JPH11330817A - 誘電体共振器装置、誘電体フィルタ、発振器および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路基板に対する誘電体共振器の実装位置を
変えなくても、または変えることができない場合でも回
路基板上の線路と誘電体共振器との結合量の設定または
調整を容易に行えるようにする。また、誘電体共振器と
結合する線路部分の特性インピーダンスを略一定に保っ
たまま結合量の調整または設定を可能とする。 【解決手段】 回路基板１の所定箇所に開口部４を形成
し、この開口部４部分で線路２−２間に可変形線路３を
架設する。この可変形線路３に近接する位置に誘電体共
振器５を配置することにより、可変形線路３と誘電体共
振器５とを磁界結合させる。この状態で可変形線路３を
変形させることによって、誘電体共振器５との結合量の
設定／調整を行う。

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共振器、フィルタ、発振器および
それらを用いた電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯やミリ波帯などの高周波帯
域において用いられるフィルタや発振器は、回路基板上
に線路を形成しておき、その回路基板上に例えばＴＥ０
１δモードの誘電体共振器を実装することによって、そ
の誘電体共振器と上記線路とを結合させるようにしてい
る。このように回路基板上に形成した線路と誘電体共振
器とを結合させた誘電体共振器装置においては、回路基
板に対する誘電体共振器の取り付け位置によって、線路
と誘電体共振器との結合量を定めたり、特開平６−９０
１０５号公報に示されているように、回路基板上に誘電
体共振器を実装した状態で、線路を部分的にトリミング
して誘電体共振器と線路との間隔を広げることによっ
て、線路と誘電体共振器との結合量を調整していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、誘電体共振
器と回路基板との相対位置関係を定める方法では微調整
が困難であり、回路基板上に誘電体共振器を接着固定し
た後は調整が不可能となる。回路基板上に誘電体共振器
を実装した後に線路をトリミングする方法によれば微調
整は一応は可能であるが、誘電体共振器と線路との間隔
を広げる方向にしか調整を行うことができず、調整方向
が１方向である。また、トリミングにより線路幅が変化
するので、線路の特性インピーダンスが変化するという
問題が生じる。

【０００４】この発明の目的は、回路基板に対する誘電
体共振器の実装位置を変えなくても、または変えること
ができない場合でも回路基板上の線路と誘電体共振器と
の結合量の設定または調整を容易に行えるようにした誘
電体共振器、誘電体フィルタ、発振器およびそれらを用
いた電子機器を提供することにある。

【０００５】この発明の他の目的は、誘電体共振器と結
合する線路部分の特性インピーダンスを略一定に保った
まま結合量の調整または設定を可能とした誘電体共振器
装置、誘電体フィルタ、発振器およびそれらを用いた電
子機器を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の誘電体共振器
は、回路基板上に線路を形成し、その線路に結合する誘
電体共振器を前記回路基板に設けるとともに、その誘電
体共振器に結合する線路の全体または一部を前記回路基
板の絶縁基材から分離状態に設ける。このように、回路
基板上に電極パターンとして形成されている部分の線路
とは別に、前記誘電体共振器に結合する線路部分を回路
基板の絶縁基材から分離状態に設ければ、その分離状態
の線路を変形させることによって、線路と誘電体共振器
との相対位置関係が変えられる。これにより回路基板に
設ける誘電体共振器の位置を変えることなく、また線路
をトリミングすることなく、線路と誘電体共振器との結
合量の設定／調整が可能となる。

【０００７】前記回路基板の前記所定箇所に開口部また
は切欠部を形成して、その開口部または切欠部に線路を
架設すれば、その線路を回路基板の表面から回路基板の
内部方向へも変形させることができ、線路と誘電体共振
器との結合量の設定／調整範囲が広くなる。

【０００８】前記回路基板の一方の面に線路を形成し、
他方の面に前記線路との対向部を除いて接地電極を形成
し、前記誘電体共振器を回路基板の接地電極形成面側に
配置すれば、回路基板表面の回路と誘電体共振器とは回
路基板に設けた接地電極により遮蔽（アイソレーショ
ン）されるため、誘電体共振器と線路との結合箇所を特
定でき、それ以外の箇所での不要結合が軽減できる。そ
のため、設計通りの特性が容易に得られる。

【０００９】前記誘電体共振器を、誘電体板の両主面に
互いに対向する位置を電極非形成部とした電極を設ける
ことにより構成すれば、この誘電体共振器を構成した誘
電体板と前記回路基板とを重ねることによって、誘電体
共振器と線路との結合量の設定／調整が可能でありなが
ら全体に非常に小型の誘電体共振器装置が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態に係る
誘電体共振器装置の構成を図１を参照して説明する。同
図の（Ａ）は回路基板上における誘電体共振器の取り付
け位置部分の斜視図、（Ｂ）は全体の断面図である。図
において１は回路基板であり、その表面に支持台部分を
介して円柱形状の誘電体共振器５を接着固定している。
この例では誘電体共振器５のＴＥ０１δモードを利用す
る。回路基板１の上面（誘電体共振器の取り付け面）に
は線路２を形成している。回路基板１の下面側には接地
電極を形成していて、接地電極と線路２とによってマイ
クロストリップ線路を構成している。４は回路基板１に
設けた開口部であり、この開口部４部分で、線路２−２
の間に変形自在の線路（以下可変形線路という）３を取
り付けている。この可変形線路３は、例えば半田付け性
を向上させるメッキ膜を施した銅線を半田付けして設け
るか、金または銅のボンディングワイヤーをワイヤーボ
ンディングして設ける。

【００１１】上記可変形線路が誘電体共振器５の近傍に
位置するように回路基板１上に誘電体共振器５を取り付
ければ、可変形線路３と誘電体共振器５とは磁界結合す
る。そして、可変形線路３を同図の（Ｂ）に示すように
回路基板１の面方向または面に垂直な方向に変形させる
ことによって、可変形線路３と誘電体共振器５との結合
量を設定／調整することができる。図に示したような位
置関係であれば、可変形線路３を誘電体共振器５に近づ
けるほど結合量が増し、遠ざけるほど結合量が減少す
る。上記回路基板１は金属製の下部ケース６と上部ケー
ス７との間に収めて、誘電体共振器を含む回路基板全体
をシールドしている。

【００１２】このように回路基板１に開口部４を設け、
その開口部４部分に可変形線路３を架設したことによ
り、可変形線路３周囲の誘電率が小さくなり、線路の特
性インピーダンスが高くなる。そのため励振電流が減少
し、線路損失が減少する。また共振電磁界近傍の誘電体
損失が減少する。これらのことにより共振器の無負荷Ｑ
（Ｑｏ）が上昇するという効果も奏する。

【００１３】次に第２の実施形態に係る誘電体共振器装
置の構成を図２を参照して説明する。図１に示した例で
は、回路基板の線路形成面側に誘電体共振器を取り付け
たが、この図２の例では回路基板の接地電極形成面側に
誘電体共振器を取り付ける。すなわち図２において８は
回路基板１に設けられた接地電極であり、この面に誘電
体共振器５を取り付けている。回路基板１の接地電極形
成面の反対面側には図１に示したものと同様の線路およ
び可変形線路３を設けている。開口部４には接地電極８
が存在しないため、この部分を介して可変形線路３と誘
電体共振器５とは磁界結合する。このように回路基板１
の接地電極８形成面側に誘電体共振器５を設けることに
よって、回路基板１の結合用線路以外の線路と誘電体共
振器５との不要な結合が防止される。

【００１４】次に第３の実施形態に係る誘電体共振器装
置の構成を図３を参照して説明する。図３の（Ａ）は装
置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の断面
図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ部分の断面図であ
る。同図において、９は誘電体板であり、その両主面に
互いに対向する位置を電極非形成部１２，１３とした電
極１０，１１を形成している。電極非形成部１２，１３
は円形であり、この電極非形成部１２，１３で挟まれる
誘電体板９の部分にＴＥ０１０モードを利用する誘電体
共振器を構成している。１は回路基板であり、円形の開
口部４を形成していて、その上面に線路２を形成し、開
口部４部分で、線路２−２に対して可変形線路３を架設
している。回路基板１の下面（誘電体板９に接する面）
には接地電極を形成している。回路基板１の開口部４は
誘電体板９に設けた電極非形成部１２，１３と同一また
はそれより一回り大きな円形の開口部であり、可変形線
路３はこの開口部部分で誘電体共振器と磁界結合する。
従って可変形線路３を変形させて、誘電体共振器との相
対位置関係を変えることによって誘電体共振器との結合
量を設定／調整することができる。ＴＥ０１０モードを
利用する場合、電極非形成部１２，１３の内周縁部分か
ら中心方向への距離および回路基板１の面に対する垂直
方向の距離によって結合量が変化するので、可変形線路
３の変形によって誘電体共振器との結合量の設定／調整
が可能となる。

【００１５】次に、第４の実施形態に係る電圧可変発振
器（ＶＣＯ）の構成例を図４および図５を参照して説明
する。

【００１６】図４の（Ａ）はケースを取り除いた状態で
の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ部分でのＶＣＯ全体
の断面図である。図４において１は回路基板であり、そ
の上面には主線路２１、副線路２２を形成していて、回
路基板１の開口部４において可変形線路２１′，２２′
を架設している。これらが誘電体板９に設けた誘電体共
振器部のＴＥ０１０モードに磁界結合する。主線路２１
の一端は終端抵抗２４を介してアース電極３５に接続し
ている。主線路２１の他端はボンディングワイヤを介し
てＦＥＴ２３のゲートに接続している。副線路２２の所
定位置とアース電極３５との間にはバラクタダイオード
２５を接続している。また副線路２２からは高インピー
ダンス線路２８を引き出し、λｇ／４毎に発振周波数に
対するトラップを入れている。（ここでλｇは伝送線路
上の波長）この高インピーダンス線路２８の端部とバイ
アス電極３６との間にはチップ抵抗３１を接続してい
る。

【００１７】ＦＥＴ２３のソースを接続する線路からは
高インピーダンス線路２６を引き出していて、その端部
とアース電極３５との間にチップ抵抗２９を接続してい
る。ＦＥＴ２３のドレインを接続する線路と出力電極３
７との間には線路３３，３４の線路間の間隙によるコン
デンサを形成している。またこのＦＥＴ２３のドレイン
を接続する線路からは高インピーダンス線路２７を引き
出し、その端部と入力電極３８との間にチップ抵抗３０
を接続している。この入力電極３８とアース電極３９と
の間にチップコンデンサ３２を接続している。

【００１８】図５は上記ＶＣＯの等価回路図である。同
図においてＲは電極非形成部１２，１３で挟まれる部分
の誘電体共振器である。ＦＥＴ２３は負性抵抗回路を構
成し、このＦＥＴ２３、誘電体共振器および主線路２１
（２１′）によって帯域反射型の発振器を構成し、上記
誘電体共振器に結合する副線路２２（２２′）とともに
バラクタダイオード２５を設けることによってバラクタ
ダイオード２５のキャパシタンスで発振周波数が変化す
るＶＣＯを構成している。

【００１９】このように主線路２１の一部と副線路２２
の一部とをそれぞれ可変形線路２１′，２２′として構
成したため、両線路を変形させて誘電体共振器との結合
量をそれぞれ設定／調整することによって、ＶＣＯの特
性を調整することができる。例えば主線路の変形によっ
て共振器との結合量を大きくすると、発振器の出力を増
大させることができ、副線路の変形によって、共振器と
の結合量を大きくすると、変調幅（周波数変化幅）を大
きくすることができる。

【００２０】次に、第５の実施形態に係る送受共用器の
主要部の構成を図６に示す。同図は誘電体板上に回路基
板を積層した状態での平面図である。この誘電体板と回
路基板との積層構造は図３に示したものと同様である。
図中の円形部分は誘電体板の電極非形成部および回路基
板に設けた開口部である。回路基板１には１６，１７，
１８，１９で示すマイクロストリップ線路を形成すると
ともに、開口部に可変形線路１６′，１７′，１８′，
１９′をそれぞれ架設している。

【００２１】開口部４ａ，４ｂ，４ｃ部分の３つの誘電
体共振器は、隣接する誘電体共振器同士が結合して、全
体として３段の共振器からなる帯域通過フィルタとして
作用する。同様に、開口部４ｄ，４ｅによる２つの誘電
体共振器は、隣接する誘電体共振器同士が結合して、２
段の共振器からなる帯域通過フィルタとして作用する。
前者は受信フィルタとして、後者は送信フィルタとして
用いる。

【００２２】開口部４ｃ部分の誘電体共振器の等価的短
絡面からマイクロストリップ線路１７，１８の分岐点ま
での電気長は、送信周波数の波長で１／４波長の奇数倍
の関係とし、開口部４ｄ部分の誘電体共振器の等価的短
絡面からマイクロストリップ線路１７，１８の分岐点ま
での電気長は、受信周波数の波長で１／４波長の奇数倍
の関係とする。このことにより、送信信号と受信信号の
分岐を行う。

【００２３】このように送受共用器を構成すれば、可変
形線路１６′，１７′，１８′，１９′をそれぞれ変形
させることによって、送信フィルタと受信フィルタの初
段と終段における外部結合Ｑ（Ｑｅ）を適宜設定／調整
できるようになり、所定のフィルタ特性を得ることがで
きる。

【００２４】次に、第６の実施形態に係る通信機の主要
部の構成を図７に示す。同図において、４６は４６ｃを
受信信号出力ポート、４６ｄを送信信号入力ポート、４
６ｅをアンテナポートとするアンテナ共用器であり、図
６に示した送受共用器を用いる。このアンテナ共用器４
６の受信信号出力ポート４６ｃに受信回路４７を、送信
信号入力ポート４６ｄに送信回路４８をそれぞれ接続
し、アンテナポート４６ｅにアンテナ４９を接続するこ
とによって、全体として通信機５０を構成している。

【００２５】図８は第７の実施形態に係る通信機の主要
部の構成を示す図である。同図においてＤＰＸがアンテ
ナ共用器であり、パワーアンプＰＡから送信信号が入力
される。またＤＰＸから受信信号がローノイズアンプＬ
ＮＡおよびＲＸフィルタ（受信フィルタ）をとおってミ
キサへ与えられる。一方、ＰＬＬによる局部発振器はオ
シレータＯＳＣと、その発振信号を分周する分周器ＤＶ
から成り、ローカル信号が上記ミキサへ与えられる。こ
こで、ＤＰＸとして図７に示した送受共用器を用いるこ
とができ、ＯＳＣとして図４に示したＶＣＯを用いるこ
とができる。

【００２６】なお、実施形態では回路基板に開口部を設
けて、その部分に可変形線路を架設したが、回路基板の
端部付近に可変形線路を設ける場合などにおいては、回
路基板１の端部に切欠部を設けて、その切欠部に可変形
線路を架設するようにしてもよい。

【００２７】また、回路基板に開口部や切欠部を形成せ
ずに、回路基板の絶縁基材から浮かせた状態で、線路を
取り付けるようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】この発明によれば、線路の一部を変形さ
せて、線路と誘電体共振器との相対位置関係が変えられ
るので、回路基板に対する誘電体共振器の位置を変える
ことなく、また線路をトリミングすることなく、線路と
誘電体共振器との結合量の設定／調整が可能となる。

【００２９】また、前記回路基板に開口部または切欠部
に線路を架設することによって、その線路を回路基板の
表面から回路基板の内部方向へも変形させることがで
き、線路と誘電体共振器との結合量の設定／調整範囲が
広くなる。また、前記回路基板に開口部または切欠部を
設けることにより架設部分の線路の特性インピーダンス
が高くなって励振電流が減少するため線路損失が減少す
る。また共振電磁界近傍の誘電体損失が減少し、これら
のことにより共振器の無負荷Ｑ（Ｑｏ）が上昇する。

【００３０】また、回路基板の一方の面に線路を形成
し、他方の面に前記線路との対向部を除いて接地電極を
形成し、誘電体共振器を回路基板の接地電極形成面側に
配置することによって、誘電体共振器と線路との不要結
合が軽減できる。そのため、設計通りの特性が容易に得
られる。

【００３１】また、誘電体共振器を、誘電体板の両主面
に互いに対向する位置を電極非形成部とした電極を設け
て構成することによって、誘電体共振器と線路との結合
量の設定／調整が可能でありながら全体に非常に小型の
誘電体共振器装置が得られる。

【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装置の部分
斜視図および断面図

【図２】第２の実施形態に係る誘電体共振器装置の断面
図

【図３】第３の実施形態に係る誘電体共振器装置の平面
図および断面図

【図４】第４の実施形態に係るＶＣＯの構成を平面図お
よび断面図

【図５】同ＶＣＯの等価回路図

【図６】第５の実施形態に係る送受共用器の主要部の平
面図

【図７】第６の実施形態に係る通信機のブロック図

【図８】第７の実施形態に係る通信機の主要部のブロッ
ク図

【符号の説明】

１−回路基板 ２−線路 ３−可変形線路 ４−開口部 ５−誘電体共振器 ６−下部ケース ７−上部ケース ８−接地電極 ９−誘電体板 １０，１１−電極 １２，１３−電極非形成部 ２１′，２２′−可変形線路

フロントページの続き (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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線路を形成した回路基板と、前記線路に
   結合する誘電体共振器とから成る誘電体共振器装置にお
   いて、 前記誘電体共振器と結合する線路の全体または一部を前
   記回路基板の所定箇所で当該回路基板の絶縁基材から分
   離状態に設けたことを特徴とする誘電体共振器装置。
2. 【請求項２】 前記回路基板の前記所定箇所に開口部ま
   たは切欠部を形成して、当該開口部または切欠部に前記
   分離状態の線路を架設した請求項１に記載の誘電体共振
   器装置。
3. 【請求項３】 前記回路基板は、絶縁基材の一方の面に
   前記線路を形成するとともに他方の面に前記線路との対
   向部を除いて接地電極を形成して成り、前記誘電体共振
   器を前記接地電極形成面側に配置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装置。
4. 【請求項４】 前記誘電体共振器は、誘電体板の両主面
   に互いに対向する位置を電極非形成部とした電極を形成
   して成り、当該誘電体板に前記回路基板を重ねたことを
   特徴とする請求項１または２に記載の誘電体共振器装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のうちいずれかに記載の誘
   電体共振器に結合する線路を信号入力部または信号出力
   部として成る誘電体フィルタ。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のうちいずれかに記載の線
   路に負性抵抗回路を接続して成る発振器。
7. 【請求項７】 請求項１〜４のうちのいずれかの誘電体
   共振器装置、請求項５の誘電体フィルタまたは請求項６
   のいずれか発振器を高周波回路部に備えた電子機器。