(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＥモードで共振し、Ｈ面を有する直方体形状の誘電体導波管共振器と、
前記Ｈ面上に配置され、少なくとも前記Ｈ面の角部から前記Ｈ面の中央方向に延伸する部分を有する入出力電極と、
前記誘電体導波管共振器の少なくとも一部を覆う導体膜と、
を備え、
前記入出力電極における前記角部側の一端の外側、及び、前記入出力電極における前記角部側の一端と連なる両側面の外側には、前記導体膜が存在しない導体非形成部が設けられている、誘電体導波管。
【請求項２】
前記誘電体導波管共振器を、複数備え、
前記複数の誘電体導波管共振器は、くびれ部によって複数の領域が形成されており、
前記入出力電極は、前記複数の領域のうち所定の領域に配置されている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の誘電体導波管。
【請求項３】
前記導体非形成部は、前記Ｈ面において前記角部に最も近い頂点で交わる３面のうち、前記Ｈ面と残余の２面とで構成される２つの稜にそれぞれ沿って延伸する非並行延伸部を備える、請求項１に記載の誘電体導波管。
【請求項４】
前記導体非形成部は、前記複数の領域の配列方向に延伸する部分と、当該配列方向に対する直交方向に延伸する部分とを含む非並行延伸部を備える、請求項２に記載の誘電体導波管。
【請求項５】
前記非並行延伸部は延伸長が異なる、請求項３または４に記載の誘電体導波管。
【請求項６】
前記入出力電極は帯状部を備える、請求項１から５のいずれかに記載の誘電体導波管。
【請求項７】
線路を有するプリント基板と、
前記プリント基板に実装される、請求項１から６のいずれかに記載の誘電体導波管と、
を備える、誘電体導波管の実装構造。
【請求項８】
前記入出力電極の幅は、前記線路の先端部の幅よりも大きい、請求項７に記載の誘電体導波管の実装構造。
【請求項９】
前記線路は、前記プリント基板の表面にグランド導体を有するマイクロストリップライン構造またはコプレーナライン構造の線路であり、
前記入出力電極の前記一端と前記プリント基板上に設けられた前記線路とが接続され、
前記誘電体導波管の前記導体膜と前記プリント基板のグランド導体とが接続される、
請求項７または８に記載の誘電体導波管の実装構造。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれかに記載の誘電体導波管を備える、誘電体導波管フィルタ。
【請求項１１】
請求項２または４に記載の誘電体導波管を備え、
前記複数の領域はそれぞれ前記誘電体導波管共振器の共振領域であり、
前記複数の共振領域は、前記くびれ部を介して結合し、
前記複数の共振領域のうち、前記入出力電極が形成された共振領域に隣接し、且つ前記誘電体導波管の端部にある領域はトラップ共振器である、
誘電体導波管フィルタ。
【請求項１２】
前記複数の誘電体導波管共振器は２列に配列され、前記複数の領域のうち、前記入出力電極が形成された前記領域から最も離れた領域は、導体非形成部を介して互いに結合する、請求項１１に記載の誘電体導波管フィルタ。
【請求項１３】
請求項１０から１２のうちいずれかに記載の誘電体導波管フィルタと、
縦横に配列された複数のパッチアンテナを含むアンテナと、
を備える、Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘電体導波管に関し、特に、誘電体導波管に対する信号の入出力部の構造、誘電体導波管の基板への実装構造、誘電体導波管フィルタおよびＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の誘電体導波管共振器を結合させた誘電体導波管フィルタ等を、プリント基板に直接実装するための入出力構造として、入出力を行う誘電体導波管共振器の底面および側壁に、入出力電極が形成された、誘電体導波管の入出力構造が用いられている（特許文献１，２）。
【０００３】
図１７は、特許文献１，２に記載されている誘電体導波管入出力構造を用いた誘電体導波管フィルタの例を示す下方斜視図である。
【０００４】
誘電体導波管フィルタ１００は、共振モードがＴＥモードの誘電体導波管共振器１０２からなる。誘電体導波管共振器１０２は、スリット１０３を介して連結されている。それぞれの誘電体導波管共振器１０２の底面１０２ｂに、底面１０２ｂの一辺の中央から対向する辺方向に延出する帯状の入出力電極１０５が設けられている。入出力電極１０５の両側部１０６および端部に沿った周囲には導体非形成部１０６，１０７が設けられている。その他の領域は導体膜で覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３５００３号公報
【特許文献２】特開２００３−１１０３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記誘電体導波管の入出力構造は、プリント基板上に設けられた線路と入出力電極とが物理的に連続していないこと（不連続構造）による電磁界の不整合が大きく、入出力部における電磁界の反射や放射による損失が大きい。さらに、入出力部における反射や放射を抑えるための特別な部材を追加すると、部材や加工の費用が嵩むうえに、基板上での占有面積が大きくなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、誘電体導波管の入出力部における電磁界の反射や放射による損失を抑えた、誘電体導波管、誘電体導波管の実装構造、誘電体導波管フィルタおよびＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムを提供することにある。さらに、入出力部を形成する際に、特別な部材を不要とし、部材やその加工の費用が掛からず、基板上での占有面積が大きくならないようにした、誘電体導波管、誘電体導波管の実装構造、誘電体導波管フィルタおよびＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の誘電体導波管は、ＴＥモードで共振し、Ｈ面を有する直方体形状の誘電体導波管共振器と、
前記Ｈ面上に配置され、少なくとも前記Ｈ面の角部から前記Ｈ面の中央方向に延伸する部分を有する入出力電極と、
前記誘電体導波管共振器の少なくとも一部を覆う導体膜と、
を備え、
前記入出力電極における前記角部側の一端の外側、及び、前記入出力電極における前記角部側の一端と連なる両側面の外側には、前記導体膜が存在しない導体非形成部が設けられている。
【０００９】
上記構成により、入出力のための特別な部材がなくても、入出力部での電磁界の反射や放射による損失が少なく、占有面積の少ない、誘電体導波管の入出力構造が得られる。
【００１０】
（２）上記（１）において、本発明の誘電体導波管は、前記誘電体導波管共振器を、複数備え、
前記複数の誘電体導波管共振器は、くびれ部によって複数の領域が形成されており、
前記入出力電極は、前記複数の領域のうち所定の領域に配置されている、ことを特徴としてもよい。
【００１１】
上記構成により、入出力のための特別な部材がなくても、入出力部での電磁界の反射や放射による損失が少なく、占有面積の少ない、誘電体導波管の入出力構造が得られる。
【００１２】
（３）上記（１）において、前記導体非形成部は、前記Ｈ面において前記角部に最も近い頂点で交わる３面のうち、前記Ｈ面と残余の２面とで構成される２つの稜にそれぞれ沿って延伸する非並行延伸部を備えることが好ましい。これにより、誘電体の外面に形成された導体膜に流れる電流は導体非形成部で遮られ、且つ電流を遮る位置が、上記二つの稜に沿った、電流強度の高い位置であるので、入出力電極に接続される線路と誘電体導波管との結合係数が高まる。すなわち誘電体導波管の入出力部の外部Ｑの値を低くすることができ、その結果、広帯域特性が得られる。
【００１３】
（４）上記（２）において、前記導体非形成部は、前記複数の領域の配列方向に延伸する部分と、当該配列方向に対する直交方向に延伸する部分とを含む非並行延伸部を備えることが好ましい。これにより、誘電体の外面に形成された導体膜に流れる電流は導体非形成部で遮られ、且つ電流を遮る位置が、上記二つの稜に沿った、電流強度の高い位置であるので、入出力電極に接続される線路と誘電体導波管との結合係数が高まる。すなわち誘電体導波管の入出力部の外部Ｑの値を低くすることができ、その結果、広帯域特性が得られる。
【００１４】
（５）上記（３）または（４）において、前記非並行延伸部は延伸長が異なることが好ましい。これにより、導体非形成部の延伸量の総量を大きくでき、外部Ｑの値をより小さくできる。
【００１５】
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記入出力電極は帯状部を備えることが好ましい。これにより、実装先の基板に形成されている各種線路との接続構造が簡素化される。
【００１６】
（７）本発明の誘電体導波管実装構造は、線路を有するプリント基板と、
前記プリント基板に実装される、上記（１）から（６）のいずれかに記載の誘電体導波管と、を備える。
（８）上記（７）において、前記入出力電極の幅は、前記線路の先端部の幅よりも大きくてもよい。
（９）上記（７）または（８）において、前記線路は、前記プリント基板の表面にグランド導体を有するマイクロストリップライン構造またはコプレーナライン構造の線路であり、前記入出力電極の前記一端と前記プリント基板上に設けられた前記線路とが接続され、前記誘電体導波管の前記導体膜と前記プリント基板のグランド導体とが接続されてもよい。これにより、基板上での占有面積が縮小化される。
【００１７】
（１０）本発明の誘電体導波管フィルタは、上記（１）から（６）のいずれかに記載の誘電体導波管を備えることを特徴とする。これにより、誘電体導波管共振器を有する小型のフィルタが構成される。
【００１８】
（１１）本発明の誘電体導波管フィルタは、上記（２）または（４）に記載の誘電体導波管を備え、
前記複数の領域はそれぞれ前記誘電体導波管共振器の共振領域であり、前記複数の共振領域は、前記くびれ部を介して結合し、前記複数の共振領域のうち、前記入出力電極が形成された共振領域に隣接し、且つ前記誘電体導波管の端部にある領域はトラップ共振器であることを特徴とする。これにより、入出力電極がトラップ共振器へ悪影響を与えない。そのため、例えばトラップ付きバンドパスフィルタを構成した場合に、通過帯域内の挿入損失を抑えつつ、通過帯域近傍の減衰量の確保が確保しやすくなる。
【００１９】
（１２）上記（１１）において、前記複数の誘電体導波管共振器は２列に配列され、前記複数の領域のうち、前記入出力電極が形成された前記領域から最も離れた領域は、導体非形成部を介して互いに結合することが好ましい。これにより、小型でありながら複数の誘電体導波管共振器が多段結合した誘電体導波管フィルタが構成される。
【００２０】
（１３）本発明のＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムは、上記（１０）から（１２）のうちいずれかの誘電体導波管フィルタと、縦横に配列された複数のパッチアンテナを含むアンテナと、を備えることを特徴とする。これにより、小型のアンテナを備える小型のＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯシステムが構成できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、プリント基板上に設けられた線路と誘電体導波管の入出力電極とが物理的に連続していないことに起因する電磁界の不整合を、小さくすることができるので、入出力部での電磁界の反射や放射による損失を少なくすることができる。さらに、入出力のための特別な部材を必要としないため、占有面積の少ない、誘電体導波管の入出力構造が得られる。また、基板上での占有面積が縮小化された誘電体導波管実装構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の誘電体導波管の入出力構造を備える、第１の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１０の下方斜視図である。図１（Ｂ）は、その誘電体導波管フィルタ１０のプリント基板への実装構造を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る誘電体導波管の入出力構造を備える誘電体導波管フィルタの磁界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１０について、誘電体導波管の入出力電極の延出量Ｌ１に対する外部Ｑの関係を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明の誘電体導波管の入出力構造を備える、第２の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１１の下方斜視図である。図４（Ｂ）は、その誘電体導波管フィルタ１１のプリント基板への実装構造を示す分解斜視図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１１について、誘電体導波管の入出力構造における、稜ＲＬａ，ＲＬｂに沿った導体非形成部６１，６１の長さ寸法Ｌ２に対する外部Ｑの関係を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、第３の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１２およびその実装構造を示す斜視図である。図６（Ｂ）は、第３の実施形態に係るもう一つの誘電体導波管フィルタ１３およびその実装構造を示す斜視図である。
【図７】図７（Ａ）は第４の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１４の下方斜視図である。図７（Ｂ）はその底面図である。
【図８】図８は、入出力電極５４形成部の詳細な構造を示す部分拡大底面図である。
【図９】図９は誘電体導波管フィルタ１４に対するプリント基板の接続構造を示す平面図である。
【図１０】図１０は本実施形態の誘電体導波管フィルタ１４の挿入損失および反射損失の周波数特性を示す図である。
【図１１】図１１は第５の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１５ａ，１５ｂおよびその実装構造を示す斜視図である。
【図１２】図１２は誘電体導波管フィルタ１５ａ，１５ｂの下方斜視図およびプリント基板の斜視図である。
【図１３】図１３は第６の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１６ａ，１６ｂおよびその実装構造を示す斜視図である。
【図１４】図１４は誘電体導波管フィルタ１６ａ，１６ｂの下方斜視図およびプリント基板の斜視図である。
【図１５】図１５はMassive MIMOシステムで用いられるアンテナ装置１の平面図である。
【図１６】図１６は、アンテナ装置１の構成およびそれに接続されるフロントエンド回路の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、特許文献１，２に記載されている誘電体導波管入出力構造を用いた誘電体導波管フィルタの例を示す下方斜視図である。
【図１８】図１８は、図１７に示した従来の誘電体導波管の入出力構造を備える誘電体導波管フィルタの磁界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００２４】
《第１の実施形態》
図１（Ａ）は、本発明の誘電体導波管の入出力構造を備える、第１の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１０の下方斜視図である。図１（Ｂ）は、その誘電体導波管フィルタ１０のプリント基板への実装構造を示す分解斜視図である。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように、誘電体導波管フィルタ１０は２つの誘電体導波管共振器２０，２０を備える。
【００２６】
誘電体導波管共振器２０は、２つのスリット３０が設けられて２つの領域が形成された直方体形状の誘電体と、この誘電体の外面に形成された入出力電極５０および導体膜２０ａとを備える。スリット３０は本発明に係る「くびれ部」の一例である。誘電体導波管共振器２０は、スリット３０の形成部を介して連結されているということもできる。
【００２７】
各誘電体導波管共振器２０はＴＥモードで共振する。ＴＥθxyzで共振モード表記すると、各誘電体導波管共振器２０はＴＥ110モードの誘電体共振器である。
【００２８】
誘電体導波管フィルタ１０の誘電体の第１面（以下、「底面」）は導波管のＨ面であり、誘電体導波管共振器２０は、スリット３０によって形成されるアイリス（誘導性窓）を介して磁界結合する。
【００２９】
入出力電極５０は、誘電体の底面４０ｃに、直方体形状の頂点Ｐである第１端から、誘電体導波管共振器の底面の中央方向へ帯状に延出する。図１（Ａ）中の寸法Ｌ１は、入出力電極５０の延出量である。さらに、入出力電極５０の両側、および第１端に沿った周囲には、導体膜が無い導体非形成部６０，７０ａ，７０ｂが設けられている。
【００３０】
ここで、「入出力電極５０の両側」とは、入出力電極５０の延伸方向を視て左右の側である。また、入出力電極５０の第１端に沿った周囲が導体非形成部であることは、入出力電極５０の延伸方向の始点が導体膜から分離されていることを意味する。
【００３１】
なお、入出力電極５０は、誘電体の底面の頂点から内方へ延出するものに限らない。頂点付近を本発明に係る「第１端」とし、そこから底面の内方へ入出力電極５０が延出されてもよい。ここで「頂点付近」とは、例えば、入出力電極５０の延出長の１／４未満の距離範囲である。
【００３２】
図１（Ｂ）に示すように、誘電体導波管フィルタ１０はプリント基板８０に実装される。プリント基板８０は、先端部が入出力電極５０と略同じ形状に形成された線路９０ａ、９０ｂと、グランドパターン９０ｃとを備えている。誘電体導波管フィルタ１０の実装状態で、プリント基板８０上の線路９０ａ，９０ｂの先端と、誘電体導波管フィルタ１０の入出力電極５０とがそれぞれ接続され、導体膜２０ａとグランドパターン９０ｃとが接続される。
【００３３】
上記線路９０ａ，９０ｂとグランドパターン９０ｃとによってコプレーナラインが構成される。プリント基板８０の下面に面状に拡がるグランドパターンが形成されている場合には、グラウンデッドコプレーナラインが構成される。なお、プリント基板８０の下面に面状に拡がるグランドパターンが形成されていて、線路９０ａ，９０ｂの両側部の電極非形成領域の幅が広ければ、上記線路９０ａ，９０ｂと下面のグランドパターンとによってマイクロストリップラインが構成される。
【００３４】
一般的に、ＴＥモード導波管共振器において、共振器が円柱形状である場合は、電界は、共振器の中心で最も強く、外周で最も弱く、磁界は、共振器の中心を周回する様に一様に分布する。誘電体導波管共振器が直方体形状である場合には、磁界は、一様に分布できず、共振器の中心に近い側面で最も強く、共振器の中心および角部で最も弱くなる。つまり、誘電体導波管共振器が直方体形状である場合には、角部の電界、磁界ともに最も弱くなるので、誘電体の底面の角部に入出力電極を設けても、電磁界の漏れは小さい。
【００３５】
また、誘電体の底面の角部に設けた入出力電極を機能させるためには、入出力電極の両側および第１端に沿った周囲に導体膜が無い導体非形成部を設ける必要がある。なぜなら、入出力電極５０の両側、および第１端に沿った周囲に導体膜が存在すると、電磁界の不整合が大きくなってしまうからである。
【００３６】
つまり、誘電体の底面の角部に設けた入出力電極を設け、且つ、入出力電極の両側および第１端に沿った周囲に導体膜が無い導体非形成部を設けることで、プリント基板上に設けられた線路と誘電体導波管の入出力電極とが連続していないことに起因する電磁界の不整合を小さくすることができる。そのため、誘電体導波管の入出力部での電磁界の反射や放射による損失を少なくすることができる。
【００３７】
なお、プリント基板の線路の先端と、入出力電極の大きさとが等しいと、実装時のずれにより、入出力電極の形状が実質的に変わってしまうため、ずれを考慮して、プリント基板に形成する線路９０ａ，９０ｂの先端部の幅を誘電体導波管フィルタ１０の入出力電極５０の線幅より小さくしてもよい。そのことにより、上記ずれに対する特性変化を抑制できる。
【００３８】
図２は、第１の実施形態に係る誘電体導波管の入出力構造を備える誘電体導波管フィルタの磁界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。図１８は、図１７に示した従来の誘電体導波管の入出力構造を備える誘電体導波管フィルタの磁界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【００３９】
図２と図１８のシミュレーション結果から、第１実施形態の誘電体導波管の入出力構造は、従来の誘電体導波管入出力構造に比べて、外部への磁界の漏れが小さいことがわかる。
【００４０】
図３は、第１の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１０について、誘電体導波管の入出力電極の延出量Ｌ１に対する外部Ｑの関係を示す図である。ここで、誘電体導波管共振器２０の底面の対角寸法は約４．２ｍｍである。図３から明らかなように、入出力電極の延出量Ｌ１を大きくする程、外部Ｑの値は小さくなる。すなわち、入出力電極と誘電体導波管共振器との結合係数が高まる。但し、誘電体導波管共振器の底面の中心よりも更に延出量を大きくしても、結合係数の向上効果は無い。
【００４１】
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、第１の実施形態で示した例に比べて、入出力電極および導体非形成部の形状が異なる誘電体導波管フィルタについて示す。
【００４２】
図４（Ａ）は、本発明の誘電体導波管の入出力構造を備える、第２の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１１の下方斜視図である。図４（Ｂ）は、その誘電体導波管フィルタ１１のプリント基板への実装構造を示す分解斜視図である。
【００４３】
図４（Ａ）に示すように、誘電体導波管フィルタ１１は２つの誘電体導波管共振器２１を備える。各誘電体導波管共振器２１は、第１の実施形態で示した誘電体導波管共振器２０と同様のＴＥ110モードの誘電体共振器である。
【００４４】
誘電体導波管共振器２１は、２つのスリット３１が設けられて、２つの領域が形成された直方体形状の誘電体と、この誘電体の外面に形成された入出力電極５１ｂ，５１ｃおよび導体膜２１ａとを備える。スリット３１は本発明に係る「くびれ部」の一例である。誘電体導波管共振器２１は、スリット３１の形成部を介して連結されているということもできる。
【００４５】
誘電体導波管フィルタ１１の誘電体の底面は導波管のＨ面であり、誘電体導波管共振器２１は、スリット３１によって形成されるアイリス（誘導性窓）を介して磁界結合する。
【００４６】
入出力電極５１ｂは、誘電体導波管共振器の底面の中央方向へ帯状に延出する。入出力電極５１ｃは、頂点Ｐで交わる三面（底面４１ｃおよび側面４１ａ，４１ｂ）のうち、底面４１ｃと残余の二面（側面４１ａ，４１ｂ）とで構成される二つの稜ＲＬａ，ＲＬｂにそれぞれ沿った二辺を有する三角形状部である。
【００４７】
入出力電極５１ｂ，５１ｃの両側および第１端に沿った周囲には、導体膜が無い導体非形成部６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂが設けられている。図４（Ａ）中の寸法Ｌ２は、稜ＲＬａ，ＲＬｂに沿った導体非形成部６１ａ，６１ｂの長さ寸法である。この導体非形成部６１ａ，６１ｂのうち稜ＲＬａ，ＲＬｂに沿った部分が本発明に係る「非並行延伸部」の例である。
【００４８】
なお、本実施形態でも、入出力電極５１ｂは、誘電体導波管共振器２１の底面４１ｃから側面４１ａ，４１ｂにかけて延出している。
【００４９】
図４（Ｂ）に示すように、誘電体導波管フィルタ１１はプリント基板８１に実装される。プリント基板８１は、先端部が入出力電極５１ｂ，５１ｃとそれぞれ略同じ形状に形成された線路９１ａ，９１ｂと、グランドパターン９１ｃとを備えている。誘電体導波管フィルタ１１の実装状態で、プリント基板８１上の線路９１ａ，９１ｂの先端と、誘電体導波管フィルタ１１の入出力電極（５１ｂ，５１ｃ），（５１ｂ，５１ｃ）とがそれぞれ接続され、導体膜２１ａとグランドパターン９１ｃとが接続される。
【００５０】
上記線路９１ａ，９１ｂとグランドパターン９１ｃとによってコプレーナラインが構成される。プリント基板８１の下面に面状に拡がるグランドパターンが形成されている場合には、グラウンデッドコプレーナラインが構成される。なお、プリント基板８１の下面に面状に拡がるグランドパターンが形成されていて、線路９１ａ，９１ｂの両側部の電極非形成領域の幅が広ければ、上記線路９１ａ，９１ｂと下面のグランドパターンとによってマイクロストリップラインが構成される。
【００５１】
前述のとおり、ＴＥモード導波管共振器において、共振器が円柱形状である場合は、電界は、共振器の中心で最も強く、外周で最も弱く、磁界は、共振器の中心を周回する様に一様に分布する。そのため、誘電体導波管共振器の導体膜に流れる電流のうち、底面の４辺のそれぞれの中央の電流密度は高い。したがって、上記稜ＲＬａ，ＲＬｂに沿った導体非形成部６１ａ，６１ｂの寸法Ｌ２が長くなる程、電流密度の高い部分の電流を遮ることになる。その結果、Ｌ２が共振器長の１／２付近で最も強くなる。
【００５２】
図５は、第２の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１１について、誘電体導波管の入出力構造における、稜ＲＬａ，ＲＬｂに沿った導体非形成部６１ａ，６１ｂの長さ寸法Ｌ２に対する外部Ｑの関係を示す図である。ここで、誘電体導波管共振器２１の底面の４辺のうち最も短い辺の寸法は約２．５ｍｍである。図５から明らかなように、稜ＲＬａ，ＲＬｂに沿った導体非形成部６１ａ，６１ｂの長さ寸法Ｌ２を大きくする程、外部Ｑの値は小さくなる。すなわち、入出力電極と誘電体導波管共振器との結合係数が高まる。第１の実施形態で示した誘電体導波管フィルタにおける外部Ｑの値と比較すると、本実施形態の誘電体導波管共振器の方が、低い外部Ｑが得られる。
【００５３】
このように、誘電体導波管共振器の外部Ｑを低くすることで、より広帯域な周波数特性が得られる。
【００５４】
なお、図４（Ａ）に示した誘電体導波管共振器２１において、導体非形成部６１ｂのうち、稜ＲＬｂに沿って延伸する部分の長さを長くして、導体非形成部６１ａ，６１ｂを非対称としてもよい。導体非形成部６１ｂを稜ＲＬｃに沿ってさらに延伸させてもよい。これらのことにより、外部Ｑの値をさらに小さくできる。
【００５５】
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、３つ以上の誘電体導波管共振器を備える２つの誘電体導波管フィルタの例を示す。
【００５６】
図６（Ａ）は、第３の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１２およびその実装構造を示す斜視図である。また、図６（Ｂ）は、第３の実施形態に係るもう一つの誘電体導波管フィルタ１３およびその実装構造を示す斜視図である。
【００５７】
図６（Ａ）に示す誘電体導波管フィルタ１２は、８つの誘電体導波管共振器２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈを含む。これら誘電体導波管共振器２２ａ〜２２ｈは１つの直線状に配置されている。誘電体導波管共振器２２ａ，２２ｈの底面には、図１（Ａ）または図４（Ａ）に示した入出力電極と同様の入出力電極が形成されている。
【００５８】
プリント基板８２は、先端部が誘電体導波管フィルタ１２の入出力電極とそれぞれ略同じ形状に形成された線路９２ａ，９２ｂと、グランドパターン９２ｃとを備えている。誘電体導波管フィルタ１２の実装状態で、プリント基板８３上の線路９２ａ，９２ｂの先端と、誘電体導波管フィルタ１２の入出力電極とがそれぞれ接続され、誘電体導波管フィルタ１２の導体膜とグランドパターン９２ｃとが接続される。
【００５９】
誘電体導波管共振器２２ａ〜２２ｈは、それぞれ隣接する共振器同士で磁界結合する。そのため、誘電体導波管フィルタ１２は、８段接続された共振器で構成される帯域通過フィルタとして作用する。
【００６０】
図６（Ｂ）に示す誘電体導波管フィルタ１３は、６つの誘電体導波管共振器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆを含む。これら誘電体導波管共振器２３ａ〜２２ｆはＵ字状に配置されている。誘電体導波管共振器２３ａ，２３ｆの底面には、図１（Ａ）または図４（Ａ）に示した入出力電極と同様の入出力電極が形成されている。
【００６１】
プリント基板８３は、先端部が誘電体導波管フィルタ１３の入出力電極とそれぞれ略同じ形状に形成された線路９３ａ，９３ｂと、グランドパターン９３ｃとを備えている。誘電体導波管フィルタ１３の実装状態で、プリント基板８３上の線路９３ａ，９３ｂの先端と、誘電体導波管フィルタ１３の入出力電極とがそれぞれ接続され、誘電体導波管フィルタ１３の導体膜とグランドパターン９３ｃとが接続される。
【００６２】
誘電体導波管共振器２３ａ〜２２ｆは、誘電体導波管共振器２３ａ→２３ｂ→２３ｃ→２３ｄ→２３ｅ→２３ｆの順に結合する。誘電体導波管共振器２３ａから誘電体導波管共振器２３ｃまでの結合は、図６（Ａ）に示した誘電体導波管フィルタ１２と同様に、スリットにより形成されるアイリスを介して結合する。誘電体導波管共振器２３ｄから誘電体導波管共振器２３ｆまでの結合についても同様である。
【００６３】
誘電体導波管共振器２３ｃと誘電体導波管共振器２３ｄとは、上記アイリス以外の構造で結合する。例えば、プリント基板８３に形成された、共振器間結合用の導体パターン非形成部を介して結合する。または、誘電体導波管共振器２３ｃ，２３ｄの互いに対向する面に導体非形成部を設けられて、その導体非形成部を介して結合する。
【００６４】
このように、２つの入出力電極は、引出し方向が略平行になるように形成しても、交差するように形成してもよい。
【００６５】
《第４の実施形態》
第４の実施形態では、トラップフィルタを含む帯域通過フィルタとして用いられる誘電体導波管フィルタの例を示す。
【００６６】
図７（Ａ）は第４の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１４の下方斜視図である。図７（Ｂ）はその底面図である。
【００６７】
図７（Ａ）に示すように、誘電体導波管フィルタ１４は９つの誘電体導波管共振器２４ａ〜２４ｉを備える。誘電体導波管共振器２４ａ〜２４ｉは、これまでに示した実施形態の誘電体導波管共振器と同様のＴＥ110モードの誘電体共振器である。
【００６８】
誘電体導波管共振器２４ａ〜２４ｉは、部分的に２つのスリット３１が設けられて９つの領域が形成された直方体形状の誘電体と、この誘電体の外面に形成された入出力電極５４および導体膜とを備える。誘電体導波管共振器２４ａ〜２４ｉは、スリット３４の形成部を介して連結されているということもできる。
【００６９】
図８は、上記入出力電極５４の形成部の詳細な構造を示す部分拡大底面図である。直方体形状の誘電体の底面には導体非形成部６４ａ１，６４ｂ１，６４ｃ１，６４ｄ１，６４ａ２，６４ｂ２，６４ｃ２がそれぞれ設けられている。（図７（Ａ）では、これら導体非形成部をまとめて導体非形成部「６４」として表している。）導体非形成部６４ａ１，６４ａ２は、誘電体の１側面から、それに対して直交方向に延伸する。導体非形成部６４ｂ１，６４ｂ２は斜め（４５°）方向に延伸する。また、導体非形成部６４ｃ１は上記側面に対する直交方向に延伸し、導体非形成部６４ｃ２，６４ｄ１は上記側面に沿ってそれぞれ延伸する。この導体非形成部６４ｃ１，６４ｃ２，６４ｄ１は本発明に係る「非並行延伸部」の例である。本実施形態では、非並行延伸部は、２つの導体非形成部の延伸長さが異なる非対称形である。
【００７０】
入出力電極部５４ａは、導体非形成部６４ａ１，６４ａ２で挟まれた帯状部であり、入出力電極部５４ｂは、導体非形成部６４ｂ１，６４ｂ２で挟まれた帯状部である。入出力電極部５４ｃは、導体非形成部６４ｃ１，６４ｃ２で挟まれた三角形状部である。なお、入出力電極部５４ｄは、導体非形成部６４ｄ１と導体非形成部６４ｃ２とで挟まれた四角形状部のうち、上記三角形状部５４ｃの残余部である。（図７（Ａ）では、これら入出力電極部５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを、まとめて入出力電極「５４」として表している。）  この例のように、入出力電極は延出方向を中心として左右非対称であってもよい。また、この例のように、２本の導体非形成部の延伸量は不平衡であってもよい。この２本の導体非形成部の延伸量の総量を大きくする程、外部Ｑの値を小さくできる。
【００７１】
上記誘電体導波管共振器２４ｂの入出力構造は、誘電体導波管共振器２４ｈに関しても、左右対称形であることを除いて同様である。
【００７２】
上述のとおり、入出力電極５４は、誘電体にくびれ部によって形成された複数の領域のうち所定の領域の底面の頂点または頂点付近である第１端から底面の内方へ延出している。ここで、「所定の領域の底面の頂点付近」とは、例えば、入出力電極５４の延出長の１／４未満の距離範囲である。上記「所定の領域」とは、入出力を行う誘電体導波管共振器の領域である。また、入出力電極５４の第１端に沿った周囲が導体非形成部であることは、入出力電極５４の延伸方向の始点が導体膜から分離されていることを意味する。
【００７３】
なお、入出力電極５４は、上記所定の領域の頂点付近から延出するものに限らない。頂点を本発明に係る「第１端」として、そこから底面の内方へ延出していてもよい。
【００７４】
誘電体導波管共振器２４ａ〜２４ｉのうち、両端の誘電体導波管共振器２４ａ，２４ｉは入出力部に対して１／４波長分の位相差で結合する。したがって、誘電体導波管共振器２４ａ，２４ｉはそれぞれトラップ共振器として作用する。誘電体導波管共振器２４ｂ〜２４ｈは縦続接続された７段の共振器で構成される帯域通過フィルタとして作用する。
【００７５】
誘電体導波管共振器２４ａと誘電体導波管共振器２４ｉの大きさ（共振空間の大きさ）は異なる。誘電体導波管共振器２４ｂと誘電体導波管共振器２４ｈの大きさ（共振空間の大きさ）も異なる。
【００７６】
なお、誘電体導波管共振器２４ｂと誘電体導波管共振器２４ａとの間には、誘電体の両側面ではなく片側面に１つのスリット３４ａが形成されている。同様に、誘電体導波管共振器２４ｈと誘電体導波管共振器２４ｉとの間には、片側面に１つのスリット３４ｉが形成されている。また、これらスリット３４ａ，３４ｉは、他の誘電体導波管共振器間のスリット３４より大きい。このことにより、導体非形成部６４および入出力電極５４はスリット（３４）に影響されることなく、共振空間の角付近に配置できる。
【００７７】
誘電体導波管共振器２４ａ〜２４ｉは、スリット３４によるアイリスを介して誘電体導波管共振器２４ｂ→２４ｃ→２４ｄ→２４ｅ→２４ｆ→２４ｇ→２４ｈの順に結合する。また、誘電体導波管共振器２４ａと２５ｂはスリット３４ａによるアイリスを介して結合する。同様に、誘電体導波管共振器２４ｈと２５ｉはスリット３４ｉによるアイリスを介して結合する。
【００７８】
図９は誘電体導波管フィルタ１４に対するプリント基板の接続構造を示す平面図である。プリント基板８４には、先端部が上記入出力電極５４（図７（Ｂ）参照）とそれぞれ略同じ形状に形成された線路９４ａ，９４ｂと、グランドパターン９４ｃとを備えている。線路９４ａの両側部には、上面のグランドパターン９４ｃと下面のグランドパターンとを接続する多数のビアホール１０４が配列されている。線路９４ｂの両側部にも、上面のグランドパターン９４ｃと下面のグランドパターンとを接続する多数のビアホール１０４が配列されている。
【００７９】
誘電体導波管フィルタ１４の実装状態で、プリント基板８４上の線路９４ａ，９４ｂの先端と、誘電体導波管フィルタ１４の入出力電極５４とがそれぞれ接続され、誘電体導波管フィルタの導体膜とグランドパターン９４ｃとが接続される。
【００８０】
上記線路９４ａ，９４ｂと上下面のグランドパターンとによってグラウンデッドコプレーナラインが構成される。
【００８１】
図１０は本実施形態の誘電体導波管フィルタ１４の挿入損失および反射損失の周波数特性を示す図である。誘電体導波管フィルタの要求特性は例えば次のとおりである。
【００８２】
［通過帯域］
通過帯域幅：中心周波数ｆｏの±0.425GHz以上
通過帯域での挿入損失：-1.5dB未満
通過帯域での反射損失：-15dB未満
［遮断帯域］
-40dB減衰帯域幅：中心周波数ｆｏの-0.775GHz以上、+0.775GHz以下
減衰帯域での挿入損失：-40dB以下
ここで上記中心周波数ｆｏは例えば数十ＧＨｚである。
【００８３】
本実施形態の誘電体導波管フィルタ１４は、図１０に表れているように、上記要求を満たす。
【００８４】
《第５の実施形態》
第５の実施形態では、トラップフィルタを備え、且つ誘電体導波管共振器の配列を２列にした誘電体導波管フィルタおよびその実装構造を示す。
【００８５】
図１１は第５の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１５ａ，１５ｂおよびその実装構造を示す斜視図である。図１２は誘電体導波管フィルタ１５ａ，１５ｂの下方斜視図およびプリント基板の斜視図である。
【００８６】
図１１に示す誘電体導波管フィルタ１５ａは、５個の誘電体導波管共振器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅを含む。また、誘電体導波管フィルタ１５ｂは、５個の誘電体導波管共振器２５ｆ，２５ｇ，２５ｈ，２５ｉ，２５ｊを含む。これら誘電体導波管共振器２５ａ〜２５ｊはＵ字状に配置されている。
【００８７】
誘電体導波管共振器２５ｂ，２５ｉの底面には、図８に示した入出力電極および導波管非形成部による入出力構造部と同様の入出力構造部５５Ｐａ，５５Ｐｂが形成されている。また、誘電体導波管共振器２５ｅ，２５ｆの下面には、導体非形成部６６ａ，６６ｂが設けられている。
【００８８】
プリント基板８５には、上記入出力構造部５５Ｐａ，５５Ｐｂが対向する基板側入出力構造部９５Ｐａ，９５Ｐｂが設けられている。また、上記導体非形成部６６ａ，６６ｂが対向する基板側導体非形成部１６６ａ，１６６ｂが設けられている。
【００８９】
誘電体導波管フィルタ１５ａ，１５ｂの実装状態で、プリント基板８５上の基板側入出力構造部９５Ｐａ，９５Ｐｂに、誘電体導波管共振器の入出力構造部５５Ｐａ，５５Ｐｂが接続され、基板側導体非形成部１６６ａ，１６６ｂに誘電体導波管共振器の導体非形成部６６ａ，６６ｂが対向する。
【００９０】
誘電体導波管共振器２５ａ〜２５ｊは、スリット３５によるアイリスを介して誘電体導波管共振器２５ｂ→２５ｃ→２５ｄ→２５ｅ→２５ｆ→２５ｇ→２５ｈ→２５ｉの順に結合する。また、誘電体導波管共振器２５ａと２５ｂはスリット３５ａによるアイリスを介して結合する。同様に、誘電体導波管共振器２５ｉと２５ｊはスリット３５ｊによるアイリスを介して結合する。
【００９１】
誘電体導波管共振器２５ｅと２５ｆは、上記基板側導体非形成部１６６ａ，１６６ｂおよび誘電体導波管共振器の導体非形成部６６ａ，６６ｂを介して結合する。
【００９２】
《第６の実施形態》
第６の実施形態では、異なる列の２つの誘電体導波管共振器を、基板を介さずに結合させた誘電体導波管フィルタの例を示す。
【００９３】
図１３は第６の実施形態に係る誘電体導波管フィルタ１６ａ，１６ｂおよびその実装構造を示す斜視図である。図１４は誘電体導波管フィルタ１６ａ，１６ｂの下方斜視図およびプリント基板の斜視図である。
【００９４】
図１３に示す誘電体導波管フィルタ１６ａは、５個の誘電体導波管共振器２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅを含む。また、誘電体導波管フィルタ１６ｂは、５個の誘電体導波管共振器２６ｆ，２６ｇ，２６ｈ，２６ｉ，２６ｊを含む。これら誘電体導波管共振器２６ａ〜２６ｊはＵ字状に配置されている。
【００９５】
誘電体導波管共振器２６ｂ，２６ｉの底面には、図８に示した入出力電極および導波管非形成部による入出力構造部と同様の入出力構造部５６Ｐａ，５６Ｐｂが形成されている。また、誘電体導波管共振器２６ｅ，２６ｆの側面には導体非形成部６７ａ，６７ｂが形成されている。
【００９６】
プリント基板８６には、上記入出力構造部５６Ｐａ，５６Ｐｂが対向する基板側入出力構造部９６Ｐａ，９６Ｐｂが設けられている。
【００９７】
誘電体導波管フィルタ１６ａ，１６ｂの実装状態で、プリント基板８６上の基板側入出力構造部９６Ｐａ，９６Ｐｂに、誘電体導波管共振器の入出力構造部５６Ｐａ，５６Ｐｂが接続され、導体非形成部６７ａ，６７ｂが対向することによって、誘電体導波管共振器２６ｅ，２６ｆは結合する。
【００９８】
《第７の実施形態》
第７の実施形態では、誘電体導波管フィルタを備えるMassive MIMOシステムの例を示す。
【００９９】
5G（第５世代移動通信システム）で有望な無線伝送技術の１つは、ファントムセルとMassive MIMOシステムの組み合わせである。ファントムセルは、低い周波数帯のマクロセルと高い周波数帯のスモールセルとの間で、通信の安定性を確保するための制御信号と高速データ通信の対象であるデータ信号とを分離するネットワーク構成である。各ファントムセルにMassive MIMOのアンテナ装置が設けられる。Massive MIMOシステムはミリ波帯等において伝送品質を向上させるための技術であり、各アンテナ素子から送信される信号を制御して、指向性を制御する。また、多数のアンテナ素子を用いることで、鋭い指向性のビームを生成する。ビームの指向性を高めることで高い周波数帯でも電波をある程度遠くまで飛ばすことができるとともに、セル間の干渉を減らして周波数利用効率を高めることができる。
【０１００】
図１５は上記Massive MIMOシステムで用いられるアンテナ装置１の平面図である。このアンテナ装置１は、縦横に配列された複数のパッチアンテナ２を備える。
【０１０１】
図１６は、アンテナ装置１の構成およびそれに接続されるフロントエンド回路の構成を示す図である。パッチアンテナ２には帯域通過フィルタＢＰＦ１が接続されている。帯域通過フィルタＢＰＦ１とパワーアンプＰＡおよびローノイズアンプＬＮＡとの間にスイッチＳＷが接続されている。ローノイズアンプＬＮＡはベースバンドＩＣの受信信号入力部に接続されている。ベースバンドＩＣの送信信号出力部とパワーアンプＰＡとの間にはミキサーＭＩＸおよび帯域通過フィルタＢＰＦ２が接続されている。ミキサーＭＩＸにはローカルオシレータＯＳＣが接続されている。
【０１０２】
上記帯域通過フィルタＢＰＦ１は送受信周波数帯域を通過させ、その他の周波数成分を除去する。スイッチＳＷは送信信号と受信信号を切り替える。帯域通過フィルタＢＰＦ２は送信信号の周波数帯域を通過させ、その他の周波数成分を除去する。
【０１０３】
上記帯域通過フィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２として、第１の実施形態から第６の実施形態で示した誘電体導波管フィルタを用いることができる。
【０１０４】
本発明の誘電体導波管フィルタは小型に構成できるので、パッチアンテナ２に接続される帯域通過フィルタＢＰＦ１はパッチアンテナ２が形成される基板の例えば裏面に配置してもよい。このことにより、帯域通過フィルタＢＰＦ１付きのパッチアンテナ２を備えるアンテナ装置１が構成される。
【０１０５】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０６】
ＢＰＦ１，ＢＰＦ２…帯域通過フィルタ
ＬＮＡ…ローノイズアンプ
ＭＩＸ…ミキサー
ＯＳＣ…ローカルオシレータ
Ｐ…頂点
ＰＡ…パワーアンプ
ＲＬａ，ＲＬｂ，ＲＬｃ…稜
ＳＷ…スイッチ
１…アンテナ装置
２…パッチアンテナ
１０，１１，１２，１３，１４…誘電体導波管フィルタ
１５ａ，１５ｂ…誘電体導波管フィルタ
１６ａ，１６ｂ…誘電体導波管フィルタ
２０，２１…誘電体導波管共振器
２０ａ，２１ａ…導体膜
２２ａ〜２２ｈ…誘電体導波管共振器
２３ａ〜２３ｆ…誘電体導波管共振器
２４ａ〜２４ｉ…誘電体導波管共振器
２５ａ〜２５ｊ…誘電体導波管共振器
２６ａ〜２６ｊ…誘電体導波管共振器
３０，３１，３４…スリット
３４，３４ａ，３４ｉ…スリット
３５，３５ａ，３５ｊ…スリット
４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ…側面
４０ｃ，４１ｃ…底面
５０，５４…入出力電極
５１ｂ，５１ｃ…入出力電極
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ…入出力電極部
５５Ｐａ，５５Ｐｂ…入出力構造部
５６Ｐａ，５６Ｐｂ…入出力構造部
６０，６１，６４…導体非形成部
７０ａ，７０ｂ…導体非形成部
７１ａ，７１ｂ…導体非形成部
６４ａ１，６４ｂ１，６４ｃ１，６４ｄ１，６４ａ２，６４ｂ２，６４ｃ２…導体非形成部
６６ａ，６６ｂ…導体非形成部
６７ａ，６７ｂ…導体非形成部
８０〜８６…プリント基板
９０ａ，９０ｂ，９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂ…線路
９０ｃ，９１ｃ，９２ｃ，９３ｃ，９４ｃ…グランドパターン
９５Ｐａ，９５Ｐｂ…基板側入出力構造部
９６Ｐａ，９６Ｐｂ…基板側入出力構造部
１００…誘電体導波管フィルタ
１０２…誘電体導波管共振器
１０２ａ…側面
１０２ｂ…底面
１０３…スリット
１０４…ビアホール
１０５…入出力電極
１０６，１０７…導体非形成部
１６６ａ，１６６ｂ…基板側導体非形成部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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