JP2004228891A

JP2004228891A - 誘電体フィルタ

Info

Publication number: JP2004228891A
Application number: JP2003013709A
Authority: JP
Inventors: Jun Hayashi; 潤林
Original assignee: Soshin Electric Co Ltd
Current assignee: Soshin Electric Co Ltd
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: JP4334237B2

Abstract

【課題】次数を増やさなくとも阻止域において多くの減衰を得るようにする。
【解決手段】ほぼ全面にアース電極１２で覆われた誘電体基板１４を具備し、誘電体基板１４の内部に容量性窓あるいは誘導性窓が形成され、これら容量性窓あるいは誘導性窓で区画された空間が共振器として機能する誘電体フィルタ１０において、アース電極１２とは絶縁された内部電極３４を誘電体基板１４内に有する。内部電極３４は、誘電体基板１４の下面に投影した形状が、線対称の形状を有し、例えば＋形状を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば誘電体基板内に形成された容量性窓あるいは誘導性窓で区画された空間が共振器として機能する誘電体フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、誘電体基板を伝搬するＴＥ_１０モードを利用したバンドパスフィルタ１００は、例えば図１４に示すように、ほぼ全面に外部導体１０２が形成された誘電体基板１０４の内部に複数のスルーホール１０６を設けることによって、誘電体基板１０４内に容量性窓あるいは誘導性窓を形成し、該容量性窓あるいは誘導性窓で区画された空間Ｈ１〜Ｈ３をそれぞれ共振器として機能させるようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
外部導体１０２のうち、誘電体基板１０４の側面に形成され、かつ、コ字状のスリット１０８及び１１０にて挟まれた外部導体が、それぞれ入力結合電極１１２及び出力結合電極１１４である。
【０００４】
そして、入力結合電極１１２を通じて入力された信号のうち、前記空間（共振器）Ｈ１〜Ｈ３で決定される共振周波数を含む所定の帯域幅の信号だけが誘電体基板１０４内を伝搬し、出力結合電極１１４から取り出されることになる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２７０５０１号公報（第３頁左上欄第５行〜同頁右上欄第５行）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のバンドパスフィルタ１００において、信号を伝達させない帯域（阻止域）の減衰量を増加させるためには、フィルタ１００の次数（共振器の数）を増やす方法が一般的である。図１５にフィルタ１００の次数ｎを２、３及び４とした場合の減衰量の変化を示す。この図１５から次数ｎを増やすことで、阻止域の減衰量が増加していることがわかる。
【０００７】
しかしながら、従来のフィルタ１００において、次数を増やすことは、サイズの大型化、部材費の上昇により、製造コストを高価格化させる要因となっていた。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、次数を増やさなくとも阻止域において多くの減衰を得ることができる誘電体フィルタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る誘電体フィルタは、ほぼ全面に外部導体で覆われた誘電体基板を具備し、前記誘電体基板の内部に容量性窓あるいは誘導性窓が形成され、これら容量性窓あるいは誘導性窓で区画された空間が共振器として機能する誘電体フィルタにおいて、前記外部導体とは絶縁された内部導体を前記誘電体基板内に有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、例えば誘電体基板を伝搬するモードとして、ＴＥ_１０モードを考えた場合、前記内部導体は、前記外部導体と絶縁された状態で誘電体基板内に形成されていることから、ストリップラインとしての機能を有し、該内部導体を通じてＴＥＭモードの波が伝搬可能となる。
【００１１】
つまり、本発明においては、ＴＥ_１０モードと、該ＴＥ_１０モードとは別のＴＥＭモードが伝搬可能となり、互いの伝搬モードの位相差により阻止域に減衰極を設けることができる。
【００１２】
阻止域に減衰極を設けることにより、低次数であっても、阻止域で多くの減衰を得ることができ、フィルタとしての性能を、製造コストを上げることなく、しかも、サイズを大型化することなく、向上させることができる。
【００１３】
そして、前記内部導体は、前記誘電体基板の下面に投影した形状が、線対称の形状、あるいは点対称の形状を有することが好ましい。例えば＋形状、−形状、Ｈ形状、あるいはひし形の形状を有するようにしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る誘電体フィルタを例えばバンドパスフィルタに適用した実施の形態例（以下、本実施の形態に係る誘電体フィルタと記す）を図１〜図１３を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施の形態に係る誘電体フィルタ１０は、図１〜図３に示すように、ほぼ全面にアース電極１２で覆われた誘電体基板１４を有する。特に、誘電体基板１４の前面には、２つのスリット（誘電体基板１４が露出した部分）１６ａ及び１６ｂが配置され、これら２つのスリット１６ａ及び１６ｂの間に第１の入力結合電極１８ａが形成されている。誘電体基板１４の下面の前面寄りには、コ字状のスリット（誘電体基板１４が露出した部分）２０が配置され、該スリット２０にて囲まれた部分に前記第１の入力結合電極１８ａと連続形成された第２の入力結合電極１８ｂが形成されている。つまり、前記第１の入力結合電極１８ａと第２の入力結合電極１８ｂとで、例えば側面からみてＬ字状の入力結合電極１８が構成されることになる。
【００１６】
一方、誘電体基板１４の後面には、２つのスリット２２ａ及び２２ｂが配置され、これら２つのスリット２２ａ及び２２ｂの間に第１の出力結合電極２４ａが形成されている。誘電体基板１４の下面の後面寄りには、コ字状のスリット２６が配置され、該スリット２６にて囲まれた部分に前記第１の出力結合電極２４ａと連続形成された第２の出力結合電極２４ｂが形成されている。つまり、前記第１の出力結合電極２４ａと第２の出力結合電極２４ｂとで、例えば側面からみてＬ字状の出力結合電極２４が構成されることになる。
【００１７】
前記入力結合電極１８と出力結合電極２４の上端は、誘電体基板１４の上面に形成されたアース電極１２ａと接続され、それぞれ短絡端とされている。
【００１８】
また、誘電体基板１４の内部には、図３に示すように、電磁波の進行方向に沿った中心線ｍに対して左右対称の位置にそれぞれスルーホール２８ａ及び２８ｂが形成されている。これにより、誘電体基板１４を伝搬してきた電磁波はスルーホール２８ａ及び２８ｂにて反射されるため、スルーホール２８ａ及び２８ｂにて区画された２つの領域Ｈ１及びＨ２は電気的に閉じた空間、即ち、容量性窓あるいは誘導性窓で区画された空間とみなすことができる。
【００１９】
これら閉じた空間（領域）Ｈ１及びＨ２は、固有の共振モードを持ち、その長さがλ／２のときに最も低い周波数で共振を起こす共振器として機能することになる。つまり、この実施の形態に係る誘電体フィルタ１０では、誘電体基板１４内に２つの共振器が縦続接続された２次のバンドパスフィルタとしてみなすことができる。
【００２０】
更に、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１０は、図２に示すように、誘電体基板１４内のうち、空間Ｈ１及びＨ２の各中央部分に、下面のアース電極１２ｂにビアホール３０を介して接続され、かつ、各共振器の共振周波数を調整するための電極（調整電極）３２がそれぞれ形成されている。なお、図３では、この調整電極３２の表示を省略してある。
【００２１】
そして、本実施の形態においては、誘電体基板１４内のうち、空間Ｈ１と空間Ｈ２との間であって、かつ、２つのスルーホール２８ａ及び２８ｂの間に内部電極３４が形成されている。この内部電極３４は、誘電体基板１４の表面に形成されたアース電極１２とは絶縁された状態とされ、その電極面が誘電体基板１４の上面及び下面に形成されたアース電極１２ａ及び１２ｂとほぼ平行とされている。また、この内部電極３４は、誘電体基板１４の下面に投影した形状が線対称の形状を有し、図３の例では、誘電体基板１４における電磁波の進行方向に沿った中心線ｍに対して左右対称である＋形状とされている。
【００２２】
ここで、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１０の作用について説明する。まず、誘電体基板１４を矩形の誘電体導波管とした場合、入力結合電極１８を通じて入力された信号のうち、空間Ｈ１及び空間Ｈ２で決定される各共振周波数を含む所定の帯域幅の信号だけが誘電体基板１４内を伝搬し、出力結合電極２４から取り出されることになる。
【００２３】
この伝搬は、図４に示すように、電磁波の進行方向をｘ軸としたとき、該ｘ軸に垂直なｚ軸方向に沿って電界成分４０をもち（ｘ軸に沿って電界成分をもたない：図５Ａ及び図５Ｃ参照）、誘電体基板１４を上面からみたときに該誘電体基板１４の中心線ｍに沿った断面（対称面Ｓ）に対して垂直なｘ−ｙ平面上で回転する磁界成分４２をもつ（図５Ａ及び図５Ｂ参照）、いわゆるＴＥ_１０モードとなる。
【００２４】
そして、図３に示すように、空間Ｈ１と空間Ｈ２との間で、かつ、スルーホール２８ａと２８ｂとの間に、アース電極１２と絶縁された内部電極３４が存在すると、この内部電極３４は、図６に模式的に示すように、上下に配置されたアース電極１２ａ及び１２ｂ間に存在するストリップライン４４としての機能を有する。即ち、この内部電極３４の伝搬モードは、図６、図７及び図８に示すように、電磁波の進行方向に対して垂直方向に電界成分４０をもち、かつ、電磁波の進行方向と電界成分４０の進行方向に対して共に垂直方向に磁界成分４２をもつ（即ち、電磁波の進行方向に対して電界成分４０と磁界成分４２をもたない）ＴＥＭモードと同様の伝搬モードとなる。
【００２５】
但し、本実施の形態では、図２にも示すように、内部電極３４の位置が誘電体基板１４の高さ方向中央ではなく、誘電体基板１４の下面寄りに形成されていることから、図８に示すように、内部電極３４の下部における電界成分４０及び磁界成分４２の強度が、内部電極３４の上部における電界成分４０及び磁界成分４２の強度よりも大きくなる。従って、内部電極３４による伝搬モードは、ＴＥＭモードに準じたモード、即ち、準ＴＥＭモードとなる。
【００２６】
従って、図９の等価回路に示すように、２つの共振器５０Ａ及び５０Ｂ（共に特性インピーダンスＺ０をもったＴＥ_１０モードの共振器）の縦続接続部分と並列に特性インピーダンスＺａの内部電極３４（準ＴＥＭ線路）が接続された構成となる。つまり、この実施の形態においては、電極を通じて準ＴＥＭモードの電磁波が伝搬可能となる。なお、図９では、図示上、２つの特性インピーダンスＺ０の間から特性インピーダンスＺａへの引き出し線を描いているが、この２つの特性インピーダンスＺ０で１つの特性インピーダンスＺ０を示すものであって、実際には、１つの共振器５０Ａ（又は５０Ｂ）を構成する１つの特性インピーダンスＺ０の任意の点から特性インピーダンスＺａへの引き出しが行われていることを示す。
【００２７】
このように、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１０においては、ＴＥ_１０モードと、該ＴＥ_１０モードとは別の準ＴＥＭモードが伝搬可能となり、互いの伝搬モードの位相差により阻止域に減衰極を設けることができる。
【００２８】
阻止域に減衰極を設けることにより、低次数であっても、阻止域で多くの減衰を得ることができ、フィルタとしての性能を、製造コストを上げることなく、しかも、サイズを大型化することなく、向上させることができる。
【００２９】
ここで、１つの実験例を示す。この実験例は、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１０において内部電極３４を形成しない構成の比較例と、本実施の形態に係る誘電体フィルタ１０と同様の構成を有する実施例について、それぞれ減衰特性を測定した。測定結果を図１０に示す。この図１０において、比較例の特性を破線Ａで示し、実施例の特性を実線Ｂで示す。
【００３０】
この図１０から、比較例については減衰極が形成されていないが、実施例については約２８ＧＨｚ、約３３ＧＨｚ及び約３７ＧＨｚの周波数で減衰極Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が形成されており、これら減衰極Ｐ１〜Ｐ３の存在によって、実施例は、比較例と比して阻止域（２８ＧＨｚ〜３７ＧＨｚ）において、１０ｄＢ程度特性がよくなっている（減衰量が増加している）ことがわかる。
【００３１】
ところで、上述の実施の形態に係る誘電体フィルタ１０では、内部電極３４の形状を＋形状としたが、その他、図１１Ａに示す−形状や、図１１Ｂに示すひし形の形状や、図１１Ｃに示すＨ形状でもよい。
【００３２】
また、上述の例では、２次のバンドパスフィルタを示したが、その他、図１２Ａ〜図１２Ｄに模式的に示すように、前段に２つのスルーホール２８ａ及び２８ｂを設け、更に、後段に２つのスルーホール２８ｃ及び２８ｄを設けて、３つの空間Ｈ１〜Ｈ３を有する３次のバンドパスフィルタとするようにしてもよい。この場合、内部電極３４の形状は、図１２Ａに示すように、２つの＋形状の電極を一体的に接続させた形状としてもよいし、図１２Ｂに示すように、２つのひし形の形状の電極を一体的に接続させた形状としてもよい。
【００３３】
また、前記内部電極３４の形状は、図１２Ｃに示すように、第１の空間Ｈ１の中央部分から第２の空間Ｈ２を経て第３の空間Ｈ３の中央部分まで延びる長方形状（−形状）としてもよいし、図１２Ｄに示すように、２つのＨ形状の電極を一体的に接続させた形状としてもよい。
【００３４】
上述の内部電極３４の形状は、中心線ｍに対して線対称の形状としたが、図１３に示すように、中心線ｍの中心点６０を基準とした点対称の形状としてもよい。
【００３５】
なお、本発明に係る誘電体フィルタは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る誘電体フィルタによれば、次数を増やさなくとも阻止域において多くの減衰を得ることができ、フィルタとしての性能を、製造コストを上げることなく、しかも、サイズを大型化することなく、向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る誘電体フィルタを示す透視斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る誘電体フィルタを電磁波の進行方向に沿って切断したときの断面図である。
【図３】本実施の形態に係る誘電体フィルタの要部を示す断面図である。
【図４】本実施の形態に係る誘電体フィルタのＴＥ_１０モードによる電磁波の伝搬を示す説明図である。
【図５】図５ＡはＴＥ_１０モードによる一般的な電磁波の伝搬を示す説明図であり、図５ＢはＴＥ_１０モードにおける磁界成分の伝搬を示す説明図であり、図５ＣはＴＥ_１０モードにおける電界成分の伝搬を示す説明図である。
【図６】ＴＥＭモードによる一般的な電磁波の伝搬を示す説明図である。
【図７】本実施の形態に係る誘電体フィルタの内部電極による電磁波の伝搬を示す説明図である。
【図８】内部電極による準ＴＥＭモードの伝搬を示す説明図である。
【図９】本実施の形態に係る誘電体フィルタの等価回路図である。
【図１０】比較例と実施例についての減衰特性を示す図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃは内部電極の変形例を示す図である。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｄは３次のフィルタとしたときの内部電極の形状例を示す図である。
【図１３】内部電極の形状を点対称にした場合の例を示す図である。
【図１４】従来例に係る誘電体フィルタを示す透視斜視図である。
【図１５】フィルタの次数を増やすことによる減衰効果を示す特性図である。
【符号の説明】
１０…誘電体フィルタ１２、１２ａ、１２ｂ…アース電極
１４…誘電体基板１８…入力結合電極
２４…出力結合電極２８ａ〜２８ｄ…スルーホール
３２…調整電極３４…内部電極
４０…電界成分４２…磁界成分

Claims

ほぼ全面に外部導体で覆われた誘電体基板を具備し、
前記誘電体基板の内部に容量性窓あるいは誘導性窓が形成され、
これら容量性窓あるいは誘導性窓で区画された空間が共振器として機能する誘電体フィルタにおいて、
前記外部導体とは絶縁された内部導体を前記誘電体基板内に有することを特徴とする誘電体フィルタ。
請求項１記載の誘電体フィルタにおいて、
前記内部導体は、前記誘電体基板の下面に投影した形状が、線対称の形状を有することを特徴とする誘電体フィルタ。
請求項１記載の誘電体フィルタにおいて、
前記内部導体は、前記誘電体基板の下面に投影した形状が、点対称の形状を有することを特徴とする誘電体フィルタ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘電体フィルタにおいて、
前記内部導体は、前記誘電体基板の下面に投影した形状が、＋形状、−形状、Ｈ形状、あるいはひし形の形状を有することを特徴とする誘電体フィルタ。