JP4867838B2 - 誘電体共振部品 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体ブロックに複数の貫通孔を形成してなる誘電体フィルタや誘電体送受共用器などの機能性電子部品と前記誘電体ブロックにその開放端を被うように取り付けられたシールド用の金属カバーとを含んでなる誘電体共振部品に関する。

携帯電話などの移動通信機器に用いられる機能性電子部品である誘電体フィルタや誘電体送受共用器においては、電波漏れ防止及び減衰特性改善のために、その誘電体ブロックの開放端面を被うように該開放端面から適宜の距離隔ててシールド用の金属カバーを被せ、該金属カバーを前記機能性電子部品を構成する誘電体共振器の外導体と導通させて誘電体ブロックに固定することで、機能性電子部品と金属カバーとからなる誘電体共振部品を構成する方法がしばしばとられる。

近年、移動体通信機器には小型化が要求されており、これに伴い該移動通信機器に用いられる機能性電子部品更には誘電体共振部品にも小型化が要求されている。

このような要求に応えるために、比誘電率の高い誘電体材料からなる誘電体ブロックを用いることで機能性電子部品を小型化する方法がしばしば用いられる。

また、誘電体ブロックの開放端面の電極パターン面積を大きくし外導体とのパターンギャップを狭くすることで接地容量を大きくし小型化する方法も考えられる。

また、特開平１０−３０８６０５号公報（引用文献１）には、誘電体フィルタの誘電体磁器ブロックの開放端面に、複数の誘電体層を積層してなる回路積層体を接合することで、誘電体フィルタ装置を小型化する方法が開示されている。
特開平１０−３０８６０５号公報

しかしながら、上記の比誘電率の高い誘電体材料からなる誘電体ブロックを用いることで機能性電子部品を小型化する方法には、比誘電率が高い材料は通常材料Ｑ値が低く、このため高性能な特性をもつ機能性電子部品を得難いという課題がある。

また、上記の誘電体ブロックの開放端面の電極パターン面積を大きくし外導体とのパターンギャップを狭くすることで接地容量を大きくし小型化する方法では、充分な接地容量を得ることができず大幅な小型化は難しいという課題がある。

また、上記特許文献１に開示されている方法では、回路積層体を製造するために多大なコストがかかり、部品点数も多くなるという課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安価で部品点数も少なく小型で高性能な誘電体共振部品を提供することを目的とする。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
互いに反対側に位置する第１の面及び第２の面の双方を含む外面を有する誘電体ブロックと、該誘電体ブロックの第１の面から第２の面にかけて形成された複数の貫通孔と、該貫通孔内に形成された内導体と、前記第１の面を除く前記誘電体ブロックの外面に形成された外導体と、前記第１の面にて前記内導体から延び、前記貫通孔に対応して形成される共振器同士を結合させる結合電極と、前記共振器のうちいずれかと結合する入出力電極とを含んでなる機能性電子部品と、
該機能性電子部品に付され、前記誘電体ブロックの第１の面に対向する部分を有する金属カバーと、を備えた誘電体共振部品であって、
前記誘電体ブロックの第１の面に対向する前記金属カバーの部分と前記結合電極との間に誘電体板が介在していることを特徴とする誘電体共振部品、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記誘電体共振部品は、前記貫通孔と平行な前記誘電体ブロックの外面に前記外導体と絶縁されて形成され、前記入出力電極と接続された入出力端子を備える。本発明の一態様においては、前記誘電体共振部品は、前記金属カバーに絶縁状態にて取り付けられ、前記入出力電極と接続されている入出力端子を備える。本発明の一態様においては、前記誘電体板は前記金属カバー及び／又は誘電体ブロックの第１の面に接着されている。

本発明によれば、結合電極と誘電体ブロックの第１の面に対向する金属カバーの部分との間に誘電体板を介在させているので、接地容量を大きくとることができる。そのため共振器長を短くしても目標の共振周波数を得ることができ、小型の誘電体共振部品を構成することができる。

また、本発明によれば、共振器を構成する誘電体ブロックとして比誘電率の高い誘電体材料からなるものを使用することなしに小型化が達成できるので、高いＱ値の誘電体材料を用いた小型で高性能な誘電体共振部品を得ることができる。

また、本発明によれば、誘電体板を挿入するだけで小型化を達成できるので、誘電体共振部品のコストを最小限に抑えることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を説明する。

図２は本発明による誘電体共振部品の第１の実施形態の模式的斜視図であり、図１はその模式的分解斜視図であり、図３はその実装状態を示す模式的断面図である。

本実施形態の誘電体共振部品は、機能性電子部品たる誘電体フィルタ２と金属カバー４と平板状の誘電体板６とを備えている。

誘電体フィルタ２は、長さＬ、幅Ｗ及び高さＨの略六面体形状の誘電体ブロック２１を有する。誘電体ブロック２１は、互いに反対側に位置し互いに平行な第１の面（図１および図２では上面：図３では左側の面）及び第２の面（図１および図２では下面：図３では右側の面）と、これら第１及び第２の面の外周縁同士の間に位置する第３〜第６の面（誘電体ブロック２１の長さＬの方向および幅Ｗの方向の双方に沿った２つの側面と長さＬの方向および高さＨの方向の双方に沿った２つの側面）とを含んでなる外面を有する。

誘電体フィルタ２は、更に、第１の面から第２の面にかけて誘電体ブロック２１内に形成された複数の貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ（符号２２Ｂ，２２Ｃは図示されていない）と、これらの貫通孔の内壁にそれぞれ形成された内導体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと、誘電体ブロック２１の第２〜第６の面に形成された外導体２４とを有する。貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及び内導体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの各組に対応して、それぞれ共振器Ａ，Ｂ，Ｃ（符号Ａ，Ｂ，Ｃは図示されていない）が形成される。誘電体フィルタ２は、更に、内導体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃからそれぞれ誘電体ブロック２１の第１の面に延びる導電パターンからなる結合電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを有する。これらの結合電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、共振器Ａ，Ｂ，Ｃの互いに隣接するもの同士を結合させる。誘電体フィルタ２は、更に、共振器Ａ，Ｃと容量結合を形成するように誘電体ブロック２１の第１の面に形成された導電パターンからなる入出力電極２５Ｘ，２５Ｙを有している。誘電体フィルタ２は、更に、誘電体ブロック２１の一側面にて外導体２４から隔離されて形成され且つ入出力電極２５Ｘ，２５Ｙと接続されている導電パターンからなる入出力端子２６Ｘ，２６Ｙを有する。これら入出力端子２６Ｘ，２６Ｙは外部回路との接続に用いられる。誘電体フィルタ２は、バンドパスフィルタである。

金属カバー４は、アングル形状の板状部分を有する。ここで、アングル形状とは略直交する２つの板状部分からなる形状をいう。第１の板状部分は外導体２４を介して誘電体ブロック２１の１つの側面に接合されている。この接合は、金属カバー４の第１の板状部分と外導体２４との電気的接続を可能とするように半田や導電性接着剤を用いた接着によりなされる。金属カバー４の第２の板状部分は、誘電体ブロック２１の第１面を被うように該第１の面から距離Ｄだけ隔てられて、該第１の面と略平行に位置している。

誘電体板６は、誘電体ブロック２１の第１の面と金属カバー４の第２の板状部分との間に、ほぼ隙間なく挿入されている。ここで、誘電体板６は、誘電体ブロック２１の第１の面に対向する金属カバー４の第２の板状部分と結合電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃとの間に介在している。誘電体板６としては、通常高周波材料として用いられる比誘電率がたとえば２〜１００の誘電体材料からなるものを使用することができる。比誘電率２〜６の低誘電率の誘電体材料としては樹脂系誘電体材料を使用することができ、比誘電率６〜１００の中・高誘電率の誘電体材料としてはセラミックス系誘電体材料を使用することができる。誘電体板６の厚さは、金属カバー４の第２の板状部分と誘電体ブロック２１の第１面との間の距離Ｄより僅かに小さいが実質上Ｄに等しいと見なすことができる。この誘電体板６の厚さまたは距離Ｄは、たとえば０．５〜５ｍｍである。誘電体板６は、金属カバー４の第２の板状部分に接着剤等で貼り付けられて固定されている。

本実施形態の誘電体共振部品は、図３に示されるように、実装基板６０に半田付けなどによって表面実装して用いられる。実装基板６０は、絶縁基板６１の上面にパターン状のグランド配線６２および入出力配線６３を形成してなる。実装に際して、誘電体フィルタ２の誘電体ブロック２１の入出力端子２６Ｘ，２６Ｙの形成された側面を実装基板６０の配線形成面（上面）に接合する。ここで、入出力端子２６Ｘ，２６Ｙは入出力配線６３に接続され、外導体２４はグランド配線６２に接続される。すなわち、誘電体フィルタ２の入出力電極２６Ｘ，２６Ｙは、金属カバー４の第１の板状部分が接合された誘電体ブロック２１の側面とは反対側に位置する側面にて、外導体２４から離隔して形成されている。また、金属カバー４の第２の板状部分の先端縁は、電波漏れ防止および減衰特性改善のために、グランド配線６２に電気的に接続されている。

図４は、本実施形態の誘電体共振部品の等価回路図である。Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、誘電体ブロック２１内に形成された貫通孔２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃおよび内導体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ、並びに外導体２４により形成された上記共振器Ａ，Ｂ，Ｃである。Ｃ１からＣ７は、誘電体ブロック２１の第１の面に形成された導電パターンにより構成される容量である。Ｃ１は結合電極２５Ａと入出力電極２５Ｘとを所定の間隔に配置することで形成される容量であり、Ｃ４は結合電極２５Ｃと入出力電極２５Ｙとを所定の間隔に配置することで形成される容量である。Ｃ２は結合電極２５Ａ，２５Ｂとを所定の間隔で配置することで形成される容量であり、Ｃ３は結合電極２５Ｂ，２５Ｃを所定の間隔で配置することで形成される容量である。Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７は結合電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃと外導体２４とを所定の間隔で配置することで形成される容量である。

図７に本実施形態に属する第１実施例の周波数特性図を示す。この第１実施例においては、誘電体ブロック２１の比誘電率は１３で、誘電体ブロック２１の寸法はＷ＝３５ｍｍ、Ｌ＝１１．９ｍｍ、Ｈ＝１５．７ｍｍであった。金属カバー４の第２の板状部分と誘電体ブロック２１の第１の面との間隔はＤ＝２ｍｍであった。誘電体板６の比誘電率は６であった。図７より、本第１実施例における誘電体フィルタ２の中心周波数は０．９ＧＨｚであった。

比較のために、誘電体板６を使用しないこと以外は、上記第１実施例と同様な誘電体共振部品を作製した。但し、金属カバー４の第２の板状部分と誘電体ブロック２１の第１の面との間隔Ｄ＝２ｍｍを維持しつつ、中心周波数約０．９ＧＨｚのバンドパスフィルタを形成すべく、比誘電率１３の誘電体ブロック２１の寸法をＷ＝３５ｍｍ、Ｌ＝１７．６ｍｍ、Ｈ＝１５．７ｍｍとし、結合電極パターンを若干変更した。図８に本比較例の周波数特性図を示す。

以上のように、第１実施例では、比較例に比べて誘電体ブロック２１の長さＬが５．７ｍｍ短くなっており、約３０％の小型化が実現された。また、誘電体ブロック２１の比誘電率は従来のままであるため、Ｑ値の低下もなく高性能な特性が維持された。

図３に示されているように、本発明の第１の実施形態では、誘電体ブロック２１の第１の面と金属カバー４の第２の板状部分との間に誘電体板６が介在していることにより、結合電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃと金属カバー４の第２の板状部分との間に発生する接地容量が大きくなることがわかる。そのため、図４における容量Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７の容量値が大きくなり、共振器長（この場合長さＬ）を短くしても所定の中心周波数のフィルタ特性を得ることができる。これに対して、上記比較例の場合には、結合電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃと金属カバー４の第２の板状部分との間には空気層が介在するのみであるので、さほど接地容量は大きく取れない。このため、容量Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７の容量値を大きくする効果は低く、小型化が難しい。

図９に本発明の上記第１の実施形態に属する第２実施例の周波数特性図を示す。この第２実施例においては、誘電体ブロック２１の比誘電率は１３で、誘電体ブロック２１の寸法はＷ＝３５ｍｍ、Ｌ＝７．４ｍｍ、Ｈ＝１５．７ｍｍであった。金属カバー４の第２の板状部分と誘電体ブロック２１の第１の面との間隔はＤ＝２ｍｍであった。誘電体板６の比誘電率は１３であった。本第２実施例では、図９に示されるように誘電体フィルタ２の中心周波数は第１実施例と同一の０．９ＧＨｚであったが、第１実施例より高い比誘電率の誘電体板６を使用することにより、誘電体ブロック２１の長さＬが第１実施例より更に短くなっており、一層の小型化が実現された。

図５は本発明による誘電体共振部品の第２の実施形態の模式的分解斜視図であり、図６はその一部材の模式的斜視図である。図５において、図１〜図３におけると同様の機能を持つ部材には同一の符号が付されている。

本実施形態においては、金属カバー４’は断面コの字形状（チャンネル形状）をなしており、上記第１の実施形態の場合と同様な第１の板状部分及び第２の板状部分と、該第２の板状部分に連なり且つ第１の板状部分に対向するように配置された第３の板状部分とからなっている。金属カバー４’は、誘電体板６を間に挟んで誘電体ブロック２１に嵌合され、第１の板状部分及び第３の板状部分が誘電体フィルタ２の外導体２４に接続されている。入出力端子８Ｘ，８Ｙとしては金属カバー４’に取り付けられた例えばハーメチックシールタイプのリード端子が用いられ、その先端部は誘電体ブロック２１の第１の面に形成された入出力電極２５Ｘ’，２５Ｙ’に接続されている。図６に示されるように、入出力端子８Ｘ（８Ｙも同様）は、導電線８Ｘ１と金属カバー４’に接する金属シェル８Ｘ２とガラス系絶縁部８Ｘ３とからなり、金属シェル８Ｘ２が金属カバー４’に接する。このような形態にすることで、よりシールド効果が高くなり、小型で高性能な誘電体共振部品を得ることができる。

以上の第１及び第２の実施形態においては誘電体板６を金属カバー４，４’に接着剤で貼り付けて固定しているが、誘電体板６の固定方法はこれに限られるものではなく、誘電体ブロック２１に貼り付けても良いし、金属カバー４，４’及び誘電体ブロック２１の双方に貼り付けても良い。また、金属カバー４，４’に設けた固定用の突起により誘電体板６を固定してもよい。

また、以上の第１及び第２の実施形態においては誘電体共振部品がバンドパスフィルタである場合を示したが、誘電体共振部品はこれに限られるものではなく、複数の誘電体フィルタ部を含んでなる送受共用器であってもよい。

更に、以上の第１及び第２の実施形態においては略六面体形状の誘電体板６が使用されているが、誘電体板の形状はこれに限られるものではなく、結合電極とこれに対向する金属カバーの部分との間に介在するものであれば、誘電体板はいかなる形状でも良い。たとえば、図１における入出力電極２５Ｘ，２５Ｙを避けて誘電体を介在させる誘電体板形状にすると、入出力結合量をさほど変化させずに小型化を実現できる。また、誘電体板は複数に分割して介在させてもよい。その場合、それぞれの誘電体板の材料の比誘電率は異なっても良い。複数の誘電体板を使用することで、互いに隣接する結合電極間の領域を避けて誘電体を介在させることができ、これにより共振器間の結合量をさほど変化させずに小型化を実現できる。

本発明による誘電体共振部品の第１の実施形態の模式的分解斜視図である。 図１の誘電体共振部品の模式的斜視図である。 図１の誘電体共振部品の実装状態を示す模式的断面図である。 図１の誘電体共振部品の等価回路図である。 本発明による誘電体共振部品の第２の実施形態の模式的分解斜視図である。 図５の誘電体共振部品の一部材の模式的斜視図である。 本発明による誘電体共振部品の第１の実施形態に属する第１実施例の周波数特性図である。 比較例の誘電体共振部品の周波数特性図である。 本発明による誘電体共振部品の第１の実施形態に属する第２実施例の周波数特性図である。

符号の説明

２ 誘電体フィルタ
２１ 誘電体ブロック
２２Ａ 貫通孔
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 内導体
２４ 外導体
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ 結合電極
２５Ｘ，２５Ｙ，２５Ｘ’，２５Ｙ’ 入出力電極
２６Ｘ，２６Ｙ 入出力端子
４，４’ 金属カバー
６ 誘電体板
８Ｘ，８Ｙ 入出力端子
８Ｘ１ 導電線
８Ｘ２ 絶縁部
６０ 実装基板
６１ 絶縁基板
６２ グランド配線
６３ 入出力配線

Claims (8)

1. 互いに反対側に位置する第１の面及び第２の面、並びに前記第１の面の外周縁と前記第２の面の外周縁との間に位置する第３の面、第４の面、第５の面及び第６の面を含む外面を有する誘電体ブロックと、該誘電体ブロックの第１の面から第２の面にかけて形成された複数の貫通孔と、該貫通孔内に形成された内導体と、前記第２の面乃至前記第６の面に形成され前記第２の面にて前記内導体と接続された外導体と、前記第１の面にて前記内導体から延び、前記貫通孔に対応して形成される共振器同士を結合させる結合電極と、前記共振器のうちいずれかと結合する入出力電極とを含んでなる機能性電子部品と、
   前記外導体と電気的に接続されるように前記機能性電子部品に付され、前記誘電体ブロックの第１の面に対向する部分を有する金属カバーと、を備えた誘電体共振部品であって、
   前記誘電体ブロックの第１の面に対向する前記金属カバーの部分と前記結合電極との間に厚さ０．５〜５ｍｍの誘電体板が介在していることを特徴とする誘電体共振部品。
2. 前記入出力電極は前記誘電体ブロックの第１の面に形成されており、前記誘電体板は、前記入出力電極を避けて前記金属カバーと前記結合電極との間に介在していることを特徴とする、請求項１に記載の誘電体共振部品。
3. 前記誘電体板は複数に分割されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の誘電体共振部品。
4. 複数の前記誘電体板が設けられており、各誘電体板は、互いに隣接する前記結合電極間の領域を避けて前記結合電極のそれぞれと対応するように配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の誘電体共振部品。
5. 前記各誘電体板の材料は互いに比誘電率が異なることを特徴とする、請求項４に記載の誘電体共振部品。
6. 前記貫通孔と平行な前記誘電体ブロックの外面に前記外導体と絶縁されて形成され、前記入出力電極と接続された入出力端子を備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘電体共振部品。
7. 前記金属カバーに絶縁状態にて取り付けられ、前記入出力電極と接続されている入出力端子を備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘電体共振部品。
8. 前記誘電体板は前記金属カバー及び／又は誘電体ブロックの第１の面に接着されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の誘電体共振部品。

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