传输线型谐振器和使用它的高频滤波器、高频模块及无线机器的制作方法

专利名称：传输线型谐振器和使用它的高频滤波器、高频模块及无线机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如被手机及数字电视调谐器等无线机器及高频模块使 用的高频滤波器和传输线型谐振器。
背景技术：
下面，参照附图，讲述现有技术的使用传输线型谐振器的高频滤波器 的一个例子。图24是表示现有技术的使用传输线型谐振器的高频滤波器 的外形立体图。
在图24中，现有技术的高频滤波器1，具备在电介质薄片2上依次配 置的外部连接端子3、半波长的传输线型谐振器4、半波长的传输线型谐 振器5、外部连接端子6。另外，这些外部连接端子3、半波长的传输线型 谐振器4、半波长的传输线型谐振器5、外部连接端子6相互电容耦合。
在该现有技术的高频滤波器1中，根据电介质薄片2的介电常数，决 定半波长的传输线型谐振器4、 5的元件长。
此外，作为与本申请的发明关联的先行技术文献信息，例如非专利文 献l，广为人知
在上述现有技术的高频滤波器1中，因为传输线型谐振器4、 5是右 手系统，所以流入传输线型谐振器4、 5的高频电流在传输线型谐振器4、 5的电阻的作用下，变换成热能，在高频滤波器l的传输特性中，产生很
5大的插入损失。
非专利文献1: G. L. Matthaei，'L. Young and E. M. T. Jones著 「MICR0 WAVE FIL. TERS， 頂PEDANCE—MATCH頂G NETWORKS, AND COUPLING STRUCTURES」、Artech House (Norwood, MA)发行，1980年

发明内容
因此，本发明在于提供低损失的传输线型谐振器。
为了达到上述目的，本发明的传输线型谐振器，其特征在于，具备
复合左右手传输线路，该复合左右手传输线路由层叠多个电介质薄片的层
叠体构成，配置在这些电介质薄片之间；外部连接端子，该外部连接端子 与传输线型谐振器的端面配置的复合左右手传输线路连接。
采用上述结构后，因为本发明的传输线型谐振器使用复合左右手传输 线路，所以损失很低。


图1是本发明的第1实施方式中的传输线型谐振器的外形图。
图2是该传输线型谐振器的分解立体图。
图3A是等值电路性地表示现有技术的右手系统传输线路(PRH)的微 小区间的图形。
图3B是等值电路性地表示理想的左手系统传输线路(PLH)的微小区 间的图形。
图3C是等值电路性地表示复合型左右手传输线路(CRLH)的微小区 间的图形。
图4是表示各频率"。、"sh、 "s。和相位传输常数Pp的关系的图形。 图5是作为连接图案电极使用曲折线(meander line)的例子的图形。 图6A是表示作为连接图案电极使用螺旋线圈(spiral coil)的电介
6质薄片的上面的图形。
图6B是表示在图6A的电介质薄片之下配置的电介质薄片的上面的图形。
图7是表示该传输线型谐振器的变形例的分解立体图。
图8是表示该传输线型谐振器的变形例的剖面图。
图9是本发明的第2实施方式中的传输线型谐振器的分解立体图。
图IO是该传输线型谐振器的剖面图。
图11是本发明的第3实施方式中的传输线型谐振器7的分解立体图。 图12是该传输线型谐振器的剖面图。
图13是表示在通路孔电极的中途设置短(stub)电极的例子的图形。 图14A是表示在该传输线型谐振器中进行无收縮烧成时的层结构的分 解立体图。
图14B是表示在该传输线型谐振器中进行收縮烧成时的烧成前后的外 形图。
图14C是表示在该传输线型谐振器中进行无收縮烧成时的烧成前后的 外形图。
图15是该传输线型谐振器的通路孔电极的放大断面图。
图16是本发明的第4实施方式中的复传输线型谐振器的分解立体图。
图17是该传输线型谐振器的剖面图。
图18是表示该传输线型谐振器中的电流分布的图形。
图19是表示该传输线型谐振器的变形例的分解立体图。
图20是本发明的第5实施方式中的高频滤波器的分解立体图。
图21是本发明的第6实施方式中的高频滤波器的分解立体图。
图22A是本发明的第7实施方式中的高频模块的外形图。
图22B是该高频模块的电路概念图。
图23A是本发明的第8实施方式中的无线机器的外形图。
图23B是该无线机器的电路概念图。
图24是表示现有技术的使用传输线型谐振器的高频滤波器的外形立 体图。 符号说明
7传输线型谐振器
8层叠体
9外部连接端子
IO接地电极
11电介质薄片
12线路电极
13连接图案电极
14电容电极
15输出输入图案电极
16接地图案电极
17屏蔽图案电极
18通路孔电极
19分割型线路电极
20分割电容电极
21曲折线
22螺旋线圈
23通路孔电极
24约束层
25层叠体
26高频滤波器
具体实施例方式
(第1实施方式)
下面，参照附图，讲述本发明的第l实施方式中的传输线型谐振器。
图1是表示第1实施方式中的传输线型谐振器的外形图。
在图1中，传输线型谐振器7，具有层叠体8、在该层叠体8的端面配置的外部连接端子9及接地电极10。
图2是表示第1实施方式中的复合右手系统左手系统的传输线型谐振 器的分解立体图。层叠多层由低温同时烧成陶瓷或树脂构成的电介质薄片 11后，组成复合右手系统左手系统的传输线型谐振器7。而且，在某个电 介质薄片ll上，互相隔开任意的间隙，直线性地配置多个线路电极12。
进而，通过线路宽度小于线路电极12的电感性的连接图案电极13作 媒介，将线路电极12与连接图案电极13连接。另外，接地图案电极16 还与上述接地电极10连接。
再进而，在线路电极12之上配置的电介质薄片11上，与线路电极12 相对地配置多个电容电极14。各电容电极14跨过邻接的2个线路电极12 地配置，使邻接的线路电极12彼此电容耦合。另外，还被多个线路电极 12中最外端的线路电极12电容耦合地配置输出输入图案电极15。该输出 输入图案电极15与上述外部连接端子9连接。
另外，在层叠体8的最上方的电介质薄片11的下面及最下方的电介 质薄片11的上面，配置屏蔽图案电极17，这2层屏蔽图案电极17也与接 地电极10连接。
此外，本发明中的复合左右手系统的传输线路，至少由接地电极IO、 线路电极12、连接图案电极13和输出输入图案电极15构成。
在这里，讲述现有技术的右手系统传输线路、理想的左手系统传输线 路和本发明的复合型右手系统左手系统的传输线路的动作。
图3A是等值电路性地表示现有技术的右手系统传输线路(PRH)的微 小区间的图形。在现有技术的右手系统传输线路中，电感器U被串联，电 容器CB则被并联。在这里，介电常数、透磁率当然都具有正值。
9另一方面，图3B是等值电路性地表示理想的左手系统传输线路(PLH) 的微小区间的图形。在理想的左手系统传输线路中，电容器C,被串联，电 感器L,则被并联。这时，介电常数、透磁率都具有负值。这样，其电气性 的动态就显示出与普通的自然界存在的传输线路迥然不同的性质。例如产 生反向波。所谓"反向波"，是波能的前进方向和相位的前进方向相反的 波。另外，还产生低速波。因此，波的相位的前进速度，与自由空间中相 比，非常慢。这样，即使在低频中，也能够縮短传输线型谐振器的长度。
进而，图3C是等值电路性地表示复合型左右手传输线路(CRLH)的 微小区间的图形。即使要制造图3B的理想的左手系统传输线路，右手系 统具有的串联电感器及并联电容器也实际上寄生性地进入，成为图3C的 那种复合型左右手传输线路。在复合型左右手传输线路中，在0 "a中 显示左手系统的性质，在o^ ①中显示右手系统的性质。Wsh#"sJt 称作"非平衡型"，不能用该频率传输波(unbalance GAP)。 "。="sh=" s。时，称作"平衡型"，在"。以下的频率中显示左手系统的性质，在w。以 上的频率中显示右手系统的性质。各频率"。、wsh、 G^和相位传输常数 l的关系见图4。
图4是表示各频率"。、"sh、 "M和相位传输常数3p的关系的图形。 在图4中，纵轴是角频率，横轴是相位传输常数。在PRH中，从左下朝着 右上上升，意味着频率越高相位越大量转动。与此不同，在PLH中，从右 上朝着左下下降，意味着频率越低相位越大量转动。就是说，表示在左手 系统中，频率越低，波长越短
在本发明的传输线型谐振器中，可以使用复合型左右手传输线路 (CRLH)的特性曲线上的任何一个频率，但是在Pp为负的区域中，可以 获得现有技术不能获得的特性。特别是在"="。中，波长成为无限大，传 输线型谐振器的长度与波长无关，从理论上说，可以将共振器的长度无限 制地縮短。将它称作0次级(order)共振器。在本发明中，是最理想的
10共振模式。这时，共振频率取决于CR和U的并联共振频率。
在这里，如果考虑传输线型谐振器的损失，那么一般地说，损失包含 由于线路的导体电阻造成的电阻损失和由于电介质的tan S造成的电介质 损失。在现有技术的右手系统传输线路中，线路的电阻损失占支配地位。 在左手系统传输线路中，如图3B所示的那样，用串联电容器C,的串联构 成线路，几乎不产生该部分的电阻损失。虽然并联电感器L的电阻依然存 在，但是特别是零次级共振器时，用阻抗成为无限大的并联共振频率使用 并联电路，所以几乎不受电阻损失的影响。
这样，与现有技术的右手系统传输线型谐振器相比，零次级共振器不 仅能够划时期地縮短线路长，而且能够获得更高的无负荷Q值。就是说， 能够成为低损失。
此外，电介质薄片ll的厚度，最好都标准化地成为大致相同的厚度。 这样，由于电介质薄片11的厚度都被标准化，所以制造容易，制造成本 低。
另外，如果使电容电极14和线路电极12之间的电介质薄片11为K (Ni为自然数)层，那么从减少损失的角度上说，最好使上侧的屏蔽图案 电极17和电容电极14之间的电介质薄片11为M, (Mt为自然数)层，线 路电极12和下侧的屏蔽图案电极17之间的电介质薄片11为M/ (M/为 自然数)层，而且M^ M/ 〉N10
对于连接图案电极13的实现方法，想出了各种例子。图5是作为连 接图案电极13使用曲折线21的例子。此外，所谓"曲折线"，是指例如 图5所示的那样具有多个曲部的线。图6A、 6B是作为连接图案电极13使 用螺旋线圈22的例子。此外，图6A表示规定的电介质薄片11的上面， 图6B表示在该电介质薄片ll之下配置的电介质薄片11的上面。如图6A、 6B所示，螺旋线圈22被通路孔电极23连接。这样，使用螺旋线圈22后，能够获得更大的阻抗，提高设计的自由度。
(第l实施方式的变形例)
图7是表示第1实施方式的变形例的分解立体图。与上述第1实施方 式的不同之处在于在线路电极12的上下两层设置电容电极14。这样， 能够形成更大的电容耦合，提高设计的自由度。图8是表示图7所示的第 1实施方式的变形例的8_8中的剖面图的图形。
另外，并不局限于在线路电极12的上下两层设置电容电极14，还可
以是二层以上的多层。
另外，外部连接端子9的配置，并不局限于层叠体8的端面，可以取 代层叠体8的端面，或者在端面的基础上，再在层叠体8的上面或下面或 上下两面设置。这样地配置外部连接端子9后，容易进行面安装。
(第2实施方式)
接着，讲述本发明的第2实施方式中的复合右手系统左手系统的传输 线型谐振器的结构。此外，除非特别言及，赋予和第l实施方式相同符号 的传输线型谐振器的结构和动作同样，所以不再赘述。图9所示的是第2 实施方式中的复合右手系统左手系统的传输线型谐振器的分解立体图。图 10是表示10 — 10中的剖面图的图形。
在第2实施方式中，不是配置电容电极14，而是遍及2层互相不同地 错开位置后配置线路电极12。这样，能够用相对的线路电极12彼此进行 电容耦合。 —
采用该结构后，能够实现复合右手系统左手系统的传输线型谐振器7 的进一步小型化。
(第3实施方式)
12再接着，讲述本发明的第3实施方式中的复合右手系统左手系统的传 输线型谐振器的结构。此外，除非特别言及，赋予和第l实施方式相同符 号的传输线型谐振器的结构和动作同样，所以不再赘述。图11是第3实 施方式中的复合右手系统左手系统的传输线型谐振器7的分解立体图。图
12是表示12 — 12中的剖面图的图形。
在这里，取代连接图案电极13，通过通路孔电极18，使线路电极12 被屏蔽图案电极17接地。通路孔电极18，作为并联电感器U.动作。此外， 可以没有接地图案电极16。这样，能够使传输线型谐振器7的横宽变窄。
关于通路孔电极18，有各种变形例。图13是在通路孔电极18的中途 设置短电极的例子。使用这种元件后，能够获得更大的阻抗，提高设计的 自由度。
另夕卜，用LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics)构成层叠体8 时，在层叠体8的烧成方法中，有收縮烧成和无收縮烧成两种。图14A是 表示进行无收縮烧成时的层结构的分解立体图。在层叠了电介质薄片11 的部件的最上层和最下层，粘接约束层24。图14B是表示进行收縮烧成时 的烧成前(左侧)和烧成后(右侧)的层叠体25的外形的图形。收縮烧 成时，在三维的所有的方向上，各收縮大约15%。
与此不同，无收縮烧成时，烧成前后的外形图如图14C所示，在平面 方向上不收縮，只在厚度方向上收縮大约5%。这样，无收縮烧成可以保证 平面内的精度，但是在厚度方向上却产生离差。设计通路孔电极18时， 需要考虑该厚度方向上的离差。此外，烧成后除去约束层24。
此外，详细观察通路孔电极18的断面，其放大断面图如图15所示， 在各自的电介质薄片11内，成为从上向下变小的锥状，设计时需要考虑 这些情况。(第4实施方式)
再接着，讲述本发明的第4实施方式中的复合右手系统左手系统的传 输线型谐振器的结构。此外，除非特别言及，赋予和第l实施方式相同符 号的传输线型谐振器的结构和动作同样，所以不再赘述。
图16是第4实施方式中的复合右手系统左手系统的传输线型谐振器 的分解立体图。在图16中，取代线路电极12，使用分割型线路电极19。 在这一点上，和第l实施方式不同。
图17是表示17 — 17中的剖面图的图形。图18是表示分割型线路电 极19中的电流分布的图形。我们知道高频电流通常集中在传输线路电 极的两端，但是分割电极后，电流也流入中央的电极，使电流集中的现象 得到缓和。因此，采用上述结构后，能够减少电流的电阻损失，获得很高 的无负荷Q值。
(第4实施方式的变形例)
图19是表示第4实施方式的变形例的分解立体图。与第4实施方式 的不同之处在于将电容电极14置换成分割电容电极20。在该变形例中， 对于流过电容电极的电流，也能够缓和电流集中的现象，所以能够进一步 减少电阻损失。
(第5实施方式)
再接着，讲述本发明的第5实施方式中的使用复合右手系统左手系统 的传输线型谐振器的高频滤波器。图20是第5实施方式中的使用复合右 手系统左手系统的传输线型谐振器的高频滤波器的分解立体图。
在本结构中，在上下方向上二级重叠第1实施方式讲述的复合右手系 统左手系统的传输线型谐振器7，使这两个共振器电磁场耦合后，构成高 频滤波器26。
14使共振器彼此耦合的方法，不局限于此，可以使用另外设置的耦合电 路(未图示)。
另夕卜，耦合的共振器不局限于2个，可以是3个、4个、5个以上的 多级。
高频滤波器26的外形和作用，与图l基本相同，所以不再赘述。
采用以上的结构后，能够进一步发挥第1实施方式讲述的复合右手系 统左手系统的传输线型谐振器7的特征，能够实现小型、低损失的高频滤 波器。
(第6实施方式)
再接着，讲述本发明的第6实施方式中的使用复合右手系统左手系统 的传输线型谐振器的高频滤波器。图21是第6实施方式中的使用复合右 手系统左手系统的传输线型谐振器的高频滤波器的分解立体图。
在本结构中，在同一平面上排列2个第1实施方式讲述的复合右手系 统左手系统的传输线型谐振器7，使这两个共振器电磁场耦合后，构成高 频滤波器26。
使共振器彼此耦合的方法，不局限于此，可以使用另外设置的耦合电 路(未图示)。
另外，耦合的共振器不局限于2个，可以是3个、4个、5个以上的 多级。
高频滤波器26的外形和作用，与图l基本相同，所以不再赘述。
采用以上的结构后，能够进一步发挥第1实施方式讲述的复合右手系(第7实施方式)
再接着，讲述使用本发明的第5、第6实施方式中讲述的高频滤波器 的高频模块的实施方式。图22A是高频模块的外形图，图22B是高频模块 的电路概念图。
在这里，作为高频模块29的例子，例示将变容二极管30与高频滤波 器26连接的可调谐滤波器模块。
高频模块29，具有高频滤波器26、在该高频滤波器26和接地之间连 接的变容二极管30、在该变容二极管30和控制端子之间连接的芯片电感 器31。变容二极管30可以被高频滤波器26连接多个。另外，如图22A 所示，将变容二极管30和芯片电感器31安装在层叠体8的上面。
这样地在层叠体8的上面配置表面安装部件后，能够实现小型、高功 能的高频模块。
(第8实施方式)
再接着，讲述使用本发明的第7实施方式中讲述的高频模块29的无 线机器的实施方式。图23A是该无线机器的外形图，图23B是该无线机器 的电路概念图。
无线机器，从输入端子侧起，依次具有高频滤波器29、低噪声放大器 33、高频滤波器29、混频器34，使用高频滤波器29后，能够提供非常小 型的多功能 高性能的无线机器。
例如用这种结构实现数码电视机的调谐器后，能够用可调谐滤波器模 块除去强电场的妨碍信号，能够从妨碍信号引起的失真中保护低噪声放大
16器及混频器。其结果，能够减少这些电路的电流。
本发明的传输线型谐振器因为是低损失，所以在便携式终端等无线机 器中大有用处。
权利要求
1、一种传输线型谐振器，由层叠多个电介质薄片的层叠体构成，所述传输线型谐振器，具备复合左右手传输线路，该复合左右手传输线路配置在所述多个电介质薄片之间；外部连接端子，该外部连接端子配置在所述传输线型谐振器的端面且与所述复合左右手传输线路连接。
2、 如权利要求1所述的传输线型谐振器，其特征在于，所述复合左 右手传输线路，由以下电极构成-线路电极，该线路电极配置在电介质薄片上；连接图案电极，该连接图案电极与所述线路电极连接，其线路宽度小 于所述线路电极；接地电极，该接地电极与所述连接图案电极连接；输出输入图案电极，该输出输入图案电极在与所述线路电极电容耦合 地配置的同时，还与所述外部连接端子连接。
3、 如权利要求2所述的传输线型谐振器，其特征在于在所述电介 质薄片上，存在多个所述线路电极；所述复合左右手传输线路，具备隔着配置在所述多个线路电极上的电 介质薄片而与所述线路电极相对地配置的电容电极。
4、 如权利要求1所述的传输线型谐振器，其特征在于所述传输线 型谐振器的共振模式，是0次级。
5、 如权利要求1所述的传输线型谐振器，其特征在于所述电介质 薄片，是低温同时烧成陶瓷。
6、 如权利要求1所述的传输线型谐振器，其特征在于所述电介质 薄片，是树脂板。
7、 如权利要求1所述的传输线型谐振器，其特征在于所述多个电 介质薄片的厚度相同。
8、 如权利要求3所述的传输线型谐振器，其特征在于所述电容电极与所述线路电极的间隔，小于配置在所述电容电极之上的屏蔽图案电极 与所述电容电极的间隔，或者小于配置在所述线路电极之下的屏蔽图案电 极与所述线路电极的间隔。
9、 如权利要求2所述的传输线型谐振器，其特征在于作为所述连 接图案电极，使用曲折线。
10、 如权利要求2所述的传输线型谐振器，其特征在于作为所述连接图案电极，使用螺旋线圈。
11、 如权利要求3所述的传输线型谐振器，其特征在于在所述线路 电极的上下2层以上，设置所述电容电极。
12、 如权利要求2所述的传输线型谐振器，其特征在于所述线路电 极，存在多层；各层的线路电极，配置在相互错开的位置。
13、 如权利要求2所述的传输线型谐振器，其特征在于取代所述连接图案电极，使用通路孔电极，使所述线路电极接地。
14、 如权利要求13所述的传输线型谐振器，其特征在于在所述通路孔的中途，设置短电极。
15、 如权利要求1所述的传输线型谐振器，其特征在于所述层叠体， 采用收縮烧成的方法形成。
16、 如权利要求1所述的传输线型谐振器，其特征在于所述层叠体， 采用无收縮烧成的方法形成。
17、 如权利要求13所述的传输线型谐振器，其特征在于所述通路 孔，在各电介质薄片内，是从上向下变细的锥状。
18、 如权利要求2所述的传输线型谐振器，其特征在于所述线路电 极，是分割型线路电极。
19、 如权利要求3所述的传输线型谐振器，其特征在于所述电容电 极，是分割型电容电极。
20、 如权利要求1所述的传输线型谐振器，其特征在于在所述层叠 体的上面或下面中的至少一个面上，设置所述外部连接端子。
21、 一种高频滤波器，其特征在于使用如权利要求1所述的传输线 型谐振器。
22、 一种高频模块，其特征在于使用如权利要求1所述的传输线型 谐振器。
23、 一种无线机器，其特征在于使用如权利要求1所述的传输线型 谐振器。
全文摘要
一种传输线型谐振器，由层叠多个电介质薄片的层叠体构成，具备配置在多个电介质薄片之间的复合左右手传输线路，和配置在传输线型谐振器的端面且与复合左右手传输线路连接的外部连接端子。可降低损耗。
文档编号H01P7/08GK101512830SQ200780032350
公开日2009年8月19日 申请日期2007年8月28日 优先权日2006年8月31日
发明者田村昌也, 石崎俊雄 申请人:松下电器产业株式会社