JPH03284002A - 誘電体フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波帯域のフィルタに使用される誘電体
フィルタに関するものであり、詳しくは隣接する共振器
の結合度を大きくする構造に関するものである。

〔従来技術〕

従来、マイクロ波を利用したパーソナル無線機や自動車
電話機などの機器には、小型で高い選択性をもつなどの
理由で誘電体フィルタか多用されている。

従来典型的な誘電体フィルタは第６図に示すように、誘
電体セラミック材料をプレス成型、焼成した単一のブロ
ック体６１に、複数個の共振器貫通穴６２ａ、６２ｂを
形成し、さらに貫通穴６２ａ、６２ｂの内面に導体膜６
３ａ、６３ｂ（内導体）、該貫通穴が露出する一方の面
Ａを除く誘電体ブロックの外周面に導体膜（外導体）６
４を形成して構成されていた。即ち、誘電体ブロック体
６１の一方の端面を開放端面Ａ、開放端面Ａと対向する
面は内導体６３ａ、６３ｂと外導体６４とか互いに導通
しあう短絡端面Ｂとなり、一つの共振器貫通穴６２ａに
着目すると、貫通穴６２ａの内導体６３ａと外導体６４
との間の容量成分Ｃと、外導体６４から内導体６３ａに
流れる電流経路のインダクタンス成分りとで、Ｌ−Ｃ共
振回路が形成されることになる。

このような複数個の共振器６２ａ、６２ｂか同一のブロ
ック体６１に形成され、フィルタ６０として作用する。

この誘電体フィルタ６０において、２つの内導体６２ａ
、６２ｂ間の電磁波の伝搬には、同相伝搬するイーブン
モードと逆相伝搬するオツドモードとがある。今、第６
図の状態であると、隣接しあう共振器間の誘電体材料が
均一に充填されているため、共振器６２ａ、６２ｂ間の
誘導結合及び容量結合が等しくなり、イーブンモードの
共振周波数Ｆｒ。とオツドモードの共振周波数Ｆｒ。が
等しくなり、フィルタ６０として通過帯域幅が狭いフィ
ルタ６０となってしまう。

そこで、従来は第７図、第８図に示すように、隣接しあ
う共振器６２ａ、６２ｂ間の結合度を両モードにおいて
不均一にするために、電磁界結合スリット６８や電磁界
結合貫通穴６９を設けた誘電体フィルタ７０．８０があ
った。（特開昭５８−９４０１号、特開昭５８−１１４
６０１号参照）このような、電磁界結合スリット６８や
電磁界結合貫通穴６９を形成することにより、第４図に
しめすようにフィルタとして通過帯域幅を発生させるこ
とが可能となる。

〔発明が解決するための技術的な課題〕しかし、上述の
誘電体フィルタ７０．８０では、スリット６８や貫通穴
６９の寸法を変化させることにより、所望の通過帯域幅
のフィルタを得ることができるももの、その通過帯域幅
を変化させることが可能な帯域幅が小さく、結合度の自
由度が狭く、また、誘電体フィルタ７０．８０か小型化
している現在においては、ブロック６１の機械的な強度
の劣化により、スリット６８及び貫通穴６９の形状（削
除量）に限界があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり
、その目的は、小型、低背型で、且つ通過帯域幅が自由
に設計でき、機械的な強度が向上する誘電体フィルタを
提供するものである。

〔目的を達成するため具体的な手段明〕上述の本発明の
目的を達成するために、本発明は、誘電体ブロックに複
数個の共振器貫通穴を設け、該貫通穴内面に内導体及び
誘電体ブロックの外側周面に外導体を設け、一方の端面
を開放端面、他方の端面を該内導体と該外導体とが導通
する短絡端面とし、隣接しあう共振器を電磁界結合した
誘電体フィルタにおいて、前記開放端面の隣接しあう共
振器間に外導体と導通ずる導体パターンを有する幅広の
電磁界非結合スリットを形成し、さらに該電磁界非結合
スリットの底面に電磁界結合用貫通穴又はスリットを形
成したことを特徴とする誘電体フィルタである。

〔作用〕

誘電体フィルタの２つの共振器の電界分布は開放端面側
が最大となり、短絡端面側では零となる。

そして、イーブンモードでは同相伝搬であるから、両共
振器の電位は等しいため、共振器間は磁界結合し、オツ
ドモードでは逆相伝搬であるから、両共振器の電位は正
負逆となり、共振器間は容量結合していることになる。

そして、上述の構造のように、開放端面側に幅広の外導
体と導通している電磁界非結合スリットを形成すること
によって従来よりもオツドモードにおける結合容量を小
さくすることができ、イーブンモードの共振周波数に対
してよりオツドモードの共振周波数を高周波側にシフト
させることができる。即ち、開放端面側から電磁界非結
合スリットを形成することにより、電磁界結合スリット
や電磁界結合貫通穴の開口面積などをかえることなく、
自由に結合度を調整し、所望の通過帯域幅を決定でき、
誘電体フィルタの強度が向上させることかできる。

また、単体の共振器に着目して、電磁界非結合スリット
に形成された導体パターンが外導体と同一電位となり、
内導体と外導体との対向面積が増加化する。これにより
、共振器単体の共振周波数が低くなり、共振器の高さ、
即ちフィルタ全体の高さが低くなる。

〔実施例〕

以下、本発明の誘電体フィルタを図面に基づいて詳説す
る。

第１図は、本発明の誘電体フィルタの外観斜視図である
。尚、実施例は単一の誘電体ブロック体に２つの共振器
を形成したフィルタで説明する。

本発明の誘電体フィルタ１０は、単一の誘電体ブロック
体ｌに２つの誘電体共振器１ａ、ｌｂが形成されている
。

誘電体ブｏ−７り１は、ＢａＯ−ＴｉＯ２系、ＺｒＯ２
−３ｎ０２ＴｉＯ２系、ＢａＯ−３ｍ２０．−ＴｉＯ２
系、ＢａＯ−Ｎｄ２０３−ＴｉＯｚ系またはＣａ０−Ｔ
ｉＯ□−３ｉＯ□系の所定誘電率のセラミックからなり
、共振周波数に応じて所定高さに設定されている。誘電
体ブロック１は、上述の材料をプレス成型し、さらに焼
成されて形成される。このプレス成型時に共振器貫通穴
２ａ、２ｂや必要に応じて共振器間の後述のスリット、
貫通穴などが形成される。

誘電体ブロックｌの共振器貫通穴２　ａ−、２ｂの内面
には銀、銅などの導体膜（以下、内導体３ａ、３ｂとい
う）が形成され、また共振器貫通穴２ａ、２ｂの開口部
が現れる誘電体ブロックｌの上面（以下、開放端面Ａと
いう）を除く外周端面には銀、銅などの導体膜（以下、
外導体４という）が形成されている。開放端面Ａに対向
するブロックｌの底面にも外導体４か内導体３ａ、３ｂ
に導通するように形成された短絡端面Ｂと成っている。

尚、上述のこの内導体３ａ、３ｂ、外導体４は、銀や銅
などを印刷、塗布、転写などの方法で被着され、焼成す
ることによって形成される。

これにより、誘電体フィルタ１０の共振器１ａ、Ｉｂは
、内導体３ａ、３ｂと外導体４とで挟まれた誘電体部分
の容量成分Ｃと、内導体３ａ、３ｂと外導体４の電流経
路の長さによって決定されるインダクタンス成分りとに
よって、Ｌ−Ｃ共振回路が構成されることになる。

２つの共振器１ａＸｌｂは、互いに電磁界結合し、フィ
ルタとして所定の通過帯域幅を決定している。２つの共
振器１ａ、Ｉｂの結合モードは上述のようにイーブンモ
ードとオツドモードとの２モードが存在する。第３図（
ａ）はイーブンモードの結合状態を示す模式図であり、
第３図（ｂ）はオツドモードの結合状態を示す模式図で
ある。

第３図において、実線は電気力線を表す線であり、点線
は磁界の結合の磁力線を表す線である。図より明らかの
ように、オツドモードにおいては、２つの共振器、より
具体的には２つの共振器貫通穴２ａ、２ｂは電界によっ
て強固に結合されていることになり、イーブンモードに
おいては磁界結合され電界結合はない。また、電界の強
さを開放端面Ａから短絡端面Ｂまでの分布をみると、第
５図のように、開放端面Ａ側が強く成っている。

このような結合モードで、本発明は２つの共振器１ａ、
Ｉｂの間に、前記開放端面Ａ側から外導体４と導通ずる
導体パターン５ａ、５ｂを有する幅広で、比較的深さの
浅い電磁界非結合スリット６が形成され、さらに該電磁
界非結合スリット６の底面７に誘電体ブロックｌの表面
が露出した電磁界結合スリット８が形成されている。電
磁界非結合スリット６は外導体４と導通しているため、
誘電体ブロック１のプレス成型で形成して、外導体４の
被着時に同時に導体パターン５ａ、５ｂを形成し、その
後、電磁界結合スリット８は機械的切削加工などで形成
される。

一般的に、位相速度Ｖｐとすると Ｖ　ｐ　＝　１　／　ＦＴＴτであり、μ・・・透磁率 ε・・・誘電率 ε　２　ε　Ｏ″　Ｅ　ｒ ε。・・・真空中の誘電率 ε７　・・・比誘電率 である。

ここで、電磁界結合スリット８を形成することにより、
誘電体ブロックｌ中に空気（ε、＝１）が存在すること
になり、誘電体ブロックエの材料の比誘電率約９０に比
較して大きく低下してしまう。これは、特にオツドモー
ドの結合の共振周波数Ｆｒ。に大きく寄与する。これに
対して、イーブンモードの結合は第３図（ａ）より明ら
かのように比誘電率ε、の変化に対して無関係であり、
イーブンモード共振周波数Ｆｒ、は不変である。

したがって、オツドモードにおける共振器１ａ、Ｉｂ間
の結合容量を小さくすることができ、第４図に示すよう
に、イーブンモードの共振周波数Ｆｒ８よりも大きくオ
ツドモードの共振周波数Ｆｒ。を高周波側にシフトさせ
ることかできる。例えば、中心周波数８２０ＭＨｚのフ
ィルタにおいて、電磁界結合スリット８の深さを変化さ
せることにより、３５ＭＨｚの通過帯域幅の制御が可能
である。

非結合スリット６は、電界の強度が比較的に強い開放端
面Ａ側に形成したため、それらの電界が直ちに外導体４
のアース電位に収束してしまい、この電界結合を阻止し
てしまう。したがって、この非結合スリット６の形状に
よって、電磁界結合スリット８の結合度に付加して、さ
らに広い通過帯域での制御が可能となる。

例えば、中心周波数８２０ＭＨｚのフィルタにおいて、
電磁界結合スリット８に非結合スリット６をさらに付加
することにより、４０ＭＨｚ前後にまで通過帯域幅の制
御が可能である。

このように、電磁界非結合スリット６を形成することに
より、従来よりも幅広い通過帯域での制御が可能となる
ため、従来と同一の通過帯域のフィルタを設計する際、
電磁界結合スリット８の深さを浅くすることかできる。

これにより、フィルタの機械的強度を向上させることか
できる。

また、電磁界非結合スリット６を形成することにより、
単体の共振器１ａ、ｌｂに着目すると、内導体１ａ、Ｉ
ｂと外導体４及び外導体４と同一電位の導電パターン５
との対向面積が増加することになる。これにより、共振
器１ａ、１ｂの容量Ｃが増加し、単体の共振器１ａ、１
ｂの共振周波数を小さくでき、それにともなって、共振
器１ａ。

ｌｂの高さを低くすることが可能となる。

したかって、小型・低背型の共振器１ａ、Ｉｂ即ち、誘
電体フィルタが達成できる。

本発明によれば、広範囲にわたり、共振器１ａ、Ｉｂ間
の結合を制御し、広い通過帯域幅での制御が可能となる
。たとえば、広帯域の誘電体フィルタｌＯを得るには、
電磁界結合スリット８を　深く、電磁界非結合スリット
８を浅くすることにより達成できる。このようにすると
、上述のようにオツドモードにおいて、最も結合容量が
大きい開放端面Ａ近傍の共振器１ａ、１ｂに外導体４と
導通ずる導体パターン５ａ、５ｂを形成することにより
、さらに結合容量を小さくすることかできるためである
。

また、逆に狭帯域の誘電体フィルタ１０を得るには、電
磁界結合スリット８を浅く、電磁界非結合スリット６を
深くすればよい。

第２図は、本発明の誘電体フィルタ２０の他の実施例を
示す概略斜視図である。尚、上述の実施例と同一部分は
同一番号を付す。

本実施例において、電磁界結合スリット８を電磁界非結
合スリット６の底面７の一部に短絡端面Ｂにまで到達す
る貫通穴９を形成したものである。

この実施例において、共振器１ａ、ｌｂの結合度の制御
は、電磁界非結合スリット６の深さと電磁界結合貫通穴
９の寸法によって決定され、広帯域の誘電体フィルタｌ
Ｏを得るには、電磁界結合貫通穴°９の開口面積を大き
く、電磁界非結合スリット６の深さを浅くすればよい。

上述のように電磁界非結合スリット６と電磁界結合スリ
ット８及び電磁界結合貫通穴９によって共振器１ａ、１
ｂ間の結合度の調整をおこなうか、誘電体フィルタＩＯ
の強度に鑑みると、電磁界結合スリット８の深さが決定
される。即ち、共振器ｌａ、ｌｂの高さをｈ１電磁界結
合スリット８の深さｄとすると、ｄ／ｈか０．９以下で
あることが望ましい。ｄ／ｈが０．９以上であると、誘
電体フィルタｌの機械的強度か劣化してしまい、実質的
に誘電体フィルタＩＯを達成できなくなる。

さらに、電磁界非結合スリット６に関しても、最適な条
件として、共振器１ａ、Ｉｂの高さをｈの０．１程度で
あることが望ましい。

例えばで、電磁界非結合スリット６が共振器１ａ、１ｂ
の高さをｈの０．３以上であると、実質的に広帯域の誘
電体フィルタ１０を達成できなくなる。

上述の実施例において、誘電体フィルタは２つの共振器
１ａ、１ｂから構成されているか、３．４・・など任意
の数の共振器でフィルタを形成しても構わない。

〔本発明の効果〕

以上、詳述したように、誘電体フィルタの開放端面の隣
接しあう共振器間に、外導体と導通ずる導体パターンを
有する幅広の電磁界非結合スリットを形成し、さらに該
電磁界非結合スリットの底面に電磁界結合の貫通穴又は
スリットを形成したため、通過帯域幅を制御可能な幅が
広くなり、自由な設定か可能な誘電体フィルタとなる。

また、通過帯域幅の制御幅の増大により、電磁界結合の
貫通穴又はスリットを極小化し、機械的強度にすぐれた
誘電体フィルタとなる。

さらに、共振器自身の容量の増大により、共振周波数の
低い共振器が可能となり、小型、低背型の誘電体フィル
タとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘電体フィルタの外観斜視図であり、
第２図は本発明の誘電体フィルタの他の実施例の外観斜
視図である。 第３図（ａ）、（ｂ）はイーブンモードとオツドモード
の結合状態の説明するための概略図であり、第３図（ａ
）はイーブンモード、第３図（ｂ）はオツドモードの結
合状態を示す。 第４図は通過帯域幅と、イーブンモードの共振周波数、
オツドモードの共振周波数との関係を示す特性図である
。 第５図は開放端面側と短絡端面側との電界結合の強度の
分布を示す概略図である。 第６図、第７図、第８図は従来の誘電体フィルタの構造
を示す外観斜視図である。 １０．２０、６０、 ｌ　ａ、ｌ　ｂ、６１ａ。 ２２１．２　ｂ、　６２ａ。 ３　ａ、３　ｂ、６３ａ。 ４．６４・　・　・　　・ ５改、５′ｇ　　・′・・・ ６　・　・　・　・　・　・　・　・ ７　・　中　・　・　・　・　・　・ ８　・　・　・　・　・　・　・　・ ９　・　・　・　・　・　・　・　・ Ａ・　・　・　・　・　・　・　・ ワ０、ＢＯ・・誘電体フィルタ ６１ｂ・・誘電体共振器 ６２ｂ・・・貫通穴 ６３ｂ・・・内導体 外導体 導体パターン ・電磁界非結合スリット ・底面 ・電磁界結合スリット ・電磁界結合貫通穴 ・・・・・開放端面 ・短絡端面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体ブロックに複数個の共振器貫通穴を設け、
   該貫通穴内面に内導体及び誘電体ブロックの外側周面に
   外導体を設け、一方の端面を開放端面、他方の端面を該
   内導体と該外導体とが導通する短絡端面とし、隣接しあ
   う共振器を電磁界結合した誘電体フィルタにおいて、 ・前記開放端面の隣接しあう共振器間に、外導体と導通
   する導体パターンを有する幅広の電磁界非結合スリット
   を形成し、さらに該電磁界非結合スリットの底面に電磁
   界結合用貫通穴又はスリットを形成したことを特徴とす
   る誘電体フィルタ。