JP2001320204A - デュアルモード・バンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化を図ることができ、結合度を大きくす
ることができ、結合度の調整が容易であり、帯域幅を容
易にかつ大幅に調整することができ、設計の自由度に優
れたデュアルモード・バンドパスフィルタを得る。 【解決手段】 誘電体基板２の第１の主面または誘電体
基板のある高さ位置において共振器を構成する金属膜３
が形成されており、該金属膜３に貫通孔３ａが形成され
ており、該貫通孔３ａに臨むように誘電体基板２に凹部
２ｂが形成されており、金属膜３と誘電体基板層を介し
て対向するように少なくとも１つのグラウンド電極４が
形成されており、金属膜３に入出力結合回路５，６が結
合されている、デュアルモード・バンドパスフィルタ
１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマイクロ波
〜ミリ波帯の通信機において帯域フィルタとして用いら
れるデュアルモード・バンドパスフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高周波領域で用いられるバンドパ
スフィルタとして、デュアルモード・バンドパスフィル
タが種々提案されている（MINIATURE DUAL MODE MICROS
TRIP FILTERS, J.A. Curtis and S.J. Fiedziuszko, 19
91 IEEE MTT-S Digestなど）。

【０００３】図８及び図９は、従来のデュアルモード・
バンドパスフィルタを説明するための各模式的平面図で
ある。図８に示すバンドパスフィルタ２００では、誘電
体基板（図示せず）上に円形の導電膜２０１が形成され
ている。この導電膜２０１に、互いに９０°の角度をな
すように、入出力結合回路２０２及び入出力結合回路２
０３が結合されている。そして、上記入出力結合回路２
０３が配置されている部分に対して中心角４５°の角度
をなす位置に、先端開放スタブ２０４が形成されてい
る。これによって共振周波数が異なる２つの共振モード
が結合され、バンドパスフィルタ２００は、デュアルモ
ード・バンドパスフィルタとして動作するように構成さ
れている。

【０００４】また、図９に示すデュアルモード・バンド
パスフィルタ２１０では、誘電体基板上に略正方形の導
電膜２１１が形成されている。この導電膜２１１に、互
いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２１
２，２１３が結合されている。また、入出力結合回路２
１３に対して１３５°の位置のコーナー部が欠落されて
いる。欠落部分２１１ａを設けることにより、２つの共
振モードの共振周波数が異ならされており、該２つのモ
ードの共振が結合されて、バンドパスフィルタ２１０
は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作す
る。

【０００５】他方、円形の導電膜に代えて、円環状の導
電膜を用いたデュアルモードフィルタも提案されている
（特開平９−１３９６１２号公報、特開平９−１６２６
１０号公報など）。すなわち、円環状のリング伝送路を
用い、図８に示したデュアルモード・バンドパスフィル
タと同様に、中心角９０°の角度をなすように入出力結
合回路を配置し、かつリング状伝送路の一部に先端開放
スタブを設けてなるデュアルモードフィルタが開示され
ている。

【０００６】また、特開平６−１１２７０１号公報に
も、同様のリング状伝送路を用いたデュアルモードフィ
ルタが開示されている。図１０に示すように、このデュ
アルモードフィルタ２２１では、誘電体基板上に円環状
の導電膜２２２が形成されているリング共振器が構成さ
れている。ここでは、円環状の導電膜２２２に対して、
互いに９０°をなすように４個の端子２２３〜２２６が
構成されている。４個の端子のうち、互いに９０°の角
度をなす位置に配置された２個の端子２２３，２２４が
入出力結合回路２２７，２２８に結合されており、残り
の２個の端子２２５，２２６が帰還回路２３０を介して
接続されている。

【０００７】上記構成により、１つのストリップ線路か
らなるリング共振器において、互いに結合しない直交モ
ード共振を生じさせ、上記帰還回路２３０により結合度
を制御することが可能である旨が記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図８及び図９に示した
従来のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、１つ
の導電膜パターンを形成することにより２段のバンドパ
スフィルタを構成することができ、従ってバンドパスフ
ィルタの小型化を図り得る。

【０００９】しかしながら、円形や正方形の導電膜パタ
ーンにおいて、上記特定の角度を隔てて入出力結合回路
を結合する構成を有するため、結合度を大きくすること
ができず、広い通過帯域を得ることができないという欠
点があった。

【００１０】また、図８に示されているバンドパスフィ
ルタでは、導電膜２０１が円形であり、図９に示すバン
ドパスフィルタでは、導電膜２１１がほぼ正方形と形状
が限定されている。従って、設計の自由度が低いという
問題もあった。

【００１１】また、特開平９−１３９６１２号公報や特
開平９−１６２６１０号公報に記載のようなリング状共
振器を用いたデュアルモードバンドパスフィルタにおい
ても、同様に結合度を大きくすることが困難であり、か
つリング状共振器の形状が限定されるという問題があっ
た。

【００１２】他方、前述した特開平６−１１２７０１号
公報に記載のデュアルモードフィルタ２２１では、帰還
回路２３０を用いることにより、結合度の調整が行わ
れ、広帯域化が図られるとされている。しかしながら、
この先行技術に記載のデュアルモードフィルタでは、帰
還回路２３０が必要であり、回路構成が煩雑化するとい
う問題があった。加えて、やはり、リング状共振器の形
状が円環状と限定され、設計の自由度が低いという問題
があった。

【００１３】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消し、小型化を図り得るだけでなく、結合度を大き
くすることができ、さらに結合度の調整が容易であり、
広い通過帯域を容易に実現することができ、さらに設計
の自由度に優れたデュアルモード・バンドパスフィルタ
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るデュアルモ
ード・バンドパスフィルタは、第１，第２の主面を有す
る誘電体基板と、前記誘電体基板の第１の主面または誘
電体基板のある高さ位置において部分的に形成されてお
り、かつ２つの共振モードを結合させるための貫通孔を
有する金属膜と、前記金属膜と誘電体基板層を介して対
向するように、誘電体基板の第２の主面または誘電体基
板内に形成された少なくとも１つのグラウンド電極と、
前記金属膜に異なる部分で結合された一対の入出力結合
回路とを備え、前記誘電体基板において、前記金属膜の
貫通孔に臨む凹部が形成されていることを特徴とする。
本発明では、上記のように構成されているので、一対の
入出力結合回路の金属膜への結合点間を結ぶ仮想線と略
平行な方向、並びに該仮想線に直交する方向の２つの共
振モードのうち、一方の共振モードが貫通孔により影響
を受けてその共振周波数が変動する。言い換えれば、貫
通孔が、一方の共振モードを他方の共振モードと結合さ
せ得るように、一方の共振モードの共振電流に影響を与
えるように形成されている。従って、上記貫通孔によ
り、２つの共振モードが結合され、デュアルモード・バ
ンドパスフィルタとして動作する。

【００１５】本発明の特定の局面では、上記凹部の平面
形状が貫通孔と同一とされる。また、本発明の別の特定
の局面では、誘電体基板の第１の主面に金属膜が形成さ
れており、かつ該第１の主面に上記凹部が形成されてい
る。

【００１６】本発明の特定の局面では、前記貫通孔の平
面形状が、長手方向と短手方向とを有する形状とされて
いる。本発明の別の特定の局面では、前記金属膜の平面
形状が、長方形、菱形、正多角形、円形または楕円形で
ある。なお、上記貫通孔は複数形成されていてもよく、
それによって貫通孔の数を変化させて帯域幅を調整する
ことができる。

【００１７】本発明の他の特定の局面では、前記金属膜
が、前記誘電体基板内のある高さ位置に形成されてお
り、前記誘電体基板の第１，第２の主面にグラウンド電
極が形成されており、それによってトリプレート構造と
されている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
説明することにより、本発明を明らかにする。

【００１９】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実
施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明
するための斜視図及び（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図
であり、図２はその要部を模式的に示す平面図である。

【００２０】デュアルモード・バンドパスフィルタ１
は、矩形板状の誘電体基板２を有する。誘電体基板２
は、本実施例では、比誘電率εｒ＝６．２７のＢＡＳ材
（Ｂａ，Ａｌ，Ｓｉの酸化物を主成分とするセラミック
材）からなる。もっとも、誘電体基板を構成する誘電体
材料については、フッ素樹脂など適宜の誘電体材料等を
用いることができる。上記誘電体基板２の厚みは特に限
定されないが、本実施例では３５０μｍとされている。

【００２１】上記誘電体基板２の上面２ａ上には、共振
器を構成するために銅からなる金属膜３が形成されてい
る。金属膜３は、誘電体基板２上において部分的に形成
されている。金属膜３は本実施例では相対的に長い対角
線と短い対角線とを有する菱形の形状を有する。すなわ
ち、この菱形は、長手方向と短手方向とを有する形状で
ある。また、金属膜３には、貫通孔３ａが形成されてい
る。貫通孔３ａは長方形の平面形状を有し、その長さ方
向が、金属膜３の長手方向すなわち長い方の対角線の延
びる方向と平行とされている。

【００２２】本実施例では、金属膜３は長い方の対角線
の長さが２．４ｍｍ、短い方の対角線の長さが１．８ｍ
ｍの寸法とされており、貫通孔３ａは、長辺が１．４ｍ
ｍ、短辺が０．２ｍｍとされている。もっとも、上記金
属膜３の寸法及び貫通孔３ａの大きさについては、これ
に限定されず、所望とする中心周波数と帯域幅に応じて
適宜変形し得る。

【００２３】また、本実施例では、上記誘電体基板２の
第１の主面としての上面２ａに凹部２ｂが形成されてい
る。凹部２ｂは、上記貫通孔３ａと同じ形状を有し、か
つ貫通孔３ａに臨むように形成されている。従って、誘
電体基板２上に菱形の金属膜を形成した後、上記貫通孔
３ａを形成する工程において、同時に凹部２ｂを形成す
ることができる。このような加工は、例えばレーザーな
どを用いて容易に行うことができる。

【００２４】凹部２ｂの深さについては、特に限定され
ないが、後述の実験結果から明らかなように、凹部２ｂ
の深さを調整することにより、帯域幅を調整することが
できる。

【００２５】他方、誘電体基板２の下面には、全面にグ
ラウンド電極４が形成されている。上記金属膜３には、
辺３ｂ，３ｃにおいて、入出力結合回路５，６が結合さ
れている。なお、金属膜３の異なる部分である限り、入
出力結合回路５，６は図示の位置に限定されず、適宜の
位置で結合され得る。

【００２６】本実施例のデュアルモード・バンドパスフ
ィルタでは、入出力結合回路５，６の一方とグラウンド
電極４との間に入力電圧を印加することにより、入出力
結合回路５，６の他方とグラウンド電極４との間で出力
が取り出される。この場合、金属膜３が菱形の形状を有
し、上記貫通孔３ａが形成されているので、２つのモー
ドの共振が結合され、デュアルモード・バンドパスフィ
ルタとして動作する。本実施例のデュアルモード・バン
ドパスフィルタ１の周波数特性を図３に示す。

【００２７】図３において、破線Ｂ，Ｃは、それぞれ、
上記凹部２ｂが設けられていない場合の反射特性及び通
過特性を示す。また、実線Ｄ，Ｅは、深さ２５μｍの凹
部２ｂを形成した場合の反射特性及び通過特性を示す。
さらに、一点鎖線Ｆ，Ｇ（一点鎖線Ｇは、実線Ｅと重な
っているため独立しては図示されていない。）は、深さ
５０μｍの凹部２ｂを設けた場合の反射特性及び通過特
性を示す。

【００２８】すなわち、上記デュアルモード・バンドパ
スフィルタ１では、上記金属膜３に貫通孔３ａを形成す
ることにより、２つのモードの共振が結合されて、デュ
アルモード・バンドパスフィルタとしての特性の得られ
ることがわかる。

【００２９】上記デュアルモード・バンドパスフィルタ
において、２つの共振が結合されてデュアルモード・バ
ンドパスフィルタとしての特性の得られる理由は、以下
の通りである。

【００３０】すなわち、上記貫通孔３ａの形成により、
金属膜３の短い対角線方向に沿った共振モードの共振電
流が、該貫通孔３ａで遮断される部分が生じ、それによ
って、インダクタンスを付加した場合と同様に作用し、
短い対角線方向に沿う共振の共振周波数ｆｒ₂ が低くな
る。従って、長い対角線方向及び短い対角線方向の２つ
の共振において、共振電流の流れ方が異ならされてい
る。よって、２つの共振を結合させるように、一方の共
振モードの共振周波数が他方の共振モードの共振周波数
に近づいて結合するように、上記貫通孔３ａを形成すれ
ばよいことがわかる。

【００３１】すなわち、上記貫通孔３ａは、菱形の金属
膜３の長い対角線方向、すなわち長さ方向及び短い対角
線方向、すなわち短手方向に伝搬する２つのモードの共
振が結合し得るように形成されている。言い換えれば、
上記２つのモードの共振が結合し得るように、貫通孔３
ａの位置、長さ寸法及び幅方向寸法が選ばれている。

【００３２】よって、貫通孔３ａが上記のように構成さ
れているので、図３からも明らかなように、貫通孔３ａ
の形成によりデュアルモード・バンドパスフィルタとし
ての特性を得ることができる。しかも、貫通孔３ａの寸
法の調整により、結合度を自由にかつ大きく調整するこ
ともできる。

【００３３】加えて、本実施例では、図３から明らかな
ように、凹部２ｂの深さを変更することにより、低周波
数側の減衰極がフィルタの中心周波数に近づき、帯域幅
が狭くなることがわかる。言い換えれば、本実施例のよ
うに、上記誘電体基板２に凹部２ｂを設けることによ
り、帯域幅を調整することができると共に、該凹部２ｂ
の深さを調整することによって帯域幅を高精度に調整し
得ることがわかる。

【００３４】すなわち、本願発明者らは、未だ公知では
ないが、先に、上記貫通孔３ａの形成により、デュアル
モード・バンドパスフィルタを容易に構成し得ることを
示した（特願２０００−４７９１９号）。本実施例で
は、この未だ公知ではない先願に記載されているデュア
ルモード・バンドパスフィルタにおいて、上記凹部２ｂ
を形成することにより、帯域幅や結合の調整をより一層
容易に行うことが可能とされている。

【００３５】すなわち、単に貫通孔３ａを形成した構造
を有するデュアルモード・バンドパスフィルタでは、帯
域幅や結合度の調整を行うには、金属膜３及び貫通孔３
ａの形状を調整するために、印刷やフォトリソグラフィ
によるパターニングに際しての調整を行う必要があっ
た。従って、貫通孔３ａの形状や大きさを変更するに
は、新しいパターンやフォトマスクなどを用意しなけれ
ばならなかった。

【００３６】これに対して、本実施例では、上記貫通孔
３ａは、凹部２ｂの形成と同じ工程で形成することがで
きる。すなわち、誘電体基板２上に菱形の金属膜を形成
した後、レーザー等により貫通孔３ａ及び凹部２ｂを形
成すればよい。従って、上記レーザー等による加工に際
して、貫通孔３ａ及び凹部２ｂの大きさを容易に変更す
ることができる。よって、新たなパターンやフォトマス
ク等を用意することなく、上記貫通孔３ａ及び凹部２ｂ
の大きさを変えることにより、帯域幅や周波数調整を容
易に行うことができる。

【００３７】もっとも、上記貫通孔３ａについては、印
刷パターン等により予め形成されていてもよい。すなわ
ち、貫通孔３ａが形成されている金属膜を誘電体基板２
上に形成した構造を用意し、しかる後レーザー等により
凹部２ｂを形成する加工を施してもよい。この場合にお
いても、凹部２ｂの形成に際しての凹部２ｂの寸法及び
深さの調整により、帯域幅や周波数調整を容易に行い得
る。

【００３８】従って、凹部２ｂは、貫通孔３ａと同じ形
状を有する必要はなく、貫通孔３ａよりも小さくてもよ
い。本実施例のように、貫通孔３ａ及び凹部２ｂを同時
に形成した場合には、上記のように凹部２ｂの平面形状
は貫通孔３ａの平面形状と同一となる。

【００３９】なお、上記のように、凹部２ｂを形成した
場合、貫通孔３ａのみが形成されている場合に比べる
と、減衰極の周波数が中心周波数側に近づくので、貫通
孔３ａの大きさを小さくすることができる。

【００４０】なお、上記実施例では、金属膜３は菱形の
形状を有したが、図５〜図７に示すように、それぞれ、
楕円形、長方形あるいは任意形状の金属膜１３，２３，
３３を用いてもよい。この場合においても、金属膜１
３，２３，３３に、それぞれ、貫通孔１３ａ，２３ａ，
３３ａが形成され、また、上記実施例と同様に貫通孔に
臨む凹部が誘電体基板に形成される。

【００４１】図４は、第１の実施例に係るデュアルモー
ド・バンドパスフィルタの第１の変形例を説明するため
の断面図である。第１の実施例では、誘電体基板２の上
面に金属膜３が形成されていたが、図４に示す第１の変
形例のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、誘電
体基板２内に貫通孔３ａを有する金属膜３が形成されて
いる。金属膜３の平面形状が、第１の実施例と同様であ
る。

【００４２】また、誘電体基板の上面及び下面の全面に
はグラウンド電極４，４が形成されている。従って、本
変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタは、トリ
プレート構造を有する。このように、本発明に係るデュ
アルモード・バンドパスフィルタは、トリプレート構造
を有するものであってもよい。

【００４３】また、グラウンド電極４は、金属膜３と誘
電体基板２を介して、あるいは誘電体基板２の一部の層
を介して対向され得る限り、全面に形成されずともよ
い。また、グラウンド電極４は、誘電体基板２の中間高
さ位置に内部電極の形態で形成されていてもよい。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係るデュアルモード・バンドパ
スフィルタでは、誘電体基板に共振器を構成するための
金属膜を形成し、該金属膜に貫通孔を形成し、該貫通孔
の寸法を調整することにより、入出力結合回路の結合点
の位置が限定されることなく、２つの共振モードを結合
させてデュアルモード・バンドパスフィルタとしての特
性を得ることができる。従って、従来のデュアルモード
・バンドパスフィルタでは、共振器を構成する金属膜の
形状に制約があったり、入出力結合回路の結合点の位置
に制約があったのに対し、本発明に係るデュアルモード
・バンドパスフィルタでは、このような制約がないた
め、デュアルモード・バンドパスフィルタの設計の自由
度を大幅に高めることができる。

【００４５】しかも、上記のように、金属膜の寸法を、
貫通孔の寸法あるいは入出力結合回路の結合点の位置を
異ならせることにより、帯域幅を大幅に調整することが
できる。

【００４６】また、上記のように金属膜の貫通孔に臨む
ように、誘電体基板に凹部が形成されているので、該凹
部の深さなどの寸法を変更することにより、帯域幅を容
易に調整することができる。加えて、上記凹部の形成に
より帯域幅を調整し得るので、金属膜の貫通孔の形状が
一定の場合であっても、凹部を形成する加工工程におい
て凹部の寸法を調整することにより、帯域幅を容易に調
整することができる。従って、所望とする帯域幅のデュ
アルモード・バンドパスフィルタを容易に提供すること
ができる。

【００４７】本発明において、上記貫通孔が、長手方向
と短手方向とを有する形状である場合、該長手方向と直
交する方向において生じる共振電流が該貫通孔において
遮断されるので、該貫通孔の長手方向と直交する方向に
沿う共振の共振周波数を容易に変化させることができ、
それによって２つのモードをより確実に結合させること
ができる。

【００４８】また、本発明に係るデュアルモード・バン
ドパスフィルタでは、上記貫通孔及び金属膜の平面形状
は特に限定されないため、様々な形状の貫通孔及び金属
膜を有するデュアルモード・バンドパスフィルタを提供
することができる。例えば、金属膜は長方形、菱形、正
多角形、円形または楕円形あるいは外周縁が不規則な形
状の任意形状とすることができる。また、トリプレート
構造にした場合には、上記金属膜からの放射を防ぐこと
ができ、バンドパスフィルタの損失を少なくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例の
デュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための
斜視図及び（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図２】第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフ
ィルタの要部を示す模式的平面図。

【図３】第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフ
ィルタの周波数特性を示す図。

【図４】第１の実施例の変形例のデュアルモード・バン
ドパスフィルタを示す断面図。

【図５】金属膜の変形例を示す模式的平面図。

【図６】金属膜の他の変形例を示す模式的平面図。

【図７】金属膜のさらに他の変形例を説明するための模
式的平面図。

【図８】従来のデュアルモード・バンドパスフィルタの
一例を示す模式的平面図。

【図９】従来のデュアルモード・バンドパスフィルタの
他の例を示す模式的平面図。

【図１０】従来のデュアルモード・バンドパスフィルタ
のさらに他の例を示す模式的平面図。

【符号の説明】

１…デュアルモード・バンドパスフィルタ ２…誘電体基板 ２ｂ…凹部 ３…共振器を構成する金属膜 ３ａ…貫通孔 ４…グラウンド電極 ５，６…入出力結合回路 １３，２３，３３…金属膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神波 誠治 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J006 HB03 HB04 HB15 HC14 JA01 LA05 LA11 LA21 LA25 MA03 MB01 NA08 NB01 ND05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１，第２の主面を有する誘電体基板
   と、 前記誘電体基板の第１の主面または誘電体基板のある高
   さ位置において部分的に形成されており、かつ２つの共
   振モードを結合させるための貫通孔を有する金属膜と、 前記金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、誘
   電体基板の第２の主面または誘電体基板内に形成された
   少なくとも１つのグラウンド電極と、 前記金属膜に異なる部分で結合された一対の入出力結合
   回路とを備え、前記誘電体基板において、前記金属膜の
   貫通孔に臨む凹部が形成されていることを特徴とする、
   デュアルモード・バンドパスフィルタ。
2. 【請求項２】 前記凹部の平面形状が前記貫通孔と同じ
   である、請求項１に記載のデュアルモード・バンドパス
   フィルタ。
3. 【請求項３】 前記誘電体基板の第１の主面に金属膜が
   形成されており、かつ該第１の主面に前記凹部が形成さ
   れている、請求項１または２に記載のデュアルモード・
   バンドパスフィルタ。
4. 【請求項４】 前記貫通孔の平面形状が、長手方向と短
   手方向とを有する形状である、請求項１〜３のいずれか
   に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
5. 【請求項５】 前記金属膜の平面形状が、長方形、菱
   形、正多角形、円形または楕円形である、請求項１〜４
   のいずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィル
   タ。
6. 【請求項６】 前記金属膜が、前記誘電体基板内のある
   高さ位置に形成されており、前記誘電体基板の第１，第
   ２の主面にグラウンド電極が形成されており、それによ
   ってトリプレート構造とされている、請求項１〜５のい
   ずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。