JP2568149B2

JP2568149B2 - 誘電体フィルタ及び誘電体分波器

Info

Publication number: JP2568149B2
Application number: JP4187521A
Authority: JP
Inventors: 照登菅野; 英樹山中
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JPH066106A

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
電体フィルタ、及びそれを用いた誘電体分波器に関する
ものである。更に詳しく述べると、本発明の誘電体フィ
ルタは、ほぼＴ型の断面をもつ１個もしくは複数個の棒
状誘電体の両側に、ほぼＬ型の断面をもつ棒状誘電体を
配置して直方体状とし、その接合面の内部中央に内部電
極があり、外側面及び端面に外部電極を備え、内部電極
の一端が外部電極と接続している１／４波長共振型構造
である。この誘電体フィルタ及び誘電体分波器は、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
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、誘電体基板上にスクリーン印刷法によって所定の形
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】同軸型誘電体フィルタは、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側面と前記共振
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
並設し、それらの間に結合調整用穴などを設けることに
より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、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。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。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。

【０００６】同軸型誘電体フィルタの場合は、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、同軸型誘電体フィルタは小形化には不向きであ
る。

【０００７】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、多段化し易く、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及び誘電体分
波器を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る誘電体フィ
ルタは、ほぼＴ型の断面をもつ棒状誘電体の両側に、ほ
ぼＬ型の断面をもつ棒状誘電体を配置し、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。Ｔ型断面の棒状誘電体を１個のみ用いる構造でもよ
いし、複数個交互に逆向きに組み合わせた構造でもよ
い。その一体化した直方体ブロックの接合面の内部中央
に内部電極を設ける。また直方体ブロックの外側面及び
端面に前記内部電極の一端と接続する外部電極を設ける
と共に、直方体ブロックの端部に、両側に位置する内部
電極と対向し且つ外部電極から独立した入出力端子用の
島状電極を形成して、１／４波長共振型のフィルタを構
成している。

【０００９】上記の誘電体フィルタを基本として種々の
変形が可能である。直方体ブロックの端面に、内部電極
と接続する外部電極を設けた短絡面と、内部電極と接続
されない開放面とを交互に形成すると、インターデジタ
ル構造となる。また直方体ブロックの一方の端面全体に
外部電極を設け内部電極と接続して短絡面を形成し、他
方の端面は外部電極が内部電極と接続されない開放面を
形成してコムライン構造とすることもできる。

【００１０】コムライン構造の場合は、ほぼＴ型断面の
棒状誘電体の中央部に、その長手方向に延びる結合穴又
は結合溝を形成して、内部電極間で電磁界結合させるこ
とができる。またほぼＴ型断面の棒状誘電体の開放面側
の端面中央に、内部電極の配列方向と直交する方向の結
合用スリットを形成したり、外部電極と接続される結合
電極を形成する構成もある。

【００１１】誘電体分波器を構成するには、ほぼＴ型の
断面をもつ棒状誘電体を３個以上有する誘電体フィルタ
を用いる。そして、その中央部に設けた穴又は溝にアン
テナ共用端子を取り付ける。あるいは誘電体フィルタの
外側面に、中央に位置する内部電極と対向し且つ外部電
極から独立したアンテナ共用端子用の島状電極を形成す
る。

【００１２】

【作用】断面がほぼＴ型とほぼＬ型の棒状誘電体を組み
合わせて直方体状としたとき、各内部電極と外部電極が
一端で短絡し他端で開放することによって１／４波長共
振器となる。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。従って、この
構造の誘電体フィルタは、各棒状誘電体同士の接合数に
応じた段数をもつ。コムライン形式では、断面Ｔ型の棒
状誘電体に形成する結合穴や結合溝、結合電極、結合ス
リットなどの結合手段で、各共振器間は結合し、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。

【００１３】

【実施例】図１は本発明に係る誘電体フィルタの一実施
例であり、Ａは分解斜視図、Ｂはその組立斜視図であ
る。この誘電体フィルタ１０は、Ｔ型の断面をもつ１個
の棒状誘電体１２の両側に、Ｌ型の断面をもつ２個の棒
状誘電体１４を配置し、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
直方体ブロックの接合面の内部中央長手方向に内部電極
１６を設ける。また直方体ブロックの一方の端面（図１
では手前左側の端面）全体を開放面、他方の端面（図１
では奥右側の端面）全体を短絡面として、前記直方体ブ
ロックの四外側面及び短絡面に前記内部電極１６と接続
する外部電極１８を設け、１／４波長共振型の２段コム
ライン・フィルタを構成する。更に、直方体ブロックの
開放面側の両側に、内部電極１６と対向し且つ外部電極
１８から独立した入出力端子用の島状電極１９を形成す
る。なお図面を分かり易くするため、各図において電極
形成部分には影線を施し、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。

【００１４】誘電体フィルタ１０は、それらの外部電極
１８あるいは島状電極１９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。入出力結合は、内部電極１６と島状電
極１９との間の容量によって行う。本実施例では外側面
の二面にわたるように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。実装は、図１のＢに
示す状態の誘電体フィルタを、プリント基板上に裏返し
て（島状電極がプリント基板と接する向きに）載置し、
回路パターンに半田付けする。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、このようなコムライン型
の誘電体フィルタでは、一方の端面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、特性が良好となり好ま
しい。

【００１５】このような誘電体フィルタ１０は、例えば
次のようにして製作できる。まず断面Ｔ型の棒状誘電体
と断面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。
それぞれ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。各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３個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
外側面四面と一方の端面（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（Ｐ
ＰＳ）等の樹脂で製作することも可能である。

【００１６】図２は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であり、２段インターデジタル・フ
ィルタの例である。外部電極と島状電極の形状と位置を
除けば、断面Ｔ型と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。この誘電体フィルタ
２０も、Ｔ型の断面をもつ１個の棒状誘電体２２の両側
に、Ｌ型の断面をもつ２個の棒状誘電体２４を配置し、
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
である。その一体化した直方体ブロックの接合面の内部
中央に内部電極２６を設ける。直方体ブロックの一方の
端面（図２の手前左側の端面）に開放面ｏと短絡面ｓが
形成され、他方の端面には逆に短絡面と開放面が形成さ
れるように外部電極２８を設ける。従って、両内部電極
２６についてそれぞれ一端が開放で他端が短絡するよう
に構成した１／４波長共振器が逆向きに配置されてい
る。入出力端子となる島状電極２９は、それぞれ開放面
側に形成しているため、ここでは直方体ブロックの上面
の対角に位置している。

【００１７】図３も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である。いずれも２段コムライン・
フィルタの例である。基本的な構成は図１に示す例と同
様であるので、説明を簡略化するため、対応する部分に
は同一符号を付し、それらについての記載は省略する。
図３のＡは、Ｔ型の断面をもつ棒状誘電体１２の中央部
に、その長手方向に延びる結合穴３２を形成し、それに
よって内部電極１６間で電磁界結合させる誘電体フィル
タである。この結合穴に代えて、図３のＢに示すように
結合溝３４を形成してもよい。その場合、結合溝３４に
も外部電極（メタライズ）を設ける方が好ましい。入出
力面側が基板面になった場合に、外部電極がないとアー
スが分断されるためである。また図３のＣは、Ｔ型の断
面をもつ棒状誘電体１２の開放面側の端面中央に、内部
電極１６の配列方向と直交する方向の結合用スリット３
６を形成した例である。この場合も結合用スリット３６
に外部電極を設けることが可能であり、所要の帯域幅及
び特性に合わせて選ぶことができる。更に図３のＤは、
Ｔ型の断面をもつ棒状誘電体１２の開放面側の端面中央
に、両面の外部電極１８と接続される帯状の結合電極３
８を形成した例である。これらの結合手段によって両共
振器は電磁界または電界的に結合する。結合手段の形状
や構造を適宜選定することによって、結合度合を調整
し、所望のフィルタ特性を発現させることができる。

【００１８】図４は本発明の更に他の実施例を示してい
る。これは３段コムライン・フィルタの例である。この
誘電体フィルタ４０は、Ｔ型の断面をもつ２個の棒状誘
電体４２を上下を逆にして組み合わせ、その両側にＬ型
の断面をもつ２個の棒状誘電体４４を配置し、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。なおＴ型断面の棒状誘電体４２の中央には、その
長手方向に貫通する結合穴４３を設ける。その一体化し
た直方体ブロックの接合面の内部中央長手方向に内部電
極４６を設ける。直方体ブロックの一方の端面（図４で
は手前左側の端面）全体を開放面、他方の端面（図４の
奥右側の端面）全体を短絡面として、直方体ブロックの
四外側面及び短絡面に前記内部電極４６と接続する外部
電極４８を設ける。更に直方体ブロックの開放面側の両
側に、両側の内部電極４６と対向し且つ外部電極４８か
ら独立した入出力端子用の島状電極４９を形成する。こ
の実施例では結合手段として結合穴を採用しているが、
図３に示すような他の結合手段を用いてもよい。

【００１９】図５は３段インターデジタル・フィルタの
例である。直方体ブロックの構成は前記図４の場合と同
様であるから、対応する部分には同一符号を付し、それ
らについての記載は省略する。直方体ブロックの一方の
端面（図５手前左側の端面）に開放面ｏと短絡面ｓが交
互に形成され、他方の端面（図５の奥右側の端面）には
逆に短絡面と開放面が形成されるように外部電極４８を
設ける。従って、各内部電極４６について、それぞれ一
端が開放で他端が短絡するように１／４波長共振器を構
成し、それらが順次逆向きに配置されるようしている。
この場合、外部電極４８から独立した島状電極４９は直
方体ブロックの同一辺側に形成され、それらが入出力端
子となる。なおインターデジタル・フィルタの場合に
は、図３に示すような結合手段は不要である。

【００２０】以上、２段と３段の誘電体フィルタについ
て説明したが、本発明は４段以上のフィルタにも適用で
きることは言うまでもない。４段以上の場合は、それに
応じて断面Ｔ型の棒状誘電体の数を増やせばよい。また
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てもよい。こ
の表面電極は、内部電極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。

【００２１】本発明は誘電体分波器にも適用できる。そ
の一例を図６及び図７に示す。図６に示す誘電体分波器
５０は、Ｔ型の断面をもつ３個の棒状誘電体５２を順次
上下逆に組み合わせ、その両側にＬ型の断面をもつ２個
の棒状誘電体５４を配置し、直方体状となるように接合
一体化した構造をなしている。なおＴ型断面の棒状誘電
体５２の中央には、その長手方向に貫通する結合穴５３
を設ける。一体化した直方体ブロックの接合面の内部中
央長手方向に内部電極５６を設ける。直方体ブロックの
一方の端面（図６では手前左側の端面）全体を開放面、
他方の端面全体を短絡面として、直方体ブロックの四外
側面及び短絡面に前記内部電極５６と接続する外部電極
５８を設け、更に、直方体ブロックの開放面側の両側
に、両側の内部電極５６と対向し且つ外部電極５８から
独立した島状電極５９を形成する。中央の結合穴に金属
棒６０を挿入し、アンテナ共用端子６２を取り付ける。
アンテナ共用端子６２は、金属金具であり、プリント基
板に実装し易い形状に加工する。これによってＴｘ（送
信）２段＋Ｒｘ（受信）２段の誘電体分波器を構成でき
る。

【００２２】図７に示す誘電体分波器６４は、金属棒等
を使用せずに、中央に位置する内部電極に対向して直方
体ブロックの外側面に、外部電極とは分離したアンテナ
共用端子用の島状電極６６を設けたものである。

【００２３】図６及び図７に示すような誘電体分波器の
場合も、開放面側を覆うように金属シールド板などを設
けるのが好ましい。Ｔ型断面の棒状誘電体の結合個数
は、必要な段数に応じて選択でき、また結合手段も結合
穴に限らず、結合溝や結合用パターンなどであってもよ
い。

【００２４】誘電体分波器にはインターデジタル形式を
採用することも可能である。図８は誘電体分波器の他の
例であり、コムライン２段部分７０とインターデジタル
２段部分７２を組み合わせた構造である。またインター
デジタル型のみで構成することも可能である。その場合
には、Ｔｘ（送信）及びＲｘ（受信）とも２段以上であ
り、偶数段の場合は入出力端子はアンテナ共用端子とは
逆方向となるが、奇数段の場合は入出力端子はアンテナ
共用端子と同方向となる。なおＲｘ、Ｔｘが１段、２段
の場合も無理をすれば可能であるが、入出力容量による
カップリングを起こしやすいので実用的ではない。図９
はインターデジタル３段部分７４とインターデジタル２
段部分７６を組み合わせた誘電体分波器の例である。い
ずれにしてもインターデジタル形式の誘電体分波器で
は、アンテナ共用端子を設ける部分は開放面が突き合う
ように組み合わせる必要がある。図８及び図９では、基
本的な構成部品は図６及び図７に示すものと同様である
ので、対応する部分に同一符号を付し、それらについて
の説明は省略する。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上記のように、断面Ｔ型と断面
Ｌ型の棒状誘電体を組み合わせて直方体ブロックとし、
接合面の内部中央と外側面及び端面に電極を形成する構
造であるから、複数の１／４波長共振器を同時に構成で
き、任意の段数の多段フィルタが容易に得られる。この
構造は、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
め本発明の誘電体フィルタは、より一層小形化できる。
更に部品点数が少なく、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。結合度合も、結合手段
の構造や形状を変えることで容易に制御できる。また誘
電体分波器も容易に製作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】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３】本発明に係る誘電体フィルタの更に他の実施例
を示す斜視図。

【図４】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５】本発明に係る誘電体フィルタの更に他の実施例
を示す斜視図。

【図６】本発明に係る誘電体分波器の一実施例を示す斜
視図。

【図７】本発明に係る誘電体分波器の他の実施例を示す
斜視図。

【図８】本発明に係る誘電体分波器の他の実施例を示す
斜視図。

【図９】本発明に係る誘電体分波器の更に他の実施例を
示す斜視図。

【符号の説明】

１０誘電体フィルタ１２断面Ｔ型の棒状誘電体１４断面Ｌ型の棒状誘電体１６内部電極１８外部電極１９島状電極

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｐ 1/213 Ｈ０１Ｐ 1/213 Ｍ 7/08 7/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼＴ型の断面をもつ棒状誘電体の両側
に、ほぼＬ型の断面をもつ棒状誘電体を配置し、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接合面の内部中央に内部電極
を設け、直方体ブロックの外側面及び端面に前記内部電
極の一端と接続する外部電極を設けると共に、直方体ブ
ロックの端面近傍に、両側に位置する内部電極と対向し
且つ外部電極から独立した入出力端子用の島状電極を形
成した誘電体フィルタ。
【請求項２】ほぼＴ型の断面をもつ棒状誘電体を複数
交互に逆向きに配置し、それらの両側にほぼＬ型の断面
をもつ棒状誘電体を配置する請求項１記載の誘電体フィ
ルタ。
【請求項３】直方体ブロックの端面に、内部電極と接
続する外部電極を設けた短絡面と、内部電極と接続され
ない開放面とを、交互に形成したインターデジタル構造
をなしている請求項１又は２記載の誘電体フィルタ。
【請求項４】直方体ブロックの一方の端面全体に外部
電極を設け内部電極と接続して短絡面を形成し、他方の
端面は外部電極が内部電極と接続されない開放面を形成
してコムライン構造とした請求項１又は２記載の誘電体
フィルタ。
【請求項５】ほぼＴ型の断面をもつ棒状誘電体の中央
部に、その長手方向に延びる結合穴又は結合溝を形成
し、内部電極間で電磁界結合させる請求項４記載の誘電
体フィルタ。
【請求項６】ほぼＴ型の断面をもつ棒状誘電体の開放
面側の端面中央に、内部電極の配列方向と直交する方向
に、結合用スリットを形成した請求項４記載の誘電体フ
ィルタ。
【請求項７】ほぼＴ型の断面をもつ棒状誘電体の開放
面側の端面中央に、外部電極と接続される結合電極を形
成した請求項４記載の誘電体フィルタ。
【請求項８】ほぼＴ型の断面をもつ棒状誘電体を３個
以上有する請求項２記載の誘電体フィルタを用い、その
誘電体フィルタの中央付近に位置する前記棒状誘電体の
中央部に設けた貫通穴の開放面側にアンテナ共用端子を
取り付けた誘電体分波器。
【請求項９】ほぼＴ型の断面をもつ棒状誘電体を３個
以上有する請求項２記載の誘電体フィルタを用い、その
誘電体フィルタの外側面の開放面側に、該誘電体フィル
タの中央付近に位置する２個の内部電極と対向し且つ外
部電極から独立したアンテナ共用端子用の島状電極を形
成した誘電体分波器。