JPH10126120A - 共振器並びにその共振器を用いた発振器およびフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、Ｑの高い共振器と、その共振器を
使用した位相雑音の小さい発振器と、その共振器を使用
した急峻な周波数特性のフィルタを提供する。 【解決手段】 プリント配線基板の裏面にグランド面を
有しない範囲の基板表面に形成されたリング形状パター
ンと、該リング形状パターンの周辺の基板が取り除かれ
た窓と、前記プリント配線基板のシールドケースと、を
具備して、該シールドケースと前記リング形状パターン
とで特性インピーダンスをもたせる解決手段。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波回路で使用
される共振器並びにその共振器を用いた発振器およびフ
ィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の第１の例について、図５〜図
６を参照して説明する。図６の（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、従来の共振器である誘電体共振器とその誘電体共
振器を使用した発振器の構成は、プリント配線基板３４
の上に支持棒１４で支持された誘電体共振器１３と、共
振器に結合するマイクロストリップライン５１と、その
共振周波数で発信させる増幅器１２と、その出力を取り
出すマイクロストリップライン５２とで構成している。

【０００３】プリント配線基板３４の裏面グランド６５
と、表面グランド７５とは、多数のスルーホール１１で
接続されている。そして、図６の（ｃ）に示すように、
そのプリント配線基板３４全体は、シールドケース２１
でシールドしている。尚、図には示していないが信号を
外部に取り出す場合はコネクタ等を使用する。

【０００４】一般に、発振器の位相雑音は、図５の
（ａ）、（ｂ）に示すように、周波数領域で観測する
と、共振周波数ｆo 近傍にノイズ側波帯として現れる。
また、図５の（ｃ）に示すように、時間領域で観測した
場合の位相雑音は、波形のゼロクロス点でのジッタとし
て表される。但し、高品質の発振器の位相雑音は、時間
領域では識別できないこともある。

【０００５】一方、発振器の出力の位相雑音は、共振器
のＱが高いほど小さくなる。図５において、（ａ）は、
（ｂ）よりも共振器のＱが高く、位相雑音が小さい状態
を示す。

【０００６】図６に示す誘電率の高い誘電体を使用した
誘電体共振器１３はＱは高く、位相雑音が小さい。しか
し、誘電体材料を使用しているのでコストが高くなる。

【０００７】従来技術の第２の例について、図７を参照
して説明する。図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、従
来のマイクロストリップライン共振器と、そのマイクロ
ストリップライン共振器を使用した発振器の構成は、プ
リント配線基板３５の上にマイクロストリップライン共
振器４５と、その共振器に結合するマイクロストリップ
ライン５１と、その共振器で発振させる増幅器１２と、
その出力を取り出すマイクロストリップライン５２とで
構成している。

【０００８】プリント配線基板３５の裏面グランド６６
と、表面グランド７６とは、多数のスルーホール１１で
接続されている。また、図７の（ｃ）に示すように、そ
のプリント配線基板３５は、シールドケース２２でシー
ルドしている。尚、図には示していないが信号を外部に
取り出す場合はコネクタ等を使用する。

【０００９】マイクロストリップライン共振器は、裏面
にグランド面があるプリント配線基板の表面にリング形
状パターンを構成して共振器となる。マイクロストリッ
プライン共振器は、リング形状パターンの実効電気長で
共振周波数が決まり、特性インピーダンスでパターンの
幅が決まる。

【００１０】マイクロストリップライン共振器と、その
マイクロストリップライン共振器を使用した発振器は、
プリント配線基板の上に共振器が形成できるので、コス
トが低くなるが、共振器としてのＱが低く、発振器の位
相雑音が大きい。

【００１１】従来技術の第３の例について、図８を参照
して説明する。図８の（ａ）、（ｂ）に示すように、マ
イクロストリップライン共振器と、そのマイクロストリ
ップライン共振器を使用したフィルタの構成は、プリン
ト配線基板３６の上にマイクロストリップライン共振器
４６と、その共振器に結合して入出力となるマイクロス
トリップライン５３、５４とで構成している。そして、
図８の（ｃ）に示すように、そのプリント配線基板３６
全体は、シールドケース２３でシールドしている。尚、
図には示していないが信号を外部に取り出す場合はコネ
クタ等を使用する。

【００１２】また、マイクロストリップライン共振器と
そのマイクロストリップライン共振器を使用したフィル
タは、プリント配線基板の上にパターンのみで共振器が
形成できるので、コストが低くなるが、フィルタとして
のＱが低く、急峻な周波数特性としにくい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記説明のように、誘
電率の高い誘電体を使用した誘電体共振器はＱは高くな
るが、誘電体材料を使用しているのでコストが高くな
り、また、マイクロストリップラインを使用した共振器
は、プリント配線基板の上に共振器が形成できるので、
コストが低くなるが、共振器としてのＱが低い。そのた
め、その共振器を用いた発振器の出力の位相雑音が大き
くなり、またその共振器を用いたフィルタは急峻な周波
数特性としにくいなどの実用上の不便があった。

【００１４】そこで、本発明は、こうした問題に鑑みな
されたもので、その目的は、プリント配線基板を利用し
てコストを低くおさえた、Ｑの高い共振器と、その共振
器を使用した位相雑音の小さい発振器と、その共振器を
使用した急峻な周波数特性のフィルタを提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決する為の手段】即ち、上記目的を達成する
ためになされた本発明の１は、プリント配線基板の裏面
にグランド面を有しない範囲の基板表面に形成されたリ
ング形状パターンと、該リング形状パターンの周辺の基
板が取り除かれた窓と、前記プリント配線基板のシール
ドケースと、を具備して、該シールドケースと前記リン
グ形状パターンとで特性インピーダンスをもたせること
を特徴とした共振器を要旨としている。

【００１６】また、上記目的を達成するためになされた
本発明の２は、プリント配線基板の空虚部に着装したリ
ング形状の導電金属板と、前記プリント配線基板のシー
ルドケースと、を具備して、該シールドケースと前記リ
ング形状の導電金属板とで特性インピーダンスをもたせ
ることを特徴とした共振器を要旨としている。

【００１７】そしてまた、上記目的を達成するためにな
された本発明の３は、本発明の１または２記載の共振器
を用いた発振器を要旨としている。

【００１８】さらに、上記目的を達成するためになされ
た本発明の４は、本発明の１または２記載の共振器を用
いたフィルタを要旨としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、下記の実
施例において説明する。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例１について、図１を参照し
て説明する。図１（ｃ）に示すように、リング形状パタ
ーンの共振器と、その共振器を使用した発振器の構成
は、プリント配線基板３０に設けた中空のリング形状パ
ターン４１と、シールドケース２０とで共振器を構成
し、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、その共振器に電
磁結合するマイクロストリップライン５１と、従来と同
様にその共振周波数で発振させる増幅器１２と、その出
力を取り出すマイクロストリップライン５２とで発振器
を構成している。

【００２１】プリント配線基板３０の裏面グランド６１
と、表面グランド７１とは、多数のスルーホール１１で
接続されている。また、図１（ｃ）に示すように、プリ
ント配線基板３０は、シールドケース２０の中間に位置
するように設けてある。

【００２２】リング形状パターン４１の周辺は、中空と
なる窓を形成している。また、リング形状パターン４１
に対応するプリント配線基板３０の裏面はグランド面を
有していない。従って、リング形状パターン４１に対応
するグランド面は、シールドケース２０の内部の上面と
下面となる。

【００２３】一般に、共振器のＱを高くするには、共振
器の電力損失を小さくすることにより実現できる。共振
器の電力損失は、誘電体損と、導体損と、放射損とがあ
る。

【００２４】共振器のリング形状パターンとシールドケ
ース間に発生する電磁波がプリント配線基板の誘電体を
通過すると、誘電体損が発生する。そして、プリント配
線基板の誘電体損は、誘電正接（ Tanδ) にほぼ比例す
る。例えば、あるプリント配線基板中の Tanδは、０．
０００１のものがある。一方、空気中を電磁波が通る場
合の誘電体損は、０とみなせる程小さい。

【００２５】従って、共振器のパターンとグランド間を
電磁波が通過する場合に、プリント配線基板の誘電体を
通過する割合よりも、空気中を通過する割合を多くすれ
ば誘電体損は相対的に小さくできる。また、電磁波が空
気中を通過する割合を多くした場合は実効誘電率は低い
値となる。

【００２６】本発明のリング形状パターン４１の場合、
上面は空気を介してシールドケース２０の内部の上面で
あり、下面はグランド面が無いプリント配線基板３０と
空気を介してシールドケース２０の内部の下面である。
従って、リング形状パターン４１とグランドの多くの部
分が空気の層となり、空気の比誘電率は１なので、リン
グ形状パターン４１に対するプリント配線基板３０の等
価的な実効誘電率は低くなって誘電体損が減少する。

【００２７】さらに、リング形状パターン４１の内側と
外側周囲の基板を切り欠いて窓を設けることによりリン
グ形状パターン４１の周辺で発生する誘電体損を減少さ
せている。

【００２８】さらに、裏面にグランドパターンを有する
従来のプリント配線基板に比較して、本発明の構造で
は、リング形状パターン４１に対するプリント配線基板
３０の等価的な実効誘電率は低くなっているので、特性
インピーダンスを例えば５０Ω一定として設計するなら
ば、リング形状パターン４１の幅は広くなる。従って、
リング形状パターン４１の表面積が増すので高周波での
電気抵抗は低くなり、リング形状パターン４１の導体損
も減少する。

【００２９】また、リング形状パターン４１のプリント
配線基板３０はシールドケース２０に内蔵しているの
で、リング形状パターン４１から放射する電磁波の放射
漏れはない。そのため、放射損に関しては従来のマイク
ロストリップラインによる共振器をシールドケースにい
れた場合と変わらない。

【００３０】従って、本発明の共振器は、従来のマイク
ロストリップラインによる共振器に比較して、誘電体損
と、導体損とを減少させることができるので、共振器の
電力損失が小さくなる。そのため、本発明の共振器のＱ
が高くなり、その共振器をもちいた発振器は位相雑音が
少なくなる。

【００３１】ところで、実施例１では、リング形状パタ
ーン４１を支持する為に、周囲の中空窓は４角形とした
が、リング形状パターン４１を保持する機械的強度が得
られれば、どのような形状の窓としてもよい。

【００３２】（実施例２）本発明の実施例２について、
図２を参照して説明する。図２（ｃ）に示すように、リ
ング形状導電金属板の共振器と、その共振器を使用した
発振器の構成は、プリント配線基板３１の誘電体の無い
中空部に着装したリング形状導電金属板４２と、シール
ドケース２０とで共振器を構成し、図２（ａ）、（ｂ）
に示すように、その共振器に電磁結合するマイクロスト
リップライン５１と、従来と同様その共振周波数で発振
させる増幅器１２と、その出力を取り出すマイクロスト
リップライン５２とで発振器を構成している。

【００３３】プリント配線基板３１の裏面グランド６２
と、表面グランド７２とは、同様に多数のスルーホール
１１で接続されている。また、図２（ｃ）に示すよう
に、プリント配線基板３１は、シールドケース２０の中
間に位置するように設けてある。従って、リング形状導
電金属板４２に対応するグランド面は、シールドケース
２０の内部の上面と下面となる。

【００３４】リング形状導電金属板４２は、良導電性の
金属板であり、４角を接着、溶着、または機械的構造で
プリント配線基板３１に固定する。このプリント配線基
板３１にリング形状導電金属板４２が着装している部分
以外は中空であり誘電体が無い自立構造である。

【００３５】次に、共振器のＱに関する説明は実施例１
と同じであるので省略する。そして、プリント配線基板
３１のリング形状導電金属板４２の場合、上面は空気を
介してシールドケース２０の内部の上面であり、下面は
リング形状導電金属板４２を保持している一部を除い
て、空気を介してシールドケース２０の内部の下面であ
る。従って、リング形状導電金属板４２とグランド間を
通過する電磁波は、実施例１よりもさらに空気中を通過
する割合が多くなるので、共振器としての誘電体損が実
施例１よりもさらに減少する。

【００３６】さらに、特性インピーダンスを例えば５０
Ω一定として設計するならば、リング形状導電金属板４
２の幅は実施例１よりもさらに広くなる。従って、導電
金属板の表面積が増すので高周波での電気抵抗は低くな
り、リング形状導電金属板４２の導体損は実施例１より
もさらに減少する。そして、プリント配線基板３１はシ
ールドケース２０に内蔵しているので、リング形状導電
金属板４２のパターンから放射する電磁波の放射漏れは
ない。そのため、放射損に関しては従来のマイクロスト
リップラインによる共振器をシールドケースにいれた場
合と変わらない。

【００３７】従って、本発明の共振器は、実施例１に比
較して、誘電体損と、導体損とを大幅に減少させること
ができるので、共振器の電力損失がさらに小さくなる。
そのため、本発明の共振器のＱがさらに高くなり、その
共振器をもちいた発振器はさらに位相雑音が少なくな
る。

【００３８】ところで、実施例２では、リング形状導電
金属板４２とプリント配線基板３１とは、４か所で着装
されるようにしたが、機械的強度が得られれば、どのよ
うな固定の方法としてもよい。

【００３９】（実施例３）本発明の実施例３について、
図３を参照して説明する。本実施例３は、実施例１と同
じ中空のリング形状パターンとシールドケースとで構成
する共振器をフィルタとした場合である。構成は、図３
（ｃ）に示すように、リング形状パターンの共振器を使
用したフィルタの構成は、プリント配線基板３２に設け
たリング形状パターン４３と、シールドケース２０とで
共振器を構成し、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、そ
の共振器に電磁結合するマイクロストリップライン５
３、５４とで構成している。

【００４０】プリント配線基板３２の裏面グランド６３
と、表面グランド７３とは、多数のスルーホール１１で
接続されている。また、図３（ｃ）に示すように、プリ
ント配線基板３２は、シールドケース２０の中間に位置
するように設けてある。従って、リング形状パターン４
３に対応するグランド面は、シールドケース２０の内部
の上面と下面となる。

【００４１】リング形状パターンの共振器の動作につい
ては、実施例１と同様であるので説明を省略する。

【００４２】従って、実施例１の説明と同様に、リング
形状パターン４３とシールドケース２０とで構成した共
振器は、従来のマイクロストリップラインによる共振器
に比較して、誘電体損と、導体損とを減少させることが
できるので、共振器の電力損失が小さくなる。そのた
め、共振器のＱが高くなるので急峻な周波数特性のフィ
ルタが実現できる。

【００４３】（実施例４）本発明の実施例４について、
図４を参照して説明する。本実施例４は、実施例２と同
じリング形状導電金属板とシールドケースとで構成する
共振器をフィルタとした場合である。構成は、図４の
（ｃ）に示すように、リング形状導電金属板の共振器を
使用したフィルタの構成は、プリント配線基板３３の上
に設けたリング形状導電金属板４４と、シールドケース
２０とで共振器を構成し、図４の（ａ）、（ｂ）に示す
ように、その共振器に電磁結合するマイクロストリップ
ライン５３、５４とで構成している。

【００４４】プリント配線基板３３の裏面グランド６４
と、表面グランド７４とは、多数のスルーホール１１で
接続されている。また、図４（ｃ）に示すように、プリ
ント配線基板３３は、シールドケース２０の中間に位置
するように設けてある。従って、リング形状導電金属板
４４に対応するグランド面は、シールドケース２０の内
部の上面と下面となる。

【００４５】リング形状導電金属板４４はこのリング形
状導電金属板４４を保持している一部がプリント配線基
板３３と重なっている他は空間層となっている。

【００４６】従って、実施例２の説明と同様に、リング
形状導電金属板４４とシールドケース２０とで構成した
共振器は、実施例３の共振器よりも誘電体損と、導体損
とを大幅に減少させることができるので、共振器の電力
損失がさらに小さくなる。そのため、実施例３の共振器
よりもＱが高くなるのでさらに急峻な周波数特性のフィ
ルタとなる。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。即ち、
共振器の電力損失を小さくすることができるので、Ｑの
高い共振器となり、その共振器を使用した位相雑音の小
さい発振器と、その共振器を使用した急峻な周波数特性
のフィルタを安価に得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明のリング形状パターンと発振器の
プリント配線基板の表面図である。 （ｂ）本発明のリング形状パターンと発振器のプリント
配線基板の裏面図である。 （ｃ）本発明の共振器と、該共振器を用いた発振器のＡ
−Ａ断面図である。

【図２】（ａ）本発明のリング形状導電金属板と発振器
のプリント配線基板の表面図である。 （ｂ）本発明のリング形状導電金属板と発振器のプリン
ト配線基板の裏面図である。 （ｃ）本発明の共振器と、該共振器を用いた発振器のＢ
−Ｂ断面図である。

【図３】（ａ）本発明のリング形状パターン共振器を用
いたフィルタのプリント配線基板の表面図である。 （ｂ）本発明のリング形状パターン共振器を用いたフィ
ルタのプリント配線基板の裏面図である。 （ｃ）本発明の共振器と、該共振器を用いたフィルタの
Ｃ−Ｃ断面図である。

【図４】（ａ）本発明のリング形状の導電金属板とフィ
ルタのプリント配線基板の表面図である。 （ｂ）本発明のリング形状の導電金属板とフィルタのプ
リント配線基板の裏面図である。 （ｃ）本発明の共振器と、該共振器を用いたフィルタの
Ｄ−Ｄ断面図である。

【図５】（ａ）周波数軸でみた、共振器のＱが高い場合
の位相雑音を示す図である。 （ｂ）周波数軸でみた、共振器のＱが低い場合の位相雑
音を示す図である。 （ｃ）時間軸でみた、共振器の位相雑音を示す図であ
る。

【図６】（ａ）従来の誘電体共振器を用いた発振器のプ
リント配線基板の表面図である。 （ｂ）従来の誘電体共振器を用いた発振器のプリント配
線基板の裏面図である。 （ｃ）従来の誘電体共振器と、該共振器を用いた発振器
をシールドケースに内蔵したＥ−Ｅ断面図である。

【図７】（ａ）従来のマイクロストリップラインを用い
た発振器のプリント配線基板の表面図である。 （ｂ）従来のマイクロストリップラインを用いた発振器
のプリント配線基板の裏面図である。 （ｃ）従来の共振器と、該共振器を用いた発振器をシー
ルドケースに内蔵したＦ−Ｆ断面図である。

【図８】（ａ）従来のマイクロストリップラインを用い
たフィルタのプリント配線基板の表面図である。 （ｂ）従来のマイクロストリップラインを用いたフィル
タのプリント配線基板の裏面図である。 （ｃ）従来の共振器と、該共振器を用いたフィルタをシ
ールドケースに内蔵したＧ−Ｇ断面図である。

【符号の説明】

１１ スルーホール １２ 増幅器 １３ 誘電体共振器 １４ 支持棒 ２０、２１、２２、２３ シールドケース ３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６ プリント
配線基板 ４１、４３ リング形状パターン ４２、４４ リング形状導電金属板 ４５、４６ マイクロストリップライン共振器 ５１、５２、５３、５４ マイクロストリップライン ６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７ 裏面グラ
ンド ７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７ 表面グラ
ンド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント配線基板の裏面にグランド面を
   有しない範囲の基板表面に形成されたリング形状パター
   ンと、 該リング形状パターンの周辺の基板が取り除かれた窓
   と、 前記プリント配線基板のシールドケースと、 を具備して、該シールドケースと前記リング形状パター
   ンとで特性インピーダンスをもたせることを特徴とした
   共振器。
2. 【請求項２】 プリント配線基板の空虚部に着装したリ
   ング形状の導電金属板と、 前記プリント配線基板のシールドケースと、 を具備して、該シールドケースと前記リング形状の導電
   金属板とで特性インピーダンスをもたせることを特徴と
   した共振器。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の共振器を用いた
   発振器。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の共振器を用いた
   フィルタ。