JP6583554B2 - 誘電体共振器、および、誘電体フィルタ - Google Patents
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Description
本発明は、TEモード共振を用いた誘電体共振器、および、該誘電体共振器を複数結合してなる誘電体フィルタに関する。
特許文献1には、TEモード共振を用いた誘電体フィルタが記載されている。特許文献1に記載の誘電体フィルタは、複数の誘電体共振器を備える。
誘電体共振器は、誘電体ブロック、および外部導体を備える。誘電体ブロックは、直方体形状である。外部導体は、誘電体ブロックの略全面に形成されている。誘電体共振器の共振周波数は、誘電体ブロックの比誘電率、および外形寸法によって決定される。
したがって、複数の誘電体共振器の共振周波数を異ならせるには、各誘電体ブロックを同じ材料(同じ比誘電率の材料)で形成する場合、外形寸法を異ならせる必要がある。
しかしながら、複数の誘電体共振器毎に誘電体ブロックの外形寸法を異ならせた場合、誘電体フィルタとして必要な特性に応じて、誘電体フィルタの外形寸法、すなわち、製品の外形寸法が異なってしまう。言い換えれば、同じ外形寸法を維持したまま、異なるフィルタ特性を有する誘電体フィルタを製造することができないので、新たに外形寸法の異なる誘電体ブロックを作り直す必要があり、手間がかかってしまう。
したがって、本発明の目的は、TEモード共振を利用しながら、外形寸法を変化させずに、共振周波数を調整可能な誘電体共振器を提供することにある。
この発明の誘電体共振器は、誘電体ブロック、外部導体、および、壁面導体を備える。誘電体ブロックは、互いに対向する第1面と第2面とを有する直方体形状である。誘電体ブロックは、第1面から第2面に亘る貫通孔を有する。外部導体は、誘電体ブロックの外面に形成されている。壁面導体は、貫通孔の壁面に形成されている。壁面導体は、貫通孔の第1面側の端部を含む第1部分と、貫通孔の第2面側の端部を含む第2部分と、を備える。第1部分と第2部分との間は、電気的に分離されている。
この構成では、誘電体ブロック内に、壁面導体の第1部分と第2部分との離間距離に応じた共振周波数のTEモード共振が生じる。したがって、この離間距離を調整することによって、共振周波数が調整される。
また、この発明の誘電体フィルタは、上述の貫通孔の壁面導体に離間部を有する誘電体共振器を含んで、複数の誘電体共振器を備えており、複数の誘電体共振器は、結合している。
この構成では、上述の誘電体共振器を備えることによって、TEモード共振を用いた誘電体共振器の部分の外形寸法を変化させることなく、誘電体フィルタのフィルタ特性が調整される。
また、この発明の誘電体フィルタでは、次の構成であることが好ましい。誘電体フィルタは、第1誘電体共振器と第2誘電体共振器とを備える。第1誘電体共振器と第2誘電体共振器とは、上述の貫通孔の壁面導体に離間部を有する誘電体共振器の構成をそれぞれに備える。第1誘電体共振器における第1部分と第2部分との離間距離と、第2誘電体共振器における第1部分と第2部分との離間距離とは、異なる。
この構成では、第1誘電体共振器の外形寸法と第2誘電体共振器の外形寸法とが同じでありながら、第1誘電体共振器の共振周波数と第2誘電体共振器の共振周波数とが異なる。これにより、共振周波数が異なる2つの誘電体共振器を結合させた誘電体フィルタの形状が簡素化され、製造が容易になる。
また、この発明の誘電体フィルタでは、次の構成であってもよい。複数の誘電体共振器の全ては、上述の貫通孔の壁面導体に離間部を有する誘電体共振器の構成をそれぞれに備える。複数の誘電体共振器における第1部分と第2部分との離間距離のそれぞれは、互いに異なる。
この構成では、誘電体フィルタを構成する全ての誘電体共振器の外形寸法が同じでありながら、各誘電体共振器の共振周波数が異ならせられる。これにより、共振周波数が異なる複数の誘電体共振器を結合させた誘電体フィルタの形状が簡素化され、製造が容易になる。
この発明によれば、TEモード共振を利用しながら、外形寸法を変化させずに、共振周波数を調整できる。
本発明の第1の実施形態に係る誘電体共振器および誘電体フィルタについて、図を参照して説明する。図1(A)は、本発明の第1の実施形態に係る誘電体共振器の外観斜視図である。図1(B)は、本発明の第1の実施形態に係る誘電体共振器の構成を示す断面図である。なお、図1(B)では、外部導体、壁面導体の厚みを強調して記載している。
図1(A)、図1(B)に示すように、誘電体共振器10は、誘電体ブロック20、外部導体30、および、壁面導体41、42を備える。
誘電体ブロック20は、誘電体セラミック等によって形成されている。誘電体ブロック20の比誘電率は高く、例えば、40〜50程度である。
誘電体ブロック20は、直方体形状であり、互いに対向する第1面201と第2面202とを備える。誘電体ブロック20の外形寸法は、L1、L2、Dである。L1は、第1面201および第2面202の寸法を規定する第1方向の長さである。L2は、第1面201および第2面202の寸法を規定する第2方向の長さであり、第1方向に直交する方向の長さである。Dは、第1面201と第2面202との距離を規定する第3方向の長さであり、第1方向と第2方向とに直交する方向の長さである。第1方向の長さL1と第2方向の長さL2は等しい。ここで、長さが等しいとは、製造誤差の範囲無いで略等しいことも含む。第3方向の長さDは、第1方向の長さL1および第2方向の長さL2よりも短い。
誘電体ブロック20には、貫通孔21が形成されている。貫通孔21は、第1面201から第2面202まで誘電体ブロック20を貫通する孔である。貫通孔21は、第1面201および第2面202に直交する方向に視て、円形である。貫通孔21の貫通方向の軸は、第1面201および第2面202に直交する(第3方向に平行である)。
外部導体30は、誘電体ブロック20の外面の全面に形成されている。誘電体ブロック20の外面は、第1面201と、第2面202と、第1面201と第2面202とを接続する四面とから構成される。外部導体30は、導電性が高い材料、例えば、銀(Ag)等の金属からなる。
壁面導体41は、貫通孔21の壁面22における第1面201側の端部に形成されている。壁面導体41は、貫通孔21の第1面201側の端部において、外部導体30に接続されている。壁面導体41は、貫通孔21の壁面22の全周に亘る形状である。壁面導体41は、貫通孔21の第1面201側の端部から、貫通孔21の軸方向に沿って所定の長さで形成されている。壁面導体41が、本発明の壁面導体の「第1部分」に対応する。壁面導体41は、導電性が高い材料、例えば、銀(Ag)等の金属からなり、外部導体30と同じ材料であることが好ましい。
壁面導体42は、貫通孔21の壁面22における第2面202側の端部に形成されている。壁面導体42は、貫通孔21の第2面202側の端部において、外部導体30に接続されている。壁面導体42は、貫通孔21の壁面22の全周に亘る形状である。壁面導体42は、貫通孔21の第2面202側の端部から、貫通孔21の軸方向に沿って所定の長さで形成されている。壁面導体42が、本発明の壁面導体の「第2部分」に対応する。壁面導体42は、導電性が高い材料、例えば、銀(Ag)等の金属からなり、外部導体30と同じ材料であることが好ましい。
壁面導体41と壁面導体42とは、貫通孔21の壁面22において、貫通孔21の軸方向に沿って電気的に分離されている。すなわち、壁面導体41と壁面導体42との間に、導体は形成されていない。この壁面導体41と壁面導体42との離間距離が、本発明の「離間距離」に対応する。
このような構成からなる誘電体共振器10は、TEモード共振を生じる。TEモード共振の共振周波数f0は、誘電体ブロック20の外形寸法(L1、L2、D)、貫通孔21の径φ、誘電体ブロック20の比誘電率εr、および、壁面導体41、42の形状によって決定される。そして、壁面導体41と壁面導体42との離間距離を変化させることによって、共振周波数f0を変化させることができる。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る誘電体共振器の共振周波数の変化を示すグラフである。図2は、L1=L2=9.5[mm]、D=5.0[mm]、φ=、2.6[mm]、εr=47の場合を示している。図2は、壁面導体41と壁面導体42との離間距離Hを変化させた場合の共振周波数f0の変化を示している。
図2に示すように、共振周波数f0は、離間距離Hに応じて変化する。具体的には、離間距離Hが長くなるのにしたがって、共振周波数f0は高くなる。
このように、本実施形態に係る誘電体共振器10は、誘電体ブロック20の外形寸法、誘電体ブロック20の材料、および貫通孔21の形状を変化させることなく、貫通孔21の壁面導体41と壁面導体42との離間距離を変化させるだけで、異なる共振周波数f0を実現できる。言い換えれば、誘電体共振器10は、TEモード共振を利用しながら、外形寸法を変化させずに、共振周波数f0を調整できる。
このような構成の誘電体共振器10は、次に示すように、誘電体フィルタに利用できる。
図3(A)は、本発明の第1の実施形態に係る誘電体フィルタの平面図である。図3(B)は、本発明の第1の実施形態に係る誘電体フィルタの側面断面図である。図4は、本発明の第1の実施形態に係る誘電体フィルタの外観斜視図である。
図3(A)、図3(B)に示すように、誘電体フィルタ1は、複数の誘電体共振器10A、10B、10Cを備える。複数の誘電体共振器10A、10B、10Cは、基本構造において、第1の実施形態に係る誘電体共振器10と同じであり、離間距離において異なる。複数の誘電体共振器10A、10B、10Cが、それぞれ、本発明の「第1の誘電体共振器」または「第2の誘電体共振器」に対応する。
誘電体共振器10Aにおける壁面導体41Aと壁面導体42Aとの離間距離H1と、誘電体共振器10Bにおける壁面導体41Bと壁面導体42Bとの離間距離H2と、誘電体共振器10Cにおける壁面導体41Cと壁面導体42Cとの離間距離H3とは、互いに異なる。これにより、誘電体共振器10Aの共振周波数f0Aと、誘電体共振器10Bの共振周波数f0Bと、誘電体共振器10Cの共振周波数f0Cとは、異なる。
誘電体共振器10Aと誘電体共振器10Bとは当接している。当接面は、誘電体共振器10A,10Bのそれぞれにおいて、第1面および第2面に直交する側面である。当接面の外部導体30A、外部導体30Bには、結合窓51が形成されている。結合窓51は、外部導体30A、30Bが形成されていない部分である。結合窓51は、誘電体ブロック20A、20Bにおける当該結合窓51が形成される面を平面視して、矩形である。
誘電体共振器10Bと誘電体共振器10Cとは当接している。当接面は、誘電体共振器10B,10Cのそれぞれにおいて、第1面および第2面に直交する側面である。当接面の外部導体30B、外部導体30Cには、結合窓52が形成されている。結合窓52は、外部導体30B、30Cが形成されていない部分である。結合窓52は、誘電体ブロック20B、20Cにおける当該結合窓52が形成される面を平面視して、矩形である。
誘電体共振器10Aにおける結合窓51の形成面と対向する面には、外部結合用導体61が形成されている。外部結合用導体61は、所定の幅を有する帯状の導体である。外部結合用導体61の一部は、第2面まで延びて形成されている。外部結合用導体61は、導体非形成部301によって、外部導体30Aから離間している。
誘電体共振器10Aにおける結合窓51の形成面と対向する面には、外部結合用導体61が形成されている。外部結合用導体61は、所定の幅を有する帯状の導体である。外部結合用導体61の一部は、誘電体ブロック20Aの第2面まで延びて形成されている。外部結合用導体61は、導体非形成部601によって、外部導体30Aから離間している。この構成により、誘電体フィルタ1は、誘電体共振器10A側に第1の外部結合端子を備える。
誘電体共振器10Cにおける結合窓52の形成面と対向する面には、外部結合用導体62が形成されている。外部結合用導体61は、所定の幅を有する帯状の導体である。外部結合用導体62の一部は、誘電体ブロック20Cの第2面まで延びて形成されている。外部結合用導体62は、導体非形成部602によって、外部導体30Cから離間している。この構成により、誘電体フィルタ1は、誘電体共振器10C側に第2の外部結合端子を備える。
このような構成では、誘電体フィルタ1のフィルタ特性は、複数の誘電体共振器10A、10B、10Cの共振周波数によって決定される。したがって、複数の誘電体共振器10A、10B、10Cの共振周波数を個別に調整できることによって、誘電体フィルタ1のフィルタ特性を調整し易い。これにより、所望のフィルタ特性からなる誘電体フィルタ1を容易に実現することができる。
この際、複数の誘電体共振器10A、10B、10Cの共振周波数が異なっていても、これら複数の誘電体共振器10A、10B、10Cの外形形状は同じである。したがって、離間距離H1、H2、H3の長さの調整を除き、同じ工程によって、複数の誘電体共振器10A、10B、10Cを形成できる。このため、所望のフィルタ特性からなる誘電体フィルタ1を容易に製造できる。
また、複数の誘電体共振器10A、10B、10Cは、TEモードの共振器であるので、他のモードの共振器と比較して、Q0の向上が図りやすく、通過域において低損失なフィルタ特性を容易に実現できる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る誘電体フィルタについて、図を参照して説明する。図5は、本発明の第2の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す斜視図である。図5では、特徴を分かり易くするために、各誘電体共振器の第2面の部分にのみハッチング等を行っている。
本実施形態に係る誘電体フィルタ1Aは、第1の実施形態に係る誘電体フィルタ1に対して、外部結合端子の形成位置および形状において異なる。誘電体フィルタ1Aの他の構成は、第1の実施形態に係る誘電体フィルタ1と同じであり、同じ箇所の説明は省略する。
外部結合用導体61Aは、誘電体共振器10Aの誘電体ブロック20Aにおける第2面(貫通孔21Aの一方の開口を有する面)に形成されている。外部結合用導体61Aは、貫通孔21Aの開口に合わせた同心円状であり、壁面導体42Aに接続されている。外部結合用導体61Aは、導体非形成部601Aによって、外部導体30Aから離間している。
外部結合用導体62Aは、誘電体共振器10Cの誘電体ブロック20Cにおける第2面(貫通孔21Cの一方の開口を有する面)に形成されている。外部結合用導体62Aは、貫通孔21Cの開口に合わせた同心円状であり、壁面導体42Cに接続されている。外部結合用導体62Aは、導体非形成部602Aによって、外部導体30Aから離間している。
このような構成であっても、誘電体フィルタ1Aは、第1の実施形態に係る誘電体フィルタ1と同様の作用効果を奏することができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る誘電体フィルタについて、図を参照して説明する。図6は、本発明の第3の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す斜視図である。
本実施形態に係る誘電体フィルタ1Bは、第1の実施形態に係る誘電体フィルタ1に対して、外部結合端子の形成位置および形状において異なる。誘電体フィルタ1Aの他の構成は、第1の実施形態に係る誘電体フィルタ1と同じであり、同じ箇所の説明は省略する。
誘電体共振器10Aにおける誘電体共振器10Bと当接側と反対側の角部には、Y字形状の導体非形成部601Bが形成されている。これにより、誘電体フィルタ1Bにおける誘電体共振器10A側の外部結合端子が形成される。
誘電体共振器10Cにおける誘電体共振器10Bと当接側と反対側の角部には、Y字形状の導体非形成部602Bが形成されている。これにより、誘電体フィルタ1Bにおける誘電体共振器10C側の外部結合端子が形成される。
このような構成であっても、誘電体フィルタ1Bは、第1の実施形態に係る誘電体フィルタ1と同様の作用効果を奏することができる。
次に、本発明の第4の実施形態に係る誘電体フィルタについて、図を参照して説明する。図7は、本発明の第4の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す斜視図である。
本実施形態に係る誘電体フィルタ1Cは、第2の実施形態に係る誘電体フィルタ1Aに対して、結合する誘電体共振器の数および結合の構成において異なる。誘電体フィルタ1Cを構成する複数の誘電体共振器10A,10B,10C,10D,10E,10Fの基本構成は、第1の実施形態に係る誘電体共振器10と同じである。
複数の誘電体共振器10A,10B,10C,10D,10E,10Fでは、上述の各実施形態に示すように、貫通孔の両端に形成された2つの壁面導体間の距離が、それぞれに適宜調整されている。
誘電体共振器10A、10B、10Cは、この順に並んでいる。誘電体共振器10D、10E、10Fは、この順で並んでいる。誘電体共振器10A、10Fは、誘電体共振器10A、10B、10Cの並ぶ方向に対して直交する方向に並んでいる。誘電体共振器10B、10Eは誘電体共振器10A、10B、10Cの並ぶ方向に対して直交する方向に並んでいる。誘電体共振器10C、10Dは誘電体共振器10A、10B、10Cの並ぶ方向に対して直交する方向に並んでいる。
誘電体共振器10Aは、誘電体共振器10B、10Fに当接している。誘電体共振器10Bは、誘電体共振器10A、10C、10Eに当接している。誘電体共振器10Cは、誘電体共振器10B、10Dに当接している。誘電体共振器10Dは、誘電体共振器10C、10Eに当接している。誘電体共振器10Eは、誘電体共振器10B、10D、10Fに当接している。誘電体共振器10Fは、誘電体共振器10A、10Eに当接している。
誘電体共振器10Aと誘電体共振器10Bとは、結合窓51Cによって結合している。誘電体共振器10Bと誘電体共振器10Cとは、結合窓52Cによって結合している。誘電体共振器10Cと誘電体共振器10Dとは、結合窓53Cによって結合している。誘電体共振器10Dと誘電体共振器10Eとは、結合窓54Cによって結合している。誘電体共振器10Eと誘電体共振器10Fとは、結合窓55Cによって結合している。誘電体共振器10Bと誘電体共振器10Eとは、飛び結合用の結合窓71によって結合している。
このような構成とすることによって、誘電体フィルタ1Cは、誘電体共振器10Bから、誘電体共振器10C、10Dを介して誘電体共振器10Eに接続される経路だけでなく、飛び結合用の結合窓71によって、誘電体共振器10Bから誘電体共振器10Eに直接接続される経路を有する。これにより、誘電体フィルタ1Cは、飛び結合用の結合窓71を有さない構成と比較して、より多様なフィルタ特性を実現できる。
なお、本実施形態では、2つの誘電体共振器を介さずに、第1の誘電体共振器である誘電体共振器10Bと第2の誘電体共振器である誘電体共振器10Eとが結合する態様を示した。しかしながら、少なくとも1つの誘電体共振器を介さずに、第1の誘電体共振器と第2の誘電体共振器とが結合する態様であればよい。
次に、本発明の第5の実施形態に係る誘電体フィルタについて、図を参照して説明する。図8は、本発明の第5の実施形態に係る誘電体フィルタの外観斜視図である。
本実施形態に係る誘電体フィルタ1Dは、TEモード共振を発生する誘電体共振器10、TEMモード共振を発生する複数の誘電体共振器81、82を備える。
誘電体共振器10は、第1の実施形態に係る誘電体共振器10と同じである。したがって、説明は省略する。
誘電体共振器81は、誘電体ブロック811、および外導体812を備える。誘電体ブロック811は、直方体形状である。誘電体ブロック811には、貫通孔813が形成されている。貫通孔813の壁面には、内導体814が形成されている。外導体812は、誘電体ブロック811における貫通孔813の開口面の除く面の全面に形成されている。この構成により、誘電体共振器81は、形状および比誘電率に応じたTEMモード共振を発生する。
誘電体共振器82は、誘電体ブロック821、および外導体822を備える。誘電体ブロック821は、直方体形状である。誘電体ブロック821には、貫通孔823が形成されている。貫通孔823の壁面には、内導体824が形成されている。外導体822は、誘電体ブロック821における貫通孔823の開口面の除く面の全面に形成されている。この構成により、誘電体共振器82は、形状および比誘電率に応じたTEMモード共振を発生する。
誘電体共振器81と誘電体共振器10とは、貫通孔の開口面と異なる一面で当接している。この当接面には、結合窓51Dが形成されている。結合窓51Dは、誘電体共振器81の外導体812および誘電体共振器10の外部導体30における導体の非形成部によって実現されている。
誘電体共振器82と誘電体共振器10とは、貫通孔の開口面と異なる一面で当接している。この当接面には、結合窓52Dが形成されている。結合窓52Dは、誘電体共振器82の外導体822および誘電体共振器10の外部導体30における導体の非形成部によって実現されている。
このように、誘電体フィルタ1Dは、TEモード共振の誘電体共振器10と、TEMモード共振の誘電体共振器81、82が結合した構成からなる。
図9は、本発明の第5の実施形態に係る誘電体フィルタのS11特性およびS21特性を示す図である。図9に示すように、誘電体フィルタ1Dは、TEモード共振の誘電体共振器10とTEMモード共振の誘電体共振器81、82とを組み合わせることによって、通過帯域にて低損失な伝送を実現でき、減衰域にて大きな減衰を実現できる。具体的には、高調波領域での減衰量の低下等を抑制できる。
この際、誘電体共振器10の離間距離Hを適宜調整することによって、図9に示すようなフィルタ特性を確実且つ正確に実現できる。また、更なるフィルタ特性の調整も容易に行える。
1、1A、1B、1C、1D:誘電体フィルタ
10A,10B,10C,10D,10E,10F:誘電体共振器
20、20A、20B、20C:誘電体ブロック
21、21A、21C:貫通孔
22:壁面
30、30A、30C:外部導体
41,42、41A、41B、41C、42A、42B、42C:壁面導体
51、51C、51D、52、52C、52D、53C、54C、55C:結合窓
61、61A、62、62A:外部結合用導体
71:結合窓
81、82:誘電体共振器
201:第1面
202:第2面
301、601、601A、601B、602、602A、602B:導体非形成部
811、821:誘電体ブロック
812、822:外導体
813、823:貫通孔
814、824:内導体
10A,10B,10C,10D,10E,10F:誘電体共振器
20、20A、20B、20C:誘電体ブロック
21、21A、21C:貫通孔
22:壁面
30、30A、30C:外部導体
41,42、41A、41B、41C、42A、42B、42C:壁面導体
51、51C、51D、52、52C、52D、53C、54C、55C:結合窓
61、61A、62、62A:外部結合用導体
71:結合窓
81、82:誘電体共振器
201:第1面
202:第2面
301、601、601A、601B、602、602A、602B:導体非形成部
811、821:誘電体ブロック
812、822:外導体
813、823:貫通孔
814、824:内導体
Claims (4)
- 互いに対向する第1面と第2面とを有する直方体形状であり、前記第1面から前記第2面に亘る貫通孔を有する誘電体ブロックと、
前記誘電体ブロックの外面に形成された外部導体と、
前記貫通孔の壁面に形成された壁面導体と
を備え、
前記壁面導体は、前記貫通孔の前記第1面側の端部を含む第1部分と、前記貫通孔の前記第2面側の端部を含む第2部分と、を備え、
前記第1部分と前記第2部分との間は、電気的に分離されている、
誘電体共振器。 - 請求項1に記載の誘電体共振器を含む複数の誘電体共振器を備え、
前記複数の誘電体共振器が結合した誘電体フィルタ。 - 請求項1に記載の誘電体共振器の構成をそれぞれに備える第1の誘電体共振器と第2の誘電体共振器と、を備え、
前記第1の誘電体共振器における前記第1部分と前記第2部分との離間距離と、前記第2の誘電体共振器における前記第1部分と前記第2部分との離間距離とは、異なる、
請求項2に記載の誘電体フィルタ。 - 前記複数の誘電体共振器の全ては、請求項1に記載の誘電体共振器の構成をそれぞれに備え、
前記複数の誘電体共振器における前記第1部分と前記第2部分との離間距離のそれぞれは、互いに異なる、
請求項3に記載の誘電体フィルタ。
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