JPH088606A - 誘電体フィルタ及び誘電体デュプレクサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アース金具無しでも減衰特性が良好で、製造
上、部品点数及び工数を削減でき、小形化に適し、表面
実装にも容易に対応でき、狭帯域な特性を呈するコムラ
インタイプの誘電体フィルタ及び誘電体デュプレクサを
提供する。 【構成】 誘電体ブロック１０の長手方向に複数の共振
子穴１２ａ，１２ｂを配設する。各共振子穴の一方の端
部が開放側、他方の端部が短絡側であり、開放側及び短
絡側がそれぞれ誘電体ブロックの同一面に位置するコム
ラインタイプである。誘電体ブロックは、結合子穴が無
く、各共振子穴の開放側の端縁を除いて全体が導電膜で
覆われている。両端に位置する共振子穴近傍に、入出力
端子穴２０ａ，２０ｂを設け、その内面のほぼ全長にわ
たって外表面の導電膜とは導通しない独立した導電膜を
形成し、開放面側の開口から金属端子２２を挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直方体状の誘電体ブロ
ックを用いる一体構造のコムラインタイプの同軸型誘電
体フィルタに関し、更に詳しく述べると、誘電体ブロッ
クの両端に位置する共振子穴の近傍の端部寄りの位置に
入出力端子穴を貫設し、その内面に独立した導電膜を形
成して金属端子を挿入した入出力構造を有する誘電体フ
ィルタに関するものである。この誘電体フィルタは、マ
イクロ波用の各種無線機器に有用である。またこの技術
は、誘電体デュプレクサにも適用できる。

【０００２】

【従来の技術】直方体状の誘電体ブロックの長手方向に
所定の間隔をおいて複数の共振子穴を配設し、該共振子
穴の内面及び誘電体ブロックの所定の外表面に導電膜を
形成した同軸型誘電体フィルタは従来公知である。その
場合、誘電体ブロックの共振子穴が開口している面の一
方を開放面として、該開放面を除く外表面に導電膜を形
成して、全ての共振子穴について一方を開放側、他方を
短絡側とするコムラインタイプと、隣接する共振子穴に
ついて開放側と短絡側を交互に設けるインターデジタル
タイプがある。

【０００３】これらの誘電体フィルタの入出力端子構造
としては、一般に樹脂ピンが用いられている。これは中
心に金属製のピンが位置し、その一部の周囲を合成樹脂
部材が取り囲む構造である。通常、合成樹脂部材は、共
振子穴に挿入するための円柱部と、それに連続し挿入時
のストッパとなるフランジ部からなる。このような樹脂
ピンは、合成樹脂をピンと一体成形するか、あるいは合
成樹脂のみ所定形状に成形した後にピンを打ち込むこと
により製作する。そして、このような樹脂ピンは、誘電
体共振器の両端に位置する共振子穴に挿入することによ
り取り付け、外部回路と接続する構成が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】装置の小形化に伴っ
て、それに組み込む部品についても、ますます小形化が
要求され、また組み込み易さの観点から表面実装に対応
できる構造が求められている。しかし通常のコムライン
タイプは、小形化して表面実装対応型にしようとする場
合、そのままでは開放面でアースが取り難く、減衰特性
が悪くなる。減衰特性を向上させるためには、開放面を
金具などで覆ってアースを取る必要があり、そうすると
部品点数が多くなり広い設置スペースが必要となるし、
また組立工数も増加する。

【０００５】それに対してインターデジタルタイプは、
上記のような欠点を解消しうるため表面実装対応型に適
した構造である。しかし、隣接する共振子穴について開
放側と短絡側を交互に設ける関係上、例えば２段フィル
タの場合には、入出力端子を逆方向に引き出すことにな
り、取り扱い難い。

【０００６】また何れのタイプにしても、誘電体共振器
の小形化を進めていくには、共振子穴の径も小さくする
必要がある。ところが、樹脂ピン方式では、小形化の点
で大きな制約がある。合成樹脂部材中にピンを打ち込む
ためには、機械的強度の関係からピンの直径は少なくと
も０．６mmφ以上必要である。とすると、合成樹脂部材
の柱状部（共振子穴への挿入部分）の直径は、１．８mm
φ程度が限界である。つまり入出力端子として樹脂ピン
を使用する限り、共振子穴は、それよりも小さくするこ
とができない。このように、誘電体共振器の小形化は、
共振子穴の径、言い換えれば、樹脂ピンの径によって制
約を受けることになる。また樹脂ピンが誘電体共振器か
ら抜けないようにするためには、４．５mm程度以上の挿
入深さが必要となる。そのため共振子穴の軸方向寸法の
短縮にも制約があり、高周波化に限界が生じる。

【０００７】その上、樹脂ピンは、合成樹脂製の柱状部
で入出力結合を取るため、高周波特性が悪い。例えばフ
ィルタの使用周波数帯域が８００ＭHz帯の場合は、入出
力結合容量は１．３ｐＦ程度であり、樹脂ピンでもよい
が、より高周波になり、例えば２４００ＭHz帯になる
と、入出力結合容量は０．２〜０．４ｐＦとなり、樹脂
ピンでは対応できなくなる。また樹脂ピンでは、特に高
温半田などを使用する場合には、耐熱性の点で問題があ
る。

【０００８】本発明の目的は、アース金具無しでも減衰
特性が良好で、製造上、部品点数及び工数を削減でき、
小形化に適し、表面実装にも容易に対応でき、狭帯域な
特性を呈するコムラインタイプの誘電体フィルタを提供
することである。また本発明の目的は、同様の特徴を有
する誘電体デュプレクサを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、直方体状の誘
電体ブロックの長手方向に複数の共振子穴を配設し、該
誘電体ブロックの外表面の大部分と共振子穴の内面に導
電膜を形成し、各共振子穴は、一方の端部が開放側、他
方の端部が短絡側であり、開放側及び短絡側がそれぞれ
誘電体ブロックの同一面に位置するコムラインタイプの
誘電体フィルタの改良である。ここで誘電体ブロック
は、各共振子穴の間の位置に結合子穴が存在せず、且つ
各共振子穴の開放側の端縁を除いて全体が導電膜で覆わ
れた構造である。誘電体ブロックの両端に位置する共振
子穴近傍の端部寄りの位置に、共振子穴と平行に貫通す
る入出力端子穴を設け、その内面のほぼ全長にわたって
外表面の導電膜とは導通しない独立した導電膜を形成
し、その入出力端子穴に、共振子穴の開放側の面に形成
されている開口から金属端子を挿入して内面の導電膜に
接続する。典型的な構造としては、共振子穴が２個形成
されている２段フィルタがある。

【００１０】また、本発明は、直方体状の誘電体ブロッ
クの長手方向に４個以上の共振子穴を配設し、該誘電体
ブロックの外表面の大部分と共振子穴の内面に導電膜を
形成し、各共振子穴は、一方の端部が開放側、他方の端
部が短絡側であり、開放端側及び短絡端側がそれぞれ誘
電体ブロックの同一面に位置する構造の一体型誘電体デ
ュプレクサの改良である。ここで誘電体ブロックは、各
共振子穴の間の位置に結合子穴は存在せず、且つ各共振
子穴の開放側の端縁を除いて全体が導電膜で覆われた構
造である。そして、誘電体ブロックの両端に位置する共
振子穴近傍の端部寄りの位置に、共振子穴と平行に貫通
する送信用端子穴と受信用端子穴を設けると共に、誘電
体ブロックの中央に位置する共振子穴近傍に共振子穴と
平行に貫通するアンテナ用端子穴を設け、それら端子穴
内面のほぼ全長にわたって外表面の導電膜とは導通しな
い独立した導電膜を形成し、それら各端子穴に、共振子
穴の開放側の面に形成されている開口から金属端子を挿
入して内面の導電膜に接続する。典型的な例としては、
共振子穴が４個形成され、中央寄りの２個の共振子穴の
間の位置にアンテナ用端子穴が形成されていて、送信側
及び受信側ともに２段フィルタ構造となっている誘電体
デュプレクサがある。

【００１１】

【作用】誘電体フィルタは、複数の共振子穴について、
その開放側と短絡側を、それぞれ誘電体ブロックの同一
面に設けたコムラインタイプとなり、狭帯域のフィルタ
特性が生じる。ここで誘電体ブロックのほとんど全ての
表面が導電膜で覆われているため、アース金具無しでも
電波漏れが少なくなり、減衰特性は良好となる。このタ
イプの誘電体フィルタは、金属製の筐体を使用する必要
がないので、それだけ小形化できることになる。入出力
結合容量は、両端の共振子穴の内面導電膜と入出力端子
穴の内面導電膜との間で決まるため、樹脂等によるコン
デンサ結合に比べ安定した結合が得られる。入出力端子
穴は、誘電体ブロックを貫通して設けられ、そのほぼ全
長にわたって内面導電膜が形成されているため、コンデ
ンサ容量は正確に設定でき、そのばらつきは少ない。ま
た金属端子の取り付けは、内面導電膜に半田付けするだ
けで完了する。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係る誘電体フィルタの一実施
例を示す斜視図であり、同図のＡとＢは同じ２段フィル
タを前後逆方向から見た状態である。誘電体フィルタ
は、マイクロ波用高誘電率セラミックス材料の焼結体か
らなる直方体状の誘電体ブロック１０を用いる。誘電体
ブロック１０は、その長手方向に２個の共振子穴１２
ａ，１２ｂを配設し、外表面のほぼ全面と共振子穴１２
ａ，１２ｂの内面に導電膜を形成したものである。ここ
で両共振子穴１２ａ，１２ｂは、一方の端部が開放側、
他方の端部が短絡側となり、λ／４共振器を構成する。
そして両共振子穴１２ａ，１２ｂは、開放側と短絡側と
がそれぞれ誘電体ブロック１０の同一面に設けられてい
る。つまり図１のＡの手前側の面は開放側であり、図１
のＢの手前側の面は短絡側である。短絡側では、共振子
穴の内面導電膜と誘電体ブロックの外表面導電膜とが電
気的に接続されており、開放側では、共振子穴の内面導
電膜と誘電体ブロックの外表面導電膜とが円環状の無導
電膜部分（細かな点々を付して表してある）によって分
離した状態（電気的に接続されていない状態）状態とな
っている。なお、各共振子穴の間には結合子穴は存在し
ない。

【００１３】このようなコムラインタイプの誘電体フィ
ルタにおいて、誘電体ブロック１０の両端に位置する共
振子穴１２ａ，１２ｂ近傍の誘電体ブロック端部寄りの
位置に、それら共振子穴と平行に貫通する入出力端子穴
２０ａ，２０ｂを設け、その内面の全長にわたって誘電
体ブロック外表面の導電膜とは導通しない独立した導電
膜を形成する。そして各入出力端子穴２０ａ，２０ｂ
に、共振子穴の開放側の面に形成されている開口から
（つまり、図１のＡの手前側の面から）金属端子２２を
挿入して内面の導電膜に接続する。従って、両入出力端
子穴２０ａ，２０ｂの内面の導電膜は、両端ともに外表
面の導電膜とは電気的に接続されていない。金属端子２
２は、金属板の打抜き成形などによって製造したもので
よく、その一部を前記の入出力端子穴２０ａ，２０ｂに
挿入して、内面の導電膜に半田付けする。

【００１４】なお図面を分かり易くするため、各図にお
いて導電膜を形成した部分には影線を施し、導電膜が無
く誘電体の素地が露出している箇所は、微細な点々を付
して表している。

【００１５】図２は、その製造工程の一例を示してい
る。Ａに示す誘電体ブロック１０は、共振子穴となる２
個の穴及び入出力端子穴となる２個の穴の合計４個の穴
を有する。これはセラミックス顆粒を用いて通常の粉末
成形技術により所定形状に成形し、焼結したものであ
る。共振子穴となる中央寄りの２個の穴の間隔は広いの
に対して、入出力端子穴となる両端の穴と共振子穴とな
る穴の間隔はかなり狭く設定してある。次に、その誘電
体ブロックに導電膜を形成する。そのためには、例えば
浸漬法により全面（各穴の内面も含めて）に銀ペースト
を塗布し、焼き付けて導電膜を形成した後、共振子穴の
開放端縁及び入出力端子穴の両端縁の導電膜を削り加工
などにより除去する方法が好ましい。このようにしてＢ
に示すような誘電体共振器が得られる。この誘電体共振
器に、Ｃに示すように金属端子２２を取り付ける。金属
端子２２は、金属板を打抜き成形したものであり、入出
力端子穴に入る部分は多少湾曲させてその弾力性を利用
して仮止めできるようにし、外側の部分は回路基板（図
示せず）に面実装できるように折り曲げた形状とする。
このような金属端子２２を入出力端子穴２０ａ，２０ｂ
に挿入して、半田付けにより接続固定する。またはスプ
リング等を入出力端子穴２０ａ，２０ｂに挿入して固定
してもよい。

【００１６】本発明では、金属端子を入出力端子穴に挿
入するのみでよいため、入出力端子穴の内径は、金属端
子の寸法による制約よりも、むしろ穴の内面に良好な導
電膜を形成できるか否かによって決まる。試作結果によ
れば、浸漬法で銀ペーストを塗布する場合には、内径を
０．６mmφ程度まで小さくすることが可能である。従っ
て、それに伴って、誘電体ブロックの寸法も小さくでき
ることになる。

【００１７】誘電体フィルタとしての基本的な動作は、
従来のコムラインタイプと同じであるが、共振子穴の間
に結合子穴が存在しないため、フィルタとしては狭帯域
の特性となる。誘電体ブロックの外表面の大部分が導電
膜で覆われているため、アース金具が無くても電波漏れ
が少なく、減衰特性は良好である。入出力の結合は、入
出力結合穴２０ａ，２０ｂと両端に位置する共振子穴１
２ａ，１２ｂとの間の誘電体ブロックの材料で形成され
るコンデンサ容量を介して行われる。それらの各穴の形
状や間隔は、成形技術によりほぼ一定にでき、内面の導
電膜も穴全体にわたって一様に且つ確実に形成できるた
め長さ（電極面積）が一定する。そのため入出力結合容
量値は安定し、各誘電体フィルタでのばらつきが少なく
なる。

【００１８】ところで本発明では両端に位置する共振子
穴の更に端部寄りの位置に、入出力端子穴を設けてお
り、その分だけ誘電体ブロックの長手方向寸法が大きく
なるように考えられるが、実際には誘電体共振器端部の
ミラー効果により、前記長手方向寸法はさほど長くはな
らない。

【００１９】図３は、本発明に係る誘電体デュプレクサ
の一実施例を示す斜視図である。誘電体デュプレクサ
は、上記のような誘電体フィルタを２個組み合わせたよ
うな構造である。直方体状の誘電体ブロック３０の長手
方向に４個の共振子穴３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ
を配設し、該誘電体ブロック３０の外表面の大部分と各
共振子穴３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂの内面に導電
膜を形成する。各共振子穴３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３
４ｂは、一方の端部が開放側、他方の端部が短絡側とな
り、λ／４共振器を構成する。そして、各共振子穴３２
ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂの開放端側及び短絡端側が
それぞれ誘電体ブロック３０の同一面に形成されてい
る。図３では手前側が開放端側である。

【００２０】誘電体ブロック３０の両端に位置する共振
子穴３２ａ，３４ｂ近傍の端部寄りの位置に、共振子穴
と平行に貫通する送信用端子穴４０ａと受信用端子穴４
０ｂを設ける。また誘電体ブロック３０の中央に位置す
る共振子穴３２ｂ，３４ａの中間に共振子穴と平行に貫
通するアンテナ用端子穴４０ｃを設ける。そして、それ
ら端子穴４０ａ，…，４０ｃの内面のほぼ全長にわたっ
て外表面の導電膜とは導通しない独立した導電膜を形成
し、それら各端子穴に、共振子穴の開放側の面に形成さ
れている開口から金属端子４２を挿入して内面の導電膜
と接続する。このような構造の誘電体デュプレクサは、
図２に示すのと同様の方法により、容易に製作すること
ができる。

【００２１】図３において、図面左手側が送信側、右手
側が受信側であり、ともに２段フィルタ構造となってい
る。中央のアンテナ端子（Ａｎｔ）にアンテナを接続
し、送信端子（Ｔｘ）に送信側装置を、受信端子（Ｒ
ｘ）に受信側装置を接続することで、アンテナを共用で
きる。

【００２２】本発明では、誘電体フィルタの場合も、誘
電体デュプレクサの場合も、アース金具等は被せず、そ
のまま基板上に横置きするように面実装する。誘電体ブ
ロックの側面の導電膜を基板のアース面に接合し、各金
属端子を基板の所定の接続パターンに半田付けする。

【００２３】以上、本発明の好ましい実施例について詳
述したが、本発明は２段フィルタに限らず、３段以上の
多段フィルタにも適用できる。共振子穴や入出力端子穴
の内面の導電膜の長さ、開放側の無導電膜部分の形状な
ども、あるていど自由に変更できる。共振子穴の径と入
出力端子穴の径は同じでなくてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記のように、コムラインタイ
プの誘電体フィルタで、両端に位置する共振子穴の端部
寄りの位置に入出力結合穴を設け、内面に独立した導電
膜を形成し、金属端子を挿入して接続する構造であるの
で、アース金具無しでも電波漏れが少なく、減衰特性は
良好で、狭帯域のフィルタ特性が得られる。また樹脂ピ
ンを使用しないため、樹脂ピンによる共振子穴の径や長
さの制約がなくなり、誘電体共振器を小形化できるし、
樹脂ピンのフランジ部のような突出部分が生じないた
め、その点でも小形化できる。更に製造上、部品点数及
び工数を削減できるため、低コスト化できる。入出力結
合は樹脂によるのではなく、誘電体ブロック自体の材料
によるものであるため、コンマ数ｐＦの容量でも高精度
で、ばらつき少なく実現でき、しかも安定しているた
め、特にフィルタ中心周波数が数百ＭHzを超える高周波
の場合に有効である。本発明の誘電体デュプレクサも、
上記誘電体フィルタと同様の効果を奏しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る誘電体フィルタの一実施例を示す
斜視図。

【図２】その製造工程の説明図。

【図３】本発明に係る誘電体デュプレクサの一実施例を
示す説明図。

【符号の説明】

１０ 誘電体ブロック １２ａ，１２ｂ 共振子穴 ２０ａ，２０ｂ 入出力端子穴 ２２ 金属端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直方体状の誘電体ブロックの長手方向に
   複数の共振子穴を配設し、該誘電体ブロックの外表面の
   大部分と共振子穴の内面に導電膜を形成し、各共振子穴
   は、一方の端部が開放側、他方の端部が短絡側であり、
   開放側及び短絡側がそれぞれ誘電体ブロックの同一面に
   位置する構造の誘電体フィルタにおいて、誘電体ブロッ
   クは、各共振子穴の間の位置に結合子穴は存在せず、且
   つ各共振子穴の開放側の端縁を除いて全体が導電膜で覆
   われた構造であり、誘電体ブロックの両端に位置する共
   振子穴近傍の端部寄りの位置に、共振子穴と平行に貫通
   する入出力端子穴を設け、その内面のほぼ全長にわたっ
   て外表面の導電膜とは導通しない独立した導電膜を形成
   し、その入出力端子穴に、共振子穴の開放側の面に形成
   されている開口から金属端子を挿入して内面の導電膜と
   接続したことを特徴とする誘電体フィルタ。
2. 【請求項２】 共振子穴が２個形成されている２段フィ
   ルタである請求項１記載の誘電体フィルタ。
3. 【請求項３】 直方体状の誘電体ブロックの長手方向に
   ４個以上の共振子穴を配設し、該誘電体ブロックの外表
   面の大部分と共振子穴の内面に導電膜を形成し、各共振
   子穴は、一方の端部が開放側、他方の端部が短絡側であ
   り、開放端側及び短絡端側がそれぞれ誘電体ブロックの
   同一面に位置する構造の一体型誘電体デュプレクサにお
   いて、誘電体ブロックは各共振子穴の間の位置に結合子
   穴は存在せず、且つ各共振子穴の開放側の端縁を除いて
   全体が導電膜で覆われた構造であり、誘電体ブロックの
   両端に位置する共振子穴近傍の端部寄りの位置に、共振
   子穴と平行に貫通する送信用端子穴と受信用端子穴を設
   けると共に、誘電体ブロックの中央に位置する共振子穴
   近傍に共振子穴と平行に貫通するアンテナ用端子穴を設
   け、それら各端子穴内面のほぼ全長にわたって外表面の
   導電膜とは導通しない独立した導電膜を形成し、それら
   各端子穴に、共振子穴の開放側の面に形成されている開
   口から金属端子を挿入して内面の導電膜と接続したこと
   を特徴とする誘電体デュプレクサ。
4. 【請求項４】 共振子穴が４個形成され、中央寄りの２
   個の共振子穴の間の位置にアンテナ用端子穴が形成され
   ていて、送信側及び受信側ともに２段フィルタ構造とな
   っている請求項３記載の誘電体デュプレクサ。