JP3864974B2 - 誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、一体の誘電体ブロックに構成された誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、およびそれらを備えた通信装置に関するものである。

高周波回路に適用される誘電体フィルタや誘電体デュプレクサでは、常に小型化した製品を提供することが求められる。

従来から、小型化を実現するためのさまざまな技術が提供されている。特許文献１には、共振孔をステップ形状とし、大径孔部と小径孔部の軸を相対的に大きく偏心させて、共振孔が屈曲した構造をとる超異軸構造の誘電体フィルタが示されている。

このような共振孔による共振器を誘電体ブロックに配列することで、共振器同士が結合し、減衰極が生じる。そして共振孔間のピッチを必要に応じて設定することによって減衰極を所望の周波数に合わせることができる。

この従来の技術を採用した誘電体デュプレクサの構成例を図１に示す。図１は、共振孔の配列に平行な断面の図であり、上辺が開放面、下辺が短絡面である。

誘電体ブロック１には、複数の共振孔２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃが設けられ、それぞれの内面に内導体が形成される。共振孔２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃの端部には電極非形成部７を設けている。誘電体ブロック１の外面には外導体６が形成される。各共振孔２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃは開放面側の内径が大きく（以下、この部分を大径孔部という。）、短絡面側の内径が小さい（以下、この部分を小径孔部という。）ステップ孔である。この例では、共振孔２ａ〜２ｃの開放面側での共振孔間の距離が短絡面側での共振孔間の距離よりも大きく構成（以下、寄り目形状という。）されている。この構成により、共振孔２ａ〜２ｃによる互いに隣接する２つの共振器間がそれぞれ誘導性結合した送信フィルタが構成されている。一方、共振孔３ａ〜３ｃは、開放面側での共振孔間の距離が短絡面側での共振孔間の距離よりも小さく構成（以下、離れ目形状という。）されている。この構成により、共振孔２ａ〜２ｃによる互いに隣接する２つの共振器間がそれぞれ容量性結合した受信フィルタが構成されている。

この共振器間の結合により生じる減衰極は、小径孔部と大径孔部との偏心量、小径孔部と大径孔部との横断面積の比であるステップ比などを設定することで調整される。

このような超異軸構造の誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサを従来より更に小型化する場合、その小型化に伴い共振器の間隔が狭まり、誘電体ブロックの壁厚が薄くなる。そのため、共振器間の容量が増大する。すると、フィルタ特性の減衰極が、所定の周波数からずれてしまい所定のフィルタ特性が得られない。

また、誘電体ブロックの開放面に開放面電極を備えることによって共振器間を結合させる構成が特許文献２に示されている。従来の開放面電極を備えた誘電体フィルタでは、開放面電極の形状を調整することで、開放面電極間の容量を調整し、所望のフィルタ特性を持った誘電体ブロックを実現している。
特開平１０−２５６８０７号公報 特公平６−０９７７２１号公報

上述のような超異軸構造において、小径孔部と大径孔部との偏心量は、大径孔部の半径と小径孔部の半径の和以上には設定することができない。そのため、とりうる偏心量の範囲は限定される。すなわち、従来の超異軸構造の誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサをより小型化しようとする際には、偏心量を調整しても必要なフィルタ特性を実現することが困難であった。

例えば、寄り目形状のように偏心している場合には、この小型化により誘導性結合が不足し、所望の帯域幅が得られなくなる場合があった。また、離れ目形状のように偏心している場合には、この小型化により容量性結合が過剰になり、相対的に容量性結合が強まり、所望のフィルタ特性を得ることができない場合があった。

また、小径孔部間の間隔によっては、短絡面の一部に電流の集中が生じQ値の劣化が生じる場合もある。

開放面電極を設ける場合においては、従来より更に小型化を行うと、隣接する開放面電極における間隔が狭くなってしまう。そのため、開放面電極間の容量が増加する。すると、超異軸構造の場合と同様に共振器間の相対的な容量性結合がより強められてしまい、必要なフィルタ特性を実現することが困難であった。また、小型化により開放面電極のパターンも微細化し、パターン形成を精度よく行うことも困難であった。

このように、従来から提供されていた技術では、小型化にともなうフィルタ特性の設計に限界があった。

そこで、本発明の目的は、上述の問題を解決し、従来よりもさらに小型化を行い、求められるフィルタ特性を実現することができる誘電体フィルタや誘電体デュプレクサを提供することとする。

さらに、この小型化した誘電体フィルタや誘電体デュプレクサにおいて、減衰極の周波数を容易に調整することができるようにし、小型化によっても共振器のQ値の劣化を防いだ誘電体フィルタおよび誘電体デュプレクサを提供する。

本発明は、連続する３つの共振孔が寄り目形状の異軸構造や超異軸構造である誘電体フィルタに、開放面電極を設け、隣接する共振孔による２つの共振器間の誘導性結合が増大するように、各開放面電極と外導体との間に生じる容量と、隣接する開放面電極間に生じる容量とを定める。
さらに、連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの前記開放面電極は、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の面積が逆側の面積よりも大きくなり、前記両端の共振孔の開放面電極の間に容量を生じるように構成する。
または、連続する３つの共振孔のうち少なくとも一方端の共振孔の前記開放面電極は、配列の方向に垂直な端縁付近から、中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、両端の共振孔の開放面電極が、前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成する。

このような構成では、各開放面電極と外導体との間に生じる容量と、隣接する開放面電極間に生じる容量とにより、隣接する共振孔による２つの共振器間の結合を調整することができる。そして、小型化により不足した誘導性結合を強めるように調整するため、小型化により強まった共振器間の容量性結合をキャンセルすることができ、所望のフィルタ特性を実現することができる。
また、中央の共振孔の側の突出面積が、逆側の突出面積よりも大きくなるように配置する構成または、電極突出部を備える構成により、両端の開放面電極に、隣接した開放面電極のみならず、もう一段先の共振器の開放面電極との間でも容量を生じさせる。するとこの容量がマルチパス容量として作用し、このマルチパス容量によって減衰極の周波数の位置を制御することが可能になる。

本発明は、連続する３つの共振孔が離れ目形状の異軸構造や超異軸構造である誘電体フィルタに、開放面電極を設け、隣接する共振孔による２つの共振器間の誘導性結合が増大するように、各開放面電極と外導体との間に生じる容量と、隣接する開放面電極間に生じる容量とを定める。
さらに、連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの前記開放面電極は、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の面積が逆側の面積よりも大きくなり、前記両端の共振孔の開放面電極の間に容量を生じるように構成する。
または、連続する３つの共振孔のうち少なくとも一方端の共振孔の前記開放面電極は、配列の方向に垂直な端縁付近から、中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、両端の共振孔の開放面電極が、前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成する。

このような構成では、各開放面電極と外導体との間に生じる容量と、隣接する開放面電極間に生じる容量とにより、隣接する共振孔による２つの共振器間の結合を調整することができる。そして、小型化により不足した誘導性結合を強めるように調整するため、相対的に容量性結合が強まり、過剰になった容量性結合をキャンセルすることができ、所望のフィルタ特性を実現することができる。
また、中央の共振孔の側の突出面積が、逆側の突出面積よりも大きくなるように配置する構成または、電極突出部を備える構成により、両端の開放面電極に、隣接した開放面電極のみならず、もう一段先の共振器の開放面電極との間でも容量を生じさせる。するとこの容量がマルチパス容量として作用し、このマルチパス容量によって減衰極の周波数の位置を制御することが可能になる。

また本発明は、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの前記開放面電極は、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の面積が逆側の面積よりも大きくなり、前記両端の共振孔の開放面電極の間に容量を生じるように構成する。

このような構成により、両端の開放面電極に、隣接した開放面電極のみならず、もう一段先の共振器の開放面電極との間でも容量を生じさせる。するとこの容量がマルチパス容量として作用し、このマルチパス容量によって減衰極の周波数の位置を制御することが可能になる。

また本発明は、前記連続する３つの共振孔のうち少なくとも一方端の共振孔の前記開放面電極は、前記配列の方向に垂直な端縁付近から、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極が、前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成する。

このような構成により、電極突出部を備えた開放面電極では、隣接した開放面電極のみならず、もう一段先の共振器の開放面電極との間でもマルチパス容量が生じ、このマルチパス容量によっても減衰極を制御することが可能になる。

また本発明は、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の前記開放面電極はそれぞれ、前記配列の方向に垂直な端縁付近から、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極同士が、互いの前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成し、前記連続する３つの共振孔それぞれの開放面電極を、前記連続する３つの共振孔の前記配列の方向において略対象に配置する。

このような構成により、電極突出部を備えた開放面電極では、隣接した開放面電極のみならず、もう一段先の共振器の開放面電極との間でもマルチパス容量が生じ、このマルチパス容量によっても減衰極を制御することが可能になる。また、この誘電体フィルタの開放面電極のパターン形状が略対称になるため、フィルタの回路定数を入出力方向で対称に設計できるようになる。

また本発明は、前記連続する３つの共振孔の前記短絡面での軸心間の距離が、等間隔となるように配置する。

このような構成により、短絡面における小径孔部間の間隔が等間隔になり、短絡面の導体の電流集中を抑える。するとQ値の劣化を抑制することができる。

また本発明は、上記の寄り目形状の誘電体フィルタと離れ目形状の誘電体フィルタとのいずれか一方もしくは両方を用いて誘電体デュプレクサを構成する。

このような構成により、従来よりもさらに小型化を行いながらも、求められるフィルタ特性を実現した誘電体デュプレクサをえることができる。

また本発明は、アンテナ接続用の入出力電極を励振孔の内側に設けた導体と導通させるとともに、実装面における短絡面側に設け、励振孔を隣接する共振器とインターディジタル結合させる。

このような構成により、開放面に外導体として作用する部分が形成されるため、充分にアースをとることができる。そのため、実装に際してアースのためのケースが不要となり、より小型化できる。

また本発明は、第２の誘電体フィルタの複数の前記開放面電極のうち、終段の共振器に相当する開放面電極にのみ、前記配列の方向に垂直な端縁付近から、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面同士が、前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成する。

このような構成により、離れ目形状のフィルタを受信フィルタとして用いた場合の終段に位置する開放面電極には電極突出部を設け、他の開放面電極との間に容量を得るとともに、初段に位置する開放面電極には電極突出部を設けず、外導体との間に生じる容量を比較的小さなものとする。この構成により、アンテナ接続用の入出力電極とこの開放面電極の間のインピーダンスを位相合成に適したものにすることができ、位相合成を高精度に行うことができる。

また、この発明は、上記誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサの少なくとも何れか１つを高周波回路に設けて通信装置を構成する。

本発明によれば、従来よりもさらに小型化を行いながらも、求められるフィルタ特性を実現した誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、およびそれらを設けた通信装置を得ることができる。

本発明を実施するための好適な例を第１の実施形態として以下に示す。図２（ａ）はこの実施形態の誘電体デュプレクサの外観斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡＡ断面における断面図である。図２（ａ）では、図左手前面が開放面、図上面が実装面である。図２（ｂ）では、図手前が実装面側である。

誘電体ブロック１１には、超異軸構造でステップ形状の複数の共振孔１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃを連続して配列している。各共振孔の横断形状は略長円形状になるように設け、それぞれの内面に内導体を形成する。横断形状を、共振孔の配列方向に短く、その垂直方向に長い、長円形状にし、大孔径部と小孔径部とでの配列方向の長さを一致させている。このようにすることで、誘電体ブロックの共振孔の配列方向の長さを短縮している。

この共振孔１２ａ〜１２ｃを寄り目形状とし、デュプレクサの低域側の周波数で使用する送信フィルタとする。また、共振孔１２ｂは大孔径部と小孔径部とをほぼ同軸となるように配置するため、互いに隣接する２つの共振器１２ａ、１２ｂ間、共振器１２ｂ、１２ｃ間がそれぞれ誘導性結合する。そのためこの共振孔１２ａ〜１２ｃは周波数の高域側に二つの減衰極を持つフィルタを構成している。

また、共振孔１３ａ〜１３ｃを離れ目形状とし、デュプレクサの高域側の周波数で使用する受信フィルタとする。また、共振孔１３ｂは大孔径部と小孔径部とをほぼ同軸となるように配置するため、互いに隣接する２つの共振器１３ａ、１３ｂ間、共振器１３ｂ、１３ｃ間がそれぞれ容量性結合する。そのためこの共振孔１３ａ〜１３ｃは周波数の低域側に二つの減衰極を持つフィルタを構成している。

また、誘電体ブロック１１には、内部に励振孔１４ａとアース孔１４ｂとを設け、外面に外導体１６を形成する。励振孔１４ａ、アース孔１４ｂはともに内面に内導体を形成し、共振孔１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃと平行になるように共振孔１２ｃと共振孔１３ａとの間に配置している。励振孔１４ａの内面の内導体は、誘電体ブロック１１の図左手前面で外導体１６に導通させ、図右奥面では外導体１６と分離して形成したアンテナ用の入出力電極１８に導通させている。この部分をアンテナ用の入出力部分として送信フィルタと受信フィルタとにインターディジタル結合させている。また、アース孔１４ｂの内面の内導体は両端で外導体に短絡している。この励振孔１４ａとアース孔１４ｂとを、開放面において外導体１６と導通させるグランド導体を形成しているため、従来のようにケースを別途設ける必要が無くなり、より小型化できる。また、誘電体ブロック１１の外面には、実装面から側面にかけて送信信号用の入出力電極１７、受信信号用の入出力電極１９を形成する。この入出力電極１７、１９はそれぞれ近接する共振孔の内導体と対向容量を生じるように形成している。

また、図３（ａ）は、第１の実施形態における開放面から見た外観図である。また、図３（ｂ）は、第１の実施形態における短絡面から見た外観図である。以下に、これらの図を用いて開放面電極の容量について説明する。

複数の共振孔１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃにはそれぞれ開放面電極２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃを、各共振孔の内導体と導通し、他の開放面電極や外導体、入出力電極などと分離させて設けている。ここで、開放面電極２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃは、単純な矩形状としているため、開放面電極のパターン形成を容易に行うことができる。

開放面電極２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃを設けることで、開放面電極間に相互容量Ｃｋが生じる。また、開放面電極と外導体との間には自己容量Ｃｉが生じる。この相互容量Ｃｋにより共振器間の結合は相対的に容量性結合が強くなるが、自己容量Ｃｉは、相互容量とは逆に、容量性結合を弱め相対的に誘導性結合を強めるように働くため、二つの隣接する共振器間で開放面電極を設けたことにより発生する相互容量Ｃｋの作用を打ち消すことができる。そのため、それぞれの共振器に生じる自己容量Ｃｉを適切に設定することでも減衰極を制御することができる。

自己容量Ｃｉは、開放面電極それぞれにおいて、外導体との距離や、隣接する辺の長さなどにより調整することができる。自己容量Ｃｉの調整により、共振孔１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃそれぞれによる共振器間の結合を設定する。設定によってフィルタ特性における帯域幅の調整を行うことができるとともに、誘導性と容量性の調整を行うことができる。開放面電極により大きな自己容量Ｃｉを得るには一般的には隣接する開放面電極それぞれの自己容量Ｃｉの和を、この開放面電極間の相互容量Ｃｋの値よりも大きくすることで、共振器間の結合を誘導性に導くことができる。たとえば、開放面電極２２ａの自己容量Ｃｉと、開放面電極２２ｂの自己容量Ｃｉとの和を、開放面電極２２ａと開放面電極２２ｂの間での相互容量Ｃｋよりも大きく設定することで、共振孔１２ａによる共振器と、共振孔１２ｂによる共振器との結合を開放面電極が無い場合よりも比較的に誘導性に導くことができる。

以上のように、寄り目形状の送信フィルタ２０において、自己容量Ｃｉと相互容量Ｃｋとを調整しているため、送信フィルタ２０の誘導性結合を確実なものとし、フィルタ特性において高域に減衰極を生じさせている。また、離れ目形状の受信フィルタ２１において、自己容量Ｃｉと相互容量Ｃｋとを調整しているため、受信フィルタ２１の容量性結合を適正なものとし、フィルタ特性において低域に減衰極を生じさせている。

また、この第１の実施形態では、開放面電極２２ａの面積を、共振孔１２ａよりも外側では小さく、開放面電極２２ｂ側では大きく設定しており、開放面電極２３ｃの面積も、共振孔１３ｃよりも外側では小さく、開放面電極２３ｂ側では大きく設定している。このように面積を調整することによってもより有効にフィルタ特性の減衰極を調整できる。

ここで、このように面積を設定する効果について説明する。共振器間の間隔が小さいと、隣接していない共振器との間にも誘導性の結合を生じることがある。この隣接していない共振器との間の誘導性結合は、開放面電極を設けてその誘導性の結合を打ち消す必要がある。

そのため、ここでは開放面電極２２ａの面積を調整し、開放面電極２２ａと開放面電極２２ｃの間の距離を小さくすることで、この開放面電極２２ａと開放面電極２２ｃの間の容量Ｃｍ（以下、マルチパス容量という。）を生じるようにしている。

このマルチパス容量Ｃｍは、共振器間の誘導性結合を弱め、相対的に容量性結合を強めるように働くため、隣接していない共振器との間の誘導性結合を打ち消すことができる。そのため、それぞれの共振器に生じるマルチパス容量Ｃｍを適切に設定することでも減衰極を制御することができる。

このマルチパス容量Ｃｍや自己容量Ｃｉや相互容量Ｃｋを調整するには、例えば、製造工程では比較的大きく開放面電極を形成しておき、調整工程において開放面電極をレーザーやリューターなどさまざまな方法を用いて削除すると良い。

以上のように、開放面電極を設けることで、超異軸構造や異軸構造のステップ形状の共振孔であっても、従来より小型で、所望のフィルタ特性を持った誘電体デュプレクサを得ることができる。また、開放面側の大径孔部の配置と、短絡面側の小径後部の配置との設計の自由度を高めることができる。

なお、本実施形態においては開放面電極は矩形状に限らず、どのような形状であっても、自己容量と相互容量とを上述のように設定しさえすれば適用可能である。

また、アンテナ接続用の入出力電極を励振孔を用いてインターディジタル結合するものとしたが、この態様に限らず外導体と分離した電極を、いずれかの共振孔の内導体と対向させて入出力電極としてもよく、電極の形状に制限されない。また、送信フィルタの入力電極や受信フィルタの出力部を励振孔を用いてインターディジタル結合するものとしてもよく、入出力電極の形状に制限されずに本発明は適用可能である。

また、共振孔や励振孔の軸方向に垂直な横断面形状は長円形状に限らず、円形状、矩形状、楕円形状など、どのような形状であっても本発明は適用可能であり、また寸法も共振孔の間で一様でなくともよい
また、本実施形態においては超異軸構造のステップ孔としたが、大径孔部と小径孔部との偏心がわずかな、単なる異軸構造のものであってもよく、大径孔部と小径孔部とのステップ比や横断面形状がどのようなものであってもよい。また、共振孔間の間隔が一定でなくとも良い。このように、本発明はどのような大径孔部と小径孔部であっても適用可能である。

また、本実施形態においては単一の誘電体ブロックに送信フィルタと受信フィルタとを配した、誘電体デュプレクサを示したが、本発明は誘電体デュプレクサに限らず、誘電体フィルタであっても同様な効果を奏する。

次に、本発明の実施に好適な第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、前記の第１の実施形態の開放面電極の形状のみを異ならせたものである。

図４は、第２の実施形態における開放面から見た外観図である。この実施形態においては開放面電極４２ａ、４２ｃ、４３ｃにそれぞれ電極突出部４５ａ、４５ｂ、４５ｃを設けている。電極突出部４５ａ、４５ｂ、４５ｃはそれぞれ開放面電極４２ａ、４２ｃ、４３ｃの実装面側の端縁からそれぞれのフィルタの中心の方向へ、端縁の辺を延長するように、幅が狭い直方形に形成している。このように直方形とすることでパターン形成を容易に行うことができる。この電極突出部４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、この図４における上面側や下面側に多少ずれていてもよく。他の開放面電極や外導体、入出力電極などと導通しなければどのような形状でもよい。

以下にこの図を用いて、開放面電極４２ａ〜４２ｃ、４３ａ〜４３ｃ、電極突出部４５ａ、４５ｂ、４５ｃによる容量について説明する。

開放面電極４２ａ〜４２ｃ、４３ａ〜４３ｃを設けることで、開放面電極間に相互容量Ｃｋが生じる。また、開放面電極と外導体との間には自己容量Ｃｉが生じる。この相互容量Ｃｋにより共振器間の結合は相対的に容量性結合が強くなるが、自己容量Ｃｉは、相互容量とは逆に、容量性結合を弱め相対的に誘導性結合を強めるように働くため、二つの隣接する共振器間で開放面電極を設けたことにより発生する相互容量Ｃｋの作用を打ち消すことができる。そのため、それぞれの共振器に生じる自己容量Ｃｉを適切に設定して、共振器間の結合度を定めて減衰極を得ている。

この第２の実施形態では、開放面電極４２ａ、４２ｃ、４３ｃにはそれぞれ電極突出部４５ａ、４５ｂ、４５ｃを設けている。この電極突出部４５ａ、４５ｂ、４５ｃは隣接していない開放面電極との間にマルチパス容量Ｃｍを発生させ、マルチパス電極として作用する。そのため、これらの電極突出部４５ａ、４５ｂ、４５ｃの形状によってもフィルタ特性の減衰極を調整できる。

ここで、この電極突出部４５ａ、４５ｂ、４５ｃによる効果について図８の周波数特性図をもとに説明する。図８（ａ）は送信フィルタ４０における周波数特性を示す一例であり、図８（ｂ）は受信フィルタ４１における周波数特性を示す一例である。図８（ａ）、図８（ｂ）はともに電極突出部の有無のそれぞれの場合についての周波数特性を示している。

通常、共振器間の間隔が小さいと、隣接していない共振器との間にも誘導性の結合を生じることがある。この隣接していない共振器との間の誘導性結合は、開放面電極を設けてその誘導性の結合を打ち消す必要がある。

そのため、送信フィルタ４０においては、開放面電極４２ａと開放面電極４２ｃとが近接するように、それぞれの開放面電極から電極突出部４５ａと電極突出部４５ｂを突出させる。すると、電極突出部４５ａ、４５ｂの間にマルチパス容量Ｃｍが生じる。このマルチパス容量Ｃｍは、共振器間の誘導性結合を弱め、相対的に容量性結合を強めるように働くため、隣接していない共振器との間の誘導性結合を打ち消すことができる。そのため、それぞれの共振器に生じるマルチパス容量Ｃｍを適切に設定することで減衰極を制御することができる。

具体的には、送信フィルタ４０においては、電極突出部のない場合、図８（ａ）で示すように共振孔３２ａ、３２ｂ間、共振孔３２ｂ、３２ｃ間で生じる２つの減衰極が離れすぎて、必要とされる特性を満たさない場合がある。そこで、電極突出部を用いマルチパス容量Ｃｍをえることで、共振孔３２ａ、３２ｂ間と、共振孔３２ｂ、３２ｃ間とで生じる２つの減衰極をある程度まで接近させる。マルチパス容量Ｃｍのある場合には、図に示すように２つの減衰極を接近させることができ、さらに減衰を急峻にし、減衰量を大きくすることができる。

また、このように連続し配列した共振孔のうち両端に位置する開放面電極にともに電極突出部を設け、開放面電極４２ａと４２ｃとを相似形で対称に設置すると、この送信フィルタのフィルタ定数も入出力方向で対称に設定することができるため、設計が容易になる。

また、受信フィルタ４１においては、開放面電極４３ａと開放面電極４３ｃとが近接するように開放面電極４３ｃから電極突出部４５ｃを突出させる。すると、開放面電極４３ａと電極突出部４５ｃとの間にマルチパス容量が生じる。このマルチパス容量Ｃｍにより、隣接していない共振器との間の誘導性結合を打ち消すことができる。そのため、それぞれの共振器に生じるマルチパス容量Ｃｍを適切に設定することで減衰極を制御することができる。

具体的には、受信フィルタ４１においては、電極突出部４５ｃのない場合には、図８（ｂ）で示すように共振孔３３ａ、３３ｂ間と、共振孔３３ｂ、３３ｃ間とで生じる２つの減衰極がほとんど一致し、必要とされる特性を満たさない場合がある。そこで、電極突出部４５ｃを用いマルチパス容量Ｃｍをえることで、共振孔３３ａ、３３ｂ間と、共振孔３３ｂ、３３ｃ間の減衰極を離れるようにする。マルチパス容量Ｃｍのある場合には、共振孔３３ａ、３２ｂ間と、共振孔３３ｂ、３３ｃ間とで生じる２つの減衰極を比較的、乖離させることができ、必要とされる減衰量を得ることができ、減衰を急峻にしたり、減衰量を大きくすることができる。

このように受信フィルタ４１の最終段の共振器の開放面電極４３ｃにのみ電極突出部４５ｃを設けると、減衰極に対する制御を行えるとともに、この受信フィルタ４１の最初段の共振器４３ａにおいて、外導体との間に生じる容量を比較的小くでき、アンテナ接続用の入出力電極とこの開放面電極の間のインピーダンスを位相合成に適したものにすることができ、位相合成を高精度に行うことができる。

なお、本実施形態においては送信フィルタ４０には最初段の共振器と最終段の共振器ともに開放面電極に電極突出部を形成し、受信フィルタ４１には最終段の共振器の開放面電極４３ｃにのみ電極突出部を形成したが、受信フィルタ４１の最初段の共振器と最終段の共振器との開放面電極にともに電極突出部を形成してもよく、どちらか一方のみに形成しても良い。また、送信フィルタ４０の最初段や最終段のどちらか一方の共振器の開放面電極にのみ電極突出部を設けてもよい。

このマルチパス容量Ｃｍを調整するには、例えば、製造工程では比較的長く電極突出部を形成しておき、調整工程において電極突出部の長さをレーザーやリューターなどさまざまな方法を用いて調整すると良い。

次に、本発明の実施に好適な第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、前記の第２の実施形態の開放面電極の形状をさらに異ならせたものである。

図５は、第３の実施形態における開放面から見た外観図である。この実施形態においては複数の共振孔５２ａ〜５２ｃ、５３ａ〜５３ｃにはそれぞれ開放面電極６２ａ〜６２ｃ、６３ａ〜６３ｃを設けている。また、開放面電極６２ａ、６２ｃ、６３ｃに電極突出部６５ａ、６５ｂ、６５ｃを設けている。ここで、開放面電極６２ｂ、６３ａ、６３ｂは矩形状としている。

ここで、送信フィルタ６０では、電極突出部６５ａ、６５ｂを図５上面の実装面と対向する側に設けている。また、受信フィルタ６１では、電極突出部６５ｃを図５下面の実装面の側に設けている。

送信フィルタ６０において、このように電極突出部６５ａ、６５ｂを実装面に対向する側に配置することで、開放面電極６２ａ、６２ｃ間にマルチパス容量Ｃｍを生じさせるとともに、開放面電極６２ａの自己容量Ｃｉを比較的大きくすることができる。通常、開放面電極６２ａの実装面の側には外導体ではなく入出力電極５４を形成しているため、入出力電極５４周辺の実効誘電率は実質的には低下している。そのため、仮にこの開放面電極６２ａの実装面の側に電極突出部を形成しても、開放面電極６２ａの自己容量Ｃｉを大きくする効果は発生しないが、本実施形態のように電極突出部６５ａを実装面と対向する側に設けることで開放面電極６２ａの自己容量Ｃｉを比較的大きくすることができる。

また、受信フィルタ６１において、このように電極突出部６５ｃを実装面の側に配置することで、開放面電極６３ｃと入出力電極５５との間の容量（外部結合容量）Ｃｅを大きくとることもできる。

なお、本実施形態においては送信フィルタ６０では、電極突出部６５ａ、６５ｂを実装面と対向する側に設け、受信フィルタ６１では、電極突出部６５ｃを実装面の側に設けた。しかし、本発明はこの態様に限らず、電極突出部は実装面側と実装面に対向する側のどちらに用いてもよく、送信フィルタ、受信フィルタを問わない。

次に、本発明の実施に好適な第４の実施形態を示す。第４の実施形態は、前記の第３の実施形態の共振孔の間隔を異ならせたものである。

図６（ａ）は、第４の実施形態における開放面から見た外観図である。また、図６（ｂ）は、第４の実施形態における短絡面から見た外観図である。この実施形態においては複数の共振孔７２ａ〜７２ｃ、７３ａ〜７３ｃを短絡面で略等間隔に配置し、開放面にそれぞれ開放面電極８２ａ〜８２ｃ、８３ａ〜８３ｃ、電極突出部８５ａ、８５ｂ、８５ｃを設けている。開放面電極８２ａ〜８２ｃ、８３ａ〜８３ｃを設けることで、開放面電極間に相互容量が生じる。また、開放面電極と外導体との間には自己容量が生じる。また、電極突出部８５ａ、８５ｂ、８５ｃによりマルチパス容量が生じる。相互容量により共振器間の結合は相対的に容量性結合が強くなるが、自己容量は、相互容量とは逆に、容量性結合を弱め相対的に誘導性結合を強めるように働くため、二つの隣接する共振器間で開放面電極を設けたことにより発生する相互容量の作用を打ち消すことができる。そのため、それぞれの共振器に生じる自己容量を適切に設定する。また、マルチパス容量により、隣接していない共振器との間の誘導性結合を打ち消すことができるため、マルチパス容量を適切に設定することで減衰極を制御することができる。

ここで、短絡面での共振孔７２ａ〜７２ｃ、共振孔７３ａ〜７３ｃの間隔をそれぞれ略等間隔に配置している。そのため送信フィルタ８０における開放面電極８２ａ〜８２ｃは、比較的間隔が広く、受信フィルタ８１における開放面電極８３ａ〜８３ｃは、比較的間隔が狭く配置する。

このように短絡面側での小径孔部を略等間隔に配置すると、短絡面側の共振孔および短絡面の外導体に略均一に電流が流れ、電流集中を抑制できる。そのため、この誘電体デュプレクサ全体としてのＱ値を最良にできる。

また、短絡面側の小径孔部の配置を略等間隔に行っているため、開放面側の大径孔部の配置は大きく制限されるが、開放面電極により自己容量を得ることで、共振孔の偏心量を小さくしながらも、所望の減衰極を得ることができる。

次に、本発明の実施に好適な第５の実施形態として通信装置の構成を示すブロック図を図７に示す。図７では、デュプレクサＤＰＸとしては上述の第４の実施形態で示した構成の誘電体デュプレクサを用いる。回路基板上には、送信回路と受信回路を構成していて、デュプレクサＤＰＸの送信フィルタにおける送信信号用の入出力電極に送信回路が接続され、デュプレクサＤＰＸの受信フィルタにおける受信信号用の入出力電極に受信回路が接続され、且つアンテナ接続用の入出力電極にアンテナＡＮＴが接続されるように、上記回路基板上にデュプレクサＤＰＸを実装する。

従来の超異軸構造の例に係る誘電体デュプレクサの概観図 第１の実施形態に係る誘電体デュプレクサの外観斜視図 第１の実施形態に係る誘電体デュプレクサの正面図 第２の実施形態に係る誘電体デュプレクサの開放面の正面図 第３の実施形態に係る誘電体デュプレクサの開放面の正面図 第４の実施形態に係る誘電体デュプレクサの正面図 第５の実施形態に係る通信装置のブロック図 第２の実施形態に係る誘電体デュプレクサの周波数特性図

符号の説明

１、１１、−誘電体ブロック
２、３、１２、１３、３２、３３、５２、５３、７２、７３−共振孔
１４ａ−励振孔
１４ｂ−アース孔
６、１６−外導体
４５、６５、８５−電極突出部
１７、１８、１９、５４、５５−入出力電極
２０、４０、６０、８０−送信フィルタ
２１、４１、６１、８１−受信フィルタ
２２、２３、４２、４３、６２、６３、８２、８３−開放面電極
７−電極非形成部

Claims (13)

1. 略直方体形状の誘電体ブロックの一面を除く他の面に外導体を設け、前記一面に垂直な一つの面を実装面としてその実装面上に前記外導体とは分離した入出力電極を設け、
   前記誘電体ブロックの外導体を設けていない前記一面を開放面とし、前記開放面に対向する面を短絡面とし、前記誘電体ブロック内に前記開放面と前記短絡面との間を貫通し、前記開放面側の横断面積が大きく、前記短絡面側の横断面積が小さいステップ形状の孔を
   、連続に少なくとも３つ以上、前記実装面に対して平行に配列し、前記複数の孔の内面に内導体を設けてそれぞれ共振孔とした誘電体フィルタにおいて、
   いずれか連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの開放面側の軸心と短絡面側の軸心とがずれ、前記両端の共振孔の軸心間の距離が、前記開放面側で長く、前記短絡面側で短くなるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの内導体に導通する開放面電極を、前記開放面に、前記外導体とは分離してそれぞれ構成し、
   前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの前記開放面電極は、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の面積が逆側の面積よりも大きくなり、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極の間に容量を生じるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの、各開放面電極と外導体との間に生じる容量と、隣接する開放面電極間に生じる容量とを、隣接する共振器間の誘導性結合が増大するように定めたことを特徴とする誘電体フィルタ。
2. 略直方体形状の誘電体ブロックの一面を除く他の面に外導体を設け、前記一面に垂直な一つの面を実装面としてその実装面上に前記外導体とは分離した入出力電極を設け、
   前記誘電体ブロックの外導体を設けていない前記一面を開放面とし、前記開放面に対向する面を短絡面とし、前記誘電体ブロック内に前記開放面と前記短絡面との間を貫通し、前記開放面側の横断面積が大きく、前記短絡面側の横断面積が小さいステップ形状の孔を
   、連続に少なくとも３つ以上、前記実装面に対して平行に配列し、前記複数の孔の内面に内導体を設けてそれぞれ共振孔とした誘電体フィルタにおいて、
   いずれか連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの開放面側の軸心と短絡面側の軸心とがずれ、前記両端の共振孔の軸心間の距離が、前記開放面側で短く、前記短絡面側で長くなるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの内導体に導通する開放面電極を、前記開放面に、前記外導体とは分離してそれぞれ構成し、
   前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの前記開放面電極は、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の面積が逆側の面積よりも大きくなり、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極の間に容量を生じるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの、各開放面電極と外導体との間に生じる容量と、隣接する開放面電極間に生じる容量とを、隣接する共振器間の誘導性結合が増大するように定めたことを特徴とする誘電体フィルタ。
3. 略直方体形状の誘電体ブロックの一面を除く他の面に外導体を設け、前記一面に垂直な一つの面を実装面としてその実装面上に前記外導体とは分離した入出力電極を設け、
   前記誘電体ブロックの外導体を設けていない前記一面を開放面とし、前記開放面に対向する面を短絡面とし、前記誘電体ブロック内に前記開放面と前記短絡面との間を貫通し、前記開放面側の横断面積が大きく、前記短絡面側の横断面積が小さいステップ形状の孔を
   、連続に少なくとも３つ以上、前記実装面に対して平行に配列し、前記複数の孔の内面に内導体を設けてそれぞれ共振孔とした誘電体フィルタにおいて、
   いずれか連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの開放面側の軸心と短絡面側の軸心とがずれ、前記両端の共振孔の軸心間の距離が、前記開放面側で長く、前記短絡面側で短くなるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの内導体に導通する開放面電極を、前記開放面に、前記外導体とは分離してそれぞれ構成し、
   前記連続する３つの共振孔のうち少なくとも一方端の共振孔の前記開放面電極は、前記配列の方向に垂直な端縁付近から、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極が、前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの、各開放面電極と外導体との間に生じる容量と、隣接する開放面電極間に生じる容量とを、隣接する共振器間の誘導性結合が増大するように定めたことを特徴とする誘電体フィルタ。
4. 略直方体形状の誘電体ブロックの一面を除く他の面に外導体を設け、前記一面に垂直な一つの面を実装面としてその実装面上に前記外導体とは分離した入出力電極を設け、
   前記誘電体ブロックの外導体を設けていない前記一面を開放面とし、前記開放面に対向する面を短絡面とし、前記誘電体ブロック内に前記開放面と前記短絡面との間を貫通し、前記開放面側の横断面積が大きく、前記短絡面側の横断面積が小さいステップ形状の孔を
   、連続に少なくとも３つ以上、前記実装面に対して平行に配列し、前記複数の孔の内面に内導体を設けてそれぞれ共振孔とした誘電体フィルタにおいて、
   いずれか連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの開放面側の軸心と短絡面側の軸心とがずれ、前記両端の共振孔の軸心間の距離が、前記開放面側で短く、前記短絡面側で長くなるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの内導体に導通する開放面電極を、前記開放面に、前記外導体とは分離してそれぞれ構成し、
   前記連続する３つの共振孔のうち少なくとも一方端の共振孔の前記開放面電極は、前記配列の方向に垂直な端縁付近から、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極が、前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの、各開放面電極と外導体との間に生じる容量と、隣接する開放面電極間に生じる容量とを、隣接する共振器間の誘導性結合が増大するように定めたことを特徴とする誘電体フィルタ。
5. 前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔それぞれの前記開放面電極は、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の面積が逆側の面積よりも大きくなり、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極の間に容量を生じるように構成した請求項３または４に記載の誘電体フィルタ。
6. 前記連続する３つの共振孔のうち少なくとも一方端の共振孔の前記開放面電極は、前記配列の方向に垂直な端縁付近から、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極が、前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成した請求項１または２に記載の誘電体フィルタ。
7. 前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の前記開放面電極はそれぞれ、前記配列の方向に垂直な端縁付近から、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極が、互いの前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成し、
   前記連続する３つの共振孔それぞれの前記開放面電極を、前記連続する３つの共振孔の前記配列の方向において略対象な配置となるように形成した請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘電体フィルタ。
8. 前記連続する３つの共振孔の短絡面側での軸心間の距離が、等間隔となるように配置した請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘電体フィルタ。
9. 第１、第２の誘電体フィルタを単一の誘電体ブロックに構成するとともに、第１の誘電体フィルタからの出力信号を出力し、第２の誘電体フィルタへの入力信号を入力するアンテナ接続用の入出力電極を、第１、第２の誘電体フィルタの間に設けた誘電体デュプレクサにおいて、
   第１の誘電体フィルタもしくは第２の誘電体フィルタのうち少なくとも一方を請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘電体フィルタとした誘電体デュプレクサ。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘電体フィルタを、第１、第２の誘電体フィルタとして単一の誘電体ブロックに構成するとともに、第１の誘電体フィルタからの出力信号を出力し、第２の誘電体フィルタへの入力信号を入力するアンテナ接続用の入出力電極を、第１、第２の誘電体フィルタの間に設けた誘電体デュプレクサにおいて、
    第１の誘電体フィルタにおける、連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の軸心間の距離が、前記開放面側で長く、前記短絡面側で短くなるように前記連続する３つの共振孔を配置し、
    第２の誘電体フィルタにおける、連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の軸心間の距離が、前記開放面側で短く、前記短絡面側で長くなるように前記連続する３つの共振孔を配置した誘電体デュプレクサ。
11. 前記開放面における第１、第２の誘電体フィルタの中間の位置から、前記短絡面の対向する位置までを貫通する孔を配置し、前記孔の内面に内導体を設けて前記開放面で外導体と導通させ励振孔とし、
    前記実装面から前記短絡面にかけて外導体と分離した電極を、前記励振孔の内側に設けた前記内導体と導通させ、前記アンテナ接続用の入出力電極とし、
    隣接する共振孔による共振器とインターディジタル結合させた請求項９または１０に記載の誘電体デュプレクサ。
12. 第２の誘電体フィルタの複数の前記開放面電極のうち、終段の共振器に相当する共振孔の開放面電極にのみ、前記配列の方向に垂直な端縁付近から、前記連続する３つの共振孔のうち中央の共振孔側の方向に突出する電極突出部を備え、前記連続する３つの共振孔のうち両端の共振孔の開放面電極が、前記電極突出部を介して対向して容量を生じるように構成した請求項１１に記載の誘電体デュプレクサ。
13. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘電体フィルタまたは請求項９〜１２のいずれか１項に記載の誘電体デュプレクサを高周波回路部に設けてなる通信装置。

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