JP2589597B2 - 誘電体共振器及びそれを用いた帯域阻止フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主にマイクロ波帯域で使用する誘電体フィ
ルタに関する。更に詳しく述べると、誘電体ブロックの
端面がほぼＬ型をなし、共振子穴の間に結合阻止穴を有
し、接地容量を一体的に形成したλ/4共振型の誘電体同
軸共振器、及びその誘電体共振器を使用し、その板状突
出部分に実装した集中定数素子によって共振子間を結合
する誘電体帯域阻止フィルタに関するものである。

［従来の技術］ 高誘電率セラミックス材料を用いるフィルタとして、
複数の誘電体角柱形共振器を適当な集中定数阻止によっ
て結合した帯域阻止フィルタがある。第８図A,Bはその
一例であり、角柱形誘電体共振器10を２個使用した２段
構成の例である。

誘電体共振器10は、マイクロ波用高誘電率材料からな
る角柱12の中央に共振子穴14を貫設し、開放面（同図Ａ
では上面、同図Ｂでは右側の端面）を除く外面と穴の内
面に導体膜を付着してそれぞれ外誘電体及び内導体とし
たものである。誘電体共振器10を並設すると共に、結合
回路基板18を設け、その上に結合コンデンサ20とコイル
22を取り付ける。各誘電体共振器の内導体と結合コンデ
ンサ20とを金属端子24で接続し、コイル22の両端に入出
力リード26を接続する。

同図Ａに示すように、各共振器10に結合コンデンサ
（キャパシタンスC₁,C₂）の一方の電極を接続し、入出
力リード26と結合コンデンサの他方の電極とをそれぞれ
接続する。更に前記結合コンデンサの他方の電極間をコ
イル（インダクタンスＬ）で接続する。各誘電体共振器
10は、その角柱高さ、比誘電率等で決まる共振周波数を
持つ。それ故、上記構成によって1/4派長同軸共振型の
帯域阻止フィルタが得られる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来技術では、単体共振器を複数個配列するため部品
点数が多くなり、組み立て工数が増大し、共振器間の位
置出しや外導体面精度も要求が厳しくなる。また共振器
同士の接合の必要から機械強度や耐環境信頼性の劣化な
どの点でも問題がある。

更に集中定数素子を付加するために、結合回路基板18
としてアルミナやフォルステライト等、もしくはεｒ＝
30以上の誘電体基板を別途用意し、その上にコイルやコ
ンデンサを実装しなければならない。しかし、いずれも
結合回路基板18は各誘電体共振器10と共に金属板（筺
体）上に取り付けなければならず、占有体積が大きくな
り、製作コストが上昇し、バラツキも問題になる。

また上記のフィルタでは結合コンデンサ20及びコイル
22によるLC回路網が低域通過フィルタ構成になっている
ことから、3f₀（３次共振周波数）付近においてはある
程度の減衰が得られる。しかし所定のf₀特性を呈する素
子定数では、カットオフ周波数2f₀に近いため数dB程度
の減衰しか得られない。高域側の減衰を良くするために
は、接地容量を付加する方法があるが、従来技術では結
合回路基板18上に更に接地コンデンサを構成せねばなら
ず、構造が非常に複雑化し、製造が難くなる。

本発明の目的は、これら従来例における問題を解決
し、製造性並びに設計性がよく、安定な電気・機械性が
得られる誘電体帯域阻止フィルタを提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る誘電体共振器は、直方体状部分とそれよ
り薄い板状部分とが端部方向から見て全体としてほぼＬ
型となるように連続一体化した誘電体ブロックに、直方
体状部分を貫通し且つそれに連続して板状部分に溝が形
成されるように複数の共振子穴と結合阻止穴とを交互に
並設し、板状部分の溝形成面とは反対側の面も段付き形
状にして薄肉化したものを用いる。それら共振子穴や結
合阻止穴が直方体状部分で開口している面を短絡面と
し、各穴内面及び誘電体ブロック外面に導体膜を形成
し、共振子穴の導体膜は短絡面側でのみ誘電体ブロック
外面導体膜に接続され、結合阻止穴の導体膜を短絡面側
及び溝端部側で誘電体ブロック外面導体膜に接続する。
そして板状部分の溝形成面の基部長手方向に共振子穴に
よる溝よりも深いスリットを形成して、溝の導体膜を分
離し集中定数素子の取付け用導体パターンとして利用す
る構造である。

誘電体帯域阻止フィルタは、このような誘電体共振器
を使用し、共振子穴による溝のスリット部分に結合コン
デンサを接続すると共に、他の集中定数素子を板状部分
に実装して共振子間を結合することにより構成する。

［作用］ 各共振子穴は、基本的には1/4波長型の同軸共振子を
構成する。共振子穴の間に設けた結合阻止穴は、その内
面に導体膜が形成され且つ両端で内面の導体膜が誘電体
ブロック外面の導体膜に接続されているため、共振子間
での電磁波の伝播を遮蔽し電磁的結合を阻止する。その
ため一体構造でありながら電磁気的には単体共振器を配
列したものとほぼ同等となる。従って、この誘電体共振
器に適当な集中定数素子を付加接続することによって、
帯域阻止フィルタとして動作可能となる。

誘電体ブロックにおいて直方体部分から突出した板状
部分は集中定数素子の実装基板として機能する。また薄
肉構造であるため、共振子穴による溝の導体膜と接地面
の導体膜との間で接地容量が形成され、それによって2f
₀以上での減衰が急峻になる。集中定数素子は板状部分
上の切欠き空間内に収まるため全体として小型化され
る。

［実施例］ 第１図は本発明に係る誘電体帯域阻止フィルタの一実
施例を示す分解斜視図であり、共振子穴を２個形成した
２段フィルタの例である。

まず誘電体共振器について説明する。誘電体共振器30
は、直方体状部分32とそれより薄い板状部分34とが端面
方向（白抜き矢印で示す方向）から見て全体としてほぼ
Ｌ型となり、板状部分34が直方体状部分32に対して両面
で段差41,34を有するように連続一体化した誘電体ブロ
ックを用いる。そして直方体状部分32を貫通し且つそれ
に連続して板状部分34に溝が形成されるように２個の共
振子穴36と１個の結合阻止穴38とを交互に並設する。そ
れら穴が直方体状部分で開口している面（第１図では右
側奥の面）を短絡面として、各穴内面及び誘電体ブロッ
ク外面に導体膜40を形成し、共振子穴36の導体膜は短絡
面側でのみ、また結合阻止穴38の導体膜は短絡面側及び
溝端部側の両方で誘電体ブロック外面導体膜に接続す
る。

この実施例では、溝形成面側の段部14は丁度各穴の半
分の位置に形成され、それと反対側の段部43は接地容量
によって決められる。誘電体ブロックの外面には、溝を
除く溝形成面及び共振子穴の開放面（短絡面と反対側の
面）側の溝端周囲以外に全て導体膜を付着してある。段
部43の高さ寸法は、共振子穴による溝の導体膜と反対側
の接地面45とによるコンデンサ容量（接地容量）を適当
な値にできる肉厚とするように選択する。更に板状部分
34の基部長手方向に共振子穴36による溝よりも深いスリ
ット42を形成する。このスリット42により共振子穴36に
よる溝の導体膜が切断分離された状態になる。本実施例
では結合阻止穴38による溝の導体膜も分離した状態にな
るため、金属接続片44がスリット42を架橋するように接
続する（第２図参照）。

なお誘電体ブロックは、マイクロ波用高誘電率材料の
焼結体（例えばチタン酸バリウム等）からなる。第１図
において、影線を施した面は導体膜が形成されている部
分であり、細かな点々を付した面は導体膜が無く誘電体
の素地が露出している部分を表している。ここで導体膜
は例えば銀ペーストの焼付け等による極く薄い導電材料
の層である。

両共振子穴36の中間に位置する結合阻止穴38は、その
内面全体が導体膜で覆われ且つ短絡面側開口端及びそれ
と反対側の溝端面の両方で誘電体ブロック外面導体と導
通しているため、共振子間での電磁波の伝播を遮蔽す
る。この誘電体共振器30は、一体構造でありながら電磁
的にはそれぞれの共振子が独立したのと同等の状態にな
る。

この誘電体共振器30の板状部分34に適当な集中定数素
子を付加接続することにより帯域阻止フィルタを構成す
る。つまり板状部分34が回路基板としての機能を果た
す。第１図では共振子穴32による溝のスリット部分を架
橋するようにそれぞれ両端に電極をもつ構造のチップコ
ンデンサ46を半田付けし、且つ両溝の開放端側の導体膜
に湾曲した接続部をもつ入出力端子48を半田付けする
（第３図参照）。そして両入力端子48の湾曲接続部分間
にコイル49を接続する。

これによって第４図に示す等価回路になる。つまり入
出力端子間にコイルＬが接続され、入出力端子と共振子
間に結合容量C₁,C₂が接続される。また入出力端子とア
ース間に接地容量C_A,C_Bが接続される。各共振子は、穴
や溝の寸法、誘電体の比誘電率等で決まる共振周波数を
持ち、上記構成によって第５図実線で示すような帯域阻
止フィルタ特性が得られる。なお同図において一点鎖線
は接地容量C_A,C_Bが無い場合の特性を示している。

次にこのような誘電体共振器を製造する簡便な方法に
ついて述べる。第６図Ａ〜Ｄはその一例である。まず同
図Ａに示すように、全体として直方体状をなす誘電体ブ
ロック50に２個の共振子穴52と１個の結合阻止穴54とを
交互に並設する。次いでその片面に平面研削等により一
方の段部55を形成する。そして同図Ｂに示すように、段
部55を形成した側で、それら穴が開口している面（図面
左手前側の面）を開放面、他方の面を短絡面として、各
穴内面及び誘電体ブロック外面に導体膜を形成する。こ
の導体膜は、共振子穴52の導体膜は短絡面側でのみ、結
合阻止穴54の導体膜は両開口端で誘電体ブロック外面導
体膜に接続するように付着する。従ってここでは共振子
穴52の開放端の周囲のみ誘電体の素地がリング状に露出
するようにマスキングを施して導体膜を付着させる。勿
論、誘電体ブロック全面に導体膜を付着したのち、共振
子穴の開放端周囲のみ剥離する方法でもよい。その後、
その誘電体ブロックを端面方向からみてほぼＬ型となる
ように、平面研削などによりａ〜ｄ面で囲まれた部分
（同図Ｂで斜線を施した部分）を削り落とす。削り落と
した状態を同図Ｃに示す。更に同図Ｄに示すように、そ
れによって形成された板状部分の基部長手方向に、スラ
イサー等を使用して共振子穴52による溝よりも深いスリ
ット56を形成する。このように誘電体ブロックの開放面
側を切除しスリット加工を行うことにより一体構造の誘
電体共振器を容易に製造できる。

第７図A,Bは誘電体共振器の他の例を示している。基
本的な考え方は上記の場合と同様である。前記の実施例
ではスリットによって結合阻止穴による溝の導体膜も分
離されてしまうため金属接続片を別に半田付けする必要
がある。その工程を省くために工夫したものである。い
ずれも板状部分の結合阻止穴による溝がスリットよりも
深くなるようにしてある。同図Ａでは結合阻止穴38の断
面形状を長穴形状にしている。同図Ｂでは共振子穴36に
対して結合阻止穴38を、共振子穴36の中心同士を結ぶ線
より下に配置している。なお符号ｄはスリット深さを表
している。

誘電体共振器に設ける入出力端子は、溝の部分から板
状部分を貫通するリードピン等でもよい。または共振子
穴による溝から延長し、誘電体ブロックの外面体膜とは
貫通しないように分離した入出力パターンなどでもよ
い。

結合コンデンサとして、上記の実施例ではチップコン
デンサを使用しているが、両面に電極を有する一体型の
コンデンサ基板をスリットに挿入し、両面で半田付けす
る構成でもよい。

なお上記の実施例は何れも誘電体ブロックに共振子穴
を１個設けた２段構成の例であるが、共振子穴が３個以
上の場合にも本発明を適用できることは言うまでもな
い。

［発明の効果］ 本発明は上記のように基本的には誘電体ブロック一体
型であり且つ集中定数素子の実装用基板部分も一体化さ
れるため、製造性がよく安定な電気特性・機械特性を得
やすい。また部品点数が少なく、集中定数素子は誘電体
ブロックの一方の段差部分に収めることができるから、
全体を小型化できる。

本発明では板状部分は薄肉構造であり、その共振子穴
による溝の導体膜と反対面の導体膜との間で接地容量が
形成されるため、別に接地コンデンサを実装する必要が
なく、構造が簡素化される。そして接地容量の存在によ
り、2f₀以上の周波数領域での減衰量が大きくなり良好
な帯域阻止フィルタ特性が得られる。

また共振子穴による溝をスリットで分断しているた
め、コンデンサ接続部を形成でき、チップコンデンサや
コンデンサ基板を容易に実装できる。共振子穴による溝
を端子として利用でき、それに入出力端子を接続するこ
とで機械的強度も良好になる。

更に本発明によるフィルタは、集中定数素子による結
合のため設計し易く、周波数・結合調整も容易である。
これらにより、結果的に、より安価な帯域阻止フィルタ
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る誘電体帯域阻止フィルタの一実施
例を示す分解斜視図、第２図はその結合阻止穴位置での
断面図、第３図はその共振子穴位置での断面図、第４図
は等価回路図、第５図はフィルタ特性線図である。第６
図A,B,C,Dは誘電体共振器の製造工程の例を示す説明
図、第７図A,Bは誘電体共振器の他の例を示す説明図で
ある。第８図A,Bは従来技術の一例を示す説明図であ
る。 30……誘電体共振器、32……直方体部分、34……板状部
分、36……共振子穴、38……結合阻止穴、40……導体
膜、41,43……段部、42……スリット、44……金属接続
片、46……チップコンデンサ、48……入出力端子、49…
…コイル。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直方体状部分とそれにより薄い板状部分と
   が端面方向から見て全体としてほぼＬ型となるように連
   続一体化されている誘電体ブロックに、直方体状部分を
   貫通し且つそれに連続して板状部分に溝が形成されるよ
   うに複数の共振子穴と結合阻止穴とを交互に並設し、そ
   れら穴が直方体部分で開口している面を短絡面として、
   各穴内面及び誘電体ブロック外面に導体膜を形成し、共
   振子穴の導体膜は短絡面側でのみ誘電体ブロック外面導
   体膜に接続され、組合阻止穴の導体膜は短絡面側及び溝
   端部側で誘電体ブロック外面誘電体膜に接続され、板状
   部分の溝形成面の基部長手方向に共振子穴による溝より
   も深いスリットを形成した誘電体共振器において、板状
   部分の溝形成面とは反対側の接地面も段付く形状にして
   薄肉化し、溝導体膜と前記接地面との間で接地容量を形
   成したことを特徴とする誘電体共振器。
2. 【請求項２】請求項１記載の誘電体共振器を使用し、そ
   の板状部分の共振子穴による溝のスリット部分に結合コ
   ンデンサを接続すると共に、他の集中定数素子を板状部
   分に実装して共振子間を結合した誘電体帯域阻止フィル
   タ。