JPS63124601A - 誘電体フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、誘電体共振器を有するマイクロ波用等の誘電
体フィルタに関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、特開昭６１−８
０９０１号公報に記載されるものがあった。以下、その
構成を図を用いて説明する。

第２図は従来の誘電体フィルタの構成図である。

この誘電体フィルタは、一体構造の直方体状誘電体１を
有し、その誘電体１には円柱状あるいは円筒状の中心導
体からなる複数個の誘電体共振器２−１〜２−６が設け
られ、さらにそれら各誘電体共振器２−１〜２−６の中
心導体にはそれぞれ周波数調整用パターン３−１〜３−
６が延設され、それらが誘電体１の一側面に配列されて
いる。各パターン３−１〜３−６間には、ギャップ４−
１〜４−５が形成さ　。

れている。また、入力段のパターン３−１には入力端子
５が、出力段のパターン３−６には出力端子６がそれぞ
れ設けられている。

以上の構成において、入力端子５より印加された電気信
号は入力段の誘電体共振器２−１により電磁界を発生し
、この電磁界がギャップ４−１を介して隣接の段間誘電
体共振器２−２１＼伝えられる。段間誘電体共振器２−
２に達しな電磁界はギャップ４−２を介して隣接の誘電
体共振器２−３へ伝えられる。このような動作を繰り返
しながら、電気信号を出力段の誘電（ホ共振器２−６へ
伝え、出力端子６に接続された負荷へ電気エネルギーを
供給する。

このような誘電体フィルタでは、誘電体共振器２−１〜
２−６の長さおよび周波数調整用パターン３−１〜３−
６によって各誘電体共振器２−１〜２−６の共振周波数
が決定され、さらに各誘電体共振器２−１〜２−６間の
ピッチおよび周波数調整用パターンの形状によって結合
容量が決定される。

そしてこの種の誘電体フィルタを実現するなめには、ま
ず共振周波数及び結合容量が設計値として与えられる。

この設計値において結合容量の値をいかにして実現する
かが重要となる。この結合容量は、まず各周波数調整用
パターン３−１〜３−６間のギャップ４−１〜４−５を
一定にして各誘電体共振器２−１〜２−６間のピッチを
変え、該結合容量との関係を求める。その関係値から各
誘電体共振器２−１〜２−６間のピッチを決定し、所望
の結合容量を有する誘電体フィルタを実現する９ （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記桟成の誘電体フィルタでは、次のよ
うな問題点があっな。従来の誘電体フィルタでは、各誘
電体共振器２−１〜２−６間の結合を容量により実現し
ているため、この誘電体フィルタにおける信号の通過帯
域幅ΔＢが中心周波数く共振周波数＞「０に比べて充分
小さい場合、該誘電体フィルタのもつ入出山間信号減衰
特性の高域側（、ｆｏ−＋４１＞の減衰量と低域側（ｆ
ｏ−１’ｌ）の減衰量とが等しくなり、減衰特性が対称
となる。ところが通過帯域幅ΔＢが広くなると、高域側
（「０÷「１）と低域側（ｒｏ−ｒｉ）の値が等しくな
らず、高域側＜ｒｏ＋ｆｌ）減衰量＜低域側（１’０−
ｆｌ）減衰量、の傾向になる。そこで誘電体共振器２−
１〜２−６の段数を増やして対処することになるが、段
数が増えると、形状が大きくなり、さらに調整も困難と
なるため、コストアップになるという問題点があった。

本発明は前記従来技術が持っていた問題点として、誘電
体共振器の段数増加による大形化、調整の困難性、およ
びコストアップの点について解決した誘電体フィルタを
提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するなめに、均署で単体のブ
ロック状の誘電体と、この誘電体内にほぼ平行に形成さ
れる複数個の中心導体からなる複数個の誘電体共振器と
、前記各中心導体の一端に延設され前記誘電体の一側面
に配列される導電性を有する複数個の周波数調整用パタ
ーンと、この各周波数調整用パターン間に配設される複
数個の結合量調整用パターンとを歯えた誘電体フィルタ
において、前記結合量調整用パターンをアースに接続し
たものである。

（作用〉 本発明によれば、以上のように誘電体フィルタをｒｉ４
成したので、各誘電体共振器間の結合が磁界結合となり
、中心周波数（共振周波数）に対して高域側の減衰１が
低域側の減衰量より大きくなる。

そのなめ高域側において厳しい減衰Ｍ格か要求されても
、その要求をより少ない段数で満足でき、それによって
小形化、調整の容易化、および低コスト化が図れる。従
って前記問題点を除去できるのである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す誘電体フィルタの構成図
である。

この誘電体フィルタは、縦Ｗ、横ρ及び高さＨからなる
一体′ＷＩ造の直方体状誘電体１０を有し、その誘電体
１０の正面１０Ａ、背面１０Ｂ、左側面１０Ｃ１右側面
１０Ｄ、上面１０Ｅ及び下面１０Ｆのうち、正面１０Ａ
　、背面１０Ｂ及び下面１０Ｆの全面と、左、右側面１
０Ｃ、１００の一部にはアースに接続されたメタライズ
層が形成され、その左、右側面ｉｏｃ　、　１００の上
部に非メタライズ面ｉｉｃ　、　ＩＩＤが設けられてい
る。

誘電体１０にはその上面１０Ｅの両端部に導電性の入カ
バターン１２八及び出カバターン１２Ｂが形成され、さ
らにその人、出カバターン１２Ａ　、　１２８間には高
さ方向にほぼ平行でかつビ・ソチＰ１．　Ｐ２．　Ｐ３
の間隔で円柱状あるいは円筒状の中心導体からなる複数
個の誘電体共振器１３−１〜１３−４が埋設されている
。各誘電体共振器１３−１〜１３−４の中心導体にはそ
れぞれ周波数調整用パターン１４−１〜１４−４が延設
され、それらが誘電体１０の上面１０Ｅに配列されてい
る。各パターン１４−１〜１４−４間には、正面１０Ａ
及び背面１０Ｂのメタライズ層に接続された導電性の結
合量調整用パターン１５−１〜１５−３が形成されてい
る。

入カバターン１２Ａと入力段の周波数調整用パターン１
４−１の間にはギャップｇ１が設けられ、同じくパター
ン１５−１とパターン１４−１．１４−２の間にはギャ
ップｇ２．　ｇ２が、パターン１５−２とパターン１４
−２．１４−３の間にはギャップ（１１３，ｇ３が、パ
ターン１５−３とパターン１４−３．１４−４の間には
ギャップｇ４．　ｇ４が、パターン１４−４と出カバタ
ーン１２Ｂの間にはギャップｇ５がそれぞれ設けられて
いる。

以上の構成において、入カバターン１２Ａより印加され
た電気信号は入力段の誘電体共振器１３−１により電磁
界を発生し、この電磁界はパターン１５−１を介して隣
接する段間の誘電体共振器１３−２へ伝えられる。段間
の誘電体共振器１３−２に達しな電磁界はパターン１５
−２を介して隣接の段間誘電体共振器１３−３へ伝えら
れる。同時に、段間誘電体共振器１３−３に達した電磁
界は、パターン１５−３を介して隣接の出力段誘電体共
振器１３−４へ伝えられ、出カバターン１２Ｂに接続さ
れた負荷へ電気エネルギーを併給する。なお、誘電体１
０に設けられた非メタライズ層１１Ｃ、１１０は誘電体
共振器１３−１〜１３−４の共振周波数を決定する機能
を有すると共に、一方の非メタライズ層１１Ｃは入カバ
ターン１２八とアース間に生じる寄生容量を減少し、他
方の非メタライズ層１１Ｄは出カバターン１２Ｂとアー
ス間に生じる寄生容量を減少し、フィルタの機能を向上
させる。

第１図において、結合量調整用パターン１５−１〜１５
−３を破線のように正面１０Ａ及び背面１０Ｂのメタラ
イズ層から切り離し、アースから浮かしな状態に設けた
場合を考える。

このような場合の第１図の集中定数等価回路が第３図に
示されている。この回路では、結合容量ＣＩ、　Ｃ３，
Ｃ５，Ｃ７，Ｃ９が直列に接続されており、それにイン
ダクタンスＬｌ、　Ｌ２．　Ｌ３．　Ｌ４及びキャパシ
タンスＣ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８からなる複数個の共振回
路が分岐接続されている。ここで、結合容量Ｃ１は第１
図のギャップ９１に相当し、同じく結合量ｆｆ１ｃ３は
ギャップｇ３に、結合容量ｃ　７はギャップｇ４に、結
合容量Ｃ９はギツプｇ５に対応している。また、共振回
路１１ｃ２）は入力段誘電体共振器１３−１に対応し、
同しく共振回路（Ｌ２Ｃ４，Ｌ３Ｃ６，Ｌ４Ｃ８）は誘
電体共振器１３−２．１３−３．１３−４にそれぞれ対
応する。そして各素子間には次式のような関係がある。

結合量量Ｃ２＝ＣＯ−ＣＩ−Ｃ３ Ｃ４＝ＣＯ−Ｃ３−Ｃ５ Ｃ６＝ＣＯ−Ｃ５−Ｃ７ Ｃ８＝ＣＯ−Ｃ７−Ｃ９ 但し、角周波数ω０＝□ Ａ／１丁−で 「０；共振周波数（中心周波数） ＺＯ；特性インピーダンス Ｏ に２３　＝　− Ｏ に３４　＝　−− ＣＯ 通常、この社の誘電体フィルタを実現するためには、ま
ず要求される規格から第３図の回路の素子値が設計時に
与えられる。この素子値において結合量ｆｆ１Ｃ３，Ｃ
５，Ｃ７の値をいかにして実現するかが鍵になる。

この結合容量Ｃ３，Ｃ５，Ｃ７の実現方法は、例えばギ
ャップｇ２．　ｇ３．　ｇ４を一定にし、各誘電体共振
器１３−１〜１３−４間のピッチＰ１．　Ｐ２．　Ｐ３
を変えて結合量に１２　、　Ｋ２３　、　Ｋ３４との関
係を見出す。そしてピッチＰ１．　Ｐ２．　Ｐ３を決定
して誘電体フィルタを実現する。

このようにして実現した誘電体フィルタの減衰特性例が
第４図の曲線ＡＴＴＩとして示されている。

なお、第４図の横軸は周波数（８８７）　、縦軸はフィ
ルタ人出間の信号減衰量ＡＴＴ（ｄＢ）である。

ところが、第３図の誘電体フィルタでは、各誘電体共振
器１３−１〜１３−４間の結合を容量により実現してい
るため、従来技術で説明したように、通過帯域幅ΔＢ　
（＝２０Ｍｌ１７）が中心周波数１０＜−８３５）１１
与）に比べて充分小さい場合、減衰特性の高域側（ｆＯ
＋　ｆｌ　）の減衰量と低域側（ｆＯ−ｆｌ　）の減衰
量は等しくなりその減衰特性が対称となる。これに対し
て通過帯域幅ΔＢが広くなると、（ｆＯ土ｒ１）におけ
る減衰量は等しくならず、（ｆｏ＋　ｆｌ）における減
衰量が（ｆｏ−ｔ’ｉ＞における減衰量よりも小さくな
る傾向になる。そのなめ従来技術では、誘電体共振器１
３−１〜１３−４の段数を増加して対処していたが、フ
ィルタ形状の大形化、調整の困難化、及びコストアップ
という問題を生じる。

そこで本実施例では、各結合量調整用パターン１５−１
〜１５−３の両端を正面１０Ａ及び背面１０Ｂ側のメタ
ライズ層に接続し、そのパターン１５−１〜１５−３を
アースに接続することにより、各誘電体共振器１３−１
〜１３−４間を従来の電界結合に代えて磁界結合にし、
高域側（ｆＯ＋ｆｌ）の減衰量が低域側（ｆＯ−ｆ−１
）の減衰量よりも大きくなるようにしたものである。以
下その理由を説明する。

第５図は第１図の原理を示す図であり、説明を簡単にす
るために２段の誘電体共振器１３−１．１３−２からな
る誘電体フィルタを考えてみる。また第６図は第５図の
結合特性図であり、横軸に結合値、縦軸に誘電体フィル
タの高さがとられ、実線の電界結合曲線Ｅと破線の磁界
結合曲線Ｍが示されている。

第５図において、一般に誘電体共振器１３−１゜１３−
２間の結合は、次式で示すように電界結合Ｋｅと電界結
合Ｋｍの差で示される。

Ｋ　＝　Ｋｅ−Ｋｍ この誘電体共振器１３−１．１３−２は高さＨがλ／４
（但し、λ；波長）に設定されるため、第６図に示すよ
うに電界はＨ−λ／４において最大となり、磁界はＨ＝
Ｏにおいて最大となる。そのため、第５図において周波
数調整用パターン及び結合量調整パターンがない場合は
、Ｋｅ＝Ｋｍとなり、ＫｍＯとなる。また、第１図にお
いて結合量調整パターン１５−１〜１５−３がアースに
接続されていない場合は、電界最大の箇所（ｆ−（−λ
／４〉に結合量調整用パターン１５−１〜１５−３が配
置されているため、Ｋｅ＞にｍとなる。この時の結合は
電界結合となり、第３図のように結合量ｉｃ３．　Ｃ５
，Ｃ７と等価となる。

これに対して本実施例では、第１図の結合量調整用パタ
ーン１５−１〜１５−３がアースに接続され、電界最大
の箇所＜）（＝λ／４）が零電位になるため、Ｋｍ＞Ｋ
ｅとなり、全体として各誘電体共振器１３−１〜１３−
４間が磁気結合となる。従ってその集中等価回路は、第
７図に示すように誘電体共振器１３−１〜１３−４間が
インダクタンスＬ１３　、　Ｌｉ２　、　Ｌ１７で結合
された回路となる。

このときの減衰特性例を第４図の減衰特性曲線ＡＴＴ２
に示す。この曲線ＡＴＴ２から明らかなように、高域側
（ｆｏ＋ｆｌ）の減衰量が低域ｆ！１１（ｆｏ−ｆｌ）
の減衰量より大きくなり、第３図の減衰特性曲線ＡＴＴ
Ｉと反対の減衰特性となる。従って高域側（ｆ。

÷「１）において厳しい減衰規格が課せられた場合、本
実施例の誘電体フィルタを用いることにより、より少な
い段数の誘電体共振器１３−１〜１３−４により誘電体
フィルタが実現でき、それによって小形化、調整の容易
化および低コストが図れる。

第８図は本発明の他の実施例を示す誘電体フィルタの構
成図である。この誘電体フィルタが第１図のものと異な
る点は、各周波数調整用パターン１４−１〜１４−４間
に形成されアースに接続された複数の結合量調整用パタ
ーン２５−１〜２５−３をその各中央部を分離した形状
にしたことである。このように結合量調整用パターン２
５−１〜２５−３を他の形状にしても、上記実施例とほ
ぼ同様の作用、効果が得られる。

なお、上記第１図及び第８図の実施例では４個の誘電体
共振器１３−１〜１３−４を設けた例を示したが、それ
らを３個以下、あるいは５個以上設けてもよく、また誘
電体１０、入、出カバターン１２Ａ　、　１２Ｂ、中心
導体、及びパターン１４−１〜１４−４．１５−１〜１
５−３の形状やその配設位置等を図示以外のものに変形
してもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、結合量調
整用パターンをアースに接続したので、各誘電体共振器
間の結合が磁界結合となり、共振周波数よりも高域側の
減衰量が低域値の減衰量よりも大きくなる。従って高域
側において厳しい減衰規格が課せられた場合でも、より
少ない段数の誘電体共振器で誘電体フィルタが実現でき
、それによって小形化、調整の容易化および低コスト化
という効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す誘電体フィルタの構成図
、第２図は従来の誘電体フィルタの構成図、第３図は第
１図と関連する集中定数等価回路図、第４図は第１図の
減衰特性例を示す図、第５図は第１図の原理図、第６図
は第５図の結合特性図、第７図は第１図の集中定数等価
回路図、第８図は本発明の他の実施例を示す誘電体フィ
ルタの構成図である。 １０・・・・・・誘電体、１２Ａ・・・・・・入カバタ
ーン、１２Ｂ・・・・・・出カバターン、１３−１〜１
３−４・・・・・・誘電体共振器、１４−１〜１４−４
・・・・・・周波数調整用パターン、１５−１〜１５−
３．２５−１〜２５−３・・・・・・結合量調整用パタ
ーン、ｇ１〜ｇ５・・・・・・ギャップ、Ｐ１〜Ｐ３・
・・・・・ピッチ。 出願人代理人　　柿　　本　　恭　　成第１図 従来の誘電体フィルタ 第２図 第１図関連の集中定数等価回路 −→同う＆数（ＭＨり 第１図の滅米特性例 一籍会禮 第１図の原理図　　　　　　　第５図の結合特性因第５
図　　　　　　　第６図 第１図の集中定数等価回路 第７図 ｉｐ 本宅朗の他の誘電体フィルタ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　均質で単体のブロック状の誘電体と、 この誘電体内にほぼ平行に形成される複数個の中心導体
   からなる複数個の誘電体共振器と、前記各中心導体の一
   端に延設され前記誘電体の一側面に配列される導電性を
   有する複数個の周波数調整用パターンと、 この各周波数調整用パターン間に配設される複数個の結
   合量調整用パターンとを備え、 前記結合量調整用パターンをアースに接続したことを特
   徴とする誘電体フィルタ。