JPH10209725A

JPH10209725A - 誘電体共振器

Info

Publication number: JPH10209725A
Application number: JP624097A
Authority: JP
Inventors: Jun Hattori; 準服部; Kazuhiko Kubota; 和彦久保田; Tomoyuki Ise; 智之伊勢; Masamichi Ando; 正道安藤; Yutaka Motooka; 豊本岡
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】電極形成後に誘電体板または誘電体柱に外部
結合の為の孔を形成する必要をなくして生産性を向上さ
せ、また薄膜多層電極の形成面に穴を形成する必要性を
なくして薄膜多層電極による低損失動作を維持できるよ
うにした誘電体共振器を提供する。【解決手段】誘電体板１の一側面に穴６を形成し、予
め結合ループを形成した外部結合用部材１４を挿入す
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、おもにマイクロ
波帯やミリ波帯で用いられる誘電体共振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マイクロ波帯やミリ波帯で用
いられる各種誘電体共振器のうち、略平行な２つの平面
部とこの２つの平面部に略垂直な面を有する誘電体板ま
たは誘電体柱の表面に電極を形成した誘電体共振器は、
比較的高電力を扱うマイクロ波帯のフィルタ装置等とし
て用いられる。この種の誘電体共振器は、誘電体材料の
比誘電率をεｒとすれば、空胴の導波管回路素子に対し
て１／√εｒの大きさで構成できるため、小型で低損失
な共振回路として利用できる。

【０００３】このような誘電体板、または誘電体柱の外
面の略全面に電極形成してなる誘電体共振器は、互いに
略平行な２つの平面部に垂直な方向に電界成分を持つＴ
Ｍモードで共振するため、外部との結合をとる場合、図
１５に示すようにプローブを突出させたコネクタ１３を
誘電体板１の平面部に垂直な方向に挿入する構造が考え
られる。図１５において誘電体板１の図における上下の
平面部には平面部電極２を形成していて、４つの側面に
は側面電極５を形成している。これにより、図における
水平面方向をｘ軸およびｙ軸とし、図における鉛直方向
をｚ軸とするＴＭ１１０モードの誘電体共振器として作
用する。同図においてコネクコ１３から突出するプロー
ブは上記ＴＭ１１０モードの電界成分と結合して信号の
入出力を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１５に示
したように誘電体板に対してプローブを挿入することに
よって外部結合をとるようにした構造では、誘電体板に
プローブを挿入するための穴を穿孔するという、非効率
的な加工作業が必要となる。

【０００５】また本願出願人は、誘電体部分と電極膜と
の境界部分での表皮効果による電流密度の増大を回避し
てＱｏを高めるため、電界成分に垂直な面の電極を、薄
膜電極層と薄膜誘電体層を交互に積層してなる薄膜多層
電極としたものを特願平０８−３３１３１６号で出願し
ているが、このような薄膜多層電極を設けた誘電体共振
器に、図１５に示したようにプローブを挿入するための
穴を穿孔すれば、薄膜電極層同士が層間で短絡してしま
うおそれがあり、短絡すれば電流密度の低減による低損
失動作に支障をきたすことになる。

【０００６】この発明の目的は、電極形成後に誘電体板
または誘電体柱に外部結合の為の孔を形成する必要をな
くし、生産性を向上させた誘電体共振器を提供すること
にある。

【０００７】また、この発明の他の目的は、誘電体板ま
たは誘電体柱の平面部に穴を形成する必要性をなくし
て、薄膜多層電極による低損失動作を維持できるように
した誘電体共振器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、それぞれ多
角形または円形の互いに略平行な２つの平面部と、この
２つの平面部に略垂直な面とを有する誘電体板または誘
電体柱の表面に電極を形成し、前記平面部に垂直な方向
に電界成分をもつモードで共振する誘電体共振器におい
て、前記平面部に穴を設けることなく外部結合をとるた
めに、請求項１に記載のとおり、前記誘電体板または誘
電体柱の前記平面部に略垂直な面に電極非形成部を設け
るとともに、誘電体部材の表面または内部に結合ループ
を形成した外部結合部材を前記電極非形成部に接合させ
る。

【０００９】これにより予め結合ループを形成した外部
結合部材を、誘電体板または誘電体柱の平面部に略垂直
な面に設けた電極非形成部に接合（当接または接着）す
るだけで外部結合構造をとることができ、外部結合の為
の穴を確保する必要がない。

【００１０】また、請求項２に記載のとおり、誘電体板
または誘電体柱の前記電極非形成部に溝または穴を設け
て、その溝または穴に前記外部結合部材を嵌入させれ
ば、両者の接合が一層確実なものとなる。

【００１１】また請求項３に記載のとおり、前記外部結
合部材に同軸コネクタ等のコネクタを取り付ければ、コ
ネクタ付きの誘電体共振器が容易に得られる。

【００１２】さらに、この発明は請求項４に記載のとお
り、前記平面部の電極を、薄膜電極層と薄膜誘電体層と
を交互に積層するとともに各薄膜電極層の周辺部を短絡
させてなる薄膜多層電極とする。これによって、電極に
よる導体損が低減され、Ｑｏの高い誘電体共振器が得ら
れる。その際、外部結合部材を設けても、薄膜多層電極
による低損失動作を維持できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態に係る
誘電体共振器の構成を図１〜図５を参照して以下に説明
する。

【００１４】図１の（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は電磁
界分布を示す図、（Ｃ）は電極部分を流れる電流分布を
示す図である。（Ａ）において２は六面体形状をなす誘
電体板の図における上下面に形成した薄膜多層電極から
なる平面部電極、５は残る四面に形成した単層電極から
なる側面部電極である。

【００１５】（Ｂ）において誘電体共振器内の実線の矢
印は主要部分の電界方向および強度を表し、破線の矢印
は磁界分布を表す。このように誘電体共振器１０の厚み
方向に電界が分布し、それに垂直な面方向に磁界が分布
することになり、磁界の平面方向にｘ軸とｙ軸をとり、
これにそれぞれ垂直な方向にｚ軸をとると、この誘電体
共振器はＴＭ１１０モードと表すことができる。このよ
うに電磁界分布が生じるため、同図の（Ｃ）に示すよう
に、上面の平面部電極２には中央から四方へ広がる方向
または四方から中央へ集まる方向に電流が流れ、側面部
電極５には図における上下方向に電流が流れることにな
る。

【００１６】図２は図１に示した誘電体共振器の断面図
およびその部分拡大図である。同図において３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄはそれぞれ薄膜電極層、４ａ，４ｂ，４
ｃはそれぞれ薄膜誘電体層であり、両者の交互の積層に
よって薄膜多層電極からなる平面部電極２を構成してい
る。この薄膜多層電極はたとえばＣｕをスパッタリング
して薄膜電極層を形成し、誘電体板１より低誘電率の材
料をスパッタリングして薄膜誘電体層を形成する、とい
う処理を所定回数繰り返すことによって形成する。また
側面部電極５はＣｕのメッキにより形成する。この側面
部電極５は薄膜多層電極の形成後に設けることによっ
て、薄膜多層電極の周辺部を短絡する。

【００１７】図３は図２に示した各薄膜電極層に流れる
電流の様子を示す図である。同図の（Ｂ）に示すように
各薄膜電極層４ａ，４ｂ，４ｃはそれらの上下に存在す
る薄膜電極層とともにそれぞれ極めて薄い誘電体共振器
を構成し、それぞれの共振周波数を誘電体板１による誘
電体共振器の共振周波数にほぼ等しくすることによっ
て、上下面の薄膜電極層に流れる電流の向き（位相）が
揃うことになる。これにより（Ａ）に示すように、誘電
体共振器の電流ｉａは薄膜電極層３ａを流れ、薄膜誘電
体層４ａによる共振器の電流ｉｂは薄膜電極層３ａおよ
び３ｂを流れる。同様に薄膜誘電体層４ｂによる誘電体
共振器の電流ｉｃは薄膜電極層３ｂおよび３ｃを流れ、
誘電体層４ｃによる誘電体共振器の電流ｉｄは薄膜電極
層３ｃおよび３ｄを流れる。したがって薄膜電極層３ａ
に流れる合成電流はｉａ−ｉｂ、薄膜電極層３ｂに流れ
る合成電流はｉｂ−ｉｃ、薄膜電極層３ｃに流れる合成
電流はｉｃ−ｉｄとなる。図中の白抜きの矢印はこれら
の合成電流の向きおよび大きさを模式的に表している。
このようにして、誘電体板１の表面部分における電流集
中が緩和され、表層にまで電流が分散されることにな
る。

【００１８】上記誘電体板としては、たとえばその比誘
電率が約４０の誘電体セラミクスを用い、各薄膜電極層
としては、比誘電率が４０より低い誘電体を用いること
によって、各薄膜電極層による誘電体共振器の共振周波
数を誘電体板１による誘電体共振器の共振周波数にほぼ
等しくすることができる。また、各薄膜電極層が誘電体
板または誘電体柱による誘電体共振器の電磁界を完全に
遮蔽することなく、各薄膜電極層と薄膜誘電体層による
誘電体共振器が誘電体板または誘電体柱による誘電体共
振器に結合するように、各薄膜電極層の厚みは共振周波
数における表皮深さと同程度かそれより薄い膜厚とす
る。

【００１９】図４は誘電体共振器全体の構成を示す分解
斜視図であり、図５はその組み立て後の誘電体共振器の
斜視図である。また図４の（Ｂ），（Ｃ）は図４（Ａ）
の２つの部材を異なった方向から見た斜視図である。

【００２０】図４の（Ａ）において、１０はすでに説明
したように誘電体板１の図における上下面に平面部電極
２を形成し、側面に側面電極５を形成してなるＴＭ１１
０モードの誘電体共振器である。ただし、ここでは図に
おける左手前の側面には、側面電極５を部分的に形成し
ていない、または削除した電極非形成部７を設けてい
る。同図において１１は外部結合用主部材、１２は外部
結合用副部材であり、同図の（Ｂ）はこれらを（Ａ）に
おける右斜め上後方から見た図、（Ｃ）は（Ａ）におけ
る右斜め下後方から見上げた図である。このように、外
部結合用主部材１１には接地電極２１を形成するととも
に、結合ループ用電極２３ａ，２３ｂを形成している。
また外部結合用副部材１２には結合ループ用電極２３ａ
に対向する面と誘電体共振器の側面に対向する面を除い
て接地電極２２を形成している。１３は同軸コネクタで
あり、その中心導体を結合ループ用電極２３ａに接続す
るとともに、外導体を外部結合用主部材１１および外部
結合用副部材１２のそれぞれの接地電極２１，２２に接
続（接合）する。外部結合用主部材１１と外部結合用副
部材１２とは半田付けまたは銀電極の焼き付けによって
接合する。これによって１つの外部結合用部材を構成
し、これを誘電体共振器１０の一側面に半田付けするこ
とにより、または銀電極を焼き付けることによって接合
する。この構造により、結合ループ用電極２３ａ，２３
ｂの一端がコネクタ１３の中心導体に接続され、他端が
接地電極２１に接続されるため、この部分が誘電体共振
器内における結合ループを構成し、ＴＭ１１０モードと
磁界結合することなる。このようにして図５に示したコ
ネクタ付きの誘電体共振器を得る。

【００２１】次に、第２の実施形態に係る誘電体共振器
の構成を分解斜視図として図６に示す。同図の（Ａ）に
おいて誘電体共振器１０に関しては図４に示したものと
同様であるが、外部結合用主部材１１および外部結合用
副部材１２の構成が異なる。同図の（Ｂ）は（Ａ）に示
した状態から外部結合用主部材１１および外部結合用副
部材１２を右斜め上後方から見た図である。このように
外部結合用主部材１１の接地電極２１を同図の（Ａ）に
おける底面部から左手前の側面にかけて形成するととも
に、外部結合用主部材１１の図における上面から側面に
かけて結合ループ用電極２３ａ，２３ｂを形成してい
る。また外部結合用副部材１２には結合ループ用電極２
３ａに対向する面および誘電体共振器１０の一側面に対
向する面を除いて接地電極２２を形成している。このよ
うに結合ループの一端を結合ループのループ面に対して
垂直な方向に引き出すことによって、コネクタ１３を図
５に示した場合とは９０度異なった方向に取り付けるこ
とが可能となる。

【００２２】図７は第３の実施形態に係る誘電体共振器
の構成を示す分解斜視図である。図６に示した第２の実
施形態に係る誘電体共振器とは異なり、この例では結合
ループ用電極を部分的に誘電体共振器１０の一側面から
離れるように形成している。すなわち外部結合用主部材
１１の稜線部を一部面取りした形状として、外部結合用
主部材１１に図における上面から側面にかけて結合ルー
プ用電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成している。その
他の構成は図６に示したものと同様である。この構造に
よって、結合ループ用電極２３ａ，２３ｂが誘電体共振
器１０を構成する誘電体板１の誘電体材から離れること
になり、結合ループ用電極の静電容量成分を小さくして
結合ループにおける損失を低減することができる。

【００２３】第１〜第３の実施形態では、誘電体共振器
１０の一側面に外部結合用部材を単に接合させる構造と
したが、誘電体共振器１０の一側面に穴または溝を形成
して、その部分に外部結合用部材を挿入した誘電体共振
器を、第４〜第６の実施形態として図８〜図１０に示
す。

【００２４】図８の例では、誘電体板１の一側面に穴６
を設けている。図中１４は外部結合用部材であり、図８
の（Ｂ）はこの外部結合用部材１４を（Ａ）における右
斜め上後方から見た図、（Ｃ）は外部結合用部材１４を
（Ａ）における右斜め下後方から見上げた図である。こ
のように外部結合用部材１４に接地電極２１を形成する
とともに結合ループ用電極２３ａ，２３ｂを設けてい
る。この外部結合用部材１４を誘電体板１の穴６に挿入
し、電極同士の半田付けまたは銀電極の焼き付けによっ
て接合する。コネクタ１３の中心導体は結合ループ用電
極２３ａの端部に接続し、外導体は外部結合用部材１４
の接地電極２１および誘電体板１の穴６を形成した面の
側面電極に半田付けする。

【００２５】図９の例では、誘電体板１に溝８を形成
し、この溝８に外部結合用部材１４を挿入し接合する。
また図１０の例では、コネクタ１３を図９に比較して９
０度異なった方向に取り付けるようにしている。

【００２６】次に、複数の誘電体共振器を組み合わせて
構成した誘電体フィルタを第７の実施形態として図１１
に示す。図１１において１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０
ｄはそれぞれ誘電体共振器であり、誘電体共振器１０ａ
に対して外部結合用部材１４およびコネクタ１３を取り
付けた構造は図８に示したものと同様である。また図で
は現れていないが、誘電体共振器１０ｄの図における右
後方の側面にも外部結合用部材およびコネクタを同様に
取り付けている。４つの誘電体共振器１０ａ〜１０ｄの
図における右手前の側面には、それぞれ側面電極を部分
的に形成していない（削除した）窓部を設けていて、そ
の部分に結合窓用部材１５ａ，１５ｂを接合している。
この結合窓用部材１５ａ，１５ｂの、誘電体共振器１０
ａ〜１０ｄ側面の上記窓部に対向する面には電極を形成
していなくて、その他の外面に電極を形成している。し
たがって誘電体共振器１０ａと１０ｂとの間、および１
０ｄと１０ｃとの間が上記窓部を介して電磁界的に連絡
されることになり、上下の誘電体共振器同士が磁界結合
する。また、誘電体共振器１０ｂと１０ｃとの側面の接
合面には、それぞれ電極を形成していない（削除した）
窓部を設けていて、その窓部を介して両誘電体共振器間
が磁界結合する。結局、誘電体共振器は１０ａ→１０ｂ
→１０ｃ→１０ｄの順に結合し、４段の共振器からなる
帯域通過フィルタを得る。

【００２７】図１２は２つの誘電体共振器からなる第８
の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図である。誘電
体共振器１０ａ，１０ｂにはそれぞれ外部結合用部材１
４およびコネクタ１３ａ，１３ｂを取り付けている。こ
の誘電体共振器に対する外部結合用部材およびコネクタ
の取り付け構造は図８に示したものと基本的に同様であ
るが、誘電体板はその角部を部分的に切り落としたよう
な形状としている。この２つの誘電体共振器１０ａ，１
０ｂはＴＭ２１０モードとＴＭ１２０モードの２重モー
ドで共振する。このＴＭ２１０モードとＴＭ１２０モー
ドとは縮退関係にあるが、同図に示すように誘電体板の
角部を切り落とした形状とすることによって、その縮退
関係を解いて２つのモード間を結合させる。上下の誘電
体共振器間は図１１に示した場合と同様に結合窓用部材
１５部分で磁界結合する。したがってコネクタ１３ａか
ら１３ｂの間は、誘電体共振器１０ａのＴＭ１２０モー
ド→１０ａのＴＭ２１０→１０ｂのＴＭ２１０モード→
１０ｂのＴＭ１２０モードの順に結合し、４段の共振器
からなる帯域通過フィルタを得る。

【００２８】図１３は第９の実施形態に係る誘電体フィ
ルタの外観斜視図である。同図において１０ａ，１０ｂ
はそれぞれＴＭ１１０モードの誘電体共振器であり、そ
れぞれ外部結合用部材１４およびコネクタ１３ａ，１３
ｂを取り付けている。この取り付け構造は図８に示すも
のと同様である。２つの誘電体共振器１０ａ，１０ｂの
対向面部分には、電極のない窓部を形成していて、両誘
電体共振器間を磁界結合させている。これによって２段
の共振器からなる帯域通過フィルタを得る。

【００２９】次に第１０の実施形態に係る誘電体共振器
の構成を図１４に示す。第１〜第９の実施形態では、外
部結合用部材にコネクタを取り付けて、コネクタ付きの
誘電体共振器または誘電体フィルタを構成したが、この
第１０の実施形態は、同軸コネクタ等を用いずに、同様
の構成で回路基板等に対して表面実装を可能としたもの
である。図１４において（Ａ）は上面図、（Ｂ）は左側
面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は底面図、（Ｅ）は中央
断面図である。誘電体共振器の本体部分１０の図におけ
る左側面および底面の一部を除いて外面に平面部電極２
および側面電極５を形成している。また外部結合用部材
１４には図における右側面から底面にかけて結合ループ
用電極２３ａ，２３ｂを形成していて、図における左側
面に外部接続用電極２４を形成している。またこの外部
結合用部材１４には図における右側面と結合ループ用電
極部分および外部接続用電極２４部分を除く領域に接地
電極２１を形成している。このような外部結合用部材１
４を誘電体共振器１０の一側面に接合することによっ
て、（Ｅ）に示すように、一端が接地電極２１に接続さ
れ他端が外部接続用の電極２４に接続された結合用ルー
プが誘電体共振器に構成される。したがって、接地電極
２１および平面部電極２に接続される電極と、外部接続
用電極２４に接続される電極とを回路基板側に設けてお
くことによって、この誘電体共振器を回路基板に表面実
装することができる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、予め結合
ループを形成した外部結合部材を、誘電体板または誘電
体柱の平面部に略垂直な面に設けた電極非形成部に接合
（当接または接着）するだけで外部結合構造をとること
ができ、外部結合の為の穴を確保する必要がない。

【００３１】請求項２に係る発明によれば、誘電体共振
器本体と外部結合部材との接合が容易且つ確実なものと
なる。

【００３２】請求項３に係る発明によれば、コネクタ付
きの誘電体共振器が容易に得られる。

【００３３】請求項４に係る発明によれば、電極による
導体損が低減され、Ｑｏの高い誘電体共振器が得られ
る。その際、外部結合部材を設けても、薄膜多層電極に
よる低損失動作を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る誘電体共振器の外観斜視
図、電磁界分布、および電流分布を示す斜視図である。

【図２】同誘電体共振器の断面図および部分拡大断面図
である。

【図３】同誘電体共振器における薄膜多層電極部分の電
流分布を示す図である。

【図４】誘電体共振器全体の構成を示す分解斜視図であ
る。

【図５】組み立て後の誘電体共振器の外観斜視図であ
る。

【図６】第２の実装形態に係る誘電体共振器の分解斜視
図である。

【図７】第３の実装形態に係る誘電体共振器の分解斜視
図である。

【図８】第４の実装形態に係る誘電体共振器の分解斜視
図である。

【図９】第５の実装形態に係る誘電体共振器の分解斜視
図である。

【図１０】第６の実装形態に係る誘電体共振器の分解斜
視図である。

【図１１】第７の実装形態に係る誘電体フィルタの外観
斜視図である。

【図１２】第８の実装形態に係る誘電体フィルタの外観
斜視図である。

【図１３】第９の実装形態に係る誘電体フィルタの外観
斜視図である。

【図１４】第１０の実装形態に係る誘電体共振器の投影
図および断面図である。

【図１５】従来技術による誘電体共振器の外部結合構造
を示す一部破断斜視図である。

【符号の説明】

１−誘電体板２−平面部電極３−薄膜電極層４−薄膜誘電体層５−側面部電極６−穴７−電極非形成部８−溝１０−誘電体共振器１１−外部結合用主部材１２−外部結合用副部材１３−コネクタ１４−外部結合用部材１５−結合窓用部材２１，２２−接地電極２３−結合ループ用電極２４−外部接続用電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤正道京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者本岡豊京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ多角形または円形の互いに略平
行な２つの平面部と、この２つの平面部に略垂直な面と
を有する誘電体板または誘電体柱の表面に電極を形成
し、前記平面部に垂直な方向に電界成分をもつモードで
共振する誘電体共振器において、前記誘電体板または誘電体柱の前記平面部に略垂直な面
に電極非形成部を設けるとともに、誘電体部材の表面ま
たは内部に結合ループを形成した外部結合部材を前記電
極非形成部に接合させたことを特徴とする誘電体共振
器。
【請求項２】前記電極非形成部に溝または穴を設け
て、該溝または穴に前記外部結合部材を嵌入させたこと
を特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器。
【請求項３】前記外部結合部材にコネクタを取り付け
たことを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体共
振器。
【請求項４】前記平面部の電極を、薄膜電極層と薄膜
誘電体層とを交互に積層するとともに各薄膜電極層の周
辺部を短絡させてなる薄膜多層電極としたことを特徴と
する請求項１、２または３に記載の誘電体共振器。