(57)【要約】【課題】設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅及び中心周波数のフィルタ特性を容易に得ることができるとともに、インピーダンスを所望の値とすることができるデュアルモード・バンドパスフィルタを提供する。【解決手段】誘電体基板２と、誘電体基板２のある高さ位置に設けられた共振器電極３と、誘電体基板２において共振器電極３と対向するように共振器電極３と異なる高さ位置に設けられたグラウンド電極６とを備え、グラウンド電極６は共振電界が制御されて共振器電極３に生じる２つの共振モードが結合するように設けられた貫通孔６ａを有する、デュアルモード・バンドパスフィルタ１。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板のある高さ位置に設けられた共振器電極と、
前記誘電体基板において前記共振器電極と対向するように共振器電極と異なる高さ位置に設けられたグラウンド電極とを備え、該グラウンド電極は共振電界が制御されて前記共振器電極に生じる２つの共振モードが結合するように設けられた貫通孔を有することを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項２】
前記貫通孔は共振器電極に略対向な位置に設けられている、請求項１に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記グラウンド電極が、誘電体基板内に配置されている、請求項１または２に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記グラウンド電極の前記共振器電極が形成されている側とは反対側において、誘電体基板に設けられた第２のグラウンド電極と、
前記共振器電極の前記グラウンド電極が設けられている側とは反対側において前記誘電体基板に設けられた第３のグラウンド電極とをさらに備える、請求項３に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項５】
前記第２，第３のグラウンド電極が、前記誘電体基板の上面及び下面にそれぞれ形成されている、請求項４に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項６】
前記グラウンド電極に、前記貫通孔が複数設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項７】
前記貫通孔の平面形状は、矩形、円形、ひし形または多角形である、請求項１〜６のいずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項８】
前記共振器電極に結合された入出力結合回路をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィルタを少なくとも１つ有してなる、デュプレクサ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィルタまたは請求項９に記載のデュプレクサの少なくとも一方を有する、無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波〜ミリ波帯の通信機において帯域フィルタとして用いられるデュアルモード・バンドパスフィルタ、デュアルモード・バンドパスフィルタを用いたデュプレクサ及び無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波領域で用いられるバンドパスフィルタとして、デュアルモード・バンドパスフィルタが種々提案されている（下記の非特許文献１など）。
【０００３】
非特許文献１に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、円形の共振器パターンの中心に対して中心角９０°をなすように入力線路及び出力線路が共振器電極に結合されるように配置されており、かつ入力線路及び出力線路から中心角で１３５°の位置に先端開放ストリップ線路スタブが設けられ、それによって２つの共振モードが結合されている。
【０００４】
また、上記非特許文献１には、正方形の共振器パターンの隣接する２辺の中央部分に入出力線路が結合されており、該２辺がなすコーナー部分と対向するコーナー部分に切欠を設けることにより、２つの共振モードの結合が図られた構造も開示されている。
【０００５】
【非特許文献１】
「Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｄｕａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ  Ｆｉｌｔｅｒ」Ｊ．Ａ．Ｃｕｒｔｉｓ  ａｎｄ  Ｓ．Ｊ．Ｆｉｅｄｚｕｉｓａｋｏ  １９９１、ＩＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｄｉｇｅｓｔ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に記載のようなデュアルモード・バンドパスフィルタでは、２つの共振モードの結合を十分大きくすることができず、通過帯域幅を太くすることが困難であった。また、共振器パターンの形状についても制約があり、設計の自由度が低かった。
【０００７】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅を容易に得ることができるデュアルモード・バンドパスフィルタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の広い局面によれば、誘電体基板と、前記誘電体基板のある高さ位置に設けられた共振器電極と、前記誘電体基板において前記共振器電極と対向するように共振器電極と異なる高さ位置に設けられたグラウンド電極とを備え、該グラウンド電極は共振電界が制御されて前記共振器電極に生じる２つの共振モードが結合するように設けられた貫通孔を有することを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタが提供される。
【０００９】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタのある特定の局面では、上記貫通孔は共振器電極と略対向する位置に設けられる。
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの他の特定の局面では、前記グラウンド電極が、誘電体基板内に配置されている。
【００１０】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタのさらに他の特定の局面では、前記グラウンド電極の前記共振器電極が形成されている側とは反対側において、誘電体基板に設けられた第２のグラウンド電極と、前記共振器電極の前記グラウンド電極が設けられている側とは反対側において前記誘電体基板に設けられた第３のグラウンド電極とがさらに備えられる。
【００１１】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタのさらに別の特定の局面では、前記第２，第３のグラウンド電極が、前記誘電体基板の上面及び下面にそれぞれ形成されている。
【００１２】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタのさらに他の特定の局面では、前記グラウンド電極に前記貫通孔が複数設けられている。
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタのさらに別の特定の局面では、前記貫通孔の平面形状は、矩形、円形、ひし形または多角形である。
【００１３】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタのさらに他の特定の局面では、共振器電極に結合された入出力結合回路がさらに備えられる。
本発明に係るデュプレクサは、本発明に従って構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタを少なくとも１つ有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る無線通信装置は、本発明に従って構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタまたは本発明に係るデュプレクサの少なくとも一方を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１６】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの平面図及び（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
デュアルモード・バンドパスフィルタ１は、矩形板状の誘電体基板２を有する。誘電体基板２は、本実施例では、比誘電率（εｒ＝６．２７）及び誘電正接（ｔａｎδ＝０．００１）のＢａ，Ａｌ，Ｓｉからなるセラミック基板により構成されている。もっとも、本実施例及び以下の実施例において誘電体基板２を構成する誘電体材料については特に限定されず、フッ素樹脂のような合成樹脂、Ｂａ，Ａｌ，Ｓｉなどからなる適宜の誘電体セラミックスを用いて誘電体基板２を構成することができる。
【００１７】
誘電体基板２の寸法についても特に限定されないが、本実施例では、４．５×３．２×１．０ｍｍの寸法とされている。
誘電体基板２内には、共振器電極３、入出力結合回路４，５及びグラウンド電極６が形成されている。図２（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、入出力結合回路４，５、共振器電極３及びグラウンド電極６が形成されている部分の模式的平面断面図である。共振器電極３は、誘電体基板２の内部において、円形の平面形状を有するように構成されている。共振器電極３の平面形状は特に限定されず、円形の他、矩形、正多角形、または三角形等の任意の形状とすることができる。
【００１８】
共振器電極３の上方には、入出力結合回路４，５が形成されている。入出力結合回路４，５は、共振器電極３と誘電体基板層を介して部分的に対向するように形成されている。すなわち、入出力結合回路４，５は、共振器電極３と容量を介して結合されている。
【００１９】
他方、グラウンド電極６は、共振器電極３の下方に配置されている。グラウンド電極６は、共振器電極３と誘電体基板層を介して対向するように配置されている。本実施例の特徴は、グラウンド電極６の共振器電極３と略対向する位置に貫通孔６ａが形成されていることにある。貫通孔６ａは、共振器電極３において生じる２つの共振モードを結合するように設けられている。
【００２０】
すなわち、貫通孔６ａの形成により共振電界が制御され、それによって共振器電極３において生じる２つの共振モードが結合され、バンドパスフィルタとしての特性が得られるように構成されている。
【００２１】
本実施例では、上記グラウンド電極６は、誘電体基板２の底面から０．４５ｍｍの高さ位置に形成されている。また、共振器電極３は、誘電体基板２の下面から０．６５ｍｍの高さ位置に形成されており、半径１．１ｍｍの円形の形状を有するように構成されている。
【００２２】
また、貫通孔６ａの寸法は、０．４×１．２ｍｍの矩形とされている。ここでは、矩形の貫通孔６ａの長さ方向が、誘電体基板２の長さ方向と平行となるように貫通孔６ａが形成されている。
【００２３】
貫通孔６ａは、その全領域において共振器電極と対向されている必要は必ずしもない。すなわち、２つの共振モードが結合されるように共振電界が制御される限り、貫通孔６ａの一部が共振器電極と対向している位置からずれていてもよい。さらには、貫通孔６ａによって共振電界が制御される限り、わずかなずれによって両者が直接対向している部分が全くなくなっているものであっても構わない。
【００２４】
図１及び図２（ａ）に示すように、誘電体基板２の上面２ａには、第３のグラウンド電極７が形成されており、下面２ｂには第２のグラウンド電極８が形成されている。すなわち、グラウンド電極６の共振器電極３が配置されている側とは反対側に第２のグラウンド電極８が形成されており、共振器電極３のグラウンド電極６が形成されている側とは反対側に第３のグラウンド電極７が形成されている。グラウンド電極７，８は、共振器電極３、入出力結合回路４，５及びグラウンド電極６が配置されている構造を上下から挟持するように配置されている。
【００２５】
第３のグラウンド電極８の平面形状は、第２のグラウンド電極７と同様とされている。
また、誘電体基板２の端面２ｃ，２ｄにおいては、上下方向に延びるように入力電極９及び出力電極１０が形成されている。入力電極９及び出力電極１０は、それぞれ、入出力結合回路４，５に端面２ａ，２ｂにおいて接続されている。
【００２６】
また、誘電体基板２の側面２ｅ，２ｆには、接続電極１１，１２が形成されている。接続電極１１，１２は、グラウンド電極６と、第２，第３のグラウンド電極７，８とを電気的に接続している。
【００２７】
なお、グラウンド電極６とグラウンド電極７，８との電気的接続は、誘電体基板内にスルーホール電極等を形成することにより行ってもよい。例えば、グラウンド電極６とグラウンド電極８をスルーホール電極により電気的に接続してもよい。
【００２８】
上記共振器電極３、入出力結合回路４，５、グラウンド電極６、第２，第３のグラウンド電極７，８及び入出力電極９，１０は、適宜の導電性材料で構成されるが、本実施例では、Ｃｕにより構成されている。
【００２９】
デュアルモード・バンドパスフィルタ１では、入出力結合回路４，５の一方とグラウンド電位との間に入力電圧を印加し、入出力結合回路４，５の他方とグラウンド電位との間で出力が取り出される。この場合、共振器電極３においては、複数の共振モードが生じるが、本実施例では、貫通孔６ａがない場合は、共振器３ａの電界は、グラウンド電極６ａに閉じ込められていたが、貫通孔６ａによりこの部分の電界が解放され、デュアルモード共振器の２つの共振のうち一方の共振の電界が強くなる。それによって共振器電極３において生じる２つの共振モードが結合される。従って、バンドパスフィルタとしての特性を得ることができる。
【００３０】
これを、図３を参照して説明する。図３は、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。図３において、一点鎖線は、反射特性を、実線が通過特性を示す。図３から明らかなように、本実施例によれば、２８ＧＨｚ帯で良好な周波数特性を有するデュアルモード・バンドパスフィルタが得られることがわかる。これは、上述した貫通孔６ａにより共振器電極３における共振電界の分布が部分的に強められ、２つの共振モードが結合したことによると考えられる。
【００３１】
本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１では、上記のようにグラウンド電位６に貫通孔６ａを設けるだけで、デュアルモード・バンドパスフィルタを構成することができる。従って、入出力結合回路４，５の結合位置に制約がなく、また共振器電極３の形状についても特に限定されないため、デュアルモード・バンドパスフィルタ１では、設計の自由度が大幅に高められる。加えて、貫通孔６ａの寸法及び位置を調整することにより、帯域幅や周波数特性の異なるデュアルモード・バンドパスフィルタを容易に提供することができる。これを図４を参照して説明する。
【００３２】
図４は、上記貫通孔６ａを、誘電体基板２を平面視した場合の中心位置に配置し、かつその寸法を０．４×０．４ｍｍ、０．４×０．６ｍｍ及び０．４×０．８ｍｍに変化させた場合の周波数特性を示す。
【００３３】
なお、図４において、一点鎖線Ａ１、破線Ａ２及び実線Ａ３が反射特性を、一点鎖線Ｂ１、破線Ｂ２及び実線Ｂ３が通過特性をそれぞれ示す。
また、実線Ａ３，Ｂ３が０．４×０．４ｍｍの貫通孔の場合の結果を、破線Ａ２，Ｂ２が０．４×０．６ｍｍの貫通孔６ａが形成されている場合の結果を、一点鎖線Ａ１，Ｂ１が０．４×０．８ｍｍの貫通孔６ａを形成した場合の結果を示す。
【００３４】
図４から明らかなように、貫通孔６ａの寸法を大きくすることにより、帯域幅を広げ得ることがわかる。
図５は、上記実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの変形例を説明するための模式的平面断面図である。図５では、デュアルモード・バンドパスフィルタのグラウンド電極６Ａが形成されている面が示されている。本変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタは、グラウンド電極６Ａの共振器電極３と略対向する位置に複数の貫通孔６ｂ，６ｂが設けられていることを除いては、デュアルモード・バンドパスフィルタ１と同様に構成されている。ここでは、貫通孔６ｂ，６ｂは、それぞれ、０．４×０．６ｍｍの矩形の形状を有し、かつ貫通孔６ｂ，６ｂは、誘電体基板２の中心に対して対称に配置されている。また、貫通孔６ｂ，６ｂの中心間距離は１．１ｍｍとした。
【００３５】
上記のようにしてグラウンド電極６Ａが形成されていることを除いては、デュアルモード・バンドパスフィルタ１と同様に構成された本変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を図６に示す。図６において、一点鎖線は反射特性を、実線は通過特性を示す。
【００３６】
図６から明らかなように、複数の貫通孔６ｂ，６ｂを設けた場合においても、デュアルモード・バンドパスフィルタ１の場合と同様に、バンドパスフィルタとしての周波数特性の得られることがわかる。
【００３７】
すなわち、本発明においては、グラウンド電極に形成される貫通孔は１個である必要はなく、２個であってもよく、また３個以上の貫通孔が形成されてもよい。
【００３８】
図７は、デュアルモード・バンドパスフィルタ１における貫通孔６ａの形状の変形例を示す模式的平面断面図である。図７に示すように、楕円形の貫通孔６ｃをグラウンド電極６の共振器電極３と略対向する位置に形成してもよい。すなわち、貫通孔の形状は、矩形に限定されず、楕円形としてもよく、また円形やひし形等の適宜の形状とすることができる。
【００３９】
さらに、図１（ａ）〜（ｃ）に示したデュアルモード・バンドパスフィルタ１では、第２，第３のグラウンド電極７，８が形成されていたが、グラウンド電極７，８は必ずしも形成されずともよい。もっとも、貫通孔６ａが設けられたグラウンド電極６の下方には、グラウンド電極８を誘電体基板層を介して対向するように設けることが、２つの共振モードを確実に結合させる上で望ましい。
【００４０】
また、グラウンド電極７，８は、誘電体基板２の上面２ａ及び下面２ｂ上に形成される必要は必ずしもなく、誘電体基板２内に埋設されていてもよい。
次に、本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを用いたデュプレクサ及び無線通信装置の実施例を、図８を参照して説明する。
【００４１】
図８は、上記デュアルモード・バンドパスフィルタを用いたデュプレクサＤＰＸを有する無線通信装置３００の要部を示すブロック図である。
本実施例のデュプレクサＤＰＸは、本発明にしたがって構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタからなる第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２を有する。第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２の一端が、それぞれ、デュプレクサＤＰＸの第１，第２のポートＰ１，Ｐ２に接続されており、バンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２の他端が共通接続され、デュプレクサＤＰＸの第３のポートＰ３に接続されいる。
【００４２】
また、第１のポートＰ１は、送信部ＴＸに接続され、第２のポートＰ２は、受信部ＲＸに接続されている。さらに、デュプレクサＤＰＸの第３のポートＰ３は、アンテナＡＮＴに接続されている。
【００４３】
本実施例のデュプレクサでは、本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタからなる第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２を有するので、設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅を容易に得ることができる。また、無線通信装置３００では、上記デュプレクサＤＰＸを有するため、通信品質を容易に高めることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタでは、誘電体基板内において、共振器電極が配置されており、グラウンド電極に設けられた貫通孔により共振器電極に生じた２つの共振モードが結合され、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性が得られている。従って、入出力結合回路の共振器電極に対する結合点の制約が少なく、また貫通孔の数及び寸法等を変更することにより様々な帯域幅及び中心周波数のデュアルモード・バンドパスフィルタを容易に得ることができる。
【００４５】
よって、本発明によれば、設計の自由度が大幅に高められるだけでなく、所望とする帯域幅及び中心周波数のデュアルモード・バンドパスフィルタを容易に提供することができる。
【００４６】
また、入出力結合回路と共振器電極とが誘電体基板層を介して容量結合されている場合、入出力結合回路の位置の制約が少ないため、入出力結合回路と共振器電極との間の誘電体基板層の厚みを広い範囲に渡り調整することができる。従って、所望とするインピーダンスのデュアルモード・バンドパスフィルタを容易に提供することができる。
【００４７】
本発明においては、上記貫通孔が形成されているグラウンド電極は、誘電体基板の上面または下面に形成されていてもよいが、好ましくは誘電体基板内に配置される。誘電体基板内にグラウンド電極が配置された場合には、該貫通孔を有するグラウンド電極のさらに外側に誘電体基板層を介して第２のグラウンド電極を構成することができる。
【００４８】
本発明において、上記第２のグラウンド電極と、共振器電極の貫通孔を有するグラウンド電極が設けられている側とは反対側において誘電体基板に設けられた第３のグラウンド電極とを備える場合には、本発明に従って、トリプレート型のデュアルモード・バンドパスフィルタを提供することができ、バンドパスフィルタからの輻射や放射を抑えることができ、他からの影響を受けにくい利点がある。
【００４９】
第２，第３のグラウンド電極が、誘電体基板の上面及び下面にそれぞれ形成されている場合には、第２，第３のグラウンド電極を容易に形成することができる。
【００５０】
グラウンド電極に貫通孔が複数設けられている場合には、貫通孔の数及び配置等を調整することにより、デュアルモード・バンドパスフィルタの特性を容易に調整することができる。
【００５１】
上記貫通孔の平面形状は特に限定されないが、矩形、円形、ひし形または多角形などの形状を有するように構成することができ、これらの形状の変更によってもデュアルモード・バンドパスフィルタの仕様を容易に変更することができる。
【００５２】
本発明に係るデュプレクサ及び無線通信装置は、本発明に従って構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタを有するため、設計の自由度が高められ、かつ所望とする周波数特性を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は共振器電極が形成されている部分の拡大平面断面図。
【図２】（ａ）は第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの上面のグラウンド電極の形状を示すための平面図、（ｂ）は入出力結合回路が設けられている部分の平面断面図、（ｃ）は共振器電極が設けられている高さ位置の平面断面図、（ｄ）下面のグラウンド電極の形状を示すための模式的平面断面図。
【図３】第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図４】図１に示したデュアルモード・バンドパスフィルタの変形例であって、グラウンド電極に設けられた貫通孔の寸法を変化させた場合の周波数特性の変化を示す図。
【図５】図１に示したデュアルモード・バンドパスフィルタの他の変形例を説明するための模式的平面断面図。
【図６】図５に示したデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図７】図１に示したデュアルモード・バンドパスフィルタのさらに他の変形例を説明するための模式的平面断面図。
【図８】本発明に従って構成されたデュプレクサが組み込まれた無線通信装置を説明するための概略ブロック図。
【符号の説明】
１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２…誘電体基板
２ａ…上面
２ｂ…下面
２ｃ，２ｄ…端面
２ｅ，２ｆ…側面
３…共振器電極
４，５…入出力結合回路
６…グラウンド電極
６ａ，６ｂ，６ｃ…貫通孔
７…第３のグラウンド電極
８…第２のグラウンド電極
９，１０…入出力電極
１１…接続電極
３００…無線通信装置
ＤＰＸ…デュプレクサ
Ｐ１〜Ｐ３…第１〜第３のポート
ＢＰＦ１，ＢＰＦ２…第１，第２のバンドパスフィルタ
ＡＮＴ…アンテナ
ＲＸ…受信部
ＴＸ…送信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004320351.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004320351.tif 000007
【図６】
2004320351.tif 000008
【図７】
2004320351.tif 000009
【図８】
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