JP6287031B2 - 誘電体共振部品 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波帯などの高周波数域の無線通信装置等で使用される、誘電体フィルタや誘電体送受共用器などの誘電体共振部品に関する。

従来、携帯電話機などの移動体通信機器は、アンテナにより送受信する信号を通過帯域フィルタなどのフィルタを介して、所望の周波数帯の電磁波のみを送受信することができるように構成されている。このような機能性電子部品である帯域通過フィルタや送受共用器などの共振部品としては、誘電体ブロックを用い、これに複数の共振器を作りこ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。

しかるに、近年、移動体通信機器、特に基地局用途のものにおいて高性能化が要請されており、これに伴い移動体通信機器に用いられる誘電体共振部品にも高性能化が要請されている。そのため、より多くの共振器を単一の誘電体ブロックに作り込んで高性能化が図られている。この場合、各共振器の共振周波数のバランスが複雑になるため、共振周波数の調整が必要となり、また、共振器の段間結合の調整も必要となる。このような共振部品特性の調整のために、調整ねじを用いて微妙な特性調整を行う場合がある。

しかしながら、調整ねじを用いた場合、各共振器または互いに隣接する２つの共振器の間の領域に対応して配置される複数の調整ネジを支持する手段としての導電性の筐体、蓋又はカバーに加えて、複数の調整ネジが必要であり、部品点数が多くなって部材費用が嵩み、製造コストの観点から問題がある。

以上の状況に鑑み、誘電体ブロックを部分的に覆う導電性カバーに特性調整機能を組み込んだ誘電体共振部品が提案されている。

例えば、特許文献１では、誘電体共振素子の開放端と対向するように配置された導電性筐体の上壁部分から屈曲する共振周波数微細調整素子を設け、共振周波数調整を行う方法が開示されている。特許文献１では、更に、導電性筐体の上壁部分から屈曲する段間結合調整素子を設け、段間結合調整を行う方法が開示されている。

特許文献２にも類似の方法が開示されており、ここでは特に、周波数チューニング要素を誘電体共振器の開放端部に近づけて共振周波数調整を行う方法が開示されている。

特開昭５９−１３９７０１号公報 特開平７−２６３９２４号公報

しかしながら、特許文献１の方法においては、特性調整するための容量が誘電体開放端面と調整素子の先端とで形成されるので、電界が調整素子の先端部に集中し十分な容量が得られず、効率の良い特性調整が困難である、という問題がある。

また、特許文献２の方法においては、特許文献１の方法と同様の点に加えて、共振器孔（チューブ或いはホール）を途中から異形状に拡幅し、その孔部へ前記周波数チューニング要素を近づけ容量を形成しているため、共振器形状が複雑になり製造コストが上昇する、という問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高性能化の要請に応えるべく、特性調整のための機構にねじを使用せず、部品点数が少なく、特性調整が容易又は効率的で、低コスト化が可能な、誘電体共振部品を提供することを目的とするものである。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
第１の面及び第２の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、該貫通孔の内面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、前記共振器のうちのいずれかと結合する入出力電極と、前記第１の面を覆うように配置され、前記外導体に接続された金属カバーとを含んでなる誘電体共振部品であって、
前記第１の面に対向する前記金属カバーの部分には、略Ｕ字型又は略コの字型の切り込みにより画定され且つ前記誘電体ブロックに向かって屈曲せしめられた舌片状の特性調整部が設けられており、該特性調整部の先端部は、前記結合電極と対向し且つ該結合電極と略平行な面状に形成され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、前記金属カバーの板厚は、０．２ｍｍから１．０ｍｍである。本発明の一態様においては、前記金属カバーには、前記特性調整部を固定する固定剤が付されている。本発明の一態様においては、前記特性調整部のいずれかは、その先端部が、互いに隣接する２つの前記結合電極と対向する。

本発明によれば、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に設けられた舌片状の特性調整部の先端部が、誘電体ブロックの第１の面に設けられた結合電極と対向し且つ該結合電極と略平行な面状に形成されているので、電界強度が最も強い開放端部（第１の面）の結合電極との間に形成される容量を大きくすることができ、特性調整の範囲を広くすることができる。そのため、調整歩留まりが向上し、高品質の誘電体共振部品を、少ない部品点数で低コストにて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。 第１の実施形態の誘電体共振部品の模式的分解斜視図である。 第１の実施形態の誘電体共振部品の模式的断面図である。 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断面図である。 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平面図である。 図５のＡ−Ａ’模式的断面図である。 第３の実施形態の模式的断面図である。

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。但し、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。

［第１の実施形態］
図１は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り、図２及び図３はそれぞれその模式的分解斜視図及び模式的断面図である。本実施形態においては、誘電体共振部品は帯域通過誘電体フィルタである。

本実施形態の誘電体フィルタは、直方体形状の誘電体ブロック２を有する。誘電体ブロック２の材質としては、たとえば誘電体セラミックを使用することができ、特に比誘電率ε_ｒが１０程度のフォルステライト系セラミックを使用することができる。

誘電体ブロック２は、互いに略平行な第１の面２１及び第２の面２２を有する。誘電体ブロック２は、更に、第１の面２１及び第２の面２２に略直交し且つ互いに略平行な第３の面２３及び第４の面２４を有する。誘電体ブロック２は、更に、第１の面２１及び第２の面２２並びに第３の面２３及び第４の面２４に略直交し且つ互いに略平行な第５の面２５及び第６の面２６を有する。かくして、誘電体ブロック２の外面は、第１の面２１〜第６の面２６を含んでなる。

第１の面２１は上面である。第２の面２２は、下面であり、第１の面２１から距離（高さ）Ｔを隔てて第１の面２１と反対向きに位置している。第３の面２３及び第４の面２４は、一対の側面であり、距離（幅）Ｌを隔てて互いに反対向きに位置している。第５の面２５及び第６の面２６は、一対の端面であり、距離（長さ）Ｗを隔てて互いに反対向きに位置している。誘電体ブロック２の寸法は、所要の特性に応じて、適宜設定することができるが、たとえば、高さＴが４ｍｍ〜２５ｍｍで、長さＷが４５ｍｍ〜１３０ｍｍで、幅Ｌが１０ｍｍ〜３０ｍｍである。一例を挙げれば、長さＷが約７０ｍｍで、幅Ｌが約１８ｍｍで、高さＴが約９ｍｍである。

誘電体ブロック２には、第１の面２１から第２の面２２にかけて貫通し第３の面２３、第４の面２４、第５の面２５及び第６の面２６に略平行に延びる複数個（図では５個）の貫通孔４１が形成されている。貫通孔４１の内面には内導体４２が形成されている。誘電体ブロック２の第１の面２１を除く外面のほぼ全域には、外導体４３が形成されている。外導体４３は第２の面２２において内導体４２に接続されている。第１の面２１には、内導体４２から延び、貫通孔４１に対応して形成される１／４波長型の共振器同士を結合させる結合電極４４が形成されている。この結合電極４４の形状は、図示されるものに限定されず、所要の結合が得られるものであれば適宜変更してもよい。

誘電体ブロック２の第１の面２１には、以上のような共振器配列（即ち貫通孔配列）の一方端及び他方端の貫通孔４１に対応して形成される共振器と結合するように、それぞれ入出力電極即ち第１入出力電極４７及び第２入出力電極４８が形成されている。尚、第１入出力電極４７及び第２入出力電極４８は、外導体４３とは接続されていない。第１入出力電極４７及び第２入出力電極４８は、一方が入力電極として機能し、他方が出力電極として機能する。

内導体４２、外導体４３、結合電極４４、第１入出力電極４７及び第２入出力電極４８の材質としては、たとえば銀が使用される。

本実施形態の誘電体フィルタは、誘電体ブロック２に取り付けられた金属カバー１０を有する。金属カバー１０は、第１の面２１を覆うように配置され、外導体４３に接続されている。具体的には、金属カバー１０は、誘電体ブロック２の第１の面２１の開放域（導体が形成されていない領域部）から隔てられて該開放域を覆うように配置されており、たとえば厚み０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の金属板を成形したものからなる。一例を挙げれば、金属板の厚みは０．５ｍｍである。０．２ｍｍより薄いと曲げ形状を維持しにくくなる傾向にあり、１．０ｍｍより厚いと曲げ加工が困難になる傾向にある。金属カバー１０の材質は、誘電体ブロック２の材質と熱膨張係数の近いものが好ましく、例えば鉄系の金属、特に表面を錫めっきした鉄などを用いることができる。金属カバー１０の材質として誘電体ブロック２の材質と熱膨張係数の近い材質を用いることで、耐環境性、特に熱衝撃試験に対する耐久性を高めることが出来る。鉄系の材料の表面を錫めっきすることで、半田濡れ性及び耐久性（耐腐食性）が向上する。鉄系の材料に錫めっきを施すにあたっての下地処理としては、一般的なものを用いることができる。

金属カバー１０と誘電体ブロック２の第３の面２３及び第４の面２４に付された外導体４３との接合には、たとえば半田または導電性接着剤が用いられる。これにより、第１の面（開放域）２１からの電波漏洩を抑制し、良好な電磁シールド効果を発揮して、高い電気特性を得ることができる。

金属カバー１０の２つの側壁部１０１のうちの一方の外面には、入出力信号が外部接続される２個の入出力コネクタ即ち第１入出力コネクタ１１及び第２入出力コネクタ１２が接続されている。第１入出力コネクタ１１は、同軸コネクタであり、第１入出力電極４７に対応して位置し、外部導体が金属カバー１０と接続され且つ内部導体が第１入出力電極４７と接続されている。同様に、第２入出力コネクタ１２は、同軸コネクタであり、第２入出力電極４８に対応して位置し、外部導体が金属カバー１０と接続され且つ内部導体が第２入出力電極４８と接続されている。

金属カバー１０の２つの側壁部１０１の上端縁同士を連ねる天板部１０２は、誘電体ブロック２の第１の面２１に対向して位置している。この金属カバー天板部１０２には、略Ｕ字型又は略コの字型の切り込みにより画定され、誘電体ブロック２に向かって下向きに屈曲せしめられた舌片状の特性調整部１４が形成されている。特性調整部１４は、各貫通孔４１に対応して５つ設けられている。特性調整部１４の先端部（下端部）１４０は、結合電極４４と略平行な平面状に形成されており、間隔Ｄを保って結合電極４４と対向している。間隔Ｄは、例えば０．３ｍｍ〜１．０ｍｍである。一例を挙げれば、間隔Ｄは０．６ｍｍである。面状先端部１４０の寸法は、例えば１ｘ１ｍｍ〜４ｘ４ｍｍ程度である。一例を挙げれば、面状先端部１４０の寸法は２ｘ２ｍｍである。

本実施形態において、金属カバー１０は、金属板を金型により打ち抜き加工して略Ｕ字型又は略コの字型の切り込みを形成し、該切込みにより形成又は画定される舌片状の部分を曲げ加工することで特性調整部１４を形成するとともに、曲げ加工により天板部１０２及び側壁部１０１を形成することで、作製することができる。

以上により、一方端から他方端までの共振器配列を有する通過帯域誘電体フィルタが構成される。誘電体フィルタと外部回路との接続には、一端を第１入出力コネクタ１１に接続した第１の同軸ケーブルと一端を第２入出力コネクタ１２に接続した第２の同軸ケーブルとが用いられる。

表１に、第１の実施形態の帯域通過誘電体フィルタであって、上記例示された寸法などを持つ典型的なもの（「本実施形態」）の中心周波数を示す。表１には、比較のため、金属カバーに特性調整部が設けられておらず天板部が単純平板状であることのみ異なるもの（「特性調整部無し」）と、特許文献２の図７のように、金属カバーに略Ｕ字型又は略コの字型の切り込みを形成し、該切込みにより形成又は画定される舌片状の部分を貫通孔に向かって曲げ加工することで特性調整部を形成したもの（「従来例」）と、についての中心周波数をも示す。従来例において、特性調整部の先端部（下端部）は、誘電体ブロック上面に対して本実施形態と同じ間隔Ｄが保たれているが、誘電体ブロック上面と略平行な平面状には形成されていない。

表１より、本実施形態の特性調整部を設けることで、中心周波数を２０００ＭＨｚから１９２５ＭＨｚまで変化させることができ、７５ＭＨｚの周波数帯で調整することができる。

一方、従来例では、中心周波数を２０００ＭＨｚから１９６５ＭＨｚまでしか変化させることができず、３５ＭＨｚの周波数帯での調整にとどまる。

以上より、結合電極を誘電体ブロックの第１の面に設け、結合電極と略平行に対向する特性調整部を形成することで、開放端部に付加される容量を大きくすることができる。そのため、周波数変動量を大きくすることができ、従来例に比べ周波数調整量を大きくすることができることがわかる。

即ち、本実施形態の構成により、広い範囲での周波数バラツキに対応でき、周波数調整の範囲を広くすることができる。そのため、調整歩留まりが向上し、高品質の帯域通過誘電体フィルタを、少ない部品点数で低コストにて提供することができる。

［第２の実施形態］
図４は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断面図である。本実施形態は、金属カバー１０の天板部１０２に特性調整部１４の姿勢を固定する固定剤１６が付されていることのみ、第１の実施形態と異なる。この固定剤１６は、天板部１０２に対する特性調整部１４の姿勢を適宜変化させて所望の周波数調整をした後に、付与される。この周波数調整の前後における舌片状特性調整部１４の屈曲角度の差は、周波数調整の前後において特性調整部先端部１４０と結合電極４４とが略平行に維持されるようなものであるのが好ましい。略平行の角度範囲としては、例えば３度以内、２度以内または１度以内が例示される。

固定剤１６としては、半田、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤及び熱硬化樹脂などを用いることができる。

本実施形態のごとく固定剤１６を用いることで、調整済の特性調整部１４の姿勢が経時的に変化するのを防止し、より信頼性の高い製品を提供することができる。

［第３の実施形態］
図５は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平面図であり、図６は図５のＡ−Ａ’模式的断面図であり、図は第３の実施形態の模式的断面図である。本実施形態においては、特性調整部１４は、その先端部１４０が、互いに隣接する２つの結合電極４４と対向するように配置されている。

このような構造にすることで、互いに隣接する共振器段間の結合量を調整することができる。

［その他の実施形態］
本発明の誘電体共振部品は、誘電体送受共用器にも適用できる。また、各部材の形状及び材質並びに共振器数などは、上記実施形態のものに限定されない。

２ 誘電体ブロック
２１ 第１の面
２２ 第２の面
２３ 第３の面
２４ 第４の面
２５ 第５の面
２６ 第６の面
４１ 貫通孔
４２ 内導体
４３ 外導体
４４ 結合電極
４７ 第１入出力電極
４８ 第２入出力電極
１０ 金属カバー
１０１ 側壁部
１０２ 天板部
１１ 第１入出力コネクタ
１２ 第２入出力コネクタ
１４ 特性調整部
１４０ 先端部
１６ 固定剤

Claims (4)

1. 第１の面及び第２の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、該貫通孔の内面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、前記共振器のうちのいずれかと結合する入出力電極と、前記第１の面を覆うように配置され、前記外導体に接続された金属カバーとを含んでなる誘電体共振部品であって、
   前記第１の面に対向する前記金属カバーの部分には、略Ｕ字型又は略コの字型の切り込みにより画定され且つ前記誘電体ブロックに向かって屈曲せしめられた舌片状の特性調整部が設けられており、該特性調整部の先端部は、前記結合電極と対向し且つ該結合電極と略平行な面状に形成されていることを特徴とする誘電体共振部品。
2. 前記金属カバーの板厚は、０．２ｍｍから１．０ｍｍであ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. 前記金属カバーには、前記特性調整部を固定する固定剤が付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. 前記特性調整部のいずれかは、その先端部が、互いに隣接する２つの前記結合電極と対向することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の誘電体共振部品。

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