JP2525311B2

JP2525311B2 - 誘電体共振器及び誘電体フィルタ

Info

Publication number: JP2525311B2
Application number: JP4171800A
Authority: JP
Inventors: 照登菅野; 英樹山中
Original assignee: 富士電気化学株式会社
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPH05343905A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１／４波長共振型の誘
電体共振器、及びその誘電体共振器を複数個接合した誘
電体フィルタに関するものである。更に詳しく述べる
と、本発明の誘電体共振器は、ほぼＬ型の断面をもつ２
個の棒状誘電体を組み合わせて直方体状とし、その内部
中央接合面に内部電極があり、外側面及び一方の端面に
外部電極を備えている構造である。この誘電体共振器及
び誘電体フィルタは、例えばマイクロ波用の各種無線機
器などに用いられる。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波用フィルタには、ストリップ
線路型や同軸型等がある。共振器をストリップ線路で構
成する形式では、例えば１／４波長共振器の場合、誘電
体基板上に直線状のストリップ線路型の共振器導体を設
け、その一端が開放となり、他端が外部電極に短絡され
るようにする。ここで共振器導体は、共振波長の１／４
波長の奇数倍の長さに設定する。実際のフィルタを構成
する場合には、複数の上記共振器導体を誘電体基板上に
並べて短絡面を共通に接続し、隣接する共振器導体の間
隔はフィルタ特性に対応した結合強度となる所定の距離
に定める。

【０００３】このようなストリップ線路型フィルタで
は、各共振器導体を平面的に配置している。例えば、誘
電体基板上にスクリーン印刷法によって所定形状に導電
ペーストを付着させるか、あるいは誘電体基板の表面に
所定形状となるように電極形成部をやや窪ませる加工を
施し、その内部に導電ペーストを充填する。その後、誘
電体基板を加熱処理して導電ペーストを焼き付け、所望
の電極パターンを形成する。また別の例としては、２枚
の誘電体基板の間に、予め打抜きあるいはエッチングな
どにより所定の形状に成形した薄肉導電板（共振器導
体）を挾み込むトリプレート構造もある。

【０００４】同軸型フィルタは、誘電体ブロックに共振
器穴を形成し、該共振器穴の内面をメタライズして内部
電極とし、該誘電体ブロックの外周面と前記共振器穴が
開口している面の一方にメタライズして外部電極とする
構造である。誘電体ブロックに複数の共振器穴を形成
し、それらの間に結合調整用穴を設けることで、複数段
の誘電体フィルタが得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のストリップ線路
型フィルタは、いずれにしても共振器導体が誘電体基板
上で平面的に配置されるため、面積的にはあまり小形化
できない。特に共振器導体を多段に接続してフィルタを
構成する場合は、高さ寸法は増大しなくても、どうして
も平面的には大きくならざるを得ない。また同一の誘電
体基板上に共振器導体を形成する構成であり、フィルタ
の帯域は共振器導体の間隔による結合状態で決まるた
め、特にフィルタを小形化する場合に所望の帯域を制御
することが難しい。

【０００６】スクリーン印刷による共振器パターンの形
成は、一般に印刷精度が悪く、周波数及び結合が変化す
るため、トリミングが必要となる。また誘電体基板に凹
部を形成して導電材料を充填する場合は、不必要な部分
にまで導電材料が付着してしまうため、それを除去しな
ければならず、煩雑な作業が要求される。更にトリプレ
ート構造の場合は、導電板の存在によって、その厚み分
だけ両誘電体基板の間に隙間が生じるため、結合係数が
ばらつき、また等価誘電率が低下するので、寸法をさほ
ど小さくできない。また導電板の厚みの部分の遮蔽対策
も必要となる。誘電体基板を重ね合わせるときに寸法的
なずれが発生し易く、所望の特性が得られ難い。

【０００７】同軸型共振器の場合は、成形上の理由で共
振器穴の径を小さくすることに限界がある。また穴径が
小さくなると穴の内壁面にメタライズし難くなり、且つ
メタライズの良否を確認できなくなる。そのため実際に
は共振器穴の直径は０．９mmφ程度が限度であり、それ
よりも小径化することは極めて困難である。それ故、同
軸型共振器は小形化には不向きである。

【０００８】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点、即ちスクリーン印刷による電極寸法のばらつきの
問題、凹部への導電ペーストの塗布の困難性、及びトリ
プレート構造における導電板電極の厚みによる不具合、
重ね合わせ時の寸法のずれ等を解決でき、且つ同軸型の
穴径の問題を解決でき、小形化し易い誘電体共振器を提
供することである。また本発明の目的は、特定構造の誘
電体共振器を組み合わせることで、複数段のフィルタを
容易に構成でき、全体を小形化でき、調整工数を削減で
きる誘電体フィルタを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の誘電体共振器
は、ほぼＬ型の断面をもつ２個の棒状誘電体を直方体状
となるように組み合わせて接合一体化した構造をなして
いる。その一体化した直方体ブロックの内部中央接合面
に内部電極を設ける。また直方体ブロックの一方の端面
を開放面、他方の端面を短絡面として、前記直方体ブロ
ックの外側面及び短絡面に前記内部電極と接続する外部
電極を設け、１／４波長共振器を構成している。

【００１０】上記の誘電体共振器を基本として、種々の
変形が可能である。例えば、直方体ブロックの開放面
に、内部電極には接続されるが外部電極には接続されな
い表面電極を設ける構造がある。また直方体ブロックの
外側面に、外部電極から独立した島状電極を形成し、そ
れを入出力端子とすることもできる。直方体ブロックの
外側面に、結合用の無電極部分を設けてもよい。２個の
棒状誘電体は、その長さを異ならせてもよい。その場
合、短絡面を揃えて接合一体化し、開放面側で内部電極
の一部が露出するように組み合わせる。露出している内
部電極にチップコンデンサを搭載して入出力端子とする
こともできる。

【００１１】誘電体フィルタを構成するには、上記の外
側面に無電極部分を有する誘電体共振器を複数個、それ
らの内部電極が互いに平行となり、且つ無電極部分が対
向するように接合する。そして、それら各誘電体共振器
の外部電極間を接続し、両側に位置する誘電体共振器の
外側面に、外部電極から独立した島状電極を形成して入
出力端子とする。

【００１２】長さの異なる２個のＬ型棒状誘電体を組み
合わせた共振器の場合は、そのような誘電体共振器を複
数個接合し、露出している内部電極にチップコンデンサ
を設置し、該チップコンデンサ間にインダクタンスを接
続して誘電体低域通過フィルタとすることも可能であ
る。

【００１３】

【作用】２個の断面Ｌ型の棒状誘電体を組み合わせて直
方体状としたとき、内部電極と外部電極が一端で短絡す
ることによって１／４波長共振型の共振器となる。これ
はフィルタのリジェクションとして機能する。その共振
周波数は、内部電極の長さ、周囲の誘電体材料の特性な
どによって決まる。開放面に設けた表面電極は、同じ長
さの誘電体共振器に対して共振周波数を低くする機能が
あり、且つそれをトリミングすることによって容易に共
振周波数調整が可能となる。

【００１４】誘電体共振器の外側面に設けた無電極部分
は、他の誘電体共振器と接合して誘電体フィルタを構成
する際の結合調整機能を果たす。無電極部分の形状や位
置等に応じて、隣接する誘電体共振器間での結合を調整
でき、それによって所望のフィルタ特性を発現させるこ
とができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明に係る誘電体共振器の一実施例
を示しており、Ａは分解斜視図、Ｂはその組立斜視図で
ある。この誘電体共振器１０は、ほぼＬ型の断面をもつ
２個の棒状誘電体１２を直方体状となるように組み合わ
せて接合一体化した構造をなしている。その一体化した
直方体ブロックの内部中央接合面に内部電極１４を設け
る。また直方体ブロックの一方の端面（図１では手前側
の端面）を開放面、他方の端面（図１では奥側の端面）
を短絡面として、前記直方体ブロックの外側面及び短絡
面に前記内部電極１４と接続する外部電極１６を設け、
１／４波長共振器を構成する。なお図面を分かり易くす
るため、各図において電極形成部分に影線を施し、無電
極部分（誘電体の素地が露出している部分）には細かな
点々を付して表している。

【００１６】この誘電体共振器１０は、例えば次のよう
にして製作できる。まず断面ほぼＬ型の棒状誘電体を用
意する。これは、例えばチタン酸バリウム系など、通常
マイクロ波用共振器に使用されているマイクロ波用高誘
電率材料の焼結体である。所定の形状にプレス成形後、
焼成することによって容易に得られる。棒状誘電体の水
平段面を研磨し、そこに銀ペーストを塗布して焼き付け
内部電極を形成する。そして２個の同一形状の棒状誘電
体を組み合わせて焼付けにより内部電極同士を接合す
る。他の接合面はガラス接着剤等により接合してもよ
い。そして直方体ブロックの４外側面と一方の端面（短
絡面）に銀ペーストを塗布して焼き付け外部電極とす
る。更に高い周波数のマイクロ波用共振器では、セラミ
ック材料に代えて、ポリテトラフルオロエチレンやポリ
フェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂で製作する
ことも可能である。

【００１７】図２は本発明に係る誘電体共振器の他の実
施例を示す斜視図である。断面ほぼＬ型の棒状誘電体を
含めて基本的な構成は上記の実施例と同様であるから、
それらについての詳しい説明は省略する。これは、直方
体ブロックの開放面（図２の手前側の端面）に、内部電
極２０には接続されるが外部電極２１には接続されない
表面電極２２を設けた誘電体共振器２３である。この表
面電極２２は、内部電極２０が開放面まで延長したもの
と見なすことができ、これによって共振周波数は低くな
る。あるいは、表面電極２２を設けることで、誘電体共
振器の長さを短くできるとも言える。何れにしても、こ
の表面電極２２をトリミングすることによって、容易に
共振周波数を調整できることになる。

【００１８】図３及び図４も本発明に係る誘電体共振器
の他の実施例を示す斜視図である。図３に示す例は、直
方体ブロックの外側面に外部電極２４から独立した島状
電極２５ａ，２５ｂを形成し、それを入出力端子とする
誘電体共振器２６である。図４のＡ〜Ｃに示す例は、直
方体ブロックの外側面に無電極部分２７ａ，２７ｂ，２
７ｃを設けた誘電体共振器２８ａ，２８ｂ，２８ｃであ
る。無電極部分２７ａは開放面側が広幅で短絡面側が狭
幅になっている。無電極部分２７ｂは開放面側のみに設
けてあり、無電極部分２７ｃは逆に短絡面側のみに設け
てある。これらの無電極部分はいずれも内部電極に対し
て平行な外側面に、内部電極に対向して設けてあり、複
数の誘電体共振器を並設して複数段の誘電体フィルタを
構成する場合に、各誘電体共振器間の結合をとる機能を
果たすものである。無電極部分の形成方法は、その部分
を除く面に銀ペーストを塗布して焼き付ける方法でもよ
いし、全面に電極を形成しておいて、後で削り込む方法
でもよい。

【００１９】図５に示す例は、上記図２〜図４を組み合
わせた誘電体共振器３０である。直方体ブロックの開放
面に、内部電極３１には接続されるが外部電極３２には
接続されない表面電極３３を設ける。また外側面に、外
部電極３２から独立した島状電極３４を形成し、それを
入出力端子とする。更に外側面に結合調整用の無電極部
分３５を設けている。

【００２０】図６は、本発明に係る誘電体共振器がフィ
ルタのリジェクションとして機能することを示してお
り、Ａは試料の形状説明図であり、Ｂが特性線図であ
る。誘電体共振器及び電極の寸法はａ＝2.8mm ，ｂ＝1.
5mm ，ｃ＝2.08mm，ｄ＝10.9mm，ｅ＝1.5mm ，ｆ＝2.0m
m である。また中心共振周波数は753.86ＭHzである。

【００２１】図７は本発明に係る誘電体フィルタの一実
施例を示す分解斜視図及び組立斜視図であり、２段コム
ライン型フィルタの例である。誘電体フィルタ４０は、
２個の誘電体共振器４２を、それらの内部電極４３が互
いに平行になり、且つ外側面の無電極部分４４が接する
ように縦置き接合した構造である。それら誘電体共振器
４２を同じ向きに配置し、外部電極４５間を接続する。
両誘電体共振器４２の外側面には外部電極４５から独立
した島状電極４６が形成されていて、それらが入出力端
子となる。各誘電体共振器４２は、それらの外部電極４
５あるいは島状電極４６をトリミングすることにより、
それぞれ共振周波数あるいは入出力結合を微調整するこ
とができる。つまりそれぞれ独立に周波数調整などを行
える。双方の接合面の無電極部分４４によって電磁界を
制御できるから、これによって隣接する誘電体共振器４
２の間の結合度を調整し、所望のフィルタ特性を発現さ
せる。なお入出力結合は、誘電体共振器４２の内部電極
４３と島状電極４６との間の容量によって行う。本実施
例では外側下面にまで島状電極を延設しているが、これ
は面実装を可能にするためである。この入出力端子構造
は、面実装時に側面で半田付け部（フィレット）を目視
確認できるため、実装の確実性を高め、作業の容易化を
図ることができ都合がよい。なお、この誘電体フィルタ
では、片側全体が開放面となっているので、このままで
は電波漏れが生じて特性が低下する虞れがある。そこで
開放面全体を覆うように、間に絶縁材（セラミックや樹
脂等、あるいは空気）を介して金具等を設けてシールド
すると、特性が良好となる。

【００２２】図８は本発明に係る誘電体フィルタの他の
実施例を示す分解斜視図及び組立斜視図であり、３段イ
ンターデジタル型フィルタの例である。誘電体フィルタ
５０は、３個の誘電体共振器５２を、それらの内部電極
５３が互いに平行になり、且つ外側面の無電極部分５４
が接するように縦置き接合した構造である。それら誘電
体共振器５２を交互に逆向き（図８では中間に位置する
誘電体共振器は手前側が短絡面、奥側が開放面である）
に配置し、外部電極５５間を接続する。両側に位置する
誘電体共振器の外側面には外部電極５５から独立した島
状電極５６を形成して、それらを入出力端子とする。

【００２３】図９は本発明に係る誘電体共振器の更に他
の実施例を示しており、Ａは分解斜視図、Ｂはその組立
斜視図である。この誘電体共振器６０は、ほぼＬ型の断
面をもつ２個の棒状誘電体６２ａ，６２ｂを組み合わせ
て接合一体化した構造をなしている。図１に示す例と異
なる点は、２個の棒状誘電体６２ａ，６２ｂの長さが異
なることである。一体化したブロックの内部中央接合面
に内部電極６４を設ける。また直方体ブロックの一方の
端面（図１では手前側の端面）を開放面、他方の端面
（図１では奥側の端面）を短絡面として、前記直方体ブ
ロックの外側面及び短絡面に前記内部電極６４と接続す
る外部電極６６を設ける。そのため長さの異なる２個の
棒状誘電体６２ａ，６２ｂは、短絡面を揃えて接合一体
化する。これによって、１／４波長共振器を構成する。
誘電体共振器６０の開放面側では、長い方の棒状誘電体
６２ａに形成した内部電極６４の一部が露出している。
そのため、この露出している内部電極をトリミングする
ことによって容易に共振周波数の調整が行える。

【００２４】図１０は誘電体共振器の他の実施例であ
る。基本的には図９に示す誘電体共振器６０と同様であ
るため、対応する部分には同一符号を付し、それらにつ
いての説明は省略する。この例では、開放面側で露出し
ている内部電極上にチップコンデンサ６５を載置（半田
付けにより接続）した構造である。このチップコンデン
サ６５は入出力端子として利用できる。

【００２５】図１１は、図１０に示す誘電体共振器を２
個、同じ向きに横置きして接合した誘電体フィルタの例
である。２個のチップコンデンサ６５の間にインダクタ
ンス６７を接続すると共に、各チップコンデンサ６５を
入出力端子としている。これによって低域通過フィルタ
を構成できる。

【００２６】図１２は、誘電体フィルタの更に他の実施
例を示している。図９に示す構造の２個の誘電体共振器
を向かい合わせて、それを２組並べて接合した縦置き構
造である。誘電体共振器間の結合は、接合面に無電極部
分を設けることで行える。両側に位置する誘電体共振器
の外側面には独立した島状電極６８を入出力端子とす
る。また露出した内部電極にチップコンデンサ６９を取
り付け、インダクタンス７０で結合する。これによりフ
ィルタに帰還を施して有極化することが可能となる。な
お、図１１及び図１２に示すフィルタ構造も、片側全体
が開放面であるため、金具等で覆いシールドする方が特
性が向上する。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上記のように、断面Ｌ型の棒状
誘電体を２個組み合わせ、内部中央接合面と外側面及び
一方の端面に電極を形成した構造であるから、１／４波
長共振器を構成できる。これは、ストリップ線路型構造
におけるスクリーン印刷による電極のばらつきの問題を
解決でき、また同軸型構造における共振器穴の小径化の
制約がなくなる。そのため本発明の誘電体共振器は、よ
り一層小形化できる。また部品点数が少なく、金型も共
通化でき、工数が削減され、容易に製造できる。内部電
極の形成状態も目視確認できるため信頼性が向上する。

【００２８】本発明は、複数の１／４波長共振器を接合
することで、必要な段数の誘電体フィルタを簡単に構成
できる。各誘電体共振器は、それぞれ予め共振周波数な
どを調整できるため、フィルタとして組み上げたときの
微調整を簡略化できる。誘電体共振器を小形化できるた
め、誘電体フィルタも一層小形化できる。実装する際に
占有面積を小さく出来るため、機器の小形化に有利であ
る。結合度合も、無電極部分の形状寸法で容易に制御で
き、帯域幅を調整できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る誘電体共振器の一実施例を示す説
明図。

【図２】本発明に係る誘電体共振器の他の実施例を示す
斜視図。

【図３】本発明に係る誘電体共振器の他の実施例を示す
斜視図。

【図４】本発明に係る誘電体共振器の他の実施例を示す
斜視図。

【図５】本発明に係る誘電体共振器の他の実施例を示す
斜視図。

【図６】本発明に係る誘電体共振器の特性測定例を示す
説明図。

【図７】本発明に係る誘電体フィルタの一実施例を示す
説明図。

【図８】本発明に係る誘電体フィルタの他の実施例を示
す説明図。

【図９】本発明に係る誘電体共振器の他の実施例を示す
説明図。

【図１０】本発明に係る誘電体共振器の他の実施例を示
す斜視図。

【図１１】本発明に係る誘電体フィルタの他の実施例を
示す斜視図。

【図１２】本発明に係る誘電体フィルタの他の実施例を
示す斜視図。

【符号の説明】

１０誘電体共振器１２棒状誘電体１４内部電極１６外部電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼＬ型の断面をもつ２個の棒状誘電体
を直方体状となるように組み合わせて接合一体化した構
造をなし、その直方体ブロックの内部中央接合面に内部
電極を設け、前記直方体ブロックの一方の端面を開放
面、他方の端面を短絡面として、直方体ブロックの外側
面及び短絡面に前記内部電極と接続する外部電極を設け
てなる誘電体共振器。
【請求項２】直方体ブロックの開放面に、内部電極に
は接続されるが外部電極には接続されない表面電極を設
ける請求項１記載の誘電体共振器。
【請求項３】直方体ブロックの外側面に、外部電極か
ら独立した島状電極を形成し、それを入出力端子とする
請求項１記載の誘電体共振器。
【請求項４】直方体ブロックの外側面に、無電極部分
を設ける請求項１記載の誘電体共振器。
【請求項５】請求項４記載の誘電体共振器を複数個、
それらの内部電極が互いに平行となり且つ無電極部分が
対向するように接合すると共に、それらの外部電極間を
接続し、両側に位置する誘電体共振器の外側面に、外部
電極から独立した島状電極を形成して入出力端子とする
誘電体フィルタ。
【請求項６】２個の棒状誘電体は、その長さが異な
り、短絡面を揃えて接合一体化され、開放面側で内部電
極の一部が露出している請求項１記載の誘電体共振器。
【請求項７】露出している内部電極にチップコンデン
サを搭載して入出力端子とする請求項６記載の誘電体共
振器。
【請求項８】請求項６記載の誘電体共振器を複数個接
合し、露出している内部電極にチップコンデンサを設置
し、該チップコンデンサ間にインダクタンスを接続する
誘電体フィルタ。