JP2732150B2 - 誘電体帯域阻止フィルタ - 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Ｌ型をなし、共振子穴の間に結合阻止穴を有する
λ/4共振型の一体型同軸共振器を使用し、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
る構造の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素子によっ
て結合した帯域阻止フィルタがある。第９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の中央に共振子アンテナ貫設し、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導体及び内導体とし
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、その上にコンデンサ20とコイル22を
取り付ける。各誘電体共振器10の内導体とコンデンサ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とコンデンサの他方の電極とをそれぞれ接続し、更
に前記コンデンサの他方の電極間をコイル（インダスタ
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ち、上記構成に
よって1/4波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。

また集中定数素子を付加するために、結合回路基板と
してアルミナやフォルステライトなど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
板は各誘電体共振器と共に金属板（筐体）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。

本発明の目的は、これら従来技術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・機械特性
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帯域阻止フィルタで使用する誘電
体共振器は、厚い直方体状部分と比較的薄い板状部分と
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段付き構造の誘電体ブロックを用い
る。そして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、それら穴が直方体状部分で開口
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する。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
止穴の導体膜は短絡面側及び溝端部側で誘電体ブロック
外面導体膜に接続される。更に板状部分の基部長手方向
に共振子穴による溝よりも深いスリットを形成する。

そして上記誘電体共振器のスリットにコンデンサ基板
を挿入し、該コンデンサ基板の両面の電極をそれぞれス
リット付近の共振子穴による溝の導体膜に半田等により
接続すると共に、他の集中定数素子、例えば空心コイル
を板状部分に実装して共振子間を結合することにより誘
電体帯域阻止フィルタを構成する。

［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開口端で内面の導体膜が誘
電体ブロック外面導体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て電磁的結合を阻止する。そ
のため一体型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の状態になる。

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。

誘電体ブロックの段部、即ち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。ス
リットによって共振子穴による溝の導体膜が分離される
から、スリットに両面に電極を有するコンデンサ基板を
挾み両電極をそれぞれ溝の導体膜に接続することでコン
デンサの取り付けが完了する。コイル等も含めて集中定
数素子は段部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
施例を示す斜視図であり、共振子穴を２個形成した２段
フィルタの場合である。

まず誘電体共振器について説明する。この誘電体共振
器30は、直方体状部分32と板状部分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
るように連続一体化されている段付き構造の誘電体ブロ
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
両側でのみ、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、段部は丁度各穴の半分の位置で形成
され、誘電体ブロックの外面には、溝を除く段部表面及
び共振子穴の開放面（短絡面と反対側の面）側の周囲以
外に全て導体膜を付着してある。段部の寸法は、後述す
るように使用する集中定数素子を収容できる程度で、且
つ結合阻止穴38が両端で誘電体ブロックの外面導体膜に
接続できる範囲の適当な値に選定する。本発明では更に
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。つまりこのスリット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切
断分離した状態になるが、後述するコンデンサ基板の導
体パターンによって導通させる。

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
図ではスリット42にコンデンサ基板46を挾み込む。コン
デンサ基板46は丁度共振子穴36に対応する位置の両面に
電極47を有し、且つ結合阻止穴38に対応する位置には両
面を連絡するような導体パターン44を形成してある。こ
の導体パターン44は基板側面を利用して導通させる形式
でもよいし、スルーホール形式でもよい。このようなコ
ンデンサ基板46を前記のようにスリット42に挿入し、両
面の電極47をそれぞれ対応する共振子穴による溝の導体
膜に半田付けする（第２図参照）。またコンデンサ基板
46の導体パターン44を結合阻止穴による溝の導体膜に半
田付けし、その溝の分断された導体膜を導通させる。更
に両端に位置する共振子穴による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。そして両入出力端子48の湾曲接続部分間にコイル49
を接続している。

これによって実質的に第９図Ａと同様の等価回路にな
る。つまり入出力端子間にコイルが接続され、入出力端
子と共振子間にコンデンサが接続される。各共振子は、
その穴や溝の寸法、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1/4波長同軸共振型の帯
域阻止フィルタ特性が得られる。

スリット42の幅に対してコンデンサ基板46が非常に薄
い場合には、第３図に示すような金属ブッシュ45を介在
させて半田付けすればよい。

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４図A,B,C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
交互に並設し、それら穴が開口している一方の面（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の導体膜が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、例えば平面研削などによりａ〜ｄ面で囲まれた
部分（同図Ａ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Ｂに示す。更に同図Ｃ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
の開放面側のほぼ半分を切除しスリット加工を行うこと
により段付き一体構造の誘電体共振器を容易に製造でき
る。

第５図A,Bは誘電体共振器の他の例を示している。基
本的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断
されてしまうため、両面間で連続する導体パターンを有
するコンデンサ基板を用いて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り、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。このようにすると結合阻止穴38による溝の導体膜は
分断されず、コンデンサ基板に余分な導体パターンを形
成する必要はなくなる。

第６図〜第８図は入出力端子の構造例を示している。
第６図はコンデンサ基板に入出力端子を形成する例であ
る。コンデンサ基板46の開放面側の電極47から上方に延
びる入出力パターン60を形成し、フィルタ全体を上下逆
向きに設置する方式である。第７図に示す例は誘電体ブ
ロックの壁面を利用した入出力端子である。同図Ａは共
振子穴36による溝から延長するように開放面に入出力パ
ターン64を形成する。同図Ｂでは端面に入出力パターン
66を形成する。いずれの場合も入出力パターン64,66は
誘電体ブロックの外面の導体膜とは導通しないように分
離した形状にする。

第８図は入出力ピン端子68を使用する例である。共振
子穴36による溝に貫通孔を形成し、それに入出力ピン端
子68を挿入して溝の導体膜の部分で半田付けする（同図
Ａ参照）。また同図Ｂに示すように、反対側の面にはリ
ング状の無導体膜部分70を形成して誘電体ブロックの外
面の導体膜と導通しないようにする。

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２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。

本発明では共振子穴による溝をスリットで分断するこ
とでコンデンサ接続部を形成しているため、コンデンサ
基板を挟み込み接続することで容易にコンデンサを実装
できる。

更に本発明によるフィルタは、集中定数素子による結
合のため設計し易い、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や
帯域通過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フィルタの一実施例を示す
分解斜視図、第２図はその共振子穴位置での断面図、第
３図は他の実施例における共振子穴位置での断面図、第
４図A,B,Cは誘電体共振器の製造工程の例を示す説明
図、第５図A,Bは誘電体共振器の他の例を示す説明図で
ある。第６図は入出力端子の例を示す説明図、第７図A,
Bは入出力端子の他の例を示す説明図、第８図A,Bは入出
力端子の更に他の例を示す説明図である。第９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、42……スリット、44……導体パターン、46……コン
デンサ基板、47……電極、48……入出力端子、49……コ
イル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−188903（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−188902（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−103201（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−15401（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−55402（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直方体状部分と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
   いる段付き構造の誘電体ブロックに、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
   ら穴が直方体状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、結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導体膜に接続され、板状部
   分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を使用し、 丁度各共振子穴に対応する位置の両面に電極を有し、且
   つ結合阻止穴に対応する位置には両面を連絡するような
   導体パターンを形成した構造をなすコンデンサ基板を使
   用し、 該コンデンサ基板を前記スリットに挿入し、コンデンサ
   基板の共振子穴に対応する位置の両面に形成した電極を
   それぞれ、共振子穴による溝の導体膜のスリットにより
   切断分離された両端部に半田付けにより接続すると共
   に、該コンデンサ基板の結合阻止穴に対応する位置の両
   面に形成した導体パターンをそれぞれ、結合阻止穴によ
   る溝の導体膜のスリットにより切断分離された両端部に
   半田付けにより接続し、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。
2. 【請求項２】直方体状部分と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
   いる段付き構造の誘電体ブロックに、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
   ら穴が直方体状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、結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導体膜に接続され、板状部
   分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、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、結合阻止穴が断面長穴形状をな
   すか、もしくは共振子穴の中心同士を結ぶ線からずれた
   位置に配列されて、結合阻止穴による溝の導体膜が連続
   している構造の誘電体共振器を使用し、 丁度各共振子穴に対応する位置の両面に電極を有する構
   造をなすコンデンサ基板を使用し、 該コンデンサ基板を前記スリットに挿入し、コンデンサ
   基板の共振子穴に対応する位置の両面に形成した電極
   を、それぞれ共振子穴による溝の導体膜のスリットによ
   り切断分離された両端部に半田付けにより接続すると共
   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。
3. 【請求項３】コンデンサ基板に入出力端子を設けた請求
   項１又は２記載の誘電体帯域阻止フィルタ。