JP3651097B2

JP3651097B2 - 誘電体フィルタ

Info

Publication number: JP3651097B2
Application number: JP03138596A
Authority: JP
Inventors: 巌浜荒津; 武志三保野; 聡美森
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2016-01-24
Also published as: JPH09205303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信等に用いられる誘電体フィルタに関し、特に、基板による浮遊容量の排除できる誘電体フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘電体フィルタの代表的なものを図６に示す。一般に、移動体通信等に用いられる誘電体フィルタは、小型・軽量であることが要求されるため、ベース基板上に誘電体共振器を搭載し、回路形成部を同じ基板上に形成している。
【０００３】
図６において、ベース基板３は、ガラスエポキシ等からなるプリント回路基板からなり、ベース基板の裏面３Ｂには、ほぼ全面にアース導体５が形成されている。
【０００４】
ベース基板３の表面３Ａの誘電体共振器１が搭載される部分には、アース導体５’が形成されており、スルーホール６を介して、ベース基板の裏面３Ｂに形成されているアース導体５と電気的に接続されている。
【０００５】
また、誘電体共振器１の開放端面１Ａ側には、回路構成部２が形成されている。この回路構成部２の回路構成要素は、コイルやコンデンサ１１、導体パターン１３、ランド１４等からなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、絶縁性の基板に導体を形成すると、そこには何らかの浮遊容量が生じる。この様子を図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す。図７（ａ）に示すように、ランド又は導体パターン１８とアース導体５間には、浮遊容量Ｃｓ（以下、アース間の浮遊容量と称す）、図７（ｂ）に示すように、ランド１４間には、浮遊容量Ｃｓ（以下、ランド間の浮遊容量と称す）が生じる。
【０００７】
このような浮遊容量Ｃｓは、常に生じているが、周波数の低い領域で使用されるものには、大きな影響を与えない。しかしながら、周波数の高い領域で使用される誘電体フィルタ等においては、重大な影響を及ぼす。
【０００８】
例えば、絶縁体を介してアースとの間に生じる浮遊容量は、共振器と並列に接続されることとなり、共振周波数をシフトさせる。簡単のために共振器を１素子とした例で説明する。
【０００９】
図８に、従来の誘電体フィルタの断面図を、図９に、誘電体フィルタの等価回路図を示す。以下、図８、図９に従って説明する。
【００１０】
図８に示すように、ランド１４とアース導体５の間に浮遊容量Ｃsが生ずる。この状態を等価回路図で表現すると、図９（ｂ）のようになるが、図９（ａ）に示すように、設計時には、浮遊容量Ｃsについては考慮されないのが普通である。
【００１１】
誘電体共振器の共振周波数は、（１）式のように表される。
ｆ₀＝１／［２π（ＬＣ）^1/2］・・・・・・・（１）
【００１２】
上記（１）式に、説明のための誘電体フィルタのような浮遊容量Ｃｓが入ると、（２）式のように表される。
ｆ₀'＝１／［２π｛Ｌ（Ｃ＋Ｃs）｝^1/2］・・・・・・・（２）
【００１３】
ここで、仮に、（２）式で生じた浮遊容量Ｃｓを、Ｃｓ＝０.３ｐＦとし、比較的周波数の低い４００ＭＨｚの場合と、周波数の高い１.５ＧＨｚの場合について考える。誘電体共振器における４００ＭＨｚの時の等価キャパシタンスは、Ｃ_400MHz＝４０.０８ｐＦ、同じく、１.５ＧＨｚの時の等価キャパシタンスは、Ｃ_1.5GHz＝１１.３７ｐＦである。この時、等価インダクタンスは変化しないので、各々について共振周波数を計算すると、表１のようになる。
【００１４】
（表１）

【００１５】
表１からわかるように、周波数が高くなるほど、浮遊容量の発生は誘電体フィルタの特性に大きな影響を及ぼすこととなる。
【００１６】
ここでは、簡単のため、誘電体共振器の共振周波数を例に挙げて説明したが、他の部分に加わる浮遊容量は、各回路構成要素の素子値を変化させ、誘電体フィルタとして設計値と実測値にずれを発生させる原因となる。
【００１７】
従って、本発明の課題は、浮遊容量を排除して、設計値と実測値に差を生ずることなく、浮遊容量による損失特性の劣化を防止できる誘電体フィルタを提供することにある。
【００１８】
又、一層の小型・軽量化を要求される本技術分野において、誘電体フィルタの小型・軽量化を図ることを課題としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、大きく分けて２つの方法によって上記の課題を解決することを考えた。一つは、各回路構成要素とアース間の浮遊容量を排除するため、回路構成部が形成された基板の裏面にアース導体を形成せず、極力アース電極との接続を無くすこと。他の一つは、ランド間の浮遊容量を排除するため、回路構成部を形成する基板を極力薄くすることである。
【００２０】
図７（ｂ）からわるように、ランド間の浮遊容量Ｃｓは、ある程度、限度はあるものの、基板が厚くなるに従って大きくなるためである。
【００２１】
又、本技術分野においては、小型・軽量であることが強く要求されるため、これについても考慮した課題解決手段として、具体的には次のような手段を用いた。
【００２６】
本発明は、より小型・軽量化を意識した解決手段として、複数の誘電体共振器と回路構成部からなる誘電体フィルタにおいて、前記誘電体共振器がフレキシブルプリント回路基板からなるベース基板の表面に搭載され、かつ前記回路構成部が前記ベース基板の裏面に形成され、前記ベース基板が折り曲げられて用いられ、該折り曲げられた内側に前記回路構成部が設けられていることを特徴とする誘電体フィルタである。
【００２７】
本発明は、基板をベース基板のみとした誘電体フィルタにおいても、前記誘電体共振器と直列に接続されるコンデンサを接合用部材を介して直接誘電体共振器に取り付けることを特徴とする誘電体フィルタである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の大きな特徴の一つは、フレキシブルプリント回路基板（以下、ＦＰＣと称す）を用い、該ＦＰＣ上に回路構成部を形成したことにある。又、本発明の実施の形態の一つは、裏面にアース導体を形成しないＦＰＣ上に回路構成部を形成し、誘電体共振器を搭載したベース基板と必要箇所でのみ接続して誘電体フィルタを構成するものである。
【００３０】
本実施の形態のバリエーションとして、誘電体共振器と直列に接続されるコンデンサを接合部材を介して、直接、誘電体共振器に取り付けたり、前記回路構成部の形成されたＦＰＣを折り曲げて用いることもできる。
【００３１】
もう一つの実施の形態は、ベース基板をＦＰＣにするものである。前記ＦＰＣを用いたベース基板上には、誘電体共振器が搭載され、回路構成部も形成される。回路構成部の裏面にアース導体が形成されないのは、前述した実施の形態と同様である。この時、誘電体共振器の搭載される面と回路構成部が形成される面を異なる面とする実施の形態もある。
【００３２】
（実施例１）
本発明の第１の実施例の誘電体フィルタを図１に示す。誘電体共振器１と回路構成部２は、ベース基板３上に搭載され、金属ケース１０に覆われて誘電体フィルタ１００を構成している。
【００３３】
誘電体共振器１は、貫通孔１Ｂを有し、開放端面１Ａを除いて、孔の内面を含む全表面が導体で被われたＴｉＯ₂-ＢａＯ系の誘電体材料のブロックからなり、これが複数個搭載されている。
【００３４】
前記誘電体共振器１には、接続端子９が開放端面１Ａ側から貫通孔１Ｂに挿入され、内部導体８と電気的・機械的に接続されている。ベース基板３は、ガラスエポキシ等の材料からなる。ベース基板３の裏面３Ｂは、誘電体フィルタの入出力電極の周囲の領域等所定の場所を除いて、全面にアース導体５が形成されている。ベース基板３の表面３Ａは、誘電体共振器１が搭載される部分にアース導体５’が形成されており、スルーホール６を介して裏面３Ｂに形成されたアース導体５と導通している。
【００３５】
誘電体共振器１は、ベース基板３に搭載され、外部導体７とアース導体５’が半田等によって電気的・機械的に接続される。
【００３６】
回路構成部２は、ポリイミド等のフレキシブルプリント基板からなる回路基板４上に形成されており、誘電体共振器１とは接続端子９を介して接続され、ベース基板３とは入出力電極でのみ電気的に接続されている。ベース基板３との接続は、構成する回路によって異なる。
【００３７】
又、回路構成部２は、コンデンサ１１、コイル、導体パターン１３、ランド１４から構成されている。なお、ここでは、コイルやコンデンサはディスクリートのものを用いたが、導体パターンで形成されたものでも差し支えない。
【００３８】
回路基板４は、入出力端子１５，１５’で固定され、ベース基板３から若干浮いており、間に空気層を挟んだ形で搭載されているため、アース間との浮遊容量は、無視できる程度に小さくなる。又、回路基板４が十分薄いため、ランド間の浮遊容量も小さく押さえることができる。
【００３９】
（実施例２）
本発明の第２の実施例の誘電体フィルタを図２に示す。金属ケースで被われている点は第１の実施例と同様であるので、以下に示す実施例では、金属ケースは省略して示すこととする。第２の実施例は、誘電体共振器と直列に接続されるコンデンサを含む例である。
【００４０】
直列接続されるコンデンサは、減衰極を形成するために接続され、容量の変動が、誘電体フィルタとしての特性に及ぼす影響の大きい部分である。
【００４１】
これは、二つの理由があり、一つは、容量の変動に対して減衰極が形成される周波数が敏感にシフトするということであり、容量の変動が同じ値であった場合、結合に用いられるコンデンサが及ぼす周波数シフト量（この場合、通過域の周波数を変動させる）に比べ、誘電体共振器に直列接続されるコンデンサが及ぼす周波数シフト量（この場合、減衰極の周波数を変動させる）の方が大きくなる。
【００４２】
もう一つは、一般的に、減衰量を大きくとるような規格があった場合、規格で要求される周波数の許容幅は、非常に狭く規定されていることである。
【００４３】
このため、わずかな周波数シフトも規格割れの原因となり、与える影響が大きくなる。従って、誘電体共振器と直列接続されるコンデンサ部分では、極力容量の変動要因を排除することが望まれる。
【００４４】
本実施例では、アース間の浮遊容量とランド間の浮遊容量のいずれもを無くすため、特に敏感な直列接続のコンデンサ１１’を接続端子９を介して、ベース基板３に搭載することなく、直接、誘電体共振器１の内部導体８に接続した。
【００４５】
誘電体共振器と直列接続するコンデンサ１１’の接続が、ベース基板３を介さないため、アース間はもちろんのこと、ランド間の浮遊容量も生じない。即ち、容量の変動がすべて排除されることになる。
【００４６】
本実施例では、接続端子を介して誘電体共振器とコンデンサを接続したが、誘電体共振器の内部導体８を開放端面１Ａ上まで延長し、接合用部材としては端子を用いずに、半田等のみで誘電体共振器の内部導体８と接続するよう開放端面１Ａ上にコンデンサを直接貼り付ける方法等を採っても、同様の効果が得られる。
【００４７】
回路構成部２は、回路基板４上に形成され、回路基板４の一部はＬ字型に折り曲げられている。誘電体共振器１に直列接続されたコンデンサ１１’は、共振器と接続したのと反対側の電極が回路基板４の裏面に形成されたランドと接続され、スルーホール６’を介して表面に形成された他の回路部分と接続される。
【００４８】
又、本実施例では、伝送線路とアース間にコンデンサが接続されている例についても示している。本実施例では、コンデンサとしたが、回路構成要素として何が来るかは、どのような回路を組むかによって、適宜決定される。もちろん、ディスクリートの素子ばかりでなく、パターンＬやパターンＣでも良く、単独に用いるのみならず、ＬＣの並列共振回路等を接続しても良い。
【００４９】
このように、伝送線路とアース間に何らかの回路構成要素が接続される場合、ベース基板と回路基板は、入出力端子の他にアース端子とも電気的に接続されることになる。即ち、ベース基板３と回路基板４は、入出力端子１５，１５’及びコンデンサ１１’とアース導体５を接続するために、スルーホール６’を介してアース端子１７，１７’で電気的に接続される。又、アース端子１７とアース導体５は接続される。
【００５０】
（実施例３）
本発明の第３の実施例の誘電体フィルタを図３に示す。本実施例では、ＦＰＣからなる回路基板４が折り重ねられて用いられているものについて示す。こうすることによって、回路基板の占める実装面積の割合が少なくなり、誘電体フィルタの小型化を達成できる。
【００５１】
このような目的のために、回路基板を誘電体共振器の開放端面と対向させて設置する方法も採られてきたが、誘電体共振器の小型化に伴い、対向する面積だけで回路構成要素を全て搭載することは困難になっている。
【００５２】
回路構成要素を搭載する面積を大きく採ることができ、かつ回路基板自体の実装面積を小さくすることができるのは、従来にない構成である。
【００５３】
本実施例では、回路基板４に切り欠き１６を設け、巻き径の大きなコイル１２を搭載した際、他の回路構成要素とぶつかることなく、更に、実装後にフィルタ特性の調整をコイルの巻き線間隔で調整することが可能なようにしてある。
【００５４】
なお、折り重ねることで回路構成要素同士がぶつかったり、接続すべきでない導体パターンと接するのを防止するには、回路基板４の設計時に接触する可能性のある場所を避けて導体パターンやランドを形成するほかに、間に絶縁シートを挟む等の方法を採ることも可能である。
【００５５】
（実施例４）
本発明の第４の実施例の誘電体フィルタを図４に示す。本実施例では、回路基板４を別に設けずに、ベース基板３に誘電体共振器１と回路構成部２を搭載したものである。更に、本実施例において、誘電体共振器１は、ＦＰＣから成るベース基板３の表面３Ａ上に、回路構成部２は裏面３Ｂに搭載する形態について示している。
【００５６】
本方法によれば、回路構成部２を折り曲げた際に回路構成要素の実装面が折り曲げた内側に来るので、回路構成要素と金属ケース（図示せず）と接触するのを絶縁シート等を用いずに防止できる。この様子を示したのが図５である。本方法は、導体パターンを長く引き回したくない時等に有効である。
【００５７】
ＦＰＣを用いた構成の場合、形状に自由度のある反面、ＦＰＣを所望の形状に保つのが困難であることがあるが、これについては、他と独立して電気的に接続しないランドを設けて半田付けしたり、引っかけ部分を設けてベース基板や金属ケースに固定する等の方法等を採ることができる。
【００５８】
なお、すべての実施例を通じて、一つのブロックに一つの貫通孔が形成され、誘電体共振器を構成しているものを複数用いたが、一つのブロックに複数の貫通孔が形成された誘電体共振器を複数個構成しているものを用いてもよく、孔が非貫通孔であるものでもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、ＦＰＣを用いることによって、アース間、ランド間の浮遊容量を低減し、形状の自由度を生かして小型化を実現できる。又、それに加えて、回路構成要素の取り付け方法を組み合わせることによって、一層の特性向上を図ることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の誘電体フィルタを示す図。図１（ａ）は平面図。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図
【図２】本発明の第２の実施例の誘電体フィルタを示す図。図２（ａ）は平面図。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図３】本発明の第３の実施例の誘電体フィルタを示す図。図３（ａ）は平面図。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図４】本発明の第４の実施例の誘電体フィルタを示す図。図４（ａ）は平面図。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図５】本発明にの誘電体フィルタの回路構成部をベース基板の表面上に形成した場合の実装例を示す図。
【図６】従来の誘電体フィルタを示す図。図６（ａ）は平面図。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図７】従来の誘電体フィルタの浮遊容量の説明図。図７（ａ）は、アース間の浮遊容量の説明図。図７（ｂ）は、ランド間の浮遊容量の説明図。
【図８】従来の誘電体フィルタの断面図。
【図９】誘電体フィルタの等価回路図。図９（ａ）は、設計時に想定する等価回路図。図９（ｂ）は、基板によって生じる浮遊容量を考慮した等価回路図。
【符号の説明】
１誘電体共振器
１Ａ開放端面
１Ｂ貫通孔
２回路構成部
３ベース基板
３Ａ（ベース基板の）表面
３Ｂ（ベース基板の）裏面
４回路基板
５，５' アース導体
６，６' スルーホール
７外部導体
８内部導体
９接続端子
１０金属ケース
１１コンデンサ
１１' （誘電体共振器と直列接続する）コンデンサ
１１” （伝送線路とアース間に接続される）コンデンサ
１２コイル
１３導体パターン
１４ランド
１５，１５' 入出力端子
１６（回路構成部に設けられた）切り欠き
１７，１７’ アース端子
１８ランド又は導体パターン
Ｃｓ浮遊容量
１００誘電体フィルタ

Claims

複数の誘電体共振器と回路構成部からなる誘電体フィルタにおいて、前記誘電体共振器がフレキシブルプリント回路基板からなるベース基板の表面に搭載され、かつ前記回路構成部が前記ベース基板の裏面に形成され、前記ベース基板が折り曲げられて用いられ、該折り曲げられた内側に前記回路構成部が設けられていることを特徴とする誘電体フィルタ。
前記誘電体共振器と直列に接続されるコンデンサを接合用部材を介して直接、前記誘電体共振器に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の誘電体フィルタ。