JPH07154111A - 誘電体共振器及びその特性設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型等の変更を伴うことなく誘電体共振器の
特性を設定調整可能にする。 【構成】 強誘電体セラミクス１０の外側面に形成され
た導体層１４の少なくとも一部を、誘電体層２６によっ
て被覆する。誘電体層２６の一部を、更に導体層２８に
よって被覆する。導体層１４、誘電体層２６及び導体層
２８によって高周波的な分布容量コンデンサが形成され
るため、強誘電体セラミクス１０を形成するための金型
等の変更を伴うことなく、誘電体共振器１８の特性を変
化させることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電体セラミクス等
により形成された誘電体共振器及びその特性設定方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】無線通信の分野は、近年、コードレス電
話機、衛星通信等を中心として飛躍的な発展を遂げてい
る。これに伴い、無線通信機器の高周波化が進んでお
り、またその小型化が要求されている。これら高周波化
及び小型化に寄与する部品として、いわゆる誘電体共振
器がある。

【０００３】誘電体共振器は、インピーダンス整合性が
よいこと、高いＱを有していること、高誘電率の誘電体
を使用しているためストリップラインに比べ小型な装置
を構成できること、等の利点を有している。このような
利点があるため、誘電体共振器は、数百ＭＨｚ以上の帯
域で、発振回路や共振回路に多用されている。この結
果、誘電体共振器は、無線通信分野で重要な位置を占め
つつある。

【０００４】更に、誘電体共振器は、無線通信以外の分
野にも広く用いられつつある。例えば、誘電体共振器を
用いた静電センサや、自動車等に搭載されその配線を少
なくするためのコードレスセンサ等が開発されている。
これらの分野では、いずれも、簡便化、小型化、軽量化
等が要求されており、誘電体共振器を使用することによ
って、これらの目的が好適に達成される。

【０００５】このように、誘電体共振器は、通信、自動
車、計測、民生機器等多岐の分野にわたって用途を拡大
している。そのため、誘電体共振器に対しては、その特
性の改善や多品種化が要求されている。

【０００６】図２２には、誘電体共振器の形状の一例が
示されている。特に図２２（ａ）に示されるものは丸型
共振器と呼ばれ、図２２（ｂ）に示されるものは角型共
振器と呼ばれる。

【０００７】図２２に示される共振器は、中空筒状の強
誘電体セラミクス１０の内側面及び外側面にそれぞれ導
体層１２及び１４を形成した構造を有している。導体層
１２及び１４は、強誘電体セラミクス１０を誘電体とし
た同軸線路を形成している。このコアを１／４波長共振
器として構成する場合には、導体層１２と１４は強誘電
体セラミクス１０の端子１６を設けていない端面におい
て短絡される。そして、導体層１２には、高周波信号を
入力するための端子１６が電気的に接続されている。

【０００８】図２３には、基板への実装方法が示されて
いる。この図に示される共振器１８は図２２（ｂ）に示
される角型共振器であるが、同様の方法は、図２２
（ａ）に示される丸型共振器にも適用できる。

【０００９】共振器１８の外側面に形成された導体層１
４は、基板２０上の接地導体２２に半田付けされる。ま
た、端子１６は、基板２０上の信号導体２４に半田付け
される。このような方法で共振器１８を基板２０に実装
することにより、当該共振器１８を基板２０上に固定す
ると共に電気的接続を確保することができる。基板２０
上には、図示しないが例えばトランジスタ、コンデンサ
等の部品が実装され、共振器１８はこれらの部品と共に
共振回路等を構成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の誘電体共振器の
基礎特性は、その寸法形状及び材料が決定されると一意
的に定まっていた。すなわち、その特性を僅かであって
も変更するためには、強誘電体セラミクスの形成に使用
する金型等の設備を一新しなければならず、仕様変更に
伴い著しい費用が発生していた。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、簡単な構造を誘電
体共振器に付加することにより、当該共振器の特性を、
その寸法形状及び材料を変更することなく、すなわち金
型等を変更することなく設定調整することを可能にする
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る誘電体共振器は、その外部表面
に導体層が設けられた誘電体のコア（例えば強誘電体セ
ラミクスの形成体）と、導体層の少なくとも一部を被覆
するよう形成された被覆誘電体層と、被覆誘電体層の少
なくとも一部を被覆するよう形成された被覆導体層と、
を備えることを特徴とする。

【００１３】また、本発明に係る特性設定方法は、その
外部表面に導体層が設けられた素子の周囲に、導体層の
少なくとも一部を被覆するよう被覆誘電体層を形成し、
更に被覆誘電体層の少なくとも一部を被覆するよう被覆
導体層を形成することにより、コアの特性を設定調整す
ることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明においては、コアの周囲に、被覆誘電体
層が形成される。この被覆誘電体層は、コアの外部表面
に設けられた導体層の少なくとも一部を被覆する。ま
た、この被覆誘電体層の少なくとも一部が、被覆導体層
によって被覆される。この被覆導体層を接地導体として
得られるコアの特性は、従来型のコアの特性と相違して
いる。従って、本発明においては、素子の寸法・形状や
材料を変更することなく、すなわちコア形成のための金
型等の設備を一新することなく、被覆誘電体層や被覆導
体層の設計によってコアの特性を設定調整することが可
能になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図２２及び２６に示される従来
例と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略す
る。

【００１６】図１には、本発明の第１実施例の構成が示
されている。特に、図１（ａ）は端子１６側の端面を、
図１（ｂ）は、従来型の共振器に相当する部分（以下コ
アという）１８の長手方向側断面を、それぞれ示す図で
ある。

【００１７】この図に示されるように、本実施例におい
ては、導体層１４の外側に誘電体層２６が形成されてお
り、この誘電体層２６によって導体層１４が被覆されて
いる。更に、誘電体層２６の外側には導体層２８が形成
されており、この導体層２８に寄り誘電体層２６が被覆
されている。

【００１８】誘電体層２６としては、例えば、ポリイミ
ド、ポリエステル、アセテートの単一物や混合物又はコ
ポリマ等の誘電体で作られた各種プラスチックフィルム
を使用することができる。また、その厚みは例えば１０
〜５０μｍ程度でよい。導体層２８としては、例えば
鋼、銅、アルミニウム、金等の良導体を使用することが
できる。その厚みは３波長以上であれば本発明の機能を
奏するが、例えば３５〜１００μｍ程度でもよい。更
に、図１においては、誘電体層２６及び導体層２８が一
対であるが、これは複数対積層して設けても構わない。

【００１９】図２には、本発明の第２実施例の構成が示
されている。この実施例においては、誘電体層２６及び
導体層２８が、導体層１４の周囲に、ちょうど渦を巻く
ように複数回巻回形成されている。

【００２０】図３には、本発明の第３実施例の構成が示
されている。特に、図３（ａ）は端子１６側の端面を、
図３（ｂ）はコア１８の長手方向の側断面を、それぞれ
示している。この実施例においては、導体層２８として
被覆導線が使用されている。すなわち、被覆導線が誘電
体層２６の周囲に巻回されており、これにより導体層２
８が構成されている。

【００２１】図４には、本発明の第４実施例の構成が示
されている。この図は、コア１８の上側面図である。こ
の実施例においては、誘電体層２６又は導体層２８がパ
ターニングされている。

【００２２】図５には、本発明の第５実施例の構成が示
されている。この図も図４と同様上側面図であり、本実
施例においても誘電体層２６又は導体層２８がパターニ
ングされている。但し、そのパターンは第４実施例のそ
れとは異なっており、櫛状のパターンが形成されてい
る。

【００２３】図６には、本発明の第６実施例の構成が示
されている。この図は端子１６側の端面を示している。
本実施例においては、導体層１４の全周にわたって誘電
体層２６及び導体層２８が形成されるのではなく、導体
層１４の一外側面に、誘電体層２６及び導体層２８が積
層形成されている。導体層２８のうち最も外側の導体層
２８は、押圧接触等により、接続部材３０と電気的に接
続されている。接続部材３０は「コ」の字状の形状を有
しており、その先端は、基板２０上の接地導体２２に例
えば半田付けによって電気的に接続されている。

【００２４】図７には、本発明の第７実施例の構成が示
されている。この実施例においても第６実施例と同様の
接続部材３０が使用されているが、但しその先端は導体
２０上の接地導体２２等とは直接接触していない。すな
わち、接続部材３０の先端は基板２０から浮いており、
接地導体２２とは電磁界結合している。

【００２５】図８には、本発明の第８実施例の構成が示
されている。この図は端子１６側の端面を示している。
この実施例においては２個の導体層２８のうち１個が、
「コ」の字状の湾曲部２８ａ及びその両側に設けられた
「Ｌ」の字状の２個の橋絡部２８ｂを有している。コア
１８は、湾曲部２８ａによって保持されており、その４
個の外側面に形成された導体層１４のうち３個の側面が
この湾曲部２８ａによって被覆されている。橋絡部２８
ｂは、基板２０上の例えば接地導体２２に半田付けされ
ている。誘電体層２６は、導体層１４のうち湾曲部２８
ａによって被覆されていない一外側面及び橋絡部２８ｂ
の一部を被覆している。誘電体層２６の上には、もう１
個の導体層２８が設けられている。

【００２６】図９には、本発明の第９実施例の構成が示
されている。この実施例は、第８実施例における橋絡部
２８ｂの先端を、第７実施例における接続部材３０の先
端と同様、基板２０から浮かせ、接地導体２２と電磁界
結合するよう構成した点を特徴としている。

【００２７】図１０には、本発明の第１０実施例の構成
が示されている。この実施例においては、誘電体層２６
が、導体層１４の三外側面を被覆している。導体層２８
は、第６又は第７実施例における接続部材３０と同様の
形状を有している。但し、導体層２８は、第６又は第７
実施例における接続部材３０を裏返した態様で配置され
ており、導体層２８の底部は基板２０上の接地導体２２
に半田付けされている。また、導体層２８の先端はコア
１８から見て左右に展開している。すなわち、導体層２
８は、２個の展開部２８ｃを有している。

【００２８】図１１には、本発明の第１１実施例の構成
が示されている。この実施例は、第１０実施例の構成を
変形したものであり、導体層２８の展開部２８ｃの一部
２８ｄが、展開部２８ｃの展開方向とは逆方向に曲げら
れており、これによりコア１８が第１０実施例に比べ強
力に固定されている。それに伴い、誘電体層２６の一部
２６ａも、展開部２８ｃの展開方向と逆方向に伸展され
ている。

【００２９】これら第１〜第１１実施例に共通する特徴
は、第１に、導体層１４の少なくとも一部を被覆するよ
う誘電体層２６を設けた点にある。第２に、誘電体層２
６の少なくとも一部を被覆するよう導体層２８を設けた
点にある。言い換えれば、導体層１４及び２８を電極と
し、誘電体層２６を誘電体とするコンデンサが形成され
た点を共通の特徴としている。

【００３０】この特徴、すなわち導体層１４の外側に形
成されたコンデンサは、後に例示するように、コア１８
の特性を変化させ、例えばそのＱを向上させる。このよ
うな作用が生じる原理については現段階では未解明であ
るが、大まかには、次のような点にあると推測できる。
すなわち、導体層１４は、強誘電体セラミクス１０の外
側面に形成されており、当該導体層１４の強誘電体セラ
ミクス１０との界面においては渦電流が発生している。
この渦電流は、強誘電体セラミクス１０内部における電
界分布に応じて分布している。従って、本発明の各実施
例のように誘電体層２６及び導体層２８を設け、これら
から構成されるコンデンサを介して接地導体２２に導体
層１４を接続すると、当該コンデンサによって強誘電体
セラミクス１０内部における電界分布が均一化され、導
体層１４における渦電流の分布が均一化すると考えられ
る。この均一化により、コア１８の特性のうち導体層１
４内部における渦電流に依存した抵抗成分が変化すると
見られる。

【００３１】また、導体層１４、誘電体層２６及び導体
層２８から形成されるコンデンサは、高周波的な意味で
のコンデンサ、すなわち分布容量である。従って、本発
明の各実施例における特性変化作用は、例えば５００Ｍ
Ｈｚ以上の高周波で生じると考えられる。更に、このコ
ンデンサが分布容量であるため、例えば第８又は第９実
施例のように導体層１４と導体層２８が低周波的に接触
していても前述の特性変化の作用が生じることとなる。
更に、このような高周波においては、第７又は第９実施
例に示されるような電磁界結合も可能となる。

【００３２】加えて、第１０及び第１１実施例において
は、導体層２８がコア１８を挟持固定する部材としても
機能している。すなわち、コア１８が導体層２８により
挟持固定されると共に、このコア２８を介して接地導体
２２との接触が保たれる。従って、基板２０に半田付け
すべき部材が導体層２８のみで足りることとなり、大き
な出力の半田ごてを使用することなくコア１８を基板２
０上に実装することやハトメ止め等の簡便な方法が可能
となる。加えて、第１１実施例のような構造とすれば、
導体層２８によるコア１８の保持強度を更に高めること
ができる。

【００３３】図１２〜図２４には、本発明の発明者が行
った特性測定の方法及びその結果が示されている。特
に、図１２（ａ）には発明者が使用した測定治具の正面
が、図１２（ｂ）には側面が、図１３〜図２２には各実
施例の特性測定結果が、図２４には測定再現性確認の結
果が、それぞれ示されている。

【００３４】図１２に示されるように、発明者が使用し
た治具３２は、同軸ケーブル３４の導体３６を端子１６
又は信号導体２４に押圧接触させる一方で、リン青銅３
８及び箔４０から構成されるバネ電極をコア１８の導体
層２８にバネ接触させる構造である。また、この治具３
２は、測定部位を包囲するカバー４２を有している。こ
のカバー４２は、例えば厚み０．８ｍｍの銅板から形成
されており、同軸ケーブル３４はこのカバー４２を貫通
している。リン青銅３８及び箔４０はカバー４２の内側
にスポット溶接後半田付けされており、同軸ケーブル３
４はその貫通部位において半田付けされている。測定用
の高周波（ＲＦ）信号は、同軸ケーブル３４を介して供
給される。

【００３５】図１３〜図２１は、図１２に示される治具
３２を用いて得られた周波数対減衰量のデータであり、
横軸は周波数（ＭＨｚ，線形）、縦軸は減衰量（ｄＢ）
であり、誘電体層２６の厚さは５０μｍである。また、
測定に係る試料は、導体層２８として５０μｍの銅板を
用いた試料である。なお、各図において試料１、試料２
等の符号が使用されており、また異なる図において同一
の試料番号が現れているが、異なる図において現れる同
一の試料番号は一般に同一の試料を示すものではない点
に注意されたい。

【００３６】まず、第１実施例の構成を採用しかつ誘電
体層２６の材質としてポリイミドを使用した場合につい
て、図１３及び図１４に示されるような測定結果が得ら
れている。これらの図のうち、図１３は誘電体層２６を
１層とした場合を、図１４は５層とした場合を、それぞ
れ示している。これらの図から明らかなように、第１実
施例の構成において誘電体層２６をポリイミドとした場
合、共振点におけるＱがコア単体の場合に比べ良好とな
る。また、誘電体層２６の層数が５層の場合、１層の場
合に比べてＱがさらに良好となる。

【００３７】図１５及び図１６には、誘電体層２６とし
てアセテートを使用した場合の特性測定結果が示されて
いる。特に、図１５は第１実施例の構造において誘電体
層２６の層数を５層とした場合であり、図１６は第８実
施例の構成において誘電体層２６の層数を１層とした場
合である。これらの図に示されるように、第１実施例及
び第８実施例のいずれにおいても、コア単体の場合に比
べ共振点におけるＱが良好となる。同様の結果は、誘電
体層２６として、テフロン（商標）、マイラー、ブレン
ドテープ、ポリエチレンテレフタレート（ペット）等を
使用した場合にも得られている。図１７に示されるの
は、第１実施例において誘電体層２６の層数を５層と
し、更にその材質としてテフロンを使用した場合の特性
測定結果である。図１８に示されるのは、第１実施例に
おいて誘電体層２６を１層とし更にその材質をマイラー
とした場合の特性である。更に、図１９及び図２０に示
されるのは第１実施例において誘電体層２６をブレンド
テープとした場合の特性測定結果であり、図１９におけ
る誘電体層２６の層数は１層、図２０における層数は５
層である。図２１に示されるのは、第２実施例において
誘電体層２６をペット（パナック社，商品名：ＧＳ−３
８）として２回巻回した場合の特性測定結果であり、こ
の図の場合誘電体層２６の厚みは３５μｍである。

【００３８】このように、発明者の特性測定結果によれ
ば、前述したコア１８の特性変化が明らかに生じている
ことが分かる。

【００３９】なお、以上の説明は、コア１８として角型
コアを用いた場合について行ったが、同様の作用及び効
果は丸型コアにおいて誘電体層２６及び導体層２８を設
けた場合にも生じる。更に、以上の説明は１／４波長共
振器についてのものであったが、１／２波長共振器等に
ついても本発明を適用することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コアの外部表面に設けられた導体層の少なくとも一部を
被覆するよう被覆誘電体層を設け、更にこの被覆誘電体
層の少なくとも一部を被覆するよう被覆体層を形成する
ようにしたため、誘電体共振器の特性を、コア形成のた
めの金型等の設備を再作成することなく、被覆誘電体層
及び被覆導体層の設計によって変形することが可能とな
り、仕様変更に伴う特性の設定調整がより容易となる。
これにより、誘電体共振器の製造コストが低減され、そ
の用途を更に拡大可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図であり、図
１（ａ）は端子側の端面図、図１（ｂ）はコア長手方向
の側断面図である。

【図２】本発明の第２実施例の構成を示す端子側の端面
図である。

【図３】本発明の第３実施例の構成を示す図であり、図
３（ａ）は端子側の端面図、図３（ｂ）はコア長手方向
の側断面図である。

【図４】本発明の第４実施例の構成を示す上側面図であ
る。

【図５】本発明の第５実施例の構成を示す上側面図であ
る。

【図６】本発明の第６実施例の構成を示す端子側の端面
図である。

【図７】本発明の第７実施例の構成を示す端子側の端面
図である。

【図８】本発明の第８実施例の構成を示す端子側の端面
図である。

【図９】本発明の第９実施例の構成を示す端子側の端面
図である。

【図１０】本発明の第１０実施例の構成を示す斜視図で
ある。

【図１１】本発明の第１１実施例の構成を示す斜視図で
ある。

【図１２】発明者が特性測定に使用した治具の構成を示
す図であり、図１（ａ）は正面図、図１２（ｂ）は側面
図（カバー内のみ断面図）である。

【図１３】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第１実施例において誘電体層を１層としその材質をポリ
イミドとした場合の特性図である。

【図１４】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第１実施例において誘電体層を５層としその材質をポリ
イミドとした場合の特性図である。

【図１５】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第１実施例において誘電体層を５層としその材質をアセ
テートとした場合の特性図である。

【図１６】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第８実施例において誘電体層を１層としその材質をアセ
テートとした場合の特性図である。

【図１７】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第１実施例において誘電体層を５層としその材質をテフ
ロンとした場合の特性図である。

【図１８】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第１実施例において誘電体層を１層としその材質をマイ
ラーとした場合の特性図である。

【図１９】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第１実施例において誘電体層を１層としその材質をブレ
ンドテープとした場合の特性図である。

【図２０】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第１実施例において誘電体層を５層としその材質をブレ
ンドテープとした場合の特性図である。

【図２１】発明者による特性測定結果を示す図であり、
第２実施例において誘電体層を２回巻回しその材質をポ
リエチレンテレフタレートとした場合の特性図である。

【図２２】従来における誘電体共振器の形状の一例を示
す図であり、図２２（ａ）は丸型コアを、図２２（ｂ）
は角型コアを、それぞれ示す図である。

【図２３】従来の誘電体共振器を基板に実装する方法を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ 強誘電体セラミクス １２，１４，２８ 導体層 １６ 端子 １８ コア ２０ 基板 ２２ 接地導体 ２４ 信号導体 ２６ 誘電体層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その外部表面に導体層が設けられた誘電
   体のコアと、 導体層の少なくとも一部を被覆するよう形成された被覆
   誘電体層と、 被覆誘電体層の少なくとも一部を被覆するよう形成され
   た被覆導体層と、 を備えることを特徴とする誘電体共振器。
2. 【請求項２】 その外部表面に導体層が設けられた誘電
   体のコアの周囲に、導体層の少なくとも一部を被覆する
   よう被覆誘電体層を形成し、さらに被覆誘電体層の少な
   くとも一部を被覆するよう被覆導体層を形成することに
   より、誘電体共振器の特性を設定調整することを特徴と
   する誘電体共振器の特性設定方法。