JPH11289201A - 誘電体フィルタ、送受共用器および通信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体共振器を構成する誘電体板を支持する
ケースの反りを抑え、誘電体板にかかる応力を抑制し
て、ケースに対する誘電体板の剥がれやクラックを防止
する。また、小型化の容易な誘電体フィルタと、それを
用いた送受共用器および通信機を提供する。 【解決手段】 電極非形成部４ａ，４ｂ，４ｃを誘電体
共振器部とする誘電体板３の下面を支持する支持部と、
誘電体板３の側部を囲む側壁部とを一体に形成したケー
ス１５を用い、マイクロストリップ線路等を形成した基
板６にケース１５を接合し、ケース１５の支持部に誘電
体板３を実装し、ケース１５の開口部に金属カバー８を
被せることによって誘電体フィルタを構成する。

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、マイクロ波帯や
ミリ波帯で用いられる誘電体フィルタと、それを用いた
送受共用器および通信機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大容量でかつ高速な通信シス
テムの要求に伴ってマイクロ波帯からミリ波帯へ使用周
波数帯域が拡大されようとしている。特に準ミリ波帯は
無線ＬＡＮ、携帯ＴＶ電話、次世代衛星放送など様々な
システムでの利用が検討されている。それに伴い、フィ
ルタも小型、安価で平面回路実装性に優れたものが要求
されるようになっている。そこで本願の発明者らは１９
９６年電子情報通信学会総合大会Ｃ−１２１「平面回路
型誘電体共振器を用いた準ミリ波バンドパスフィルタ」
を提案した。

【０００３】ここで、その誘電体フィルタの構造を分解
斜視図として図８に示す。同図において３は誘電体板で
あり、その両主面に所定寸法の円形の電極非形成部を対
向させて電極を形成している。図中の１は誘電体板３の
図における上面の電極であり、４ａ，４ｂ，４ｃはその
電極非形成部を示している。６は基板、７は枠体であ
り、共にセラミックスから成り、基板６の下面とその上
面の枠体７からはみ出る部分および枠体７の周囲に電極
を形成している。８はカバーであり、やはりセラミック
スから成り、電極１に接する面および周面に電極を形成
している。基板６の上面にはプローブおよび入出力端子
としてのマイクロストリップ線路９，１０を形成してい
る。

【０００４】このような構成によって、電極非形成部で
挟まれる誘電体板３の一部がＴＥ０１０モードの誘電体
共振器として作用し、この隣接する共振器間が結合する
とともに、それぞれの共振器がマイクロストリップ線路
９，１０と結合する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図８に示し
たような従来の誘電体フィルタにおいては、誘電体共振
器を構成する誘電体板１の上下を枠体７とカバー８とに
より挟み込む構造を採っているため、枠体７を基板６に
半田付けした際、枠体７と基板６との線膨張係数の違い
により、枠体７と基板６との接合体に反りが生じる。こ
の反りが生じている枠体７の上部に枠体７およびカバー
８とほぼ同一のヤング率を有する誘電体板３をカバー８
とともに導電性接着剤で接合するが、その接合後、枠体
７およびカバー８との線膨張係数の違いおよび元々の枠
体７の反りにより、誘電体板３から枠体７またはカバー
８を引き剥がす応力がかかることになる。この応力によ
って誘電体板３が剥がれたり、クラックが発生するおそ
れがあった。少なくとも通常の環境下で剥がれやクラッ
クが発生しないとしても、上記応力は耐環境性を低下さ
せる要因となり得るものであった。

【０００６】上記枠体７の幅方向の厚みを大きくすれ
ば、枠体の剛性自体は高まるが、全体に大型化してしま
う。また、高さ方向の厚みを大きくすれば、プローブと
共振器との距離が離れてしまうため、必要な外部結合が
得られず所定の特性が得られない。

【０００７】この発明の目的は上述した問題を解消した
誘電体フィルタと、それを用いた送受共用器および通信
機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明は、誘電体共振
器を構成する誘電体板と、それを支持するケースとの間
に生じる応力の発生を抑制するために、誘電体板の片面
を支持する支持部と、誘電体板の側部を囲む側壁部とを
一体に形成したものをケースとし、このケースの開口部
をカバーで覆うことによってキャビティの一部を構成す
る。

【０００９】このように誘電体共振器を構成する誘電体
板を支持する支持部と誘電体板の側部を囲む側壁部とを
一体に形成することにより、ケースの剛性が高まり、こ
のケースを基板に接合した状態での反りが小さく抑えら
れる。その結果、誘電体板の支持部分にかかる応力が抑
制される。また、誘電体板はケースの支持部でその片面
のみが支持されるため、従来のように、誘電体板の上下
面がケースとカバーとにより挟まれる構造に比べて、ケ
ースやカバーと誘電体板との線膨張係数の違いによる応
力が誘電体板に加わり難くなる。

【００１０】また、この発明では、前記ケースの誘電体
板支持部に、誘電体板の角部の接合を避ける掘り込み部
を形成する。この構造により、本来なら上記線膨張係数
の違いにより応力が最も集中する誘電体板の角部に、そ
の応力の集中が緩和されるため、誘電体板にかかる応力
が全体に抑制される。

【００１１】また、この発明では、誘電体板の角部を切
り落とした形状または丸みを持たせた形状とする。この
構造によっても、誘電体板の角部に対する応力集中が分
散される。

【００１２】また、この発明では上記誘電体フィルタを
送信フィルタと受信フィルタのいずれか一方または両方
に用い、送信フィルタを送信信号入力ポートと入出力ポ
ートとの間に設け、受信フィルタを受信信号出力ポート
と入出力ポートとの間に設けて送受共用器を構成する。

【００１３】本願発明によれば、たとえば誘電体板の側
部を囲む側壁部の厚みを厚くしてその剛性を高めるとい
ったことが不要となり、誘電体フィルタ自体を小型化で
きるので、全体に小型の送受共用器が得られる。

【００１４】さらに、この発明では上記送受共用器の送
信信号入力ポートに送信回路を接続し、送受共用器の受
信信号出力ポートに受信回路を接続し、送受共用器の入
出力ポートにアンテナを接続して通信機を構成する。

【００１５】

【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３を参照して説明す
る。

【００１６】図１は誘電体フィルタの分解斜視図、図３
は同誘電体フィルタの長手方向の断面図である。両図に
おいて３はたとえば線膨張係数１１ｐｐｍ／℃の誘電体
セラミックスからなる誘電体板であり、その図における
上面に４ａ，４ｂ，４ｃで示す電極非形成部を有する電
極１を形成している。誘電体板３の下面には電極非形成
部４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ対向する同一形状の電極
非形成部５ａ，５ｂ，５ｃを有する電極２を形成してい
る。これにより、対向した電極非形成部の領域１４ａ，
１４ｂ，１４ｃをそれぞれＴＥ０１０モードの誘電体共
振器として作用させる。これらの誘電体共振器の共振周
波数はたとえば１９ＧＨｚ帯とする。

【００１７】１５は誘電体板１を支持するとともに、誘
電体板の側部を取り囲むケースである。このケース１５
には、誘電体板３の線膨張係数に合わせるために、Ｓ４
５Ｃ等の鉄系材料を用い、その表面にＡｇまたはＡｕメ
ッキを施している。８はケース１５の上面を覆うカバー
であり、ケース１５と同様に鉄系材料を用い、その表面
にＡｇまたはＡｕメッキを施している。

【００１８】また、図中の６は基板であり、その下面の
ほぼ全面に電極１２を形成するとともに、上面の周囲部
分に電極１１を形成している。またこの基板６の上面に
は一部をプローブ（結合部材）とするマイクロストリッ
プ線路９，１０を形成している。この基板６の下面の電
極１２、ケース１５およびカバー８によって、キャビテ
ィを構成している。

【００１９】基板６としては低コスト化および量産性向
上のために、たとえば高周波用の銅箔貼りプリント基板
を用いる。この場合、基板の銅箔の線膨張係数はほぼ１
７ｐｐｍ／℃であり、ケース１５の線膨張係数と異な
る。そのため、ケースと基板とを２２０℃で半田付け接
合した場合、常温では基板（銅箔）１１がケース１５よ
り縮もうとするため、応力が発生する。しかし、ケース
１５は誘電体板３を支持する支持部と誘電体板３の側部
を囲む側壁部とを一体に形成しているため、その全体の
断面積が大きく、且つケース１５の高さ寸法が大きくな
るため、曲げ応力に対する強度が図８に示したような従
来の誘電体フィルタの場合に比べて格段に向上する。そ
のため、ケース１５の反りは抑えられる。その結果、誘
電体板３をケース１５の支持部に実装固定した時に、誘
電体板３の４つの角部にかかる応力は図８に示した従来
構造に比較して約１／３にまで低減できる。

【００２０】図２は基板、ケースおよび誘電体板の配置
関係を示す平面図である。同図の（Ａ）は基板単体での
平面図、（Ｂ）は基板にケースを接合した状態での平面
図、（Ｃ）はさらに誘電体板を支持させた状態での平面
図である。

【００２１】（Ａ）に示すように、基板６の上面には、
プローブとしてのマイクロストリップ線路９，１０と電
極１１を形成している。またこの基板６の上面の電極１
１と下面の電極とを接続するスルーホール１３をマイク
ロストリップ線路９，１０の外部引出部付近に形成して
いる。また図には表れていないが、ケース１５との接続
部にもスルーホールを設けている。これらのスルーホー
ルは、基板６の上下面の電極間に生じる不要な共振モー
ドとマイクロストリップ線路９，１０との結合を防止す
る。

【００２２】図２の（Ａ）に示した状態から、（Ｂ）の
ように、基板の上面にケース１５を半田付け接合し、さ
らに同図の（Ｃ）に示すように、ケース１５の支持部１
６に誘電体板３の下面を導電性接着剤等により接合固定
する。ここで誘電体板３の外周寸法はケース１５の側壁
部１７の内法より一回り小さく、誘電体板３の外周面が
ケース１５の側壁部に強嵌合されることはない。したが
って、誘電体板３はその下面の周囲でケース１５に支持
される。

【００２３】図８には示していないが、従来の誘電体フ
ィルタにおいては、誘電体板３の周縁部を枠体７とカバ
ー８で挟み込んだ後、枠体７とカバー８の側面にアース
板を接合することによってその両者をアース接続すると
ともに、誘電体板を電磁遮蔽するようにしていた。しか
し本願発明によれば、この実施形態に示したように、誘
電体板はキャビティ内に納まるので、上記アース板の接
合は不要であり、部品点数および組立工数が削減でき
る。なお、第１の実施形態の場合、誘電体板３の端面部
分に電極を形成していないので、上面の電極１はアース
から浮くことになるが、ＴＥ０１０モードのようなＴＥ
モードではリターンカレントが側壁を横断して流れない
ので、誘電体板の上下面の電極同士を必ずしも直流的に
接続しておく必要はない。ただ、上面の電極１がアース
から浮いていることはスプリアスの点で不利となるが、
実際の特性測定の結果、減衰特性および挿入損失の大き
な劣化はなく、要求されるレベルを維持できることが判
った。

【００２４】次に、第２の実施形態に係る誘電体フィル
タの構成を図４に示す。同図の（Ａ）は基板６にケース
１５を取りつけた状態での平面図、（Ｂ）はそこに誘電
体板３を取りつけた状態での平面図である。この例では
ケース１５の支持部１６の四隅に誘電体板を支持する高
さより一段低くした堀り込み部１９を形成している。こ
の構造により、同図の（Ｂ）に示すように誘電体板３を
取りつけた際、誘電体板３の４つの角部が支持部１６か
ら浮いた状態となって、ケース１５の反りによる誘電体
板３の４つの角部に対する応力集中が緩和される。

【００２５】また図４の（Ａ）において１８ａ，１８
ｂ，１８ｃは、誘電体板３に構成したＴＥ０１０モード
の誘電体共振器部分に対向する空間部である。これらの
空間部１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、その空間を共振空間
としたときの遮断周波数が誘電体板に形成した共振器の
共振周波数より高くなる寸法で、且つ誘電体板に設ける
電極非形成部の外形より大きく形成している。このこと
により、基板６と誘電体板３との間の空間での不要な共
振モードを抑制してスプリアス特性を改善している。こ
れらの空間部１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、ケース１５を
成形する際に、堀り込み部１９とともに切削加工により
形成するか、エッチング等により形成する。

【００２６】次に、第３の実施形態に係る誘電体フィル
タの２つの例を図５に示す。図５はケース１５に誘電体
板３を実装した状態での平面図である。（Ａ）の場合、
誘電体板３の角部を切り落としていわゆるＣ面を形成し
た例であり、（Ｂ）は誘電体板３の角部に丸みをもたせ
てＲコーナーを形成した例である。いずれの場合でも、
ケース１５に実装した状態での誘電体板３の４つの角部
にかかる応力集中が分散されて、クラックの発生が防止
できる。

【００２７】図６は第４の実施形態に係る送受共用器の
構成例を示す図である。同図は、基板６にケース１５を
接合し、ケース１５に誘電体板３を取りつけた状態での
平面図である。誘電体板３の上面には４１ａ，４１ｂ，
４１ｃ，４２ａ，４２ｂで示す５つの電極非形成部を有
する電極を形成していて、誘電体板３の下面にはこれら
の電極非形成部に対向する位置を電極非形成部とする電
極を形成している。これによって５つのＴＥ０１０モー
ドの誘電体共振器を構成している。このうち電極非形成
部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ部分に構成される３つの誘電
体共振器は３段の共振器からなる受信フィルタとして用
いる。また電極非形成部４２ａ，４２ｂ部分に構成され
る２つの共振器は２段の共振器からなる送信フィルタと
して用いる。

【００２８】ケース１５には上記受信フィルタ部分と送
信フィルタ部分とのアイソレーションを確保するため
に、図に示すように下部仕切り壁を内部方向に突出させ
ている。ケース１５の上面には図１に示したものと同様
のカバーを接合するが、このカバーの内面側には下部仕
切り壁に対向して、誘電体板３を下部仕切り壁とともに
挟み込む位置に上部仕切り壁を設けている。この構造に
よって、基板６の下面の電極、ケース１５、カバーおよ
び上下の仕切り壁によって誘電体共振器の周囲を電磁遮
蔽するとともに送信フィルタと受信フィルタとのアシソ
レーションを確保している。

【００２９】基板６には９ｒ，１０ｒ，１０ｔ，９ｔで
示す、４つのプローブとしてのマイクロストリップ線路
を形成している。そして、マイクロストリップ線路９
ｒ，９ｔの端部は受信信号出力ポート，送信信号入力ポ
ートとしてそれぞれ用いる。またマイクロストリップ線
路１０ｒと１０ｔの端部は分岐用のマイクロストリップ
線路で結合し、入出力ポートとして外部に取り出してい
る。２つのマイクロストリップ線路１０ｒ，１０ｔの等
価的短絡面から分岐点までの電気長は、分岐点から送信
周波数の波長で受信フィルタを見た場合と受信周波数の
波長で送信フィルタを見た場合とで、それぞれ高インピ
ーダンスに見えるように定める。

【００３０】このように単一の基板上に多数の共振器を
配列する場合でも、本願発明によれば、ケース１５の剛
性が充分に高められるため、誘電体板３のクラックが防
止されて、信頼性の高い送受信共用器が得られる。

【００３１】図７は上記送受共用器をアンテナ共用器と
して用いた通信機の実施形態に係る図である。ここで、
４６ａは上記受信フィルタ、４６ｂは上記送信フィルタ
であり、４６はアンテナ共用器を構成している。同図に
示すように、アンテナ共用器４６の受信信号出力ポート
４６ｃに受信回路４７を、送信信号入力ポート４６ｄに
送信回路４８をそれぞれ接続し、アンテナポート４６ｅ
にアンテナ４９を接続することによって、全体として通
信機５０を構成している。この通信機はたとえば携帯電
話機等の高周波回路部分に相当する。

【００３２】このように、本願発明の誘電体フィルタを
適用したアンテナ共用器を用いることによって、小型の
アンテナ共用器を用いた小型の通信機を構成できる。な
お、アンテナ共用器４６の受信フィルタ４６ａと送信フ
ィルタ４６ｂとを、たとえば図１に示したような単体の
誘電体フィルタとして別々に構成してもよい。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、誘電体板を支持する
とともにその側部を囲むケースの剛性が高まるので、こ
のケースを基板に接合した状態での反りが小さく抑えら
れ、さらに、誘電体板がケースの支持部でその片面のみ
が支持されるため、ケースやカバーと誘電体板との線膨
張係数の違いによる応力が誘電体板に加わり難くなる。
その結果、誘電体板の剥がれやクラックの発生が防止で
きる。しかも、たとえば誘電体板の側部を囲む側壁部の
厚みを厚くしてその剛性を高めるといったことが不要と
なり、誘電体フィルタ自体を小型化できる。

【００３４】また、ケースの誘電体板支持部に堀り込み
部を形成することによって、誘電体板の角部の接合が避
けられ、誘電体板の角部への応力集中が避けられる。そ
の結果、誘電体板の剥がれやクラックの発生がさらに確
実に防止できる。

【００３５】また、誘電体板の角部を切り落とした形状
または丸みを持たせた形状とすることによって、誘電体
板の角部に対する応力集中が分散され、誘電体板の剥が
れやクラックの発生がさらに確実に防止できる。

【００３６】また、この発明の誘電体フィルタを送信フ
ィルタと受信フィルタのいずれか一方または両方に用
い、送信フィルタを送信信号入力ポートと入出力ポート
との間に設け、受信フィルタを受信信号出力ポートと入
出力ポートとの間に設けることによって、全体に小型の
送受共用器が得られる。

【００３７】さらに、上記送受共用器の送信信号入力ポ
ートに送信回路を接続し、送受共用器の受信信号出力ポ
ートに受信回路を接続し、送受共用器の入出力ポートに
アンテナを接続することによって、高周波回路部分を小
型化した小型の通信機が得られる。

【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分解斜
視図

【図２】同誘電体フィルタの組立状態の各段階における
平面図

【図３】同誘電体フィルタの断面図

【図４】第２の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を
示す図

【図５】第３の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を
示す図

【図６】第４の実施形態に係るアンテナ共用器の構成を
示す図

【図７】第５の実施形態に係る通信機の構成を示すブロ
ック図

【図８】従来の誘電体フィルタの構成を示す分解斜視図

【符号の説明】

１，２−電極 ３−誘電体板 ４ａ，４ｂ，４ｃ−電極非形成部 ５ａ，５ｂ，５ｃ−電極非形成部 ６−基板 ７−枠体 ８−カバー ９，１０−マイクロストリップ線路 １１，１２−電極 １３−スルーホール １４ａ，１４ｂ，１４ｃ−共振領域 １５−ケース １６−支持部 １７−側壁部 １８ａ，１８ｂ，１８ｃ−空間部 １９−堀り込み部 ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ａ，４２ｂ−電極非形成
部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いにほぼ同一形状の電極非形成部を対
   向させて、誘電体板の両主面に電極を形成し、前記対向
   する電極非形成部で挟設される領域を共振領域とし、該
   共振領域に結合する結合部材を設け、前記共振領域およ
   び前記結合部材の周囲に空間を形成するキャビティを設
   けて成る誘電体フィルタにおいて、 前記誘電体板の片面を支持する支持部と、前記誘電体板
   の側部を囲む側壁部とを一体に形成したケースと、該ケ
   ースの開口部を被うカバーとによって前記キャビティの
   一部を構成したことを特徴とする誘電体フィルタ。
2. 【請求項２】 前記支持部に前記誘電体板の角部の接合
   を避ける堀り込み部を形成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】 前記誘電体板の角部を切り落とした形状
   または丸みをもたせた形状と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。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のうちいずれかに記載の誘
   電体フィルタを、送信フィルタと受信フィルタの一方ま
   たは両方に用い、前記送信フィルタを送信信号入力ポー
   トと入出力ポートとの間に設け、前記受信フィルタを受
   信信号出力ポートと前記入出力ポートとの間に設けたこ
   とを特徴とする送受共用器。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の送受共用器の送信信号
   入力ポートに送信回路を接続し、前記送受共用器の受信
   信号出力ポートに受信回路を接続し、前記送受共用器の
   入出力ポートにアンテナを接続して成る通信機。