JPS62180601A - 温度補償セラミツク共振器を備えた無線周波フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （：発明の背景Σ・ 本発明は、一般に無線周波数（ＲＦ）フィルタに、更に
特定すれば複数のＲＦ送信機を１個のアンチ・すに結合
するアンテナコンバイナに使用するようになってい・る
温度補償セラミック共振器付きＲ［フィルタに関する。

多数のＲＦ送信機を組合せるためには、各送信機からの
ＲＦ倍信号互いに分離して相互変調と、起り得る送信機
への危害を防止しなければならない。空気充填空洞型の
ＲＦフィルタをＲＦ送信機間の分離を行うのに使用する
ことができる□。このような空洞フィルタはすべてそれ
が接続されている送信機からのＲＦ倍信号けを通すよう
に同調されていて、各ＲＦ送信機は周波数の異なるＲＦ
信内を発生する。このような空洞フィルタを温度補償す
るのに使用される従来の機構はアメリカ合衆国特許第４
．０２’４．４８１号に述べられている。しかしながら
、こめような空気充填空洞フィルタは高価であるととも
に大きざが比較的大ぎくでビルや山め頂上に設置きれて
いる遠隔のアンテナ敷地では法外な量の肖鎗な空間を占
領してしまう。

□こめようなＲＦフィルタの大きさはセラミック共振器
を使用すれば小さくすることができる。セラミック共振
器を使用するこのようなフィルタの１つはアメリカ合衆
国特許第４，２４１，３２２号に記されている。フィル
タをもっと小形にすることができるが、このようなフィ
ルタのセラミック共振器はセラミック内のＲＦ耐電力消
散によるセラミック内の温度変化に対して温度補償され
ず、したがってＲＦ耐電力消散によって共振周波数が大
幅にずれるとともに、セラミックを温度係数か正確にＯ
になるように作ることはできないという事実に直面する
。アメリカ合衆国特許第４．０１９．１６１＠に述べら
れている他のフィルタは微小集積回路基板に装着された
セラミック共振器を温度補償するのに従来の機構を利用
しているが、セラミック共振器内の熱放散についての備
えか無い。

（発明の目的と要約〉 したがって、本発明の目的は、独特な温度補償セラミッ
ク共振器を備えている小形で安価なＲＦフィルタを提供
することである。

本発明の他の目的は、温度補償セラミック共振器とセラ
ミック同調スラグを備えてセラミック共振器の共振周波
数を直線的に変化させる改良されりＲＦフィルタを提供
することである。

本発明の更に他の目的は、フィルタハウジングと熱的に
結合してセラミック共振器内の電力放散による温度上界
を最小にする温度補償セラミック共振器を備えた改良さ
れたＲＦフィルタを提供することである。

簡単に述べれば、本発明は第１および第２の誘電体補償
円板の間にはさみ込まれた誘電性共振器を具備するＲ［
フィルタを含んでいる。共振器と第１の補償円板とは同
心的に配置された穴を備え、この中にセラミック同調ス
ラグが挿入されてセラミック共振器の共振周波数を調節
する。共振器、第１　ｉＪ５よび第２の補償用円板、お
よび同調用スラグとは金属ハウジングにより囲まれて互
いに空間を隔てて配置されている。入力信号と出力信号
とは銅製ハウジングの適当な場所に設置されたそれぞれ
の入力および出力のプローブによりＲＦフィルタと結合
する。

（好ましい実施例の詳細な説明） 第１図に、本発明を具体化するＲＦフィルタ１００の透
視図を示す。フィルタ１００の一部を切断し去ってその
内部構造を一層明瞭にしである。

第１図のフィルタ１００は、８７０〜８９０Ｍｆ−ＩＺ
の周波数範囲で動作する２つの以上のＲＦ送信機を絹合
せる第２図のアンテナコンバイナに使用するのに特に良
く適合している。フィルタ１００の公称無負荷Ｑは約１
４，０００である。

−３０’Ｃから＋６０’Ｃまでの周囲温度範囲にわたる
フィルタ１００の周波数ずれは空温での公称周波数に関
して最大５５ＫＨｚである。フィルタ１００の公称寸法
は、従来の空気充填空洞フィルタの直径約１５．２Ｃｍ
　（６”　’）　、長さ約３３ｃｍ＜１３″）に比較し
て、直径約１４ｃｍ（５，５”　）１．長さ約７．６ｃ
ｍ（３”　）である。加えて、フィルタ１１００は同等
の空気充填空洞フィルタよりも材料の費用を６０％節約
している。

□第１図を参照すると、フィルタ１００は第１の補償用
円板１１４と第２の補償用円板１２０との間にはさみ込
まれているセラミック共振器１１６を含んでいる。共振
器１１６は好ましくは酸化バリウム、酸化チタンおよび
酸化ジルコニウムを含み誘電率が少なくとも２０である
セラミック化合物から構成される。このような使用に適
するセラミック化合物の１つは１９７８年１０月発行の
ｔｈｅＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＡｍｅｒｉｃａｎＣｅｒ
ａｍｉｃ　５ｏｃｉｅｔｙ、　Ｖｏｌ、　４１、Ｎｏ、
１０のＩ）ｐ、３９０〜３９イに発表きれたＧ、　Ｆｌ
、　ＪｏｎｋｅｒとＷ、　ｋＷｅｓｔｒｏｏの論文［三
重系Ｂａｏ−ＴｉＯ２−８ｎＯ２およびＢａ０ＬＴｉ’
＜１）２−２ｒ０２　Ｊに述べられているものである。

この論文に述べられでいるセラミック化合物のうち、：
１８．５モルパーセントのＢａＯ１７７，０モルパーセ
ントのＴｉＯおよび４．５モルパーセントのＺｒｏ２と
いう組成を有し誘電率が４０の化合物Ｂａ２丁’９０２
０が共振器１１６に使用するのに適している。この論文
に記されｔｂ−る他の種類の組成のものの多くも同様に
使用される。補償用円板１１４ト１２０とハフ　／Ｌ／
　ミナ（Ａ　Ｉ　２０．ｊ’）　カら構成するのが好ま
しい。というのは、１アルミナは誘電損失が少なく、セ
ラミック共振器１１６に比して熱伝導率が大ぎく、セラ
ミック共振器１１６の誘電温度係数に関して正の誘電温
度係数を示すからである。

本発明の重要な特徴によれば、セラミック共振器１１６
の負の誘電温度係数は、アルミナの補償用円板１１４と
１２０との正の誘電温度係数により実質的に補償するこ
とができる。すなわち、セラミック共振器１１６の−３
６ＤＤｍ／’Ｃの誘電温度係数はアルミナの補償用円板
１１４と１２’Ｏとの＋１１３ｐｌ）…／°Ｃの誘電温
度係数により実質的に相殺することができるし、あるい
はセラミック共振器１１６の＋７１）ｌ）ｍ／’Ｃの周
波数温度係数はアルミナの補償用円板１１４と１２０と
の−６３ｐｐｍ／°Ｃの周波数温度係数により実質的に
相殺することができる。当業者には公知のように、誘電
体材料の周波数温度係数は誘電温度係数と極性が逆であ
ってその誘電体材わＩの物理的大きさと誘電湿度係数と
に比例する。したがって、アルミナの補償用円板１１４
と１２０との厚さを正しく選定すれば希望する補償を達
成することができる。

更に、アルミナの補償用円板１１４と１２０とは、・周
囲温度に対する補償を行い、、セラミック共振器１１６
とフィルタハウジングの上板１１２と底板１２Ｂとの間
の熱抵抗を低くすることによりセラミック共振器１１６
のＲＦ電力消散による温度上昇を最小とし、共振器１１
６を低損失アルミナを用いて損失を発生する板１１２と
１２８とから離して支持することによりフィルタの全体
としてのＲＦ損失を最小にする。板１１２と１２８とに
より加えられる圧縮力により共振器１１６と円板１１４
と１２０との間の熱的接触が良好に保たれるため共振器
１１６とフィルタハウジングとの間の熱抵抗は１℃／Ｗ
未満（すなわら、設計解析で予測された０、６８°Ｃ／
Ｗ）である。したがって、本発明の他の特徴によれば、
フィルタ１００は、セラミック共振器１１６内の電力放
散による温度上昇がセラミック共振器とフィルタハウジ
ングとの間の熱抵抗が比較的低いことにより最小となる
から、高電力の送信機に適応することかできる。

すなわち、フィルタ１００で消散されるＲＦエネルギが
１２ワツトの場合、セラミック共振器１１６の温度は周
囲温度より８°Ｃ高くなるだけであり、フィルタ１００
の周波数のドリフトはわずかに４２ＫＨｚとなる。

再び第１図に戻って、フィルタ１００の銅製ハウジング
ははさみ込まれたセラミック共振器１１６を完全に取囲
むとともに圧縮力を発生して共振仝１１６とアルミナ補
償用円板１１４と１２０との空間的関係を保っている。

ハウジングは銅の缶１２４と適合する銅製の上面板１１
２を備えている。上面板１１２は缶１２４にはんだ付け
さ、れている。缶１２４は小ねじ１３８を受入れるため
のねじ穴を有する内部リング１２６を備えている。銅の
底板１２８は小ねじ１３８で缶１２４に取付けられてい
る。セラミック共振器１１６：とアルミナの補償用円板
１１４と１２０とは底板１２８から加えられる圧縮力に
より互いに保持されている。セラミック共振器１１６と
アルミナ製補償用円板１１４と１２０とはガラスフリッ
トま、たは接合用フィルムのような適切な接着剤で接合
点れている。

本発、明の他の特徴によれば、共振器１１６は円板１１
４および１２０とともに個別にまたは集合的に封止され
て湿気によるフィルタの電気的特性か劣化しないにうに
なっている。共振器１１６と円板１１４と１２０とは、
高温で焼成されるＥｎｇｅｌｈａｒｄ　Ａ−３７０２誘
電インクのような低損失ガラスで密閉的に封止される。

セラミック共振器１１６の共振周波数は同調用シャフト
１０２とこれに取付けられた誘電体同調スラグ１１８と
により直線的に調節することができる。共振器１１６の
共振周波数は同調スラグ１１８が円板１１４と共振器１
１６との実質的に同心状の穴に挿入されるにつれて直線
的に下がる。

同調用スラグ１１８はセラミック共振器１１６に使用し
たと同じセラミックから構成するのが望ましい。た９゛
シ、伯の用途では、同調用スラグ１１８は任意の適当な
誘電材料で差支えない。同調用スラグ１１８は共振周波
数を直線的に変えるだけでなく、（共振器１１６の周波
数を合わせるとき銅ハウジングの全体としての寸法を一
定に保つことにより）いくつかのスプリアス共振モード
を除き、（低損失誘電体を使用しているため）共振器の
Ｑの低下を最小限とし、円板１１４と１２０とを共振器
１１８とその上部および底部の全面にわたり良好に熱的
接触させている。共振器１１６は同調用スラグ１１８で
調節するのが望ましいが、他の従来の適当な同調用器具
を使用することもできる。

同調用シャフト１０２は銅めっきした、アンバー　（Ｉ
ｎｖａｒ）のような、ニッケル鋼で作るのが望ましい。

同調用シャフト１０２にはねじを切り、ブッシング１３
４の内部の対応する上部ねし部にはめ込む。ブッシング
１３４には外側底部に更に大きなねじ部があり、銅パイ
プカバー１３０の対応するねじ部に挿入される。パイプ
カバー１３０は上面板１１２にはんだ付けされている銅
パイプ１３２にはんだ付けされている。ブッシング１３
４の内側底部はねじが切ってなく、同調用シャフト１０
２がブッシング１３４の内側上部１０８でのみ固定保持
されるにうになっている。

ブッシング１３４の上部１０８には外部にスロツトとね
じが形成され、同調用シャフト１０２とセラミック同調
スラグ１１８との位置を固定するのにロックナツト１０
４を使用で′きるようになっている。また、ブッシング
のロックナツト１０６はブッシング１３４の底部の位置
をパイプカバー１３０に関して固定するのに使用される
。

本発明の伯の特徴によれば、ブッシング１３４、同調用
シャフト１０２、パイプカバー１３０おにびパイプ１３
２は周囲温度に伴う共振器１１６の共振周波数の変化を
補償するのに各々膨張係数の異なる異種材料から構成し
て差支えない。たとえば、同調用シャフト’ｌ’　０２
は銅めっきニッケル鋼で作るのが好ましく、ブッシング
１３４は黄銅から作るのが好ましく、パイプカバー１３
０およびパイプ１３２は銅から作るのが好ましい。セラ
ミック同調スラグ１１８の運動は周囲温度にわたり黄銅
ブッシング１３４の有効長を変えることにより変えるこ
とができる。黄銅ブッシング１３４の有効長はブッシン
グ１３４をパイプカバー１３０およびパイプ１３２の内
側あるいは外側へ回すことにより調節される。そこで温
度補償は同調用シャフト１０２、黄銅ブッシング１３４
、および銅パイプ１３０，１３２の膨張係数の差および
それぞれの大きさにより行われる。この設計によればフ
ィルタ全体の周波数温度係数の最悪の場合の変化０．ａ
ｐｌ）■／°Ｃを補償することかできる。

ＲＦ倍信号それぞれのコネクタ１３６により接近（ａｃ
ｃｅｓｓ）できる２つのプロゴブ１２２でフィルタ１０
０に接続することができる。フィルタ１００の好ましい
実施例においては、２つのプローブ１２２は、第３図に
示すように、缶１２４上に実＄卿、、腎、共振器１１６
に向き１合って互いに９０°１□を：すして配置されて
いる：。空間の節約のため、才１十プ１２２は、たとえ
：ば、上面板１１２の上の本もな、フィルタハウジング
上の任意の適当な一所１ｉ取付けて差支えない、。

８６５〜９０２旧Ｚの周波数で動作するフィルタ１００
の実施例の各種要素の寸法を下の表１に掲げる。この実
施例では、共振器１１６と同調用スラグ１１８とはセラ
ミック化合物Ｂ　ａ２　Ｔ　ｉ　ｔａ０２０から成り、
円板１１４と１２０とはアルミナから、同調用シャフト
１０’２は銅あっきニッケル鋼から、ブッシング１３４
は黄銅から、フィルタハウジングは銅から構成されてい
る。フィルタの実施例の要素の正確な寸法は希望する動
作周波数と各要素に対して選択した材料によって変る。

共振器　　１１６　２）ｅ８ｏ　　１’、”２６０　０
．７７２円板　　　１１４　２．’８００　１’、”２
６０　１．１３９円板　　　１２０　２．８００　　−
　　１．１２７スラグ　　１１８　１．２２５　　−　
　１：３５５シヤフト　１０２　０．３７５　　−　　
３．５００缶　　　　　　１２４　　５．６２５　　５
．５００　　３．１４５パイプ　　１３２　１．６２５
　１．５００　１．０００ブツシング１３４　０．７５
０　０．３７５　１．２５０次に第２図を参照すると、
信号周波数が異なる＝　１８− ＲＦ送信機２０１，２０２および２０３を共通アンテナ
２３１に結合するアンテナコンバイナが示されている。

フィルタ２１１，２１２および２１３は好ましくは本発
明の１実施例に係るフィルタ１００である。コンバイナ
２２１は、こ）に参考のため取入れであるアメリカ合衆
国特許第４．３７５，６２２号に示され説明されている
もののような任意の従来の適当なアンテナコンバイナで
よい。

フィルタ２１１，２１２および２１３に本発明のＲＦフ
ィルタ１００を使用することにより、第２図のコンバイ
ナの全体の大きさと空間に関する必要条件をかなり縮小
することができる。空間は遠隔地にあるアンテナ敷地で
は貴重であるから、本発明のフィルタ１００を使用する
ことにより実質的な費用の節減をはかることができる。

要約すれば、温度補償セラミック共振器を備えた独特な
高Ｑ　　ＲＦフィルタについて述べた。この独特なフィ
ルタは温度補償されており、セラミック共振器内の電力
放散による温度上昇が最小限になるように熱的に最適化
されており、しかも仝　１９一 体としてのＲＦ損失が少ない。その上、この独特なフィ
ルタは従来の空気充填空洞フィルタより実質的に小さい
。本発明のＲＦフィルタは、たとえば、信号周波数の異
なる複数のＲＦ送信機を共通のアンテナと結合するコン
バイナのような、任意の適切な用途に有利に使用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＲ「フィルタの好ましい実施例の透
視断面図でおる。 第２図は、それぞれの送信機からのＲＦ倍信号共通アン
テナに加えるためコンバイナに結合するために本発明を
具体化したＲ［フィルタを有利に利用する混合装置のブ
ロック図である。 第３図は、第１図に示すＲＦフィルタの上面図である。 １００・・・Ｒ［フィルタ、　　１０２・・・同調用シ
ャフト、１０４・・・ロックナツト、　　１１２・・・
上板、１１４、１２０・・・補償用円板、 １１６・・・セラミック共振器、。 １１８・・・同調用スラグ、　　１２２・・・プローブ
、１？４・・・銅色、　　１２８・・・底板、１３０・
・・パイプカバー、　　１３２・・・パイプ、１３４・
・・ブッシング、　　１３６・、・・コネクタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上面と下面とを有し、温度により共振周波数が予め
   定められた割合で変化する誘電体材料を有する共振手段
   と、 各々が上面と下面とを有し、それぞれ共振手段の上方お
   よび下方に配置されていて、温度とともに共振周波数の
   変化する割合が予め定めた変化の割合と反対極性になつ
   ている誘電体材料を有する第１および第２の補償手段と
   、 共振手段を第１および第２の補償手段の間に実質的に取
   囲み且つ圧縮的に保持する上面、下面、および側面を備
   え、該上面と下面とはそれぞれ第１の補償手段の上面お
   よび第２の補償手段の下面に熱的に結合して熱を前記共
   振手段から導出するようになっているハウジング手段と
   、 を具備することを特徴とする無線周波数（ＲＦ）フィル
   タ。 ２、上面と下面とを有し、予め定めた熱伝導率を有する
   誘電体材料を有する共振手段と、 各々が上面と下面とを有し、それぞれ共振手段の上方お
   よび下方に配置されていて、共振手段の誘電体材料の熱
   伝導率より大きい熱伝導率を有する誘電体材料を有する
   第１および第２の補償手段と、 共振手段を第１および第２の補償手段の間に実質的に取
   囲み且つ圧縮的に保持する上面、下面、および側面を備
   え、該上面と下面とはそれぞれ第１の補償手段の上面お
   よび第２の補償手段の下面に熱的に結合して熱を前記共
   振手段から導出するようになっているハウジング手段と
   、 を具備することを特徴とする無線周波数（ＲＦ）フィル
   タ。 ３、上面と下面、およびその間に延在する穴を有し、誘
   電率が少なくとも２０で且つ温度とともに共振周波数が
   予め定めた割合で変化するセラミック材料から成る共振
   手段と、 上面と下面とその間に延在する穴とを有し、前記下面が
   それぞれの穴が実質的に同心状に整列するように共振手
   段の上面に隣接して配置され、且つ温度による共振周波
   数の変化の割合が予め定めた変化の割合と反対極性にな
   っている誘電体材料から成る第１の補償手段と、 上面と下面とを有し、前記上面が共振手段の下面と隣接
   して配置され、且つ温度による共振周波数の変化の割合
   が予め定めた変化の割合と反対極性になつている誘電体
   材料から成る第２の補償手段と、 共振手段と同じセラミック材料から成り、共振手段の共
   振周波数を変化させるため第１の補償手段と共振手段と
   の穴に挿入可能になつている同調手段と、 上面と、下面と、側面とを備えて、第１の補償手段と共
   振手段とを実質的に取囲むとともに、共振手段を第１と
   第２の補償手段の間に圧縮的に保持し、前記上面と下面
   とはそれぞれ第１の補償手段の上面と第２の補償手段の
   下面とに熱的に結合して熱を前記共振手段から導出する
   ようになっているハウジング手段と、 を備えて成ることを特徴とする無線周波数（ＲＦ）フィ
   ルタ。 ４、上面と下面、およびその間に延在する穴を有し、予
   め定めた熱伝導率を有するとともに共振周波数が温度と
   ともに予め定めた割合で変化する誘電体材料から成る共
   振手段と、 上面と下面、およびその間に延在する穴を有し、前記下
   面がそれぞれの穴が実質的に同心状に整列されるように
   共振手段の上面に隣接して配置され、温度とともに共振
   周波数が予め定めた変化の割合と反対極性の割合で変化
   するとともに熱伝導率が共振手段の誘電体材料の熱伝導
   率より大きい誘電体材料から成る第１の補償手段と、 上面と下面とを有し、前記上面が共振手段の下面に隣接
   して配置され、温度とともに共振周波数が予め定めた割
   合と反対極性の割合で変化するとともに熱伝導率が共振
   手段の誘電体材料の熱伝導率より大きい誘電体材料から
   成る第２の補償手段と、 誘電体材料から成り、共振手段の共振周波数を変化させ
   るため第１の補償手段と共振手段の穴とに挿入可能にな
   っている同調手段と、 上面と、下面と、側面とを備えて、第１の補償手段と共
   振手段を実質的に取囲むとともに、共振手段を第１と第
   ２の補償手段の間に圧縮的に保持し、前記上面と下面と
   はそれぞれ第１の補償手段の上面と第２の補修手段の下
   面とに熱的に結合して熱を前記共振手段から導出するよ
   うになつているハウジング手段と、 を備えて成ることを特徴とする無線周波数（ＲＦ）フィ
   ルタ。