JP3311596B2

JP3311596B2 - 誘電体フィルタ

Info

Publication number: JP3311596B2
Application number: JP24151596A
Authority: JP
Inventors: 尊晶内山; 昌久中口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2002-08-05
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: JPH1093306A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数百ＭＨｚから数
ＧＨｚの高周波信号に利用される誘電体フィルタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通信機器には様々な高周波用フィルタが
利用されており、特に、携帯電話等の移動体通信機器の
普及及び通信利用の増加に伴い、各種フィルタについ
て、小型化及びフィルタ特性の改善が要求されている。
従来、高周波において利用されるフィルタとしては、同
軸誘電体共振器を用いた誘電体フィルタがあり、例え
ば、特開平６−２８３９０４に記載されている。前記誘
電体フィルタは、図３のように、誘電体基板(５)の表面
に導体パターンが形成されたベース基板(４)と、該ベー
ス基板(４)の上面において、互いに隣接して配置される
複数の同軸誘電体共振器(10a)(10b)を具える。

【０００３】前記同軸誘電体共振器(10)は、図２のよう
に、誘電体部材(２)に、その両端面(20)(21)を通る貫通
孔(22)を形成し、誘電体部材(２)の外周面、貫通孔(22)
の内面及び誘電体部材(２)の何れか一方の端面(21)に、
導体層(30)(31)(32)を配備した1/4波長型同軸共振器で
ある。さらに、該同軸誘電体共振器(10)は、図２のよう
に、前記外周面の導体層(30)の一面を削除して底面(23)
とし、且つ隣接する各同軸共振器(10a)(10b)における側
面の導体層(30)の一部を削除して、段間結合用窓(90)を
形成したものである。ベース基板(４)は、図１０のよう
に、誘電体基板(５)の表面に、入出力端子部(6a)(6b)、
入出力結合用ストリップライン(7a)(7b)及び接地パター
ン(８)を形成したものである。入出力結合用ストリップ
ライン(7a)(7b)は、誘電体基板(５)の上面に、それぞれ
各入出力段の同軸共振器(10a)(10b)の底面(23)との接触
面の内側領域から、各入出力端子部(6a)(6b)まで形成さ
れる。接地パターン(８)は、図１０（ａ）及び（ｂ）の
とおり、誘電体基板(５)の上面及び下面における、同軸
共振器(10)の底面(23)との接触面の内側領域並びに入出
力端子部(6a)(6b)及び入出力結合用ストリップライン(7
a)(7b)の周辺領域を除いて形成されている。

【０００４】上記のように、誘電体基板(５)の表面に導
体パターンを形成したベース基板(４)に、互いに隣接す
る複数個の前記同軸共振器(10)を配置することによっ
て、入出力結合用ストリップライン(7a)(7b)と各入出力
段同軸共振器(10a)(10b)の孔内面の導体層(31)との間が
それぞれ容量結合して、帯域通過型の誘電体フィルタが
形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、1/4波長型共
振器においては、１波長の1/4が共振器長に等しい基本
波だけでなく、周波数が基本波の奇数倍である高調波も
共振する。従って、1/4波長型同軸誘電体共振器を用い
た帯域通過型フィルタは、希望する基本波近傍の周波数
帯域だけでなく前記高調波近傍の周波数帯域において
も、信号の減衰量が少ない低減衰帯域が生じることにな
る。特に、図６のように、基本波の周波数f₀の３倍の周
波数近傍に発生する低減衰帯域は、周波数f₀近傍の希望
する低減衰帯域に最も近いため、減衰量を大きくする必
要がある。

【０００６】

【発明の目的】本願発明者は、1/4波長型同軸共振器に
て発生する基本波及び高調波の振幅形状に注目して、以
下の解決手段を考え出した。図５は、1/4波長型同軸誘
電体共振器(10)にて共振する定在波のうち、基本波と、
高調波の中で最も低次の３次高調波とを、それぞれ一点
鎖線及び実線の曲線にて示している。同軸共振器にて共
振する電磁波はＴＥＭ波であるから、図５に示される波
は、共振器内の電界分布を表わし、従って、該波の振幅
は、電界の強さを表わす。また、共振器内の矢印は、あ
る時点における３次高調波の電界の向きを表わしてい
る。図５から理解されるように、基本波は、開放端面(2
0)の位置Ａにおいて、波の腹となり、電界の強さが最大
になる。また、３次高調波は、開放端面(20)の位置Ａ
と、位置Ａから軸方向に共振器長の約2/3だけ離れた位
置Ｂにおいて、波の腹となり、電界の強さが最大にな
る。さらに、位置Ａにおける３次高調波の位相は、位置
Ｂにおけるそれと比べて半波長ずれているから、位置Ａ
における３次高調波の電界の向きは、位置Ｂにおけるそ
れと比べて反対となっている。本発明は、ベース基板
(４)における結合用ストリップライン(７)の形状を変化
させることにより、通過特性の優れた誘電体フィルタを
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は、上記課題を解決
するため、1/4波長型同軸誘電体共振器を用いた誘電体
フィルタにおいて、少なくとも一方の入出力結合用スト
リップラインは、誘電体部材の開放端面と接する位置近
傍と、該開放端面から共振器長の約2/3だけ離れた位置
近傍との線幅が、他の位置よりも広く形成されている。

【０００８】

【作用】1/4型同軸誘電体共振器内で共振する３次高調
波は、開放端面(20)の位置Ａと、位置Ａから軸方向に共
振器長の約2/3だけ離れた位置Ｂにおいて、電界の強さ
が最大であり、且つ、電界の向きがそれぞれの位置で反
対向きである。従って、入出力結合用ストリップライン
は、前記位置Ａ及び位置Ｂの近傍の線幅が広く形成され
ることにより、位置Ａ及び位置Ｂにて同軸誘電体共振器
と強く容量結合することになって、位置Ａと位置Ｂの電
界を相殺することになる。その結果、誘電体フィルタと
しては、３次高調波が共振し難くなる。

【０００９】

【発明の効果】このとき、誘電体フィルタの通過特性
は、図６の実線のようになり、図６の破線で示される従
来の通過特性と比べて、３次高調波の周波数近傍の減衰
量を大きくすることができる。従って、本発明により、
誘電体フィルタの通過特性が改善される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面に沿って詳述する。（第１実施形態）本実施形態の誘電体フィルタは、図３
のように、誘電体基板(５)の表面に導体パターンが形成
されたベース基板(４)の上面に、２個の1/4波長型同軸
誘電体共振器(10a)(10b)を互いに隣接して配置した面実
装型の誘電体フィルタである。前記1/4波長型同軸誘電
体共振器(10)は、図２のように、角柱状の誘電体部材
(２)に対して、両端面(20)(21)を通る貫通孔(22)を形成
し、誘電体部材(２)の外周面、貫通孔(22)の内面及び誘
電体部材(２)の何れか一方の端面(21)に、導電性材料を
被覆して、導体層(30)(31)(32)を形成する。そして、誘
電体部材(２)の外周面の一面から導電性材料を除去して
底面(23)とし、且つ同軸共振器(10a)(10b)どうしが隣接
する側面の一部から導電性材料を除去して段間結合用窓
(90)を形成する。誘電体部材(２)の材質は、酸化バリウ
ム、酸化チタン、酸化ネオジウム等の高誘電率セラミッ
クスが適している。また、導電性材料としては、銀、銅
等の高導電率材料が適している。

【００１１】ベース基板(４)には、前記同軸共振器(10
a)(10b)を２個横に接して載置できる大きさをもつ誘電
体基板(５)の表面上に、図１（ａ）及び（ｂ）のよう
に、導電性材料のパターンによって、入出力端子部(6a)
(6b)、入出力結合用ストリップライン(7a)(7b)及び接地
パターン(８)が形成される。入出力端子部(6a)(6b)は、
該基板(４)の縁であって、各入出力段の同軸共振器(10
a)(10b)の開放端面(20)近くに形成される。入出力段同
軸共振器(10a)(10b)に対応する入出力結合用ストリップ
ライン(7a)(7b)は、誘電体基板(５)の上面に、それぞれ
各共振器の底面(23)との接触面内に形成され、各共振器
の開放端面(20)との接触部分を通って、各入出力端子部
(6a)(6b)まで延びている。前記結合用ストリップライン
(7a)(7b)は、誘電体部材(２)の開放端面(20)と接する位
置近傍と、該開放端面(20)から共振器長の約2/3だけ離
れた位置近傍における線幅が、他の位置よりも広く形成
される(70)。さらに、基本波の共振周波数（基本周波
数）f0に対して、結合用ストリップライン(7a)(7b)と同
軸共振器(10a)(10b)間の各容量結合を従来と同程度にす
るために、結合用ストリップライン(7a)(7b)は、前記幅
広部(70)以外の部分の線幅が、従来（図９）よりも狭く
形成される。接地パターン(８)は、誘電体基板(５)の上
面及び下面において、同軸共振器(10)の底面(23)との接
触面の内側領域と、入出力端子部(6a)(6b)及び入出力結
合用ストリップライン(7a)(7b)の周辺領域とを除いて形
成される。誘電体基板(５)の材質は、アルミナ等の低誘
電体のものが適している。また、上面と下面の導体パタ
ーンを接続するために、誘電体基板(５)の縁に形成され
た凹部(50)に導電性材料が被覆される。

【００１２】上記のように、前記同軸共振器(10a)(10b)
と前記ベース基板(４)を形成してから、図３のように、
前記ベース基板(４)上に前記同軸共振器(10a)(10b)を絶
縁性接着剤にて接着し、共振器(1a)(1b)の外表面の導体
層(30)(32)を接地パターン(８)にはんだ付けする。そし
て、所望の仕様に合わせるために、各同軸共振器(10a)
(10b)の開放端面(20)や段間結合用窓(90)にトリミング
を施して微調整することによって、誘電体フィルタが完
成する。

【００１３】図４は、誘電体フィルタの断面図であり、
図３のＡ−Ａ線に沿って縦断面し、矢印方向に見た図で
ある。図４から導体層(30)(31)(32)を取り出して簡略化
したものが図５であり、図５には、1/4波長型同軸誘電
体共振器(10)内で共振する基本波と３次高調波が示され
ている。図５から理解されるように、前記３次高調波
は、開放端面(20)の位置Ａと、位置Ａから軸方向に共振
器長の約2/3離れた位置Ｂにおいて、電界の強さが最大
であり、且つ、電界の向きがそれぞれの位置で反対向き
である。従って、入出力結合用ストリップライン(７)
は、前記位置Ａ及び位置Ｂの近傍の幅広部(70)が、他の
位置よりも同軸共振器(10)と強く容量結合することにな
り、位置Ａと位置Ｂの電界を相殺することになる。その
結果、誘電体フィルタとしては、３次高調波が共振し難
くなって、図６のように、通過特性に関して、３次高調
波の共振周波数3f₀近傍の減衰量を大きくすることがで
きる。さらに、入出力結合用ストリップライン(7a)(7b)
において、幅広部(70)以外の部分の線幅を狭く形成する
ことによって、前記ストリップライン(7a)(7b)全体と、
同軸共振器(10a)(10b)との基本周波数f₀に対する容量結
合は、従来と同程度にすることができ、その結果、図６
のように、誘電体フィルタの通過特性に関して、希望帯
域である基本周波数f₀近傍の周波数帯域の特性を維持で
きる。

【００１４】（第２実施形態）本実施形態の誘電体フィ
ルタは、第１実施形態と比べて、２個の1/4波長型同軸
誘電体共振器(10a)(10b)の代りに、２個の1/2波長両端
開放型同軸誘電体共振器(11a)(11b)を用いたものであ
る。該1/2波長両端開放型共振器(11)は、図８のよう
に、第１実施形態に用いられた1/4波長型共振器(10a)(1
0b)（図２）と比べて、両端面(20)(21)が導電性材料に
よって被覆されず、開放端面となっており、さらに、同
軸共振器どうしが隣接する側面において、中心から離れ
た部分の導電性材料を除去して、段間結合用窓(90)が形
成されている。このとき、1/2波長型共振器(11)にて共
振する定在波は、１波長の1/2が共振器長に等しい基本
波と、共振周波数が基本周波数の偶数倍である高調波で
ある。従って、1/2波長型共振器(11)を用いた帯域通過
型フィルタにおいて、低減衰帯域は、希望する基本波近
傍の周波数帯域だけでなく、前記高調波近傍の周波数帯
域にも生じることになる。特に、共振周波数が基本周波
数の２倍である２次高調波の周波数近傍に発生する低減
衰帯域は、希望する基本周波数に最も近いため、減衰量
を大きくする必要がある。1/2波長両端開放型共振器(1
1)にて共振する基本波及び２次高調波は、図９におい
て、それぞれ一点鎖線及び実線にて示される形状とな
る。図９から理解されるように、前記２次高調波は、開
放端面(20)の位置Ｃと、位置Ｃから軸方向に共振器長の
約1/2離れた位置Ｄにおいて、電界の強さが最大であ
り、且つ、電界の向きがそれぞれの位置で反対向きであ
る。

【００１５】従って、1/2波長両端開放型同軸誘電体共
振器(11a)(11b)に対する入出力結合用ストリップライン
(7a)(7b)は、図７のように、開放端面(20)の位置Ｃの近
傍と、位置Ｃから軸方向に共振器長の約1/2離れた位置
Ｄの近傍における線幅が広く形成される(70)ことによっ
て、前記位置Ｃ及び位置Ｄ近傍の幅広部(70)が、他の位
置よりも同軸共振器(11)と強く容量結合することにな
り、位置Ｃと位置Ｄの電界を相殺することになる。その
結果、誘電体フィルタとしては、２次高調波が共振し難
くなって、通過特性に関して、２次高調波の共振周波数
近傍の減衰量を大きくすることができる。さらに、入出
力結合用ストリップライン(7a)(7b)において、幅広部(7
0)以外の部分の線幅を狭く形成することによって、前記
ストリップライン(7a)(7b)全体と、同軸共振器(11a)(11
b)との基本周波数に対する容量結合は、従来と同程度に
することができ、その結果、誘電体フィルタの通過特性
に関して、希望帯域である基本周波数近傍の特性を維持
できる。

【００１６】なお、誘電体部材(２)の両端面(20)(21)
が、導電性材料によって被覆されて短絡端面となってい
る1/2波長両端短絡型同軸誘電体共振器を用いる場合で
も、上述と同様に考えると、入出力結合用ストリップラ
イン(7a)(7b)において、短絡端面(20)の位置から軸方向
に共振器長の約1/4だけ離れた位置近傍及び約3/4だけ離
れた位置近傍における線幅が広く形成される(70)ことに
よって、誘電体フィルタの通過特性に関して、２次高調
波の共振周波数近傍の減衰量を大きくすることができ
る。また、上記実施形態では、入出力結合用ストリップ
ライン(7a)(7b)の両方に幅広部(70)を形成したが、入力
段又は出力段の何れかの同軸共振器にて、高調波成分を
相殺すれば通過特性が改善されることから、入出力結合
用ストリップライン(7a)(7b)の何れか一方のみに幅広部
(70)を形成しても本発明の効果が実現できる。

【００１７】さらに、本願では、誘電体フィルタにおい
て高調波成分を相殺することを、該高調波の腹に対応す
る部分の容量結合を強くすることによって実現したが、
段間結合用窓(90)の形状を工夫して、誘導結合を強くす
ることによっても実現できることが予想される。

【００１８】上記実施形態の説明は、本発明を説明する
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、
本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の
範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であるこ
とは勿論である。例えば、上記実施形態では、２個の同
軸共振器を用いて説明したが、本発明は入出力結合用ス
トリップライン(7a)(7b)の形状に関するものであるか
ら、中間段に配備される同軸共振器の個数を自由に選択
できる。さらに、上記実施形態では、入出力端子部(6a)
(6b)がベース基板(４)上の対向する辺に形成されている
が、これを同じ辺に形成してもよく、その場合、入出力
段の同軸共振器の端面(20)(21)の向きも同じになる。こ
のように、同軸共振器の端面(20)(21)の向きは、自由に
選択でき、それに対応して、ベース基板(４)上の導体パ
ターンも変化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の誘電体フィルタにて用いられる
ベース基板を示す図であり、（ａ）は平面図、且つ
（ｂ）は下面図である。

【図２】従来及び第１実施形態の誘電体フィルタにて用
いられる1/4波長型同軸誘電体共振器を示す斜視図であ
る。

【図３】第１実施形態の誘電体フィルタを示す斜視図で
ある。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿って縦断面し、矢印方向に
見た断面図である。

【図５】1/4波長型同軸誘電体共振器にて共振する基本
波及び３次高調波を模式的に示した説明図である。

【図６】第１実施形態の誘電体フィルタの通過特性を示
す図である。

【図７】第２実施形態にて用いられるベース基板の平面
図である。

【図８】第２実施形態の誘電体フィルタにて用いられる
1/2波長両端開放型同軸誘電体共振器を示す斜視図であ
る。

【図９】1/2波長両端開放型同軸誘電体共振器にて共振
する基本波及び２次高調波を模式的に示した説明図であ
る。

【図１０】従来の誘電体フィルタにて用いられるベース
基板を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
下面図である。

【符号の説明】

(４) ベース基板 (６) 入出力端子部 (７) 入出力結合用ストリップライン (８) 接地パターン (10) 1/4波長型同軸誘電体共振器 (70) 結合用ストリップラインの幅広部 (90) 段間結合用窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 1/20 - 1/210 H01P 7/00 - 7/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板(５)の表面に、導体パターン
として入出力端子部(6a)(6b)、入出力結合用ストリップ
ライン(7a)(7b)及び接地パターン(８)が形成されたベー
ス基板(４)と、該ベース基板(４)の上面において、前記
入出力結合用ストリップライン(7a)(7b)及び接地パター
ン(８)上へ、複数個の同軸誘電体共振器を互いに隣接し
て配置した誘電体フィルタであって、前記同軸誘電体共
振器は、誘電体部材(２)に、その両端面(20)(21)を通る
貫通孔(22)を形成し、誘電体部材(２)の外周面及び貫通
孔(22)の内面に導体層(30)(31)を配備し、さらに、前記
外周面の導体層(30)の一面を削除して底面(23)とし、且
つ隣接する各同軸共振器における側面の一部を削除して
段間結合用窓(90)を形成し、前記ベース基板(４)の入出
力結合用ストリップライン(7a)(7b)は、それぞれ各入出
力段の同軸共振器の底面(23)との接触面内に形成され、
各入出力端子部（6a）(6b)まで延びている誘電体フィル
タに於て、入出力結合用ストリップライン(7a)(7b)の少
なくとも一方は、同軸誘電体共振器内にて共振する定在
波の中で基本波に次ぐ高次の周波数を有する定在波にお
ける電界分布の腹に対応する位置近傍における線幅が、
他の位置よりも広く形成されている(70)ことを特徴とす
る誘電体フィルタ。
【請求項２】同軸誘電体共振器は、誘電体部材(２)の
何れか一方の端面(21)に導体層(32)が配備された1/4波
長型同軸誘電体共振器(10)であり、入出力結合用ストリ
ップライン(7a)(7b)の幅広部(70)は、誘電体部材(２)の
開放端面(20)と接する位置近傍と、該開放端面(20)から
共振器長の約2/3だけ離れた位置近傍に形成されてい
る、請求項１に記載の誘電体フィルタ。
【請求項３】同軸誘電体共振器は、誘電体部材(２)の
両端面に導体層が配備されていない1/2波長両端開放型
同軸誘電体共振器(11)であり、入出力結合用ストリップ
ライン(7a)(7b)の幅広部(70)は、誘電体部材(２)の開放
端面(20)と接する位置近傍と、該開放端面(20)から共振
器長の約1/2だけ離れた位置近傍に形成されている、請
求項１に記載の誘電体フィルタ。