共平面谐振器及使用其的共平面滤波器的制作方法

专利名称：共平面谐振器及使用其的共平面滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及共平面谐振器及使用其的共平面滤波器。更详细地说，涉及 它们的小型化。
背景技术：
目前，作为运用于微波频带及毫米波频带通信的收发信装置的滤波器， 已提出使用了共平面谐振器的共平面滤波器。共平面谐振器是在介质基板的同一表面形成有相当于1/2波长或1/4波长的电气长度的线路导体(中心导 体)、及自其中心导体起设有规定间隔而配置的地导体的共平面谐振器。所以， 可以仅在介质基板的单面形成电路图案，另外，在形成短接短线(短絡7夕 7、、)时不需要通孔等，其结杲是，共平面谐振器具有制作工艺容易并且导体 成膜成本低等优点。图27表示将多个1/2波长共平面谐振器串联连接而构成的共平面滤波器 的现有例(参照非特许文献l)。共平面滤波器卯0的构成为，通过影印技术 (Photo Lithography )的蚀刻加工，对通过蒸镀或溅射法设置于矩形板状的介 质基板905的整个表面的地导体903进行布线图案制作，，将具有两端开放的 1/2波长中心导体901的1/2波长共平面谐振器Q1、 Q2、 Q3、 Q4沿1/2波长 中心导体901的延伸方向串联连接而成。在该例中，为了抑制开槽测试线模 式(7 口 y卜，一 y乇一 H、)这样的不必要的模式，在各共平面谐振器之间 设置线路导体902来连接地导体903之间。另外，图27简略地图示了设于圓 示的共平面谐振器的两端侧(从正面看各图时的左右)的输入输出端子。另 外，在图27-图29中，为了避免图示繁杂，部分地省略了立体显示。非专牙'J文南^ 1: Jiafeng Zhou,Michael J.Lancaster, "Coplanar Quarter-Wavelength Quasi-Elliptic Filters Without Bond-Wire Bridges" ,IEEE Trans.Microwave Theory Tech，vol.52,No.4,pp.1149-1156，April 2004.其次，图28表示将多个1/4波长共平面谐振器串联连接而构成的共平面 滤波器的现有例(例如，参照特许文献1或非特许文献2等)。共平面滤波器910的构成为，将由一端与地导体903短接、另一端开放的1/4波长中心导体 911构成的1/4波长共平面谐振器Sl、 S2、 S3、 S4, —边翻转配置， 一边顺 次串联连接，而且，使串联连接的方向和1/4波长中心导体911的延伸方向一 致。换言之，在共平面滤波器910中，交替反复进行相邻的1/4波长共平面谐 振器的各1/4波长中心导体911同时与连接地导体903之间的线路导体912 连接的配置、和相邻的1/4波长共平面谐振器的各1/4波长中心导体911在其 开放端部相对的配置。另外，各1/4波长中心导体911使其开放端部相对的容 量性接合部C，也可以改变开放端部的形状而增大对向面积，以提高其接合 强度。专利文献1: Japanese Patent Application Laid-Open No.Hl 1-220304非专利文献2: H.Suzuki,Z.Ma,Y.Kobayashi,K.Satoh,S.Narahashi and T.Nojima, "A low-loss 5GHz bandpass filter using HTS quarter-wavelength coplanar waveguide resonators", IEICE Trans.Electron,vol.E-85-C，No3,pp.714-719，March 2002.比较上述两例可知，通过将1/4波长共平面谐振器串联连接而构成的共 平面滤波器，由于其1/4波长共平面谐振器的1/4波长中心导体保持有相当于 1/4波长的电气长度，因此，与将多个1/2波长共平面谐振器串联连接而构成 的共平面滤波器相比，在共振频率相同的情况下，共平面滤波器的全长较短。还有，如图29所示，也有通过将1/4波长共平面谐振器的1/4波长中心 导体设计为阶梯式阻抗(7亍、乂7Vy匕。一夕、'y7 )结构，来实现共平面滤 波器全长进一步缩短的结构(参照非特许文献1 )。将多个共平面谐振器串联连接而构成的共平面滤波器的连接方向的全长 (下面仅称作共平面滤波器的全长)，其在很大程度上依存于构成该共平面滤 波器的共平面谐振器的连接方向的全长(下面仅称作共平面谐振器的全长)。 只要缩短共平面谐振器的全长，就能够缩短使用多个这种共平面谐振器而构 成的共平面滤波器的全长。1/4波长共平面谐振器其全长比1/2波长共平面谐振器的全长短，但是， 中心导体需要在所要求的共振频率中保持相当于1/4波长的电气长度的物理长度，因此，需要考虑进一步缩短1/4波长共平面谐振器的全长。当在1/4波长共平面谐振器中采用了阶梯式阻抗结构时，可以进一步缩 短共平面谐振器的全长。但是，由于为了增大电场集中部分的容量而使中心导体的面积增大，因此，即使能够缩短共平面谐振器的全长，但实现介质基 板上的1/4波长共平面谐振器的设置面积的降低是比较困难的。另外，通过将中心导体设计为曲折形状、螺旋形状等，可以进一步缩短共平面谐振器的全长，但是，由于配置保持相当于1/4波长的电气长度的物理 长度的中心导体需要面积，因此，实现介质基板上的1/4波长共平面谐振器的 设置面积的降低是比较困难的。这样，即使能够缩短共平面谐振器的全长，共平面谐振器的小型化也是 不充分的。发明内容本发明是鉴于这样的问题而开发的，其目的是提供一种比现有的共平面 谐振器小型的共平面谐振器及使用了该共平面谐振器的共平面滤波器。为了解决上述课题，本发明的共平面谐振器具备设于介质基板上的、 具有沿输入、输出方向延伸形成的线路导体(中心线路导体)的中心导体；体延伸形成的线路导体(基本短线)，基本短线的一部分为相对于中心线路导 体等间隔配置的线路导体(第一并行线路导体)。另外，通过将多个这种共平 面谐振器交替反转配置而串联连接，构成共平面滤波器。通过设置具有第一并行线路导体的基本短线，可以将中心导体的共振频率f,分离，从而，能够以比频率f,更低的频率f2发生共振。这意味着设计、制作共振频率为&的共平面谐振器时，可以将其中心导体设计为在共振频率 f,中具有相当于1/4波长~ 1/2波长的电气长度的物理长度的中心导体。就是 说，根据本发明，可以实现共平面谐振器的全长的缩短。另外，由于仅在地 导体和中心导体的间隙部设置具有第一并行线路导体的基本短线，因此，能够和全长缩短相结合，将第介质基板上的共平面谐振器的设置面积降低。因 而，可以实现比现有共平面谐振器小型的共平面谐振器，通过采用这种共平 面谐振器，可以实现比现有共平面滤波器小型的共平面滤波器。


图2B是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图2C是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图2D是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图2E是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图2F是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图2G是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图3是表示用于电磁场模拟的各1/4波长共平面谐振器的频率特性的图；图4是本发明一实施方式的1/4波长共平面谐振器(变形例)的平面图；图5是本发明一实施方式的1/4波长共平面谐振器(变形例)的平面图；图6是本发明的另一实施方式的1/4波长共平面谐振器的平面图；图7是本发明另一实施方式的1/4波长共平面谐振器(变形例)的平面图；图8是本发明另一实施方式的1/4波长共平面谐振器(变形例)的平面图；图9A是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图9B是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图9C是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图9D是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图9E是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图9F是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图9G是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图9H是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图9I是用于电磁场模拟的1/4波长共平面谐振器的平面图；图10是表示用于电磁场模拟的各1/4波长共平面谐振器非的频率特性的图；图11是本发明另一实施方式的1/4波长共平面谐振器的平面图；图12是本发明另一实施方式的1/4波长共平面谐振器(变形例)的平面图；图13是本发明另一实施方式的1/4波长共平面谐振器(变形例)的平面图；图14A是现有1/4波长共平面谐振器的平面图；图14B是表示图14A所示的1/4波长共平面谐振器的频率特性的图；图15A是图7所示的1/4波长共平面谐振器的平面图；图15B是表示图15A所示的1/4波长共平面谐振器的频率特性的图；图16A是图7所示的1/4波长共平面谐振器的变形例的平面图；图16B是表示图16A所示的1/4波长共平面谐振器的频率特性的图；图17A是图7所示的1/4波长共平面谐振器的变形例的平面图；图17B是表示图17A所示的1/4波长共平面谐振器的频率特性的图；图18A是图7所示的1/4波长共平面谐振器的变形例的平面图；图18B是表示图18A所示的1/4波长共平面谐振器的频率特性的图；图19A是本发明一实施方式的1/2波长共平面谐振器的平面图；图19B是表示图19A所示的1/2波长共平面谐振器的频率特性的图；图20A是现有1/2波长共平面谐振器的平面图；图20B是表示图20A所示的1/2波长共平面谐振器的频率特性的图；图21A是从图19A所示的1/2波长共平面谐振器中除去中心导体后的共平面谐振器平面图；图21B是表示图21A所示的共平面谐振器的频率特性的图；图22是本发明一实施方式的共平面滤波器的平面图(采用了 1/4波长共平面谐振器的情况)；图23是本发明一实施方式的共平面滤波器(变形例)的平面图(采用了1/4波长共平面谐振器的情况)；图24是本发明一实施方式的共平面滤波器的平面图(采用了 1/2波长共平面谐振器的情况)；图25是电磁场模拟中使用的共平面滤波器的平面图；图26A是表示图25所示的共平面滤波器的频率特性的图；图26B是图26A的5GHz附近的放大图；图27是现有共平面滤波器的简便方式的立体图(采用了 1/2波长共平面 谐振器的情况)；图28是现有共平面滤波器的简便方式的立体图(采用了 1/4波长共平面 谐振器的情况)；图29是现有共平面滤波器的简便方式的立体图(采用了 1/4波长共平面 谐振器的情况)。
具体实施方式
下面，参照图1 图26对本发明的实施方式进行说明。另外，在图1、图2A-图2G、图4-图8、图9A-图91、图11 -图13中，省略设于所图示的 共平面谐振器的两端侧(从正面看各图时的左右)的输入输出端子的图示。 还有，除图1以外，省略介质基板105的图示。图1表示本发明一实施方式的共平面谐振器。在该实施方式中，作为1/4 波长共平面谐振器进行说明。图1所示的1/4波长共平面谐振器100a例如包 括设于矩形板状的介质基板105的表面的地导体103、对地导体103进行蚀 刻加工而形成布线图案的中心导体101及两个线路导体104。中心导体101由短接线路导体101a及中心线^各导体101b构成，其中， 短接线路导体101a为两端与地导体103短接的直线状的线路导体；中心线路 导体101b为一端与短接线路导体101a连接、另一端开放的直线状的线路导 体。中心导体101作为在共振频率f,中具有相当于的电气长度的导体而设计 短接线路导体101a和中心线路导体101b的各物理长度。就是说，中心导体 IOI形成为T字形状，在短接线路导体101a的两侧，存在形成有中心线路导 体101 b的间隙部、和未形成中心线路导体101 b的间隙部107d。另外，中心导体101为使短接线路导体101a的长边与输入输出端子(未 图示)的一方相对，而使中心线^各导体101b的开》文端部101c与输入^T出端 子(未图示)的另一方相对的配置。即，中心导体101的中心线路导体101b 沿1/4波长共平面谐振器100a的输入输出方向延伸而形成。线路导体104是各自从地导体103延伸而形成的线路导体、即， 一端与 地导体103短接、另一端为开放的线路导体。在此，将该线路导体104称作 基本短线。在1/4波长共平面谐振器100a中，基本短线104为L字形状，各 自由相对于中心线^^导体101b通过间隙部107a等间隔配置的直线状的线路 导体104a、及连接线路导体104a的一端(非基本短线104的开放端部104c 的一方)和地导体103的线路导体104b构成。以下，将线路导体104a称作 第一并行线路导体。基本短线104在基本短线104的连根部104d与地导体103连接。该连根 部104di殳于中心导体101的开》丈端部101c侧，连4妻于和中心线路导体101b 平行的地导体103的边缘部103a。而且，两个基本短线104相对于中心导体 101的中心线路导体101b对称地设于中心线路导体101b的两侧。在图1所示的1/4波长共平面谐振器100a中，中心导体101的开放端部101c和两个基本 短线104的连根部104d的位置关系为，排列于大致同一直线上。但是，这种 位置关系不是必须的技术事项。与此相反，两个基本短线104的开放端部104c 各自与短接线路导体101a相对。在1/4波长共平面谐振器100a中，通过将第一并行线路导体104a相对于 中心导体101的中心线路导体101b接近配置，中心导体101的共振频率f,被分离，从而，能够以比频率fW氐的频率f2发生共振。参照图2A -图2G、图3对这一情况进行i兌明。图2A-图2G分别表示作为中心导体101b和第一并行线^^导体104a的 空隙(非导体区域)的间隙部107a的宽度不同的、1/4波长共平面谐振器100a 的构成。但是，作为简易的构成，为不设置间隙部107d的构成。此时，短接 线路导体101a被看做地导体103，中心导体101成为中心线路导体101b本身。图3为在各种场合下，利用表示透过系数即S^参数(单位分贝(dB)) 和频率的关系的电磁场模拟结果而表示中心导体101的共振频率分离情况的 图。另外，在电磁场模拟时，将中心导体101的物理长度设定为6.50mm，将 中心导体IOI的宽度设定为0.22mm,将中心导体101和平行的地导体103 的边缘部103a间设定为1.20mm。将介质基板105的介电常数设定为9.68， 将介质基板105的厚度设定为0.5mm (这些数值在后述的另 一电磁场模拟中 也是相同的。)。另外，间隙部107a的宽长a、及第一并行线路导体104a和地 导体103的边缘部103a之间的空隙(非导体区域)即间隙部107b的宽长b 的组合，表示于各图中。另外，不设置两个基本短线104时，该l/4波长共平 面谐振器为和现有1/4波长共平面谐振器相同的构成，以大约5GHz进行共振。由图3可知，与间隙部107a的宽长a的值无关，通过将第一并行线路导 体104a相对于中心线路导体101b接近配置，中心导体101的共振频率f,(在 该模拟例中，约为5GHz)被分离，以比频率f低的频率f2 (在该模拟例中， 约为2.4GHz-3.8GHz)共振。并且，间隙部107a的宽度越变窄，共振频率f2越低。这一情况意味着，在设计、制作共振频率为f2的共平面谐振器时，目前 需要设计、制作在共振频率f2中具有相当于1/4波长的电气长度的物理长度 的中心导体，但是通过将第一并行线路导体104a相对于中心导体101的中心 线路导体101b接近配置，则可以将该中心导体作为在频率f,中具有相当于1/4波长的电气长度的物理长度的线路导体进行设计、制作。只要将频率fi(i =1， 2)的波长设定为、，由于f,〉f2时^〈^,因此，可以实现l/4波长共 平面谐振器的全长的缩短化。
另外，由于1/4波长共平面谐振器100a为在现有1/4波长共平面谐振器 的中心导体和地导体之间的间隙部只设有基本短线104的结构，因此，与现 有1/4波长共平面谐振器相比，可以与全长缩短相结合，减小介质基板上的共 平面谐振器的数值面积。因而，可以实现比现有共平面谐振器小型的1/4波长 共平面谐振器。
另外，在本发明中，因设置基本短线104,中心导体101的共振频率f, 被分离，从而可以利用以比共振频率f,低的频率f2发生共振这一物理现象， 在这一点上，通过将共振频率f,分离所得到的共振频率的数并不重要。因此，
只要共振频率f,被分离，以比共振频率f，低的频率f2发生共振就足够了，从
这一观点出发，在表示S^参数和频率的关系的曲线图(图3、图10、图14B -图21B )中，要注意图示中夹着共振频率f,的一定的频带(0 _大约12GHz )。 因而，在未图示的12GHz以上的频率频带中，也必须注意存在被分离的共振 频率的情况。
接着，图4表示作为1/4波长共平面谐振器100a的变形例的1/4波长共 平面谐振器100b。
1/4波长共平面谐振器1 OOb和1/4波长共平面谐振器1 OOa的不同点在于， 基本短线104具有相对于短接线路导体101a以等间隔配置的线路导体104e。 以下，将线路导体104e称作第二并行线路导体。从另一个观点出发进行说明 时，可以说，第二并行线路导体104e是在1/4波长共平面谐振器100a的基本 短线104中，以使其开放端部104c与和中心线路导体101b平行的地导体103 的边缘部103a相对的方式弯曲，并将其直线状地延伸而形成的线路导体。
图5表示作为1/4波长共平面谐振器100a变形例的1/4波长共平面谐振 器100c。
1/4波长共平面谐振器100c是将1/4波长共平面谐振器100b的基本短线 104设计成了阶梯式阻抗结构的共平面谐振器。具体地说，如图5所示，将 1/4波长共平面谐振器100b的基本短线104的开放端部104c附近设计为矩形 区域104c',以 <吏面积增大。
接着，表示本发明的另一实施方式的共平面谐振器。在该实施方式中，和上述一样，对1/4波长共平面谐振器进行说明。图6所示的1/4波长共平面
谐振器200a是图1所示的1/4波长共平面谐振器100a的变形例，其在使中心 线路导体lOlb的开放端部101c沿两个方向分支而形成两个开放端部这一点 上，和1/4波长共平面谐振器100a不同。从另一观点出发进行说明时，可以 说1/4波长共平面谐振器200a的结构为，在1/4波长共平面谐振器100a中， j吏中心导体101的开》文端部101c向间隙部107c延伸，在该开》文端部101c, 使1/4波长共平面谐振器100a的、沿着与中心线路导体101b的延伸方向垂直 的方向延伸形成的两端开放的线路导体101f,在其中央部一体形成。此时， 作为中心导体101的一部分的线路导体101f的各开放端部101fc,与和中心 导体101的中心线路导体101b平行的地导体103非边^^部103a相对。另夕卜， 基本短线104的线路导体104b和线路导体101f，其相互之间的一部分彼此等 间隔配置。线路导体101f的线路长按照短接线路导体101a及中心线路导体 101b的各线路长的相互关系，以中心导体101具有所期望的共振频率的方式 进行设计。
图7表示作为1/4波长共平面谐振器200a的变形例的1/4波长共平面谐 振器200b。
1/4波长共平面谐振器200b又可以说是图4所示的1/4波长共平面谐振 器100b的变形例，其和1/4波长共平面谐振器200a—样，在将中心线路导体 101b的开放部101c沿两个方向分支而形成两个开放端部这一点上，和1/4波 长共平面谐振器100b不同。
图8表示作为1/4波长共平面谐振器200a的变形例的1/4波长共平面谐 振器200c。
1/4波长共平面谐振器200c又可以说是图5所示的1/4波长共平面谐振器 100c的变形例，其和1/4波长共平面谐振器200a —样，在将中心线路导体101b 的开放部101c沿两个方向分支而形成两个开》文端部这一点上，和1/4波长共 平面谐振器100c不同。另外，在1/4波长共平面谐振器200c中，其中心导体 101也被设计为阶梯式阻抗结构，且将线路导体101f设计为矩形区域104c'， 以使面积增大。
在图7所示的1/4波长共平面谐振器200b中(但是不限于该例。)，将第 一并行线路导体104a相对于中心导体101的中心线^各导体101b接近配置， 将第二并行线路导体104e相对于中心导体101的短接线路导体101a接近配置，将基本短线104的线路导体104b相对于中心导体101的线路导体lOlf 接近配置，由此，中心导体101的共振频率f,被分离，能够以比频率f,低的
频率f2发生共振。
参照图9A -图91、图IO对上述情况进行说明。
图9A-图9I分别表示中心线路导体101b和第一并行线路导体104a 之间的空隙(非导体区域)即间隙部的宽度、短接线路导体101a和第二并行 线路导体104e之间的空隙(非导体区域)即间隙部的宽度、及线路导体101f 和基本短线104的线路导体104b之间的空隙(非导体区域)即间隙部的宽度 (以下，将这三者的宽度统称为U字宽。)各自相等的1/4波长共平面谐振器 200b的构成。图9A -图91的各图所示的1/4波长共平面谐振器200b的构成 相互除U字宽不同以外是相同的。
关于图9A-图91的各图所示的1 4波长共平面谐振器200b的构成， 图10利用表示透过系数即S2,参数(单位分贝(dB))和频率的关系的电磁 场模拟结果表示中心导体101的共振频率分离的情况。另外，在电磁场模拟 时，将中心导体101的宽度设定为0.08mm，将短接线路导体101a和线路导 体101f的外侧两端之间的宽度设定为1.80mm,将中心线^各导体101b和平行 的地导体103的边缘部103a间设定为2.88mm。另夕卜，U字宽的宽长a、和第 一并行线路导体104a和地导体103的边缘部103a之间的空隙(非导体区域) 即间隙部107b的宽长b的组合，表示于各图中。另外，在没有两个基本短线 104的情况下，该1/4波长共平面谐振器以8GHz进行共振。
由图IO.可知，不管U字宽的宽长a的值如何，通过将第一并行线路导体 104a相对于中心线路导体101b接近配置、将第二并行线路导体104e相对于 短接线路导体101a接近配置、将基本短线104的线路导体104b相对于线路 导体101f接近配置，中心导体101的共振频率fU在该模拟例中，约为8GHz) 被分离，以比频率f,低的频率f2 (在该模拟例中，约为3.5GHz-6.4GHz)共 振。并且，U字宽越变窄，共振频率f2越低。
因而，如上所述，可以将中心导体作为在更高的频率中达到相当于1/4 波长的电气长度的物理长度的线路导体进行设计、制作，由于在中心线路导 体101b和地导体103之间的间隙部只_没有基本短线104, 4艮据这种结构，可 以实现比现有1/4波长共平面谐振器小型的1/4波长共平面谐振器。
接着，表示本发明另一实施方式的共平面谐振器。在该实施方式中，和上述一样，对1/4波长共平面谐振器进行说明。图11所示的1/4波长共平面
谐振器300a是图6所示的1/4波长共平面谐振器200a的变形例，其在第一并 行线路导体104a和地导体103的边缘部103a之间的空隙(非导体区域)即 间隙部107b,以交叉指型且嵌套状设有一个以上的新的线路导体，在这一点 上和1/4波长共平面谐振器200a不同。新设置的线路导体的形状与基本短线 104大致相似，但在中心导体101的共振频率中具有比基本短线104的电气长 度短的电气长度(从短接端到开放端的物理长度短)，因此，以下将该线路导 体称作缩小短线。缩小短线的线路宽可以与基本短线相同也可以不同。在图
11 -图13所示的1/4波长共平面谐振器中，在间隙部107b新设置的缩小短线 为一个。
图11所示的缩小短线108分别为以和基本短线104大致相似的形状形成 L字状的线路导体。但是，缩小短线108的L字状是将基本短线104的L字 状反转的形状。缩小短线108由相对于线路导体104a通过间隙部等间隔配置 的直线状的线路导体108a、及连接线路导体108a的一端(非缩小短线108的 开放端部108c的一方)和地导体103的线^各导体108b构成。
缩小短线108在缩小短线108的连根部108d和地导体103连接。该连根 部108d设于基本短线104的开放端部104c侧，且与和中心线路导体101b平 行的地导体103的边缘部103a连接。而且，两个缩小短线108相对于中心导 体101的中心线路导体101b对称地设于中心线路导体101b的两侧的间隙部 107b。在图11所示的1/4波长共平面谐振器300a中，基本短线104的开放 端部104c和两个缩小短线108的连才艮部108d，其位置关系为大致排列在同一 直线上。但是，成为这种位置关系不是必须的技术事项。与此相反，两个缩 小短线108的开放端部108c分别与基本短线104的线路导体104b对置。
若改变观点，基本短线104的第一并行线路导体104a和缩小短线108的 线路导体108a相互向不同的方向延伸，处于所谓的交叉指状的配置关系。也 可以说，中心导体101的中心线路导体101b、基本短线104的第一并行线路 导体104a、缩小短线108的线路导体108a相互向不同的方向延伸，处于所谓 的交叉指状的配置关系。另外，由于缩小短线108以比基本短线104短的电 气长度设于间隙部107b，因此，基本短线104和缩小短线108处于嵌套状的 位置关系。
在此，设于各间隙部107b内的缩小短线108的个数为一个，不过，又可以为设置两个以上的构成。例如，在设有两个缩小短线的情况下，又可以在
缩小短线108的线路导体108a和地导体103的边缘部103a之间的空隙(非 导体区域)即间隙部，以基本短线104和缩小短线108相对于缩小短线108 的配置关系相同的方式设置比缩小短线108短的第二缩小短线。按照这样的 反复，以交叉指状且嵌套状的配置关系设置一个以上的缩小短线(参照图 17A、图18A)。
图12表示1/4波长共平面谐振器300a的变形例即1/4波长共平面谐振器 300b。
1/4波长共平面谐振器300b也可以说是图7所示的1/4波长共平面谐振 器200b的变形例，其和1/4波长共平面谐振器300a—样，在以交叉指状且嵌 套状设有一个以上的缩小短线(图中各间隙部107b内为一个)这一点上，和 1/4波长共平面谐振器200b不同。
图13表示1/4波长共平面谐振器300a的变形例即1/4波长共平面谐振器 300c。
1/4波长共平面谐振器300c也可以说是图8所示的1/4波长共平面谐振器 200c的变形例，其和1/4波长共平面谐振器300a—样，在以交叉指状且嵌套 状设有一个以上的缩小短线(图中为一个)这一点上，和1/4波长共平面谐振 器200c不同。另外，在1/4波长共平面谐振器300c中，其缩小短线108也被 设计为交叉指型结构，且将线路导体108a的开放端部108c设计为矩形区域 108c',从而4吏面积增大。
接着，对几个变形例进行例示，使本发明的特征进一步明朗。
例如，以图7所示的1/4波长共平面谐振器200b为例，图14-图16表 示根据基本短线104的配置情况，验证中心导体101的共振频率f,如何变化 的电磁场模拟结果。另外，在所图示的共平面谐振器的两端侧(从正面看各 图时的左右)，设有输入输出端子851， 852。
图14A表示未设置基本短线104的现有1/4波长共平面谐振器。在电磁 场模拟时，将中心导体101的宽度设定为0.08mm,将短接线路导体101a和 线路导体101f之间设定为1.80mm,将中心线路导体101b和平行的地导体103 的边缘部103a间设定为2.88mm。间隙部107d及间隙部107c的输入输出方 向的宽长分别设定为2.00mm。在该1/4波长共平面谐振器中，设计为中心导 体101以8GHz发生共振。图14B表示该现有1/4波长共平面谐振器的、S2I参数(单位分贝(dB))和频率的关系。如以上设计，中心导体101的共振 频率为8GHz。另外，在本说明书中，表述为"中心导体的共振频率"，实质 上，称为"共平面谐振器的共振频率"也无妨。
图15A表示图7所示的1/4波长共平面谐振器200b的构成。其为将间隙 部107a的宽长a设定为0.08mm时的例子，图15B表示该1/4波长共平面谐 振器200b的、S^参数(单位分贝(dB))和频率的关系。由图15B可知， 中心导体101的共振频率f产8GHz被分离，以比频率f,低的频率f2N4.7GHz 发生共振。在该模拟例中，通过设置基本短线104,共振频率f「8GHz至少 -波分离为频率f2 —4.7GHz和频率f3N12GHz两个。
图16A表示基本短线104的配置和图7所示的1/4波长共平面谐振器200b 不同的1/4波长共平面谐振器的构成。在该1/4波长共平面谐振器中，设有1/4 波长共平面谐振器200b的基本短线为左于反转的配置。即，基本短线104的 连才艮部104d设于中心导体101的短接线^各导体101a—侧。图16B表示该1/4 波长共平面谐振器的、S^参数(单位分贝(dB))和频率的关系。由图16B 可知，中心导体101的共振频率f尸8GHz被分离，以比频率f,低的频率f2 — 7GHz发生共振。另外，在该模拟例中，通过设置基本短线104，共振频率 ff8GHz至少被分离为频率f2 —7GHz和频率f3 —9.2GHz两个。
通过对图15B和图16B进行比较可知，如图7所示的1/4波长共平面谐 振器200b,以将其短接端部即连根部104d设于中心导体101的开放端部侧的 方式配置了基本短线104的方式，比以将其短接端部即连根部104d设于中心 导体101的短接线路导体101a侧的方式配置方式更能使相对于共振频率f,的 分离效果大。
接着，图17B及图18B表示在相对于图7所示的1/4波长共平面谐振器 200b,以交叉指状且嵌套状在中心导体的各侧设置有一或两个缩小短线的情 况下，验证中心导体101的共振频率f,如何变化的电磁场模拟结果。
图17A表示相对于图7所示的1/4波长共平面谐振器200b，以交叉指状 且嵌套状在中心导体的各侧设置有一个缩小短线时的构成。即，表示图12所 示的1/4波长共平面谐振器300b的构成。在电/f兹场才莫拟时，将中心导体101 的宽度设定为0.08mm，短接线路导体101a和线路导体101f之间设定为 1.80mm,将中心线路导体101b和平行的地导体103的边缘部103a间设定为 2.88mm。间隙部107d及间隙部107c的输入输出方向的宽长分别设定为2.00mm。在该1/4波长共平面谐振器中，设计为中心导体101以8GHz发生 共振。另外，中心导体101和基本短线104的U字宽的宽长、基本短线104 和缩小短线108的U字宽的宽长各自相同，设定为0.08mm。图17B表示该 1/4波长共平面谐振器300b的、S2,参数(单位分贝(dB))和频率的关系。 由图17B可知，中心导体101的共振频率f产8GHz被分离，以比频率f,低的 频率f2 —4.5GHz发生共振。另外，在该模拟例中，通过设置基本短线104及 缩小短线108,共振频率f产8GHz至少被分离为频率f2 —4.5GHz和频率f3N 8.5GHz两个。图18A表示相对于图7所示的1/4波长共平面谐振器200b,以交叉指状 且嵌套状在中心导体的各侧设置有两个缩小短线时的构成。即，表示在图17A 所示的1/4波长共平面谐振器300b的构成中再设置一个缩小短线的构成。另 外，中心导体101和基本短线104的U字宽的宽长、基本短线104和第一缩 小短线108的U字宽的宽长、第一缩小短线108和第二缩小短线108，的U 字宽的宽长各自相同，设定为0.08mm。图18B表示该1/4波长共平面谐振器 的、S2,参数(单位分贝(dB))和频率的关系。由图18B可知，中心导体 101的共振频率f「8GHz被分离，以比频率f,低的频率f2 —4.4GHz发生共振。 另外，在该模拟例中，通过设置基本短线104及中心导体的各侧的两个缩小 短线，共振频率f^8GHz至少被分离为频率f2、4.4GHz和频率f3 —7.9GHz 两个。接着，图19A表示本发明的另一实施方式的1/2波长共平面谐振器400。1/2波长共平面谐振器400的构成为，例如包括设于矩形板状的介质基 板105的表面的地导体103、通过对地导体103进4亍蚀刻加工形成的中心导体 101及四个线路导体104。另外，在所图示的共平面谐振器的两端侧(从正面 看各图时的左右)，设有输入输出端子851， 852。中心导体101为两端开放的直线状的线路导体，将其作为在共振频率f, 中具有相当于1/2波长的电气长度的导体设计其物理长度。在中心导体101 的周围存在间隙部，在该间隙部配置有四个线路导体104。另外，中心导体101为其开放端部101c与输入输出端子851， 852分别 相对的配置。即，中心导体101沿1/2波长共平面谐振器400的输入输出方向 延伸形成。用于图19A所示的1/2波长共平面谐振器400的线路导体104的形状分别和用于图4所示的1/4波长共平面谐振器100b的基本短线104的形状相同。 更不用说可以使用例如与用于图1或图5所示的1/4波长共平面谐振器100a 或1/4波长共平面谐振器100c的基本短线104具有相同形状的线路导体。各基本短线104在基本短线104的连根部104d和地导体103连接，而各 连根部104d设于中心导体101的开放端部101c—侧，且与和中心导体101 平行的地导体103的边缘部103a连接。即，四个基本短线104相对于中心导 体101的延长方向对称且相对在中心导体101中央与其延伸方向垂直的方向 对称地设于中心导体101周围的间隙部。此时，相对于中心导体101的延伸 方向设于各侧的两个基本短线104 ，使各自的第二并行线路导体104e相对而 配置。在图19A所示的1/2波长共平面谐振器400中，中心导体101的开放端 部101c和两个基本短线104的连根部104d为大致排列在同一直线上的位置 关系。但是，这种位置关系不是必须的技术事项。在1/2波长共平面谐振器400中，通过将各基本短线104的第一并行线 路导体104a,相对于中心导体101接近配置，中心导体IOI的共振频率f,被分离，能够以比频率f,低的频率f2进行共振。在电磁场模拟时，将中心导体101的全长设定为7.00mm,将中心导体 101的宽度设定为0.08mm,将基本短线104的平行于中心导体101的部分的 长度设定为3.30m,将中心导体101和平行的地导体103的边缘部103a之间 设定为2.88mm。输入输出端子的一方851和中心导体101的开放端部的一方 的距离以及输入输出端子的另一方852和中心导体101的开放端部的另一方 的距离分别设定为2.00mm。在该1/2波长共平面谐振器中，设计为中心导体 101以9.5GHz进行共振。另外，图20B表示作为以9.5GHz共振的谐振器设 计的现有1/2波长共平面谐振器(参照图20A)的、S2,参数(单位分贝(dB)) 和频率的关系。图19B表示图19A所示的1/2波长共平面谐振器400的、821参数(单位 分贝(dB))和频率的关系。由图19B可知，中心导体101的共振频率f尸9.5GHz 被分离，以比频率f,低的频率f2 —3.4GHz发生共振。另外，在该模拟例中， 通过设置四个基本短线104，共振频率f产9.5GHz至少净皮分离为频率f2 — 3.4GHz、频率f3 —7.7GHz、和频率f4—llGHz三个。和在1/4波长共平面谐振器的情况下所叙述的情况一样，可以将中心导体作为在更高的频率中相当于1/2波长的电气长度的物理长度的线路导体进行设计、制作，由于其为在中心导体101和地导体103的间隙部只设置基本 短线104的结构，因此，可以实现比现有的1/2波长共平面谐振器小型的1/2 波长共平面谐振器。作为参考，图21B表示将中心导体101从图21A、图19A所示的l/2波 长共平面谐振器400除去后的共平面谐振器800的构成、和该构成的共平面 谐振器800的、S2,参数(单位分贝(dB))和频率的关系。该构成的共平面谐振器800将约4.3GHz和约7.7GHz作为共振频率。因 而可知，图19A所示的1/2波长共平面谐振器400的共振频率f2 —3.4GHz不 是图21A所示的共平面谐振器800的共振频率，还可知，图19A所示的1/2 波长共平面谐振器400将比图21A所示的共平面谐振器800的共振频率及图 20A所示的1/2波长共平面谐振器的共振频率低的频率作为共振频率。接着，表示将多个本发明的共平面谐振器串联连接而构成的本发明的共 平面滤波器的实施方式。图22表示将四个图7所示的1/4波长共平面谐振器200b依次串联电磁 连接而构成的共平面滤波器500。在矩形板状的介质基板105的长度方向的一侧的介质基板105上，通过 对地导体103进行蚀刻加工形成有输出输入端子590。该输出输入端子590 是沿介质基板105的长度方向延伸形成的线路导体。另外，在输出输入端子 590的延伸方向的两旁，隔开间隙部配置有地导体103。在输出输入端子590 的一端，在其中央部连接有以和输出输入端子590相同的线路宽、沿着和介 质基板105的长度方向正交的方向延伸形成的线路导体591。另外，在矩形板状的介质基板105的长度方向的另一侧的介质基板105 上，通过对地导体103进行蚀刻加工形成有输出输入端子593。该输出输入端 子593是沿介质基板105的长度方向延伸形成的线路导体。另外，在输出输 入端子593的延伸方向的两旁，隔开间隙部配置有地导体103。在输出输入端 子593的一端，在其中央部连接有以和输出输入端子593相同的线路宽、沿 着和介质基板105的长度方向正交的方向延伸形成的线路导体592。而且，经由间隙部571 ，以使1/4波长共平面谐振器Pl的线路导体101f 与线路导体591的长边相对的方式，配置有图7所示的1/4波长共平面谐振器 Pl。另外，经由间隙部572，以使1/4波长共平面谐振器P2的短接线路导体 101a相对于1/4波长共平面谐振器P1的短接线路导体101a相对的方式，配 置有图7所示的1/4波长共平面谐振器P2。此时，1/4波长共平面谐振器Pl及1/4波长共平面谐振器P2为，恰好将 间隙部572作为各自的间隙部107d的配置，相对于间隙部572处于反转对称 的配置关系。另外"反转"是关于形状反转的意思，而不是为保持统一性也 必须将其大小进行反转的意思。另外，同样地，经由间隙部573，以使1/4波长共平面谐振器P3的线路 导体101f相对于1/4波长共平面谐振器P2的线路导体101f相对的方式，配 置有图7所示的1/4波长共平面谐振器P3。另外，经由间隙部574，以使1/4波长共平面谐振器P4的短接线路导体 101a相对于1/4波长共平面谐振器P3的短接线路导体101a相对的方式，配 置有图7所示的1/4波长共平面谐振器P4。另外，1/4波长共平面谐振器P4 的线路导体101f经由间隙部575与线路导体592的长边对置。这样，共平面滤波器500成为将四个1/4波长共平面谐振器Pl交替反转 配置，并且沿输入输出方向串联连接的构成。另外，作为共平面滤波器的另一实施方式，可以设计为在图22所示的共 平面滤波器500中不设置间隙部572及间隙部574的构成(参照图23)。图 23所示的共平面滤波器也成为将四个1/4波长共平面谐振器P1、 P2、 P3、 P4 交替反转配置，并且沿输入输出方向串联连接的构成。图22及图23表示了将四个图7所示的1/4波长共平面谐振器200b顺次 交替反转配置，且将它们串联连接而构成的共平面滤波器，但宗旨是，所连 接的1/4波长共平面谐振器200b的个数不限于四个。通常，例如，可以将1/4 波长共平面谐振器Pl和将其反转设置的1/4波长共平面谐振器P2的组合作 为一组，然后，将多个这样的组串联连接构成共平面滤波器。另外，宗旨是， 构成共平面滤波器的共平面谐振器不限定于图7所示的1/4波长共平面谐振器 200b,可以采用已经名又述过的1/4波长共平面谐振器。另外，又可以采用本发明的一实施方式的1/2波长共平面谐振器构成共 平面滤波器。作为采用本发明的一实施方式的1/2波长共平面谐振器构成共平面滤波 器的一例，图24表示这样构成的共平面滤波器600。用于共平面滤波器600的1/2波长共平面谐振器是图19A所示的1/2波长共平面谐振器400的变形例。 该变形例是将中心导体101的两个开放端部101c形成为分别沿两个方向分支 而形成H字状，在这一点上，其和1/2波长共平面谐振器400不同。该变形 例的中心导体101由两端开放的直线状线路导体即两个线路导体101h、及连 接各线路导体101h的中央部彼此的线路导体即中心线^"导体101b构成，其 作为在共振频率f,中具有相当于1/2波长的电气长度的导体来设计中心线路 导体101b及两个线路导体101h的物理长度。而且，四个基本短线104的第 一并行线路导体104a分别相对于中心线路导体101b等间隔配置。此时，各 基本短线104的线路导体104b相对于中心导体101的线路导体101h以等间 隔配置。共平面滤波器600的构成为，将两个上述的1/2波长共平面谐振器400 的变形例串联配置且电》兹连接在输入输出端子590及输入输出端子593之间 的间隙部。即，构成为，上述的1/2波长共平面谐振器400的变形例Rl的一 方的线路导体101h通过间隙部571与线路导体591的长边相对；1/2波长共 平面谐振器400的变形例Rl的另一方的线路导体101h、和1/2波长共平面谐 振器400的变形例R2的一方的线^各导体101h通过间隙部573而相对；1/2 波长共平面谐振器400的变形例R2的另一方的线路导体101h通过间隙部575 与线路导体592的长边相对。毋庸置疑，也可以为将三个以上如上所述的1/2波长共平面谐振器400 的变形例串联连接的构成。另外，用于共平面滤波器的1/2波长共平面谐振器 并不限定于上述的1/2波长共平面谐振器400的变形例。以上例示的共平面滤波器，通过采用本发明的共平面谐振器，其串联连 接了共平面谐振器的方向的全长比现有共平面滤波器的全长缩短。另外，由于任一个共平面谐振器都是在中心线路导体和地导体的间隙部仅设置基本短 线104的结构，因此，可以和全长缩短相结合而实现比现有小型的共平面滤 波器。图26A、图26B表示图25所示的共平面滤波器的频率特性。图25所示 的共平面滤波器是图22所示的共平面滤波器500，其设计为，中心频率为 5GHz，频带宽为160MHz。其设计尺寸为中心导体IOI的宽度为0.08mm; 关于1/4波长共平面谐振器P1及P4，短接线路导体101a和线路导体101f的 外侧两端宽为1.55mm;关于1/4波长共平面谐振器P2及P3,短接线路导体101a和线路导体lOlf的外侧两端宽为1.64mm;中心线^各导体101b和平行的 地导体103的边缘部103a间为2.88mm。中心导体101和基本短线104的U 字宽的宽长都设定为0.08mm。另外，1/4波长共平面谐振器Pl - P2间及P3 -P4间为0.33mm, 1 4波长共平面谐冲展器P2 - P3间为0.54mm。图26A、图26B所示的各曲线图的横轴代表频率，单位是GHz;左纵轴 代表反射系数即Su参数，单位为dB;右纵轴代表透射系数即S2,参数，单位 为dB。图26A是表示在0GHz-25GHz范围内，图22所示的共平面滤波器 500的频率特性的图。图26B是表示在4GHz - 6 GHz范围内，图22所示的 共平面滤波器500的频率特性的图。由图26A、图26B可知，图22所示的共 平面滤波器500以中心频率5GHz、 一半的宽度实现了频带宽160MHz的要求 性能之后，在该频带中，Sn值急剧下降到-20dB以下。在上述例示的共平面谐振器及共平面滤波器中，表示了相对于中心导体 的中心线路导体，将基本短线配置于其两侧的构成。这种构成通过设计为相 对于中心线路导体对称的结构，可以缩短用于谐振器或滤波器的设计的电磁 场模拟所需要的计算时间，从而，可以仅在中心线路导体的任一侧配置基本 短线。本发明例如可以应用于移动通信、卫星通信、固定微波通信及其它通信 装置的信号收发器。
权利要求
1、一种共平面谐振器，具备介质基板；设于所述介质基板上的、具有沿输入输出方向延伸形成的线路导体(中心线路导体)的中心导体；以相对于所述中心导体具有间隙部的方式配设于所述介质基板上的地导体，其中，具备自所述地导体延伸形成的线路导体(基本短线)，所述基本短线的一部分为相对于所述中心线路导体等间隔配置的线路导体(第一并行线路导体)。
2、 如权利要求1所述的共平面谐振器，其中，以将所述中心导体的共 振频率分离的方式，相对于所述中心线路导体配置有所述第一并行线路导 体。
3、 如权利要求1或2所述的共平面谐振器，其中，所述中心导体是在 其共振频率中具有相当于1/4波长的电气长度的导体，且具有开放端部。
4、 如权利要求3所述的共平面谐振器，其中，所述基本短线在所述中 心导体的开放端部侧向所述地导体短接。
5、 如权利要求4所述的共平面谐振器，其中，所述中心导体保持所述 中心线路导体在一端连接的、两端与所述地导体短接的线路导体(短接线路 导体)，所述基本短线保持相对于所述短接线路导体以等间隔配置的线路导体 (第二并行线路导体)。
6、 如权利要求1或2所述的共平面谐振器，其中，所述中心导体是在 其共振频率中具有相当于1/2波长的电气长度的导体，且具有开放端部。
7、 如权利要求6所述的共平面谐振器，其中，所述基本短线在所述中 心导体的开放端部侧向所述地导体短接。
8、 如权利要求4所述的共平面谐振器，其中，在各所述基本短线和所 述地导体之间的间隙部，以交叉指型且嵌套状配置有与该基本短线形状相以上的短线。
9、 如权利要求7所述的共平面谐振器，其中，在各所述基本短线和所述地导体之间的间隙部，以交叉指型且嵌套状配置有与该基本短线形状相 以上的短线。
10、 如权利要求3所述的共平面谐振器，其中，在中心线路导体的两侧 配置有所述基本短线。
11、 如权利要求6所述的共平面谐振器，其中，在中心线路导体的两侧 配置有所述基本短线。
12、 一种共平面滤波器，其将多个权利要求1所述的共平面谐振器交替 翻转配置且串联连接。
全文摘要
本发明涉及一种共平面谐振器，共平面谐振器(100a)具备设于介质基板(105)上的、具有沿输入输出方向延伸形成的线路导体(中心线路导体)(101b)的中心导体(101)、相对于该中心导体(101)以隔开间隙部的方式配设于介质基板(105)上的地导体(103)、自地导体(103)延伸形成的线路导体(基本短线)(104)，基本短线(104)的一部分为相对于中心线路导体(101b)等间隔配置的线路导体(第一并行线路导体)(104a)。
文档编号H01P1/201GK101276954SQ200810088458
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年3月29日
发明者佐藤圭, 小泉大辅, 梄桥祥一 申请人:株式会社Ntt都科摩