(57)【要約】  本発明は、高周波フィルタの誘電体共振器であって、カバー及びハウジングにより形成される収容空間の内部に固定される誘電体共振素子と、ハウジングの底面に誘電体共振素子が嵌合されるように形成されるガイド溝と、カバー及びハウジングの間に配置される金属板と、誘電体共振素子の上端部の対応する位置でネジ結合される方式により上記カバーと結合され、金属板を通じて誘電体共振素子の上端部を押圧することによって上記誘電体共振素子を固定する誘電体固定ネジと、を備える。
2011529666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波フィルタを構成する誘電体共振器であって、
カバー及びハウジングにより形成される収容空間の内部に固定される誘電体共振素子と、
前記ハウジングの底面に前記誘電体共振素子が嵌合されるように形成されるガイド溝と、
前記カバー及び前記ハウジングの間に配置される金属板と、
前記誘電体共振素子の上端部の対応する位置でネジ結合する方式により前記カバーと結合され、前記金属板を通じて前記誘電体共振素子の上端部を押圧することによって前記誘電体共振素子を固定する誘電体固定ネジと、
を含むことを特徴とする、誘電体共振器。
【請求項２】
前記ガイド溝には二重の溝構造を有するようにエアーギャップ（air gap）溝が更に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の誘電体共振器。
【請求項３】
前記誘電体固定ネジは、前記誘電体共振素子の上端部に形成されるチューニング用溝に対応する位置に周波数チューニングのためのチューニングネジをネジ結合方式により結合するように構成されており、
前記金属板の対応位置には前記チューニングネジが前記誘電体共振素子のチューニング溝に進入できるように孔が形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の誘電体共振器。
【請求項４】
前記誘電体共振素子における上下の両端面または該両端面のうち一端面には金属皮膜が形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の誘電体共振器。
【請求項５】
高周波フィルタの誘電体共振器の組立方法であって、
カバー及びハウジングにより形成される収容空間の内部に固定される棒形状の誘電体共振素子を、前記ハウジングの底面において前記誘電体共振素子が嵌合するように形成されるガイド溝に嵌合するステップと、
前記カバー及び前記ハウジングの間に金属板を配置して、前記カバー及び前記ハウジングを結合するステップと、
前記誘電体共振素子の上端部の対応する位置でネジ結合する方式により前記カバーと結合されると共に、前記金属板を通じて誘電体固定ネジで前記誘電体共振素子の上端部を押圧するように予め設定されたトルクで締めるステップと、
を含むことを特徴とする、誘電体共振器の組立方法。
【請求項６】
前記誘電体共振素子における上下の両端面または該両端面のうち一端面には金属皮膜が形成されることを特徴とする、請求項５に記載の誘電体共振器の組立方法。
【請求項７】
予め設定された高温で、予め設定された時間の間にアニーリング（annealing）を行うステップをさらに含むことを特徴とする、請求項５または６に記載の誘電体共振器の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波フィルタに関し、特に高周波フィルタを構成する誘電体共振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波フィルタ（ＤＲフィルタ、キャビティフィルタ、ウェーブガイドフィルタなど）は、高周波、特に超高周波を共振するための一種の回路シリンダの構造を有する。一般的なコイルとコンデンサによる共振回路は、輻射損失（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｌｏｓｓ）が大きく、超高周波を形成することに適合しない。ここで、ＲＦフィルタにおける多数の共振器の各共振器は、導体で囲まれた金属性の円筒または直六面体などの収容空間（cavity）を形成し、その内部で誘電体共振素子（ＤＲ：Dielectric Resonance element）または金属共振棒から構成された共振素子を具備させて、固有周波数の電磁気場のみを存在させることで、超高周波の共振が可能にする構造を有する。
【０００３】
このようなＲＦフィルタは、その共振器構造に従って、ＴＭ（Transverse Magnetic）モード（mode）、ＴＥＭ（Transverse Electro Magnetic）モード、ＴＥ（Transverse Electric）モードなどに区分することができ、これらのうち、通常Ｑ（Quality factor）特性に優れるＴＭモード共振器に対する技術としては、特許文献１（名称：DIELECTRIC RESONATOR、DIELECTRIC FILTER、AND METHOD OF SUPPORTING DIELECTRIC RESONANCE ELEMENT、発明者：Takehiko Yamakawa外１人、特許日：２００６年９月１２日）に開示されたものを例として挙げることができる。
【０００４】
このようなＴＭモード共振器は、既存のＴＥＭモード共振器（キャビティフィルタ構造）に比べて高いＱ値を有するため、同じサイズで４０％程度に改善されたＱ特性を表す。このような特性によりＴＭモード共振器フィルタは、ＴＥＭモード共振器フィルタに比べて非常に小さいサイズに設計することができる。そのため、同じサイズでより挿入損失が少なく、減衰特性に優れるフィルタを設計することができるという長所がある。
【０００５】
勿論、類似な誘電体共振器を適用するＴＥ０１δモード共振器フィルタは、ＴＥＭモード共振器に比べて３倍位の高いＱ値を有するが、製造コストが数倍以上高く、非常に大きい体積を必要とするため、基地局用大出力フィルタに限定的に適用されてきた。したがって、小型製品への適用は困難な共振器であった。
【０００６】
図１を参照して既存のＴＭモード共振器の構造を説明すると、ＴＭモード共振器は、金属のカバー３及びハウジング４により形成される収容空間の内部の中心に棒形状の誘電体共振素子５が組立てられるが、この際、誘電体共振素子５の上下の端面が収容空間の内部の上下面と密着するように組立てられる構造を有する。誘電体共振素子５の上端部にはチューニング用溝が形成され、チューニング溝に対応する位置のカバー３には周波数のチューニングのためのチューニングネジ１が固定ナット２と共に設置される。
【０００７】
このような構造において、誘電体共振素子５の上下の端面が収容空間の内部の上下面と密着するように組立てられることが非常に重要であるが、この組立てが確実になされていない場合、温度変化に従う特性変化が著しく常用製品への適用が不可能である。
【０００８】
これを解決するために、一般的に図２に示すように、誘電体共振素子５の上下の両端面に金属皮膜（Metalizing）６を形成した後、ハンダ付けや接着剤などによりハウジング４及びカバー３と結合させ、又はその他の方法により組立てて適用した。
【０００９】
また、金属皮膜を形成せず、金属板とその他の付属物を用いて製作することもあるが、この場合、誘電体共振素子の加工公差とハウジングの加工公差によって該当ＲＦフィルタを構成する全ての誘電体共振素子に同一な力を加えて組立てることが困難になって、安定した構造で製作することが困難である。特に、誘電体共振素子とハウジングとの熱膨張係数が互いに異なっているので、温度変化に伴う収縮膨脹により誘電体共振素子の固定状態や接触状態が不良になり、フィルタの特性変化が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７１０６１５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、温度変化に対して安定していると共に、Ｑ値に優れており、且つ構造的に安定可能な誘電体共振器及びその組立方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するために、本発明の一側面によれば、本発明は、高周波フィルタを構成する誘電体共振器であって、カバー及びハウジングにより形成される収容空間の内部に固定される棒形状の誘電体共振素子と、上記ハウジングの底面に上記誘電体共振素子が嵌合されるように形成されるガイド溝と、上記カバー及び上記ハウジングの間に配置される金属板と、上記誘電体共振素子の上端部の対応する位置でネジ結合する方式により上記カバーと結合され、上記金属板を通じて上記誘電体共振素子の上端部を押圧することによって上記誘電体共振素子を固定する誘電体固定ネジと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の側面によると、本発明は、高周波フィルタの誘電体共振器の組立方法であって、カバー及びハウジングにより形成される収容空間の内部に固定される棒形状の誘電体共振素子を、上記ハウジングの底面において上記誘電体共振素子が嵌合されるように形成されるガイド溝に嵌合するステップと、上記カバー及び上記ハウジングの間に金属板を配置して、上記カバー及び上記ハウジングを結合するステップと、上記誘電体共振素子の上端部の対応する位置でネジ結合する方式により上記カバーと結合されると共に、上記金属板を通じて誘電体固定ネジで上記誘電体共振素子の上端部を押圧するように予め設定されたトルクで締めるステップと、予め設定された高温で、予め設定された時間の間に、アニーリングを行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、誘電体共振素子５の上下の両端面に金属皮膜（Metalizing）を形成した後、上記と同一な方法により誘電体共振素子を組立てる場合、アニーリングを行わなくてもよい。この場合、またハンダ付け工程を行う必要がないので、作業が容易で、かつ安定した特性を維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
前述したように、本発明に係る高周波フィルタの誘電体共振器は、従来技術のＴＭモード共振器に比べて安定した温度特性を有すると共に、外部の衝撃に対しても効果的に耐えられ得る。その結果、低廉な費用で、最大の特性を表すことができる。また、誘電体の温度膨張係数と金属ハウジングの温度膨脹係数が維持されているので、共振器の全体の温度特性を合わせ難い場合、誘電体固定ネジの材質や予め設定されたトルクを変更して所望の温度特性を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のＴＭモード共振器の一例示構造図である。
【図２】従来のＴＭモード共振器の一例示構造図である。
【図３】本発明の一実施形態に従うＴＭモード共振器の構造図である。
【図４】図３の変形例示図である。
【図５】図３の分解斜視図である。
【図６】図３のうち、誘電体共振素子の上下の端面に形成された金属皮膜の詳細構造図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従う誘電体共振素子と上部金属膜との間の接触部位の部分切断面の拡大構造図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従う誘電体共振素子と上部金属膜との間の接触部位の部分切断面の拡大構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に従う好ましい実施形態を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。また、下記の説明では具体的な特定の事項が表れているが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものであり、このような特定の事項がなくても本発明が実施できることは、本技術分野で通常の知識を有する者には明らかである。
【００１８】
図３は本発明の一実施形態に係るＴＭモード共振器の構造図であり、図４は図３の変形例示図であり、図５は図３の分解斜視図である。
【００１９】
図３乃至図５を参照すると、本発明に係るＴＭモード共振器は基本的に従来と同様に、通常、金属材質のカバー３及びハウジング４により形成される収容空間の内部の中心に棒形状の誘電体共振素子５が組立てられる構造を有し、誘電体共振素子５の上下の端面が収容空間の内部の上下面と密着するように組立てられる構造を有する。
【００２０】
ところが、本発明の実施形態では、ハウジング４の底面に誘電体共振素子５が嵌合され、誘電体共振素子５の組立部位を側面の衝撃から保護することができるガイド溝９が形成される。また、ハウジング４とカバー３との間には金属材質のうちの軟らかい材質を有するように、アルミニウム系列や銅系列の薄い金属板７が置かれる。また、誘電体共振素子５の上端部の対応する位置でネジ結合する方式によりカバー３と結合され、上記金属板７を通じて上記誘電体共振素子５の上端部を押圧することで、誘電体共振素子５を固定する誘電体固定ネジ８を具備する。
【００２１】
また、この際、本発明の実施形態に係る上記誘電体共振素子５の上下の端面には、銀等の材質を用いた金属皮膜（Metalizing）（図５の５２、５４）がメッキなどの方式により形成される。
【００２２】
また、上記誘電体固定ネジ８は、誘電体共振素子５の上端部に形成されるチューニング用溝に対応する位置に周波数チューニングのためのチューニングネジ１をネジ結合方式により結合するように構成され、チューニングネジ１は固定ナット２により固定される。この際、チューニングネジ１が金属板７を通じて誘電体共振素子５のチューニング溝に進入できるように金属板７の対応位置には孔が形成される。
【００２３】
一方、上記ハウジング４の底面に形成されるガイド溝９には、図４に示すように、エアーギャップ（air gap）溝１０が更に形成される二重の溝構造を有することができる。このようなエアーギャップ溝１０は、誘電体共振素子５の下端面が加工公差による平坦度不良や粗い加工面により不均一な接触がなされないようにして、安定した接触がなされるようにする。
【００２４】
上記のように構成される誘電体共振器の組立工程は、まず、カバー３及びハウジング４により形成される収容空間の内部の中心に上記誘電体共振素子５をガイド溝９に嵌合し、その後、誘電体共振素子５の上端面上に金属板を配置させて、カバー３とハウジング４とをネジ結合などにより結合させ、その後、誘電体固定ネジ８を適切なトルクで締める。
【００２５】
上記のように構成される本発明の実施形態に係る共振器構造では、まず、ハンダ付け固定を行うことなく共振器を具現することができるので、作業工程が容易で、追加的なハンダ付けによる公差発生や、特性変化、及び欠陥などの問題点を減らせるようになる。また、上記において、誘電体共振素子５と誘電体固定ネジ８との間に挿入される薄い金属板７の役割は非常に重要である。該当金属板７を介さずに、誘電体固定ネジ８を締めて誘電体共振素子５を押圧する場合、誘電体固定ネジ８が回る際に誘電体共振素子５と噛み合って回る場合が発生することがあり、それによって誘電体共振素子５の損傷が発生することがある。また、上記金属板７が設けられていない場合には、該当誘電体固定ネジ８とカバー３との間に存在する不連続面により共振器の特性低下が発生する。しかし、金属板７が設けられている場合には、該金属板７により収容空間の内部で前述した不連続面が影響を与えないようになる。
【００２６】
上記のように、本発明の一実施形態に係る誘電体共振器が構成されるが、この際、本発明の他の実施形態では上記誘電体共振素子５の上下の端面に金属皮膜（Metalizing）５２、５４を形成しないこともある。そのような場合には、さらに誘電体固定ネジ８の組立トルク（torque）が重要になり、共振器の温度特性を左右する。したがって、誘電体共振素子５とハウジング４との相関関係によってトルクを適切に調節しなければならない。
【００２７】
ハウジング４のような金属の熱膨張係数と通常の誘電体セラミックスで形成される誘電体共振素子５の熱膨張係数との差が大きいので、温度変化によってハウジング４がより顕著に収縮膨脹し、これによって共振器に特性変化が生じる。したがって、適切なトルクでハウジング４とカバー３との間の収縮膨脹の差により変形し得る寸法を補償するように誘電体固定ネジ８を締めなければならない。
【００２８】
また、この場合には、最後の工程により組立が完了した製品を高温（例えば、８０〜２００℃）で一定時間（例えば、３時間）アニーリング（annealing）した後、一般的なフィルタと同一な方法により周波数チューニングを行うようになる。通常、金属は加工組立時に金属ストレスを受けて特性変化が発生することがある。したがって、このようなアニーリングにより金属の特性を安定化させて、温度変化に従うハウジング４と誘電体共振素子５との収縮膨脹時にも共振器の特性がより均一に維持される。
【００２９】
また、一般的にフィルタの全ての共振器は、各々共振周波数が異なるので、これを補償するためにチューニングネジ１でチューニングする。また、チューニングネジ１で補償が可能でない場合には、各共振器の設計時に該共振器自体の長さや形態を異なるようにして共振周波数を合わせる。この際、本発明では上記ガイド溝９にまた形成されるエアーギャップ溝１０を用いて共振周波数を調整することもできる。即ち、このようなエアーギャップ溝１０の広さや深さを変更加工することによって共振周波数を合わせることもでき、これによってそれぞれの誘電体共振器をより自由に設計することができる。
【００３０】
図６は図３のうちの誘電体共振素子の上下の端面に形成された金属皮膜の詳細構造図である。図７Ａ及び図７Ｂは本発明の実施形態に係る誘電体共振素子と上部金属膜との間の接触部位の部分切断面の拡大構造図である。図７Ａには誘電体共振素子の上端面に金属皮膜が形成されていない場合の例を示し、図７Ｂには金属皮膜５２が形成された場合を示す。
【００３１】
図６、図７Ａ、及び７Ｂを参照して、金属皮膜５２、５４の構造及び機能についてより詳細に説明すると、金属皮膜５２、５４は、該当誘電体共振素子５と金属膜７との間の接触領域、または誘電体共振素子５とハウジング４の底面に形成されるガイド溝９との間の接触領域における該当接触面がより均一であるようにして特性の低下を防ぐようにする。特に、図７Ａ及び図７Ｂには説明の便宜を図り、多少誇張して図示したが、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、誘電体共振素子５の上端面と金属膜７との相互間の接触面は実際に平坦度に依存する微細な公差により完全に密着されず、空気層６２が発生することで、特性の低下を引き起こすことがある。この際、上記金属皮膜５２、５４は相互間の接触面の平坦度を増加させて空気層６２の発生を相当部分において抑制することができ、さらに該当誘電体共振素子５を押さえて固定させる場合には相互間にさらに密着するようにすることができる。
【００３２】
また、上記誘電体共振素子５の下端面に形成される金属皮膜５４は下端面に全面的に形成することもできるが、図６に示すように、中の部分は空いているドーナッツ形態に構成することもできる。このような構造の金属皮膜５４を用いて共振周波数を調整することもできる。即ち、このような金属皮膜５４の空いた空間の広さを変更加工することにより共振周波数を合せることもできる。
【００３３】
上記のように、本発明の一実施形態に係るＲＦフィルタ誘電体共振器を構成することができ、一方、前述した本発明の説明では具体的な実施形態に関して説明したが、種々の変形が本発明の範囲を逸脱することなく実施できる。このように、本発明の多様な変形や変更が可能であり、したがって、本発明の範囲は説明された実施形態によって定めるものでなく、請求範囲と請求範囲の均等物によって定まるべきである。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・チューニングネジ
２・・・固定ナット
３・・・カバー
４・・・ハウジング
５・・・誘電体共振素子
６・・・金属皮膜
７・・・金属板
８・・・誘電体固定ネジ
９・・・ガイド溝
１０・・・エアーギャップ溝
５２・・・金属皮膜
５４・・・金属皮膜
６２・・・空気層
【図１】
2011529666.tif 000003
【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】
2011529666.tif 000008
【図７（ａ）】
2011529666.tif 000009
【図７（ｂ）】
2011529666.tif 000010
【国際調査報告】
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