层叠带通滤波器 【技术领域】
本发明涉及一种层叠有多层电介质层与多层电极层而成的层叠带通滤波器。
背景技术
层叠带通滤波器被利用作为高频带通滤波器。层叠带通滤波器是将多个LC谐振器设于层叠有电介质层与电极层的层叠体内而构成。这种结构的层叠带通滤波器适合于小型/廉价化。
以往的层叠带通滤波器在专利文献1～4中有揭示。
图1是专利文献1的层叠带通滤波器的电路图。
该滤波器中，设有多个将线圈与电容器加以并联的LC并联谐振电路。各LC并联谐振电路分别以相邻的谐振器间的线圈彼此磁性耦合。
图2是该层叠带通滤波器的截面图。
在第1层10-1设有接地电极11。在第2层10-2及第3层10-3，印刷形成有电容器电极12与线圈图案13。在接地电极11与电容器电极12之间构成电容。涵盖2层的线圈图案13通过盲孔14导通。由这些接地电极11、电容器电极12、线圈图案13、及盲孔14构成LC并联谐振电路。LC并联谐振电路亦进一步层叠于第4层10-4以下的层。藉此，多个LC并联谐振电路在线圈之间磁性耦合。
专利文献2的层叠带通滤波器，具备由会产生自振的电容器所构成的多个LC谐振器。各LC谐振器沿层叠体的厚度方向层叠并电磁耦合。藉此，可在确保带通滤波器设计上所须的LC谐振器间的物理距离的状态下使零件尺寸小型化。
专利文献3的层叠带通滤波器，具备滤波器线路，该滤波器线路由在配线层的一部分彼此平行的一对线路所构成。第1滤波器线路与第2滤波器线路彼此在不同的电路层平行相对。沿厚度方向相对的线路彼此的一端部电连接，并通过电介质层折返。
专利文献4的层叠带通滤波器，其构成谐振器的2条带状线以一定间隔设置于同一层。
专利文献1：日本专利特开平4-6911号公报
专利文献2：日本专利特开2000-201001号公报
专利文献3：日本专利特开2003-198226号公报
专利文献4：国际公开第02/009225号小册子
【发明内容】
专利文献1的层叠带通滤波器，其各LC并联谐振器所具有的线圈由2层线圈图案形成。因此，各LC并联谐振器间的磁性耦合会有过大之虞。又，由2层线圈图案形成线圈。因此，因线圈的Q值的劣化，而有层叠带通滤波器的插入损耗会变大的问题。为了解决以上问题，则必须充分空出各LC并联谐振器间的距离。然而，此时却会产生层叠带通滤波器的厚度尺寸变大的问题。
专利文献2的层叠带通滤波器，其电容器会产生自振。因此，由电容器电极的电容成分与该电容器电极所具有的电感成分来构成LC谐振器。在此种情况下，难以构成具有期望的电感的谐振器，而产生无法获得低损耗带通滤波器的特性的问题。
专利文献3、4的层叠带通滤波器，可获得小型且低损耗的带通滤波器。然而，为了获得从通带往该通带外的急速衰减特性，则必须将谐振器多级化，并沿层叠方向将2级的谐振器加以重叠耦合。然而，在构成多级滤波器时，会产生厚度尺寸变大的问题。
又，以往的层叠带通滤波器中，将电容器电极及电感器电极所形成的LC并联谐振器设置于层叠体内，并使相邻的电感器电极间感应耦合时，会有在通带的通过特性产生涟波(偏差)的问题。
因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种层叠带通滤波器，其小型/低损耗且从通带往通带外的衰减急速且通带内的涟波较少。
(1)本发明的层叠带通滤波器，是将多层电介质层与多层电极层加以层叠而构成。又，具备多个LC并联谐振器。各LC并联谐振器分别连接接地电极及电容器电极与电感器电极而构成。接地电极及电容器电极形成于任一电极层。电感器电极经由与形成有电容器电极的电极层不同的电极层，以与电容器电极的连接点为起点，以与接地电极的连接点为终点，从与层叠体的层叠方向垂直的方向观察时，形成为环状。多个LC并联谐振器中地至少2个，各电感器电极经由的电极层不同。
(2)各电感器电极经由的电极层不同的2个LC并联谐振器，排列于与电介质层及电极层的层叠方向垂直的排列方向。又，2个LC并联谐振器的各电感器电极，从排列方向观察形成为环重叠。
(3)2个LC并联谐振器的各电感器电极的环方向彼此相反。
(4)2个LC并联谐振器相邻配置于排列方向。又，2个LC并联谐振器中的至少一个是输入级或输出级的谐振器。
(5)2个LC并联谐振器的各电感器电极包含通孔电极与线路电极而构成。通孔电极延伸于电介质层与电极层的层叠方向。线路电极通过电极层。
(6)2个LC并联谐振器的各线路电极，从层叠方向观察时形成为重叠成环状。
(7)2个LC并联谐振器中的至少一个线路电极蜿蜒线状或コ形。
(8)将连接于输入级LC并联谐振器的输入电极及连接于输出级LC并联谐振器的输出电极中的至少一个，连接于线路电极与电容器电极间的通孔电极。
(9)具备跳跃耦合用电容器电极。跳跃耦合用电容器电极的一端与2个LC并联谐振器的一电容器电极相对，另一端与2个LC并联谐振器的另一电容器电极相对。
(10)输入级LC并联谐振器的电容器电极与输出级LC并联谐振器的电容器电极在同一电极层相邻。
(1)藉由使构成2个LC并联谐振器的电感器电极，分别经由不同电极层，即使在层叠带通滤波器为小型/低高度的情况下，亦可在各电极层扩大电感器电极的专有面积。因此，可提高各电感器电极的电极形状或电极宽度、电极长度的设计自由度。具体而言，藉由增长电极长度可提高电感，藉由加宽电极宽度可提高电感器的Q值。藉此，可构成具有所期望的电感的谐振器，并在所期望的通带实现低插入损耗的层叠带通滤波器。
(2)藉由构成为2个LC并联谐振器的各环面为朝向排列方向，从排列方向观察层叠体，环为重叠，使这些LC并联谐振器耦合。在这种情况下，可藉由环面的间隔来任意调整谐振器间的感应耦合。
(3)藉由使2个LC并联谐振器的环方向彼此相反，可抑制在通带的通过特性的涟波，而获得良好的通带特性。
(4)藉由输入输出级谐振器与相邻的谐振器构成2个LC并联谐振器，可提高这些LC并联谐振器的电感的设定自由度。假定这些LC并联谐振器的电感器电极经由同一电极层时，只能在电极层有限的区域内形成电感器电极。然而，藉由使谐振器经由的电极层不同，可在谐振器经由的电极层大幅扩大能形成各电感器电极的区域。因此，可提高这些LC并联谐振器的电感的设定自由度。
(5)藉由以线路电极与通孔电极构成电感器电极，可抑制层叠带通滤波器的层叠方向的厚度。又，由于通孔电极的相对位置精度较高，因此即使产生层叠体的裁切偏移、或重叠偏移等，亦可抑制电感或电容的变动、或谐振频率的偏移。
(6)从层叠方向观察层叠体，由于2个LC并联谐振器的线路电极彼此重叠成环状，因此可提高这些LC并联谐振器间的耦合度(感应耦合)。因此，可实现低插入损耗且广频带化的通过特性的层叠带通滤波器。
(7)藉由将线路电极形成为蜿蜒线状或コ形，可在有限的占有面积内形成相对较长的线路电极。因此，可缩小为了获得所须的电感的面积，而可使层叠带通滤波器整体小型化。又，从层叠方向观察层叠体，即易于将线路电极彼此加以重叠。
(8)藉由将输入输出电极连接于线路电极与电容器电极之间的通孔电极，即无须绕设用以与输入输出电极连接的额外电极，而可抑制导体损耗以利用高Q值的谐振器的特性。
(9)藉由具备跳跃耦合用电容器电极，则易于进行跳跃耦合的调整。
(10)藉由使输入级LC并联谐振器的电容器电极与输出级LC并联谐振器的电容器电极相邻，即可在不受其他电容器电极的影响下，设定输入级LC并联谐振器的电容器电极与输出级LC并联谐振器的电容器电极间的跳跃电容。
【附图说明】
图1是专利文献1所揭示的层叠带通滤波器的电路图。
图2是该滤波器的截面图。
图3是第1实施形态的层叠带通滤波器的外观立体图。
图4是该滤波器的分解立体图。
图5是该滤波器的等效电路图。
图6是该滤波器的通过特性图。
标号说明
1 层叠带通滤波器
6 接地端子
7，8 输入输出端子
100 层叠体
101 接地电极形成层
102 电容器电极形成层
103 输入输出电极形成层
104，105 线路电极形成层
106 外层
109 接地电极
111～113 电容器电极
116～118 线路电极
121，122 输入输出电极
121A，122A 引出电极部
131～136 通孔电极
151，152 接地连接电极
160 输入输出间电容器电极
【具体实施方式】
以下，针对第1实施形态的层叠带通滤波器作说明。此处所示的滤波器是耦合3级LC并联谐振器的带通(Bandpass)型滤波器。
图3是该滤波器的外观立体图。
层叠带通滤波器1具备层叠体100。层叠体100是以图中上下方向为层叠方向，将电介质层与电极层加以层叠。垂直于层叠体100的层叠方向的4个侧面中，在包含短边的2个侧面设有输入输出端子7，8。在包含长边的其余2个侧面设有接地端子6。由于在2个输入输出端子7，8之间存在有接地端子6，因此可阻断输入输出间信号不须的耦合。
图4是该滤波器的分解立体图。
层叠体100具备接地电极形成层101、电容器电极形成层102、输入输出电极形成层103、第1线路电极形成层104、第2线路电极形成层105、及外层106。层101～106是电介质层。又，在层101～105的上表面形成有构成电极层的电极。因此，此滤波器由6个电介质层与5个电极层所构成，并在层叠体的端面形成有输入输出端子与接地端子。
各层101～105是长边为1.6mm、短边为0.8mm、厚度为0.4mm的矩形板状。又，层101～106由相对介电常数εr为53.5的低温烧结陶瓷(LTCC)所构成。LTCC是由例如氧化钛、氧化钡、及氧化铝等成分中，至少1个以上的成分与玻璃成分所构成。此外，线路电极形成层104，105及外层106的相对介电常数，在6以上80以下的范围内较佳。又，电容器电极形成层102的相对介电常数，在20以上80以下的范围内较佳。
接地电极形成层101在上表面形成有接地电极109与接地连接电极151，152。接地电极109从层101的平面外形起，在隔着既定间隔的内侧范围形成为矩形。接地连接电极151，152形成为从接地电极109延伸至层101的长边侧的侧面的线路状，并在层叠体的端面导通于接地端子(未图示)。
电容器电极形成层102在上表面形成有电容器电极111～113。电容器电极111与电容器电极113分别设置于图中前侧构成长边的两角附近。电容器电极112设置于图中后侧的长边的中央附近，且非夹持于电容器电极111与电容器电极113之间的位置。此外，电容器电极的电极尺寸被设定成可获得LC并联谐振器所须的电容。
输入输出电极形成层103在上表面形成有输入输出电极121，122与输入输出间电容器电极160。输入输出电极121，122在与层103的短边侧侧面接触的中央附近形成为矩形，并在层叠体的端面导通于输入输出端子(未图示)。又，引出电极部121A，122A从输入输出电极121，122引出至图中前侧方向。引出电极部121A，122A彼此隔着既定间隔相对。输入输出间电容器电极160，与引出电极部121A，122A隔着既定间隔形成于引出电极部121A，122A间的区域。输入输出间电容器电极160的两端，透过输入输出电极形成层103与电容器电极111，113相对。
第1线路电极形成层104在上表面形成有线路电极117。线路电极117形成为蜿蜒线(meander line)状。
第2线路电极形成层105在上表面形成有线路电极116与线路电极118。线路电极116与线路电极118形成为コ形。
层102～105在内部形成有分别延伸于层叠方向的通孔电极131～136。通孔电极131导通于线路电极116的一端116A与电容器电极111。通孔电极132导通于线路电极116的另一端116B与接地电极109。这些通孔电极131、线路电极116、及通孔电极132即构成第1电感器电极。通孔电极131亦导通于输入输出电极121的引出电极部121A。
通孔电极135导通于线路电极118的一端118A与电容器电极113。通孔电极136导通于线路电极118的另一端118B与接地电极109。这些通孔电极135、线路电极118、及通孔电极136即构成第3电感器电极。通孔电极136亦导通于输入输出电极122的引出电极部122A。
通孔电极133导通于线路电极117的一端117A与接地电极109。通孔电极134导通于线路电极117的另一端117B与电容器电极112。这些通孔电极133、线路电极117、及通孔电极134即构成第2电感器电极。此外，通孔电极133接近于通孔电极131。又，通孔电极134接近于通孔电极136。
以上述方式构成层叠带通滤波器1。
各第1～第3电感器电极，其一端连接于电容器电极111～113，另一端则连接于接地电极109。又，电容器电极111～113与接地电极109相对。因此，第1～第3电感器电极与电容器电极111～113的组分别构成LC并联谐振器。
构成第1电感器电极的通孔电极131导通于输入输出电极121的引出电极部121A。因此，包含第1电感器电极与电容器电极111而构成的谐振器，成为输入输出级(输入级)的LC并联谐振器。
又，构成第3电感器电极的通孔电极136导通于输入输出电极122的引出电极部122A。因此，包含第3电感器电极与电容器电极113而构成的谐振器，成为输入输出级(输出级)的LC并联谐振器。
线路电极117形成于第1线路电极形成层104，线路电极116与线路电极118形成于第2线路电极形成层105。因此，可形成各线路电极116～118的占有区域的面积，相较于将其设置于同一层的情况较大。
又，线路电极117形成为蜿蜒线状，线路电极116与线路电极118形成为コ形。因此，可在有限的占有面积内相对地形成较长的线路电极。因此，可确保各线路电极116～118的线路长度，而可将电感形成为所期望的值。又，亦可确保各线路电极116～118的线路宽度，而可实现较高的Q值。因此，可缩小各线路电极116～118的占有面积，而可使整体小型化。
输入输出电极121，122与输入级及输出级的LC并联谐振器的耦合，藉由引出电极部121A，122A与通孔电极131，136的连接来进行。通孔电极131，136分别构成LC并联谐振器的电感器电极。因此，无须绕设额外的电极来与输入输出电极121，122连接，即可抑制导体损耗并利用高Q值的谐振器的特性。又，藉由变更输入输出电极形成层的厚度，即可任意变更从电感器电极引出输入输出电极的位置。藉此，可获得所期望的输入输出阻抗。
从电感器电极的排列方向穿过观察时，第1～第3电感器电极，其所呈的环面设置成至少一部分重叠。因此，相邻的LC并联谐振器即彼此感应耦合。
又，从层叠体的层叠方向穿过观察时，第1、第2电感器电极设置成使线路电极117的一端117A附近的コ形部分与コ形的线路电极116围绕矩形的区域并重叠。又，第2、第3电感器电极设置成使线路电极117的另一端117B附近的コ形部分与コ形的线路电极118围绕矩形的区域并重叠。因此，可加强相邻的LC并联谐振器间的感应耦合。
电容器电极111与电容器电极112在电容器电极形成层102皆隔着既定间隔设置。又，电容器电极113与电容器电极112在电容器电极形成层102皆隔着既定间隔设置。因此，相邻的LC并联谐振器即彼此电容耦合。
又，电容器电极111与电容器电极113在电容器电极形成层102皆隔着既定间隔设置。又，电容器电极111与电容器电极113分别与输入输出间电容器电极160相对。因此，输入级LC并联谐振器与输出级LC并联谐振器即彼此电容耦合(跳跃耦合)。
又，输入输出间电容器电极160接近于引出电极部121A，122A，引出电极部121A，122A则分别连接于输入级LC并联谐振器与输出级LC并联谐振器。因此，在输入输出间电容器电极160与引出电极部121A，122A之间所产生的电容，即加强输入级LC并联谐振器与输出级LC并联谐振器的跳跃耦合。
以此方式设置各电容器电极。因此，相较于电容器电极111与113之间所产生的跳跃耦合的电容，电容器电极111与112之间所产生的电容、及电容器电极113与112之间所产生的电容较小。又，可与电容器电极111与112之间所产生的电容、及电容器电极113与112之间所产生的电容独立地将电容器电极111与113之间所产生的跳跃耦合的电容定于最佳值。
藉此，适当设计输入输出间电容器电极的有无、形状、及形成位置，或适当设计各电容器电极的间隔等，藉此即可自由设定输入输出端子间的电容，而使通过特性中衰减极的频率的设计变得容易。
又，第1～第3电感器电极所产生的感应耦合，会受各电感器电极的环方向的影响。
此处的通孔电极131～136与线路电极116～118所形成的各电感器电极及其环方向呈以下关系。
[表1]
此外，电感器电极所形成的“环”是由以电容器电极与电感器电极的连接点为起点，以接地电极与电感器电极的连接点为终点的电感器电极的路径形成。亦即，以电容器电极与通孔电极的连接点为起点，藉由该通孔电极、线路电极、及另一通孔电极的连接路径而形成环。
又，“环方向”从线路电极的排列方向的一侧的方向观看环时，是指从该环的起点起的旋转方向。例如，从输入输出电极121侧向输入输出电极122观察各电感器电极所形成的环时，第1电感器电极是以电容器电极111与通孔电极131的连接点(起点)-通孔电极131-线路电极116-通孔电极132的连接路径而形成环，该第1电感器电极所形成的环的方向是逆时针方向。第2电感器电极是以电容器电极112与通孔电极134的连接点(起点)-通孔电极134-线路电极117-通孔电极133的连接路径而形成环，该第2电感器电极所形成的环的方向是顺时针方向。第3电感器电极是以电容器电极113与通孔电极135的连接点(起点)-通孔电极135-线路电极118-通孔电极136的连接路径而形成环，该第3电感器电极所形成的环的方向是逆时针方向。此处，由于环的方向仅有逆时针、顺时针的2个方向，因此以其中一个方向为“1”、另一方向为“0”来表示。
表1所示的3个(3级)LC并联谐振器的各谐振器间耦合的极性，从带通滤波器的输入侧至输出侧依序表示时，能以<101>表现。
以此方式，输入侧LC并联谐振器的电感器电极(第1电感器电极)所形成的环的方向与相邻于其的LC并联谐振器的电感器电极(第2电感器电极)所形成的环的方向彼此相反。又，输出侧LC并联谐振器的电感器电极(第3电感器电极)所形成的环的方向与相邻于其的LC并联谐振器的电感器电极(第2电感器电极)所形成的环的方向彼此相反。以此方式，使相邻的LC并联谐振器彼此间电感器电极所形成的环的方向相反，且特别是使输入侧或输出侧LC并联谐振器的电感器电极与耦合于其的LC并联谐振器的电感器电极所形成的环的方向相反，藉此即可缩小通带的涟波。
又，虽在通孔电极连接线路电极、电容器电极、及接地电极，但由于通孔电极的位置精度较高，因此即使产生层叠体的裁切偏移、或重叠偏移等，亦可降低电容或电感的特性变动、或谐振频率的偏移。
其次，说明层叠带通滤波器1的电路。
图5是该滤波器的电路图。
输入端子IN对应于输入输出电极121所导通的输入输出端子7，输出端子OUT对应于输入输出电极122所导通的输入输出端子8。
电感器L1是将藉由线路电极116与通孔电极131，132构成的电感器电极所产生的电感予以符号化。电感器L2是将藉由线路电极117与通孔电极133，134构成的电感器电极所产生的电感予以符号化。电感器L3是将藉由线路电极118与通孔电极135，136构成的电感器电极所产生的电感予以符号化。各电感器电极的环方向的组合为<101>。
电容器C1，C2，C3是将电容器电极111，112，113与接地电极109之间所产生的电容予以符号化。电容器C12是将电容器电极111与112的电极间间隙所产生的电容予以符号化。电容器C23是将电容器电极112与113的电极间间隙所产生的电容予以符号化。电容器C13是将电容器电极111与113的电极间间隙所产生的电容、输入输出间电容器电极160与引出电极部121A，122A的电极间间隙所产生的电容、及输入输出间电容器电极160的两端部分与电容器电极111，113之间所产生的电容的合成电容予以符号化。
又，藉由电感器电极116～118的环的重叠，在电感器L1与L2之间产生感应耦合M1，在电感器L2与L3之间产生感应耦合M2。又，藉由使通孔电极133接近于通孔电极131，使通孔电极134接近于通孔电极136，来加强在其接近的通孔电极间的感应耦合M1，M2。
藉由以上构造，3级谐振器即以环方向<101>感应耦合，且藉由电容C12，C23，C13电容性耦合。因此，可发挥由3级并联谐振器所构成的带通滤波器的作用。
此处，各线路电极的图案在第1线路电极形成层104及第2线路电极形成层105，对其中心分别形成点对称。因此，以等效电路表示时的第1级与第3级的LC并联谐振器的电感器L1、L3相等，且电感器L1-L2间的感应耦合M1与电感器L2-L3间的感应耦合M2相等。
图6是该滤波器的通过特性(S参数的S21特性)。
该例中，可获得使约2300～2750MHz的频带通过，并阻断其以外的频带的带通特性。又，在约1650MHz附近与约1950MHz附近产生衰减极(极)。
该层叠带通滤波器1中，交替以相反极性的感应耦合使多个LC并联谐振器耦合，并扩大第1级与第3级谐振器间的电容性耦合，藉此使较通带高频侧的衰减极离开高频侧，并在低频侧确保2个衰减极附近的衰减量。以此方式，即可使从通带往低频侧的衰减特性急速。
此外，输入输出电极的取出方式，并不限于上述构成，任何构成皆可。例如，亦可不设输入输出电极形成层，而从第2线路电极形成层105等，藉由接头连接等直接取出输入输出电极。又，相邻的LC并联谐振器的级数，并不限于上述构成，任何构成皆可。例如，亦可使谐振器耦合成4级或5级。在该情形下，亦可任意设定谐振器间的感应耦合的极性组合。
又，在该例中，线路电极116，118虽形成为コ形，但亦可将其分别形成为蜿蜒线状。藉此，可扩大以等效电路表示时的各级LC并联谐振器的电感器L1，L3的电感。
此外，以上所示的各实施形态中，虽藉由将电容器电极形成于电容器电极形成层而构成LC并联谐振器的电容器，但亦可将芯片电容器装载于电介质层与电极层的层叠体。
又，以上所示的各实施形态中，虽以共通的接地电极与电容器电极来产生电容，但亦可将另一电容器电极形成于另一电极形成层，以取代接地电极，藉此产生电容。