JP2001339204A - 小型の誘電体フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】誘電体フィルタを極めて小型に形成する。 【解決手段】誘電体フィルタは、従来例の直方体の誘電
体ブロックに複数の共振器が一体的に形成された誘電体
フィルタを、Ｈ面の中心でＥ方向に沿って２分割して構
成されており、貫通孔１８、入出力電極１３、１４、ア
ース電極１５を備えている。側面１１１は開放面となっ
ており、アース電極が形成されていない。このような誘
電体フィルタは、分割前の元の誘電体フィルタはほぼ同
一の周波数特性が得られ、よって、半分の大きさでほぼ
従来例と同一のフィルタ特性を実現可能である。入出力
電極１３、１４を誘電体ブロックの短辺の中央部に配置
し、かつ両主面に対称的に入出力電極を形成することに
より、フィルタの回路基板への実装時の左右及び表裏の
確認が不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、小型の誘電体フィルタに
関し、特に、λ／４共振器を使用した表面実装型の誘電
体フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】誘電体フィルタの１つである導波管フィ
ルタは、誘電体として空気を使用しているために、高周
波帯域においてもＱ値が比較的高く、したがって、高周
波フィルタとして多用されている。しかしながら、この
ような導波管フィルタは、導波管内の波長が誘電率の累
乗に比例して小さくなるため、誘電率１の空気を使用し
た場合、サイズが大きくなってしまい、５ＧＨｚ程度の
比較的低い周波数帯域の無線機器端末には使用不可能で
ある。

【０００３】このような問題点を解決するために、従来
例においては、導波管内部に１０〜１００程度の高誘電
率の誘電体材料を充填した誘電体フィルタが開発されて
いる。導波管内部に充填される誘電体材料として、例え
ば、誘電率９２の材料を用い、λ／２共振器を２つ使用
して、中心周波数５．８ＧＨｚのバンドパス・フィルタ
を形成した場合、該フィルタのサイズは、約８．４ｘ
４．２ｍｍとなり、無線機器端末に組み込むフィルタと
しては依然として大きく、該端末に組み入れるフィルタ
として不適当である。

【０００４】また、開放面を有するλ／４共振器を利用
した誘電体導波管フィルタも既に提案されている。該フ
ィルタにおいては、λ／４共振器を使用していることに
より、λ／２共振器を使用した場合に比べて、フィルタ
のサイズが約１／２となり、無線機器端末に組み入れる
に好適なサイズである。

【０００５】図１１は、特開平１１−２７４８１５号公
報に開示された、開放面を有するλ／４共振器を用いた
バンドパス・フィルタの構成を、下面（裏面）側すなわ
ち回路基板に配置する側から見た斜視図として示してい
る。該フィルタは、直方体形状の誘電体ブロック１１の
表面の対向する短辺に島状の入出力電極（外部電極）１
３、１４が形成され、これら電極１３、１４と分離して
アース電極１５が形成されている。誘電体ブロック１１
の中央部には貫通孔１８が形成され、該貫通孔１８の表
面にも、アース電極１５が形成されている。アース電極
１５は、入出力電極１３、１４が形成されている表面の
みならず、誘電体ブロック１１の裏面全体、及び両方の
長辺側面にも形成されている。

【０００６】このような構成を有するフィルタにおい
て、貫通孔１８は誘導性窓を構成しており、したがっ
て、誘電体ブロック１１は、２つのλ／４共振器が貫通
孔１８によって誘導結合した構造となり、図１３に示し
たような、中心周波数を５．８ＧＨｚとするバンドパス
・フィルタを構成する。なお、貫通孔１８を図１１に示
したように誘電体ブロック１１の中央部に設ける代わり
に、図１２に示すように、誘電体ブロック１１の長辺中
央部にその側面から中央部に向かって設けられた２つの
切り込み形状の貫通孔１８’、１８”を採用しても、誘
電性窓が構成されることが、上記公開公報に記載されて
いる。

【０００７】図１１及び図１２に示した構造のフィルタ
により、５．８ＧＨｚの中心周波数を有するバンドパス
・フィルタを形成した場合、その大きさは、約４．２ｍ
ｍ角であって、λ／２共振器を用いた場合の半分とな
る。しかしながら、大きさが約４．２ｍｍ角であって
も、近年の電子機器及び電子部品の小型化の進歩からみ
れば、十分ではなく、したがって、誘電体フィルタから
なるバンドパス・フィルタのさらなる小型化が切望され
ている。本発明は、このような従来例の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的は、携帯用通信機器に搭
載可能な極めて小型の誘電体フィルタを提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る、直方体の誘電体ブロックに複数
の共振器が一体的に形成されてなる誘電体フィルタにお
いては、誘電体ブロックの少なくとも一方の主面上に誘
電体ブロックの２つの短辺側の側面にそれぞれ接するよ
うに形成された一対の島状の入出力電極と、誘電体ブロ
ックの長辺側の一方の側面及び両主面ほぼ全面に形成さ
れ、入出力電極と電気的に絶縁されているアース電極
と、誘電体ブロックの短辺に平行に、短辺方向の一部分
に設けられた短絡面とを備えていることを特徴としてい
る。

【０００９】このような基本的構成を有する誘電体フィ
ルタにおいては、入出力電極に、誘電体ブロックの短辺
側の側面にも延長形成された延長部を設けることによ
り、回路基板への電気的及び機械的接続の信頼性が向上
する。また、入出力電極を誘電体ブロックの短辺の中央
部に形成することにより、実装時に誘電体フィルタの左
右確認を行う必要がなくなる。これに加えて、入出力電
極を誘電体ブロックの両主面に対称に形成して短辺側の
側面に形成された延長部によって連接することにより、
実装時に誘電体ブロックの左右及び上下の確認を行う必
要がなくなる。

【００１０】短絡面は、誘電体ブロックの長辺方向の中
央部に、長辺からスリット状に形成された貫通孔の表面
にアース電極と接続された導電体層を形成して構成する
か、または、長辺の中央部に、短辺に平行に設けられた
複数の円形貫通孔の表面にアース電極と接続された導電
体層を形成して構成することが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】方形導波管ＴＥ１０モードのλ／
４共振器を、Ｈ面の中央においてＥ面に沿ってすなわち
長手方向に沿って２つに分割した場合、ほぼ同一周波数
の２つの共振器が得られることが知られている。そこ
で、本発明者は、図１１及び図１２に示した、２つのλ
／４共振器同士を結合させる誘電性窓が形成されたバン
ドパス・フィルタ構造においても、Ｈ面の中央において
Ｅ面に沿って分割した場合に、２つの同様のフィルタ周
波数特性を得ることができるのではないかと予想した。

【００１２】このような予測に基づき、図１１に示した
従来例のフィルタ構造において、Ｈ面の中央でＥ面に沿
って２つに分割してフィルタの周波数特性を３次元電磁
界解析によるシミュレーションにより求めた。その結
果、２つに分割しただけでは、元波形に比べ、通過帯域
が広い緩やかなフィルタ波形しか得られなかった。そこ
で、試行錯誤を繰り返した結果、誘電体厚み、入出力電
極とアース電極との結合量及び共振器間の結合量等を調
整することにより、図１１のフィルタ構造のフィルタ特
性とほぼ同様のフィルタ特性が得られることがわかっ
た。すなわち、元のフィルタ構造と対比して、大きさが
１／２でありながら、ほぼ同一の周波数特性が得られる
ことが分かった。本発明は、このような試行錯誤を繰り
返した実験の結果に基づいて実現されたものであり、元
のフィルタ構造と同様に急峻な周波数特性を有し、しか
もその大きさが元のフィルタ構造の１／２の誘電体フィ
ルタを得ることができた。しかし、上述の小型誘電体フ
ィルタには、実用上、２つの問題点が考えられた。

【００１３】問題点の１つは、分割されたことにより、
入出力電極がフィルタの向かい合う辺の隅に形成される
ことである。そして、入出力電極がフィルタ構造の中心
から見て点対称ではないため、フィルタを基板に実装す
る際には、フィルタの向きが１８０度回転していないか
どうかを確認する必要がある。したがって、実装時に余
分な確認を必要とすることから、フィルタが実装される
通信機器の製造コストの上昇がさけられない。他の問題
点は、入出力電極の面積が従来例の場合と比べて半分と
なり、表面実装強度及び電気的接続特性に問題が生じる
恐れがあることである。

【００１４】本発明者は、試行錯誤の結果、入出力電極
の大きさ及び位置がフィルタの周波数特性の決定に支配
的なものではなく、入出力電極を向かい合う辺の隅ばか
りでなく、向かい合う辺の他の部分に配置しても、所望
の周波数特性に影響を殆ど与えるものではないことを突
き止めた。そして、この結果に基づき、入出力電極を、
短辺の中央又は端部にしかもフィルタ構造の中心に対し
て点対称となるように配置して、実装時にフィルタの向
きを確認する必要性を排除した。

【００１５】さらに、誘電体ブロックの裏面部だけでな
く、該裏面部と側面部とに入出力電極を連接形成して
も、フィルタの周波数特性に殆ど影響を与えないことが
分かった。これにより、表面実装時の半田等の接合材料
が、誘電体ブロックの裏面部だけでなく側面部に形成さ
れた電極にも接続されるので、従来例に比べて機械的接
続強度及び電気的接続特性が向上する。さらに、誘電体
ブロックの両主面すなわち裏面部と表面部とに対称形の
入出力電極を配置しこれらを側面部の電極を介して接続
しても、フィルタの周波数特性に殆ど影響を与えないこ
とが見いだされた。このように入出力電極を配置するこ
とにより、フィルタに表裏の別がなくなり、実装時にフ
ィルタの向きだけでなく表裏面の確認も不要となる。

【００１６】上記した結果に基づいて構成された実施例
１〜６の具体的構成を、以下に説明する。 実施例１ 図１は、本発明の一実施例（実施例１）の誘電体フィル
タを示しており、該実施例は、形状から見ると、図１１
に示した従来例の誘電体フィルタをＨ面の中心でＥ方向
に沿って２分割したものであり、貫通孔１８、入出力電
極１３、１４、アース電極１５を備えている。側面１１
１は開放面となっており、すなわちアース電極が形成さ
れていない。誘電率９２の誘電体材料を使用し、その大
きさを４．２ｍｍｘ２．１ｍｍｘ０．６ｍｍ（長辺ｘ短
辺ｘ厚み）に形成した場合の周波数特性は、図２に示す
ようなシミュレーション結果となった。一方、図１１に
示した従来例のフィルタを、同一の誘電体材料を用い、
４．２ｍｍｘ４．２ｍｍｘ１．０ｍｍに形成した場合、
先に説明した図１３に示すような周波数特性が得られ
た。図１３の特性と図２の特性とはほぼ同一であるの
で、結局、半分の大きさでほぼ同一のフィルタ特性を実
現可能であることが分かる。

【００１７】実施例２ 図３は、本発明の別の実施例（実施例２）の誘電体フィ
ルタの裏面（下面）の平面図を示している。この実施例
２においては、実施例１と比べて、入出力電極１３、１
４の位置が中央部に配置されている点が相違している。
実施例１の場合と同一の誘電体材料で同一の大きさで実
施例２を形成し、その周波数特性をシミュレーションし
たが、図４に示した結果が得られた。図４の特性は、実
施例１と同様の結果、すなわち図２に示した周波数特性
とほぼ同様であるが、実施例２のように短辺の中央部に
入出力電極を配置することにより、フィルタを回路基板
に実装する際に、フィルタを１８０度回転させても実装
可能となり、実装時の確認が不要となる。

【００１８】実施例３ 図５は、本発明の他の実施例（実施例３）の誘電体フィ
ルタの表面（上面）から見た斜視図を示している。実施
例３は、図３に示した実施例２に比べて、誘電体ブロッ
クの裏面の向かい合う短辺の中央部に入出力電極１３
（及び１４）を配置しているだけでなく、これら電極と
連接した入出力電極延長部１１２を、その側面部にも形
成している。なお、符号１１３は、入出力電極延長部１
１２が誘電体ブロックの表面のアース電極１５と接続さ
れないようにするためのくり抜き部である。入出力電極
と入出力電極延長部の結合体は、その大きさ及び位置
が、誘電体ブロックに左右対称に形成されている。実施
例３のフィルタを、実施例２の場合と同一の誘電率及び
サイズで形成し、その周波数特性のシミュレーションを
行ったが、その結果は、図６に示したようになった。図
６の特性は図４の特性とほぼ同一であり、実施例３のよ
うに裏面の入出力電極に入出力電極延長部を連接するよ
うにしても、周波数特性に影響を及ぼさないことが明白
である。また、入出力電極延長部を設けたことにより、
回路基板への接続時に、接続用のハンダを裏面の入出力
電極だけでなく、入出力電極延長部にも接続できるの
で、電気的接続特性及び機械的接続強度が向上し、もっ
て信頼性が増大する。

【００１９】実施例４ 図７は、本発明のさらに別の実施例（実施例４）の誘電
体フィルタの表面から見た斜視図を示している。図５に
示した実施例３と相違する点は、誘電体ブロックの表面
にも入出力電極が連接形成されていることである。すな
わち、誘電体ブロックの表面に、その裏面に形成された
入出力電極１３（及び１４）と入出力電極延長部１１２
との連接体に連接するように、表面入出力電極１１４を
設けている。表面入出力電極１１４は、裏面の入出力電
極１３（及び１４）と同一形状で対称的である。くりぬ
き部１１３は、実施例３の場合と同様に、アース電極１
５と表面入出力電極１１４とを分離する機能を果たすた
めのものであるが、当然ながらその形状は実施例３のも
のと相違している。

【００２０】実施例４のフィルタを、実施例２の場合と
同一の誘電率及びサイズで形成し、その周波数特性のシ
ミュレーションを行ったが、その結果は、図８に示すよ
うになった。図８の特性は図４の特性とほぼ同一であ
り、実施例４のように、入出力電極を裏面から側面を通
って表面まで延在する電極として形成しても、周波数特
性に影響を及ぼさないことが明らかである。実施例４に
おいては、表面入出力電極を設けしかも該電極を裏面の
入出力電極と対称的に形成したことにより、誘電体ブロ
ックの表裏面に対称的に入出力電極が形成されることに
なる。これにより、どちらの主面を回路基板に実装して
も同一の特性が得られるから、実装時の表裏認識作業を
不要にすることができ、もって実装コストを低減させる
ことができる。入出力電極延長部を設けたことによる作
用効果は、上記した通りである。

【００２１】実施例５ 図９は、本発明の更に他の実施例（実施例５）の誘電体
フィルタを示している。上記した実施例１〜４において
は、図１１に示した従来例の誘電体フィルタをその長手
方向に沿って２分割した例であるが、実施例５は、図１
２に示した従来例の誘電体フィルタをその長手方向に沿
って２分割した例である。なお、実施例５において、入
出力電極１３、１４が設けられている側の誘電体ブロッ
クの側面には、アース電極が形成されていない。実施例
５においても、実施例１〜４の場合と同様な周波数特性
のシミュレーション結果が得られた。

【００２２】実施例６ 図１０は、本発明の更に別の実施例（実施例６）の誘電
体フィルタを示している。実施例６においては、実施例
５の切り込み型の貫通孔１８の代わりに、複数の円形の
貫通孔１８’’’を採用したものである。実施例６にお
いても、実施例１〜５の場合と同様な周波数特性のシミ
ュレーション結果が得られた。なお、実施例１〜４の切
り込み型の貫通孔１８を、複数の円形貫通孔に変更する
ことも可能であり、この場合も同様な周波数特性のシミ
ュレーション結果が得られた。

【００２３】なお、スリット状の貫通孔１８、１８’及
び円形貫通孔１８’’’は、１／４λ共振器の短絡面を
形成しているものであるが、誘電体ブロックを形成する
際に、誘電体シートにスルー・ホールやスリットを形成
し、導体を埋め込み、位置合わせをして積層することに
より形成することができる。また、誘電体ブロックが樹
脂等で形成される場合、金属を予めはめ込んでおいて射
出成型することにより、短絡面を金属で形成することも
可能である。さらに、短絡面を２箇所形成すると、１／
４λ共振器、１／２λ共振器、１／４λ共振器がこの順
に結合されたフィルタを構成することもできる。

【００２４】以上説明したように、本発明の誘電体フィ
ルタによれば、従来例と比べて同等の性能のフィルタを
半分の大きさで構成することができる。また、入出力電
極を短辺の中央部に設けることにより、誘電体フィルタ
の左右識別が不要となり、さらに、入出力電極を短辺の
側面にも延長させることにより、回路基板への実装が強
固となり電気的接続も確実となる。さらにまた、入出力
電極を、左右対称でかつ表裏対称に設けることにより、
誘電体フィルタが実質的に左右対称及び表裏対称とな
る。したがって、誘電体フィルタの回路基板への実装時
の作業が簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の誘電体フィルタの構成
を示す平面図及び斜視図である。

【図２】図１に示した第１の実施例の周波数特性のシミ
ュレーション結果を示すグラフである。

【図３】本発明の第２の実施例の誘電体フィルタの構成
を示す平面図である。

【図４】図３に示した第２の実施例の周波数特性のシミ
ュレーション結果を示すグラフである。

【図５】本発明の第３の実施例の誘電体フィルタの構成
を示す斜視図である。

【図６】図５に示した第３の実施例の周波数特性のシミ
ュレーション結果を示すグラフである。

【図７】本発明の第４の実施例の誘電体フィルタの構成
を示す斜視図である。

【図８】図７に示した第４の実施例の周波数特性のシミ
ュレーション結果を示すグラフである。

【図９】本発明の第５の実施例の誘電体フィルタの構成
を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第６の実施例の誘電体フィルタの構
成を示す平面図である。

【図１１】従来例の誘電体フィルタの構成を示す斜視図
である。

【図１２】従来例の誘電体フィルタの他の構成を示す斜
視図である。

【図１３】図１１に示した従来例の誘電体フィルタの周
波数特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直方体の誘電体ブロックに複数の共振器
   が一体的に形成されてなる誘電体フィルタにおいて、 誘電体ブロックの少なくとも一方の主面上に誘電体ブロ
   ックの２つの短辺側の側面にそれぞれ接するように形成
   された一対の島状の入出力電極と、 誘電体ブロックの長辺側の一方の側面及び両主面ほぼ全
   面に形成され、入出力電極と電気的に絶縁されているア
   ース電極と、 誘電体ブロックの短辺に平行に、短辺方向の一部分に設
   けられた短絡面とを備えていることを特徴とする誘電体
   フィルタ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の誘電体フィルタにおい
   て、入出力電極は、誘電体ブロックの短辺側の側面にも
   延長形成された延長部を備えていることを特徴とする誘
   電体フィルタ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の誘電体フィルタに
   おいて、入出力電極は、誘電体ブロックの短辺の中央部
   に形成されていることを特徴とする誘電体フィルタ。
4. 【請求項４】 請求項２又は３記載の誘電体フィルタに
   おいて、入出力電極は、誘電体ブロックの両主面に対称
   に形成されており、短辺側の側面に形成された延長部に
   よって連接されていることを特徴とする誘電体フィル
   タ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれかに記載の誘電体フ
   ィルタにおいて、短絡面は、誘電体ブロックの長辺方向
   の中央部に、短辺に平行に形成されていることを特徴と
   する誘電体フィルタ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５記載の誘電体フィルタにお
   いて、短絡面は、誘電体ブロックの長辺からスリット状
   に形成された貫通孔の表面に、アース電極と接続された
   導電体層を形成して構成されていることを特徴とする誘
   電体フィルタ。
7. 【請求項７】 請求項１〜５いずれかに記載の誘電体フ
   ィルタにおいて、短絡面は、誘電体ブロックの短辺に平
   行に設けられた複数の円形貫通孔の表面に、アース電極
   と接続された導電体層を形成して構成されていることを
   特徴とする誘電体フィルタ。