JP6942271B2 - キャビティフィルタ - Google Patents
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Description
本発明は、キャビティフィルタに係り、より詳しくは、組立性と大きさを考慮して、フィルタと印刷回路基板との間のコネクタの締結構造を改善したＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯアンテナ用キャビティフィルタに関する。
この部分に記述された内容は単に本実施例についての背景情報を提供するだけで、従来技術を構成するものではない。
ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術は、複数のアンテナを用いてデータ伝送容量を画期的に増加させる技術であって、送信機ではそれぞれの送信アンテナを介して互いに異なるデータを伝送し、受信機では適切な信号処理により送信データを区分する空間多重化（Ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）手法である。したがって、送受信アンテナの個数を同時に増加させることにより、チャネル容量が増加してより多くのデータを伝送可能にする。例えば、アンテナ数を１０個に増加させると、現在の単一アンテナシステムに比べて、同じ周波数帯域を用いて約１０倍のチャネル容量を確保する。
４Ｇ ＬＴＥ−ａｄｖａｎｃｅｄでは８個のアンテナまで用い、今のところ、ｐｒｅ−５Ｇ段階で６４または１２８個のアンテナを装着した製品が開発されており、５Ｇではより多数のアンテナを有する基地局装備が用いられると予想され、これをＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ技術という。現在のセル（Ｃｅｌｌ）運営が２−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎであるのに対し、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ技術が導入されれば、３Ｄ−Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇが可能になるので、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ技術はＦＤ（Ｆｕｌｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）−ＭＩＭＯとも呼ばれる。
Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ技術では、アンテナ素子数の増加に伴い、これによる送受信機とフィルタの個数も併せて増加する。また、２０１４年ベースで全国的に２０万箇所以上の基地局が設置されている状況である。つまり、実装空間を最小化し実装が容易なキャビティフィルタの構造が必要であり、個別的にチューニングされたキャビティフィルタがアンテナに実装された後も同一のフィルタ特性を提供するようにするＲＦ信号線連結構造が要求される。キャビティ構造を有するＲＦフィルタは、金属性導体で形成されたボックス構造の内部に、導体である共振棒などで構成された共振器が備えられ、固有の周波数の電磁場のみを存在させることで、共振によって超高周波の特性周波数のみ通過する特徴を有する。このようなキャビティ構造の帯域通過フィルタは、挿入損失が少なく高出力に有利で、移動通信基地局アンテナのフィルタとして多様に活用されている。
本発明は、よりスリムでコンパクトな構造を有し、ＲＦコネクタがボディ内に厚さ方向に内蔵されたキャビティフィルタを提供することを、主な目的とする。また、本発明は、複数のフィルタの組立時に発生する組立公差の累積量を最小化できる組立方式と、実装が容易でありながらもフィルタの周波数特性を均一に維持するＲＦ信号連結構造を提供することを、主な目的とする。
上記の課題を解決するために、カップリングブロックを含む共振素子と、内部に前記共振素子を含む第１ケースと、前記第１ケースの一面を覆うように配置された第２ケースと、前記第１ケースを貫通して、一端は前記第１ケースの外部に備えられた外部部材の電極パッドに連結されるように突出具備され、他端は前記第２ケース側に近接して備えられた前記共振素子のカップリングブロックに電気的に連結されるが、前記第１ケースとは電気的に絶縁される端子部と、前記第１ケースの長手方向の一側または両側のいずれか１つに備えられるが、前記端子部が挿設される端子挿入口が形成された組立部とを含み、前記組立部は、前記第１ケースの下部面の外側に突出形成される。
ここで、前記端子挿入口は、前記第１ケースの下部面から前記第１ケースの少なくとも一部が陥没するか、前記第１ケースからＰＣＢボード側に延びて形成され、前記端子部は、前記端子挿入口の内部に配置され、一端は前記共振素子のカップリングブロックに連結され、他端は前記ＰＣＢボード側に連結されるピン部材と、前記ピン部材が貫通し、前記ピン部材と共に前記端子挿入口に設けられるが、前記ピン部材に弾性力を付加する弾性部材が収容される端子ボディとを含む。
また、前記端子ボディの内部には、前記ＰＣＢボード側に前記弾性部材によって弾性支持されるようにピンコネクタが備えられる。
また、前記ピンコネクタは、先端が前記弾性部材によって前記端子挿入口の外側にさらに突出する。
また、前記端子挿入口は、前記ＰＣＢボードが備えられた側の内径が相対的にさらに広く形成された第１挿入口と、前記第１挿入口より相対的に内径が小さく形成された第２挿入口とを含み、前記第２挿入口に挿入される誘電体ブッシュをさらに含む。
また、前記端子ボディに結合され、前記第１挿入口に載置される端子ヘッドブロックをさらに含む。
また、前記第１ケースと電気的に連結されるグラウンド接地端子をさらに含み、前記第１ケースには、前記グラウンド接地端子が設けられる設置面を有するように前記第１挿入口を取り囲む環状凹溝が形成される。
また、前記環状凹溝は、内径に相当する円周面が深さ方向に直径が大きくなるように環状のダブテール（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形状に形成されるが、前記環状凹溝の入口の内径は、前記グラウンド接地端子が弾性によって縮んで前記環状凹溝に挿入され、離脱防止可能な最小限の直径に形成される。
また、前記グラウンド接地端子は、前記環状凹溝の前記設置面に載置されて固定される固定リング部と、前記固定リング部の内周端から円周方向に複数個形成され中心に向かって延びるが、前記ＰＣＢボード側に傾斜して延びた複数の弾性接地部とを含む。
また、前記端子挿入口は、前記ＰＣＢボードが備えられた側の内径が相対的に最も広く形成された第１挿入口と、前記第１挿入口より相対的に内径が小さく形成された第２挿入口と、前記第２挿入口より相対的に内径が小さく形成された第３挿入口とを含み、前記第２挿入口および第３挿入口に２段シリンダ状に挿入される誘電体ブッシュをさらに含む。
また、前記端子部は、前記端子挿入口の内部に配置され、一端は前記共振素子に連結され、他端は前記ＰＣＢボード側に連結されるピン部材をさらに含み、前記ピン部材は、前記一端として前記共振素子に連結されるように前記第２挿入口および第３挿入口にわたって位置するピン部と、前記ピン部と一体の２段シリンダ状に形成されるが、内部にコーン状の開口部を有するソケット部が形成され、前記第１挿入口にわたって位置する端子ボディ部と、前記ソケット部に挿入固定されるが、前記他端として前記ＰＣＢボード側に連結される弾性コネクタとを含む。
また、前記弾性コネクタは、前記ソケット部に挿入される円筒状構造であって、前記コーン状の開口部に対応して挿入される切断された円錐状のピンソケット接触部と、前記ピンソケット接触部から延長形成されるインピーダンスマッチング部とを含む。
また、前記弾性コネクタは、前記ソケット部に挿入されるが、前記ＰＣＢボード側に接するように備えられ、両側端部を除いた一定の幅部位を円形の垂直断面を有するように成形された円形スプリング部と、前記円形スプリング部の円周上に隣接した２つの地点から円周に対して垂直に突出して形成された２つの板状突出部とを含む。
本発明は、ＲＦコネクタをボディ内に厚さ方向に内蔵したスリムでコンパクトな構造のキャビティフィルタを提供することにより、アンテナシステムの大きさを低減することができ、個別キャビティフィルタの検証を再現性高くかつ迅速に行うことができ、移動通信基地局アンテナの内部に複数のキャビティフィルタを容易に実装することができる効果がある。
以下、本発明の一部の実施例を例示的な図面により詳しく説明する。各図面の構成要素に参照符号を付すにあたり、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されてもできる限り同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、かかる公知の構成または機能に関する具体的な説明が本発明の要旨をあいまいにしうると判断された場合、その詳細な説明は省略する。
また、本発明の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使うことができる。これらの用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって当該構成要素の本質や順番または順序などが限定されない。明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」、「備える」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。さらに、明細書に記載された「．．．部」、「モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの結合で実現できる。
図１は、例示的なＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯアンテナの積層構造を図式化した図である。図１を参照すれば、アンテナ装置１は、ヒートシンク（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）１１が形成されたハウジング（図示せず）と、ハウジングに結合されたレドーム（ｒａｄｏｍｅ）１７とを含む。ハウジングの内部にはアンテナ組立体が内蔵される。ハウジングの下部には、例えば、ドッキング（ｄｏｃｋｉｎｇ）構造により、パワーサプライユニット（ＰＳＵ、ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｕｎｉｔ）１２が結合され、パワーサプライユニット１２は、アンテナ組立体に備えられた電子部品を動作させるための動作電源を提供する。
通常、アンテナ組立体は、前面に複数のアンテナ１６が配列されるアンテナボード１５の背面にキャビティフィルタ（ｃａｖｉｔｙ ｆｉｌｔｅｒ）１４がアンテナ１６の個数だけ配置され、関連するＰＣＢボード１３が次いで積層される構造を有する。キャビティフィルタ１４は、実装前に個別的に仕様に合わせた周波数特性を有するように細部的にチューニングおよび検証されて用意される。チューニングおよび検証過程は、実装状態と同じ特性の環境で迅速に行われることが好ましい。
図２は、本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタがアンテナボードと制御ボードとの間に積層された状態を示す断面図である。図２を参照すれば、図１に示す例示的なＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯアンテナの積層構造とは異なり、通常のＲＦコネクタ１４−１、１４−２が排除されることでその連結が容易になり、より低い高さプロファイルを有するアンテナ装置５を提供することができる。また、高さ方向の両面にＲＦ連結部を備えるが、後述する多様な実施例の端子部２０で備えることにより、アンテナボード１５あるいはＰＣＢボード１３に振動および熱変形が発生してもＲＦ連結が同一に維持されて周波数特性の変化がないという利点がある。
図３は、本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタの構造を示す斜視図であり、図４は、本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタの構成のうち、第１実施例の端子部が採用された構造を示す平面図であり、図５は、本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタの構成のうち、第１実施例の端子部が採用された構造を示す分解斜視図であり、図６は、本発明の一実施形態に係るピン部材方式の端子部が採用されたキャビティフィルタを示す断面図および拡大図であり、図７は、本発明の一実施形態に係るピン部材方式の端子部の組立部に対する設置様子を示す部分切開斜視図である。
図３〜図５を参照すれば、本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタ１８は、内部に空き空間である中空を形成し、中空に複数の共振素子８３が配列された第１ケース８０と、第１ケース８０を覆うカバーとして備えられる第２ケース８１、８２と、第１ケース８０の長手方向の両側にキャビティフィルタ１８の高さ方向に備えられた端子部２０とを含む。端子部２０は、第１ケース８０の上面または下面を貫通して、外部部材、例えば、ＰＣＢボード１３あるいはアンテナボード１５の電極パッド（図示せず）と共振素子８３との連結のために備えられたカップリングブロック８５を電気的に連結する。
より詳しくは、第１ケース８０は、一側（図上の上側）が開放されるように備えられ、第２ケース８１、８２は、開放された第１ケース８０の一側を覆うように備えられる。
一方、第２ケース８１、８２は、図５に示す通り、第１ケース８０の一側を覆うように備えられたカバーパネル８１と、カバーパネル８１の内側に備えられ、後述する共振素子８３の平板部を支持するように支持ホール８２ａが形成されて支持パネル８２とを含むことができる。
第２ケース８１、８２は、第１ケース８０にレーザ溶接や半田付けなどによって結合される構造を有し得るのはもちろん、その他にも固定ねじ（図示せず）によるねじ結合方式で結合可能である。
第１ケース８０および第２ケース８１、８２は、アルミニウム（合金）などの材質で構成され、電気的特性を向上させるために少なくとも中空を形成する面に銀または銅材質がめっきされてもよい。同時に、第１ケース８０および第２ケース８１、８２が形成する中空に設けられる共振素子８３も、アルミニウム（合金）または鉄（合金）などの材質で構成され、銀または銅材質でめっきされてもよい。
第１ケース８０の内部に形成された中空には複数の共振素子８３がそれぞれ収容されるキャビティ構造が備えられ、複数の共振素子８３が多段に連結できるように中空内で各キャビティ構造を相互連結させる連結通路構造であるカップリングウィンドウが形成される。このようなカップリングウィンドウは、キャビティ構造の相互間の隔壁の一部が予め設定されたサイズに一定部分除去された形態に形成される。
一方、第１ケース８０の長手方向の一側および他側端部には、入力端子２０ａおよび出力端子２０ｂで備えられる端子部２０が設けられるように組立部８４が形成される。組立部８４は、第１ケース８０の開放された一側方向またはその反対方向である他側方向に貫通する貫通ホール形態で備えられる。
第１ケース８０と第２ケース８１、８２の端子部２０を含む両側組立部８４は、適用先によって、その間の領域である下部面８６よりも厚く形成される構造を有することができる。例えば、第１ケース８０の他側方向に相当する下部面８６が各種素子の実装されたＰＣＢボード１３に組立てられる場合、実装された素子との干渉を避けるための高さ（図５の図面符号「Ｄ」参照）が両側または一側の組立部８４によって提供される。本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタにおいて、第１実施例の端子部２０が備えられる組立部８４は、第１ケース８０の長手方向の一側に備えられるが、ＰＣＢボード１３が備えられた側である他側方向にさらに厚く形成されるものが採用された。
端子部２０の外部端子の露出方向は、図５の通り、一側は第１ケース８０の下端面８８に向かい、他側は第２ケース８１の組立基準面から突出するように形成される。キャビティフィルタ１８の実装形態によっては、端子部２０の外部端子の露出方向は、例えば、第１ケース８０の下部面８６に対して同一の方向を有するように形成されてもよい。
［実施例１］
本発明の第１実施例は、移動通信用基地局アンテナに用いられ、外部部材上に設けられるキャビティフィルタ１８であって、外部部材上に配置され、内部に共振素子８３およびこれと連結されたカップリングブロック８５を含む第１ケース８０と、第１ケース８０を貫通して、外部部材の電極パッドと共振素子８３のカップリングブロック８５とを電気的に連結するが、第１ケース８０とは電気的に絶縁される端子部２０とを含む。以下、端子部２０を入力端子２０ａおよび出力端子２０ｂに区分せず、通称の概念で使うこととする。
本発明の第１実施例は、移動通信用基地局アンテナに用いられ、外部部材上に設けられるキャビティフィルタ１８であって、外部部材上に配置され、内部に共振素子８３およびこれと連結されたカップリングブロック８５を含む第１ケース８０と、第１ケース８０を貫通して、外部部材の電極パッドと共振素子８３のカップリングブロック８５とを電気的に連結するが、第１ケース８０とは電気的に絶縁される端子部２０とを含む。以下、端子部２０を入力端子２０ａおよび出力端子２０ｂに区分せず、通称の概念で使うこととする。
ここで、端子部２０は、第１ケース８０の下部面８６から第１ケース８０の内側に少なくとも一部が陥没するか、第１ケース８０から関連するＰＣＢボード１３側に延びて形成された端子挿入口１１０に設けられる。また、端子部２０は、端子挿入口１１０の内部に配置され、一端は共振素子８３から延びたカップリングブロック８５に連結され、他端は関連するＰＣＢボード１３側に連結されるピン部材１３２と、ピン部材１３２が貫通し、ピン部材１３２と共に端子挿入口１１０に設けられるが、ピン部材１３２に弾性力を付加する弾性部材１５０が収容される端子ボディ１３１とを含むことができる。
一方、端子挿入口１１０は、図６に示す通り、関連するＰＣＢボード１３または外側部材が備えられた側の内径が相対的にさらに広く形成された第１挿入口１１２と、第１挿入口１１２より相対的に内径が小さく形成された第２挿入口１１４とを含むことができる。
ここで、端子ボディ１３１とピン部材１３２との間には、端子ボディ１３１およびピン部材１３２より外径がさらに大きく形成されたガイド部１３３が形成される。
ガイド部１３３は、端子挿入口１１０のうち第２挿入口１１４の内側で端子ボディ１３１とピン部材１３２を安定的に固定させる役割を果たす。すなわち、図示しないが、端子挿入口１１０のうち第２挿入口１１４の内周面には雌ねじ山が形成され、ガイド部１３３の外周面には雄ねじ山が形成されて、端子部２０の端子挿入口１１０への設置時にねじ結合が可能なため、組立性を向上させるのはもちろん、安定した設置が可能であるという利点を有する。
端子挿入口１１０への端子部２０のねじ結合のために、端子ボディ１３１の該ＰＣＢボード１３側端部は、端子挿入口１１０のうち第１挿入口１１２を介して露出した空間にスパナなどのような組立工具を用いて組立可能に六角断面を有するように形成される。
一方、端子ボディ１３１の内部には、図５〜図７に示す通り、該ＰＣＢボード１３または外部部材側に形成された電極パッドに常時接点となるように、弾性部材１５０によって弾性支持されて設けられたピンコネクタ１４０が備えられる。
ピンコネクタ１４０の先端は、弾性部材１５０の弾性支持により、常時組立部８４を貫通して、該ＰＣＢボード１３または外部部材の電極パッド側に所定の長さ突出するように備えられる。したがって、本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタ１８を該ＰＣＢボード１３とアンテナボード１５との間に設ける時、弾性部材１５０によって弾性支持されて移動可能なピンコネクタ１４０の可動距離によって、組立のために設計された組立遊び公差を解消することができる。
より詳しくは、弾性部材１５０は、端子部２０のうち端子ボディ１３１の内部に位置するが、ピンコネクタ１４０を該ＰＣＢボード１３または外部部材側に弾性支持できるように備えられる。ここで、弾性部材１５０は、ばねスプリングであって、一端は端子ボディ１３１の内部空間に支持され、他端はピンコネクタ１４０の内側端部に支持される。ピンコネクタ１４０は、弾性部材１５０の弾性支持力によって外部に離脱しないように端子ボディ１３１の内側面に係止支持されるように備えられる。
ここで、本発明の第１実施例は、第１挿入口１１２に挿入される誘電体ブッシュ（図示せず）をさらに含んでもよい。誘電体は、第２挿入口１１４によって形成される空間に満たされるように備えられる。
そして、本発明の第１実施例によるキャビティフィルタ１８は、端子ボディ１３１に結合され、第１挿入口１１２に載置される端子ヘッドブロック１３４をさらに含んでもよい。端子ヘッドブロック１３４は、全体としてスリムに形成された端子ボディ１３１およびピン部材１３２が端子挿入口１１０の内側に安定して固定されるようにする役割を果たす。
端子ヘッドブロック１３４の外周面には、上述したガイド部１３３のように雄ねじ山が形成され、端子挿入口１１０のうち第１挿入口１１２の内周面に形成された雌ねじ山にねじ結合されることも可能である。
一方、本発明の第１実施例によるキャビティフィルタ１８は、第１ケース８０と電気的に連結されるグラウンド接地端子１６０をさらに含んでもよい。
ここで、第１ケース８０には、グラウンド接地端子１６０が設けられる設置面を有するように第１挿入口１１２を取り囲む環状凹溝１７０が形成される。
環状凹溝１７０は、内径に相当する円周面が深さ方向に直径が大きくなる環状のダブテール（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形状に形成される。
グラウンド接地端子１６０が設けられる設置面をなす環状凹溝１７０は、「第２環状凹溝」という名称で区分し、後で詳しく説明する。
このように、本発明の第１実施例によるキャビティフィルタは、全体としてスリムに製造されることから、端子挿入口１１０の大きさを大きくする必要がなく、弾性部材１５０による弾性力が適正維持されることにより、ピン部材１３２と端子挿入口１１０との間のインピーダンスが一定に維持できる。
［実施例２］
図８は、本発明の一実施形態に係るプッシュピン（ｐｕｓｈ ｐｉｎ）方式の弾性コネクタが採用されたキャビティフィルタの端子部構造を示す断面図であり、図９は、本発明の他の実施形態に係るプッシュピン方式の弾性コネクタが採用されたキャビティフィルタの端子部構造を示す側断面図である。
図８は、本発明の一実施形態に係るプッシュピン（ｐｕｓｈ ｐｉｎ）方式の弾性コネクタが採用されたキャビティフィルタの端子部構造を示す断面図であり、図９は、本発明の他の実施形態に係るプッシュピン方式の弾性コネクタが採用されたキャビティフィルタの端子部構造を示す側断面図である。
本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタ１８の端子部２０は、端子挿入口２１０と、誘電体ブッシュ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｕｓｈ）２２０と、ピン部材２３０と、弾性コネクタ２４０と、弾性部材２５０と、グラウンド接地端子２６０とを含む。
端子挿入口２１０は、円筒状であり、第１ケース８０の下部面８６から形成されて第１ケース８０を貫通して備えられるか、第１ケース８０の上端面から形成されて第１ケース８０を貫通して備えられる。第１ケース８０の上端面から形成される場合、第２ケース８１、８２にも貫通口が形成され、これを考慮して端子挿入口２１０の深さが調整できる。端子挿入口２１０は、段階的に直径が減少するように３段に形成される。最も大きい直径を第１挿入口２１２、その次を第２挿入口２１４、最も小さい直径を第３挿入口２１６と定義する。
誘電体ブッシュ２２０、２２２は、２段シリンダ状であり、真ん中を貫通する貫通孔２２６が形成されている。誘電体ブッシュ２２０は、端子挿入口２１０のうち第１挿入口２１２および第２挿入口２１４に挿入されて固定される大きさを有する。誘電体ブッシュ２２０、２２２は、テフロン（登録商標）素材からなってもよい。本実施例では、１つのボディが２段シリンダ状に構成されたものを開示したが、これに限定するものではなく、互いに直径が異なって形成されて２段シリンダ状となるように組立てられてもよい。
ピン部材２３０は、ピン部（ｐｉｎ ｐｏｒｔｉｏｎ）２３２と端子ボディ部２３４とが長手方向に一体に形成された２段シリンダ状である。本実施例において、端子ボディ部２３４にはその内部が中空状に空いているソケット部２３６が形成される。ピン部材２３０は、ＢｅＣｕ（Ｂｅｒｙｌｌｉｕｍ Ｃｏｐｐｅｒ）素材に金めっきされたものであってもよい。ピン部２３２は、誘電体ブッシュ２２０、２２２の貫通孔２２６に挿入されて固定される。ピン部２３２の外周面には、ピン部２３２が挿入された反対方向にピン部２３２が抜けないように楔状の突起部２３５が形成される。ピン部２３２と端子ボディ部２３４との境界部に形成される環状の段付部は、誘電体ブッシュ２２０、２２２の一側面に当接するように組立てられる。特に、誘電体ブッシュ２２０、２２２が端子挿入口２１０のうち第２挿入口２１４を占有するように備えられた第１誘電体２２０と、端子挿入口２１０のうち第３挿入口２１６を占有するように備えられた第２誘電体２２２との２段シリンダ状に備えられた場合、端子ボディ２３４の環状段付部は、第１誘電体２２０に密着して組立てられる。
端子ボディ部２３４は、第３挿入口２１６の深さより短く形成され、上述の通り、内部が中空状のソケット部２３６が形成され、入口から内側に直径が減少するコーン状の開口部２３８が形成される。本実施例において、開口部２３８は、例えば、中心軸を基準として３０度の角度に傾斜した形態であってもよい。コーン状の開口部２３８の内側には第１環状凹溝２３７が形成され、これに挿入される弾性コネクタ２４０の離脱を防止することができる。開口部２３８の最内側の内側面と弾性コネクタ２４０の挿入部の先端との間には、弾性コネクタ２４０を開口部２３８の外側に押し出す力を追加的に提供する弾性部材２５０が挿入される。
弾性コネクタ２４０は、ソケット部２３６に挿入される円筒状構造、コーン状の開口部２３８に対応して挿入される切断された円錐状のピンソケット接触部２４４と、ピンソケット接触部２４４から延長形成されるインピーダンスマッチング部（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）２４６とが長手方向に一体に形成される。弾性コネクタ２４０は、ＢｅＣｕ素材に金めっきされたものであってもよい。円筒状構造の長手方向の中間には、外周面から突出した楔断面状の環状突起部２４２が形成される。環状突起部２４２は、弾性コネクタ２４０がソケット部２３６に挿入されると、第１環状凹溝２３７に収容され、弾性コネクタ２４０がソケット部２３６から離脱するのを防止する。
ピンソケット接触部２４４の角度は、ソケット部２３６のコーン状の開口部２３８の角度より中心軸を基準として５度から１０度大きく形成される。また、弾性コネクタ２４０は、ソケット部２３６に挿入された後、外部に露出する外側面から中心軸に沿って十字状の切開部２４８が局部的に形成される。切開部２４８の深さは、切断された円錐状を経て、弾性コネクタ２４０の円筒状構造までつながる。本実施例において、切開部２４８は、十字状を例示したが、これに限定するものではなく、一字状あるいは複数のスロット状に形成されてもよい。
弾性コネクタ２４０の長さは、弾性コネクタ２４０がソケット部２３６に挿入されて十字状の切開部２４８が縮まない状態でソケット部２３６のコーン状の開口部２３８に接した時、第１ケース８０の下端面８８から飛び出し、キャビティフィルタ１８が実装された時、弾性コネクタ２４０がソケット部２３６の開口部２３８を押して挿入される長さに形成される。
弾性コネクタ２４０の外側面の外側端は、弾性コネクタ２４０が縮みながらキャビティフィルタ１８が組立てられるＰＣＢボード１３に形成された電極パッドと電気的に連結される領域である。この外側端は、電極端２４９と定義する。一実施例において、電極端２４９は、Ｒ０．１〜Ｒ０．５の範囲でラウンド状に形成して、弾性コネクタ２４０が縮んで外側面が平面に凹入した浅いコーン状になっても、電極端２４９がＰＣＢボード１３に形成された電極パッドと均一な接触面積を有し得るように備えられる。キャビティフィルタ１８は、実際にはＰＣＢボード１３と組立てられて多様な高さのばらつきを有することができ、電極端２４９をラウンド状に形成することにより、弾性コネクタ２４０が縮む程度の差があっても均一な接触面積を有することができる。
開口部２３８の角度、ピンソケット接触部２４４の角度、弾性コネクタ２４０の長さおよび電極端２４９のラウンドの大きさは、第１ケース８０の一側面あるいは第２ケース８１の組立基準面とＰＣＢボード１３が結合された時を基準として選定することが好ましい。より詳しく説明すれば、ＰＣＢボード１３が結合されると、弾性コネクタ２４０は押し上がり、ソケット部２３６の開口部２３８に沿って滑りながら十字状の切開部２４８が縮む。切開部２４８が縮むと、弾性コネクタ２４０のピンソケット接触部２４４の角度が減少し、開口部２３８とピンソケット接触部２４４との接触面積が変化する。また、弾性コネクタ２４０の外側面が浅いコーン状に縮みながら電極端２４９がＰＣＢボード１３の電極パッドと接触する領域も変更される。さらに、ソケット部２３６の内部に挿入された弾性部材２５０が弾性コネクタ２４０をＰＣＢボード１３側に押す力とピンソケット接触部２４４からの反力が含まれた力がそれぞれの接触部に作用して、それぞれの接触表面は弾性変形する。
このような接触面積を決定するソケット部２３６、弾性コネクタ２４０および弾性部材２５０の設計仕様は、端子部２０のインピーダンスを考慮して選定することが好ましい。すなわち、接触面積および接触圧力によって決定される接触抵抗を含む端子部２０の信号経路に沿ったインピーダンスの変化が最小化される設計仕様で決定されることが好ましい。特に、高い周波数が伝達される移動通信アンテナ信号の場合には、信号ラインの特性インピーダンスが一定でなければ、信号品質が低下することがある。数ギガヘルツ水準の信号における信号経路のインピーダンスミスマッチング（ｍｉｓｍａｔｃｈｉｎｇ）は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ：ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ ｒａｔｉｏ）を増加させ、信号反射および歪みによって信号品質が低下することがある。
端子部２０のインピーダンスを均一に維持するための考慮は、第１挿入口２１２〜第３挿入口２１６の大きさおよび端子ボディ部２３４の大きさの選定においても必要である。第３挿入口２１６は、端子ボディ部２３４の外周面と所定の空隙（ａｉｒ ｇａｐ）を有して離隔しており、第２挿入口２１４および第３挿入口２１６とピン部２３２との間には、例えば、テフロン素材の誘電体ブッシュ２２０、２２２が介在されている。ピン部材２３０のピン部２３２と端子ボディ部２３４は、直径段差を有する形態であり、第２挿入口２１４の直径と深さは、これを考慮してピン部材２３０と端子挿入口２１０との間のインピーダンスが一定に維持されるように選定されることが好ましい。
テフロン素材の誘電率は空気の約２倍であり、これを考慮して、第１挿入口２１２の直径は、第２挿入口２１４および第３挿入口２１６の直径より大きく形成される。例えば、テフロンの代わりに、誘電率が空気の約３倍である、ＰＥＥＫ素材で誘電体ブッシュ２２０、２２２がなされていれば、第１挿入口２１２の直径は、テフロンの場合よりも大きく形成される。
図９（ａ）〜（ｅ）は、ＰＣＢボード１３または外部部材の電極パッドと接触する弾性コネクタ２４０の電極端２４９、インピーダンスマッチング部２４６の形状を多様な形態で例示したものである。これらの形状および大きさは、第１挿入口２１２との間隔を考慮して数値解析を行うか、端子部２０のＶＳＷＲを、例えば、ネットワーク分析器（ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎａｌｙｚｅｒ）などで評価して選定することができる。
図９（ａ）は、インピーダンスマッチング部２４６がピンソケット接触部２４４から外れた位置で垂直に突出した形状を有し、電極端２４９は、微細なＲ０．１のラウンドが形成された例である。
図９（ｂ）は、弾性コネクタ２４０のピンソケット接触部２４４の傾斜角が維持され、電極端２４９まで延びた形状を有する例である。
図９（ｃ）は、ピンソケット接触部２４４から外れた位置でインピーダンスマッチング部２４６が逆に直径が再び減少する傾斜面を有するように形成された場合である。
図９（ｄ）は、ピンソケット接触部２４４から外れた位置で逆に直径が再び減少する傾斜面を有し、電極端２４９がＲ０．５と比較的大きいラウンドが形成された例である。
図９（ｅ）は、弾性部材２５０が省略された場合で、弾性コネクタ２４０とこれに接触するＰＣＢボード１３の電極パッドを押す力（接触圧力）が弾性コネクタ２４０の十字状の切開部２４８が縮みながらピンソケット接触部２４４からの反力によって形成される場合を示す例である。
第１挿入口２１２の外側には、上述の通り、信号ラインを取り囲み円筒部を包んで接地連結が強固になるように挿入されるグラウンド接地端子２６０を収容する第２環状凹溝２７０が形成される。
［実施例３］
図１０は、本発明の一実施形態に係るプッシュリング方式の弾性コネクタが採用されたキャビティフィルタの端子部構造を示す部分断面図である。図１０を参照すれば、本発明の他の実施形態の端子部３０は、端子挿入口３１０と、誘電体ブッシュ３２０と、ピン部材３３０と、プッシュリング方式の弾性コネクタ３４０と、グラウンド接地端子３６０とを含む。
図１０は、本発明の一実施形態に係るプッシュリング方式の弾性コネクタが採用されたキャビティフィルタの端子部構造を示す部分断面図である。図１０を参照すれば、本発明の他の実施形態の端子部３０は、端子挿入口３１０と、誘電体ブッシュ３２０と、ピン部材３３０と、プッシュリング方式の弾性コネクタ３４０と、グラウンド接地端子３６０とを含む。
図１０の本実施例は、インピーダンスマッチングをより厳密にする場合であって、誘電体ブッシュ３２０が分離型に形成され、２段である誘電体ブッシュ３２２、３２４の貫通孔３２６、３２８の直径が異なって形成され、ピン部材３３０のピン部３３２が誘電体ブッシュ３２０に対応して２段に形成された例を開示したが、端子挿入口３１０、誘電体ブッシュ３２０、ピン部３３２およびグラウンド接地端子３６０は、上述した図８の実施例と同一の形態で構成されてもよい。すなわち、端子挿入口３１０は、図８および図９に示す通りの、ピン部材方式の第２実施例と同じく、直径が最も大きい第１挿入口３１２と、その次の第２挿入口３１４と、直径が最も小さい第３挿入口３１６とで構成され、誘電体ブッシュ３２０およびピン部３３２が第２実施例の設置構成と同一の形態で設置可能である。
より詳しくは、本実施例によるピン部材３３０は、ピン部３３２と、ソケット部３３６が形成された端子ボディ部３３４とを含む。ピン部材３３０は、ＢｅＣｕ素材に金めっきされたものであってもよい。ピン部３３２は、誘電体ブッシュ３２０の貫通孔３２６、３２８に挿入されて固定される。ピン部３３２の外周面には、ピン部材３３０が挿入された反対方向にピン部材３３０が抜けないように楔状の突起部３３５が形成される。ピン部３３２と端子ボディ部３３４との境界部に形成される環状の段付部は、誘電体ブッシュ３２０の一側面に当接するように組立てられる。より詳しくは、インピーダンスマッチングのための誘電体ブッシュ３２０が２段の分離型であって（図面符号３２２、３２４参照）、端子挿入口３１０のうち第３挿入口３１６を占有するように配置された第１誘電体３２２と、端子挿入口３１０のうち第２挿入口３１４を占有するように配置された第２誘電体３２４とで備えられた場合、ピン部３３２と端子ボディ部３３４との間の環状の段付部は、第２誘電体３２４に密着する。端子ボディ部３３４は、第１挿入口３１２の深さより短く形成され、内部が中空状であり、入口から内側に直径が減少するコーン状の開口部３３８が形成される。本発明の一実施形態において、コーン状の開口部３３８は、例えば、中心軸を基準として６０度の角度に傾斜した形態に形成されるが、プッシュリング方式の弾性コネクタ３４０の円形スプリング部３４４の外周面に外接するように形成される。
本実施例によるプッシュリング方式の弾性コネクタ３４０は、両側端部を除いた長さの大部分が一定の幅を有するスプリング板材から成形される。弾性コネクタ３４０は、一側に円形スプリング部３４４と、円形スプリング部３４４の円周上に隣接した２つの地点３４６から円周に対して垂直に突出する２つの板状突出部３４２とを含む。弾性コネクタ３４０の幅は、板状突出部３４２がソケット部３３６に挿入可能な幅に形成される。弾性コネクタ３４０は、ＢｅＣｕ素材で形成されかつ、金めっきされたものであってもよいし、２つの板状突出部３４２が互いに遠くなるように広がり、円形スプリング部３４４は、その中心方向に外力が作用すれば、楕円に変形する板スプリングとして動作するように形成される。
すなわち、弾性コネクタ３４０の２つの板状突出部３４２は、ソケット部３３６に挿入されると、互いに広がって２つの板状突出部３４２の終端部がソケット部３３６の内周面に密着することにより、挿入された状態が維持できる。また、円形スプリング部３４４は、その外側面がコーン状の開口部３３８と外接する形態で密着し、板状突出部３４２の反対側の位置が第１ケース８０の下端面８８から所定の距離だけ突出して、本実施例のキャビティフィルタ１８が実装されれば、電極パッドが円形スプリング部３４４を押すことにより楕円状に弾性変形しながらピン部材３３０と電極パッドとが電気的に連結され、外部振動が加えられても接触状態に変化がないように接触部位を押す十分な接触圧力を提供する役割を果たす。
本発明の一実施形態に係るキャビティフィルタ１８は、高さ方向の両面または一面に端子が露出するように形成された弾性コネクタ２４０、３４０を含むＲＦ連結端子部２０を提供することにより、キャビティフィルタ１８の厚さが減少して、よりスリムでコンパクトな積層構造のＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯアンテナシステムを構築することができる。
以上の説明は、本実施例の技術思想を例示的に説明したに過ぎないものであって、本実施例の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で多様な修正および変形が可能であろう。したがって、本実施例は本実施例の技術思想を限定するためではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本実施例の技術思想の範囲が限定されるものではない。本実施例の保護範囲は以下の特許請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等範囲内にあるすべての技術思想は本実施例の権利範囲に含まれると解釈されなければならない。
本発明に係るキャビティフィルタの実施例は、移動通信基地局アンテナに使用可能である。
１、５：アンテナ装置 １１：ヒートシンク
１２：ＰＳＵ（パワーサプライユニット） １３：ＰＣＢボード
１４：キャビティフィルタ １５：アンテナボード
１６：複数のアンテナ １７：レドーム
１８：キャビティフィルタ ２０：端子部
８０：第１ケース ８１：第２ケース
８４：組立部 ８６：下部面
８８：第１ケースの下端面 １１０：端子挿入口
１１２：第１挿入口 １１４：第２挿入口
１３１：端子ボディ １３２：ピン部材
１３３：ガイド部 １５０：弾性部材
１６０：接地端子 １７０：環状凹溝
２１０：端子挿入口 ２１２：第１挿入口
２１４：第２挿入口 ２１６：第３挿入口
２２０、２２２：誘電体ブッシュ ２３０：ピン部材
２３２：ピン部 ２３４：端子ボディ部
２３５：突起部 ２３６：ソケット部
２３７：第１環状凹溝 ２３８：開口部
２４０：弾性コネクタ ２４２：環状突起部
２４４：ピンソケット接触部 ２４６：インピーダンスマッチング部
２４８：切開部 ２４９：電極端
２５０：弾性部材 ２６０：接地端子
２７０：環状凹溝 ３１０：端子挿入口
３１２：第１挿入口 ３１４：第２挿入口
３１６：第３挿入口 ３２０：誘電体ブッシュ
３２２：第１ブッシュ ３２４：第２ブッシュ
３２６、３２８：貫通孔 ３３０：ピン部材
３３２：ピン部 ３３４：端子ボディ部
３３５：突起部 ３３６：ソケット部
３３８：開口部 ３４０：弾性コネクタ
３４２：板状突出部 ３４４：円形スプリング部
３４６：２つの地点 ３６０：接地端子
１２：ＰＳＵ（パワーサプライユニット） １３：ＰＣＢボード
１４：キャビティフィルタ １５：アンテナボード
１６：複数のアンテナ １７：レドーム
１８：キャビティフィルタ ２０：端子部
８０：第１ケース ８１：第２ケース
８４：組立部 ８６：下部面
８８：第１ケースの下端面 １１０：端子挿入口
１１２：第１挿入口 １１４：第２挿入口
１３１：端子ボディ １３２：ピン部材
１３３：ガイド部 １５０：弾性部材
１６０：接地端子 １７０：環状凹溝
２１０：端子挿入口 ２１２：第１挿入口
２１４：第２挿入口 ２１６：第３挿入口
２２０、２２２：誘電体ブッシュ ２３０：ピン部材
２３２：ピン部 ２３４：端子ボディ部
２３５：突起部 ２３６：ソケット部
２３７：第１環状凹溝 ２３８：開口部
２４０：弾性コネクタ ２４２：環状突起部
２４４：ピンソケット接触部 ２４６：インピーダンスマッチング部
２４８：切開部 ２４９：電極端
２５０：弾性部材 ２６０：接地端子
２７０：環状凹溝 ３１０：端子挿入口
３１２：第１挿入口 ３１４：第２挿入口
３１６：第３挿入口 ３２０：誘電体ブッシュ
３２２：第１ブッシュ ３２４：第２ブッシュ
３２６、３２８：貫通孔 ３３０：ピン部材
３３２：ピン部 ３３４：端子ボディ部
３３５：突起部 ３３６：ソケット部
３３８：開口部 ３４０：弾性コネクタ
３４２：板状突出部 ３４４：円形スプリング部
３４６：２つの地点 ３６０：接地端子
Claims (12)
- カップリングブロックを含む共振素子と、
内部に前記共振素子を含む第１ケースと、
前記第１ケースの一面を覆うように配置された第２ケースと、
前記第１ケースを貫通して、一端は前記第１ケースの外部に備えられた外部部材の電極パッドに連結されるように突出具備され、他端は前記第２ケース側に近接して備えられた前記共振素子のカップリングブロックに電気的に連結され、前記第１ケースとは電気的に絶縁される端子部と、
前記第１ケースの長手方向の一側または両側のいずれか１つに備えられ、前記端子部が挿設される端子挿入口が形成された組立部とを備え、
前記組立部は、前記第１ケースの下部面の外側に突出形成され、
前記端子挿入口は、前記第１ケースの下部面から前記第１ケースの少なくとも一部が陥没するか、前記第１ケースからＰＣＢボード側に延びて形成され、
前記端子部は、
前記端子挿入口の内部に配置され、一端は前記共振素子のカップリングブロックに連結され、他端は前記ＰＣＢボード側に連結されるピン部材と、
前記ピン部材が貫通し、前記ピン部材と共に前記端子挿入口に設けられ、前記ピン部材に弾性力を付加する弾性部材を収容する端子ボディとを含む、キャビティフィルタ。 - 前記端子ボディの内部には、前記ＰＣＢボード側に前記弾性部材によって弾性支持されるようにピンコネクタが備えられる、請求項１に記載のキャビティフィルタ。
- 前記ピンコネクタは、先端が前記弾性部材によって前記端子挿入口の外側にさらに突出する、請求項２に記載のキャビティフィルタ。
- 前記端子挿入口は、前記ＰＣＢボードが備えられた側の内径が相対的にさらに広く形成された第１挿入口と、
前記第１挿入口より相対的に内径が小さく形成された第２挿入口とを含み、
前記第２挿入口に挿入される誘電体ブッシュをさらに含む、請求項１に記載のキャビティフィルタ。 - 前記端子ボディに結合され、前記第１挿入口に載置される端子ヘッドブロックをさらに含む、請求項４に記載のキャビティフィルタ。
- 前記第１ケースと電気的に連結されるグラウンド接地端子をさらに含み、
前記第１ケースには、前記グラウンド接地端子が設けられる設置面を有するように前記第１挿入口を取り囲む環状凹溝が形成される、請求項４に記載のキャビティフィルタ。 - 前記環状凹溝は、内径に相当する円周面が深さ方向に直径が大きくなるように環状のダブテール（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形状に形成され、
前記環状凹溝の入口の内径は、前記グラウンド接地端子が弾性によって縮んで前記環状凹溝に挿入され、離脱防止可能な最小限の直径に形成される、請求項６に記載のキャビティフィルタ。 - 前記グラウンド接地端子は、
前記環状凹溝の前記設置面に載置されて固定される固定リング部と、
前記固定リング部の内周端から円周方向に複数個形成され中心に向かって延び、前記ＰＣＢボード側に傾斜して延びた複数の弾性接地部とを含む、請求項７に記載のキャビティフィルタ。 - 前記端子挿入口は、
前記ＰＣＢボードが備えられた側の内径が相対的に最も広く形成された第１挿入口と、
前記第１挿入口より相対的に内径が小さく形成された第２挿入口と、
前記第２挿入口より相対的に内径が小さく形成された第３挿入口とを含み、
前記第２挿入口および第３挿入口に２段シリンダ状に挿入される誘電体ブッシュをさらに含む、請求項１に記載のキャビティフィルタ。 - 前記端子部は、
前記端子挿入口の内部に配置され、一端は前記共振素子に連結され、他端は前記ＰＣＢボード側に連結されるピン部材をさらに含み、
前記ピン部材は、
前記一端として前記共振素子に連結されるように前記第２挿入口および第３挿入口にわたって位置するピン部と、
前記ピン部と一体の２段シリンダ状に形成され、内部にコーン状の開口部を有するソケット部が形成され、前記第１挿入口にわたって位置する端子ボディ部と、
前記ソケット部に挿入固定され、前記他端として前記ＰＣＢボード側に連結される弾性コネクタとを含む、請求項９に記載のキャビティフィルタ。 - 前記弾性コネクタは、
前記ソケット部に挿入される円筒状構造であって、前記コーン状の開口部に対応して挿入される切断された円錐状のピンソケット接触部と、
前記ピンソケット接触部から延長形成されるインピーダンスマッチング部とを含む、請求項１０に記載のキャビティフィルタ。 - 前記弾性コネクタは、
前記ソケット部に挿入され、かつ前記ＰＣＢボード側に接するように備えられ、両側端部を除いた一定の幅部位を円形の垂直断面を有するように成形された円形スプリング部と、
前記円形スプリング部の円周上に隣接した２つの地点から円周に対して垂直に突出して形成された２つの板状突出部とを含む、請求項１１に記載のキャビティフィルタ。
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