JPWO2012043739A1 - 同軸共振器ならびにそれを用いた誘電体フィルタ，無線通信モジュールおよび無線通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１の共振モードにおけるＱ値が大きく、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差が大きい同軸共振器ならびにそれを用いた誘電体フィルタ，無線通信モジュールおよび無線通信機器を提供する。【解決手段】 基準電位に接続される第１の外導体21と、第１の側面30ｃから第１の側面30ｃに対向する第２の側面30ｄに渡る貫通孔31を有し、第１の外導体21上に第１の主面30ａが接するように配置された誘電体ブロック30と、貫通孔31の内面に配置された内導体41と、直方体の１面が開口した開口部を有する箱状の導体であり、誘電体ブロック30の第２の主面30ｂ，第３および第４の側面30ｅ，30ｆと間隔を開けて収容可能な内寸を有し、開口部が第１の外導体21側に向けて配置された、基準電位に接続される第２の外導体22とを備える同軸共振器である。【選択図】 図１

Description

本発明は、同軸共振器ならびにそれを用いた誘電体フィルタ，無線通信モジュールおよび無線通信機器に関するものである。

特定の周波数で共振する共振器として、誘電体ブロックに形成された貫通孔の内面に配置された内導体と誘電体ブロックの外面に配置された外導体とで構成された同軸共振器が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平１−227501号公報

しかしながら、特許文献１にて提案されたような従来の同軸共振器においては、第１の共振モードにおけるＱ値の向上と、第１の共振モードおよび第２の共振モードの共振周波数の差を大きくすることとを同時に達成することが困難であるという問題があった。なお、第１の共振モードとは、多数存在する同軸共振器の共振モードの中で最も共振周波数が低い共振モードのことであり、第２の共振モードとは２番目に共振周波数が低い共振モードのことである。一般的には同軸共振器の第１の共振モードを利用するため、第１の共振モードにおけるＱ値の向上は同軸共振器の電気特性の向上を意味する。また、スプリアスとなる第２の共振モードは第１の共振モードから離れた周波数に存在するのが望ましい。

本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、第１の共振モードにおけるＱ値が大きく、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差が大きい同軸共振器ならびにそれを用いた誘電体フィルタ，無線通信モジュールおよび無線通信機器を提供することにある。

本発明の同軸共振器は、基準電位に接続される第１の外導体と、直方体状の誘電体であり、第１の側面から該第１の側面に対向する第２の側面に渡る貫通孔を有し、前記第１の外導体上に第１の主面が接するように配置された誘電体ブロックと、前記貫通孔の内面に配置された内導体と、直方体の１面が開口した開口部を有する箱状の導体であり、前記誘電体ブロックの第２の主面，第３および第４の側面と間隔を開けて誘電体ブロックを収容可能な内寸を有し、前記開口部が前記第１の外導体側に向けて配置された、基準電位に接続される第２の外導体とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の誘電体フィルタは、前記第３の側面から前記第４の側面に向かって複数の前記内導体が間隔を開けて列状に配置された、上記構成の同軸共振器と、列の端部となる第３の側面側内導体および第４の側面側内導体に電気的または電磁気的に接続される端子電極とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の無線通信モジュールは、上記構成の誘電体フィルタを含むＲＦ部と、該ＲＦ部に接続されたベースバンド部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の無線通信機器は、上記構成の無線通信モジュールと、該無線通信モジュールの前記ＲＦ部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とするものである。

本発明の同軸共振器によれば、第１の共振モードにおけるＱ値が大きく、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差が大きい同軸共振器を得ることができる。

また、本発明の誘電体フィルタによれば、第１の共振モードにおけるＱ値が大きく、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差が大きい上記構成の同軸共振器を用いてバンドパスフィルタが構成されていることから、低損失であり、通過帯域近傍にスプリアスがないため、周波数選択性の優れた誘電体フィルタとすることができる。

さらに、本発明の無線通信モジュールおよび無線通信機器によれば、低損失で周波数選択性の優れた上記構成の誘電体フィルタを用いて通信信号の濾波を行なうことから、通信信号の減衰およびノイズを低減することができるため、通信品質や信頼性の高い無線通信モジュールおよび無線通信機器とすることができる。

本実施形態の第１の例の同軸共振器を模式的に示す横断面図である。 図１に示す同軸共振器の模式的な縦断面図である。 本実施形態の第２の例の誘電体フィルタを模式的に示す横断面図である。 図３に示す誘電体フィルタの模式的な縦断面図である。 本実施形態の第３の例の誘電体フィルタを模式的に示す横断面図である。 本実施形態の第４の例の無線通信モジュールおよび無線通信機器を模式的に示すブロック図である。 本実施形態の第２の例の誘電体フィルタの電気特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本実施形態の同軸共振器を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施の形態の第１の例）
図１は、本実施形態の第１の例の同軸共振器を模式的に示す横断面図である。図２は、図１に示す同軸共振器の模式的な縦断面図である。

本例の同軸共振器は、図１，図２に示すように、第１の外導体21と、第２の外導体22と、誘電体ブロック30と、内導体41とを備え、板状の誘電体基板11の主面上に配置されている。

第１の外導体21は、誘電体基板11の主面上に配置されたシート状の導体であり、基準電位（グランド電位）に接続される。

誘電体ブロック30は、直方体状の誘電体であり、第１の側面30ｃから第１の側面30ｃに対向する第２の側面30ｄに渡る貫通孔31を有し、第１の外導体21上に第１の主面30ａが接するように配置されている。なお、直方体状とは、直方体が長方形の６面体からなるものに対し、例えば、ある１面の一部に突出または窪み等を有している形状を含むものである。そして、内導体41は、貫通孔31の内面に配置されている。

第２の外導体22は、直方体の１面が開口した開口部を有する箱状の導体であり、誘電体ブロック30の第２の主面30ｂ，第３および第４の側面30ｅ，30ｆと間隔を開けて誘電体ブロック30を収容可能な内寸を有している。そして、開口部を第１の外導体21側に向けて配置することによって、第１の外導体21に接続されて基準電位（グランド電位）に接続される。ここで、第１の外導体21および第２の外導体22は、誘電体ブロック30を取り囲むように配置されており、同軸共振器の外導体として機能する。また、図２においては、第１および第２の側面30ｃ，30ｄについても、第２の外導体22と間隔を有している例を示したが、内導体41の一方端が基準電位に接続される場合には、内導体41が基準電位に接続される第１または第２の側面30ｃ，30ｄに第２の外導体22が接触しても構わない。なお、誘電体ブロック30と第２の外導体22との間は空気で満たされている。

このような構成を備える本例の同軸共振器によれば、同軸共振器の外導体の一部として機能する第２の外導体22と、誘電体ブロック30の第２の主面30ｂ，第３および第４の側面30ｅ，30ｆとの間に間隔を有していることから、その間に、誘電体ブロック30よりも誘電率が低い低誘電率部が形成される。そのため、外導体の一部として機能する第２の外導体22と内導体41との間の実効的な誘電率を小さくすることができるので、第１の共振モードの共振周波数が等しく、第２の外導体22と誘電体ブロック30の第２の主面30ｂ，第３および第４の側面30ｅ，30ｆとの間において、間隔を有さずに第２の外導体22で覆われている同軸共振器と比較して、第１の共振モードにおけるＱ値を大きくすることができるとともに、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差を大きくすることができる。

また、本例の同軸共振器によれば、誘電体ブロック30の第１の主面30ａは第１の外導体21に接していることから、構造が単純で作製が容易な同軸共振器とすることができる。

さらに、本例の同軸共振器によれば、内導体41は、その中心が、第１の主面30ａと第２の主面30ｂ間の距離の中心よりも第２の主面30ｂ側に位置するように配置されていることが好ましい。すなわち、内導体41が、第２の主面30ｂに近い側に配置されていることにより、第１の主面30ａと第２の主面30ｂとの間において、中央や第１の主面30ａに近い側に内導体41が配置されている場合と比較して、内導体41と第１の外導体21との間隔を大きくすることができるので、第１の共振モードにおけるＱ値をさらに大きくすることができるとともに、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差をさらに大きくすることができる。

なお、誘電体ブロック30の第２の主面30ｂ，第３および第４の側面30ｅ，30ｆと第２の外導体22との間隔は、電気特性を向上させるためには大きくした方がよいが、大きくすると同軸共振器が大型化するため、必要な電気特性と許容される同軸共振器の外形寸法に応じて適宜設定することが好ましい。

（実施の形態の第２の例）
図３は、本実施形態の第２の例の誘電体フィルタを模式的に示す横断面図である。図４は、図３に示す誘電体フィルタの模式的な縦断面図である。なお、本例においては、上述した実施形態の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本例の誘電体フィルタは、図３に示すように、誘電体ブロック30の第３の側面30ｅから第４の側面30ｆに向かって内導体41ａ〜41ｆが間隔を開けて列状に配置され、列の端部となる第３の側面側内導体41ａおよび第４の側面側内導体41ｆに電気的または電磁気的に接続される第１，第２の端子電極51，52とを備えている。

なお、本例において、第１の外導体21および第２の外導体22からなる外導体と、例えば、誘電体ブロック30に配置された複数の内導体41のうちの１つである内導体41ａとで同軸共振器の構成を満たすことから、外導体を共有する複数の内導体41ａ〜41ｆが配置されている構成の場合、同軸共振器を複数有しているものとして説明する。そのため、図３においては、同軸共振器を６つ有していることとなる。

そして、図３に示す誘電体フィルタにおいて、外導体を共有し、複数の内導体41ａ〜41ｆが配置されて構成されている複数の同軸共振器は、相互に電磁気的に結合している。

また、誘電体ブロック30の第２の側面30ｄには、内導体41ａ〜41ｆのそれぞれに、図示せぬ容量結合電極が配置されている。隣り合う容量結合電極間には、所定の静電容量が形成され、隣り合う同軸共振器間の電磁気的な結合を強める働きをする。また、誘電体ブロック30の第１の側面30ｃ側では、内導体41ａ〜41ｆのそれぞれの間にスリット61ｂ〜61ｆが形成されている。

また、第１の端子電極51は、第３の側面側内導体41ａの下方において、第１の外導体21に接触することなく、誘電体ブロック30の第１の側面30ｃから第１の主面30ａに跨って配置されている。これにより、第１の端子電極51は、第３の側面側内導体41ａに電磁気的に接続される。

また、第２の端子電極52は、第４の側面側内導体41ｆの下方において、第１の外導体21に接触することなく、誘電体ブロック30の第１の側面30ｃから第１の主面30ａに跨って配置されている。これにより、第２の端子電極52は、第４の側面側内導体41ｆに電磁気的に接続される。

そして、このような構成を備える本例の誘電体フィルタは、例えば、第１の端子電極51に電気信号が入力されると、第１の外導体21および第２の外導体22からなる外導体と、内導体41ａ〜41ｆとで構成される複数の同軸共振器が共振し、第２の端子電極52から電気信号が出力される。このとき、複数の同軸共振器の共振周波数を含む周波数帯の信号が選択的に通過するため、バンドパスフィルタとして機能する。このように、本例の誘電体フィルタは、前述した第１の実施形態の同軸共振器が複数形成された構成を有しており、この複数の同軸共振器が相互に電磁気的に結合することによってバンドパスフィルタが構成されている。

このような構成を備える本例の誘電体フィルタによれば、第１の共振モードにおけるＱ値が大きく、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差が大きい同軸共振器を用いてバンドパスフィルタが構成されていることから、低損失であり、通過帯域近傍にスプリアスがないため、周波数選択性の優れた誘電体フィルタとなる。

また、本例の誘電体フィルタにおいて、誘電体ブロック30は突起部32を有している。この突起部32は、第２の側面30ｄ，第３の側面30ｅおよび第４の側面30ｆと面が連なり、突起部32のみの形状は直方体状からなり、誘電体ブロック30の第２の主面30ｂの第２の側面30ｄ側に形成されている。

本例の誘電体フィルタを構成する同軸共振器の２次共振モードは、通常の高次モードである同軸共振器のλモードでなく、いわゆるキャビティーモードとなる場合がある。この場合には、２次共振モードにおける電界の大きさは、誘電体ブロック30の第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向において、中央部で大きく、両端部では小さい。また、本例の誘電体フィルタを構成する同軸共振器の１次共振モードにおける電界の大きさは、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向において、中央部で０であり、開放端となる両端部で最大となる。

よって、誘電体ブロック30の形状を、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向において、第１の側面30ｃ側および第２の側面30ｄ側の少なくとも一方の端部の第１の主面30ａと第２の主面30ｂとの間の距離が、中央部と比較して大きくなるようにすることが好ましい。

そして、本例の誘電体フィルタのように誘電体ブロック30が突起部32を有しているときには、誘電体ブロック30は、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向において、一方の端部の第１の主面30ａと第２の主面30ｂとの間の距離が、中央部と比較して大きい。これにより、１次共振モードの共振周波数と２次共振モードの共振周波数との差を大きくすることができるとともに、隣り合う同軸共振器同士の電磁気的な結合を大きくすることができる。

また、本例の誘電体フィルタを構成する同軸共振器の２次共振モードがキャビティーモードとなる場合には、２次共振モードにおける電界は、誘電体ブロック30の第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向において、中央部が最も強く、両端部に向かうにつれて弱くなり、ある点で０になる。そして、両端部では中央部と逆向きの弱い電界となっている。そして、電界が０になる点は、両端から全体の長さである第１の側面30ｃから第２の側面30ｄまでの距離の１／４までの範囲に存在する。このため、誘電体ブロック30において、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向の少なくとも一方端から、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄ迄の距離の１／４以内の範囲における、第１の主面30ａと第２の主面30ｂとの間の距離が、中央部と比較して大きくなるようにすることが望ましい。

また、本例の誘電体フィルタにおいては、誘電体ブロック30にスリット61ｂ〜61ｆが形成されている。このスリット61ｂ〜61ｆによっても、１次共振モードのＱ値および１次共振モードの共振周波数と２次共振モードの共振周波数との差を大きくすることができる。また、スリット61ｂ〜61ｆによって、隣り合う共振器同士の電磁気的な結合を調整することもできる。なお、このスリット61ｂ〜61ｆは、第１の側面30ｃまたは第２の側面30ｄのみに形成したときには、スリット61ｂ〜61ｆを形成していない側面側で同軸共振器間の容量結合を取りやすくなり、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄに渡ってスリット61ｂ〜61ｆを形成したときには、１次共振モードのＱ値および１次共振モードの共振周波数と２次共振モードの共振周波数との差をさらに大きくすることができる。

本例の誘電体フィルタおよび前述した実施の形態の第１の例の同軸共振器において、誘電体ブロック30の材質としては、エポキシ樹脂等の樹脂や例えば誘電体セラミックス等のセラミックスを用いることができる。例えば、ＢａＴｉＯ_３，Ｐｂ_４Ｆｅ_２Ｎｂ_２Ｏ_１２，ＴｉＯ_２等を含有する誘電体セラミック材料が好適に用いられる。各種の電極および導体の材質としては、例えば、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｔ等のＡｇ合金を主成分とする導電材料や、Ｃｕ系，Ｗ系，Ｍｏ系，Ｐｄ系導電材料等が好適に用いられる。各種の電極および導体の厚みは、例えば0.001〜0.2ｍｍに設定される。

（実施の形態の第３の例）
図５は、本実施形態の第３の例の誘電体フィルタを模式的に示す横断面図である。本例の誘電体フィルタは、図３に示す誘電体フィルタの構成に加えて、第３の側面側内導体41ａと第３の側面30ｃとの間および第４の側面側内導体41ｆと第４の側面30ｄとの間にスリット61ａ，61ｇを備えている。このような構成とすることによって、バンドパスフィルタを構成する同軸共振器の第１の共振モードにおけるＱ値はさらに大きくなり、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差もさらに大きくなることから、低損失であり、通過帯域近傍にスプリアスがないため、さらに周波数選択性の優れた誘電体フィルタとすることができる。

なお、前述した効果を得るには、第３の側面側内導体41ａと第３の側面30ｃとの間または第４の側面側内導体41ｆと第４の側面30ｄとの間において、第３の側面側内導体41ａまたは第４の側面側内導体41ｆに近接してスリット61ａ，61ｇが形成されていることが好ましい。また、スリット61ａ，61ｇが第２の主面30ｂ側で開口している図５に示す例において、スリット61ａ，61ｇは、第１の外導体21にできるだけ近接するように、第２の主面30ｂ側から第１の主面30ａ側に向かう方向の深さを有していることが前述した効果を得る上で好ましい。なお、スリット61ａ，61ｇは、スリット61ｂ〜61ｆと同様に第１の主面30ａ側で開口していても良いことは言うまでもない。

次に、図６は、本発明の実施の形態の第４の例の無線通信モジュール80および無線通信機器85を模式的に示すブロック図である。

本例の無線通信モジュール80は、ベースバンド信号が処理されるベースバンド部81と、ベースバンド部81に接続された、ベースバンド信号の変調後および復調前のＲＦ信号が処理されるＲＦ部82とを備えている。ＲＦ部82には上述した実施の形態の第２の例の誘電体フィルタ821が含まれており、ベースバンド信号が変調されてなるＲＦ信号または受信したＲＦ信号における通信帯域以外の信号を誘電体フィルタ821によって減衰させている。

具体的な構成としては、ベースバンド部81は、ベースバンドＩＣ 811を有している。また、ＲＦ部82は、誘電体フィルタ821とベースバンド部81との間に接続されるＲＦ ＩＣ 822を有している。なお、これらの回路間には別の回路が介在していてもよい。そして、無線通信モジュール80の誘電体フィルタ821にアンテナ84を接続することによってＲＦ信号の送受信がなされる本例の無線通信機器85が構成される。

このような構成を有する本例の無線通信モジュール80および無線通信機器85によれば、低損失で周波数選択性の優れた誘電体フィルタ821を用いて通信信号の濾波を行なうことから、通信信号の減衰およびノイズを低減することができるため、通信品質が高い高性能な無線通信モジュール80および無線通信機器85を得ることができる。

（変形例）
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。

上述した実施の形態の第１〜第３の例においては、内導体の両端が開放されて１／２波長共振器が構成された例を示したが、これに限定されるものではない。内導体の一方端が基準電位に接続されて１／４波長共振器として機能する同軸共振器およびそれを用いた誘電体フィルタであっても構わない。

また、上述した実施の形態の第１〜第３の例においては、誘電体ブロック30と第２の外導体22との間が空気で満たされた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、誘電体ブロック30と第２の外導体22との間が真空であっても良く、また、誘電体ブロック30と第２の外導体22との間が、誘電体ブロック30よりも誘電率が低い誘電体材料（気体を含む）で満たされていても構わない。

さらに、上述した実施の形態の第２の例の誘電体フィルタにおいては、誘電体ブロック30の第２の側面30ｄ側に突起部32が形成された例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、誘電体ブロック30の第１の側面30ｃ側に突起部32が形成されても良く、誘電体ブロック30の第１の側面30ｃ側および第２の側面30ｄ側の両方に突起部32が形成されても構わない。また、要求される電気特性のレベルが高くない場合には、図４に示すような突起部32ではなく、例えば、誘電体ブロック30の中央部から第１の側面30ｃ側および第２の側面30ｄ側の少なくとも一方に向けて、第１の主面30ａと第２の主面30ｂとの間の距離が徐々に増加するようにしてもよい。このように、誘電体ブロック30は、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向において、少なくとも一方の端部の第１の主面30ａと第２の主面30ｂとの間の距離が、中央部と比較して大きいことが好ましい。

またさらに、上述した実施の形態の第２，第３の例の誘電体フィルタにおいては、第１の外導体21および第２の外導体22からなる外導体と、貫通孔31ａ〜31ｆの内面に配置された内導体41ａ〜41ｆとにより、６つの同軸共振器が構成された例を示したが、これに限定されるものではなく、２つ以上の任意の個数の同軸共振器で誘電体フィルタを構成することができる。但し、同軸共振器数の増加は大型化を招くので、通常は20個程度以下に設定することが好ましい。

さらにまた、上述した実施の形態の第２，第３の例の誘電体フィルタにおいては、第１および第２の端子電極51，52が、内導体41ａ，41ｆに電磁気的に接続される例を示したが、内導体41ａ，41ｆに電気的に接続されるようにしても構わない。

次に、本実施形態の同軸共振器の具体例について説明する。

まず、図１，図２に示した本実施形態の第１の例の同軸共振器の電気特性を、有限要素法を用いたシミュレーションによって算出した。算出する電気特性の項目は、第１の共振モードの共振周波数および無負荷Ｑならびに第２の共振モードの共振周波数とした。

このシミュレーションにおける誘電体ブロック30を構成する誘電体は、比誘電率を10とし、誘電正接を0.0005とした。また、各種導体および電極の導電率は58×10^６Ｓ／ｍとした。そして、誘電体ブロック30の形状は、第１の主面30ａから第２の主面30ｂまでの距離である高さおよび第３の側面30ｅから第４の側面30ｆまでの距離である幅がともに13ｍｍで、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄまでの距離である長さが28ｍｍの直方体状とした。また、貫通孔31は、直径が３ｍｍの円筒状とし、貫通孔31の中心が第１の主面30ａから10ｍｍの距離に位置し、かつ貫通孔31の中心が第３の側面30ｅと第４の側面30ｆとの中心に位置するようにし、貫通孔31の内面に内導体41を配置した。また、第１の外導体21は、長さが38ｍｍで幅が20ｍｍの矩形状とし、その中央に誘電体ブロック30が位置するようにした。第２の外導体22は、長さが38ｍｍで幅および高さが20ｍｍの直方体の１面が開口した開口部を有する箱状とした。

このシミュレーションの結果、第１の共振モードの共振周波数は2.05ＧＨｚであり、Ｑ値は1450であり、第２の共振モードの共振周波数は3.6ＧＨｚであった。また、長さが23ｍｍで幅および高さが20ｍｍの誘電体ブロックの中央に直径が３ｍｍで長さが23ｍｍの内導体が配置され、この誘電体ブロックが、長さが33ｍｍで幅および高さが20ｍｍの空間を有する外導体の長さ方向の中央に配置された比較例の同軸共振器の電気特性をシミュレーションした。その結果、第１の共振モードの共振周波数は1.99ＧＨｚであり、Ｑ値は1319であり、第２の共振モードの共振周波数は2.7ＧＨｚであった。このように、本実施形態の第１の例の同軸共振器は、比較例の同軸共振器と比べて、１次共振モードのＱ値が大きかった。また、本実施形態の第１の例の同軸共振器は、比較例の同軸共振器と比べて、１次共振モードの共振周波数は同程度であるものの、２次共振モードの共振周波数が高いことから、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差が大きかった。

これにより、基準電位に接続される第１の外導体21と、直方体状の誘電体であり、第１の側面30ｃから第１の側面30ｃに対向する第２の側面30ｄに渡る貫通孔31を有し、第１の外導体21上に第１の主面30ａが接するように配置された誘電体ブロック30と、貫通孔31の内面に配置された内導体41と、直方体の１面が開口した開口部を有する箱状の導体であり、誘電体ブロック30の第２の主面30ｂ，第３および第４の側面30ｅ，30ｆと間隔を開けて収容可能な内寸を有し、開口部が第１の外導体21側に向けて配置された、基準電位に接続される第２の外導体22とを備えることにより、第１の共振モードにおけるＱ値が大きく、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差が大きい同軸共振器を得られることが確認できた。

次に、図３，図４に示した本実施形態の第２の例の誘電体フィルタの電気特性を、有限要素法を用いたシミュレーションによって算出した。このシミュレーションにおける誘電体ブロック30を構成する誘電体は、比誘電率を11.5とし、誘電正接を0.00005とした。また、各種導体および電極の導電率は42×10^６Ｓ／ｍとした。

そして、誘電体ブロック30は、突起部32を除く寸法を、第１の主面30ａから第２の主面30ｂまでの距離である高さを8.5ｍｍ、第３の側面30ｅから第４の側面30ｆまでの距離である幅を56ｍｍ、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄまでの距離である長さを23.7ｍｍとした。また、突起部32は、誘電体ブロック30の第２の側面30ｄ，第３の側面30ｅおよび第４の側面30ｆと面が連なり、突起部32のみの形状が直方体状となるように形成した。なお、突起部32の寸法は、第２の主面30ｂからの高さを２ｍｍ、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向の長さを４ｍｍ、第３の側面30ｅから第４の側面30ｆまでの距離である幅を56ｍｍとした。

また、貫通孔31ａ〜31ｆは、それぞれ直径が３ｍｍの円筒状とし、貫通孔31ａ〜31ｆのそれぞれの中心が第１の主面30ａから５ｍｍの距離に位置し、かつそれぞれの貫通孔31の中心が等間隔となるように配置し、それぞれの貫通孔31の内面に内導体41を配置した。また、内導体41ａ〜41ｆの間に形成したスリット61b〜61fは、幅を1.0ｍｍ、第１の主面30ａから第２の主面30ｂ向かう方向の深さを7.5ｍｍとした。また、第１の外導体21は、長さが31.7ｍｍで幅が62ｍｍの矩形状とし、その中央に誘電体ブロック30が位置するようにした。第２の外導体22は、長さが31.7ｍｍで、幅が62ｍｍで、高さが15ｍｍの直方体の１面が開口した開口部を有する箱状とした。

このシミュレーション結果を図７のグラフに示す。グラフにおいて、横軸は周波数であり、縦軸は減衰量である。また、実線が伝送特性を示し、破線が反射特性を示している。このグラフによれば、通過帯域の近傍にスプリアスがなく、伝送特性に優れていることを示しており、すなわち、本実施形態の誘電体フィルタが周波数選択性に優れていることが確認できた。

次に、図３，図５に示した本実施形態の第２，第３の例の誘電体フィルタの電気特性を、有限要素法を用いたシミュレーションによって算出した。このシミュレーションにおける誘電体ブロック30を構成する誘電体は、比誘電率を11.5とし、誘電正接を0.00005とした。また、各種導体および電極の導電率は42×10^６Ｓ／ｍとした。

そして、誘電体ブロック30は、突起部32を除く寸法を、第１の主面30ａから第２の主面30ｂまでの距離である高さを9.5ｍｍ、第３の側面30ｅから第４の側面30ｆまでの距離である幅を56ｍｍ、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄまでの距離である長さを23.7ｍｍとした。また、突起部32は、誘電体ブロック30の第２の側面30ｄ，第３の側面30ｅおよび第４の側面30ｆと面が連なり、突起部32のみの形状が直方体状となるように形成した。なお、突起部32の寸法は、第２の主面30ｂからの高さを4.2ｍｍ、第１の側面30ｃから第２の側面30ｄへ向かう方向の長さを４ｍｍ、第３の側面30ｅから第４の側面30ｆまでの距離である幅を56ｍｍとした。

また、貫通孔31ａ〜31ｆは、それぞれ直径が３ｍｍの円筒状とし、貫通孔31ａ〜31ｆのそれぞれの中心が第１の主面30ａから５ｍｍの距離に位置し、かつそれぞれの貫通孔の中心が等間隔となるように配置し、それぞれの貫通孔31の内面に内導体41を配置した。また、内導体41ａ〜41ｆの間に形成したスリット61b〜61fは、幅を1.0ｍｍ、第１の主面30ａから第２の主面30ｂ向かう方向の深さを7.5ｍｍとした。また、第１の外導体21は、長さが31.7ｍｍで幅が62ｍｍの矩形状とし、その中央に誘電体ブロック30が位置するようにした。第２の外導体22は、長さが31.7ｍｍで、幅が62ｍｍで、高さが15ｍｍの直方体の１面が開口した開口部を有する箱状とした。また、図５に示した本実施形態の第３の例の誘電体フィルタについては、誘電体ブロック30に、第３の側面側内導体41ａと第３の側面30ｃとの間にスリット61ａを、第４の側面側内導体41ｆと第４の側面30ｄとの間にスリット61ｇを形成した。なお、このスリット61ａ，61ｇは、幅を2.5ｍｍ、第２の主面30ｂから第１の主面30ａ向かう方向の深さを6.5ｍｍとした。

このシミュレーションの結果、図３に示した本実施形態の第２の例の誘電体フィルタの第１の共振モードの共振周波数は1.874ＧＨｚであり、Ｑ値は2037であり、第２の共振モードの共振周波数は2.780ＧＨｚであった。これに対し、図５に示した本実施形態の第３の例の誘電体フィルタの第１の共振モードの共振周波数は1.874ＧＨｚであり、Ｑ値は2063であり、第２の共振モードの共振周波数は2.895ＧＨｚであった。

この結果から、誘電体ブロック30において、第３の側面側内導体41ａと第３の側面30ｃとの間にスリット61ａ、第４の側面側内導体41ｆと第４の側面30ｄとの間にスリット61ｇを備えていることにより、第１の共振モードにおけるＱ値はさらに大きくなり、第１の共振モードの共振周波数と第２の共振モードの共振周波数との差もさらに大きくなることがわかった。そのため、上述した構成の誘電体フィルタであれば、さらに周波数選択性の優れた誘電体フィルタとできることがわかった。

また、本実施形態の誘電体フィルタは、低損失で周波数選択性の優れたものであることから、通信信号の濾波において通信信号の減衰およびノイズを低減することができるため、無線通信モジュールおよび無線通信機器に本実施形態の誘電体フィルタを用いれば、通信品質や信頼性の高い無線通信モジュールおよび無線通信機器とできることがわかった。

21：第１の外導体
22：第２の外導体
30：誘電体ブロック
30ａ：第１の主面
30ｂ：第２の主面
30ｃ：第１の側面
30ｄ：第２の側面
30ｅ：第３の側面
30ｆ：第４の側面
31，31ａ，31ｂ，31ｃ，31ｄ，31ｅ，31ｆ：貫通孔
41，41ａ，41ｂ，41ｃ，41ｄ，41ｅ，41ｆ：内導体
51：第１の端子電極
52：第２の端子電極
80：無線通信モジュール
81：ベースバンド部
82：ＲＦ部
821：誘電体フィルタ
84：アンテナ
85：無線通信機器

Claims (7)

1. 基準電位に接続される第１の外導体と、
   直方体状の誘電体であり、第１の側面から該第１の側面に対向する第２の側面に渡る貫通孔を有し、前記第１の外導体上に第１の主面が接するように配置された誘電体ブロックと、
   前記貫通孔の内面に配置された内導体と、
   直方体の１面が開口した開口部を有する箱状の導体であり、前記誘電体ブロックの第２の主面，第３および第４の側面と間隔を開けて前記誘電体ブロックを収容可能な内寸を有し、前記開口部が前記第１の外導体側に向けて配置された、基準電位に接続される第２の外導体とを備えることを特徴とする同軸共振器。
2. 前記内導体は、その中心が、前記第１の主面と前記第２の主面間の距離の中心よりも前記第２の主面側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の同軸共振器。
3. 前記第３の側面から前記第４の側面に向かって複数の前記内導体が間隔を開けて列状に配置された、請求項１または請求項２に記載の同軸共振器と、
   列の端部となる第３の側面側内導体および第４の側面側内導体に電気的または電磁気的に接続される端子電極とを備えることを特徴とする誘電体フィルタ。
4. 前記誘電体ブロックは、前記第３の側面側内導体と前記第３の側面との間および前記第４の側面側内導体と前記第４の側面との間にスリットを備えることを特徴とする請求項３に記載の誘電体フィルタ。
5. 前記誘電体ブロックは、前記第１の側面から前記第２の側面へ向かう方向において、少なくとも一方の端部の前記第１の主面と前記第２の主面との間の距離が、中央部と比較して大きいことを特徴とする請求項３に記載の誘電体フィルタ。
6. 請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の誘電体フィルタを含むＲＦ部と、該ＲＦ部に接続されたベースバンド部とを備えることを特徴とする無線通信モジュール。
7. 請求項６に記載の無線通信モジュールと、該無線通信モジュールの前記ＲＦ部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とする無線通信機器。

Images