JP3610751B2 - 誘電体フィルタ及び誘電体デュプレクサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体フィルタ及び誘電体デュプレクサ、特に、マイクロ波帯やミリ波帯の通信装置等に使用される誘電体フィルタ及び誘電体デュプレクサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えばマイクロ波帯やミリ波帯の通信装置に使用される誘電体フィルタとして、複数個のTEMモードの同軸共振器を低誘電率の誘電体を挟んで多段フィルタとしたものが知られている(特開平2−94903号公報参照)。この誘電体フィルタは、TEMモードの同軸共振器が1段毎に独立して共振器として機能している。
【0003】
ところで、このようなフィルタが使用される通信装置においては、チャンネル数増加の要請等に伴い高周波化が進んでおり、複数個のTEMモードの同軸共振器にて構成された誘電体フィルタを、高い周波数(例えば、3GHz帯)に適用すると、無負荷Qが急激に低下し、通過損失が増大するという問題があった。
【0004】
そこで、この問題を解消する誘電体フィルタとして、図11に示したTE10モードの導波管型誘電体フィルタ40が提案されている。この誘電体フィルタ40は、三つのTE10モード共振器部51と二つの誘電体結合窓部52を備え、TE10モード共振器部51を誘電体結合窓部52を介して直列に接続した構造を有している。
【0005】
共振器部51と誘電体結合窓部52は、同一材料からなる略直方体形状の誘電体ブロック41の表面に、この誘電体ブロック41の表面を略全面覆うように外導体43を設けることによって形成される。この外導体43に対して所定の間隔を確保して外導体43に非導通の状態で一対の入出力電極45が誘電体ブロック41の両端部に設けられている。各共振器部51の中心周波数を所望の値にするには、各共振器部51の長さを中心周波数の波長λの略1/2に設定すればよい。また、誘電体フィルタ40の通過帯域幅を所望の値にするには、誘電体結合窓部52の幅W1を適宜設定すればよい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案されている誘電体フィルタは、高い周波数帯域で無負荷Qが高く損失が少ないが、共振器部51と誘電体結合窓部52の誘電体材料が同じで、共振器部51の誘電体の誘電率と誘電体結合窓部52の誘電体の誘電率が等しいため、中心周波数が同一で通過帯域幅の異なる誘電体フィルタを複数種類製作しようとすると、誘電体結合窓部52の幅W1を変更しなければならず、誘電体ブロック41の形状あるいは寸法を変える必要があり、誘電体フィルタの種類の数だけ成形金型が必要であった。
【0007】
また、これとは別に、同じ成形金型を用いて通過帯域幅の異なる誘電体フィルタを複数種類製作する方法もある。すなわち、成形金型にて直方体の誘電体ブロックを形成し、この誘電体ブロックの両側部をダイシングソー等により切削して一対の溝を対向させて所定間隔で二組形成する。この一対の溝に挟まれた部分の誘電体ブロックが誘電体結合窓部とされる。従って、この方法も、中心周波数が同一で通過帯域幅の異なる誘電体フィルタを複数種類製作しようとすると、ダイシングソーの刃の送り寸法(溝の深さ方向の寸法)を誘電体フィルタの種類の数だけ変更して誘電体結合窓部の幅を変える必要があった。
【0008】
そこで、本発明の目的は、形状や寸法を変えることなく帯域幅を変更することができる誘電体フィルタ及び誘電体デュプレクサを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明に係る誘電体フィルタ、あるいは誘電体デュプレクサは、TEモード共振器部の誘電体の誘電率と誘電体材料から成形された誘電体結合窓部の誘電体の誘電率が異なっており、かつ、誘電体結合窓部には結合調整穴が形成されており、該結合調整穴の内壁面には内導体及び内導体非形成部が設けられていることを特徴とする。
【0010】
【作用】
以上の構成により、誘電体結合窓部の形状や寸法を変更しない状態で、誘電体結合窓部の誘電体の誘電率を共振器部の誘電体の誘電率より大きくすると、隣接する共振器部相互間の結合量が大きくなり、誘電体フィルタや誘電体デュプレクサの帯域幅が広くなる。逆に、誘電体結合窓部の形状や寸法を変更しない状態で、誘電体結合窓部の誘電体の誘電率を共振器部の誘電体の誘電率より小さくすると、隣接する共振器部相互間の結合量が小さくなり、誘電体フィルタや誘電体デュプレクサの帯域幅が狭くなる。また、誘電体結合窓部に形成した結合調整穴の内導体非形成部の大きさや位置等によって通過帯域幅等の特性が調整される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る誘電体フィルタ及び誘電体デュプレクサの実施形態について添付図面を参照して説明する。各実施形態において、同一部品及び同一部分には同じ符号を付した。
【0012】
[第1実施形態、図1及び図2]
図1に示すように、この誘電体フィルタ10は、横断面矩形のものであり、三つのTE10モード共振器部1a,1b,1cと二つの誘電体結合窓部2a,2bで構成されている。各共振器部1a,1b,1cは誘電体結合窓部2a,2bを介して直列に接続され一体化している。各共振器部1a〜1cの中心周波数を所望の値にするため、各共振器部1a〜1cの長さは中心周波数の波長λの略1/2に設定されている。
【0013】
ここに、共振器部1a〜1cと誘電体結合窓部2a,2bは、以下のようにして形成される。図2に示すように、共振器部1a〜1cの誘電体11と、誘電体結合窓部2a,2bの誘電体21を準備する。誘電体11,21は、それぞれ誘電体粉末を結合剤等と共に混練してスラリー状にした後、成形して乾燥したものである。誘電体11と21は相互に異なった誘電率を有している。この誘電体11,21を、誘電体21の間に誘電体11を挟むようにして成形金型内に配置した後、成形金型によって誘電体11,21を加熱加圧することにより誘電体11,21を一体焼成させ、直方体形状の誘電体ブロック31を形成する。焼結された誘電体ブロック31の表面に、図1に示すように、この誘電体ブロック31を略覆うように外導体5が形成される。さらに、誘電体ブロック31の両端部に、外導体5に対して所定の間隔を確保して外導体5に非導通の状態で一対の入出力電極7,8が形成される。
【0014】
こうして、誘電体11とこの誘電体11の外面に設けられた外導体5とで構成された共振器部1a〜1cと、誘電体21とこの誘電体21の外面に設けられた外導体5とで構成された誘電体結合窓部2a,2bとが形成される。第1実施形態では、誘電体結合窓部2a,2bの幅W1は共振器部1a〜1cの幅W2と等しくなるように設定されている。
【0015】
得られた誘電体フィルタ10は、従来の1段毎に独立したTEMモードの同軸共振器を低誘電率の誘電体で挟んだ多段フィルタとは構成が異なっている。すなわち、誘電体フィルタ10のTE10モード共振器部1a〜1cは、伝搬領域となる導波管と同様の作用をする。そして、誘電体フィルタ10の誘電体結合窓部2a,2bは、遮断領域となる導波管と同様の作用をする。一般に導波管の場合、共振させるためには、伝搬領域となる導波管の両端面を反射係数の大きな電磁気的境界部で区切る必要がある。
【0016】
従って、仮に、誘電体フィルタ10の誘電体結合窓部2a,2bを共振器部1a〜1cと同じ誘電率の誘電体材料で形成すると、反射係数の大きな境界部が誘電体フィルタ10の両端、即ち、共振器部1a,1cのそれぞれの外側端面に設定されることになり、誘電体フィルタ10は1段の共振器を有するフィルタとなってしまう。
【0017】
これに対して、第1実施形態の誘電体フィルタ10は、誘電体結合窓部2a,2bを共振器部1a〜1cと異なる誘電率の誘電体材料で形成することにより、共振器部1a〜1c相互間に異誘電率部材を挟む構造となり、それによって初めて共振器部1a〜1cが共振器として機能し、3段の共振器を有するフィルタとなる。このようにして、誘電体結合窓部2a,2bは、単に共振器部1a〜1cを電磁気的に結合するだけでなく、共振器部1a〜1cの反射係数の大きな電磁気的境界部としても機能している。
【0018】
以上の構成の誘電体フィルタ10において、誘電体結合窓部2a,2bの誘電体21の誘電率を共振器部1a〜1cの誘電体11の誘電率より大きくすると、共振器部1aと1b間の結合量及び共振器部1bと1c間の結合量は大きくなる。従って、誘電体フィルタ10の通過帯域幅は広くなる。また、誘電体結合窓部2a,2bの誘電体21の誘電率を共振器部1a〜1cの誘電体11の誘電率より小さくすると、共振器部1aと1b間の結合量及び共振器部1bと1c間の結合量は小さくなり、通過帯域幅は狭くなる。この結果、誘電体結合窓部2a,2bの形状や寸法を変更しなくても、誘電体結合窓部2a,2bの誘電体21の誘電率を共振器部1a〜1cの誘電体11の誘電率と異ならせることによって、中心周波数が同一で通過帯域幅の異なる誘電体フィルタ10が得られる。すなわち、同一の成形金型を用いて中心周波数が同一で通過帯域幅の異なる誘電体フィルタを製造することができるので、成形金型の種類が大幅に抑えられ、製造コストの低減を図ることができる。
【0019】
[第2実施形態、図3]
図3に示すように、この誘電体フィルタ10は、三つのTE10モード共振器部1a〜1cと二つの誘電体結合窓部2a,2bで構成されている。各共振器部1a〜1cは誘電体結合窓部2a,2bを介して直列に接続され、図1に示す前記第1実施形態と略同様の構造とされる。
【0020】
共振器部1a〜1cと誘電体結合窓部2a,2bは以下のようにして形成される。共振器部1a〜1cの未焼成誘電体11と、誘電体結合窓部2a,2bの未焼成誘電体21を準備する。誘電体21の誘電率は、誘電体11の誘電率と異なっている。次に、未焼成誘電体11,21を個別に成形金型内にセットした後、成形金型によって誘電体11,21を加熱加圧することにより誘電体11,21を焼成する。このとき、誘電体結合窓部2a,2bの誘電体21の誘電率を共振器部1a〜1cの誘電体11の誘電率と異ならせることによって、誘電体21の形状や寸法を変更しなくても、中心周波数が同一で通過帯域幅の異なる誘電体フィルタ10が得られる。従って、同一の成形金型を用いて誘電体21を製造することができ、成形金型の種類を大幅に減少させることができる。
【0021】
次に、焼結された誘電体11の表面を、誘電体21との接合面及び入出力電極7,8形成部分を残して外導体5にて覆う。同様に、焼結された誘電体21の表面を、誘電体11との接合面を残して外導体5にて覆う。
次に、共振器部1a,1b,1cの間に誘電体結合窓部2a,2bを配置し、それぞれの接合面に塗布したガラスグレーズ等の絶縁性接着剤にて共振器部1a〜1cと誘電体結合窓部2a,2bを接合して、誘電体フィルタを製作する。ただし、焼結された誘電体11,21を予め絶縁性接着剤にて接合して一体化し、直方体形状の誘電体ブロックとした後、この誘電体ブロックの表面に、誘電体ブロックを略覆うように外導体5を形成するようにしてもよい。
【0022】
[第3実施形態、図4及び図5]
第3実施形態は自動車電話、携帯電話等の移動通信機器に使用される誘電体デュプレクサについて説明する。図4に示すように、誘電体デュプレクサ60は、三つのTE10モード共振器部61a,61b,61cと二つの誘電体結合窓部62a,62bで構成されている。各共振器部61a〜61cは誘電体結合窓部62a,62bを介して直列に接続され、一体化している。ここに、誘電体結合窓部62a,62bの幅W1は、共振器部61a〜61cの幅W2より小さく設定されている。ただし、誘電体結合窓部62a,62bの幅W1を共振器部61a〜61cの幅W2と等しくなるように設定してもよいことは言うまでもない。
【0023】
共振器部61a〜61cと誘電体結合窓部62a,62bは以下のようにして形成される。共振器部61a〜61cの未焼成誘電体71a〜71cと、誘電体結合窓部62a,62bの未焼成誘電体81a,81bを準備する。誘電体81a,81bの誘電率は、誘電体71a〜71cの誘電率と異なっている。誘電体71bには、上下面を貫通する二つの外部結合孔72a,72bが形成され、さらに、この二つの外部結合孔72a,72bにそれぞれ直交する引出し用貫通孔73a,73bが形成されている。
【0024】
次に、未焼成誘電体71a〜71c,81a,81bを個別に成形金型内にセットした後、成形金型によって誘電体71a〜71c,81a,81bを加熱加圧することにより誘電体71a〜71c,81a,81bを焼成する。このとき、誘電体結合窓部62a,62bの誘電体81a,81bの誘電率を共振器部61a〜61cの誘電体71a〜71cの誘電率と異ならせることによって、誘電体81a,81bの形状や寸法を変更しなくても、中心周波数が同一で帯域幅の異なる誘電体デュプレクサ60が得られる。従って、同一の成形金型を用いて誘電体81a,81bを製造することができ、成形金型の種類を大幅に減少させることができる。
【0025】
次に、焼結された誘電体71a〜71cの表面を、それぞれ誘電体81a,81bとの接合部分、入出力電極である送信側電極Tx、受信側電極Rx及びアンテナ電極ANT形成部分を残して外導体65にて覆う。外部結合孔72a,72b及び引出し用貫通孔73a,73bの内周全面には、それぞれ内導体63が形成されている。つまり、それぞれの内導体63は、外部結合孔72a,72bの両端部で外導体65と電気的に導通し、引出し用貫通孔73a,73bの一方の端部でアンテナ電極ANTに電気的に導通している。従って、外部結合孔72a,72bは、それぞれ引出し用貫通孔73a,73bを介して、アンテナ電極ANTに電気的に導通している。同様に、焼結された誘電体81a,81bの表面を、誘電体71a〜71cとの接合面を残して外導体65にて覆う。
【0026】
次に、図5に示すように、共振器部61a,61b,61cの間に誘電体結合窓部62a,62bを配置し、それぞれの接合面に塗布したガラスグレーズ等の絶縁性接着剤にて共振器部61a〜61cと誘電体結合窓部62a,62bを接合して、誘電体デュプレクサ60を製作する。ただし、焼結された誘電体71a〜71c,81a,81bを予め絶縁性接着剤にて接合して一体化した後、外導体65を形成するようにしてもよい。
【0027】
以上の構成からなる誘電体デュプレクサ60は、共振器部61aと誘電体結合窓部62aと共振器部61bの略左半分からなる送信フィルタ(帯域通過フィルタ)68Aと、共振器部61cと誘電体結合窓部62bと共振器部61bの略右半分からなる受信フィルタ(帯域通過フィルタ)68Bとを備えている。この誘電体デュプレクサ60は、図示しない送信回路系から送信側電極Txに入った送信信号を送信フィルタ68Aを介してアンテナ電極ANTから出力すると共に、アンテナ電極ANTに入った受信信号を受信フィルタ68Bを介して受信側電極Rxから図示しない受信回路系に出力する。
【0028】
[他の実施形態]
なお、本発明に係る誘電体フィルタ及び誘電体デュプレクサは前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、前記第1及び第2実施形態は、誘電体結合窓部2a,2bの幅W1を共振器部1a〜1cの幅W2と等しくなるように設定しているが、必ずしもこれに限るものではなく、図6及び図7に示すように、誘電体結合窓部2a,2bの幅W1を共振器部1a〜1cの幅W2より小さく設定してもよい。この場合も、誘電体結合窓部2a,2bの誘電体21の誘電率を共振器部1a〜1cの誘電体11の誘電率と異ならせることによって、誘電体結合窓部2a,2bの形状や寸法を変更することなく、中心周波数が同一で通過帯域幅の異なる誘電体フィルタが得られる。
【0029】
また、前記第2実施形態において、共振器部1a〜1cと誘電体結合窓部2a,2bを接合するための接着剤として、銀ペーストや半田ペースト等の導電性接着剤を用いてもよい。この場合、例えば図8に示すように、各誘電体結合窓部2a,2bの両接合面に、それぞれ円形窓35を残して斜線で示した領域に導電性接着剤34を塗布する。この円形窓35を通して共振器部1a〜1cは電磁界結合する。
【0030】
さらに、誘電体結合窓部に結合調整穴を設けてもよい。具体的には、例えば図9に示すように、第1実施形態の誘電体フィルタ10において、誘電体結合窓部2a,2bに結合調整穴15a,15bを形成する。結合調整穴15a,15bは、それぞれ誘電体結合窓部2a,2bの上面から下面に貫通した、横断面円形のものである。結合調整穴15a,15bの内壁全面には、内導体17(図10参照)が形成される。
【0031】
そして、この内導体17の一部を削って内導体非形成部16a,16bを形成し、通過帯域幅等の特性調整を行う。すなわち、誘電体フィルタ10の通過帯域幅等の特性を測定する。その測定結果に基づいて、図10に示すように、ルータ等の切削治具18を結合調整穴15a,15bの開口部から穴15a,15bの内部に侵入させ、結合調整穴15a,15bの内周面に露出している内導体17の所望の部分を削って内導体非形成部16a,16bを形成する。この内導体非形成部16a,16bの大きさや形成位置等により、通過帯域幅等の特性が調整される。従って、誘電体フィルタ10を組み立てた後であっても、通過帯域幅等の特性調整を行うことができ、調整作業がさらに容易になる。
【0032】
なお、結合調整穴15a,15bは、必ずしも誘電体結合窓部2a,2bの上面から下面に貫通する穴である必要はなく、手前側の面から奥側の面に貫通する穴や、誘電体結合窓部2a,2bの外周面に対してその軸が傾斜している穴等であってもよい。さらに、結合調整穴15a,15bの横断面の形状も円形の他に、矩形等であってもよい。
【0033】
また、前記第1及び第2実施形態では、三つの共振器部を直列に接続した3段の誘電体フィルタについて説明しているが、段数はこれに限るものではなく、2段あるいは4段以上であってもよい。さらに、誘電体フィルタあるいは誘電体デュプレクサは仕様に合わせて種々の形状が選択され、例えば横断面矩形の他に、横断面円形のもの、あるいは同軸線路のもの等であってもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、誘電体結合窓部の誘電体の誘電率をTEモード共振器部の誘電体の誘電率と異ならせることにより、誘電体結合窓部の形状や寸法を変更しなくても中心周波数が同一で帯域幅の異なる誘電体フィルタや誘電体デュプレクサが得られる。
【0035】
この結果、中心周波数が同一で帯域幅が異なる誘電体フィルタや誘電体デュプレクサを、同一の成形金型を用いて同一形状かつ同一寸法で製作することができる。従って、成形金型の種類を大幅に減らすことができ、製造コストの低減を図ることができる。また、誘電体結合窓部に形成した結合調整穴の内導体非形成部の大きさや位置等によって通過帯域幅等の特性調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る誘電体フィルタの第1実施形態を示す外観斜視図。
【図2】図1に示した誘電体ブロックの分解斜視図。
【図3】本発明に係る誘電体フィルタの第2実施形態を示す分解斜視図。
【図4】本発明に係る誘電体デュプレクサの一実施形態を示す分解斜視図。
【図5】図4に示した誘電体デュプレクサの外観斜視図。
【図6】本発明に係る誘電体フィルタの他の実施形態を示す外観斜視図。
【図7】本発明に係る誘電体フィルタの別の他の実施形態を示す分解斜視図。
【図8】本発明に係る誘電体フィルタのさらに別の他の実施形態を示す分解斜視図。
【図9】本発明に係る誘電体フィルタのさらに別の他の実施形態を示す斜視図。
【図10】図9に示した誘電体フィルタの結合調整穴部分の拡大断面図。
【図11】従来例を示す外観斜視図。
【符号の説明】
1a,1b,1c…共振器部
2a,2b…誘電体結合窓部
5…外導体
10…誘電体フィルタ
11,21…誘電体
15a,15b…結合調整穴
16a,16b…内導体非形成部
17…内導体
60…誘電体デュプレクサ
61a,61b,61c…共振器部
62a,62b…誘電体結合窓部
65…外導体
71a〜71c,81a,81b…誘電体
Claims (2)
- 複数のTEモード共振器部が誘電体材料から成形された誘電体結合窓部を介して直列に接続されている誘電体フィルタにおいて、
前記TEモード共振器部の誘電体の誘電率と前記誘電体結合窓部の誘電体の誘電率が異なっており、
前記誘電体結合窓部には結合調整穴が形成されており、該結合調整穴の内壁面には内導体及び内導体非形成部が設けられていること、
を特徴とする誘電体フィルタ。 - 複数のTEモード共振器部が誘電体材料から成形された誘電体結合窓部を介して直列に接続されている誘電体デュプレクサにおいて、
前記TEモード共振器部の誘電体の誘電率と前記誘電体結合窓部の誘電体の誘電率が異なっており、
前記誘電体結合窓部には結合調整穴が形成されており、該結合調整穴の内壁面には内導体及び内導体非形成部が設けられていること、
を特徴とする誘電体デュプレクサ。
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