JP2002171102A

JP2002171102A - 誘電体導波管共振器およびフィルタ

Info

Publication number: JP2002171102A
Application number: JP2000363695A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uchimura; 弘志内村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】信号の周波数によらず、設計および製造が容易
な誘電体導波管共振器およびフィルタを提供する。【解決手段】誘電体基板内に形成され、Ｈ面が導体層１
ａ、１ｂからなり、Ｅ面が信号波長の１／２未満の間隔
で配置された導体ビア１ｃ群、あるいは導体ビア１ｃ群
と導体帯１ｄからなる誘電体導波管１の一部にカットオ
フ導波路ｄを形成し、カットオフ導波路ｄ内に、誘電体
導波管を形成する誘電体よりも高い誘電率を有する誘電
体からなる誘電体ビア５を複数形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にマイクロ波及
びミリ波用として用いられ、特に誘電体多層基板内に内
蔵可能な誘電体導波管共振器およびフィルタに関する。

【０００２】

【従来技術】図８に従来技術の導波管フィルタの例を示
す。３１は導波管、３２は入力ポート、３３は出力ポー
ト、３５、３６及び３７は共振器である。この導波管フ
ィルタは、導波管の一部にくびれ部３４を設け、その間
に導波管共振器３５、３６、３７を設けることにより３
段のフィルタを形成したものである。各共振器３５、３
６、３７の特性および共振器の段数を調整することによ
り全体のフィルタとしての特性を制御する。

【０００３】このような構造の導波管フィルタは、通常
の導波管壁がすべて金属板からなる導波管では非常に作
りにくい構造となっている。そこで、ＵＳＰ５３８２９
３１では、この構造を誘電体シートを積層して形成した
誘電体導波管内に設けることが提案されている。そこに
挙げられた一つに、図９に示すように、誘電体基板内
に、導体ビア３８を信号波長の１／２未満の間隔で配置
してこれをＥ面とし、導体ビアの配列によって共振器３
９を形成して全体としてフィルタ構造を形成したものが
示されている。この構造は従来の積層技術を応用して製
造できる点で有利である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
図９に示した誘電体導波管フィルタには以下の問題点が
ある。まず、第１に、製造上、導体ビア径とそのピッチ
には制限がある。例えば、ビア径φ０．２ｍｍの場合、
ビアピッチは０．５ｍｍ以上とすることが望まれる。こ
れはビアピッチがあまり狭くなると、ビア間にクラック
が入る恐れがあり信頼性が劣るためである。

【０００５】第２に、導体ビア３８は誘電体導波管のＥ
面を形成するものであるため、原理的に、最大でも信号
波長の１／２未満の間隔に設定しなければならない。そ
のために、図９（ａ）に示すように、利用する周波数が
低いとき、すなわち信号波長が長いときは、共振器３９
のサイズが大きいため、ビアピッチを０．５ｍｍ以上と
しても、十分な数のビアで共振器３９および誘電体導波
管を形成できるので問題はない。しかし、図９（ｂ）に
示すように、利用する周波数が高くなると、共振器３９
の長さが短くなるため、共振器３９を囲む辺に配置でき
る導体ビア３８は数個となってしまう。場合によって
は、上記のビアピッチの制限内では配置できない。ま
た、このような導体ビア３８による誘電体導波管は、ビ
アピッチによって等価導波管サイズが変化するので非常
に設計しにくいものとなる。

【０００６】従って、本発明は、信号周波数の高低に係
わらず、設計および製造が容易な共振器、またはフィル
タを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
対して検討を重ねた結果、図９に示されるように、導体
ビアにより周波数に整合したサイズで囲むことによって
共振器を形成するのではなく、導体ビアを所定幅をもっ
て２列に同一間隔で配置し、その２列に配列した導体ビ
ア列の間に、誘電体基板の誘電率よりも高い誘電体を多
数埋め込んだ誘電体ビア群を形成することにより共振器
を形成し、これを連ねることにより、誘電体導波管フィ
ルタを形成できることを見出し、本発明に至った。

【０００８】即ち、本発明の誘電体導波管共振器は、誘
電体基板内に形成され、Ｈ面が導体層からなり、Ｅ面が
信号波長の１／２未満の間隔で配置された導体ビア群か
らなる誘電体導波管の一部にカットオフ導波路を形成
し、該カットオフ導波路内に、前記誘電体導波管を形成
する誘電体よりも高い誘電率を有する誘電体からなる誘
電体ビアを形成したを特徴とするものである。

【０００９】なお、上記の誘電体導波管共振器におい
て、前記導体ビア群からなるＥ面内に、隣接する導体ビ
ア同士を電気的に接続する導体帯を形成することによっ
て、誘電体導波管を数層で形成でき厚くすることができ
るので、損失を小さくすることができる。

【００１０】また、誘電体ビアは複数個設けることによ
って、共振周波数を調整することができ、それらの配置
を変えることによって共振特性を調整することが可能と
なる。特に、誘電体ビアは、カットオフ導波路の中心軸
上、および／または複数個の誘電体ビアを中心軸上に対
して対照となる位置に配列すると、実効誘電率をより大
きくする効果を有する。

【００１１】なお、前記誘電体導波管を形成する誘電体
が、低温焼成磁器であり、導体ビアが銅、アルミニウ
ム、銀などの低抵抗金属からなることによって、導体損
などの発生を低減することができる。

【００１２】特に、前記誘電体ビアの誘電率は、誘電体
導波管における誘電体よりも２倍以上高いことによって
共振器としての性能を高めることができる。

【００１３】そして、上記の誘電体導波管共振器を直列
に複数配列することによって、フィルタを形成すること
ができる。

【００１４】本発明の誘電体導波管共振器およびフィル
タによれば、一定の幅を持つカットオフ導波路内に誘電
体導波管を形成する誘電体材料の誘電率よりも高い誘電
率の誘電体ビアを形成することによって共振器を形成す
ることができるので、信号周波数が高い場合でも、共振
器を形成する誘電体導波管の幅を一定のままで形成で
き、また誘電体導波管の側壁を形成する導体ビアは一定
のピッチで形成することができ、設計が容易であり、製
造も容易である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１乃至図３をもとに説明する。図１は、本発明における
誘電体導波管の詳細な構造を説明するための斜視図であ
り、図２、図３は、本発明の誘電体導波管共振器および
フィルタの一実施形態を示す概略斜視図である。なお、
図面では、いずれも誘電体を除いた透過図で示し、図２
では、導波管のＥ面における導体ビアは、疑似導体壁を
形成しているものとして省略した。図中、１は誘電体導
波管、２は入力ポート、３は出力ポート、４は共振器で
ある。

【００１６】本発明における誘電体導波管１は、図１に
示すように、所定の誘電体の上下に一対の導体層１ａ、
１ｂが所定の間隔ｔにて平行に配置されてＨ面を形成し
ており、その導体層１ａ、１ｂを電気的に接続するよう
に、導体層１ａ、１ｂに対して垂直にＥ面、即ち側壁を
形成すべく、所定の間隔ｘで導体ビア１ｃが幅ｚで２列
に配設されている。この導体ビア１ｃ同士の間隔ｘは、
信号波長の１／２未満の間隔に設定される。また、導波
管の幅ｗ１は、通常、信号波長の０．６５倍〜０．９５
倍に設定される。また、導体層１ａ、１ｂ間の間隔ｔ
は、ｗ１／２に設定される。この導体ビア１ｃ同士の間
隔ｘは、信号の漏れを側壁からのもれを防止する上で重
要である。

【００１７】また、誘電体導波管１においては、導体ビ
ア１ｃ群に対して、各列ごとに、隣接する導体ビア１ｃ
同士を電気的に接続する導体帯１ｄを導体層１ａ、１ｂ
と平行に形成することによって、誘電体導波管１の側壁
を導体ビア１ｃと導体帯１ｄによる導体からなる格子に
よって形成できるために、この側壁（Ｅ面）からの信号
の漏れを防止することができる。

【００１８】一方、図２の誘電体導波管共振器１によれ
ば、図１の誘電体導波管を基本構造とするものであり、
誘電体導波管１の一方の端部に入力ポート２が、また他
方の端部に出力ポート３が設けられている。そして、入
力ポート２と出力ポート３との間には、導波管の幅ｗ１
よりも狭いｗ２で形成された部分が形成されている。こ
のように信号が伝送可能な導波管幅ｗ１よりも狭くす
る、具体的には、信号波長の１／２未満に設定すると、
この部分で信号は伝搬できなくなる。このような部分を
カットオフ導波路ｄと言う。

【００１９】本発明によれば、このカットオフ導波路ｄ
領域内に、誘電体導波管１の上下に形成された導体層１
ａ、１ｂとを接続するように、誘電体を貫通してビアが
形成されており、そのビア内に誘電体導波管における誘
電体の誘電率εｒよりも高い誘電率εｄを有する誘電体
を充填してなる誘電体ビア５が形成されている。また、
図２の誘電体導波管共振器によれば、３つの誘電体ビア
５が導波管の中心軸に沿って中心間距離ａをもって一列
に配置されている。このように、カットオフ導波路ｄ内
に、上記の誘電体ビア５を形成することによって、カッ
トオフ導波路ｄ内の一部の実効誘電率を高くすることに
よって、共振器４が形成される。

【００２０】この誘電体ビア５は、１個でも複数個でも
よいが、一部の実効誘電率を高くする上では、複数個形
成することが望ましい。また、複数の誘電体ビア５は、
カットオフ導波路ｄ内において、図２のように一列に配
置することができる他、図３のように、２列に配置して
もよい。このように２列に配置すると、図２のような一
列の場合に比較して、共振器の長さを短くすることがで
きるというメリットがある。

【００２１】また、共振器４の共振周波数は、誘電体ビ
ア５内に充填される誘電体の誘電率εｄやその数、又は
導波管の幅方向の位置によって調整することができる。
特に充填される誘電体の誘電率εｄは、誘電体導波管に
おける誘電体の誘電率εｒに対して、２倍以上であるこ
とが望ましい。

【００２２】また、誘電体ビア５の直径は、必要な共振
特性を考慮して定められるが、加工の観点からは、誘電
体導波管を形成する誘電体シートの厚みの２倍以下であ
ることが望ましい。

【００２３】さらに、図４は別の本発明の一実施形態を
示す概略斜視図である。この図４の誘電体導波管共振器
は、カットオフ導波路ｄ内に、３つの共振器４ａ、４
ｂ、４ｃを形成したものである。この場合、カットオフ
導波路ｄ内においては、各共振器において、誘電体ビア
５ａ、５ｂ、５ｃがそれぞれ中心間距離ａ₁、ａ₂、ａ₃
をもって配置されている。そして、共振器４ａ、４ｂ、
４ｃは、ｅ₁、ｅ₂の間隔で互いに離間して形成されてい
る。

【００２４】かかる構造の共振器においては、共振器４
ａ、４ｂ、４ｃの共振器の特性、即ち、誘電体ビア５
ａ、５ｂ、５ｃの各配置やカットオフ導波路の長さｄＬ
を調整することにより、中心周波数から外れた帯域で、
減衰量を調整することができる。

【００２５】なお、共振器特性の調整は、各誘電体ビア
５の比誘電率を調整することによっても調整できる。ま
た、上記図２、図３、図４の３つの実施例の形態では、
誘電体ビア５は導体層１ａから導体層１ｂまで誘電体導
波管を貫通したものになっているが、誘電体ビア５は必
ずしも導体層１ａと導体層１ｂ内の誘電体を貫通する必
要はなく、例えば、誘電体導波管自体を多層の誘電体層
の積層体によって形成する場合、導体層１ａと導体層１
ｂとの間の特定の誘電体層にのみ誘電体ビアを形成する
ことができる。

【００２６】またさらに、この誘電体導波管を形成する
誘電体材料は、低温で焼成可能なセラミック材料である
ことが望ましい。これは、本発明に基づき、誘電体ビア
５には誘電体導波管における誘電体材料とは異なる誘電
体材料を埋め込む必要があるが、その場合、焼成時に誘
電体材料と誘電体ビアの材料との反応を極力避けるため
である。特に、１０５０℃以下の温度で焼成可能な材料
を用いると、Ｅ面を形成してなる導体ビア１ｃや導体帯
１ｄを銅、銀、アルミニウムの群から選ばれる少なくと
も１種の低抵抗金属とともに形成することができる。低
温焼成可能なセラミック材料としては、例えば、ホウ珪
酸系ガラス粉末、あるいはガラス粉末１０〜９０体積％
と、アルミナ、シリカ、ムライト、窒化アルミニウムの
群から選ばれる少なくとも１種を１０〜９０体積％の割
合で配合し、８００〜１０５０℃の温度で焼成すること
ができる。

【００２７】このような本発明の誘電体導波管共振器
は、例えば、複数のセラミックグリーンシートにそれぞ
れ導体層１ａ、１ｂ、導体ビア１ｃ、導体帯１ｄを導体
ペーストを印刷塗布する、あるいは金属箔などを用いて
パターニングする。それと同時に所定のビア内に誘電体
ペーストを充填する。このようにして作成した各グリー
ンシートを位置合わせして積層一体化した後に所定の温
度で焼成することによって作製することができる。

【００２８】なお、フィルタは、所定の共振特性を有す
る誘電体導波管共振器を組み合わせることによって形成
することができる。

【００２９】

【実施例】実施例１図２の本発明の実施形態に基づく共振器を直列に接続し
てフィルタを作製してその共振器特性を図５に示した。
このフィルタにおけるパラメータはつぎのようにした。
基本の誘電体導波管は、比誘電率εｒ＝４．９、導波管
幅Ｗ₁＝１．６ｍｍ、導波管厚みｔ＝０．４８ｍｍと
し、共振器４は、カットオフ導波路の幅Ｗ ₂＝０．８ｍ
ｍ、カットオフ導波路長さｄＬ＝２．６ｍｍ、誘電体ビ
ア内の誘電体の比誘電率εｄ＝２０．０、誘電体ビア径
ｂ＝φ０．２ｍｍ、誘電体ビアピッチ（中心間距離）ａ
＝０．５ｍｍとした。また、誘電体ビア５はカットオフ
導波路ｄの中心軸上に一列に配置した。

【００３０】この場合、図５に示す通り、共振周波数は
７３．２ＧＨｚ、周波数帯域は０．５ＧＨｚの特性が得
られており、このような構造が共振器として機能してい
ることがわかる。

【００３１】実施例２図３の本発明の実施形態に基づく共振器によってフィル
タを作製してその共振器特性を図６に示した。図６のフ
ィルタにおけるパラメータは次のようにした。基本の誘
電体導波管は実施例１と同じに設定した。共振器４は、
カットオフ導波路幅Ｗ₂＝０．８ｍｍ、カットオフ導波
路長さｄＬ＝２．０ｍｍ、誘電体ビアの比誘電率εｄ＝
２０．０、誘電体ビア径ｂ＝φ０．２ｍｍ、誘電体ビア
ピッチａ＝０．４ｍｍとした。また、誘電体ビア群はカ
ットオフ導波路の中央に配置した。

【００３２】この場合、共振周波数は７４．１ＧＨｚ、
周波数帯域は０．９ＧＨｚの特性が得られており、共振
器として機能していることがわかる。実施例１による図
５と比較してわかるように、誘電体ビアの配置やカット
オフ導波路長さを調整することにより、共振特性を調整
できることがわかる。

【００３３】実施例３図４の本発明の実施形態に基づく共振器によってフィル
タを作製してその共振器特性を図７に示した。図４のフ
ィルタにおけるパラメータは次のようにした。基本の誘
電体導波管は実施例１と同じ、共振器４は、カットオフ
導波路幅Ｗ₂＝０．８ｍｍ、カットオフ導波路長さｄＬ
＝７．２ｍｍ、誘電体ビア５ａ、５ｂ、５ｃの比誘電率
εｄ＝２０．０、誘電体ビア径ｂ＝φ０．２ｍｍ、誘電
体ビアピッチ（ａ₁、ａ₂、ａ₃）＝０．５ｍｍ、誘電体
ビア群の距離（ｅ₁＝１．５７ｍｍ、ｅ₂＝１．５７ｍｍ
とした。また、共振器４ａ、４ｂおよび４ｃの誘電体ビ
ア群はカットオフ導波路の中央に一列に配置した。また
共振器４の誘電体ビア群はカットオフ導波路の中央部か
ら０．０３ｍｍずらした位置に配置した。

【００３４】この場合、中心周波数は７３．３ＧＨｚ、
周波数帯域は０．７ＧＨｚの特性が得られており、中心
周波数の両側±１ＧＨｚでは−２０ｄＢ以下の減衰があ
るフィルタとして機能していることがわかる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の誘電体導波
管共振器およびフィルタによれば、信号周波数の高低に
係わらず、側壁が導体ビアまたは導体ビアと導体層から
形成れる誘電体導波管を容易に形成することができるた
めに、共振器やフィルタの設計が容易となる。さらに、
従来の多層基板の製造方法に従い、種々の多層基板内に
容易に共振器やフィルタを内蔵させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における誘電体導波管の構造を説明する
ための概略斜視図である。

【図２】本発明の誘電体導波管共振器の一実施形態を示
す概略斜視図である。

【図３】本発明の誘電体導波管共振器の他の実施形態を
示す概略斜視図である。

【図４】本発明の誘電体導波管共振器のさらに他の実施
形態を示す概略斜視図である。

【図５】図２の共振器によって作製したフィルタの共振
器特性を示す。

【図６】図３の共振器によって作製したフィルタの共振
器特性を示す。

【図７】図４の共振器によって作製したフィルタの共振
器特性を示す。

【図８】従来の導波管フィルタの構造を説明するための
概略斜視図である。

【図９】従来の誘電体導波管によるフィルタの構造を説
明するための概略平面図である。

【符号の説明】

１誘電体導波管１ａ、１ｂ導体層１ｃ導体ビア１ｄ導体帯２入力ポート３出力ポート４共振器５誘電体ビアｄカットオフ導体路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板内に形成され、Ｈ面が導体層か
らなり、Ｅ面が信号波長の１／２未満の間隔で配置され
た導体ビア群からなる誘電体導波管の一部にカットオフ
導波路を形成し、該カットオフ導波路内に、前記誘電体導波管を形成する
誘電体よりも高い誘電率を有する誘電体からなる誘電体
ビアを形成してなることを特徴とする誘電体導波管共振
器。
【請求項２】前記導体ビア群からなるＥ面内に、隣接す
る導体ビア同士を電気的に接続する導体帯を形成したこ
とを特徴とする請求項１の誘電体導波管共振器。
【請求項３】複数の誘電体ビアからなることを特徴とす
る、請求項１または２の誘電体導波管共振器。
【請求項４】複数の誘電体ビアの配置を変えて共振特性
を調整したことを特徴とする、請求項３記載の誘電体導
波管共振器。
【請求項５】前記誘電体ビアが、前記カットオフ導波路
の中心軸上、または複数の誘電体ビアが中心軸上に対し
て対照となる位置に配列されてなることを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれか記載の誘電体導波管共振
器。
【請求項６】前記誘電体導波管を形成する誘電体が、低
温焼成磁器であることを特徴とする請求項１乃至５のい
ずれか記載の誘電体導波管共振器。
【請求項７】前記誘電体ビアの誘電率が、誘電体導波管
における誘電体よりも２倍以上高いことを特徴とする請
求項１乃至請求項６のいずれか記載の誘電体導波管共振
器。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか記載の誘
電体導波管共振器を直列に複数配列してなること特徴と
するフィルタ。