JPWO2014132914A1 - 誘電体フィルタ,デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電気特性が良好な誘電体フィルタと、それを用いた、デュプレクサおよび通信装置とを提供する。【解決手段】 第1貫通孔31a〜31gを有する誘電体ブロック30と、第1貫通孔31a〜31gの内面に配置された内導体41a〜41gと、第2貫通孔32a〜32fと、一方端部に位置する内導体41aに接続される端子電極51aと、他方端部に位置する内導体41gに接続される端子電極51bと、誘電体ブロック30を取り囲むとともに、基準電位に接続される外導体21a,21bとを有し、第1貫通孔31a〜31gは第2主面30b側に配置され、第2貫通孔32a〜32fは、第1貫通孔31a〜31gに対して第1主面30a側に配置された誘電体フィルタと、それを用いた、デュプレクサおよび通信装置とする。【選択図】 図3
Description
本発明は、電気特性の優れた誘電体フィルタ,デュプレクサおよび通信装置に関するものである。
誘電体ブロックに形成された複数の貫通孔の内面に各々配置された内導体と誘電体ブロックを取り囲む外導体とで構成された誘電体フィルタが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
しかしながら、特許文献1にて提案されたような従来の誘電体フィルタにおいては、隣り合う内導体同士の容量結合を強くすることが難しいことなどにより、特に通過帯域外の減衰量を充分に確保することが難しいなど、良好な電気特性を得るのが難しいという問題があった。
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、電気特性が良好な誘電体フィルタと、それを用いた、デュプレクサおよび通信装置とを提供することにある。
本発明の誘電体フィルタは、直方体状の誘電体であり、複数の第1貫通孔と、1つ以上の第2貫通孔とを有する、誘電体ブロックと、前記第1貫通孔の内面にそれぞれ配置された、第1内導体および第2内導体を含む複数の内導体と、前記第1内導体に電気的または電磁気的に接続される第1端子電極と、前記第2内導体に電気的または電磁気的に接続される第2端子電極と、前記誘電体ブロックを取り囲むように配置された、基準電位に接続される外導体と、を有しており、前記第1貫通孔は、前記誘電体ブロックの互いに対向する第1側面および第2側面の一方から他方へ向かう方向である第1方向に貫通しているとともに、前記誘電体ブロックの互いに対向する第3側面および第4側面の一方から他方へ向かう方向である第2方向に互いに間隔を開けて配置されており、前記第2貫通孔は、前記第1方向に貫通しているとともに、前記第2方向において、隣り合う前記第1貫通孔の間の位置に配置されており、前記第1内導体は、前記第2方向の一方端に位置する前記第1貫通孔の内面に配置されており、前記第2内導体は、前記第2方向の他方端に位置する前記第1貫通孔の内面に配置されており、前記外導体は、前記誘電体ブロックの第1主面に接するとともに、前記誘電体ブロックの第2主面、前記第3側面および前記第4側面と間隔を開けて対向するように配置されており、前記第1貫通孔は、前記誘電体ブロックの前記第2主面側に配置されており、前記第2貫通孔は、前記第1貫通孔に対して前記第1主面側に配置されていることを特徴とする。
本発明のデュプレクサは、アンテナ端子と、送信端子と、受信端子と、前記アンテナ端子と前記送信端子との間に直列に接続された送信用フィルタと、前記アンテナ端子と前記受信端子との間に直列に接続された受信用フィルタと、を少なくとも有しており、前記送信用フィルタおよび前記受信用フィルタの少なくとも一方が、前記誘電体フィルタであることを特徴とする。
本発明の無線通信機器は、デュプレクサと、前記アンテナ端子に直接または他の回路を介して接続されたアンテナと、前記送信端子に直接または他の回路を介して接続された送信回路と、前記受信端子に直接または他の回路を介して接続された受信回路と、を少なくとも有していることを特徴とする。
本発明の誘電体フィルタによれば、電気特性が良好な誘電体フィルタを得ることができる。本発明のデュプレクサによれば、電気特性が良好なデュプレクサを得ることができる。本発明の通信装置によれば、通信品質が良好な通信装置を得ることができる。
以下、本発明の誘電体フィルタ誘電体フィルタと、それを用いたデュプレクサおよび通信装置とを添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の誘電体フィルタを模式的に示す断面図である。図2は図1の誘電体フィルタをA−A’線で切断して矢印の方向(図の+y方向)を見た図である。図3は図1の誘電体フィルタをB−B’線で切断して矢印の方向(図の+y方向)を見た図である。図4は図1の誘電体フィルタをC−C’線で切断して矢印の方向(図の−y方向)を見た図である。
図1は、本発明の第1実施形態の誘電体フィルタを模式的に示す断面図である。図2は図1の誘電体フィルタをA−A’線で切断して矢印の方向(図の+y方向)を見た図である。図3は図1の誘電体フィルタをB−B’線で切断して矢印の方向(図の+y方向)を見た図である。図4は図1の誘電体フィルタをC−C’線で切断して矢印の方向(図の−y方向)を見た図である。
本実施形態の誘電体フィルタは、図1〜図4に示すように、誘電体ブロック30と、第1貫通孔31a〜31g(第1貫通孔31a,第1貫通孔31b,第1貫通孔31c,第1貫通孔31d,第1貫通孔31e,第1貫通孔31f,第1貫通孔31g)と、第2貫通孔32a〜32f(第2貫通孔32a,第2貫通孔32b,第2貫通孔32c,第2貫通孔32d,第2貫通孔32e,第2貫通孔32f)と、内導体41a〜41g(内導体41a,内導体41b,内導体41c,内導体41d,内導体41e,内導体41f,内導体41g)と、第1導体61a〜61f(第1導体61a,第1導体61b,第1導体61c,第1導体61d,第1導体61e,第1導体61f)と、第2導体62a〜62m(第2導体62a,第2導体62b,第2導体62c,第2導体62d,第2導体62e,第2導体62f,第2導体62g,第2導体62h,第2導体62i,第2導体62j,第2導体62k,第2導体62m)と、第3導体63a〜63g(第3導体63a,第3導体63b,第3導体63c,第3導体63d,第3導体63e,第3導体63f,第3導体63g)と、第4導体64a〜64g(第4導体64a,第4導体64b,第4導体64c,第4導体64d,第4導体64e,第4導体64f,第4導体64g)と、第5導体65a〜65g(第5導体65a,第5導体65b,第5導体65c,第5導体65d,第5導体65e,第5導体65f,第5導体65g)と、端子電極51a,51b(端子電極51a,端子電極51b)と、外導体21a,21b(外導体21a,外導体21b)と、誘電体基板11と、導体22と、ビア導体52a,52b(ビア導体52a,ビア導体52b)と、外部電極53a,53b(外部電極53a,外部電極53b)とを有している。
誘電体ブロック30は、直方体状の誘電体であり、第1貫通孔31a〜31gおよび第2貫通孔32a〜32fを有している。第1貫通孔31a〜31gのそれぞれは、誘電体ブロック30の互いに対向する第1側面30cおよび第2側面30dの一方から他方へ向かう方向である図のy軸方向に貫通している。そして、第1貫通孔31a〜31gは、誘電体ブロック30の互いに対向する第3側面30eおよび第4側面30fの一方から他方へ向かう方向である図のx軸方向に間隔を開けて配置されている。すなわち、第1貫通孔31a〜31gは、誘電体ブロック30の第3側面30eから第4側面30fへ向けて、31a,31b,31c,31d,31e,31f,31gの順に配置されている。
各々の第1貫通孔31a〜31gの内面には、全体に渡って内導体41a〜41gが配置されている。すなわち、第1貫通孔31aの内面には内導体41aが配置されており、第1貫通孔31bの内面には内導体41bが配置されており、第1貫通孔31cの内面には内導体41cが配置されており、第1貫通孔31dの内面には内導体41dが配置されており、第1貫通孔31eの内面には内導体41eが配置されており、第1貫通孔31fの内面には内導体41fが配置されており、第1貫通孔31gの内面には内導体41gが配置されている。
誘電体ブロック30の第1側面30cにおける第1貫通孔31a〜31gの周囲には、それぞれ第4導体64a〜64gが配置されている。すなわち、第1貫通孔31aの周囲には第4導体64aが配置されており、第1貫通孔31bの周囲には第4導体64bが配置されており、第1貫通孔31cの周囲には第4導体64cが配置されており、第1貫通孔31dの周囲には第4導体64dが配置されており、第1貫通孔31eの周囲には第4導体64eが配置されており、第1貫通孔31fの周囲には第4導体64fが配置されており、第1貫通孔31gの周囲には第4導体64gが配置されている。
また、誘電体ブロック30の第2側面30dにおける第1貫通孔31a〜31gの周囲には第5導体65a〜65gが配置されている。すなわち、第1貫通孔31aの周囲には第5導体65aが配置されており、第1貫通孔31bの周囲には第5導体65bが配置されており、第1貫通孔31cの周囲には第5導体65cが配置されており、第1貫通孔31dの周囲には第5導体65dが配置されており、第1貫通孔31eの周囲には第5導体65eが配置されており、第1貫通孔31fの周囲には第5導体65fが配置されており、第1貫通孔31gの周囲には第5導体65gが配置されている。
そして第4導体64a〜64gおよび第5導体65a〜65gは、各々対応する内導体41a〜41gに接続されている。すなわち、第4導体64a,第5導体65aは内導体41aに接続されており、第4導体64b,第5導体65bは内導体41bに接続されており、第4導体64c,第5導体65cは内導体41cに接続されており、第4導体64d,第5導体65dは内導体41dに接続されており、第4導体64e,第5導体65eは内導体41eに接続されており、第4導体64f,第5導体65fは内導体41fに接続されており、第4導体64g,第5導体65gは内導体41gに接続されている。このような第4導体64a〜64gおよび第5導体65a〜65gにより、隣り合う内導体同士の静電容量や、内導体41a〜41gと外導体21a,21bとの間の静電容量を大きくすることができる。
図のx軸方向における一方端部に位置する内導体41aの近傍には、誘電体ブロック30の第1主面30aから第2側面30dにかけて端子電極51aが配置されている。端子電極51aは、その一部が誘電体ブロック30を介して内導体41aと対向するように配置されており、内導体41aに電磁気的に接続される。また、図のx軸方向における他方端部に位置する内導体41gの近傍には、誘電体ブロック30の第1主面30aから第2側面30dにかけて端子電極51bが配置されている。端子電極51bは、その一部が誘電体ブロック30を介して内導体41gと対向するように配置されており、内導体41gに電磁気的に接続される。なお、端子電極51aは内導体41aに電気的に(直流が導通可能に)接続されても良く、端子電極51bは内導体41gに電気的に(直流が導通可能に)接続されてもよい。
誘電体基板11は板状の誘電体であり、上面に外導体21aが配置されており、下面に導体22が配置されている。外導体21aおよび導体22は、シート状の導体であり、基準電位に接続される。そして、誘電体ブロック30は、第1主面30aが外導体21aの第1主面(上面)に接するように、外導体21a上に配置されている。
外導体21bは、1面が開口した直方体の箱状の導体であり、開口部を外導体21a側に向けて、内部に誘電体ブロック30を収容するように、外導体21aの第1主面上に配置されて外導体21aに接続されている。なお、外導体21bは、誘電体ブロック30の第2主面30b,第1側面30c,第2側面30d,第3側面30e,第4側面30fと間隔を開けて対向するように配置されており、誘電体ブロック30と外導体21bとの間は空気で満たされている。
そして、端子電極51aは、誘電体基板11を貫通するビア導体52aを介して、誘電体基板11の下面に配置された外部電極53aに接続されている。また、端子電極51bは、誘電体基板11を貫通するビア導体52bを介して、誘電体基板11の下面に配置された外部電極53bに接続されている。なお、外導体21aは、端子電極51a,51bに接触しないように、誘電体基板11の上面の端子電極51a,51bの周囲を除いて形成されている。また、導体22は、外部電極53a,外部電極53bに接触しないように、誘電体基板11の下面の外部電極53a,外部電極53bの周囲を除いて形成されている。
外導体21a,21bは、基準電位に接続されて、誘電体フィルタの外導体として機能する。そして、内導体41a〜41gと、それを間隔を開けて取り囲む外導体21a,21bとによって7つの同軸共振器が構成されており、それらが電磁気的に結合されて誘電体フィルタが構成されている。
このような構成を有する本実施形態の誘電体フィルタは、例えば、外部電極53aおよびビア導体52aを介して端子電極51aに電気信号が入力されると、内導体41a〜41gおよび外導体21a,21bからなる7つの同軸共振器が共振し、端子電極51bからビア導体52bおよび外部電極53bを介して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、本実施形態の誘電体フィルタは、誘電体ブロック30と、複数の内導体41a〜41gと、端子電極51aと、端子電極51bと、外導体21a,21bと、を有している。誘電体ブロック30は、直方体状の誘電体であり、複数の第1貫通孔31a〜31gと、1つ以上の第2貫通孔32a〜32fとを有している。複数の内導体41a〜41gは、第1貫通孔31a〜31gの内面にそれぞれ配置されており、内導体41aおよび内導体41gを含んでいる。端子電極51aは、内導体41aに電気的または電磁気的に接続される。端子電極51bは、内導体41gに電気的または電磁気的に接続される。外導体21a,21bは、誘電体ブロック30を取り囲むように配置されており、基準電位に接続される。第1貫通孔31a〜31gは、誘電体ブロック30の互いに対向する第1側面30cおよび第2側面30dの一方から他方へ向かう方向である第1方向(y軸方向)に貫通している。また、第1貫通孔31a〜31gは、誘電体ブロック30の互いに対向する第3側面30eおよび第4側面30fの一方から他方へ向かう方向である第2方向(x軸方向)に互いに間隔を開けて配置されている。第2貫通孔32a〜32fは、第1方向(y軸方向)に貫通している。また、第2貫通孔32a〜32fは、第2方向(x軸方向)において、第1貫通孔31a〜31gのうちの隣り合う第1貫通孔の間にそれぞれ1つずつ配置されている。内導体41aは、第2方向の一方端(−x方向側端部)に位置する第1貫通孔31aの内面に配置されている。内導体41gは、第2方向の他方端(+x方向側端部)に位置する第1貫通孔31gの内面に配置されている。外導体21a,21bは、誘電体ブロック30の第1主面30aに接するとともに、誘電体ブロック30の第2主面30b、第3側面30eおよび第4側面30fと間隔を開けて対向するように配置されている。第1貫通孔31a〜31gは、誘電体ブロック30の第2主面30b側に配置されており、第2貫通孔32a〜32fは、第1貫通孔31a〜31gに対して第1主面30a側に配置されている。
本実施形態の誘電体フィルタは、同軸共振器の外導体の一部として機能する外導体21bが、誘電体ブロック30の第3側面30e,第4側面30fおよび第2主面30bと間隔を開けて対向するように配置されている。これにより低損失なフィルタ特性を得ることができる。
また、本実施形態の誘電体フィルタにおいては、外導体21bは、誘電体ブロック30の第2主面30b,第1側面30c,第2側面30d,第3側面30e,第4側面30fと間隔を開けて対向するように配置されており、誘電体ブロック30と外導体21bとの間は空気で満たされている。これにより、第1の共振モードの共振周波数と、スプリアスモードであるキャビティモードの共振周波数との差を大きくすることができるので、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
また、本実施形態の誘電体フィルタにおいて、第1貫通孔31a〜31gは、誘電体ブロック30の第2主面30b側に配置されている。これにより、内導体41a〜41gが、誘電体ブロック30の第2主面30bに近い側に配置されるので、第1主面30aと第2主面30bとの間の中央に内導体41a〜41gが存在する場合と比較して、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。なお、「第1貫通孔31a〜31gが、誘電体ブロック30の第2主面30b側に配置されている」とは、第1主面30aおよび第2主面30bの一方から他方へ向かう方向(z軸方向)における誘電体ブロック30の中央よりも第2主面30b側(+z方向側)に、第1貫通孔31a〜31gの各々の重心が位置していることを意味する。
なお、誘電体ブロック30の第2主面30bならびに互いに対向する第3側面30eおよび第4側面30fと外導体21b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、大きくすると誘電体フィルタが大型化するため、必要な電気特性と許容される誘電体フィルタの外形寸法に応じて適宜設定することができる。
また、本実施形態の誘電体フィルタは、誘電体ブロック30の第1側面30cに配置された、内導体41a〜41gのうち互いに隣り合わない内導体間の静電容量を大きくするための第1導体61a〜61fを有している。第1導体61a〜61fは、図のx軸方向に一列状に配置されているとともに、図のx軸方向の両端が隣り合う内導体に各々近接するように配置されている。そして、第1導体61a〜61fの各々は、隣り合う内導体の両方との間に静電容量が形成されるように配置されている。また、第1導体61a〜61fのうち隣接する導体パターン同士の間に静電容量が形成されるように配置されている。
すなわち、第1導体61a,61bは、互いに近接するように配置されており、両者の間に静電容量が形成されている。また、第1導体61aは、内導体41aに接続された第4導体64aにも近接するように配置されており、第1導体61aと内導体41aとの間にも静電容量が形成されている。そして、第1導体61bは、内導体41cに接続された第4導体64cにも近接するように配置されており、第1導体61bと内導体41cとの間にも静電容量が形成されている。このようにして、内導体41a,41cの間に第1導体61a,61bを介した静電容量が形成されており、第1導体61a,61bによって、内導体41a,41c間の静電容量が大きくされている。同様に、第1導体61b,61cによって内導体41b,41d間の静電容量が大きくされており、第1導体61c,61dによって内導体41c,41e間の静電容量が大きくされており、第1導体61d,61eによって内導体41d,41f間の静電容量が大きくされており、第1導体61e,61fによって内導体41e,41g間の静電容量が大きくされている。なお、互いに隣り合わない内導体間の静電容量を大きくするための導体パターンは、隣り合わない内導体1組に対して少なくとも1つあれば良く、すなわち、少なくとも1つあればよい。
そして、第1導体61a〜61fは、内導体41a〜41gよりも第2主面30b側に配置されている。すなわち、第1導体61a〜61fの図のz軸方向における中央が、内導体41a〜41gの図のz軸方向における中央よりも第2主面30b側(図の+z方向側)に位置するように配置されている。これにより、第1導体61a〜61fを内導体41a〜41gよりも第1主面30a側に配置した場合と比較して、隣り合わない内導体間の静電容量を大きくすることができる。
このような現象が起きる理由は、当初は全くわからなかったが、発明者の検討により、内導体41a〜41gが第2主面30b側に配置されていることにより、誘電体ブロック30において、内導体41a〜41gよりも第2主面30b側における電界の大きさが、内導体41a〜41gよりも第1主面30a側における電界の大きさよりも大きくなるためであると推定される。
また、本実施形態の誘電体フィルタは、誘電体ブロック30の第2主面30bにおける図の−y方向の端部(第1側面30c側の端部)に、図の+z方向に突出した突起部33を有している。そして、これにより、誘電体ブロック30の第1側面30c側の端部は、第1主面30aから第2主面30bへ向かう方向の長さが、他の部分よりも大きい。これにより、誘電体ブロック30の第2側面30d側の端部と比較して、第1導体61a〜61fが形成された第1側面30c側端部における電界を大きくすることができる。これにより、第1導体61a〜61fを介して、隣り合わない内導体41同士の間に形成される静電容量をさらに大きくすることができる。
また、本実施形態の誘電体フィルタは、内導体41a〜41gのうち互いに隣り合う内導体間の静電容量を調整するための第2導体62a〜62mを有している。第5導体65aは内導体41aに接続されており、第5導体65bは内導体41bに接続されている。そして、第5導体65aにおける第5導体65bに近接する部分に、第5導体65bに向けて突出した第2導体62aが接続されており、第5導体65bにおける第5導体65aに近接する部分に、第5導体65aに向けて突出した第2導体62bが接続されている。すなわち、第2導体62aは、内導体41aに電気的に接続されているとともに、内導体41aに隣接する内導体41bまたは内導体41bに電気的に接続された導体(この場合は第5導体65b)に向けて突出した形状を有している。第2導体62bは、内導体41bに電気的に接続されているとともに、内導体41bに隣接する内導体41aまたは内導体41aに電気的に接続された導体(この場合は第5導体65a)に向けて突出した形状を有している。このため、第2導体62aや、第2導体62bをトリミングすることによって、隣り合う内導体41a,41b間の静電容量を調整することができる。
図4に示すように、隣り合う内導体41a,41bに対する第2導体62a,62bと同様の構成および機能を有するように、隣り合う内導体41b,41cに対して第2導体62c,62dが、隣り合う内導体41c,41dに対して第2導体62e,62fが、隣り合う内導体41d,41eに対して第2導体62g,62hが、隣り合う内導体41e,41fに対して第2導体62i,62jが、隣り合う内導体41f,41gに対して第2導体62k,62mが、それぞれ設けられている。
よって、第2導体62c,62dをトリミングすることによって、内導体41b,41c間の静電容量を調整することができ、第2導体62e,62fをトリミングすることによって、内導体41c,41d間の静電容量を調整することができ、第2導体62g,62hをトリミングすることによって、内導体41d,41e間の静電容量を調整することができ、第2導体62i,62jをトリミングすることによって、内導体41e,41f間の静電容量を調整することができ、第2導体62k,62mをトリミングすることによって、内導体41f,41g間の静電容量を調整することができる。なお、第2導体62は、隣り合う内導体1組に対して少なくとも1つあれば良く、すなわち、少なくとも1つあればよい。
そして、内導体41a〜41gのうち互いに隣り合う内導体間の静電容量を調整するための第2導体62a〜62mは、誘電体ブロック30の第2側面30dに配置されている。これにより、第2導体62a〜62mを第1側面30cに配置した場合と比較して、隣り合う内導体間の静電容量を細かく調整することができる。これは発明者の検討によって明らかになったことであるが、この効果が得られる理由は、突起部33が形成されて電界が大きくなっている第1側面30c側端部と比較して、第2側面30d側端部における電界が小さいためではないかと推測される。
また、本実施形態の誘電体フィルタは、内導体41a〜41gと外導体21a,21bとの間の静電容量を調整するための第3導体63a〜63gを有している。第5導体65aは内導体41aに接続されており、第5導体65aにおける外導体21aに近接する部分に、外導体21aにむけて突出した第3導体63aが接続されている。すなわち、第3導体63aは、内導体41aに電気的に接続されているとともに、外導体21a,21bに向けて突出した形状を有している。よって、第3導体63aをトリミングすることによって、内導体41aと外導体21aとの間の静電容量を調整することができる。
図4に示すように、内導体41aに対する第3導体63aと同様の構成および機能を有するように、内導体41bに対して第3導体63bが、内導体41cに対して第3導体63cが、内導体41dに対して第3導体63dが、内導体41eに対して第3導体63eが、内導体41fに対して第3導体63fが、内導体41gに対して第3導体63gが、それぞれ設けられている。
よって、第3導体63bをトリミングすることによって、内導体41bと外導体21aとの間の静電容量を調整することができ、第3導体63cをトリミングすることによって、内導体41cと外導体21aとの間の静電容量を調整することができ、第3導体63dをトリミングすることによって、内導体41dと外導体21aとの間の静電容量を調整することができ、第3導体63eをトリミングすることによって、内導体41eと外導体21aとの間の静電容量を調整することができ、第3導体63fをトリミングすることによって、内導体41fと外導体21aとの間の静電容量を調整することができ、第3導体63gをトリミングすることによって、内導体41gと外導体21aとの間の静電容量を調整することができる。なお、内導体と外導体21a,21bと間の静電容量を調整するための導体パターンは、内導体1つに対して少なくとも1つあれば良く、全ての内導体が有している必要は必ずしも無いので、少なくとも1つあればよい。
そして、内導体41a〜41gと外導体21a,21bとの間の静電容量を調整するための第3導体63a〜63gは、誘電体ブロック30の第2側面30dに配置されている。これにより、第3導体63a〜63gを第1側面30cに配置した場合と比較して、内導体41a〜41gと外導体21a,21bとの間の静電容量を細かく調整することができる。これは発明者の検討によって明らかになったことであるが、この効果が得られる理由は、突起部33が形成されて電界が大きくなっている第1側面30c側端部と比較して、第2側面30d側端部における電界が小さいためではないかと推測される。
また、本実施形態の誘電体フィルタは、第2貫通孔32a〜32fを有している。第2貫通孔32a〜32fは、第1方向(y軸方向)に貫通している。また、第2貫通孔32a〜32fは、第2方向(x軸方向)において、第1貫通孔31a〜31gのうちの隣り合う第1貫通孔の間にそれぞれ1つずつ配置されている。すなわち、第2貫通孔32aは内導体41a,41bの間に配置されており、第2貫通孔32bは内導体41b,41cの間に配置されており、第2貫通孔32cは内導体41c,41dの間に配置されており、第2貫通孔32dは内導体41d,41eの間に配置されており、第2貫通孔32eは内導体41e,41fの間に配置されており、第2貫通孔32fは内導体41f,41gの間に配置されている。
第2貫通孔32a〜32fにより、内導体41a〜41gと外導体21a,21bとの間の実効的な誘電率を小さくすることができる。これにより、第2貫通孔32a〜32fを有さない場合と比較して、第1共振モードにおけるQ値を大きくすることができ、低損失の誘電体フィルタを得ることができる。また、第2貫通孔32a〜32fにより、外導体21a,21bで囲まれた領域の実効的な誘電率を小さくすることができる。これにより、第2貫通孔32a〜32fを有さない場合と比較して、第1の共振モードの共振周波数と、スプリアスモードであるキャビティモードの共振周波数との差を大きくすることができるので、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。なお、第2貫通孔32a〜32fは、隣り合う内導体の間に少なくとも1つあれば良く、全ての内導体間にある必要は必ずしも無いので、少なくとも1つあればよい。
また、第1貫通孔31a〜31gは、誘電体ブロック30の第2主面30b側に配置されており、第2貫通孔32a〜32fは、第1貫通孔31a〜31gに対して第1主面30a側に配置されている。これにより、第2貫通孔32a〜32fが、第1貫通孔31a〜31gに対して第2主面30b側にある場合や、第2貫通孔32a〜32fに代えてスリットが形成されている場合と比較して、互いに隣り合う内導体41間の静電容量を大きくすることができる。なお、「第2貫通孔32a〜32fが、第1貫通孔31a〜31gに対して第1主面30a側に配置されている」とは、第1主面30aおよび第2主面30bの一方から他方へ向かう方向(z軸方向)において、第1貫通孔31a〜31gの各々の重心よりも第1主面30a側(−z方向側)に、第2貫通孔32a〜32fの各々の重心が位置していることを意味する。
また、本実施形態の誘電体フィルタは、x軸方向の中央部に位置する第2貫通孔32c,32dの体積が、x軸方向の両端部に位置する貫通孔32a,32fの体積よりも大きい。これにより、第1の共振モードの共振周波数と、スプリアスモードであるキャビティモードの共振周波数との差を、より効果的に大きくすることができ、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。この効果が得られる理由は、キャビティモードにおける電界の大きさが、図のx軸方向の両端部よりも中央部が大きいためであると考えられる。なお、この効果を得るためには、第1貫通孔31を4つ以上有し、3つ以上の第2貫通孔32が、図のx軸方向に間隔を開けて配置されていれば良い。
なお、x軸方向の中央に位置する第2貫通孔32とは、誘電体ブロック30のx軸方向の中央に最も近い位置にある第2貫通孔32を意味する。本実施形態の場合には、誘電体ブロック30のx軸方向の中央が、第2貫通孔32c,32dの中央に位置するため、第2貫通孔32c,32dの両方が、x軸方向の中央に位置する第2貫通孔32である。
さらに、第2貫通孔32a〜32fの体積が、図のx軸方向における両端部から中央部に向けて段階的に大きくなっているようにすることにより、第1の共振モードの共振周波数と、スプリアスモードであるキャビティモードの共振周波数との差を、より効果的に大きくすることができ、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。この効果が得られる理由は、キャビティモードにおける電界の大きさが、図のx軸方向の両端部から中央部に向けて徐々に大きくなるためであると考えられる。
また、本実施形態の誘電体フィルタは、図のx軸方向の中央部に位置する第4導体64dの面積が、x軸方向の両端部に位置する第4導体64a,64gよりも小さい。これによっても、第1の共振モードの共振周波数と、スプリアスモードであるキャビティモードの共振周波数との差を、より効果的に大きくすることができ、通過帯域外における減衰量を大きくすることができる。
本実施形態の誘電体フィルタにおいて、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、誘電体セラミックス等のセラミックスなど、既知の種々の誘電体材料を用いることができる。例えば、BaTiO3,Pb4Fe2Nb2O12,TiO2等を含有する誘電体セラミック材料を好適に用いることができる。また、各種の電極および導体の材質としては、既知の種々の導電性材料を用いることができる。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0.001mm〜0.2mmに設定される。
(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態のデュプレクサを模式的に示す断面図である。図6は、図5に示すデュプレクサを+z方向から見た状態を模式的に示す平面図である。図7は、図5に示すデュプレクサを−z方向から見た状態を模式的に示す平面図である。なお、図6においては、図5における導体24の図示を省略している。また、図5,図6においては、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の詳しい構造の図示を省略している。また、本実施形態においては、上述した実施形態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。
図5は、本発明の第2実施形態のデュプレクサを模式的に示す断面図である。図6は、図5に示すデュプレクサを+z方向から見た状態を模式的に示す平面図である。図7は、図5に示すデュプレクサを−z方向から見た状態を模式的に示す平面図である。なお、図6においては、図5における導体24の図示を省略している。また、図5,図6においては、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の詳しい構造の図示を省略している。また、本実施形態においては、上述した実施形態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。
本実施形態のデュプレクサは、アンテナ端子27aと、送信端子27bと、受信端子27cと、送信用フィルタ28と、受信用フィルタ29と、整合線路25と、ビア導体26a,26b,26c(ビア導体26a,ビア導体26b,ビア導体26c)と、導体24とを有している。送信用フィルタ28は、アンテナ端子27aと送信端子27bとの間に直列に接続されており、受信用フィルタ29は、アンテナ端子27aと受信端子27cとの間に直列に接続されている。
送信用フィルタ28および受信用フィルタ29は、図1〜図4に示した第1実施形態の誘電体フィルタである。なお、受信用フィルタ29は、z軸を中心に180°回転させた状態で配置されている。また、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29は、誘電体基板11,外導体21aおよび導体22を共有している。また、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の各々は、外導体21bが、貫通孔23を有する外導体21b1と、外導体21b2とによって構成されている。また、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の各々は、図3に示した、ビア導体52a,ビア導体52b,外部電極53a,外部電極53bを有していない。
送信用フィルタ28の端子電極51aおよび受信用フィルタ29の端子電極51bは、整合線路25およびビア導体26aを介してアンテナ端子27aに接続されている。送信用フィルタ28の端子電極51bは、誘電体基板11を貫通するビア導体26bを介して送信端子27bに接続されている。受信用フィルタ29の端子電極51aは、誘電体基板11を貫通するビア導体26cを介して受信端子27cに接続されている。
なお、整合線路25は、誘電体基板11の上面に、外導体21aと間隔を開けて配置されており、アンテナ端子27aと送信用フィルタ28および受信用フィルタ29とを電気的に接続している。導体24は、導体22とともに、送信用フィルタ28,受信用フィルタ29および整合線路25を取り囲むように配置されており、基準電位に接続されて電磁気的なシールドとして機能する。
本実施形態のデュプレクサは、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29が第1実施形態の誘電体フィルタであることから、電気特性が良好なデュプレクサを得ることができる。なお、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の少なくとも一方を第1実施形態の誘電体フィルタとすれば、デュプレクサの電気特性を改善することができる。
また、本実施形態のデュプレクサにおいては、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の両方が第1実施形態の誘電体フィルタであり、それぞれの誘電体ブロック30の第1側面30c同士が向かい合うように配置されている。これにより、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29において、隣り合う内導体間の静電容量を調整するための第2導体62a〜62mと、内導体41a〜41gと外導体21a,21bとの間の静電容量を調整するための第3導体63a〜63gとを、どちらもデュプレクサの外側に配置することができる。これにより、例えば、導体24,外導体21b1および外導体21b2を取り除くことにより、デュプレクサを構成したままで、第2導体62a〜62mや第3導体63a〜63gをトリミングすることができる。これにより、良好な電気特性を容易に得ることが可能なデュプレクサを得ることができる。
なお、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の一方が第1実施形態の誘電体フィルタである場合には、その誘電体ブロック30の第1側面30cが、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の他方に面するように配置することより、デュプレクサを構成したままで特性を調整することができる。この場合には、送信用フィルタ28および受信用フィルタ29の他方は、どのようなフィルタでも良く、例えば、ストリップラインフィルタでもSAWフィルタでも構わない。
また、本実施形態のデュプレクサは、外導体21bが、外導体21b1および外導体21b2によって構成されている。そして、外導体21b1は、1面が開口した直方体の箱状の導体であり、開口部を外導体21a側に向けて、内部に誘電体ブロック30を収容するように、外導体21aの第1主面上に配置されて外導体21aに接続されている。また、外導体21b1は、第2導体62a〜62mや第3導体63a〜63gと対向する部分に、第2導体62a〜62mや第3導体63a〜63gが外部へ露出するように形成された貫通孔23を有している。そして、外導体21b2は、貫通孔23を塞ぐように外導体21b1に取り付けることができるとともに、着脱可能な構造を有している。これにより、例えば、外導体21b1を取り付けたままで、デュプレクサの電気特性の測定と、第2導体62a〜62mや第3導体63a〜63gのトリミングの両方の作業を行うことができる。また、例えば、外導体21b2を取り付けた状態での電気特性の測定と、外導体21b2を取りはずした状態での第2導体62a〜62mや第3導体63a〜63gのトリミングとを繰り返すことにより、デュプレクサの電気特性の微調整も容易に行うことができる。これにより、良好な電気特性を容易に実現することが可能なデュプレクサを得ることができる。
(第3実施形態)
図8は、本発明の第3実施形態の通信装置を模式的に示すブロック図である。本実施形態の通信装置は、デュプレクサ80と、アンテナ82と、送信回路81と、受信回路83とを少なくとも有している。
図8は、本発明の第3実施形態の通信装置を模式的に示すブロック図である。本実施形態の通信装置は、デュプレクサ80と、アンテナ82と、送信回路81と、受信回路83とを少なくとも有している。
デュプレクサ80は、前述した第2実施形態のデュプレクサである。アンテナ82はデュプレクサ80のアンテナ端子27aに接続されており、送信回路81はデュプレクサ80の送信端子27bに接続されており、受信回路83はデュプレクサ80の受信端子27cに接続されている。なお、アンテナ82は他の回路を介してアンテナ端子27aに接続されても良く、送信回路81は他の回路を介して送信端子27bに接続されても良く、受信回路83は他の回路を介して受信端子27cに接続されてもよい。
このような構成を有する本実施形態の通信装置は、電気特性が良好な第2実施形態のデュプレクサを用いて通信を行うことから、通信品質の良い通信装置を得ることができる。
(変形例)
本発明は上述した実施形態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。
本発明は上述した実施形態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。
上述した実施形態においては、誘電体ブロック30と外導体21b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、例えば、誘電体ブロック30と外導体21bとの間が真空であっても良く、また、誘電体ブロック30と外導体21b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。
また、上述した実施形態においては、外導体21bが、誘電体ブロック30の第2主面30b,第1側面30c,第2側面30d,第3側面30e,第4側面30fと間隔を開けて対向する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、内導体41a〜41gの第2側面30d側の端部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ような場合には、誘電体ブロック30の第2側面30dに外導体21bが接触するようにしても構わない。
また、上述した第1実施形態の誘電体フィルタにおいては、誘電体ブロック30の第2側面30d側端部に突起部33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。場合によっては、突起部33を設けなくても構わない。
また、前述した実施形態においては、7つの第1貫通孔31a〜31gおよび7つの内導体41a〜41gを有する例を示したが、これに限定されるものではなく、各々2つ以上であればよい。但し、共振器数の増加は大型化を招くので、通常は20個程度以下に設定される。
図1〜図4に示した第1実施形態の誘電体フィルタの電気特性をシミュレーションによって算出した。シミュレーションにおいて、誘電体ブロック30を構成する誘電体は、比誘電率を11とし、誘電正接を0.00005とした。各種導体および電極の導電率は40×106S/mとした。誘電体ブロック30は、第1主面30aから第2主面30b迄の距離が12mmで、第1側面30cから第2側面30d迄の距離が19mmで、第3側面30eから第4側面30f迄の距離が76mmの直方体に突起部33が形成された形状とした。突起部33は、誘電体ブロック30の第1側面30cに接するように第3側面30eから第4側面30fに渡って形成されており、長さが4mmで、幅が76mmで、高さが5mmの直方体状とした。第1貫通孔31a〜31gは、それぞれ直径が3mmの円筒状とし、第1貫通孔31a〜31gのそれぞれの中心が第1主面30aから6mmの距離に位置するようにした。外導体21aは長さが36mmで幅が95mm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。外導体21bは、長さが26mmで、幅が84mmで、高さが20mmの直方体の箱状とした。第2貫通孔32a〜32fは、それぞれ直径が3mmの円筒状とし、図のz軸方向における中央が第1主面30aから2mmの距離に位置するようにした。
このシミュレーション結果を図9のグラフに示す。グラフの横軸は規格化周波数であり、通常の周波数をfとし、フィルタの中心周波数をfcとし、フィルタの帯域幅をfbとすると、規格化周波数fsは次式で表されるものである。
fs=fc/fb×(f/fc−fc/f)
また、グラフの縦軸は減衰量である。そして、グラフにおいて、実線が伝送特性を示し、破線が反射特性を示している。グラフによれば、低損失であり、且つ通過帯域の近傍の減衰量が大きい、優れた伝送特性が得られていることがわかる。これにより、本発明の効果が確認できた。
fs=fc/fb×(f/fc−fc/f)
また、グラフの縦軸は減衰量である。そして、グラフにおいて、実線が伝送特性を示し、破線が反射特性を示している。グラフによれば、低損失であり、且つ通過帯域の近傍の減衰量が大きい、優れた伝送特性が得られていることがわかる。これにより、本発明の効果が確認できた。
21a,21b:外導体
27a:アンテナ端子
27b:送信端子
27c:受信端子
28:送信用フィルタ
29:受信用フィルタ
30:誘電体ブロック
30a:第1主面
30b:第2主面
30c:第1側面
30d:第2側面
30e:第3側面
30f:第4側面
31a〜31g:第1貫通孔
32a〜32f:第2貫通孔
41a〜41g:内導体
61a〜61f:第1導体
62a〜62m:第2導体
63a〜63g:第3導体
51a,51b:端子電極
80:デュプレクサ
81:送信回路
82:アンテナ
83:受信回路
27a:アンテナ端子
27b:送信端子
27c:受信端子
28:送信用フィルタ
29:受信用フィルタ
30:誘電体ブロック
30a:第1主面
30b:第2主面
30c:第1側面
30d:第2側面
30e:第3側面
30f:第4側面
31a〜31g:第1貫通孔
32a〜32f:第2貫通孔
41a〜41g:内導体
61a〜61f:第1導体
62a〜62m:第2導体
63a〜63g:第3導体
51a,51b:端子電極
80:デュプレクサ
81:送信回路
82:アンテナ
83:受信回路
Claims (11)
- 直方体状の誘電体であり、複数の第1貫通孔と、1つ以上の第2貫通孔とを有する、誘電体ブロックと、
前記第1貫通孔の内面にそれぞれ配置された、第1内導体および第2内導体を含む複数の内導体と、
前記第1内導体に電気的または電磁気的に接続される第1端子電極と、
前記第2内導体に電気的または電磁気的に接続される第2端子電極と、
前記誘電体ブロックを取り囲むように配置された、基準電位に接続される外導体と、
を有しており、
前記第1貫通孔は、前記誘電体ブロックの互いに対向する第1側面および第2側面の一方から他方へ向かう方向である第1方向に貫通しているとともに、前記誘電体ブロックの互いに対向する第3側面および第4側面の一方から他方へ向かう方向である第2方向に互いに間隔を開けて配置されており、
前記第2貫通孔は、前記第1方向に貫通しているとともに、前記第2方向において、隣り合う前記第1貫通孔の間の位置に配置されており、
前記第1内導体は、前記第2方向の一方端に位置する前記第1貫通孔の内面に配置されており、
前記第2内導体は、前記第2方向の他方端に位置する前記第1貫通孔の内面に配置されており、
前記外導体は、前記誘電体ブロックの第1主面に接するとともに、前記誘電体ブロックの第2主面、前記第3側面および前記第4側面と間隔を開けて対向するように配置されており、
前記第1貫通孔は、前記誘電体ブロックの前記第2主面側に配置されており、前記第2貫通孔は、前記第1貫通孔に対して前記第1主面側に配置されていることを特徴とする誘電体フィルタ。 - 前記第2方向の中央に位置する前記第2貫通孔の体積が、前記第2方向の両端に位置する前記第2貫通孔の体積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の誘電体フィルタ。
- 前記第2貫通孔の体積が、前記第2方向における両端から中央に向けて段階的に大きくなっていることを特徴とする請求項2に記載の誘電体フィルタ。
- 前記誘電体ブロックの前記第1側面に配置された、前記内導体のうち互いに隣り合わない内導体同士を容量結合する1つ以上の第1導体を更に有しており、
前記第1導体は、前記内導体よりも前記第2主面側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の誘電体フィルタ。 - 前記誘電体ブロックの前記第1側面側の端部は、前記第1主面から前記第2主面へ向かう方向の長さが、他の部分よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の誘電体フィルタ。
- 前記内導体のうち互いに隣り合う内導体の間の静電容量を調整する1つ以上の第2導体が、前記誘電体ブロックの前記第2側面に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の誘電体フィルタ。
- 前記内導体と前記外導体との間の静電容量を調整するための1つ以上の第3導体が、前記誘電体ブロックの前記第2側面に配置されていることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の誘電体フィルタ。
- アンテナ端子と、送信端子と、受信端子と、前記アンテナ端子と前記送信端子との間に直列に接続された送信用フィルタと、前記アンテナ端子と前記受信端子との間に直列に接続された受信用フィルタと、を少なくとも有しており、前記送信用フィルタおよび前記受信用フィルタの少なくとも一方が、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の誘電体フィルタであることを特徴とするデュプレクサ。
- アンテナ端子と、送信端子と、受信端子と、前記アンテナ端子と前記送信端子との間に直列に接続された送信用フィルタと、前記アンテナ端子と前記受信端子との間に直列に接続された受信用フィルタと、を少なくとも有しており、前記送信用フィルタおよび前記受信用フィルタの一方が、請求項6または請求項7に記載の誘電体フィルタであり、前記誘電体ブロックの前記第1側面が前記送信用フィルタおよび前記受信用フィルタの他方に面するように配置されていることを特徴とするデュプレクサ。
- アンテナ端子と、送信端子と、受信端子と、前記アンテナ端子と前記送信端子との間に直列に接続された送信用フィルタと、前記アンテナ端子と前記受信端子との間に直列に接続された受信用フィルタと、を少なくとも有しており、前記送信用フィルタおよび前記受信用フィルタは、請求項6または請求項7に記載の誘電体フィルタであり、それぞれの前記誘電体ブロックの前記第1側面同士が対向するように配置されていることを特徴とするデュプレクサ。
- 請求項8乃至請求項10のいずれかに記載のデュプレクサと、前記アンテナ端子に直接または他の回路を介して接続されたアンテナと、前記送信端子に直接または他の回路を介して接続された送信回路と、前記受信端子に直接または他の回路を介して接続された受信回路と、を少なくとも有していることを特徴とする通信装置。
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