CN102576924A

CN102576924A - 同轴谐振器及使用其的电介质滤波器、无线通信模块及无线通信设备

Info

Publication number: CN102576924A
Application number: CN2010800453919A
Authority: CN
Inventors: 堀内雅史; 吉川博道; 中俣克朗; 久木田壮太郎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: EP2495804A4; US20120212387A1; WO2011052328A1; EP2495804B1; JP5523471B2; US8970326B2; EP2495804A1; JPWO2011052328A1; CN102576924B

Abstract

本发明提供第一谐振模式中的Q值大且第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔大的同轴谐振器、以及使用其的电介质滤波器、无线通信模块以及无线通信设备。同轴谐振器具备电介质块；第一内导体，其配置在从第一主面至对置的第二主面而形成的第一贯通孔的内面，且一端与基准电位连接；以及外导体，其按照包围第一内导体的方式而配置在电介质块的侧面，且与基准电位连接，按照包围第一内导体的周围的方式在第一内导体以及外导体之间形成介电常数比周围的电介质块低的低介电常数部。由此，能够获得第一谐振模式中的Q值大且第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的频率间隔大的同轴谐振器。

Description

同轴谐振器及使用其的电介质滤波器、无线通信模块及无线通信设备

技术领域

本发明涉及电特性优良的同轴谐振器以及使用其的电介质滤波器、无线通信模块以及无线通信设备。

背景技术

作为以特定频率而谐振的谐振器，已知有通过在形成于电介质块的贯通孔的内面进行配置的内导体与在电介质块的外面进行配置的外导体而构成的同轴谐振器(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平1-227501号公报

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1中所提出的现有同轴谐振器中，存在难以达到既提高第一谐振模式中的Q值又增大第一谐振模式以及第二谐振模式的谐振频率的间隔这样的问题。另外，第一谐振模式是指，存在有多个的同轴谐振器的谐振模式中谐振频率最低的谐振模式，第二谐振模式是指，谐振频率第2低的谐振模式。一般而言，由于是利用同轴谐振器的第一谐振模式，第一谐振模式中的Q值的提高意味着同轴谐振器的电特性的提高。另外，成为寄生的第二谐振模式期望存在于与第一谐振模式远离的频率。

发明内容

本发明是鉴于这样的现有技术中的问题点而开发的，其目的在于提供第一谐振模式中的Q值大且第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔较大的同轴谐振器、以及使用其的电介质滤波器、无线通信模块以及无线通信设备。

解决课题的技术手段

本发明的第一同轴谐振器的特征在于，具备：电介质块；第一内导体，其配置于从该电介质块的第一主面形成至对置的第二主面的第一贯通孔的内面，且所述第一内导体的所述第一主面侧或所述第二主面侧中的一侧与基准电位连接；和外导体，其按照包围所述第一内导体的方式而配置在所述电介质块的侧面，且与基准电位连接，其中，按照包围所述第一内导体的周围的方式在所述第一内导体以及所述外导体之间形成介电常数比周围的所述电介质块的介电常数低的低介电常数部。

另外，本发明的第二同轴谐振器是在所述第一同轴谐振器的基础上的同轴谐振器，其特征在于，所述低介电常数部是在所述电介质块的所述第一主面形成的凹部。

而且，本发明的第三同轴谐振器是在所述第一同轴谐振器的基础上的同轴谐振器，其特征在于，所述第一内导体的所述第一主面侧与基准电位连接。

本发明的电介质滤波器的特征在于，具备：多个第1至第3同轴谐振器中任意一个所述的同轴谐振器，其被构成为：在内面配置了所述第一内导体的多个所述第一贯通孔按照空开间隔且呈一列状排列的方式形成于所述电介质块；第二贯通孔，其按照与位于列的一个端部的所述第一贯通孔相邻的方式从所述电介质块的所述第一主面形成至所述第二主面，并且，配置在所述第二贯通孔的内面的第二内导体与外部电路电连接；以及第三贯通孔，其按照与位于列的另一端部的所述第一贯通孔相邻的方式从所述电介质块的所述第一主面形成至所述第二主面，并且，配置在所述第三贯通孔的内面的第三内导体与外部电路电连接，按照在该第一内导体与所述外导体之间包围各个所述第一内导体的周围的方式形成所述低介电常数部。

本发明的无线通信模块的特征在于，具备：包括所述电介质滤波器在内的RF部；以及与该RF部连接的基带部。

本发明的无线通信设备的特征在于，将天线与所述无线通信模块的所述RF部连接。

发明效果

根据本发明的同轴谐振器，能够获得第一谐振模式中的Q值较大且第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔较大的同轴谐振器。

附图说明

图1是示意性表示本发明的实施方式的第一示例的同轴谐振器的外观立体图。

图2是图1的A-A’线截面图。

图3是示意性表示本发明的实施方式的第二示例的电介质滤波器的第一主面的平面图。

图4是示意性表示图3的电介质滤波器的第二主面的平面图。

图5是图3的B-B’线截面图。

图6是示意性表示本发明的实施方式的第三示例的无线通信模块以及无线通信设备的框图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的同轴谐振器进行详细说明。

(实施方式的第一示例)

图1是示意性表示本发明的实施方式的第一示例的同轴谐振器的外观立体图。图2是图1的A-A’线截面图。

如图1、图2所示，本示例的同轴谐振器具备：电介质块10、贯通孔11、第一内导体13、外导体15、凹部17、接地导体19。电介质块10由长方体状的电介质构成。贯通孔11从电介质块10的第一主面的中央部至对置的第二主面的中央部按照贯通电介质块10的方式而形成。凹部17在电介质块10的第一主面的周边与贯通孔11之间将两者空开间隔而形成，并按照包围贯通孔11的周围的方式呈矩形的环状地形成。另外，在凹部17的内面未形成导体，成为导体的非形成区域。而且，凹部17的内部充满空气，凹部17内的介电常数比电介质块10的凹部17以外的区域的介电常数低。即，凹部17的内部成为介电常数比周围的电介质块10的介电常数低的低介电常数部。

接地导体19按照遍布电介质块10的第一主面的除了凹部17以外的整个区域的方式而配置，且与基准电位(接地电位)连接。外导体15按照遍布整个电介质块10的4个侧面且包围第一内导体13a、13b的方式而配置。另外，外导体15与配置于电介质块10的一个主面的凹部17外侧的接地导体19连接，且经由接地导体19与基准电位(接地电位)连接。第一内导体13配置于贯通孔11的整个内面。另外，第一内导体13的长度方向的一端与电介质块10的第一主面的配置在贯通孔11与凹部17之间的接地导体19连接，且经由接地导体19与基准电位(接地电位)连接。另外，在电介质块10的第二主面未配置导体，成为开放端。

根据具备这样构成的本示例的同轴谐振器，由于同轴谐振器具备第一内导体13；以及隔着电介质，与第一内导体13空开间隔，并包围第一内导体13的外导体15，例如，经由接地导体19将第一内导体13的一端及外导体15与基准电位(接地电位)进行连接，由此，能够作为以特定频率进行谐振的同轴谐振器而发挥作用。

另外，本示例的同轴谐振器按照在第一内导体13以及外导体15之间包围第一内导体13的周围的方式而在电介质块10的第一主面形成有凹部17。并且在凹部17的内面未配置导体。即，凹部17的内面成为导体的非形成区域。另外，凹部17充满空气，由此，凹部17成为介电常数比周围的电介质块10低的低介电常数部。通过该构成，在第一内导体13与外导体15之间产生的电场能够通过凹部17，并且，由于凹部17内的介电常数比电介质块10的介电常数低，所以，能够减小第一内导体13与外导体15之间的区域中的有效介电常数。由此，与第一谐振模式的谐振频率相等且没有作为低介电常数部的凹部17的同轴谐振器相比较，第一内导体13的长度虽需稍长，但能够增大第一谐振模式中的Q值。另外，根据本发明人利用电磁场解析所进行的研究，在此的第一谐振模式是电场沿着从第一内导体朝向外导体呈放射状的路径而进行取向的模式。

而且，根据本示例的同轴谐振器，由于作为低介电常数部的凹部17连续地包围第一内导体13的整个周围，能够减小第一内导体13的周围的全方向中的有效介电常数，所以，能够增大第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔。即，根据本发明人利用电磁场解析所进行的研究，例如，在通过第一内导体13的1条直线上的、夹持第一内导体13而对置的2个位置处而形成凹部17的情况下，在不存在凹部17的区域，电场沿着与贯通孔11正交的路径而进行取向的谐振模式成为第二谐振模式，所以，通过凹部17完全不能获得增大第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔这样的效果。另外，按照覆盖第一内导体13的周围的、从第一内导体13进行观察其方向为90°不同的2方向的方式在第一内导体13的周围形成L字型的凹部17的情况下，则在不存在凹部17的余下2方向的L字型区域，电场沿着与贯通孔11正交的路径而进行取向的谐振模式成为第二谐振模式，所以，通过凹部17几乎不能获得增大第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔的效果。相对于此，根据本示例的同轴谐振器，由于凹部17连续地包围第一内导体13的整个周围，能够减小第一内导体13的周围的全方向中的有效介电常数，所以，能够增大第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔。

并且，根据本示例的同轴谐振器，由于第一内导体13的第一主面侧与接地电位连接，因此，在第一内导体13的接地端侧的周围形成作为低介电常数部的凹部17。由此，与在第一内导体13的开放端侧的周围形成低介电常数部的情况相比较，能够进一步增大第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔。关于能获得该效果的理由，被认为是由于第一内导体13的接地端侧的周围的区域的有效介电常数成为比开放端侧的周围的区域的有效介电常数小，从而使第一内导体13的接地端侧的阻抗比开放端侧的阻抗要大而引起的。

另外，凹部17的深度优选具有电介质块10的第一主面与第二主面之间的电介质厚度的一半以上的深度，能够获得显著的效果。另外，凹部17的宽度虽越大越能获得大的效果，但由于凹部17的宽度变大时机械性强度降低。因此，根据电介质块10的介电常数、大小、机械强度以及所希望的效果大小，将凹部17的宽度设定为适当的值即可。

(实施方式的第二示例)

图3是示意性表示本发明的实施方式的第二示例的电介质滤波器的第一主面的平面图。图4是示意性表示图3的电介质滤波器的第二主面的平面图。图5是图3的B-B’线截面图。另外，在本示例中，对与上述的实施方式的示例不同的部分进行说明，对于相同的构成要素赋予相同的符号，并省略其重复说明。

如图3～图5所示，本示例的电介质滤波器具备电介质块10；多个第一贯通孔11a、11b；第二贯通孔21；第三贯通孔31；凹部17；多个第一内导体13a、13b；第二内导体23；第三内导体33；外导体15；接地导体19；第一输入输出电极41；第二输入输出电极42；第一～第四电容电极51～54。

多个第一贯通孔11a、11b按照呈一列状并空开间隔排列的方式从电介质块的第一主面形成至对置的第二主面。第一内导体13a、13b按照遍布各自的第一贯通孔11a、11b的整个内面的方式而进行配置。另外，各自的第一内导体13a、13b的第一主面侧与接地导体19连接，经由接地导体19与接地电位连接。

凹部17按照在第一内导体13a、13b与外导体15之间连续地包围各自的第一内导体13a、13b的周围的方式而形成于电介质块10的第一主面，凹部17的内面成为导体的非形成区域。

第二贯通孔21与位于列的一端部的第一贯通孔11a相邻地，从电介质块10的第一主面形成至第二主面。第二内导体23配置在第二贯通孔21的内面，并且，与配置在电介质块10的第一主面的第一输入输出电极41连接，并经由第一输入输出电极41与外部电路进行电连接。

第三贯通孔31与位于列的另一端部的第一贯通孔11b相邻地，从电介质块10的第一主面形成至第二主面。第三内导体33配置在第三贯通孔31的内面，并且，与配置在电介质块10的第一主面的第二输入输出电极42连接，经由第二输入输出电极42与外部电路进行电连接。

接地导体19在电介质块10的第一主面的除了凹部17以外的区域与第一输入输出电极41及第二输入输出电极42空开间隔地配置，并与接地电位连接。外导体15按照遍布电介质块10的所有4个侧面并包围第一内导体13a、13b的方式而进行配置，并且，与接地导体19连接，经由接地导体19与接地电位连接。

第一～第四电容电极51～54在电介质块10的第二主面横向排列地配置，在相邻电容电极之间形成规定的静电电容。另外，第一电容电极51与第二内导体23连接，第二电容电极52与第一内导体13a连接，第三电容电极53与第一内导体13b连接，第四电容电极54与第三内导体33连接。

具备这样构成的本示例的电介质滤波器，在经由与外部电路连接的第一输入输出电极41而对第二内导体23输入电信号时，主要通过介于第一电容电极51与第二电容电极52之间的静电电容的耦合，由第一内导体13a以及外导体15构成的同轴谐振器发生激振。另外，主要通过介于第二电容电极52与第三电容电极53之间的静电电容的耦合，由第一内导体13b以及外导体15构成的同轴谐振器也发生谐振。另外，主要通过介于第三电容电极53与第四电容电极54之间的静电电容的耦合，经由第三内导体33以及第二输入输出电极42而输出电信号。此时，能够选择性使包含同轴谐振器的谐振频率在内的频带的信号通过，从而能够作为带通滤波器而发挥作用。

这样地，本示例的电介质滤波器具有多个在电介质块10形成的前述第一实施方式的同轴谐振器的构成，通过该多个同轴谐振器进行电磁耦合来构成带通滤波器。

根据具备这样构成的本示例的电介质滤波器，通过利用Q值较高并且增大了第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的间隔的同轴谐振器来构成带通滤波器，由此，能够获得低损失且通带附近的寄生较小的且频率选择性优良的电介质滤波器。

另外，根据本示例的电介质滤波器，由于分别包围多个第一内导体13a、13b的周围的凹部17是一体化形成的，所以，在相邻的第一内导体13a、13b之间，能够防止空间浪费以及机械强度降低的发生。

在本示例的电介质滤波器以及前述的实施方式的第一示例的同轴谐振器中，作为电介质块10的材质，例如能够利用环氧树脂等树脂或诸如电介质陶瓷等陶瓷。例如，由含有BaTiO₃、Pb₄Fe₂Nb₂O₁₂、TiO₂等的电介质陶瓷材料与B₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、ZnO等玻璃材料构成，可以适当利用可在800～1200℃程度的相对低的温度进行烧结的玻璃-陶瓷材料。作为各种的电极以及导体的材质，例如，适于利用以Ag、Ag-Pd、Ag-Pt等Ag合金为主成分的导电材料或Cu系、W系、Mo系、Pd系导电材料等。各种电极以及导体的厚度例如设定为0.001～0.2mm。

(实施方式的第三示例)

图6是示意性表示本发明的实施方式的第三示例的无线通信模块80以及无线通信设备85的框图。

本示例的无线通信模块80具备：用于处理基带信号的基带部81；与基带部81连接的、用于处理基带信号的调制后以及解调前的RF信号的RF部82。在RF部82中含有上述实施方式的第二示例的电介质滤波器821，通过电介质滤波器821使基带信号被调制后形成的RF信号或者接收的RF信号中的通信频带以外的信号进行衰减。

作为具体的构成，基带部81具有基带IC811。另外，RF部82具有连接在电介质滤波器821与基带部81之间的RF IC822。另外，在这些的电路间也可插入其他的电路。然后，构成通过将天线84与无线通信模块80的电介质滤波器821进行连接来进行RF信号的收发的本示例的无线通信设备85。

根据具有这样构成的本示例的无线通信模块80以及无线通信设备85，由于利用低损失且频率选择性优良的电介质滤波器821对通信信号进行滤波，能够降低通信信号的衰减以及噪声，所以，能够获得通信质量高且高性能的无线通信模块80以及无线通信设备85。

(变形例)

本发明并不限于上述的实施方式的示例，可在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变更、改良。在上述的实施方式的第一、第二示例中示出了形成矩形框状的凹部17的示例，但是，本发明并不限于此。在内导体以及外导体之间，只要按照与内导体空开间隔地包围内导体的方式来形成即可，例如，也可以是矩形以外的多边形的框状的凹部17，也可以是圆环状的凹部17。另外，也可以不是连续环状的凹部17，也可以是包围内导体的周围的2/3以上的如拉丁字母的“C”的形状的凹部17。另外，多个凹部17也可以按照空开间隔地包围内导体的周围的方式形成。在该情况下，相邻的凹部17彼此的间隔越大且效果越变小，因此期望相邻的凹部17彼此间隔尽可能小。

另外，尽管在上述的实施方式的第一、第二示例中示出了通过内部充满空气的凹部17来构成低介电常数部的示例，但本发明并不限于此。例如，也能够以介电常数比周围的电介质块小的电介质材料来填满凹部17。另外，其也可以不是在电介质块的表面上形成的凹部17，而通过在电介质块的内部所形成的空间来构成低介电常数部。在该情况下，该空间内既可以是真空，也能够以介电常数比周围的电介质块的介电常数低的电介质材料(包含气体)来填充。

而且，尽管在上述实施方式的第二示例的电介质滤波器中示出了一体化的1个凹部17包围多个第一内导体13a、13b的示例，但也可以采用多个凹部17分别包围多个第一内导体的周围的方式。

另外，尽管上述的实施方式的第一、第二示例中示出了第一内导体13以及外导体15在形成有凹部17的电介质块10的第一主面侧与接地电位连接的示例，但可以采用第一内导体13以及外导体15在电介质块10的第二主面侧，与接地电位连接的构成。

并且，尽管在上述的实施方式的第二示例的电介质滤波器中示出了具有由配置在电介质块10的2个第一贯通孔11a、11b内的2个第一内导体13a、13b与外导体15来构成的2个同轴谐振器的示例，但本发明并不限于此，也可以是具有3个以上的同轴谐振器。其中，由于谐振器数目增加将导致大型化，故通常可设为20个以下。

实施例

接下来，对本发明的同轴谐振器的具体例进行说明。

通过利用了有限元法的仿真来计算图1、图2所示的本发明的实施方式的第一示例的同轴谐振器的电特性。作为所计算出的电特性的项目，选择了第一谐振模式的谐振频率与第二谐振模式的谐振频率之间的频率间隔、以及第一谐振模式中的无负载Q。

在本仿真中，将构成电介质块10的电介质的相对介电常数设为15，将介电损耗角正切设为0.0001。将各种导体设为铜。电介质块10的纵横分别为16mm、从第一主面至第二主面的距离为12.5mm的长方体状。贯通孔11的直径设为4.444mm。凹部17的宽度设为1.778mm，在第一以及第二主面的周边与贯通孔11之间的中央，包围贯通孔11。凹部的内部为空气。并且，将该同轴谐振器配置于同轴谐振器的第一主面以及4个侧面与所有内壁进行接触且第二主面空开5mm的间隔与内壁对置那样的、以导体包围的长方体状的空洞这样的模型中进行了仿真。

此时，第一谐振模式的谐振频率在1.95GHz，Q值为2382。另外，第二谐振模式的谐振频率为4.47GHz，与第一谐振模式的谐振频率之间的频率间隔为2.52GHz。

相对于此，在未形成凹部17的比较例的同轴谐振器中，将第一主面至第二主面的距离设为9.6mm时，第一谐振模式的谐振频率大致与1.96GHz相等，但第一谐振模式的Q值为2098，比本发明的同轴谐振器要低10％以上。另外，第二谐振模式的谐振频率为3.63GHz，与第一谐振模式的谐振频率之间的频率间隔为1.67GHz，比本发明的同轴谐振器要小30％以上。由此，确认了本发明的有效性。

标号说明

10：电介质块

11，11a、11b：第一贯通孔

13，13a、13b：第一内导体

15：外导体

17：凹部

21：第二贯通孔

23：第二内导体

31：第三贯通孔

33：第三内导体

80：无线通信模块

81：基带部

82：RF部

821：电介质滤波器

84：天线

85：无线通信设备

Claims

1.一种同轴谐振器，其特征在于，

具备：

电介质块；

第一内导体，其配置于从该电介质块的第一主面形成至对置的第二主面的第一贯通孔的内面，且所述第一内导体的所述第一主面侧或所述第二主面侧中的一侧与基准电位连接；和

外导体，其按照包围所述第一内导体的方式而配置在所述电介质块的侧面，且与基准电位连接，

其中，按照包围所述第一内导体的周围的方式在所述第一内导体以及所述外导体之间形成介电常数比周围的所述电介质块的介电常数低的低介电常数部。

2.根据权利要求1所述的同轴谐振器，其特征在于，

所述低介电常数部是在所述电介质块的所述第一主面形成的凹部。

3.根据权利要求2所述的同轴谐振器，其特征在于，

所述第一内导体的所述第一主面侧与基准电位连接。

4.一种电介质滤波器，其特征在于，

具备：

多个权利要求1至3中任意一项所述的同轴谐振器，其被构成为：在内面配置了所述第一内导体的多个所述第一贯通孔按照空开间隔且呈一列状排列的方式形成于所述电介质块；

第二贯通孔，其按照与位于列的一个端部的所述第一贯通孔相邻的方式从所述电介质块的所述第一主面形成至所述第二主面，并且配置在所述第二贯通孔的内面的第二内导体与外部电路电连接；以及

第三贯通孔，其按照与位于列的另一端部的所述第一贯通孔相邻的方式从所述电介质块的所述第一主面形成至所述第二主面，并且配置在所述第三贯通孔的内面的第三内导体与外部电路电连接，

按照在该第一内导体与所述外导体之间包围各个所述第一内导体的周围的方式形成所述低介电常数部。

5.一种无线通信模块，其特征在于，具备：

包括权利要求4所述的电介质滤波器在内的RF部；以及

与该RF部连接的基带部。

6.一种无线通信设备，其特征在于：

将天线与权利要求5所述的无线通信模块的所述RF部连接。