JPWO2020158793A1

JPWO2020158793A1 - 共振器、フィルタおよび通信装置

Info

Publication number: JPWO2020158793A1
Application number: JP2020569678A
Authority: JP
Inventors: 博道吉川; 浩児濱田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-11-11
Also published as: WO2020158793A1

Abstract

内部に空洞を有するシールド筐体であって、−Ｚ方向の側に位置する第１導体部と、＋Ｚ方向の側に位置する第２導体部とを含むシールド筐体と、筒状の誘電体から成る第１共振素子であって、＋Ｚ方向の端が第２導体部に接合され、−Ｚ方向の端が、第１導体部から離間して位置するように空洞内に配設された第１共振素子と、−Ｚ方向の端が第１導体部に接合され、＋Ｚ方向の端が、第２導体部から離間し、かつ第１共振素子に取り囲まれるように空洞内に配設された第２共振素子と、＋Ｚ方向の端が第２導体部に接合され、−Ｚ方向の端が、第１導体部から離間し、かつ第２共振素子に取り囲まれるように空洞内に配設された第３共振素子と、を備える。

Description

本開示は、共振器、それを用いたフィルタおよび通信装置に関する。

従来技術の一例は、特許文献１および２に記載されている。

特開２０１１−３５７９２号公報実開昭６３−１５９９０４号公報

本開示の共振器は、内部に空洞を有するシールド筐体であって、第１方向の側に位置する第１導体部と、前記第１方向と反対方向である第２方向の側に位置する第２導体部とを含むシールド筐体と、
筒状の誘電体から成る第１共振素子であって、前記第２方向の端が前記第２導体部に接合され、前記第１方向の端が、前記第１導体部から離間して位置するように前記空洞内に配設された第１共振素子と、
筒状の第２共振素子であって、前記第１方向の端が前記第１導体部に接合され、前記第２方向の端が、前記第２導体部から離間し、かつ前記第１共振素子に取り囲まれるように前記空洞内に配設された第２共振素子と、
筒状の第３共振素子であって、前記第２方向の端が前記第２導体部に接合され、前記第１方向の端が、前記第１導体部から離間し、かつ前記第２共振素子に取り囲まれるように前記空洞内に配設された第３共振素子と、を備えた構成である。

本開示のフィルタは、共振器であって、互いに電磁気的に結合するように列を成して配設された複数の共振器と、
前記列の一方端に位置する共振器に、電気的または電磁気的に接続される第１端子部と、
前記列の他方端に位置する共振器に、電気的または電磁気的に接続される第２端子部と、を有する構成である。

本開示の通信装置は、アンテナと、通信回路と、前記アンテナおよび前記通信回路に接続された上述のフィルタと、を有する構成である。

本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。

本開示の第１実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。図１に示す共振器を切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。第２共振素子および第３共振素子間の第３間隔ΔＬ３と共振周波数との関係を示すグラフである。第２共振素子および第３共振素子間の第３間隔ΔＬ３とＱ値との関係を示すグラフである。第３共振素子の長さと共振周波数との関係を示すグラフである。共振周波数とＱ値との関係を示すグラフである。共振周波数とＱ値との関係を示すグラフである。本開示の第２実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。本開示の第３実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。

本開示の第４実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。本開示の第５実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。本開示の第６実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。本開示の第７実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。本開示の第８実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。本開示の第９実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。本開示の第１０実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。本開示の実施形態のフィルタを模式的に示す断面図である。図１７に示すフィルタの斜視図である。図１７および図１８に示すフィルタが込み組まれた通信装置を示すブロック図である。

まず、本開示の共振器が基礎とする構成の共振器として、一方端を接地した柱状導体をシールドケース内に収容した共振器が知られている。また、柱状誘電体をシールドケース内に収容した共振器が知られている。

以下、本開示の実施形態に係る共振器、フィルタおよび通信装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本開示の第１実施形態の共振器を模式的に示す断面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。なお、以下の説明において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸座標系を想定し、図１の右方を＋Ｘ方向、図１の左方を−Ｘ方向、図１の紙面に垂直な奥行き方向を＋Ｙ方向、図１の紙面に垂直手前側を−Ｙ方向、図１の上方を＋Ｚ方向、図３の下方を−Ｚ方向とする。

本実施形態の共振器は、第１方向である−Ｚ方向の側に位置する第１導体部５、および−Ｚ方向と反対方向の第２方向である＋Ｚ方向の側に位置する第２導体部６を含み、内部に空洞７を有するシールド筐体１と、＋Ｚ方向の端が第２導体部６に接合され、−Ｚ方向の端が、第１導体部５から離間して位置するように空洞７内に配設された、筒状の誘電体から成る第１共振素子２と、−Ｚ方向の端が第１導体部５に接合され、＋Ｚ方向の端が、第２導体部６から離間し、かつ第１共振素子２に取り囲まれるように空洞７内に配設された筒状の第２共振素子３と、＋Ｚ方向の端が第２導体部６に接合され、−Ｚ方向の端が、第１導体部５から離間し、かつ第２共振素子３に取り囲まれるように空洞７内に配設された筒状の第３共振素子４と、を含んで構成される。

第２共振素子３は、円筒状の導体から成る。第３共振素子４は、第２共振素子３よりも小径の円筒状の導体から成る。第１共振素子２の＋Ｚ方向の端と、第２導体部６との間には、導体から成り、かつ第１共振素子２の＋Ｚ方向の端と第２導体部６とを接合する接合層８が設けられる。

ここで、本実施形態において、「Ｑ値」（Quality Factor）とは、誘電損失（ｔａｎδ）の逆数（１／ｔａｎδ）で表されるエネルギ蓄積能力を示す無次元のパラメータ指数であり、この値が高いほど誘電損失が少ないことを意味する。

第２共振素子３および第３共振素子４を構成する導体としては、金属および非金属導電性物質などの既知の種々の導電性材料を用いて形成することができる。共振器の特性を向上させるためには、たとえば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金を主成分とする導電性材料、あるいはＣｕ系、Ｗ系、Ｍｏ系、Ｐｄ系の導電性材料などを用いることができる。

シールド筐体１は、内部に共振空間としての空洞７を有する直方体の箱状の形状を有しており、基準電位に接続される。基準電位は、グランド電位、アース電位または接地電位とも呼ばれる電位をいう。シールド筐体１は、−Ｚ方向（図１では下方）の側に位置する第１導体部５と、＋Ｚ方向（図１では上方）の側に位置する板状の第２導体部６とが、導電性接合材によって接合されて構成される。第１導体部５は、４つの側壁部と底部とによって構成され、＋Ｚ方向に開放した断面が凹状の有底筒体である。第２導体部６は、矩形の平板状の板状体である。第１導体部５の対向する２つ側壁部には、外部回路との接続に利用される貫通孔９および貫通孔１０が形成される。第１導体部５の＋Ｚ方向に臨む端面には、第２導体部６の−Ｚ方向に臨む表面の周縁部が導電性接合材によって接合され、第１導体部５の開口が第２導体部６によって塞がれている。

第１導体部５および第２導体部６は、金属および非金属導電性物質などの既知の種々の導電性材料を用いて形成することができる。共振器の特性を向上させるためには、たとえば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金を主成分とする導電性材料、またはＣｕ系、Ｗ系、Ｍｏ系、Ｐｄ系の導電性材料を用いることができる。

第１導体部５と第２導体部６とを接合する導電性接合材としては、半田や導電性接着剤など、種々の既知の導電性接合材を用いることができる。場合によっては、ねじまたはボルトによって第１導体部５と第２導体部６とを互いに電気的に接続された状態で機械的に締結して接合してもよい。空洞７内は、空気で満たされているが、真空であってもよく、空気以外の気体、たとえば不活性ガスで満たされていてもよい。

第１共振素子２は、図２に示す平面視において、空洞７の中央に配置されており、Ｚ方向に延びる円筒状の形状を有している。また、第１共振素子２は、＋Ｚ方向の端が第２導体部６に導電性接合材から成る接合層８によって接合されている。接合層１３は、メタライジング(Metalizing)によって約１ｍｍの厚さを有する。第１共振素子２の−Ｚ方向の端と、シールド筐体１の第１導体部５の底面とは、±Ｚ方向に第１間隔ΔＬ１をあけて離間している。すなわち、第１共振素子２の＋Ｚ方向の端の端面全体が第２導体部６の空洞７側の表面に接合しており、第１共振素子２の−Ｚ方向の端の端面とシールド筐体１の第１導体部５の底面との間は、±Ｚ方向に第１間隔ΔＬ１をあけて離間している。誘電体に電界を集中させると、共振周波数を下げることができるが、高次モードの共振周波数も下がってしまう。そのため、このような第１間隔ΔＬ１をあけて第１共振素子２とシールド筐体１とを離間させることによって、誘電体から成る第１共振素子２と金属から成るシールド筐体１との間に誘電率の低い上記の空気または不活性ガスなどで満たされた空間を介在させ、高次モードの共振周波数を高くすることができる。

本実施形態では、第１共振素子２は前述のように誘電体によって構成され、第２および第３共振素子３，４は導体によって構成されている。第１共振素子２、第２共振素子３および第３共振素子４は、Ｚ軸に平行な一直線を中心軸線として同一軸線上に配設されている。すなわち、第２共振素子３は、空洞７の中央に第１共振素子２と同一軸線上に配置されており、±Ｚ方向に平行な直線を中心線とする円筒体として実現されている。

第２共振素子３の内側には、平面視において、第３共振素子４が第１共振素子２および第２共振素子３と同一軸線を成して配設されている。第２共振素子３は、第１共振素子２と半径方向に第３間隔ΔＬ３をあけて離間し、第１共振素子２によって取り囲まれた状態で空洞７内に配設されている。第２共振素子３の−Ｚ方向の端の端面は、第１導体部５の底部の表面に導電性接合材によって接合されている。第２共振素子３の＋Ｚ方向の端の端面は、第２導体部６の＋Ｚ方向に臨む表面から＋Ｚ方向に第２間隔ΔＬ２をあけて離間している。第２共振素子３の外周面と第１共振素子２の内周面とは、半径方向に第３間隔ΔＬ３をあけて離間している。

第３共振素子４の＋Ｚ方向の端の端面は、第２導体部６の−Ｚ方向に臨む表面に導電性接合材によって接合され、第３共振素子４の−Ｚ方向の端の端面は、第２共振素子３の＋Ｚ方向の端の端面よりも−Ｚ方向に延び、第２共振素子３内に挿入している。第３共振素子４の外周面は、第２共振素子３の内周面から半径方向に第４間隔ΔＬ４をあけて離間しており、Ｚ軸を含むＸ−Ｚ平面において、Ｚ方向に距離Ｌ１だけ第２共振素子３と重なるように配設されている。

このような第２間隔ΔＬ２によって、第２共振素子３と第２導体部６との間の空間が、電磁エネルギの蓄積容量として働く誘電性ギャップとなり、第２間隔ΔＬ２を調整することによって、共振周波数およびＱ値を制御することができる。また、第３間隔ΔＬ３によって、第１共振素子２と第２共振素子３との間の空間が電界エネルギの蓄積容量として働く容量性ギャップとなり、第３間隔ΔＬ３を調整することによって、共振周波数およびＱ値を制御することができる。さらに、第４間隔ΔＬ４によって、第２共振素子３と第３共振素子４との間の空間が電磁エネルギの蓄積容量として働く誘電性ギャップとなり、第４間隔ΔＬ４を調整することによって、共振周波数およびＱ値を制御することができる。

本実施形態の第２共振素子３および第３共振素子４は、金属や非金属導電性物質のような既知の種々の導電性材料を用いて形成することができる。共振器の特性を向上させるためには、たとえば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金を主成分とする導電性材料、またはＣｕ系、Ｗ系、Ｍｏ系、Ｐｄ系の導電性材料などを適宜選択して用いることができる。

第１共振素子２のＺ方向の長さは、空洞７の±Ｚ方向の寸法の８０％以上であってもよく、空洞７の±Ｚ方向の寸法の９０％以上であってもよい。また、第２共振素子３は、±Ｚ方向の長さの半分以上の部分が第１共振素子２によって囲まれていてもよい。第２共振素子３における第１共振素子２に囲まれている部分のＺ方向の長さは、第１共振素子２のＺ方向の長さの５０％以上であってもよい。さらに電気特性を向上するという観点からは、上記比率は８０％以上であってもよい。９０％以上とすれば、さらに電気特性が向上する。この理由としては、本共振モードの原理として、第２共振素子３と第３共振素子４の偶モードと奇モードとの結合を利用しているためである。この場合、第３共振素子４の第２共振素子３によって囲まれている±Ｚ方向の長さの比率が大きいほど、偶モードと奇モードとの結合が強くなり、偶奇モードの共振周波数が離れる。それに加えて、第１共振素子２の誘電体の体積によって、より共振周波数を下げることができる。このため、第１共振素子２と第２共振素子３との±Ｚ方向の長さの比率は、ある程度大きいことが重要である。空洞７の大きさ、第１共振素子２の直径、第１共振素子２と第２共振素子３との第４間隔ΔＬ４、第１共振素子２の厚さおよび第２共振素子３の厚さは、所望するサイズ、基本モード共振の共振周波数および高次モード共振の共振周波数に応じて適宜設定される。このような共振器は、ＴＥＭ(Transverse Electric and Magnetic)モードに類似した共振モードを有する共振器として機能する。

第１共振素子２は、第２導体部６との接合部２８の気孔面積率が軸方向（図１に示す例では、±Ｚ方向）中央部の気孔面積率より低くてもよい。

このような構成であると、共振に伴って第１共振素子２で発生した熱の第２導体部６への伝達が促進されるため、発熱による共振器の特性（例えば、共振周波数、Ｑ値）への悪影響を低減することができる。

例えば、軸方向（図１に示す例では、±Ｚ方向）中央部の気孔面積率は、３％以下であって、第２導体部６との接合部２８の気孔面積率との差は、０．１％以上である。

第２導体部６との接合部２８とは、第１共振素子２の±Ｚ方向の全長に対して、第２導体部６側の端面からーＺ方向に長さ１０％以内の領域をいい、軸方向中央部とは、両端面間の中央に位置する仮想平面から＋Ｚ方向に長さ１０％以内の領域および−Ｚ方向に長さ１０％以内の領域をいう。

第１共振素子２は、内周側表層部の気孔面積率および外周側表層部の気孔面積率が内周側表層部と外周側表層部との間に位置する中間部の気孔面積率より高くてもよい。

このような構成であると、第１共振素子２の外周面や内周面に被覆層（後述する外周面被覆層および内周面被覆層）を形成する場合、中間部は高い特性を維持しつつ、内周側表層部および外周側表層部は、被覆層に対するアンカー効果が高くなり、発熱が繰り返し生じても信頼性を維持することができる。外周面や内周面に被覆層を形成して、気孔内に微小空隙が残った場合には残留応力を緩和することもできる。

例えば、中間部の気孔面積率は、１．５％以下であって、内周側表層部の気孔面積率および外周側表層部の気孔面積率との差は、０．１％〜１％である。

内周側表層部とは、第１共振素子２の肉厚に対して、内周面から厚み方向に１０％以内の領域、外周側表層部とは、第１共振素子２の肉厚に対して、外周面から厚み方向に１０％以内の領域をいう。中間部は、内周面と外周面との間に位置する仮想円周面から内周面に向かって厚み１０％以内の領域および外周面に向かって長さ１０％以内の領域をいう。

上記各領域における気孔面積率は、画像解析ソフト「Ａ像くん」(ｖｅｒ２．５２)」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用いて求めればよい。

具体的には、まず、測定対象面を得るために、平均粒径Ｄ_５０が３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて第１共振素子２の端面、外周面、内周面、軸方向中央部の断面および中間部の断面をそれぞれ銅盤にて研磨する。その後、平均粒径Ｄ_５０が０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫盤にて研磨することにより測定対象面を得る。ここで測定対象面の算術平均粗さＲａは、例えば、０．０１μｍ〜０．２μｍである。

測定対象面を２００倍の倍率で観察し、平均的な範囲を選択して、例えば、面積が０．１０５ｍｍ^２（横方向の長さが３７４μｍ、縦方向の長さが２８０μｍ）となる範囲をＣＣＤカメラで撮影して、観察像を得る。この観察像を対象として、画像解析ソフト「Ａ像くん(ｖｅｒ２．５２)」を用いて粒子解析という手法で気孔面積率を求めればよい。

この手法の設定条件としては、例えば、画像の明暗を示す指標であるしきい値を８６、明度を暗、小図形除去面積を１μｍ^２、雑音除去フィルタを有とすればよい。観察像の明るさに応じて、しきい値を調整してもよい。明度を暗とし、２値化の方法を手動とし、小図形除去面積を１μｍ^２および雑音除去フィルタを有とした上で、観察像に現れるマーカーが気孔の形状と一致するように、しきい値を調整すればよい。

第１共振素子２の誘電体材料としては、誘電体セラミックスなどの既知の誘電体材料を用いることができる。たとえば、希土類元素（Ｌｎ）、Ａｌ、Ｍ（ＭはＣａおよびＳｒの少なくともいずれか）およびＴｉを含む酸化物、Ｂａ_３Ｔｉ_１２Ｚｎ_７Ｏ_３４、ＢａＴｉＯ_３、Ｐｂ_４Ｆｅ_２Ｎｂ_２Ｏ_１２、ＴｉＯ_２などを含有する強誘電性セラミックスを好適に用いることができる。希土類元素（Ｌｎ）、Ａｌ、Ｍ（ＭはＣａおよびＳｒの少なくともいずれか）およびＴｉを含む酸化物を誘電体セラミックスとして用いる場合、組成式をａＬｎ_２Ｏ_ｘ・ｂＡｌ_２Ｏ_３・ｃＭＯ・ｄＴｉＯ_２（但し、３≦ｘ≦４）と表したとき、ａ、ｂ、ｃ、ｄが、
０．０５６≦ａ≦０．２１４ …（１）
０．０５６≦ｂ≦０．２１４ …（２）
０．２８６≦ｃ≦０．５００ …（３）
０．２３０＜ｄ＜０．４７０ …（４）
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１ …（５）
を満足し、結晶系が六方晶および斜方晶の少なくともいずれかの結晶を８０体積％以上有する酸化物からなり、Ａｌの酸化物の少なくとも一部がβ−Ａｌ_２Ｏ_３およびθ−Ａｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれかの結晶相として存在するとともに、β−Ａｌ_２Ｏ_３およびθ−Ａｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれかの結晶相を１／１０００００〜３体積％含んでいるとよい。

このような構成であると、高周波領域で高い比誘電率εrおよび高いＱ値を兼ね備えた第１共振素子２とすることができる。

β−Ａｌ_２Ｏ_３およびθ−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶の存在、各結晶の結晶系の同定は、上記誘電体セラミックスをイオンシニング装置（例えば、Technoorg Linda製）を用いて加工した後、透過電子顕微鏡による観察、制限視野電子回折像による解析、エネルギ−分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＳ分析）による測定、微小Ｘ線回折法などによる測定等により行えばよい。

Ｂａ_３Ｔｉ_１２Ｚｎ_７Ｏ_３４を含む誘電体セラミックスとして用いる場合、Ｂａ_３Ｔｉ_１２Ｚｎ_７Ｏ_３４を主成分とし、ＢａＴｉ_４Ｏ_９およびＢａ_３Ｔｉ_１２Ｚｎ_７Ｏ_３４の少なくともいずれかを含んでいるとよい。

このような構成の場合も、高周波領域で高い比誘電率εrおよび高いＱ値を兼ね備えた第１共振素子２とすることができる。

Ｂａ_３Ｔｉ_１２Ｚｎ_７Ｏ_３４、ＢａＴｉ_４Ｏ_９およびＢａ_３Ｔｉ_１２Ｚｎ_７Ｏ_３４の同定は、Ｘ線回折法を用いて行い、最も多い成分である主成分は、リートベルト法を用いて特定すればよい。

場合によっては、エポキシ樹脂などの樹脂を用いることもできる。第１共振素子２とシールド筐体１とは、接合層１３によって接合される。接合層１３の導電性接合材としては、たとえば導電性接着剤のような種々の既知の導電性接合材を用いることができる。

前述の特許文献１などに記載される本開示の共振器が基礎とする構成の共振器は、小型化が困難であるという問題がある。そして、シールドケースの内側の全体に誘電体を充填することによって小型化すると、高次モード共振の共振周波数が大きく低下して基本モード共振の共振周波数に近接し、電気特性が悪化するという問題がある。また、第１共振素子としての柱状導体の開放端とシールドケースとの間に誘電体を配置して小型化すると、Ｑ値が大きく低下して電気特性が悪化するという問題がある。

このような本開示の共振器が基礎とする構成の共振器に対し、前述の本実施形態の共振器は、特許文献１などの本開示の共振器が基礎とする構成の共振器よりも小型化することができ、特許文献１などの本開示の共振器が基礎とする構成の共振器のシールドケースの内側全体に誘電体を充填したものよりも高次モード共振の共振周波数の低下を抑制でき、さらに特許文献１などの本開示の共振器が基礎とする構成の共振器の柱状導体の開放端とシールドケースとの間に誘電体を配置したものよりも、Ｑ値の低下を抑制することができる。すなわち、本実施形態の共振器は、基本モード共振の共振周波数と高次モード共振の共振周波数との差が大きく、Ｑ値が高い、優れた電気特性を有しているとともに小型である。すなわち、本実施形態の共振器は、小型で電気特性が優れている。

また、上述した構成を有する本実施形態の共振器は、たとえば、以下のようにして作製することができる。まず、第１共振素子２および第３共振素子４の＋Ｚ方向の端を第２導体部６に接合した構造体を作製する。また、第２共振素子３の＋Ｚ方向の端を第１導体部５に接合した構造体を作製する。そして、第１共振素子２および第３共振素子４が第２共振素子３の内側に位置するように、上記の第１導体部５と第２導体部６とを接合することによって、本実施形態の共振器を製造することができる。よって、第１共振素子２および第３共振素子４の＋Ｚ方向の端が第２導体部６に確実に接合され、第２共振素子３の＋Ｚ方向の端が第１導体部５に確実に接合された、信頼性が高い共振器を、容易に製造することができる。

また、本実施形態の共振器では、第２共振素子３および第３共振素子４が筒状の形状を有している。よって、単純な形状を有する１つの第１共振素子２によって、第２共振素子３から半径方向に第４間隔ΔＬ４をあけて第２共振素子３および第３共振素子４の周囲を取り囲むことができるので、さらに量産性に優れている。

図３は第２共振素子３および第３共振素子４の間の第３間隔ΔＬ３と共振周波数との関係を示すグラフであり、図４は第２共振素子３および第３共振素子４の間の第３間隔ΔＬ３とＱ値との関係を示すグラフであり、図５は第３共振素子４の長さと共振周波数との関係を示すグラフである。図６は共振周波数とＱ値との関係を示すグラフであり、図７は共振周波数とＱ値との関係を示すグラフである。

本件発明者は、第２共振素子３と第３共振素子４との間の半径方向の第３間隔ΔＬ３および第３共振素子４が第２共振素子３によって囲まれている±Ｚ方向の長さに対する共振器の電気特性を確認するため、コンピュータを用いた数値解析によって、本実施形態の共振器を模擬した数値解析モデルによってシミュレーション解析を行なった。なお、このシミュレーション解析を行なうに際して、共振器の数値解析モデルにおける貫通孔９，１０は省略して数値解析処理を行った。

数値解析モデルにおいて、第１共振素子２を構成する誘電体は、比誘電率を４３とし、誘電正接を３×１０^−５とした。第２共振素子３および第３共振素子４の導電率は、４．２×１０^７Ｓ／ｍとした。空洞７の±Ｘ方向の寸法および±Ｙ方向の寸法は３８ｍｍとし、空洞７の±Ｚ方向の寸法は２０ｍｍとした。第１共振素子２の内径は１１．２ｍｍとし、第２共振素子３の外径は２５．２ｍｍとし、第１共振素子２の±Ｚ方向の長さは１９ｍｍとした。第２共振素子３の内径は８ｍｍとし、第２共振素子３の外径は１０ｍｍとし、第２共振素子３の±Ｚ方向に長さの長さは１９ｍｍとした。また、第３共振素子４の内径は４ｍｍとし、第３共振素子４の外径は６ｍｍとし、第３共振素子４の±Ｚ方向の長さは５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍの７種類とした。第２共振素子３と第３共振素子４との間の半径方向の第３間隔ΔＬ３は、１．０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍのように多段階的に変化させた。

シミュレーションの結果を、以下の表１、表２、表３に示す。

表１に示すように、第２共振素子３と第３共振素子４との間の半径方向の第３間隔ΔＬ３を１．０ｍｍの一定値とし、第３共振素子４の±Ｚ方向の長さを、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍのそれぞれに変化させ、各長さ５ｍｍ〜１８ｍｍのそれぞれについて共振周波数およびＱ値を算出した。その結果、第２共振素子３と第３共振素子４との間の半径方向の第３間隔ΔＬ３が一定であるとき、第３共振素子４の±Ｚ方向の長さが短いほど、高いＱ値が得られることが確認された。

表２に示すように、第２共振素子３と第３共振素子４との間の半径方向の第３間隔ΔＬ３を０．５ｍｍの一定値とし、第３共振素子４の±Ｚ方向の長さを、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍのそれぞれに変化させ、各長さ５ｍｍ〜１２ｍｍのそれぞれについて共振周波数およびＱ値を算出した。その結果、第３共振素子４の長さが５ｍｍのＱ値は３００５であるのに対し、最長の長さ１２ｍｍした場合のＱ値は２４２１である。したがって第３共振素子４の長さは短いほどＱ値は高くなることが確認された。また、第３共振素子が上記の表１および表２において同一の５ｍｍの場合、第３間隔ΔＬ３を０．５ｍｍとした表２のＱ値が３００５であるのに対し、第３間隔ΔＬ３が１．０ｍｍの表１では、Ｑ値が３２１２と高く、第２共振素子３と第３共振素子４との間の半径方向の間隔が大きいほど、高いＱ値が得られることが確認された。

表３に示すように、第２共振素子３と第３共振素子４との間の半径方向の第３間隔ΔＬ３を０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍのそれぞれに変化させ、第３共振素子４の±Ｚ方向の長さは１２ｍｍの一定値とした。その結果、第３共振素子４の長さを一定とした場合、第３間隔ΔＬ３が大きいほど、Ｑ値も高くなることが確認された。

＜第２実施形態＞
図８は本開示の第２実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、第１導体部５の底部に設けられ、導体から成り、第２共振素子３の内側で第１導体部５からの＋Ｚ方向の突出量を変化させることによって周波数を調整するための第１周波数調整具１４と、第２導体部６に第３共振素子４を接合する導電性材料から成るねじ部材１５とを、さらに含む。このような第１周波数調整具１４の空洞７への突出量を調整することによって、共振周波数を高精度で調整することができる。第１周波数調整具１４は、チューニングねじとして機能し、第１周波数調整具１４の突出量を調整することによって、容量性ギャップが変化し、よって共振周波数を制御することができる。このような共振器構造は、リエントラント（re-entrant）コムライン共振器と呼ばれる。

＜第３実施形態＞
図９は本開示の第３実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、第２導体部６に設けられ、導体から成り、第３共振素子４の内側で第２導体部６からの−Ｚ方向の突出量を変化させることによって周波数を調整するための第２周波数調整具１６と、第１導体部５に第２共振素子３を接合する導電性材料から成るねじ部材１７とを、さらに含む。このような第２周波数調整具１６の空洞７への突出量を調整することによって、共振周波数を高精度で調整することができる。

＜第４実施形態＞
図１０は本開示の第４実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、第２共振素子３が、誘電体から成る誘電体層１８と、誘電体層１８の外周面に形成された導体から成る被覆層１９とを有し、−Ｚ方向の端が第１導体部５に導電性材料から成す接合層２０によって接合される。誘電体層１８は、第１共振素子２と同様な材料、すなわちＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金を主成分とする導電性材料、またはＣｕ系、Ｗ系、Ｍｏ系、Ｐｄ系の導電性材料などを適宜選択して用いることができ、メタライズ処理によって、たとえば厚さ５〜２０μｍの導電膜として形成される。最低限度の膜厚としては、使用する周波数における表皮効果の厚みよりも厚い必要がある。接合層２０と第１導体部５とは、半田などを用いて接合してもよい。この場合には、半田が導電性接合材として機能する。このような構造を採用することによって、計算上、Ｑ値を約４０程度上昇させることができる。

＜第５実施形態＞
図１１は本開示の第５実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、図８に示す実施形態の第１周波数調整具１４およびねじ部材１５を用いる構成に、図１０に示す実施形態の誘電体層１８および被覆層１９から成る第２共振素子３が組み合わされた構成とされる。

このような構成によっても、前述の第２実施形態と同様に、第１周波数調整具１４は、チューニングねじとして機能し、第１周波数調整具１４の突出量を調整することによって、容量性ギャップが変化し、これによって共振周波数を調整することができる。

＜第６実施形態＞
図１２は本開示の第６実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、図１０の実施形態と同様に、第２共振素子３が誘電体層１８と、誘電体層１８の外周面に形成された導体から成る被覆層１９とを有する構成とされ、第３共振素子４が誘電体層２１と、誘電体層２１の外周面に形成された導体から成る被覆層２２とを有する構成とされる。このような構成を採用することによって、第２共振素子３および第３共振素子４を、例えば、円筒状の誘電体とその外周面を被覆する金属膜とによって実現することができる。これによって第２共振素子３および第３共振素子４を金属だけで構成する場合に比べて、重量を低減し、軽量化を図ることができる。

＜第７実施形態＞
図１３は本開示の第７実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、図１２に示す実施形態の構成に加えて、図１１の実施形態と同様な第１周波数調整具１４を備える。このような構成によっても、前述の実施形態と同様に、第１周波数調整具１４の空洞７内への突出量を調整することによって、共振周波数の微調整を可能とし、共振器の小型化を図ることができる。

＜第８実施形態＞
図１４は本開示の第８実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、導体から成り、第１共振素子２の外周面の＋Ｚ方向の端付近の少なくとも一部を被覆するように設けられた外周面被覆層２５と、第１共振素子２の内周面の＋Ｚ方向の端付近の少なくとも一部を被覆するように設けられた内周面被覆層２６とを有する構成であってもよい。このような構成を採用することによって、例えば、円筒状の誘電体の外周面および内周面に既知の成膜法によって金属膜を形成すればよいので、容易に外周面被覆層２５および内周面被覆層２６を有する第１共振素子２を作製することができ、共振器の製造を容易化することができる。

＜第９実施形態＞
図１５は本開示の第９実施形態の共振器を模式的に示す断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、第１共振素子２の＋Ｚ方向の側の端と、第３共振素子４の＋Ｚ方向の側の端とが、第２導体部６の−Ｚ方向に臨む表面に設けられた誘電体から成る支持部２７に接合されてもよい。支持部２７は、板状の基部２７ａと、基部２７ａの一方の主面に一体に設けられる突部２７ｂとを有する。この場合、第２導体部６の空洞７に臨む一主面側に、突部２７ｂが嵌合する凹部６ａが形成される。このような構成を採用することによって、第１共振素子２および第３共振素子４が導電性接合材によって接合された支持部２７を準備し、第２導体部６の凹部６ａに、突部２７ｂを凹部６ａに嵌合させながら支持部２７を導電性接合材によって接合し、この組立て体を第１導体部５に接合すればよいので、組立て作業が簡素化され、共振器の製造工程を容易化することができる。このような構成によっても、前述の実施形態と同様に、共振周波数の微調整を可能とし、共振器の小型化を図ることができる。

＜第１０実施形態＞
図１６は本開示の第１０実施形態の共振器を模式的に示す断面図である、なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の共振器は、第２周波数調整具１６の外径が図９の実施形態に比べて大きく構成される。第２周波数調整具１６の外径が大きいほど、調整可能なチューニングレンジとも称される周波数調整範囲が大きくなるので、共振周波数の調整幅が広い共振器を実現することができる。このような構成によっても、前述の実施形態と同様に、共振周波数の微調整を可能とし、共振器の小型化を図ることができるとともに、共振周波数の調整具が一体となった共振器が実現されるので、異なる共振周波数であっても同じ構成の共振器によって実現することが可能となり、製造コストを低減し、生産性を向上することができる。

＜フィルタ＞
図１７は本開示の実施形態のフィルタを模式的に示す断面図であり、図１８は図１７に示すフィルタの斜視図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態のフィルタＦは、列を成す複数の共振器３０ａ，３０ｂと、列の一方端に位置する共振器３０ａに、電気的または電磁気的に接続される第１端子部３１と、列の他方端に位置する共振器３０ｂに、電気的または電磁気的に接続される第２端子部３２とを有する。

このような構成によって、フィルタは、携帯電話に代表されるマイクロ波通信機器のフィルタ、すなわち濾波器として使用され、送受信に必要な周波数帯域のみを通過させ、不要な周波数帯域を遮断する。またその他の通信端末では、主にデュプレクサなどのアンテナ共用器としても使用される。本実施形態のフィルタは，圧電素子を応用したフィルタとは異なり機械的な振動は全くなく、電磁波自体が空洞７内で共振する。空洞７内においては，電磁波の波長が自由空間の１／√εr (εr：比誘電率) に短縮されるため、共振系寸法を小さくすることができる。

＜通信装置＞
図１９は図１７および図１８に示すフィルタが込み組まれた通信装置を示すブロック図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の通信装置は、アンテナ４０と、通信回路４１と、アンテナ４０および通信回路４１に接続されたフィルタＦとを有している。フィルタＦは、前述した一実施形態のフィルタである。アンテナ４０および通信回路４１は、既知の従来のものである。

このような構成を有する本実施形態の通信装置は、小型で電気特性が優れた前述のフィルタを用いて不要な電気信号を除去することから、小型化が可能であり、通信品質を良くすることができる。

本開示は次の実施の形態が可能である。

本開示の共振器によれば、小型で電気特性の優れた共振器を得ることができる。本開示のフィルタによれば、小型で電気特性の優れたフィルタを得ることができる。本開示の通信装置によれば、小型で通信品質の優れた通信装置を得ることができる。

本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本開示の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本開示の範囲内のものである。

１シールド筐体
２第１共振素子
３第２共振素子
４第３共振素子
５第１導体部
６第２導体部
７空洞
８，９貫通孔
１３，２０接合層
１４第１周波数調整具
１５，１７ねじ部材
１６第２周波数調整具
１８，２１誘電体層
１９，２２被覆層
２５外周面被覆層
２６内周面被覆層
２８接合部

Claims

内部に空洞を有するシールド筐体であって、第１方向の側に位置する第１導体部と、前記第１方向と反対方向である第２方向の側に位置する第２導体部とを含むシールド筐体と、
筒状の誘電体から成る第１共振素子であって、前記第２方向の端が前記第２導体部に接合され、前記第１方向の端が、前記第１導体部から離間して位置するように前記空洞内に配設された第１共振素子と、
筒状の第２共振素子であって、前記第１方向の端が前記第１導体部に接合され、前記第２方向の端が、前記第２導体部から離間し、かつ前記第１共振素子に取り囲まれるように前記空洞内に配設された第２共振素子と、
筒状の第３共振素子であって、前記第２方向の端が前記第２導体部に接合され、前記第１方向の端が、前記第１導体部から離間し、かつ前記第２共振素子に取り囲まれるように前記空洞内に配設された第３共振素子と、を備えた共振器。
前記第２共振素子は、導体から成る、請求項１に記載の共振器。
前記第２共振素子は、誘電体から成る誘電体層と、前記誘電体層の外周面に形成された導体から成る被覆層と、を有する請求項１に記載の共振器。
前記第３共振素子は、導体から成る、請求項１〜３のいずれか１つに記載の共振器。
前記第３共振素子は、誘電体から成る誘電体層と、前記誘電体層の外周面に形成された導体から成る被覆層と、を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の共振器。
前記第１共振素子の前記第２方向の端と、前記第２導体部との間に位置し、導体から成り、前記第１共振素子の前記第２方向の端と前記第２導体部とを接合する接合層を、さらに備える請求項１〜５のいずれか１つに記載の共振器。
第１周波数調整具であって、第１導体部に設けられ、導体から成り、前記第２共振素子の内側で前記第１導体部からの突出量を変化させることによって周波数を調整するための第１周波数調整具を、さらに備える請求項１〜６のいずれか１つに記載の共振器。
第２周波数調整具であって、前記第２導体部に設けられ、導体から成り、前記第３共振素子の内側で前記第２導体部からの突出量を変化させることによって周波数を調整するための第２周波数調整具を、さらに備える請求項１〜７のいずれか１つに記載の共振器。
前記第２導体部と前記第１共振素子の前記第２方向の端との間に位置し、誘電体から成る支持部を有する、請求項１〜８のいずれか１つに記載の共振器。
導体から成り、前記第１共振素子の外周面の少なくとも一部を被覆するように設けられた外周面被覆層を有する、請求項１〜９のいずれか１つに記載の共振器。
導体から成り、前記第１共振素子の内周面の少なくとも一部を被覆するように設けられた内周面被覆層を有する、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の共振器。
前記第１共振素子は、前記第２導体部との接合部の気孔面積率が軸方向中央部の気孔面積率より低い、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の共振器。
前記第１共振素子は、内周側表層部の気孔面積率および外周側表層部の気孔面積率が前記内周側表層部と前記外周側表層部との間に位置する中間部の気孔面積率より高い、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の共振器。
請求項１〜１３のいずれか１つに記載の共振器であって、互いに電磁気的に結合するように列を成して配設された複数の共振器と、
前記列の一方端に位置する共振器に、電気的または電磁気的に接続される第１端子部と、
前記列の他方端に位置する共振器に、電気的または電磁気的に接続される第２端子部と、を有するフィルタ。
アンテナと、通信回路と、前記アンテナおよび前記通信回路に接続された請求項１４に記載のフィルタと、を有する通信装置。