(57)【要約】リエントラント型共振空洞１２は、金属化プラスチック・コンポーネントとして製造されてもよい３つの部品１８、１９、および２０を含む。３つの部品１８、１９、および２０は、表面実装技術を使用して多層ＰＣＢ２３にはんだ付けされる。リエントラント型スタブ１６は、２つの部分で存在し、誘電性材料が２つの部分間にＰＣＢ２３によって設けられる。スタブ１６を囲む円柱壁１３もまた、ＰＣＢ２３によって２つのセクション２１および２２に分割される。バイア２４および２５は、ＰＣＢ２３によって分離された部品を電気接続する。バイア２４および２５のパターンは、空洞のインダクタンス、したがって、その共振周波数を決定する。これは、同じ幾何学的形状を有する空洞が、貫通接続の異なる構成を使用することによって異なる共振周波数で動作することを可能にする。バイアのセットのうちの１つのセットは、一部の空洞において省略されてもよい。
2010504063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振空洞であって、第１空洞部品および第２空洞部品を備え、前記それぞれの部品は、共振容積を少なくとも部分的に画定する導電性表面を有し、前記第１空洞部品と前記第２空洞部品との間の誘電性材料と、前記第１空洞部品と前記第２空洞部品を電気接続するための、前記誘電性材料を貫通する導電性経路とを備える空洞。
【請求項２】
リエントラント型共振空洞であり、前記容積内に延在するリエントラント型スタブを含む請求項１に記載の空洞。
【請求項３】
前記第１空洞部品は、前記リエントラント型スタブの少なくとも一部分および前記スタブがそこから延在する第１空洞壁を含む請求項２に記載の空洞。
【請求項４】
前記スタブは２つの部分で存在し、前記２つの部分間の誘電性材料および前記２つの部分を電気接続するための前記誘電性材料を貫通する導電性経路が存在する請求項３に記載の空洞。
【請求項５】
前記スタブを少なくとも部分的に囲む第２空洞壁を含み、また、前記第２空洞壁と前記第１空洞部品との間の誘電性材料および前記第２空洞壁と前記第１空洞部品を電気接続するための前記誘電性材料を貫通する導電性経路を含む請求項４に記載の空洞。
【請求項６】
前記誘電性材料は、前記第１空洞部品と前記第２空洞壁との間に延在し、かつ、前記スタブの前記２つの部分の間に延在する平面部材によって提供され、前記導電性経路を提供するために前記平面部材を貫通する導電性バイアを含む請求項５に記載の空洞。
【請求項７】
複数のリエントラント型共振空洞を含むフィルタ機構であって、前記複数のリエントラント型共振空洞の少なくとも１つは、第１空洞部品および第２空洞部品を備え、前記部品は、共振容積を少なくとも部分的に画定する導電性表面を有し、前記第１空洞部品と前記第２空洞部品との間の誘電性材料と、前記第１空洞部品と前記第２空洞部品を電気接続するための、前記誘電性材料を貫通する導電性経路とを備えるフィルタ機構。
【請求項８】
前記複数の空洞のうちの少なくとも一部の空洞は、リエントラント型スタブを含み、かつ、それぞれの異なる空洞について同じように形作られたコンポーネントを備え、前記少なくとも一部の空洞の前記導電性経路は、それぞれの空洞について異なる共振周波数を提供するよう異なって構成される請求項７に記載のフィルタ機構。
【請求項９】
前記誘電性材料は、前記複数の空洞のうちの２つ以上の空洞に含まれる平面部材によって提供される請求項７または８に記載のフィルタ機構。
【請求項１０】
前記誘電性材料は、プリント回路板によって提供され、前記プリント回路板は、前記複数の空洞に含まれる空洞間で結合するための少なくとも１つの導電性トラックを担持する請求項７、８、または９に記載のフィルタ機構。
【請求項１１】
共振空洞を製造する方法であって、第１空洞部品および第２空洞部品を形成するステップを含み、前記部品は、前記空洞の共振容積を少なくとも部分的に画定する導電性表面を有し、前記第１空洞部品と前記第２空洞部品との間に誘電性材料を位置付けるステップと、前記第１空洞部品と前記第２空洞部品を電気接続するための、前記誘電性材料を貫通する導電性経路を画定するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記空洞は、前記容積内に延在するリエントラント型スタブを備えるリエントラント型共振空洞であり、前記スタブの少なくとも一部分および前記スタブがそこから延在する空洞壁を含むコンポーネントとして、前記第１空洞部品を形成するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振空洞、および、こうした空洞を製造する方法に関する。より詳細には、しかし、排他的ではなく、本発明は、表面実装技法を使用して製造されるリエントラント型共振空洞およびマルチ共振器フィルタ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振空洞は、導電性表面によって境界を付けられ、かつ、その中で、発振電磁界が持続可能である閉囲容積を有するデバイスである。共振空洞は、例えば、フィルタとして使用され、優れたパワー・ハンドリング能力および低いエネルギー損失を有する可能性がある。いくつかの共振空洞が結合されて、精巧な周波数選択性動作を達成してもよい。
【０００３】
共振空洞は、金属でミリングされるか、または、金属から鋳造されることが多い。動作周波数は、必要とされる空洞のサイズを決定し、マイクロ波範囲では、サイズおよび重量はかなりのものになる。リエントラント（ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ）型共振空洞では、空洞容積内の電磁界の電界部分と磁界部分は、本質的に幾何学的に分離され、同じ共振周波数を有する円柱空洞のサイズと比較して、空洞のサイズが低減されることが可能になる。
【０００４】
共振空洞の幾何学的形状が、その共振周波数を決定するため、高い機械的精度が必要とされ、付加的に、または別法として、ポスト・プロダクション同調が適用される。例えば、空洞容積内に可変量だけ突出する同調ねじなどの、同調メカニズムが設けられてもよく、また、同調メカニズムは手動で調整される。図１は、手動調整式同調メカニズムを含むリエントラント型共振空洞１を概略的に示す。空洞１は、円柱外壁３、端壁４および５、ならびに、端壁４の一方から延在するリエントラント型スタブ６によって画定される閉囲容積２を有する。電界は、スタブ６の端面８と端面８に向かい合う空洞壁５の部品９との間の容量性ギャップ７に集中する。端面８は、スタブ６の長手方向軸Ｘ−Ｘに位置合わせされたブラインド穴１０を含む。同調ねじ１１は、端壁５から穴１０内に突出する。エネルギーは、共振空洞内に結合され、オペレータは、矢印で示すように、端面８に対して軸方向に同調ねじ１１を移動させるときの、共振周波数に対する影響を監視して、容量性ギャップのキャパシタンス値を変更する。これは、空洞の共振周波数が、要求される値に調整されることを可能にする。
【０００５】
空洞の重量を減らす１つの知られている方法は、空洞をプラスチックで製造し、その表面を薄い金属フィルムで被覆することである。ミリングが使用されて、プラスチックを形作る場合、十分な精度を達成することが難しい可能性があり、また、表面粗さが問題となる場合がある。成形は、別の手法であるが、特に、空洞がフィルタとして組み合わされるとき、ツーリングは高価である。例えば、典型的なマルチ共振器フィルタでは、含まれる共振器のほとんどの共振周波数は、互いに異なる。フィルタの機能は、共振器について、少し異なる共振周波数、したがって、少し異なる幾何学的形状を必要とする。結果として、成形技法、例えば、プラスチック射出成形が使用される場合、単一成形型枠が、共振器のすべてを画定するよう構成されなければならない。こうした複雑な型枠は、十分な精度で作ることが難しく、そのため、かなりのコストを伴う。
【０００６】
Ｔ．Ｊ．Ｍｕｅｌｌｅｒ、「ＳＭＤ−ｔｙｐｅ  ４２ＧＨｚ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｆｉｌｔｅｒ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐ．、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、２００３、１０８９〜１０９２頁は、表面実装はんだ付けを使用した導波路フィルタの製造を記載しており、表面実装はんだ付けにおいて、導波路壁のうちの１つを画定するためのボード金属化を使用して、Ｕ形状金属フィルタ部品が、プリント回路板（ＰＣＢ）上ではんだ付けされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
Ｔ．Ｊ．Ｍｕｅｌｌｅｒ、「ＳＭＤ−ｔｙｐｅ  ４２ＧＨｚ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｆｉｌｔｅｒ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐ．、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、２００３、１０８９〜１０９２頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様によれば、共振空洞は、第１空洞部品および第２空洞部品を備え、部品は、共振容積を少なくとも部分的に画定する導電性表面を有する。誘電性材料は、第１空洞部品と第２空洞部品との間に含まれ、導電性経路は、第１空洞部品と第２空洞部品を電気接続するために、誘電性材料を貫通して延在する。
【０００９】
空洞の共振周波数を支配するパラメータのうちの１つのパラメータは、そのインダクタンスである。動作中、共振容積を画定する空洞の表面の周りに電流が流れる。空洞内の長い電流経路は、増大したインダクタンス、そのため、低い共振周波数を与える。本発明を使用することによって、導電性経路の構成が選択されて、第１および第２空洞部品の幾何学的形状を変更する必要なしで、空洞内に含まれるインダクタンスを制御する、したがって、共振周波数を同調させることができる。これは、考えられる共振周波数の範囲内に入る共振周波数を持つように製造されることが可能な空洞を作る費用効果的な方法を提供する。１つの利点は、特定の空洞部品を形成するために高価なツーリングが必要とされる場合、可能性のある共振周波数の範囲内のすべての所望の共振周波数について高価なツーリングが提供される必要がないことである。そのため、例えば、空洞部品が、例えば射出成形によって金属化プラスチックから形成される場合、単一のより複雑な、そのため、より高価な成形型枠だけが必要とされ、導電性経路は、正確な共振周波数を得るよう適切に構成される。これは、共振空洞が、共振容積内に延在するリエントラント型スタブを有するリエントラント型空洞である場合に特に有用である。こうした空洞の寸法は、所望の性能を達成するために、精密公差に関して再現性がなければならず、コストの増加をもたらす要求を製造プロセスに課す。そのため、本発明は、総コストを低減することができる。
【００１０】
導電性経路は、例えば、単一の円周トラックによって画定されてもよい。しかし、導電性経路は、より一般的は、複数のトラックによって画定される。空洞部品間の誘電性材料は、平面部材によって提供されてもよく、平面部材は、精密な寸法が達成されることを可能にする好都合な形状である。例えば、誘電性材料は、プリント回路板によって提供されてもよい。プリント回路板（ＰＣＢ）の使用は、表面実装技術にとって特に適しており、製造中におけるＰＣＢ上での第１および第２空洞部品の精密な位置決めを補助する。平面部材を貫通するバイアは、導電性経路を提供するために、金属でコーティングされるか、または、金属で充填されてもよい。バイアは、例えば、穴の円形配置として形成されてもよく、または、弧状充填スロットからなることができる。貫通接続（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）の間隔および直径は、導電性経路の特定の構成によって得られるインダクタンスに影響を及ぼす。空洞内に確立したいと思われる電流に応じて、他の配置が可能である。
【００１１】
リエントラント型共振空洞では、スタブは２つの部分として形成され、誘電性材料は、導電性経路が誘電性材料を貫通した状態で２つの部分の間に位置付けられてもよい。別法として、または付加的に、スタブを少なくとも部分的に囲む空洞壁は、誘電性材料を貫通する導電性経路によって別の空洞部品に接続されてもよい。両方の可能性が空洞に含まれる場合、これらの可能性の一方だけが利用可能である場合に比べて、より広い範囲の共振周波数が利用可能であることを可能にし、それにより、その共振周波数から実際の動作共振周波数が選択されてもよい。
【００１２】
本発明の別の態様では、フィルタ機構は、複数のリエントラント型共振空洞を含み、その中の少なくとも１つのリエントラント型共振空洞は、第１空洞部品および第２空洞部品を備え、第１空洞部品と第２空洞部品との間の誘電性材料と、第１空洞部品と第２空洞部品を電気接続するための、誘電性材料を貫通する導電性経路とを有する。第１空洞部品は、空洞がリエントラント型空洞である場合、リエントラント型スタブの少なくとも一部分を含んでもよく、また第１空洞部品は、本発明を使用することによって、複数の空洞が異なる共振周波数を有する必要があっても、フィルタ機構に含まれる複数の空洞について同一であってよい。本発明の一実施形態では、ＰＣＢが、複数の共振空洞内に含まれて、複数の共振空洞のそれぞれにおいて誘電性材料を提供する。ＰＣＢは、フィルタ機構に含まれる空洞間を結合するための少なくとも１つの導電性トラックを担持してもよい。導電性トラックの幾何学的形状は、導電性トラックが、空洞に出入りするようエネルギーを結合するために働く場合、フィルタ内の空洞間の結合に影響を及ぼす。異なる幾何学的形状は、ＰＣＢ上で容易に実施される可能性があり、さらなる設計の自由度を与える
【００１３】
本発明を使用することによって、同一の第１空洞部品が、異なる共振周波数を有するそれぞれのリエントラント型共振空洞に含まれてもよい。これは、総合ツーリング・コストを低減することを可能にする。それは、各共振周波数が個々の成形型枠を要求する場合に比べて量が多いためである。これは、複数のリエントラント型共振空洞がフィルタ機構において組み合わされる場合、特に有利である。
【００１４】
本発明のさらなる態様では、共振空洞を製造する方法は、第１空洞部品および第２空洞部品を形成するステップを含み、部品は、空洞の共振容積を少なくとも部分的に画定する導電性表面を有し、第１空洞部品と第２空洞部品との間に誘電性材料を位置付けるステップと、第１空洞部品と第２空洞部品を電気接続するための、誘電性材料を貫通する導電性経路を画定するステップとを含む。誘電性材料は、例えば、ＰＣＢによって提供され、ＰＣＢは自動化製造に特に適する。
【００１５】
次に本発明によるいくつかの方法および実施形態を、例としてのみ、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】以前に知られているリエントラント型共振空洞の略図である。
【図２ａ】本発明による、リエントラント型共振空洞およびその製造方法を示す略断面図である。
【図２ｂ】本発明による、リエントラント型共振空洞およびその製造方法を示す略断面図である。
【図２ｃ】本発明による、リエントラント型共振空洞およびその製造方法を示す略断面図である。
【図３】図２のリエントラント型共振空洞のうちの１つのリエントラント型共振空洞の部品の詳細図である。
【図４】図２のリエントラント型共振空洞のうちの１つのリエントラント型共振空洞の部品の詳細図である。
【図５】本発明によるフィルタ機構の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２（ａ）を参照すると、リエントラント型マイクロ波共振空洞１２は、各端にそれぞれ第１端壁１４および第２端壁１５を有する円柱壁１３を備える。スタブ１６は、円柱壁１３の長手方向軸Ｘ−Ｘに沿って第１端壁１４から延在する。円柱壁１３、端壁１４および１５、ならびにスタブ１６は、共振容積１７を画定する。
【００１８】
空洞１２は、３つのコンポーネント部品１８、１９、および２０を含む。円柱壁１３のセクション２１、第１端壁１４、およびスタブ１６の一部分は、単一成形プラスチック・コンポーネント１８として一体に形成され、プラスチック・コンポーネント１８の内部表面は、銀層で金属化される。円柱壁１３の別のセクション２２および第２端壁１５は、別の一体化コンポーネント１９に含まれ、スタブの端部分２０は、また、単一アイテムとして別個に形成される。多層ＰＣＢ２３は、空洞１２に含まれる。第１コンポーネント１８は、精密な配置を得るために、表面実装技術を使用してＰＣＢ２３の一方の面上に実装される。一体化コンポーネント１９は、ＰＣＢ２３の他の面上に実装され、２つの円柱壁セクション２１および２２の内部表面が整列するように位置付けされる。スタブ１６の端部分２０は、やはり、表面実装技術を使用して、一体化コンポーネント１９の内部で中央に実装されて、コンポーネント部品間の精密な相対位置決めが得られる。ＰＣＢ２３に隣接するコンポーネント表面は、製造プロセス中に金属化され、ＰＣＢ２３上の対応するはんだパッドにはんだ付けされる。
【００１９】
ＰＣＢ２３を貫通する金属充填バイア２４の円形パターンは、円柱壁１３の２つのセクションを接続し、ＰＣＢ２３に隣接して位置する表面の金属化によって２つのセクション間に導電性経路を提供する。バイア２４は、円柱壁１３の内部表面の直径と同じである直径上に位置する。ＰＣＢ２３はまた、スタブ１６の２つの部分間に導電性経路を設けるためにバイア２５の第２パターンを含む。バイア２５が載る円の直径は、スタブ１６の直径に相当する。こうして、この空洞では、バイア２４および２５の２つのセットが位置付けられて、空洞１２の内部表面間において考えられる最短経路、そのため、この空洞幾何学的形状についての最小インダクタンスを提供する。相応して、共振周波数は、利用可能な範囲で達成可能な最高値である。
【００２０】
図２（ｂ）を参照すると、図２（ａ）に示すものに対する代替の導電性経路構成では、円柱壁１３の２つのセクション間の金属性貫通接続２４は、円柱壁１３の外径に整列するように位置決めされた複数の金属充填穴によって画定される。スタブ１６の２つの部分を接続するバイア２５は、図２（ａ）に示す構成の直径より小さい直径上にある。図２（ｂ）に示すようにバイア２４および２５を位置付けることは、図２（ａ）に示す電流経路と比べて長い電流経路、したがって、低い共振周波数をもたらす。図２（ｃ）は、別の配置を示し、スタブ１６の２つの部分を接続するバイア２５は、図２（ａ）に示すバイアに比較して内側に移動しているが、円柱壁１３のセクションを接続する外側バイア２４は同じ位置にある。この構成は、図２（ａ）に示す構成に比較して増加したインダクタンスを与えるが、図２（ｂ）に示す構成に関して達成される変化ほどの大きな変化を与えない。
【００２１】
図３は、図２（ａ）に示す空洞のバイア２４および２５の配置を概略的な３次元形態で示す。図３はまた、信号が、空洞を出入りするように結合されるための２つの弧状結合コネクタ２６および２７を示し、弧状結合コネクタ２６および２７は多層ＰＣＢ２３の層のうちの１つに含まれる。コネクタの幾何学的形状は、異なる結合性能を達成するために変更されてもよい。
【００２２】
図４を参照すると、ＰＣＢ２３は、金属化層から金属をエッチング除去することによって画定された金属領域２３ａおよび２３ｂを含む。このパターンは、ＰＣＢ２３の両面に含まれ、スタブ部分は、中心金属領域２３ｂ上にはんだ付けされ、また、空洞の外側有効域は、外側領域２３ａにはんだ付けされる。
【００２３】
図２（ａ）に示す空洞のコンポーネント部品１８、１９、および２０は、金属化成形プラスチックである。他の実施形態では、これらのコンポーネントの一部またはすべては、完全に金属であってよく、または、他の技法を使用して製造されてもよい。
【００２４】
考えられる共振周波数範囲の増加を実現するために、円柱壁の厚さは、その全長に沿って、またはフランジとして、フランジがＰＣＢに面し、かつ、ＰＣＢに固定されるところで増加させてもよい。
【００２５】
空洞にわたって延在する単一ＰＣＢに対する代替として、誘電性材料が、スタブの部分間に位置する別個のピースおよび周囲円柱壁の２つのセクション間の別のピースによって設けられてもよい。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、リエントラント型共振空洞は、図２（ａ）の空洞に示す２つと比較して、バイアのセットの一方を含むだけである。スタブは、２つの部分ではなく単一ピースで形成され、周囲円柱壁は、誘電性材料によって２つの部品に分離される。誘電性材料が、例えば、共振容積にわたって延在するＰＣＢによって提供される場合、スタブは、１つのピースであり、ＰＣＢを貫通して延在するアパーチャを通して突出することができる。これは、現在の製造制約のために、小さな直径のスタブについてのみ実用可能である可能性がある。
【００２７】
代替の実施形態では、スタブは、介在する誘電性材料を有する２つの部分で作られ、円柱の周囲空洞壁は、単一ピースである。
【００２８】
図５を参照すると、フィルタ機構２８は、複数のリエントラント型共振空洞２９、３０、および３１を備え、リエントラント型共振空洞はそれぞれ、共通の介在ＰＣＢ３２を有する同一のコンポーネント部品を含む。ＰＣＢ３２を貫通する貫通接続バイアは、他の空洞と異なる共振周波数で各空洞が動作するように異なって構成される。空洞間の接続は、ＰＣＢ３２に含まれる導電性トラックによって行われる。
【００２９】
本発明は、本発明の本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化され、また他の方法によって実施されてもよい。述べられる実施形態および方法は、すべての点で、制限的でなく、単に例証的であるとして考えられる。したがって、本発明の範囲は、先の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって指示される。特許請求の範囲の均等性の意味および範囲内に入るすべての変更は、特許請求の範囲の範囲内に包含される。
【図１】
2010504063.tif 000003
【図２ａ】
2010504063.tif 000004
【図２ｂ】
2010504063.tif 000005
【図２ｃ】
2010504063.tif 000006
【図３】
2010504063.tif 000007
【図４】
2010504063.tif 000008
【図５】
2010504063.tif 000009
【国際調査報告】
2010504063.tif 000010
2010504063.tif 000011
2010504063.tif 000012