JPH05145308A

JPH05145308A - 誘電体共振器

Info

Publication number: JPH05145308A
Application number: JP30434891A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、誘電体共振器に関し、共振器のＱ
を低下させることなく、誘電体共振器の小型化を実現す
ることを目的とする。【構成】誘電体と、共振導体４と、ＧＮＤ電極５とを
具備した誘電体共振器において、誘電体を高誘電体層７
−１、７−２と低誘電体層６−１、６−２との積層体で
構成し、共振導体４の積層方向の両側に高誘電体層７−
１、７−２を設け、この層と、ＧＮＤ電極５との間に
は、低誘電体層６−１、６−２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種の無線機
器、電子機器等に使用される誘電体共振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来の誘電体共振器（λ／４型）
を示した図であり、図８Ａはその斜視図、図８ＢはＸ−
Ｙ線方向断面図である。

【０００３】図中、１は誘電体共振器、２は誘電体、３
はＧＮＤ電極、４は共振導体、５はＧＮＤ電極を示す。
従来、誘電体共振器の外観は、角柱状のものと、円柱状
のものが知られていた。その内、角柱状の例を図８に示
す。図示のように、誘電体共振器１は、角柱状の誘電体
２の長手方向の中央に、貫通孔３を設けてあり、この貫
通孔３のある一方の面を除く、他の全面に導体を設け
て、ＧＮＤ電極５としている。

【０００４】そして、前記貫通孔３の内周面には、共振
導体４を設け、その一方の端部をＧＮＤ電極５に接続し
ている。また、共振導体４のＧＮＤ電極５に接続してな
い他方の端部には、外部端子（図示省略）を接続するよ
うになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。 (1) 誘電体には高誘電体を使用し、共振周波数における
波長短縮により小型化した誘電体共振器となっている。
しかし、共振導体の片側は空間に露出（貫通孔の内部の
空間）しているため、共振導体長は、

【０００６】

【数１】

【０００７】ほど短縮しない（ただし、λは信号の波
長、ε_rは誘電体の比誘電率を示す）。 (2) 誘電体の材料定数である誘電率εが大きくなると、
共振器の構造上Ｃ成分（容量成分）が大きくなる。従っ
て共振器のインピーダンスが低下するため、共振器のＱ
も低下する。そのため、εが大きい程、角柱を太くする
必要がある。従って、この面でも更に小型化するのは困
難である。また、小型で高Ｑの共振器を実現するのは困
難である。

【０００８】本発明は、このような従来の課題を解決
し、共振器のＱを低下させることなく、誘電体共振器の
小型化を実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため、次のように構成した。 (1) 低誘電体層及び高誘電体層の積層体で構成した誘電
体と、誘電体の内部に設けた共振導体と、誘電体の一面
を除く、外周面に設けたＧＮＤ電極とを具備した誘電体
共振器であって、前記共振導体の積層方向の両側に、高
誘電体層を設けると共に、この高誘電体層とＧＮＤ電極
との間には、低誘電体層を設けた。

【００１０】(2) 前記構成（１）において、高誘電体層
の厚みを、低誘電体層よりも薄くした。

【００１１】

【作用】上記構成に基づく本発明の作用を説明する。誘
電体共振器等の共振器では、一般に無負荷Ｑ（Ｑｕとす
る）は次式で定義されている。

【００１２】

【数２】

【００１３】ただし、Ｑｃは伝送路導体によるＱ、Ｑｄ
は誘電体によるＱ、Ｑｒは放射によるＱを示す。ところ
で、同軸タイプの共振器では、１／Ｑｒは通常無視され
るため、式（１）は次のようになる。

【００１４】

【数３】

【００１５】ここで、Ｑｃは伝送路導体の直列抵抗成分
ｒ_sと、伝送路のラインインピーダンスＺ₀により、下
記のように示される。

【００１６】

【数４】

【００１７】また、Ｑｄについては誘電体の比誘電率ε
_r′と比誘電損失ε_r″により次のように示される。

【００１８】

【数５】

【００１９】前記式（２）及び（３）、（４）より、共
振器の無負荷Ｑ（Ｑｕ）を大きくするためには、ラインインピーダンスＺ₀と比誘電率ε_r′を大きく
とること。直列抵抗成分ｒ_sと比誘電損失ε_r″を小さくするこ
と。であることがわかる。

【００２０】特に、比誘電率ε_r′を大きくすれば、当
然のことながら次式で示した波長短縮が起こり、λ／４
型共振器の共振導体の長さは、

【００２１】

【数６】

【００２２】従って、直列抵抗成分ｒ_sが小さくなり、
Ｑｃ、Ｑｄとも大きくなる。その結果、無負荷Ｑ（Ｑ
ｕ）も大きくなる。ところで、本発明の前記構成によれ
ば、共振導体は、高誘電体層によって挟まれた構造とな
っていて、従来のように空間に露出した部分がないため
従来と比較して共振導体長はλ／４√ε_rまで短縮され
る。

【００２３】しかも、高誘電体層とＧＮＤ電極との間に
は、低誘電体層が介在しているため、誘電体共振器の積
層方向の厚みを薄くしても、Ｃ成分が大きくならない。
従って、ラインインピーダンスＺ₀も大きくとれる。

【００２４】前記のような波長短縮が起こるから、誘電
体共振器の長手方向を短くできる。その結果、直列抵抗
成分ｒ_sが小さくなり、Ｑｃが大きくなって、無負荷Ｑ
（Ｑｕ）も大きくなる。

【００２５】即ち、前記のように構成すれば、共振器の
Ｑを低下させることなく、誘電体共振器の小型化が実現
可能となる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。（第１実施例の説明）図１は、本発明の第１実施例の誘
電体共振器を示した図であり、図中、図８と同符号は同
一のものを示す。また、６−１、６−２は低誘電体層、
７−１、７−２は高誘電体層を示す。

【００２７】第１実施例は、１つの共振導体を用いた例
であり、その構造を図１に示す。図１Ａは誘電体共振器
の斜視図、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｙ線方向断面図であ
る。図示のように、この誘電体共振器１は、外観が角柱
状となっており、長手方向の中央には共振導体４が設け
てある。そして、共振導体４の周辺にのみ高誘電体層７
−１、７−２が設けてあり、高誘電体層７−１、７−２
と、外側のＧＮＤ電極５との間には低誘電体層６−１、
６−２が設けてある。７−１、７−２は６−１、６−２
よりも薄くすることが好ましい。

【００２８】この誘電体共振器１は、従来例とは異な
り、多層基板と同様な積層技術を用いて作製するもので
ある。従って、従来例のような貫通孔も存在しない。誘
電体共振器１は、例えば次のようにして作製する。先
ず、低誘電体層６−１を形成し、その上に高誘電体層７
−１を積層する。そして、高誘電体層７−１上には、導
体を印刷して、共振導体（厚膜パターン）４を形成す
る。

【００２９】次に、その上に高誘電体層７−２を積層し
て、共振導体４の上下、左右方向を高誘電体層７−１、
７−２で囲むような構造にする。なお、この場合、共振
導体４の幅は、高誘電体層７−１、７−２の幅よりも狭
くしておく。

【００３０】その後、前記高誘電体層７−２上に、低誘
電体層６−２を積層して、全体を角柱状にする。最後
に、共振導体４の出ている一面を除き、外側の全ての面
にＧＮＤ電極５を形成する。このＧＮＤ電極５は、例え
ば導体の印刷により形成する。この時、共振導体４の一
方の端部がＧＮＤ電極５と接続するように構成する。

【００３１】なお、前記の低誘電体層６−１、６−２は
一層とは限らず、任意の層数（複数層）で構成する。ま
た、高誘電体層７−１、７−２も、複数層で構成しても
よい。

【００３２】但し層厚の関係は低誘電体層が高誘電体層
より厚くした方が好ましい。（第２実施例の説明）図２
は第２実施例の誘電体共振器を示した図であり、図２Ａ
は誘電体共振器の斜視図、図２Ｂは図２ＡのＸ−Ｙ線方
向断面図である。

【００３３】図中、図１と同符号は同一のものを示す。
また、４−１、４−２は共振導体、７−１〜７−３は高
誘電体層を示す。第２実施例は、２つの共振導体を用
い、共振導体の損失を低下させた例であり、その構造を
図３に示す。この第２実施例の誘電体共振器１において
も、共振導体の周辺にのみ高誘電体層を配置している。

【００３４】誘電体共振器１は、例えば次のようにして
作製する。先ず、低誘電体層６−１を形成し、その上に
高誘電体層７−１を積層する。そして、高誘電体層７−
１上に、共振導体４−１を形成（厚膜パターン）し、そ
の上に高誘電体層７−２を積層する。

【００３５】次に、高誘電体層７−２上に、共振導体４
−２を形成（厚膜パターン）し、その上に高誘電体層７
−３を積層する。続いてその上に、低誘電体層６−２を
積層して、全体を角柱状に構成する。

【００３６】最後に、共振導体４−１、４−２のある一
面を除く、外側の全ての面にＧＮＤ電極５を形成し、こ
のＧＮＤ電極５と共振導体４−１、４−２の一方の端部
とを接続する。

【００３７】なお、ＧＮＤ電極５に接続してない共振導
体の端部には、外部の回路と接続するための端子（電
極）を接続する。（共振導体の構成例の説明）図３、図４は、前記第１、
第２実施例における共振導体の構成例であり、図中、図
１、図２と同符号は同一のものを示す。また、４ＧはＧ
ＮＤ側端部、８、８−１、８−２は幅の変化点を示す。

【００３８】前記のように、共振導体４は、高誘電体層
７−１上に厚膜パターンとして形成するが、その際、厚
膜パターンの形状を、例１〜例６のように変形すること
も可能である。なお、図では共振導体を符号４で、高誘
電体層を符号７−１で示してあるが、第２実施例におけ
る共振導体４−１、４−２、高誘電体層７−２について
も同様に適用可能である。

【００３９】図３Ａに示した例１は、共振導体４の厚膜
パターンを、一定幅の帯状のパターンとした例である。
図３Ｂの例２は、共振導体４の長手方向のほぼ中央部に
軸の変化点８を設け、この幅の変化点８からＧＮＤ側端
部４Ｇまでの間は、厚膜パターンの幅を狭くし、その他
の部分の厚膜パターンの幅を広くした例である（幅を２
段階に変化させた例）。

【００４０】図３Ｃに示した例３は、共振導体４の長手
方向にほぼ３分割し、２箇所に幅の変化点８−１、８−
２を設けた例である。図示のように、ＧＮＤ側でない共
振導体４の端部から幅の変化点８−１までの間は、最も
幅の広いパターンとし、幅の変化点８−１、８−２間
は、中間の幅のパターンとし、幅の変化点８−２からＧ
ＮＤ側端部４Ｇまでの間は最も幅の狭いパターンとした
ものである。

【００４１】このようにして、共振導体４を構成する厚
膜パターンの幅を３段階に変化させる。図４Ｄに示した
例４は、ＧＮＤ側でない共振導体の端部付近に幅の変化
点８を設けて、前記端部付近の幅を広くし、幅の変化点
８からＧＮＤ側端部４Ｇまでの間の幅を狭くした例であ
る。

【００４２】例２〜例４に示したような幅の変化点（共
振導体の幅がステップ状に変化する点）を設けたのは、
例えば高次モードでの有害な共振を防止するため（高調
波対策）である。

【００４３】図４Ｅに示した例５は、共振導体４を一定
幅の厚膜パターンで構成するが、この厚膜パターンを蛇
行したパターンとした例である。このようにすると、共
振導体長が実質的に長くなるため、誘電体共振器の長手
方向を短くでき、小型化が可能となる。

【００４４】図４Ｆに示した例６は、共振導体４をテー
パー状の厚膜パターンとした例である。図示のように、
ＧＮＤ側端部４Ｇで最も幅が狭く、その反対側の端部で
最も幅が広くなるように、テーパー状に厚膜パターンを
形成した例である。

【００４５】（電極の構成例の説明）図５〜図７は、前
記第１、第２実施例における電極（外部端子用）の構成
例であり、図中、図１〜図３と同符号は同一のものを示
す。

【００４６】また、１０〜１３は電極、１４は余白を示
す。前記第１、第２実施例に示した誘電体共振器１に
は、外部端子用の電極を付ける必要がある。この場合、
例えば図５〜図７に示したように電極を設ける。

【００４７】以下、図５〜図７に基づいて各例を説明す
る。なお、各図の例は、第１実施例の誘電体共振器に適
用した例について示してあるが、第２実施例の誘電体共
振器にも同様に適用できる。また各図において、Ａ図は
誘電体共振器の斜視図、Ｂ図はＡ図のＸ−Ｙ線方向の断
面図である。

【００４８】図５に示した例１は、ＧＮＤ電極５を設け
てない面のほぼ中央部に、チップ状の電極１０を設け、
共振導体４と接続したものである。この電極１０は、外
部の回路と接続するための端子として使用される。

【００４９】図６に示した例２は、誘電体共振器１のＧ
ＮＤ電極５を設けない面のほぼ中央部に、浅いピット
（穴）１１を設け、このピット１１の内周に電極１２を
形成して、共振導体４と接続したものである。

【００５０】この場合、例えば、各誘電体層を積層した
後にピット１１を形成し、その後、電極１２の導体を付
着する。このピット１１に形成された電極１２には、外
部から、凸状で、かつピット１１内に挿入可能な電極を
導入して外部回路との接続を行う。

【００５１】なお、この場合、電極１２は雌型のコネク
タとして機能するものであり、例えば外部の電極（この
場合は雄型のコネクタ）と着脱自在に接続する。図７に
示した例３は、ＳＭＤ（表面実装部品）化した例であ
る。図示のように、ＧＮＤ電極５を設けてない面には、
矩形状（縦長）の電極１３を設けて、内部の共振導体４
と接続する。

【００５２】この場合、電極１３は、ＳＭＤの側面電極
となるものであるから、低誘電体層６−１の下側から、
低誘電体層６−２の上側に達する長さの電極幅とする。
そして、この電極１３が、外周のＧＮＤ電極５と接触し
ないように、電極１３の周辺には、余白（導体の設けて
ない部分）１４を設ける（上側と下側に設ける）。

【００５３】（他の実施例）以上実施例について説明し
たが、本発明は次のようにしても実施可能である。 (1) 誘電体共振器の外形及び内部の低誘電体層の形状
は、角柱状に限らず、円柱状等、他の形状としても実施
可能である。この場合、誘電体層の幅を変化させればよ
い。

【００５４】(2) 共振導体の数は、３個以上とすること
も可能である。 (3) 共振導体及び外部端子用の電極は、上記の例以外に
も種々の変形が可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 (1) λ／４型共振器として共振導体が完全に誘電体（高
誘電体層）内に入るため、

【００５６】

【数７】

【００５７】による波長短縮が可能となる。従って、そ
の分誘電体共振器の小型化ができる。 (2) 低誘電体層をＧＮＤ電極との間に介在させているた
め、積層方向の厚みを薄くしても、Ｃ成分（容量成分）
が大きくならないため、Ｑの低下を抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の誘電体共振器を示した図
である。

【図２】本発明の第２実施例の誘電体共振器を示した図
である。

【図３】実施例における共振導体の構成例（その１）を
示した図である。

【図４】実施例における共振導体の構成例（その２）を
示した図である。

【図５】実施例における電極の構成例（例１）を示した
図である。

【図６】実施例における電極の構成例（例２）を示した
図である。

【図７】実施例における電極の構成例（例３）を示した
図である。

【図８】従来の誘電体共振器を示した図である。

【符号の説明】

１誘電体共振器４、４−１、４−２共振導体５ＧＮＤ電極６−１、６−２低誘電体層７−１〜７−３高誘電体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低誘電体層（６−１、６−２）及び高誘
電体層（７−１〜７−３）の積層体で構成した誘電体
と、誘電体の内部に設けた共振導体（４、４−１、４−２）
と、誘電体の一面を除く、外周面に設けたＧＮＤ電極（５）
とを具備した誘電体共振器であって、前記共振導体（４、４−１、４−２）の積層方向の両側
に、高誘電体層（７−１〜７−３）を設けると共に、この高誘電体層とＧＮＤ電極（５）との間には、低誘電体層（６−１、６−２）を設けたことを特徴とす
る誘電体共振器。
【請求項２】高誘電体層（７−１〜７−３）が低誘電
体層（６−１、６−２）よりも薄いことを特徴とする請
求項１記載の誘電体共振器。