JPH10145105A - 誘電体フィルタおよび複合誘電体フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装先の回路基板による影響や、回路基板へ
の実装状態での他の部品による影響を受けにくくすると
ともに、Ｑを殆ど悪化させないで所望の特性を容易に得
られるようにした誘電体フィルタを提供する。 【解決手段】 誘電体ブロックに有底穴を設け、その内
面に共振線路３ａ，３ｂを形成し、外面に外導体４を形
成するとともに、誘電体ブロック１の共振線路の開放端
に対向する面に外導体の非形成部Ａ１，Ａ２を設けて、
フィルタ特性を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯な
どの高周波帯で用いられる誘電体フィルタおよび複数の
誘電体フィルタを一体化した複合誘電体フィルタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】誘電体ブロックに各種導体を形成して誘
電体フィルタを構成するものとして、例えば特開平７
−６６６０７号公報や特公昭６２−６０８４２号公報
に示されているように、誘電体ブロック内に複数の共振
線路を配列形成して複数の共振器を構成するとともに、
それらを例えばコムライン結合させて帯域通過フィルタ
などを構成したものがあった。

【０００３】このような単一の誘電体ブロックに複数段
の共振器を設けた誘電体フィルタにおいては、フィルタ
特性の調整を行う場合、上記では共振線路（内導体）
に平行な面の外導体を部分的に削除して各共振器の共振
周波数や共振器間の結合調整を行っている。また上記
の誘電体フィルタでは共振線路（貫通孔内面に形成され
た導電膜）を外導体へ短絡する部分（短絡面）を部分的
に削除することによって、同様にしてフィルタ特性の調
整を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の誘
電体フィルタの場合、その誘電体フィルタを部品の単体
状態で特性調整を行って所定範囲内の特性が得られるよ
うにしても、それを実際の回路基板上に実装した際、回
路基板の誘電率および回路基板上の配線パターンの影響
を受けてフィルタ特性が変動する場合がある。また、回
路基板に対する実装面でない面の外導体を部分的に削除
する方法によれば、回路基板に実装した状態で誘電体フ
ィルタの特性調整を行うことも可能であるが、小型の電
子機器においては、複数の回路基板や部品を筐体に取り
付けた状態で、誘電体フィルタのすぐ上面に他の回路基
板や他の部品が近接する場合があるので、それらの影響
を受けやすい。また外導体の削除部分はアース電流を妨
げるので、共振器のＱの悪化原因となる。

【０００５】上記の誘電体フィルタの場合、回路基板
や他の部品などの影響を受けにくいものの、電流密度が
通常最も高い領域の外導体を部分的に削除することにな
るため、共振器のＱの悪化が著しく、挿入損失が増大す
る。

【０００６】この発明の目的は、実装先の回路基板によ
る影響や、回路基板への実装状態での他の部品による影
響を受けにくくするとともに、Ｑを殆ど悪化させないで
所望の特性を容易に得られるようにした誘電体フィルタ
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の誘電体フィル
タは、回路基板に対して通常実装面とはならない面の外
導体を部分削除し、且つ共振器のＱの悪化を防止するた
めに、請求項１に記載のとおり、誘電体ブロックまたは
誘電体板の外面に外導体を設け、前記誘電体ブロックま
たは誘電体板の内部に、それぞれ一端を前記外面に導通
する短絡端とし、他端を前記誘電体ブロックまたは誘電
体板の内部で開放された開放端とする複数の共振線路を
設けるとともに、前記誘電体ブロックまたは誘電体板の
外面の、前記共振線路の開放端に対向する面に外導体の
非形成部を設けて、前記共振線路の先端容量を所定値に
定める。

【０００８】このように誘電体ブロックまたは誘電体板
の外面の、共振線路の開放端に対向する面の外導体を部
分的に削除するなどして外導体の非形成部を設けること
によって、共振線路の開放端と外導体間の静電容量が変
化し、フィルタ特性が定められる。その際、共振線路の
開放端は誘電体ブロックまたは誘電体板の内部に設けら
れ、外導体の非形成部は共振線路の開放端に対向する面
に設けられるため、すなわち誘電体ブロックまたは誘電
体板の端面に外導体の非形成部が設けられることになる
ため、この誘電体フィルタを回路基板上に寝かせて表面
実装しても、外導体の非形成部が回路基板またはその他
の部品の影響を受けることが殆どない。また、共振線路
の開放端に対向する面の外導体に非形成部が設けられる
ため、すなわち磁界エネルギーが低く、外導体に流れる
アース電流の電流密度が低い領域に外導体の非形成部が
設けられることになるため、共振器のＱの悪化が少な
く、低挿入損失または高減衰量の誘電体フィルタが容易
に得られる。

【０００９】この発明の誘電体フィルタは帯域通過フィ
ルタ特性を有する誘電体フィルタにおいて所定のフィル
タ特性を得るために、請求項２に記載のとおり、共振線
路の開放端および短絡端を１方向に揃えて配列し、各共
振線路をコムライン結合させて帯域通過特性をもたせる
とともに、共振線路の開放端に対向する位置の外導体非
形成部の大きさによって、通過帯域の中心周波数を設定
し、互いに隣接する共振線路の開放端に対向するそれぞ
れの位置の中間位置における外導体非形成部の大きさに
よって通過帯域幅を設定する。

【００１０】このように複数の配列された共振線路をコ
ムライン結合させるとともに、共振線路の開放端に対向
する位置の外導体非形成部の大きさによって、共振線路
による共振器の共振周波数が定められ、通過帯域の中心
周波数が設定される。また、隣接する共振線路の開放端
に対向するそれぞれの位置の中間位置における外導体非
形成部の大きさによって共振器間の結合係数が定めら
れ、通過帯域幅が設定されることになる。従って、複数
の共振線路の開放端に対向する面に形成されている外導
体における外導体非形成部の位置と大きさによって通過
帯域の中心周波数と帯域幅とを独立して設定可能とな
る。

【００１１】この発明の複合誘電体フィルタは、請求項
３に記載のとおり、上記の誘電体フィルタを単一の誘電
体ブロックまたは単一の誘電体板に複数組設けるととも
に、誘電体ブロックまたは誘電体板の内部もしくは外面
に複数組の誘電体フィルタの初段または終段に結合する
３つ以上の入出力用導体を設ける。これにより、単一の
誘電体ブロックまたは単一の誘電体板に複数組の誘電体
フィルタを構成して、例えば送信フィルタと受信フィル
タを共に設けたアンテナ共用器や、複数の送信フィルタ
を設けたダイプレクサやマルチプレクサのように、ある
１つの入出力用導体を兼用して多入力１出力または１入
力多出力の複合誘電体フィルタとして用いることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態に係る
誘電体フィルタの構成を図１〜図４を参照して以下に説
明する。

【００１３】図１は誘電体フィルタの斜視図および断面
図である。同図に示すように、六面体形状の誘電体ブロ
ック１に対して、断面円形の有底穴２ａ，２ｂを形成し
ていて、この有底穴２ａ，２ｂの内面にＡｇ導体膜を形
成して、これを共振線路３ａ，３ｂとしている。また誘
電体ブロック１の外面にはＡｇ導体膜から成る５ａ，５
ｂで示す入出力用導体を設けていて、入出力用導体５
ａ，５ｂを除く誘電体ブロック１の外面（六面）には、
Ａｇ導体膜から成る外導体４を形成している。有底穴２
ａ，２ｂの開口部において共振線路３ａ，３ｂは外導体
４に接続されるため、この部分が共振線路の短絡端とな
り、有底穴２ａ，２ｂの底部（図１においては有底穴２
ａ，２ｂの上端部分）が共振線路３ａ，３ｂの開放端と
なり、（Ｂ）に示すように外導体４との間に先端容量Ｃ
ｓがそれぞれ形成される。また、この共振線路３ａ，３
ｂの開放端付近と入出力用導体５ａ，５ｂとの間には外
部結合容量Ｃｅがそれぞれ形成され、外部回路との間で
容量結合する。この誘電体フィルタを回路基板に実装す
る場合、（Ａ）の左手前の面を回路基板に対向させて表
面実装する。

【００１４】図２は図１に示した誘電体フィルタの等価
回路図である。図中のＣｓ，Ｃｅは図１に示した各静電
容量に対応し、Ｚｅ，θは共振線路３ａ，３ｂのイーブ
ンモードの特性インピーダンスおよび電気長、Ｚｋ，θ
は２つの共振線路間の結合特性インピーダンスおよび電
気長である。Ｃｓｄは共振器の結合をＺｋ，θの結合線
路で表したことによる仮想的な（マイナスの容量を有す
る結合補正用の）容量である。ここでフィルタの中心角
周波数は単体の共振器で考えた場合、 Ｚａ・ｔａｎθｏ＝１／（ωｏＣｓ） θｏ＝ωｏ√（εｒ）Ｌ／ｖｃ で表されるωｏである。ここでＺａは共振器の特性イン
ピーダンス、εｒは誘電体ブロックの比誘電率、ｖｃは
光速、Ｌは共振線路長である。

【００１５】また、隣接する２つの共振器のイーブンモ
ードとオッドモードについて表せば、上式は、 Ｚeven・ｔａｎθeven＝１／（ωeven・Ｃｓeven） Ｚodd ・ｔａｎθodd ＝１／（ωodd ・Ｃｓodd ） となる。

【００１６】また、フィルタの通過帯域幅は中心周波数
が一定であれば共振器間の結合係数に比例し、イーブン
モードとオッドモードの各々の共振角周波数を上式のよ
うにωeven，ωodd とすれば、結合係数ｋは次の関係で
表される。

【００１７】 ｋ＝２｜ωodd −ωeven｜／（ωodd ＋ωeven） ここでωeven，ωodd ，ωｏは次の関係にある。 ωeven＜ωｏ＜ωodd 図３の（Ａ）はイーブンモードの電界分布および共振器
の等価回路、（Ｂ）はオッドモードの電界分布および共
振器の等価回路をそれぞれ示す。

【００１８】図４は図１に示した誘電体フィルタにおい
て外導体の部分削除位置の例を示す図であり、（Ａ）は
図１に示した状態での上面図、（Ｂ）はその縦断面図で
ある。また（Ｃ）は（Ａ），（Ｂ）とは異なる位置に外
導体の非形成部を設けた場合の上面図、（Ｄ）はその縦
断面図である。

【００１９】図４の（Ａ），（Ｂ）に示すように、２つ
の共振線路３ａ，３ｂの開放端に対向するそれぞれの位
置の中間位置に外導体非形成部Ａ１を設ければ、この位
置は図３の（Ａ）に示したように、イーブンモードでは
磁気壁に相当する部分であるために、外導体の部分削除
によっても電界の状態が殆ど変化せず、そのためにＣｓ
evenの値も殆ど変化しないが、図３の（Ｂ）のように、
オッドモードでは電気壁に相当する部分であるため、外
導体の部分削除によってＣｓodd の値が小さくなる。従
ってωevenが変化せず、ωodd が高くなるので、結合係
数ｋが大きくなり（誘導性結合が強くなり）通過帯域幅
が広くなる。また、図４の（Ｃ），（Ｄ）に示すよう
に、誘電体ブロック１の外面の、共振線路３ａの開放端
に対向する面にＡ２で示す外導体の非形成部を設けた場
合、上記ＣｓevenおよびＣｓodd が共に小さくなり、こ
れによりωevenおよびωodd が共に大きくなるため、結
合係数ｋは殆ど変化せずに通過帯域の中心周波数が高く
なる。従って、通過帯域幅を広げるためには、図４の
（Ａ），（Ｂ）のように、２つの共振線路３ａ，３ｂの
開放端に対向するそれぞれの位置の中間位置に外導体非
形成部Ａ１を設け、その大きさを調整すればよく、中心
周波数を上昇させるためには、図４の（Ｃ），（Ｄ）の
ように、誘電体ブロック１の外面の、共振線路３ａの開
放端に対向する面に外導体非形成部Ａ２を設け、その大
きさを調整すればよい。

【００２０】上述したように、図１に示した誘電体フィ
ルタは（Ａ）の左手前の面を回路基板に対向させて表面
実装するため、外導体の非形成部は実装先の回路基板ま
たは他の回路基板や他の部品に対向することがなく、そ
れらの影響を受けることが殆どない。また、共振線路の
開放端に対向する面の外導体に非形成部が設けられるた
め、すなわち磁界エネルギーが低く、外導体に流れるア
ース電流の電流密度が低い領域に外導体の非形成部が設
けられることになるため、共振器のＱの悪化が少ない。

【００２１】図５は第２の実施形態に係る誘電体フィル
タの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底
面図である。この例では、六面体形状の誘電体ブロック
１に対して２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅで示す５つの
有底穴を、図に示すように底部が互い違いに並ぶように
形成している。各有底穴の内面には第１の実施形態の場
合と同様に共振線路を設けている。誘電体ブロック１の
外面には有底穴２ａ，２ｅの開口部において共振線路か
ら連続する入出力用導体５ａ，５ｅを形成していて、こ
の２つの入出力用導体を除く外面（六面）に外導体４を
形成している。

【００２２】このように共振線路を誘電体ブロック１内
に配置したことにより、隣接する共振線路間がそれぞれ
インターディジタル結合し、５段の共振器から成る帯域
通過フィルタが得られる。図中のＡｂ，Ａｃ，Ａｄは有
底穴２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれの内面に形成した共振
線路の開放端に対向する位置であり、Ａｂ部分の外導体
を削除すれば有底穴２ｂによる共振器の共振周波数が上
昇し、同様にＡｃ，Ａｄ部分を削除すれば有底穴２ｃ，
２ｄによるそれぞれの共振器の共振周波数が上昇する。
これにより通過帯域の中心周波数を調整できるようにな
る。

【００２３】図６は第３の実施形態に係る複合誘電体フ
ィルタの構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）
は底面図である。この例では、誘電体ブロック１に対し
て２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｆ，２ｇで示す５つの有底穴と
２ａ，２ｅ，２ｈで示す３つの貫通孔を設けるととも
に、それぞれの内面に導体を設けて共振線路としてい
る。誘電体ブロック１の外面には貫通孔２ａ，２ｅ，２
ｈによるそれぞれの共振線路から連続する入出力用導体
５ａ，５ｅ，５ｈをそれぞれ設けるとともに、この３つ
の入出力導体を除く領域に外導体４を形成している。

【００２４】この構成により、有底穴２ｆ，２ｇによる
共振線路はコムライン結合し、有底穴２ｅ，２ｆによる
共振線路はインターディジタル結合し、有底穴２ｇ，２
ｈによる共振線路間はインターディジタル結合する。こ
れにより入出力用導体５ｅと５ｈとの間が帯域通過フィ
ルタとして作用する。一方、貫通孔２ａ，２ｅと有底穴
２ｃによる共振線路間がそれぞれインターディジタル結
合し、また有底穴２ｂと貫通孔２ａによる共振線路間が
インターディジタル結合し、更に有底穴２ｃ，２ｄによ
る共振線路間がインターディジタル結合する。これによ
り、２つのトラップ回路が貫通孔２ａおよび有底穴２ｃ
を介してπ／２ずつ移相結合し、入出力用導体５ａと５
ｅ間が帯域阻止フィルタとして作用する。このような構
成によって入出力用導体５ａをＴｘ端子、５ｈをＲｘ端
子、５ｅをＡＮＴ端子として、上記帯域通過フィルタを
受信フィルタ、上記帯域阻止フィルタを送信フィルタと
するアンテナ共用器として用いることができる。そし
て、受信フィルタの中心周波数はＡｆまたはＡｇで示す
部分の外導体を部分削除することによって上昇方向に調
整し、通過帯域幅はＡｆｇで示す部分の外導体を部分削
除することによって広帯域化方向に調整することができ
る。また送信フィルタについては主にＡｂ，Ａｄで示す
部分の外導体を部分削除することによって減衰極（トラ
ップ周波数）を調整することができる。また、Ａｃで示
す部分の外導体を部分削除することによっても、少しで
はあるが減衰極を調整することができる。

【００２５】図７は第４の実施形態に係る誘電体フィル
タの構成を示す図であり、（Ｂ）は上面図、（Ａ）は左
側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は正面断面図であ
る。これまでに示した実施形態では誘電体ブロックに有
底穴を設けて共振線路を構成したが、この第４の実施形
態では、２枚の誘電体板１１ａ，１１ｂを用いる。この
２枚の誘電体板１１ａ，１１ｂの間には１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ，１３ｄで示す共振線路を形成していて、外
面には共振線路１３ａ，１３ｄの所定部分から連続する
入出力導体５ａ，５ｄを形成するとともに、その他の領
域に外導体４を形成している。

【００２６】この構成により、共振線路１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ，１３ｄがそれぞれインターディジタル結合
し、４段の共振器から成る帯域通過フィルタとして作用
する。そして、Ａａ，Ａｂ，Ａｃ，Ａｄで示す、共振線
路の開放端に対向する面の外導体を部分削除することに
よって、各共振器の共振周波数を上昇方向に調整するこ
とができ、通過帯域の中心周波数を調整することができ
る。

【００２７】図８は第５の実施形態に係る複合誘電体フ
ィルタの構成を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）
は正面断面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は底面図であ
る。この例では、（Ｂ）に示すように、４層の誘電体板
の各層の間に、１３ａ〜１３ｉで示す共振線路および１
４ａ，１４ｂで示すアース導体をそれぞれ配列してい
る。誘電体板１１の外面には共振線路１３ａ，１３ｅ，
１３ｈの一方端から連続する入出力用導体５ａ，５ｅ，
５ｈを設けるとともに、これらの入出力用導体を除く領
域に外導体４を形成している。

【００２８】この構成により、共振線路１３ｆ，１３ｇ
間がコムライン結合し、共振線路１３ｅ，１３ｆ間およ
び１３ｇ，１３ｈ間がそれぞれインターディジタル結合
し、入出力用導体５ｅと５ｈとの間が帯域通過フィルタ
として作用する。また、共振線路１３ｈ，１３ｉ間がイ
ンターディジタル結合し、１段のトラップとして作用す
る。一方、共振線路１３ａ，１３ｃ，１３ｅ間がそれぞ
れインターディジタル結合し、また共振線路１３ａ，１
３ｂ間がインターディジタル結合し、更に共振線路１３
ｃ，１３ｄ間がインターディジタル結合する。これによ
り、２つのトラップ回路が共振線路１３ａ，１３ｃを介
してπ／２ずつ移相結合し、入出力用導体５ａと５ｅ間
が帯域阻止フィルタとして作用する。なお、アース導体
１４ａは共振線路１３ｂ，１３ｄ間の結合を阻止し、ア
ース導体１４ｂは共振線路１３ｄ，１３ｆ間の結合を阻
止する。このような構成によって入出力用導体５ａをＴ
ｘ端子、５ｈをＲｘ端子、５ｅをＡＮＴ端子として、上
記帯域通過フィルタを受信フィルタ、上記帯域阻止フィ
ルタを送信フィルタとするアンテナ共用器として用いる
ことができる。受信フィルタの通過帯域の中心周波数は
ＡｆまたはＡｇで示す部分の外導体を部分削除すること
によって上昇方向に調整し、通過帯域幅はＡｆｇで示す
部分の外導体を部分削除することによって広帯域化方向
に調整することができる。また、受信フィルタのトラッ
プ周波数はＡｉで示す部分の外導体を部分削除すること
によって調整することができる。送信フィルタについて
はＡｂ，Ａｃ，Ａｄで示す部分の外導体を部分削除する
ことによって減衰極（トラップ周波数）を調整すること
ができる。

【００２９】なお、上に示した幾つかの実施形態におい
ては、共振線路のコムライン結合部分が２段のものにつ
いてのみ示したが、３段以上についても同様であり、共
振線路の開放端に対向する位置の外導体非形成部の大き
さによって、通過帯域の中心周波数を設定し、互いに隣
接する共振線路の開放端に対向するそれぞれの位置の中
間位置における外導体非形成部の大きさによって通過帯
域幅を設定すればよい。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、共振線路
の開放端は誘電体ブロックまたは誘電体板の内部に設け
られ、外導体の非形成部は共振線路の開放端に対向する
面に設けられるため、すなわち誘電体ブロックまたは誘
電体板の端面に外導体の非形成部が設けられることにな
るため、この誘電体フィルタを回路基板上に寝かせて表
面実装しても、外導体の非形成部が回路基板またはその
他の部品の影響を受けることが殆どない。また、共振線
路の開放端に対向する面の外導体に非形成部が設けられ
るため、すなわち磁界エネルギーが低く、外導体に流れ
るアース電流の電流密度が低い領域に外導体の非形成部
が設けられることになるため、共振器のＱの悪化が少な
く、低挿入損失または高減衰量の誘電体フィルタが容易
に得られる。

【００３１】請求項２に係る発明によれば、複数の配列
された共振線路をコムライン結合させて帯域通過フィル
タを構成する場合に、複数の共振線路の開放端に対向す
る面に形成されている外導体における外導体非形成部の
位置と大きさによって通過帯域の中心周波数と帯域幅を
独立して設定可能となる。

【００３２】請求項３に係る発明によれば、単一の誘電
体ブロックまたは単一の誘電体板に複数組の誘電体フィ
ルタを設けて、アンテナ共用器やマルチプレクサを構成
する場合に、回路基板や他の部品の影響を受けることな
く、Ｑの悪化もなく、各フィルタの特性を容易に調整す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図
および断面図である。

【図２】同誘電体フィルタの等価回路図である。

【図３】同誘電体フィルタのイーブンモードとオッドモ
ードにおける電界分布などを示す図である。

【図４】同誘電体フィルタの特性調整状態を示す図であ
る。

【図５】第２の実施形態に係る誘電体フィルタの正面図
および底面図である。

【図６】第３の実施形態に係る複合誘電体フィルタの正
面図および底面図である。

【図７】第４の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を
示す図である。

【図８】第５の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を
示す図である。

【符号の説明】

１−誘電体ブロック ２−有底穴 ３−共振線路 ４−外導体 ５−入出力用導体 １１−誘電体板 １３−共振線路 １４−アース導体 Ａ−外導体非形成部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体ブロックまたは誘電体板の外面に
   外導体を設け、前記誘電体ブロックまたは誘電体板の内
   部に、それぞれ一端を前記外面に導通する短絡端とし、
   他端を前記誘電体ブロックまたは誘電体板の内部で開放
   された開放端とする複数の共振線路を設けるとともに、
   前記誘電体ブロックまたは誘電体板の外面の、前記共振
   線路の開放端に対向する面に外導体の非形成部を設け
   て、前記共振線路の先端容量を所定値に定めたことを特
   徴とする誘電体フィルタ。
2. 【請求項２】 前記共振線路の開放端および短絡端を１
   方向に揃えて配列し、各共振線路をコムライン結合させ
   て帯域通過特性をもたせるとともに、前記共振線路の開
   放端に対向する位置の外導体非形成部の大きさによっ
   て、通過帯域の中心周波数を設定し、互いに隣接する共
   振線路の開放端に対向するそれぞれの位置の中間位置に
   おける外導体非形成部の大きさによって通過帯域幅を設
   定したことを特徴とする請求項１に記載の誘電体フィル
   タ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の誘電体フィル
   タを単一の誘電体ブロックまたは単一の誘電体板に複数
   組設けるとともに、前記誘電体ブロックまたは前記誘電
   体板の内部もしくは外面に前記複数組の誘電体フィルタ
   の初段または終段に結合する３つ以上の入出力用導体を
   設けたことを特徴とする複合誘電体フィルタ。