JP2011097391A - フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は軽量のフィルタ装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、この課題を解決するために、入力コネクタ１２が接続された中空状の筐体１３と、この筐体１３内に設けられた中空状の共振素子１４とを含み、筐体１３には下方に開口１３ａを有した枠体１３ｂと、この枠体１３ｂの開口１３ａに装着される蓋１５とを備え、蓋１５は樹脂基材の少なくとも一方の面に導体部１５ａが形成され、開口１３ａの先端部と導体部１５ａとが接続されるとともに、導体部１５ａと共振素子１４の下端部とがはんだつけされ、蓋１５には筐体１３における内方側へ突出する突起１７を設け、共振素子１４の内周面が突起１７で位置決めされるフィルタ装置であり、これにより、はんだ１６の欠落部などが生じ難くなるので、挿入損失の小さなフィルタ装置を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信用などの基地局に用いられるフィルタ装置に関するものである。

以下、従来のフィルタ装置について図面を用いて説明する。図４（ａ）は、従来のフィルタ装置の断面図であり、図４（ｂ）は同、上からみたときの断面図である。図４においてフィルタ装置１は、携帯電話などのような双方向通信の基地局内に設けられるものであり、アンテナ（図示せず）から入力された信号が供給されるコネクタ２と金属製の筐体３と、出力端子４とを有する。

筐体３内には４つの中空部５が形成され、それぞれの中空部５の中央には、円筒形の共振素子５ａがはんだ９によって接続されている。隣り合う中空部５同士を結合させることが必要であり、隣り合う中空部５の間には結合窓６が形成される。

蓋７は、軽量化のために樹脂基材の上面に銅箔（図示せず）が形成されたものである。蓋７はこの銅箔面側が筐体３の下方の開口に装着されて、筐体３へ固定される。なお筐体３において、共振素子５ａおよび結合窓６に対応する位置には周波数調整用のネジ８がネジ止めされている。

ここで共振素子５ａと筐体３の内面との間の距離によって、共振素子５ａと筐体３の内面との間に形成される容量値が変化し、フィルタ装置１の周波数特性が変化する。そこで、共振素子５ａと筐体３の内面との間の距離を一定に保つために、共振素子５ａの下端に脚５ｂを設け、蓋７において脚５ｂに対応した位置に孔７ａが形成されている。そしてこの孔７ａへ脚５ｂが挿入されることによって、共振素子５ａが位置決めされることとなる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００８−９８７２９号公報

しかしながら、従来のフィルタ装置１において、蓋７は樹脂基材であり、また脚５ｂと孔７ａとの間に隙間を有することにより、脚５ｂの位置において共振素子５ａの周囲にはんだ９の欠落部９ａが生じる。ところが高周波信号においては、共振素子５ａの外周と筐体３との交差部分で、非常に電位が高くなるので、その交差部の形状はフィルタ装置１における信号の通過損失の値へ大きく影響する。しかしながら、従来のフィルタ装置１においてははんだ９の欠落部９ａが発生するので、信号の通過損失が大きくなるという課題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、信号の通過損失の小さなフィルタ装置を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために、フィルタ装置は下方に開口を有した枠体と、この枠体の開口に装着されるとともに、少なくとも上面には導体が形成されたる蓋とを備え、前記導体に共振素子の下端部がはんだつけされて形成され、前記蓋には前記筐体における内方側へ突出する突起を設け、前記共振素子の内周面は前記突起で位置決めされるものである。これにより所期の目的を達成することができる。

以上のように本発明によれば、アンテナ端子と、このアンテナ端子が接続された中空状の筐体と、この筐体内に設けられた中空状の共振素子とを含み、前記筐体には下方に開口を有した枠体と、この枠体の開口に装着される蓋とを備え、前記蓋は樹脂基材の少なくとも一方の面上に導体膜が形成され、前記開口の先端と前記導体膜とが接続されるとともに、前記導体膜と前記共振素子の下端部とがはんだつけされたフィルタ装置において、前記蓋には前記筐体における内方側へ突出する突起を設け、前記共振素子の内周面が前記突起で位置決めされるものであり、共振素子は突起によって位置決めされるので、脚などを形成する必要がない。従って、はんだの欠落部が生じにくくなり、共振素子の外周全周において均一な形状のはんだフィレットを形成できる。これにより、信号の通過損失の小さなフィルタ装置を実現できる。

(ａ)本実施の形態におけるフィルタ装置の断面図、（ｂ）同、フィルタ装置を上からみた断面図 同、要部拡大断面図 （ａ）同、第２の例におけるフィルタ装置の要部拡大断面図、（ｂ）同、第３の例におけるフィルタ装置の要部拡大断面図 （ａ）従来のフィルタ装置の断面図、（ｂ）同、フィルタ装置を上からみた断面図

（実施の形態１）
以下、本実施の形態におけるフィルタ装置１１について、図面を用いて説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態におけるフィルタ装置の横から見た断面図であり、図１（ｂ）は、同、筐体の上から見た断面図であり、図２は同フィルタ装置の要部拡大断面図である。なお図１（ａ）、図１（ｂ）、図２において、図４と同じものには同じ番号を用いており、その説明は簡略化している。図１（ａ）、図１（ｂ）、図２において、フィルタ装置１１は、入力コネクタ１２と、この入力コネクタ１２が固定される金属製の筐体１３と、この筐体１３内に設けられる共振素子１４と、筐体１３に固定された出力端子４で構成される。

入力コネクタ１２（アンテナ端子の一例として用いた）はアンテナ（図示なし）に接続され、アンテナで受信した受信信号が入力される。入力コネクタ１２は筐体１３の一方の側面にネジなどによって固定される。本実施の形態では受信用フィルタを用いて説明したが、これは送信用フィルタや送受信用フィルタでもかまわない。ここで、フィルタ装置１１はいわゆるエアーキャビティ型のフィルタであり、本実施の形態では約３ＧＨｚの周波数を通過帯域としたものである。本実施の形態では図１（ｂ）に示すように４段（４つ）のキャビティ（中空部５）を有し、それぞれの中空部５同士は結合窓６によって高周波的に結合されたフィルタである。

筐体１３は、枠体１３ｂと金属製の仕切り１３ｃと蓋１５とを含んでいる。枠体１３ｂは、金属製であり、筐体１３の外側を構成する。ここで枠体１３ｂは天板と、この天板の周囲に立設された側板とより構成され、一方の面（図中下面側）に開口１３ａを有している。一方、仕切り１３ｃは、枠体１３ｂ内を複数のキャビティへ区切るように配置される。本実施の形態において仕切り１３ｃは、枠体１３ｂを４つのキャビティへ区切るように枠体１３ｂ内に配置され、枠体１３ｂの中央部に２枚の仕切り１３ｃが交差するように組み合わされている。なお実施の形態において、枠体１３ｂと仕切り１３ｃとは共に、銅メッキ処理鋼板が用いられている。

蓋１５は樹脂基材上に導体部１５ａが形成されている。この蓋１５は導体部１５ａが開口１３ａを塞ぐように装着され、枠体１３ｂの開口１３ａ側の端部と導体部１５ａとがはんだ１６により接続されることによって、筐体１３は中空の直方体形状を形成する。なおこのとき少なくとも、枠体１３ｂの開口１３ａ端部の内壁面と導体部１５ａとの間がはんだ１６で接続されていることが重要である。これは、開口１３ａ端部において、はんだ１６の欠落部分が生じるとフィルタ装置１１の通過損失が大きくなるためである。またそのために、導体部１５ａは開口１３ａよりも大きくし、開口１３ａが導体部１５ａで完全に覆われるようにすることで、開口１３ａ端部において導体部１５ａと確実にはんだ１６が付くようにしている。なお、本実施の形態では、蓋１５には片面の銅張りプリント基板を用いているので、非常に低価格なフィルタ装置１１を実現できる。

仕切り１３ｃの上端部ははんだ１６によって枠体１３ｂと接続され、仕切り１３ｃの下端部ははんだ１６によって導体部１５ａと接続されている。さらに、枠体１３ｂの中央部で仕切り１３ｃ同士が交差する箇所では、それぞれの仕切り１３ｃ同士がはんだ１６で接続される。また、仕切り１３ｃと側板とがＴ字状に交差する箇所では、仕切り１３ｃと側板とがはんだ１６によって接続されることによって筐体１３が完成する。

そしてこのようにして形成された筐体１３の４つのキャビティ内のそれぞれには、円筒形状をなした金属製の共振素子１４が配置される。ここで共振素子１４にははんだつけ可能な材料のパイプを用いる。本実施の形態では銅のパイプを切断したものを用いている。これは、共振素子１４を樹脂で形成し、金属めっきを施した方が軽量化が可能となるが、樹脂上の金属膜は熱などに弱く、ふくれや剥離などが生じやすく、信頼性面で長期に安定した表面を維持し難いためである。特に共振素子１４の表面（特に上端部）では電位が集中するため、この部分でのめっきなどが剥がれると、信号の通過損失が非常に大きくなる。そこで、この共振素子１４に関しては銅パイプを切断したものを用いるので、表面状態が安定し、信頼性の良好なフィルタ装置１１を実現できる。

この共振素子１４は蓋１５の導体部１５ａ上にはんだ１６によって接続されている。このとき共振素子１４を導体部１５ａの所定の位置へ精度良く装着するための位置決めとして、蓋１５には筐体３の内方（図中上方）へ向かって突出した突起１７を設けている。ここで突起１７は、共振素子１４の内周面側で位置決めするものであり、突起１７の外周は共振素子１４の内周に沿う形状をなしている。本実施の形態においては、突起１７の外周と共振素子１４の内周との間隔を０．１ｍｍとしているので、通過周波数のばらつきの小さなフィルタ装置１１を実現できる。

なお、本実施の形態における突起１７の外周部には、凹部１７ａが形成されている。この凹部１７ａでは共振素子１４の内周に対し隙間が形成され、共振素子１４と導体部１５ａとをはんだ１６によって接続するために、クリーム状のはんだ１６が凹部１７ａに塗布される。

本実施の形態において、共振素子１４は蓋１５の導体部１５ａ上にはんだ１６によって接続されているが、これは枠体１３ｂや仕切り１３ｃに接続しても構わない。その場合には、枠体１３ｂや仕切り１３ｃにおいて、共振素子１４が装着される位置に突起１７を形成する。

以上のように、突起１７によって共振素子１４は精度良く位置決めできるので、通過させる周波数のばらつきを小さくできる。また、位置決めのために、従来のような孔７ａを設ける必要がないので、共振素子１４の外周面においてはんだ１６の欠落部が発生しにくくできる。さらに、共振素子１４の外周と導体部１５ａとが交差する箇所において、均一なはんだ１６のフィレットを形成できるので、信号の通過損失の小さなフィルタ装置１１を実現できる。

加えて、本実施の形態において蓋１５はプリント基板であり、突起１７の側面では樹脂基材の破断面が露出することとなり、突起１７の側面には導体が形成されない。従って、はんだ１６は突起１７の側面で流れがせき止められるので、はんだ１６が共振素子１４の内周側へ広がりにくくできる。これにより、共振素子１４の外周と導体部１５ａとが交差する箇所において、さらに均一なはんだ１６のフィレット形状を実現できる。

図３（ａ）は第２の例におけるフィルタ装置の要部拡大断面図であり、図３（ｂ）は第３の例におけるフィルタ装置の要部拡大断面図である。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）において、図１〜図２と同じものには同じ番号を用いて、説明は簡略化している。図３（ａ）において、第２の例における突起１７ｃは、円形のリング状である点が異なっている。つまり突起１７の中央部に凹みを有した形状である。なお突起１７ｃは、導体部１５ａと凹み部とを連結したＣ字型などでも構わない。そしてＣ字型である場合には、Ｃ字の端部同士の間の位置（凹みと導体部１５ａとが連結された箇所）にクリーム状のはんだ１６を塗布する。

図３（ｂ）において、第３の例における突起１７ｂは、複数個の突起１７ｂが共振素子１４の内周面に対応する位置に離散的に設けられたものである。なお、第２の例および第３の例では、突起を蓋１５上に形成したが、これは枠体１３ｂや仕切り１３ｃなどでも構わない。さらにこの例では、突起１７ｃや突起１７ｂを蓋１５と一体に形成したが、これは別途突起１７ｃや突起１７ｂを準備し蓋１５へ固定しても良い。あるいは、はんだなどによって、突起１７ｃや突起１７ｂを形成しても良い。

また、枠体１３ｂの開口部１３ａは樹脂基材上に形成された導体部１５ａで塞がれることによって、導体部１５ａと枠体１３ｂとがキャビティ内壁の役割を果たし、フィルタ装置１１が構成される。さらに、蓋１５ははんだ１６によって枠体１３ｂへ接続されるので、枠体１３ｂにネジなどを止めるための肉厚部は不要であり、枠体１３ｂは薄い板厚の鋼板などによって形成することができる。従って、フィルタ装置１１のさらなる軽量化が可能となる。

ここでアンテナに飛来した雷（あるいは誘導雷）などのエネルギーによって、フィルタ装置１１が破壊することを防止するため、少なくとも枠体１３ｂには金属製の材料を用いる。これによって雷は枠体１３ｂを経由し、枠体１３ｂへ固定された金属製のグランド端子（図示せず）からグランドへと流れる。つまり入力コネクタ１２が固定される枠体１３ｂを金属とし、この枠体１３ｂをグランドへ接地することによって、確実に雷のエネルギーをアースへ落とすことができる。

枠体１３ｂには、銅などの導電性の良好な金属を用いることが望まれる。ところが、枠体１３ｂに銅板などを用いた場合、材料の価格が高価でありフィルタ装置１１が高価となる。そこで、本実施の形態では鋼板の表裏面にあらかじめ導電性の良好な金属めっきが施された表面処理鋼板を用い、これをプレス加工することで枠体１３ｂを形成している。このように枠体１３ｂは板状であり、あらかじめ表面処理が施された鋼板によって形成されているので、軽量であるとともに非常に低価格なフィルタ装置１１を実現できる。なお本実施の形態では冷間圧延鋼板の両面に銅めっきされた表面処理鋼板を用いているので、抵抗値が小さく雷をアースへ逃がしやすいとともに、受信信号のロスも小さくできる。

なお本実施の形態における側板は、天板の周囲から４方に折り曲げられることによって、天板と一体に形成されている。したがって、別途天板と側板とをはんだ１６などで接合する必要がなく、低価格なフィルタ装置１１を実現できる。さらに、はんだ１６による接合が不要であるので、併せて軽量化も実現できる。

また、仕切り１３ｃは樹脂成形し、その上に導体めっきを施したものを用いても良い。この場合、結合窓６において樹脂の露出がないので、非常に信号の通過ロスを小さくできる。さらに仕切り１３ｃの全面に導体が形成されるので、枠体１３ｂ、蓋１５の導体部１５ａとのはんだつけ性が良好である。また樹脂であるので、軽量である。あるいは、蓋１５と仕切り１３ｃとを一体に成形したものを用いても良い。この場合、樹脂であるので軽量であることに加え、蓋１５と仕切り１３ｃとをはんだ１６で接続する必要がない。したがって、低価格であるとともに、さらに軽量化が可能となる。

さらに、蓋１５には両面基板や多層基板を用いても良い。そしてこの場合、蓋１５の下面もグランドとして用いることにより、高周波信号の漏洩などが発生しにくいフィルタ装置１１を実現できる。そしてさらには、この場合に上下面をスルーホールなどで接続するとさらに、しっかりとシールドできる。

本発明にかかるフィルタ装置は、挿入損失の小さなフィルタを実現できるという効果を有し、携帯電話などの基地局等に用いると有用である。

５ 中空部
１１ フィルタ装置
１２ 入力コネクタ
１３ 筐体
１３ａ 開口
１３ｂ 枠体
１４ 共振素子
１５ 蓋
１５ａ 導体部
１６ はんだ
１７ 突起

Claims (6)

1. アンテナ端子と、このアンテナ端子が接続された中空状の筐体と、この筐体内に設けられた中空状の共振素子とを含み、前記筐体には下方に開口を有した枠体と、この枠体の開口に装着される蓋とを備え、前記蓋は樹脂基材の少なくとも一方の面に導体部が形成され、前記開口の先端部と前記導体部とが接続されるとともに、前記導体部と前記共振素子の下端部とがはんだつけされたフィルタ装置において、前記蓋には前記筐体における内方側へ突出する突起を設け、前記共振素子の内周面が前記突起で位置決めされるフィルタ装置。
2. 蓋にはプリント基板が用いられる請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 突起の外周部は円形であるとともに、前記外周部は共振素子の内周面に沿って設けられた請求項２に記載のフィルタ装置。
4. 突起の外周には、凹部が形成され、この凹部へはんだが塗布される請求項３に記載のフィルタ装置。
5. 複数個の突起が共振素子の内周面に沿って形成された請求項２に記載のフィルタ装置。
6. 突起はプリント基板へ植設して形成された請求項５に記載のフィルタ装置。

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