JP3589008B2 - 誘電体共振器及びそれを用いたフィルタ、共用器、ならびに通信機装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯やミリ波帯等で使用される誘電体共振器、フィルタ、共用器、通信機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信システムの需要の急速な増加およびマルチメディア化に対応して大容量で且つ高速な通信システムが要求されている。このような通信すべき情報量の拡大に伴って、マイクロ波帯からミリ波帯へ使用周波数帯域が拡大されようとしている。このようなミリ波帯でも、従来から知られている円柱形状の誘電体からなるＴＥ０１δ モード誘電体共振器をマイクロ波帯と同様に使用することが可能である。この時、ＴＥ０１δ モード誘電体共振器の共振周波数は円柱形状の誘電体の外形寸法で決定されており、厳しい加工精度が必要となっていたが、誘電体の外周と高さは研磨により設定していたため、ミリ波帯になるとさらに厳密な精度が必要であり、共振周波数に対して厳密な寸法に設定することができなかった。
【０００３】
また、ＴＥ０１δ モード誘電体共振器を複数個、所定間隔を隔てて金属ケース内に配置することによって誘電体フィルタを構成した場合、金属ループ等の入出力手段と誘電体共振器、または、誘電体フィルタと誘電体共振器との結合は、相互間の距離によって決定されるため、高い位置精度で配置されることが必要であった。
【０００４】
そこで本願出願人は特願平７−６２６２５号においてこれらの問題を解消した加工精度に優れた誘電体共振器及び位置精度に優れた誘電体フィルタを提案している。
【０００５】
上記出願に係る誘電体フィルタの基本的な構成を図６に示す。図６は上記出願に係る誘電体フィルタの分解斜視図である。
【０００６】
図６に示すように、誘電体フィルタ１０１は、誘電体基板１０２と上下導体ケース１０３、１０４から構成されている。
【０００７】
誘電体基板１０２は一定の比誘電率を有する基板であり、その一方主面には２つの所定寸法の円形の開口部１０２ｃを除いて全面に電極１０２ａが形成されており、その他方主面には２つの所定寸法の円形の開口部１０２ｄを除いて全面に電極１０２ｂが形成されている。両主面の２つの開口部１０２ｃ、１０２ｄは互いに対向している。
【０００８】
上導体ケース１０３は、金属により形成されており、下面開口の箱形形状をしている。また、上導体ケース１０３は電極１０２ａの開口部１０２ｃ付近で、誘電体基板１０２から間隔をおいて配置されている。
【０００９】
下導体ケース１０４は、誘電体により形成されており、上面開口の箱型形状で側面に鍔が突出した形状となっている。また、下導体ケース１０４の内周面には遮蔽導体１０６が形成されており、電極１０２ｂの２つの開口部１０２ｄのうち両端の開口部１０２ｄに対向する位置に入出力電極１０５ａ、１０５ｂが遮蔽導体１０６と絶縁されて形成されている。入出力電極１０５ａ、１０５ｂは下導体ケース１０４の側面に形成された孔１０４ａ、１０４ｂから導出されている。
【００１０】
さらに、下導体ケース１０４内には、遮蔽導体１０６が形成された下導体ケース１０４の内部底面と誘電体基板１０２を一定の間隔に保つためのスペーサ１０７が配置されている。このスペーサ１０７は、上下導体ケース内１０３、１０４の電磁界を乱さないように低誘電率の誘電体材料で形成される。
【００１１】
このような構造にすることで、電極１０２ａ、１０２ｂの対向する２つの開口部１０２ｃ、１０２ｄに挟まれた部分付近の誘電体基板１０２に電磁界エネルギーが閉じ込められて２つのＴＥ０１０ モード共振器として働くため、２段の共振器を有する誘電体フィルタとなる。
【００１２】
この構成により、共振領域を電極の開口部の大きさで規定できるので、製造時にエッチング等の手法を用いることができ、共振周波数に対する共振器の寸法精度及び共振器間の位置精度を極めて正確に再現した誘電体フィルタを作成することができるようになった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この誘電体フィルタ１０１は、電磁界エネルギーの閉じ込め性が非常に高いため、隣接する共振器間での結合が弱いものしか得られなかった。したがって、誘電体フィルタ１０１を構成した場合、隣接する共振器間の結合が弱いため、狭帯域のフィルタ特性しか得られなかった。
【００１４】
すなわち、誘電体基板１０２として、１０ｍｍ×６ｍｍ角、基板厚１ｍｍで比誘電率２４の誘電体セラミック基板を用い、電極１０２ａ、１０２ｂに金を用い、開口部１０２ｃ、１０２ｄの直径を３．５ｍｍ、隣接する開口部１０２ｃ同士の距離または隣接する開口部１０２ｄ同士の距離（ギャップ）を０．１ｍｍ、上導体ケース１０３の内側天井面から誘電体基板１０２の上面までの距離を１ｍｍ、誘電体基板１０２の下面から下導体ケース１０４の内側底面までの距離を１ｍｍとして、中心周波数２５ＧＨｚの誘電体フィルタ１０１を作製したところ、その結合係数は１．５％未満で比通過帯域幅が３００ＭＨｚ程度の狭帯域な帯域通過フィルタしか得られなかった。
【００１５】
このようなフィルタを広帯域にするために、共振器間距離（隣接する開口部１０２ｃ同士の距離または隣接する開口部１０２ｄ同士の距離、すなわち、ギャップ）を小さくして結合係数を高くすることが可能であるが、共振器間距離（ギャップ）を小さくすることにも限界があり、実際に作成するには共振器間距離（ギャップ）は０．０１ｍｍが限界であり、この場合でも結合係数は２％程度であり、比通過帯域幅が４００ＭＨｚ程度までしか得ることができなかった。
【００１６】
また、共振器間距離を小さくするということは、隣接する開口部１０２ｃ同士の距離または隣接する開口部１０２ｄ同士の距離を小さくすることであるから、電極１０２ａまたは電極１０２ｂのパターニングがそれだけ困難なものとなるという問題もあった。
【００１７】
また、入出力電極１０５ａ、１０５ｂと共振器との外部結合も弱いため、必要な外部結合を取るために、誘電体基板１０２の他方主面の電極１０２ｂに形成された２つの開口部１０２ｄと誘電体ストリップ１０５ａ、１０５ｂとの位置関係を最適な位置に配置する必要があり、この設計が困難であった。
【００１８】
本発明は、これらの問題点を鑑みてなされたもので、入出力手段等との結合が取りやすい共振器及び結合係数３％以上の広帯域な特性を有するフィルタを提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る誘電体共振器は、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、を有している。
【００２０】
このように誘電体基板の両主面の電極に形成された開口部を多角形状にしたことにより、従来の円形開口部の場合に生じていたＴＥ０１０ モードとは異なるスロットモードの電磁界が生じる。
【００２１】
また、請求項２に係る誘電体共振器、請求項６に係るフィルタ、請求項１１に係る共用器、請求項１６に係る通信機装置は、前記開口部の形状を矩形としている。
【００２２】
これにより、矩形を構成する一辺からこれに平行な他の一辺に向かって生じる電界を有するモード、すなわち矩形スロットモードが生じる。このとき、誘電体基板の上下面で同じ電界方向の矩形スロットモードが生じる。
【００２３】
さらに、請求項３に係る誘電体共振器、請求項７に係るフィルタ、請求項１２に係る共用器、請求項１７に係る通信機装置は、開口部の隅部の一つが他の隅部と異なっている。
【００２４】
これにより、垂直に交差する２つの矩形スロットモードを結合させることができる。
【００２５】
請求項４に係る誘電体共振器、請求項８に係るフィルタ、請求項１３に係る共用器、請求項１８に係る通信機装置は、開口部の隅部が面取りされた形状となっている。
【００２６】
これにより、開口部の隅部に生じる電流集中を緩和する事ができる。
【００２７】
請求項５に係るフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、
前記共振領域に結合する入出力手段とを有している。
【００２８】
これにより、外部結合が大きいフィルタが得られる。
【００２９】
請求項９に係る共用器は、少なくとも第１のフィルタと第２のフィルタを有し、前記第１のフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有し、前記第２のフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有し、前記第１のフィルタの入出力手段のうちの一つと第２のフィルタの入出力手段のうちの一つとを接続した共通の入出力手段を有している。
【００３０】
これにより、外部結合が大きい共用器が得られる。
【００３１】
請求項１０に係る共用器は、第１のフィルタの誘電体基板と第２のフィルタの誘電体基板とに同一の誘電体基板を用いている。
【００３２】
このように同一誘電体基板上に第１のフィルタと第２のフィルタを形成したので、第１のフィルタ及び第２のフィルタの誘電体基板両主面の電極の開口部を、一度にパターニングすることができる。
【００３３】
請求項１４に係る通信機装置は、少なくとも共用器と送信回路及び受信回路とアンテナとを有し、前記共用器は、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有する送信フィルタと、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記誘電体基板の前記開口部に挟まれた部分に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有する受信フィルタと、前記第１のフィルタの入出力手段のうちの一つと第２のフィルタの入出力手段のうちの一つとを接続した共通入出力手段とからなり、
前記送信フィルタに送信回路が接続され、前記受信フィルタに受信回路が接続され、前記共通入出力手段にアンテナが接続されている。
【００３４】
これにより、広帯域に送受信できる通信機装置を得ることができる。
【００３５】
請求項１５に係る通信機装置は、送信フィルタの誘電体基板と受信フィルタの誘電体基板とに同一の誘電体基板を用いている。
【００３６】
このように同一誘電体基板上に送信フィルタと受信フィルタを形成したので、送信フィルタ及び受信フィルタの誘電体基板両主面の電極の開口部を、一度にパターニングすることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１に示すように、誘電体フィルタ１は、両主面に電極を形成した誘電体基板２と上下導体ケース３、４から構成されている。
【００３８】
誘電体基板２は、一定の比誘電率を有する基板であり、その一方主面には２つの矩形状の開口部２ｃを有する電極２ａが形成され、その他方主面には２つの矩形状の開口部２ｄを有する電極２ｂが形成されている。この開口部２ｃ、２ｄは互いに対向するように配置されている。
【００３９】
上導体ケース３は、金属により形成されており、下面開口の箱形形状をしている。また、上導体ケース３は、電極２ａの開口部２ｃ付近で誘電体基板２から一定の間隔が生じるように下面開口の凹部が形成されている。
【００４０】
下導体ケース４は、誘電体により形成されており、上面開口の箱型形状で側面に鍔が突出した形状となっている。また、下導体ケース４の内周面には遮蔽導体６が形成されており、電極２ｂの２つの開口部２ｄに対向する位置にそれぞれ入出力電極５ａ、５ｂが遮蔽導体６と絶縁されて形成されている。入出力電極５ａ、５ｂは下導体ケース４の側面に形成された孔４ａ、４ｂから外方に導出されている。
【００４１】
さらに、下導体ケース４内には、遮蔽導体６が形成された下導体ケース４の内部底面と誘電体基板２を一定の間隔に保つためのスペーサ７が配置されている。このスペーサ７は、上下導体ケース３、４内の電磁界を乱さない位置に配置され、誘電体または金属で形成される。
【００４２】
このように誘電体基板２の両主面の電極２ａ、２ｂの開口部２ｃ、２ｄの形状を矩形にすると、矩形を構成する四辺のうち互いに対向する２辺の間に生じる電界を有するスロットモードを利用することが可能となり、このスロットモードでは磁界が開口部２ｃの上及び開口部２ｄの下に広がるため、隣接する共振器同士の結合や入出力電極等の入出力手段との結合を強くすることができる。
【００４３】
この効果を確認するために、誘電体基板２として、５．９ｍｍ×３．９ｍｍ角、基板厚０．６ｍｍ、比誘電率２４の誘電体セラミック基板を用い、電極２ａ、２ｂに金を用い、開口部２ｃ、２ｄを１．２ｍｍ×１．６ｍｍの長方形に形成し、上導体ケース１０３の内側天井面から誘電体基板２の電極２ａまでの距離１ｍｍにし、下導体ケース１０４の内側底面から誘電体基板２の電極２ｂでの距離を１ｍｍとして、中心周波数２５ＧＨｚのフィルタを作成した。この時、利用するスロットモードとしては、開口部２ｃ、２ｄの１．６ｍｍの長辺間を伝搬する電界を有するスロットモードを利用している。なお、１．２ｍｍの短辺間を伝搬するスロットモードは、長辺間を伝搬するスロットモードよりも中心周波数が高くなるため、ここでは利用していない。この周波数差は磁界と平行な方向の寸法に差があるためである。
【００４４】
このフィルタの共振器間距離（隣接する開口部２ｃ同士の距離または隣接する開口部２ｄ同士の距離、すなわち、ギャップ）を変化させて、その結合の強さの変化を見た結果、共振器間距離０．５ｍｍで１．７５％、共振器間距離０．１ｍｍで８．２４％、共振器間距離０．０５ｍｍで１０．７％、共振器間距離０．０２ｍｍで１２．８％の強い結合度が得られた。
【００４５】
また、比通過帯域幅はそれぞれ共振器間距離０．５ｍｍで３００ＭＨｚ、共振器間距離０．１ｍｍで１５００ＭＨｚ、共振器間距離０．０５ｍｍで２０００ＭＨｚ、共振器間距離０．０２ｍｍで２５００ＭＨｚというように従来に比べて、広帯域なフィルタを得ることができる。
【００４６】
また、従来の円形開口部からなるＴＭ０１０ モード共振器と比べると、同じ誘電率で同じ基板厚の誘電体基板を用いて同じ中心周波数の共振器を作成した場合、従来のＴＥ０１０ モード共振器が直径３．５ｍｍの円形開口部が必要であったのに対して、本発明のスロットモード共振器では１．２ｍｍ×１．６ｍｍの長方形開口部で良いので、平面方向の面積が約１／５と小さくなっている。すなわち、本発明の構造は、同じ周波数であれば従来の構造に比べて小型化が可能である。
【００４７】
次に、第２の実施の形態について図２を用いて説明する。なお、図１で説明した第１の実施形態と同じ部分には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態では、第１の実施形態と比べて、矩形の開口部の隅部に丸みをつけた点で異なる。
【００４９】
すなわち、図２に示すように、誘電体フィルタ１１では、誘電体基板１２の両主面に形成された電極１２ａ、１２ｂの開口部１２ｃ、１２ｄの形状を、Ｒ面取り加工を施したような隅部を丸めた矩形状としている。なお、本発明でいう面取りとは、実際に角を削り落とす加工をいうのではなく、電極に形成された穴である開口部それ自体の形状が丸みを帯びた形状になっていることをいう。
【００５０】
このような構成にすると、開口部１２ｃ、１２ｄの内周部分である電極１２ａ、１２ｂの開口部側縁端部に流れる電流が開口部の角の部分に集中することがなくなり、無負荷Ｑを向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では開口部の形状を隅部を丸めたＲ面取り形状にすることにより、隅部への電界の集中を緩和したが、これに限るものではなく、例えば、開口部の隅部をＣ面取り形状にすることにより、開口部を略八角形状にしても、Ｒ面取り形状程ではないが、同様の効果が得られる。
【００５２】
次に、第３の実施の形態について図３を用いて説明する。なお、図１で説明した第１の実施形態と同じ部分には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態では、第１の実施形態と比べて、開口部の形状を正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にした略五角形状に形成し、開口部間をつなぐ結合線路２２ｅを形成した点で異なる。
【００５４】
すなわち、図６に示すように、誘電体基板２２は、一定の比誘電率を有する基板であり、その一方主面には正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にした略五角形状の開口部２２ｃを２つ有する電極２２ａが形成され、その他方主面には正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にした略五角形状の開口部２２ｄを２つ有する電極２２ｂが形成されている。この開口部２２ｃ、２２ｄは互いに対向するように配置されている。
【００５５】
本実施の形態では開口部２２ｃ、２２ｄの形状を正方形にすることにより、対向する１つの共振器を二重モード共振器としている。すなわち、正方形の場合、これを構成する４つの辺の長さが等しいため、２組の対向する辺間に生じるスロットモードは同じ中心周波数を有している。この時、正方形の４つの隅部のうち１つを他の３つの隅部とは異なる形状にすることにより、２組の対向する辺間に生じるスロットモードを結合させることができる。ここでは、正方形の４つの隅部のうち１つを面取り形状にすることで他の隅部と形状を異ならせている。
【００５６】
さらに、図３に示すように、誘電体基板２２の上面、すなわち、電極２２ａが形成されている側の面には、コプレナー線路からなる結合線路２２ｅが２つの開口部２２ｃをつなぐように開口部２２ｃ間に形成されている。誘電体基板２２の下面、すなわち、電極２２ｂが形成されている側の面には、コプレナー線路からなる結合線路２２ｆが２つの開口部２２ｄをつなぐように開口部２２ｄ間に形成されている。結合線路２２ｅと結合線路２２ｆは誘電体基板２２を挟んで対向している。
【００５７】
このような結合線路２２ｅ、２２ｆにより、一方の開口部２２ｃと一方の開口部２２ｄが構成する一方の共振器と、他方の開口部２２ｃと他方の開口部２２ｄが構成する他方の共振器とを結合させている。
【００５８】
すなわち、誘電体フィルタ２１は、高周波信号が入出力電極５ａに入力され、入出力電極５ａが、この入出力電極５ａと間隔をおいて対向する開口部２２ｄを有する共振器と磁界結合する。この時、入出力電極５ａと磁界結合するスロットモードは入出力電極５ａの伸長方向に平行な電界を有するスロットモード（以下、第１のスロットモードと呼ぶ。）である。第１のスロットモードは同じ共振器内で入出力電極５ａの伸長方向に垂直な電界を有するスロットモード（以下、第２のスロットモードと呼ぶ。）と結合する。そして、第２のスロットモードは結合線路２２ｅ、２２ｆを介して、隣接する共振器において第２のスロットモードと同方向の電界を有するスロットモード（以下、第３のスロットモードと呼ぶ。）と電界結合する。この第３のスロットモードは、隣接する共振器において第３のスロットモードの電界と垂直な方向に電界を有するスロットモード（以下第４のスロットモードと呼ぶ。）と結合する。この第４のスロットモードは入出力電極５ｂと磁界結合し、出力される。
【００５９】
このように動作することによって、第１〜第４のスロットモードを利用した４段のフィルタを作成することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、コプレナー線路により共振器間の結合を強くしたがこれに限るものではなく共振器間にスロットや誘電体等を介在させることにより、共振器間の結合を強くしてもよい。また、本実施の形態では、結合線路は両面に形成しているが、結合が本実施形態よりも弱くてもよい場合は、片面のみに形成しても良い。
【００６１】
次に第４の実施の形態に係る共用器３１について図４を用いて説明する。
【００６２】
すなわち、図４に示すように、誘電体基板３２は、一定の比誘電率を有する基板であり、その一方主面には正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にし、他の隅部をＲ面取り形状にした略五角形状の開口部３２ｃを２つ有する電極３２ａが形成され、その他方主面には正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にし、他の隅部をＲ面取り形状にした略五角形状の開口部３２ｄを２つ有する電極３２ｂが形成されている。この開口部３２ｃ、３２ｄは互いに対向するように配置されている。
【００６３】
本実施の形態では開口部３２ｃ、３２ｄの形状を正方形にすることにより、対向する１つの共振器を二重モード共振器としている。すなわち、正方形の場合、これを構成する４つの辺の長さが等しいため、２組の対向する辺間に生じるスロットモードは同じ中心周波数を有している。この時、正方形の４つの隅部のうち１つを他の３つの隅部とは異なる形状にすることにより、２組の対向する辺間に生じるスロットモードを結合させることができる。ここでは、正方形の４つの隅部のうち１つをＣ面取り形状にし、他の隅部をＲ面取り形状にすることで形状を異ならせている。
【００６４】
さらに、図３に示すように、上導体ケース３３は、金属等により形成されており、下面開口の箱形形状をしている。また、上導体ケース３３は、電極３２ａの開口部３２ｃ付近で誘電体基板３２から一定の間隔が生じるように下面開口の凹部が形成されている。
【００６５】
下導体ケース３４は、誘電体により形成されており、上面開口の箱型形状で側面に鍔が突出した形状となっている。また、下導体ケース３４の内周面には遮蔽導体３６が形成されており、電極３２ｂの２つの開口部３２ｄに対向する位置にそれぞれ入出力電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃが遮蔽導体３６と絶縁されて形成されている。入出力電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃは下導体ケース３４の側面に形成された孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃから外方に導出されている。
【００６６】
さらに、下導体ケース３４内には、遮蔽導体３６が形成された下導体ケース３４の内部底面と誘電体基板３２を一定の間隔に保つためのスペーサ３７が配置されている。このスペーサ３７は、上下導体ケース３３、３４内の電磁界を乱さない位置に配置され、誘電体または金属で形成される。
【００６７】
上記のように誘電体基板３２の両主面の電極３２ａ、３２ｂの開口部３２ｃ、３２ｄの形状を矩形にすると、矩形を構成する四辺のうち互いに対向する２辺の間に生じる電界を有するスロットモードを利用することが可能となり、このスロットモードでは磁界が開口部３２ｃの上及び開口部３２ｄの下に広がるため、隣接する共振器同士の結合や入出力電極等の入出力手段との結合を強くすることができる。
【００６８】
また、開口部３２ｃ、３２ｄの形状である正方形の隅部の一つをＣ面取り形状にして他の隅部と形状を異ならせたので、正方形の四辺のうち互いに対向する２辺の間で生じる２つのスロットモードを結合させることができる。
【００６９】
さらに開口部３２ｃ、３２ｂの形状である正方形の残る三つの隅部をＲ面取り形状にしたので、開口部３２ｃ、３２ｄの内周部分である電極３２ａ、３２ｂの開口部側縁端部に流れる電流が開口部の角の部分に集中することがなくなり、無負荷Ｑを向上させることができる。
【００７０】
以下に、この共用器３１の動作を説明する。
すなわち、アンテナに接続される入出力電極３５ｃから受信信号が入力され、入出力電極３５ｃが、この入出力電極３５ｃと間隔をおいて対向するの開口部３２ｄを有する共振器の一方と磁界結合する。この時、入出力電極３５ｃと磁界結合するスロットモードは入出力電極３５ｃの伸長方向に平行な電界を有するスロットモード（以下、第１のスロットモードと呼ぶ。）である。第１のスロットモードは同じ共振器内で入出力電極３５ｃの伸長方向に垂直な電界を有するスロットモード（以下、第２のスロットモードと呼ぶ。）と結合する。そして、第２のスロットモードは入出力電極３５ａと磁界結合し、受信回路に出力される。
【００７１】
一方、送信回路に接続される入出力電極３５ｂから送信信号が入力され、入出力電極３５ｂが、この入出力電極３５ｂと間隔をおいて対向するの開口部３２ｄを有する共振器と磁界結合する。この時、入出力電極３５ｂと磁界結合するスロットモードは入出力電極３５ｂの伸長方向に平行な電界を有するスロットモード（以下、第３のスロットモードと呼ぶ。）である。第３のスロットモードは同じ共振器内で入出力電極３５ｂの伸長方向に垂直な電界を有するスロットモード（以下、第４のスロットモードと呼ぶ。）と結合する。そして、第４のスロットモードは入出力電極３５ｃと磁界結合し、アンテナに出力される。
【００７２】
このように動作することによって、第１、第２のスロットモードを有する受信フィルタと第３、第４のスロットモードを有する送信フィルタからなる共用器となる。
【００７３】
なお、本発明では、入出力電極３５ａを受信回路に、入出力電極３５ｂを送信回路に接続したがこれに限るものではなく、入出力電極３５ａを送信回路に、入出力電極３５ｂを受信回路に接続してもよい。
【００７４】
また、送信フィルタを構成する誘電体基板３２両主面の電極３２ａ、３２ｂの開口部３２ｃ、３２ｄの大きさと受信フィルタを構成する誘電体基板３２両主面の電極３２ａ、３２ｂの開口部３２ｃ、３２ｄの大きさを異ならせることによって送信フィルタの通過帯域と受信フィルタの通過帯域を異ならせるようにしてもよい。
【００７５】
次に、第５の実施の形態に係る通信機装置４１について図５を用いて説明する。図５に示すように、通信機装置４１はアンテナ４２、伝送線路４３、共用器部４４と受信回路４５及び送信回路４６から構成されている。
【００７６】
共用器部４４は受信フィルタ４４ａと送信フィルタ４４ｂから構成されており、受信フィルタ４４ａの一方の入力端と送信フィルタ４４ｂの出力端が共通に接続されている。この共通に接続された入出力端が伝送線路４３を介してアンテナ４２に接続され、高周波信号を送受信している。また、受信フィルタ４４ａの出力端は受信回路４５に接続され、送信フィルタ４４ｂの入力端は送信回路４６に接続されている。
【００７７】
共用器部４４には、第４の実施の形態で説明した共用器３１を用いてもよいし、第１〜第３の実施の形態で説明したフィルタ１、１１、２１を受信フィルタ４４ａや送信フィルタ４４ｂにそれぞれ用いてもよい。
【００７８】
なお、第１〜第５の実施の形態ではすべて帯域通過フィルタを用いて説明したが、これに限るものではなく、例えば、帯域阻止フィルタやトラップフィルタ等にも本発明は適用できるものである。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、開口部を多角形状にしたことにより、従来の円形開口部の場合に生じていたＴＥ０１０ モードとは異なるスロットモードの電磁界が生じるので、このスロットモードを利用することができる。このスロットモードは、従来のＴＥ０１０ モードに比べると電磁界の広がりが大きいため、入出力手段や他の共振器、あるいは別の回路と結合させる際に強い結合を得ることができる。例えば、フィルタや共用器を構成した場合、入出力手段との結合を強くすることができる。特に、多段のフィルタや共用器を構成した場合、共振器間の結合を強くすることができるので、広帯域な周波数特性を有するフィルタや共用器を得ることができる。このように本発明の共振器、フィルタ、共用器は広帯域な特性を有するので、通信機装置に好適である
また、本発明では、開口部の形状を矩形にしたことにより、矩形を構成する一辺からこれに平行な他の一辺に向かって生じる電界を有するモード、すなわち、矩形スロットモードが生じるので、このスロットモードを利用することができる。矩形スロットモードは、４つの辺のうち対向する２辺間で生じるモードであり、その周波数は磁界と平行な方向の寸法によって決定されるため、この方向を規定するだけで容易に中心周波数を決定することができる。
【００８０】
特に、開口部の隅部のうち１つを他の隅部と異なる形状にすれば、多重モード共振器を作成することができる。１個の共振器を複数段の共振器として利用することができるので、従来の円形の開口部や正方形以外の多角形状の開口部に比べると半分の大きさで同等の特性を有する誘電体フィルタ、共用器を得ることができる。
【００８１】
さらに、本発明では、開口部の隅部を面取り形状にして隅部の電流を集中を緩和しているので、電流の集中することによる損失が低減され、誘電体共振器自体の無負荷Ｑを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を説明するための誘電体フィルタの分解斜視図である。
【図２】第２の実施の形態を説明するための誘電体フィルタの分解斜視図である。
【図３】第３の実施の形態を説明するための誘電体フィルタの分解斜視図である。
【図４】第４の実施の形態を説明するための共用器の分解斜視図である。
【図５】第５の実施の形態を説明するための通信機装置のブロック図である。
【図６】本願出願人が先に提案した誘電体フィルタの分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 誘電体フィルタ
２ 誘電体基板
２ａ、２ｂ 電極
３ 上導体ケース
４ 下導体ケース
４ａ、４ｂ 孔
５ａ、５ｂ 入出力電極
６ 遮蔽導体
７ スペーサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯やミリ波帯等で使用される誘電体共振器、フィルタ、共用器、通信機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信システムの需要の急速な増加およびマルチメディア化に対応して大容量で且つ高速な通信システムが要求されている。このような通信すべき情報量の拡大に伴って、マイクロ波帯からミリ波帯へ使用周波数帯域が拡大されようとしている。このようなミリ波帯でも、従来から知られている円柱形状の誘電体からなるＴＥ０１δ モード誘電体共振器をマイクロ波帯と同様に使用することが可能である。この時、ＴＥ０１δ モード誘電体共振器の共振周波数は円柱形状の誘電体の外形寸法で決定されており、厳しい加工精度が必要となっていたが、誘電体の外周と高さは研磨により設定していたため、ミリ波帯になるとさらに厳密な精度が必要であり、共振周波数に対して厳密な寸法に設定することができなかった。
【０００３】
また、ＴＥ０１δ モード誘電体共振器を複数個、所定間隔を隔てて金属ケース内に配置することによって誘電体フィルタを構成した場合、金属ループ等の入出力手段と誘電体共振器、または、誘電体フィルタと誘電体共振器との結合は、相互間の距離によって決定されるため、高い位置精度で配置されることが必要であった。
【０００４】
そこで本願出願人は特願平７−６２６２５号においてこれらの問題を解消した加工精度に優れた誘電体共振器及び位置精度に優れた誘電体フィルタを提案している。
【０００５】
上記出願に係る誘電体フィルタの基本的な構成を図６に示す。図６は上記出願に係る誘電体フィルタの分解斜視図である。
【０００６】
図６に示すように、誘電体フィルタ１０１は、誘電体基板１０２と上下導体ケース１０３、１０４から構成されている。
【０００７】
誘電体基板１０２は一定の比誘電率を有する基板であり、その一方主面には２つの所定寸法の円形の開口部１０２ｃを除いて全面に電極１０２ａが形成されており、その他方主面には２つの所定寸法の円形の開口部１０２ｄを除いて全面に電極１０２ｂが形成されている。両主面の２つの開口部１０２ｃ、１０２ｄは互いに対向している。
【０００８】
上導体ケース１０３は、金属により形成されており、下面開口の箱形形状をしている。また、上導体ケース１０３は電極１０２ａの開口部１０２ｃ付近で、誘電体基板１０２から間隔をおいて配置されている。
【０００９】
下導体ケース１０４は、誘電体により形成されており、上面開口の箱型形状で側面に鍔が突出した形状となっている。また、下導体ケース１０４の内周面には遮蔽導体１０６が形成されており、電極１０２ｂの２つの開口部１０２ｄのうち両端の開口部１０２ｄに対向する位置に入出力電極１０５ａ、１０５ｂが遮蔽導体１０６と絶縁されて形成されている。入出力電極１０５ａ、１０５ｂは下導体ケース１０４の側面に形成された孔１０４ａ、１０４ｂから導出されている。
【００１０】
さらに、下導体ケース１０４内には、遮蔽導体１０６が形成された下導体ケース１０４の内部底面と誘電体基板１０２を一定の間隔に保つためのスペーサ１０７が配置されている。このスペーサ１０７は、上下導体ケース内１０３、１０４の電磁界を乱さないように低誘電率の誘電体材料で形成される。
【００１１】
このような構造にすることで、電極１０２ａ、１０２ｂの対向する２つの開口部１０２ｃ、１０２ｄに挟まれた部分付近の誘電体基板１０２に電磁界エネルギーが閉じ込められて２つのＴＥ０１０ モード共振器として働くため、２段の共振器を有する誘電体フィルタとなる。
【００１２】
この構成により、共振領域を電極の開口部の大きさで規定できるので、製造時にエッチング等の手法を用いることができ、共振周波数に対する共振器の寸法精度及び共振器間の位置精度を極めて正確に再現した誘電体フィルタを作成することができるようになった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この誘電体フィルタ１０１は、電磁界エネルギーの閉じ込め性が非常に高いため、隣接する共振器間での結合が弱いものしか得られなかった。したがって、誘電体フィルタ１０１を構成した場合、隣接する共振器間の結合が弱いため、狭帯域のフィルタ特性しか得られなかった。
【００１４】
すなわち、誘電体基板１０２として、１０ｍｍ×６ｍｍ角、基板厚１ｍｍで比誘電率２４の誘電体セラミック基板を用い、電極１０２ａ、１０２ｂに金を用い、開口部１０２ｃ、１０２ｄの直径を３．５ｍｍ、隣接する開口部１０２ｃ同士の距離または隣接する開口部１０２ｄ同士の距離（ギャップ）を０．１ｍｍ、上導体ケース１０３の内側天井面から誘電体基板１０２の上面までの距離を１ｍｍ、誘電体基板１０２の下面から下導体ケース１０４の内側底面までの距離を１ｍｍとして、中心周波数２５ＧＨｚの誘電体フィルタ１０１を作製したところ、その結合係数は１．５％未満で比通過帯域幅が３００ＭＨｚ程度の狭帯域な帯域通過フィルタしか得られなかった。
【００１５】
このようなフィルタを広帯域にするために、共振器間距離（隣接する開口部１０２ｃ同士の距離または隣接する開口部１０２ｄ同士の距離、すなわち、ギャップ）を小さくして結合係数を高くすることが可能であるが、共振器間距離（ギャップ）を小さくすることにも限界があり、実際に作成するには共振器間距離（ギャップ）は０．０１ｍｍが限界であり、この場合でも結合係数は２％程度であり、比通過帯域幅が４００ＭＨｚ程度までしか得ることができなかった。
【００１６】
また、共振器間距離を小さくするということは、隣接する開口部１０２ｃ同士の距離または隣接する開口部１０２ｄ同士の距離を小さくすることであるから、電極１０２ａまたは電極１０２ｂのパターニングがそれだけ困難なものとなるという問題もあった。
【００１７】
また、入出力電極１０５ａ、１０５ｂと共振器との外部結合も弱いため、必要な外部結合を取るために、誘電体基板１０２の他方主面の電極１０２ｂに形成された２つの開口部１０２ｄと誘電体ストリップ１０５ａ、１０５ｂとの位置関係を最適な位置に配置する必要があり、この設計が困難であった。
【００１８】
本発明は、これらの問題点を鑑みてなされたもので、入出力手段等との結合が取りやすい共振器及び結合係数３％以上の広帯域な特性を有するフィルタを提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る誘電体共振器は、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、を有している。
【００２０】
このように誘電体基板の両主面の電極に形成された開口部を多角形状にしたことにより、従来の円形開口部の場合に生じていたＴＥ０１０ モードとは異なるスロットモードの電磁界が生じる。
【００２１】
また、請求項２に係る誘電体共振器、請求項６に係るフィルタ、請求項１１に係る共用器、請求項１６に係る通信機装置は、前記開口部の形状を矩形としている。
【００２２】
これにより、矩形を構成する一辺からこれに平行な他の一辺に向かって生じる電界を有するモード、すなわち矩形スロットモードが生じる。このとき、誘電体基板の上下面で同じ電界方向の矩形スロットモードが生じる。
【００２３】
さらに、請求項３に係る誘電体共振器、請求項７に係るフィルタ、請求項１２に係る共用器、請求項１７に係る通信機装置は、開口部の隅部の一つが他の隅部と異なっている。
【００２４】
これにより、垂直に交差する２つの矩形スロットモードを結合させることができる。
【００２５】
請求項４に係る誘電体共振器、請求項８に係るフィルタ、請求項１３に係る共用器、請求項１８に係る通信機装置は、開口部の隅部が面取りされた形状となっている。
【００２６】
これにより、開口部の隅部に生じる電流集中を緩和する事ができる。
【００２７】
請求項５に係るフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、
前記共振領域に結合する入出力手段とを有している。
【００２８】
これにより、外部結合が大きいフィルタが得られる。
【００２９】
請求項９に係る共用器は、少なくとも第１のフィルタと第２のフィルタを有し、前記第１のフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有し、前記第２のフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有し、前記第１のフィルタの入出力手段のうちの一つと第２のフィルタの入出力手段のうちの一つとを接続した共通の入出力手段を有している。
【００３０】
これにより、外部結合が大きい共用器が得られる。
【００３１】
請求項１０に係る共用器は、第１のフィルタの誘電体基板と第２のフィルタの誘電体基板とに同一の誘電体基板を用いている。
【００３２】
このように同一誘電体基板上に第１のフィルタと第２のフィルタを形成したので、第１のフィルタ及び第２のフィルタの誘電体基板両主面の電極の開口部を、一度にパターニングすることができる。
【００３３】
請求項１４に係る通信機装置は、少なくとも共用器と送信回路及び受信回路とアンテナとを有し、前記共用器は、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有する送信フィルタと、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記誘電体基板の前記開口部に挟まれた部分に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有する受信フィルタと、前記第１のフィルタの入出力手段のうちの一つと第２のフィルタの入出力手段のうちの一つとを接続した共通入出力手段とからなり、
前記送信フィルタに送信回路が接続され、前記受信フィルタに受信回路が接続され、前記共通入出力手段にアンテナが接続されている。
【００３４】
これにより、広帯域に送受信できる通信機装置を得ることができる。
【００３５】
請求項１５に係る通信機装置は、送信フィルタの誘電体基板と受信フィルタの誘電体基板とに同一の誘電体基板を用いている。
【００３６】
このように同一誘電体基板上に送信フィルタと受信フィルタを形成したので、送信フィルタ及び受信フィルタの誘電体基板両主面の電極の開口部を、一度にパターニングすることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１に示すように、誘電体フィルタ１は、両主面に電極を形成した誘電体基板２と上下導体ケース３、４から構成されている。
【００３８】
誘電体基板２は、一定の比誘電率を有する基板であり、その一方主面には２つの矩形状の開口部２ｃを有する電極２ａが形成され、その他方主面には２つの矩形状の開口部２ｄを有する電極２ｂが形成されている。この開口部２ｃ、２ｄは互いに対向するように配置されている。
【００３９】
上導体ケース３は、金属により形成されており、下面開口の箱形形状をしている。また、上導体ケース３は、電極２ａの開口部２ｃ付近で誘電体基板２から一定の間隔が生じるように下面開口の凹部が形成されている。
【００４０】
下導体ケース４は、誘電体により形成されており、上面開口の箱型形状で側面に鍔が突出した形状となっている。また、下導体ケース４の内周面には遮蔽導体６が形成されており、電極２ｂの２つの開口部２ｄに対向する位置にそれぞれ入出力電極５ａ、５ｂが遮蔽導体６と絶縁されて形成されている。入出力電極５ａ、５ｂは下導体ケース４の側面に形成された孔４ａ、４ｂから外方に導出されている。
【００４１】
さらに、下導体ケース４内には、遮蔽導体６が形成された下導体ケース４の内部底面と誘電体基板２を一定の間隔に保つためのスペーサ７が配置されている。このスペーサ７は、上下導体ケース３、４内の電磁界を乱さない位置に配置され、誘電体または金属で形成される。
【００４２】
このように誘電体基板２の両主面の電極２ａ、２ｂの開口部２ｃ、２ｄの形状を矩形にすると、矩形を構成する四辺のうち互いに対向する２辺の間に生じる電界を有するスロットモードを利用することが可能となり、このスロットモードでは磁界が開口部２ｃの上及び開口部２ｄの下に広がるため、隣接する共振器同士の結合や入出力電極等の入出力手段との結合を強くすることができる。
【００４３】
この効果を確認するために、誘電体基板２として、５．９ｍｍ×３．９ｍｍ角、基板厚０．６ｍｍ、比誘電率２４の誘電体セラミック基板を用い、電極２ａ、２ｂに金を用い、開口部２ｃ、２ｄを１．２ｍｍ×１．６ｍｍの長方形に形成し、上導体ケース１０３の内側天井面から誘電体基板２の電極２ａまでの距離１ｍｍにし、下導体ケース１０４の内側底面から誘電体基板２の電極２ｂでの距離を１ｍｍとして、中心周波数２５ＧＨｚのフィルタを作成した。この時、利用するスロットモードとしては、開口部２ｃ、２ｄの１．６ｍｍの長辺間を伝搬する電界を有するスロットモードを利用している。なお、１．２ｍｍの短辺間を伝搬するスロットモードは、長辺間を伝搬するスロットモードよりも中心周波数が高くなるため、ここでは利用していない。この周波数差は磁界と平行な方向の寸法に差があるためである。
【００４４】
このフィルタの共振器間距離（隣接する開口部２ｃ同士の距離または隣接する開口部２ｄ同士の距離、すなわち、ギャップ）を変化させて、その結合の強さの変化を見た結果、共振器間距離０．５ｍｍで１．７５％、共振器間距離０．１ｍｍで８．２４％、共振器間距離０．０５ｍｍで１０．７％、共振器間距離０．０２ｍｍで１２．８％の強い結合度が得られた。
【００４５】
また、比通過帯域幅はそれぞれ共振器間距離０．５ｍｍで３００ＭＨｚ、共振器間距離０．１ｍｍで１５００ＭＨｚ、共振器間距離０．０５ｍｍで２０００ＭＨｚ、共振器間距離０．０２ｍｍで２５００ＭＨｚというように従来に比べて、広帯域なフィルタを得ることができる。
【００４６】
また、従来の円形開口部からなるＴＭ０１０ モード共振器と比べると、同じ誘電率で同じ基板厚の誘電体基板を用いて同じ中心周波数の共振器を作成した場合、従来のＴＥ０１０ モード共振器が直径３．５ｍｍの円形開口部が必要であったのに対して、本発明のスロットモード共振器では１．２ｍｍ×１．６ｍｍの長方形開口部で良いので、平面方向の面積が約１／５と小さくなっている。すなわち、本発明の構造は、同じ周波数であれば従来の構造に比べて小型化が可能である。
【００４７】
次に、第２の実施の形態について図２を用いて説明する。なお、図１で説明した第１の実施形態と同じ部分には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態では、第１の実施形態と比べて、矩形の開口部の隅部に丸みをつけた点で異なる。
【００４９】
すなわち、図２に示すように、誘電体フィルタ１１では、誘電体基板１２の両主面に形成された電極１２ａ、１２ｂの開口部１２ｃ、１２ｄの形状を、Ｒ面取り加工を施したような隅部を丸めた矩形状としている。なお、本発明でいう面取りとは、実際に角を削り落とす加工をいうのではなく、電極に形成された穴である開口部それ自体の形状が丸みを帯びた形状になっていることをいう。
【００５０】
このような構成にすると、開口部１２ｃ、１２ｄの内周部分である電極１２ａ、１２ｂの開口部側縁端部に流れる電流が開口部の角の部分に集中することがなくなり、無負荷Ｑを向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では開口部の形状を隅部を丸めたＲ面取り形状にすることにより、隅部への電界の集中を緩和したが、これに限るものではなく、例えば、開口部の隅部をＣ面取り形状にすることにより、開口部を略八角形状にしても、Ｒ面取り形状程ではないが、同様の効果が得られる。
【００５２】
次に、第３の実施の形態について図３を用いて説明する。なお、図１で説明した第１の実施形態と同じ部分には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態では、第１の実施形態と比べて、開口部の形状を正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にした略五角形状に形成し、開口部間をつなぐ結合線路２２ｅを形成した点で異なる。
【００５４】
すなわち、図６に示すように、誘電体基板２２は、一定の比誘電率を有する基板であり、その一方主面には正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にした略五角形状の開口部２２ｃを２つ有する電極２２ａが形成され、その他方主面には正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にした略五角形状の開口部２２ｄを２つ有する電極２２ｂが形成されている。この開口部２２ｃ、２２ｄは互いに対向するように配置されている。
【００５５】
本実施の形態では開口部２２ｃ、２２ｄの形状を正方形にすることにより、対向する１つの共振器を二重モード共振器としている。すなわち、正方形の場合、これを構成する４つの辺の長さが等しいため、２組の対向する辺間に生じるスロットモードは同じ中心周波数を有している。この時、正方形の４つの隅部のうち１つを他の３つの隅部とは異なる形状にすることにより、２組の対向する辺間に生じるスロットモードを結合させることができる。ここでは、正方形の４つの隅部のうち１つを面取り形状にすることで他の隅部と形状を異ならせている。
【００５６】
さらに、図３に示すように、誘電体基板２２の上面、すなわち、電極２２ａが形成されている側の面には、コプレナー線路からなる結合線路２２ｅが２つの開口部２２ｃをつなぐように開口部２２ｃ間に形成されている。誘電体基板２２の下面、すなわち、電極２２ｂが形成されている側の面には、コプレナー線路からなる結合線路２２ｆが２つの開口部２２ｄをつなぐように開口部２２ｄ間に形成されている。結合線路２２ｅと結合線路２２ｆは誘電体基板２２を挟んで対向している。
【００５７】
このような結合線路２２ｅ、２２ｆにより、一方の開口部２２ｃと一方の開口部２２ｄが構成する一方の共振器と、他方の開口部２２ｃと他方の開口部２２ｄが構成する他方の共振器とを結合させている。
【００５８】
すなわち、誘電体フィルタ２１は、高周波信号が入出力電極５ａに入力され、入出力電極５ａが、この入出力電極５ａと間隔をおいて対向する開口部２２ｄを有する共振器と磁界結合する。この時、入出力電極５ａと磁界結合するスロットモードは入出力電極５ａの伸長方向に平行な電界を有するスロットモード（以下、第１のスロットモードと呼ぶ。）である。第１のスロットモードは同じ共振器内で入出力電極５ａの伸長方向に垂直な電界を有するスロットモード（以下、第２のスロットモードと呼ぶ。）と結合する。そして、第２のスロットモードは結合線路２２ｅ、２２ｆを介して、隣接する共振器において第２のスロットモードと同方向の電界を有するスロットモード（以下、第３のスロットモードと呼ぶ。）と電界結合する。この第３のスロットモードは、隣接する共振器において第３のスロットモードの電界と垂直な方向に電界を有するスロットモード（以下第４のスロットモードと呼ぶ。）と結合する。この第４のスロットモードは入出力電極５ｂと磁界結合し、出力される。
【００５９】
このように動作することによって、第１〜第４のスロットモードを利用した４段のフィルタを作成することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、コプレナー線路により共振器間の結合を強くしたがこれに限るものではなく共振器間にスロットや誘電体等を介在させることにより、共振器間の結合を強くしてもよい。また、本実施の形態では、結合線路は両面に形成しているが、結合が本実施形態よりも弱くてもよい場合は、片面のみに形成しても良い。
【００６１】
次に第４の実施の形態に係る共用器３１について図４を用いて説明する。
【００６２】
すなわち、図４に示すように、誘電体基板３２は、一定の比誘電率を有する基板であり、その一方主面には正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にし、他の隅部をＲ面取り形状にした略五角形状の開口部３２ｃを２つ有する電極３２ａが形成され、その他方主面には正方形の４つの隅部のうち一つをＣ面取り形状にし、他の隅部をＲ面取り形状にした略五角形状の開口部３２ｄを２つ有する電極３２ｂが形成されている。この開口部３２ｃ、３２ｄは互いに対向するように配置されている。
【００６３】
本実施の形態では開口部３２ｃ、３２ｄの形状を正方形にすることにより、対向する１つの共振器を二重モード共振器としている。すなわち、正方形の場合、これを構成する４つの辺の長さが等しいため、２組の対向する辺間に生じるスロットモードは同じ中心周波数を有している。この時、正方形の４つの隅部のうち１つを他の３つの隅部とは異なる形状にすることにより、２組の対向する辺間に生じるスロットモードを結合させることができる。ここでは、正方形の４つの隅部のうち１つをＣ面取り形状にし、他の隅部をＲ面取り形状にすることで形状を異ならせている。
【００６４】
さらに、図３に示すように、上導体ケース３３は、金属等により形成されており、下面開口の箱形形状をしている。また、上導体ケース３３は、電極３２ａの開口部３２ｃ付近で誘電体基板３２から一定の間隔が生じるように下面開口の凹部が形成されている。
【００６５】
下導体ケース３４は、誘電体により形成されており、上面開口の箱型形状で側面に鍔が突出した形状となっている。また、下導体ケース３４の内周面には遮蔽導体３６が形成されており、電極３２ｂの２つの開口部３２ｄに対向する位置にそれぞれ入出力電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃが遮蔽導体３６と絶縁されて形成されている。入出力電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃは下導体ケース３４の側面に形成された孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃから外方に導出されている。
【００６６】
さらに、下導体ケース３４内には、遮蔽導体３６が形成された下導体ケース３４の内部底面と誘電体基板３２を一定の間隔に保つためのスペーサ３７が配置されている。このスペーサ３７は、上下導体ケース３３、３４内の電磁界を乱さない位置に配置され、誘電体または金属で形成される。
【００６７】
上記のように誘電体基板３２の両主面の電極３２ａ、３２ｂの開口部３２ｃ、３２ｄの形状を矩形にすると、矩形を構成する四辺のうち互いに対向する２辺の間に生じる電界を有するスロットモードを利用することが可能となり、このスロットモードでは磁界が開口部３２ｃの上及び開口部３２ｄの下に広がるため、隣接する共振器同士の結合や入出力電極等の入出力手段との結合を強くすることができる。
【００６８】
また、開口部３２ｃ、３２ｄの形状である正方形の隅部の一つをＣ面取り形状にして他の隅部と形状を異ならせたので、正方形の四辺のうち互いに対向する２辺の間で生じる２つのスロットモードを結合させることができる。
【００６９】
さらに開口部３２ｃ、３２ｂの形状である正方形の残る三つの隅部をＲ面取り形状にしたので、開口部３２ｃ、３２ｄの内周部分である電極３２ａ、３２ｂの開口部側縁端部に流れる電流が開口部の角の部分に集中することがなくなり、無負荷Ｑを向上させることができる。
【００７０】
以下に、この共用器３１の動作を説明する。
すなわち、アンテナに接続される入出力電極３５ｃから受信信号が入力され、入出力電極３５ｃが、この入出力電極３５ｃと間隔をおいて対向するの開口部３２ｄを有する共振器の一方と磁界結合する。この時、入出力電極３５ｃと磁界結合するスロットモードは入出力電極３５ｃの伸長方向に平行な電界を有するスロットモード（以下、第１のスロットモードと呼ぶ。）である。第１のスロットモードは同じ共振器内で入出力電極３５ｃの伸長方向に垂直な電界を有するスロットモード（以下、第２のスロットモードと呼ぶ。）と結合する。そして、第２のスロットモードは入出力電極３５ａと磁界結合し、受信回路に出力される。
【００７１】
一方、送信回路に接続される入出力電極３５ｂから送信信号が入力され、入出力電極３５ｂが、この入出力電極３５ｂと間隔をおいて対向するの開口部３２ｄを有する共振器と磁界結合する。この時、入出力電極３５ｂと磁界結合するスロットモードは入出力電極３５ｂの伸長方向に平行な電界を有するスロットモード（以下、第３のスロットモードと呼ぶ。）である。第３のスロットモードは同じ共振器内で入出力電極３５ｂの伸長方向に垂直な電界を有するスロットモード（以下、第４のスロットモードと呼ぶ。）と結合する。そして、第４のスロットモードは入出力電極３５ｃと磁界結合し、アンテナに出力される。
【００７２】
このように動作することによって、第１、第２のスロットモードを有する受信フィルタと第３、第４のスロットモードを有する送信フィルタからなる共用器となる。
【００７３】
なお、本発明では、入出力電極３５ａを受信回路に、入出力電極３５ｂを送信回路に接続したがこれに限るものではなく、入出力電極３５ａを送信回路に、入出力電極３５ｂを受信回路に接続してもよい。
【００７４】
また、送信フィルタを構成する誘電体基板３２両主面の電極３２ａ、３２ｂの開口部３２ｃ、３２ｄの大きさと受信フィルタを構成する誘電体基板３２両主面の電極３２ａ、３２ｂの開口部３２ｃ、３２ｄの大きさを異ならせることによって送信フィルタの通過帯域と受信フィルタの通過帯域を異ならせるようにしてもよい。
【００７５】
次に、第５の実施の形態に係る通信機装置４１について図５を用いて説明する。図５に示すように、通信機装置４１はアンテナ４２、伝送線路４３、共用器部４４と受信回路４５及び送信回路４６から構成されている。
【００７６】
共用器部４４は受信フィルタ４４ａと送信フィルタ４４ｂから構成されており、受信フィルタ４４ａの一方の入力端と送信フィルタ４４ｂの出力端が共通に接続されている。この共通に接続された入出力端が伝送線路４３を介してアンテナ４２に接続され、高周波信号を送受信している。また、受信フィルタ４４ａの出力端は受信回路４５に接続され、送信フィルタ４４ｂの入力端は送信回路４６に接続されている。
【００７７】
共用器部４４には、第４の実施の形態で説明した共用器３１を用いてもよいし、第１〜第３の実施の形態で説明したフィルタ１、１１、２１を受信フィルタ４４ａや送信フィルタ４４ｂにそれぞれ用いてもよい。
【００７８】
なお、第１〜第５の実施の形態ではすべて帯域通過フィルタを用いて説明したが、これに限るものではなく、例えば、帯域阻止フィルタやトラップフィルタ等にも本発明は適用できるものである。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、開口部を多角形状にしたことにより、従来の円形開口部の場合に生じていたＴＥ０１０ モードとは異なるスロットモードの電磁界が生じるので、このスロットモードを利用することができる。このスロットモードは、従来のＴＥ０１０ モードに比べると電磁界の広がりが大きいため、入出力手段や他の共振器、あるいは別の回路と結合させる際に強い結合を得ることができる。例えば、フィルタや共用器を構成した場合、入出力手段との結合を強くすることができる。特に、多段のフィルタや共用器を構成した場合、共振器間の結合を強くすることができるので、広帯域な周波数特性を有するフィルタや共用器を得ることができる。このように本発明の共振器、フィルタ、共用器は広帯域な特性を有するので、通信機装置に好適である
また、本発明では、開口部の形状を矩形にしたことにより、矩形を構成する一辺からこれに平行な他の一辺に向かって生じる電界を有するモード、すなわち、矩形スロットモードが生じるので、このスロットモードを利用することができる。矩形スロットモードは、４つの辺のうち対向する２辺間で生じるモードであり、その周波数は磁界と平行な方向の寸法によって決定されるため、この方向を規定するだけで容易に中心周波数を決定することができる。
【００８０】
特に、開口部の隅部のうち１つを他の隅部と異なる形状にすれば、多重モード共振器を作成することができる。１個の共振器を複数段の共振器として利用することができるので、従来の円形の開口部や正方形以外の多角形状の開口部に比べると半分の大きさで同等の特性を有する誘電体フィルタ、共用器を得ることができる。
【００８１】
さらに、本発明では、開口部の隅部を面取り形状にして隅部の電流を集中を緩和しているので、電流の集中することによる損失が低減され、誘電体共振器自体の無負荷Ｑを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を説明するための誘電体フィルタの分解斜視図である。
【図２】第２の実施の形態を説明するための誘電体フィルタの分解斜視図である。
【図３】第３の実施の形態を説明するための誘電体フィルタの分解斜視図である。
【図４】第４の実施の形態を説明するための共用器の分解斜視図である。
【図５】第５の実施の形態を説明するための通信機装置のブロック図である。
【図６】本願出願人が先に提案した誘電体フィルタの分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 誘電体フィルタ
２ 誘電体基板
２ａ、２ｂ 電極
３ 上導体ケース
４ 下導体ケース
４ａ、４ｂ 孔
５ａ、５ｂ 入出力電極
６ 遮蔽導体
７ スペーサ
Claims (18)
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、
前記電極に形成される多角形状の開口部と、
前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、
前記開口部付近に形成される共振領域と、
を有することを特徴とする誘電体共振器。 - 前記開口部の形状は矩形であることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振器。
- 前記開口部は、隅部の一つが他の隅部と異なることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘電体共振器。
- 前記開口部は、隅部が面取りされた形状であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の誘電体共振器。
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、
前記電極に形成される多角形状の開口部と、
前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、
前記開口部付近に形成される共振領域と、
前記共振領域に結合する入出力手段と、
を有することを特徴とするフィルタ。 - 前記開口部の形状は矩形であることを特徴とする請求項５記載のフィルタ。
- 前記開口部は、隅部の一つが他の隅部と異なることを特徴とする請求項５または請求項６記載のフィルタ。
- 前記開口部は、隅部が面取りされた形状であることを特徴とする請求項５、請求項６または請求項７記載のフィルタ。
- 少なくとも第１のフィルタと第２のフィルタを有し、
前記第１のフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有し、
前記第２のフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有し、
前記第１のフィルタの入出力手段のうちの一つと第２のフィルタの入出力手段のうちの一つとを接続した共通の入出力手段を有することを特徴とする共用器。 - 前記第１のフィルタの誘電体基板と前記第２のフィルタの誘電体基板とが同一の誘電体基板であることを特徴とする請求項９記載の共用器。
- 前記開口部の形状は矩形であることを特徴とする請求項９または請求項１０記載の共用器。
- 前記開口部は、隅部の一つが他の隅部と異なることを特徴とする請求項９、請求項１０または請求項１１記載の共用器。
- 前記開口部は、隅部が面取りされた形状であることを特徴とする請求項９、請求項１０、請求項１１または請求項１２記載の共用器。
- 少なくとも共用器と送信回路及び受信回路とアンテナとを有し、
前記共用器は、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記開口部付近に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有する送信フィルタと、誘電体基板と、前記誘電体基板の両主面に形成される電極と、前記電極に形成される多角形状の開口部と、前記誘電体基板から間隔を隔てて配置される上下導体と、前記誘電体基板の前記開口部に挟まれた部分に形成される共振領域と、前記共振領域に結合する入出力手段とを有する受信フィルタと、前記第１のフィルタの入出力手段のうちの一つと第２のフィルタの入出力手段のうちの一つとを接続した共通入出力手段とからなり、
前記送信フィルタに送信回路が接続され、前記受信フィルタに受信回路が接続され、前記共通入出力手段にアンテナが接続されたことを特徴とする通信機装置。 - 前記送信フィルタの誘電体基板と前記受信フィルタの誘電体基板とが同一の誘電体基板であることを特徴とする請求項１４記載の通信機装置。
- 前記開口部の形状は矩形であることを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の通信機装置。
- 前記開口部は、隅部の一つが他の隅部と異なることを特徴とする請求項１４、請求項１５または請求項１６記載の通信機装置。
- 前記開口部は、その隅部が面取りされた形状であることを特徴とする請求項１４、請求項１５、請求項１６または請求項１７記載の通信機装置。
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