JP3767824B1 - 誘電体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及び低背化に適し、周波数応答特性を容易に調整し得る誘電体装置を提供すること。
【解決手段】共振部Ｑ１の第１の孔４１は、外面２１に開口し、外面２１からその対向する外面２２の方向に向かう。第１の孔４１は、内部に第１の内導体６１を備え、第１の内導体６１が外面２１においてギャップによって外導体膜３から隔てられている。第２の孔５１は、外面２１と対向していない外面に開口し、誘電体基体１の内部で第１の孔４１に連なり、内部に第２の内導体８１を備える。切欠部３１は、外面２１において、外導体膜３１を切り欠いて構成され、第２の孔５１の投影位置と重なるように配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘電体共振器、これより構成される誘電体フィルタまたはデュプレクサ等の誘電体装置に関する。

この種の誘電体装置は、準マイクロ波帯、マイクロ波帯、ミリ波帯またはサブミリ波帯等の高周波領域において用いられる。より具体的な適用例としては、衛星通信機器、移動体通信機器、無線通信機器、高周波通信機器またはこれらの通信機器のための基地局等を挙げることができる。

従来、携帯電話等に使用されている共振器や誘電体フィルタは、誘電体基体に１つの貫通孔を設けた共振器部分を、複数組み合わせて構成されており、共振器の長さは、通常、自由空間の波長λの１／４を、誘電体基体を構成する材料の比誘電率の平方根で除した長さである。

誘電体フィルタを構成する場合、複数の共振器を、別途に準備した結合回路で結合させたり、或いは、略直方体に形成された誘電体基体の一面から対向する外面に複数の貫通孔を設け、一面を除く外面と貫通孔内部にメタライズを施し、それぞれの貫通孔を共振器部分とする。

誘電体基体を用いた誘電体フィルタの場合は、共振器部分にキャパシタ等の付加素子を装加したり、メタライズのない一面に導体パターンを形成して、付加要素を構成する。更には誘電体基体そのものに溝や凹部等を設置することにより、電磁界結合分布のバランスを意図的に崩し、電界または磁界により結合させる等の構造が採られている。

しかし、従来の共振器及び誘電体フィルタでは、小型化のために、共振器の長さを短くしたい場合、上述のように、別途、負荷容量を構成することが必要であり、また共振器に付加素子を装加する構造では、部品点数が多く、小型化に不向きである。

更に、共振器の一面に導体パターンによりキャパシタ等を形成する構造では、誘電体基体の一面に、複雑で精密な導体パターンを形成する必要があり、小型化及び低背化が進展するにつれて、生産のコストが嵩むとともに、歩留にも悪影響を与える。

上述した問題点を解決する手段として、特許文献１は、共振部において、第１の孔と、第２の孔とを含む孔構造とし、第１の孔の端部に、第２の孔を交差させた新規な誘電体装置を開示している。第１の孔に備えられた第１の内導体及び第２の孔に備えられた第２の内導体を互いに連続させる。

この孔構造によれば、所望の共振周波数を得るのに誘電体基体の長さを短縮し、小型化及び低背化を達成することができる。

しかし、特許文献１は、周波数応答特性の調整、例えば、帯域幅の調整や段間結合の調整については、開示がない。
特許第３３２９４５０号公報

本発明の課題は、小型化及び低背化に適した誘電体装置を提供することである。

本発明のもう一つの課題は、周波数応答特性を容易に調整し得る誘電体装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る誘電体装置は、誘電体基体と、少なくとも一つの共振部と、端子と、切欠部とを含む。前記誘電体基体は、外面に外導体膜を備える。前記共振部は、第１の孔と、第２の孔とを含んでいる。前記第１の孔は、前記誘電体基体に設けられ、一端が前記外面の一面に開口し、前記一面からその対向する外面の方向に向かう。前記第１の孔は、内部に第１の内導体を備える。前記第１の内導体は前記一面においてギャップによって前記外導体膜から隔てられている。

前記第２の孔は、前記誘電体基体に設けられ、前記一面と対向していない外面に開口し、前記誘電体基体の内部で前記第１の孔に連なる。前記第２の孔は、内部に第２の内導体を備える。前記第２の内導体は一端が前記誘電体基体の内部で前記第１の内導体に連なり、他端が前記外導体膜に連なる。前記第１の孔は、他端部が、前記第２の孔との連接領域から、奥行き方向に突出している。

前記端子は、前記誘電体基体の前記外面に備えられ、前記誘電体基体を介して、前記第１の孔の前記他端部に備えられた前記第１の内導体と電気的に結合されている。

前記切欠部は、前記一面において、前記導体膜を切り欠いて構成され、前記第２の孔の投影位置と重なるように配置されている。

上述したように、本発明に係る誘電体装置では、共振部は、第１の孔と、第２の孔とを含み、第１の孔の開口面とは反対側の他端に、第２の孔を交差させた孔構造が得られる。

この孔構造において、第１の孔に備えられた第１の内導体及び第２の孔に備えられた第２の内導体を互いに連続させる。第１の孔の第１の内導体は、誘電体基体を介して、外導体膜と向かい合うから、第１の内導体膜と、外導体膜との間には大きな静電容量が発生する。このため、本発明に係る誘電体装置は、第２の孔の軸方向で見た誘電体基体の長さに対して、その電気長より低い周波数で共振する。換言すれば、所望の共振周波数を得るのに誘電体基体の長さを短縮し、小型化及び低背化を達成することができる。

更に、本発明に係る誘電体装置は、切欠部を含んでおり、この切欠部は、第１の孔の開口する一面において、導体膜を切り欠いて構成され、第２の孔の投影位置と重なるように配置されている。このような構造によれば、第２の孔の開口する面に、通常形成される電極のギャップ(パターン)を狭くすることなく、周波数応答特性を調整ができる。

共振部が複数存在する場合は、切欠部は、第２の孔の少なくとも２つの投影位置と重なるように配置することが好ましい。この構成によれば、切欠部の態様によって、帯域幅を広げもしくは縮小し、または、低域側もしくは高域側における周波数特性を改善し、あるいは、段間結合のバランスを改善するなどの作用効果を得ることができる。

切欠部は、その態様により、容量結合のみならず、誘導性結合をもたせることも可能であり、それを調整することにより、周波数特性改善効果を得ることができる。

本発明に係る装置は、共振器、発振器、誘電体フィルタまたはDuplexer（デュプレクサ、アンテナ共用器とも称される）を広くカバーする装置として用いることができる。この内、共振器として用いる場合は、一つの共振部で済むことがある。誘電体フィルタまたはデュプレクサに用いる場合は、共振部は複数である。

以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）小型化及び低背化に適した誘電体装置を提供することができる。
（ｂ）周波数応答特性を容易に調整し得る誘電体装置を提供することができる。

本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。但し、本発明の技術的範囲がこれらの図示実施例に限定されないことは言うまでもない。

図１は本発明に係る誘電体共振器の斜視図、図２は図１に示した誘電体共振器を背面側から見た斜視図、図３は図１の３−３線に沿った断面図、図４は図３の４−４線に沿った断面図である。図示された誘電共振器は、誘電体基体１と、１つの共振部Ｑ１と、切欠部３１とを含む。誘電体基体１は、周知の誘電体セラミックスを用いて、外面２１〜２６を有する略６外面体状に形成され、一面となる外面の大部分が外導体膜３によって覆われている。外導体膜３は、一般に、銅または銀等を主成分とし、焼き付け、メッキ等の手段によって形成される。

共振部Ｑ１は、第１の孔４１と、第２の孔５１とを含む。第１の孔４１は、誘電体基体１に設けられ、一端が外面２１に開口し、外面２１からその対向面となる外面２２の方向に向かう。第１の孔４１は内部に第１の内導体６１を備える。第１の内導体６１は、外導体膜３と同様の材料及び手段によって、電極膜として形成される。これとは異なって、第１の内導体６１は第１の孔４１の一部または全体を埋めるように充填されていてもよい。第１の内部導体６１は、外面２１において、ギャップｇ１１により、外導体膜３から隔てられている。

第２の孔５１も、誘電体基体１に設けられる。第２の孔５１は、一端が外面２３に開口し、第２の孔５１は外面２３からその対向面である外面２４の方向に向かい、誘電体基体１の内部で第１の孔４１に連なる。

第２の孔５１は、内部に第２の内導体８１を備える。この第２の内導体８１は、外面２３に開口する一端が外導体膜３に連続し、他端が第１の内導体６１に連続する。第２の内導体８１は、第１の内導体６１と同様の材料及び手段によって形成される。第２の内導体８１は、第２の孔５１の一部または全体を埋めるように、充填されていてもよい。

図示実施例において、第２の孔５１は、内径Ｄ２の実質的な円形状であり、第１の孔４１は、図１で見て、横方向の内径Ｄ１１が、縦方向の内径Ｄ１２よりも大きい略長方形状の孔形を有する。この形状には限定されない。横方向の内径Ｄ１１は第２の孔５１の内径Ｄ２よりも大きい。従って、第２の孔５１の他端は、第１の孔４１の横幅内で、第１の孔５１に連なることになる。第１の孔４１は、隅部が円弧状であることが好ましい。

実施例では、更に、第１の孔４１は、第２の孔５１との連接領域から、更に、距離Ｘ１だけ奥行き方向に突出している（図３参照）。

また、第２の孔５１が開口している外面２３と、第１の孔４１との距離ｄ０が、第２の孔５１に対向している外面２４と第１の孔４１との距離ｄ１より長い（図３参照）。即ち、ｄ０＞ｄ１である。

第１の孔４１の内面に備えられた第１の内導体６１と、外面２２、外面２４〜２６に設けられた外導体膜３との間には、厚みｄ１〜ｄ４の誘電体層７１〜７４が存在する（図３、図４参照）。更に、外面２２には、外導体膜３との間にギャップｇ２１を隔てて、端子１１が備えられている。端子１１は誘電体層７２を介して、第１の内導体６１と静電容量Ｃ０２によって結合している。

切欠部３１は、本発明における構造的特徴の1つであり、第１の孔４１の開口する一面において、外導体膜３を切り欠いて構成され、第２の孔５１を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されている。

上述したように、共振部Ｑ１は、第１の孔４１と、第２の孔５１とを含む。第１の孔４１は、一端が外面２１に開口し、外面２１からその対向する外面２２に向かう。第２の孔５１は、一端が、外面２３に開口し、外面２３からその対向する外面２４の方向に向かい、他端が誘電体基体１の内部で第１の孔４１に連なる。

この孔構造において、第１の内導体６１及び第２の内導体８１を互いに連続させてあるから、第１の孔４１及び第２の孔５１は、１つの電気回路を構成する。第１の内導体６１は、誘電体層７１〜７４を介して、外面２２、外面２４〜２６上の外導体膜３と向かい合う。従って、第１の内導体６１と外導体膜３との間には、容量性結合が発生する。

第１の孔４１は、複数備えることもできる。この場合、複数の第１の孔のそれぞれは、異なる外面に開口し、それぞれに備えられた第１の内導体を、誘電体基体１の内部で第２の内導体８１に連続させる。例えば、図１〜図４に示した実施例において、第２の孔５１と交差する方向から、１つまたは複数の第１の孔を設けて、第２の孔５１の端部と交差させ、それぞれの内導体を、図１〜図４に示した態様で、第２の内導体８１に連続させる。図１乃至図４の実施例では、六面体状の誘電体基体１を用いているので、外面２１、２２、２４、２５、２６を利用して、上述した第１の孔の追加構造を実現できる。

上述したように、第１の孔４１の第１の内導体６１は、誘電体基体１による誘電体層７１、７３、７４を介して、外導体膜３と向かい合うから、第１の内導体膜６１と、外導体膜３との間には大きな静電容量Ｃ０１、Ｃ０３、Ｃ０４が発生する（図３及び図４参照）。このため、本発明に係る誘電体装置は、第２の孔５１の軸方向で見た誘電体基体１の長さＬ１に対して、その電気長より低い周波数で共振する。換言すれば、所望の共振周波数を得るのに誘電体基体１の長さＬ１を短縮し、小型化及び低背化を達成することができる。

また、第２の孔５１が開口している外面２３と、第１の孔４１との距離ｄ０が、第２の孔５１に対向している外面２４と第１の孔４１との距離（厚み）ｄ１より長くなっていて、ｄ０＞ｄ１を満たす実施例の場合、距離（厚み）ｄ１の寸法に応じた静電容量Ｃ０１を取得できる。

次に、実施例に示した誘電体共振器の小型化及び低背化について、具体例を挙げて説明する。図１〜図４に示した構造において、誘電体基体１は、比誘電率εｒ＝９２の誘電体材料を用い、略直方体の形状とした。誘電体基体１の寸法は、外面２３で見た平面積が（２ｍｍ×２ｍｍ）、長さＬ１は２．５ｍｍとした。第２の孔５１の孔径Ｄ２は０．５ｍｍとし、第１の孔４１の孔径Ｄ１１は１ｍｍとした。

この共振器をルーズカップリングさせて測定した共振周波数は２．０２ＧＨｚであった。長さＬ１について、従来、共振周波数２．０２ＧＨｚの（１／４）波長共振器では、３．５〜４ｍｍ程度必要であったので、本実施例の場合、３０％程度短縮することができたことになる。

本発明に係る誘電体装置は、構造的特徴として、さらに、切欠部３１を含んでいる。切欠部３１は、第１の孔４１の開口する一面において、外導体膜３を切り欠いて、窓状に形成され、第２の孔５１を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されているから、外導体膜３と第２の孔５１との間の容量結合を調整し、第１の孔４１の開口する外面上に電極のギャップ(パターン)を狭くすることなく、周波数応答特性を調整ができる。

図５は誘電体共振器の別の実施例を示す斜視図、図６は図５の６−６線に沿った拡大断面図である。図において、図１乃至図４に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し、重複説明はできるだけ省略する。図５及び図６に示した実施例では、第１の孔４１は、一端が外面２１に開口し、他端が外面２１と対向する外面２２に開口している。第１の孔４１の内部に備えられた第１の導体膜６１は、外面２１の面上では、ギャップｇ１１により外導体膜３から隔てられ、外面２２の面上では、ギャップｇ０１により外導体膜３から隔てられている。

第１の孔４１の一端を外面２１に開口させ、他端を外面２１と対向する外面２２に開口させたことに合わせて、２つの切欠部３１、３２が備えられている。切欠部３１、３２は、第１の孔４１の開口する両外面２１，２２において、外導体膜３を切り欠いて、窓状に形成され、第２の孔５１を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されている。この実施例の場合は、２つの切欠部３１、３２によって、外導体膜３と第２の孔５１との間の容量結合を調整し、周波数応答特性を調整ができる。

また、第１の内導体６１と、外導体膜３との間の重なり面積が増えるので、増大した静電容量Ｃ０１、Ｃ０３、Ｃ０４（図４参照）を取得できることになる。

更に、図５及び図６に示した実施例では、端子１１は、外面２２に備えられ、誘電体層を介して、第２の内導体８１と容量結合されている。端子１１は、ギャップｇ２１により、外導体膜３から隔てられている。

図５及び図６に示した実施例に示した誘電体共振器の場合も、小型化及び低背化が可能である。

図７は本発明に係る誘電体共振器の更に別の実施例を示す斜視図、図８は図７に示した誘電体フィルタを外面２４側から見た斜視図、図９は図７の９−９線に沿った断面図である。この実施例では、端子１１は、外面２２と、外面２４とに跨がって形成されている。切欠部３１は、第１の孔４１の開口する外面２１において、外導体膜３を切り欠いて構成され、第２の孔を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されている。この実施例の場合も、切欠部３１による周波数調整が可能である。

図１０は本発明に係る誘電体フィルタの実施例を示す斜視図、図１１は図１０に示した誘電体フィルタを背面側から見た斜視図、図１２は図１０の１２−１２線に沿った断面図、図１３は図１２の１３−１３線に沿った断面図である。これらの図は、２つの共振部Ｑ１、Ｑ２を有する誘電体フィルタの例を示している。共振部Ｑ１、Ｑ２のそれぞれは、誘電体基体１を共用し、誘電体基体１を介して一体化されている。共振部Ｑ１は第１の孔４１と、第２の孔５１とを含んでいる。第１の孔４１及び第２の孔５１は、先に図示され、かつ、説明された何れの構造も、採用することができる。図１〜図４に示した構造を採用した場合、第１の孔４１は、一端が外面２１に開口し、外面２１から、対向する外面２２の方向に向かう。第１の孔４１は内部に第１の内導体６１を備える。第１の内部導体６１は、外面２１において、ギャップｇ１１により、外導体膜３から隔てられている。

また、第２の孔５１は、一端が外面２１と対向しない外面２３に開口し、他端が誘電体基体１の内部で第１の孔４１の他端に連なる。第２の孔５１に備えられた第２の内導体８１は、外面２３に開口する一端が外導体膜３に連続し、他端が誘電体基体１の内部で第１の内導体６１に連続する。

共振部Ｑ２は、共振部Ｑ１と実質的に同一の構造であり、第１の孔４２と、第２の孔５２とを含んでいる。第１の孔４２及び第２の孔５２は、図１〜図９に図示され、かつ、説明された何れかの構造を採用することができる。

図１〜図４に示した構造を採用した場合、第１の孔４２は、一端が外面２１に開口し、外面２１から、外面２２の方向に向かう。第１の孔４２は内部に第１の内導体６２を備える。第１の内部導体６２は、外面２１において、ギャップｇ１２により、外導体膜３から隔てられている。

また、第２の孔５２は、一端が外面２１と隣り合う外面２３に開口し、他端が誘電体基体１の内部で第１の孔４２の他端に連なる。第２の孔５２に備えられた第２の内導体８２は、外面２３に開口する一端が外導体膜３に連続し、他端が第１の内導体６２に連続する。共振部Ｑ１、Ｑ２の更に詳しい態様は、図１〜図９を参照して説明したとおりであるので、重複説明は省略する。

切欠部３１は、第２の孔５１，５２を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置される。この構成によれば、第２の孔５１，５２と、外導体膜３との間の容量結合を、切欠部３１によって調整し、容量性の段間結合を有するフィルタにおいては、帯域幅を高域側から狭め、あるいは、段間結合のバランスを改善することができる。

更に、図１１〜図１３を参照すると、誘電体基体１の外面２２には、入出力端子となる第１の端子１１及び第２の端子１２が備えられている。第１の端子１１は、第１の孔４１と、厚さｄ２１の誘電体層７２を介して対向する位置に設けられ、外導体膜３から絶縁ギャップｇ２１によって電気的に絶縁されている。

第２の端子１２は、第１の孔４２と、厚さｄ２２の誘電体層７５を介して対向する位置に設けられ、外導体膜３から絶縁ギャップｇ２２によって電気的に絶縁されている。

第１及び第２の端子１１、１２と、第１の孔４１、４２の内導体６１、６２との間には、その間の誘電体層の厚さ、その誘電率及び面積によって定まる結合容量が発生する。第１及び第２の端子１１、１２は、第１の孔４１、４２の内導体６１、６２と重なることは必須ではない。部分的に対向し、または、対向しない位置に設けてあってもよい。また、絶縁ギャップｇ２１、ｇ２２は一つのギャップとして連続させてもよい。

共振部Ｑ１と共振部Ｑ２との間の結合は、容量性結合になるか、誘導性結合になるかは、共振部Ｑ１、Ｑ２を構成する第１の孔４１及び４２の内導体６１と６２の間に形成される容量Ｃ０４と、第１の孔４１及び４２の内導体６１、６２と外導体膜３の間に形成される容量Ｃ０１、Ｃ０３、Ｃ０６の相対関係に依る。前者が強い場合、Ｑ１、Ｑ２は容量性結合が支配的に、後者が強い場合は誘導性結合が支配的になる。

図１０乃至図１３に示した誘電体フィルタにおいて、共振部Ｑ２は、共振部Ｑ１と同じ構造であるから、その作用、利点については、共振部Ｑ１に関する説明を、共振部Ｑ２についても採用できる。誘電体フィルタ全体としての作用は、更に、共振部Ｑ１と共振部Ｑ２との間の結合を考慮すればよい。

図１４は本発明に係る誘電体フィルタの別の実施例を示す斜視図である。図１４に示した実施例の特徴は、誘電体基体１の外面２３に凹部１０１を有すること、及び、切欠部３１が、第２の孔５１，５２を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されていることである。凹部１０１の内部には、共振部Ｑ１を構成する第２の孔５１、５２が含まれている。

図１４の実施例によれば、凹部１０１のディメンション選定及び切欠部３１により、共振部Ｑ１と共振部Ｑ２との間の結合特性及び各共振周波数を調整することができる。

図１５は本発明に係る誘電体フィルタの別の実施例を示す斜視図、図１６は図１５の１６−１６線に沿った断面図である。図示実施例において、第１の孔４１は、大径部４１１と、小径部４１２とを含んでいる。大径部４１１は外面２１に開口し、小径部４１２は大径部４１１の下方に連なる。第１の孔４２も、大径部４２１と、小径部４２２とを含んでおり、大径部４２１は外面２１に開口し、小径部４２２は大径部４２１の下方に連なる。切欠部３１は、第２の孔５１，５２を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されている。

図１５、図１６の実施例では、第２の孔５１、５２も、大径部５１１、５２１と、小径部５１２、５２２とを含んでいる。大径部５１１、５２１は外面２３に開口し、小径部５１２、５２２は大径部５１１、５２１の下方に連なる。

図１５、図１６に示した実施例の場合、大径部（４１１、４２１）、（５１１、５２１）の孔径選定により、共振部Ｑ１と共振部Ｑ２との間の結合特性及び各共振周波数を調整することができる。

図１７は３つの共振部Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を有する誘電体フィルタを示す斜視図、図１８は図１７に示した誘電体フィルタを底面側から見た斜視図、図１９は図１７の１９−１９線に沿った断面図、図２０は図１９の２０−２０線に沿った断面図である。

共振部Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれは、誘電体基体１を共用し、誘電体基体１を介して一体化されている。誘電体基体１は、外面の大部分が外導体膜３によって覆われている。

共振部Ｑ１は第１の孔４１と第２の孔５１とを含む。共振部Ｑ２は第１の孔４２と第２の孔５２とを含む。共振部Ｑ３は第１の孔４３と第２の孔５３とを含む。第１の孔４１〜４３及び第２の孔５１〜５３の個別的構造、及び、相対関係は、既に説明した通りである。切欠部３１は、３つの第２の孔５１，５２，５３を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように、長く延びている。

第１の孔４１〜４３の内部に設けられた第１の内導体６１〜６３のそれぞれと、外導体膜３との間には、誘電体層７１、７２、７３、７５、７７及び７８による静電容量Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３、Ｃ０５、Ｃ０７、Ｃ０８があり、共振部Ｑ１と共振部Ｑ２との間には、誘電体層７４による静電容量Ｃ０４があり、共振部Ｑ２と共振部Ｑ３との間には、誘電体層７６による静電容量Ｃ０６がある（図１９、図２０参照）。静電容量Ｃ０１〜Ｃ０８の値は、所望する特性に応じて適宜設定する。更に、共振部Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれにおいて、誘電体層７１の厚みｄ１１〜ｄ１３（図１７参照）を異ならせ、静電容量Ｃ０１を共振部Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれにおいて、互いに異ならせてもよい。

実施例において、共振部Ｑ１、Ｑ３の間に位置する共振部Ｑ２は、第１の孔４２の深さが共振部Ｑ１、Ｑ３よりも浅く、且、誘電体層７１の厚みｄ１２が共振部Ｑ１、Ｑ３における誘電体層７１の厚みｄ１１、ｄ１３よりも大きい（図１７参照）。従って、共振部Ｑ２の静電容量Ｃ０１は、共振部Ｑ１、Ｑ３の静電容量Ｃ０１よりも小さくなる。

第１の端子１１は、外面２２において、第１の孔４１に対応する位置に、絶縁ギャップｇ２１によって、外導体膜３から電気絶縁した状態で配置されている。

第２の端子１２は、外面２２において、第３の孔４３と対応する位置に、絶縁ギャップｇ２２によって、外導体膜３から電気絶縁した状態で配置されている。

切欠部３１は、共振部Ｑ１〜Ｑ３の第２の孔を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように、長くのびて配置されている。切欠部３１は、これとは異なって、第２の孔のそれぞれについて、細切れに独立して設けてもよい。

図１７〜図２０に示した実施例によれば、先の実施例と同様の小型化及び低背化が得られる他、より多くの共振部Ｑ１〜Ｑ３を有するので、周波数選択特性が向上する。また、切欠孔３１により、第２の孔５１〜５３と、外導体膜３との間の容量結合を調整し、容量性の段間結合を有するフィルタにおいては、帯域幅を、高域側から狭め、又は、段間結合のバランスを改善することができる。

次に、図１７〜図２０に示した誘電体フィルタの周波数特性について、具体例を挙げて説明する。図１７〜図２０に示した構成において、誘電体基体１は、比誘電率εｒ＝９２の誘電体材料を用い、略直方体の形状とした。誘電体基体１の形状は、外面２３で見た平面積が（４．２ｍｍ×２ｍｍ）、長さＬ１は２．５ｍｍとした。第２の孔５１〜５３の孔径Ｄ２は０．７ｍｍとした。これをサンプルＳ１１とする。

次に、図１７〜図２０の基本構成は持つが、切欠部３１を、第２の孔５１，５２，５３のそれぞれ毎に、細切れに独立に設けたサンプルＳ１２を準備した。さらに、図１７〜図２０の基本構成は持つが、切欠部３１を持たないサンプルＳ１３を準備した。

図２１は、サンプルＳ１１〜Ｓ１３の周波数減衰特性を示している。図において、横軸に周波数（ＭＨｚ）をとり、左縦軸に減衰量（ｄＢ）をとってある。

図２１を参照すると、切欠部３１を、第２の孔５１，５２，５３のそれぞれ毎に、細切れに独立に設けたサンプルＳ１２は、切欠部を持たないサンプルＳ１３よりも、帯域幅が狭くなっている。切欠部３１が、共振部Ｑ１〜Ｑ３を構成する第２の孔５１，５２，５３を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように、長くのびて配置されているサンプルＳ１１では、さらに、帯域幅が狭くなっている。しかも、帯域幅は、周波数の高い側から狭くなることが分かる。

即ち、切欠部３１を設けることにより、帯域幅を、高域側から縮小できる。特に、切欠部３１を、３つの第２の孔５１，５２，５３を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置した場合に、その効果が一層顕著に現れる。

図２２は３つの共振部Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を有する誘電体フィルタの別の実施例を示す斜視図、図２３は図２２に対応する断面図である。図２２及び図２３に示した実施例の基本的構造は、図１７〜図２０に示した実施例と同様であるが、共振部Ｑ１〜Ｑ３の構成がほぼ同じである点、共振部Ｑ１〜Ｑ３の第１の孔４１〜４３の相互間隔が、図１７〜図２０の場合よりも拡大されている点、及び、共振部Ｑ１〜Ｑ３の第１の孔４１〜４３と、外導体膜３との間の距離に相当する誘電体層７１の厚みｄ１１、ｄ１２、ｄ１３が、図１７〜図２０の場合よりも縮小されている点で、異なる。切欠部３１は、共振部Ｑ１〜Ｑ３を構成する第２の孔５１，５２，５３を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように設けられている。

図２２、図２３に示した実施例の場合、共振部Ｑ１〜Ｑ３を構成する第１の孔４１〜４３の相互間隔が、図１７〜図２０の場合よりも拡大されているため、共振部Ｑ１〜Ｑ３の相互間に発生する容量は小さい。他方、共振部Ｑ１〜Ｑ３の第１の孔４１〜４３と、外導体膜３との間の距離（ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３）が、図１７〜図２０の場合よりも縮小されているため、この部分に発生する容量（Ｃ０１）は比較的大きい。このため、隣り合う共振器Ｑ１〜Ｑ３の相互は誘導性結合を示す。この点、容量性結合を示す図１７〜図２０の実施例と異なる。

切欠部３１は、共振部Ｑ１〜Ｑ３を構成する第２の孔５１，５２，５３を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように設けられているから、誘導性の段間結合を有するフィルタにおいては、帯域幅を、低域側から広げることができる。

本発明に係る誘電体装置は、誘電体共振器、誘電体フィルタまたはデュプレクサを広くカバーする装置として用いることができる。この内、誘電体共振器及び誘電体フィルタについては、これまで、図１〜図２３を参照して詳細に説明した。紙面の都合上、これらについての説明は、以上に留めるが、より多くの共振部を備え得ること、及び、図示され、かつ、説明された各実施例の組み合わせが多数存在し得ること等は自明である。

次に、本発明に係る誘電体装置のもう一つの重要な適用例であるデュプレクサについて説明する。

図２４は本発明に係るデュプレクサの斜視図、図２５は図２４に示したデュプレクサを背面側からみた斜視図、図２６は図２４の２６−２６線に沿った断面図である。図示されたデュプレクサは６つの共振部Ｑ１〜Ｑ６を有する。共振部Ｑ１〜Ｑ６のそれぞれは、誘電体基体１を共用し、誘電体基体１を介して一体化されている。誘電体基体１は、外面の大部分が外導体膜３によって覆われている。

共振部Ｑ１〜Ｑ６の内、共振部Ｑ１は、第１の孔４１と第２の孔５１との組み合わせ、共振部Ｑ２は第１の孔４２と第２の孔５２との組み合わせ、共振部Ｑ３は第１の孔４３と第２の孔５３との組み合わせを、それぞれ含む。共振部Ｑ４は第１の孔４４と第２の孔５４との組み合わせ、共振部Ｑ５は第１の孔４５と第２の孔５５との組み合わせ、共振部Ｑ６は第１の孔４６と第２の孔５６との組み合わせを、それぞれ含む。

第１の孔（４１〜４６）と第２の孔（５１〜５６）の個別的構造、及び、相対関係の詳細は、図１〜図２０を参照して説明した通りである。第１の孔（４１〜４６）は、第１の内導体（６１〜６６）を有し、第２の孔（５１〜５６）は第２の内導体８１〜８６を有する。

デュプレクサは、アンテナ共用器として用いられるので、共振部Ｑ１〜Ｑ３、及び、共振部Ｑ４〜Ｑ６の何れか一方が送信用、他方が受信用となる。送信周波数と受信周波数は互いに異なるので、共振部Ｑ１〜Ｑ３の共振特性と、共振部Ｑ４〜Ｑ６の共振特性とは、互いに異ならせる。

切欠部３１，３２は、送信用及び受信用に２つ備えられている。切欠部３１は、共振部Ｑ１〜Ｑ３に備えられた第２の孔５１〜５３を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように設けられている。切欠部３２は、共振部Ｑ４〜Ｑ５に備えられた第２の孔５４〜５６を第１の孔４１の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように設けられている。

送信側の共振部Ｑ１〜Ｑ３のうち、共振部Ｑ１に含まれる第１の孔４１には、外面２２に設けられた第１の端子１１が、誘電体基体１による誘電体層を介して、結合されている。

共振部Ｑ４〜Ｑ６のうち、共振部Ｑ６に含まれる第１の孔４６には、誘電体基体１の外面２２の側に設けられた第３の端子１３が、誘電体基体１による誘電体層を介して、結合されている。この場合の容量結合の詳細も、既に説明した通りである。

更に、中間の共振部Ｑ３、Ｑ４の第１の孔４３、４４に対しては、外面２２の側において、アンテナ接続用の第２の端子１２が接続される。

第１乃至第３の端子１１〜１３は、外面２２において、絶縁ギャップｇ２１〜ｇ２３によって外導体膜３から電気絶縁した状態で、配置されている。第１乃至第３の端子１１〜１３は実装基板上に面付けするために用いることができる。

共振部Ｑ１〜Ｑ３は、第１の孔４１〜４３が縦長（図２４において）であり、共振部Ｑ４〜Ｑ６の第１の孔４４〜４６は横長である。共振部Ｑ１〜Ｑ３の第１の孔４１〜４３は、共振部Ｑ４〜Ｑ６の第１の孔４４〜４６よりも、外導体膜３に対する距離が小さい。従って、共振部Ｑ１〜Ｑ３は、誘導性結合を示し、共振部Ｑ４〜Ｑ６は、容量性結合を示す。

切欠部３１は、共振部Ｑ１〜Ｑ３を構成する第２の孔５１，５２，５３を第１の孔４４〜４６の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように設けられており、切欠部３２は、共振部Ｑ４〜Ｑ６を構成する第２の孔５４，５５，５６を第１の孔４１〜４３の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように設けられているから、送信側及び受信側のいずれにおいても、誘導性の段間結合を有するフィルタにおいては、帯域幅を、低域側から広げることができる。

図示は省略するが、デュプレクサについても、誘電体共振器または誘電体フィルタで例示した各種の構造（図１乃至図２３参照）を適用することができることは勿論である。

ところで、既に述べたように、切欠部の態様によっては、誘導結合を生じさせ得る。次に、図２７〜図２９を参照し、その具体例について説明する。

まず、図２７は、図１７〜図２０に示した誘電体装置を基本として、２つの切欠部３１，３２による誘導結合を付与した例を示す斜視図である。

切欠部３１は、共振部Ｑ１、Ｑ２を構成する第２の孔５１，５２を第１の孔４１〜４３の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されており、切欠部３２は、共振部Ｑ２、Ｑ３を構成する第２の孔５２，５３を第１の孔４１〜４３の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されている。切欠部３１，３２の間には、外導体膜３の一部が存在しており、これによって、切欠部３１，３２が互いに分離されている。

図２７に示した実施例によれば、共振部Ｑ１〜Ｑ３の間の誘導結合を、切欠部３１，３２によって調整し、低域側において、帯域幅を広げ、あるいは、段間結合のバランスを改善することができる。

次に、図２７に示した誘電体フィルタの周波数特性について、具体例を挙げて説明する。図２７に示した構成において、誘電体基体１は、比誘電率εｒ＝９２の誘電体材料を用い、略直方体の形状とした。誘電体基体１の形状は、外面２３で見た平面積が（４．２ｍｍ×２ｍｍ）、長さは２．５ｍｍとした。第２の孔５１〜５３の孔径Ｄ２は０．７ｍｍとした。これをサンプルＳ２２とする。

次に、図２７の基本構成は持つが、切欠部３１と切欠部３２とが、図２２の様に接続したサンプルＳ２１を準備した。さらに、図２７の基本構成は持つが、切欠部３１を持たないサンプルＳ２３を準備した。

図２８は、サンプルＳ２１〜Ｓ２３の周波数減衰特性を示している。図において、横軸に周波数（ＭＨｚ）をとり、左縦軸に減衰量（ｄＢ）をとってある。

図２８を参照すると、切欠部３１を、第２の孔５１〜５３のそれぞれ毎に、細切れに独立に設けたサンプルＳ２２は、切欠部を持たないサンプルＳ２３よりも、低域側で、帯域幅が広くなっている。切欠部３１が、第２の孔５１〜５３を第１の孔４１〜４３の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように、長くのびて配置されているサンプルＳ２１では、さらに、帯域幅が広くなっている。しかも、帯域幅は、周波数の低い側で拡がっていることが分かる。

即ち、切欠部３１，３２を設けることにより、低域側で帯域幅を広げることができる。特に、切欠部３１，３２を、共振部Ｑ１〜Ｑ３の第２の孔５１〜５３を第１の孔４１〜４３の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置した場合に、その効果が一層顕著に現れる。

図２９は、デュプレクサの斜視図である。基本構造は、図２４〜図２６に示したもの同様であるが、切欠部構造が異なる。切欠部は、送信用及び受信用に２組備えられている。即ち、切欠部３１は、共振部Ｑ１、Ｑ２を構成する第２の孔５１，５２を第１の孔４１〜４３の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されており、切欠部３２は、共振部Ｑ２、Ｑ３を構成する第２の孔５２，５３の投影位置と重なるように配置されている。切欠部３１，３２は、外導体膜３の一部によって分離されている。

切欠部３３は、共振部Ｑ４、Ｑ５を構成する第２の孔５３，５４を第１の孔４４〜４６の開口する一面に投影した際の投影位置と重なるように配置されており、切欠部３４は、共振部Ｑ５、Ｑ６を構成する第２の孔５５，５６の投影位置と重なるように配置されている。切欠部３３，３４は、外導体膜３の一部によって分離されている。

上記実施例では、切欠部３１，３２を、共振部Ｑ１〜Ｑ３を構成する第２の孔５１〜５３の投影位置と重なるように配置し、切欠部３３，３４を、共振部Ｑ４〜Ｑ６を構成する第２の孔５４〜５６の投影位置と重なるように配置してあるので、送信側及び受信側のいずれにおいても、帯域幅を、任意に変えることができる。

本発明は以上の具体例に限定されるものではない。複数の共振部Ｑ１〜Ｑ６を形成する誘電体基体１では、外面２３以外の面から形成する第１の孔４１〜４６は必ずしも同一の側面から形成されている必要はない。入出力端子や調整の都合に合わせて適当な側面に設置してもよい。第１の孔４１〜４６の周囲の導体が無い部分は、所望する電気的性能により、導体によって分離されていても、また一体になっていてもよい。第２の孔５１〜５６の隣に形成される他の共振部は、外面２３と対向する外面２４から形成されていてもよい。さらに、切欠部３１〜３４については、容量結合タイプと、誘導結合タイプとを併せ持つ構成であってもよい。

本発明に係る誘電体共振器の斜視図である。 図１に示した誘電体共振器を背面側から見た斜視図である。 図１の３−３線に沿った断面図である。 図３の４−４線に沿った断面図である。 誘電体共振器の実施例を示す斜視図である。 図５の６−６線に沿った拡大断面図である。 本発明に係る誘電体共振器の斜視図である。 図７に示した誘電体共振器を底面側から見た斜視図である。 図７の９−９線に沿った断面図である。 本発明に係る誘電体フィルタの斜視図である。 図１０に示した誘電体フィルタを背面側から見た斜視図である。 図１０の１２−１２線に沿った断面図である。 図１２の１３−１３線に沿った断面図である。 本発明に係る誘電体フィルタの別の実施例を示す斜視図である。 本発明に係る誘電体フィルタの別の実施例を示す斜視図である。 図１５の１６−１６線に沿った断面図である。 ３つの共振部を有する誘電体フィルタを示す斜視図である。 図１７に示した誘電体フィルタを背面側から見た斜視図である。 図１７の１９−１９線に沿った断面図である。 図１９の２０−２０線に沿った断面図である。 図１７〜図２０の実施例に係る具体例の周波数減衰特性を示す図である。 ３つの共振部を有する誘電体フィルタの別の実施例を示す斜視図である。 図２２に示した実施例の図２０に対応する断面図である。 本発明に係るデュプレクサの斜視図である。 図２４に示したデュプレクサを底面側からみた斜視図である。 図２４の２６−２６線に沿った断面図である。 ３つの共振部を有する誘電体フィルタの別の例を示す斜視図である。 誘電体フィルタの周波数減衰特性を示す図である。 本発明に係るデュプレクサの斜視図である。

符号の説明

１ 誘電体基体
２１〜２６ 外面
３ 外導体膜
３１〜３４ 切欠部
４１〜４６ 第１の孔
５１〜５６ 第２の孔

Claims (13)

1. 誘電体基体と、複数の共振部と、端子と、切欠部とを含む誘電体装置であって、
   前記誘電体基体は、外面に外導体膜を備えており、
   前記共振部のそれぞれは、第１の孔と、第２の孔とを含み、前記誘電体基体を介して、互いに電気的に結合されており、
   前記第１の孔は、
   前記誘電体基体に設けられ、一端が前記外面の一面に開口し、前記一面からその対向する外面の方向に向かい、内部に第１の内導体を備え、前記第１の内導体が前記一面においてギャップによって前記外導体膜から隔てられており、
   前記第２の孔は、
   前記誘電体基体に設けられ、前記一面と対向していない外面に開口し、前記誘電体基体の内部で前記第１の孔に連なり、内部に第２の内導体を備え、
   前記第２の内導体は一端が前記誘電体基体の内部で前記第１の内導体に連なり、他端が前記外導体膜に連なり、
   前記端子は、前記誘電体基体の前記外面に備えられ、前記誘電体基体を介して、前記第１の内導体と電気的に結合されており、
   前記切欠部は、前記一面において、前記導体膜を切り欠いて構成され、近い共振部のそれぞれの第２の孔を、前記第１の孔の開口する一面に投影した際の、前記第２の孔のそれぞれの投影位置に連続して重なり、かつ、前記第１の孔の開口する位置に近い位置に配置されている、
   装置。
2. 請求項１に記載された装置であって、前記第２の孔が開口している外面と、前記第１の孔との距離が、前記第２の孔に対向している外面と第１の孔との距離より長い、装置。
3. 請求項１または２に記載された装置であって、
   前記端子は、第１の端子と、第２の端子とを含んでおり、
   前記第１の端子は、前記誘電体基体に備えられ、前記共振部の少なくとも一つと電気的に結合し、
   前記第２の端子は、前記誘電体基体に備えられ、前記共振部の他の少なくとも一つと電気的に結合している、
   装置。
4. 請求項３に記載された装置であって、前記第１の端子は、前記誘電体基体の前記外面に備えられ、前記誘電体基体を介して、前記第１の内導体と電気的に結合している装置。
5. 請求項３に記載された装置であって、前記第１の端子は、前記誘電体基体の前記外面に備えられ、前記誘電体基体を介して、前記第２の内導体と電気的に結合している装置。
6. 請求項３に記載された装置であって、前記第２の端子は、前記誘電体基体の前記外面に備えられ、前記誘電体基体を介して、前記第１の内導体と電気的に結合している装置。
7. 請求項３に記載された装置であって、前記第２の端子は、前記誘電体基体の前記外面に備えられ、前記誘電体基体を介して、前記第２の内導体と電気的に結合している装置。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載された装置であって、前記複数の共振部は、ステップ状の凹部を含んでおり、前記凹部は、前記第２の孔が開口する外面に形成され、その内部に複数の前記第２の孔を共通に含む装置。
9. 請求項１乃至８の何れかに記載された装置であって、前記第１の孔は、大径部と、小径部とを含み、前記大径部は前記一面に開口し、前記小径部は前記大径部に連なる装置。
10. 請求項１乃至９の何れかに記載された装置であって、前記第２の孔は、大径部と、小径部とを含み、前記大径部は、前記第２の孔が開口する面に開口し、前記小径部は前記大径部に連なる装置。
11. 請求項１乃至１０の何れかに記載された装置であって、誘電体フィルタである装置。
12. 請求項１乃至１０の何れかに記載された装置であって、デュプレクサである装置。
13. 請求項１２に記載された装置であって、３つ以上の共振部と、第１乃至第３の端子とを含み、前記第１の端子は、前記共振部の少なくとも一つに電気的に結合し、前記第２の端子は、前記共振部の他の少なくとも一つに電気的に結合し、前記第３の端子は、前記共振部の残りの少なくとも一つに電気的に結合されている装置。

Images