JPS6231843B2

JPS6231843B2 -

Info

Publication number: JPS6231843B2
Application number: JP55055520A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Masuda; Atsushi Fukazawa; Takuro Sato; Tatsumasa Yoshida
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1987-07-10
Also published as: JPS56153801A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は小形にして電気特性の良好な誘電体フ
イルタの構造に関するものである。

第１図に従来のインタデイジタルフイルタの斜
視図を示す。図中１―１〜１―５は内導体、２―
１〜２―４は内導体間のギヤツプ、３はケース、
３―１〜３―３はケースの底面である。またフタ
３―４は図では省略してある。４は外部端子に接
続する励振アンテナであり入出力結合手段とな
る。図中内導体１―１〜１―５の長さはほぼ1/4
波長に選定され、かつ一端はケースの底面３―１
と３―２に交互に短絡され、他端は開放される。
この場合短絡部を交互に配置しなければ隣接共振
器間に必要な結合量が得られない。この形式のフ
イルタでは内導体が２つの底面に交互に固定され
るため製造に手数がかかり、コストが高いという
欠点を有する。

第２図に従来のクームラインフイルタの斜視図
を示す。図中１１―１〜１１―５は内導体でその
一端は開放、他端は金属ケース１３の同一底面１
３―１に短絡される。内導体１１―１〜１１―５
の長さは1/4波長より充分短く選定される。この
棒はインダクタンスＬとして働らき、一方、この
棒の先端に適当な手段でＬと共振する容量Ｃを設
ける。第２図の例ではこの容量は円板１１ａ―１
〜１１ａ―５とケース１３の他の底面１３―２と
の間で形成されている。隣接共振器間に必要な結
合量を得るために内導体間にギヤツプ１２―１〜
１２―４を設け、さらに外部線路と両端の共振器
との入出力結合手段としての結合アンテナ１４を
設けることによつてフイルタがえられている。こ
の形式のフイルタでは内導体１１―１〜１１―５
の同一底面１３―１に固定されるのでその点に関
しては製作上コストダウンするが、一方容量Ｃの
値を例えば数％の精度で製作することは難しいと
いう欠点を有し、結局のところコスト上のメリツ
トはほとんどなく、ただインタデイジタルフイル
タよりは小形にできる点がメリツトである。

さて第１図において、共振器の内導体１―１〜
１―５とケース３の間の空間の媒質が空気の場合
について述べたが、誘電率εｒの大なる物質を充
填すれば内導体１―１〜１―５の長さをほぼ√
ｒ分の１に短縮することができる。しかし、円形
内導体１―１〜１―５と平板外導体（ケース３）
の間の全領域に固体誘電体を充填するのは困難で
ある。この間の事情は第２図の場合もまつたく変
わらない。

そこで、第３図に示すように同心円状の誘電体
３１―１〜３１―５を用いる発明がなされた（特
願昭53―142306）。

第３図ａの断面を有する共振器構造のものを用
いると、第３図ｂの如きフイルタを構成すること
ができ、共振器３１―１〜３１―５相互間の電気
的結合が大となり、第１図の如き交叉配置または
第２図の如きクームライン結合法を用いることな
く、第３図の如く1/4波長共振器３１―１〜３１
―５をケースの同一底面３３―１上に短絡端を設
けて必要な帯域幅のフイルタを得ることができ
る。そのため、第１図，第２図より低価格で実現
することができる。

しかしながら、第３図のフイルタは２つの欠点
を有する。第１に、誘電体３１―１〜３１―５の
円周がケース３の平板底面及びフタ３３―３，３
３―４に極めて狭い部分で接しており、その接触
部分の広さを一定に保つことが困難なため共振器
間の結合が変動しやすいことである。第２とし
て、誘電体柱３１―１〜３１―５の形状が同心円
筒であるため、誘電体の加工が困難で低価格化に
限界があることである。なお、第３図ｂではケー
ス３のフタ３３―４は省略してある。

本発明の目的はこれらの欠点を除去するため
に、断面矩形の誘電体柱を用いることによつて共
振器間の一定結合量の再現性を改良し、低価格化
すると共に、一層小形化を進めることにある。

第４図は従来、考えられた交叉構造のフイルタ
である。第４図ａは断面が矩形の誘電体を用いる
1/4波長共振器の断面図であり、第４図ｂは第４
図ａの1/4波長共振器により構成された交叉配置
のフイルタである。第４図において、４１―１〜
４１―５は矩形の誘電体柱、４１ａ―１〜４１ａ
―５は前記誘電体柱４１―１〜４１―５の中央部
に手方向に挿入した円形内導体、４３は金属平板
で形成したケースである。前記誘電体柱４１―１
〜４１―５はケース４３の上下面に接している。

第４図ａの断面図において説明を簡単にするた
め前記誘電体柱４１―１と誘電体柱４１―２の間
のギヤツプ４２―１がない場合をまず考察する。
内導体４１ａ―２と誘電体柱４１―２より構成さ
れる共振器を第４図ｂのように交叉配置すること
によりフイルタが得られる。しかし隣接共振器間
にギヤツプを設けない場合、前記共振器間の結合
量が非常に大きくなる。そのため、適切な帯域幅
のフイルタを実現するためには内導体４１ａ―１
と内導体４１ａ―２の距離を離さなければなら
ず、フイルタの小型化が困難である。

一方、誘電体柱４１―１と誘電体柱との間にギ
ヤツプ４２―１を設け、かつ、これを第４図ｂの
ように交叉配置した場合、２つの共振器間の結合
量がギヤツプ４２―１のため、前記誘電体柱４１
―１と４１―２の間のギヤツプ４２―１のために
減少し、その結果内導体４１ａ―１と内導体４１
ａ―２の距離を縮めることができ、フイルタを小
型化できる。しかし共振器間の結合量のギヤツプ
４２―１の距離に対する変化はかなり急激であ
る。実験によれば、ギヤップ１mmから２mmの間の
結合量の変化は1.9×10^-2／mmであり、例えば各
共振器間の結合量のバラツキを±３％で設計すれ
ば結合量に対する他の影響がないものとして、ギ
ヤツプ４２―１の公差は±30μｍ以内としなけれ
ばならない。結合量に対するその他の要因も考慮
すればギヤツプ４２―１の公差はミクロンのオー
ダとなりフイルタを実際に量産することは困難で
ある。

また、ケース４３内への各共振器の交叉配置は
実際上極めて困難でフイルタの価格は上昇する。

第５，６，７，１１図に本発明の実施例を示
す。すなわち、、本発明はすべて共振器の内導体
の短絡端をケースの同一底面上に配置し、しかも
共振器間にギヤツプを設けてある。共振器間に空
間のない場合を考察すると電界結合と磁界結合が
互いに打ち消し会つて、その結果共振器間の結合
量は、ほとんど零となる。いま隣接共振器間にギ
ヤツプをもうけたとすると電界結合量が急激に減
少する。一方、磁界結合量はギヤツプの存在によ
つてはほとんど影響を受けないため結果としてギ
ヤツプをもうけることにより共振器間の結合量を
増大でき適切な帯域幅のフイルタを実現すること
ができる。即ちギヤツプの効果は第４図の場合と
まつたく逆の効果が得られる。

同一底面上に共振器を配置した場合、実験によ
ればギヤツプ１mmから２mmに対する結合量の感度
はにぶく５×10^-3である。このためギヤツプの公
差は、例えば結合量のバラツキを±３％以内で設
計すれば0.1mmのオーダとなり容易にフイルタを
実現することができる。しかし同一底面上に共振
器を配置するため組み立てが容易である。

第５図に本発明の第１の実施例を示す。第５図
ａは一部省略の横断面図、第５図ｂはフイルタの
斜視図である。第５図において、５１―１〜５１
―５は矩形誘電体柱、５１ａ―１〜５１ａ―５は
円形内導体、５２―１〜５２―４は前記矩形誘電
体柱５１―１〜５１―５間によつて形成されるギ
ヤツプ、５３は金属製の密閉されたケース、５３
―１〜５３―３，５３―４はケース５３を形成す
る平板、５４は入出力結合手段の結合アンテナ、
５５ａ―１〜５５ａ―５は前記平板５３―３に形
成された突状電極、５５ｂ―１〜５５ｂ―５は前
記平板５３―４に形成された突状電極である。な
お、第５図ｂは説明を容易にするため、フタを形
成する平板５３―４を省略した図である。

前記円形内導体５１ａ―１〜５１ａ―５は前記
ケース５３の底面を形成する平板５３―１上のみ
に固定される。また、矩形誘電体柱５１―１〜５
１―５は中心部長手方向に挿入孔を有し、前記円
形内導体５１ａ―１〜５１ａ―５を挿入する。こ
の挿入した状態で、矩形誘電体柱５１―１〜５１
―５はケース３の平板５３―３，５３―４に設け
た突状電極５５ａ―１〜５５ａ―５，５５ｂ―１
〜５５ｂ―２と接触している。

また第５図ａにおいて、５１０は誘電体柱５１
―１が空間に露出されている部分であり、５１ｃ
は誘電体柱５１―１が平板５３―３，５３―４の
突状電極５５ａ―１，５５ｂ―１と接触している
遮蔽部分である。なお、第５図ｂには符号は付し
ていないが、誘電体柱５１―２〜５１―５の前記
露出されている部分５１０、遮蔽部分５１ｃにつ
いて同様である。

したがつて、突状電極５５ａ―１〜５５ａ―
５，５５ｂ―１〜５５ｂ―５の効果は、誘電体柱
５１―１〜５１―５の露出部分５１０を、遮蔽部
分５１ｃに比して大にするため、共振器からのギ
ヤツプ５２―１〜５２―４への電磁界の漏出を増
大させることにある。従つて交叉構造またはクー
ムライン結合によらず、共振器間結合量を増大す
ることができる。

第５図ｃは第２の実施例の一部省略の横断面図
であり、矩形誘電体５１―１に突起部５１ｂ，５
１ｄを設けている。この突起部５１ｂ，５１ｃは
ケース３の平板５３―３，５３―４に接触してい
て、第５図ａ，ｂの突状電極５５ａ―１〜５５ａ
―５，５５ｂ―１〜５５ｂ―５と同様に矩形誘電
体柱５１―１〜５１―５の露出部分５１０を遮蔽
部分５１ｃに比して大にしてあるため、共振器間
結合量を増大することができる。この場合、ケー
ス３の平板５３―３，５３―４には、第５図ａ，
ｂの如き電極５５ａ―１〜５５ａ―５，５５ｂ―
１〜５５ｂ―５を設けない点を除き、他は第５図
ｂと同様である。

第６図は第３の実施例の一部省略の横断面図で
ある。６１―１，６１―２は断面矩形の誘電体柱
６１ａ―１，６１ａ―２は円形内導体、６３―
３，６３―４は密閉された金属製ケースの平板で
ある。誘電体柱６１―１，６１―２は第５図と同
様にケースの同一底面に固定されている。第６図
の場合、平板６３―３，６３―４と対向する誘電
体６１―１，６１―２との間に隙間はないが、空
間への露出部分６１０を平板６３―３，６３―４
との接触部分６１ｃに比して大ならしめる。すな
わち、第６図のＨをＷより大きくとる程、共振器
の電磁界はギヤツプ６２に漏出し、共振器間結合
が増大する傾向にある。

また、第４の実施例として第７図の如く、細い
導体棒７６を円形内導体間に当該円形内導体と直
角にケース面に立てることによつて、結合量を増
大させることができる。

第３の実施例は、構造が簡単のため、共振器の
諸特性の理論計算をすることができる。以下、第
３の実施例について理論値と計算値を示すが、計
算は電磁界を緩和法によつて解析した。

なお、フイルタの特性は、その要素である各々
の共振器の特性によつて定められる。

第８図ａは、円形内導体の直径2Rmをパラメ
ータとした場合の矩形誘電体の高さＨ対共振器の
無負荷のＱの理論値を示し、また同図ｂは実験値
を示す。Ｑの実験値は理論値の約80％であつた。
計算に用いた誘電体の比誘電率εｒは20、その
tanδは1.4×10^-4であり、矩形誘電体の幅Ｗ＝12
〔mm〕である。

第９図は円形内導体間距離Xd（第６図参照）
に対する共振器間の結合係数の理論値を実線でま
た破線はその実験値である。実験値は理論値の約
50％であつた（幅Ｗ＝10〔mm〕で、円形内導体間
距離Xd＝11〔mm〕の場合）。

第１０図は共振器の長手方向の寸法を定める等
価誘電率εeffの理論値を示す。円形内導体の直
径2Rmをパラメータとした場合の矩形誘電体の
幅Ｗ対等価誘電率εeffである。矩形誘電体の高
さＨは12〔mm〕であり、誘電体の比誘電率εｒは
20、そのtanδは1.4×10^-4である。

等価誘電率εeffは、共振器の長手方向の波長
をλｇ、誘電体がない場合の自由空間波長をλｏ
とすると εeff＝（λｏ／λｇ）^２ (1) である。したがつて、1/4波長共振器の円形内導
体の長さは1/4λｇに選ばれ、である。共振器内の空間が全部誘電率εｒの誘電
体で占められている場合は εfee＝εｒ (3) となる。本発明の如く、ギヤツプが存在する場合
は、等価誘電率εeffは円形内導体を挿入した誘
電体の誘電率εｒよりも小さくなる。第１０図は
これを計算により求めたものである。

以上の解析から、フイルタの損失を最小にする
ための共振器の無負荷Ｑは矩形誘電体の高さＨと
内導体直径2Rmによつて最適に定められる。ま
たフイルタの帯域幅を定める共振器間の結合量
は、内導体間距離Xd（矩形誘電体の幅Ｗと誘電
体間距離Ｓ（第６図参照））によつて、適切に定
めることができる。

第１１図は共振器の長手方向の形状を示す。第
１１図ａは円形内導体及び矩形誘電体の長さL₁
はほぼ1/4λｇで先端は空間１００によつて開放
される。同図ｂはコンデンサ１０１を共振器の先
端に負荷した場合である。同図ｂにおける共振器
の長さL₂は同図ａの長さL₁より短縮され、小形
化されることは周知である。

850MHz帯フイルタの試作例では、第３図，第
５図，第６図の各々の構造の場合、５段フイルタ
の体積はそれぞれ、約60c.c.，20c.c.，28c.c.でその小
形化の効果は、１：１／３：１／２であり、小形
化の効果の方は、第５図のものが最も顕著であつ
た。

一方、フイルタの損失は、それぞれ1dB，
1.5dB，1.1dBであつた。

従つて損失の面からは第７図の方が第５図のも
のより優れており、第３図のものとほぼ等しい特
性を有する。

本発明フイルタは全て共振器間にギヤツプを有
するので、フイルタ設計の際、ギヤツプの幅を変
え、またはそのギヤツプに導体を適宜挿入抜去し
てフイルタを構成することにより、容易にギヤツ
プへ漏出する電磁エネルギの量を変化させること
ができるとともに、断面矩形の誘電体柱を用いて
いるのでフイルタ組立後の共振器間の一定結合量
の再現性を改良することができる。しかも交叉構
造、クームライン結合を用いずに、ケースの一底
面のみに内導体を固定しているので、極めて安価
でかつ小形なフイルタを作ることができる。

本発明の説明においては内導体を円柱の場合に
限定して記述したが、理論解析の結果、内導体を
角柱または適当な厚み、幅をもつた平板とする
と、円柱の場合に比し、損失が増加し、小形化で
きないことが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図，第３図は従来のフイルタの構
造を示す図、第４図は従来の交叉配置形誘電体フ
イルタを説明するための図であり、同図ａは構断
面図、同図ｂは斜視図、第５図ａは本発明の第１
の実施例の横断面図、同図ｂは本発明の第１の実
施例の斜視図、同図ｃは本発明の第２の実施例の
横断面図、第６図は本発明の第３の実施例の横断
面図、第７図は本発明の第４の実施例の斜視図、
第８図は矩形誘電体の高さＨ対共振器の無負荷の
Ｑを示す図、第９図は円形内導体間距離対共振器
間の結合係数を示す図、第１０図は等価誘電率を
示す図、第１１図は本発明による共振器の長手方
向の形状を示す図である。４１―４〜４１―５，５１―１〜５１―５，６
１―１〜６１―２…矩形誘電体柱、４１ａ―１〜
４１ａ―５，５１ａ―１〜５１ａ―５，６１ａ―
１〜６１ａ―２…円形内導体、４２―１〜４２―
４，５２―１〜５２―４，６２…ギヤツプ、４
３，５３，５３―１〜５３―３，６３―３〜６３
―４…金属製ハウジング、４４，５４…アンテ
ナ、５５ａ―１〜５５ａ―５，５５ｂ―１〜５５
ｂ―５…突状電極、５１ｂ―１〜５１ｂ―２，５
１ｄ―１〜５１ｄ―２…誘電体の突起。

Claims

【特許請求の範囲】１密閉された金属製のハウジングと、柱状の誘
電体および該誘電体の中心部長手方向に挿入した
内導体より成る複数の分布定数線路形共振器と、
入出力結合手段とを有する誘電体フイルタにおい
て、前記柱状の誘電体の断面がほぼ矩形であり、前記内導体がほぼ円柱であり、該円柱内導体の一端が前記金属ハウジングの同
一底面上に固定され、前記柱状の誘電体はその相対向する両側面で前
記金属ハウジングと接触され、しかも、前記柱状の誘電体の露出した側面は、
前記金属ハウジングと接触した側面に比べて、大
であること、を特徴とする誘電体フイルタ。２断面がほぼ矩形の柱状の誘電体を金属製のハ
ウジングに接触する面が接触しない面より小さく
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の誘電体フイルタ。３断面がほぼ矩形の柱状の誘電体は突起を有
し、前記突起が金属ハウジングと接触することを
特徴とした特許請求の範囲第１項記載の誘電体フ
イルタ。４断面がほぼ矩形の柱状の誘電体と接触する金
属ハウジングの面に突状電極を設けたことを特徴
とした特許請求の範囲第１項記載の誘電体フイル
タ。５内導体間距離を変化させたことによつて共振
器間の電気的結合量を得ることを特徴とする特許
請求の範囲第１項又は第２項記載の誘電体フイル
タ。６誘電体の間のギヤツプに細い導線を金属製ハ
ウジングの対向底面の間に固定して設けることに
より、共振器間の電気的結合量を得ることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の誘
電体フイルタ。７内導体の一端が金属製ハウジングの同一底面
上に固定され、内導体の他端に対向して金属製ハ
ウジングの面上にコンデンサ電極を設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の誘電体フ
イルタ。