(57)【要約】【課題】本発明は、低損失な伝送線路型共振器を提供することを目的とするものである。【課題手段】上記目的を達成するために本発明の伝送線路型共振器７は、複数の誘電体シート１１が積層された積層体８からなり、これら複数の誘電体シート１１の間に配置された複合右手系左手系伝送線路と、伝送線路型共振器７の端面に配置され複合右手系左手系伝送線路に接続された外部接続端子９とを備えたことを特徴とする。この構成により、本発明の伝送線路型共振器７は、複合右手系左手系伝送線路を用いているので、低損失になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体シートが積層された積層体からなる伝送線路型共振器であって、
前記複数の誘電体シートの間に配置された複合右手系左手系伝送線路と、
前記伝送線路型共振器の端面に配置され前記複合右手系左手系伝送線路に接続された外部接続端子とを備えたことを特徴とする伝送線路型共振器。
【請求項２】
前記複合右手系左手系伝送線路は、
ある誘電体シート上に配置された線路電極と、
前記線路電極に接続され前記線路電極より線路幅の小さい接続パターン電極と、
この接続パターン電極に接続された接地電極と、
前記線路電極と容量結合するように配置されると共に前記外部接続端子と接続された入出力パターン電極とで構成されることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路型共振器。
【請求項３】
前記線路電極は前記ある誘電体シートの上に複数存在し、
前記複合右手系左手系伝送線路は、これら複数の線路電極の上に配置された誘電体シートを介して、前記線路電極に対向するように配置された容量電極を備えたことを特徴とする請求項２に記載の伝送線路型共振器。
【請求項４】
０次オーダーであることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路型共振器。
【請求項５】
前記誘電体シートは低温同時焼成セラミックであることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路型共振器。
【請求項６】
前記誘電体シートは樹脂板であることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路型共振器。
【請求項７】
前記複数の誘電体シートの厚さは略同一であることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路型共振器。
【請求項８】
前記容量電極と前記線路電極との間は、前記容量電極の上に配置されたシールドパターン電極と前記容量電極との間、若しくは前記線路電極の下に配置されたシールドパターン電極と前記線路電極との間より小さいことを特徴とする請求項３に記載の伝送線路型共振器。
【請求項９】
前記接続パターン電極としてメアンダラインを用いたことを特徴とする請求項２に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１０】
前記接続パターン電極としてスパイラル・コイルを用いたことを特徴とする請求項２に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１１】
前記容量電極が前記線路電極の上下２層に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１２】
前記線路電極は、複数層存在し、
各々の層の線路電極は互い違いに配置されたことを特徴とする請求項２に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１３】
前記接続パターン電極の代わりに、ビアホール電極を用いて前記線路電極を接地させたことを特徴とする請求項２に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１４】
前記ビアホールの途中にスタブ電極が設けられたことを特徴とする請求項１３に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１５】
前記積層体は収縮焼成で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１６】
前記積層体は無収縮焼成で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１７】
前記ビアホールは、各々の誘電体シート内で上から下に細くなるテーパ状であることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１８】
前記線路電極は分割型線路電極であることを特徴とする請求項２に記載の伝送線路型共振器。
【請求項１９】
前記容量電極は分割容量電極であることを特徴とする請求項３に記載の伝送線路型共振器。
【請求項２０】
請求項１に記載の伝送線路型共振器を用いたことを特徴とする高周波フィルタ。
【請求項２１】
請求項１に記載の伝送線路型共振器を用いたことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２２】
請求項１に記載の伝送線路型共振器を用いたことを特徴とする無線機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば携帯電話機やデジタルテレビチューナ等の無線機器や高周波モジュールに用いられる高周波フィルタならびに伝送線路型共振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下に図面を参照しながら、従来の伝送線路型共振器を用いた高周波フィルタの一例について説明する。図２４は、従来の伝送線路型共振器を用いた高周波フィルタの外観斜視図を示すものである。
【０００３】
図２４において、従来の高周波フィルタ１は、誘電体シート２の上に順に配置された外部接続端子３と、半波長の伝送線路型共振器４と、半波長の伝送線路型共振器５と、外部接続端子６とを備えている。また、これら外部接続端子３と伝送線路型共振器４と伝送線路型共振器５と外部接続端子６とは互いに容量結合されている。
【０００４】
この従来の高周波フィルタ１において、誘電体シート２の誘電率によって伝送線路型共振器４，５のエレメント長が決定されていた。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、非特許文献１が知られている。
【非特許文献１】MICROWAVE FILTERS, IMPEDANCE-MATCHING NETWORKS, AND COUPLING STRUCTURES Page 441 Printed and bound by Artech House, Norwood, MA, 1980 Written by G. L. Matthaei and L. Young and E.M.T. Jones
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の高周波フィルタ１において、伝送線路型共振器４，５が右手系であった為、伝送線路型共振器４，５に流れる高周波電流が伝送線路型共振器４，５の電気抵抗で熱エネルギーに変換されてしまい、高周波フィルタ１の伝送特性において大きな挿入損失が生じていた。
【０００７】
そこで本発明は、低損失な伝送線路型共振器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の伝送線路型共振器は、複数の誘電体シートが積層された積層体からなり、これら複数の誘電体シートの間に配置された複合右手系左手系伝送線路と、伝送線路型共振器の端面に配置され複合右手系左手系伝送線路に接続された外部接続端子とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により、本発明の伝送線路型共振器は、複合右手系左手系伝送線路を用いているので、低損失になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における伝送線路型共振器について図面を参照にして説明する。
【００１１】
図１に実施の形態１における伝送線路型共振器の外観図を示す。
【００１２】
図１において、伝送線路型共振器７は、積層体８と、この積層体８の端面に配置された外部接続端子９及び接地電極１０とを有する。
【００１３】
図２に、実施の形態１における複合右手系左手系の伝送線路型共振器の分解斜視図を示す。複合右手系左手系の伝送線路型共振器７は、低温同時焼成セラミック若しくは樹脂板からなる誘電体シート１１を複数枚積層して構成される。そして、ある誘電体シート１１上に互いに任意の間隙をおいて直線的に複数の線路電極１２が配置されている。さらに、線路電極１２には、線路電極１２より線路幅の小さいインダクタ性の接続パターン電極１３を介して接地パターン電極１６が接続されている。また、接地パターン電極１６は上記接地電極１０に接続されている。さらに、線路電極１２の上に配置された誘電体シート１１の上には複数の容量電極１４が線路電極１２に対向するように配置されている。各容量電極１４は隣接する２枚の線路電極１２を跨ぐように配置され、隣接する線路電極１２同士を容量結合させる。また、複数の線路電極１２のうち最外端の線路電極１２に容量結合されるように入出力パターン電極１５が配置されている。この入出力パターン電極１５は上記外部接続端子９に接続されている。
【００１４】
また、積層体８の最上の誘電体シート１１の下面及び最下の誘電体シート１１の上面にはシールドパターン電極１７が配置され、これら２枚のシールドパターン電極１７も接地電極１０に接続されている。
【００１５】
尚、本発明における複合右手系左手系伝送線路は、少なくとも上記接地電極１０と、線路電極１２と、接続パターン電極１３と、入出力パターン電極１５とから構成されている。
【００１６】
ここで、従来の右手系伝送線路と、理想的な左手系伝送線路と、本発明の複合型右手系左手系伝送線路の動作について説明する。図３（ａ）は、従来の右手系伝送線路（ＰＲＨ）の微小区間を等価回路的に表したものである。従来の右手系伝送線路では、直列にインダクタＬR、並列にＣR接続されることになる。ここでは、当然のこと、誘電率、透磁率ともに正の値を持つ。
【００１７】
一方、図３（ｂ）は、理想的な左手系伝送線路（ＰＬＨ）の微小区間を等価回路的に表したものである。理想的な左手系伝送線路では、直列にキャパシタＣL、並列にＬLが接続されることになる。この場合は、誘電率、透磁率ともに負の値を持つ。したがって、その電気的振る舞いは、普通の自然界に存在する伝送線路とは大きく異なる性質を示すことになる。例えば、後進波が生じる。後進波とは、波のエネルギーの進む方向と位相の進む方向が逆になるものである。また、低速波が生じる。そのため、波の位相の進む速度が自由空間中に比べて非常に遅くなる。よって、低い周波数においても、伝送線路型共振器の長さを短くできることとなる。
【００１８】
さらに、図３（ｃ）は、複合型右手系左手系伝送線路（ＣＲＬＨ）の微小区間を等価回路的に表したものである。図３（ｂ）の理想的な左手系伝送線路を作ろうとしても、実際には右手系の持つ直列インダクタおよび並列キャパシタが寄生的に入り、図３（ｃ）のような複合型右手系左手系伝送線路になる。複合型右手系左手系伝送線路では、０〜ωshでは左手系の性質を示し、ωse〜∞では右手系の性質を示す。ωsh≠ωseの場合、アンバランス型といい、その周波数では波は伝搬できない（unbalance gap）。ω0＝ωsh＝ωseの場合、バランス型といい、ω0以下の周波数では左手系の特徴を示し、ωo以上の周波数では右手系の特徴を示す。各周波数ω0，ωsh，ωseと位相伝搬定数βpの関係を図４に示す。
【００１９】
本発明の伝送線路型共振器では、複合型右手系左手系伝送線路（ＣＲＬＨ）の特性曲線上のいずれの周波数を用いても構わないが、βpが負の領域において、従来得られなかった特性が得られる。特に、ω＝ω0においては、波長が無限大となり、伝送線路型共振器の長さと波長が無関係になり、理論的には共振器長をいくらでも短くできる。これを０次オーダーの共振器という。本発明では、最も好ましい共振モードである。この時、共振周波数はＣRとＬLの並列共振周波数で決まる。
【００２０】
ここで、伝送線路型共振器の損失について考えると、一般的に損失は線路の導体抵抗による抵抗損と誘電体のtanδによる誘電体損がある。従来の右手系伝送線路の場合は、線路の抵抗損が支配的であった。左手系伝送線路の場合は、図３（ｂ）でも示されるように、線路は直列キャパシタＣLの直列接続でできており、この部分での抵抗損はほとんど生じない。並列インダクタＬLの抵抗は依然として存在するが、特に０次オーダーの共振器の場合、並列回路はインピーダンスが無限大となる並列共振周波数で使用するため、抵抗損の影響はほとんど受けない。
【００２１】
したがって、０次オーダーの共振器は、従来の右手系伝送線路型共振器に比べて、線路長を画期的に短くできるだけでなく、より高い無負荷Ｑ値が得られる。すなわち低損失にできる。
【００２２】
尚、誘電体シート１１の厚さは全て略同一の厚さに規格化されているほうが好ましい。これにより、全ての誘電体シート１１の厚さが規格化されているため、製造が容易で低コスト化できる。
【００２３】
また、その上で、容量電極１４と線路電極１２の間の誘電体シート１１をＮ1（Ｎ1は自然数）枚とすると、上側のシールドパターン電極１７と容量電極１４の間の誘電体シート１１をＭ1（Ｍ1は自然数）枚、線路電極１２と下側のシールドパターン電極１７の間の誘電体シート１１をＭ1’（Ｍ1’は自然数）枚とし、Ｍ1、Ｍ1’＞Ｎ1とすることが、損失低減の点から望ましい。
【００２４】
接続パターン電極１３の実現方法については、いろいろな例が考えられる。図５は、接続パターン電極１３としてメアンダライン２１を用いた例である。図６（ａ）（ｂ）は、接続パターン電極１３としてスパイラル・コイル２２を用いた例である。尚、図６（ａ）は、所定の誘電体シート１１の上面を示し、図６（ｂ）は、この誘電体シート１１の下に配置された誘電体シート１１の上面を示す。図６（ａ）（ｂ）に示すように、スパイラル・コイル２２は、ビアホール電極２３によって接続されている。このようにスパイラル・コイル２２を用いることによって、より大きなインダクタンスを得ることができ、設計の自由度が上がる。
【００２５】
（実施の形態１の変形例）
図７は、実施の形態１の変形例である。上記実施の形態１と異なる点は容量電極１４が線路電極１２の上下２層に設けられている点である。これにより、さらに大きな結合容量を形成することができ、設計自由度を向上させることができる。図８は実施の形態１の変形例のＡ−Ａ’における断面図を示したものである。
【００２６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２の複合右手系左手系の伝送線路型共振器の構成について説明する。尚、特に説明しない限り実施の形態１と伝送線路型共振器の構成と動作は同様である。図９に示すのは、複合右手系左手系の伝送線路型共振器の分解斜視図である。また、図１０は、Ｂ−Ｂ’における断面図を示したものである。
【００２７】
実施の形態２においては、容量電極１４がなく、線路電極１２を２層にわたり互い違いに配置する。このようにすると、対向する線路電極１２同士で容量結合を行なうことができる。
【００２８】
この構成により、複合右手系左手系の伝送線路型共振器７のさらなる小型化が実現できる。
【００２９】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３における複合右手系左手系の伝送線路型共振器の構成について説明する。尚、特に説明しない限り実施の形態１と伝送線路型共振器の構成と動作は同様である。図１１は、実施の形態３における複合右手系左手系の伝送線路型共振器７の分解斜視図である。図１２は、Ｃ−Ｃ’における断面図を示したものである。
【００３０】
ここでは、接続パターン電極１３の代わりに、ビアホール電極１８を介して線路電極１２をシールドパターン電極１７に接地させる。ビアホール電極１８は、並列インダクタＬLとして動作する。尚、接地パターン電極１６は無くともよい。したがって、伝送線路型共振器７の横幅を狭くすることができる。
【００３１】
ビアホール電極１８については、いろいろな変形例が考えられる。図１３は、ビアホール電極１８の途中にスタブ電極を設けた例である。このような素子を用いることによって、より大きなインダクタンスを得ることができ、設計の自由度が上がる。
【００３２】
また、積層体８をＬＴＣＣで構成した場合、積層体８の焼成方法には収縮焼成と無収縮焼成がある。図１４（ａ）は、無収縮焼成を行なうときの層構成を示したものである。誘電体シート１１を積層したものの最上層と最下層に拘束層２４を接着する。図１４（ｂ）は、収縮焼成の場合の焼成前（左側）と焼成後（右側）の積層体２５の外観を示したものである。収縮焼成の場合は、３次元全ての方向に約１５％ずつ収縮する。
【００３３】
これに対して、無収縮焼成の場合は、図１４（ｃ）に示すように、平面方向には収縮せず、厚み方向にのみ約５０％収縮する。したがって、無収縮焼成は平面内の精度がとれる代わりに、厚み方向にばらつきを生じてしまう。したがって、ビアホール電極１８の設計は、この厚み方向のばらつきを考慮した設計が必要である。なお、拘束層２４は焼成後に除去する。
【００３４】
尚、ビアホール電極１８の断面を詳細に観測すると図１５のように各々の誘電体シート１１内で上から下に細くなるテーパ状となっており、これらを考慮した設計が必要である。
【００３５】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４における複合右手系左手系の伝送線路型共振器について説明する。尚、特に説明しない限り実施の形態１と伝送線路型共振器の構成と動作は同様である。図１６は複合右手系左手系の伝送線路型共振器の分解斜視図である。図１６において、線路電極１２の代わりに分割型線路電極１９が使われている点が実施の形態１と異なる点である。
【００３６】
図１７は、Ｄ−Ｄ’における断面図を示す。図１８は、分割型線路電極１９における電流分布を図示したものである。通常、高周波電流は伝送線路電極の両端に集中するが、電極を分割することにより、中央の電極にも電流が流れ、電流集中が緩和されていることがわかる。よって、上記構成により、電流の抵抗損が減り、高い無負荷Ｑ値が得られることとなる。
【００３７】
（実施の形態４の変形例）
図１９は、実施の形態４の変形例である。実施の形態４と異なる点は、容量電極１４が分割容量電極２０に置き換えられていることである。当変形例では、容量電極を流れる電流についても、電流集中を緩和できるので、さらに抵抗損を減らすことができる。
【００３８】
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５における複合右手系左手系の伝送線路型共振器を用いた高周波フィルタについて説明する。図２０は、複合右手系左手系の伝送線路型共振器を用いた高周波フィルタの分解斜視図である。
【００３９】
本構成では、実施の形態１で説明した複合右手系左手系の伝送線路型共振器７を上下方向に２段重ねして２つの共振器を電磁界結合させて高周波フィルタ２６を構成する。
【００４０】
共振器同士の結合のさせ方はこれに限らず、別に設けた結合回路(図示せず)を用いて行なっても良い。
【００４１】
また、結合させる共振器は２個に限らず、３個、４個と多段にすることができる。
【００４２】
高周波フィルタ２６の外観は、図１と基本的に同じである。
【００４３】
上記構成により、実施の形態１で述べた複合右手系左手系の伝送線路型共振器７の特徴が生かされて、小型で低損失な高周波フィルタを実現することができる。
【００４４】
（実施の形態６）
つぎに、本発明の実施の形態６における複合右手系左手系の伝送線路型共振器を用いた高周波フィルタについて説明する。図２１は、複合右手系左手系の伝送線路型共振器を用いた高周波フィルタの分解斜視図である。
【００４５】
本構成では、実施の形態１で説明した複合右手系左手系の伝送線路型共振器７を同一平面に配列して２つの共振器を電磁界結合させて高周波フィルタ２６を構成する。
【００４６】
共振器同士の結合のさせ方はこれに限らず、別に設けた結合回路（図示せず）を用いて行なっても良い。
【００４７】
また、結合させる共振器は２個に限らず、３個、４個と多段にすることができる。
【００４８】
高周波フィルタ２６の外観は、図１と基本的に同じである。
【００４９】
上記構成により、実施の形態１で述べた複合右手系左手系の伝送線路型共振器７の特徴が生かされて、小型で低損失な高周波フィルタを実現することができる。
【００５０】
（実施の形態７）
つぎに、本発明の実施の形態５、６で説明した高周波フィルタ２６を用いた高周波モジュールの例について説明する。図２２（ａ）は高周波モジュールの外観図、図２２（ｂ）は高周波モジュールの回路概念図である。
【００５１】
ここでは、高周波モジュール２９の例として、高周波フィルタ２６にバラクタダイオード３０を接続したチューナブルフィルタモジュールを例示している。
【００５２】
高周波モジュール２９は、高周波フィルタ２６と、この高周波フィルタ２６とグランドとの間に接続されたバラクタダイオード３０と、このバラクタダイオード３０とコントロール端子との間に接続されたチップインダクタ３１とを有する。バラクタダイオード３０は高周波フィルタ２６に複数個接続されていても構わない。また、図２２（ａ）に示すように、バラクタダイオード３０とチップインダクタ３１とは積層体８の上面に実装されている。
【００５３】
このように、積層体８の上面に表面実装部品を配置することにより、小型で高機能な高周波モジュールを実現することができる。
【００５４】
（実施の形態８）
つぎに、本発明の実施の形態７で説明した高周波モジュール２９を用いた無線機器の例について説明する。図２３（ａ）は無線機器の外観図、図２３（ｂ）は無線機器の回路概念図である。
【００５５】
無線機器は、入力端子側から順に高周波フィルタ２９、低雑音増幅器３３、高周波フィルタ２９、ミキサ３４を有しており、高周波フィルタ２９を用いることにより、非常に小型で多機能・高性能な無線機器を提供することができる。
【００５６】
例えば、デジタルテレビのチューナをこのような構成で実現すれば、強電界の妨害信号をチューナブルフィルタで取り除くことができて、低雑音増幅器やミキサを妨害信号による歪みから保護することができる。その結果、それらの回路の電流を減らせることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の伝送線路型共振器は低損失であるので、携帯端末等の無線機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１における伝送線路型共振器の外観図
【図２】同伝送線路型共振器の分解斜視図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、同伝送線路型共振器を説明するための回路図
【図４】同伝送線路型共振器を説明するための図
【図５】同伝送線路型共振器における接続パターン電極の一例を示す図
【図６】（ａ）（ｂ）は、同伝送線路型共振器における接続パターン電極の一例を示す図
【図７】同伝送線路型共振器の変形例を示す分解斜視図
【図８】同伝送線路型共振器の変形例を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態２における伝送線路型共振器の分解斜視図
【図１０】同伝送線路型共振器の断面図
【図１１】本発明の実施の形態３における伝送線路型共振器の分解斜視図
【図１２】同伝送線路型共振器の断面図
【図１３】同伝送線路型共振器の変形例を示す断面図
【図１４】（ａ）は、同伝送線路型共振器において無収縮焼成を行なう場合の層構成を示す分解斜視図、（ｂ）は、同伝送線路型共振器において収縮焼成を行う場合の焼成前後の外観図、（ｃ）は、同伝送線路型共振器において無収縮焼成を行う場合の焼成前後の外観図
【図１５】同伝送線路型共振器の断面図
【図１６】本発明の実施の形態４における伝送線路型共振器の分解斜視図
【図１７】同伝送線路型共振器の断面図
【図１８】同伝送線路型共振器における電流分布を示す図
【図１９】同伝送線路型共振器の変形例を示す分解斜視図
【図２０】本発明の実施の形態５における高周波フィルタの分解斜視図
【図２１】本発明の実施の形態６における高周波フィルタの分解斜視図
【図２２】（ａ）は、本発明の実施の形態７における高周波モジュールの外観図、（ｂ）は、同無線機器の回路図
【図２３】（ａ）は、本発明の実施の形態８における無線機器の外観図、（ｂ）は、同無線機器の回路図
【図２４】従来の伝送線路型共振器の斜視図
【符号の説明】
【００５９】
７  伝送線路型共振器
８  積層体
９  外部接続端子
１０  接地電極
１１  誘電体シート
１２  線路電極
１３  接続パターン電極
１４  容量電極
１５  入出力パターン電極
１６  接地パターン電極
１７  シールドパターン電極
１８  ビアホール電極
１９  分割型線路電極
２０  分割容量電極
２１  メアンダライン
２２  スパイラル・コイル
２３  ビアホール電極
２４  拘束層
２５  積層体
２６  高周波フィルタ
【図１】
2008060901.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2008060901.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2008060901.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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