JP2019083576A - 誘電体共振器、誘電体共振器を用いた誘電体フィルタ、送受信機、および基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の実施形態は、誘電体共振器と、誘電体共振器を用いた誘電体フィルタと、送受信機と、基地局とを提供し、通信デバイス構成部品の技術分野に関し、既存の誘電体フィルタの損失表示が基地局のフィルタリング要件を満たすことができないという問題を解決する。【解決手段】誘電体共振器は、固体誘電体材料製の本体を含み、その場合、凹みが本体の表面上に配設され、本体の表面と凹みの表面とが導電層で覆われ、誘電体フィルタは、前述の誘電体共振器のうちの少なくとも2つを含む。別の種類の誘電体フィルタが固体誘電体材料製の本体を含み、その場合、少なくとも2つの凹みが本体の表面上に配設され、穴および/または溝が本体上の隣接した凹みの間に配設され、本体の表面が導電層で覆われる。送受信機は前述の誘電体フィルタを含む。基地局は前述の送受信機を含む。【選択図】図３ａ

Description

本発明は通信デバイス構成部品に関し、詳細には、誘電体共振器、誘電体共振器を用いた誘電体フィルタ、送受信機、および基地局に関する。

ワイヤレス通信技術の進歩につれて、ワイヤレス通信基地局がより密集して配備され、小型基地局への要件が次第に厳しくなっている。基地局における無線周波数フロントエンドフィルタモジュールが相対的に大きな体積を占め、したがって、より小さな体積を有するフィルタを用いることは、基地局の体積を低減する上で重要な役割を果たす。
多くの種類および形態のフィルタがあり、その中で、誘電体フィルタが相対的に小さな体積を有する。図1は既存の誘電体フィルタを示す。誘電体フィルタの本体は、長方形の誘電体11であり、その場合、貫通孔12が誘電体11内に配設され、貫通孔12の一端が誘電体11の前面から露出され、誘電体11の前面が部分的に金属被覆され、すなわち、正方形金属層13が貫通孔12の端部を囲む誘電体11の表面上だけに形成され、隣接した正方形金属層13が電気的に絶縁され、前面を除き、誘電体11の他のすべての表面が金属被覆される(図1において、影付き部分が金属被覆領域であり、影付きでない部分が非金属被覆領域である)。1つの貫通孔12と、誘電体11の前面上の貫通孔12の端部を囲む正方形金属層13とが1つの誘電体共振器を形成し、その場合、誘電体共振器の共振周波数を、正方形金属層13の面積を調整することによって調整し、隣接した誘電体共振器の間の結合を、隣接した正方形金属層13の間の距離を調整することによって調整する。
前述の誘電体フィルタにおいて、誘電体共振器の内部共振モードは、TEM(電磁的横波)モードであり、内部導体の損失が大きく、それによって、誘電体フィルタの大きな損失がもたらされる。その結果、誘電体フィルタの損失表示は、基地局のフィルタリング要件を満たすことができない。

特開平８−２０４４１３号公報 特開平４−１０３２０２号公報 実願昭６３−９４９５号（実開平１−１１５３０２号）のマイクロフィルム 特開２００７−２９５３６１号公報 特開平１０−２２４１１５号公報 特開平３−２９２００６号公報 特開平４−１５０１０１号公報 特表２００４−５１９９１３号公報 特開２００４−２４７８４３号公報 特開２００７−１８４８６８号公報 特開昭５８−１３０１号公報 特開平６−１７７６０８号公報

小西良弘ほか著、「通信用フィルタ回路の設計とその応用」（総合電子出版社，１９９４年２月１日発行）の第１０５−１０６頁 中島将光 著，「マイクロ波工学 −基礎と原理−」（森北出版株式会社，１９７５年４月１５日）の第６７−７１頁

本発明の実施形態は、誘電体共振器と、誘電体共振器を用いた誘電体フィルタと、送受信機と、基地局とを提供し、それによって、既存の誘電体フィルタの損失表示が、誘電体フィルタ内の誘電体共振器の内部共振モードがTEMモードであるので、基地局のフィルタリング要件を満たすことができないという問題が解決される。

前述の目的を達成するために、本発明の実施形態は、以下の技術的解決策を用いる。

第1の態様によれば、本発明の実施形態は、固体誘電体材料製の本体を含む誘電体共振器を提供し、その場合、凹みが本体の表面上に配設され、本体の表面と凹みの表面とが導電層で覆われる。

第1の態様に関して、第1の態様の第1の可能な実装のやり方で、凹みの数は1つである。

第1の態様または第1の態様の第1の可能な実装のやり方に関して、第2の可能な実装のやり方で、誘電体材料はセラミックである。

第2の態様によれば、本発明の実施形態は、少なくとも2つの誘電体共振器を含む誘電体フィルタを提供し、その場合、誘電体共振器は固体誘電体材料製の本体を含み、凹みが本体の表面上に配設され、本体の表面と凹みの表面とが導電層で覆われる。

第2の態様に関して、第2の態様の第1の可能な実装のやり方で、隣接した誘電体共振器は、接合面を用いることによって固定して接続され、接合面の導電層が互いに接続される。

第2の態様または第2の態様の第1の可能な実装のやり方に関して、第2の態様の第2の可能な実装のやり方で、隣接した誘電体共振器の間に間隔がある。

第2の態様の第2の実装のやり方に関して、第2の態様の第3の実装のやり方で、間隔の形状は穴または溝である。

第3の態様によれば、本発明の実施形態は、固体誘電体材料製の本体を含む誘電体フィルタを提供し、その場合、少なくとも2つの凹みが本体の表面上に配設され、穴および/または溝が本体上の隣接した凹みの間に配設され、本体の表面が導電層で覆われる。

第3の態様に関して、第3の態様の第1の実装のやり方で、1つの凹みと、1つの凹みを囲む本体と、1つの凹みを囲む導電層とが誘電体共振器を形成する。

第3の態様または第3の態様の第1の実装のやり方に関して、第3の態様の第2の実装のやり方で、穴および/または溝は、隣接した誘電体共振器の間に、結合された構造を形成する。

第3の態様または第3の態様の第1または第2の可能な実装のやり方に関して、第3の態様の第3の可能な実装のやり方で、穴は貫通孔またはめくら穴である。

第4の態様によれば、本発明の実施形態は、前述の誘電体フィルタを含む送受信機を提供する。

第5の態様によれば、本発明の実施形態は、前述の送受信機を含む基地局を提供する。

本発明の実施形態において提供される誘電体共振器、誘電体共振器を用いた誘電体フィルタ、送受信機、および基地局において、誘電体共振器の本体上の凹みと、本体の表面および凹みの表面を覆う導電層とは、共振空洞を形成する。共振空洞内の共振モードは、TM(磁気的横波)モードであり、モードの電界方向は、上に凹みが配置された本体表面に対して垂直である。共振空洞内には内部導体損失が何もないので、誘電体共振器の損失は、相対的に小さく、したがって、誘電体共振器を用いた誘電体フィルタの損失表示は、基地局のフィルタリング要件を満たすことができる。

本発明の実施形態におけるまたは従来技術における技術的解決策をより明確に説明するために、以下では、実施形態または従来技術を説明するのに必要な添付の図面を簡単に紹介する。

従来技術における誘電体フィルタの三次元概略図である。 本発明の実施形態による誘電体共振器の上面図である。 図2aのA-A方向に沿った破断図である。 本発明の実施形態による誘電体フィルタの上面図である。 本発明の実施形態による別の誘電体フィルタの上面図である。 本発明の実施形態による、さらに別の誘電体フィルタの三次元透視図である。

以下では、本発明の実施形態における添付の図面を参照して、本発明の実施形態における技術的解決策を明確におよび完全に説明する。

本発明の実施形態は、図2aおよび図2bに示すように、固体誘電体材料製の本体21を含む誘電体共振器を提供し、その場合、凹み22が本体21の表面上に配設され、本体21の表面と凹み22の表面とが導電層23で覆われる。

本発明のこの実施形態において提供される誘電体共振器において、本体上の凹みと、本体の表面および凹みの表面を覆う導電層とは、共振空洞を形成する。共振空洞内の共振モードはTM(磁気的横)モードであり、モードの電界方向は、上に凹みが配置された本体表面に対して垂直である。共振空洞内に内部導体損失が何もないので、誘電体共振器の損失は、相対的に小さく、したがって、誘電体共振器を用いた誘電体フィルタの損失表示は、基地局のフィルタリング要件を満たすことができる。

前述の実施形態において提供される誘電体共振器において、凹みの数は好ましくは1つである。凹みの数が増大するとき、各凹みと、凹みおよび本体を覆う導電層とは、共振器のサブ共振器をさらに形成する。凹みのサイズ、形状、および配置により、サブ共振器の共振周波数と、モードの電界方向とが決まる。サブ共振器の数の増大により、組合せによって形成された共振器の性能パラメータを制御することがより困難になる。一般に、共振器を組み合わせてフィルタを形成し、したがって、よく用いられる共振器には凹みが1つしかない。

前述の実施形態において提供される誘電体共振器において、誘電体材料は、好ましくはセラミックである。セラミックはより大きな誘電率(36である)を有し、相対的に硬度および耐高温性能の両方が良好であり、それによって、無線周波数フィルタの分野でよく用いられる固体誘電体材料となる。もちろん、ガラスや電気的に絶縁された高分子ポリマーなど、当業者によって周知の別の材料も、誘電体材料として選択され、用いられ得る。

前述の実施形態において提供される誘電体共振器の凹みの形状は、図2aおよび図2bに示す円形に限定されず、正方形または不規則な形状であってもよく、本体の形状は、図2aおよび図2bに示す立方体にも限定されず、球形または不規則な形状であってもよく、凹みの形状および本体の形状の両方は、誘電体共振器の適用例の状況および性能パラメータ要件により選択することができることに留意されたい。

本発明の実施形態は、誘電体フィルタをさらに提供し、図3aに示すように、誘電体フィルタは、少なくとも2つの誘電体共振器(31、32、および33)を含む。図2aおよび図2bに示す誘電体共振器の構造と同様に、誘電体共振器(31、32、および33)の構造は、固体誘電体材料製の本体21と、本体21の表面上に配設された凹み22と、本体21の表面および凹み22の表面を覆う導電層23とを含む。

さらに、隣接した誘電体共振器(31と32、31と33、および32と33)は、接合面34を用いることによって固定して接続され、接合面34の導電層23が互いに接続される。

本発明のこの実施形態において提供される誘電体フィルタにおいて、複数の誘電体共振器が用いられ、隣接した誘電体共振器は、接合面を用いることによって固定して接続されて、全体を構成し、隣接した誘電体共振器の接合面の導電層は、互いに接続され、例えば、溶接のやり方で互いに接続され、したがって、隣接した誘電体共振器は電気的に接続され、電磁波信号が誘電体共振器の間を伝搬することができる。図2aおよび図2bに示す誘電体共振器と同じく、各誘電体共振器の内部共振モードはTMモードであり、モードの電界方向は、上に凹みが配置された本体表面に対して垂直であり、したがって、共振空洞内には内部導体の損失が何もない。したがって、誘電体フィルタの損失表示を顕著に低減することができ、誘電体フィルタを基地局に適用することができる。

さらに、本発明のこの実施形態において提供される誘電体共振器の共振モードがTMモードなので、複数の誘電体共振器を含む誘電体フィルタもTMモードである。TEMモードの既存の誘電体フィルタに比較して、TMモードの誘電体フィルタは、挿入損失が小さいという利点を有する。

前述の実施形態において説明した誘電体フィルタにおいて、隣接した誘電体共振器を固定して接続する接合面34の導電層23は、互いに接続される。この固定接続のやり方が実装されるとき、誘電体フィルタに含まれる各誘電体共振器は、まず導電層23で各誘電体共振器の本体21の外面全体を覆うようにされ得、次いで、隣接した誘電体共振器を固定して接続する接合面34上の導電層23が互いに接続され、それにより、隣接した誘電体共振器の間の固定接続を実装するだけでなく、導電層23を用いることによって隣接した誘電体共振器の間の電気的接続も実装することができる。

本発明のこの実施形態において提供される誘電体フィルタ内の各誘電体共振器の本体の形状は、要件により無作為に選択することができ、隣接した誘電体共振器を固定して接続する接合面上には相互に整合した溝があり得、その場合、相互に整合した溝は、隣接した誘電体共振器が接続されるとき、間隔を形成することができ、間隔は貫通孔、めくら穴、または溝でよく、間隔の形状およびサイズは、隣接した誘電体共振器の結合度に関連することに留意されたい。

図3bは間隔(35、36、および37)を示し、間隔(35、36、および37)は図3aに示す誘電体フィルタに基づいて図3bに示す誘電体フィルタに追加される。接合面34上で、誘電体共振器の外面が互いに接触し、間隔(35、36、および37)における誘電体共振器の外面が溝を有し、したがって、互いに接触することができない。誘電体共振器の外面は導電層であり、したがって、間隔のすべての内側は導電層23である。間隔(35、36、および37)の形状は、前述の穴もしくは溝、または当業者によって周知の別の形状でもよい。

前述の実施形態において提供される誘電体フィルタの準備が完了したとき、性能パラメータが使用要件を完全に満たすことができない可能性がある。この場合、誘電体フィルタの共振周波数を、凹み22における導電層を部分的に除去するやり方で調整することができ、または誘電体共振器の間の結合を、間隔の内側の導電層を部分的に除去するやり方で調整することができる。

本発明の実施形態は、誘電体フィルタをさらに提供し、図4に示すように、誘電体フィルタは固体誘電体材料製の本体44を含み、その場合、少なくとも2つの凹み22が本体44の表面上に配設され、穴(41と42)および/または溝43が本体44上の隣接した凹み22の間に配設され、本体44の表面が導電層23で覆われる。さらに、1つの凹み22と、1つの凹み22を囲む本体44と、1つの凹み22を囲む導電層23とは、誘電体共振器を形成する。さらに、穴(41と42)および/または溝43は、隣接した誘電体共振器の間に、結合された構造を形成する。

図4に示す誘電体フィルタは、図3bに示す誘電体フィルタの変形構造である。各誘電体共振器が独立した本体を有する、図3bに示す誘電体フィルタと異なり、図3bに示す誘電体フィルタは、1つの本体44だけを含み、その場合、複数の凹み22が本体44の表面上に配設され、本体44の表面は導電層23で覆われ、本体44の表面上の1つの凹み22と、1つの凹み22を囲む本体と、1つの凹み22を囲む導電層とは、1つの誘電体共振器を形成することができる。図4は3つの誘電体共振器(31、32、および33)を示す。本体44上に配設された穴(41と42)と溝43とは、隣接した誘電体共振器(31と32、32と33、および33と31)の間で、結合された構造として働き、隣接した誘電体共振器(31と32、32と33、および33と31)を分離する役割を果たす。穴(41と42)または溝43の形状およびサイズが変わるとき、隣接した誘電体共振器の間の結合度もそれに応じて変わる。

誘電体フィルタ内の各誘電体共振器の本体が一体形成され、本体上にある凹み22、穴(41と42)、および溝43の形状、サイズ、および配置は、誘電体フィルタの性能パラメータにより、あらかじめ設計され、本体が一体形成されるとき形成されることが図4から分かる。この種類の構造を有する誘電体フィルタが実装されるとき、本体を製作するための原材料(例えば、陶磁器用粘土)をまず準備し、次いで原材料を設計された型に入れ、焼いて誘電体フィルタの一体本体(セラミック)を形成し、最後に、焼いた本体の表面上を導電層23でめっきし、したがって、本体44の表面が導電層23で覆われる。

穴(41と42)および溝43の両方を本体44上に配設することができ、または穴(41と42)だけを配設することができ、または溝43だけを配設することができるが、それは所望の誘電体フィルタの性能パラメータにより選択することができる。

本体44の表面が導電層23で覆われるので、穴(41と42)および溝43の内側の表面は導電層23である。

図4に示す誘電体フィルタの準備が完了したとき、性能パラメータが使用要件を完全に満たすことができない可能性がある。この場合、誘電体フィルタの共振周波数を、凹み22における導電層を部分的に除去するやり方で調整することができ、または誘電体共振器の間の結合を、溝43の内側の導電層を部分的に除去するやり方で調整することができ、または誘電体共振器の間の結合を、穴(41と42)および溝43の両方の内側の導電層を部分的に除去するやり方で調整することができる。

図4に示すように、具体的には、穴41は正方形の断面を有する貫通孔であり、穴42は円形の断面を有するめくら穴である。もちろん、穴の断面形状は、別の不規則な形状でもよく、その場合、具体的な形状は、誘電体フィルタの性能パラメータにより選択することができる。

前述の実装のやり方の説明に基づいて、当業者は、本発明における誘電体フィルタの準備プロセスが、ソフトウェアに加えて必要な汎用ハードウェアによってまたはハードウェアだけによって実装できることを明確に理解することができる。ほとんどの状況において、前者は好ましい実装のやり方である。そのような理解に基づいて、本発明における誘電体フィルタの準備プロセスの技術的解決策は、本質的に、または従来技術に寄与する部分は、ソフトウェア製品の形態で実装することができる。コンピュータソフトウェア製品は、可読記憶媒体、例えば、コンピュータのフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、または光ディスクに記憶され、本発明の実施形態において説明する誘電体フィルタの準備方法を実行するためにコンピュータデバイス(パーソナルコンピュータ、サーバ、またはネットワークデバイスであり得る)に命令するためのいくつかの命令を含む。

本発明の実施形態は、前述の実施形態において説明した誘電体フィルタを含む送受信機をさらに提供する。

本発明のこの実施形態において提供される送受信機において、前述の実施形態において説明した誘電体フィルタが使用されるので、損失が顕著に低減され、フィルタリング性能が顕著に改善される。

本発明の実施形態は、前述の実施形態において説明した誘電体フィルタまたは送受信機を含む基地局をさらに提供する。

本発明のこの実施形態において提供される基地局において、前述の実施形態において説明した誘電体フィルタが使用されるので、損失が顕著に低減され、フィルタリング性能が顕著に改善される。

前述の説明は、本発明の単に具体的な実施形態にすぎないが、本発明の保護範囲を限定することが意図されていない。本発明において開示される技術的範囲内で当業者によって容易に考え付く任意の変形または代替は、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。

11 誘電体
12 貫通孔
13 正方形金属層
21 本体
22 凹み
23 導電層
31 誘電体共振器
32 誘電体共振器
33 誘電体共振器
34 接合面
35 間隔
36 間隔
37 間隔
41 穴
42 穴
43 溝
44 本体

Claims (13)

1. 固体誘電体材料製の本体を備え、凹みが前記本体の表面上に配設され、前記本体の前記表面および前記凹みの表面が導電層で覆われる、誘電体共振器。
2. 凹みの数が1つである、請求項1に記載の誘電体共振器。
3. 前記誘電体材料がセラミックである、請求項1または2のいずれか一項に記載の誘電体共振器。
4. 少なくとも2つの誘電体共振器を備え、前記誘電体共振器が固体誘電体材料製の本体を備え、凹みが前記本体の表面上に配設され、前記本体の前記表面および前記凹みの表面が導電層で覆われる、誘電体フィルタ。
5. 隣接した誘電体共振器が、接合面を用いることによって固定して接続され、前記接合面の導電層が互いに接続される、請求項4に記載の誘電体フィルタ。
6. 前記隣接した誘電体共振器の間に間隔がある、請求項4または5に記載の誘電体フィルタ。
7. 前記間隔の形状が穴または溝である、請求項6に記載の誘電体フィルタ。
8. 固体誘電体材料製の本体を備え、少なくとも2つの凹みが前記本体の表面上に配設され、穴および/または溝が、前記本体上の隣接した凹みの間に配設され、前記本体の前記表面が導電層で覆われる、誘電体フィルタ。
9. 1つの凹みと、前記1つの凹みを囲む前記本体と、前記1つの凹みを囲む前記導電層が、誘電体共振器を形成する、請求項8に記載の誘電体フィルタ。
10. 前記穴および/または前記溝が、隣接した誘電体共振器の間に、結合された構造を形成する、請求項8または9に記載の誘電体フィルタ。
11. 前記穴が貫通孔またはめくら穴である、請求項8から10のいずれか一項に記載の誘電体フィルタ。
12. 請求項4から7または請求項8から11のいずれか一項に記載の誘電体フィルタを備える送受信機。
13. 請求項12に記載の送受信機を備える基地局。

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