CN1217445C - 介质谐振器、滤波器、双工器及通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不增加材料成本及加工成本并且对于导电性空腔与配置在该空腔内的介质芯的接合部分上的热循环疲劳能提高可靠性的介质谐振器、使用该介质谐振器的滤波器、双工器和具有它们的通信装置。在通过接地板(5)将介质芯(3)安装在空腔内而构成的介质谐振器中，在接地板(5)的与介质芯(3)的端面的4个角连接的位置上预先设置有槽(52)。因此可缓和介质芯端面与接地板(5)的接合面上热应力变形的集中。又，在接地板(5)的四边中，预先使两边的弹簧部(51a)向空腔的深度方向呈前细形状地倾斜，与此对应，在空腔内的侧面部内侧预先形成凹部。因此，作成能将焊料糊预先涂布在空腔内的凹部的规定位置上。

Description

介质谐振器、滤波器、双工器及通信装置

技术领域

本发明涉及具有介质芯和空腔的介质谐振器、使用该介质谐振器的滤波器、双工器和具有它们的通信装置。

背景技术

以往，作为微波段中对较大电力进行处理的小型谐振器，使用将介质芯配置在空腔内而构成的介质谐振器。

例如，利用TM模式的介质谐振器，是在将电极膜设在表面上的陶瓷制或金属制的空腔内，通过配置由介质陶瓷构成的介质芯而构成。

图10和图11中表示以往的介质谐振器的构成例。图10是分解立体图，图11是俯视图和剖视图。在该例中，在金属制的空腔主体1中，在两端面中插入形成电极的介质芯3，在该两端面与空腔主体1的内表面之间利用焊锡6进行焊接，在空腔主体的开口面上安装着空腔盖2。

如此，在将柱状的介质芯的两端面与空腔的内壁面接合的结构中，若介质芯与空腔的线膨胀系数有较大不同，则因热循环疲劳而存在介质芯与空腔的接合部分劣化、难以获得足够可靠性的问题。

因此，也采用将介质芯与空腔一体成形的结构。在该结构中，由于介质芯与空腔是相同的陶瓷材料，故从本质上不会产生上述热循环疲劳的问题。

可是，在将该介质芯与空腔作成一体的结构中，由于对原来不需要作成介电性的空腔的大部分也使用介质陶瓷材料，故材料成本增高，并且由于成形模具变得复杂而存在制造成本增高的问题。

又，本申请人在日本专利特愿平11-283037号中提出了这样的谐振器装置，它是在空腔内设置具有导电性棒并同时设置介质芯、且利用由介质芯产生的谐振模式和同轴(半同轴)谐振模式的谐振器装置。但是，由于由铝等的通常的金属材料构成的空腔与介质芯的线膨胀系数有较大的不同，故如上述那样在介质芯与空腔内壁面的接合部分上不能够确保足够的可靠性。若作成使用介质芯材料的介质陶瓷与具有同样程度的线膨胀系数的金属材料来构成空腔，虽然消除了上述问题，但产生空腔的材料成本及其加工所需的制造成本会增加。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不会增加材料成本及加工成本、能对具有导电性的空腔与配置在该空腔内的介质芯接合部分的热循环疲劳提高可靠性的介质谐振器以及使用它的滤波器、双工器和具有这些装置的通信装置。

本发明第一方面的介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，在用导电性接合材料将接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合的介质谐振器中，在接地板的、与介质芯端面的4个角连接的位置上设有槽。

采用该结构，可防止在介质芯的端面与接地板的接合面上因两者的线膨胀系数不同而使得热应力集中在介质芯的端面的4个角上。

本发明第二方面的介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，将上述接地板和上述介质芯的材料确定成为使上述接地板的线膨胀系数与上述介质芯的线膨胀系数之差在±2ppm/℃的范围以内。因此，可使上述接合面上产生的热应力降低。

本发明第三方面的介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，在上述接地板上，形成与上述介质芯端部的边缘部分卡合的突起。采用该结构，可容易地对介质芯相对接地板进行定位，提高在空腔内介质芯的安装位置精度。

本发明第四方面的介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，将上述空腔作成包含底面部、与该底面部平行的开口部、以及与上述底面部垂直且相互平行的至少2个侧面部的空腔，将上述接地板作成包含与上述空腔的上述底面部及上述开口部相平行的边的四边形状，在上述空腔的开口部侧的边上、在与上述空腔的侧面部之间，设有可涂布焊料糊的折返部。

采用该结构，能在将接合着接地板的介质芯安装在空腔内的状态下，将焊料糊涂布在接地板的空腔开口部侧的边上。

本发明第五方面的介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，将上述空腔作成包含底面部、与该底面部平行的开口部、以及与上述底面部垂直且相互平行的至少2个侧面部的空腔，将上述接地板作成由与上述空腔的上述底面部和上述开口部平行的两边、以及从上述空腔的开口部向深度方向呈前部逐渐变细形状而倾斜的另外两边所构成的梯形形状，在上述空腔的侧面部上，构成分别与上述接地板的上述底面部侧的边以及所形成的上述倾斜的两边相接的凹部。

采用该结构，在将构成梯形形状的接地板的三边焊接在空腔侧面部之上时，将焊料糊预先形成在空腔侧面部的凹部上。

本发明第六方面的介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，将热固性树脂填充在上述接地板与上述空腔的侧面部之间并使其硬化。

在介质谐振器的使用温度范围中，作为上述热固性树脂的弹性率确定为数10Mpa以上至数Gpa以下。

本发明第七方面的滤波器具备：具有上述结构的介质谐振器；以及与该介质谐振器的谐振模式的电磁场耦合并进行信号输出入的信号输出入装置。

本发明第八方面的双工器设有上述结构的介质谐振器或滤波器，例如，通过将与2个介质谐振器接合的接合装置设置成共用的天线用输出入端子来构成。

本发明第九方面的通信装置，使用上述滤波器或双工器来构成。

附图说明

图1是实施形态的介质谐振器的各结构零件的立体图。

图2是表示接地板的结构的立体图。

图3是表示介质芯单元结构的立体图。

图4是表示空腔主体结构的立体图。

图5是表示相对空腔主体内安装接地板状态的图。

图6是表示向空腔内安装介质芯单元的剖视图。

图7是表示滤波器的结构例的图。

图8是表示双工器的结构图。

图9是表示通信装置结构的框图。

图10是表示以往的介质空腔结构的立体图。

图11是同上介质空腔的俯视图和剖视图。

具体实施方式

参照图1～图6对第1实施形态的介质谐振器的结构进行说明。

图1是表示介质谐振器的各结构零件的立体图。这里，3是外形大致为立方体形状的介质芯，在其中央部设有圆孔3h。在该介质芯3的2端面上烧成银电极膜。

又，在图1中，5是镀有铜箔或银镀膜的接地板。如后面所述，在介质芯3的两端面上分别接合接地板5并插入到空腔内。

图2是表示上述接地板5的结构的立体图。该接地板5是利用一张金属板的板金加工成形的。图中，51a、51b、51c是用于在分别与空腔的侧面部接合的状态下保持弹性而被弯曲的弹簧部。又，图中用A表示的虚线围住的区域，是连接介质芯3的端面的区域。在该介质芯3的端面的4个角上设有以52表示的4个槽。在将介质芯3的端面与该接地板5的规定区域接合后产生温度变化时，因介质芯3与接地板5的线膨胀系数的不同，在介质芯3的端面与接地板5的接合面上因变形而产生应力。例如，若将线膨胀系数为6～9ppm/℃的通常的陶瓷介质芯与磷青铜制接地板组合时，对于该两者的膨胀系数，产生数10ppm/℃的差。

因上述线膨胀系数的差产生的应力，一般集中在介质芯端面的4个角上。但是，如该图2所示，通过在与介质芯端面的4个角连接的位置上设置槽52，能缓和上述应力集中，并防止接地板5从介质芯端面剥离。

又，上述槽52最好是从介质芯端面的中心(用A表示的区域的中心)向放射方向的长度较长、在圆周方向较短的形状。若是那样的形状，几乎不会截断向流向接地板5的实际电流，不会对电气特性带来不良影响。

又，在接地板5上，将53a、53b、53c所表示的突起设置在与介质芯端部的边缘部分卡合的位置上。即，沿与介质芯端面相接的用A表示的区域的外缘部，配置有多个突起53a、53b、53c。这些突起使接地板5的安装位置与介质芯端面相配合，并作为定位构件的发挥作用。因此，能提高介质芯3与接地板5的相对位置精度。

又，在接地板5上，将以54a、54b表示的切起片向图2中的后方切起。这些切起片54a、54b，如后面所述，在空腔的侧面部的内表面与接地板5之间，起到作为注入的热固性树脂的堤坝的作用。

图3表示在图1所示的介质芯3的两端上分别安装接地板5的状态。介质芯3的两端面与接地板5的接合面用焊锡进行接合。但是，在插入空腔内之前不进行锡焊，只在介质芯的两端面上涂布焊料糊，也可以在将2个接地板5在与介质芯3两端面相接的状态下插入空腔主体内。即，也可以在接地板5与空腔主体1的侧面部接合时，同时进行介质芯3与接地板5的锡焊。

又，在以上所示的例子中，在接地板5的与介质芯3的端面的4个角的连接位置上，虽然设了4个槽，但是，也可以不设置该槽52，使得接地板5与介质芯3的线膨胀系数之差成为±2ppm/℃以内而确定接地板5和介质芯3的材料。例如，当使用6ppm/℃的陶瓷制介质芯作为介质芯3、使用“42镍合金”作为接地板5时，两者的线膨胀系数之差成为1.3ppm/℃，在±2ppm/℃的范围内。

图4是表示空腔主体结构的立体图。1是在铝或铁镍合金等的金属上构成镀有银的有底方筒状的空腔主体。从其底面部至开口部方向，设有圆柱状的导体棒4。在该空腔主体1的图中的上面开口部上安装在铝或铁镍合金等的金属上镀银的空腔盖。

在将上述接地板5向空腔主体1的内部引导的同时，将用于安装在空腔主体1内规定位置上的凹部11，形成在相对的2个侧面部的内侧。又，在该凹部11的中央，在该凹陷的面上，在向空腔主体1的深度方向形成热固性树脂注入用的槽12。

图5是表示形成图4所示空腔主体1的凹部11后的侧面部的内侧的图。这里，对于凹部11，通过使接地板5与空腔底面部侧的边及空腔主体的向深度方向倾斜成前细形状的两边相接地而形成凹部11。该倾斜角θ只要作成10°～20°左右即可。

如此，由于梯形的接地板5的倾斜两边相接的面为倾斜状态，即使在该面上预先涂布焊料糊6，在接地板5向空腔内插入时，也不会将接地板5上的焊料糊6刮落。因此，在接地板5的三边相接的凹部11内的面上，预先涂布焊料糊6，通过将介质芯3和接地板5同时插入空腔主体1内部，焊料糊6就被夹在接地板5的上述三边与空腔主体1的内表面上。然后，在作为接地板5的空腔开口部侧的边即弹簧部51c与空腔主体1的侧面部之间，利用调料器涂布焊料糊6。

在该状态下利用反流焊接法使焊料糊6熔融，将接地板5焊接在空腔主体1上。通过该焊料糊6的熔融，形成焊锡嵌条。

图6是将介质芯单元20安装在空腔内的状态下的剖视图。如此，在将接地板5的弹簧部51焊接在空腔主体1的内表面上后，将热固性树脂从图5所示的槽12注入。这时，切起片54a、54b起堤坝的作用，在用切起片54a、54b所围住的空间内填充热固性树脂7。然后，通过加热使热固性树脂7硬化，将接地板5接着固定在空腔主体1上。这时，在介质芯3的两端面上，也由于从切起片54a、54b的开口部被热固性树脂接着，故能提高接地板5与介质芯3的端面之间的接合强度。

又，作为该热固性树脂，可使用环氧树脂或硅为主体的接着剂、或使用在其中混入银等的导电性接着剂。尤其，若能用含有橡胶的环氧树脂系的接着剂，就能获得适度的弹性率，获得对于耐冲击性高的可靠性。

上述热固性树脂的弹性率，在介质谐振器的使用温度范围中，最好为数10Mpa以上至数Gpa以下。即，热固性树脂的弹性率若小于数10Mpa时，树脂过于柔软，固定介质谐振器的作用变弱，因振动等原因使介质谐振器的位置变动，介质谐振器的谐振频率就容易漂移。较强的应力就容易施加在介质谐振器上，破坏应力为100Mpa级的介质谐振器其陶瓷会损坏，成为介质谐振器的故障原因。因此，作为上述热固性树脂，若使用例如温度25℃的弹性率为300Mpa左右的环氧系树脂，介质谐振器的使用温度范围是-40～+70℃，由于上述热固性树脂的弹性率成为150Mpa～3Gpa的范围，故在介质谐振器的使用温度范围中能获得可靠性高的稳定的特性。

又，作为上述热固性树脂若使用导电性接着剂，由于导电性接着剂的热传导率高，故散热性提高，耐热性也能提高。

又，接地板5的弹簧部51，由于不靠近介质芯3的端部而位于离开规定距离的位置上，故能将在介质芯3端部附近与接地板5的弹簧部51之间产生的杂散电容Cs抑制成较小。因此，由于存在接地板5而能将电气方面的不良影响抑制成较小。而且，即使因外力引起介质芯3振动，上述Cs的变动也较小。因此，还能抑制因振动引起的特性变动。

接着，参照图7说明滤波器的结构例。

这里，用双点划线表示空腔。在图7中，虽然省略了接地板，但向空腔内安装介质芯3a、3b的方法与前述的相同。导体棒4a、4b的顶部与空腔的内壁面分离开。采用该结构，导体棒4a及其周围的空腔用作为准TEM模式的谐振器，介质芯3a及其周围的空腔用作为准TM模式的谐振器。同样，导体棒4b及其周围的空腔用作为准TEM模式的谐振器，介质芯3b及其周围的空腔用作为准TM模式的谐振器。8a、8b分别是同轴端子，在它们的中心导体与空腔的内表面之间用接合环9a、9b进行连接。配置这些接合环9a、9b，以使得在它们的环面上上述准TM模式的磁场相交而准TEM模式的磁场几乎不相交。因此，这些接合环9a、9b与上述准TM模式进行磁场耦合。

ha、hb是接合调整用孔，利用它使准TM模式与准TEM模式接合。又，在邻接的2个空腔的壁面上设有窗，并将接合环10设成跨越该窗的状态。由于该接合环10的环面配置成使准TM模式的磁场不相交而使准TEM模式的磁场相交的方向上，故分别与产生于2个空腔内的准TEM模式进行磁场耦合。因此，从同轴端子8a至8b，按准TM模式→准TEM模式→准TEM模式→准TM模式的顺序进行接合，整体上用作为由4级的谐振器构成的、具有带通特性的滤波器。

接着，双工器的构成例如图8所示。这里，发送滤波器和接收滤波器分别是图7所示结构的滤波器等，使发送滤波器通过发送信号的频率、接收滤波器通过接收信号的频率。将发送滤波器的输出端口与接收滤波器的输入端口的连接位置作成以下关系，即使从该连接点至发送滤波器的最后级谐振器的等价的短路面其电气长度成为接收信号的频率的波长的1/4波长的奇数倍，并且使上述连接点至接收滤波器的初级谐振器的等价的短路面其电气长度成为发送信号的频率波长的1/4的奇数倍。因此，能使发送信号与接收信号可靠地分路。

如此，通过将多个介质谐振器设置在共用的端口与个别用的端口之间，同样也能构成天线共用器及多路转换器。

图9是表示使用上述双工器的通信装置的构造框图。如此，将发送电路与发送滤波器的输入端口连接、将接收电路与接收滤波器的输出端口连接，并通过将天线与双工器的输出入端口连接，构成通信装置的高频部。

又，另外，用上述介质谐振器构成上述天线共用器、多路转换器、合成器、分配器等的电路元件，通过用这些电路元件构成通信装置，能获得小型的通信装置。

采用本发明，在构造上将具有被弯曲的弹簧部的接地板的接合部通过导电性接合材料与介质芯的端面接合、将接地板的弹簧部通过导电性接合材料与空腔的内表面接合，通过在与介质芯的端面的4个角连接的接地板的位置上设置槽，使因介质芯的端面与接地板的线膨胀系数不同产生的热应力能不集中在介质芯的端面的4个角，可防止接地板的剥离。

又，采用本发明，将空腔作成包含底面部、与该底面部平行的开口部、以及与底面部垂直且相互平行的至少2个侧面部的空腔，将接地板作成包含与空腔的底面部以及开口部平行的边的大致的四边形，通过在空腔的开口部侧的边上、在与空腔的侧面部之间设置折返部，就能在将接合着接地板的介质芯安装在空腔内的状态下，对接地板的空腔开口部侧的边涂布焊料糊。

又，采用本发明，将接地板作成由与空腔底面部及开口部平行的两边、与从空腔的开口部向深度方向呈前细形状倾斜的其他两边构成的梯形形状，在空腔的侧面部的内侧构成凹部，该凹部与接地板的底面部侧的边以及形成倾斜的两边相接，在将构成梯形形状的接地板的三边与空腔侧面部进行焊接时，就能预先将焊料糊形成在空腔侧面部的凹部中，能够提高生产率。

又，采用本发明，通过将热固性树脂填充在接地板与空腔的侧面部之间并使其硬化，可将接地板和与接地板接合的介质芯固定在空腔内，能抑制因介质芯的振动等引起的电气特性的变动。

又，在介质谐振器的使用温度范围中，通过将上述热固性树脂的弹性率确定为数10Mpa以上至数Gpa以下，即使因振动等原因介质谐振器的位置也不会有大的变动，在可靠性的基础上能获得稳定的特性。

又，采用本发明，因使用上述结构的滤波器及双工器，故能获得特性稳定的可靠性高的通信装置。

Claims (11)

1.一种介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部与围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，利用导电性接合材料将所述接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，利用导电性接合材料将所述接地板的弹簧部与所述空腔的内表面接合，其特征在于，

在上述接地板的、与上述介质芯的端面的4个角连接的位置上设有槽。

2.一种介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，其特征在于，

将上述接地板和上述介质芯的材料确定成为使上述接地板的线膨胀系数与上述介质芯的线膨胀系数之差在±2ppm/℃的范围以内。

3.一种介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，其特征在于，

在上述接地板上，形成与上述介质芯端部的边缘部分卡合的突起。

4.一种介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，其特征在于，

将上述空腔作成包含底面部、与该底面部平行的开口部、以及与上述底面部垂直且相互平行的至少2个侧面部的空腔，

将上述接地板作成包含与上述空腔的上述底面部及上述开口部相平行的边的四边形状，在上述空腔的开口部侧的边上、在与上述空腔的侧面部之间，设有可涂布焊料糊的折返部。

5.一种介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，其特征在于，

将上述空腔作成包含底面部、与该底面部平行的开口部、以及与上述底面部垂直且相互平行的至少2个侧面部的空腔，

将上述接地板作成由与上述空腔的上述底面部和上述开口部平行的两边、以及从上述空腔的开口部向深度方向呈前部逐渐变细形状而倾斜的另外两边所构成的梯形形状，在上述空腔的侧面部上，构成分别与上述接地板的上述底面部侧的边以及所形成的上述倾斜的两边相接的凹部。

6.一种介质谐振器，具备：在端面上形成电极的介质芯、导电性的空腔、以及具有与上述端面相对的接合部和围绕所述接合部设置的被弯曲的弹簧部的接地板，用导电性接合材料将该接地板的上述接合部与上述介质芯的端面接合，用导电性接合材料将上述接地板的弹簧部与上述空腔的内表面接合，其特征在于，

将热固性树脂填充在上述接地板与上述空腔的侧面部之间并使其硬化。

7.如权利要求6所述的介质谐振器，其特征在于，

在上述介质谐振器的使用温度范围中，使上述热固性树脂的弹性率在数10Mpa以上至数Gpa以下的范围内。

8.一种滤波器，其特征在于，

具备：权利要求1～6中任一项所述的介质谐振器、与该介质谐振器的谐振模式的电磁场相耦合并进行信号的输出入的信号输出入装置。

9.一种双工器，其特征在于，

具备：权利要求1～6中任一项所述的介质谐振器或权利要求8所述的滤波器。

10.一种通信装置，其特征在于，

设有权利要求8所述的滤波器而构成。

11.一种通信装置，其特征在于，

设有权利要求9所述的双工器而构成。

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