JPH10294602A - 誘電体共振器および誘電体フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビティ内で発生する導波管モードのスプ
リアスを除去して、Ｑの高い誘電体共振器および減衰特
性とスプリアス特性に優れた誘電体フィルタを提供す
る。 【解決手段】 誘電体板１の両主面に設けた共振器用電
極２，３とキャビティ４との対向部分に、両者間を導通
させる導電体５，６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯や
ミリ波帯で使用される誘電体共振器および誘電体フィル
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の移動体通信システムの需要の急速
な増加および所謂マルチメディア化に対応する大容量で
且つ高速な通信システムの要求に応じて、使用周波数帯
域がマイクロ波帯からミリ波帯へ拡大されようとしてい
る。このようなミリ波帯でも、従来からマイクロ波帯で
使用されていたＴＥ０１δモード誘電体共振器を同様に
用いることができるが、その共振周波数は円柱形状の誘
電体の寸法によって決定され、ミリ波帯では非常に小さ
くなるため、厳しい加工精度が要求される。また、ＴＥ
０１δモード誘電体共振器を用いてフィルタを構成する
場合、導波管の中に複数のＴＥ０１δモードの誘電体共
振器を高い位置精度で所定間隔に配置する必要があり、
更にその各共振器ごとに共振周波数を微調整するととも
に、誘電体共振器間の互いの結合量を微調整するための
構造も複雑になるという問題があった。

【０００３】そこで、本願出願人は特願平８−２５３２
１２号にてこれらの問題を解消した誘電体共振器および
誘電体フィルタを提案している。その誘電体共振器の基
本的な構成を図８に示す。図８において（Ａ）は（Ｂ）
におけるＢ−Ｂ部分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）における
Ａ−Ａ部分の断面図である。図中１は誘電体板であり、
その両主面に所定寸法の円形の共振器用電極２，３を形
成して、ＴＭ０１０モードの誘電体共振器を構成してい
る。４は金属等からなるキャビティであり、支持台１９
を介してキャビティ４の内部に誘電体板１を配置してい
る。

【０００４】図９は図８に示した誘電体共振器を、単一
の誘電体板１上に３対形成した誘電体フィルタの断面図
である。この例では、誘電体板１に、その誘電体板１を
挟んで２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂ，２ｃ，３ｃで示す３対
の共振器用電極を配置するとともに、１７，１８で示す
キャビティ内に入出力用基板１３，１４を支持台として
誘電体板１を配置している。入出力用基板１３，１４に
はマイクロストリップ線路１５，１６を形成していて、
共振器用電極２ａ，３ａによる共振器と共振器用電極２
ｃ，３ｃによる共振器とをマイクロストリップ線路１
５，１６にそれぞれ静電容量結合させている。

【０００５】従来より、誘電体板の一方の面の略全面に
接地電極を形成し、他方の面に円形の共振器用電極を形
成することによって構成したマイクロストリップ共振器
が知られているが、図８および図９に示したように誘電
体板に面対称（鏡対称）の共振器用電極を形成すれば、
同一共振周波数を得るための誘電体板の厚み寸法は、上
記従来のマイクロストリップ共振器に比較して２倍にな
るので、スプリアスの発生を抑えたまま誘電体板の厚み
を厚くすることができ、その結果、共振器のＱを高める
ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図８および
図９に示した従来の誘電体共振器および誘電体フィルタ
においては、キャビティによる共振モードがスプリアス
として発生して所望の特性が得られない場合があった。
すなわち、誘電体共振器の場合、上記キャビティによる
共振モードが、使用すべき共振モード（ＴＭ０１０モー
ド）に結合するためＱが低下する。また、誘電体フィル
タとした場合、スプリアスが生じて減衰特性が劣化す
る。

【０００７】図１０は図８に示した誘電体共振器におけ
るキャビティによる共振モードの電磁界分布を示す図、
図１１はその誘電体共振器の広帯域スプリアス特性を示
す図である。ここでは、図８の各部の寸法を次のような
関係としている。ａ＝３．０、ｂ＝２．４、ｄ＝１．
７、ｔ＝０．６、ｈ＝０．５、εｒ＝２４図１０に示す
共振モードはＴＥＭモードと呼べるスプリアスであり、
このスプリアスは図１１に示すように、実際に使用する
共振モードの共振周波数より低域側に発生する。また、
このスプリアスはブロードであるため、フィルタの中心
周波数でほとんど伝搬域となり、満足なフィルタ特性が
得られない。したがって単に誘電体板上に共振器用電極
を配列しただけでは所望のフィルタ特性が得られない。

【０００８】この発明の目的は、キャビティ内で発生す
る導波管モードのスプリアスを除去してＱの高い誘電体
共振器および減衰特性とスプリアス特性に優れた誘電体
フィルタ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、両主面に対
向する略面対称（鏡対称）の共振器用電極を形成した誘
電体板と、この誘電体板の周囲を覆うキャビティとから
成るＴＭモードの誘電体共振器におけるキャビティ内で
の導波管モードのスプリアスを抑制するために、請求項
１に記載のとおり、共振器用電極とキャビティとの対向
部分に両者間を導通させる導電体を設ける。これによ
り、共振器用電極がキャビティと同電位となって、図１
０に示したような、共振器用電極付近に集中するスプリ
アスモードの電磁界が抑制され、共振器用電極による共
振器がスプリアスモードと結合せず、共振器のＱが高く
なる。また、前記導電体はキャビティ内に誘電体板を配
置するための支持台としても作用するため、特別な支持
台が不要となる。

【００１０】前記共振器用電極とキャビティとの間を導
通させる導電体として、請求項２に記載のとおり、その
導電体の前記共振器用電極に接する面を共振器用電極に
相似形とすれば、キャビティ空間の減少効果および共振
器用電極のキャビティへのアース接続の効果がより高ま
る。

【００１１】また、共振器用電極とキャビティとの対向
部分を導通させる導電体を、請求項３に記載のとおり、
キャビティから一体的に突出させれば、部品点数が増大
せず、その組立構造も簡単となる。

【００１２】さらに、前記キャビティおよび前記導電体
を請求項４に記載のとおり、誘電体板または絶縁体板に
形成した電極で構成することによって、キャビティ構造
が簡単となり、たとえばプリント基板を用いてキャビテ
ィを構成することもでき、入出力用の基板とその一部を
兼用することが可能となる。

【００１３】また、この発明の誘電体フィルタは、請求
項５に記載のとおり、前記誘電体板の両主面に複数対の
共振器用電極を配列形成して、請求項１〜４のうちいず
れかの誘電体共振器を複数設けるとともに、いずれかの
誘電体共振器に結合する結合部材を設けて成る。これに
より、キャビティ内での導波管モードの励振が抑制さ
れ、スプリアス応答が抑圧される。また、特にキャビテ
ィ空間が狭くなってキャビティ内の導波管モードに対す
る遮断周波数が高くなり、共振器用電極による共振器の
共振周波数よりキャビティの共振周波数が高くなれば、
通過帯域の低域側での減衰特性が改善される。これによ
り減衰特性およびスプリアス特性に優れた誘電体フィル
タが得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態に係る
誘電体共振器の構成を図１および図２を参照して説明す
る。

【００１５】図１は誘電体共振器の断面図であり、
（Ａ）は（Ｂ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図、（Ｂ）は
（Ａ）におけるＡ−Ａ部分の断面図である。図１におい
て１は比誘電率εｒ＝２４、一辺の長さｂ＝２．４ｍ
ｍ、厚み寸法ｔ＝０．６ｍｍの誘電体セラミックスから
なる誘電体板である。この誘電体板１の両主面にはそれ
ぞれ直径ｄ＝１．７５ｍｍの円形の共振器用電極２，３
を対向させて形成している。このように誘電体板１の両
主面に、対向する円形の共振器用電極２，３を形成した
ことにより、その対向部分がＴＭ０１０モードの共振器
として作用する。４は幅ａ＝３．０ｍｍのキャビティで
あり、共振器用電極２，３とキャビティの内壁面との対
向部分に、両者間を導通させる導電体５，６をキャビテ
ィ４に一体に設けている。この導電体５，６の共振器用
電極に接する面は共振器用電極に相似形である円形と
し、その直径Ｄを１．５ｍｍとしている。共振器用電極
２，３とこれに対向するキャビティとの間隔ｈは０．５
ｍｍとしている。

【００１６】上記導電体５，６の直径Ｄは共振器用電極
の直径ｄより大きくない範囲であれば太い程、スプリア
ス抑圧効果が高まるので、一般的にＤ／ｄは０．８〜
１．０程度にするのが効果的である。

【００１７】図２は図１に示した誘電体共振器の広帯域
スプリアス特性を示す図である。ここでＴＭ０１０モー
ドが、誘電体板および共振器用電極による共振器のモー
ドのうち使用すべきモードである。この誘電体共振器に
よれば、キャビティの最低次の共振モードの共振周波数
がＴＭ０１０モードの共振周波数より高くなり、キャビ
ティの共振周波数より低域側には導波管モードによるス
プリアスが生じないため、Ｑの高い誘電体共振器が得ら
れる。この図２を図１１に対比すれば明らかなように、
ＴＭ０１０モードより低域側においてスプリアスが充分
に抑圧されていることが判る。

【００１８】次に第２の実施形態に係る誘電体共振器の
構成を図３を参照して説明する。図３は誘電体共振器の
断面図であり、（Ａ）は（Ｂ）におけるＢ−Ｂ部分の断
面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ部分の断面図であ
る。この第２の実施形態では、図１に示した第１の実施
形態と異なり、誘電体板上の共振器用電極に接する導電
体の断面形状を矩形としている。図３において導電体
５，６の一方の幅Ｄは１．５ｍｍ、他方の幅Ｃは０．７
ｍｍである。その他の構造は図１に示したものと同様で
ある。

【００１９】図３に示した誘電体共振器によれば、キャ
ビティの最低次の共振モードの共振周波数がＴＭ０１０
モードの共振周波数より高くなり、キャビティの共振周
波数より低域側には導波管モードによるスプリアスが生
じないため、Ｑの高い誘電体共振器が得られる。

【００２０】図４は第３の実施形態に係る誘電体共振器
の構造を示す図であり、（Ａ）は（Ｂ）におけるＢ−Ｂ
部分の断面図、（Ｂ）は平面図である。図４において１
は両主面に、対向する円形の共振器用電極２，３を形成
した誘電体板であり、この部分の構造は第１・第２の実
施形態で示したものと同様である。このように誘電体板
１の両主面に、対向する面対称の共振器用電極２，３を
形成したことにより、その対向部分がＴＭ０１０モード
の共振器として作用する。１０，１１はそれぞれプリン
ト基板であり、プリント基板１０の図における上面の略
全面に電極２０を形成し、プリント基板１０の図におけ
る下面（誘電体板１に対向する面）には共振器用電極２
に接する部分に電極２１を形成している。同様にプリン
ト基板１１の図における下面の略全面に電極２２を形成
し、プリント基板１１の図における上面（誘電体板１に
対向する面）には共振器用電極３に接する部分に電極２
３を形成している。またプリント基板１０，１１の中央
部には、電極２０−２１間および電極２２−２３間をそ
れぞれ導通させるスルーホール７，８を形成している。
またプリント基板１０，１１の外周面には断面半円形状
の複数のスルーホール２４，２５をそれぞれ形成してい
る。これらのプリント基板の外周面のスルーホールの配
列ピッチを管内波長λｇの１／４以下とすることによっ
て、等価的にキャビティの壁面を構成する。

【００２１】このように電極およびスルーホールを形成
したプリント基板１０，１１の間に誘電体板１を挟み込
んで、共振器用電極２，３と電極２１，２３との接合面
を導電性接着剤または半田により接合する。そして、プ
リント基板１０，１１の外周面の複数のスルーホール２
４，２５を電気的にアース接続するために、プリント基
板１０，１１を金属箔１２で囲み、半田付け等により接
合する。この第３の実施形態に係る誘電体共振器によれ
ば、プリント基板でキャビティを構成することができる
ため、全体に低コスト化が図れる。

【００２２】次に第４の実施形態に係る誘電体フィルタ
の構成を図５を参照して説明する。図５の（Ａ）は
（Ｂ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）に
おけるＡ−Ａ部分の断面図である。同図において１は誘
電体板であり、その両主面に共振器用電極２ａ，２ｂ，
２ｃと３ａ，３ｂ，３ｃとをそれぞれ対向配置して３つ
のＴＭ０１０モードの共振器を構成している。１７，１
８は２分割のキャビティを構成し、共振器用電極２ａ，
２ｂ，２ｃ，３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ導通する導電
体５ａ，５ｂ，５ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃをそれぞれ突出
させている。１３，１４はそれぞれ入出力用基板であ
り、上面にマイクロストリップ線路１５，１６を形成し
ている。これらの入出力用基板１３，１４はキャビティ
１７，１８の間に固定している。入出力用基板１３，１
４にはマイクロストリップ線路１５，１６を形成してい
て、共振器用電極２ａ，３ａによる共振器と共振器用電
極２ｃ，３ｃによる共振器とをマイクロストリップ線路
１５，１６にそれぞれ静電容量結合させている。この構
造により、マイクロストリップ線路１５，１６を入出力
部とする３段の共振器からなる帯域通過フィルタを得
る。

【００２３】図６は第５の実施形態に係る誘電体フィル
タの構成を示す図である。この第５の実施形態に係る誘
電体フィルタは図５に示したものと異なり、キャビティ
１７，１８から一体的に突出し、共振器用電極に接する
導電体５ａ，５ｂ，５ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃの断面形状
をそれぞれ矩形としている。その他の構成は図５に示し
たものと同様である。この構造によっても、キャビティ
内でのスプリアスを抑圧することができ、減衰特性およ
びスプリアス特性に優れた誘電体フィルタが得られる。

【００２４】図７は第６の実施形態に係る誘電体フィル
タの構成を示す図である。図７において１は誘電体板で
あり、その両主面に共振器用電極２ａ，２ｂ，２ｃと３
ａ，３ｂ、３ｃとをそれぞれ対向配置していて、ＴＭ０
１０モードの３つの共振器を構成している。１０，１１
はそれぞれプリント基板であり、外面となる面にアース
電極２０，２２を形成していて、誘電体板１の共振器用
電極に対向する部分にそれぞれ電極を形成している。ま
た図４に示した誘電体共振器の場合と同様に、各共振器
用電極に導通する電極をアース電極に導くためのスルー
ホール７ａ，７ｂ，７ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃをそれぞれ
形成している。さらにプリント基板１０の外周面にはア
ース電極２０から延びる複数のスルーホール２４を形成
していて、プリント基板１１の図における上面には所定
箇所にアース電極を形成している。そしてプリント基板
１０の外周面を取り囲んで複数のスルーホール２４と電
気的に導通するとともにプリント基板１１上のアース電
極に接続する金属箔１２を設けている。この構造により
マイクロストリップ線路１５，１６を入出力部とする３
段の共振器からなる帯域通過フィルタを得る。

【００２５】なお、上記各実施形態では、それぞれ円形
の共振器用電極を形成した例を示したが、本願発明はこ
れに限定するものでなく、矩形や楕円形などであっても
よい。

【００２６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、共振器
用電極がキャビティと同電位となって、キャビティ内を
共振空間とするスプリアスモードの電磁界が抑制され、
共振器用電極による共振器がスプリアスモードと結合せ
ず、共振器のＱが高くなる。また、前記導電体はキャビ
ティ内に誘電体板を配置するための支持台としても作用
するため、特別な支持台が不要となる。

【００２７】請求項２に記載の発明によれば、キャビテ
ィ空間の減少効果および共振器用電極のキャビティへの
アース接続の効果がより高まる。

【００２８】請求項３に記載の発明によれば、部品点数
が増大せず、組立構造も簡単となる。

【００２９】請求項４に記載の発明によれば、キャビテ
ィ構造が簡単となり、たとえばプリント基板を用いてキ
ャビティを構成することもでき、入出力用の基板とその
一部を兼用することも可能となる。

【００３０】請求項５に記載の発明によれば、キャビテ
ィ内での導波管モードの励振が抑制され、スプリアス応
答が抑圧される。また、特にキャビティ空間が狭くなっ
てキャビティ内の導波管モードに対する遮断周波数が高
くなり、共振器用電極による共振器の共振周波数よりキ
ャビティの共振周波数が高くなれば、通過帯域の低域側
での減衰特性が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態に係る誘電体共振器の構造を
示す断面図である。

【図２】 同誘電体共振器の広帯域スプリアス特性を示
す図である。

【図３】 第２の実施形態に係る誘電体共振器の構造を
示す断面図である。

【図４】 第３の実施形態に係る誘電体共振器の構造を
示す断面図および平面図である。

【図５】 第４の実施形態に係る誘電体フィルタの構造
を示す断面図である。

【図６】 第５の実施形態に係る誘電体フィルタの構造
を示す断面図である。

【図７】 第６の実施形態に係る誘電体フィルタの断面
図および平面図である。

【図８】 従来の誘電体共振器の構造を示す断面図であ
る。

【図９】 従来の誘電体フィルタの構造を示す断面図で
ある。

【図１０】 キャビティ内の導波管モードの磁界分布の
例を示す図である。

【図１１】 従来の誘電体共振器の広帯域スプリアス特
性を示す図である。

【符号の説明】

１−誘電体板 ２，３−共振器用電極 ４−キャビティ ５，６−導電体 ７，８−スルーホール １０，１１−プリント基板 １２−金属箔 １３，１４−入出力用基板 １５，１６−マイクロストリップ線路 １７，１８−キャビティ １９−支持台 ２０，２２−アース電極 ２１，２３−電極 ２４，２５−スルーホール

フロントページの続き (72)発明者 井田 裕 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 金川 潔 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両主面に対向する略面対称の共振器用電
   極を形成した誘電体板と、この誘電体板の周囲を覆うキ
   ャビティとから成るＴＭモードの誘電体共振器であっ
   て、 前記共振器用電極と前記キャビティとの対向部分に両者
   間を導通させる導電体を設けたことを特徴とする誘電体
   共振器。
2. 【請求項２】 前記導電体の前記共振器用電極に接する
   面を当該共振器用電極に相似形としたことを特徴とする
   請求項１に記載の誘電体共振器。
3. 【請求項３】 前記導電体を前記キャビティから一体的
   に突出する部材で構成したことを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の誘電体共振器。
4. 【請求項４】 前記キャビティおよび前記導電体を誘電
   体板または絶縁体板に形成した電極で構成したことを特
   徴とする請求項１〜３のうちいずれかに記載の誘電体共
   振器。
5. 【請求項５】 前記誘電体板の両主面に複数対の共振器
   用電極を配列形成して、請求項１〜４のうちいずれかの
   誘電体共振器を複数設けるとともに、いずれかの誘電体
   共振器に結合する結合部材を設けて成る誘電体フィル
   タ。