JP3636122B2 - 誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はマイクロ波帯などで使用される誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、およびそれらを備えた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯などにおけるフィルタとして、誘電体ブロックの内部に内導体形成孔を設け、外面に外導体を形成した、１段または複数段の共振器から成る誘電体フィルタが構成されている。
【０００３】
このような誘電体ブロックを用いた誘電体フィルタは、誘電体ブロックの外面に、内導体に対して静電容量で結合する入出力端子を設けて不平衡型で信号の入出力を行うようにしたものであった。そのため、例えば平衡入力型の増幅回路などに対して信号を与えるためには、バラン（不平衡−平衡変換器）を用いて、不平衡型の信号を平衡型の信号に変換していた。しかし、このような形態ではバランによる挿入損失が大きいこと、バランを回路基板上に配置するためのスペースを確保する必要があって小型化できないこと、などの問題があった。
【０００４】
そこで、本願出願人は、予めそれ自体で平衡型で信号の入出力を行えるようにした誘電体フィルタに関して、特願平１１−３１４６５７および特願２０００−０３６３０２を出願している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
平衡型で入出力を行う誘電体フィルタにおいては、平衡型の入出力端子間の位相差が１８０度で、その振幅差が０であることが理想である。
【０００６】
ところが、上記平衡型の入出力端子を備えた誘電体フィルタにおいては、誘電体ブロックおよびそれに形成した内外の導体によるＴＥＭモード共振で生じる特性とは異なったフィルタ特性が生じる場合があった。このような、設計とは異なるフィルタ特性が生じると、平衡型の入出力端子間の位相差が１８０度、振幅差が０という理想的な関係が、広帯域に亘って得られないという問題があった。
【０００７】
発明者らの種々の実験結果から推測すれば、誘電体ブロックおよび、その外面の外導体によってＴＥモード等のスプリアスモードが生じ、そのスプリアスモードの共振周波数が使用周波数帯に影響を及ぼしていることが、上記平衡特性を悪化させている原因であるものと考えられる。
【０００８】
この発明の目的は、広帯域に亘って平衡特性を維持できるようにした誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、およびそれらを備えた通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明はそれぞれの内面に内導体を形成した２つの内導体形成孔を、略直方体形状の誘電体ブロックの一方の面からそれに対向する他方の面にかけて設け、該内導体形成孔の両開口面を除く誘電体ブロックの外面に外導体を設け、前記内導体の両端付近を開放させるとともに、前記２つの内導体形成孔のうち、一方の内導体形成孔の両開放端付近に静電容量結合する平衡型入出力端子を少なくとも誘電体ブロックの実装面に形成し、他方の内導体形成孔の一方の開放端付近に静電容量結合する不平衡型入出力端子を少なくとも誘電体ブロックの実装面に形成するとともに、前記平衡入出力端子の一方と前記不平衡型入出力端子とが共に形成された側の開口面における、前記２つの内導体形成孔間に、実装面に対向する面に連続する面と、実装面に連続する面と、を有する略直方体形状の突出部を形成し、該突出部の、前記実装面に対向する面に連続する面から、前記開口面と略平行な面を経由して、前記実装面に連続する面にかけて、実装面の外導体と実装面に対向する面の外導体とに導通する接地電極を配置することによって誘電体フィルタを構成する。
【００１１】
この構造により、内導体形成孔の一方の開口面を、ＴＥモードのように、誘電体ブロックと外導体とによる共振モードに対して短絡導体として作用させ、ＴＥモードなどのスプリアスモードの共振周波数を大きくずらせて、その影響を回避できるようにする。
【００１５】
また、この発明は、上記何れかの構造の誘電体フィルタを備えて誘電体デュプレクサを構成する。
【００１６】
更に、この発明は上記誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを備えて通信装置を構成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を図１〜図４を参照して説明する。
図１は誘電体フィルタの斜視図である。ここで１は略直方体形状の誘電体ブロックであり、その内部に内導体形成孔を設けている。誘電体ブロック１の外面には外導体３および入出力端子７，８などを形成している。上記内導体形成孔の開口面には、外導体３を形成していなくて、その一方の開口面を所定距離離れた位置で覆うように金属カバー１０を設けている。この金属カバー１０は、その一部を外導体３に対して半田付けにより、または導電性接着剤などにより接合している。この金属カバーを付けた誘電体フィルタを実装基板に実装する際、７，８などで示す入出力端子を実装基板上の電極に接続するとともに、金属カバー１０の端部を実装基板上の接地電極に半田付け等により接続する。この構造により、内導体形成孔の開口面に生じる外導体の開放面を金属カバー１０で実質的に覆うことができる。その結果、ＴＥモードなどのように、誘電体ブロック１および外導体３によって生じるスプリアスモードの共振周波数を、使用するＴＥＭモードの共振周波数から大きく離れた位置にシフトさせることができる。
【００１８】
図２は、図１に示した金属カバー１０を取り付ける前の誘電体フィルタの構成を示す斜視図および断面図である。（Ａ）は実装基板に対する実装面を上面にした状態での斜視図、（Ｂ）は２つの内導体形成孔の軸を通る面の断面図である。誘電体ブロック１の内部には２つの内導体形成孔２ａ，２ｂを設けている。内導体形成孔２ａ，２ｂの両端部の開口面には外導体３を形成していない。内導体形成孔２ａ，２ｂの内面には内導体４ａ，４ｂを形成している。
【００１９】
この構造により、内導体４ａ，４ｂは、それぞれ両端開放の半波長で共振するλ／２共振器として作用する。入出力端子６は、内導体形成孔２ａ内面の内導体４ａの一方の開放端付近との間で容量性結合して不平衡型入出力端子として作用する。また、入出力端子７，８は、内導体形成孔２ｂ内面の内導体４ｂの両開放端付近との間でそれぞれ容量性結合して平衡型入出力端子として作用する。
【００２０】
このように、平衡型入出力端子の一方の入出力端子８と不平衡型の入出力端子６とが近接する開口面（図における左手前面）を、図１に示した金属カバー１０で覆うことによって、平衡特性を改善する。
【００２１】
なお、内導体形成孔２ａ，２ｂを、その開放端付近の内径が、等価的な短絡端付近である中央部の内径より太いステップ構造とすることにより、隣接する共振器間を容量性結合させるとともに、内導体形成孔の軸長を短縮化している。
【００２２】
図３は、図１に示した構造の誘電体フィルタを、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚが通過帯域となるように設計した場合の平衡特性を示す図である。（Ａ）は平衡型入出力端子間の位相差、（Ｂ）は平衡型入出力端子間の振幅差であり、金属カバーを設けた誘電体フィルタと、金属カバーを設けない誘電体フィルタとについて、それぞれ示している。ここで、Ａで示す太線は上記金属カバーを設けた場合の特性、Ｂで示す細線は上記金属カバーを設けなかった場合の特性である。このように金属カバー１０を設けたことにより、２．１ＧＨｚ〜２．８ＧＨｚ以上の広帯域に亘って位相差が１８０°付近で平坦となり、少なくとも２．３〜２．６ＧＨｚの広帯域に亘って振幅差が±１ｄＢの範囲に収まる。これに対し、金属カバーを設けなかった場合には、位相差が１８０度付近となる周波数範囲が非常に狭く、また振幅差が略等しくなる周波数範囲も非常に狭い。
【００２３】
なお、平衡型入出力端子の一方の入出力端子だけが近接する、誘電体ブロックの内導体形成孔の開口面（図２における右後方の開口面）、を金属カバーで覆っても、すなわち、図１に示した金属カバー１０で、反対側の開口面を覆うようにしても、図３に示したような特性改善は見られなかった。このことから、２つの入出力端子が近接している開口面が、ＴＥモードなどのスプリアスモードに大きな影響を与えること、および、その開口面を短絡導体で覆うことによってＴＥモードなどのスプリアスモードの共振周波数を大きくずらせられることが分かる。
【００２４】
図２に示した例では、平衡−不平衡変換機能付の誘電体フィルタについて示したが、誘電体ブロック１の外面に形成する外導体３および入出力端子５，６，７，８の構造を、図４に示すようにすることによって、２つのポートを共に平衡型にした、平衡入出力型の誘電体フィルタを構成してもよい。すなわち、図４において第１の平衡型入出力端子５，６は内導体形成孔２ａ内面の内導体の両開放端付近とそれぞれ容量性結合し、同様に第２の平衡型入出力端子７，８は内導体形成孔２ｂ内面の内導体の両開放端付近とそれぞれ容量性結合する。その他の構造は図２に示したものと同様である。
【００２５】
図５は、第２の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図である。（Ａ）は実装面を上面にして表した斜視図、（Ｂ）は２つの内導体形成孔の軸を通る面の断面図である。図２に示した誘電体フィルタと異なり、内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面に外導体３を形成している。それとともに、この外導体３を形成した開口面付近に、ｇで示す内導体非形成部を設けて、この部分で内導体４ａ，４ｂを開放させている。その他の部分の構造は図２に示したものと同様である。
【００２６】
このようにして内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面にのみ外導体３を形成することによって、誘電体ブロック１および外導体３によるＴＥモードなどのスプリアスモードの共振周波数を使用周波数帯から大きく離して、図３に示したものと同様の広帯域特性を得ることができる。
【００２７】
図６は、第３の実施形態の誘電体フィルタの斜視図である。この例では、内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面（図における左手前面）に外導体３を形成するとともに、この外導体３が内導体形成孔２ａ，２ｂ内面の内導体に導通しないように間隙部ｇを設けている。その他の部分の構造は図２に示したものと同様である。
【００２８】
このような構造によって、誘電体ブロック１と外導体３によるＴＥモードなどのスプリアスモードによる影響を抑えた、半波長共振する２つの共振器を備えた誘電体フィルタを得ることができる。
【００２９】
図７は、第４の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図である。この例では、内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面に、内導体に導通する電極１１ａ，１１ｂおよび外導体３を形成している。その他の部分の構造は図２に示したものと同様である。
このように、内導体の一方の開放端を、開口面に形成した外導体との間にストレー容量を生じさせた構造であっても、同様の効果が得られる。
【００３０】
図８は、第５の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図である。この例では、誘電体ブロック１の内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面に所定深さのスリット状陥凹部１２を形成し、その内面に外導体３を設けている。その他の構造は図２に示したものと同様である。この陥凹部１２に形成した外導体が、誘電体ブロック１および外導体３によるＴＥモードなどのスプリアスモードの短絡導体として作用し、そのスプリアスモードの周波数を使用周波数帯に影響のない周波数にずらせることができる。
【００３１】
尚、この陥凹部１２に形成した外導体３が、２つの内導体形成孔２ａ，２ｂ内面の内導体の開放端付近で挟まれる位置に存在するため、この陥凹部１２で２つの共振器間の結合度も同時に定めることができる。すなわち、陥凹部１２に形成した外導体により、２つの共振器間の容量性結合を抑え、誘導性結合を相対的に増すことによって、２つの共振器間の結合度を定めることができる。
【００３２】
図９は第６の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図である。この例では、内導体形成孔２ａ，２ｂの開口面に、その開口面から突出する突出部１３を形成し、その突出面に外導体３を形成している。その他の構造は図２に示したものと同様である。
【００３３】
このように内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面付近に外導体を設けたことによって、その外導体がスプリアスモードの短絡導体として作用し、そのスプリアスモードによる影響を回避することができる。尚、このように、内導体形成孔２ａ，２ｂの一方の開口面から突出した位置に外導体を設けたことによって、図８に示した構造とは逆に、２つの共振器間の結合度に影響を与えることなく、スプリアスモードによる影響を改善できる。
【００３４】
図１０は図９に示した誘電体フィルタと従来の誘電体フィルタの特性を示す図である。ここで、Ａは図９に示した誘電体フィルタの通過特性、Ｂは従来の誘電体フィルタの通過特性を示している。この誘電体フィルタは２．４ＧＨｚを中心とする帯域通過特性を示すものであるが、図９に示した突出部１３およびその突出部に形成した外導体３を設けることによって、ＴＥモードなどのスプリアスモードの共振周波数を使用周波数帯から大きく離して、その影響を受けぬようにし、通過帯域の高域側および低域側の減衰量を大きく確保することができる。
【００３５】
図１１は、第７の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図である。この例では、誘電体ブロック１の内導体形成孔２ａ，２ｂの開口面付近にスリット１４を形成して、このスリット１４部分で内導体形成孔２ａ，２ｂ内面の内導体を開放させている。これに対向する他方の開口面には外導体３を設けておらず、開放面としている。スリット１４で区切られた外側の面には外導体３を設けている。この外導体３は内導体とは導通していないため、ＴＥＭモードの短絡面とはならず、ＴＥモードなどのスプリアスモードにおける短絡導体として作用する。このような構造によっても、スプリアスモードの共振周波数を使用周波数帯から大きくずらせることができる。
【００３６】
以上に示した各実施形態では、誘電体ブロックに２段の共振器を構成した誘電体フィルタについて示したが、同様にして３段以上の共振器を備えた誘電体フィルタを構成してもよい。
また、以上に示した各実施形態では、誘電体ブロックに１組の誘電体フィルタを構成した例について示したが、単一の誘電体ブロックに送信フィルタと受信フィルタとして用いる２組のフィルタを同様にして構成し、アンテナ共用器としての誘電体デュプレクサを構成してもよい。
【００３７】
次に、第８の実施形態に係る通信装置の構成を図１２を参照して説明する。 図１２において、ＡＮＴは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦａ，ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭＰｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂはそれぞれミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＳＹＮは周波数シンセサイザである。
【００３８】
ＭＩＸａは送信中間周波数信号ＩＦと、ＳＹＮから出力された信号とを混合し、ＢＰＦａはＭＩＸａからの混合出力信号のうち送信周波数帯域のみを通過させ、ＡＭＰａはこれを電力増幅してＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。ＡＭＰｂはＤＰＸから取り出した受信信号を増幅する。ＢＰＦｂはＡＭＰｂから出力される受信信号のうち受信周波数帯域のみを通過させる。ＭＩＸｂは、ＳＹＮから出力された周波数信号と受信信号とをミキシングして受信中間周波信号ＩＦを出力する。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、平衡型入出力端子と、不平衡型入出力端子と、外導体とを誘電体ブロックの外面に形成するとともに、平衡入出力端子の一方と不平衡型入出力端子とが共に形成された側の開口面における、２つの内導体形成孔間に、実装面に対向する面に連続する面と、実装面に連続する面と、を有する略直方体形状の突出部を形成し、実装面に対向する面に連続する面から、前記開口面と略平行な面を経由して、実装面に連続する面にかけて、実装面の外導体と実装面に対向する面の外導体とに導通する接地電極を配置して誘電体フィルタを構成したことにより、外部に金属カバーなどを設けることがなく、また、ＴＥモードなどのスプリアスモードの影響を受けることなく平衡型の入出力を行うことができる。
【００４４】
また、この発明によれば、上記何れかの構造の誘電体フィルタを備えた誘電体デュプレクサを構成することにより、例えば送信フィルタと受信フィルタとの隣接周波数帯域での減衰量が大きくでき、例えば送信信号の受信フィルタへの回り込みが確実に抑制された状態で、平衡型の入出力を行えるようになる。
【００４５】
更に、この発明によれば、上記誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを備えた通信装置を構成することにより、平衡−不平衡変換器などを用いることなく、小型で高効率な通信特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図
【図２】同誘電体フィルタの誘電体ブロック部分の構成を示す斜視図および断面図
【図３】同誘電体フィルタの特性を示す図
【図４】誘電体ブロック部分の他の構成例を示す図
【図５】第２の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図および断面図
【図６】第３の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図
【図７】第４の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図
【図８】第５の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図
【図９】第６の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図
【図１０】同誘電体フィルタの斜視図
【図１１】第７の実施形態に係る誘電体フィルタの斜視図
【図１２】第８の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１−誘電体ブロック
２−内導体形成孔
３−外導体
４−内導体
５〜８−入出力端子
１０−金属カバー
１１−電極
１２−陥凹部
１３−突出部
１４−スリット

Claims (3)

1. それぞれの内面に内導体を形成した複数の内導体形成孔を、略直方体形状の誘電体ブロックの一方の面からそれに対向する他方の面にかけて設け、該内導体形成孔の両開口面を除く誘電体ブロックの外面に外導体を設け、前記内導体の両端を開放させるとともに、前記複数の内導体形成孔のうち、所定の内導体形成孔の両開放端付近に静電容量結合する平衡型入出力端子を少なくとも誘電体ブロックの実装面に形成し、他の所定の内導体形成孔の一方の開放端付近に静電容量結合する不平衡型入出力端子を少なくとも誘電体ブロックの実装面に形成した誘電体フィルタにおいて、
   前記平衡入出力端子の一方と前記不平衡型入出力端子とが共に形成された側の開口面で、かつ隣接する内導体形成孔の間に、表面が実装面から実装面に対向する面にかけてつながっている突出部を形成し、
   該突出部に、実装面の外導体と実装面に対向する面の外導体とを導通させる接地電極を配置した誘電体フィルタ。
2. 請求項１に記載の誘電体フィルタを備えてなる誘電体デュプレクサ。
3. 請求項１に記載の誘電体フィルタまたは請求項２に記載の誘電体デュプレクサを備えてなる通信装置。

Images