JP3639433B2

JP3639433B2 - 誘電体フィルタおよびアンテナ共用器

Info

Publication number: JP3639433B2
Application number: JP17189898A
Authority: JP
Inventors: 守章上野; 秀幸高橋; 賢児清水
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: JP2000013107A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯域透過フィルタあるいはセルラ基地局用の送信信号・受信信号共用器（Duplexer）などの電子機器に使用して好適な誘電体フィルタ及びアンテナ共用器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の誘電体フィルタとして図２０と図２１に示すように、箱型のシールドケース２０１の内部に円柱状の共振器２０２を必要個数整列配置した構造の誘電体フィルタ２０３が知られている。この誘電体フィルタ２０３に内臓されている複数の共振器２０２は、シールドケース２０１の底板上に設けられた支持ブロック２０５によって個々にシールドケース２０１の内部空間に浮かせた状態で支持されている。また、シールドケース２０１の一端部側に入力結合素子２０６と入力端子２０７とが設けられ、該入力結合素子２０６と共振器２０２との間に初段の同軸共振器２０８が設けられるとともに、シールドケース２０１の他端部側に出力結合素子２０９と出力端子２１０とが設けられ、該出力結合素子２０９と共振器２０２との間に終段の同軸共振器２１１が設けられている。
【０００３】
図２０と図２１に示す従来構造の誘電体フィルタ２０３は、円柱型の共振器２０２・・・を導波管の役目をなすシールドケース２０１の内部に設けた構造であり、図２２の２点鎖線に示すように初段の入力結合素子２０６とそれに隣接する同軸共振器２０８を電磁界結合させることができ、更に他の共振器２０２も順次電磁界結合させることで電磁界的な主結合を構成することができる結果、誘電体フィルタの機能を奏する。
【０００４】
また、図２０と図２１に示すシールドケース２０１の内部に配列された複数の共振器２０２のうちの離間したものどうしを副結合素子２１２ａを備えた伝送線路２１２で接続して副結合することにより電磁気的に副次結合させ、有極形誘電体フィルタを構成することができ、前述の電磁界的主結合を経て終段の共振器に至る信号の位相と、前記電磁界的な副次結合を経て終段の共振器に至る信号の位相を互いに逆相とすることができる。
【０００５】
次に、図２０と図２１に示す従来構造の誘電体フィルタ２０３を応用した誘電体共振器の他の構造例として、図２３に示すように２列に配列された６個の共振器２０２を備えたシールドケース２１３の内部に共振器２０２・・・を列毎に仕切る仕切部材２１４を設け、仕切部材２１４の端部に結合窓２１４ａを設けて共振器２０２・・・を平面視コ字型に配置し、このシールドケース２１３の一端の入力側２１３ａから出力側２１３ｂにかけて入力端子２０７と入力結合素子２０６と同軸共振器２０８と共振器２０２・・・と同軸共振器２１１と出力結合素子２０９と出力端子２１０とを順次設けた構造の誘電体共振器２１５が知られている。
この構造の誘電体共振器２１５にあっては、平面視コ字型に配置された共振器２０２・・・が形成する電磁界的な主結合に対し、窓部２１７を介して隣接する共振器２０２、２０２が電磁気的に副次結合するので、図２０と図２１に示す誘電体フィルタ２０３の構造よりも副次結合のための回路を簡略化できる特徴を有していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２３に示す誘電体共振器２１５を誘電体フィルタとして用いた場合の減衰量の周波数特性を図２４に示す。
図２４に示すように減衰量の周波数特性は所定の範囲において一定の減衰量帯域を示し、この範囲を透過帯として、その透過帯以外は急激に減衰量が増加する等脚台形型の曲線を示し、前記透過帯以外で減衰量が急激に増加する領域には符号２１９で示すトラップと称される減衰量の特異領域が生成するものであった。このトラップ２１９が生じるということは帯域フィルタとして見た場合に信号減衰の切れが良くなることを意味するので帯域フィルタとしては好ましいものであると考えられる。
【０００７】
ところが、前記図２３に示す構造の誘電体共振器２１５は通常ＴＥモードの共振器として知られているが、この誘電体共振器２１５をＴＭモードの共振器として使用すると、主結合の回路と副次結合の回路が同相になっていしまい、透過帯域の外側に前述のトラップ２１９を生じない、いわゆる信号の切れの悪い減衰曲線となってしまう問題があった。
【０００８】
よって本発明の課題は、ＴＭモードとして用いてもトラップを伴う良好な信号減衰効果を発揮させることができる誘電体フィルタを提供することにある。
また、このような誘電体フィルタを用いることで信号減衰能力の優れたアンテナ共用器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の誘電体共振器は、導電性のケースの内部に複数の誘電体ブロックが個々に前記ケースに電気的に接続した状態で少なくとも２列並列収容され、隣接する２列を構成する前記複数の誘電体ブロックが列方向に千鳥状に配置され、前記各誘電体ブロックが前記ケースの内部で互いに導電性の仕切部材で仕切られ、列に沿って並ぶ前記誘電体ブロック同士を電磁気的に結合させる主結合路を生成させる主結合手段が付設され、更に前記主結合路により生じる磁界を打ち消すトラップ結合を生じさせる副次結合手段が隣接する列同士の間の近接する誘電体ブロック同士の間に位置する前記仕切部材に設けられてなることを特徴とする。
【００１０】
前述の構造のごとく誘電体ブロックを２列以上千鳥状に並列して導電性のケース内に設けた構造により、列に沿って並ぶ誘電体ブロックに沿う電磁界的な主結合を生じさせると同時に、隣接する列どうしの間の近接する誘電体ブロックどうしの間に電磁界的な副次結合を生じさせることで、電磁界的な主結合に対して逆相となる副次結合によって透過帯域の外側にトラップを有する切れの良い減衰曲線をＴＭモードの場合でも発揮する。
【００１１】
前記副次結合を生じさせる手段の一例として、誘電体ブロックの列を仕切る仕切部材に副次結合用の結合窓を設けても良く、副次結合を生じさせる誘電体ブロック同士を導体で電気的に接合しても良い。
誘電体ブロックの列を仕切る仕切部材に副次結合用の結合窓を設けることにより、透過帯域の高周波側にトラップを有する誘電体フィルタを提供することができ、副次結合を生じさせる誘電体ブロック同士を導体で電気的に接合することにより、透過帯域の低周波側にトラップを有する誘電体フィルタを提供することができる。
【００１５】
更に本発明のアンテナ共用器は、先に記載の結合窓を用いて副次結合を生じさせる構成の誘電体フィルタを低周波側フィルタ素子とし、導体を用いて誘電体ブロック同士を接続することで副次結合を生じさせる構成の誘電体フィルタを高周波側のフィルタ素子として両フィルタ素子を並設してなることを特徴とする。
結合窓を用いて副次結合を生じさせる誘電体フィルタにあっては通過帯域の高周波域側にトラップが生じ、導体を用いて副次結合を生じさせる誘電体フィルタにあっては通過帯域の低周波域側にトラップが生じるとともに、両誘電体フィルタにおける透過帯域がずれるので、両者を結合することでトラップを有する減衰量の周波数特性を備える優れたアンテナ共振器を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
図１ないし図３は本発明の誘電体フィルタの第１実施形態を示すもので、図１と図２は斜視図、図３は内部構造を示す断面図である。
本実施形態の誘電体フィルタ３０は、金属板を薄型の箱状に組み立ててなるケース３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９を底板３１上に２列に配列して概略構成されている。この形態において底板３１の上では、ケース３２、３３、３４、３５がこれらの順に配置されて第１の列が構成され、ケース３６、３７、３８、３９がこれらの順に配置されて第２の列が構成されているが、第１の列のケース３２、３３、３４、３５と第２の列のケース３６、３７、３８、３９は各ケースの幅の半分程度を位置ずれさせて互い違いに、即ち全体的には列方向に沿って千鳥状に配列されている。
【００１７】
図４は前述のケース３２〜３９が固定される底板３１の平面形状を示す。この底板３１には前述の複数のケースを装着するために各ケースの取付位置の外郭位置に溝孔３１ａと取付孔３２Ｆが複数形成されるとともに、各ケースの取付位置の中央部に位置するように丸型の透孔３１Ａが形成されている。前記溝孔３１ａは、ケース３２とケース３６との境界位置と、ケース３３とケース３７との境界位置と、ケース３４、３５とケース３８との境界位置とにそれぞれ形成されるとともに、更にケース３２、３３の境界位置と、ケース３３、３４の境界位置と、ケース３４、３５の境界位置と、ケース３５、３９の境界位置と、ケース３９、３８の境界位置と、ケース３８、３７の境界位置と、ケース３７、３６の境界位置のそれぞれに形成されている。また、取付孔３２Ｆは、底板３１の周縁部に沿って配置されており、ケース３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９の各コーナ部分に位置するように配置されている。
【００１８】
また、透孔３１Ａは前記第１の列と第２の列に沿ってそれぞれ４個ずつ形成され、これらの透孔３１Ａ・・・は列方向に沿って千鳥状に形成されている。なお、透孔３１Ａの直径は、後述する誘電体ブロック４５の直径よりも若干（数ｍｍ程度）小さくされている。なおまた、本実施形態では１枚の底板３１上に複数のケース３２〜３９を並べた構造を採用したが、底板３１をケース毎に区切った複数の底板から構成し、それらの底板同士を半田付け等の接合手段で接合して誘電体フィルタを構成しても良いのは勿論である。
【００１９】
第１の列の１番目のケース３２を図５に示すが、このケース３２は、天板３２ａとこの天板３２ａの周辺部から延設された４つの側壁部３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅとからなり、４つの側壁部３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅを天板３２ａに対してほぼ直角に折り曲げ、各側壁部の接する部分を半田付けなどの接合手段により接合して一体化されている。また、天板３２ａには平面Ω型の透孔４０が、その丸孔部４０ａを隣接するケース３３側に向けて天板３２ａの中央部に位置させ、丸孔部以外の胴部４０ｂを隣接するケース３３側と反対側に向けて形成され、該ケース３３側に位置する側壁部３２ｄの中央部には主結合窓（主結合手段）４１が形成されるとともに、側壁部３２ｄに対向する側の側壁部３２ｂの中央部には入力側の端子部４２が形成されている。
【００２０】
ケース３２はそれらの側壁部の下端部に形成された複数の係止凸部３２ｆを図４に示す底板３１の溝孔３１ａあるいは取付孔３２Ｆに嵌合し、ケース３２の各側壁部の下端部を底板３１に半田付けして固定されている。なお、本実施形態においてケース３２の各部分は鋼板等の導電性の金属板を折り返して構成されているが、銀等の導電性の高い金属をメッキで着けることもある。なおまた、本実施形態において、天板３２に形成された丸孔部４０ａの直径は前述の底板３１の透孔３１Ａの直径と同一にされているが、同一の直径でなくとも差し支えない。
【００２１】
次に、ケース３２の内部中央には誘電体ブロック４５（全体形状は図２を参照）が収容されている。
この誘電体ブロック４５は、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃系などの誘電材料からなるセラミック製の背の低い円柱体からなる。また誘電体ブロック４５の上端面および下端面には、それぞれ導電性ペーストを塗布して焼き付けるなどして電極層４５ａ、４５ｂが形成されている。
そして、誘電体ブロック４５の上端の電極層４５ａはケース３２の天板３２ａの内面に天板３２ａの透孔４０の丸孔部４０ａに位置合わせして、更に、誘電体ブロック４５の下端の電極層４５ｂは底板３１の上面に底板３１の透孔３０Ａに位置合わせして、クリーム半田や導電性ペーストを用いてそれぞれ接着固定されており、かつ電気的に接続されている。詳細には、誘電体ブロック４５の電極層４５ａの周縁部分と天板３２ａとの接触部分周り、あるいは、電極層４５ｂの周縁部分と底板３１との接触部分周りの部分に半田を盛るか、導電性ペーストを焼き付けて電気的に接合されている。
【００２２】
更に、誘電体ブロック４５の下端側の電極層４５ｂが底板３１の透孔３１Ａに位置合わせされ、上端側の電極層４５ａがケース３２の透孔４０の丸孔部４０ａに位置合わせされているが、誘電体ブロック４５の直径は底板３１の透孔３１Ａの内径よりも若干大きく形成されるとともに、ケース３２の透孔４０の丸穴部分の内径よりも若干大きく形成されているので、誘電体ブロック４５はケース３２の天板３２ａと底板３１との間に挟まれた状態とされている。
【００２３】
この誘電体ブロック４５の電極層４５ａ、４５ｂとケース３２との電気的接続は、金属板と電極層を接触させることで電気的に容易に接続できるので、導電性ペーストや半田等の接合手段を特に用いなくとも構わないが、ケースと誘電体ブロックとの作成精度の関係で物理的に隙間を生じるおそれもあるのでクリーム半田や導電性ペースト等を用いて電気的に接合しておくことが確実な電気的接続を行う上で好ましい。
更に、ケース３２の透孔４０の胴部４０ｂはビス等で着脱自在に装着された蓋体４８で覆われている。この蓋板４８はケース３２の内部に別途設けられる図示略のヘリカル共振器を調整するためのものである。
【００２４】
図６に第１の列の２番目に設けられるケース３３を示す。このケース３３はケース３２と同様な鋼板等の金属板の折り返し構造からなる薄型の箱状であり、天板３３ａと側壁部３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅを有し、側壁部の下端部に係止凸部３３ｆ・・・が形成されていて、天板３３ａにほぼ直角に折曲された側壁部どうしの接触部分は半田付けされて薄型の箱状に組み付けられ、側壁部３３ｂと３３ｄの中央部には主結合窓（主結合手段）５０が形成され、天板３３ａの中央部に丸型の透孔５１が形成されている。
【００２５】
このケース３３は一方の主結合窓５０を底板３１上の前述のケース３２の主結合窓４１に連続させて底板３１に取り付けられている。このケース３３においても先のケース３２と同様に底板３１の溝孔３１ａあるいは取付孔３２Ｆに対して係止凸部３３ｆを嵌合し、各側壁部の下端部を底板３１に半田や導電ペーストで接合することで固定され、その内部中央に先のケース３２の場合と同様に誘電体ブロック４５が固定されている。
【００２６】
図７に第１の列の３番目に設けられるケース３４を示す。このケース３４はケース３３と同様な金属板の折り返し構造からなる薄型の箱状であり、天板３４ａと側壁部３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅを有し、各側壁部の下端部に係止凸部３４ｆ・・・が形成されていて、天板３４ａにほぼ直角に折曲された側壁部どうしの接触部分は半田付けされて薄型の箱状に組み付けられ、側壁部３４ｂと３４ｄの中央部には主結合窓（主結合手段）５２が形成され、天板３４ａの中央部に丸型の透孔５３が形成されている。また、ケース３４の側壁部３４ｃにおいてそれに隣接する側壁部３４ｂ側の端部には副次結合窓（副次結合手段）５４が形成されている。
【００２７】
このケース３４は一方の主結合窓５２を底板３１上の前述のケース３３の主結合窓５０に連続させ、副次結合窓５４を第２の列側に向けて底板３１に取り付けられている。このケース３４においても先のケース３３と同様に底板３１の溝孔３１ａあるいは取付孔３２Ｆに対して係止凸部３４ｆを嵌合し、側壁部の下端部を底板３１に半田付けすることで固定され、その内部中央にケース３２の場合と同様に誘電体ブロック４５が固定されている。
【００２８】
図８に第１の列の４番目に設けられるケース３５を示す。このケース３５はケース３４と同様な鋼板等の金属板の折り返し構造からなる薄型の箱状であり、天板３５ａと側壁部３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅを有し、側壁部の下端部に係止凸部３５ｆ・・・が形成されていて、天板３５ａにほぼ直角に折曲された側壁部どうしの接触部分は半田付けされて薄型の箱状に組み付けられ、側壁部３５ｂの中央部には主結合窓（主結合手段）５５が形成され、側壁部３５ｃにおいて側壁部３５ｄ側の部分に主結合窓（主結合手段）５６が形成され、天板３５ａの中央部に丸型の透孔５７が形成されている。
【００２９】
このケース３５は主結合窓５５を底板３１上のケース３４の主結合窓５２に連続させ、主結合窓５６を第２の列側に向けて底板３１に取り付けられている。このケース３５においても先のケース３４と同様に底板３１の溝孔３１ａあるいは取付孔３２Ｆに対して係止凸部３５ｆを嵌合し、側壁部の下端部を底板３１に半田付けすることで固定され、その内部中央に誘電体ブロック４５が先のケース３２の場合と同様に固定されている。
【００３０】
図９に第２の列の４番目に設けられるケース３９を示す。このケース３９はケース３５と同様な鋼板等の金属板の折り返し構造からなる薄型の箱状であり、天板３９ａと側壁部３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅを有し、各側壁部の下端部に係止凸部３９ｆ・・・が形成されていて、天板３９ａにほぼ直角に折曲された側壁部どうしの接触部分は半田付けされて薄型の箱状に組み付けられ、側壁部３９ｂの中央部には主結合窓（主結合手段）６０が形成され、側壁部３９ｅにおいて側壁部３９ｂ側の部分に主結合窓（主結合手段）６１が形成され、天板３９ａの中央部に丸型の透孔６７が形成されている。
【００３１】
このケース３９は主結合窓６１を底板３１上の第１の列のケース３５の主結合窓５６に連続させて底板３１に取り付けられている。このケース３９においてもケース３２の場合と同様に底板３１の溝孔３１ａあるいは取付孔３２Ｆに対して係止凸部３９ｆを嵌合し、側壁部の下端部を底板３１に半田付けすることで固定され、その内部中央に誘電体ブロック４５が固定されている。
【００３２】
次に第２列目の３番目に設けられるケース３８は先に説明した図６に示すケース３３と略同一形状とされ、ケース３８の両側壁部に設けられている図３に示す主結合窓（主結合手段）６２の一方を先のケース３９の主結合窓６０に連続させて底板３１上に先に説明のケース３３と同様に固定され、その内部中央に誘電体ブロック４５が固定されている。
【００３３】
図１０に第２の列の第２番目に設けられるケース３７を示す。このケース３７は他のケースと同様な金属板の折り返し構造からなる薄型の箱状であり、天板３７ａと側壁部３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅを有し、側壁部の下端部に係止凸部３７ｆ・・・が形成されていて、天板３７ａにほぼ直角に折曲された側壁部どうしの接触部分は半田付けされて薄型の箱状に組み付けられ、側壁部３７ｂ、３７ｄの中央部には主結合窓（主結合手段）６３が形成され、側壁部３７ｅにおいて側壁部３７ｂ側の部分に副次結合窓（副次結合手段）６５が形成され、天板３７ａの中央部に丸型の透孔６６が形成されている。
【００３４】
このケース３７は一方の主結合窓６３を底板３１上の先のケース３８の主結合窓６２に連続させ、副次結合窓６５を第１の列のケース３４の副次結合窓５４と連通させて底板３１に取り付けられている。このケース３７においても先のケース３２の場合と同様に底板３１の溝孔３１ａあるいは取付孔３２Ｆに対して係止凸部３７ｆを嵌合し、各側壁部の下端部を底板３１に半田付けすることで固定され、その内部中央に誘電体ブロック４５が固定されている。
【００３５】
次に第２の列の１番目に設けられるケース３６は先に説明した通り第２の列のケース３２と略同一形状とされていて、図２に示す天板３６ａと側壁部３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅを有し、側壁部３６ｅの中央部に設けられた主結合窓６８を底板３１上の先のケース３７の主結合窓６３に連続させて他のケースと同等の手段により底板３１上に取り付けられ、その内部中央に誘電体ブロック４５が固定されている。
【００３６】
以上説明の如くケース３２、３３、３４、３５とケース３６、３７、３８、３９がそれぞれ列をなして底板３１上に固定されていて、図３に示すように各ケースに形成されている主結合窓（主結合手段）４１、５０、５０、５２、５２、５５、５６、６１、６０、６２、６２、６３、６３、６８が底板３１の上面上をコ字型の平面折り返し状態に連続され、各ケース内の誘電体ブロック４５・・・が電磁界結合をなした場合に電磁気的な主結合ループを構成できるように構成されている。従って本実施形態において誘電体ブロック４５・・・による主結合ループを形成する主結合手段は、主結合窓４１〜６８が構成する。また、各誘電体ブロック４５を個々に仕切る仕切部材は個々のケース３２〜３９の各側壁部が構成する
。
【００３７】
また、ケース３４に形成された副次結合窓５４とケース３７に形成された副次結合窓６５は連通されていて、ケース３４内の誘電体ブロック４５とケース３７内の誘電体ブロック４５とが電磁気的に副次結合できるように構成されている。従って本実施形態において副次結合窓５４、６５が副次結合手段を構成する。
ところで本実施形態の誘電体フィルタ３０において各ケース３２〜３９の側壁部には各々ネジ孔２９Ａが２個ずつ形成され、これらのネジ孔２９Ａ・・・のうちのいくつかには周波数調整用のネジ２９が螺入されるとともに、ケース３４とケース３７の境界部分に形成されたネジ孔２８Ａにねじ込まれたネジ２８は副次結合周波数調整用のネジである。
【００３８】
次に前述のように構成された誘電体フィルタ３０の作用効果について以下に説明する。
図１に示す構成の誘電体フィルタ３０にあっては、各ケースに収容されている円柱状の誘電体ブロック４５が個々に共振器を構成するので、各誘電体ブロック４５の中心軸方向が電界の方向となると、磁界の向きは誘電体ブロック４５の周方向となる。また、誘電体フィルタ３０に設けられている誘電体ブロック４５の磁界の向きは、主結合する方向に沿って並ぶ誘電体ブロック４５において図３の矢印に示すように互いに隣接する誘電体ブロック４５同士で異なる向き、即ち時計回りか反時計回りとなる。
【００３９】
この形態の誘電体フィルタ３０の等価回路を図１１に示す。ケース３２とその内部の誘電体ブロック４５と底板３１で誘電体共振器３２Ｅが構成され、ケース３３とその内部の誘電体ブロック４５と底板３１で誘電体共振器３３Ｅが構成され、ケース３４とその内部の誘電体ブロック４５と底板３１で誘電体共振器３４Ｅが構成され、ケース３５とその内部の誘電体ブロック４５と底板３１で誘電体共振器３５Ｅが構成され、ケース３６とその内部の誘電体ブロック４５と底板３１で誘電体共振器３６Ｅが構成され、ケース３７とその内部の誘電体ブロック４５と底板３１で誘電体共振器３７Ｅが構成され、ケース３８とその内部の誘電体ブロック４５と底板３１で誘電体共振器３８Ｅが構成され、ケース３９とその内部の誘電体ブロック４５と底板３１で誘電体共振器３９Ｅが構成される。
これらの誘電体共振器３２Ｅ〜３９Ｅは電磁気的に主結合するが、誘電体共振器３４Ｅと誘電体共振器３８Ｅは電磁気的に副次結合する。
【００４０】
図１２にこの形態の誘電体フィルタ３０における位相角の周波数特性と伝送特性を示す。この図から、誘電体共振器３２Ｅ〜３９Ｅが構成する主結合をなす主伝送路の位相角の周波数特性と、誘電体共振器３４Ｅと３８Ｅが構成する副次結合をなす副伝送路の位相角の周波数特性から、誘電体フィルタとしての減衰量の周波数特性が矩形波に近い等脚台形型となり、その高周波領域において主伝送路の伝送量と副次伝送路の伝送量が等量で逆位相となるので高周波域側に減衰量のトラップを生じることが容易に理解できる。
【００４１】
従ってこの実施形態の誘電体フィルタ３０によれば、受信周波帯域の透過帯域幅が比較的広く、送信周波数帯域の減衰量が極めて大きいとともに、透過帯域の挿入損失が少なく、更に透過帯域の外側にトラップを有する周波数切れの良いＴＭモードのフィルタを得ることができる。
【００４２】
ところで、本実施形態の誘電体フィルタ３０において、誘電体共振器３２Ｅ〜３９Ｅ内の電流が流る経路は、誘電体ブロック４５、誘電体ブロック上端の電極層４５ａ、各々のケースの天板、側壁部、底板、誘電体ブロック下端の電極層４５ｂ、誘電体ブロック４５の順、あるいはその逆の順序に電流が循環する。
そして、本実施形態の誘電体共振器のケースにあっては、金属板どうしが接合されてなる側壁部の辺部分はいずれも電流の流れる方向に沿っており、電流の流れに直交する方向に接合辺はない。従って、各誘電体共振器３２Ｅ〜３９Ｅ内を流れる電流に対する接合辺の影響は小さく、接合辺に起因する電気抵抗増加は低減される結果、Ｑ値が向上し、誘電体共振器としての特性は向上する。
【００４３】
ここで、誘電体ブロックの上端の電極層および下端の電極層における電流の流れは、ほとんどが表面に沿って流れ、周波数が高くなるほど表面を流れ易くなることが知られている（表皮効果）。例えば、周波数１ＧＨｚの場合、電流は表面の厚さ２μｍ程度の部分を流れる。従って本実施形態のように各ケースの天板および底板に透孔が形成され、誘電体ブロック４５の上端の電極層４５ａと下端の電極層４５ｂの縁部のみがケースと接合されている構成としても、電流の流れに悪影響はない。
【００４４】
図１３は本発明に係る誘電体フィルタの第２実施形態の要部を示す断面図である。
この第２実施形態の誘電体フィルタ７０の構造において、第１実施形態の構造と異なるのは、誘電体共振器３４Ｆを構成するケース３４の側壁部３４ｃに設けられていた第１実施形態の副次結合窓５４を省略し、誘電体共振器３７Ｆの側壁部３７ｅに設けられていた第１実施形態の副次結合窓６５を省略し、代わりにケース３４の側壁部３４ｃに透孔３４ｇをケース３７の側壁部３７ｅに透孔３７ｇを形成し、これらの透孔３４ｇ、３７ｇを通過するリード線などの導体７１を設け、導体７１の一端部をケース３４内の誘電体ブロック４５の上端の電極層４５ａに半田付けにより接続し、導体７０の他端部をケース３７内の誘電体ブロック４５の下端の電極層４５ｂに半田付けにより接続し、導体７１が通過する透孔３４ｇ、３７ｇ部分とその周囲を樹脂材などの隙間埋め材７２で封じて構成されている。
この第２実施形態におけるその他の構成は先に説明した第１実施形態の構成と同等である。
【００４５】
この第２実施形態の誘電体フィルタ７０においても誘電体共振器３４Ｆと誘電体共振器３７Ｆを副次結合させることができる。
ただしこの第２実施形態の誘電体フィルタ７０にあっては、図１４に示すような位相角の周波数特性と減衰量の周波数特性が得られる。
この図１４に示す周波数特性から、誘電体共振器３２Ｅ、３３Ｅ、３４Ｆ、３５Ｅ、３９Ｅ、３８Ｅ、３７Ｆ、３６Ｅが構成する主結合をなす主伝送路の位相角の周波数特性と、誘電体共振器３４Ｆと３７Ｆが構成する副次結合をなす副伝送路の位相角の周波数特性から、誘電体フィルタとしての減衰量の周波数特性が台形型となり、低周波領域において主伝送路の伝送量と副次伝送路の伝送量が同量で逆位相となるので低周波域側に減衰量のトラップを生じることが分る。
従って第２実施形態の構造においても減衰量の低周波域側にトラップを有する優れた誘電体フィルタを得ることができる。
【００４６】
図１５は、先に説明した第１実施形態の誘電体フィルタ３０と第２実施形態の誘電体フィルタ７０を同軸ケーブル等の導体８４、８５で接続して構成されたアンテナ共用器９０を示す。誘電体フィルタ３０の入力端子４２と誘電体フィルタ７０の入力端子４２とを導体８４、８５で接続し、接続点８６にアンテナからの入力部９１が設けられるとともに、誘電体フィルタ３０の出力端子４３に第１出力部８２が接続され、誘電体フィルタ７０の出力端子４３に第２出力部８３が接続されて構成されている。
【００４７】
第１実施形態の誘電体フィルタ３０の減衰量の周波数特性と第２実施形態の誘電体フィルタ７０の減衰量の周波数特性を比較すると、後述する実施例から明らかなように、誘電体フィルタ３０の透過帯域は誘電体フィルタ７０の透過帯域よりも低周波域側に位置し、誘電体フィルタ７０の透過帯域は誘電体フィルタ３０の透過帯域よりも高周波域側に位置し、誘電体フィルタ３０の減衰量にトラップを生じる帯域と誘電体フィルタ７０の減衰量にトラップを生じる帯域はほぼ同じであるので、誘電体フィルタ３０と誘電体フィルタ７０を用いて図１５に示すように接続することでアンテナ共用器９０を得ることができる。
【００４８】
この実施形態のアンテナ共用器９０では、低域側の誘電体フィルタ３０の入力側の端子部４２に同軸ケーブル８５を接続し、誘電体フィルタ３０の高域側減衰域の周波数におけるインピーダンス位相を変化させて接続点８６から誘電体フィルタ３０の方を見たインピーダンスを無限大にする。このとき、誘電体フィルタ３０の高域側減衰域の周波数は、高域側フィルタ７０の通過帯の周波数であるので、この周波数においては、接続点８６には低域側フィルタ３０は接続されていないかのようにふるまう。また、高域側誘電体フィルタ７０の入力側の端子部４２に同軸ケーブル８４を接続することにより、高域側の誘電体フィルタ７０の低域側減衰域、即ち、低域側フィルタ３０の通過帯の周波数で接続点８６では高域側の誘電体フィルタ７０は接続されていないかのようにふるまう。このようにしてアンテナ共用器として動作する。
【００４９】
図１６は本発明に係る誘電体フィルタの第３実施形態の構造を示す分解斜視図である。
この第３実施形態の誘電体フィルタは、５段構造のものであり、導電性の金属板からなる底板１０２と天板１０３との間に平面略凸字型の金属製の枠体１０５を設け、この枠体１０５内に誘電体ブロック１０６を５個収容して構成されている。
誘電体ブロック１０６は先の第１実施形態の誘電体ブロック４５と同様に上端面と下端面に電極層が形成されている。
【００５０】
枠体１０５は、平面略長方形状をなして第１の列の２個の誘電体ブロック１０６、１０６を収容する第１の収容部１０７と、平面略長方形状をなして第１の収容部１０７に並設され第２の列の２個の誘電体ブロック１０６、１０６を収容する第２の収容部１０８とを有し、更に、第１の収容部１０７と第２の収容部１０８の端部に接続して設けられ１個の誘電体ブロック１０６を収容した第３の収容部１０９を有して構成されている。
【００５１】
この形態の構造において第１の収容部１０７と第２の収容部１０８は互いの側部壁を共用化して一体とされ、第１の収容部１０６と第２の収容部１０７と第３の収容部１０９との境界部分も共用化して一体化されている。この形態の構造において共用化された枠体１０７、１０８の側壁部が第１の列の誘電体ブロック１０６、１０６と第２の列の誘電体ブロック１０６、１０６を仕切る仕切部材を構成する。また、第１の列の誘電体ブロック１０６、１０６と第２の列の誘電体ブロック１０６、１０６は列方向に沿って同一位置に配置され、第３の収容部１０９の誘電体ブロック１０６は第１の列の誘電体ブロック１０６、１０６の列方向延長位置と第２の列の誘電体ブロック１０６、１０６の延長位置との中間位置に配置されている。
【００５２】
次に、第１の収容部１０７において２個の誘電体ブロック１０６を仕切る中間位置に仕切板１１０が設けられ、この仕切板１１０の中央部には主結合窓（主結合手段）１１１が形成されていて誘電体ブロック１０６、１０６が電磁気的に主結合できるように構成されるとともに、第２の収容部１０８において２個の誘電体ブロック１０６を仕切る位置に仕切板１１２が設けられ、この仕切板１１２の中央部には主結合窓（主結合手段）１１３が形成されていて、誘電体ブロック１０６、１０６が電磁気的に主結合できるように構成されている。
【００５３】
また、第１の収容部１０７と第３の収容部１０９との間の部分には枠体の一部を切り欠いて形成した主結合窓（主結合手段）１１５が形成されていて第１の収容部１０７の端部の誘電体ブロック１０６と第３の収容部１０９の誘電体ブロック１０６とが電磁気的に主結合できるように構成されるとともに、第２の収容部１０８と第３の収容部１０９との間の部分には枠体の一部を切り欠いて形成した主結合窓（主結合手段）１１６が形成されていて第３の収容部１０９の誘電体ブロック１０６と第２の収容部１０７の端部の誘電体ブロック１０６とが電磁気的に主結合できるように構成されている。従ってこの実施形態において主結合窓１１１、１１５、１１６、１１３が主結合手段とされている。
【００５４】
更に、第１の収容部１０７の誘電体ブロック１０６、１０６のうち、第３の収容部１０９側の誘電体ブロック１０６と、第２の収容部１０８の誘電体ブロック１０６、１０６のうち、第３の収容部１０９側の誘電体ブロック１０６との間の枠体部分には、枠体の一部を切り欠いて副次結合窓（副次結合手段）１１７が形成されていて、この副次結合窓１１７を介して第１の収容部１０７の誘電体ブロック１０６と第２の収容部１０８の誘電体ブロック１０６とが電磁気的に副次結合できるように構成されている。従ってこの実施形態において副次結合窓１１７が副次結合手段とされている。
【００５５】
なお、図１６に示す第３の実施形態の構造においては、第１の収容部１０７と第２の収容部１０８と第３の収容部１０９の境界壁を共用化しているが、各収容部を第１または第２実施形態の構造の如く誘電体ブロック毎にこれらを囲む導電体からなる箱状に形成し、これらの箱状の収容部を結合して構成しても良いのは勿論である。
【００５６】
次に、第１の収容部１０７において第３の収容部側に対する反対側には入力端子部１２０が形成され、この入力端子部１２０と誘電体ブロック１０６との間にはヘリカル共振器１２１が設けられるともに、第２の収容部１０８において第３の収容部側に対する反対側には入力端子部１２２が形成され、この入力端子部１２２と誘電体ブロック１０６の間にはヘリカル共振器１２３が設けられている。以上の構成に加え、天板１０３は枠体１０５の上面に対して複数のビス１２５により固定されて第３実施形態の誘電体フィルタが構成されている。
【００５７】
図１６に示す構造の誘電体フィルタは、第１の収容部１０７の２つの誘電体ブロック１０６、１０６と、第３の収容部１０５の誘電体ブロック１０６と第２の収容部１０８の誘電体ブロック１０６、１０６が順次電磁気的に主結合するとともに、副次結合窓１１７を介して第１の収容部１０７の誘電体ブロック１０６と第２の収容部１０８の誘電体ブロック１０６とが電磁気的に副次結合する結果、誘電体フィルタとしてのフィルタ機能を奏する。
【００５８】
また、第１の収容部１０７の第１の誘電体ブロック１０６における磁界の向きが誘電体ブロック１０６の上面に沿って反時計方向周りであるとすると、第２番目の誘電体ブロック１０６における磁界の向きは時計方向になり、第３の収容部１０９の誘電体ブロック１０６における磁界の向きは反時計方向になり、第２の収容部１０８の第２番目の誘電体ブロック１０６における磁界の向きは時計方向になり、第２の収容部１０８の第１番目の誘電体ブロック１０６における磁界の向きは反時計方向になる。即ち、主結合方向に隣接する誘電体ブロック１０６毎に磁界の向きは順次方向が変換されて方向が異なるようになる。
従って第１の実施形態の誘電体フィルタ３０と同様にトラップを有する減衰量の周波数特性を示す誘電体フィルタを得ることができる。
【００５９】
図１７は本発明に係る誘電体フィルタの第４実施形態の構造を示す分解斜視図である。
この第４実施形態の誘電体フィルタは、先に説明した実施形態の誘電体フィルタと基本構造はほぼ同等であるが、内部に誘電体フィルタ１０６を７個収容した７段構造とされたもので、導電性の金属板からなる底板１３２と天板１３３との間に平面略凸字型の金属製の枠体１３５を設け、この枠体１３５内に誘電体ブロック１０６を７個収容して構成されている。
この第４実施形態の構造は先の第３実施形態の構造とほぼ同等であり、符号１３７は誘電体ブロック１０６を３個収容した第１の収容部、符号１３８は誘電体ブロック１０６を３個収容した第２の収容部、１３９は１個の誘電体ブロック１０６を収容した第３の収容部である。また、この実施形態において枠体１３５において第１の収容部１３７の側壁部と第２の収容部１３８の側壁部が共用化されているが、この共用化された側壁部が第１の列の誘電体ブロック１０６・・・と第２の列の誘電体ブロック１０６・・・を仕切る仕切部材とされている。
【００６０】
更に符号１４０は第１の収容部１３７の内部の誘電体ブロック１０６を仕切る仕切板、１４１は仕切板１４０に形成された主結合窓（主結合手段）、１４２は第２の収容部１３８の内部の誘電体ブロック１０６とを仕切る仕切板、１４３は仕切板１４２に形成された主結合窓（主結合手段）、１４５は第１の収容部１３７と第３の主要部１３９との境界部分に設けられた主結合窓、１４６は第３の収容部１３９と第２の収容部１３２との境界部分に設けられた主結合窓（主結合手段）、１４７は第１の列の中央の誘電体ブロック１０６と第２の列の中央の誘電体ブロック１０６との境界部分の枠体に設けられた副次結合窓（副次結合手段）をそれぞれ示す。従ってこの実施形態において、主結合窓１４１、１４１、１４５、１４６、１４３、１４３が主結合手段とされ、副次結合窓１４７が副次結合手段とされている。
【００６１】
図１７に示す７段の誘電体フィルタにおいても先の形態の５段の誘電体フィルタと同様に誘電体ブロック毎に交互に磁界の向きを時計回りか反時計周りにすることができ、誘電体ブロック１０６・・・どうしの電磁界的な主結合に加えて副次結合窓１４７を介する誘電体ブロック１０６どうしの間に電磁界的な副次結合を生じさせて誘電体フィルタとしての機能を奏し得ることができる。
従って第１の実施形態の誘電体フィルタ３０と同様にトラップを有する減衰量の周波数特性を示す誘電体フィルタを得ることができる。
【００６２】
【実施例】
「実施例１」
図１に示す第１実施形態の構造の誘電体フィルタを組み立てて減衰量の周波数特性を測定した。厚さ０.５ｍｍの鋼板からなる底板を用い、第１の列に沿う底板部分の長さを１２３ｍｍ、幅を３０ｍｍに設定し、底板に形成した透孔の内径を１２ｍｍに設定し、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃からなる円柱状の誘電体ブロック（直径１７ｍｍ、高さ１０ｍｍ）を８個用い、各誘電体ブロックを囲むケース（縦幅２６ｍｍ、横幅２８ｍｍ、高さ１１.５ｍｍ）を厚さ０.３ｍｍの鋼板を折り曲げ加工し銀メッキをして、接合辺部分を半田付けし、更に各ケースを底板に半田付けして作製した。
以上の構成の誘電体フィルタの入力端子に正弦波の信号を入力して出力端子からの出力波形を測定した結果を図１８に示す。
【００６３】
図１８に示す結果から明らかなように、８８０ＭＨｚ付近から９１０ＭＨｚ付近までの範囲において減衰量２〜３ｄＢ程度のほぼフラットな透過領域を示し、この透過領域から外れた帯域のものは急激に減衰し得る特性を有する優れた減衰量特性を備えた波形が得られた。また、この減衰量波形において高域側に減衰量のトラップを生じていることも確認でき、切れの良好な減衰量特性が得られたことが明らかになった。
【００６４】
「実施例２」
図１に示す構造と底板形状及びケース形状はほぼ同等とし、副次結合窓に代えて導体を配した図１３に示す第２実施形態の構造の誘電体フィルタを作製し、実施例１と同様にして減衰量の周波数特性を測定した。第１の列の第３番目の誘電体ブロックの上端電極層と第２の列の第２番目の誘電体ブロックの下端の電極層とをリード線で半田付けにより接合して誘電体フィルタを作製し、実施例１と同様に計測に供した。その結果を図１９に示す。
【００６５】
図１９に示す結果から明らかなように、９２０ＭＨｚ付近から９６０ＭＨｚ付近までの範囲において減衰量２〜３ｄＢ程度のほぼフラットな透過領域を示し、この透過領域から外れた帯域のものは急激に減衰し得る特性を有する優れた減衰量特性を備えた波形が得られた。また、この減衰量波形において低域側に減衰量のトラップを生じていることも確認でき、切れの良好な減衰量特性が得られたことが明らかになった。
【００６６】
また、図１８と図１９に示す測定結果から明らかなように、副次結合を生じさせるための構造として副次結合窓を用いた実施例１の構造の誘電体フィルタと、副次結合を生じさせるためにリード線の導体を用いた実施例２の誘電体フィルタとでは、それぞれ透過帯域が８８０〜９１０ＭＨｚと９２０〜９６０ＭＨｚであり、両者は隣接しており、しかも、実施例１の誘電体フィルタの減衰量のトラップの存在周波数領域と、実施例２の誘電体フィルタの減衰量のトラップの存在周波数領域がほぼ同じであるので、実施例１、２の誘電体フィルタを図１５に示すようにケーブルで接続することで、アンテナ用共用器を構成できることが明らかになった。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の誘電体フィルタは、仕切部材で仕切られた誘電体ブロックを２列以上千鳥状に並列して導電性のケース内に設け、列に沿って並ぶ前記誘電体ブロック同士を電磁気的に結合させる主結合路を生成させる主結合手段を付設し、更に前記主結合路により生じる磁界を打ち消すトラップ結合を生じさせる副次結合手段を隣接する列同士の間の近接する誘電体ブロック同士の間に位置する仕切部材に設けたので、列に沿って並ぶ誘電体ブロックに沿う電磁界的な主結合を生じさせることができる。また、隣接する列同士の間の近接する誘電体ブロック同士の間に位置する仕切部材に副次結合手段を設けることで、隣接する列どうしの間の近接する誘電体ブロックどうしの間に電磁界的な副次結合を生じさせ、列に沿って隣接する誘電体ブロック同士の間での電磁界結合を交互に逆相にすることができ、電磁界的な主結合に対して逆相となる副次結合を生じさせることができ、よって透過帯域の外側の帯域にトラップを有する切れの良い減衰曲線をＴＭモードの場合でも有する誘電体フィルタを得ることができる。
また、隣接する列どうしの間の近接する誘電体ブロックどうしの間に電磁界的な副次結合を生じさせる副結合手段を設けることにより、列に沿って並ぶ主結合した複数の誘電体ブロックの並びのうち、主結合した順の並びでは離れた位置に存在する誘電体ブロック同士を副次結合することができる。
【００６９】
更に、以上のような誘電体フィルタにおいて電磁界的主結合を生じさせる具体的な構造として仕切部材に設けた主結合窓を適用することができ、列を越えて隣接する誘電体フィルタ同士を接続する導体を適用することもできる。
そして、主結合窓を用いた構造では透過帯域の高周波側にトラップを有する減衰量特性を得ることができ、導体を用いた構造では透過帯域の低周波側にトラップを有する減衰量特性を有する減衰量特性を得ることができる。
【００７０】
次に、主結合窓を用いた誘電体ブロックと導体を用いた誘電体ブロックを結合してアンテナ共用器を構成することで、透過帯域を隣接させた広い領域として、透過帯域の外側の帯域にトラップを有する周波数切れの良好な特性を発揮するアンテナ共用器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘電体フィルタの第１実施形態を示す斜視図。
【図２】図１に示す誘電体フィルタの一部を拡大した分解斜視図。
【図３】図１に示す誘電体フィルタの水平断面図。
【図４】図１に示す誘電体フィルタに用いられた底板の平面図。
【図５】図１に示す誘電体フィルタに組み込まれた第１の列の第１番目のケースの斜視図。
【図６】図１に示す誘電体フィルタに組み込まれた第１の列の第２番目のケースの斜視図。
【図７】図１に示す誘電体フィルタに組み込まれた第１の列の第３番目のケースの斜視図。
【図８】図１に示す誘電体フィルタに組み込まれた第１の列の第４番目のケースの斜視図。
【図９】図１に示す誘電体フィルタに組み込まれた第２の列の第４番目のケースの斜視図。
【図１０】図１に示す誘電体フィルタに組み込まれた第２の列の第２番目のケースの斜視図。
【図１１】図１に示す誘電体フィルタの等価回路を示す回路図。
【図１２】図１に示す誘電体フィルタで得られる位相角と減衰量の周波数特性を示す図。
【図１３】本発明に係る誘電体フィルタの第２実施形態の要部を示す断面図。
【図１４】図１３に示す誘電体フィルタで得られる位相角と減衰量の周波数特性を示す図。
【図１５】本発明に係るアンテナ共用器を示す構成図。
【図１６】本発明に係る誘電体フィルタの第３実施形態を示す斜視図。
【図１７】本発明に係る誘電体フィルタの第４実施形態を示す斜視図。
【図１８】本発明に係る誘電体フィルタの実施例１における減衰量の周波数特性を示す図。
【図１９】本発明に係る誘電体フィルタの実施例２における減衰量の周波数特性を示す図。
【図２０】従来の誘電体共振器の一例を示す水平断面図。
【図２１】図２０に示す誘電体共振器の垂直断面図。
【図２２】図２０に示す誘電体共振器の磁気的結合状態を示す図。
【図２３】従来の誘電体共振器の他の例を示す図。
【図２４】図２３に示す誘電体共振器で得られる減衰量特性を示す図。
【符号の説明】
３０、７０・・・誘電体フィルタ、３２、３３、３４、３５・・・第１の列のケース（仕切部材）、３６、３７、３８、３９・・・第２の列のケース（仕切部材）、４１、５０、５２、５５、５６、６１、６０、６２、６３、６８・・・主結合窓（主結合手段）、４５・・・誘電体ブロック、５４、６５・・・副次結合窓（副次結合手段）、７１・・・導体（副次結合手段）、１０６・・・誘電体ブロック、１０７、１０８、１０９・・・枠体（仕切部材）、１１１、１１３、１１５、１１６・・・主結合窓（主結合手段）、１１７・・・副次結合窓（副次結合手段）、１３７、１３８、１３９・・・枠体（仕切部材）、１４１、１４３、１４５、１４６・・・主結合窓（主結合手段）、１４７・・・副次結合窓（副次結合手段）。

Claims

導電性のケースの内部に複数の誘電体ブロックが個々に前記ケースに電気的に接続した状態で少なくとも２列並列収容され、隣接する２列を構成する前記複数の誘電体ブロックが列方向に千鳥状に配置され、前記各誘電体ブロックが前記ケースの内部で互いに導電性の仕切部材で仕切られ、
列に沿って並ぶ前記誘電体ブロック同士を電磁気的に結合させる主結合路を生成させる主結合手段が付設され、更に前記主結合路により生じる磁界を打ち消すトラップ結合を生じさせる副次結合手段が、隣接する列同士の間の近接する誘電体ブロック同士の間に位置する前記仕切部材に設けられてなることを特徴とする誘電体フィルタ。
前記主結合手段及び前記副次結合手段が前記仕切部材に設けられた結合窓から構成されたことを特徴とする請求項１記載の誘電体フィルタ。
前記副次結合手段が副次結合させる前記誘電体ブロック同士を電気的に接続する導体から構成されたことを特徴とする請求項１記載の誘電体フィルタ。
請求項２記載の誘電体フィルタが低周波側フィルタ素子とされ、請求項３記載の誘電体フィルタが高周波側のフィルタ素子とされて両フィルタ素子が並設されてなることを特徴とするアンテナ共用器。