JP2004140855A - 高周波回路素子および高周波回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】　回路基板に搭載可能で小型化された，損失の小さいフィルタ等の高周波回路素子及び高周波回路モジュールを提供する。
【解決手段】　高周波回路素子は、誘電部材１と、誘電部材１を取り囲む遮蔽導体２と、誘電部材１を固定・支持するための支持部材３と、マイクロストリップ線路からなる１対の伝送線路４とを備えている。伝送線路４は、誘電体からなる基板６とストリップ導体５と接地導体層９とによって構成されている。ストリップ導体５の先端部は、誘電部材１の一部に対向していて、出力結合又は入力結合する結合プローブとして機能する。伝送線路４は、ストリップ線路，マイクロストリップ線路，コプレーナ線路等であり、回路基板への接続に際して損失が少ない。
【選択図】　　　　図１

Description

　本発明は、無線通信システムを初めとした、高周波信号を扱う装置に用いられる共振用の高周波回路素子及び高周波回路モジュールに関する。

　従来より、高周波フィルタをはじめとして、基本要素として共振体を備えた高周波回路素子は通信システムに不可欠の要素である。また、共振体の中でも、誘電体例えば高誘電率かつ低損失のセラミックス材料を用いることにより、小型で、低損失（高Ｑ）な共振器として機能する高周波回路素子を実現することができる。

　ところで、このような共振器と、共振器以外の回路要素、例えば、増幅回路、発振回路、ミキサー回路などとを同一の基板上に設け、高周波回路をモジュール構成にすることも可能である。その場合には、共振器に対して、基板上のストリップ線路等の伝送線路から高周波信号を入出力する必要がある。このような高周波回路で、かつ誘電体を用いたものとして、例えば特開平１０−２８４９４６号公報に開示されているように、回路基板上に誘電部材を配置し、その近傍にストリップ線路を配置することによって、共振器への高周波信号の入出力を行なうものが知られている。

　この場合、誘電部材は、円形断面を有していてＴＥ₀₁δ モードの共振を行なっている。そして、ストリップ線路からの高周波信号のうち所望の周波数成分のみを透過させたり、あるいは、不要な周波数成分を取り除いたりする目的で、誘電部材が用いられている。

　しかしながら、上記従来のような誘電部材を基板上に配置した高周波回路においては、以下のような不具合があった。

　まず、誘電部材を遮蔽することなく用いているので、誘電部材からの高周波信号（電磁波）が放射する。そのために、共振器の損失が増加する、つまり、共振Ｑ値が低下するおそれがあった。また、放射した電磁波が基板上の他の回路と結合して、回路動作の不安定を招くおそれがあった。さらに、放射した電磁波と他の回路との結合を抑えるために、誘電部材と他の回路とをある程度の距離を隔てて配置する必要があるので、モジュール全体の小型化を阻む要因になっている。

　以上のような不具合は、高周波回路において扱う高周波信号の周波数が高くなるほど顕著に現れるため、ミリ波帯などにおいては、致命的な問題となるおそれがある。

　また、ＴＥ₀₁δ モード共振器では、共振電界の分布が円筒形の誘電部材内部で同心円を描くように回転していることがあり、基板上に配置されたストリップ線路などとの所望の結合を得るのが困難になることもある。

　本発明の目的は、誘電部材を組み込んだ，損失の小さい高周波回路素子及び高周波回路モジュールを提供することにある。

　本発明の高周波回路素子は、電磁波の共振状態を生じさせることが可能な少なくとも１つの誘電部材と、上記誘電部材の周囲を取り囲む遮蔽導体と、上記誘電部材の一部に対向して配置されるストリップ導体，該ストリップ導体に対向する接地導体層，及びストリップ導体−接地導体層間に介在する誘電体層を有する少なくとも１つの伝送線路と、上記伝送線路に接続され、上記誘電部材との間で電磁波の入力結合機能又は出力結合機能を有する結合プローブとを備えている。

　これにより、誘電部材が遮蔽導体によって囲まれているので、誘電部材から外部への電磁波の放射が遮断されるとともに、伝送線路の構造上、高周波回路内で他の半導体デバイス等への接続が円滑になされる。すなわち、従来導波管などで実現されていた機能が、回路基板上で実現される。従って、損失が小さく，つまりＱ値が大きく、かつ、高周波回路素子が配置される高周波回路全体のサイズの小型化を図ることができる。

　上記誘電部材は、ＴＭモードで励振されるものであることにより、ＴＭモード共振器では電界が誘電部材の長手方向に向いているので、伝送線路のストリップ導体と結合が容易に実現する。その結果、入出力にストリップ導体を有する伝送線路を用いることができ、伝送線路を高周波回路と共通の基板上に配置することにより、モジュール構成の高周波回路に適用することが容易となる。

　上記伝送線路は、ストリップ線路，マイクロストリップ線路，コプレーナ線路及びマイクロワイヤ線路のうち少なくともいずれか１つを含むことが好ましい。

　上記遮蔽導体内部において、上記遮蔽導体と上記誘電部材との間の空間を埋めて，上記誘電部材を支持する絶縁層をさらに備えることにより、誘電部材の共振状態が安定化する。

　上記遮蔽導体は、上記絶縁層の外表面に形成された導体被膜から形成され、上記ストリップ導体は、上記遮蔽導体とは分離するように上記導体被膜から形成されていて、上記導体被膜のうち上記ストリップ導体に対向する部分が上記接地導体層として機能することにより、製造工程の簡素化及び製造コストの低減を図ることができる。

　上記接地導体層は、上記遮蔽導体の一部となる１つの壁部を形成しており、上記接地導体層に形成された溝と、上記溝を跨いで上記接地導体層の上に設けられ、上記誘電部材を支持する絶縁体支持板とをさらに備える構造を採ることもできる。

　上記少なくとも１つの伝送線路は１対設けられており、帯域通過フィルタとして機能することができる。

　その場合には、上記ストリップ導体の先端部は上記誘電体層の外方に延びていて、この先端部が上記結合プローブとして機能することもできるし、上記ストリップ導体の先端部は上記誘電体層の上に位置しており、この先端部が上記結合プローブとして機能することをもできる。

　上記ストリップ導体の先端部は、上記誘電部材との結合が大きくなる方向に曲げられていることが好ましい。

　特に、上記ストリップ導体の主部が上記誘電部材の長手方向に交差する方向に延びている場合には、上記ストリップ導体の先端部は、上記誘電部材の長手方向にほぼ並行に延びていることが好ましい。

　上記少なくとも１つの伝送線路は、１つの連続した線路であり、帯域阻止フィルタとして機能することもできる。

　その場合には、上記ストリップ導体の端部を除く一部が上記誘電部材と対向しており、上記一部が上記結合プローブとして機能することになる。

　上記ストリップ導体の上記一部は、上記誘電部材との結合が大きくなる方向に曲げられていることが好ましい。

　特に、上記ストリップ導体の主部が上記誘電部材の長手方向に交差する方向に延びている場合には、上記ストリップ導体の上記一部は、上記誘電部材の長手方向にほぼ並行に延びていることが好ましい。

　誘電体基板と、上記誘電体基板の上記誘電部材に対向する面上に形成され、上記遮蔽導体の一部となる第１の導体膜とをさらに備えていることにより、製造工程の簡素化を図ることができる。

　上記誘電部材は、例えば四角柱又は円柱である。

　上記誘電部材の長手方向に垂直な方向における誘電部材の断面形状が、その面積が中央部で最大になるように変化していることにより、高周波回路素子の小型化を図ることができる。

　上記少なくとも１つの誘電部材は、互いに結合している複数の誘電部材であってもよい。

　上記遮蔽導体を貫通して上記遮蔽導体に囲まれる領域に挿入され、先端で上記誘電部材に対向する周波数調整ねじをさらに備えることにより、周波数特性をより微細に調整することができる。

　上記少なくとも１つの誘電部材は、互いに結合している複数の誘電部材である場合には、上記遮蔽導体を貫通して上記遮蔽導体に囲まれる領域に挿入され、先端で上記各誘電部材間の間隙部に対向する段間結合調整ねじをさらに備えることにより、段間の結合状態をより微細に調整することができる。

　本発明の高周波回路モジュールは、複数の高周波回路素子と、上記複数の高周波回路素子間に設けられた位相回路とを備え、上記各高周波回路素子は、電磁波の共振状態を生じさせることが可能な少なくとも１つの誘電部材と、上記誘電部材の周囲を取り囲む遮蔽導体と、上記誘電部材の一部に対向して配置されるストリップ導体，該ストリップ導体に対向する接地導体層，及びストリップ導体−接地導体層間に介在する誘電体層を有する少なくとも１つの伝送線路と、上記伝送線路に接続され、上記誘電部材との間で高周波信号の入力結合機能又は出力結合機能を有する結合プローブとを有しており、上記各高周波回路素子の伝送線路が、上記位相回路に接続されている。

　これにより、小型で低損失な共用器（周波数帯域の異なる送受信信号を合波・分離する）を実現することができ、従来導波管などで実現されていた機能が、回路基板上で実現されることになる。

　　上記複数の高周波回路素子の共振状態における中心周波数が互いに異なっている場合にも、処理が可能になる。

　例えば、上記位相回路がアンテナに接続されている場合には、上記複数の高周波回路素子を利用して、同時に送受信を行なうことが容易となる。

　以上説明したように、本発明の高周波回路素子の構成を用いることによって、簡単な構成で小型でＱ値の高い共振動作を可能となる。特に、ミリ波帯での共振器やフィルタなどの回路素子に適用することによって、よりその効果が発揮される。

　さらに、上記高周波回路素子を応用して構成される高周波回路モジュールは、上記高周波回路素子の小型、高Ｑ値の特性を生かして構成したことにより、小型・低損失で、高い機能を発揮する。

　　（第１の実施形態）
　図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路素子の斜視図、縦断面図及び横断面図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の高周波回路素子は、例えばＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料等のセラミックス材料などからなる四角柱形状の誘電部材１と、誘電部材１を取り囲む，内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金等からなる遮蔽導体２と、誘電部材１を固定・支持するための，ポリテトラフルオロエチレン樹脂などからなる支持部材３と、マイクロストリップ線路からなる１対の伝送線路４とを備えている。伝送線路４は、高周波信号が流れる方向に応じて、入力線路又は出力線路として機能する。

　また、伝送線路４は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等からなる伝送線路基板６と、伝送線路基板６の上面上に形成された，銀製リボン等からなるストリップ導体５と、伝送線路基板６をその裏面から支持する接地導体層９とによって構成されている。接地導体層９は、遮蔽導体２の一部によって構成されている。そして、各伝送線路４は、遮蔽導体２の一部を貫通して遮蔽導体によって囲まれる領域内に挿入されている。つまり、遮蔽導体２の長手方向に直交する側壁の一部分に窓を開け、伝送線路４を挿入するとともに、窓部において絶縁体７によって伝送線路４の上面を覆っている。この絶縁体７は伝送線路基板６上のストリップ導体５が遮蔽導体２に短絡しないようにするためのものである。そして、遮蔽導体２の内部では、ストリップ導体５の先端部が絶縁体基板６の外側に突出し、その先端部が誘電部材１の長手方向に直交する側面に対向していて結合プローブ部８となっている。この結合プローブ部８は、高周波信号の流れる方向に応じて誘電部材１と入力結合機能又は出力結合機能を有するものである。

　なお、図示しないが、本実施形態及び後述する他の実施形態において、この伝送線路４は、回路基板に搭載された各種回路（増幅回路や音声変換回路，画像変換回路）などに接続されている。

　本実施形態の場合、遮蔽導体２の一部分でもある接地導体層９が、伝送線路４のグランドプレーンとなる。したがって、伝送線路４と外部回路とを接続するためには、ストリップ導体５と接地導体層９との間に信号電圧が印加されるようにすれば済むので、信号の損失を小さく抑制することができる。

　本実施形態の高周波回路素子の構成において、誘電部材１，遮蔽導体２及び支持部材３の形状及び材質を適宜選択することにより、誘電部材１が、矩形断面共振体におけるＴＭ₁₁δ モードと呼ばれる共振モードで共振することが可能となり、本実施形態の高周波回路素子によって、ＴＭ₁₁δ モード共振器を実現することができる。そして、本実施形態の高周波回路素子を、１段の帯域フィルタとして用いることが可能である。

　ここで、矩形断面を有する誘電部材を用いた矩形断面共振体におけるＴＭ₁₁δ モードは、円筒状誘電部材を用いた円形断面共振体でのＴＭ₀₁δ モードと同等である。これは、モードの呼称における、はじめの２つの添え字（ここでは“１１”または“０１”）の決め方が、矩形断面共振体では断面の矩形の各辺方向での電磁界の周期性に基づいているのに対して、円形断面共振体では断面の円の円周方向と半径方向とにおける電磁界の周期性に基づいているからである。

　　（第２の実施形態）
　図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第２の実施形態に係る高周波回路素子の斜視図及び横断面図である。図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の高周波回路素子においては、第１の実施形態とは異なり、遮蔽導体２の長い方の側壁の一部分に窓を開け、伝送線路４を挿入した構造となっている。そして、ストリップ導体５の結合プローブ部８の側面が、誘電部材１の長手方向に直交する側面に対向している。その他の構造及び得られる効果は、基本的に第１の実施形態と同じである。

　なお、図２（ｂ）に示すように、１対の伝送線路４が遮蔽導体２の互いに対向する長い方の側壁から挿入されていなくてもよく、両者が同じ側壁から挿入されている構造でも、本実施形態と同じ効果を発揮することができる。

　−第２の実施形態の具体例−
　図２（ａ），（ｂ）に示す構造を有する高周波回路素子を、以下のような手順で形成した。誘電部材１として、サイズ１×１×４ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（ＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料，比誘電率：４２．２，ｆＱ値：４３０００ＧＨｚ）を準備し、この誘電部材１を、内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金製の遮蔽導体２の中に固定する。遮蔽導体２の内壁の寸法は２×２×１０ｍｍである。その際、支持部材３としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いて、遮蔽導体２と誘電部材１との隙間を満たした。伝送線路４は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる伝送線路基板６の上に、銀製のリボン（厚さ：０．１ｍｍ，幅：約１ｍｍ）からなるストリップ導体５を乗せたものを形成し、このストリップ導体５を伝送線路基板６上からはずれた遮蔽導体２の内部まで延ばして、この延長部を結合プローブ部８とする。

　図３は、電磁界解析によってシミュレーションされた本具体例の高周波回路素子の挿入損失の周波数特性（透過特性）である。同図から、約２６ＧＨｚに基本共振モードが存在することがわかる。電界分布の解析により、このモードはＴＭ₁₁δ モードであることが確認され、これにより、この高周波回路素子が共振回路（共振器）として動作することが確認された。

　図４は、試作された本具体例の高周波回路素子の挿入損失の周波数特性の実測データである。同図に示すデータは、高次共振モードを含めて、図３に示す電磁界解析によるシミュレーション結果とよく一致している。実測した無負荷Ｑ値は８７０であった。この測定は、以下の手順で行なった。図４のＴＭ₁₁δ モードのピーク付近を拡大して、ピークの周波数ｆ0，挿入損失Ｌ0（ｄＢ），及びピークの両側で損失がＬ0＋３（ｄＢ）になる周波数ｆ1，ｆ2 を計測する。そして、これらの値を下記式
　Ｑｕ＝｛ｆ0／｜ｆ1−ｆ2｜｝［１／｛１−１０^-L0/20｝］
に代入することにより、無負荷Ｑ値（Ｑｕ）を算出した。

　また、この具体例のセラミックス材料を用いたときの無負荷Ｑ値（Ｑｕ）の実測値は、高周波回路素子の構造を微調整することにより、約１０００まで向上することが確認されている。

　後に述べるように、他の低損失セラミックス材料を用いると、さらに無負荷Ｑ値が向上することもわかっている。

　通常のマイクロストリップ線路による１／２波長共振器のＱ値が１００程度であることを考慮すると、これらの無負荷Ｑ値の実測値は非常に高いことから、本実施形態の高周波回路素子により、非常に低損失な共振回路を構成できることが実証された。特に、ミリ波帯での共振器やフィルタなどの回路素子に適用することによって、よりその効果が発揮される。

　なお、本具体例は第２の実施形態の構造についての具体例であるが、第１の実施形態の構造についても、ほぼ同じ結果が得られる。

　　（第３の実施形態）
　図５は、本発明の第３の実施形態に係る高周波回路素子の縦断面図である。図５に示すように、本実施形態の高周波回路素子は、遮蔽導体２の内部に、２つの誘電部材１ａ，１ｂをほぼ同じ高さ位置で長手方向に直列に並べて配置することによって構成されている。その他の基本的な構造は、図１に示す第１の実施形態における高周波回路素子の構造と基本的には同じである。

　本実施形態の高周波回路素子は、以下の具体例によって確認されたように、低損失の２段の帯域通過フィルタとして機能することができる。

　−第３の実施形態の具体例−
　図５に示す構造を有する高周波回路素子を、以下のような手順で形成した。誘電部材１ａ，１ｂとして、サイズ１×１×４ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（ＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料，比誘電率：４２．２，ｆＱ値：４３０００ＧＨｚ）を２つ準備し、これらの誘電部材１ａ，１ｂを、内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金製の遮蔽導体２の中に固定する。遮蔽導体２の内壁の寸法は２×２×１２ｍｍである。その際、支持部材３としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いて、遮蔽導体２と誘電部材１ａ，１ｂとの隙間を満たした。伝送線路４は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる伝送線路基板６の上に、銀製のリボン（厚さ：０．１ｍｍ，幅：約１ｍｍ）からなるストリップ導体５を乗せたものを形成し、このストリップ導体５を伝送線路基板６上からはずれた遮蔽導体２の内部まで延ばして、この延長部を結合プローブ部８とする。

　図６は、電磁界解析によってシミュレーションされた第３の実施形態の具体例に係る高周波回路素子の挿入損失の周波数特性（透過特性）である。同図から、本具体例（つまり第３の実施形態）の高周波回路素子は、２段の帯域通過フィルタとして動作することが確認された。

　なお、本実施形態の高周波回路素子の構造において、第２の実施形態の高周波回路素子（図２参照）のように、遮蔽導体２の長い方の側壁の一部分に窓を開け、伝送線路４を挿入し、ストリップ導体５の結合プローブ部８の側面が、各誘電部材１ａ，１ｂの長手方向に直交する側面に対向している構造としても、本実施形態とほぼ同じ効果を発揮することができる。

　なお、本実施形態の２つの誘電部材に代えて、３つ以上の誘電部材を配置することも可能である。つまり、多段の帯域フィルタとして利用することも可能である。

　　（第４の実施形態）
　図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第４の実施形態に係る高周波回路素子の縦断面図及び横断面図である。図７（ａ）において、誘電部材１の位置は破線で示されている。図７（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の高周波回路素子においては、伝送線路４（マイクロストリップ線路）を構成するストリップ導体５及び伝送線路基板６が、遮蔽導体２の接地導体層９の短い方の辺に平行に形成された溝内に埋め込まれている。すなわち、ストリップ導体５及び伝送線路基板６は、接地導体層９の溝内で誘電部材１の両端部の直下方に挿入され、ストリップ導体５の先端部が誘電部材１の下面に対向している。本実施形態の高周波回路素子の他の部分の構造は、基本的に第１の実施形態と同様である。

　本実施形態においては、ストリップ導体５の伝送線路基板６上に位置している先端部をそのまま結合プローブ部８とすることができるので、第１の実施形態と同じ効果に加えて、入出力結合を行なう部分の構造が簡素化されると言う利点がある。

　なお、本実施形態の高周波回路素子の構造においては、伝送線路基板６と誘電部材１との高さ位置や横方向位置の位置関係によって、入出力の結含度を調節することができる。たとえば、伝送線路基板６と誘電部材１との間隔が小さくなって両者が互いに接近するほど入出力の結合度が大きくなり、伝送線路基板６が誘電部材１の中央部に近づくほど入出力の結合度が小さくなる傾向がある。そして、本実施形態の高周波回路素子は、第１の実施形態と同様に、共振器として機能し、低損失の１段の帯域フィルタとして用いることが可能である。

　なお、本実施形態においては、１つの誘電部材を配置した例について説明したが、第３の実施形態のごとく２つの誘電部材１ａ，１ｂを配置してもよいし、あるいは、３つ以上の誘電部材を配置することも可能である。つまり、２段あるいは多段の帯域フィルタとして利用することも可能である。

　　（第５の実施形態）
　図８は、本発明の第５の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図である。図８において、誘電部材１の位置は破線で示されている。図８に示すように、本実施形態の高周波回路素子においては、伝送線路４（マイクロストリップ線路）を構成するストリップ導体５及び伝送線路基板６が、遮蔽導体２の接地導体層９の短い方の辺に平行に形成された溝内に埋め込まれている。すなわち、ストリップ導体５及び伝送線路基板６は、接地導体層９の溝内で誘電部材１の両端部の直下方に挿入され、ストリップ導体５の先端部が誘電部材１の下面に対向している。そして、本実施形態においては、ストリップ導体５の先端部１０が平面的に直角に曲げられて、ストリップ導体５がＬ字状の形状を有しており、主として曲げられた先端部１０が入出力結合プローブ８として機能する。本実施形態の高周波回路素子の他の部分の構造は、基本的に第１の実施形態と同様である。

　本実施形態においても、ストリップ導体５の伝送線路基板６上に位置している先端部をそのまま結合プローブ部８とすることができるので、第４の実施形態と同様に、入出力結合を行なう部分の構造が簡素化されると言う利点がある。

　特に、本実施形態では、結合プローブとして機能する先端部を入力結合または出力結合が大きくなる方向に曲げることによって、高い効率を有する共振器を実現することができる。たとえば、曲げられた先端部１０の長さを長くすれば、誘電部材１の短辺の長さよりも長くすることができるので、誘電部材に対向する入出力プローブ８の長さを第４の実施形態よりも長くすることが可能になる。よって、本実施形態の高周波回路素子によって、共振モードの電界成分と効率よく縮合させることにより、第４の実施形態よりも大きな入出力結合を得ることが可能である。また、伝送線路基板６と誘電部材１との位置関係は固定したまま、先端部１０の長さＬによって縮合度を調整することができるという利点がある。そして、本実施形態の高周波回路素子は、第１の実施形態と同様に、共振回路として機能し、低損失の１段の帯域フィルタとして用いることが可能である。

　−第５の実施形態の具体例−
　図８に示す構造を有する高周波回路素子を、以下のような手順で形成した。誘電部材１として、サイズ１×１×４ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（ＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料，比誘電率：４２．２，ｆＱ値：４３０００ＧＨｚ）を準備し、この誘電部材１を、内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金製の遮蔽導体２の中に固定する。遮蔽導体２の内壁の寸法は２×２×１２ｍｍである。その際、支持部材３としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いて、遮蔽導体２と誘電部材１との隙間を満たした。伝送線路４は、アルミナ焼結体からなる伝送線路基板６の上に、金薄膜（厚さ：１０μｍ，幅：約０．３ｍｍ）からなるストリップ導体５（特性インピーダンス：５０Ω）を乗せたものを形成し、先端部１０の長さをＬｍｍとする。

　実際に、ネットワークアナライザによる測定の結果、２６ＧＨｚ付近で共振現象を起こすことが確認されており、共振回路として動作するとともに、１段帯域通過フィルタとして利用できることが確認できた。共振の無負荷Ｑ値は約１０００であった。

　図９は、本具体例の高周波回路素子における先端部１０の長さと入出力結合度を表す外部Ｑ値（Ｑｅ）との関係を、３次元電磁界解析によりシミュレーションした結果を示す図である。外部Ｑ値Ｑｅは、入出力結合が強いほど小さい値を取るので、同図からわかるように、長さＬによって、外部Ｑ値Ｑｅを広範囲にわたって制御しうることがわかる。

　　（第６の実施形態）
　図１０は、本発明の第６の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図である。図１０に示すように、本実施形態の高周波回路素子は、第３の実施形態と同様に遮蔽導体２の内部に２つの誘電部材１ａ，１ｂをほぼ同じ高さ位置で長手方向に直列に並べて配置し、かつ、第６の実施形態と同様に、ストリップ導体５を伝送線路基板６の上で直角方向に曲げてなるＬ字状にした構造を有している。その他の基本的な構造は、図８に示す第５の実施形態における高周波回路素子の構造と基本的には同じである。

　本実施形態の高周波回路素子は、以下の具体例によって確認されたように、低損失の２段の帯域通過フィルタとして機能することができる。

　そして、本実施形態の回路素子によると、第５の実施形態の結合構造を多段の帯域通過フィルタに適用することによって、さらに、大きな効果を発揮することができる。なぜならば、帯域通過フィルタにおいては、通常、入出力結合度は比較的大きく、かつ、所望の特性を得るためには結合度が精度よく制御されることが好ましいからである。

　なお、本実施形態では２段の帯域フィルタとして機能する高周波回路素子の例を示したが、誘電部材を３個以上用いることにより、３段以上の多段の帯域フィルタとして利用することも、非常に有効である。

　−第６の実施形態の具体例−
　図１０に示す構造を有する高周波回路素子を、以下のような手順で形成した。誘電部材１ａ，１ｂとして、サイズ１×１×４ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（ＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料，比誘電率：４２．２，ｆＱ値：４３０００ＧＨｚ）を２つ準備し、これらの誘電部材１ａ，１ｂを、内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金製の遮蔽導体２の中に固定する。遮蔽導体２の内壁の寸法は２×２×１２ｍｍである。その際、支持部材３としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いて、遮蔽導体２と誘電部材１ａ，１ｂとの隙間を満たした。伝送線路４は、アルミナ焼結体からなる伝送線路基板６の上に、金薄膜（厚さ：１０μｍ，幅：約０．３ｍｍ）からなるストリップ導体５（特性インピーダンス：５０Ω）を乗せたものを形成し、先端部１０の長さをＬｍｍとする。

　図１１は、本具体例における、誘電部材１ａ，１ｂ間の結合度ｋと誘電部材１ａ，１ｂ間の間隔ｄとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。同図からわかるように、誘電部材同士の間隔によって、誘電部材間の結合度（段間結合度）を設定することが可能であることがわかる。実際に、本具体例の高周波回路素子の構造を用いて、中心周波数２６ＧＨｚ前後で、比帯域０．３％、帯域内リップル０．００５ｄＢのチェビシェフ型フィルタを設計・試作した。このフィルタ仕様から、必要な入出力結合度は、Ｑｅ（外部Ｑ値）＝１２０、段間結合度ｋ＝０．００８３と算出された。この算出結果に基づいて、図９，図１１から、適正な先端部の長さＬ＝０．７ｍｍ，間隔ｄ＝１．２ｍｍであることがわかるので、この値の高周波回路素子を実際に試作した。

　図１２は、このようにして試作された高周波回路素子の損失量の周波数特性を示す図である。２段帯域通過フィルタとして良好に動作していることが確認できる。挿入損失は約１．２ｄＢであった。同様の特性のフィルタを、従来のマイクロストリップ線路共振器で作製すれば、挿入損失は本具体例の高周波回路素子の数倍である数ｄＢ程度になることが推定されるので、本実施形態の高周波回路素子の有効性が十分確認される。

　　（第７の実施形態）
　図１３は、本発明の第７の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図である。第１〜第６の実施形態においては、高周波回路素子が２つの伝送線路（マイクロストリップ線路）を備えているのに対し、図１３に示すように、本実施形態の高周波回路素子は、両端部が入出力端子（入出力結合プローブ）となる通過型のマイクロストリップ線路からなる１つの伝送線路４に対して誘電部材１が結合する構造を有する。ここでは、伝送線路４の近傍に、破線で示される誘電部材１を配置し、伝送線路４の電磁界と、誘電部材１の共振モードの電磁界との重なりによって入出力結合が行なわれ、伝送線路４を伝搬する高周波信号のエネルギーの一部が誘電部材１に吸収される。したがって、図１２に示す高周波回路素子の構造において、伝送線路４の両端部を入出力端子として、その間の透過特性を見ると、誘電部材１の共振周波数の近傍で透過率が減少する、いわゆる帯域阻止フィルタ（ノッチフィルタ）として動作することがわかる。

　なお、本実施形態では誘電部材１が１つの場合を示したが、誘電部材１を複数個用いることで、多段の帯域阻止フィルタとして利用する場合も同様に有効である。

　　（第８の実施形態）
　図１４は、本発明の第８の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図である。図１４に示すように、本実施形態の高周波回路素子は、第７の実施形態と同様に、両端部が入出力端子（入出力結合プローブ）となる通過型のマイクロストリップ線路からなる１つの伝送線路４に対して誘電部材１が結合する構造を有する。ただし、第７の実施形態においては、ストリップ導体５が直線状であるのに対し、本実施形態においては、ストリップ導体７が誘電部材１の下方において屈曲部１１を有している。本実施形態においても、伝送線路４の近傍に、破線で示される誘電部材１を配置し、伝送線路４の電磁界と、誘電部材１の共振モードの電磁界との重なりによって入出力結合が行なわれ、伝送線路４を伝搬する高周波信号のエネルギーの一部が誘電部材１に吸収される。したがって、図１２に示す高周波回路素子の構造において、伝送線路４の両端部を入出力端子として、その間の透過特性を見ると、誘電部材１の共振周波数の近傍で透過率が減少する、いわゆる帯域阻止フィルタ（ノッチフィルタ）として動作する。

　加えて、本実施形態の高周波回路素子によると、ストリップ導体５が屈曲部１１において誘電部材１の長手方向に延びている。これによって、屈曲部１１で、共振モードの電磁界と伝送線路４の電磁界との方向が一致するので、伝送線路４を伝搬する電磁波と共振モードの電磁界との間に非常に大きな結合が得られることになり、より急峻な帯域阻止特性を得ることができる。

　なお、本実施形態では誘電部材１が１つの場合を示したが、誘電部材１を複数個用いることで、多段の帯域阻止フィルタとして利用する場合も同様に有効である。

　−第８の実施形態の具体例−
　図１４に示す構造を有する高周波回路素子を、以下のような手順で形成した。誘電部材１として、サイズ１×１×４ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（ＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料，比誘電率：４２．２，ｆＱ値：４３０００ＧＨｚ）を準備し、この誘電部材１を、内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金製の遮蔽導体２の中に固定する。遮蔽導体２の内壁の寸法は２×２×１０ｍｍである。その際、支持部材３としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いて、遮蔽導体２と誘電部材１との隙間を満たした。伝送線路４は、アルミナ焼結体からなる伝送線路基板６の上に、金薄膜（厚さ：１０μｍ，幅：約０．３ｍｍ）からなるストリップ導体５（特性インピーダンス：５０Ω）を乗せたものを形成し、先端部１０の長さをＬｍｍとする。

　図１５は、本具体例の高周波回路素子における挿入損失の周波数特性を電磁界解析によりシミュレーションした結果を示す図である。同図からわかるように、本具体例の高周波回路素子は、共振器の共振周波数の前後で減衰量が大きく増える帯域阻止フィルタとして動作していることがわかり、本実施形態の有効性が確認された。

　　（第９の実施形態）
　図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第９の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図、長手方向の縦断面図及び長手方向に直交する縦断面図である。図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の高周波回路素子は、例えばＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料等のセラミックス材料などからなる四角柱形状の誘電部材１と、誘電部材１を取り囲む，内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金等からなる遮蔽導体２と、アルミナ等からなり誘電部材１を支持する誘電体基板１２と、マイクロストリップ線路からなる１対の伝送線路４とを備えている。

　ここで、本実施形態においては、接地導体層９に長手方向に延びる溝１３が形成されており、溝１３の内部は空間となっている。また、遮蔽導体２の内部も空間となっている。そして、誘電部材１は、溝１３の上方において誘電体基板１２上に載置されている。つまり、本実施形態においては、誘電体基板１２が誘電部材１を支持する支持部材として機能する。

　また、伝送線路４は、伝送線路基板６と、伝送線路基板６の上面上に形成された，銀製リボン等からなるストリップ導体５と、遮蔽導体２の一部である接地導体層９とによって構成されている。そして、各伝送線路４は、遮蔽導体２の一部を貫通して遮蔽導体によって囲まれる領域内に挿入されている。つまり、遮蔽導体２の長手方向に直交する側壁の一部分に窓を開け、伝送線路４を挿入するとともに、窓部において絶縁体７によって伝送線路４の上面を覆っている。この絶縁体７は伝送線路基板６上のストリップ導体５が遮蔽導体２に短絡しないようにするためのものである。そして、遮蔽導体２の内部では、ストリップ導体５は誘電体基板１２の上に延びており、その先端部１０がほぼ直角に曲げられてなるＬ字状となっており、誘電体基板１２の上で、ストリップ導体５の先端部１０が誘電部材１の長手方向に延びる側面に対向していて、この先端部１０が結合プローブ部８として機能する。

　本実施形態においても、遮蔽導体２の一部分でもある接地導体層９が、伝送線路４のグランドプレーンとなる。したがって、伝送線路４と外部回路とを接続するためには、ストリップ導体５と接地導体層９との間に信号電圧が印加されるようにすれば済むので、信号の損失を小さく抑制することができる。

　本実施形態の高周波回路素子の構成において、誘電部材１，遮蔽導体２，誘電体基板１２及び溝１３の形状（及び材質）を適宜選択することにより、誘電部材１が、矩形断面共振体におけるＴＭ₁₁δ モードと呼ばれる共振モードで共振することが可能となり、本実施形態の高周波回路素子によって、ＴＭ₁₁δ モード共振器を実現することができる。そして、本実施形態の高周波回路素子は、１段の帯域フィルタとして用いることが可能である。

　特に、本実施形態の高周波回路素子により、図１６からわかるように、伝送線路基板６と誘電体基板１２とを一体化することが可能であることや、誘電体基板１２によって誘電部材１が固定されるので、第１〜第８の実施形態における支持部材３が不要であること、などの特徴がある。

　なお、本実施形態においても、伝送線路４は、第１の実施形態のように、誘電部材１の前後方向から挿入してもよい。

　さらに、溝１２は、必ずしも必要ではない。溝１２を無くして、誘電体基板１２の裏面が直接遮蔽筐体２の内壁と接していても、本実施形態と同様の動作を示す共振器が得られる。ただし、誘電体基板１２の裏面のうち誘電部材１の直下方に位置する裏面に遮蔽導体２が接触していると、そこに、大きな高周波電流が流れることにより損失の増大を招くおそれがある。それに対し、図１６に示すように、溝１３を設けることにより、損失の低減が図られる。

　また、図１６（ａ）〜（ｃ）に示す本実施形態の高周波回路素子において、結合プローブ部８の形状は、必ずしもＬ字状に曲げられたストリップ導体５の先端部１０である必要はなく、図１（ｃ）や図２（ｂ）に示すように、直線状のストリップ導体５の先端部が結合プローブ部８として機能することも可能である。また、２つのストリップ導体５の各先端部１０を互いに同じ方向に曲げてもよいし、互いに遠ざかる方向に曲げてもよい。

　また、誘電体基板１２の裏面側に結合プローブ部８を形成することも同様に有効である。この場合、結合プローブ部８を誘電部材１の直下に形成することによって、結合量を大きく取ることが可能である。ただし、この場合、ストリップ導体５と接続するためには、容量を介して誘電体基板１２の表面のストリップ導体５と裏面の結合プローブ部８とを容量結合させるか、あるいは、伝送線路基板６の下側の面にストリップ導体５を形成する必要がある。

　また、本実施形態の構造においても、第７又は第８の実施形態（図１３あるいは図１４参照）のように、両端部が入出力端子となる通過型の伝送線路４に対して誘電部材１が結合する構造を用いることができる。その場合、伝送線路４の両端を入出力端子として、いわゆる帯域阻止フィルタとして動作させることが可能である。

　また、本実施形態において、誘電体基板１２としては、誘電部材１よりも誘電率が低い材料を用いるのがより望ましい。例えば、誘電部材１として比誘電率２０以上の材料を用いた場合には、誘電体基板１２としてアルミナなどの比較的誘電率の低い板状誘電体を用いるのが、特性上や構造上有効である。

　　（第１０の実施形態）
　図１７（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第１０の実施形態に係る高周波回路素子の斜め上からみた斜視図及び斜め下からみた斜視図である。図１８（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、第１０の実施形態に係る高周波回路素子の縦断面図及び横断面図である。

　図１７（ａ），（ｂ）及び図１８（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の高周波回路素子には、セラミックス材料などからなる四角柱形状の誘電部材１が設けられており、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などからなる支持部材３により誘電部材１が固定・支持されている。そして、支持部材３の外表面に銅メッキ加工などによる導体被膜１７が形成されている。また、導体被膜１７の一部を分離して形成されたストリップ導体５と、残部の導体被膜１７により伝送線路４が形成されている。そして、導体被膜１７の内部で誘電部材１の底面とストリップ導体５とが相対向しており、ストリップ導体５によって、誘電部材１との入出力結合が行なわれている。

　本実施形態の場合、領域Ｒcoにおいて、ストリップ導体５と導体被膜１７とによってコプレーナ線路が構成されている。したがって、外部回路と接続する際には、ストリップ導体５と導体被膜１７との間に信号電圧が印加されるようにすればよい。

　本実施形態の高周波回路素子の構成において、誘電部材１，導体被膜１７及び支持部材３の形状及び材質を適宜選択することにより、誘電部材１が、矩形断面共振体におけるＴＭ₁₁δ モードと呼ばれる共振モードで共振することが可能となり、本実施形態の高周波回路素子によって、ＴＭ₁₁δ モード共振器を実現することができる。そして、本実施形態の高周波回路素子は、１段の帯域フィルタとして用いることが可能である。

　加えて、本実施形態の高周波回路素子により、伝送線路４を構成するストリップ導体５とグランドプレーンである導体被膜１７とを同一面に形成することができ、表面実装を行うことが容易となる。

　なお、本実施形態の高周波回路素子においても、第２の実施形態（図２参照）のように、伝送線路４を誘電部材に対して、横方向に形成する，つまり図１７（ａ）に示す四角柱の上面又は下面にストリップ導体５を設けることも可能である。

　　（第１１の実施形態）
　図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第１１の実施形態に係る高周波回路素子の斜視図、縦断面図及び横断面図である。図２０（ａ），（ｂ），は、それぞれ順に、第１１の実施形態に係る高周波回路素子の誘電体基板の上面図及び裏面図である。図１９（ａ）〜（ｃ）及び図２０（ａ），（ｂ）に示すように、セラミックス材料などからなる四角柱形状の誘電部材１が遮蔽導体２の中に配置され、支持部材３によって固定されている。誘電部材１と遮蔽導体２の間は支持部材３によって満たされている。また、セラミックス材料などからなる誘電体基板２０の上面には、遮蔽導体２の一部を構成する金属膜からなる導体被膜１７が形成され、誘電体基板２０の裏面には、グランドプレーンである接地導体層９が形成されている。

　また、伝送線路４は、誘電体基板２０と、導体被膜１７から切り離された金属膜からなるストリップ導体５と、誘電体基板２０をその裏面から支持する接地導体層９とによって構成されている。導体被膜１７と接地導体層９とは、誘電体基板２０を貫通するビアホール２１によって、互いに電気的に接続されている。そして、各伝送線路４は、遮蔽導体２の一部を貫通して遮蔽導体２によって囲まれる領域内に挿入されている。つまり、遮蔽導体２の長手方向に直交する側壁の一部分に窓を開け、伝送線路４を挿入するとともに、窓部において絶縁体７によって伝送線路４の上面を覆っている。この絶縁体７は誘電体基板２０上のストリップ導体５が遮蔽導体２に短絡しないようにするためのものである。そして、遮蔽導体２の内部では、ストリップ導体５の先端部が誘電体基板２０上で誘電部材１の下面（及び長手方向に直交する側面）に対向して、結合プローブ部８として機能している。

　本実施形態の場合、遮蔽導体２の一部分でもある接地導体層９が、伝送線路４のグランドプレーンとなる。したがって、伝送線路４と外部回路とを接続するためには、ストリップ導体５と接地導体層９との間に信号電圧が印加されるようにすれば済むので、信号の損失を小さく抑制することができる。

　本実施形態の高周波回路素子の構成において、誘電部材１，遮蔽導体２，誘電体基板２０及び支持部材３の形状及び材質を適宜選択することにより、誘電部材１が、矩形断面共振体におけるＴＭ₁₁δ モードと呼ばれる共振モードで共振することが可能となり、本実施形態の高周波回路素子によって、ＴＭ₁₁δ モード共振器を実現することができる。そして、本実施形態の高周波回路素子は、低損失の１段の帯域フィルタとして機能する。

　また、本実施形態の高周波回路素子によると、ストリップ導体５と導体被膜１７とを共通の金属膜から形成することができるので、組み立て部品点数を減らすことができ、よって、各部品のばらつきによる性能のばらつきを抑制することができるという利点がある。

　なお、本構成においても、実施形態１の図２のように、伝送線路４を誘電部材１に対して、横方向に形成することも可能である。

　　（第１２の実施形態）
　図２１（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第１２の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図及び縦断面図である。図２１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の高周波回路素子は、遮蔽導体２の内部に、２つの誘電部材１ａ，１ｂをほぼ同じ高さ位置で長手方向に直列に並べて配置することによって構成されている。そして、遮蔽導体２の長手方向に直交する側壁を貫通して誘電部材１ａ，１ｂの各一方の端面に対向するように配置された２つの周波数調整ねじ１４と、遮蔽導体２の上壁を貫通して各誘電部材１ａ，１ｂの上面のほぼ中央部に対向するように配置された２つの周波数調整ねじ１５と、遮蔽導体２の上壁を貫通して各誘電部材１ａ，１ｂ間の間隙部に対向するように配置された１つの段間結合度調整ねじ１６とを有している。また、必要に応じて、各ねじ１４，１５，１６が遮蔽導体２内に挿入できるように、各ネジ１４，１５，１６の周囲においては支持部材３が取り除かれている。その他の基本的な構造は、図７（ａ），（ｂ）に示す第４の実施形態における高周波回路素子の構造と基本的には同じである。

　本実施形態の高周波回路素子の構造より、誘電部材１ａ，１ｂの周囲における電磁界分布が調整可能になる。すなわち、周波数調整ねじ１４，１５の挿入量により共振器の共振周波数が、段間結合調整ねじ１６の挿入量により共振器間の結合度が、調整可能になる。よって、製造工程で生じる加工・組み立てでの寸法誤差による特性の劣化を、高周波回路素子の作製後の調整により回復させることが可能となり、製造の効率を飛躍的に向上することができる。

　なお、本実施形態では、２段の帯域フィルタの構造を例にとっているが、この構造に限ることはなく、１段フィルタあるいは３段以上のフィルタなどに適用することができる。

　ただし、周波数の調整や段間結合の調整は、必ずしもねじでなくても、ねじと同じ機能を有する棒状の部材や、平板状の部材などを設けることによって行なうことができる。

　また、第１〜第１１の実施形態においても、ねじなどの部材によって、共振周波数の調整や、段間結合度の調整を行なうことができ、その場合にも、本実施形態と同じ効果を発揮することができる。

　なお、周波数調整ねじの配置位置とねじの軸方向については、周波数調整ねじ１４のように、誘電部材１ａ，１ｂの各端部にねじを対向させた場合には、本実施形態で説明したように効果的に周波数を調整できるが、反面、誘電部材を３段以上設けた場合に、両端の誘電部材の周波数調整にしか適用できない。そこで、周波数調整ねじ１５のように、各誘電部材に対して垂直方向、正確に言うと、ＴＭモードの電界の向く方向と垂直な方向に調整ねじを設けるのが効果的である。また、周波数調整用ねじの挿入位置は、誘電部材の電界が最も強くなる部分、つまり、本実施形態では誘電部材１ａ，１ｂの中央付近に調整ねじを対向させるのが最も効果的である。この場合は、３段以上の多段の誘電部材を配置した高周波回路素子に対しても適用可能であるという利点がある。

　−第１２の実施形態の具体例−
　図２１（ａ），（ｂ）に示す構造を有する高周波回路素子を、以下のような手順で形成した。誘電部材１ａ，１ｂとして、サイズ１×１×４ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（ＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料，比誘電率：４２．２，ｆＱ値：４３０００ＧＨｚ）を２つ準備し、これらの誘電部材１ａ，１ｂを、内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金製の遮蔽導体２の中に固定する。遮蔽導体２の内壁の寸法は２×２×１２ｍｍである。その際、支持部材３としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いて、遮蔽導体２と誘電部材１ａ，１ｂとの隙間を満たした。伝送線路４は、アルミナ焼結体からなる伝送線路基板６の上に、金薄膜（厚さ：１０μｍ，幅：約０．３ｍｍ）からなるストリップ導体５（特性インピーダンス：５０Ωを乗せたものを形成し、このストリップ導体５を伝送線路基板６上で遮蔽導体２の内部まで延ばして、先端部を誘電部材の長手方向に曲げてこの先端部を結合プローブ部８とする。また、周波数調整ねじ１４，１５および段間結合調整ねじ１６としては、ねじ規格Ｍ１．６のビスを用いた。ビスの端面は平坦に加工し、表面全体を金メッキした。

　図２２〜図２４は、本具体例の高周波回路素子について、ネットワークアナライザによって行なった共振周波数の調整機能を示す図である。図２２は、本具体例の高周波回路素子の共振周波数と周波数調整ねじ１４の挿入量との関係を示す図である。図２３は、本具体例の高周波回路素子の共振周波数と周波数調整ねじ１５の挿入量との関係を示す図である。図２４は、本具体例の高周波回路素子の共振周波数と段間結合度調整ねじ１６の挿入量との関係を示す図である。

　図２２〜図２４からわかるように、各ねじの挿入量により、共振周波数、および、段間結合度を微細に調整することが可能である。

　　（第１３の実施形態）
　図２５（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第１３の実施形態に係る高周波回路モジュールの斜視図及び横断面図である。本実施形態では、上記第１の実施形態の高周波回路素子を位相回路を挟んで２つ組み合わせた構造を有している。すなわち、互いに中心周波数が異なる２つの高周波回路素子Ａ，Ｂを、適当な移相変化量を有する移相回路１８の２つの分岐部と入出力結合させることにより、周波数の異なる信号を分離する共用器を構成した例である。位相回路１８は、接地導体層９と、接地導体層９の凹部に埋め込まれた位相回路基板１９と、位相回路基板１９上に設けられた金属膜からなるストリップ導体５ｂとによって構成されたマイクロストリップ線路であり、導体ストリップ５ｂの基幹部はアンテナに接続されている。その他の基本的な構造は、図１（ａ）〜（ｃ）に示す第１の実施形態における高周波回路素子の構造と基本的には同じである。そして、例えば高周波回路素子Ｂ（又はＡ）からアンテナを経て高周波信号を外部に送信し、高周波回路素子Ａ（又はＢ）にアンテナを経て高周波信号を外部から受信することが可能な構成になっている。

　なお、各高周波回路素子は、スイッチにより処理用回路に接続されていて、処理用回路で信号の増幅，音声・画像等への変換等の処理を受けることになる。

　本実施形態の高周波回路モジュールによると、位相回路を介在させて複数の高周波回路素子を設けたので、すなわち、小型で低損失な共用器（周波数帯域の異なる送受信信号を合波・分離する）を実現することができ、従来導波管などで実現されていた機能が、回路基板上で実現されることになる。

　例えば位相回路をアンテナに接続した場合には、送受信を行なうことが可能になる。特に、互いに中心周波数が異なる２つの高周波回路素子を位相回路を挟んで組み合わせた場合にも、上記第１の実施形態の効果を維持しつつ、同時に送受信を行なうことが可能になる。

　なお、本実施形態では、１段×１段の誘電部材を有する共用器の例を示したが、少なくとも一方の帯域フィルタ（高周波回路素子Ａ又はＢ）の誘電部材を複数個用いることで、多段の帯域フィルタを有する共用器として利用することも有効である。

　−第１３の実施形態の変形例−
　図２６（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、第１３の実施形態の変形例に係る高周波回路モジュールの斜視図及び横断面図である。この変形例では、高周波回路素子Ａに３つの誘電部材１ａ〜１ｃを同じ高さ位置で長手方向に直列に並べ、高周波回路素子Ｂに３つの誘電部材１ｄ〜１ｆを同じ高さ位置で長手方向に直列に並べている。

　そして、図２６（ａ），（ｂ）に示す構造を有する高周波回路モジュールを、以下のような手順で形成した。高周波回路素子Ａ（帯域通過フィルタ）においては、誘電部材１ａ，１ｃとして、サイズ１×１×５．６ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（比誘電率：２１，ｆＱ値：７００００ＧＨｚ）を、誘電部材１ｂとして、サイズ１×１×５．４ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（比誘電率：２１，ｆＱ値：７００００ＧＨｚ）をそれぞれ準備し、これらの誘電部材１ａ〜１ｃを、内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金製の遮蔽導体２ａの中に固定する。遮蔽導体２ａの内壁の寸法は３×３×２４．１ｍｍである。

　また、高周波回路素子Ｂ（帯域通過フィルタ）においては、誘電部材１ｄ，１ｆとして、サイズ１×１×５．８ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（比誘電率：２１，ｆＱ値：７００００ＧＨｚ）を、誘電部材１ｂとして、サイズ１×１×５．６ｍｍの四角柱の誘電体セラミックス（比誘電率：２１，ｆＱ値：７００００ＧＨｚ）をそれぞれ準備し、これらの誘電部材１ｄ〜１ｆを、内壁が金メッキされた亜鉛−銅合金製の遮蔽導体２ｂの中に固定する。遮蔽導体２ｂの内壁の寸法は３×３×２５．７ｍｍである。

　そして、支持部材３ａ，３ｂとしてポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いて、遮蔽導体２ａと誘電部材１ａ〜１ｃとの隙間、及び遮蔽導体２ｂと誘電部材１ｄ〜１ｆとの間隙を満たした。伝送線路４は、アルミナ焼結体からなる伝送線路基板６の上に、金薄膜（厚さ：１０μｍ，幅：約０．３ｍｍ（特性インピーダンス：５０Ω）からなるストリップ導体５ａ，５ｃを乗せたものを形成し、このストリップ導体５ａ，５ｃを伝送線路基板６上で遮蔽導体２ａ，２ｂの内部まで延ばして、先端部を結合プローブ部８とする。

　また、移相回路１８は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂基板からなる移相回路基板１９の上にパターン化された金薄膜によるストリップ導体５ｂを形成し、基幹部と２つの分岐部とからなるＴ字形のパターンを形成している。ストリップ導体５ｂの幅は、特性インピーダンスが５０Ω付近となるように、０．５ｍｍにした。

　なお、移相回路１８とは、ストリップ導体の長さを適度に設定することによりそれぞれ分岐の他方のクロスバンド帯域を電気的にほぼオープンとし分岐・合成する働きを持つものである。

　図２７（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、送信側の損失量の周波数特性及び受信側の損失量の周波数特性を示す図である。図２７（ａ），（ｂ）から、本実施形態の高周波回路モジュールは、３段×３段の共用器として良好に動作していることが確認できる。挿入損失は約２ｄＢ、クロスバンドの減衰量は約５３から５５ｄＢであった。

　また、本構成においても実施形態１の図１のように、伝送線路４を誘電部材１ａ，１ｂに対して、それぞれ長手方向に直列に並べることも可能である。

　図２８（ａ），（ｂ）は、上記第１３の実施形態又は変形例における位相回路１８の好ましい構造例をそれぞれ示す断面図である。図２８（ａ）または図２８（ｂ）に示すように、高周波回路素子Ａ，Ｂ（帯域フィルタ）の伝送線路４と移相回路１８とを同一の位相回路基板１９上に一体化することにより、通常接続部で起こる不整合による反射をなくすことができる。

　また、本実施形態では、送受信信号を合波・分離する２波の共用器の例を示したが、本発明の高周波回路モジュールは、本実施形態の構造に限られるものではなく、３波以上の周波数帯の信号を合波・分離する場合にも有効である。その際には、移相回路基板１９上の位相回路１８のパターンは、合波・分離する周波数帯の数だけ分岐されたパターンを用いればよい。また、分岐数が多いときは、図２８（ａ），（ｂ）に示すような２分岐線路を複数個の組み合わせて、分岐の先にさらに同様の分岐線路を繋いで、枝分かれさせたパターンを用いることも有効である。いずれの場合においても、分岐部分から各フィルタ（高周波回路素子）までの位相変化量（電気長）を調整することによって、共用器としての動作が実現できる。

　　（その他の実施形態）
　上記各実施形態では、誘電部材１として、矩形断面を有する四角柱形状の誘電部材におけるＴＭ₁₁δ モードを用いているが、本発明はこのような構造に限る必要はなく、円形断面の円柱形状の誘電部材を用いても、上記各実施形態と同様の効果を発揮することができる。この場合、共振モードはＴＭ₀₁δ という呼称を用いるのが慣例となっている。また、誘電部材の断面形状についても、長さ方向、つまり、誘電部材内部の電界の方向に対して一定の形状の誘電部材を例に挙げて述べているが、部分的に断面形状を変化させた場合でも同様に有効である。

　図２９は、第１の実施形態における誘電部材１を、端部から中央部に向かって断面が拡大していくように形成した変形例を示す断面図である。このように、誘電部材１の中央部付近の断面寸法を大きくすることによって、誘電部材（共振体）の長さを短くすることが可能である。これは、ＴＭモード電界強度が誘電部材の中央付近で最も大きくなるため、この付近の断面を大きくすることで、共振モードの実効的な誘電率を大きくすることになるからである。そして、このような誘電部材の形状は、第２〜第１３の実施形態（変形例を含む）についても、適用することができる。

　また、上記第１３の実施形態を除く各実施形態の具体例において、誘電部材１をＺｒＯ₂・ＴｉＯ₂・ＭｇＮｂ₂Ｏ₆を主成分とする材料（比誘電率：４２．２，ｆＱ値：４３０００ＧＨｚ）により構成したが、必ずしもこの材料に限る必要はない。誘電部材１として、支持部材３よりも誘電率の高い材料を用いればＴＭ₁₁δ モードが存在し、本発明の効果を確実に発揮することができる。

　また、共振器のＱ値は誘電部材１を構成する材料の誘電損失によって大きな影響を受けるので、誘電部材１としては損失の少ない材料（ｆＱ値の大きな材料）を用いることが好ましく、また、誘電率の大きな材料を用いると、同じ共振周波数を得るのに必要な誘電部材１の長さや太さが小さくて良いので、共振器の小型化が実現できる。

　図３０は、３種類のセラミックス材料を用いたときの２６ＧＨｚでの誘電部材と遮蔽導体の寸法と、無負荷Ｑの実測値を表にして示す図である。

　誘電部材１として、たとえばアルミナのようなより低誘電率で、損失の小さなものを用いれば、共振器のサイズは大きくなるが、さらに無負荷Ｑ値の大きな共振器が得られる。

　上記各具体例における支持部材３としては、比誘電率が２のポリテトラフルオロエチレンを例に挙げたが、これに限る必要はなく、誘電部材１を支持・固定することができる材料であればよい。ただし、支持部材３の誘電率は誘電部材１に比べて低いものが好ましい。実際には、誘電部材１として比誘電率２０以上の誘電部材を用いた場合、支持部材３としては比誘電率がおおむね１５以下の材料を用いれば、より好ましい特性が得られる。

　また、第９の実施形態を除く各実施形態においては、支持部材３が遮蔽導体２内の隙間に充填されている場合の構成について述べたが、必ずしもこのような構成に限る必要はなく、他の実施形態においても、第９の実施形態のような誘電部材支持構造を採用することができる。

　また、各実施形態において例示した帯域通過フィルタと帯域阻止フィルタ（ノッチフィルタ）とを、マイクロストリップ線路などからなる分岐線路などで接続することによって、周波数が相異なる送受信信号を分離するデュプレクサを構成することができる。この場合、たとえば、送信周波数、及び、受信周波数付近に中心周波数を有する２つの帯域通過フィルタを、適当な位相変化量を有する分岐伝送線路の分岐部に入出力結合させることで構成される。さらに、所望の仕様を満たすために、必要に応じて、帯域通過フィルタに帯域阻止フィルタを直列に接続し、クロスバンドの減衰を増やすことも可能である。

　また、上記各実施形態においては、設計周波数帯として２６ＧＨｚ帯での場合を例に挙げて説明したが、この周波数帯に限る必要はなく、所望の周波数に合わせて、誘電部材の寸法を変えれば広い周波数範囲において適用が可能である。特に、共振器に誘電率が２０〜４０程度の材料を用いた場合、５ＧＨｚから１００ＧＨｚ程度の範囲においては共振器の幅がおおむね０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に入るので、本発明の構造を用いる場合にも、高周波回路素子の寸法が適度な大きさとなり都合がよい。とりわけ、２０〜７０ＧＨｚの範囲では、図３０に示す低損失なセラミックス材料を用いて構成することによって、他の構造の誘電部材に比べて高い無負荷Ｑ値を示し、また、回路基板上に実装するのに十分小型で、かつ、特別な精度の加工を必要としない程度の大きさであるので、本発明の効果が非常に大きい。

　さらに、上記各実施形態においては、２つの伝送線路４が共通の接地導体層９の上に設けられている構造としたが、本発明の高周波回路素子における伝送線路は必ずしもかかる構造に限定されるものではない。

　図３１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、１対の伝送線路が接地導体層の上に形成されている場合の構造例を示す平面図である。図３１（ａ）〜（ｃ）に示すように、結合プローブ１０となる部分が誘電部材１のいずれかの一部に対向さえしていれば、入出力結合機能を有するので、本発明の基本的な効果を発揮することができる。なお、コプレーナ線路を構成する場合には、図３１（ａ）〜（ｃ）に示す接地導体層９は、伝送線路基板６の上でストリップ導体５と同じ側に形成されていることになる。また、結合プローブ１０として機能する部分には、伝送線路基板６や接地導体層９が存在している必要はない。

　また、上記各実施形態においいては、伝送線路４として、マイクロストリップ線路又はコプレーナ線路を用いた例について説明したが、本発明の高周波回路素子又は高周波回路モジュールにおける伝送線路４は、かかる実施形態に限定されるものではない。

　図３２（ａ）〜（ｉ）は、本発明の高周波回路素子又は高周波回路モジュールに用いることができる伝送線路の例を示す断面図である。図３２（ａ）〜（ｉ）において、上記各実施形態と同様に、５はストリップ導体、６は伝送線路基板、９は接地導体層の例を示している。図３２（ａ）はもっとも一般的なマイクロストリップ線路の例を示し、図３２（ｂ）は多線状マイクロストリップ線路の例を示し、図３２（ｃ）はコプレーナ線路の例を示し、図３２（ｃ）はＴＦＭＳ（Thin Film Microstrip）線路の例を示し、図３２（ｄ）はインバーテッドＴＦＭＳ線路の例を示し、図３２（ｅ）はインバーテッドＴＦＭＳ線路の例を示し、図３２（ｆ）は広面結合ＴＦＭＳ線路の例を示し、図３２（ｇ）はスリット付きＴＦＭＳ線路の例の例を示し、図３２（ｈ）はマイクロワイヤ線路の例を示し、図３２（ｉ）はストリップ線路の例を示している。本発明の高周波回路素子又は高周波回路モジュールは、図３２（ａ）〜（ｉ）に示すいずれか１つの構造、又は、これらの構造が複数種類混在した伝送線路を用いることができる。

　本発明は、
　１．ミリ波あるいはマイクロ波を用いたＦＷＡ(Fixed Wireless Access)システムの送受信機内の高周波回路部
　２．移動体通信（携帯電話）システムの端末機、及び、基地局の高周波回路部分
　３．光通信システムにおける高周波の変調信号を扱う回路
　４．無線ＬＡＮ装置の高周波回路部分
　５．車々車間通信、路車間通信システムの高周波回路部分
　６．ミリ波レーダーシステムの高周波回路部分
等に利用することができる。

（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第１の実施形態に係る高周波回路素子の斜視図、縦断面図及び横断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第２の実施形態に係る高周波回路素子の斜視図及び横断面図である。 電磁界解析によってシミュレーションされた第２の実施形態の具体例の高周波回路素子の挿入損失の周波数特性（透過特性）である。 試作された第２の実施形態の具体例の高周波回路素子の挿入損失の周波数特性の実測データである。 本発明の第３の実施形態に係る高周波回路素子の縦断面図である。 電磁界解析によってシミュレーションされた第３の実施形態の具体例に係る高周波回路素子の挿入損失の周波数特性（透過特性）である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第４の実施形態に係る高周波回路素子の縦断面図及び横断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図である。 第５の実施形態の具体例の高周波回路素子における先端部の長さと入出力結合度を表す外部Ｑ値（Ｑｅ）との関係を、３次元電磁界解析によりシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図である。 第６の実施形態の具体例における２つの誘電部材間の結合度ｋと誘電部材の間隔ｄとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。 第６の実施形態の具体例で試作された高周波回路素子の損失量の周波数特性を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図である。 第８の実施形態の具体例の高周波回路素子における挿入損失の周波数特性を電磁界解析によりシミュレーションした結果を示す図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第９の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図、長手方向の縦断面図及び長手方向に直交する縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第１０の実施形態に係る高周波回路素子の斜め上からみた斜視図及び斜め下からみた斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、第１０の実施形態に係る高周波回路素子の縦断面図及び横断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第１１の実施形態に係る高周波回路素子の斜視図、縦断面図及び横断面図である。 （ａ），（ｂ），は、それぞれ順に、第１１の実施形態に係る高周波回路素子の誘電体基板の上面図及び裏面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第１２の実施形態に係る高周波回路素子の横断面図及び縦断面図である。 第１２の実施形態の具体例の高周波回路素子の共振周波数と周波数調整ねじの挿入量との関係を示す図である。 第１２の実施形態の具体例の高周波回路素子の共振周波数と周波数調整ねじの挿入量との関係を示す図である。 第１２の実施形態の具体例の高周波回路素子の共振周波数と段間結合度調整ねじの挿入量との関係を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第１３の実施形態に係る高周波回路モジュールの斜視図及び横断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、第１３の実施形態の変形例に係る高周波回路モジュールの斜視図及び横断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、送信側の損失量の周波数特性及び受信側の損失量の周波数特性を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、第１３の実施形態又は変形例における位相回路の好ましい構造例をそれぞれ示す断面図である。 第１の実施形態における誘電部材１を、端部から中央部に向かって断面が拡大していくように形成した変形例を示す断面図である。 ３種類のセラミックス材料を用いたときの２６ＧＨｚでの誘電部材と遮蔽導体の寸法と、無負荷Ｑの実測値を表にして示す図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、１対の伝送線路が接地導体層の上に形成されている場合の構造例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｉ）は、本発明の高周波回路素子又は高周波回路モジュールに用いることができる伝送線路の例を示す断面図である。

符号の説明

　１　誘電部材
　２　遮蔽導体
　３　支持部材
　４　伝送線路
　５　ストリップ導体
　６　伝送線路基板
　７　絶縁体
　８　結合プローブ部
　９　接地導体層
　１０　先端部
　１１　屈曲部
　１２　誘電体基板
　１３　溝
　１４，１５　周波数調整ねじ
　１６　段間結合度調整ねじ
　１７　導体被膜
　１８　移相回路
　１９　移相回路基板
　２０　誘電体基板
　２１　ビアホール

Claims (1)

1. 　電磁波の共振状態を生じさせることが可能な少なくとも１つの誘電部材と、
   　上記誘電部材の周囲を取り囲む遮蔽導体と、
   　上記誘電部材の一部に対向して配置されるストリップ導体，該ストリップ導体に対向する接地導体層，及びストリップ導体−接地導体層間に介在する誘電体層を有する少なくとも１つの伝送線路と、
   　上記伝送線路に接続され、上記誘電部材との間で電磁波の入力結合機能又は出力結合機能を有する結合プローブとを備えている高周波回路素子。

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