JP2002026602A - 誘電体共振器装置、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック製キャビティの開口部に金属パネ
ルを直接半田付けした構造における接合部の信頼性の問
題、セラミック製キャビティの開口部にアース板を用い
てプリント基板を取り付ける構造における部品点数の増
大およびコスト上昇の問題を解消し、さらにキャビティ
の開口面の形状が複雑であっても容易に対応できるよう
にした、誘電体共振器装置、それを利用したフィルタ、
デュプレクサ、およびそれらを用いた通信装置を得る。 【解決手段】 上下に開口面を有し、内部に誘電体コア
２ａ，２ｂを一体に設けたセラミック製のキャビティ１
ａ，１ｂの上下の開口面を、アース板５ａ，５ｂ，６
ａ，６ｂを介して上下のパネル３，４で挟み、ネジ８で
ネジ留め固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、キャビティ内に
誘電体コアを収納してなる誘電体共振器装置、それを利
用したフィルタ、デュプレクサ、およびそれらを用いた
通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、開口面を有するセラミック製のキ
ャビティ内に誘電体コアを設け、キャビティに導体膜を
形成するとともに、キャビティの開口面を金属パネルで
覆うようにした誘電体共振器装置が、マイクロ波帯にお
けるフィルタ等として用いられている。

【０００３】具体的には、線膨張係数が共振器材料の
それとほぼ等しい金属パネルに結合ループ等を形成し、
セラミック製キャビティの開口面の電極面にその金属パ
ネルを直接はんだ付けしたものとして特開平９−５１２
０１号および特開平８−２２２９０５号が示されてい
る。また、結合ループ等を形成したプリント基板でセ
ラミック製キャビティの開口面を覆い、セラミック製キ
ャビティの導体膜とプリント基板との間をアース板を介
して半田付けしたもの、もしくは基板側にアース板をネ
ジ止めしたものとして特開平８−１８１５１３号および
特開平８−６５０１７号が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のの
構造では、共振器装置が大型になると、セラミック製キ
ャビティの熱容量が大きくなるため、半田付け時に大き
な温度勾配が発生し易く、接合面にストレスがかかった
状態となり、長時間の動作環境において接合部にクラッ
クが入って破壊に到るまでの許容量が小さくなるという
問題があった。の構造では、多数枚のアース板を必要
とするため、部品点数が多くなり、全体にコスト高にな
る傾向があった。

【０００５】また、のいずれの構造でも、セラミッ
ク製キャビティの開口面の形状が複雑である場合には、
製造時の作業性は著しく低下し、特に、義務化されてい
る鉛フリー半田を用いる場合には、その傾向が顕著にな
る、といった問題があった。

【０００６】この発明の目的は、セラミック製キャビテ
ィの開口部に金属パネルを直接半田付けした構造におけ
る接合部の信頼性の問題、セラミック製キャビティの開
口部にアース板を用いてプリント基板を取り付ける構造
における部品点数の増大およびコスト上昇の問題を解消
し、さらにキャビティの開口面の形状が複雑であっても
容易に対応できるようにした、誘電体共振器装置、それ
を利用したフィルタ、デュプレクサ、およびそれらを用
いた通信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】この発明は、開口面を有
し、内部に誘電体コアを収納する、表面に導体膜を被覆
したセラミック製のキャビティと、このキャビティの開
口面を導電性を有するパネルで覆うことによって誘電体
共振器装置を構成するが、キャビティの開口面の導体膜
とパネルとの間に弾性を有するアース板を挟むととも
に、パネルを固定部材でキャビティに固定した構造とす
る。このようにキャビティの開口部とパネルとの間に、
キャビティ開口面の導体膜に導通するアース板を介し
て、これらを弾性接触状態に接合することにより、半田
付けに伴う接合部の信頼性の問題、アース板を多用する
ことによる部品点数の増大およびコスト上昇の問題を解
消し、さらに、キャビティ開口部の形状が複雑であって
も製造時の作業性を容易とする。

【０００８】また、この発明は、上記アース板にキャビ
ティの開口面の導体膜とパネルとの間隙方向に厚みを持
たせる突起を設ける。これにより、アース板の材料自体
の弾性だけでなく、その突起形状により全体に大きな弾
性を持たせ、キャビティ開口面の導体膜とパネルとの電
気的接続状態（アース接続）をより良好に保つ。

【０００９】また、この発明は、キャビティの略平行に
対向する第１・第２の面を開口面とし、それぞれの開口
面を覆う第１・第２のパネルを配置し、この２つのパネ
ル同士をネジ留め固定する。この構造により、対向する
２つのパネルに結合ループ等をそれぞれ設けた誘電体共
振器装置に適応可能とし、且つ、キャビティ側にパネル
を取り付けるための特別な構造を設けることなく、キャ
ビティを２つのパネルで挟み込むように固定するだけで
その取り付けを可能とする。

【００１０】また、対向する２つのパネルを複数箇所で
固定するネジのうち少なくとも一部はキャビティ内を通
る位置に設ける。これにより、ネジを通すための空間を
特別に設けることによる全体の大型化を避ける。

【００１１】また、この発明は、上記誘電体コアを、２
つの誘電体柱が交差した十字形状を成してキャビティ内
に一体成形されたものとし、キャビティの開口面に平行
な面での該キャビティの外壁の断面形状を略一定とし、
且つキャビティの外壁に上記２つの誘電体柱のそれぞれ
の軸方向にくびれたくびれ部を設け、上記ネジの一部を
くびれ部でキャビティ外に配置し、他のネジをくびれ部
以外の位置でキャビティ内に配置する。これにより、キ
ャビティの外部を通るネジをキャビティの外形形状より
大きく広がった位置に通さずに、全体の大型化を避け
る。

【００１２】また、この発明は、上記のいずれかの構造
を有する誘電体共振器装置を利用してフィルタ、デュプ
レクサを構成する。

【００１３】さらに、この発明は、上記フィルタまたは
デュプレクサを設けて通信装置を構成する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施形態に係る
フィルタの分解斜視図である。図１において１ａ，１ｂ
はそれぞれ誘電体セラミック製のキャビティであり、図
における上面と下面をそれぞれ開口面としている。これ
らのキャビティの内部には誘電体コア２ａ，２ｂをそれ
ぞれ一体成形により設けている。図２はこの誘電体コア
を一体化したキャビティ部分の上面図である。

【００１５】図１において３はキャビティ１ａ，１ｂの
上部開口面を覆う金属製パネル、４はその下部開口面を
覆う金属製パネルである。５ａ，５ｂはキャビティ１
ａ，１ｂの上部開口面と上パネル３との間に挟み込まれ
るアース板、６ａ，６ｂはキャビティ１ａ，１ｂの下部
開口面と下パネル４との間に挟み込まれるアース板であ
る。７ａ，７ｂはそれぞれ同軸コネクタであり、この例
では７ａは入力側、７ｂを出力側として用いる。また、
上パネル３の内面（図における下面）には同軸コネクタ
７ａ，７ｂの中心導体と上パネル３との間にループを構
成する入出力ループを設けている。下パネル４のキャビ
ティ内部を向く面（図における上面）には、結合ループ
１０ａ，１０ｂを取り付けている。

【００１６】図２に示すように、キャビティ１ａ，１ｂ
の内部には、２つの誘電体柱が交差した十字形状を成す
誘電体コア２ａ，２ｂを一体成形していて、全体を誘電
体コア一体型キャビティとしている。キャビティの開口
面に平行な面でのキャビティの外壁の断面形状を略一定
とし、且つキャビティの外壁には２つの誘電体柱のそれ
ぞれの軸方向にくびれたくびれ部１１を設けている。こ
れらのキャビティ１ａ，１ｂの外側面と上下の開口面に
はＡｇ電極等の導体膜を被覆している。

【００１７】図１において８は、上パネル３と下パネル
４との間にアース板５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂおよびキャ
ビティ１ａ，１ｂを挟み込む１６本のネジである。但
し、図においてはネジの重なりによる図面の煩雑化を避
けるため、一部を省略している。これらの１６本のネジ
は、上パネル３に設けた孔ｈ１１〜ｈ１８，ｈ２１〜ｈ
２８のそれぞれの孔を通り、それに対向して設けた下パ
ネル４のネジ孔にそれぞれ螺合する。上パネル３の孔ｈ
１１，ｈ１３，ｈ１５，ｈ１７を通る４つのネジはキャ
ビティ１ａの内部を通り、孔ｈ１２，ｈ１４，ｈ１６，
ｈ１８を通る４つのネジはキャビティ１ａのくびれ部の
外側すなわち、キャビティの外部を通る。同様に、上パ
ネル３の孔ｈ２１，ｈ２３，ｈ２５，ｈ２７を通る４つ
のネジはキャビティ１ｂの内部を通り、孔ｈ２２，ｈ２
４，ｈ２６，ｈ２８を通る４つのネジはキャビティ１ｂ
のくびれ部の外側を通る。なお、孔ｈ１３およびｈ２３
を通るネジは、同軸コネクタ７ａ，７ｂを上パネル３に
固定するためにも兼用している。

【００１８】キャビティ内部に導体が存在すると、その
導体表面で導体損失が生じるが、上記キャビティ内部を
通るネジをＡｇメッキした場合には、その表面での導体
損失が十分に低減でき、共振器のＱｏの劣化は５〜６％
に抑えられる。

【００１９】次に、図１に示したアース板５ａ，５ｂ，
６ａ，６ｂのそれぞれの主要部の断面図を図３に示す。
これらのアース板はキャビティ１ａ，１ｂの開口面と略
同形状の枠型を成しているが、その複数箇所に、厚み方
向に突出する突起を枠に沿って延びるように形成してい
る。この構造により、アース板の全体の厚み寸法を増し
て、その厚み方向の弾性変形範囲を広くしている。した
がってアース板を挟んでキャビティの開口面にパネル
３，４を取り付けた際、パネル３，４がキャビティ１
ａ，１ｂの上下開口面の導体膜に片当たりすることなく
均一に接触し、確実なアース接続がとられる。

【００２０】図２において、９ａは同軸コネクタ７ａの
中心導体に繋がる入出力ループ、９ｂは同軸コネクタ７
ｂの中心導体に繋がる入出力ループである。１０ａ，１
０ｂはそれぞれ結合ループであり、下パネル４との間で
それぞれループを構成する。結合ループ１０ａは入出力
ループ９ａと上パネル３とによって形成されるループ面
に対して直交するループ面を形成し、結合ループ１０ｂ
は同様に入出力ループ９ｂと上パネル３とによって形成
されるループ面に対して直交するループ面を形成する。

【００２１】さて、次に上記誘電体共振器装置の利用す
るモードと各モード間の結合について説明する。図４
は、図１に示した誘電体コア一体型キャビティの下面図
である。ここで太線の矢印は第１モードである（ＴＭ１
１０ｘ＋ＴＭ１１０ｙ）モード、細線の矢印は第３モー
ドである（ＴＭ１１０ｘ−ＴＭ１１０ｙ）モード、破線
の矢印は第２モードであるＴＭ１１１モードの、それぞ
れの電界ベクトルの向きを簡略的に示している。なお、
くびれ部１１を設けたことにより、ＴＭ１１１モードの
周波数を、ＴＭ１１０ｘ＋ＴＭ１１０ｙモードおよびＴ
Ｍ１１０ｘ−ＴＭ１１０ｙモードの周波数に略等しくし
ている。

【００２２】図５は、キャビティの下面図であり、この
誘電体共振器装置の３つのモードのうちの所定のモード
間の結合調整および各モードの周波数調整のために設け
た穴および溝の様子を示している。チューニング前は同
図の（Ａ）の状態であり、この状態からｘ方向とｙ方向
に延びる２つの誘電体柱が交差した十字形状を成す誘電
体コアのコーナー部分に４５°方向に所定深さの溝２
８，２６を形成し、この溝２８と２６の大きさを異なっ
たものとすることによって、第１モード（ＴＭ１１０ｘ
＋ＴＭ１１０ｙモード）と第２モード（ＴＭ１１１モー
ド）の電界強度の分布に摂動が与えられる。これによ
り、第１モードと第２モード間の結合を図る。同様に、
溝２５と２７の大きさに差をもたせることによって、第
２モードと第３モード（ＴＭ１１０ｘ−ＴＭ１１０ｙモ
ード）との結合を図り、その差によって結合係数を調整
する。

【００２３】穴２１，２３から中央の穴２０に延びる溝
２１′，２３′は、第１モードと第３モードとの一方の
結合モードであるＴＭ１１０ｘモードの周波数を変化さ
せ、穴２２，２４から中央の穴２０に延びる溝２２′，
２４′は、第１モードと第３モードとの他方の結合モー
ドであるＴＭ１１０ｙモードの周波数を変化させるの
で、この溝（２１′，２３′）の深さと、溝（２２′，
２４′）の深さとの差によって第１モード−第３モード
間を結合させ、その深さの差の大きさによって結合係数
を調整する。

【００２４】また、上記溝２１′，２２′，２３′，２
４′の深さによって主として第１モードと第３モードの
周波数が変化し、溝２８，２６の深さによって主として
第１モードと第２モードの周波数が変化し、溝２５，２
７によって主として第２モードと第３モードの周波数が
変化する。したがって、溝２１′〜２４′の第１・第３
モードの周波数変化に対する効きと、第２モードの周波
数に対する効きとに差があるので、溝２１′〜２４′
は、結合用の溝２５，２６，２７，２８を設けることに
よって生じる第１，第２，第３のモードの周波数変化を
補償するためにも設ける。

【００２５】図２に示した入出力ループ９ａは誘電体共
振器装置１００の第１モード（ＴＭ１１０ｘ−ＴＭ１１
０ｙモード）と結合し、結合ループ１０ａは第３モード
（ＴＭ１１０ｘ＋ＴＭ１１０ｙモード）と結合する。同
様に、誘電体共振器装置１０１の入出力ループ９ｂは第
３モードと結合し、結合ループ１０ｂは第１モードと結
合する。そして、この第１モードと第３モードは直交関
係にあるので直接結合はせず、第２モード（ＴＭ１１１
モード）を介して順に結合する。したがって図１に示し
た同軸コネクタ７ａと７ｂとの間に、誘電体共振器装置
１００の第１モード→第２モード→第３モード→誘電体
共振器装置１０１の第１モード→第２モード→第３モー
ドの順に結合し、合計６段の共振器による帯域通過特性
を示すフィルタとして作用する。

【００２６】このようにキャビティに対する上下パネル
の取り付けを、半田付けを行うことなくネジ留め固定す
るようにしたので、組立てが極めて簡単となり、製造に
要する時間およびコストが低減できる。また、分解も容
易であるため、試作実験段階でも、短期間での設計が可
能となる。

【００２７】次に、第２の実施形態に係るデュプレクサ
の構成例を図６に示す。このデュプレクサは第１の実施
形態で示した２つの誘電体共振器装置によるフィルタを
２組設けたものであり、図６は上パネル側から見た上面
図である。図６において１００ＴＸ，１０１ＴＸは送信
フィルタを構成する２つの誘電体共振器装置である。ま
た１００ＲＸ，１０１ＲＸは受信フィルタを構成する２
つの誘電体共振器装置である。この４つの誘電体共振器
装置１００ＴＸ，１０１ＴＸ，１００ＲＸ，１０１ＲＸ
のキャビティは上下２つのパネルで一括して挟み込むこ
とによって一体化している。

【００２８】誘電体共振器装置１００ＴＸ，１０１ＴＸ
による合計６段の共振器から成るフィルタは、第１の実
施形態で示したフィルタと基本部分は同一である。但
し、誘電体共振器装置１０１ＴＸの３段目の共振器すな
わち送信フィルタの終段の共振器に結合する結合ループ
９ｂと、誘電体共振器装置１００ＲＸの１段目すなわち
受信フィルタの初段の共振器に結合する結合ループ９ｃ
との間を線路で接続していて、アンテナ端子としての同
軸コネクタ７ＡＮＴの中心導体をその線路の所定点に接
続している。この線路によって送信信号と受信信号の分
岐を行うようにしている。

【００２９】このようにして合計６段の共振器による送
信フィルタと、同じく６段の共振器による受信フィルタ
とを備え、同軸コネクタ７ＴＸを送信信号入力端子、７
ＲＸを受信信号出力端子とするデュプレクサを構成す
る。

【００３０】以上に示したようにして、キャビティとパ
ネルとの接合部の信頼性を高め、部品点数を削減して低
コスト化を図る。さらにキャビティの開口面の形状が複
雑であっても、その形状に応じてキャビティの内外にネ
ジを通すことによって、小型で且つ所定の特性を有す
る、誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを構成す
る。

【００３１】図７は第３の実施形態に係る通信装置の構
成を示す図である。ここで、デュプレクサは、送信フィ
ルタと受信フィルタとから成り、図５または図６に示し
た構造の誘電体デュプレクサを用いる。このデュプレク
サの送信信号入力ポートには送信回路を接続し、受信信
号出力ポートには受信回路を接続し、さらにアンテナポ
ートにはアンテナを接続している。また、送信回路にお
ける出力部および受信回路における入力部には、図１〜
図５に示した構造の誘電体フィルタを設けてもよい。

【００３２】このようにして、キャビティとパネルとの
接合部の信頼性が高く、部品点数が削減されて低コスト
化された、さらにキャビティの開口面の形状が複雑であ
っても小型で且つ所定の特性を有する、誘電体フィルタ
または誘電体デュプレクサを用いることにより、全体に
小型軽量化した通信装置を得る。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、キャビティとパネル
との半田付けに伴う接合部の信頼性の問題、アース板を
多用することによる部品点数の増大およびコスト上昇の
問題が解消され、さらにキャビティ開口部の形状が複雑
であっても対応可能となる。

【００３４】また、アース板にキャビティの開口面の導
体膜とパネルとの間隙方向に厚みを持たせる突起を設け
ることにより、アース板の厚み方向に大きな弾性を持た
せ、キャビティ開口面の導体膜とパネルとの電気的接続
状態（アース接続）をより良好に保てるようになる。

【００３５】また、キャビティの略平行に対向する第１
・第２の開口面を覆う第１・第２のパネル同士をネジ留
め固定することにより、対向する２つのパネルに結合ル
ープ等をそれぞれ設けた誘電体共振器装置に適応可能と
なり、且つ、キャビティ側にパネルを取り付けるための
特別な構造を設けることなく、キャビティを２つのパネ
ルで挟み込むように固定するだけでその取り付けが可能
となる。

【００３６】また、対向する２つのパネルを複数箇所で
固定するネジのうち少なくとも一部をキャビティ内を通
る位置に設けることにより、ネジを通すための空間を特
別に設けることによる全体の大型化が避けられる。

【００３７】また、キャビティの外壁に誘電体コアの２
つの軸方向にくびれたくびれ部を設け、ネジの一部をく
びれ部でキャビティ外に配置することにより、キャビテ
ィの外部を通るネジをキャビティの外形形状より大きく
広がった位置に通すことがなく、全体の大型化が避けら
れる。しかも、キャビティの内側を通るネジと外側を通
るネジとで、パネルをキャビティの開口面に圧着するの
で、パネルに曲げ応力がかかり難く、キャビティの開口
面における平面性を保つことができる。その結果、ネジ
締めトルクによって周波数特性が変化するようなことも
避けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る誘電体共振器装置および
フィルタの構成を示す分解斜視図

【図２】同装置の入出力ループおよび結合ループととも
に示したキャビティの上面図

【図３】アース板の部分断面図

【図４】誘電体共振器装置における３つの共振モードの
例を示す図

【図５】各共振モード間の結合調整および周波数調整の
例を示す図

【図６】第２の実施形態に係るデュプレクサの構成を示
す上面図

【図７】第３の実施形態に係る通信装置の構成を示すブ
ロック図

【符号の説明】

１−キャビティ ２−誘電体コア ３−上パネル ４−下パネル ５，６−アース板 ７−同軸コネクタ ８−ネジ ９−入出力ループ １０−結合ループ １１−くびれ部 ２０−穴 ２１〜２４−穴 ２１′〜２４′−溝 ２５〜２８−溝 １００，１０１−誘電体共振器装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口面を有し、内部に誘電体コアを収納
   する、表面に導体膜を被覆したセラミック製のキャビテ
   ィと、前記開口面を覆う導電性を有するパネルとを備え
   た誘電体共振器装置において、 前記開口面における前記キャビティ表面の導体膜と前記
   パネルとの間に弾性を有するアース板を挟むとともに、
   前記パネルを前記キャビティに圧着状態に固定した誘電
   体共振器装置。
2. 【請求項２】 前記アース板に、前記開口面の導体膜と
   前記パネルとの間隙方向に厚みをもたせる突起を設けた
   請求項１に記載の誘電体共振器装置。
3. 【請求項３】 前記開口面は、前記キャビティの略平行
   に対向する第１・第２の開口面であり、前記パネルは、
   前記第１・第２の開口面をそれぞれ覆う第１・第２のパ
   ネルであり、当該第１・第２のパネル同士をネジ留めし
   た請求項１または２に記載の誘電体共振器装置。
4. 【請求項４】 前記ネジを複数箇所に設け、そのうち少
   なくとも一部は、前記キャビティ内を通る位置に設けた
   請求項３に記載の誘電体共振器装置。
5. 【請求項５】 前記誘電体コアは２つの誘電体柱が交差
   した十字形状を成すとともに、前記キャビティ内に一体
   成形されたものとし、前記キャビティの開口面に平行な
   面での該キャビティの外壁の断面形状を略一定とし、且
   つ前記キャビティの外壁に前記２つの誘電体柱のそれぞ
   れの軸方向にくびれたくびれ部を設け、前記ネジの一部
   を前記くびれ部でキャビティ外に配置し、他のネジを前
   記くびれ部以外の位置でキャビティ内に配置した、請求
   項３または４に記載の誘電体共振器装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれかに記載の誘
   電体共振器装置を備え、前記パネルに入出力ループを設
   けて成るフィルタ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のフィルタにおいて、前
   記キャビティと前記誘電体コアによる複数の共振領域の
   うち２つの共振領域の共振モードと結合する入出力ルー
   プを、または該入出力ループに結合する電極を、共通の
   アンテナ用入出力部として外部へ取り出して成るデュプ
   レクサ。
8. 【請求項８】 請求項６に記載のフィルタまたは請求項
   ７に記載のデュプレクサを設けた通信装置。