(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体ブロックの内部に、略平行な複数の共振線路を配列し、前記誘電体ブロックの外面に外導体を形成した誘電体フィルタにおいて、
前記複数の共振線路の両端または両端付近を開放し、隣接する２つの共振線路の長手方向の途中で、前記長手方向に延びる中心軸を同軸中心として内径が変化する段差部を設け、一端側を大径部、他端側を小径部にするとともに、小径部の長さを大径部の長さより短く定めて、前記隣接する２つの共振線路による２つの共振器間を誘導性結合させたことを特徴とする誘電体フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の誘電体フィルタを、送信フィルタと受信フィルタとして単一の誘電体板または単一の誘電体ブロックに構成し、送信フィルタの初段の共振線路に結合する送信信号入力端子と、受信フィルタの終段の共振線路に結合する受信信号出力端子と、送信フィルタの終段の共振線路と受信フィルタの初段の共振線路にそれぞれ結合するアンテナ端子を設けてなる誘電体デュプレクサ。
【請求項３】
請求項１に記載の誘電体フィルタまたは請求項２に記載の誘電体デュプレクサを設けて成る通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよびそれらを用いた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘電体ブロック内に、それぞれの内面に共振線路を形成した複数の共振線路用孔を配列し、誘電体ブロックの外面に外導体を形成してなる同軸型の複合誘電体フィルタが、マイクロ波帯における帯域通過フィルタ等として用いられている。
【０００３】
特に、各共振線路用孔の軸方向の途中で、その共振線路用孔の内径を異ならせて段差を設けるようにしたものが、特開平２−９２００１号に示されている。
【０００４】
ここで、共振線路用孔の内径を異ならせて段差を設けるようにした従来の誘電体フィルタの例を図１３に示す。図１３は、回路基板に対する実装面を上面として表した斜視図である。図中１は略直方体形状の誘電体ブロックであり、その内部に共振線路用孔２ａ，２ｂを形成している。これらの共振線路用孔２ａ，２ｂは誘電体ブロック１の互いに対向する略平行な２面を貫通する貫通孔であり、その内径を軸方向の所定位置で異ならせて段差部を形成している。これらの共振線路用孔２ａ，２ｂの内面に内導体を設けることによって共振線路を形成している。また誘電体ブロック１の、共振線路用孔２ａ，２ｂの一方の開口面を除く五面に外導体３を形成している。誘電体ブロック１の外面には外導体３から分離した端子電極４ａ，４ｂを形成している。これらの端子電極４ａ，４ｂは共振線路の開放端付近との間で静電容量を形成して容量結合する。
【０００５】
このように、誘電体ブロックにおける共振線路用孔の一方の開口面を短絡面、他方の開口面を開放面とする１／４波長共振器を構成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記誘電体フィルタによれば、各共振線路用孔の軸長を一定としたまま、共振線路用孔による各共振素子の共振周波数を所要の周波数バランスとすることができる。
【０００７】
但し、上記段差部の軸方向の位置を変化させることによって、隣接する共振器間の容量性結合の強度を調整することができるが、容量性結合から誘導性結合にかけての範囲で結合を定めること、すなわち結合の極性を変えるようなことはできなかった。
【０００８】
この発明の目的は、結合強度を定める範囲をさらに広くし、結合の極性をも変えることのできる共振器間の結合構造を備えた誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよびそれらを用いた通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の誘電体フィルタは、誘電体ブロックの内部に、略平行な複数の共振線路を配列し、前記誘電体ブロックの外面に外導体を形成し、前記複数の共振線路の両端または両端付近を開放し、隣接する２つの共振線路の長手方向の途中で、前記長手方向に延びる中心軸を同軸中心として内径が変化する段差部を設け、一端側を大径部、他端側を小径部にするとともに、小径部の長さを大径部の長さより短く定めて、隣接する２つの共振線路による２つの共振器間を誘導性結合させたことを特徴としている。
【００１０】
この発明の誘電体デュプレクサは、上記誘電体フィルタを、送信フィルタと受信フィルタとして単一の誘電体板または単一の誘電体ブロックに構成し、送信フィルタの初段の共振線路に結合する送信信号入力端子と、受信フィルタの終段の共振線路に結合する受信信号出力端子と、送信フィルタの終段の共振線路と受信フィルタの初段の共振線路にそれぞれ結合するアンテナ端子を設けて構成する。
【００１１】
さらに、この発明の通信装置は、上記誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを、例えば高周波回路部における送受信信号のフィルタや送受共用器として構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を図１を参照して説明する。
図１の（Ａ）は回路基板に対する実装面を上面として表した斜視図、（Ｂ）はその実装面に平行な面での断面図である。図中１は略直方体形状の誘電体ブロックであり、その内部に共振線路用孔２ａ，２ｂを形成している。これらの共振線路用孔２ａ，２ｂは誘電体ブロック１の互いに対向する略平行な２面を貫通する貫通孔であり、その内径を軸方向の所定位置で異ならせて段差部を形成している。以下、内径の小さな部分を「小径部」、大きな部分を「大径部」という。これらの共振線路用孔２ａ，２ｂの内面に内導体を設けることによって共振線路５ａ，５ｂを形成している。また誘電体ブロック１の、共振線路用孔２ａ，２ｂの両端面を除く四面に外導体３を形成している。誘電体ブロック１の外面には外導体３から分離した端子電極４ａ，４ｂを形成している。これらの端子電極４ａ，４ｂは共振線路５ａ，５ｂの一方の開放端付近との間で静電容量を形成して容量結合する。
【００１３】
このように、誘電体ブロックの誘電体、誘電体ブロックに設けた共振線路５ａ，５ｂおよび外導体３によって、２つの半波長共振器を構成している。
【００１４】
図１２は、図１に示したように共振線路に段差部を設けた半波長共振器と、図１３に示したように、共振線路に段差部を設けた従来の１／４波長共振器における段差部の位置（以下、「ステップ位置」という。）と共振器間の結合係数との関係を示している。ここでステップ位置は小径部の長さによって表していて、２つの共振線路用孔の小径部の長さは等しくしている。
【００１５】
従来の１／４波長共振器の場合では、ステップ位置を短絡面付近から開放面付近にかけて順次変化させた時、開放端寄りの部分の特性インピーダンスと、短絡端寄りの部分の特性インピーダンスとが相対的に変化することになり、共振器間の結合係数が変化する。しかし、その変化は常に容量性結合である。
【００１６】
これに対して、図１に示したような半波長共振器の場合には、共振線路の両端付近が開放端で、中央付近が等価的な短絡端であるため、小径部の長さを次第に長くするようにステップ位置を順次変化させると、開放端寄り部分の特性インピーダンスと、短絡端寄り部分の特性インピーダンスとの相対的変化が正負両極性に亘って変化することになる。すなわち、小径部の長さが大径部の長さより短い間は誘導性結合（Ｌ結合）し、小径部の長さが大径部の長さより長くなると容量性結合（Ｃ結合）する。これにより設計上の自由度が大幅に向上する。
【００１７】
次に、第２の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を図２を参照して説明する。
図２の（Ａ）は背面図、（Ｂ）は実装面に平行な面での断面図、（Ｃ）は正面図である。図１に示した例とは異なり、共振線路用孔２ａ，２ｂの２つの開口面にも外導体３を形成して、開口面付近の共振線路用孔の内部に電極非形成部ｇを設けて、これらの電極非形成部ｇ部分にストレー容量を生じさせている。この構造により、共振線路５ａ，５ｂの両端部と接地との間に静電容量を接続した構造となって、２つの共振器は電磁界結合する。
【００１８】
図３は第３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３の（Ａ）は背面図、（Ｂ）は実装面に平行な面での断面図、（Ｃ）は正面図である。図１に示した例とは異なり、共振線路用孔２ｂは、その軸方向の２箇所に段差部を形成している。このように両方の開放端付近の内径を大きくすることによって、共振線路５ｂの共振周波数を低下させ、また共振器間の容量性結合を増すことができる。
【００１９】
図４は第４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４の（Ａ）は背面図、（Ｂ）は実装面に平行な面での断面図、（Ｃ）は正面図である。
【００２０】
この例では、共振線路用孔２ａ，２ｂの両方の開口面に、共振線路５ａ，５ｂから連続する結合用電極６ａ，７ａおよび６ｂ，７ｂを形成している。この結合用電極６ａ−６ｂ間に静電容量を生じさせ、また結合用電極７ａ−７ｂ間にも静電容量を生じさせることによって、２つの共振器間の容量性結合を増している。
【００２１】
また、図４に示した例では、共振線路用孔２ａの内径を２段階にわたって変化させている。これによりステップ位置に対する結合係数の変化量が小さくなるため、誘電体ブロックの成形精度（ばらつき）による結合強度のばらつきを低減することができる。という効果を奏する。
【００２２】
図５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。この例では、共振線路用孔２ａ，２ｂの一方の開口面に外導体３を形成するとともに、その付近の共振線路用孔の内面に電極非形成部ｇを設けている。他方の開口面には外導体３を設けずに開放面としている。
【００２３】
このように共振線路用孔の一方の開口面を開放端とし、他方の開口面付近にストレー容量を形成した場合にも、共振線路は半波長共振器として作用する。
【００２４】
さらにその他の例としては、共振線路用孔の一方の開口面に、図４に示したような結合用電極を形成し、共振線路用孔の他方の開口面付近に電極非形成部によるストレー容量を設けるようにしてもよい。
【００２５】
図６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り、（Ａ）は背面図、（Ｂ）は実装面に平行な面での断面図、（Ｃ）は正面図である。
この例では、誘電体ブロック１の内部に３つの共振線路用孔２ａ，２ｂ，２ｃを設けていて、それらの一方の開口面を開放端とし、他方の開口面付近に電極非形成部ｇを設けている。但し、隣接する共振線路用孔の開放面側と電極非形成部側とが対向するように、共振線路用孔の向きを交互に配置している。このような配置によって、共振器間ピッチの自由度が向上する。たとえば、共振線路用孔２ａ，２ｃの大径部を共振線路用孔２ｂの小径部に近接させて、共振線路用孔２ａ，２ｂ，２ｃの中心軸の間隔（共振器間ピッチ）を狭くすることも可能となる。また、電極非形成部ｇを切削することによる特性調整を、各共振線路用孔の２つの開口面のそれぞれの方向から行うことができる、という効果を奏する。
【００２６】
なお、図６において誘電体ブロック１の外面には、共振線路５ａ，５ｃの電極非形成部ｇ付近との間で静電容量を生じさせる端子電極を形成していて、これらの端子電極を入出力に用いる。このような構造により、３段の共振器からなる帯域通過特性を示す誘電体フィルタとして作用する。
【００２７】
次に、第７の実施形態として、誘電体デュプレクサの例を図７を参照して説明する。
図７の（Ａ）は背面図、（Ｂ）は実装すべき回路基板に平行な面での断面図、（Ｃ）は正面図である。誘電体ブロック１の内部には共振線路用孔２ａ〜２ｆを形成している。これらの共振線路用孔は所定箇所で内径を変化させていて、またそれらの開口面付近に電極非形成部ｇを設けている。誘電体ブロック１の外面には、その外面の六面にそれぞれ外導体３を形成している。また、誘電体ブロック１の外面には、共振線路用孔２ａ，２ｆの一方の開放端付近との間で静電容量を生じさせる端子電極８，１０、および共振線路用孔２ｃ，２ｄの一方の開放端付近との間で静電容量を生じさせる端子電極９をそれぞれ形成している。
【００２８】
このようにして、共振線路用孔２ａ，２ｂ，２ｃによる３段の共振器によって、帯域通過フィルタ特性を有する送信フィルタを構成し、共振線路用孔２ｄ，２ｅ，２ｆによる３つの共振器によって、同じく帯域通過特性を有する受信フィルタを構成し、端子電極８をＴｘ端子、端子電極９をＡＮＴ端子、端子電極１０をＲｘ端子として用いる。
【００２９】
図８は第８の実施形態に係る誘電体デュプレクサの構成を示す図である。図８の（Ａ）は背面図、（Ｂ）は実装すべき回路基板に平行な面での断面図、（Ｃ）は正面図である。この例では、誘電体ブロック１の内部に、共振線路用孔２ａ〜２ｆとともに結合線路用孔１１を形成している。結合線路用孔１１は、隣接する共振線路用孔２ｃおよび２ｄによるそれぞれの共振器に結合する。この結合線路用孔１１の一方の開口面には結合線路用孔１１の内面の電極から連続する端子電極９を形成している。共振線路用孔２ａ〜２ｆのそれぞれの一方の開口面は開放端とし、他方の開口面付近に電極非形成部を設けている。
【００３０】
誘電体ブロックの外面には、共振線路用孔２ａの電極非形成部で開放させた開放端付近との間で静電容量を生じさせる端子電極８、および共振線路用孔２ｆの一方の開放端付近との間で静電容量を生じさせる端子電極１０を形成している。このようにして、共振線路用孔２ａ，２ｂ，２ｃによる３段の共振器によって、帯域通過フィルタ特性を有する送信フィルタを構成し、共振線路用孔２ｄ，２ｅ，２ｆによる３つの共振器によって、同じく帯域通過特性を有する受信フィルタを構成し、端子電極８をＴｘ端子、端子電極９をＡＮＴ端子、端子電極１０をＲｘ端子として用いる。
【００３１】
図９は第９の実施形態に係る誘電体デュプレクサの構成を示す図である。図９の（Ａ）は背面図、（Ｂ）は内部の共振線路用孔および結合線路用孔部分を通る面での断面図、（Ｃ）は正面図である。この例では、誘電体ブロック１の内部に共振線路用孔２ａ〜２ｆおよび結合線路用孔１１〜１３を形成している。共振線路用孔２ａ〜２ｆのそれぞれの開口面は開放端とし、結合線路用孔１１〜１３の一方の開口面は開放端とし、他方の開口面には内面の電極から連続する端子電極８，９，１０をそれぞれ形成している。
【００３２】
結合線路用孔１１は、これに隣接する共振線路用孔２ｃ，２ｄとそれぞれ結合し、結合線路用孔１２の内面の電極は、これに隣接する共振線路用孔２ａ，２ｂの共振線路と結合する。さらに結合線路用孔１３の内面の電極は、これに隣接する共振線路用孔２ｅ，２ｆの共振線路と結合する。この例では、共振線路用孔２ａ，２ｆによる共振器はそれぞれトラップ共振器として用いる。また共振線路用孔２ｂ，２ｃによる２つの共振器は送信フィルタとして用い、共振線路用孔２ｄ，２ｅによる２つの共振器は受信フィルタとして用いる。そして、上記共振線路孔２ａによるトラップ共振器の共振周波数を受信帯域内また受信帯域に隣接する周波数とし、共振線路用孔２ｆによるトラップ共振器の共振周波数を送信帯域内または送信帯域に隣接する周波数とする。そして端子電極８をＴｘ端子、端子電極９をＡＮＴ端子、端子電極１０をＲｘ端子として用いる。
【００３３】
次に、第１０の実施形態に係る誘電体フィルタの例を図１０を参照して説明する。以上に示した各実施形態では、いずれも誘電体ブロックの内部に共振線路を設けるようにしたものであったが、誘電体板に共振線路を形成することによって同様に誘電体フィルタを構成することができる。この第１０の実施形態は、その例を示している。
【００３４】
図１０において、２１は誘電体板であり、その上面に共振線路５ａ，５ｂを形成している。これらの共振線路５ａ，５ｂは、その線路幅を長手方向の所定位置で異ならせて段差部を形成している。誘電体板３の下面と共振線路に平行な側面に外導体３を形成している。また誘電体ブロック１の外面には外導体３から分離した端子電極４ａ，４ｂを形成している。これらの端子電極４ａ，４ｂは共振線路５ａ，５ｂの一方の開放端付近との間で静電容量を形成して容量結合する。
【００３５】
このようにして、誘電体板、共振線路５ａ，５ｂおよび外導体３によって、２つの半波長共振器を構成する。
【００３６】
なお、図１０は図１に示した構造の誘電体フィルタを誘電体板タイプに変更した例であったが、同様にして図２〜図９に示した誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを誘電体板タイプに変更してもよい。
【００３７】
次に、第１１の実施形態として通信装置の構成を図１１を参照して説明する。同図においてＡＮＴは送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦａ，ＢＰＦｂ，ＢＰＦｃはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭＰｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂはそれぞれミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＤＩＶは分周器（シンセサイザー）である。ＭＩＸａはＤＩＶから出力される周波数信号を変調信号で変調し、ＢＰＦａは送信周波数の帯域のみを通過させ、ＡＭＰａはこれを電力増幅してＤＰＸを介しＡＮＴより送信する。ＢＰＦｂはＤＰＸから出力される信号のうち受信周波数帯域のみを通過させ、ＡＭＰｂはそれを増幅する。ＭＩＸｂはＢＰＦｃより出力される周波数信号と受信信号とをミキシングして中間周波信号ＩＦを出力する。
【００３８】
図１１に示したデュプレクサＤＰＸ部分は図７〜図９に示した構造のデュプレクサを用いる。また帯域通過フィルタＢＰＦａ，ＢＰＦｂ，ＢＰＦｃは図１〜図６または図１０に示した構造の誘電体フィルタを用いる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、共振器間が誘導性結合するので、設計上の自由度が高まり、所要の特性を有する誘電体フィルタが容易に得られる。
【００４０】
請求項２に記載の発明によれば、単一の誘電体ブロックを用いて、しかも送信フィルタと受信フィルタのそれぞれを所要のフィルタ特性とするアンテナ共用器として用いることができる。
【００４１】
請求項３に記載の発明によれば、所要のフィルタ特性を有する誘電体フィルタまたは誘電体デュプレクサを用いることによって、優れた高周波回路特性を示す通信装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図
【図２】第２の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図
【図３】第３の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図
【図４】第４の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図
【図５】第５の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図
【図６】第６の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図
【図７】第７の実施形態に係る誘電体デュプレクサの構成を示す図
【図８】第８の実施形態に係る誘電体デュプレクサの構成を示す図
【図９】第９の実施形態に係る誘電体デュプレクサの構成を示す図
【図１０】第１０の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図
【図１１】第１１の実施形態に係る通信装置の構成を示す図
【図１２】半波長共振器と１／４波長共振器における、段差部の位置と共振器間の結合係数との関係を示す図
【図１３】従来の誘電体フィルタの構成例を示す図
【符号の説明】
１−誘電体ブロック
２−共振線路用孔
３−外導体
４−端子電極
５−共振線路
６，７−結合用電極
８−端子電極（Ｔｘ端子）
９−端子電極（ＡＮＴ端子）
１０−端子電極（Ｒｘ端子）
１１，１２，１３−結合線路用孔
２１−誘電体板
ｇ−電極非形成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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