JP3620525B2 - 誘電体導波管型フィルタ及びその特性調整方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は主にマイクロ波帯やミリ波帯で用いられる誘電体導波管型共振器、誘電体導波管型フィルタおよびその特性調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体共振器を用いたマイクロ波帯の誘電体共振器としては、円柱状または円筒状の誘電体をシールドケースの内部に配置したＴＥ０１δモードの誘電体共振器、角柱状の誘電体を金属ケースまたは導体膜を形成したケースの上面から下面にわたるように配置したＴＭ１１０モードの誘電体共振器、或いは誘電体の内部に内導体を設け、外部に外導体を設けたＴＥＭモードの誘電体共振器、がそれぞれの特性を生かして目的に応じてマイクロ波デバイスに用いられている。
【０００３】
このような誘電体共振器は、共振エネルギの多くを誘電体部分に集中させることによって、また更に誘電体と空気との境界面に近似的に作り得る磁気的壁を偶モードの対称面に一致させることによって小型化を図ることができる。そして、金属ケースと誘電体共振器の寸法・形状・誘電率や金属ケース内での誘電体の配置などによって共振周波数および無負荷Ｑが設定されている。
【０００４】
誘電体セラミクス等の誘電体材料の外面に導電体膜を形成した誘電体導波管型共振器は、誘電体材料の誘電率をεｒとすれば、空胴の導波管回路素子に対して、１／√εｒの大きさで構成できるため、小型で低損失なマイクロ波およびミリ波帯でのフィルタへの応用が検討されている。このような誘電体導波管型フィルタをマイクロストリップライン等と組み合わせて回路を構成する場合、図３３〜図３５に示すような構造で誘電体導波管型フィルタと外部回路との結合をとっている。図３３に示す例では、誘電体ブロック１の外面に導電体膜２を形成し、その中央をＱの高い導波系とし、両端をＴＥＭ同軸共振器として構成している。図３４に示す例では、誘電体ブロックの外面に導電体膜２とともにスタブ９を形成して、このスタブ９によって導波管共振系との結合および外部のマイクロストリップラインとの結合をとっている。また図３５に示す例では、誘電体ブロック１の所定面に孔を開け、その内部にプローブ１０を挿入し、導波管共振モードと結合させるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＴＥ０１δモード、ＴＭ１１０モード、ＴＥＭモードの各誘電体共振器の構造によれば共振周波数を設定できるため、各部の寸法関係を設定することによって所望の共振周波数および無負荷Ｑが比較的容易に得られる。しかしながら、これらの各誘電体共振器については、それらの構造に起因して設計上または製造上の難点を挙げることができる。即ち、ＴＥ０１δモードの誘電体共振器では、シールドケース内の所定位置に誘電体共振器を固定配置するための構造が複雑である。また、ＴＭ１１０モードの誘電体共振器では、柱状誘電体と実電流の流れる金属ケースまたは導体膜を形成したケースとの接合が容易ではなく、また柱状誘電体と外導体を形成する部材とを一体化する構造を採る場合には高度な成形技術が要求される。さらに内部の柱状誘電体を加工するために開放面が必要であり、しかも共振器として使用する際には、その開放面を導体で被う必要があり、製造上および組み立て作業の点でもコスト高の要因となり得る。さらに、ＴＥＭモードの誘電体共振器では、高い無負荷Ｑを得るためには、外形寸法を大きくすることになるが、外形寸法を大きくすると高次の共振モードの共振周波数が、利用しようとするＴＥＭモードの共振周波数に近接するため、数種類の誘電体材料しか選択できない現状では、無負荷Ｑの設計範囲にも限界がある。また、誘電体ブロックに複数の内導体形成孔を設け、且つ各内導体形成孔の中間位置に結合用孔を設けて、共振器間の実効誘電率を調整して結合調整を行って、帯域通過フィルタとして用いるようにしたものでは、誘電体ブロックに形成した複数の孔のうち、内導体形成用孔にのみ内導体を形成し、結合用孔には導体が付かないようにするため、製造が複雑化する欠点が挙げられる。
【０００６】
一方、導波管型の誘電体共振器として、誘電体セラミクスの外面に導電体膜を形成して、丁度空洞共振器内に誘電体を充填した形の誘電体導波管型共振器が知られている。この誘電体導波管型共振器は、誘電体の比誘電率をεｒとすれば、その波長短縮効果により全体に１／√εｒに小型化できる。ここで、ＴＥ１０１モードとして知られる誘電体導波管型共振器の構成を図３１に示す。この共振器内の波長λｇはλｇ＝２ａｃ／√（ａ２ ＋ｃ２ ）で定まり、これによって共振周波数が定まる。また無負荷Ｑは波長λｇ、表面の導電体膜の表皮深さδ、および寸法ａ，ｂ，ｃによって定まり、寸法ａ，ｂ，ｃが大きくなるほど無負荷Ｑは大きくなる。このような誘電体導波管型共振器は、同じ共振周波数を有する誘電体同軸共振器に比べればサイズが大きくなり、無負荷Ｑの高い共振器を得やすい。
【０００７】
しかし、図３３に示した従来の誘電体導波管型フィルタの構造では、マイクロストリップラインとの結合が容易であるものの、同軸共振器部分の無負荷Ｑが導波管共振器に比べて低いため、全体の無負荷Ｑが低下するという問題があった。また、図３４に示した構造では、強い結合をとるためにはスタブ９の寸法を長くしなければならず、それに伴って導電体膜２との間隙から電磁波が洩れやすく、外部に対するリークの影響が大きくなる。図３５に示した例では、プローブ１０を共振器とは別部品として設けなければならず、更に誘電体ブロック１に対してプローブ１０をいかに確実に保持させるかが課題であった。
【０００８】
この発明の目的は、外部回路との結合構造において、特別な部材を必要としない単純な構造で、且つ外部に対する電磁波のリークの少ない結合回路構造をとることのできる誘電体導波管型共振器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、誘電体ブロックの外面に導電体膜を形成した誘電体導波管型共振器に結合用電極を設けてフィルタを構成する際、特別な部材を用いることなく、且つ外部に対する電磁波のリークを少なくするものであって、
誘電体ブロックの外面に前記導電体膜から絶縁された端子電極を形成し、前記誘電体ブロックの内部に、略直線状に延びる孔と、これに交わる孔とから構成される孔を形成するとともに、当該孔の内面に、前記略直線状に延びる孔の一方端が前記端子電極に接続され、他方端が前記導電体膜に接続され、前記交わる孔の端部が前記導電体膜に接続された結合用電極を形成したことを特徴としている。この構造によって、結合用電極は誘電体ブロックの外面の導電体膜とともに結合ループを構成し、誘電体導波管型共振器の共振モードと磁界結合する。
【００１０】
また、誘電体ブロックの外面に前記導電体膜から絶縁された端子電極を形成し、前記誘電体ブロックの内部に、略直線状に延びる孔と、これに交わる孔とから構成される孔を形成するとともに、当該孔の内面に、前記略直線状に延びる孔の一方端が前記端子電極に接続され、他方端が孔の内部で開放され、前記交わる孔の端部が前記導電体膜に接続された結合用電極を形成したことを特徴としている。この構造によって、結合用電極は誘電体導波管型共振器の共振モードと電界結合する。
【００１１】
いずれの場合でも、結合用電極の一端が接続されている誘電体ブロック外面の端子電極から、外部の例えばマイクロストリップラインとの接続が可能となる。しかも、特別なプローブ等の部材を外部から挿入する必要がなく、また外部に対する電磁波のリークも少ない結合回路構造となる。
【００１２】
また、上記貫通孔を、略直線状に延びる孔とこれに交わる孔とから構成したことにより誘電体ブロックの内部で自由度の高い形状の結合用電極が容易に形成できるようになる。
【００１４】
また、この発明は、誘電体ブロックに、該誘電体ブロックの長手方向を区分する節となる、内面に導電体膜を形成した溝を設けたことを特徴としている。この構造によって、単一の誘電体ブロックを用いて複数段の共振器からなる誘電体導波管型フィルタを得る。
【００１５】
また、この発明は、前記孔の内面に形成された結合用電極を部分的に削除することによって、外部回路との結合量を調整することを特徴としている。このように結合用電極を部分削除すれば、特別な調整用部材を用いることなく、また外部に対する電磁波のリークを生じさせることなく、結合量の調整を容易に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
先ず、この発明に係る誘電体導波管型フィルタの基本形となる幾つかの誘電体導波管型共振器について、図１〜図１４を参照して説明する。
図１に示す誘電体導波管型共振器（以下単に「誘電体共振器」という。）において（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はその断面図である。図において１はほぼ直方体形状をなす誘電体ブロックであり、その中央部に丸穴形状の貫通孔１２を設けている。誘電体ブロック１の外面（六面）には導電体膜２を形成している。（Ａ）に示す誘電体ブロックの側面に示す矢印は誘電体ブロック１内部（中央部または中央部付近）の電界分布を誘電体ブロック１の２つの側面に投影したものであり、これを誘電体ブロック内部に表せば図３１に示したものと同様になり、誘電体ブロック１の中央部ほど図における鉛直方向の電界のエネルギーが高く、端面にいくほど低くなる。（ここでは矢印の長さで電界強度を表している。）ただし、図１に示す例では，誘電体ブロック１の中央部に貫通孔１２を形成していて、貫通孔１２内部の誘電率は誘電体ブロック１の誘電率より低いため、貫通孔１２内の電界強度は低い。
【００１７】
図１に示した誘電体共振器は、図３１に示した座標系で表せばＴＥ１０１モードの共振モードを持つ。誘電体ブロック１の外形寸法ａ，ｂ，ｃは、所望の無負荷Ｑが得られ、所望の共振周波数に近く且つその共振周波数より低い値が得られるように定める。そして、貫通孔１２の内径寸法によって所望の共振周波数を得る。貫通孔１２は誘電体ブロック１の成形時に同時に設けるか、直方体状の誘電体セラミクスの焼成前の段階でドリル加工により形成してから焼成するか、あるいは誘電体セラミクスを焼成し、導電体膜２を設けた後に切削加工する。
【００１８】
なお、図１では示していないが、この誘電体共振器に信号入出力手段を設ける場合、誘電体ブロック１にプローブに相当する穴をあけ、その内面に導電体膜を形成する方法や、誘電体ブロックの一端面を開放して、その面に励振用ストリップを形成すればよい。
【００１９】
図２に示す誘電体共振器において１２ａは図１に示した貫通孔１２と同様に、電界強度の高い誘電体ブロックの中央部に設けた貫通孔である。１２ｂは電界強度の比較的低い誘電体ブロック１の端部付近に設けた貫通孔である。このように電界強度の低い箇所に貫通孔１２ｂを形成することにより、また内径の小さな貫通孔１２ｂを形成することにより共振周波数の微調整を行うことが容易となる。
【００２０】
図３に示す誘電体共振器では、誘電体ブロック１に対して貫通していない窪み１４を設けている。この構成によれば、窪み１４の内径寸法だけでなく、深さ寸法によっても共振周波数の設定を行うことができるようになる。なお、窪み１４は誘電体ブロック１の上面だけでなく上面とともに下面に形成してリッジ型としてもよい。
【００２１】
この発明を適用する誘電体導波管型フィルタを構成する誘電体導波管型共振器は、図４に示すように、その誘電体ブロック１が直方体であるものに限らず、円柱形状または円筒形状としてもよく、直方体状誘電体ブロックを用いる場合と同様に、その外形寸法によって無負荷Ｑおよび概ねの共振周波数を定め、貫通孔１２を形成しても、所望の共振周波数に設計または調整することができる。
【００２２】
図５に示す誘電体共振器は誘電体ブロック１の側面に投影した電界分布で示す第１の共振モードと、同誘電体ブロックの側面に投影した電界分布を抜き出して示す第２の共振モードとを有する。貫通孔１２ａ，１２ｂは第１・第２の共振モードにおける電界強度のほぼ等しい位置に形成していて、２つの共振モードに与える摂動効果はほぼ等しい。これによって第１と第２の共振モードの共振周波数を同時に調整できるようになる。図５では２つの貫通孔を設けたが、これはいずれか一方にのみ設けてもよい。
【００２３】
図５に示した２つの共振モードを有する誘電体共振器の場合、誘電体ブロック１の例えば中央部に貫通孔を設ければ、その貫通孔は第１の共振モードの共振周波数を上昇させることになるが、第２の共振モードに対しては、貫通孔を設けることによる電界に対する摂動効果が小さいため、共振周波数は殆ど変化しない。また、逆に第２の共振モードの電界強度が高く、第１の共振モードの電界強度が低い箇所に貫通孔を設ければ、その貫通孔を設けることによる、第２の共振モードにおける電界に対する摂動効果は大きく、第１の共振モードにおける電界に対する摂動効果は小さいため、第１の共振モードの共振周波数を殆ど変化させることなく、第２の共振モードの共振周波数が上昇することになる。このように貫通孔の形成位置によって、複数の共振モードのうち或る共振モードの共振周波数を選択的に変化させることができる。
【００２４】
図６に示す誘電体共振器における誘電体ブロック１の側面に投影した矢印は、第１の共振モードの電界分布、誘電体ブロック１の上面に投影した矢印は第２の共振モードにおける電界分布をそれぞれ示している。但し図では電界分布を簡略化して表していて、第１の共振モードは例えばＴＥ１１１モード、第２の共振モードは例えばＴＭ１１１モードである。従って、この２つの共振モードは縮退モードの関係にある。この場合、貫通孔１２の形成位置および形成方向によって、第１と第２の共振モードにおける共振周波数を選択的に、或いは同時に設定することになる。
【００２５】
図７に示す誘電体共振器において、誘電体ブロック１は図における上下面を正方形とする直方体形状とし、六面に導電体膜を形成している。図における誘電体ブロック１の上面に投影した矢印は第１と第２の共振モードにおける電界分布の方向を代表して示すものであり、この２つの共振モードはいずれもＴＥ１０１モードとなって、２重の縮退モードの関係となって共振周波数は等しくなる。（この場合、図における水平面方向をｘ，ｙ方向とし、鉛直方向をｚ軸としている。）同図の（Ａ）に示すように、誘電体ブロック１の中央にｚ軸方向に貫通孔１２を設けた場合、２つの共振モードにおける電界に対する摂動効果が等しくなり、２つの共振モードの共振モード周波数は同時に同じ量だけ変化する。これに対し、同図の（Ｂ）に示すように、貫通孔１２の形成位置を中央からずらせば、２つの共振モードにおける電界に対する摂動効果に差が生じて、２つの共振モードの共振周波数が変わることになる。これによって縮退が解かれて、２つの共振モードは結合することになる。
【００２６】
図８に示す誘電体共振器では、図７に示した場合と異なり、貫通孔１２を長方形面に形成している。これによってこの貫通孔に沿った方向の電界成分を持つ共振モードに対して、他方の共振モードに比較して大きな摂動を与え、２つの共振モードを結合させることができる。また、貫通孔１２の大きさと形成位置によって結合の強さを設定できるようになる。
【００２７】
図９に示す誘電体共振器では、円柱形状の誘電体ブロック１の外面に導電体膜を形成することによって、図における上面に投影した力線で示すように２つの共振モード（ＴＥ１１１モード）が生じる。（実線と破線の力線はいずれも電界分布を示す。）このような誘電体ブロックに対してｚ軸方向に垂直な方向に貫通孔１２を設けたことにより、その貫通孔の方向に沿った電界成分を持つ共振モードに大きな摂動を与え、２つの共振モードにおける共振周波数に差が生じ、両者は結合することになる。
【００２８】
図１０に示す誘電体共振器は立方体形状の誘電体ブロック１に対し導電体膜を六面に形成している。これによって、図中に矢印で示すように３軸方向に電界成分を持つ３つの共振モードが生じ、それらは３重の縮退モードとなる。このような誘電体共振器に対して、貫通孔１２を形成することによって、その貫通孔に沿った方向の電界成分を持つ共振モードに大きな摂動を与え、他の２つの共振モードの共振周波数に対して差をもたせることができる。
【００２９】
図１１に示す誘電体共振器では、以上に示した誘電体共振器とは異なった形状の貫通孔を形成している。図１１の（Ａ）に示すように、深さ方向の位置によって内径の異なるステップ形状の貫通孔１２を形成してもよい。また同図の（Ｂ）に示すように深さ方向に内径を次第に異ならせたテーパー形状の貫通孔１２を形成してもよい。このような構成によって、内径の大きな箇所で共振周波数の粗調整を行い、内径の小さな箇所で微調整を行うことが容易となる。
【００３０】
図１２に示す誘電体共振器では、（Ａ）の場合、貫通孔の内部に誘電体１５を充填している。また、（Ｂ）の場合、貫通孔の一部に誘電体１５を充填している。充填する誘電体１５の誘電率が誘電体ブロック１の誘電率より大きな場合には、誘電体１５を設けることによって、共振周波数が低下し、同一の共振周波数で比較した場合に全体に小型化される。共振器全体の共振周波数特性はこれらの充填した誘電体１５を含んだ特性であり、例えば周波数温度特性の異なる材料を用いた場合には、誘電体ブロック１の周波数温度特性との合成によって共振器全体の温度特性が定まるので、誘電体材料を選定して、誘電体ブロック１の周波数温度特性を誘電体１５の周波数温度特性で打ち消すようにすることによって温度特性を改善することも容易となる。
【００３１】
図１３に示す誘電体共振器において、１６は貫通孔１２の開口部を被う導電体であり、例えば銅箔を導電体膜２に半田付けなどによって固定接続している。この導電体１６は貫通孔１２から外部への電磁界の漏洩および外部回路との電磁界結合を遮断する。
【００３２】
このように、導電体膜によって貫通孔１２から外部への電磁界の漏洩および外部回路との電磁界結合を遮断する代わりに、図１４に示すように、誘電体共振器全体をケース１７に収納することによって、シールドするようにしてもよい。
【００３３】
次に、この発明の第１の実施形態である誘電体導波管型フィルタの構成を図１５〜図１７を参照して説明する。
【００３４】
図１５は誘電体導波管型フィルタの斜視図であり、（Ａ）は回路基板に対する実装状態での斜視図、（Ｂ）は誘電体導波管型フィルタを裏返した状態での斜視図である。同図に示すように、直方体状の誘電体ブロック１の内部に斜め方向に２つの貫通孔５を形成していて、その内面に結合用電極４を形成している。誘電体ブロック１の外面には導電体膜２とともに、この導電体膜２から絶縁された２つの端子電極３を形成している。上記貫通孔５の内面の結合用電極４の一方端は端子電極３に接続し、他方端は導電体膜２に接続している。図１６は図１５の（Ａ）に示した２つの貫通孔部分を通る断面図である。図１７は共振モードを示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図であり、実線の矢印およびドットは電界、破線は磁界をそれぞれ示している。この例ではＴＥ１０１モードを利用していて、結合用電極４と誘電体ブロック外面の導電体膜２とによる結合ループが共振モードの主に磁界成分と結合する。
【００３５】
図１５に示したような貫通孔５は誘電体セラミクスの成型時に同時に形成するか、成型後または更に焼成後の後加工でドリル加工により形成すればよい。また、導電体膜２、結合用電極４および端子電極３はディッピング法やメッキ法により全面に導電体膜を形成した後にエッチングによりパターン化すればよい。また導電体膜２および端子電極３のパターンはＡｇペースト等のスクリーン印刷により直接形成することも可能である。
【００３６】
図１８は第２の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図である。第１の実施形態と異なり、誘電体ブロックの縦方向に２つの貫通孔５を形成し、その内面に結合用電極４を形成し、一方端を誘電体ブロック１の外面に形成した端子電極３に接続し、他方端を誘電体ブロック１の外面に形成した導電体膜２に接続している。このような構造であっても、結合用電極４と導電体膜２とによって結合ループが構成され、この結合ループがＴＥ１０１の共振モードと磁界結合することになる。
【００３７】
図１９は第３の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図であり、（Ａ）は回路基板に対する実装状態での斜視図、（Ｂ）はそれを裏返した状態での斜視図である。この例では誘電体ブロック１の内部にＬ字型の貫通孔５を形成していて、その内面に結合用電極４を形成している。また、誘電体ブロック１の外面には導電体膜２を形成していて、誘電体ブロック１の対向する端面に、導電体膜２から絶縁状態で端子電極３を形成している。結合用電極４の一方端は端子電極３に接続し、他方端は導電体膜２に接続している。この場合も結合用電極４と導電体膜２とによって結合ループを構成し、この結合ループがＴＥ１０１の共振モードと磁界結合する。
【００３８】
図１９に示したような貫通孔５は、Ｌ字型のワックスを鋳込んで成型した後に、焼成時にワックスをとばす、いわゆるロストワックス法で形成することができる。
【００３９】
図２０は第４の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図および断面図である。誘電体ブロック１の内部には縦方向に２つの貫通孔５を形成し、これらの貫通孔５にそれぞれ直交する横方向に孔６を形成している。誘電体ブロック１の外面には導電体膜２および端子電極３を形成していて、貫通孔５および孔６の内面には結合用電極４を形成している。貫通孔５の内面に形成した結合用電極４の一方端は端子電極３に接続し、他方端は導電体膜２に接続し、さらに孔６の内面の結合用電極４の外側端を導電体膜２に接続している。このような構造の場合、孔６の図２０における高さ方向の位置によって結合用電極４と導電体膜２とによる結合ループのループ面積が定まるため、孔６の高さ方向の位置によって外部回路との結合量を定めることができる。
【００４０】
次に他の誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法の例を図２１〜図２３を参照して説明する。
【００４１】
図２１は第５の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法を示す断面図である。図１８に示した誘電体導波管型フィルタと同様に、誘電体ブロック１の縦方向に２つの貫通孔５を形成し、その内面に結合用電極４を形成し、一方端を誘電体ブロック１の外面に形成した端子電極３に接続している。（Ａ）は貫通孔５の上面から回転砥石等による切削装置によって一定内径の孔を誘電体ブロックの上面から一定深さにまで形成した例であり、（Ｂ）は貫通孔５内の一部をその内径を広げるように切削した例である。このようにして切削部７を形成することによって、結合用電極４の先端が導電体膜２から分離し、開放状態となって、結合用電極４はプローブとして作用する。すなわち結合用電極４は共振器の共振モードと主に電界結合することになる。このような特性調整方法の場合、切削部７の切削量（深さ）によって結合用電極４の長さが変化し、これによって結合量を調整することができる。
【００４２】
図２２は第６の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法を示す断面図である。図２０に示した誘電体導波管型フィルタと同様に、誘電体ブロック１の内部には縦方向に２つの貫通孔５を形成し、これらの貫通孔５にそれぞれ直交する横方向に孔６を形成している。誘電体ブロック１の外面には導電体膜２および端子電極３を形成していて、貫通孔５および孔６の内面には結合用電極４を形成している。貫通孔５の内面に形成した結合用電極４の一方端は端子電極３に接続し、孔６の内面の結合用電極４の外側端を導電体膜２に接続している。（Ａ）は貫通孔５の上面から回転砥石等による切削装置によって一定内径の孔を誘電体ブロックの上面から一定深さにまで形成した例であり、（Ｂ）は貫通孔５内の一部をその内径を広げるように切削した例である。このようにして切削部７を形成すれば、図１９に示した誘電体導波管型フィルタと同様の構造となる。そして切削部７の切削量によって共振モードとの電磁気的結合量が変化し、これによって外部回路との結合量の調整が可能となる。
【００４３】
図２３は第７の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタにおける特性調整方法を示す断面図である。このフィルタの構造は図１８に示したものと同様に、誘電体ブロックの短軸方向に２つの貫通孔５を形成し、その内面に結合用電極４を形成し、一方端を誘電体ブロック１の外面に形成した端子電極３に接続し、他方端を誘電体ブロック１の外面に形成した導電体膜２に接続している。この例では、貫通孔５の図における上面から結合用電極４の一部とともに誘電体ブロック１の一部を切削して切削部７を形成している。結合用電極４の一方端は導電体膜２に接続されたままであるので、この結合用電極４と導電体膜２とは結合ループを構成している。しかし、結合用電極４の一部を削除することによって、結合用電極４の形状が変化するため、共振モードと結合用電極４との電気的結合量に変化が生じる。このように切削部７の形状および切削量によって結合量を調整する。
【００４４】
なお、以上に示した構造の誘電体導波管型フィルタおよびその特性調整方法以外にも、例えば図１９に示した構造で、結合用電極４の短絡端側（導電体膜接続側）の開口部から、開口部付近または奥部の結合用電極４を部分的に削除したり、または図２２に示した状態から更に孔６の開口部付近または奥部の結合用電極４を部分的に削除すれば、Ｌ字型のプローブとして作用させることができる。そして、その切削量によって共振モードとの電磁気的結合量が変化し、これによって外部回路との結合量の調整が可能となる。
【００４５】
なお、上述した例では、ＴＥ１０１モードの共振モードを利用する場合について説明したが、その高次のモードを利用する場合にも同様に適用できることは言うまでもない。
【００４６】
次に複数段の共振器からなる誘電体導波管型フィルタの構成を図２４〜図３０を参照して説明する。
【００４７】
図２４は第８の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図、図２５はその断面図である。両図に示すように、誘電体ブロックは略直方体形状を成し、その外面に導電体膜２を形成している。誘電体ブロック１の長手方向の途中には、その長手方向を区分する節となる溝２０を形成している。この溝２０の内面には導電体膜２を形成している。溝２０で区分される領域はそれぞれ共振器として作用する。この共振器領域に、誘電体ブロックの短軸方向に貫通する貫通孔１２ａ，１２ｂを設けている。この貫通孔１２ａ，１２ｂの内面には導電体膜を形成していない。誘電体ブロックの図における側面には端子電極３ａ，３ｂを形成していて、誘電体ブロック１の側面の端子電極３ａ，３ｂから誘電体ブロック１の底面の導電体膜２にかけて、内部に貫通孔５ａ，５ｂを形成していて、その貫通孔５ａ，５ｂの内面に結合用電極４ａ，４ｂを設けている。この構造により、２つの端子電極３ａ，３ｂを入出力部とする２段の共振器からなる帯域通過特性を有する誘電体導波管型フィルタを得る。フィルタ特性は、２段の共振器の共振周波数によって定め、この２段の共振器の共振周波数は貫通孔１２ａ，１２ｂの内径によって定める。たとえば設計段階で貫通孔１２ａ，１２ｂの位置および寸法を決定しておくか、調整段階で貫通孔１２ａ，１２ｂの内面を必要量部分削除する。
【００４８】
図２６は第９の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図、図２７はその断面図である。図２４および図２５に示したものと異なる点は入出力部の構造である。この例では、誘電体ブロック１の短軸方向に貫通孔５ａ，５ｂを設けて、その内面に内部で開放した結合用電極４ａ，４ｂをそれぞれ形成している。この構造によれば、共振周波数設定用の貫通孔１２ａ，１２ｂと結合用電極形成用の貫通孔５ａ，５ｂとが同一方向にあるので、誘電体ブロックの成型金型の構造が簡単となる。
【００４９】
図２８は第１０の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの断面図である。図において１３は絶縁体基板であり、このフィルタは大別して誘電体ブロック側と絶縁体基板側とに分けられる。誘電体ブロック側の構造は、結合用電極４ａ，４ｂを設けていないことを除いて、図２６および図２７に示したものと略同様である。絶縁体基板１３にはピン状導電体１１ａ，１１ｂを突出させていて、このピン状導電体１１ａ，１１ｂが誘電体ブロック側の貫通孔５ａ，５ｂに挿入されるように、両者を接合させている。絶縁体基板１３にはピン状導電体１１ａ，１１ｂに導通する入出力電極１８ａ，１８ｂを形成していて、この電極を介して外部の回路と接続する。
【００５０】
図２９は第１１の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの断面図である。図において誘電体ブロック１の構造は、結合用電極４ａ，４ｂを設けていないことを除いて、図２６および図２７に示したものと略同様である。１１ａ，１１ｂはピン状導電体であり、合成樹脂などからなる絶縁体１９ａ，１９ｂとともに貫通孔５ａ，５ｂ内に圧入している。このピン状導電体１１ａ，１１ｂは絶縁体１９ａ，１９ｂから絶縁状態を保っている。外部の回路とは、このピン状導電体１１ａ，１１ｂを介して接続する。
【００５１】
図３０は第１２の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図である。この例は３段の共振器からなる送信フィルタと３段の共振器からなる受信フィルタとを一体化したアンテナデュプレクサである。図に示すように、誘電体ブロックは略直方体形状を成し、その外面に導電体膜２を形成している。誘電体ブロックの長手方向の途中には、その長手方向を区分する節となる溝２０を形成している。この溝２０の内面には導電体膜２を形成している。溝２０で区分される領域はそれぞれ共振器として作用し、これらの共振器領域に、誘電体ブロックの短軸方向に貫通する貫通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆをそれぞれ設けている。これらの貫通孔１２ａ〜１２ｆの内面には導電体膜を形成していない。また、両端の２つの共振器領域と中央の共振器領域には結合用電極形成用の貫通孔５ａ，５ｃ，５ｂをそれぞれ形成している。これらの貫通孔の内面には図２７に示したものと同様の結合用電極を形成している。貫通孔５ａ内面の結合用電極が送信回路へ接続され、貫通孔５ｃ内面の結合用電極が受信回路へ接続され、貫通孔５ｂ内面の結合用電極がアンテナへ接続される。この構造により、貫通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃは送信フィルタを構成する３段の各共振器の共振周波数を定め、貫通孔１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは受信フィルタを構成する３段の各共振器の共振周波数を定める。したがって、送信フィルタおよび受信フィルタの特性は設計段階で貫通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆの位置および寸法を決定しておくか、調整段階でそれらの貫通孔の内面を部分削除する。
【００５２】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電体ブロックの外面に前記導電体膜から絶縁された端子電極を形成し、前記誘電体ブロックの内部に孔を形成するとともに、当該孔の内面に、一方端が前記端子電極に接続され、他方端が前記導電体膜に接続された、または他端が孔内部で開放された結合用電極を形成したことにより、特別な部材を用いることなく、且つ外部に対する電磁波のリークの少ない誘電体導波管型フィルタが得られる。
【００５３】
また、この発明によれば、上記貫通孔を、略直線状に延びる孔とこれに交わる孔とから構成したことにより、誘電体ブロックの内部で自由度の高い形状の結合用電極が容易に形成できるようになる。
【００５５】
また、この発明によれば、誘電体ブロックに、該誘電体ブロックの長手方向を区分する節となる、内面に導電体膜を形成した溝を設けて、複数段の共振器を構成したことにより、単一の誘電体ブロックを用いながら、複数の共振器を備えた誘電体導波管型フィルタが得られる。
【００５６】
また、この発明によれば、孔の内面に形成された結合用電極を部分的に削除することによって、外部回路との結合量を調整することにより、誘電体ブロックの孔の内面に形成した結合用電極を部分的に削除するだけで外部回路との結合量調整ができるので、その調整作業が極めて簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘電体共振器の構成を示す図
【図２】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図３】誘電体共振器の構成を示す断面図
【図４】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図５】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図６】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図７】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図８】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図９】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図１０】誘電体共振器の斜視図
【図１１】誘電体共振器の断面図
【図１２】誘電体共振器の断面図
【図１３】誘電体共振器の断面図
【図１４】誘電体共振器の断面図
【図１５】第１の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図１６】同フィルタの断面図
【図１７】同フィルタの共振モードの例を示す図
【図１８】第２の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図１９】第３の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図２０】第４の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図および断面図
【図２１】第５の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法の例を示す断面図
【図２２】第６の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法の例を示す断面図
【図２３】第７の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの特性調整方法の例を示す断面図
【図２４】第８の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図２５】同誘電体導波管型フィルタの断面図
【図２６】第９の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図２７】同誘電体導波管型フィルタの断面図
【図２８】第１０の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの断面図
【図２９】第１１の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの断面図
【図３０】第１２の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図３１】一般的な誘電体導波管型共振器の構成を示す図
【図３２】誘電体導波管型共振器の構成例を示す斜視図
【図３３】従来の誘電体導波管型共振器の外部結合回路構造を示す斜視図
【図３４】従来の誘電体導波管型共振器の外部結合回路構造を示す斜視図
【図３５】従来の誘電体導波管型共振器の外部結合回路構造を示す部分破断斜視図
【符号の説明】
１−誘電体ブロック
２−導電体膜
３−端子電極
４，４ａ，４ｂ−結合用電極
５，５ａ〜５ｃ−貫通孔
６−孔
７−切削部
８−入出力端子
９−スタブ
１０−プローブ
１１ａ，１１ｂ−ピン状導電体
１２，１２ａ〜１２ｆ−貫通孔
１３−絶縁体基板
１４−窪み
１５−誘電体
１６−導電体
１７−ケース
１８ａ，１８ｂ−入出力電極
１９ａ，１９ｂ−絶縁体
２０−溝
【発明の属する技術分野】
この発明は主にマイクロ波帯やミリ波帯で用いられる誘電体導波管型共振器、誘電体導波管型フィルタおよびその特性調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体共振器を用いたマイクロ波帯の誘電体共振器としては、円柱状または円筒状の誘電体をシールドケースの内部に配置したＴＥ０１δモードの誘電体共振器、角柱状の誘電体を金属ケースまたは導体膜を形成したケースの上面から下面にわたるように配置したＴＭ１１０モードの誘電体共振器、或いは誘電体の内部に内導体を設け、外部に外導体を設けたＴＥＭモードの誘電体共振器、がそれぞれの特性を生かして目的に応じてマイクロ波デバイスに用いられている。
【０００３】
このような誘電体共振器は、共振エネルギの多くを誘電体部分に集中させることによって、また更に誘電体と空気との境界面に近似的に作り得る磁気的壁を偶モードの対称面に一致させることによって小型化を図ることができる。そして、金属ケースと誘電体共振器の寸法・形状・誘電率や金属ケース内での誘電体の配置などによって共振周波数および無負荷Ｑが設定されている。
【０００４】
誘電体セラミクス等の誘電体材料の外面に導電体膜を形成した誘電体導波管型共振器は、誘電体材料の誘電率をεｒとすれば、空胴の導波管回路素子に対して、１／√εｒの大きさで構成できるため、小型で低損失なマイクロ波およびミリ波帯でのフィルタへの応用が検討されている。このような誘電体導波管型フィルタをマイクロストリップライン等と組み合わせて回路を構成する場合、図３３〜図３５に示すような構造で誘電体導波管型フィルタと外部回路との結合をとっている。図３３に示す例では、誘電体ブロック１の外面に導電体膜２を形成し、その中央をＱの高い導波系とし、両端をＴＥＭ同軸共振器として構成している。図３４に示す例では、誘電体ブロックの外面に導電体膜２とともにスタブ９を形成して、このスタブ９によって導波管共振系との結合および外部のマイクロストリップラインとの結合をとっている。また図３５に示す例では、誘電体ブロック１の所定面に孔を開け、その内部にプローブ１０を挿入し、導波管共振モードと結合させるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＴＥ０１δモード、ＴＭ１１０モード、ＴＥＭモードの各誘電体共振器の構造によれば共振周波数を設定できるため、各部の寸法関係を設定することによって所望の共振周波数および無負荷Ｑが比較的容易に得られる。しかしながら、これらの各誘電体共振器については、それらの構造に起因して設計上または製造上の難点を挙げることができる。即ち、ＴＥ０１δモードの誘電体共振器では、シールドケース内の所定位置に誘電体共振器を固定配置するための構造が複雑である。また、ＴＭ１１０モードの誘電体共振器では、柱状誘電体と実電流の流れる金属ケースまたは導体膜を形成したケースとの接合が容易ではなく、また柱状誘電体と外導体を形成する部材とを一体化する構造を採る場合には高度な成形技術が要求される。さらに内部の柱状誘電体を加工するために開放面が必要であり、しかも共振器として使用する際には、その開放面を導体で被う必要があり、製造上および組み立て作業の点でもコスト高の要因となり得る。さらに、ＴＥＭモードの誘電体共振器では、高い無負荷Ｑを得るためには、外形寸法を大きくすることになるが、外形寸法を大きくすると高次の共振モードの共振周波数が、利用しようとするＴＥＭモードの共振周波数に近接するため、数種類の誘電体材料しか選択できない現状では、無負荷Ｑの設計範囲にも限界がある。また、誘電体ブロックに複数の内導体形成孔を設け、且つ各内導体形成孔の中間位置に結合用孔を設けて、共振器間の実効誘電率を調整して結合調整を行って、帯域通過フィルタとして用いるようにしたものでは、誘電体ブロックに形成した複数の孔のうち、内導体形成用孔にのみ内導体を形成し、結合用孔には導体が付かないようにするため、製造が複雑化する欠点が挙げられる。
【０００６】
一方、導波管型の誘電体共振器として、誘電体セラミクスの外面に導電体膜を形成して、丁度空洞共振器内に誘電体を充填した形の誘電体導波管型共振器が知られている。この誘電体導波管型共振器は、誘電体の比誘電率をεｒとすれば、その波長短縮効果により全体に１／√εｒに小型化できる。ここで、ＴＥ１０１モードとして知られる誘電体導波管型共振器の構成を図３１に示す。この共振器内の波長λｇはλｇ＝２ａｃ／√（ａ２ ＋ｃ２ ）で定まり、これによって共振周波数が定まる。また無負荷Ｑは波長λｇ、表面の導電体膜の表皮深さδ、および寸法ａ，ｂ，ｃによって定まり、寸法ａ，ｂ，ｃが大きくなるほど無負荷Ｑは大きくなる。このような誘電体導波管型共振器は、同じ共振周波数を有する誘電体同軸共振器に比べればサイズが大きくなり、無負荷Ｑの高い共振器を得やすい。
【０００７】
しかし、図３３に示した従来の誘電体導波管型フィルタの構造では、マイクロストリップラインとの結合が容易であるものの、同軸共振器部分の無負荷Ｑが導波管共振器に比べて低いため、全体の無負荷Ｑが低下するという問題があった。また、図３４に示した構造では、強い結合をとるためにはスタブ９の寸法を長くしなければならず、それに伴って導電体膜２との間隙から電磁波が洩れやすく、外部に対するリークの影響が大きくなる。図３５に示した例では、プローブ１０を共振器とは別部品として設けなければならず、更に誘電体ブロック１に対してプローブ１０をいかに確実に保持させるかが課題であった。
【０００８】
この発明の目的は、外部回路との結合構造において、特別な部材を必要としない単純な構造で、且つ外部に対する電磁波のリークの少ない結合回路構造をとることのできる誘電体導波管型共振器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、誘電体ブロックの外面に導電体膜を形成した誘電体導波管型共振器に結合用電極を設けてフィルタを構成する際、特別な部材を用いることなく、且つ外部に対する電磁波のリークを少なくするものであって、
誘電体ブロックの外面に前記導電体膜から絶縁された端子電極を形成し、前記誘電体ブロックの内部に、略直線状に延びる孔と、これに交わる孔とから構成される孔を形成するとともに、当該孔の内面に、前記略直線状に延びる孔の一方端が前記端子電極に接続され、他方端が前記導電体膜に接続され、前記交わる孔の端部が前記導電体膜に接続された結合用電極を形成したことを特徴としている。この構造によって、結合用電極は誘電体ブロックの外面の導電体膜とともに結合ループを構成し、誘電体導波管型共振器の共振モードと磁界結合する。
【００１０】
また、誘電体ブロックの外面に前記導電体膜から絶縁された端子電極を形成し、前記誘電体ブロックの内部に、略直線状に延びる孔と、これに交わる孔とから構成される孔を形成するとともに、当該孔の内面に、前記略直線状に延びる孔の一方端が前記端子電極に接続され、他方端が孔の内部で開放され、前記交わる孔の端部が前記導電体膜に接続された結合用電極を形成したことを特徴としている。この構造によって、結合用電極は誘電体導波管型共振器の共振モードと電界結合する。
【００１１】
いずれの場合でも、結合用電極の一端が接続されている誘電体ブロック外面の端子電極から、外部の例えばマイクロストリップラインとの接続が可能となる。しかも、特別なプローブ等の部材を外部から挿入する必要がなく、また外部に対する電磁波のリークも少ない結合回路構造となる。
【００１２】
また、上記貫通孔を、略直線状に延びる孔とこれに交わる孔とから構成したことにより誘電体ブロックの内部で自由度の高い形状の結合用電極が容易に形成できるようになる。
【００１４】
また、この発明は、誘電体ブロックに、該誘電体ブロックの長手方向を区分する節となる、内面に導電体膜を形成した溝を設けたことを特徴としている。この構造によって、単一の誘電体ブロックを用いて複数段の共振器からなる誘電体導波管型フィルタを得る。
【００１５】
また、この発明は、前記孔の内面に形成された結合用電極を部分的に削除することによって、外部回路との結合量を調整することを特徴としている。このように結合用電極を部分削除すれば、特別な調整用部材を用いることなく、また外部に対する電磁波のリークを生じさせることなく、結合量の調整を容易に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
先ず、この発明に係る誘電体導波管型フィルタの基本形となる幾つかの誘電体導波管型共振器について、図１〜図１４を参照して説明する。
図１に示す誘電体導波管型共振器（以下単に「誘電体共振器」という。）において（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はその断面図である。図において１はほぼ直方体形状をなす誘電体ブロックであり、その中央部に丸穴形状の貫通孔１２を設けている。誘電体ブロック１の外面（六面）には導電体膜２を形成している。（Ａ）に示す誘電体ブロックの側面に示す矢印は誘電体ブロック１内部（中央部または中央部付近）の電界分布を誘電体ブロック１の２つの側面に投影したものであり、これを誘電体ブロック内部に表せば図３１に示したものと同様になり、誘電体ブロック１の中央部ほど図における鉛直方向の電界のエネルギーが高く、端面にいくほど低くなる。（ここでは矢印の長さで電界強度を表している。）ただし、図１に示す例では，誘電体ブロック１の中央部に貫通孔１２を形成していて、貫通孔１２内部の誘電率は誘電体ブロック１の誘電率より低いため、貫通孔１２内の電界強度は低い。
【００１７】
図１に示した誘電体共振器は、図３１に示した座標系で表せばＴＥ１０１モードの共振モードを持つ。誘電体ブロック１の外形寸法ａ，ｂ，ｃは、所望の無負荷Ｑが得られ、所望の共振周波数に近く且つその共振周波数より低い値が得られるように定める。そして、貫通孔１２の内径寸法によって所望の共振周波数を得る。貫通孔１２は誘電体ブロック１の成形時に同時に設けるか、直方体状の誘電体セラミクスの焼成前の段階でドリル加工により形成してから焼成するか、あるいは誘電体セラミクスを焼成し、導電体膜２を設けた後に切削加工する。
【００１８】
なお、図１では示していないが、この誘電体共振器に信号入出力手段を設ける場合、誘電体ブロック１にプローブに相当する穴をあけ、その内面に導電体膜を形成する方法や、誘電体ブロックの一端面を開放して、その面に励振用ストリップを形成すればよい。
【００１９】
図２に示す誘電体共振器において１２ａは図１に示した貫通孔１２と同様に、電界強度の高い誘電体ブロックの中央部に設けた貫通孔である。１２ｂは電界強度の比較的低い誘電体ブロック１の端部付近に設けた貫通孔である。このように電界強度の低い箇所に貫通孔１２ｂを形成することにより、また内径の小さな貫通孔１２ｂを形成することにより共振周波数の微調整を行うことが容易となる。
【００２０】
図３に示す誘電体共振器では、誘電体ブロック１に対して貫通していない窪み１４を設けている。この構成によれば、窪み１４の内径寸法だけでなく、深さ寸法によっても共振周波数の設定を行うことができるようになる。なお、窪み１４は誘電体ブロック１の上面だけでなく上面とともに下面に形成してリッジ型としてもよい。
【００２１】
この発明を適用する誘電体導波管型フィルタを構成する誘電体導波管型共振器は、図４に示すように、その誘電体ブロック１が直方体であるものに限らず、円柱形状または円筒形状としてもよく、直方体状誘電体ブロックを用いる場合と同様に、その外形寸法によって無負荷Ｑおよび概ねの共振周波数を定め、貫通孔１２を形成しても、所望の共振周波数に設計または調整することができる。
【００２２】
図５に示す誘電体共振器は誘電体ブロック１の側面に投影した電界分布で示す第１の共振モードと、同誘電体ブロックの側面に投影した電界分布を抜き出して示す第２の共振モードとを有する。貫通孔１２ａ，１２ｂは第１・第２の共振モードにおける電界強度のほぼ等しい位置に形成していて、２つの共振モードに与える摂動効果はほぼ等しい。これによって第１と第２の共振モードの共振周波数を同時に調整できるようになる。図５では２つの貫通孔を設けたが、これはいずれか一方にのみ設けてもよい。
【００２３】
図５に示した２つの共振モードを有する誘電体共振器の場合、誘電体ブロック１の例えば中央部に貫通孔を設ければ、その貫通孔は第１の共振モードの共振周波数を上昇させることになるが、第２の共振モードに対しては、貫通孔を設けることによる電界に対する摂動効果が小さいため、共振周波数は殆ど変化しない。また、逆に第２の共振モードの電界強度が高く、第１の共振モードの電界強度が低い箇所に貫通孔を設ければ、その貫通孔を設けることによる、第２の共振モードにおける電界に対する摂動効果は大きく、第１の共振モードにおける電界に対する摂動効果は小さいため、第１の共振モードの共振周波数を殆ど変化させることなく、第２の共振モードの共振周波数が上昇することになる。このように貫通孔の形成位置によって、複数の共振モードのうち或る共振モードの共振周波数を選択的に変化させることができる。
【００２４】
図６に示す誘電体共振器における誘電体ブロック１の側面に投影した矢印は、第１の共振モードの電界分布、誘電体ブロック１の上面に投影した矢印は第２の共振モードにおける電界分布をそれぞれ示している。但し図では電界分布を簡略化して表していて、第１の共振モードは例えばＴＥ１１１モード、第２の共振モードは例えばＴＭ１１１モードである。従って、この２つの共振モードは縮退モードの関係にある。この場合、貫通孔１２の形成位置および形成方向によって、第１と第２の共振モードにおける共振周波数を選択的に、或いは同時に設定することになる。
【００２５】
図７に示す誘電体共振器において、誘電体ブロック１は図における上下面を正方形とする直方体形状とし、六面に導電体膜を形成している。図における誘電体ブロック１の上面に投影した矢印は第１と第２の共振モードにおける電界分布の方向を代表して示すものであり、この２つの共振モードはいずれもＴＥ１０１モードとなって、２重の縮退モードの関係となって共振周波数は等しくなる。（この場合、図における水平面方向をｘ，ｙ方向とし、鉛直方向をｚ軸としている。）同図の（Ａ）に示すように、誘電体ブロック１の中央にｚ軸方向に貫通孔１２を設けた場合、２つの共振モードにおける電界に対する摂動効果が等しくなり、２つの共振モードの共振モード周波数は同時に同じ量だけ変化する。これに対し、同図の（Ｂ）に示すように、貫通孔１２の形成位置を中央からずらせば、２つの共振モードにおける電界に対する摂動効果に差が生じて、２つの共振モードの共振周波数が変わることになる。これによって縮退が解かれて、２つの共振モードは結合することになる。
【００２６】
図８に示す誘電体共振器では、図７に示した場合と異なり、貫通孔１２を長方形面に形成している。これによってこの貫通孔に沿った方向の電界成分を持つ共振モードに対して、他方の共振モードに比較して大きな摂動を与え、２つの共振モードを結合させることができる。また、貫通孔１２の大きさと形成位置によって結合の強さを設定できるようになる。
【００２７】
図９に示す誘電体共振器では、円柱形状の誘電体ブロック１の外面に導電体膜を形成することによって、図における上面に投影した力線で示すように２つの共振モード（ＴＥ１１１モード）が生じる。（実線と破線の力線はいずれも電界分布を示す。）このような誘電体ブロックに対してｚ軸方向に垂直な方向に貫通孔１２を設けたことにより、その貫通孔の方向に沿った電界成分を持つ共振モードに大きな摂動を与え、２つの共振モードにおける共振周波数に差が生じ、両者は結合することになる。
【００２８】
図１０に示す誘電体共振器は立方体形状の誘電体ブロック１に対し導電体膜を六面に形成している。これによって、図中に矢印で示すように３軸方向に電界成分を持つ３つの共振モードが生じ、それらは３重の縮退モードとなる。このような誘電体共振器に対して、貫通孔１２を形成することによって、その貫通孔に沿った方向の電界成分を持つ共振モードに大きな摂動を与え、他の２つの共振モードの共振周波数に対して差をもたせることができる。
【００２９】
図１１に示す誘電体共振器では、以上に示した誘電体共振器とは異なった形状の貫通孔を形成している。図１１の（Ａ）に示すように、深さ方向の位置によって内径の異なるステップ形状の貫通孔１２を形成してもよい。また同図の（Ｂ）に示すように深さ方向に内径を次第に異ならせたテーパー形状の貫通孔１２を形成してもよい。このような構成によって、内径の大きな箇所で共振周波数の粗調整を行い、内径の小さな箇所で微調整を行うことが容易となる。
【００３０】
図１２に示す誘電体共振器では、（Ａ）の場合、貫通孔の内部に誘電体１５を充填している。また、（Ｂ）の場合、貫通孔の一部に誘電体１５を充填している。充填する誘電体１５の誘電率が誘電体ブロック１の誘電率より大きな場合には、誘電体１５を設けることによって、共振周波数が低下し、同一の共振周波数で比較した場合に全体に小型化される。共振器全体の共振周波数特性はこれらの充填した誘電体１５を含んだ特性であり、例えば周波数温度特性の異なる材料を用いた場合には、誘電体ブロック１の周波数温度特性との合成によって共振器全体の温度特性が定まるので、誘電体材料を選定して、誘電体ブロック１の周波数温度特性を誘電体１５の周波数温度特性で打ち消すようにすることによって温度特性を改善することも容易となる。
【００３１】
図１３に示す誘電体共振器において、１６は貫通孔１２の開口部を被う導電体であり、例えば銅箔を導電体膜２に半田付けなどによって固定接続している。この導電体１６は貫通孔１２から外部への電磁界の漏洩および外部回路との電磁界結合を遮断する。
【００３２】
このように、導電体膜によって貫通孔１２から外部への電磁界の漏洩および外部回路との電磁界結合を遮断する代わりに、図１４に示すように、誘電体共振器全体をケース１７に収納することによって、シールドするようにしてもよい。
【００３３】
次に、この発明の第１の実施形態である誘電体導波管型フィルタの構成を図１５〜図１７を参照して説明する。
【００３４】
図１５は誘電体導波管型フィルタの斜視図であり、（Ａ）は回路基板に対する実装状態での斜視図、（Ｂ）は誘電体導波管型フィルタを裏返した状態での斜視図である。同図に示すように、直方体状の誘電体ブロック１の内部に斜め方向に２つの貫通孔５を形成していて、その内面に結合用電極４を形成している。誘電体ブロック１の外面には導電体膜２とともに、この導電体膜２から絶縁された２つの端子電極３を形成している。上記貫通孔５の内面の結合用電極４の一方端は端子電極３に接続し、他方端は導電体膜２に接続している。図１６は図１５の（Ａ）に示した２つの貫通孔部分を通る断面図である。図１７は共振モードを示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図であり、実線の矢印およびドットは電界、破線は磁界をそれぞれ示している。この例ではＴＥ１０１モードを利用していて、結合用電極４と誘電体ブロック外面の導電体膜２とによる結合ループが共振モードの主に磁界成分と結合する。
【００３５】
図１５に示したような貫通孔５は誘電体セラミクスの成型時に同時に形成するか、成型後または更に焼成後の後加工でドリル加工により形成すればよい。また、導電体膜２、結合用電極４および端子電極３はディッピング法やメッキ法により全面に導電体膜を形成した後にエッチングによりパターン化すればよい。また導電体膜２および端子電極３のパターンはＡｇペースト等のスクリーン印刷により直接形成することも可能である。
【００３６】
図１８は第２の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図である。第１の実施形態と異なり、誘電体ブロックの縦方向に２つの貫通孔５を形成し、その内面に結合用電極４を形成し、一方端を誘電体ブロック１の外面に形成した端子電極３に接続し、他方端を誘電体ブロック１の外面に形成した導電体膜２に接続している。このような構造であっても、結合用電極４と導電体膜２とによって結合ループが構成され、この結合ループがＴＥ１０１の共振モードと磁界結合することになる。
【００３７】
図１９は第３の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図であり、（Ａ）は回路基板に対する実装状態での斜視図、（Ｂ）はそれを裏返した状態での斜視図である。この例では誘電体ブロック１の内部にＬ字型の貫通孔５を形成していて、その内面に結合用電極４を形成している。また、誘電体ブロック１の外面には導電体膜２を形成していて、誘電体ブロック１の対向する端面に、導電体膜２から絶縁状態で端子電極３を形成している。結合用電極４の一方端は端子電極３に接続し、他方端は導電体膜２に接続している。この場合も結合用電極４と導電体膜２とによって結合ループを構成し、この結合ループがＴＥ１０１の共振モードと磁界結合する。
【００３８】
図１９に示したような貫通孔５は、Ｌ字型のワックスを鋳込んで成型した後に、焼成時にワックスをとばす、いわゆるロストワックス法で形成することができる。
【００３９】
図２０は第４の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図および断面図である。誘電体ブロック１の内部には縦方向に２つの貫通孔５を形成し、これらの貫通孔５にそれぞれ直交する横方向に孔６を形成している。誘電体ブロック１の外面には導電体膜２および端子電極３を形成していて、貫通孔５および孔６の内面には結合用電極４を形成している。貫通孔５の内面に形成した結合用電極４の一方端は端子電極３に接続し、他方端は導電体膜２に接続し、さらに孔６の内面の結合用電極４の外側端を導電体膜２に接続している。このような構造の場合、孔６の図２０における高さ方向の位置によって結合用電極４と導電体膜２とによる結合ループのループ面積が定まるため、孔６の高さ方向の位置によって外部回路との結合量を定めることができる。
【００４０】
次に他の誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法の例を図２１〜図２３を参照して説明する。
【００４１】
図２１は第５の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法を示す断面図である。図１８に示した誘電体導波管型フィルタと同様に、誘電体ブロック１の縦方向に２つの貫通孔５を形成し、その内面に結合用電極４を形成し、一方端を誘電体ブロック１の外面に形成した端子電極３に接続している。（Ａ）は貫通孔５の上面から回転砥石等による切削装置によって一定内径の孔を誘電体ブロックの上面から一定深さにまで形成した例であり、（Ｂ）は貫通孔５内の一部をその内径を広げるように切削した例である。このようにして切削部７を形成することによって、結合用電極４の先端が導電体膜２から分離し、開放状態となって、結合用電極４はプローブとして作用する。すなわち結合用電極４は共振器の共振モードと主に電界結合することになる。このような特性調整方法の場合、切削部７の切削量（深さ）によって結合用電極４の長さが変化し、これによって結合量を調整することができる。
【００４２】
図２２は第６の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法を示す断面図である。図２０に示した誘電体導波管型フィルタと同様に、誘電体ブロック１の内部には縦方向に２つの貫通孔５を形成し、これらの貫通孔５にそれぞれ直交する横方向に孔６を形成している。誘電体ブロック１の外面には導電体膜２および端子電極３を形成していて、貫通孔５および孔６の内面には結合用電極４を形成している。貫通孔５の内面に形成した結合用電極４の一方端は端子電極３に接続し、孔６の内面の結合用電極４の外側端を導電体膜２に接続している。（Ａ）は貫通孔５の上面から回転砥石等による切削装置によって一定内径の孔を誘電体ブロックの上面から一定深さにまで形成した例であり、（Ｂ）は貫通孔５内の一部をその内径を広げるように切削した例である。このようにして切削部７を形成すれば、図１９に示した誘電体導波管型フィルタと同様の構造となる。そして切削部７の切削量によって共振モードとの電磁気的結合量が変化し、これによって外部回路との結合量の調整が可能となる。
【００４３】
図２３は第７の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタにおける特性調整方法を示す断面図である。このフィルタの構造は図１８に示したものと同様に、誘電体ブロックの短軸方向に２つの貫通孔５を形成し、その内面に結合用電極４を形成し、一方端を誘電体ブロック１の外面に形成した端子電極３に接続し、他方端を誘電体ブロック１の外面に形成した導電体膜２に接続している。この例では、貫通孔５の図における上面から結合用電極４の一部とともに誘電体ブロック１の一部を切削して切削部７を形成している。結合用電極４の一方端は導電体膜２に接続されたままであるので、この結合用電極４と導電体膜２とは結合ループを構成している。しかし、結合用電極４の一部を削除することによって、結合用電極４の形状が変化するため、共振モードと結合用電極４との電気的結合量に変化が生じる。このように切削部７の形状および切削量によって結合量を調整する。
【００４４】
なお、以上に示した構造の誘電体導波管型フィルタおよびその特性調整方法以外にも、例えば図１９に示した構造で、結合用電極４の短絡端側（導電体膜接続側）の開口部から、開口部付近または奥部の結合用電極４を部分的に削除したり、または図２２に示した状態から更に孔６の開口部付近または奥部の結合用電極４を部分的に削除すれば、Ｌ字型のプローブとして作用させることができる。そして、その切削量によって共振モードとの電磁気的結合量が変化し、これによって外部回路との結合量の調整が可能となる。
【００４５】
なお、上述した例では、ＴＥ１０１モードの共振モードを利用する場合について説明したが、その高次のモードを利用する場合にも同様に適用できることは言うまでもない。
【００４６】
次に複数段の共振器からなる誘電体導波管型フィルタの構成を図２４〜図３０を参照して説明する。
【００４７】
図２４は第８の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図、図２５はその断面図である。両図に示すように、誘電体ブロックは略直方体形状を成し、その外面に導電体膜２を形成している。誘電体ブロック１の長手方向の途中には、その長手方向を区分する節となる溝２０を形成している。この溝２０の内面には導電体膜２を形成している。溝２０で区分される領域はそれぞれ共振器として作用する。この共振器領域に、誘電体ブロックの短軸方向に貫通する貫通孔１２ａ，１２ｂを設けている。この貫通孔１２ａ，１２ｂの内面には導電体膜を形成していない。誘電体ブロックの図における側面には端子電極３ａ，３ｂを形成していて、誘電体ブロック１の側面の端子電極３ａ，３ｂから誘電体ブロック１の底面の導電体膜２にかけて、内部に貫通孔５ａ，５ｂを形成していて、その貫通孔５ａ，５ｂの内面に結合用電極４ａ，４ｂを設けている。この構造により、２つの端子電極３ａ，３ｂを入出力部とする２段の共振器からなる帯域通過特性を有する誘電体導波管型フィルタを得る。フィルタ特性は、２段の共振器の共振周波数によって定め、この２段の共振器の共振周波数は貫通孔１２ａ，１２ｂの内径によって定める。たとえば設計段階で貫通孔１２ａ，１２ｂの位置および寸法を決定しておくか、調整段階で貫通孔１２ａ，１２ｂの内面を必要量部分削除する。
【００４８】
図２６は第９の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図、図２７はその断面図である。図２４および図２５に示したものと異なる点は入出力部の構造である。この例では、誘電体ブロック１の短軸方向に貫通孔５ａ，５ｂを設けて、その内面に内部で開放した結合用電極４ａ，４ｂをそれぞれ形成している。この構造によれば、共振周波数設定用の貫通孔１２ａ，１２ｂと結合用電極形成用の貫通孔５ａ，５ｂとが同一方向にあるので、誘電体ブロックの成型金型の構造が簡単となる。
【００４９】
図２８は第１０の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの断面図である。図において１３は絶縁体基板であり、このフィルタは大別して誘電体ブロック側と絶縁体基板側とに分けられる。誘電体ブロック側の構造は、結合用電極４ａ，４ｂを設けていないことを除いて、図２６および図２７に示したものと略同様である。絶縁体基板１３にはピン状導電体１１ａ，１１ｂを突出させていて、このピン状導電体１１ａ，１１ｂが誘電体ブロック側の貫通孔５ａ，５ｂに挿入されるように、両者を接合させている。絶縁体基板１３にはピン状導電体１１ａ，１１ｂに導通する入出力電極１８ａ，１８ｂを形成していて、この電極を介して外部の回路と接続する。
【００５０】
図２９は第１１の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの断面図である。図において誘電体ブロック１の構造は、結合用電極４ａ，４ｂを設けていないことを除いて、図２６および図２７に示したものと略同様である。１１ａ，１１ｂはピン状導電体であり、合成樹脂などからなる絶縁体１９ａ，１９ｂとともに貫通孔５ａ，５ｂ内に圧入している。このピン状導電体１１ａ，１１ｂは絶縁体１９ａ，１９ｂから絶縁状態を保っている。外部の回路とは、このピン状導電体１１ａ，１１ｂを介して接続する。
【００５１】
図３０は第１２の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図である。この例は３段の共振器からなる送信フィルタと３段の共振器からなる受信フィルタとを一体化したアンテナデュプレクサである。図に示すように、誘電体ブロックは略直方体形状を成し、その外面に導電体膜２を形成している。誘電体ブロックの長手方向の途中には、その長手方向を区分する節となる溝２０を形成している。この溝２０の内面には導電体膜２を形成している。溝２０で区分される領域はそれぞれ共振器として作用し、これらの共振器領域に、誘電体ブロックの短軸方向に貫通する貫通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆをそれぞれ設けている。これらの貫通孔１２ａ〜１２ｆの内面には導電体膜を形成していない。また、両端の２つの共振器領域と中央の共振器領域には結合用電極形成用の貫通孔５ａ，５ｃ，５ｂをそれぞれ形成している。これらの貫通孔の内面には図２７に示したものと同様の結合用電極を形成している。貫通孔５ａ内面の結合用電極が送信回路へ接続され、貫通孔５ｃ内面の結合用電極が受信回路へ接続され、貫通孔５ｂ内面の結合用電極がアンテナへ接続される。この構造により、貫通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃは送信フィルタを構成する３段の各共振器の共振周波数を定め、貫通孔１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは受信フィルタを構成する３段の各共振器の共振周波数を定める。したがって、送信フィルタおよび受信フィルタの特性は設計段階で貫通孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆの位置および寸法を決定しておくか、調整段階でそれらの貫通孔の内面を部分削除する。
【００５２】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電体ブロックの外面に前記導電体膜から絶縁された端子電極を形成し、前記誘電体ブロックの内部に孔を形成するとともに、当該孔の内面に、一方端が前記端子電極に接続され、他方端が前記導電体膜に接続された、または他端が孔内部で開放された結合用電極を形成したことにより、特別な部材を用いることなく、且つ外部に対する電磁波のリークの少ない誘電体導波管型フィルタが得られる。
【００５３】
また、この発明によれば、上記貫通孔を、略直線状に延びる孔とこれに交わる孔とから構成したことにより、誘電体ブロックの内部で自由度の高い形状の結合用電極が容易に形成できるようになる。
【００５５】
また、この発明によれば、誘電体ブロックに、該誘電体ブロックの長手方向を区分する節となる、内面に導電体膜を形成した溝を設けて、複数段の共振器を構成したことにより、単一の誘電体ブロックを用いながら、複数の共振器を備えた誘電体導波管型フィルタが得られる。
【００５６】
また、この発明によれば、孔の内面に形成された結合用電極を部分的に削除することによって、外部回路との結合量を調整することにより、誘電体ブロックの孔の内面に形成した結合用電極を部分的に削除するだけで外部回路との結合量調整ができるので、その調整作業が極めて簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘電体共振器の構成を示す図
【図２】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図３】誘電体共振器の構成を示す断面図
【図４】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図５】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図６】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図７】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図８】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図９】誘電体共振器の構成を示す斜視図
【図１０】誘電体共振器の斜視図
【図１１】誘電体共振器の断面図
【図１２】誘電体共振器の断面図
【図１３】誘電体共振器の断面図
【図１４】誘電体共振器の断面図
【図１５】第１の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図１６】同フィルタの断面図
【図１７】同フィルタの共振モードの例を示す図
【図１８】第２の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図１９】第３の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図２０】第４の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図および断面図
【図２１】第５の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法の例を示す断面図
【図２２】第６の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの構造およびその特性調整方法の例を示す断面図
【図２３】第７の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの特性調整方法の例を示す断面図
【図２４】第８の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図２５】同誘電体導波管型フィルタの断面図
【図２６】第９の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図２７】同誘電体導波管型フィルタの断面図
【図２８】第１０の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの断面図
【図２９】第１１の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの断面図
【図３０】第１２の実施形態に係る誘電体導波管型フィルタの斜視図
【図３１】一般的な誘電体導波管型共振器の構成を示す図
【図３２】誘電体導波管型共振器の構成例を示す斜視図
【図３３】従来の誘電体導波管型共振器の外部結合回路構造を示す斜視図
【図３４】従来の誘電体導波管型共振器の外部結合回路構造を示す斜視図
【図３５】従来の誘電体導波管型共振器の外部結合回路構造を示す部分破断斜視図
【符号の説明】
１−誘電体ブロック
２−導電体膜
３−端子電極
４，４ａ，４ｂ−結合用電極
５，５ａ〜５ｃ−貫通孔
６−孔
７−切削部
８−入出力端子
９−スタブ
１０−プローブ
１１ａ，１１ｂ−ピン状導電体
１２，１２ａ〜１２ｆ−貫通孔
１３−絶縁体基板
１４−窪み
１５−誘電体
１６−導電体
１７−ケース
１８ａ，１８ｂ−入出力電極
１９ａ，１９ｂ−絶縁体
２０−溝
Claims (4)
- 誘電体ブロックの外面に導電体膜を形成した誘電体導波管型フィルタにおいて、
誘電体ブロックの外面に前記導電体膜から絶縁された端子電極を形成し、前記誘電体ブロックの内部に、略直線状に延びる孔と、これに交わる孔とから構成される孔を形成するとともに、当該孔の内面に、前記略直線状に延びる孔の一方端が前記端子電極に接続され、他方端が前記導電体膜に接続され、前記交わる孔の端部が前記導電体膜に接続された結合用電極を形成したことを特徴とする誘電体導波管型フィルタ。 - 誘電体ブロックの外面に導電体膜を形成した誘電体導波管型フィルタにおいて、
誘電体ブロックの外面に前記導電体膜から絶縁された端子電極を形成し、前記誘電体ブロックの内部に、略直線状に延びる孔と、これに交わる孔とから構成される孔を形成するとともに、当該孔の内面に、前記略直線状に延びる孔の一方端が前記端子電極に接続され、他方端が孔の内部で開放され、前記交わる孔の端部が前記導電体膜に接続された結合用電極を形成したことを特徴とする誘電体導波管型フィルタ。 - 前記誘電体ブロックに、該誘電体ブロックの長手方向を区分する節となる、内面に導電体膜を形成した溝を設けて、複数段の共振器を構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体導波管型フィルタ。
- 請求項１，２，３のいずれかに記載された誘電体導波管型フィルタの前記孔の内面に形成された結合用電極を部分的に削除することによって、外部回路との結合量を調整することを特徴とする誘電体導波管型フィルタの特性調整方法。
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