JP2003101308A - 誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広帯域に亘って平衡特性を維持できるように
した誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、およびそれ
らを備えた通信装置を構成する。 【解決手段】 内面に内導体を形成した内導体形成孔
を、誘電体ブロック１の一方の面からそれに対向する他
方の面にかけて設け、該内導体形成孔内の内導体の両端
付近を開放させるとともに、誘電体ブロック１の外面
に、内導体の開放端付近に静電容量結合する平衡型入出
力端子７，８と外導体３とを形成し、誘電体ブロック１
の内導体形成孔の一方の開口面を覆うように金属カバー
１０を設けて、この金属カバー１０をＴＥＭモード以外
のＴＥモードなどのスプリアスモードにおける短絡導体
として作用させて、スプリアスモードの影響を回避す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はマイクロ波帯など
で使用される誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、お
よびそれらを備えた通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波帯などにおけるフィル
タとして、誘電体ブロックの内部に内導体形成孔を設
け、外面に外導体を形成した、１段または複数段の共振
器から成る誘電体フィルタが構成されている。

【０００３】このような誘電体ブロックを用いた誘電体
フィルタは、誘電体ブロックの外面に、内導体に対して
静電容量で結合する入出力端子を設けて不平衡型で信号
の入出力を行うようにしたものであった。そのため、例
えば平衡入力型の増幅回路などに対して信号を与えるた
めには、バラン（不平衡−平衡変換器）を用いて、不平
衡型の信号を平衡型の信号に変換していた。しかし、こ
のような形態ではバランによる挿入損失が大きいこと、
バランを回路基板上に配置するためのスペースを確保す
る必要があって小型化できないこと、などの問題があっ
た。

【０００４】そこで、本願出願人は、予めそれ自体で平
衡型で信号の入出力を行えるようにした誘電体フィルタ
に関して、特願平１１−３１４６５７および特願２００
０−０３６３０２を出願している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】平衡型で入出力を行う
誘電体フィルタにおいては、平衡型の入出力端子間の位
相差が１８０度で、その振幅差が０であることが理想で
ある。

【０００６】ところが、上記平衡型の入出力端子を備え
た誘電体フィルタにおいては、誘電体ブロックおよびそ
れに形成した内外の導体によるＴＥＭモード共振で生じ
る特性とは異なったフィルタ特性が生じる場合があっ
た。このような、設計とは異なるフィルタ特性が生じる
と、平衡型の入出力端子間の位相差が１８０度、振幅差
が０という理想的な関係が、広帯域に亘って得られない
という問題があった。

【０００７】発明者らの種々の実験結果から推測すれ
ば、誘電体ブロックおよび、その外面の外導体によって
ＴＥモード等のスプリアスモードが生じ、そのスプリア
スモードの共振周波数が使用周波数帯に影響を及ぼして
いることが、上記平衡特性を悪化させている原因である
ものと考えられる。

【０００８】この発明の目的は、広帯域に亘って平衡特
性を維持できるようにした誘電体フィルタ、誘電体デュ
プレクサ、およびそれらを備えた通信装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、それぞれの
内面に内導体を形成した複数の内導体形成孔を、誘電体
ブロックの一方の面からそれに対向する他方の面にかけ
て設け、該内導体形成孔内の内導体の両端付近を開放さ
せるとともに、前記複数の内導体形成孔のうち、所定の
内導体形成孔内の内導体の開放端付近に静電容量結合す
る平衡型入出力端子と、他の内導体形成孔内の内導体の
一方の開放端付近に静電容量結合する不平衡型入出力端
子と、外導体とを、前記誘電体ブロックの外面に形成す
るとともに、不平衡型入出力端子が形成された側であっ
て、誘電体ブロックの内導体形成孔の一方の開口面に、
またはその開口面から所定距離離れた位置に、外導体に
導通する接地電極を配置することによって誘電体フィル
タを構成する。

【００１０】また、この発明は、それぞれの内面に内導
体を形成した複数の内導体形成孔を、誘電体ブロックの
一方の面からそれに対向する他方の面にかけて設け、該
内導体形成孔内の内導体の両端付近を開放させるととも
に、前記複数の内導体形成孔のうち、所定の内導体形成
孔内の内導体の開放端付近に静電容量結合する第１の平
衡型入出力端子と、他の内導体形成孔内の内導体の開放
端付近に静電容量結合する第２の平衡型入出力端子と、
外導体とを、前記誘電体ブロックの外面に形成するとと
もに、誘電体ブロックの内導体形成孔の一方の開口面
に、または該開口面から所定距離離れた位置に、前記外
導体に導通する接地電極を配置することによって誘電体
フィルタを構成する。

【００１１】この構造により、内導体形成孔の一方の開
口面を、ＴＥモードのように、誘電体ブロックと外導体
とによる共振モードに対して短絡導体として作用させ、
ＴＥモードなどのスプリアスモードの共振周波数を大き
くずらせて、その影響を回避できるようにする。

【００１２】また、この発明は、前記接地電極として、
内導体形成孔の開口面付近を覆う金属カバーで構成す
る。

【００１３】また、この発明は、前記誘電体ブロックの
内導体形成孔の開口面に突出部または陥凹部を形成する
とともに、その突出部または陥凹部に前記接地電極を形
成する。

【００１４】また、この発明は、前記接地電極を、誘電
体ブロックの内導体形成孔の一方の開口面に電極膜を形
成することにより設ける。

【００１５】また、この発明は、上記何れかの構造の誘
電体フィルタを備えて誘電体デュプレクサを構成する。

【００１６】更に、この発明は上記誘電体フィルタまた
は誘電体デュプレクサを備えて通信装置を構成する。

【００１７】

【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る誘電体フィ
ルタの構成を図１〜図４を参照して説明する。図１は誘
電体フィルタの斜視図である。ここで１は略直方体形状
の誘電体ブロックであり、その内部に内導体形成孔を設
けている。誘電体ブロック１の外面には外導体３および
入出力端子７，８などを形成している。上記内導体形成
孔の開口面には、外導体３を形成していなくて、その一
方の開口面を所定距離離れた位置で覆うように金属カバ
ー１０を設けている。この金属カバー１０は、その一部
を外導体３に対して半田付けにより、または導電性接着
剤などにより接合している。この金属カバーを付けた誘
電体フィルタを実装基板に実装する際、７，８などで示
す入出力端子を実装基板上の電極に接続するとともに、
金属カバー１０の端部を実装基板上の接地電極に半田付
け等により接続する。この構造により、内導体形成孔の
開口面に生じる外導体の開放面を金属カバー１０で実質
的に覆うことができる。その結果、ＴＥモードなどのよ
うに、誘電体ブロック１および外導体３によって生じる
スプリアスモードの共振周波数を、使用するＴＥＭモー
ドの共振周波数から大きく離れた位置にシフトさせるこ
とができる。

【００１８】図２は、図１に示した金属カバー１０を取
り付ける前の誘電体フィルタの構成を示す斜視図および
断面図である。（Ａ）は実装基板に対する実装面を上面
にした状態での斜視図、（Ｂ）は２つの内導体形成孔の
軸を通る面の断面図である。誘電体ブロック１の内部に
は２つの内導体形成孔２ａ，２ｂを設けている。内導体
形成孔２ａ，２ｂの両端部の開口面には外導体３を形成
していない。内導体形成孔２ａ，２ｂの内面には内導体
４ａ，４ｂを形成している。

【００１９】この構造により、内導体４ａ，４ｂは、そ
れぞれ両端開放の半波長で共振するλ／２共振器として
作用する。入出力端子６は、内導体形成孔２ａ内面の内
導体４ａの一方の開放端付近との間で容量性結合して不
平衡型入出力端子として作用する。また、入出力端子
７，８は、内導体形成孔２ｂ内面の内導体４ｂの両開放
端付近との間でそれぞれ容量性結合して平衡型入出力端
子として作用する。

【００２０】このように、平衡型入出力端子の一方の入
出力端子８と不平衡型の入出力端子６とが近接する開口
面（図における左手前面）を、図１に示した金属カバー
１０で覆うことによって、平衡特性を改善する。

【００２１】なお、内導体形成孔２ａ，２ｂを、その開
放端付近の内径が、等価的な短絡端付近である中央部の
内径より太いステップ構造とすることにより、隣接する
共振器間を容量性結合させるとともに、内導体形成孔の
軸長を短縮化している。

【００２２】図３は、図１に示した構造の誘電体フィル
タを、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚが通過帯域となるよ
うに設計した場合の平衡特性を示す図である。（Ａ）は
平衡型入出力端子間の位相差、（Ｂ）は平衡型入出力端
子間の振幅差であり、金属カバーを設けた誘電体フィル
タと、金属カバーを設けない誘電体フィルタとについ
て、それぞれ示している。ここで、Ａで示す太線は上記
金属カバーを設けた場合の特性、Ｂで示す細線は上記金
属カバーを設けなかった場合の特性である。このように
金属カバー１０を設けたことにより、２．１ＧＨｚ〜
２．８ＧＨｚ以上の広帯域に亘って位相差が１８０°付
近で平坦となり、少なくとも２．３〜２．６ＧＨｚの広
帯域に亘って振幅差が±１ｄＢの範囲に収まる。これに
対し、金属カバーを設けなかった場合には、位相差が１
８０度付近となる周波数範囲が非常に狭く、また振幅差
が略等しくなる周波数範囲も非常に狭い。

【００２３】なお、平衡型入出力端子の一方の入出力端
子だけが近接する、誘電体ブロックの内導体形成孔の開
口面（図２における右後方の開口面）、を金属カバーで
覆っても、すなわち、図１に示した金属カバー１０で、
反対側の開口面を覆うようにしても、図３に示したよう
な特性改善は見られなかった。このことから、２つの入
出力端子が近接している開口面が、ＴＥモードなどのス
プリアスモードに大きな影響を与えること、および、そ
の開口面を短絡導体で覆うことによってＴＥモードなど
のスプリアスモードの共振周波数を大きくずらせられる
ことが分かる。

【００２４】図２に示した例では、平衡−不平衡変換機
能付の誘電体フィルタについて示したが、誘電体ブロッ
ク１の外面に形成する外導体３および入出力端子５，
６，７，８の構造を、図４に示すようにすることによっ
て、２つのポートを共に平衡型にした、平衡入出力型の
誘電体フィルタを構成してもよい。すなわち、図４にお
いて第１の平衡型入出力端子５，６は内導体形成孔２ａ
内面の内導体の両開放端付近とそれぞれ容量性結合し、
同様に第２の平衡型入出力端子７，８は内導体形成孔２
ｂ内面の内導体の両開放端付近とそれぞれ容量性結合す
る。その他の構造は図２に示したものと同様である。

【００２５】図５は、第２の実施形態に係る誘電体フィ
ルタの斜視図である。（Ａ）は実装面を上面にして表し
た斜視図、（Ｂ）は２つの内導体形成孔の軸を通る面の
断面図である。図２に示した誘電体フィルタと異なり、
内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面に外導体３を形
成している。それとともに、この外導体３を形成した開
口面付近に、ｇで示す内導体非形成部を設けて、この部
分で内導体４ａ，４ｂを開放させている。その他の部分
の構造は図２に示したものと同様である。

【００２６】このようにして内導体形成孔２ａ，２ｂの
一方の開口面にのみ外導体３を形成することによって、
誘電体ブロック１および外導体３によるＴＥモードなど
のスプリアスモードの共振周波数を使用周波数帯から大
きく離して、図３に示したものと同様の広帯域特性を得
ることができる。

【００２７】図６は、第３の実施形態の誘電体フィルタ
の斜視図である。この例では、内導体形成孔２ａ，２ｂ
の一方の開口面（図における左手前面）に外導体３を形
成するとともに、この外導体３が内導体形成孔２ａ，２
ｂ内面の内導体に導通しないように間隙部ｇを設けてい
る。その他の部分の構造は図２に示したものと同様であ
る。

【００２８】このような構造によって、誘電体ブロック
１と外導体３によるＴＥモードなどのスプリアスモード
による影響を抑えた、半波長共振する２つの共振器を備
えた誘電体フィルタを得ることができる。

【００２９】図７は、第４の実施形態に係る誘電体フィ
ルタの斜視図である。この例では、内導体形成孔２ａ，
２ｂの一方の開口面に、内導体に導通する電極１１ａ，
１１ｂおよび外導体３を形成している。その他の部分の
構造は図２に示したものと同様である。このように、内
導体の一方の開放端を、開口面に形成した外導体との間
にストレー容量を生じさせた構造であっても、同様の効
果が得られる。

【００３０】図８は、第５の実施形態に係る誘電体フィ
ルタの斜視図である。この例では、誘電体ブロック１の
内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面に所定深さのス
リット状陥凹部１２を形成し、その内面に外導体３を設
けている。その他の構造は図２に示したものと同様であ
る。この陥凹部１２に形成した外導体が、誘電体ブロッ
ク１および外導体３によるＴＥモードなどのスプリアス
モードの短絡導体として作用し、そのスプリアスモード
の周波数を使用周波数帯に影響のない周波数にずらせる
ことができる。

【００３１】尚、この陥凹部１２に形成した外導体３
が、２つの内導体形成孔２ａ，２ｂ内面の内導体の開放
端付近で挟まれる位置に存在するため、この陥凹部１２
で２つの共振器間の結合度も同時に定めることができ
る。すなわち、陥凹部１２に形成した外導体により、２
つの共振器間の容量性結合を抑え、誘導性結合を相対的
に増すことによって、２つの共振器間の結合度を定める
ことができる。

【００３２】図９は第６の実施形態に係る誘電体フィル
タの斜視図である。この例では、内導体形成孔２ａ，２
ｂの開口面に、その開口面から突出する突出部１３を形
成し、その突出面に外導体３を形成している。その他の
構造は図２に示したものと同様である。

【００３３】このように内導体形成孔２ａ，２ｂの一方
の開口面付近に外導体を設けたことによって、その外導
体がスプリアスモードの短絡導体として作用し、そのス
プリアスモードによる影響を回避することができる。
尚、このように、内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口
面から突出した位置に外導体を設けたことによって、図
８に示した構造とは逆に、２つの共振器間の結合度に影
響を与えることなく、スプリアスモードによる影響を改
善できる。

【００３４】図１０は図９に示した誘電体フィルタと従
来の誘電体フィルタの特性を示す図である。ここで、Ａ
は図９に示した誘電体フィルタの通過特性、Ｂは従来の
誘電体フィルタの通過特性を示している。この誘電体フ
ィルタは２．４ＧＨｚを中心とする帯域通過特性を示す
ものであるが、図９に示した突出部１３およびその突出
部に形成した外導体３を設けることによって、ＴＥモー
ドなどのスプリアスモードの共振周波数を使用周波数帯
から大きく離して、その影響を受けぬようにし、通過帯
域の高域側および低域側の減衰量を大きく確保すること
ができる。

【００３５】図１１は、第７の実施形態に係る誘電体フ
ィルタの斜視図である。この例では、誘電体ブロック１
の内導体形成孔２ａ，２ｂの開口面付近にスリット１４
を形成して、このスリット１４部分で内導体形成孔２
ａ，２ｂ内面の内導体を開放させている。これに対向す
る他方の開口面には外導体３を設けておらず、開放面と
している。スリット１４で区切られた外側の面には外導
体３を設けている。この外導体３は内導体とは導通して
いないため、ＴＥＭモードの短絡面とはならず、ＴＥモ
ードなどのスプリアスモードにおける短絡導体として作
用する。このような構造によっても、スプリアスモード
の共振周波数を使用周波数帯から大きくずらせることが
できる。

【００３６】以上に示した各実施形態では、誘電体ブロ
ックに２段の共振器を構成した誘電体フィルタについて
示したが、同様にして３段以上の共振器を備えた誘電体
フィルタを構成してもよい。また、以上に示した各実施
形態では、誘電体ブロックに１組の誘電体フィルタを構
成した例について示したが、単一の誘電体ブロックに送
信フィルタと受信フィルタとして用いる２組のフィルタ
を同様にして構成し、アンテナ共用器としての誘電体デ
ュプレクサを構成してもよい。

【００３７】次に、第８の実施形態に係る通信装置の構
成を図１２を参照して説明する。図１２において、ＡＮ
Ｔは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦ
ａ，ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，
ＡＭＰｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂはそ
れぞれミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＳＹＮは周波数シ
ンセサイザである。

【００３８】ＭＩＸａは送信中間周波数信号ＩＦと、Ｓ
ＹＮから出力された信号とを混合し、ＢＰＦａはＭＩＸ
ａからの混合出力信号のうち送信周波数帯域のみを通過
させ、ＡＭＰａはこれを電力増幅してＤＰＸを介しＡＮ
Ｔより送信する。ＡＭＰｂはＤＰＸから取り出した受信
信号を増幅する。ＢＰＦｂはＡＭＰｂから出力される受
信信号のうち受信周波数帯域のみを通過させる。ＭＩＸ
ｂは、ＳＹＮから出力された周波数信号と受信信号とを
ミキシングして受信中間周波信号ＩＦを出力する。

【００３９】

【発明の効果】この発明によれば、平衡型入出力端子
と、不平衡型入出力端子と、外導体とを誘電体ブロック
の外面に形成するとともに、不平衡型入出力端子が形成
された側であって、誘電体ブロックの内導体形成孔の一
方の開口面に、またはその開口面から所定距離離れた位
置に、外導体に導通する接地電極を配置して誘電体フィ
ルタを構成したことにより、ＴＥモードなどのスプリア
スモードの影響を受けることなく平衡型の入出力を行う
ことができる。

【００４０】また、この発明によれば、第１・第２の平
衡型入出力端子と外導体とを誘電体ブロックの外面に形
成するとともに、第１・第２の平衡型入出力端子のそれ
ぞれの一方の端子が近接する、誘電体ブロックの内導体
形成孔の一方の開口面に、またはその開口面から所定距
離離れた位置に、外導体に導通する接地電極を配置して
誘電体フィルタを構成したことにより、ＴＥモードなど
のスプリアスモードの影響を受けることなく平衡型の入
出力を行うことができる。

【００４１】また、この発明によれば、金属カバーを接
地電極として設けることにより、誘電体ブロック自体は
変更することなく、ＴＥモードなどのスプリアスモード
による影響を容易に回避することができる。

【００４２】また、この発明によれば、誘電体ブロック
の内導体形成孔の開口面に突出部または陥凹部を形成す
るとともに、その突出部または陥凹部に接地電極を形成
したことにより、外部に金属カバーなどを設けることな
く、ＴＥモードなどのスプリアスモードによる影響を回
避することができる。

【００４３】また、この発明によれば、誘電体ブロック
の内導体形成孔の一方の開口面に電極膜による接地電極
を形成したことにより、外部に金属カバーなどを設ける
ことなく、ＴＥモードなどのスプリアスモードによる影
響を回避することができる。

【００４４】また、この発明によれば、上記何れかの構
造の誘電体フィルタを備えた誘電体デュプレクサを構成
することにより、例えば送信フィルタと受信フィルタと
の隣接周波数帯域での減衰量が大きくでき、例えば送信
信号の受信フィルタへの回り込みが確実に抑制された状
態で、平衡型の入出力を行えるようになる。

【００４５】更に、この発明によれば、上記誘電体フィ
ルタまたは誘電体デュプレクサを備えた通信装置を構成
することにより、平衡−不平衡変換器などを用いること
なく、小型で高効率な通信特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図

【図２】同誘電体フィルタの誘電体ブロック部分の構成
を示す斜視図および断面図

【図３】同誘電体フィルタの特性を示す図

【図４】誘電体ブロック部分の他の構成例を示す図

【図５】第２の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図
および断面図

【図６】第３の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図

【図７】第４の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図

【図８】第５の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図

【図９】第６の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図

【図１０】同誘電体フィルタの斜視図

【図１１】第７の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視
図

【図１２】第８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−誘電体ブロック ２−内導体形成孔 ３−外導体 ４−内導体 ５〜８−入出力端子 １０−金属カバー １１−電極 １２−陥凹部 １３−突出部 １４−スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 英幸 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 HA11 HA15 HA18 HA25 JA01 JA31 LA01 NA04 NC03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれの内面に内導体を形成した複数
   の内導体形成孔を、誘電体ブロックの一方の面からそれ
   に対向する他方の面にかけて設け、該内導体形成孔内の
   内導体の両端付近を開放させるとともに、前記複数の内
   導体形成孔のうち、所定の内導体形成孔内の内導体の開
   放端付近に静電容量結合する平衡型入出力端子と、他の
   内導体形成孔内の内導体の一方の開放端付近に静電容量
   結合する不平衡型入出力端子と、外導体とを、前記誘電
   体ブロックの外面に形成した誘電体フィルタにおいて、 前記不平衡型入出力端子が形成された側であって、前記
   誘電体ブロックの内導体形成孔の一方の開口面に、また
   は該開口面から所定距離離れた位置に、前記外導体に導
   通する接地電極を配置した誘電体フィルタ。
2. 【請求項２】 それぞれの内面に内導体を形成した複数
   の内導体形成孔を、誘電体ブロックの一方の面からそれ
   に対向する他方の面にかけて設け、該内導体形成孔内の
   内導体の両端付近を開放させるとともに、前記複数の内
   導体形成孔のうち、所定の内導体形成孔内の内導体の開
   放端付近に静電容量結合する第１の平衡型入出力端子
   と、他の内導体形成孔内の内導体の開放端付近に静電容
   量結合する第２の平衡型入出力端子と、外導体とを、前
   記誘電体ブロックの外面に形成した誘電体フィルタにお
   いて、 前記誘電体ブロックの内導体形成孔の一方の開口面に、
   または該開口面から所定距離離れた位置に、前記外導体
   に導通する接地電極を配置した誘電体フィルタ。
3. 【請求項３】 前記接地電極を、前記内導体形成孔の開
   口面付近を覆う金属カバーとした請求項１または２に記
   載の誘電体フィルタ。
4. 【請求項４】 前記接地電極を、前記誘電体ブロックの
   前記開口面から突出する突出部または前記開口面から陥
   凹する陥凹部に形成した電極膜とした請求項１または２
   に記載の誘電体フィルタ。
5. 【請求項５】 前記接地電極を、前記誘電体ブロックの
   前記内導体形成孔の一方の開口面に形成した電極膜とし
   た請求項１または２に記載の誘電体フィルタ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれかに記載の誘
   電体フィルタを備えてなる誘電体デュプレクサ。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のうちいずれかに記載の誘
   電体フィルタまたは請求項６に記載の誘電体デュプレク
   サを備えてなる通信装置。