２の共振器１０２との間では、結合係数は、
ｋｅ≒０であり、ｋ≒ｋｍとなる。
第１の共振器１０１と第２の共振器１０２との結合が強い場合には、広帯域のバンドパスフィルタを構成するのに適している。一方で狭帯域のフィルタを構成するためには、結合を弱くする必要がある。しかしながら、図２１のような構造において、結合を弱めるためには、第１の共振器１０１と第２の共振器１０２とを物理的に離すか、他の電極を挿入するなどする必要があり、これは小型化に反するので好ましくない。

ところで、上記特許文献２には、インターディジタル結合された一対の共振器を用いて、より小型化されたフィルタを構成できることが説明されている。以下、このことを説明する。以下では、一対の共振器１１１，１１２および他の一対の共振器１２１，１２２がそれぞれ、一対の１／４波長共振器であるものとして説明する。

まず、インターディジタル結合した一対の１／４波長共振器の共振モードについて説明する。まず、図２４および図２５を参照して、同じ周波数で共振する共振器を２つ結合させた場合の共振モードを考える。共振器同士の距離が離れているときは、共振器同士は全く結合しないので同じ周波数に共振ピークは重なるが、共振器同士を近づけていくと電波の飛び移りが起こるため、共振器は単独で共振することはなくなり、２つの共振器が混じりあった混成共振モードを形成し、共振ピークが２つに***する。ここで、混成共振モードにおける２つの共振モードを、第１の共振モード（モード１）と第２の共振モード（モード２）とすると、共振器同士の結合が弱い場合、***の度合いが小さいので、図２４に示すように、２つの共振モードでの共振ピークの裾野は重なってしまう。このとき、低い共振モードである第２の共振モードの共振周波数ｆ₂では、第１の共振モードの共振ピークが重なっているため、第１の共振モードの成分を少し含んだ状態となっている。しかし、強く結合したときには、共振ピークが離れるので、図２５に示すように、第２の共振モードが共振する周波数ｆ₂では、第１の共振モードの成分が全く無い状態を作り出すことができる。言い換えると、共振器同士の結合を強くさせることで、共振モードの純度を高めることができることを意味する。

インターディジタル結合した一対の１／４波長共振器１１１，１１２では、共振状態を２つの固有な共振モードに分けることができる。なお、他の一対の１／４波長共振器１２１，１２２についても同様である。図２２は、インターディジタル結合した一対の１／４波長共振器１１１，１１２における第１の共振モードを示し、図２３は、その第２の共振モードを示している。なお、図２２および図２３において、破線で示した曲線は、各共振器における電界Ｅの分布を示している。また、図２２および図２３では、一対の１／４波長共振器１１１，１１２の共振時の状態を示しており、他端をグランドの状態としているが、これは交流的なゼロ電位であることを意味している。

第１の共振モードでは、一対の１／４波長共振器１１１，１１２のそれぞれにおいて開放端側から短絡端側に電流ｉが流れ、それぞれに流れる電流ｉの向きが逆方向となる。この第１の共振モードでは、一対の１／４波長共振器１１１，１１２で電磁波が同相に励振されている。この第１の共振モードでは、一対の１／４波長共振器１１１，１１２全体の物理的な回転対称軸に対して互いに回転対称な位置では、電界Ｅの位相と振幅とが同じになる。すなわち、第１の共振モードはコモンモードに対応する。一対の平衡端子１０４Ａ，１０４Ｂを回転対称な位置に接続すれば、第１の共振モードでは一対の平衡端子１０４Ａ，１０４Ｂからコモンモードの信号が出力される。

一方、第２の共振モードでは、一方の１／４波長共振器１１１では開放端側から短絡端側に電流ｉが流れると共に、他方の１／４波長共振器１１２では短絡端側から開放端側に電流ｉが流れ、それぞれに流れる電流ｉの向きが同方向となる。すなわち、この第２の共振モードでは、電界Ｅの分布を見ても分かるように、一対の１／４波長共振器１１１，１１２で電磁波が逆相に励振されている。この第２の共振モードでは、一対の１／４波長共振器全体の物理的な回転対称軸に対して互いに回転対称な位置で、電界Ｅの位相が１８０°異なり、振幅の絶対値は同じとなる。すなわち、第２の共振モードはディファレンシャルモードに対応する。一対の平衡端子１０４Ａ，１０４Ｂを回転対称な位置に接続すれば、第２の共振モードでは一対の平衡端子１０４Ａ，１０４Ｂから、振幅バランスと位相バランスとが共に良好な平衡信号を取り出すことができる。

図２６は、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器１１１，１１２における共振周波数の分布状態を示している。インターディジタル結合の特徴として、第１の共振周波数ｆ₁と第２の共振周波数ｆ₂との中間の共振周波数ｆ₀は、線路の物理的な長さによって決まる１／４波長で共振した場合の周波数（インターディジタル結合していないときの各１／４波長共振器単体での共振周波数）となる。したがって、周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂を通過周波数に設定することで、通過周波数を共振周波数ｆ₀に設定した場合よりも共振器全体を小型化することができる。例えば２．４ＧＨｚ帯を通過周波数としたフィルタを設計する場合、物理的な長さを例えば８ＧＨｚに対応させた１／４波長共振器を用いることができる。これは、物理的な長さを２．４ＧＨｚ帯に対応させた１／４波長共振器とした場合よりも小型のものとなる。さらに、第２の共振モードでは、結合を強くした場合、一対の１／４波長共振器１１１，１１２を仮想的に１つの導体とみなした状態と同等の磁界分布が得られ、仮想的に導体厚が厚くなり、導体損失を少なくすることができる利点がある。

このように、フィルタとしての通過周波数を第２の共振モードの共振周波数ｆ₂に設定すれば、小型で導体損失の少ない良好なバンドパスフィルタを実現することができる。また、インターディジタル結合することで強い結合が得られるので広帯域のバンドパスフィルタを実現することができる。図２８は、このようなインターディジタル結合の特徴を利用して構成したフィルタの減衰特性および損失特性を示している。具体的には、図２７に示した構成のフィルタの特性を示している。図２７に示したフィルタは、図２１に示したフィルタの構成に対して第１の共振器１０１と第２の共振器１０２との間にさらに第３の共振器１０３を並列配置したものである。第３の共振器１０３は、第１の共振器１０１および第２の共振器１０２と同様、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器１３１，１３２で構成されている。図２８の横軸は周波数、縦軸は減衰量を示す。図２８において、符号Ｓ２１を付した曲線は、このフィルタにおける信号の通過損失特性を示す。符号Ｓ１１を付した曲線は、入力端子側から見た反射損失特性を示す。図２８から分かるように、広い帯域において、良好な減衰特性および損失特性が得られている。

しかしながら、このようなインターディジタル結合の特徴を利用して小型化を図るとますます共振器同士が近接することとなり、結合が強く（結合係数が大きく）なってしまう。このような特徴は、小型で広帯域のフィルタを構成するのに適しているものの、結合が強すぎて、小型で狭帯域のフィルタを構成するのが困難である。狭帯域のフィルタを構成するためには、結合を弱くする必要がある。そこで、需要者の様々な要求に応えるためにも、インターディジタル結合による小型化の利点を生かしつつ、共振器間の結合を弱くして狭帯域のフィルタに適した構成が実現できれば便利である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、インターディジタル結合された共振器を用いて、小型で狭帯域のフィルタ特性を得ることができるフィルタを提供することにある。

本発明によるフィルタは、対向配置された１／４波長共振器を複数有すると共に、隣り合う２つの１／４波長共振器同士が互いにインターディジタル結合された第１の共振器と、対向配置された他の１／４波長共振器を複数有すると共に、隣り合う２つの他の１／４波長共振器同士が互いにインターディジタル結合された第２の共振器とを備え、第１の共振器と第２の共振器とが全体として所定角度で交差する方向に沿って延設されて互いに電磁結合されているものである。

本発明によるフィルタでは、第１の共振器と第２の共振器とがそれぞれ、インターディジタル結合された１／４波長共振器で構成されていることで、小型化が容易となる。また、第１の共振器と第２の共振器とが全体として所定角度で交差するように配置されていることで、例えば第１の共振器と第２の共振器とを平行的に並列配置した場合に比べて共振器間の結合が弱められる。また、第１の共振器と第２の共振器とを配置する角度を調整することで、共振器間の結合を所望の状態にすることが可能となる。これにより、所望の狭帯域のフィルタ特性が得られる。

本発明によるフィルタはさらに、第１の共振器および第２の共振器が内部に形成された直方体形状の誘電体ブロックと、誘電体ブロックにおける互いに対向する第１の面および第２の面に形成された第１のグランド電極と、第１の面および第２の面に直交し、誘電体ブロックにおける互いに対向する第３の面および第４の面に形成された第２のグランド電極とを備えている。
そして、第１の共振器を構成する１／４波長共振器の短絡端と、第２の共振器を構成する他の１／４波長共振器の短絡端とが、互いに角度を持った２つの別々のグランド電極に接続されるようにしている。
具体的には、第１の共振器を構成する１／４波長共振器の短絡端を、誘電体ブロックの第１の面および第２の面に形成された第１のグランド電極に接続し、第２の共振器を構成する他の１／４波長共振器の短絡端を、誘電体ブロックの第３の面および第４の面に形成された第２のグランド電極に接続している。

また、本発明によるフィルタにおいて、対向配置されたさらに他の１／４波長共振器を複数有すると共に、対向するさらに他の１／４波長共振器同士が互いにインターディジタル結合された第３の共振器をさらに備え、第３の共振器と第２の共振器とが全体として所定角度で交差する方向に沿って延設されて互いに電磁結合されていても良い。そして、第３の共振器を構成する前記さらに他の１／４波長共振器の短絡端を第１のグランド電極に接続するようにしても良い。
この場合において、第２の共振器が、第１の共振器と第３の共振器との間に配置されており、第１の共振器および第２の共振器の間と、第２の共振器および第３の共振器の間とにそれぞれ容量性結合電極が配置されていても良い。

本発明のフィルタによれば、第１の共振器と第２の共振器とを全体として所定角度で交差して配置するようにしたので、例えば第１の共振器と第２の共振器とを平行的に並列配置した場合に比べて共振器間の結合を弱めることができる。これにより、第１の共振器と第２の共振器とを配置する角度を調整することで、所望の狭帯域のフィルタ特性を得ることができる。また、第１の共振器と第２の共振器とをそれぞれ、インターディジタル結合された１／４波長共振器を用いて構成するようにしたので、小型化が容易となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］

まず、本発明の第１の実施の形態に係るフィルタについて説明する。
図１は、本実施の形態に係るフィルタの一構成例を示している。図２（Ａ）は、図１のフィルタを図１のＺ方向の一側面から見た状態を示している。図２（Ｂ）は、図１のフィルタを図１のＸ方向の一側面から見た状態を示している。本実施の形態に係るフィルタは、対向配置された１／４波長共振器１１，１２を有する第１の共振器１と、対向配置された他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６を有する第２の共振器２とを備えている。このフィルタは、図１に示したように、誘電体材料よりなる全体として略直方体形状の誘電体ブロック１０を備え、その誘電体ブロックを多層構造としたものである。誘電体ブロックの内部には、ＴＥＭ線路を構成する導体の線路パターン（ストリップライン）が形成され、その内部の線路パターンにより、１／４波長共振器１１，１２および他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６が内部層として形成されている。このような構造は、例えば、シート状の誘電体基板を複数用意し、各線路部分をそのシート状の誘電体基板上に導体の線路パターンで形成して、そのシート状の誘電体基板を重ね合わせた積層構造にすることで実現できる。なお、誘電体ブロック１０の互いに対向する「第１の面」および「第２の面」（図１のＸ方向の２つの側面）にはグランド電極が形成されている。また、第１の面および第２の面に直交し、誘電体ブロック１０の互いに対向する「第３の面」および「第４の面」（上面および底面、図１のＹ方向の２つの面）にはそれぞれグランド電極が形成されている。

１／４波長共振器１１，１２は、互いにインターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を構成している。他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６は、対向するもの同士が交互に、互いにインターディジタル結合されることにより、複数の一対の１／４波長共振器を構成している。既に図２２〜図２６を用いて説明したように、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器は、第１の共振周波数ｆ₁で共振する第１の共振モードと第１の共振周波数ｆ₁よりも低い第２の共振周波数ｆ₂で共振する第２の共振モードとを有している。１／４波長共振器１１，１２と他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６は、動作周波数（フィルタとしての通過周波数）が第２の共振周波数ｆ₂となるように構成されている。そして、このフィルタは、第１の共振器１と第２の共振器２とが、周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂で共振し、電磁結合するように構成されている。これにより、第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域とした、バンドパスフィルタが構成されている。

第１の共振器１を構成する１／４波長共振器１１，１２は、水平方向（図１のＸ方向）に延在する直線状の導体の線路パターンで形成されている。第１の共振器１を構成する第１の１／４波長共振器１１の一端は開放端とされ、他端は誘電体ブロック１０の一側面（上述の第１の面）のグランド電極に接続され、短絡端とされている。また、第２の１／４波長共振器１２の一端は開放端とされ、他端は誘電体ブロック１０の他の一側面（上述の第２の面）のグランド電極に接続され、短絡端とされている。

一方、第２の共振器２を構成する他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６は、垂直方向（図１のＹ方向）で斜めに延在する直線状の導体の線路パターンで形成されている。第２の共振器２における第２、第４および第６の１／４波長共振器２２，２４，２６の一端は開放端とされ、他端は誘電体ブロック１０の上面（上述の第３の面）のグランド電極に接続され、短絡端とされている。また、第１、第３および第５の１／４波長共振器２１，２３，２５の一端は開放端とされ、他端は誘電体ブロック１０の底面（上述の第４の面）のグランド電極に接続され、短絡端とされている。

このように誘電体ブロック１０内部において、第１の共振器１を構成する１／４波長共振器１１，１２と第２の共振器２を構成する他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６とが別々の方向に延在するように形成されていることで、図２（Ａ）に示したように、第１の共振器１と第２の共振器２とが全体として所定角度θで交差するように配置され、互いに電磁結合されている。また、第１の共振器１を構成する１／４波長共振器１１，１２の短絡端と第２の共振器２を構成する他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６の短絡端とが、互いに角度を持った（直交する）別々のグランド電極に接続されている。

なお、このフィルタにおいて、入出力端子を設ける場合、例えば図３に示したような構成が考えられる。図３の構成例では、誘電体ブロック１０の対向する第５の面および第６の面（図１のＺ方向の２つの側面）に延在するように、入力端子４および出力端子５が形成されている。より詳しくは、第１の共振器１における第１の１／４波長共振器１１の一端と誘電体ブロック１０の第５の面との間を貫通する貫通導体によって入力端子４が形成されている。また、第２の共振器２における第１の１／４波長共振器２１の一端と誘電体ブロック１０の第６の面との間を貫通する貫通導体によって出力端子５が形成されている。

なお、このフィルタは、不平衡入力の構成に限らず、平衡入力の構成であっても良い。また、不平衡出力の構成に限らず、平衡出力の構成であっても良い。平衡入力または平衡出力の場合には、第１の共振器１または第２の共振器２に、平衡信号を伝送するための一対の平衡端子を少なくとも１組、形成すれば良い。

次に、本実施の形態に係るフィルタの作用を説明する。
このフィルタでは、第１の共振器１と第２の共振器２とがそれぞれ、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を含む構成とされ、そのインターディジタル結合した一対の１／４波長共振器における周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域としていることで、図２２〜図２６を用いて上述した原理により、小型化が図られる。

また、このフィルタでは、第１の共振器１と第２の共振器２とが全体として所定角度θで交差するように配置されていることで、例えば第１の共振器１と第２の共振器２とを図２１に示した構成例のように平行的に並列配置した場合に比べて、共振器間の結合が弱められる。この第１の共振器１と第２の共振器２とを配置する角度θを調整することで、共振器間の結合を所望の状態にすることが可能となる。これにより、所望の狭帯域のフィルタ特性が得られる。

図４および図５は、このフィルタにおいて、共振器間の結合が最も弱くなる状態（角度θが９０°）となる場合の構成を示している。なお、図５は図４のフィルタを図４のＺ方向の一側面から見た状態を示している。この構成例では、第１の共振器１を構成する１／４波長共振器１１，１２が、完全に水平方向（図１のＸ方向）に延在すると共に、第２の共振器２を構成する他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６が、完全に垂直方向（図１のＹ方向）に延在していることで、第１の共振器１と第２の共振器２とが直交するように配置されている。このような状態では、第１の共振器１で発生する磁界と第２の共振器２で発生する磁界とが互いに直交する。図１９〜図２１を用いて上述した原理により、このフィルタでは、第１の共振器１と第２の共振器２との間の結合は電界による結合はほとんどなく、磁界結合が支配的となる。従って、第１の共振器１と第２の共振器２との間の結合が最も弱くなるのは、磁界結合が最も弱くなる場合である。第１の共振器１で発生する磁界と第２の共振器２で発生する磁界とが互いに直交する場合がそれに相当する。

逆に、角度θ＝０°の場合には、第１の共振器１で発生する磁界と第２の共振器２で発生する磁界とが強め合い、第１の共振器１と第２の共振器２との間の結合が最も強くなる。従って、このフィルタにおいて、角度θ＝０°と角度θ＝９０°との間で任意の強さの結合が得られる。実際に上述の第１の共振周波数ｆ₁を２．４７１ＧＨｚ、第２の共振周波数ｆ₂を２．４５６７ＧＨｚとし、角度θ＝９０°とした場合において、シミュレーションを行った結果、第１の共振器１と第２の共振器２との間の結合係数ｋは、
ｋ＝０．００５８となり、共振器間の結合がほとんどないという結果が得られた。
また、同様の条件で角度θ＝４５°とした場合には、
ｋ＝０．０４７となる結果が得られた。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の共振器１と第２の共振器２とを全体として所定角度θで交差して配置するようにしたので、例えば第１の共振器１と第２の共振器２とを平行的に並列配置した場合に比べて共振器間の結合を弱めることができる。これにより、第１の共振器１と第２の共振器２とを配置する角度を調整することで、所望の狭帯域のフィルタ特性を得ることができる。また、第１の共振器１と第２の共振器２とをそれぞれ、インターディジタル結合された１／４波長共振器を用いて構成するようにしたので、小型化が容易となる。
［第２の実施の形態］

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、上記第１の実施の形態に係るフィルタと実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示している。このフィルタは、上記第１の実施の形態に係るフィルタ（図１および図２（Ａ），（Ｂ））の構成に対してさらに、第３の共振器３を備えている。第３の共振器３の構成は、基本的に第１の共振器１と同様であり、互いにインターディジタル結合された一対の１／４波長共振器３１，３２を有している。第３の共振器３を構成する１／４波長共振器３１，３２は、水平方向（図１のＸ方向）に延在する直線状の導体の線路パターンで形成されている。第３の共振器３における第１の１／４波長共振器３１の一端は開放端とされ、他端は誘電体ブロック１０の一側面（上述の第１の面）のグランド電極に接続され、短絡端とされている。また、第２の１／４波長共振器３２の一端は開放端とされ、他端は誘電体ブロック１０の他の一側面（上述の第２の面）のグランド電極に接続され、短絡端とされている。

このフィルタにおいて、第２の共振器２は、第１の共振器１と第３の共振器３との間に配置されている。このフィルタは、第１の共振器１と第２の共振器２とが全体として所定角度θで交差すると共に、第３の共振器３と第２の共振器２とが全体として所定角度θで交差するように配置されてそれぞれが互いに電磁結合されている。

図７は、このフィルタの減衰特性および損失特性を示している。横軸は周波数、縦軸は減衰量を示す。図７において、符号Ｓ２１を付した曲線は、このフィルタにおける信号の通過損失特性を示す。符号Ｓ１１を付した曲線は、入力側から見た反射損失特性を示す。図７から分かるように、３つの共振器を平行的に並列配置した構成における特性（図２８参照）に比べて、狭帯域化され、かつ高域側に減衰極を持った特性が得られている。
［第３の実施の形態］

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、上記第１または第２の実施の形態に係るフィルタと実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図８および図９は、本発明の第３の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示している。なお、図９は図８のフィルタを図８のＸ方向の一側面から見た状態を示している。このフィルタは、上記第２の実施の形態に係るフィルタ（図６）の構成に対してさらに、容量性結合電極４１，４２を備えている。一方の容量性結合電極４１は、第１の共振器１および第２の共振器２の間に配置されている。他方の容量性結合電極４２は、第２の共振器２および第３の共振器３の間に配置されている。容量性結合電極４１，４２の一端は、貫通導体４３を介して導通されている。

図１０は、このフィルタの減衰特性および損失特性を示している。横軸は周波数、縦軸は減衰量を示す。図１０において、符号Ｓ２１を付した曲線は、このフィルタにおける信号の通過損失特性を示す。符号Ｓ１１を付した曲線は、入力側から見た反射損失特性を示す。図１０から分かるように、３つの共振器を平行的に並列配置した構成における特性（図２８参照）に比べて、狭帯域化され、かつ低域側に減衰極を持った特性が得られている。

［第４の実施の形態］

次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。なお、上記第１ないし第３の実施の形態に係るフィルタと実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１１および図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示している。なお、図１２は図１１のフィルタを図８のＺ方向の一側面から見た状態を示している。本実施の形態に係るフィルタは、上記第１の実施の形態に係るフィルタ（図１および図２（Ａ），（Ｂ））に比べて、第１の共振器１を構成する１／４波長共振器の数が、第２の共振器２と同じとされている。すなわち、第１の共振器１は、対向配置された第１ないし第６の１／４波長共振器１１，１２，１３，１４，１５，１６を有している。それらは、対向するもの同士が交互に、互いにインターディジタル結合されることにより、複数の一対の１／４波長共振器を構成している。また、上記第１の実施の形態に係るフィルタ（図１および図２（Ａ），（Ｂ））では、第１の共振器１を構成する一対の１／４波長共振器１１，１２が、水平方向（図１のＸ方向）に延在していたが、本実施の形態に係るフィルタでは、第１の共振器１を構成する１／４波長共振器１１，１２，１３，１４，１５，１６は、第２の共振器２と同様に、垂直方向（Ｙ方向）で斜めに（ただし、第２の共振器２とは逆方向側に斜めに）延在している。そして、第１の共振器１における第１、第３および第５の１／４波長共振器１１，１３，１５の一端は開放端とされ、他端は、第２の共振器２における第２、第４および第６の１／４波長共振器２２，２４，２６と同様に、誘電体ブロック１０の上面（上述の第３の面）のグランド電極に接続され、短絡端とされている。また、第２、第４および第６の１／４波長共振器１２，１４，１６の一端は開放端とされ、他端は、第２の共振器２における第１、第３および第５の１／４波長共振器２１，２３，２５の短絡端と同様に、誘電体ブロック１０の底面（上述の第４の面）のグランド電極に接続され、短絡端とされている。

このように、本実施の形態に係るフィルタでは、第１の共振器１を構成する１／４波長共振器１１，１２，１３，１４，１５，１６の短絡端と、第２の共振器２を構成する他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６の短絡端とが、互いに同じグランド電極に接続されている。そして、図１２に示したように、第１の共振器１と第２の共振器２とが全体として、互いに逆方向に角度θで傾いて配置されることにより、全体として交差するように配置されている。

図１３は、本実施の形態に係るフィルタにおいて、角度θを種々変えて結合係数ｋの値を計算した結果を示している。なお、図１３において、距離Ｄは、第１の共振器１と第２の共振器２との間隔を示す（図１１におけるＺ方向の間隔）。ｆ１は上述の第１の共振モードにおける第１の共振周波数、ｆ２は上述の第２の共振モードにおける第２の共振周波数を示す。本実施の形態に係るフィルタでは、図１２に示したように角度θを定義したとき、角度θ＝４５°のときが第１の共振器１と第２の共振器２とが互いに直交する状態となる。上記第１の実施の形態に係るフィルタでは、第１の共振器１と第２の共振器２とが互いに直交する状態（図４、図５の状態）のときが、共振器間の結合が最も弱くなる状態となるが、本実施の形態に係るフィルタでは、そうはならない。これは、第１の共振器１と第２の共振器２とが互いに同じグランド電極に接続されているため、グランド電極の近傍ではそのグランド電極に沿って磁界が形成され、その結果、互いに磁界が交差せず、結合が生じるためである。ただし、本実施の形態に係るフィルタにおいても、第１の共振器１と第２の共振器２とを配置する角度を調整することで結合の強さが変わるので、所望の狭帯域のフィルタ特性を得ることができる。
［第５の実施の形態］

次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。なお、上記第１ないし第４の実施の形態に係るフィルタと実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１４および図１５は、本発明の第５の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示している。なお、図１５は図１４のフィルタを図１４のＺ方向の一側面から見た状態を示している。本実施の形態に係るフィルタは、上記第４の実施の形態に係るフィルタ（図１１および図１２）に比べて、第２の共振器２を構成する他の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４，２５，２６を、完全に垂直方向（図１４のＹ方向）に延在させることとし、第１の共振器１のみを垂直方向に斜めに角度θで傾けた配置としたものである。

図１６は、本実施の形態に係るフィルタにおいて、角度θを種々変えて結合係数ｋの値を計算した結果を示している。なお、図１６において、距離Ｄは、第１の共振器１と第２の共振器２との間隔を示す（図１４におけるＺ方向の間隔）。ｆ１は上述の第１の共振モードにおける第１の共振周波数、ｆ２は上述の第２の共振モードにおける第２の共振周波数を示す。本実施の形態に係るフィルタにおいても、第１の共振器１を配置する角度を調整することで結合の強さが変わるので、所望の狭帯域のフィルタ特性を得ることができる。
［第６の実施の形態］

次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。なお、上記第１ないし第５の実施の形態に係るフィルタと実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１７は、本発明の第６の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示している。本実施の形態に係るフィルタは、上記第４の実施の形態に係るフィルタ（図１１および図１２）の構成に対して、第１の共振器１における短絡端にグランド補助電極５１，５２を設けると共に、第２の共振器２における短絡端に他のグランド補助電極６１，６２を設けたものである。上面側においてグランド補助電極５１と他のグランド補助電極６２は、互いに異なる角度を持った形状とされている。底面側においてグランド補助電極５２と他のグランド補助電極６１は、互いに異なる角度を持った形状とされている。上記第４の実施の形態に係るフィルタでは、第１の共振器１における短絡端と第２の共振器２における短絡端とが、互いに同じグランド電極に接続されているため、グランド電極の近傍ではそのグランド電極に沿って磁界が形成され、その結果、互いに磁界が交差せず、結合が生じる。本実施の形態に係るフィルタでは、互いに異なる角度で配置されたグランド補助電極５１，５２および他のグランド補助電極６１，６２を介して、第１の共振器１における短絡端と第２の共振器２における短絡端とを互いに同じグランド電極に接続している。これにより、互いに同じグランド電極に接続されていたとしても、グランド補助電極５１，５２および他のグランド補助電極６１，６２によりグランド電極近傍でも磁界が交差して結合を弱めることができる。
［その他の実施の形態］

本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態において、第１の共振器１および第２の共振器２を構成する１／４波長共振器の数は図示したものに限定されない。各共振器がそれぞれ、一対の１／４波長共振器を少なくとも１組有していればよい。

また、上記第４ないし第６の実施の形態において、第１の共振器１における短絡端と第２の共振器２における短絡端とを同じグランド電極ではなく、例えば貫通導体を用いて、平行的に積層配置された別々のグランド電極に接続することも可能である。例えば上面側にグランド電極層を２層有する構成とし、第１の共振器１における第１、第３および第５の１／４波長共振器１１，１３，１５の他端を上面側の一方のグランド電極層に接続すると共に、第２の共振器２における第２、第４および第６の１／４波長共振器２２，２４，２６の他端を上面側の他方のグランド電極層に接続するような構成も可能である。底面側についても同様である。

本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタにおいて入力端子および出力端子を設けた構成例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの他の構成例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの他の構成例を示す側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係るフィルタの伝送特性を示す特性図である。 本発明の第３の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るフィルタの伝送特性を示す特性図である。 本発明の第４の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す側面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るフィルタにおける角度θによる結合係数の変化を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す斜視図である。 本発明の第５の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す側面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るフィルタにおける角度θによる結合係数の変化を示す図である。 本発明の第６の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す側面図である。 コムライン結合された一対の１／４波長共振器の基本構成を示す構成図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器の基本構成を示す構成図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を２組用いたフィルタの基本構成を示す構成図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を２組用いたフィルタの具体的な構成例を示す斜視図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器の第１の共振モードを示す説明図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器の第２の共振モードを示す説明図である。 結合度が弱い場合の２つの共振器の共振モードを示す説明図である。 結合度が強い場合の２つの共振器の共振モードを示す説明図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器における共振周波数の分布状態を示す説明図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を３組用いたフィルタの具体的な構成例を示す斜視図である。 図２７に示したフィルタの伝送特性を示す特性図である。

符号の説明

１…第１の共振器、２…第２の共振器、３…第３の共振器、４…入力端子、５…出力端子、１０…誘電体ブロック、１１，１２，１３，１４，１５，１６，２１，２２，２３，２４，２５，２６，３１，３２…１／４波長共振器、４１，４２…容量性結合電極、４３…貫通導体、５１，５２，６１，６２…グランド補助電極。

Claims (3)

1. 対向配置された１／４波長共振器を複数有すると共に、隣り合う２つの前記１／４波長共振器同士が互いにインターディジタル結合された第１の共振器と、
   対向配置された他の１／４波長共振器を複数有すると共に、隣り合う２つの前記他の１／４波長共振器同士が互いにインターディジタル結合された第２の共振器と、
   前記第１の共振器および前記第２の共振器が内部に形成された直方体形状の誘電体ブロックと、
   前記誘電体ブロックにおける互いに対向する第１の面および第２の面に形成された第１のグランド電極と、
   前記第１の面および第２の面に直交し、前記誘電体ブロックにおける互いに対向する第３の面および第４の面に形成された第２のグランド電極と
   を備え、
   前記第１の共振器と前記第２の共振器とが全体として所定角度で交差する方向に沿って延設されて互いに電磁結合されると共に、
   前記第１の共振器を構成する前記１／４波長共振器の短絡端が前記第１のグランド電極に接続され、
   前記第２の共振器を構成する前記他の１／４波長共振器の短絡端が前記第２のグランド電極に接続されている
   ことを特徴とするフィルタ。
2. 対向配置されたさらに他の１／４波長共振器を複数有すると共に、対向する前記さらに他の１／４波長共振器同士が互いにインターディジタル結合された第３の共振器をさらに備え、
   前記第３の共振器と前記第２の共振器とが全体として所定角度で交差する方向に沿って延設されて互いに電磁結合されると共に、
   前記第３の共振器を構成する前記さらに他の１／４波長共振器の短絡端が前記第１のグランド電極に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記第２の共振器が、前記第１の共振器と前記第３の共振器との間に配置されており、
   前記第１の共振器および前記第２の共振器の間と、前記第２の共振器および前記第３の共振器の間とにそれぞれ容量性結合電極が配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ。

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