TWI744042B - 介電質導波管共振器及介電質導波管濾波器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種雖具備共振頻率調整用之構造,但Q值較高之介電質導波管共振器及插入損失較低之介電質導波管濾波器。
介電質導波管濾波器101具備:介電質板1,具有彼此對向之第1主面MS1及第2主面MS2、以及將第1主面MS1之外緣及第2主面MS2之外緣相連之側面SS;第1面導體21,形成於第1主面MS1;第2面導體22,形成於第2主面MS2;側面導體膜8A~8D,形成於介電質板1之内部,將第1面導體21與第2面導體22連接;以及内部導體7A~7D,相對於第1主面MS1在垂直方向延伸,與第1面導體21及第2面導體22皆未電性連接。而且,在由第1面導體21、第2面導體22及側面導體膜8A~8D所圍繞之空間構成複數個介電質導波管共振空間。
Description
本發明係關於一種介電質導波管共振器及具備其之介電質導波管濾波器。
伴隨行動通訊的高速/大容量化,毫米波段之利用持續進展中。對於在利用此類毫米波段之行動通訊之基地台等所使用之濾波器,應用介電質導波管濾波器。
作為在毫米波段等所使用之介電質導波管濾波器,揭示於例如專利文獻1。該介電質導波管濾波器具備介電質導波管共振器,該介電質導波管共振器係藉由於介電質板之彼此對向之第1面與第2面分別形成第1導體層、第2導體層,且由連接該兩面之導體層間之多個通孔導體來形成墻柱(post wall)而構成。
又,專利文獻1中,揭示了以下内容,即,使於内部形成有通孔導體之盲孔從第1面往内部方向突出,利用金屬佈線部將導體層與通孔導體連接,藉此調整介電質導波管共振器之共振頻率。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]特開2018-125717號公報
[發明所欲解決之問題]
一般而言,介電質導波管共振器可使用介電質損失低之介電質材料,又,由於導體部係由基本上擴張為面狀之導體所構成,因此亦可將導體損耗抑制為較低。
然而,由於在專利文獻1所示之介電質導波管濾波器中,於盲孔形成之通孔導體之介電質基板内部中之前端、與該前端所對向之導體層之間之電場强度高,於通孔導體之前端部電流集中,因此,在該電流密度高的部分產生比較大的電阻損失。也就是,難以獲得Q值高之介電質導波管共振器,又,由此而存在有難以獲得插入損失低之介電質導波管濾波器之問題。
因此,本發明之目的在於,提供一種雖具備共振頻率調整用之構造,但Q值高之介電質導波管共振器、及插入損失低之介電質導波管濾波器。
[解決問題之手段]
作為本揭示之一例之介電質導波管共振器,具備:介電質板,具有彼此對向之第1主面及第2主面、以及將前述第1主面之外緣及前述第2主面之外緣相連之側面;第1面導體,形成於前述第1主面;第2面導體,形成於前述第2主面;連接導體,形成於前述介電質板之内部,將前述第1面導體與前述第2面導體連接;以及内部導體,相對於前述第1主面在垂直方向延伸,與前述第1面導體及前述第2面導體皆未電性連接;前述介電質導波管共振器構成由前述第1面導體、前述第2面導體及前述連接導體所圍繞之介電質導波管共振空間。
根據上述構成之介電質導波管共振器,由於内部導體從第1面導體及第2面導體分離,也就是,由於直流性地從第1面導體及第2面導體之電位浮起,因此,内部導體之端部之電流集中緩慢。因此,可獲得雖具備共振頻率調整構造,但Q值高之介電質導波管共振器。
又,作為本揭示之一例之介電質導波管濾波器,具備介電質導波管共振器,具有:介電質板,具有彼此對向之第1主面及第2主面、以及將前述第1主面之外緣及前述第2主面之外緣相連之側面;第1面導體,形成於前述第1主面;第2面導體,形成於前述第2主面;以及連接導體,形成於前述介電質板之内部,將前述第1面導體與前述第2面導體連接。而且,具備:内部導體,形成於前述介電質導波管共振器之内部,相對於前述第1主面在垂直方向延伸,與前述第1面導體及前述第2面導體皆未電性連接。
又,作為本揭示之一例之介電質導波管濾波器,具備:複數個介電質導波管共振器,分別具有:介電質板,具有彼此對向之第1主面及第2主面、以及將前述第1主面之外緣及前述第2主面之外緣相連之側面;第1面導體,形成於前述第1主面;第2面導體,形成於前述第2主面;以及連接導體,形成於前述介電質板之内部,將前述第1面導體與前述第2面導體連接;以及主耦合部,使前述複數個介電質導波管共振器之中、相鄰之介電質導波管共振器耦合。而且,前述複數個介電質導波管共振器之一部分或全部,具備:内部導體,形成於前述介電質導波管共振器之内部,相對於前述第1主面在垂直方向延伸,與前述第1面導體及前述第2面導體皆未電性連接。
根據上述構成之介電質導波管濾波器,如上述,由於成為具備内部導體中之電流集中緩慢,且Q值高之介電質導波管共振器,因此可獲得插入損失低之介電質導波管濾波器。
[發明效果]
根據本發明,可獲得一種雖具備共振頻率調整用之構造,但Q值高之介電質導波管共振器及插入損失低之介電質導波管濾波器。
以下,參照圖式舉出若干具體的例子,來表示用以實施本發明之複數個形態。在各圖中對相同部位標示相同符號。雖考慮到要點的說明或理解上的容易性,為便於說明而將實施形態分開表示,但可對在不同的實施形態所示之構成進行部分置換或組合。在第2實施形態以後,省略關於與第1實施形態共通之事項之記載,僅關於不同點進行說明。尤其是,關於由相同構成所致之相同作用效果不會在每個實施形態逐次言及。
《第1實施形態》
圖1(A)係第1實施形態之介電質導波管濾波器101之外觀立體圖,圖1(B)係表示介電質導波管濾波器101之内部構造之立體圖。圖2係將介電質導波管濾波器101之厚度方向擴大之立體圖。圖3係介電質導波管濾波器101之仰視圖。又,圖4係表示介電質導波管濾波器101所具備之4個介電質導波管共振器部分、介電質導波管共振器間之主耦合部及副耦合部之立體圖。
介電質導波管濾波器101具備介電質板1。介電質板1係例如將介電質陶瓷、水晶、樹脂等加工成立方體形狀者。於該介電質板1具有彼此對向之第1主面MS1及第2主面MS2、以及將第1主面MS1之外緣及第2主面MS2之外緣相連之四個側面SS。在該例中,介電質導波管濾波器101之尺寸為X方向3.5mm、Y方向3.5mm、Z方向0.6mm。
於介電質板1之第1主面MS1形成有第1面導體21,於介電質板1之第2主面MS2形成有第2面導體22。於介電質板1之側面SS形成有側面導體膜8A~8D。第1面導體21、第2面導體22及側面導體膜8A~8D係藉由例如濺鍍而形成之銅膜。
於介電質板1之内部,形成有相對於第1主面MS1在垂直方向延伸,與第1面導體21及第2面導體22皆未電性連接之内部導體7A~7D。關於該内部導體7A~7D之構造及作用,於下面進行詳述。
如圖1(B)、圖2等所示,於介電質板1之底面形成有輸入輸出電極24A、24B及接地電極23A、23B、23C、23D。於介電質板1之内部,形成有經由通孔導體3U、3V與輸入輸出電極24A、24B連接之帶狀導體16A、16B。又,於介電質板1之底面附近,形成有將接地電極23A、23B、23C、23D連接於第2面導體22之通孔導體3A~3T。
如圖1(B)、圖2等所示,於介電質板1之内層形成有窗用導體25A、25B。又,於介電質板1,形成有從第1面導體21到第2面導體22貫通之貫通通孔導體2A~2G。進而,於介電質板1,分別形成有從其第1面導體21到上述窗用導體25A延伸之通孔導體3A、3B、3C、從第2面導體22到上述窗用導體25B延伸之通孔導體3D、3E、3F。
輸入輸出電極24A、24B、接地電極23A~23D等係由例如銅膜所形成之導體圖案。又,貫通通孔導體2A~2G及通孔導體3A~3V係由例如導體糊之燒結等所形成之導體材料。
如圖4所示,介電質導波管濾波器101,形成有由第1面導體21、第2面導體22、側面導體膜8A~8D及貫通通孔導體2A~2G所圍繞之4個介電質導波管共振空間。圖4中二點鏈線,係表示於介電質板1構成之介電質導波管共振器之區分之假想線。如此,介電質導波管濾波器101具備4個介電質導波管共振器R1、R2、R3、R4。
以下,亦將「介電質導波管共振器」僅稱為「共振器」。共振器R1、R2、R3、R4皆係以TE(橫向電場)101模態為基本模態之共振器。也就是,以圖4所示之Z方向為電場方向,於沿著X-Y面之面方向磁場所旋繞之、電磁場分佈之共振模態,在X方向產生一個電場強度之峰值,在Y方向產生一個電場強度之峰值。
圖1(B)、圖2所示之内部導體7A~7D,係於俯視時(於Z方向觀察)配置在上述介電質導波管共振空間之中央。因此,在該等内部導體7A~7D與第1面導體21之間,及在内部導體7A~7D與第2面導體22之間分別產生局部的電容。此亦可實現内部導體7A~7D使介電質導波管共振空間之電場方向(Z方向)之間隔部分地縮小。
藉由利用上述内部導體7A~7D而產生之上述局部的電容,共振器R1、R2、R3、R4之共振頻率之調整成為可能。又,由於介電質導波管共振空間之電容成分增加,因此,可使為了獲得既定之共振頻率之、介電質導波管共振器之尺寸小型化。
如圖4所示,在共振器R1-R2間構成有主耦合部MC12,在共振器R2-R3間構成有主耦合部MC23,在共振器R3-R4間構成有主耦合部MC34。又,在共振器R1-R4間構成有副耦合部SC14。
圖4所示之主耦合部MC12係由圖1(B)所示之貫通通孔導體2D所構成。也就是,藉由利用貫通通孔導體2D使橫方向之開口縮小來構成耦合窗。又,圖4所示之主耦合部MC34係由圖1(B)所示之貫通通孔導體2G所構成。也就是,藉由利用貫通通孔導體2G使橫方向之開口縮小來構成耦合窗。
圖4所示之主耦合部MC23係由圖1(B)所示之貫通通孔導體2E、2F、通孔導體3A~3F及窗用導體25A、25B所構成。窗用導體25A、25B係由例如銅膜所形成之導體圖案。
圖4所示之副耦合部SC14係由圖1(B)、圖2所示之貫通通孔導體2A、2B、2C所構成。也就是,藉由利用貫通通孔導體2A、2B、2C使橫方向之開口縮小來構成耦合窗。
由於主耦合部MC12,係藉由貫通通孔導體2D,作為限制與共振器R1、R2之電場方向正交之寬度(X方向之寬度)之電感性耦合窗而發揮作用,因此,共振器R1-R2彼此進行電感性耦合。由於主耦合部MC34,係藉由貫通通孔導體2G,作為限制與共振器R3、R4之電場方向正交之寬度(X方向之寬度)之電感性耦合窗而發揮作用,因此,共振器R3-R4彼此進行電感性耦合。由於副耦合部SC14,係藉由貫通通孔導體2A、2B、2C,作為限制與共振器R1、R4之電場方向正交之寬度(Y方向之寬度)之電感性耦合窗而發揮作用,因此,共振器R1-R4彼此進行電感性耦合。另一方面,由於主耦合部MC23,係藉由通孔導體3A~3F及窗用導體25A、25B,作為限制共振器R2、R3之電場方向(Z方向)之寬度之電容性耦合窗而發揮作用,因此,共振器R2-R3彼此係電容性耦合。此外,雖貫通通孔導體2E、2F限制與共振器R2、R3之電場方向正交之寬度(Y方向之寬度),但在該例中,由於由通孔導體3A~3F及窗用導體25A、25B所致之、限制電場方向(Z方向)之寬度之作用强,因此,共振器R2-R3彼此進行電容性耦合。
圖5係構裝介電質導波管濾波器101之電路基板90之部分立體圖。於電路基板90形成有接地導體10及輸入輸出用連接區(land)15A、15B。在該電路基板90表面構裝介電質導波管濾波器101之狀態下,介電質導波管濾波器101之輸入輸出電極24A、24B與上述輸入輸出用連接區15A、15B連接,於介電質導波管濾波器101之底面形成之接地電極23A~23D與電路基板90之接地導體10連接。
於電路基板90,構成有與上述輸入輸出用連接區15A、15B相連之帶狀線、微帶線、共面線等之傳輸線路。
在圖1(B)、圖2等所示之介電質板1之内部的帶狀導體16A、16B傳輸TEM(橫向電磁)模態之訊號,該TEM模態之電磁場與共振器R1、R4之TE101模態之電磁場耦合而進行模態轉換。
圖6(A)、圖6(B)係表示構成本實施形態之介電質導波管濾波器101之4個共振器之耦合構造之圖。圖6(A)、圖6(B)中,共振器R1係第1段(初段)的共振器,共振器R2係第2段的共振器,共振器R3係第3段的共振器,共振器R4係第4段(終段)的共振器。圖6(A)、圖6(B)中雙線所示之路徑係主耦合部,虛線係副耦合部。又,圖6(A)、圖6(B)中,“L”表示電感性耦合,“C”表示電容性耦合。
本實施形態之介電質導波管濾波器101,共振器R1、R2、R3、R4沿著訊號傳輸之主路徑而配置主耦合部MC12、MC23、MC34,主耦合部MC12係電感性耦合部,主耦合部MC23係電容性耦合部,主耦合部MC34係電感性耦合部。也就是,主耦合部係由電感性耦合部與電容性耦合部所構成,電感性耦合部與電容性耦合部沿著訊號傳輸之主路徑交替重複配置。
又,本實施形態之介電質導波管濾波器101中,在與外部之間供訊號輸入輸出之共振器R1、和與該共振器R1耦合之共振器R2之間之主耦合部,係電感性耦合部。同樣地,在與外部之間供訊號輸入輸出之共振器R4、和與該共振器R4耦合之共振器R3之間之主耦合部,係電感性耦合部。
又,本實施形態之介電質導波管濾波器101中,共振器R1與共振器R4除了上述主耦合部MC12、MC23、MC34以外,亦沿著副耦合部SC14配置。也就是,在共振器R1與共振器R4之間形成有副耦合部SC14。該副耦合部SC14係電感性耦合部,副耦合部SC14之耦合與主耦合部MC12、MC23、MC34之耦合相比較弱。
圖7係通過内部導體7B之位置上的介電質導波管濾波器101之部分剖面圖。介電質板1係介電質層1A、1B、1C之積層體。内部導體7B係設在介電質層1B之實心圓柱狀的通孔導體,在内部導體7B與第1面導體21之間存在介電質層1A,在内部導體7B與第2面導體22之間存在介電質層1C。也就是,内部導體7B,係於複數層介電質層1A、1B、1C中之内層的介電質層1B形成之導體。如此,藉由以多層基板構成介電質板1,往介電質板1形成内部導體7B變得容易。
内部導體7B具有與第1面導體21平行地對向之面狀導體PC及與第2面導體22平行地對向之面狀導體PC。面狀導體PC係例如由銅膜所形成之導體圖案。藉由如此設置面狀導體PC,即便通孔導體之直徑細,也可容易地增大在内部導體7B與第1面導體21之間、及在内部導體7B與第2面導體22之間產生之局部的電容。進而,可容易地根據該面狀導體PC之面積將上述電容設定為既定值。又,由於亦可根據面狀導體PC之面積來規定上述電容,因此,可不受介電質層1B之厚度尺寸之影響而規定為既定之電容。
第1面導體21與内部導體7B之間之介電質層1A、及第2面導體22與内部導體7B之間之介電質層1C之介電係數,較位於其他區域之介電質(介電質層1B)的介電係數高。
介電質導波管共振空間中,存在亦產生在沿著第1面導體21及第2面導體22之方向電場所朝向(也就是,在相對於第1面導體21及第2面導體22之垂直方向(Z方向)磁場所旋繞)之寄生共振模態之情形。由於該寄生共振模態之電場之主要部分通過電場分佈之中央即介電質層1B,因此,即便介電質層1A、1C之介電係數高,寄生共振模態之共振頻率亦不太降低。相對於此,由於TE101模態之電場朝向相對於第1面導體21及第2面導體22之垂直方向(Z方向),因此,隨著介電質層1A、1C之介電係數變高,共振頻率降低。換言之,可藉由使介電質層1A、1C之介電係數高於介電質層1B之介電係數,而有效地使TE101模態之共振頻率從寄生共振模態之共振頻率偏離。藉此,可避免寄生共振之影響。
雖關於内部導體7B在圖7中已示出,但關於其他内部導體7A、7C、7D亦相同。
圖8(A)、圖8(B)係表示本實施形態之内部導體之作用之圖。圖8(A)係表示模擬用之内部導體7之電流密度之分佈之圖,圖8(B)係表示作為比較例之模擬用之導體7P之電流密度之分佈之圖。作為該比較例之介電質導波管濾波器中,使導體7P之一端與第1面導體21導通。
根據本實施形態,由於内部導體7從第1面導體21及第2面導體22分離,也就是,由於直流性地從第1面導體21及第2面導體22之電位浮起,因此,内部導體7中之電流集中緩慢(電流集中部被分散)。因此,可獲得Q值高之介電質導波管共振器。
此處,表示Q值向上之例。於模擬使用之介電質板,在相對介電係數為εr=8.5的LTCC(低溫燒結陶瓷)中,在將第1面導體21及第2面導體22之尺寸設為1.6mm×1.6mm,將第1面導體21與第2面導體22之間隔設為0.55mm時,TE101模態之共振頻率為45.4GHz,無負載Q(以下記為「Qo」)為350。於該介電質導波管共振空間,設置圖8(B)所示之比較例之導體7P,將共振頻率設為38.6GHz時,Qo為320。另一方面,在設置圖8(A)所示之本實施形態之内部導體7,將共振頻率設為38.6GHz時,Qo為349。也就是,與設置比較例之導體7P之介電質導波管共振器相比,Qo改善了約8%。又,藉由設置本實施形態之内部導體7而得之Qo之降低為0.3%的極少的程度。
其次,示出關於介電質板1内的内部導體的位置與Qo之關係。圖9係表示介電質板1内的内部導體的位置與Qo之關係之圖。於該例,在圖7中,第1面導體21與第2面導體22之間隔T為0.55mm,内部導體7B之高度H為0.32mm。在使該内部導體7B與第1面導體21之間隔G1、及内部導體7B與第2面導體22之間隔G2變化時,共振器之Qo係如圖9所示那樣變化。
圖9中,橫軸為間隔G1及G1/G2的值,縱軸為共振器之Qo。在G1=1.15mm時,G2=1.15mm,内部導體7B位於第1面導體21與第2面導體22之間的中央位置,於該狀態下,Qo成為349而成為最大值。雖若減小間隔G1則Qo逐漸降低,但其降低率小。而且,在設置了比較例之導體7P時,G1=0,Qo降低至320。
由於如此内部導體7與第1面導體21及第2面導體22皆未電性連接,也就是,由於直流性地從第1面導體21及第2面導體22之電位浮起,因此,内部導體7中之電流集中緩慢。因此,可獲得Q值高之介電質導波管共振器。又,可獲得插入損失低之介電質導波管濾波器。尤其是,若第1面導體21與内部導體7之間隔G1,相對於内部導體7與第2面導體22之間隔G2之比G1/G2在0.1以上1.0以下之範圍内,則内部導體7之端部的電流集中可有效地得到緩和,而可獲得Qo高之介電質導波管共振器。
圖10係表示介電質導波管濾波器101之反射特性與通過特性之頻率特性之圖。圖10中,S11係反射特性,S21係通過特性。如圖10所示,本實施形態之介電質導波管濾波器101呈現以38.6GHz為中心之38GHz頻帶之帶通濾波器特性。又,分別於較通帶低頻側產生衰減極AP1、於較通帶高頻側產生衰減極AP2。
如此呈現有極特性之理由如下。
首先,共振器之透射相位,係在較共振器之共振頻率低頻率側相位延遲90°,在較共振頻率高頻率側相位前進90°。而且,由於在電感性耦合與電容性耦合中相位是反轉的關係,因此,若結合電感性耦合與電容性耦合,則存在有於主耦合部傳遞之訊號和於副耦合部傳遞之訊號成為逆相位且同振幅之頻率。於該頻率呈現衰減極。本實施形態之介電質導波管濾波器101中,由於第1共振器R1與第2共振器R2進行電感性耦合,第2共振器R2與第3共振器R3進行電容性耦合,第3共振器R3與第4共振器R4進行電感性耦合,跨越第2共振器R2與第3共振器R3,第1共振器R1與第4共振器R4進行副耦合(由於進行跨越偶數段的耦合),因此,在從第1共振器R1到第4共振器R4為止的主耦合部之相位、與在從第1共振器R1往第4共振器R4的副耦合部之相位,在通域的低頻反轉,在高頻亦反轉。也就是,在通域的低頻與高頻之雙方呈現衰減極。
此外,雖在以上所示之例中,利用實心圓柱狀的通孔導體形成内部導體,但内部導體亦可係例如中空圓柱狀等的筒狀通孔導體。
《第2實施形態》
第2實施形態中,示出關於與在第1實施形態所示者相比,共振器之段數等不同之介電質導波管濾波器。
圖11係第2實施形態之介電質導波管濾波器102之外觀立體圖。圖12係介電質導波管濾波器102之仰視圖。又,圖13係表示介電質導波管濾波器102所具備之6個介電質導波管共振器部分、介電質導波管共振器間之主耦合部及副耦合部之立體圖。
介電質導波管濾波器102具備介電質板1。介電質板1係例如將介電質陶瓷、水晶、樹脂等加工成立方體形狀者。於該介電質板1具有彼此對向之第1主面MS1及第2主面MS2。於靠近介電質板1之第1主面MS1之層形成有第1面導體21,於靠近介電質板1之第2主面MS2之層形成有第2面導體22及接地電極23。在該例中,介電質導波管濾波器102之尺寸為X方向2.5mm、Y方向3.2mm、Z方向0.7mm。
於介電質板1之内部,形成有相對於第1主面MS1在垂直方向延伸,且與第1面導體21及第2面導體22皆未電性連接之内部導體7A~7F。
於介電質板1之底面形成有輸入輸出電極24A、24B及接地電極23。又,於介電質板1之内部,形成有經由通孔導體3U、3V與輸入輸出電極24A、24B連接之帶狀導體16A、16B。又,於介電質板1之底面附近,形成有將接地電極23連接於第2面導體22之通孔導體3A~3S。
於介電質板1之内層形成有窗用導體25A、25B。又,於介電質板1,形成有從第1面導體21到第2面導體22貫通之貫通通孔導體2A~2F。進而,於介電質板1,分別形成有從其第1面導體21到上述窗用導體25A延伸之通孔導體3A、3B、從第2面導體22到上述窗用導體25B延伸之通孔導體3C、3D。
又,於介電質板1之内部,沿著介電質板1之側面,形成有將第1面導體21與第2面導體22連接之貫通通孔導體9A~9V。
如圖13所示,介電質導波管濾波器102,形成有由上述第1面導體21、第2面導體22、貫通通孔導體9A~9V所圍繞之6個介電質導波管共振空間。圖13中二點鏈線,係表示於介電質板1構成之介電質導波管共振器之區分之假想線。如此,介電質導波管濾波器102具備6個介電質導波管共振器R1、R2、R3、R4、R5、R6。共振器R1、R2、R3、R4、R5、R6皆係以TE101模態為基本模態之共振器。
圖11、圖12等所示之内部導體7A~7F,係於俯視時(於Z方向觀察)配置在上述介電質導波管共振空間内。
在共振器R1-R2間構成有主耦合部MC12,在共振器R2-R3間構成有主耦合部MC23,在共振器R3-R4間構成有主耦合部MC34,在共振器R4-R5間構成有主耦合部MC45,在共振器R5-R6間構成有主耦合部MC56。又,在共振器R2-R5間構成有副耦合部SC25。
關於主耦合部MC12、MC23、MC45、MC56,雖其中皆不存在橫方向之開口縮小之貫通通孔,但基於由第1面導體21、第2面導體22及貫通通孔導體9A~9V產生之共振空間之大小、與所利用之共振頻率之關係,共振器R1~R6之各介電質導波管共振空間被確定。
由於主耦合部MC12、MC23、MC45、MC56皆無限制共振器之電場方向(Z方向)之寬度之窗,因此進行電感性耦合。
主耦合部MC34,係由圖11所示之通孔導體3A、3B、3C、3D及窗用導體25A、25B所構成。由於該主耦合部MC34,係作為限制共振器R3、R4之電場方向(Z方向)之寬度之電容性耦合窗而發揮作用,因此,共振器R3-R4彼此進行電容性耦合。
由於副耦合部SC25,係藉由貫通通孔導體2E、2F,作為限制與共振器R2、R5之電場方向正交之寬度(Y方向之寬度)之電感性耦合窗而發揮作用,因此,共振器R2-R5彼此進行電感性耦合。
圖14(A)、圖14(B)係表示構成本實施形態之介電質導波管濾波器102之6個共振器之耦合構造之圖。圖14(A)、圖14(B)中,共振器R1係第1段(初段)的共振器,共振器R2係第2段的共振器,共振器R3係第3段的共振器,共振器R4係第4段的共振器,共振器R5係第5段的共振器,共振器R6係第6段(終段)的共振器。圖14(A)、圖14(B)中雙線所示之路徑係主耦合部,虛線係副耦合部。又,圖14(A)、圖14(B)中,“L”表示電感性耦合,“C”表示電容性耦合。
本實施形態之介電質導波管濾波器102中,共振器R1、R2、R3、R4、R5、R6沿著訊號傳輸之主路徑而配置主耦合部MC12、MC23、MC34、MC45、MC56。主耦合部MC12係電感性耦合部,主耦合部MC23係電感性耦合部,主耦合部MC34係電容性耦合部,主耦合部MC45係電感性耦合部,主耦合部MC56係電感性耦合部。也就是,主耦合部係由電感性耦合部與電容性耦合部所構成,電感性耦合部與電容性耦合部沿著主耦合部交替重複配置。
又,本實施形態之介電質導波管濾波器102中,在與外部之間供訊號輸入輸出之共振器R1、和與該共振器R1耦合之共振器R2之間之主耦合部,係電感性耦合部。同樣地,在與外部之間供訊號輸入輸出之共振器R6、和與該共振器R6耦合之共振器R5之間之主耦合部,係電感性耦合部。
又,本實施形態之介電質導波管濾波器102中,共振器R2與共振器R5亦沿著副耦合部SC25配置。也就是,在共振器R2與共振器R5之間形成有副耦合部SC25。該副耦合部SC25係電感性耦合部,副耦合部SC25之耦合與主耦合部MC12、MC23、MC34、MC45、MC56之耦合相比較弱。
圖15係表示介電質導波管濾波器102之反射特性與通過特性之頻率特性之圖。圖15中,S11係反射特性,S21係通過特性。如圖15所示,本實施形態之介電質導波管濾波器102呈現以28GHz為中心之28GHz頻帶之帶通濾波器特性。又,分別於較通帶低頻側產生衰減極AP1、於較通帶高頻側產生衰減極AP2。如此,與在第1實施形態所示之介電質導波管濾波器101同樣地,呈現出有極特性。
《第3實施形態》
第3實施形態中,示出關於具備8段介電質導波管共振器與1個陷波共振器用之介電質導波管共振器之介電質導波管濾波器。
圖16係第3實施形態之介電質導波管濾波器103之外觀立體圖。圖17係介電質導波管濾波器103之仰視圖。又,圖18係表示介電質導波管濾波器103所具備之複數個介電質導波管共振器部分、介電質導波管共振器間之主耦合部及副耦合部之立體圖。
介電質導波管濾波器103具備介電質板1。介電質板1係例如將介電質陶瓷、水晶、樹脂等加工成立方體形狀者。於該介電質板1具有彼此對向之第1主面MS1及第2主面MS2。於靠近介電質板1之第1主面MS1之層形成有第1面導體21,於靠近介電質板1之第2主面MS2之層形成有第2面導體22及接地電極23。在該例中,介電質導波管濾波器103之尺寸為X方向2.5mm、Y方向3.2mm、Z方向0.7mm。
於介電質板1之底面形成有輸入輸出電極24A、24B及接地電極23。又,於介電質板1之内部,形成有經由通孔導體3U、3V與輸入輸出電極24A、24B連接之帶狀導體16A、16B。又,於介電質板1之底面附近,形成有將接地電極23連接於第2面導體22之複數個通孔導體。
於介電質板1,形成有從第1面導體21到第2面導體22貫通之貫通通孔導體2A~2N。
又,於介電質板1之内部,沿著介電質板1之側面,形成有將第1面導體21與第2面導體22連接之貫通通孔導體9A~9U。
如圖17、圖18等所示,介電質導波管濾波器103,形成有由上述第1面導體21、第2面導體22、貫通通孔導體9A~9U所圍繞之8個介電質導波管共振空間。又,形成有陷波共振器用之1個介電質導波管共振空間。圖18中二點鏈線,係表示於介電質板1構成之介電質導波管共振器之區分之假想線。如此,介電質導波管濾波器103具備8個介電質導波管共振器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及陷波共振器用之介電質導波管共振器RT。共振器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、RT皆係以TE101模態為基本模態之共振器。
圖16、圖17等所示之内部導體7A~7H、7T,係於俯視時(於Z方向觀察)配置在上述介電質導波管共振空間内。
上述共振器R1~R8之中,4個共振器R1~R4係第1組的共振器,4個共振器R5~R8係第2組的共振器。在第1組的終段的共振器R4與第2組的初段的共振器R5之間設置有主耦合部MC45。又,第1組的初段的共振器R1及第2組的終段的共振器R8,係輸入輸出部的共振器。
在共振器R1-R2間構成有主耦合部MC12,在共振器R2-R3間構成有主耦合部MC23,在共振器R3-R4間構成有主耦合部MC34。亦即,第1組的共振器中,4個共振器R1~R4經由主耦合部串聯連接。在共振器R4-R5間構成有主耦合部MC45。又,在共振器R5-R6間構成有主耦合部MC56,在共振器R6-R7間構成有主耦合部MC67,在共振器R7-R8間構成有主耦合部MC78。亦即,第2組的共振器中,4個共振器R5~R8經由主耦合部串聯連接。進而,在共振器R2-R7間構成有副耦合部SC27,在共振器R3-R6間構成有副耦合部SC36。
圖17所示之貫通通孔導體2i,使主耦合部MC12之橫方向之開口縮小,使共振器R1與共振器R2電感性耦合。同樣地,貫通通孔導體2L,使主耦合部MC78之橫方向之開口縮小,使共振器R7與共振器R8電感性耦合。又,貫通通孔導體2M,使主耦合部MC23之橫方向之開口縮小,使共振器R2與共振器R3電感性耦合。同樣地,貫通通孔導體2N,使主耦合部MC67之橫方向之開口縮小,使共振器R6與共振器R7電感性耦合。貫通通孔導體2E、2F,使副耦合部SC27之橫方向之開口縮小,使共振器R2與共振器R7電感性耦合。内部導體7T,使副耦合部SC36之縱方向之開口縮小,使共振器R3與共振器R6電容性耦合。
關於主耦合部MC34、MC45、MC56,雖其中不存在橫方向之開口縮小之貫通通孔,但基於由第1面導體21、第2面導體22及貫通通孔導體9A~9U產生之共振空間之大小、與所利用之共振頻率之關係,皆在該等部分進行電感性耦合。
形成有内部導體7T之空間,係作為1個陷波共振器RT而發揮作用。該陷波共振器RT,係設在從第1組的終段的共振器R4算起前1段的共振器R3、與從第2組的初段的共振器R5算起後1段的共振器R6之間。
又,陷波共振器RT,係設在由第1組的終段的共振器R4之内部導體7D、第2組的初段的共振器R5之内部導體7E、從第1組的終段的共振器R4算起前1段的共振器R3之内部導體7C、及從第2組的初段的共振器R5算起後1段的共振器R6之内部導體7F所圍繞之位置。
第1組的終段的共振器R4之内部導體7D、與第2組的初段的共振器R5之内部導體7E之間隔,係較第1組的終段的共振器R4的前1段的共振器R3之内部導體7C、與第2組的初段的共振器R5的後1段的共振器R6之内部導體7F之間隔窄。藉此,共振器R4、R5、RT之電場強度高的區域分別接近,陷波共振器RT與共振器R4、R5進行耦合。此亦可實現陷波共振器RT為從共振器R4、R5分歧之共振器。
本實施形態中,第1組的終段的共振器R4之内部導體7D、與陷波共振器用之内部導體7T之間隔,係和第2組的初段的共振器R5之内部導體7E、與陷波共振器用之内部導體7T之間隔相同。因此,共振器R4之對於陷波共振器RT之耦合強度、與共振器R5之對於陷波共振器RT之耦合強度相等。
此外,由於内部導體7C-7T間,内部導體7F-7T間分別分離,也就是,由於共振器R3、R6與陷波共振器RT中,電場強度高的區域相對地分離,因此,共振器R3、R6與陷波共振器RT未特別耦合。
圖19(A)、圖19(B)係表示構成本實施形態之介電質導波管濾波器103之複數個共振器之耦合構造之圖。圖19(A)、圖19(B)中,共振器R1係第1段(初段)的共振器,共振器R2係第2段的共振器,共振器R3係第3段的共振器,共振器R4係第4段的共振器,共振器R5係第5段的共振器,共振器R6係第6段的共振器,共振器R7係第7段的共振器,共振器R8係第8段(終段)的共振器。圖19(A)、圖19(B)中雙線所示之路徑係主耦合部,虛線係副耦合部。又,圖19(A)、圖19(B)中,“L”表示電感性耦合,“C”表示電容性耦合。
如既已陳述,本實施形態之介電質導波管濾波器103中,沿著訊號傳輸之主路徑配置共振器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8及主耦合部MC12、MC23、MC34、MC45、MC56、MC67、MC78。主耦合部MC12、MC23、MC34、MC45、MC56、MC67、MC78皆係電感性耦合部。又,副耦合部SC27係電感性耦合部,副耦合部SC36係電容性耦合部。該副耦合部SC27之耦合與主耦合部MC12、MC23、MC34、MC45、MC56、MC67、MC78之耦合相比較弱。又,副耦合部SC36之耦合與主耦合部MC12、MC23、MC34、MC45、MC56、MC67、MC78之耦合相比較弱。
圖20係表示介電質導波管濾波器103之反射特性與通過特性之頻率特性之圖。圖20中,S11係反射特性,S21係通過特性。如圖20所示,本實施形態之介電質導波管濾波器103呈現以28GHz為中心之28GHz頻帶之帶通濾波器特性。又,於較通帶低頻側產生衰減極AP1、AP2。本實施形態中,於通帶之低頻側可獲得陡峭的衰減特性。
最後,上述實施形態之說明,係在所有方面上均為例示,而非用來限定本發明。發明所屬技術領域中具有通常知識者可適當進行變形或變更。本發明之範圍非由上述實施形態所示,而是由發明申請專利範圍所示。進而,於本發明之範圍,包含與發明申請專利範圍内均等之範圍内的實施形態的變更。
例如,雖在以上所示之各實施形態中,例示了具備複數個介電質導波管共振器之介電質導波管濾波器,但同樣地,亦可構成具備單一介電質導波管共振器之介電質導波管濾波器。
又,雖在以上所示之各實施形態中,示出了構成以TE101模態為基本模態之介電質導波管共振器之例,但亦可利用例如TE201模態或TE102模態等、高階共振模態。
AP1、AP2:衰減極
G1、G2:間隔
H:高度
MC12、MC23、MC34、MC45、MC56、MC67、MC78:主耦合部
MS1:第1主面
MS2:第2主面
PC:面狀導體
R1~R8、RT:介電質導波管共振器
SC14、SC25、SC27、SC36:副耦合部
S11:反射特性
S21:通過特性
SS:側面
T:間隔
1:介電質板
1A、1B、1C:介電質層
2A~2G、2i、2L~2N:貫通通孔導體
3A~3F、3U、3V:通孔導體
7、7A~7H、7T:内部導體
7P:導體
8A~8D:側面導體膜
9A~9V:貫通通孔導體
10:接地導體
15A、15B:輸入輸出用連接區
16A、16B:帶狀導體
21:第1面導體
22:第2面導體
23、23A~23D:接地電極
24A、24B:輸入輸出電極
25A、25B:窗用導體
90:電路基板
101~103:介電質導波管濾波器
[圖1(A)]係第1實施形態之介電質導波管濾波器101之外觀立體圖,[圖1(B)]係表示介電質導波管濾波器101之内部構造之立體圖。
[圖2]係將介電質導波管濾波器101之厚度方向擴大之立體圖。
[圖3]係介電質導波管濾波器101之仰視圖。
[圖4]係表示介電質導波管濾波器101所具備之4個介電質導波管共振器部分、介電質導波管共振器間之主耦合部及副耦合部之立體圖。
[圖5]係構裝介電質導波管濾波器101之電路基板90之部分立體圖。
[圖6(A)]、[圖6(B)]係表示構成介電質導波管濾波器101之4個共振器之耦合構造之圖。
[圖7]係通過内部導體7B之位置上的介電質導波管濾波器101之部分剖面圖。
[圖8(A)]、[圖8(B)]係表示第1實施形態之内部導體之作用之圖。
[圖9]係表示介電質板1内的内部導體的位置與Qo之關係之圖。
[圖10]係表示介電質導波管濾波器101之反射特性與通過特性之頻率特性之圖。
[圖11]係第2實施形態之介電質導波管濾波器102之外觀立體圖。
[圖12]係介電質導波管濾波器102之仰視圖。
[圖13]係表示介電質導波管濾波器102所具備之6個介電質導波管共振器部分、介電質導波管共振器間之主耦合部及副耦合部之立體圖。
[圖14(A)]、[圖14(B)]係表示構成第2實施形態之介電質導波管濾波器102之6個共振器之耦合構造之圖。
[圖15]係表示介電質導波管濾波器102之反射特性與通過特性之頻率特性之圖。
[圖16]係第3實施形態之介電質導波管濾波器103之外觀立體圖。
[圖17]係介電質導波管濾波器103之仰視圖。
[圖18]係表示介電質導波管濾波器103所具備之複數個介電質導波管共振器部分、介電質導波管共振器間之主耦合部及副耦合部之立體圖。
[圖19(A)]、[圖19(B)]係表示構成第3實施形態之介電質導波管濾波器103之複數個共振器之耦合構造之圖。
[圖20]係表示介電質導波管濾波器103之反射特性與通過特性之頻率特性之圖。
MS1:第1主面
MS2:第2主面
SS:側面
1:介電質板
2A~2G:貫通通孔導體
3A、3B、3C:通孔導體
7A~7D:內部導體
8A~8D:側面導體膜
16A、16B:帶狀導體
21:第1面導體
22:第2面導體
23A~23D:接地電極
24A、24B:輸入輸出電極
25A、25B:窗用導體
101:介電質導波管濾波器
Claims (19)
- 一種介電質導波管共振器,具備:介電質板,具有彼此對向之第1主面及第2主面、以及將前述第1主面之外緣及前述第2主面之外緣相連之側面;第1面導體,形成於前述第1主面;第2面導體,形成於前述第2主面;連接導體,形成於前述介電質板之內部,將前述第1面導體與前述第2面導體連接;以及內部導體,相對於前述第1主面在垂直方向延伸,與前述第1面導體及前述第2面導體皆未電性連接;前述介電質導波管共振器構成由前述第1面導體、前述第2面導體及前述連接導體所圍繞之介電質導波管共振空間。
- 如請求項1所述之介電質導波管共振器,其中,前述介電質板係複數層介電質層之積層體,前述內部導體係形成於前述複數層介電質層中之內層之介電質層的導體。
- 如請求項1或2所述之介電質導波管共振器,其中,前述連接導體,係形成於前述介電質板之側面之導體膜、或貫通前述介電質板之貫通通孔導體。
- 如請求項1或2所述之介電質導波管共振器,其中,在前述介電質板之內部具有空間,前述內部導體係填充於前述空間之內部之導體、或形成於前述空間之內面之導體。
- 如請求項1或2所述之介電質導波管共振器,其中,前述內部導體係柱狀或筒狀之導體。
- 如請求項1或2所述之介電質導波管共振器,其中, 前述內部導體,具有與前述第1面導體平行地對向之面狀導體或與前述第2面導體平行地對向之面狀導體之至少一者。
- 如請求項1或2所述之介電質導波管共振器,其中,在俯視前述第1面導體時,前述內部導體配置於前述介電質導波管共振空間之中央。
- 如請求項1或2所述之介電質導波管共振器,其中,位於前述第1面導體與前述內部導體之間的區域、及前述第2面導體與前述內部導體之間的區域之至少一者之介電質的介電係數,較位於其他區域之介電質的介電係數高。
- 如請求項1或2所述之介電質導波管共振器,其中,前述介電質導波管共振空間之主共振模態,係在前述第1面導體與前述第2面導體之間電場所朝向之TE(橫向電場)模態。
- 如請求項1或2所述之介電質導波管共振器,其中,前述內部導體與前述第1面導體之間之第1間隔,和前述內部導體與前述第2面導體之間之第2間隔之比,係在0.1以上1.0以下之範圍內。
- 一種介電質導波管濾波器,具備:介電質導波管共振器,具有:介電質板,具有彼此對向之第1主面及第2主面、以及將前述第1主面之外緣及前述第2主面之外緣相連之側面;第1面導體,形成於前述第1主面;第2面導體,形成於前述第2主面;以及連接導體,形成於前述介電質板之內部,將前述第1面導體與前述第2面導體連接;在前述介電質導波管濾波器中,具備:內部導體,形成於前述介電質導波管共振器之內部,相對於前述第1主面在垂直方向延伸,與前述第1面導體及前述第2面導體皆未電性連接。
- 一種介電質導波管濾波器,具備: 複數個介電質導波管共振器,分別具有:介電質板,具有彼此對向之第1主面及第2主面、以及將前述第1主面之外緣及前述第2主面之外緣相連之側面;第1面導體,形成於前述第1主面;第2面導體,形成於前述第2主面;以及連接導體,形成於前述介電質板之內部,將前述第1面導體與前述第2面導體連接;以及主耦合部,使前述複數個介電質導波管共振器之中、相鄰之介電質導波管共振器耦合;在前述介電質導波管濾波器中,前述複數個介電質導波管共振器之一部分或全部,具備:內部導體,形成於前述介電質導波管共振器之內部,相對於前述第1主面在垂直方向延伸,與前述第1面導體及前述第2面導體皆未電性連接。
- 如請求項12所述之介電質導波管濾波器,其中,前述主耦合部,係由包含電感性耦合部與電容性耦合部之複數個主耦合部所構成,前述電感性耦合部與前述電容性耦合部具有沿著訊號傳輸之主路徑交替重複配置之部分。
- 如請求項13所述之介電質導波管濾波器,其中,前述複數個主耦合部之中,在與外部之間供訊號輸入輸出之介電質導波管共振器、和與該介電質導波管共振器耦合之介電質導波管共振器之間之主耦合部,係電感性耦合部。
- 如請求項13或14所述之介電質導波管濾波器,其中,前述複數個介電質導波管共振器,除了沿著前述訊號傳輸之前述主路徑配置之前述主耦合部以外,亦沿著副耦合部配置;在沿著前述副耦合部相鄰之介電質導波管共振器彼此之間進而具備副耦合部。
- 如請求項15所述之介電質導波管濾波器,其具備: 第1組的介電質導波管共振器,由3個以上的介電質導波管共振器所構成;及第2組的介電質導波管共振器,由3個以上的介電質導波管共振器所構成;在前述第1組中的終段的介電質導波管共振器與前述第2組中的初段的介電質導波管共振器之間,設置有前述主耦合部;前述第1組的初段的介電質導波管共振器及前述第2組的終段的介電質導波管共振器,係輸入輸出部之介電質導波管共振器;在從前述第1組中的終段算起前2個的介電質導波管共振器、與從前述第2組的初段算起後2段的介電質導波管共振器之間設置有前述副耦合部,該副耦合部係電感性的副耦合部;在從前述第1組的終段算起前1個的介電質導波管共振器、與從前述第2組的初段算起後1段的介電質導波管共振器之間,具備陷波共振器用之前述內部導體;前述第1組的終段的介電質導波管共振器之前述內部導體、與前述第2組的初段的介電質導波管共振器之前述內部導體之間隔,係較前述第1組的終段的前1段的介電質導波管共振器之前述內部導體、與前述第2組的初段的後1段的介電質導波管共振器之前述內部導體之間隔窄。
- 如請求項15所述之介電質導波管濾波器,其具備:第1組及第2組,分別由3個以上的介電質導波管共振器所構成;在前述第1組中的終段的介電質導波管共振器與前述第2組中的初段的介電質導波管共振器之間,設置有前述主耦合部;前述第1組的初段的介電質導波管共振器及前述第2組的終段的介電質導波管共振器,係輸入輸出部之介電質導波管共振器;在由前述第1組的終段的介電質導波管共振器之前述內部導體、前述第2組的初段的介電質導波管共振器之前述內部導體、從前述第1組的終段算起前1個 的介電質導波管共振器之前述內部導體、及從前述第2組的初段算起後1段的介電質導波管共振器之前述內部導體所圍繞之位置,具備陷波共振器用之前述內部導體;前述第1組的終段的介電質導波管共振器之前述內部導體、與前述第2組的初段的介電質導波管共振器之前述內部導體之間隔,係較前述第1組的終段的前1個的介電質導波管共振器之前述內部導體、與前述第2組的初段的後1段的介電質導波管共振器之前述內部導體之間隔窄。
- 如請求項16所述之介電質導波管濾波器,其中,前述第1組的終段的介電質導波管共振器之前述內部導體、與前述陷波共振器用之前述內部導體之間隔,係和前述第2組的初段的介電質導波管共振器之前述內部導體、與前述陷波共振器用之前述內部導體之間隔相同。
- 如請求項17所述之介電質導波管濾波器,其中,前述第1組的終段的介電質導波管共振器之前述內部導體、與前述陷波共振器用之前述內部導體之間隔,係和前述第2組的初段的介電質導波管共振器之前述內部導體、與前述陷波共振器用之前述內部導體之間隔相同。
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