JP2007096399A - 誘電体フィルタおよび誘電体送受共用器 - Google Patents

Abstract

【課題】 外形寸法を変更したり部品点数を増加させたりすることなしに、良好なスプリアス特性を得ることができ、組立などの製造コストの低減が可能な誘電体フィルタを提供する。
【解決手段】 本発明の誘電体フィルタは、互いに対向する第１の端面と第２の端面と、互いに対向する第１の側面と第２の側面とを有する略直方体の誘電体ブロックに、前記第１の側面に平行にかつ前記第１の端面と前記第２の端面とを繋ぐように複数の貫通孔が形成されており、前記貫通孔の前記第１の端面に、導体で被覆した凹部が形成されている、複数のλ／４共振器を有する誘電体フィルタにおいて、少なくとも一対の隣接する前記λ／４共振器どうしは前記凹部により主として容量結合しており、前記第１の端面上の隣接する前記凹部間に、前記第１の側面の外導体と第２の側面の外導体とを繋ぐシールド電極を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同軸共振器を複数個組み合わせてなる誘電体フィルタのスプリアス特性の改善を企図した誘電体フィルタおよびそれを利用した誘電体送受共用器に関する。

セラミック誘電体を用いて形成された多段共振型の誘電体フィルタは、自動車電話機や携帯電話機などの移動無線通信機器、コードレス電話機、衛生通信機器などの電子回路を構成するのに広く利用されている。従来の略直方体形状の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、各内導体、および外導体により、ＴＥＭモードの共振器を構成するとともに、各共振器同士をコムライン結合させて誘電体フィルタを構成している。

特許第３６２０４５４号公報 特開２００２−１６４７０８号公報

しかしながら、この様な誘電体ブロックの外面に外導体を形成した誘電体フィルタにおいては、基本共振モードのＴＥＭモード以外の例えばＴＥ₁₀₁モードなどの共振モードが発生する。さらに、一方端面が開放のλ／４共振器を利用した誘電体フィルタは、ＴＥ₁₀₁モードの共振周波数が低くなる傾向があり使用周波数域にＴＥ₁₀₁モードに起因するスプリアスピークが近づき実際の使用に様々な問題を生じさせる。

図５は、従来の誘電体フィルタの外観斜視図であり、図６はその減衰特性を示す図である。図５に示した従来の誘電体フィルタの一例は、４段のフィルタから構成されているバンドパスフィルタである。このような誘電体フィルタは、略面六面体の誘電体ブロックに、対向する２面を貫く貫通孔が４個形成されており、上面以外の面には外導体が形成されており、貫通孔の内部にも内導体が形成されている。上面は一部を除いて導体が形成されない開放端となっている。さらに、この種のフィルタでは、貫通孔の開放端に近い部分には、図示するような凹部が形成され、その内側も内導体が形成され、隣接する共振器と容量結合をしている。また、誘電体ブロックの外側面には、外導体から絶縁された入出力電極を形成している。入出力電極は、入出力段に該当する共振子の内導体と容量結合している。

図７は図５の誘電体フィルタのＴＥ₁₀₁モードの電磁界分布を示したものである。図７中矢印は電界分布を示す。この誘電体フィルタにおいては、誘電体ブロックの誘電率をεｒとし、貫通孔の軸方向及び配列方向の双方に平行な方向の誘電体ブロックの寸法をそれぞれＨ、Ｗとすると、ＴＥ₁₀₁モードの共振周波数ｆｓは、開放端の電磁界の放射の補正長ａを加えたＨ'＝Ｈ＋ａと、Ｗによって（１）式のように決定される。

ここでｖは光速である。

図６に示すように、λ／４同軸共振による基本モード（ＴＥＭモード）で構成される通過帯域フィルタは２ＧＨｚ近傍に構成されていることがわかる。しかしながら４．７ＧＨｚ付近に基本モード以外のＴＥ₁₀₁モードによる共振ピークが発生していることがわかる。通常この共振ピークが誘電体共振器の共振周波数の２倍または３倍の高調波に近い場合には回路上の動作の安定性等に好ましくない影響を及ぼす。特に容量結合にて段間の結合を構成しているフィルタの場合、ＴＥ₁₀₁モードの共振周波数がより低くなる傾向にあり影響が大きくなる。この様な影響を避けるために、上記従来の誘電体フィルタの場合には、ＴＥ₁₀₁モードの共振ピークを高調波から遠ざけるべく、誘電体ブロックのサイズすなわち誘電体フィルタの外形寸法を変更しなければならなかった。すなわち、誘電体フィルタの外形寸法Ｈ及び／又はＷを小さくすることで、等価的にＴＥ₁₀₁モードの電磁界成分の波長を短くし共振周波数を高くする。こうすることでスプリアスピークを使用帯域から遠ざけスプリアス特性を改善していた。

また、この様な問題を解決するための別の方法として、開放端に導電性のシールド板を設け電磁界の漏れを抑制しＴＥ₁₀₁モードの共振周波数を変化させスプリアス特性を改善させることが提案されている。しかしながらこの様な方法では部品点数が多くなり、シールド板を取り付ける半田付けなどの作業が必要である。従って、スプリアス特性は改善されるものの部品コスト及び製造コストが高くなるという難点がある。

そこで、本発明は、誘電体ブロックの外形寸法を変更したり部品点数を増加させたりすることなしに、良好なスプリアス特性を得ることができ、しかも組立などの製造コストの低減が可能な誘電体フィルタを提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の問題点を解決するために成されたものであって、互いに対向する第１の端面と第２の端面と、互いに対向する第１の側面と第２の側面とを有する略直方体の誘電体ブロックに、前記第１の側面に平行にかつ前記第１の端面と前記第２の端面とを繋ぐように複数の貫通孔が形成されており、前記第１の端面を除く前記誘電体ブロックの５面に外導体が形成されており、前記貫通孔の内部には内導体が形成されており、前記貫通孔の前記第１の端面に、導体で被覆した凹部が形成されている、複数のλ／４共振器を有する誘電体フィルタにおいて、少なくとも一対の隣接する前記λ／４共振器どうしは前記凹部により主として容量結合しており、前記第１の端面上の隣接する前記凹部間に、前記第１の側面の外導体と第２の側面の外導体とを繋ぐシールド電極を有する誘電体フィルタに関する。

また、本発明は、前記誘電体フィルタを備えた誘電体送受共用器に関する。

複数のλ／４共振器が開放端の凹部により容量結合されている誘電体フィルタにおいて、開放端に、容量結合を制限するように隣接する凹部間にシールド用電極を形成することにより、誘電体ブロック寸法に起因するＴＥ₁₀₁モードの共振周波数を高周波側に移動させることができ、これにより、部品を追加したりすることなく、容易にスプリアス特性の改善された誘電体フィルタを形成することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を説明する。図１は、本発明による誘電体フィルタの第１の実施形態を示す模式的斜視図である。図１において基本的なフィルタ構成は図５に示した従来の誘電体フィルタの構成と同じである。

本発明の誘電体フィルタ１の基本構成は、略直方体の誘電体ブロック２に、複数の貫通孔８を形成して、複数のλ／４共振器７を有する誘電体フィルタである。詳しくは、誘電体ブロック２は、互いに対向する第１の端面３と第２の端面４と、互いに対向する第１の側面５と第２の側面６とを有し、前記第１の側面５に平行にかつ前記第１の端面３と前記第２の端面４とを繋ぐように複数の貫通孔８を形成している。貫通孔８の内部には内導体９が形成されており、前記第１の端面を除く前記誘電体ブロック２の５面に外導体１０が形成されている。また、第１の端面３および第２の端面４を除く、側面の特定の個所には、外導体１０と絶縁されて入出力電極１３が形成されている。

さらに、本発明の誘電体フィルタ１では、前記貫通孔８の前記第１の端面３、即ち、λ／４共振器の開放端側に、導体で被覆した凹部１１が形成されている。この複数のλ／４共振器を有する誘電体フィルタにおいて、少なくとも一対の隣接する前記λ／４共振器７どうしは前記凹部１１により主として容量結合している。ここで、主として容量結合をしているとは、共振器どうしの結合において、誘導性結合より容量性結合が勝っていることをいう。凹部１１は、端面１に平行な断面の形状は円形、矩形等特に限定されず、隣接する凹部どうしにより、隣接する共振器どうしが容量性の結合をしていればよい。また、凹部１１の深さについても、隣接する共振器どうしが容量性の結合をしていれば特に限定されない。

上記の誘電体フィルタの構成において、本発明の誘電体フィルタでは、前記第１の端面３上の隣接する前記凹部１１間に、前記第１の側面５の外導体１０と第２の側面６の外導体１０とを繋ぐシールド電極１２を有することを特徴としている。図１の本発明の誘電体フィルタの実施形態においては、開放端の非メタライズ部分に外導体の第１の側面５と第２の側面６とを接続する形でシールド電極１２が３カ所形成されている。シールド電極１２のパターンは、前記第１の端面３上の隣接する前記凹部１１間に、本発明の誘電体フィルタの第１の側面５と第２の側面６との外導体どうしを繋ぐように形成されていれば、曲線、直線、線幅等、特に限定されない。

前記のように、図７は、シールド電極のない従来の誘電体フィルタのＴＥ₁₀₁の電磁界分布を示す図である。この形態の誘電体フィルタにおいては、誘電体ブロックの誘電率をεｒとし、貫通孔の軸方向及び配列方向の双方に平行な方向の誘電体ブロックの寸法をそれぞれＨ、Ｗとすると、ＴＥモードの共振周波数ｆｓは、（１）式に示すように開放端の電磁界の放射の補正長ａを加えたＨ'＝Ｈ＋ａと、Ｗによって決定される。

これに対し、図２は、本発明の誘電体フィルタの一実施形態の電磁界分布を示す図である。図中矢印は電界分布を示す。本実施形態のシールド電極によって、電磁界の放射が少なくなり等価的に電界成分波長が短くなる。すなわち本実施例の補正長をａ'とするとａ'＜ａとなり電界成分波長はＨ＋ａ'＜Ｈ＋ａとなる。すなわち上記（１）式よりＴＥ₁₀₁モードの共振周波数ｆｓが高くなりスプリアス特性が改善される。

図３は本実施形態の減衰特性図である。誘電体ブロックの比誘電率εｒ及びブロックの外形寸法は図５の従来の誘電体フィルタの形態とほぼ同じである。図３と、従来の形態の誘電体フィルタの特性図６とを比較することにより、本発明の誘電体フィルタは、従来の誘電体フィルタに比べＴＥ₁₀₁モードによるスプリアスピークが高周波側にシフトしていることがわかる。本実施形態ではスプリアスピークを約１．５ＧＨｚ高周波域にシフトさせることができる。従って、使用帯域の２倍、３倍の周波数域のスプリアス特性が改善され良好なフィルタ特性を得ることができる。

本発明の誘電体フィルタでは、シールド電極は、必ずしも全ての結合間に設けなくても良く、図示したＷ方向の中央部に近いほどＴＥモードの波長短縮効果があり、スプリアスピークがより高周波側にシフトするので好ましい。また、図１の実施形態では、４段のフィルタで構成されている例を示したが、フィルタの段数は限定されず、また、全てのλ／４が容量結合で構成されていなくてもよい。

図４は本発明の誘電体フィルタを備えた本発明の誘電体送受共用器の模式的斜視図である。本実施形態では３段の誘電体フィルタを組み合わせて誘電体送受共用器を構成している。誘電体フィルタの基本構成は、図１に示した本発明の誘電体フィルタの構成と同一であり、全ての段間結合は主に、開放端に形成された凹部により容量結合で構成されている。送受共用器では、中央付近に入出力共用電極１６を設けており、さらに、入出力共用電極１６から開放端に伸びる入出力結合電極１７を設けている。シールド電極１２は全ての段間結合に設けている。

これらシールド電極により、電磁界の放射が少なくなり等価的に電界成分波長が短くなる。従ってＴＥモードの共振周波数が高くなりスプリアス特性が改善される。

本発明の誘電体フィルタと同じく、本発明の誘電体送受共用器の構成は図４の実施形態に限定されず、シールド電極の数、フィルタの段数等限定されるものではない。

（実施例１）
比誘電率εｒ＝４４のセラミックス材料を用いて、図１に示したようなＷ＝５．４ｍｍ、Ｈ＝４．０ｍｍ、厚みＴ＝１．６４ｍｍの誘電体フィルタを作製した。得られた誘電体フィルタの周波数特性図を図３に示した。次の比較例１に示す特性図と比較し、スプリアスピークを約１．５ＧＨｚ高周波域にシフトさせることができた。従って、使用帯域の２倍、３倍の周波数域のスプリアス特性が改善され良好なフィルタ特性を得ることができた。

（比較例１）
シールド電極を持たない以外は、実施例１と同様な誘電体フィルタを作製し、そのフィルタ特性を測定した。そのフィルタ特性図を図６に示した。

本発明の誘電体フィルタの一実施形態を示す斜視図である。 本発明の誘電体フィルタの一実施形態の電磁界分布を示す図である。 本発明の誘電体フィルタの一実施形態の周波数特性図である。 本発明の誘電体送受共用器の一実施形態を示す斜視図である。 従来の誘電体フィルタの一実施形態を示す斜視図である。 比較例１で得られた従来の誘電体フィルタの周波数特性図である。 従来の誘電体フィルタの一実施形態の電磁界分布を示す図である。

符号の説明

１ 誘電体フィルタ
２ 誘電体ブロック
３ 第１の端面
４ 第２の端面
５ 第１の側面
６ 第２の側面
７ λ／４共振器
８ 貫通孔
９ 内導体
１０ 外導体
１１ 凹部
１２ シールド電極
１３ 入出力電極
１５ 誘電体送受共用器
１６ 共用入出力電極
１７ 共用入出力結合電極
２０ 従来の誘電体フィルタ

Claims (2)

1. 互いに対向する第１の端面と第２の端面と、互いに対向する第１の側面と第２の側面とを有する略直方体の誘電体ブロックに、前記第１の側面に平行にかつ前記第１の端面と前記第２の端面とを繋ぐように複数の貫通孔が形成されており、前記第１の端面を除く前記誘電体ブロックの５面に外導体が形成されており、前記貫通孔の内部には内導体が形成されており、前記貫通孔の前記第１の端面に、導体で被覆した凹部が形成されている、複数のλ／４共振器を有する誘電体フィルタにおいて、少なくとも一対の隣接する前記λ／４共振器どうしは前記凹部により主として容量結合しており、前記第１の端面上の隣接する前記凹部間に、前記第１の側面の外導体と第２の側面の外導体とを繋ぐシールド電極を有することを特徴とする誘電体フィルタ。
2. 請求項１記載の誘電体フィルタを備えた誘電体送受共用器。
   

Images