JP2005203963A - フィルタ回路素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 不必要な結合が生じないフィルタ回路素子を提供することにある。
【解決手段】 フィルタ回路素子においては、フィルタ回路を構成する誘電体基板にグランド面からその側面を介して共振素子が形成されている面にまで導電層が延出されている。共振素子が形成されている面では、導電層が共振素子の両側に信号伝播路に沿って帯状に伸び、誘電体基板上に配置されている導体金属性蓋部にこの帯状導電層が電気的機械的に接触されている。従って、共振素子は、信号伝播路に沿って少なくとも筒状に導電層及び金属蓋部で囲繞されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、パッケージ内にフィルタ回路が収納されているフィルタ回路素子に係り、特に、無線用通信機において受信波信号の帯域を制限する超電導フィルタ回路素子に関する。

従来、超伝導フィルタ回路が組み込まれたフィルタ回路素子については、特許文献１にその実装構造が開示されている。この特許文献１に開示された実装構造においては、誘電体基板上に超電導フィルタ回路が形成され、この誘電体基板を冷却し並びにハンドリングを容易にするために、この誘電体基板が金属板上若しくは金属箱中に板バネを介して取り付けられている。この誘電体基板が設けられた構造体は、冷凍機内に固定されて超伝導フィルタ回路が冷却される。

一般に、誘電体基板が金属板上に取り付けられている構造においては、誘電体基板上に入出力信号用のコネクタが設けられている。通常、入出力信号用のコネクタとフィルタ回路の線路の接続部は、セミリジットケーブルのような同軸線からマイクロストリップラインなどに電磁界分布がモード変換されるために、この部分を通過する信号にとって不連続部となる。そのために不整合が生じ、その結果、その接続部から信号電力の一部がフィルタ回路外に放射される。また、フィルタ回路を構成する共振素子も有限のサイズの誘電体基板内に配置するために共振素子を形成する線路が屈曲されて配置されている。線路が屈曲されている構造にあっては、その共振線路から信号電力の一部が同様に信号電力の一部がフィルタ回路外に放射される。放射される電力は、フィルタ回路を通過せずに直接的に入出力端子間で伝播され、また、入出力間で不要な共振器同士が結合する虞がある。このように放射する電力が他の素子に影響を与えないようにするためには、素子間或いは端子間が隔離（アイソレート）されることが必要であり、フィルタ回路素子では、このようなアイソレーション特性が重要となっている。
特開平１１−３５４８５０

上述したように、金属箱中に誘電体基板が配置され、金属箱をカットオフ周波数以下に設計することでアイソレーション特性を確保する方法が特許文献１に知られている。しかし、誘電体基板端と金属箱の壁面との間に空間がある場合、或いは、固定用の板バネが用いられる場合には、不整合の定在波が立ちやすくなる問題がある。その結果、金属箱自身が基本の電磁界モードでのカットオフ特性を有するとしても、不整合による定在波が複雑な電磁界モードを作ってしまうためにアイソレーション特性が劣化してしまう虞がある。

このように、従来技術では、誘電体基板が金属箱中に固定される場合には、金属箱と誘電体基板との間の空間、或いは、固定用の板バネによって複雑な電磁界モードが生ずる虞があり、結果として、アイソレーション特性が劣化する問題がある。アイソレーション特性が劣化すると、フィルタ回路は、理想的な結合のみでなく、不必要な結合までも含むようになり、そのフィルタ特性が劣化される問題点が生ずる。

この発明では、上記のような従来技術の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、不必要な結合が生じないフィルタ回路素子を提供することにある。

この発明によれば、
第１表面及びこの第１表面に対向する第２表面並びにこれら第１及び第２表面に連接する側面を有する誘電体基板と、
前記第１表面並びに前記側面上を延出され、前記第２表面上の側部領域にまで延出されているグランドに接続されるべき金属導体層と、
前記第２表面上に屈曲されて形成され、信号伝播路に沿って配置されている共振回路を構成する金属導体パターンと、
前記金属導体層に電気的機械的に接触され、前記金属導体パターンを前記金属導体層とともに囲繞する導電性の蓋部と、
を具備することを特徴とするフィルタ回路素子が提供される。

上記のように構成されたフィルタ回路素子においては、解析が困難な不整合による不要な結合を除去するとともに、従来どおりの誘電体基板を持つフィルタ素子のみの交換も容易であり、金属の蓋を超電導にすることによって低損失のフィルタを実現することができる。即ち、この発明のフィルタ構造によれば、誘電体基板とパッケージとなる金属の外壁部分を含めた形での解析も可能となる。

以上のように、この発明のフィルタ回路素子においては、解析が困難な不整合による不要な結合を除去するとともに誘電体基板を含むフィルタ素子のみの交換も容易であり、金属蓋部を超電導にすることによって低損失のフィルタを実現することができる。このような構造を用いることによって、誘電体基板とパッケージとなる金属の外壁部分を含む構造での解析も可能となる。

図１は、この発明の第１の実施例に係る超伝導フィルタ回路素子の構造を概略的に示す断面図である。

図１に示す超伝導フィルタ回路素子においては、誘電体基板１０３は、矩形板状であって互いに対向する第１の面及び第２の面を有し、また、第１の面及び第２の面に連接する４つの側面を有している。誘電体基板１０３の第１の面には、超伝導導体層１０２が形成され、その面全体が導体層部１０２−１で覆われている。この導体層１０２は、互いに対向する側面を延出されて第２の面の側部領域にまで延出されている。即ち、互いに対向する一対の側面も同様に導体層部１０２−２によって覆われ、第２の面上には、導体層１０２が帯状導体部１０２−３としてその側部領域に沿って帯状に延在されている。従って、誘電体基板１０３は、その第１の面及び互いに対向する側面並びに第２の面の側部領域に設けた略筒状の導体層１０２によって覆われる構造に形成されている。この導体層１０２は、接地され、誘電体基板１０３の第１の面及び一対の側面並びに第２の面の側部領域に関しては、筒状の導体層１０２が電磁波を遮蔽しているシールド構造に形成されている。

誘電体基板１０３の第２の面には、共振素子１０１備えたマイクロストリップライン共振器が形成されている。即ち、帯状導体部１０２−３間の誘電体基板１０３の領域には、図２に示されるように信号入力部１０１−１及び信号出力部１０１−２が形成され、その間に多数のヘアピン状の線路１０１−３が互いに分離されて配置されている。より詳細には、各ヘアピン状の線路１０１−３は、長手方向に伸びる一対の線路が開放端を一方の側に設けるように他方側が互いに接続されて閉塞端となるように形成され、複数のヘアピン状の線路１０１−３は、その開放端及びその閉塞端が交互に帯状導体部１０２−３に沿って配列されるように互いに一定の間隔を空けて配置されている。また、所定のフィルタ特性が得られるように幾つかのヘアピン状の線路１０１−３は、互いに飛び越し線路２０１によって接続されている。このようなフィルタ回路においては、信号入力部１０１−１に入力された信号がヘアピン状の線路１０１−３及びヘアピン状の線路１０１−３間の誘電体部を介して伝播されて信号出力部１０１−２から出力される。

尚、図２に示されるマイクロストリップライン共振器では、帯状導体部１０２−３は、この信号伝播方向に沿って延出されていることとなる。

図１に示されるように導体金属板１０６上に導体層部１０２−１が接触するように誘電体基板１０３が導体金属板１０６上に載置され、フランジ部１０４−１を有する箱形状の導体金属蓋部、即ち、金属パッケージ１０４が誘電体基板１０３上に載置され、箱形状の導体金属蓋部１０４の開口部が帯状導体部１０２−３に電気的且つ機械的に接触されて誘電体基板１０３の第２の面がその内に空間を空けて導体金属蓋部１０４によって覆われている。ここで、信号入力部１０１−１及び信号出力部１０１−２に導体金属蓋部１０４が電気的に接触しないように導体金属蓋部１０４の側壁には、入力側挿通孔及び出力側挿通孔が設けられ、この入力側挿通孔及び出力側挿通孔内に信号入力部１０１−１及び信号出力部１０１−２が配置されるように導体金属蓋部１０４が誘電体基板１０３上に配置される。即ち、信号入力部１０１−１及び信号出力部１０１−２は、導体金属蓋部１０４の側壁及び導体層部１０２−１によって囲まれるような構造に形成されている。

図１に示されるようなフィルタ回路素子では、誘電体基板１０３の第２の面に関しても箱形状の導体金属蓋部１０４が電磁波を遮蔽するシールド構造に形成されている。導体金属蓋部１０４のフランジ部１０４−１には、固定具としてのネジ１０５の挿通孔が設けられ、また、導体金属板１０６には、ネジ１０５が螺合される螺合孔が形成され、ネジ１０５がフランジ部１０４−１の挿通孔に挿通されて導体金属板１０６螺合孔に螺合されることによって確実に導体金属板１０６上に導体金属蓋部１０４が固定され、誘電体基板１０３が導体金属板１０６及び導体金属蓋部１０４間に圧接固定されている。

図１に示すようにマイクロストリップライン共振器で構成されるフィルタ回路は、金属蓋部１０４及び金属導体層１０２によって覆われ、金属蓋部１０４及び金属導体層１０２がグランドに接続されることによってこのフィルタ回路が電磁的にシールドされる。また、図１及び図２に示されるような構造は、冷却媒体中に浸されてマイクロストリップライン共振器の線路が超伝導状態にまで冷却される。

図１及び図２に示されるような構造を有する超伝導フィルタ回路素子においては、図２に破線２０２に示すような飛び越し結合２０２が金属蓋部１０４或いは帯状導体部１０２−３等によって阻止され、また、誘電体基板１０３の端面に設けたコネクタ接続部或いは線路を折り曲げたときの折り曲げ部からの電磁波の放出も金属蓋部１０４或いは金属導体層１０２によって阻止され、不所望の電磁的結合が生ずることが防止される。

図１に示される構造にあっては、ネジ１０５の取り外しによって誘電体基板１０３を用いたフィルタ回路部分のみの交換が可能であり、伝播帯域を制限するフィルタの周波数帯を変更する場合には、誘電体基板１０３のみの交換で対応することができる。

図３には、不要な飛び越し結合が無い場合におけるフィルタ回路の周波数レスポンス３０１の一例が示され、また、図４には、不要な飛び越し結合が有る場合におけるフィルタ回路の周波数レスポンス３０１の一例が示されている。必要な飛び越し結合のみとなる場合には所望帯域の両側にノッチが生じ、シャープなスカート特性を実現することができる。しかし、不要な飛び越し結合がある場合には、所望帯域の両側にあったノッチが消失し、帯域内の特性が劣化してしまう虞がある。図１及び図２に示されるフィルタ回路素子構造によれば、フィルタ回路に図３に示すような理想的なフィルタ特性を与えることができることとなる。

図５〜図１０を参照して、この発明の他実施例に係るフィルタ回路素子の構造を説明する。図５〜図１０においては、図１及び図２における同一部分或いは箇所には図１及び図２付した符号と同一符号を図に付し、その説明を省略する。

図５は、この発明の第２の実施例に係るフィルタ回路素子の構造を概略的に示す断面図を示している。図５に示される構造は、図１に示される構造と実質的に同一であるが、図５に示される構造においては、図１に示される構造においては、金属蓋部５０１が単なる金属で構成されるに対して共振素子が形成されている誘電体基板１０３上に設けられる金属蓋部５０１が超伝導体のバルクで構成されている点が異なっている。図５に示される構造においては、共振素子の無負荷Ｑ値が高くなってくると、パッケージの導体損によるＱ値が問題となる場合がある。このような場合において、共振器の上面部分の導体を超伝導体とすることでパッケージを含めたフィルタ回路としての損失を低減することができる。

また、共振素子が形成されている誘電体基板１０３上の空間の高さを低くすることが要請される場合には、第３の実施例に係る図６に示すような構造を採用することが好ましい。即ち、図６に示すように誘電体基板１０３の側部面上の帯状導体部１０２−３に導体金属製のブロック壁１１０が配置され、ブロック壁１１０に天板１１２が配置されている。この天板１１２は、誘電体基板１０３の共振回路が形成される面に対向する面に超伝導体層１１４が形成され、この天板１１２上には、第２の導体金属板１１６が載置されている。この第２の導体金属板１１６は、この導体金属板１１６に設けられた挿通孔にネジ１０５が挿通されてこのネジ１０５が第１の導体金属板１０６に螺合固定されて第１の導体金属板１０６上に固定される。従って、このような構造では、一対の導体金属板１０６、１１６間に誘電体基板１０３、ブロック壁１１０及び天板１１２からなる構造物が狭持固定されることとなる。また、この構造物では、誘電体基板１０３の上面の空間は、天板１１２に設けた超伝導体層１１４、導電金属製のブロック壁１１０及び導体層１０２によって囲繞されてその空間内に配置される共振回路は、外部に対して電磁的に遮蔽されることとなる。図６に示す構造においては、側面の導電金属製のブロック壁１１０における電力損失が小さくすることができ、このような要請がある場合には有効となる。

図７は、この発明の第４の実施例に係るフィルタ回路素子の構造の一部を拡大して示している。図７は、金属蓋部１０４と誘電体基板１０３上の帯状導体部１０２−３との接続構造を示し、帯状導体部１０２−３上には、２層以上の複数の導電層で構成されている接触層７０１が設けられている。接触層７０１が設けられることによって金属蓋部１０４と誘電体基板１０３上の帯状導体部１０２−３とが確実に電気的に接続される。導体層１０２が超電導体材料で作られる場合には、帯状導体部１０２−３の表面には、通常凹凸が生じ、帯状導体部１０２−３と金属蓋部１０４とが点接触されて接触抵抗が大きくなってしまう。従って、図７に示すように、超伝導体に多層構造の金属膜を設けることによって、金属蓋部１０４と帯状導体部１０２−３との接触抵抗を下げることができる。金属膜としては金、銀などが利用できる。

図８及び図９は、この発明の第５及び第６の実施例に係るフィルタ回路を示している。図８及び図９は、フィルタ回路素子の横断面図を示している。図８に示されるように、金属蓋部１０４は、共振回路における信号伝播路の入出力部に対応する側部が開放される構造を有し、誘電体基板１０３上に形成された共振回路の線路は、金属蓋部１０４及び導体層１０２によって筒状に囲まれ、その入出力部が開放されている。このような構造では、共振素子１０１が並ぶ方向に対してカットオフ特性を有するため、不要な共振器間結合を抑圧する特性は問題なく維持できる。また、金属蓋部１０４の両端部が開放されている場合には、金属蓋部１０４を含むパッケージの自己共振の問題も避けることができる。

図９は、図８と異なり、金属蓋部１０４の両端部が塞がれ、金属蓋部１０４の両端部には、共振回路の入出力部に延出される導体部の為の切欠孔１２０、１２２が形成されている。また、金属蓋部１０４に対応して誘電体基板１０３の両側部領域に加えて共振回路の入出力部の周囲に相当する側部領域まで帯状導体部１０２−３が延出され、また、誘電体基板１０３の４側面にも導体層１０２が形成されている。このような構造では、金属蓋部１０４の６面によって誘電体基板１０３上の空間が囲まれ、共振回路の線路は、金属蓋部１０４及び導体層１０２によって実質的に囲繞されている。この構造は、使用される周波数帯がパッケージの自己共振周波数に対して低い場合にはこの構造が不要な電力放射を好適にシールドすることができる。

図１０は、この発明の第５の実施例に係るフィルタ回路を概略的に示す断面図である。

図１０に示される構造においては、金属蓋部１０４のネジ１０５が挿通されるフランジ１０４−１が図１に示されるフランジ１０４−１に比べて薄く形成され、このフランジ１０４の金属バネ性を利用して誘電体基板１０３が金属板１０６上に押し付け固定されている。この構造においては、冷凍機を用いて冷却する場合に誘電体基板１０３等が収縮され、常温で固定された誘電体基板１０３が低温で固定されなくなるような状況を防ぐことができる。即ち、常温で金属板１０６上に固定されている誘電体基板１０３が収縮されたとしても、収縮は、フランジ１０４から誘電体基板１０３に与えられるバネ作用で吸収され、誘電体基板１０３が金属板１０６上に保持され続けられることとなる。従って、この図１０に示す構造によれば、導電体として超伝導体を用いても安定したパッケージ構造を低温域においても維持することが可能となる。

尚、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

この発明の一実施例に係るフィルタ回路を概略的に示す断面図である。 図１に示したフィルタ回路部を概略的に示す上面図である。 不要な飛び越し結合がない図１に示したフィルタ回路部における周波数レスポンスを示すフィルタ特性のグラフである。 不要な飛び越し結合がある比較例としてのフィルタ回路における周波数レスポンスを示すフィルタ特性のグラフである。 この発明の第２の実施例に係るフィルタ回路の構造を概略的に示す断面図である。 この発明の第３の実施例に係るフィルタ回路の構造を概略的に示す断面図である。 この発明の第４の実施例に係る金属蓋部と誘電体基板の接続部を拡大して示す部分断面図である。 この発明の第４の実施例に係るフィルタ回路素子を概略的に示す横断面図である。 この発明の第５の実施例に係るフィルタ回路素子を概略的に示す横断面図である。 この発明の第６の実施例に係るフィルタ回路素子を概略的に示す縦面図である。

符号の説明

１０１…共振素子超電導体、１０２…超電導導体層、１０３…誘電体基板、１０４…金属蓋部、１０５…ネジ、５０１…蓋部、７０１…金属膜

Claims (5)

1. 第１表面及びこの第１表面に対向する第２表面並びにこれら第１及び第２表面に連接する側面を有する誘電体基板と、
   前記第１表面並びに前記側面上を延出され、前記第２表面上の側部領域にまで延出されているグランドに接続されるべき金属導体層と、
   前記第２表面上に屈曲されて形成され、信号伝播路に沿って配置されている共振回路を構成する金属導体パターンと、
   前記金属導体層に電気的機械的に接触され、前記金属導体パターンを前記金属導体層とともに囲繞する導電性の蓋部と、
   を具備することを特徴とするフィルタ回路素子。
2. 前記第２表面上の側部領域には、帯状に金属導体層が設けられ、この金属導体層には、前記蓋部に電気機械的に接触される多層導体接続層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路素子。
3. 前記誘電体基板は、導電金属板上に配置され、前記蓋部は、フランジ部を有し、このフランジ部と前記導電金属板が機械的に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路素子。
4. 前記フランジ部はバネ性を有し、このバネ性によって生ずるバネ力によって前記誘電体基板は、前記導電金属板上に押し付けられていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路素子。
5. 前記蓋部は、前記信号伝播路の入力側並びに出力側に開口部を有することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路素子。

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