JP2001274604A - 誘電体フィルタ、アンテナ共用器及び通信機装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数シフト量の自由度が大きく、かつ、部
品点数が少なく小型の誘電体フィルタ、アンテナ共用器
及び通信機装置を提供する。 【解決手段】 誘電体ブロック１２の外面には、外導体
１７と、入力端子電極２１と、出力端子電極２２と、電
圧制御端子電極２３と、二つの浮き電極２４，２５が形
成されている。さらに、誘電体ブロック１２の上面１２
ｃに、電圧制御可能なリアクタンス素子であるＰＩＮダ
イオードＤ１１，Ｄ１２と、ＰＩＮダイオードＤ１１，
Ｄ１２を電圧制御するためのインダクタＬ１１，Ｌ１２
と、結合調整用コンデンサＣ１１を搭載する。周波数シ
フト用コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２はそれぞれ、浮き電極
２４，２５と共振孔１３，１４の内導体１６との間に静
電容量が発生することにより、形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、マイクロ
波帯で使用される誘電体フィルタ、アンテナ共用器及び
通信機装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、同軸型誘電体共振器にコンデ
ンサなどを介してＰＩＮダイオードもしくは可変容量ダ
イオードなどのリアクタンス素子を接続し、このリアク
タンス素子を電圧制御することで共振周波数を可変させ
る帯域通過フィルタや帯域阻止フィルタが知られてい
る。

【０００３】図１８は従来の周波数可変帯域通過フィル
タ１の構成を示す平面図、図１９はその電気回路図であ
る。このフィルタ１は、共振回路を２段結合させたもの
で、誘電体共振器２，３と、結合コンデンサＣ５〜Ｃ７
と、減衰極を作るための有極用コンデンサＣ１，Ｃ２
と、周波数シフト用コンデンサＣ３，Ｃ４と、リアクタ
ンス素子であるＰＩＮダイオードＤ１，Ｄ２と、チョー
クコイルとして機能するインダクタＬ１，Ｌ２と、制御
電圧供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２及びコンデンサＣ８，Ｃ９
と、これらの部品を搭載するための回路基板５にて構成
されている。また、Ｐ１は入力端子電極、Ｐ２は出力端
子電極、ＣＯＮＴ１，ＣＯＮＴ２は電圧制御端子電極で
あり、Ｇ１，Ｇ２はグランドパターンである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
周波数可変帯域通過フィルタ１は、部品点数が多いため
小型化が困難であった。特に、ＰＩＮダイオードＤ１，
Ｄ２等の回路素子が回路基板５上に占めるスペースは、
誘電体共振器２，３が占めるスペースと略同等である。

【０００５】また、従来、周波数のシフト量を大きくす
る場合には、周波数シフト用コンデンサＣ３，Ｃ４の静
電容量を大きくしていた。ところが、周波数シフト用コ
ンデンサＣ３，Ｃ４の静電容量が大きくなると、ＰＩＮ
ダイオードＤ１，Ｄ２がＯＮ状態のときの共振回路のイ
ンピーダンスと、ＯＦＦ状態のときの共振回路のインピ
ーダンスが異なるという問題があった。このため、ＰＩ
ＮダイオードＤ１，Ｄ２がＯＮ状態のとき（つまり、フ
ィルタ１の通過周波数が低いとき）の通過帯域幅が、Ｏ
ＦＦ状態のとき（つまり、フィルタ１の通過周波数が高
いとき）の通過帯域幅より狭くなってしまう。従って、
周波数のシフト量に制限があり、設計の自由度が小さか
った。

【０００６】そこで、本発明の目的は、周波数シフト量
の自由度が大きく、かつ、部品点数が少なく小型の誘電
体フィルタ、アンテナ共用器及び通信機装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段と作用】以上の目的を達成
するため、本発明に係る誘電体フィルタは、少なくとも
一つの共振孔を設けた誘電体ブロックと、外部回路と接
続するための入出力端子電極と、前記誘電体ブロックの
外面に設けた、前記入出力端子及びグランドに接続され
ていない浮き電極とを備えたことを特徴とする。浮き電
極や入出力端子電極は、誘電体ブロックの外面や回路基
板の表面に設けられる。

【０００８】以上の構成により、誘電体ブロックに設け
た共振孔は共振器を形成する。一方、浮き電極は周波数
シフト用コンデンサを形成し、従来の周波数シフト用コ
ンデンサ素子が不要となる。

【０００９】そして、この浮き電極に、電圧制御可能な
リアクタンス素子及び該リアクタンス素子を制御するた
めの回路素子が電気的に接続される。これにより、リア
クタンス素子を電圧制御してスイッチング動作させ、浮
き電極にて形成された周波数シフト用コンデンサを接地
したり、開放したりすることによって、フィルタの周波
数特性が可変される。ここに、誘電体ブロックとリアク
タンス素子と回路素子を回路基板に搭載し、リアクタン
ス素子及び回路素子が回路基板に設けた回路パターンを
介して浮き電極に電気的に接続するようにしてもよい。
また、電圧制御可能なリアクタンス素子としては、例え
ば、ＰＩＮダイオード、電界効果型トランジスタ、ある
いは、可変容量ダイオードが用いられる。

【００１０】また、少なくとも二つの浮き電極を結合調
整用素子を介して電気的に接続することにより、電圧制
御可能なリアクタンス素子がＯＮ状態のときのフィルタ
帯域幅とＯＦＦ状態のときのフィルタ帯域幅を独立して
設定することができる。結合調整用素子としては、例え
ば、コンデンサやインダクタ等のリアクタンス素子や可
変容量コンデンサ等の電圧制御可能なリアクタンス素子
が用いられる。

【００１１】また、本発明に係る誘電体フィルタは、少
なくとも一つの共振孔を設けた誘電体ブロックと、前記
共振孔の内導体とは電気的に絶縁された状態で、前記共
振孔に挿入された導体と、前記導体に電気的に接続され
た電圧制御可能なリアクタンス素子と、前記誘電体ブロ
ックの底面以外の外面に配設される、前記リアクタンス
素子を搭載するための回路基板とを備えたことを特徴と
する。これにより、共振孔の内導体と共振孔に挿入され
た導体とが周波数シフト用コンデンサを形成し、従来の
周波数シフト用コンデンサ素子が不要となる。

【００１２】また、本発明に係る誘電体フィルタは、少
なくとも一つの共振孔を設けた誘電体ブロックと、前記
共振孔の内導体に電気的に接続された導体と、前記導体
に電気的に接続された電圧制御可能なリアクタンス素子
と、前記誘電体ブロックの底面以外の外面に配設され
る、前記リアクタンス素子を搭載するための回路基板と
を備えたことを特徴とする。回路基板にはリアクタンス
素子の他に、周波数シフト用コンデンサ素子やリアクタ
ンス素子を制御するための回路素子等が搭載される。

【００１３】また、誘電体ブロックに段差及び凹部の少
なくともいずれか一つを設け、該段差及び凹部に前記浮
き電極を設けることにより、リアクタンス素子や回路素
子が段差や凹部内に搭載され、誘電体フィルタが小型に
なる。

【００１４】また、本発明に係るアンテナ共用器や通信
機装置は、前述の特徴を有する誘電体フィルタの少なく
ともいずれか一つを備えることにより、設計の自由度を
大きくかつ小型にすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る誘電体フィ
ルタ、アンテナ共用器及び通信機装置の実施の形態につ
いて添付の図面を参照して説明する。各実施形態におい
て、同一部品及び同一部分には同じ符号を付し、重複し
た説明は省略する。

【００１６】［第１実施形態、図１〜図４］図１に示す
ように、周波数可変帯域通過の誘電体フィルタ１１は、
略直方体形状を有する単一の誘電体ブロック１２を備え
ている。該誘電体ブロック１２には、互いに対向する端
面１２ａ，１２ｂを貫通する二つの共振孔１３，１４が
形成されている。共振孔１３，１４は、その軸が互いに
平行になるように誘電体ブロック１２に並置されてい
る。共振孔１３，１４は、それぞれ横断面が円形であ
り、その内壁面には内導体１６が形成されている。共振
孔１３，１４は電磁界結合している。

【００１７】誘電体ブロック１２の上面１２ｃには段差
１８が形成されており、低い方の段に浮き電極２４，２
５が設けられ、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２等のチ
ップ部品（後述）が搭載される。これにより、誘電体ブ
ロック１２の上面１２ｃにチップ部品を搭載しても全体
の高さ寸法を低く抑えることができる。ただし、必ずし
も誘電体ブロック１２の上面１２ｃに段差１８を形成す
る必要がないことは言うまでもない。

【００１８】誘電体ブロック１２の外面には、外導体１
７と、入力端子電極２１と、出力端子電極２２と、電圧
制御端子電極２３と、二つの浮き電極２４，２５が形成
されている。外導体１７は、電極２１〜２５の形成領域
と共振孔１３，１４の一方の開口端面１２ａ（以下、開
放側端面１２ａと記す）を残して、誘電体ブロック１２
の外面に形成されている。

【００１９】一対の入出力端子電極２１，２２は、それ
ぞれ誘電体ブロック１２の左右の側面１２ｄ，１２ｅか
ら底面１２ｆに跨って形成されている。電圧制御端子電
極２３は、誘電体ブロック１２の上面１２ｃから側面１
２ｅを介して底面１２ｆにまで延在している。この底面
１２ｆは誘電体フィルタ１１の実装面とされ、誘電体フ
ィルタ１１は底面１２ｆを下にして通信機装置のプリン
ト基板等に実装される。浮き電極２４，２５はそれぞれ
誘電体ブロック１２の上面１２ｃに、外導体１７や他の
電極２１〜２３に非導通の状態で形成されている。

【００２０】共振孔１３，１４の内導体１６は、開放側
端面１２ａでは外導体１７から電気的に開放（分離）さ
れ、他方の開口端面１２ｂ（以下、短絡側端面１２ｂと
記す）では外導体１７に電気的に短絡（導通）されてい
る。こうして、誘電体ブロック１２内に、共振孔１３，
１４とその内導体１６とで１／４波長型誘電体共振器Ｒ
１，Ｒ２が形成される。

【００２１】さらに、誘電体ブロック１２の上面１２ｃ
に、電圧制御可能なリアクタンス素子であるＰＩＮダイ
オードＤ１１，Ｄ１２と、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ
１２を電圧制御するためのインダクタＬ１１，Ｌ１２
と、結合調整用コンデンサＣ１１を搭載する。ＰＩＮダ
イオードＤ１１は外導体１７と浮き電極２４の間に、は
んだや導電性ペーストを用いて電気的に接続される。Ｐ
ＩＮダイオードＤ１２は外導体１７と浮き電極２５の間
に電気的に接続される。インダクタＬ１１と結合調整用
コンデンサＣ１１は、浮き電極２４と２５の間に電気的
に並列に接続される。インダクタＬ１２は浮き電極２５
と電圧制御端子電極２３の間に電気的に接続される。

【００２２】なお、各素子のはんだ付け作業を容易にす
るため、上面１２ｃにははんだレジスト膜を印刷しても
よい。また、インダクタＬ１１，Ｌ１２や結合調整用コ
ンデンサＣ１１は、例えばユーザのセットメーカが通信
機装置のプリント基板等に実装する場合もあるため、必
ずしも搭載する必要はない。さらに、誘電体ブロック１
２の開放側端面１２ａに金属板等を被せ、フィルタ１１
の電磁シールド性を向上させてもよい。

【００２３】以上の構成からなる誘電体フィルタ１１の
電気等価回路図を図２に示す。誘電体フィルタ１１は、
共振回路を２段結合させたもので、誘電体共振器Ｒ１が
結合コンデンサＣ１３を介して入力端子電極２１に電気
的に接続し、誘電体共振器Ｒ２が結合コンデンサＣ１４
を介して出力端子電極２２に電気的に接続している。

【００２４】結合コンデンサＣ１３は、入力端子電極２
１と共振孔１３の内導体１６との間に静電容量が発生す
ることにより、形成されている。結合コンデンサＣ１４
は、出力端子電極２２と共振孔１４の内導体１６との間
に静電容量が発生することにより、形成されている。誘
電体共振器Ｒ１とＲ２は、共振孔１３，１４の内導体１
６同士が所定の間隔で対向することにより、電磁界結合
（図２において符号Ｋにて表示）している。さらに、入
出力端子電極２１，２２は、それぞれ外導体１７との間
に静電容量が発生しており、これにより一端が接地され
たコンデンサＣ１２，Ｃ１５を形成している。

【００２５】周波数シフト用コンデンサＣｓ１は、浮き
電極２４と共振孔１３の内導体１６との間に静電容量が
発生することにより、形成されている。同様に、周波数
シフト用コンデンサＣｓ２は、浮き電極２５と共振孔１
４の内導体１６との間に静電容量が発生することによ
り、形成されている。周波数シフト用コンデンサＣｓ１
の一端は誘電体共振器Ｒ１の開放端に電気的に接続さ
れ、他端はＰＩＮダイオードＤ１１のアノードに電気的
に接続されている。周波数シフト用コンデンサＣｓ２の
一端は誘電体共振器Ｒ２の開放端に電気的に接続され、
他端はＰＩＮダイオードＤ１２のアノードに電気的に接
続されている。ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソ
ードは接地している。

【００２６】ＰＩＮダイオードＤ１１のアノードと周波
数シフト用コンデンサＣｓ１との中間接続点と、ＰＩＮ
ダイオードＤ１２のアノードと周波数シフト用コンデン
サＣｓ２との中間接続点との間には、チョークコイルと
して機能するインダクタＬ１１と、結合調整用コンデン
サＣ１１との並列回路が電気的に接続している。

【００２７】電圧制御端子電極２３は、チョークコイル
として機能するインダクタＬ１２を介してＰＩＮダイオ
ードＤ１２のアノードに電気的に接続するとともに、イ
ンダクタＬ１１，Ｌ１２を介してＰＩＮダイオードＤ１
１のアノードに電気的に接続している。

【００２８】このように、誘電体フィルタ１１は、周波
数シフト用コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２をそれぞれ、誘電
体ブロック１２の上面に設けた浮き電極２４，２５と共
振孔１３，１４の内導体１６とで構成するとともに、誘
電体共振器Ｒ１，Ｒ２間の結合は、共振孔１３，１４の
内導体１６間の電磁界結合Ｋを利用している。つまり、
従来、誘電体共振器とは別の部品であった周波数シフト
用コンデンサや共振器間結合コンデンサを省略すること
ができ、小型の誘電体フィルタ１１を得ることができ
る。

【００２９】さらに、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２
等のチップ部品を、誘電体ブロック１２に直接搭載する
ことにより、その分だけ通信機装置のプリント基板等の
占有面積を小さくすることができる。そして、誘電体ブ
ロック１２を適宜所定の形状にすることにより、減衰極
をもつフィルタ１１も得ることができるので、従来の有
極用コンデンサも不要となる。従って、より一層の小型
化を図ることができる。

【００３０】次に、この誘電体フィルタ１１の作用効果
について説明する。フィルタ１１の通過周波数は、周波
数シフト用コンデンサＣｓ１と誘電体共振器Ｒ１にて構
成される共振系と、周波数シフト用コンデンサＣｓ２と
誘電体共振器Ｒ２にて構成される共振系のそれぞれの共
振周波数によって決まる。つまり、電圧制御端子電極２
３に制御電圧として正の電圧を印加すると、ＰＩＮダイ
オードＤ１１，Ｄ１２はＯＮ状態となる。従って、図３
に示すように、周波数シフト用コンデンサＣｓ１，Ｃｓ
２はＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２を経てそれぞれ接
地され、通過周波数は低くなる。このとき、結合調整用
コンデンサＣ１１は両端が接地されているため影響せ
ず、誘電体共振器Ｒ１とＲ２は電磁界結合Ｋのみで結合
され、フィルタ１１の通過帯域幅が設定される。

【００３１】逆に、電圧制御端子電極２３に制御電圧と
して負の電圧を印加すると、ＰＩＮダイオードＤ１１，
Ｄ１２はＯＦＦ状態となる。これにより、図４に示すよ
うに、周波数シフト用コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２は開放
状態となり、通過周波数は高くなる。このとき、誘電体
共振器Ｒ１とＲ２は、電磁界結合Ｋと、周波数シフト用
コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２及び結合調整用コンデンサＣ
１１による容量結合とで結合されることになる。従っ
て、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２がＯＦＦ状態のと
きの通過帯域幅と、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２が
ＯＮ状態のときの通過帯域幅とを少ない部品点数で、か
つ、少ない消費電流で、独立して設定することができ
る。

【００３２】このように、誘電体フィルタ１１は、電圧
制御によって周波数シフト用コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２
を接地したり、開放したりすることによって、二つの相
異なる通過周波数特性をもつとともに、それぞれの通過
帯域幅を独立して設定することができる。なお、本第１
実施形態では、共振器Ｒ１とＲ２の間の結合調整のため
にコンデンサＣ１１を用いているが、場合によってはイ
ンダクタを用いてもよいし、可変容量コンデンサ等の電
圧制御可能なリアクタンス素子を用いてもよい。

【００３３】［第２実施形態、図５］図５に示すよう
に、周波数可変誘電体フィルタ３１は誘電体ブロック１
２の外面に、外導体１７と、入力端子電極２１と、出力
端子電極２２と、二つの浮き電極３４，３５が形成され
ている。

【００３４】浮き電極３４，３５は、それぞれ誘電体ブ
ロック１２の開放側端面１２ａに、外導体１７や入出力
端子電極２１，２２に非導通の状態で形成されている。
浮き電極３５は開放側端面１２ａから底面１２ｆに跨っ
ている。浮き電極３４，３５の一部は、共振孔１３，１
４内に延在している。共振孔１３，１４の内導体１６は
それぞれ、開放側端面１２ａの近傍において、非導体形
成部３２を挟んで、共振孔１３，１４内に延在している
浮き電極３４，３５と対向している。

【００３５】さらに、誘電体ブロック１２の開放側端面
１２ａに、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２と結合調整
用コンデンサＣ１１が搭載される。ＰＩＮダイオードＤ
１１は外導体１７と浮き電極３４の間に電気的に接続さ
れる。ＰＩＮダイオードＤ１２は外導体１７と浮き電極
３５の間に電気的に接続される。結合調整用コンデンサ
Ｃ１１は、浮き電極３４と３５の間に電気的に接続され
る。

【００３６】以上の構成からなる誘電体フィルタ３１に
おいて、周波数シフト用コンデンサＣｓ１は、浮き電極
３４と共振孔１３の内導体１６とが非導体形成部３２を
挟んで対向することにより、形成されている。同様に、
周波数シフト用コンデンサＣｓ２は、浮き電極３５と共
振孔１４の内導体１６とが非導体形成部３２を挟んで対
向することにより、形成されている。この結果、誘電体
フィルタ３１も小型化を図ることができ、前記第１実施
形態のフィルタ１１と比較して、より一層の低背化が可
能である。

【００３７】［第３実施形態、図６］図６に示すよう
に、周波数可変誘電体フィルタ４１は誘電体ブロック１
２の外面に、外導体１７と、入力端子電極２１と、出力
端子電極２２と、電圧制御端子電極２３と、二つの浮き
電極４４，４５が形成されている。

【００３８】浮き電極４４，４５は、それぞれ誘電体ブ
ロック１２の開放側端面１２ａに、外導体１７や他の電
極２１〜２３に非導通の状態で形成されている。浮き電
極４４は開放側端面１２ａから側面１２ｅに跨ってい
る。浮き電極４５は開放側端面１２ａから側面１２ｄに
跨っている。浮き電極４４，４５の一部は共振孔１３，
１４内に延在している。共振孔１３，１４の内導体１６
はそれぞれ、開放側端面１２ａの近傍において、非導体
形成部３２を挟んで、共振孔１３，１４内に延在してい
る浮き電極４４，４５と対向している。

【００３９】さらに、誘電体ブロック１２の両側面１２
ｅ，１２ｄにそれぞれＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２
が搭載され、開放側端面１２ａにインダクタＬ１１，Ｌ
１２が搭載される。ＰＩＮダイオードＤ１１は外導体と
浮き電極４４の間に電気的に接続される。ＰＩＮダイオ
ードＤ１２は外導体１７と浮き電極４５の間に電気的に
接続される。インダクタＬ１１は浮き電極４４と４５の
間に電気的に接続される。インダクタＬ１２は浮き電極
４５と電圧制御端子電極２３の間に電気的に接続され
る。

【００４０】以上の構成からなる誘電体フィルタ４１に
おいて、周波数シフト用コンデンサＣｓ１は、浮き電極
４４と共振孔１３の内導体１６とが非導体形成部３２を
挟んで対向することにより、形成されている。同様に、
周波数シフト用コンデンサＣｓ２は、浮き電極４５と共
振孔１４の内導体１６とが非導体形成部３２を挟んで対
向することにより、形成されている。この結果、誘電体
フィルタ４１も小型化を図ることができる。

【００４１】［第４実施形態、図７］図７に示すよう
に、周波数可変誘電体フィルタ５１は、ＰＩＮダイオー
ドＤ１１，Ｄ１２やインダクタＬ１１，Ｌ１２を実装し
た回路基板６０に、誘電体ブロック１２を搭載したもの
である。

【００４２】回路基板６０の上面には、入力電極パター
ン６１、出力電極パターン６２，電圧制御電極パターン
６３、中継電極パターン６５，６６および広面積のグラ
ンドパターン６４が形成されている。ＰＩＮダイオード
Ｄ１１はグランドパターン６４と中継電極パターン６５
の間に電気的に接続される。ＰＩＮダイオードＤ１２は
グランドパターン６４と中継電極パターン６６の間に電
気的に接続される。インダクタＬ１１は中継電極パター
ン６５と６６の間に電気的に接続される。インダクタＬ
１２は中継電極パターン６６と電圧制御電極パターン６
３の間に電気的に接続される。

【００４３】一方、誘電体ブロック１２の外面には、外
導体１７と、入力端子電極２１と、出力端子電極２２
と、二つの浮き電極５４，５５が形成されている。浮き
電極５４，５５は、それぞれ誘電体ブロック１２の底面
１２ｆに、外導体１７や入出力端子電極２１，２２に非
導通の状態で形成されている。

【００４４】この誘電体ブロック１２は、はんだや導電
性ペースト等を用いて回路基板６０に実装される。これ
により、誘電体ブロック１２の入力端子電極２１は、回
路基板６０の入力電極パターン６１に電気的に接続され
る。同様に、出力端子電極２２は出力電極パターン６２
に電気的に接続され、浮き電極５４，５５はそれぞれ中
継電極パターン６５，６６に電気的に接続され、外導体
１７はグランドパターン６４に電気的に接続される。

【００４５】以上の構成からなる誘電体フィルタ５１に
おいて、周波数シフト用コンデンサＣｓ１は、浮き電極
５４と共振孔１３の内導体１６との間に静電容量が発生
することにより、形成されている。同様に、周波数シフ
ト用コンデンサＣｓ２は、浮き電極５５と共振孔１４の
内導体１６との間に静電容量が発生することにより、形
成されている。従って、誘電体フィルタ５１は、図２に
示した電気回路において結合調整用コンデンサＣ１１を
外したものと略同様の等価回路を有することになる。こ
の結果、小型の誘電体フィルタ５１を得ることができ
る。

【００４６】［第５実施形態、図８］図８に示すよう
に、周波数可変誘電体フィルタ７１は、ＰＩＮダイオー
ドＤ１１，Ｄ１２やインダクタＬ１１，Ｌ１２を実装し
た回路基板８０を、誘電体ブロック１２の開放側端面１
２ａに接合したものである。

【００４７】回路基板８０の表面には、中継電極パター
ン８１，８２、グランドパターン８５および電圧制御電
極パターン８６が形成されている。中継電極パターン８
１，８２は、それぞれ回路基板８０に設けたスルーホー
ル８３を介して回路基板８０の裏面に形成されている中
継電極パターン８１ａ，８２ａに接続している。ＰＩＮ
ダイオードＤ１１はグランドパターン８５と中継電極パ
ターン８２の間に電気的に接続される。ＰＩＮダイオー
ドＤ１２はグランドパターン８５と中継電極パターン８
１の間に電気的に接続される。インダクタＬ１１は中継
電極パターン８１と８２の間に電気的に接続される。イ
ンダクタＬ１２は中継電極パターン８１と電圧制御電極
パターン８６の間に電気的に接続される。

【００４８】一方、誘電体ブロック１２の外面には、外
導体１７と、入力端子電極２１と、出力端子電極２２
と、二つの浮き電極７４，７５が形成されている。浮き
電極７４，７５は、それぞれ誘電体ブロック１２の開放
側端面１２ａに、外導体１７や入出力端子電極２１，２
２に非導通の状態で形成されている。共振孔１３，１４
の内導体はそれぞれ、開放側端面１２ａの近傍におい
て、非導体形成部３２を挟んで、共振孔１３，１４内に
延在している浮き電極７４，７５と対向している。

【００４９】この誘電体ブロック１２の開放側端面１２
ａに回路基板８０を接合すると、回路基板８０の中継電
極パターン８１ａ，８２ａは、誘電体ブロック１２の浮
き電極７４，７５に電気的に接続される。

【００５０】以上の構成からなる誘電体フィルタ７１に
おいて、周波数シフト用コンデンサＣｓ１は、浮き電極
７５と共振孔１３の内導体１６とが非導体形成部３２を
挟んで対向することにより形成されている。同様に、周
波数シフト用コンデンサＣｓ２は、浮き電極７４と共振
孔１４の内導体１６とが非導体形成部３２を挟んで対向
することにより形成されている。

【００５１】従って、誘電体フィルタ７１は、図２に示
した電気回路において結合調整用コンデンサＣ１１を外
したものと略同様の等価回路を有することになる。この
結果、誘電体フィルタ７１も小型化を図ることができ、
前記第４実施形態のフィルタ５１と比較して、より一層
の低背化が可能である。

【００５２】［第６実施形態、図９］前記第１〜第５実
施形態は、誘電体ブロックの表面に形成した浮き電極に
より、周波数シフト用コンデンサを誘電体ブロック内に
構成する誘電体フィルタについて説明した。しかしなが
ら、浮き電極にも形状的な制約があるため、浮き電極で
は充分な静電容量が得られない場合がある。そこで、本
第６実施形態では、より大きい静電容量を有する周波数
シフト用コンデンサを内蔵した誘電体フィルタについて
説明する。

【００５３】図９に示すように、周波数可変誘電体フィ
ルタ９１は、誘電体ブロック１２と、ＰＩＮダイオード
Ｄ１１，Ｄ１２等を実装した回路基板８０と、所望の誘
電率を有した絶縁部材９２，９３および金属ピン９４，
９５にて構成されている。円柱状の絶縁部材９２，９３
は、それぞれ中心軸部に金属ピン９４，９５が圧入され
た状態で、共振孔１４，１３に挿入される。回路基板８
０は誘電体ブロック１２の開放側端面１２ａに臨むよう
に配置され、絶縁部材９２，９３から突出している金属
ピン９４，９５の頭部が、それぞれ回路基板８０のスル
ーホール８３に挿通され、はんだ付けされる。

【００５４】以上の構成からなる誘電体フィルタ９１に
おいて、周波数シフト用コンデンサＣｓ１は、金属ピン
９５と共振孔１３の内導体１６との間に静電容量が発生
することにより、形成されている。同様に、周波数シフ
ト用コンデンサＣｓ２は、金属ピン９４と共振孔１４の
内導体１６との間に静電容量が発生することにより、形
成されている。このように、周波数シフト用コンデンサ
Ｃｓ１，Ｃｓ２は、いわゆる同軸コンデンサの構造を有
するので大きな静電容量を有することができる。誘電体
フィルタ９１は、図２に示した電気回路において結合調
整用コンデンサＣ１１を外したものと略同様の等価回路
を有している。

【００５５】なお、誘電体フィルタ９１において、入出
力端子電極２１，２２を誘電体ブロック１２の表面に設
ける替わりに、回路基板８０に設けてもよい。さらに、
共振孔１３，１４の内導体１６に図５に示すような非導
体形成部３２を設け、誘電体ブロック１２の開放側端面
１２ａを外導体１７で覆うようにして電磁シールド性を
向上させてもよい。

【００５６】［第７実施形態、図１０］第７実施形態
は、浮き電極では充分な静電容量が得られない場合に、
チップコンデンサで周波数シフト用コンデンサＣｓ１，
Ｃｓ２を形成するようにしたものである。図１０に示す
ように、周波数可変誘電体フィルタ１０１は、誘電体ブ
ロック１２と、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２等を実
装した回路基板８０と、接続部材１０２，１０３とを備
えている。接続部材１０２，１０３は、ばね性を有する
金属板を打ち抜き、曲げ加工して形成されたものであ
る。接続部材１０２，１０３は、ばね性を有する足部１
０４を共振孔１４，１３に挿入することにより、内導体
１６と電気的に接続するとともに、堅固に誘電体ブロッ
ク１２に固定される。

【００５７】回路基板８０は誘電体ブロック１２の開放
側端面１２ａに臨むように配置され、接続部材１０２，
１０３の頭部がそれぞれ回路基板８０の裏面に設けた中
継電極パターン８１ａ，８２ａにはんだ付けされる。こ
の回路基板８０の表面には、中継電極パターン８１，８
２，８８ａ，８８ｂ、電圧制御電極パターン８６および
グランドパターン８９ａ，８９ｂが設けられている。こ
の回路基板８０には、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２
およびインダクタＬ１１，Ｌ１２の他に、周波数シフト
用コンデンサとしてのチップコンデンサＣｓ１，Ｃｓ２
が実装されている。

【００５８】［第８実施形態、図１１］第８実施形態
は、前記第１実施形態の誘電体フィルタ１１の段差１８
の替わりに、凹部１１２を設けたものである。図１１に
示すように、周波数可変誘電体フィルタ１１１は、誘電
体ブロック１２の上面１２ｃに凹部１１２を設けてい
る。

【００５９】二つの浮き電極２４，２５は、外導体１７
や電圧制御端子電極２３の一部と共に、それぞれ誘電体
ブロック１２の上面１２ｃの凹部１１２内に形成され、
外導体１７や他の電極２１〜２３に非導通の状態で形成
されている。そして、その凹部１１２内にＰＩＮダイオ
ードＤ１１，Ｄ１２と、インダクタＬ１１，Ｌ１２を搭
載する。ＰＩＮダイオードＤ１１は外導体１７と浮き電
極２４の間に電気的に接続される。ＰＩＮダイオードＤ
１２は外導体１７と浮き電極２５の間に電気的に接続さ
れる。インダクタＬ１１は、浮き電極２４と２５の間に
電気的に並列に接続される。インダクタＬ１２は浮き電
極２５と電圧制御端子電極２３の間に電気的に接続され
る。

【００６０】以上の構成からなる誘電体フィルタ１１１
は、周波数シフト用コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２をそれぞ
れ、誘電体ブロック１２の上面に設けた浮き電極２４，
２５と共振孔１３，１４の内導体１６とで形成されてい
る。また、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２とインダク
タＬ１１，Ｌ１２を誘電体ブロック１２の上面１２ｃの
凹部１１２内に搭載しているので、誘電体フィルタ１１
１の小型化を図ることがでる。

【００６１】［第９実施形態、図１２〜図１４］図１２
は、本発明に係る誘電体フィルタの第９実施形態を示す
分解斜視図を示す。図１３は、図１２のＰＩＮダイオー
ド搭載前のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図を、図１４は、図
１２のＰＩＮダイオード搭載前のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図
を示す。

【００６２】図１２に示すように、周波数可変帯域通過
の誘電体フィルタ１２１は、前記第１実施形態の誘電体
フィルタ１１において、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１
２をそれぞれ共振孔１３，１４内に搭載したものであ
る。具体的には、略直方体形状を有する単一の誘電体ブ
ロック１２の外面に、外導体１７と、入力端子電極２１
と、出力端子電極２２と、二つの浮き電極２４，２５が
形成されている。そして、誘電体ブロック１２の上面１
２ｃには段差１８が形成されており、低い方の段にイン
ダクタＬ１１，Ｌ１２が搭載される。また、共振孔１
３，１４内にはＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２が搭載
される。共振孔１３，１４の開放側端面１２ａ側の孔径
は、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２の搭載のため、短
絡側端面１２ｂ側より大きい。

【００６３】浮き電極２４，２５は、それぞれ誘電体ブ
ロック１２の上面１２ｃの段差１８の低い方の段に、外
導体１７や電圧制御端子電極２３に非導通の状態で形成
されている。図１３に示すように、浮き電極２４，２５
は、上面１２ｃから開放側端面１２ａ、共振孔１３，１
４内の上部内壁面を経由して共振孔１３，１４の略中央
の位置まで延在している。この浮き電極２４，２５は、
共振孔１３，１４の略中央の位置において、共振孔１
３，１４の内壁面を１周している。共振孔１３，１４の
内導体１６はそれぞれ、非導体形成部３２を挟んで、共
振孔１３，１４内に延在している浮き電極２４，２５と
対向している。さらに、図１４に示すように、開放側端
面１２ａの近傍において、外導体１７が共振孔１３，１
４内の下部内壁面に延在している。

【００６４】ＰＩＮダイオードＤ１１は、共振孔１３内
の外導体１７と浮き電極２４の間に電気的に接続され
る。ＰＩＮダイオードＤ１２は、共振孔１４内の外導体
１７と浮き電極２５の間に電気的に接続される。インダ
クタＬ１１は浮き電極２４と２５の間に電気的に接続さ
れる。インダクタＬ１２は浮き電極２５と電圧制御端子
電極２３の間に電気的に接続される。

【００６５】以上の構成からなる誘電体フィルタ１２１
において、周波数シフト用コンデンサＣｓ１は、浮き電
極２４と共振孔１３の内導体１６とが非導体形成部３２
を挟んで対向することにより、形成されている。同様
に、周波数シフト用コンデンサＣｓ２は、浮き電極２５
と共振孔１４の内導体１６とが非導体形成部３２を挟ん
で対向することにより、形成されている。また、インダ
クタＬ１１，Ｌ１２を段差１８の低い方の段に搭載する
と共に、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２をそれぞれ共
振孔１３，１４内に搭載しているので、誘電体フィルタ
１２１の小型化を図ることができる。

【００６６】［第１０実施形態、図１５］図１５に示す
ように、第１０実施形態は、前記第２実施形態の誘電体
フィルタ３１の誘電体ブロック１２の開放側端面１２ａ
に凹部１３２を設けたものである。

【００６７】浮き電極３４，３５は、外導体１７の一部
と共に、それぞれ誘電体ブロック１２の開放側端面１２
ａの凹部１３２内に、外導体１７や入出力端子電極２
１，２２に非導通の状態で形成されている。浮き電極３
５は開放側端面１２ａから底面１２ｆに跨っている。浮
き電極３４，３５の一部は、共振孔１３，１４内に延在
している。共振孔１３，１４の内導体１６はそれぞれ、
開放側端面１２ａの近傍において、非導体形成部３２を
挟んで、共振孔１３，１４内に延在している浮き電極３
４，３５と対向している。

【００６８】さらに、誘電体ブロック１２の開放側端面
１２ａの凹部１３２内に、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ
１２と結合調整用コンデンサＣ１１が搭載される。ＰＩ
ＮダイオードＤ１１は外導体１７と浮き電極３４の間に
電気的に接続される。ＰＩＮダイオードＤ１２は外導体
１７と浮き電極３５の間に電気的に接続される。結合調
整用コンデンサＣ１１は、浮き電極３４と３５の間に電
気的に接続される。

【００６９】以上の構成からなる誘電体フィルタ１３１
において、周波数シフト用コンデンサＣｓ１は、浮き電
極３４と共振孔１３の内導体１６とが非導体形成部３２
を挟んで対向することにより、形成されている。同様
に、周波数シフト用コンデンサＣｓ２は、浮き電極３５
と共振孔１４の内導体１６とが非導体形成部３２を挟ん
で対向することにより、形成されている。また、ＰＩＮ
ダイオードＤ１１，Ｄ１２と結合調整用コンデンサＣ１
１を誘電体ブロック１２の開放側端面１２ａの凹部１３
２内に搭載しているので、誘電体フィルタ１３１の小型
化を図ることができる。

【００７０】［第１１実施形態、図１６］第１１実施形
態は、本発明に係るアンテナ共用器の一実施形態を示す
ものである。図１６に示すように、アンテナ共用器１４
１は、送信端子Ｔｘとアンテナ端子ＡＮＴの間に送信フ
ィルタ１４２が電気的に接続し、受信端子Ｒｘとアンテ
ナ端子ＡＮＴの間に受信フィルタ１４３が電気的に接続
している。ここに、送信フィルタ１４２や受信フィルタ
１４３として、前記第１〜第１０実施形態のフィルタ１
１，３１，４１，５１，７１，９１，１０１，１１１，
１２１，１３１を使用することができる。これらのフィ
ルタ１１等を実装することにより、設計の自由度が大き
くかつ小型化を図ることができるアンテナ共用器１４１
を実現することができる。

【００７１】［第１２実施形態、図１７］第１２実施形
態は、本発明に係る通信機装置の一実施形態を示すもの
で、携帯電話を例にして説明する。

【００７２】図１７は携帯電話１５０のＲＦ部分の電気
回路ブロック図である。図１７において、１５２はアン
テナ素子、１５３はデュプレクサ、１６１は送信側アイ
ソレータ、１６２は送信側増幅器、１６３は送信側段間
用バンドパスフィルタ、１６４は送信側ミキサ、１６５
は受信側増幅器、１６６は受信側段間用バンドパスフィ
ルタ、１６７は受信側ミキサ、１６８は電圧制御発振装
置（ＶＣＯ）、１６９はローカル用バンドパスフィルタ
である。

【００７３】ここに、デュプレクサ１５３として、例え
ば前記第１１実施形態のアンテナ共用器１４１を使用す
ることができる。また、送信及び受信側段間用バンドパ
スフィルタ１６３，１６６並びにローカル用バンドパス
フィルタ１６９として、例えば第１〜第１０実施形態の
誘電体フィルタ１１，３１，４１，５１，７１，９１，
１０１，１１１，１２１，１３１を使用することができ
る。アンテナ共用器１４１や誘電体フィルタ１１等を実
装することにより、ＲＦ部分の設計の自由度を向上させ
るとともに、小型の携帯電話を実現することができる。

【００７４】［他の実施形態］なお、本発明に係る誘電
体フィルタ、アンテナ共用器及び通信機装置は前記実施
形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変更することができる。電圧制御可能なリアクタンス
素子として、ＰＩＮダイオードの他に、電界効果型トラ
ンジスタや可変容量ダイオード等を用いてもよい。ま
た、誘電体ブロックは少なくとも一つの共振孔を有して
いればよい。

【００７５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、浮き電極が周波数シフト用コンデンサを形成す
るので、従来の周波数シフト用コンデンサ素子を省略す
ることができる。そして、この浮き電極に、電圧制御可
能なリアクタンス素子及び該リアクタンス素子を制御す
るための回路素子が電気的に接続される。これにより、
リアクタンス素子を電圧制御してスイッチング動作さ
せ、浮き電極にて形成された周波数シフト用コンデンサ
を接地したり、開放したりすることによって、フィルタ
の周波数特性を可変することができる。

【００７６】また、少なくとも二つの浮き電極を結合調
整用素子を介して電気的に接続することにより、電圧制
御可能なリアクタンス素子がＯＮ状態のときの共振器間
の結合度合とＯＦＦ状態のときの共振器間の結合度合
を、少ない部品点数で、かつ、少ない消費電流で、独立
して設定することができる。この結果、設計の自由度が
大きくかつ小型のアンテナ共用器や通信機装置を得るこ
とができる。

【００７７】また、本発明に係る誘電体フィルタは、少
なくとも一つの共振孔を設けた誘電体ブロックと、前記
共振孔の内導体とは電気的に絶縁された状態で、前記共
振孔に挿入された導体と、前記導体に電気的に接続され
た電圧制御可能なリアクタンス素子と、前記誘電体ブロ
ックの底面以外の外面に配設される、前記リアクタンス
素子を搭載するための回路基板とを備えることにより、
共振孔の内導体と共振孔に挿入された導体とが周波数シ
フト用コンデンサを形成し、従来の周波数シフト用コン
デンサ素子を不要にすることができる。

【００７８】また、本発明に係る誘電体フィルタは、少
なくとも一つの共振孔を設けた誘電体ブロックと、前記
共振孔の内導体に電気的に接続された導体と、前記導体
に電気的に接続された電圧制御可能なリアクタンス素子
と、前記誘電体ブロックの底面以外の外面に配設され
る、前記リアクタンス素子を搭載するための回路基板と
を備えることにより、回路基板にはリアクタンス素子の
他に、周波数シフト用コンデンサ素子やリアクタンス素
子を制御するための回路素子等を搭載することができ、
小型化を図ることができる。

【００７９】また、誘電体ブロックに段差及び凹部の少
なくともいずれか一つを設け、該段差及び凹部に前記浮
き電極を設けることにより、リアクタンス素子や回路素
子が段差や凹部内に搭載され、誘電体フィルタを小型化
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る誘電体フィルタの第１実施形態を
示す分解斜視図。

【図２】図１に示した誘電体フィルタの電気等価回路
図。

【図３】ＰＩＮダイオードがＯＮ状態のときの動作を説
明するための電気回路図。

【図４】ＰＩＮダイオードがＯＦＦ状態のときの動作を
説明するための電気回路図。

【図５】本発明に係る誘電体フィルタの第２実施形態を
示す分解斜視図。

【図６】本発明に係る誘電体フィルタの第３実施形態を
示す分解斜視図。

【図７】本発明に係る誘電体フィルタの第４実施形態を
示す分解斜視図。

【図８】本発明に係る誘電体フィルタの第５実施形態を
示す分解斜視図。

【図９】本発明に係る誘電体フィルタの第６実施形態を
示す分解斜視図。

【図１０】本発明に係る誘電体フィルタの第７実施形態
を示す分解斜視図。

【図１１】本発明に係る誘電体フィルタの第８実施形態
を示す分解斜視図。

【図１２】本発明に係る誘電体フィルタの第９実施形態
を示す分解斜視図。

【図１３】図１２のＰＩＮダイオード搭載前のＸＩＩＩ
−ＸＩＩＩ断面図。

【図１４】図１２のＰＩＮダイオード搭載前のＸＩＶ−
ＸＩＶ断面図。

【図１５】本発明に係る誘電体フィルタの第１０実施形
態を示す分解斜視図。

【図１６】本発明に係るアンテナ共用器の一実施形態を
示す電気回路ブロック図。

【図１７】本発明に係る通信機装置の一実施形態を示す
電気回路ブロック図。

【図１８】従来の誘電体フィルタを示す平面図。

【図１９】図１８に示した誘電体フィルタの電気回路
図。

【符号の説明】

１１，３１，４１，５１，７１，９１，１０１，１１
１，１２１，１３１…誘電体フィルタ １２…誘電体ブロック １２ｆ…底面 １３，１４…共振孔 １６…内導体 １７…外導体 １８…段差 ２１…入力端子電極 ２２…出力端子電極 ２４，２５…浮き電極 ６０，８０…回路基板 ９２，９３…絶縁部材 ９４，９５…金属ピン １０２，１０３…接続部材 １１２，１３２…凹部 １４１…アンテナ共用器 １５０…携帯電話 １５３…デュプレクサ Ｃ１１…コンデンサ（結合調整用素子） Ｄ１１，Ｄ１２…ＰＩＮダイオード（電圧制御可能なリ
アクタンス素子） Ｌ１１，Ｌ１２…インダクタ（リアクタンス素子を制御
するための回路素子）

フロントページの続き (72)発明者 末政 肇 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 角田 紀久夫 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 山田 康雄 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J006 HA04 HA15 HA17 HA18 HA22 HA27 HA31 HA34 JA01 LA11 LA21 MA09 MA12 NA04 NB07 NC01 NC03 NE16 NF01 NF03 5K011 DA21 KA00 KA03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの共振孔を設けた誘電体
   ブロックと、 外部回路と接続するための入出力端子電極と、 前記誘電体ブロックの外面に設けた、前記入出力端子及
   びグランドに接続されていない浮き電極と、 を備えたことを特徴とする誘電体フィルタ。
2. 【請求項２】 前記浮き電極に、電圧制御可能なリアク
   タンス素子及び該リアクタンス素子を制御するための回
   路素子が電気的に接続されていることを特徴とする請求
   項１記載の誘電体フィルタ。
3. 【請求項３】 前記誘電体ブロックに段差及び凹部の少
   なくともいずれか一つを設け、該段差及び凹部に前記浮
   き電極を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２
   記載の誘電体フィルタ。
4. 【請求項４】 前記誘電体ブロックと前記リアクタンス
   素子と前記回路素子が回路基板に搭載され、該リアクタ
   ンス素子及び回路素子が前記回路基板に設けた回路パタ
   ーンを介して前記浮き電極に電気的に接続されているこ
   とを特徴とする請求項２又は請求項３記載の誘電体フィ
   ルタ。
5. 【請求項５】 前記浮き電極及び前記入出力端子電極
   が、前記誘電体ブロックの少なくとも二つの外面に跨っ
   て設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求
   項４記載の誘電体フィルタ。
6. 【請求項６】 前記浮き電極及び前記入出力端子電極
   が、前記誘電体ブロックの少なくとも底面に設けられて
   いることを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の誘
   電体フィルタ。
7. 【請求項７】 前記浮き電極が二つ以上あり、少なくと
   も二つの浮き電極を結合調整用素子を介して電気的に接
   続したことを特徴とする請求項１ないし請求項６記載の
   誘電体フィルタ。
8. 【請求項８】 少なくとも一つの共振孔を設けた誘電体
   ブロックと、 前記共振孔の内導体とは電気的に絶縁された状態で、前
   記共振孔に挿入された導体と、 前記導体に電気的に接続された電圧制御可能なリアクタ
   ンス素子と、 前記誘電体ブロックの底面以外の外面に配設される、前
   記リアクタンス素子を搭載するための回路基板と、 を備えたことを特徴とする誘電体フィルタ。
9. 【請求項９】 少なくとも一つの共振孔を設けた誘電体
   ブロックと、 前記共振孔の内導体に電気的に接続された導体と、 前記導体に電気的に接続された電圧制御可能なリアクタ
   ンス素子と、 前記誘電体ブロックの底面以外の外面に配設される、前
   記リアクタンス素子を搭載するための回路基板と、 を備えたことを特徴とする誘電体フィルタ。
10. 【請求項１０】 前記電圧制御可能なリアクタンス素子
    が、ＰＩＮダイオード、電界効果型トランジスタおよび
    可変容量ダイオードのいずれか一つであることを特徴と
    する請求項２ないし請求項９記載の誘電体フィルタ。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし請求項１０記載の誘電
    体フィルタを備えたことを特徴とするアンテナ共用器。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし請求項１０記載の誘電
    体フィルタ又は請求項１１記載のアンテナ共用器の少な
    くともいずれか一つを備えたことを特徴とする通信機装
    置。