(57)【要約】【課題】  通過帯域外の減衰量の設計自由度を向上させると共に、通過帯域内の挿入損失を小さくすることができるフィルタ素子を提供すること。【解決手段】  複数の誘電体層７〜１０が積層されて成る基体と、誘電体層７〜１０の層間に形成された、互いに平行な第１および第２の伝送線路から成る第１の結合線路ならびに互いに平行な第３および第４の伝送線路から成る第２の結合線路と、第１および第２の結合線路よりも上側の誘電体層の層間に形成された第１および第２の容量電極１３，１４と、基体の第１および第２の容量電極１３，１４よりも下側に形成された第１の接地電極１１と、基体の第１および第２の結合線路よりも上側に形成された第２の接地電極１２とを具備する。【図面】  図２【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層が積層されて成る基体と、前記誘電体層の層間に形成された、互いに平行な第１および第２の伝送線路から成る第１の結合線路ならびに互いに平行な第３および第４の伝送線路から成る第２の結合線路と、前記第１および第２の結合線路よりも上側の前記誘電体層の層間に形成された第１および第２の容量電極と、前記基体の前記第１および第２の結合線路よりも下側に形成された第１の接地電極と、前記基体の前記第１および第２の容量電極よりも上側に形成された第２の接地電極とを具備しており、前記第１の伝送線路は、一端が前記第１の容量電極に接続導体を介して電気的に接続されるとともに、他端が前記第３の伝送線路の一端に電気的に接続されており、前記第２の伝送線路は、一端が前記第２の容量電極に接続導体を介して電気的に接続されるとともに、他端が前記第４の伝送線路の一端に電気的に接続されており、前記第３および第４の伝送線路は、各他端がそれぞれ接地接続導体を介して前記第１および第２の接地電極に電気的に接続されており、前記第１および第２の伝送線路の間隔と前記第３および第４の伝送線路の間隔とが異なるとともに、前記第１の伝送線路の他端と前記第３の伝送線路の一端との接続部に入力端子が接続され、前記第２の伝送線路の他端と前記第４の伝送線路の一端との接続部に出力端子が接続されていることを特徴とするフィルタ素子。
【請求項２】
前記接地接続導体および前記接続導体は、前記基体の内部に形成された貫通導体および前記基体の側面に形成された側面導体の少なくとも一方から成ることを特徴とする請求項１記載のフィルタ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種通信機器等に用いられるフィルタ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は一般的なフィルタ素子の等価回路図である。フィルタ素子は、互いに平行な第１の伝送線路Ｌ１ａおよび第２の伝送線路Ｌ２ａから成る結合線路ＴＬ１ａと、第１のコンデンサＣ１ａおよび第２のコンデンサＣ２ａから構成されており、第１の伝送線路Ｌ１ａは、一端が第１のコンデンサＣ１ａに電気的に接続されるとともに他端が電気的に接地され、第２の伝送線路Ｌ２ａは、一端が第２のコンデンサＣ２ａに電気的に接続されるとともに他端が電気的に接地された構成である。
【０００３】
図６は一般的なフィルタ素子の斜視図である。誘電体からなる積層体の下層側に接地電極１を設け、この上層に接地電極１と対向した、互いに平行な伝送線路Ｌ１ａおよび伝送線路Ｌ２ａから成る結合線路ＴＬ１ａを設け、この上層に伝送線路Ｌ１ａの一端と接続導体５を介して接続された容量電極３を設けるとともに伝送線路Ｌ２ａの一端と接続導体５を介して接続された容量電極４を設け、その上層に容量電極３，４と対向する接地電極２を設け、伝送線路Ｌ１ａ，Ｌ２ａの各他端はそれぞれ接地接続導体６を介して接地電極１，２に電気的に接続される。容量電極３，４は、それぞれ誘電体層を介して接地電極２との間で第１および第２のコンデンサＣ１ａ，Ｃ２ａを形成する。
【０００４】
そして、上記構成のフィルタ素子は、所望のフィルタ特性を実現する為に、結合線路ＴＬ１ａの長さや、互いに平行な伝送線路Ｌ１ａ，Ｌ２ａの間隔を調整することによって、結合線路ＴＬ１ａにおける電磁界結合量を調整して、フィルタ素子の通過帯域外の減衰量を調整している。
【特許文献１】特開平１０−１２６１０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の図６のフィルタ素子では、結合線路ＴＬ１ａの長さや、互いに平行な伝送線路Ｌ１ａ，Ｌ２ａの間隔を調整するために、フィルタ特性の通過帯域外の低域側における減衰量に大きく寄与する結合線路ＴＬ１ａの接地側の領域で支配的に形成される磁界結合量と、フィルタ特性の通過帯域外の高域側における減衰量に大きく寄与する結合線路ＴＬ１ａの接地側と反対側の領域で支配的に形成される電界結合量が同程度変化するという特徴を有していた。この結果、フィルタ特性の通過帯域外の低域側と高域側の減衰量が同程度変化し、通過帯域外の減衰量の調整に対し設計自由度がきわめて低いという問題があった。そして、特に、通過帯域外の低域側あるいは高域側のみ減衰させたいという用途に対しては、減衰させる必要が無い他方の領域側まで同時に減衰させてしまうこととなり、その結果、フィルタ特性の通過帯域が狭帯域となって挿入損失が増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、通過帯域外の減衰量の設計自由度を向上させると共に、通過帯域内の挿入損失を小さくすることができるフィルタ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のフィルタ素子は、複数の誘電体層が積層されて成る基体と、誘電体層の層間に形成された、互いに平行な第１および第２の伝送線路から成る第１の結合線路ならびに互いに平行な第３および第４の伝送線路から成る第２の結合線路と、第１および第２の結合線路よりも上側の誘電体層の層間に形成された第１および第２の容量電極と、前記基体の前記第１および第２の結合線路よりも下側に形成された第１の接地電極と、前記基体の前記第１および第２の容量電極よりも上側に形成された第２の接地電極とを具備しており、第１の伝送線路は、一端が第１の容量電極に接続導体を介して電気的に接続されるとともに、他端が第３の伝送線路の一端に電気的に接続されており、第２の伝送線路は、一端が第２の容量電極に接続導体を介して電気的に接続されるとともに、他端が第４の伝送線路の一端に電気的に接続されており、第３および第４の伝送線路は、各他端がそれぞれ接地接続導体を介して第１および第２の接地電極に電気的に接続されており、第１および第２の伝送線路の間隔と第３および第４の伝送線路の間隔とが異なるとともに、第１の伝送線路の他端と第３の伝送線路の一端との接続部に入力端子が接続され、第２の伝送線路の他端と第４の伝送線路の一端との接続部に出力端子が接続されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のフィルタ素子は好ましくは、接地接続導体および接続導体は、基体の内部に形成された貫通導体および基体の側面に形成された側面導体の少なくとも一方から成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフィルタ素子は、接地側の領域に形成された互いに平行な第３および第４の伝送線路から成る第２の結合線路と、接地側と反対側の領域に形成された互いに平行な第１および第２の伝送線路から成る第１の結合線路において、第１および第２の伝送線路の間隔と第３および第４の伝送線路の間隔とが異なることから、接地側の領域にある第２の結合線路で支配的に形成される磁界結合量と、接地側と反対側の領域にある第１の結合線路で支配的に形成される電界結合量を、互いに独立して調整することができる。そのため、通過帯域外の低域側の減衰に大きく寄与する第２の結合線路の磁界結合量と、通過帯域外の高域側の減衰に大きく寄与する第１の結合線路の電界結合量を任意に調整することができ、通過帯域外の減衰量の設計自由度を向上させることができる。また、この結果、用途に応じた必要最小限の減衰量でフィルタ特性が実現できるため、不要な減衰量形成による通過帯域の狭帯域化を阻止でき、通過帯域内の挿入損失を小さくすることができる。
【００１０】
さらに、設計パラメータの観点からも、第１および第２の伝送線路の間隔と第３および第４の伝送線路の間隔に加えて、第１の結合線路と第２の結合線路の長さを互いに独立して調整することができるため、更にフィルタ特性の設計自由度が向上する。
【００１１】
また、本発明のフィルタ素子は好ましくは、接地接続導体および接続導体は、基体の内部に形成された貫通導体および基体の側面に形成された側面導体の少なくとも一方から構成されているため、複数の誘電体層が積層されて成る基体の内部に形成されるフィルタ素子の設計自由度が向上し、小型なフィルタ素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のフィルタ素子について図面を用いて以下に説明する。なお、以下の実施の形態では、パーソナルコンピュータとプリンタ等の周辺機器を無線で繋いだシステム等であるブルーツース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ：周波数帯域２．４〜２．５ＧＨｚ）の周波数に対応したフィルタ素子について説明する。
【００１３】
図１は、本発明のフィルタ素子について実施の形態の１例を示す等価回路図である。図１において、Ｃ１ｂは第１のコンデンサ、Ｃ２ｂは第２のコンデンサ、ＴＬ１ｂは互いに平行な第１の伝送線路Ｌ１ｂおよび第２の伝送線路Ｌ２ｂから成る第１の結合線路、ＴＬ２ｂは互いに平行な第３の伝送線路Ｌ３ｂおよび第４の伝送線路Ｌ４ｂから成る第２の結合線路である。
【００１４】
そして、図１のフィルタ素子において、第１の伝送線路Ｌ１ｂは、一端が第１の第１のコンデンサＣ１ｂに接続されるとともに、他端が第３の伝送線路Ｌ３ｂの一端に接続されており、第２の伝送線路Ｌ２ｂは、一端が第２の第１のコンデンサＣ２ｂに接続されるとともに、他端が第４の伝送線路Ｌ４ｂの一端に接続されており、第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂは、各他端がそれぞれ接地されており、第１の伝送線路Ｌ１ｂの他端と第３の伝送線路Ｌ３ｂの一端との接続部に入力端子が接続され、第２の伝送線路Ｌ３ｂの他端と第４の伝送線路Ｌ４ｂの一端との接続部に出力端子が接続されている。
【００１５】
図２は、図１のフィルタ素子の斜視図である。図２において、７〜１０は第１〜第４の誘電体層、１１，１２は第１および第２の接地電極、１３，１４は第１および第２の容量電極、１５は接続導体、１６は接地接続導体、１７は入力端子、１８は出力端子、ＴＬ１ｂは互いに平行な第１の伝送線路Ｌ１ｂおよび第２の伝送線路Ｌ２ｂから成る第１の結合線路、ＴＬ２ｂは互いに平行な第３の伝送線路Ｌ３ｂおよび第４の伝送線路Ｌ４ｂから成る第２の結合線路である。
【００１６】
図２において、第４の誘電体層１０を介して第１の容量電極１３と第２の接地電極１２との間でそれぞれ形成される容量をＣ１ｂ、第４の誘電体層１０を介して第２の容量電極１４と第２の接地電極１２との間でそれぞれ形成される容量をＣ２ｂとする。
【００１７】
また、第１の伝送線路Ｌ１ｂは、一端が第１の容量電極１３に接続導体１５を介して電気的に接続されるとともに、他端が第３の伝送線路Ｌ３ｂの一端に電気的に接続され、第２の伝送線路Ｌ２ｂは、一端が第２の容量電極１４に接続導体１５を介して電気的に接続されるとともに、他端が第４の伝送線路Ｌ４ｂの一端に電気的に接続されている。また、第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂは、各他端がそれぞれ接地接続導体１６を介して第１および第２の接地電極１１，１２に電気的に接続され、第１の伝送線路Ｌ１ｂの他端と第３の伝送線路Ｌ３ｂの一端との接続部に入力端子１７が接続され、第２の伝送線路Ｌ２ｂの他端と第４の伝送線路Ｌ４ｂの一端との接続部に出力端子１８が接続されている。これにより、Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂからなるフィルタ素子を構成している。
【００１８】
そして、第４の誘電体層１０、第１および第２の容量電極１３，１４によって容量Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂを調整し、また、第２および第３の誘電体層８，９、第１および第２の伝送線路Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂの間隔、第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂの間隔、第１の結合線路ＴＬ１ｂの長さ、第２の結合線路ＴＬ２ｂの長さを調整することにより、所望のフィルタ特性を得ることができる。
【００１９】
また、本発明のフィルタ素子は、図６の従来のフィルタ素子が、結合線路ＴＬ１ａの長さや、互いに平行な伝送線路Ｌ１ａおよび伝送線路Ｌ２ａの間隔を調整することによって、通過帯域外の減衰量を調整する構成であるのに対し、接地側の領域に形成した互いに平行な第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂから成る第２の結合線路ＴＬ２ｂと、接地側と反対側の領域に形成した互いに平行な第１および第２の伝送線路Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂから成る第１の結合線路ＴＬ１ｂにおいて、第１および第２の伝送線路Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂの間隔と第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂの間隔とを異ならせる。
【００２０】
これにより、従来のフィルタ素子が、通過帯域外の低域側の減衰に大きく寄与する結合線路ＴＬ１ａの接地側の領域で支配的に形成される磁界結合量と、通過帯域外の高域側の減衰に大きく寄与する結合線路ＴＬ１ａの接地側と反対側の領域で支配的に形成される電界結合量とが常に同程度変化し、通過帯域外の減衰量の調整に対し設計自由度が無かったのに対して、本発明のフィルタ素子は、接地側の領域にある第２の結合線路ＴＬ２ｂで支配的に形成される磁界結合量と、接地側と反対側の領域にある第１の結合線路ＴＬ１ｂで支配的に形成される電界結合量とを、互いに独立して調整することができる。
【００２１】
その結果、通過帯域外の低域側の減衰に大きく寄与する第２の結合線路ＴＬ２ｂの磁界結合量と、通過帯域外の高域側の減衰に大きく寄与する第１の結合線路ＴＬ１ｂの電界結合量を任意に調整することができ、通過帯域外の減衰量の設計自由度を向上させることができる。
【００２２】
図２の例においては、第１および第２の伝送線路Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂの間隔を狭くするとともに、第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂの間隔を広くしている。これにより、接地側の領域にある第２の結合線路ＴＬ２ｂで支配的に形成される磁界結合量を弱くして通過帯域外の低域側での減衰量を増大させるとともに、接地側と反対側の領域にある第１の結合線路ＴＬ１ｂで支配的に形成される電界結合量を強くして、通過帯域外の高域側での減衰量を減少させることができる。また、この結果、用途に応じた必要最小限の減衰量でフィルタ特性を実現できるため、不要な減衰量形成による通過帯域の狭帯域化を阻止でき、通過帯域内の挿入損失を小さくすることができる。
【００２３】
なお、本発明のフィルタ素子は、例えば誘電体層がセラミックスから成る場合、焼成後に各誘電体層となるセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）に所定の孔開け加工を施すとともに、各電極のパターン形状および貫通導体となる貫通孔やグリーンシートの側面等に導体ペーストを塗布し、これらを積層して焼成することによって製作される。または、誘電体層がフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂，ポリイミド樹脂のような樹脂から成る場合、樹脂基板を用い、その表面に被着させた銅箔をエッチングして各電極パターンの形成を行ない、層間接続用の貫通導体を形成して積層プレスすることによって製作される。
【００２４】
また、第１〜第４の誘電体層７〜１０を始めとする誘電体層には、アルミナセラミックス，ムライトセラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、または四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂，ポリイミド等の樹脂系材料等が用いられる。
【００２５】
また、第１および第２の接地電極１１，１２、第１および第２の容量電極１３，１４、接続導体１５、接地接続導体１６、入力端子１７、出力端子１８には、高周波信号伝送用の金属材料から成る導体層が用いられる。例えば、Ｃｕ層、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等が用いられ、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。その厚みや幅は、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。
【００２６】
なお、接続導体１５、接地接続導体１６は、ビア導体やスルーホール導体等の貫通導体であってもよい。
【００２７】
図３および図４は、図２の本発明のフィルタ素子の周波数特性を示すグラフである。図３，図４において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸はフィルタ素子の信号通過量Ｓ(２，１)（単位：ｄＢ）を表わし、破線の特性曲線は本発明のフィルタ素子の周波数特性を、実線の周波数特性は従来のフィルタ素子の周波数特性を示している。また、図４は特に通過帯域内の周波数特性を示している。
【００２８】
図３，図４より、本発明のフィルタ素子によれば、第１および第２の伝送線路Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂの間隔を狭くするとともに、第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂの間隔を広くしているため、接地側と反対側の領域にある第１の結合線路ＴＬ１ｂで支配的に形成される電界結合量が強くなることによって通過帯域外の高域側での減衰量を減少させることができるとともに、接地側の領域にある第２の結合線路ＴＬ２ｂで支配的に形成される磁界結合量が弱くなることによって通過帯域外の低域側での減衰量を増大させることができている。これにより、通過帯域外の減衰量の設計自由度を向上させることができることがわかる。また、この結果、用途に応じた必要最小限の減衰量でフィルタ特性が実現できるため、不要な減衰量形成による通過帯域の狭帯域化を阻止でき、通過帯域内の挿入損失の増大を抑止できることがわかる。
【００２９】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、上記の例ではフィルタ素子において、第１および第２の伝送線路Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂの間隔を狭くするとともに、第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂの間隔を広くしているが、これとは逆に第１および第２の伝送線路Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂの間隔を広くするとともに、第３および第４の伝送線路Ｌ３ｂ，Ｌ４ｂの間隔を狭くしてもよい。これにより、通過帯域外の低域側での減衰量を減少させるとともに、通過帯域外の高域側での減衰量を増大させることができる。
【００３０】
また、上記の例では、第１の伝送線路Ｌ１ｂおよび第２の伝送線路Ｌ２ｂ、ならびに、第３の伝送線路Ｌ３ｂおよび第４の伝送線路Ｌ４ｂはそれぞれ互いに平行にしているが、
それぞれ独立して、ハの字型や逆ハの字型にしたり、途中で折り曲げたりしてもよい。これにより、第１および第２の結合線路ＴＬ１ｂ，ＴＬ２ｂでそれぞれ形成される電磁界結合量を更に任意に調整することができる。
【００３１】
また、第１〜第４の誘電体層７〜１０のうちの任意の誘電体層やその内部の一部に高誘電率材料を用いたり、磁性体を混ぜたりしてもよい。これにより、さらなるフィルタ素子の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のフィルタ素子について実施の形態の１例の等価回路図である。
【図２】図１のフィルタ素子の分解斜視図である。
【図３】図２のフィルタ素子および従来のフィルタ素子の周波数特性を示すグラフである。
【図４】図２のフィルタ素子および従来のフィルタ素子の周波数特性を示すグラフである。
【図５】従来のフィルタ素子の１例の等価回路図である。
【図６】図５の従来のフィルタ素子の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
７〜１０：第１〜第４の誘電体層
１，２，１１，１２：第１および第２の接地電極
３，４，１３，１４：第１および第２の容量電極
５，１５：接続導体
６，１６：接地接続導体
１７：入力端子
１８：出力端子
【図１】
2005277516.tif 000002
【図２】
2005277516.tif 000003
【図３】
2005277516.tif 000004
【図４】
2005277516.tif 000005
【図５】
2005277516.tif 000006
【図６】
2005277516.tif 000007