JP2016225894A - 誘電体導波管フィルタおよび誘電体導波管デュプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】くびれ部を設けた誘電体導波管フィルタの共振器を並べる際に、結合窓の位置のずれを生じない誘電体フィルタを提供する。
【解決手段】基板上６０に配置され、誘電体を導体層で被覆して、１つ以上の共振器１１、１２、１３、２１、２２、２３を一体に形成した複数の共振器群１０、２０からなる。複数の共振器群１０、２０のうち少なくとも一組の共振器群１０、２０は、底面に誘電体が露出する導波管側スロット５１、５２をそれぞれ具える。基板６０は、表面と裏面の導体パターン６１、６２と、表面と裏面の導体パターン６１、６２を接続するビアホール８０ａとで囲繞されたキャビティ９０を具える。キャビティ９０は、一組の共振器群１０の導波管側スロット５１、５２が対向する位置に、コア材６３が露出する一組の基板側スロット８１、８２が設けられ、一組の共振器群１０、２０は、キャビティ９０を介して結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の誘電体導波管共振器を接続した、誘電体導波管フィルタおよび誘電体導波管デュプレクサに係わる。

ＴＥモードの誘電体導波管共振器を複数結合して、所望の周波数特性を得る誘電体導波管フィルタが用いられている。数１０ＧＨｚ以上の周波数帯の誘電体導波管フィルタでは、共振器の寸法が小さくなりすぎないように、誘電体導波管共振器の誘電体材料として、誘電率が低い水晶が用いられる。

特開平１０−２９０１０４号公報 特開２００２-０４３８０７号公報

特許文献１には、直方体形状の誘電体ブロックの外周を導体層で被覆したＴＥモードの誘電体導波管共振器の側面に、誘電体の露出する結合窓を設け、誘電体導波管共振器の間を対峙する結合窓で結合した、誘電体導波管フィルタが記載されている。
このような構造の誘電体導波管フィルタは、誘電体導波管共振器を並べる際に、誘電体導波管共振器の位置がずれて結合窓の位置や寸法に誤差が生じたり、誘電体導波管共振器の間に隙間が生じて結合窓から電磁界が漏洩したりして、周波数特性が大きく劣化してしまう虞がある。設計された通りの周波数特性を得るためには、数μｍ以下の位置精度が必要なため、組み立て時の難易度が高く、量産し難いという問題がある。

また、特許文献２には、断面四角形状で棒状の誘電体ブロックに所定の間隔でくびれ部を設け、誘電体ブロックの表面を導体層で被覆して、複数のＴＥモードの誘電体共振器を形成した誘電体フィルタが記載されている。
このような構造の誘電体導波管フィルタは、複数の共振器を一体に形成することができ、誘電体導波管共振器を位置合わせする必要がないので、組み立て時の難易度が低く、量産し易い。しかし、誘電体導波管共振器の間の接続が複雑な誘電体導波管フィルタには適用し難いという問題がある。

本発明の誘電体導波管フィルタは、
コア材の上面と下面に導体パターンが形成された基板と、前記基板上に配置され、誘電体を導体層で被覆して、１つ以上の共振器を一体に形成した複数の共振器群からなり、
前記複数の共振器群のうち少なくとも一組の共振器群は、底面に誘電体が露出する導波管側スロットをそれぞれ具え、
前記基板は、上面と下面の導体パターンと、上面と下面の導体パターンを接続するビアホールとで囲繞されたキャビティを具え、
前記キャビティは、前記一組の共振器群の導波管側スロットが対向する位置に、コア材が露出する一組の基板側スロットが設けられ、
前記一組の共振器群は、前記キャビティを介して結合したことを特徴とする。

本発明によれば、誘電体導波管共振器の間の接続が複雑な誘電体導波管フィルタであっても、組み立ての際の位置ずれによる周波数特性の劣化が少ない、組み立ての難易度が低く、量産し易い、誘電体導波管フィルタを提供することができる。

本発明の誘電体導波管フィルタの一実施例を示す分解斜視図である。 本発明の誘電体導波管フィルタの一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。 本発明の誘電体導波管フィルタの一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。 本発明の誘電体導波管フィルタの別の一実施例を示す分解斜視図である。

図１は、本発明の誘電体導波管フィルタの一実施例を説明するための分解斜視図を示す。図１に示すように、誘電体導波管フィルタ１は、コア材６３と表面パターン６１、裏面パターン６２からなる基板６０の上に配置された、共振器群１０、２０からなる。
図１において、誘電体露出部をクロスハッチングで示し、コア材露出部を斜線で示している。

共振器群１０、２０は、直方体形状の誘電体ブロックの両側に、複数のくびれ部３０を所定間隔を設け、誘電体ブロックの表面を導体層で被覆して形成されている。共振器群１０、２０は、それぞれ、ＴＥモードの共振器１１、１２、１３、ＴＥモードの共振器２１、２２、２３からなる。

共振器群１０、２０は、共振器１１、１２、１３と共振器２１、２２、２３が、それぞれ隣接するように配置され、その結果、誘電体導波管フィルタ１は、６素子の共振器が、２行３列に配置されている。

共振器１１、２１の底面には、入出力電極４１、４２がそれぞれ設けられている。
入出力電極４１、４２は、底面角部から底面中心方向に直線状に伸びて、その途中から幅が放射状に広がっている。入出力電極４１、４２の両側４０ａ、４０ｂ、および、共振器群１０、２０の側面の、入出力電極４１、４２の周辺４０ｃの誘電体が露出し、入出力電極４１、４２の先端は、導体層に接続されている。

共振器１３、２３の底面には、誘電体が露出する導波管側スロット５１、５２がそれぞれ設けられている。導波管側スロット５１、５２は、長さａ、幅ｂで、共振器１３と共振器２３とが結合し易いように、隣接する面に対して互いに長さ方向を平行に配置され、また、底面の中心から隣接する面の方向に、距離ｄをオフセットして配置されている。
共振器群１０と共振器群２０と底面のパターンは、互いに対称である。

裏面パターン６２は、全面のベタパターンである。
表面パターン６１は、入出力電極４１、４２の対向する位置に、入出力線路７１、７２がそれぞれ設けられ、導波管側スロット５１、５２の対向する位置に、基板側スロット８１、８２がそれぞれ設けられおり、入出力線路７１、７２の両側、および、基板側スロット８１、８２を除きベタパターンである。
入出力線路７１、７２および基板側スロット８１、８２は、入出力電極４１、４２の外形、導波管側スロット５１、５２とそれぞれ略同一形状だが、外形を稍々大きく形成されている。
入出力線路７１、７２は、マイクロストリップ線路で図示しない外部機器に接続される。

入出力線路７１、７２は、表面パターン６１と裏面パターン６２を接続するビアホール７１ａ、７２ａでそれぞれ囲繞され、
基板側スロット８１、８２は、表面パターン６１と裏面パターン６２を接続するビアホール８０ａで囲繞されている。
以後、表面パターン６１と裏面パターン６２とビアホール８０ａとで囲繞された領域（Ａ×Ｂ）をキャビティ９０という。キャビティ９０は、共振器としてではなく、従来の誘電体導波管フィルタの結合窓と同様の動作をする。

従来の結合窓を用いて共振器の間を結合した誘電体導波管フィルタの場合は、結合窓の大きさが、誘電体導波管共振器の側面の広さによって制限される。しかし、本願発明の誘電体導波管フィルタにおいて、キャビティの大きさは、基板が許す限り大きくすることができる。

上記した誘電体導波管フィルタ１は、共振器１３と共振器２３との間の結合の強さが、導波管側スロット５１、５２の大きさＬ×Ｗ、および、オフセットの距離ｄで決まり、大きさＬ×Ｗが大きいほど、また、距離ｄが長いほど、結合の強さが大きくなる。また、キャビティ８０の大きさＡ×Ｂによって、共振器１３と共振器２３との間の結合が、容量性結合か誘導性結合かが決まり、大きさＡ×Ｂが大きければ容量性結合になり、小さければ誘導性結合になる。

図２と図３は、本発明の誘電体導波管フィルタ１の周波数特性をシミュレーションした結果を示すグラフであり、図２は、共振器群１０と共振器群２０とを誤差なく配置した場合の周波数特性を示し、図３は、共振器群１０と共振器群２０との間に０．１ｍｍの隙間を設けて配置した場合の周波数特性を示す。図２と図３において、横軸は周波数を示し、縦軸はｄＢ、実線はリターンロス（Ｓ１１）、点線はインサーションロス（Ｓ２１）を示している。
図２と図３から、共振器群１０と共振器群２０との間に、大きな隙間を設けたとしても、周波数特性の変化が小さいことがわかる。

従来の結合窓を用いて共振器の間を結合した誘電体導波管フィルタの場合は、共振器の間に隙間があると、隙間から電磁界が漏洩し、周波数特性が大きく劣化する。しかし、本願発明の誘電体導波管フィルタは、共振器群の間に隙間が空いたとしても、隙間から電磁界が漏洩することがなく、また、キャビティに対して導波管側スロットの位置が多少ずれても、結合の強さの変化は少ない。その結果、位置ずれによる周波数特性の劣化が少ない誘電体導波管フィルタとすることができる。
なお、上記実施例では、キャビティに対して共振器群の位置がずれても良いように、予め、導波管側スロットの外形より、基板側スロットの外形を大きくしている。

上記した実施例では、１行３列の共振器群２つと、キャビティ１つを用いて、誘電体導波管フィルタを構成したが、種々の組合せが可能である。

図４は、誘電体導波管フィルタの別の実施例を示す分解斜視図である。誘電体導波管フィルタ２は、２素子の共振器で構成された共振器群１５、１６、１７を用い、共振器群１５と共振器群１６との間、共振器群１６と共振器群１７との間を基板６５に設けられたキャビティ９５、９６を用いてそれぞれ結合している。

このように、構造が簡単な共振器を一体に形成した共振器群を、共振器群の間に隙間があっても周波数特性が劣化しないキャビティで結合することによって、複雑な共振器の組合せの誘電体導波管フィルタを、容易に製造することができる。たとえば、誘電体材料として水晶を用いた場合は、水晶を複雑な形状に加工することは困難なので、有用な構造である。
どのような誘電体導波管フィルタ群を用いるか、どの共振器群の間にキャビティを用いるかは、組み立ての容易さや、誘電体材料の大きさ、キャビティの大きさの都合により、適宜選択可能である。

なお、上記した実施例においては、誘電体導波管フィルタに適用した場合を説明したが、誘電体導波管デュプレクサにも適用可能である。

１、２ 誘電体導波管フィルタ
１０、２０、１５、１６、１７ 共振器群
１１、１２、１３、２１、２２、２３ 共振器
３０ くびれ部
４１、４２ 入出力電極
５１、５１ 導波管側スロット
６０、６５ 基板
６１ 表面パターン
６２ 裏面パターン
６３ コア材
７１、７２ 入出力線路
８１、８２ 基板側スロット
７１ａ、７２ａ、８０ａ ビアホール
９０、９５、９６ キャビティ

Claims (4)

1. コア材の上面と下面に導体パターンが形成された基板と、
   前記基板上に配置され、誘電体を導体層で被覆して、１つ以上の共振器を一体に形成した複数の共振器群からなり、
   前記複数の共振器群のうち少なくとも一組の共振器群は、
   底面に誘電体が露出する導波管側スロットをそれぞれ具え、
   前記基板は、
   上面と下面の導体パターンと、上面と下面の導体パターンを接続するビアホールとで囲繞されたキャビティを具え、
   前記キャビティは、
   前記一組の共振器群の導波管側スロットが対向する位置に、コア材が露出する一組の基板側スロットが設けられ、
   前記一組の共振器群は、前記キャビティを介して結合した
   ことを特徴とする誘電体導波管フィルタ。
2. 前記一組の基板側スロットは互いに平行である
   請求項１に記載の誘電体導波管フィルタ。
3. 前記基板側スロットの外形は、対向する前記導波管側スロットの外形より大きい
   請求項２に記載の誘電体導波管フィルタ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の誘電体導波管フィルタを用いた誘電体導波管デュプレクサ。

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