JP6127630B2 - 誘電体共振部品 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体ブロックに１つまたは複数の共振器を作り込んでなる、誘電体フィルタ及び誘電体送受共用器等の誘電体共振部品に関する。より詳しくは、本発明は、入出力電極と誘電体ブロック中の共振器との結合が容量結合である誘電体共振部品に関する。

携帯電話機などの移動体通信機器に用いられる誘電体フィルタや誘電体送受共用器としては、誘電体ブロックに、所要の結合が得られるように複数の共振器（誘電体共振器）を作り込んでなる、一体型の誘電体共振部品がしばしば用いられる。誘電体共振部品は、誘電体ブロックに貫通孔を形成し、該貫通孔の内面に内導体を付することで形成することができる。
誘電体共振部品には、入力側外部回路及び出力側外部回路のそれぞれとの接続のために、誘電体共振器との結合（入出力結合：外部結合）をとる手段が設けられる。入出力結合の手段としては、電磁界結合を利用するものと、容量結合を利用するものとがある。
前者の例としては、例えば特許文献１に記載されているように、誘電体ブロックに共振器孔と平行な内導体付き励振孔を設け、これら共振器孔と励振孔とを電磁界結合させるようにしたものがある。これによれば、励振孔内導体と接続される入出力電極の形状及び寸法を変えることなく、所望の外部結合を得ることができるとされている。しかし、特許文献１に記載の手法においては、誘電体共振部品の特性を変更すべく入出力結合の度合いを調整または設定するためには、励振孔の径及び形成位置を変化させることが必要であり、その度に誘電体ブロック成形用金型の形状及び寸法を変更する必要がある。このように、入出力結合に電磁界結合を利用する場合には、設計の自由度が低くコストアップになる。
後者の例としては、誘電体ブロック開放端面にて共振器内導体と接続されるように結合用導体を形成し、該結合用導体と入出力電極とを容量結合させるようにしたものがある。これによれば、誘電体共振部品の特性変更に際しても、誘電体ブロック開放端面に形成される結合用導体及び／又は入出力電極の形状、寸法及び配置を適宜変更すればよく、誘電体ブロック開放端面における導体パターン変更のみで対処でき、誘電体ブロック成形用金型の形状及び寸法を変更する必要がなく、設計の自由度が高くなり、コストダウンが可能である。

ところで、一般にアンテナを使用して無線通信を行う移動体通信機器では、アンテナと通信機器との間に避雷器を設け、誘導雷による影響が通信機器に及ぶのを防止するようにしている。たとえば、特許文献２では、アンテナと通信機器との間の接続ケーブルに略１／４波長の長さのコイルを接続し、該コイルの一端をアース板に接続してなる避雷用コイル装置を具備した避雷器が開示されている。

特開平８−６５０１２号公報 特開２００６−２９６１６３号公報

近年、移動体通信機器は小型化及び高性能化が求められており、使用部品にも小型化や最適な設計による高性能化が求められている。しかしながら、特許文献２に記載される技術の場合、避雷用コイル装置を通信機器とは別体で取り付ける必要があり、小型化が困難である。
移動体通信機器においては、アンテナ側と通信機器の送信回路及び受信回路のそれぞれとの間に送信用フィルタ及び受信用フィルタが介在し、これらの送信用フィルタ及び受信用フィルタ或いはこれらを複合した送受共用器として誘電体共振部品が使用される。
特許文献１には、誘電体共振部品における避雷に関する記載及び示唆はない。

本発明は、避雷用コイル装置を別体で取り付けることなしに、移動体通信機器などの誘電体共振部品を使用した機器の小型化を容易にする、避雷機能を持つ誘電体共振部品及びそれを用いた通信装置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の端面および第２の端面と前記第１の端面の外周縁と前記第２の端面の外周縁との間に位置する複数の側壁面とを有する誘電体ブロックと、
該誘電体ブロック内にて前記第１の端面から前記側壁面に沿って延びるように形成された複数の共振孔と、
該共振孔の内面に形成された内導体と、
前記第２の端面および側壁面に形成された外導体と、
前記第１の端面にて前記外導体から離隔して形成され、前記共振孔のそれぞれに対応して形成される共振器のうちのいずれかと容量結合する入出力電極と、
を含んでなる誘電体共振部品であって、
前記外導体に接続された一方端部と前記入出力電極に接続された他方端部とを有する１／４波長伝送線路を備え、
前記１／４波長伝送線路は、前記誘電体ブロック内にて形成された伝送孔の内面に設けられた伝送導体を含んで構成され、
前記伝送孔は前記誘電体ブロックに形成された貫通孔であり、前記伝送導体の一端が前記外導体に接続され、
前記伝送孔は、前記誘電体ブロック内にて前記第１の端面に沿って延びるように形成されている、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、前記伝送導体の他端が前記入出力電極に接続されている。本発明の一態様においては、前記１／４波長伝送線路は、前記伝送導体の他端と前記入出力電極との間に介在するように前記第１の端面と前記複数の側壁面の何れかにわたって前記外導体から離隔して形成された接続導体を含んで構成される。

本発明の一態様においては、前記誘電体共振部品は、更に、前記第１の端面にて前記外導体から離隔して形成され前記入出力電極に接続された位相調整用導体を有する。本発明の一態様においては、前記誘電体共振部品は、更に、前記第１の端面にて前記外導体から離隔して形成され前記内導体に接続された結合用導体を有する。

また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
複数の前記入出力電極を含んでなる上記の誘電体共振部品と、前記入出力電極のうちの第１入出力電極に接続されたアンテナ回路と、前記入出力電極のうちの第２入出力電極に接続された通信回路とを含んでなる通信装置であって、
前記誘電体共振部品の第１入出力電極に前記１／４波長伝送線路の他方端部が接続されている通信装置、
が提供される。

本発明によれば、避雷用コイル装置を別体で取り付けることなしに、誘電体共振部品を使用した機器の小型化を容易にする、避雷機能を持つ誘電体共振部品、及びそれを用いた通信装置を提供することができる。

本発明による誘電体共振部品の第１の実施形態を示す模式的斜視図である。 図１の誘電体共振部品の部分断面図である。 本発明による誘電体共振部品の第２の実施形態を示す模式的斜視図である。 本発明による誘電体共振部品の第３の実施形態を示す模式的部分斜視図である。 本発明による誘電体共振部品の第４の実施形態を示す模式的部分斜視図である。 本発明による誘電体共振部品の第５の実施形態を示す模式的部分斜視図である。 本発明による誘電体共振部品の第６の実施形態を示す模式的斜視図である。 １／４波長伝送線路がない従来の誘電体バンドパスフィルタの模式的斜視図である。

本発明の誘電体共振部品は、入出力電極と外導体とを接続する１／４波長伝送線路を備えること以外は、従来の誘電体共振部品と同一の構成を利用することができる。即ち、本発明の誘電体共振部品は、互いに反対側に位置する第１の端面および第２の端面と前記第１の端面の外周縁と前記第２の端面の外周縁との間に位置する複数の側壁面とを有する誘電体ブロックと、該誘電体ブロック内にて前記第１の端面から前記側壁面に沿って延びるように形成された複数の共振孔と、該共振孔の内面に形成された内導体と、前記第２の端面および側壁面に形成された外導体と、前記第１の端面にて前記外導体から離隔して形成され、前記共振孔のそれぞれに対応して形成される共振器のうちのいずれかと容量結合する入出力電極と、を含んでなる誘電体共振部品であり、更に、本発明に特徴的な構成として、前記外導体に接続された一方端部と前記入出力電極に接続された他方端部とを有する１／４波長伝送線路を備えることを特徴とするものである。
１／４波長伝送線路は、たとえば次のようにして形成することができる。即ち、誘電体ブロックにおいて、入出力電極又はその近傍の領域に位置する貫通孔を形成し、該貫通孔を伝送孔とし、その内面に伝送導体となる導電体を形成し、その一端を外導体に接続し、他端を入出力電極に接続する。

本発明の誘電体共振部品は、入出力電極とそれに近接する共振器とが容量結合されている誘電体共振部品である。容量結合で入出力結合をとる方法は誘電体ブロックの第１の端面に適宜のパターン（形状、寸法及び配置などを含む）を持つ導体を形成することで簡単に実現でき、設計の自由度が高く、低コストで実現できる。

本発明の通信装置は、複数の前記入出力電極特に第１入出力電極及び第２入出力電極を含んでなる本発明の誘電体共振部品と、前記第１入出力電極に接続されたアンテナ回路と、前記第２入出力電極に接続された通信回路とを含んでなる通信装置であり、前記誘電体共振部品の第１入出力電極に前記１／４波長伝送線路の他方端部が接続されていることを特徴とするものである。
本発明の通信装置においては、アンテナで受信された高周波信号は、アンテナ回路を経て第１入出力電極に導かれ、誘電体バンドパスフィルタへ送られる。この場合、１／４波長伝送線路は、バンドパスフィルタの中心周波数に対応する波長の略１／４の波長（１／４波長）の電気長を有するように設定されているため、アンテナで受信された高周波信号に対して高インピーダンスとなり、高周波信号は１／４波長伝送線路の影響を受けない。そのため、入出力結合を容量結合とした場合でも、ＤＣ接地型のバンドパスフィルタを構成できる。１／４波長伝送線路の形態としては、貫通孔の方向など特に制限はなく、１／４波長の伝送路が形成され、これにより入出力電極と外導体とが接続されていればよい。尚、バンドパスフィルタを経た高周波信号は、第２入出力電極を経て通信回路（受信回路）へと送られる。

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。

［第１の実施形態］
図１は、本発明による誘電体共振部品１の第１の実施形態を示す模式的斜視図である。図２は、図１の誘電体共振部品１の部分断面図である。本実施形態では、誘電体共振部品１は６つの共振器を有する６段の誘電体フィルタである。

誘電体ブロック２は、長さＬ、幅Ｗ及び高さＨの略直方体の基本形状を持つ。長さＬはたとえば約９ｍｍであり、幅Ｗはたとえば約７６ｍｍであり、高さＨはたとえば約１１ｍｍである。誘電体ブロック２の材質としては、たとえばＭｇ_２ＳｉＯ_４を主成分とするフォルステライト系セラミックであって比誘電率ε_ｒが１０程度の誘電体セラミックスを使用することができる。

誘電体ブロック２には、長さＬの方向に延びた複数の共振孔３０が互いに平行となるように形成されており、これらのそれぞれに対応して共振器が形成される。複数の共振孔３０のそれぞれの内面に内導体３１が形成されている。誘電体ブロック２の第１の端面２１には、複数の共振孔３０に対応してそれぞれ形成される共振器のうちの互いに隣接する２つ同士を結合させる結合手段としての結合用導体３３が、それぞれ内導体３１と接続されて、形成されている。これにより、各共振孔３０に対応して形成される誘電体共振器が容量性結合により６段に結合されて誘電体バンドパスフィルタが形成される。この誘電体バンドパスフィルタの両端の共振器とそれぞれ容量結合する２つの入出力電極４０が第１の端面２１に形成されている。
誘電体ブロック２において、第１の端面２１の反対側に位置する第２の端面２２、および第１の端面２１の外周縁と第２の端面２２の外周縁との間に位置する４つの側壁面には、外導体３２が形成されている。
誘電体ブロック２の側壁面には同軸コネクタ６０が接続されており、該コネクタの接地部分６１は外導体３２と、信号線部分６２は入出力電極４０と、それぞれたとえば半田などで電気的に接合されている。

一方の入出力電極４０（第１入出力電極：図１において右側のもの）の同軸コネクタ６０近傍には、第１の端面２１から第２の端面２２にかけて貫通する伝送孔５１が形成されており、伝送孔５１内面には、伝送導体５２が形成されている。伝送導体５２は、第１の端面２１側で入出力電極４０と導通しており、第２の端面２２で外導体３２と導通している。即ち、伝送導体５２の一端が外導体３２に接続されており、伝送導体５２の他端が入出力電極４０に接続されている。このようにして形成された伝送線路は、当該バンドパスフィルタの中心周波数に対応する略１／４波長の電気長を有するように設定されて、１／４波長伝送線路５として形成されている。

参考のため、１／４波長伝送線路がない従来の誘電体バンドパスフィルタを図８に示す。１／４波長伝送線路５がないこと以外は、第１の実施形態と略同じ構造である。

本発明の実施形態において、１／４波長伝送線路５が接続された第１入出力電極４０に接続された同軸コネクタ６０を外部回路であるアンテナ回路に接続し、他方の入出力電極（第２入出力電極：図１において左側のもの）に接続された同軸コネクタ６０を外部回路である通信回路たとえば受信回路に接続して、通信装置を構成した場合、たとえば誘導雷によってアンテナに高電圧または大電流が生じると、この高電圧または大電流は直流に近いので、第１入出力電極４０及び１／４波長伝送線路５を通って外導体３２を伝い接地される。従って、誘導雷によるバンドパスフィルタへの悪影響が阻止され、ひいては第２入出力電極を経てバンドパスフィルタと接続されている受信回路などの外部回路への悪影響が阻止される。

雷が発生していない通常の状態においては、アンテナで受信された高周波信号は、同軸コネクタ６０により第１入出力電極４０に導かれバンドパスフィルタへ送られる。この場合、１／４波長伝送線路は、バンドパスフィルタの中心周波数に対応する略１／４波長の電気長を有するように設定されているため、アンテナで受信された高周波信号に対して高インピーダンスとなる。このため、高周波信号は１／４波長伝送線路５の影響を受けない。

かくして、本実施形態においては、アンテナ回路に接続される第１入出力電極４０に１／４波長伝送線路５を付設し、該１／４波長伝送線路が外導体３２に接続された一方端部と第１入出力電極４０に接続された他方端部とを有するものであることで、避雷器を具備した誘電体共振部品１を構成している。

［第２の実施形態］
図３は、本発明による誘電体共振部品１の第２の実施形態を示す模式的斜視図である。本実施形態では、同軸コネクタ６０の代わりに、誘電体ブロック２の側壁面に外導体３２から離隔して外部接続用導体４３を形成し、表面実装を可能にしている。外部接続用導体４３は、実装基板側に設けられた回路パターンにたとえば半田等で接合され、アンテナ回路及び通信回路等の外部回路と接続される。１／４波長伝送線路５の形態は第１の実施形態と同一である。

このような構造にすることで、避雷器を具備した誘電体共振部品１を構成することができるとともに、コネクタを省略でき低コストの部品を構成することができる。

［第３の実施形態］
図４は、本発明による誘電体共振部品１の第３の実施形態を示す模式的部分斜視図である。本実施形態では、第１の端面２１にて、外導体３２から離隔して第１入出力電極４０に接続された位相調整用導体４４を形成している。位相調整用導体４４は、１／４波長伝送線路５の第１入出力電極４０に接続された端部に近接して位置している。１／４波長伝送線路５の形態も含め他の構成は、第１の実施形態と略同じである。このような構造にすることで、避雷器を具備した誘電体共振部品１を構成することができるとともに、位相を細かく調整し入出力インピーダンスを最適にすることが容易になる。

［第４の実施形態］
図５は、本発明による誘電体共振部品１の第４の実施形態を示す模式的部分斜視図である。本実施形態では、１／４波長伝送線路５を構成する伝送孔５１が、共振孔３０と略直交する方向に沿って即ち第１の端面に沿って延びるように形成されており、伝送孔５１の内面には伝送導体５２が形成されている。伝送導体５２は、一端が、誘電体ブロック２の側壁面（図面向う側の側壁面）に形成された外導体３２に接続されており、他端が、接続導体４５を介して、入出力電極４０に接続されている。即ち、本実施形態では、１／４波長伝送線路５は、伝送導体５２の他端と入出力電極４０との間に介在するように誘電体ブロック２の第１の端面２１と側壁面（図面手前側の側壁面）にわたって外導体３２から離隔して形成された接続導体４５を含んで構成されている。バンドパスフィルタの構成は、第１の実施形態と略同じである。

接続導体４５を含む１／４波長伝送線路５は、バンドパスフィルタの中心周波数に対応する略１／４波長の電気長を有するように設定されている。このように共振孔３０の向きと伝送孔５１の向きとを略直交させることで、避雷器を具備した誘電体共振部品１を構成することができるとともに、不要な電磁界結合を避けることができ、バンドパスフィルタのインピーダンス整合が容易になる。

［第５の実施形態］
図６は、本発明による誘電体共振部品１の第５の実施形態を示す模式的部分斜視図である。本実施形態では、接続導体４５の一部（誘電体ブロック２の側壁面に形成された部分）を図３に示されるような外部接続用導体４３として利用している。尚、本実施形態では、外部接続用導体４３を含む接続導体４５を第１入出力電極４０の一部と捉えることもできる。１／４波長伝送線路５の形態は、第４の実施形態と同じである。本実施形態では、コネクタを省略でき且つ、最も外部回路に近いところで接地できるので、誘導雷の影響がより少ない。

［第６の実施形態］
図７は、本発明による誘電体共振部品１の第６の実施形態を示す模式的斜視図である。本実施形態は、それぞれが実施形態１で説明したものと類似のバンドパスフィルタからなる送信用フィルタＦｔ及び受信用フィルタＦｒを備えたアンテナ送受共用器である。アンテナ回路は、誘電体ブロック２の中央部の送受共通電極（第１入出力電極）４６に接続された同軸コネクタ６０に接続される。受信回路及び送信回路は、それぞれ、誘電体ブロック２の右端部及び左端部の出力電極（第２入出力電極）４１及び入力電極（第２入出力電極）４２に接続された同軸コネクタ６０に接続される。入出力結合は全て容量結合で構成されているので、第１及び第２の入出力電極のパターンを調整することで、自由に入出力結合量を調整できる。
送受共通電極４６には、同軸コネクタ６０との接続部の近傍において、１／４波長伝送線路５が接続されている。このような構造にすることで、１／４波長の避雷器を備えたアンテナ送受共用器を構成することができる。
これにより、本発明の誘電体共振部品を含む通信装置が構成される。この通信装置において、送信回路からの送信信号は、入力電極４２、送信用フィルタＦｔ及び送受共通電極４６を経てアンテナ回路に導かれる。アンテナ回路からの受信信号は、送受共通電極４６、受信用フィルタＦｒ及び出力電極４１を経て受信回路に導かれる。

１ 誘電体共振部品
Ｆｔ 送信用フィルタ
Ｆｒ 受信用フィルタ
２ 誘電体ブロック
２１ 第１の端面
２２ 第２の端面
３０ 共振孔
３１ 内導体
３２ 外導体
３３ 結合用導体
４０ 入出力電極
４１ 出力電極
４２ 入力電極
４３ 外部接続用導体
４４ 位相調整用導体
４５ 接続導体
４６ 送受共通電極
５ １／４波長伝送線路
５１ 伝送孔
５２ 伝送導体
６０ 同軸コネクタ
６１ 同軸コネクタの接地部分
６２ 同軸コネクタの信号線部分

Claims (6)

1. 互いに反対側に位置する第１の端面および第２の端面と前記第１の端面の外周縁と前記第２の端面の外周縁との間に位置する複数の側壁面とを有する誘電体ブロックと、
   該誘電体ブロック内にて前記第１の端面から前記側壁面に沿って延びるように形成された複数の共振孔と、
   該共振孔の内面に形成された内導体と、
   前記第２の端面および側壁面に形成された外導体と、
   前記第１の端面にて前記外導体から離隔して形成され、前記共振孔のそれぞれに対応して形成される共振器のうちのいずれかと容量結合する入出力電極と、
   を含んでなる誘電体共振部品であって、
   前記外導体に接続された一方端部と前記入出力電極に接続された他方端部とを有する１／４波長伝送線路を備え、
   前記１／４波長伝送線路は、前記誘電体ブロック内にて形成された伝送孔の内面に設けられた伝送導体を含んで構成され、
   前記伝送孔は前記誘電体ブロックに形成された貫通孔であり、前記伝送導体の一端が前記外導体に接続され、
   前記伝送孔は、前記誘電体ブロック内にて前記第１の端面に沿って延びるように形成されている、誘電体共振部品。
2. 前記伝送導体の他端が前記入出力電極に接続されている、請求項１に記載の誘電体共振部品。
3. 前記１／４波長伝送線路は、前記伝送導体の他端と前記入出力電極との間に介在するように前記第１の端面と前記複数の側壁面の何れかにわたって前記外導体から離隔して形成された接続導体を含んで構成される、請求項１に記載の誘電体共振部品。
4. 更に、前記第１の端面にて前記外導体から離隔して形成され前記入出力電極に接続された位相調整用導体を有する、請求項１〜３の何れか一項に記載の誘電体共振部品。
5. 更に、前記第１の端面にて前記外導体から離隔して形成され前記内導体に接続された結合用導体を有する、請求項１〜４の何れか一項に記載の誘電体共振部品。
6. 複数の前記入出力電極を含んでなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の誘電体共振部品と、前記入出力電極のうちの第１入出力電極に接続されたアンテナ回路と、前記入出力電極のうちの第２入出力電極に接続された通信回路とを含んでなる通信装置であって、
   前記誘電体共振部品の第１入出力電極に前記１／４波長伝送線路の他方端部が接続されている通信装置。

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