(57)【要約】  直方体形状の誘電体ブロック２に、その側面２ｃ，２ｄに沿って配列され、且つ側面２ｃ，２ｄに対して平行で且つ互いに平行となるように延在する複数の１／４波長型共振器３Ａ１〜３Ａ４；３Ｂ１〜３Ｂ４を形成してなる基地局通信装置用誘電体フィルタ１。誘電体ブロック２は比誘電率が５〜２０の誘電体セラミックスからなり、誘電体ブロック２の側面２ｃ，２ｄと直交する方向の寸法Ｈは１０〜３０ｍｍである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直方体形状の誘電体ブロックに、該誘電体ブロックの側面に沿って配列され、且つ前記側面に対して略平行で且つ互いに略平行となるように延在する複数の１／４波長型共振器を形成してなる基地局通信装置用誘電体フィルタであって、
前記誘電体ブロックは比誘電率が５〜２０の誘電体セラミックスからなり、前記誘電体ブロックの前記側面と直交する方向の寸法は１０〜３０ｍｍであることを特徴とする、１．５〜４ＧＨｚの周波数帯での使用に適した基地局通信装置用誘電体フィルタ。
【請求項２】
前記誘電体フィルタの挿入損失は０．８ｄＢ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の基地局通信装置用誘電体フィルタ。
【請求項３】
前記誘電体フィルタの出力は１０〜５０Ｗであることを特徴とする、請求項１に記載の基地局通信装置用誘電体フィルタ。
【請求項４】
前記誘電体セラミックスは、材料Ｑ値が５０００以上であることを特徴とする、請求項１に記載の基地局通信装置用誘電体フィルタ。
【請求項５】
前記誘電体セラミックスは、熱伝導度が３〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする、請求項１に記載の基地局通信装置用誘電体フィルタ。
【請求項６】
前記誘電体セラミックスは、比熱が６００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）以上であることを特徴とする、請求項１に記載の基地局通信装置用誘電体フィルタ。
【請求項７】
前記誘電体セラミックスはＡｌ２Ｏ３を４０モル％以上含有する組成物を主成分とするアルミナ系セラミックスであることを特徴とする、請求項１に記載の基地局通信装置用誘電体フィルタ。
【請求項８】
前記誘電体セラミックスは、組成式ａＡｌ２Ｏ３−ｂＺｒＯ２−ｃＴｉＯ２−ｄＳｎＯ２（式中、０．４０６８＜ａ＜０．９５５０、０＜ｂ＜０．１４８３、０．０２２５＜ｃ＜０．３２６３、０．０２０３＜ｄ＜０．１１８６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）で表されるアルミニウム、ジルコニウム、チタン、スズ及び酸素からなる組成物を主成分とするアルミナ系セラミックスであることを特徴とする、請求項１に記載の基地局通信装置用誘電体フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波などの高周波で用いられる誘電体ブロックを用いた基地局通信装置用の誘電体フィルタに関するものであり、特に、半同軸空洞共振器を用いることなく低損失を実現でき且つ高出力の基地局通信装置での使用に適した誘電体フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の通信システムにおいては、人が持ち歩けるような小型軽量な携帯端末と、それぞれの携帯端末との通信をする固定の基地局通信装置とが使用される。これらの多くの通信システムで使用される電波の多くは、携帯端末にて発振され送信されて基地局通信装置にて受信される基地局受信用の周波数帯と、基地局通信装置にて発振され送信されて携帯端末にて受信される基地局送信用の周波数帯とに分かれている。携帯端末及び基地局通信装置のいずれにおいても、装置の内部では、フィルタを用いて送信信号と受信信号とが干渉しあわないように電波を分離し、それぞれの電波に対して信号処理を行っている。【０００３】
携帯端末で使用されるフィルタとしては、たとえば特許文献１に記載されているような、セラミックフィルタが挙げられる。携帯端末は人が持ち歩きやすいように技術の進歩とともに軽量化及び小型化が進められてきており、そこに使用されるフィルタも小型化されてきている。【０００４】
一方、基地局側では通信エリアが広いため高出力の通信装置を用いて電波をアンテナから放射する必要があり、このため基地局通信装置用の送信側フィルタとしては、半導体装置等で増幅された大電力を無駄なくアンテナに供給するため、低損失なものが要求されている。特に、送信側フィルタでは、フィルタによる損失のため熱が発生することでフィルタ自身の温度が高く上昇するようなことがない構造にしなければならなかった。【０００５】
このため、基地局通信装置においては、例えば非特許文献１に記載されているように、一般に半同軸空洞共振器と呼ばれる金属の筐体に挿入された金属棒を共振素子として用いたタイプのフィルタが使用されている。このようなフィルタは、低損失であり、金属でできているので放熱性や発生した熱の伝導性も良いので高温になりにくい。しかし、半同軸空洞共振器は、寸法が大きく、価格も高価である。【０００６】
ところで、近年、高速大容量の通信方式が実現し、通信周波数帯として１．５〜４ＧＨｚを使用する通信システムが登場している。このような通信システムでは、携帯端末の数が増え基地局の回線が増えたことに対応して、１つのセルの通信エリアを狭くし、その代わりにセル数を増やして、広いエリアをカバーする傾向にある。そのため、基地局の数も増加してきている。このような多数の基地局に設置される通信装置のフィルタとして上記のような半同軸空洞共振器によるものを用いると、フィルタが大きく、重く、また、高価で、量産には向かないという問題が顕著になる。【０００７】
そこで半同軸空洞共振器によるフィルタに代わる、小型軽量で、安価かつ容易に量産できる実用的な基地局通信装置用フィルタが求められている。【０００８】
小型軽量化の観点からは、比誘電率の高い誘電体セラミックスを用いることが好ましい。すなわち、誘電体共振器は軸方向の長さが１／（比誘電率）１／２にほぼ比例し、比誘電率が大きくなればなるほど軸方向寸法は短縮される。半同軸空洞共振器は、誘電体として空気（比誘電率が約１）を用いた１／４波長型誘電体フィルタであり、２ＧＨｚに共振周波数を持つ半同軸空洞共振器の軸方向長さは３７．５ｍｍとなる。これに対して、比誘電率４０の誘電体セラミックスを用いた１／４波長型誘電体フィルタでは、共振器の軸方向長さは５．９３ｍｍとなり、半同軸空洞共振器の場合の約１／６に短縮される。【０００９】
１ＧＨｚより低い周波数帯の通信システムにおいて基地局通信装置用フィルタを誘電体セラミックスのブロックを用いて形成したものとしては、例えば特許文献２に記載されているものが挙げられる。ここで示されている具体例では、比誘電率４０のセラミックスのブロックを用いており、該ブロックの寸法は、長さが７７．６ｍｍで、幅が１１．７４ｍｍで、高さが１１．５４ｍｍである。送信周波数は８２５ＭＨｚ〜８４５ＭＨｚで、受信周波数は８７０ＭＨｚ〜８９０ＭＨｚであり、電気特性としては、挿入損失が１．６ｄＢで受信信号を５５ｄＢ減衰させたことが記載されている。また、特許文献３にも、比誘電率４０のセラミックスのブロックを用いた誘電体フィルタが開示されている。該ブロックの寸法は、長さが８１．３ｍｍで、幅が３０．０ｍｍで、高さが２０．４ｍｍであり、送信周波数は４５３ＭＨｚ〜４５７．４７５ＭＨｚで、受信周波数は４６３ＭＨｚ〜４６７．４７５ＭＨｚである。【００１０】
しかし、誘電体セラミックスを使用し且つ１ＧＨｚ以上の周波数帯で使用される実用的な基地局通信装置用誘電体フィルタは、従来、提案されていない。【００１１】
尚、特許文献４には、１ＧＨｚ以上の周波数帯で使用される誘電体共振器の材料として、高誘電率でＱが大きく共振周波数の温度依存特性が良い誘電体セラミックスが開示されている。しかしながら、１ＧＨｚ以上の高い周波数帯では、高誘電率の誘電体セラミックスからなる誘電体ブロックを使用すると、誘電体ブロックの寸法精度が厳しく要求されるようになり、加工上の困難性が増大し、製作コストが増加し、実用的ではなくなる。そこで、たとえば特許文献５に記載されているように、比誘電率が１０〜２０の誘電体セラミックスを用いて誘電損失を小さくし且つ共振周波数の温度係数も小さくすることが、提案されている。また、特許文献６には、比誘電率が２０以下で共振周波数の温度係数が小さく且つＱ値の高い誘電体セラミックスが開示されている。
【特許文献１】特表２０００−５１５３３６号公報
【特許文献２】特表昭５９−５００１９８号公報
【特許文献３】特開昭６１−２６２３０１号公報
【特許文献４】特開平４−３００２４３号公報
【特許文献５】特開２００２−２０１０６２号公報
【特許文献６】特開２００２−８０２７３号公報
【非特許文献１】MICROWAVE FILTERS, IMPEDANCE-MATCHINGNETWORKS,AND COUPLING STRUCTURES SEC.8.13, COMB-LINE, BAND PASS FILTRSMcGraw-Hill 1964
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記特許文献２に記載されているように、１ＧＨｚより低い周波数帯においてさえ、誘電体セラミックスを用いた誘電体フィルタの挿入損失は１．０ｄＢより大きい。このため、誘電体セラミックスを用いて、１ＧＨｚ以上とくに１．５ＧＨｚ以上の周波数帯で使用され且つ挿入損失が低く且つ高出力の基地局通信装置での使用に適したフィルタを構成することなどは、思いもよらぬことであった。前記特許文献４〜６にも、基地局通信装置用誘電体フィルタへの適用についての言及はない。【００１３】
さらに、高出力が要求される基地局通信装置用の誘電体フィルタでは、前記のように温度が上昇し特性が劣化しやすいという問題があるが、従来の誘電体フィルタ用の誘電体セラミックスは、前記特許文献４〜６に記載されているように、共振周波数の温度係数を小さくし且つ材料Ｑ値を高くすることを目的として開発されており、熱伝導または放熱については考慮されていなかった。【００１４】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、半同軸空洞共振器を用いることなく、低損失で発熱が少なく、高出力が可能で実用的な基地局通信装置用誘電体フィルタを提供することである。【００１５】
本発明の他の目的は、半同軸空洞共振器を用いることなく、放熱特性が良好で、実用的な基地局通信装置用誘電体フィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
略直方体形状の誘電体ブロックに、該誘電体ブロックの側面に沿って配列され、且つ前記側面に対して略平行で且つ互いに略平行となるように延在する複数の１／４波長型共振器を形成してなる基地局通信装置用誘電体フィルタであって、
前記誘電体ブロックは比誘電率が５〜２０の誘電体セラミックスからなり、前記誘電体ブロックの前記側面と直交する方向の寸法は１０〜３０ｍｍであることを特徴とする、１．５〜４ＧＨｚの周波数帯での使用に適した基地局通信装置用誘電体フィルタ、
が提供される。【００１７】
本発明の一態様においては、前記誘電体フィルタの挿入損失は０．８ｄＢ以下である。本発明の一態様においては、前記誘電体フィルタの出力は１０〜５０Ｗである。【００１８】
本発明の一態様においては、前記誘電体セラミックスは、材料Ｑ値が５０００以上である。本発明の一態様においては、前記誘電体セラミックスは、熱伝導度が３〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。本発明の一態様においては、前記誘電体セラミックスは、比熱が６００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）以上である。【００１９】
本発明の一態様においては、前記誘電体セラミックスはＡｌ２Ｏ３を４０モル％以上含有する組成物を主成分とするアルミナ系セラミックスである。本発明の一態様においては、前記誘電体セラミックスは、組成式ａＡｌ２Ｏ３−ｂＺｒＯ２−ｃＴｉＯ２−ｄＳｎＯ２（式中、０．４０６８＜ａ＜０．９５５０、０＜ｂ＜０．１４８３、０．０２２５＜ｃ＜０．３２６３、０．０２０３＜ｄ＜０．１１８６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）で表されるアルミニウム、ジルコニウム、チタン、スズ及び酸素からなる組成物を主成分とするアルミナ系セラミックスである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、比誘電率が５〜２０の誘電体セラミックスからなり且つ誘電体ブロック側面と直交する方向の寸法が１０〜３０ｍｍである誘電体ブロックを用いるので、低損失で発熱が少なく、１．５〜４ＧＨｚの周波数帯で好適に使用され、高出力が可能で実用的な基地局通信装置用誘電体フィルタが提供される。【００２１】
すなわち、特定の特性を有する誘電体セラミックスを用いて特定の寸法を持つ略直方体形状の誘電体ブロックを形成し、該誘電体ブロックを用いて誘電体フィルタを作製することにより、使用周波数が１．５〜４ＧＨｚと高くても、挿入損失を著しく改善することができ、発熱を抑え、放熱性の良い誘電体フィルタとすることができる。かくして、半同軸空洞共振器を用いることなく、実用的な小型の基地局通信装置用誘電体フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の基地局通信装置用誘電体フィルタの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の基地局通信装置用誘電体フィルタの断面図である。
【図３】実施例１で得られた誘電体フィルタの受信側フィルタ部の周波数特性図である。
【図４】実施例１で得られた誘電体フィルタの送信側フィルタ部の周波数特性図である。
【図５】比較例１で得られた誘電体フィルタの受信側フィルタ部の周波数特性図である。
【図６】比較例１で得られた誘電体フィルタの送信側フィルタ部の周波数特性図である。
【図７】比較例２で得られた誘電体フィルタの受信側フィルタ部の周波数特性図である。
【図８】比較例２で得られた誘電体フィルタの送信側フィルタ部の周波数特性図である。
【図９】比較例３で得られた誘電体フィルタの受信側フィルタ部の周波数特性図である。
【図１０】比較例３で得られた誘電体フィルタの送信側フィルタ部の周波数特性図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  基地局通信装置用誘電体フィルタ
１Ａ  受信側フィルタ部
１Ｂ  送信側フィルタ部
２  誘電体ブロック
２ａ  上面
２ｂ  下面
２ｃ  第１の側面
２ｄ  第２の側面
２ｅ  第１の端面
２ｆ  第２の端面
３Ａ１〜３Ａ４，３Ｂ１〜３Ｂ４  １／４波長型共振器
３ＡＴ，３ＢＴ  トラップ共振器
３ＰＨ  信号位相調整用共振器
４  貫通孔
５Ａ１〜５Ａ４，５ＡＴ，５Ｂ１〜５Ｂ４，５ＢＴ，５ＰＨ  内導体
６  外導体
７Ａ１〜７Ａ４，７ＡＴ，７Ｂ１〜７Ｂ４，７ＢＴ，７ＰＨ  結合用導体
８Ｘ  共通入出力電極
８Ａ，８Ｂ  入出力電極
８ＡＰ，８ＢＰ  パターン状導電膜
９Ａ  パターン状導電膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明による基地局通信装置用誘電体フィルタについて、図面を参照して説明する。【００２５】
図１は本発明の基地局通信装置用誘電体フィルタの一実施形態を示す斜視図であり、図２はその断面図である。本実施形態の基地局通信装置用誘電体フィルタ１は、略直方体の外形を持つ誘電体ブロック２に複数の１／４波長型共振器（λ／４共振器）を形成してなる基地局通信装置用誘電体フィルタであり、更に具体的には受信側フィルタ部１Ａと送信側フィルタ部１Ｂとを備えるデュプレクサを構成している。【００２６】
誘電体ブロック２は、互いに平行で対向する上面２ａ及び下面２ｂを有し、該上面２ａ及び下面２ｂに対して直交し且つ互いに平行な第１の側面２ｃ及び第２の側面２ｄを有し、上面２ａ及び下面２ｂ並びに第１の側面２ｃ及び第２の側面２ｄに対して直交し且つ互いに平行な第１の端面２ｅ及び第２の端面２ｆを有する。誘電体ブロック２には、上面２ａから下面２ｂへと高さ方向に貫通した貫通孔４（図２参照）が複数形成されている。また、誘電体ブロック２の上面２ａを除く外面（下面２ｂ、第１及び第２の側面２ｃ，２ｄ、並びに第１及び第２の端面２ｅ，２ｆ）には導電膜からなる外導体６が形成されている。【００２７】
受信側フィルタ部１Ａには、複数（図では４個）の１／４波長型共振器３Ａ１，３Ａ２，３Ａ３，３Ａ４とトラップ共振器３ＡＴとが形成されている。また、送信側フィルタ部１Ｂには、複数（図では４個）の１／４波長型共振器３Ｂ１，３Ｂ２，３Ｂ３，３Ｂ４とトラップ共振器３ＢＴとが形成されている。また、受信側フィルタ部１Ａと送信側フィルタ部１Ｂとの間には、信号位相調整用の共振器３ＰＨが形成されている。これらの共振器は、誘電体ブロック２の長さ方向に沿って、共振器３ＡＴ、共振器３Ａ１，３Ａ２，３Ａ３，３Ａ４、共振器３ＰＨ、共振器３Ｂ４，３Ｂ３，３Ｂ２，３Ｂ１、及び共振器３ＢＴの順に配列されている。【００２８】
これらの共振器はそれぞれ、貫通孔４につき形成されている。すなわち、図２に示されているように、共振器３Ａ１は、貫通孔４の内壁面に形成された導電膜からなる内導体５Ａ１と、貫通孔４の下端部において内導体５Ａ１に接続された上記外導体６とを含んで、形成されている。他の共振器も同様であり、共振器３Ａ２〜３Ａ４，３ＡＴ，３Ｂ１〜３Ｂ４，３ＢＴ，３ＰＨは、それぞれの貫通孔４の内壁面に形成された導電膜からなる内導体５Ａ２〜５Ａ４，５ＡＴ，５Ｂ１〜５Ｂ４，５ＢＴ，５ＰＨと、各貫通孔４の下端部において内導体５Ａ２〜５Ａ４，５ＡＴ，５Ｂ１〜５Ｂ４，５ＢＴ，５ＰＨに接続された上記外導体６とを含んで、形成されている。【００２９】
誘電体ブロック２の上面２ａには、共振器３Ａ１〜３Ａ４，３ＡＴ，３Ｂ１〜３Ｂ４，３ＢＴ，３ＰＨの内導体５Ａ１〜５Ａ４，５ＡＴ，５Ｂ１〜５Ｂ４，５ＢＴ，５ＰＨに接続されたパターン状の導電膜からなる結合用導体７Ａ１〜７Ａ４，７ＡＴ，７Ｂ１〜７Ｂ４，７ＢＴ，７ＰＨが形成されている。【００３０】
誘電体ブロック２の上面２ａは、そこにおいて各共振器の内導体が外導体６と接続されていないので、開放面と呼ばれる。これに対して、誘電体ブロック２の下面２ｂは、そこにおいて各共振器の内導体が外導体６と接続（短絡）されているので、短絡面と呼ばれる。【００３１】
第１の側面２ｃには、受信側フィルタ部１Ａ及び送信側フィルタ部１Ｂのための共通入出力電極８Ｘ、該共通入出力電極８Ｘと対をなす受信側フィルタ部１Ａのためのもう一方の入出力電極８Ａ、及び共通入出力電極８Ｘと対をなす送信側フィルタ部１Ｂのためのもう一方の入出力電極８Ｂが、それぞれ外導体６から離隔して形成されている。誘電体ブロック２の上面２ａには、受信側フィルタ部１Ａにおいて共振器３Ａ１の結合用導体７Ａ１と共振器３ＡＴの結合用導体７ＡＴとの間にパターン状の導電膜８ＡＰが形成されており、該パターン状導電膜８ＡＰは入出力電極８Ａと接続されている。同様に、送信側フィルタ部１Ｂにおいて共振器３Ｂ１の結合用導体７Ｂ１と共振器３ＢＴの結合用導体７ＢＴとの間にパターン状の導電膜８ＢＰが形成されており、該パターン状の導電膜８ＢＰは入出力電極８Ｂと接続されている。また、共振器３ＰＨの結合用導体７ＰＨは、共通入出力電極８Ｘに接続されている。【００３２】
結合用導体７Ａ１〜７Ａ４，７ＡＴ，７Ｂ１〜７Ｂ４，７ＢＴ，７ＰＨは、互いに隣接する共振器同士または共振器と入出力電極との結合をとるのに利用される。【００３３】
尚、誘電体ブロック２の上面２ａには、受信側フィルタ部１Ａのそれぞれに属する共振器同士の結合を調整するためのパターン状の導電膜９Ａが形成されており、該パターン状導電膜９Ａは外導体６と接続されている。【００３４】
誘電体フィルタは、実装基板にはんだ付けなどによって表面実装して用いられる。その際、誘電体ブロック２の第１の側面２ｃが実装基板の実装面に当接され、該実装基板の実装面に形成された外部回路の端子部と誘電体ブロック２の共通入出力電極８Ｘ及び入出力電極８Ａ，８Ｂとが接続され、実装基板の実装面に形成された接地端子部と誘電体ブロック２の外導体６とが接続される。【００３５】
各共振器３Ａ１〜３Ａ４，３ＡＴ，３Ｂ１〜３Ｂ４，３ＢＴ，３ＰＨの寸法、配置及び結合用導体７Ａ１〜７Ａ４，７ＡＴ，７Ｂ１〜７Ｂ４，７ＢＴ，７ＰＨの形状、更にはパターン状導電膜９Ａの形状等を適宜設定することで、所望の通過帯域等の特性を持つ受信側フィルタ部１Ａ及び送信側フィルタ部１Ｂとすることができる。【００３６】
誘電体ブロック２の略直方体の外形の寸法を、図１に示すように、長さＷ、幅Ｈ及び高さＬで表わす。即ち、長さＷは誘電体ブロック２の複数の共振器の配列の方向（上面２ａ及び下面２ｂ並びに第１及び第２の側面２ｃ，２ｄに沿った方向）の寸法であり、幅Ｈは貫通孔４の方向（すなわち共振器の軸方向）に垂直で且つ複数の共振器の配列の方向とも垂直な方向（上面２ａ及び下面２ｂ並びに第１及び第２の端面２ｅ，２ｆに沿った方向）の寸法であり、高さＬは貫通孔４の方向の寸法即ち上面２ａと下面２ｂとの距離である。【００３７】
誘電体ブロック２の長さＷは、共振器の数などに応じて変化する。また、誘電体ブロック２の高さＬは、１．５〜４ＧＨｚの中で使用される周波数に応じて適宜設定される。【００３８】
誘電体ブロック２の幅Ｈは１０〜３０ｍｍである。幅Ｈが１０ｍｍより小さくなると、共振器の無負荷Ｑ値が低くなり、フィルタの挿入損失が大きくなり、また発熱時の温度上昇が大きくなる傾向にある。また、幅Ｈが３０ｍｍより大きくなるにつれて、幅Ｈによる共振器無負荷Ｑ値及びフィルタ挿入損失の改善効果の増加率は小さくなり、一方で、その他の損失（放射損等）が大きくなり、結局共振器の無負荷Ｑ値が増加しなくなりフィルタの挿入損失が低下しなくなる傾向にある。これは、材料Ｑ値（いわゆるｆ・Ｑ［ここでｆは共振周波数］）が５０００以上のものについて顕著である。すなわち、本実施形態は、誘電体ブロック２を構成する誘電体セラミックスの材料Ｑ値ｆ・Ｑが５０００以上の場合に、特に有効である。一例を示せば、比誘電率１３で材料Ｑ値が４５０００の誘電体セラミックスからなる誘電体ブロック２を使用した場合、Ｈ＝６．１ｍｍでは共振器無負荷Ｑ値が８００程度であるが、Ｈ＝１４．４ｍｍとすると共振器無負荷Ｑ値が１２５０となり、Ｈ＝３０ｍｍでは共振器無負荷Ｑ値が１３００となる。しかし、Ｈ＝４０ｍｍとしても、共振器無負荷Ｑ値は約１３００である。【００３９】
誘電体ブロック２は、比誘電率が５〜２０の誘電体セラミックスからなる。誘電体セラミックスの比誘電率が２０を超えると、高さＬが小さくなり誘電体ブロック２の体積も小さくなって電気エネルギーの保有量が小さくなるので、共振器の無負荷Ｑ値が小さくなり挿入損失が大きくなる傾向にある。更に、誘電体ブロックの寸法精度が厳しく要求されるようになり、加工上の困難性が増大し、製作コストが増加し、実用的ではなくなる傾向にある。一方、誘電体セラミックスの比誘電率が５より小さくなると、高さＬが大きくなり誘電体ブロック２の外形寸法が大きくなって、大きさや重さや製造コストも半同軸空洞共振器に近くなり、実用的ではなくなる傾向にある。【００４０】
誘電体ブロック２を構成する誘電体セラミックスの熱伝導度は、３〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましく、例えば３〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。熱伝導度が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることにより、誘電体フィルタは、放熱が一層良好になされて温度上昇が抑えられる。尚、熱伝導度は高いほど好ましいが、実用的に得られる材料の熱伝導度は３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度が上限である。【００４１】
また、誘電体ブロック２を構成する誘電体セラミックスの比熱は、６００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）以上であることが好ましい。比熱が６００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）以上であることにより、誘電体フィルタは、温度上昇が抑えられる。【００４２】
以上のような特性を持つ誘電体セラミックスとしては、Ａｌ２Ｏ３を４０モル％以上含有する組成物を主成分とするアルミナ系セラミックスを挙げることができる。アルミナ系セラミックを用いることにより、フィルタを構成する共振器の無負荷Ｑ値を例えば１０００以上に高めることができる。このようなアルミナ系セラミックスとしては、たとえば、前記特許文献５に記載の、組成式ａＡｌ２Ｏ３−ｂＺｒＯ２−ｃＴｉＯ２−ｄＳｎＯ２（式中、０．４０６８＜ａ＜０．９５５０、０＜ｂ＜０．１４８３、０．０２２５＜ｃ＜０．３２６３、０．０２０３＜ｄ＜０．１１８６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）で表されるアルミニウム、ジルコニウム、チタン、スズ及び酸素からなる組成物を主成分とするものを挙げることができる。この誘電体セラミックスの比誘電率は１０〜２０である。【００４３】
以上のような誘電体セラミックスを用いて、共振器の無負荷Ｑ値が例えば１０００以上と高く、挿入損失が０．８ｄＢ以下好ましくは０．５ｄＢ以下で、１０〜５０Ｗの高出力が可能で、量産が容易で、実用的な基地局通信装置用誘電体フィルタを製造することが容易になる。【００４４】
本実施形態の基地局通信装置用誘電体フィルタは、周波数帯１．５〜４ＧＨｚで好適に使用することができる。このような周波数帯を用いるシステムとしては、GPS：Global
Positioning System,  PCS：Personal Communication Services,  DCS：Digital
Communication System,  UMTS：Universal Mobile Telecommunications System,  LAN：Local
Area Network  2.5GHz,  Wimax：Worldwide Interoperability for Microwave Access  2.5GHz,  Wimax  3.5ＧＨｚなどが、挙げられる。【００４５】
周波数が高くなるにつれて誘電体ブロック２の高さＬが小さくなる。高さＬが幅Ｈに対して小さくなりすぎると、良好な共振器無負荷Ｑ値が得られなくなる傾向にある。一方、周波数が低くなるにつれて誘電体ブロック２の高さＬが大きくなる。高さＬが幅Ｈに対して大きくなりすぎると、良好な共振器無負荷Ｑ値が得られなくなる傾向にある。本実施形態では、周波数帯１．５〜４ＧＨｚについて、誘電体ブロック２の幅Ｈを１０〜３０ｍｍとすることで、幅Ｈと高さＬとの関係を適正に維持し、良好な共振器無負荷Ｑ値を得ることができる。誘電体ブロック２の幅Ｈを１４．４ｍｍとしたときの一例を、次に示す。すなわち、誘電体ブロック２に用いられる誘電体セラミックスの比誘電率が５の場合には、周波数が１．５ＧＨｚのとき高さＬは２２．４ｍｍとなり、周波数が４ＧＨｚのとき高さＬは８．４ｍｍとなる。また、誘電体セラミックスの比誘電率が２０の場合には、周波数１．５ＧＨｚのとき高さＬは１１．２ｍｍとなり、周波数が４ＧＨｚのとき高さＬは４．２ｍｍとなる。
【実施例】
【００４６】
［実施例１］
誘電体セラミックスとして、前記特許文献５に開示されているアルミナ系セラミックスであって、０．７７７８Ａｌ２Ｏ３−０．０１１１ＺｒＯ２−０．１１１１ＴｉＯ２−０．１ＳｎＯ２の組成からなるものを使用し、図１及び図２に示した形態の基地局通信装置用誘電体フィルタを作製した。【００４７】
誘電体セラミックスの比誘電率は１３、熱伝導度は１４．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱は７００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、材料Ｑ値は４５０００であった。誘電体ブロック２の長さ（Ｗ）は６２．０ｍｍ、幅（Ｈ）は１４．４ｍｍ、高さ（Ｌ）は８．０ｍｍとした。尚、送信側フィルタ部１Ｂの通過帯域を２１１０〜２１７０ＭＨｚに設定し、受信側フィルタ部１Ａの通過帯域を１９２０〜１９８０ＭＨｚに設定した。各共振器の貫通孔４の断面形状及び寸法、互いに隣接する共振器の貫通孔４間の距離などの共振器配置、更にはパターン状導電膜９Ａの形状等は、最良のフィルタ特性が得られるように設定した。共振器の無負荷Ｑ値は約１２５０であった。【００４８】
作製した基地局通信装置用誘電体フィルタの周波数特性図を、図３（受信側）及び図４（送信側）に示す。送信側フィルタ部１Ｂでは、２１１０〜２１７０ＭＨｚの通過帯域の挿入損失は０．４３ｄＢで、１９２０〜１９８０ＭＨｚの遮断帯域の減衰量は５７ｄＢであり、受信側フィルタ部１Ａでは、１９２０〜１９８０ＭＨｚの通過帯域の挿入損失は０．４７ｄＢで、２１１０〜２１７０ＭＨｚの遮断帯域の減衰量は６１ｄＢであった。それぞれの通過帯域の挿入損失は十分に小さく、それぞれの遮断帯域の減衰量は十分に大きい。表１に、誘電体ブロックの寸法、誘電体セラミックスの特性、及びフィルタの電気的特性をまとめて示す。【００４９】
尚、出力電力が５０Ｗとなるように、誘電体フィルタに電力を印加したところ、フィルタの最も温度が高いところでの温度は約９０℃であった。この発熱により、送信側フィルタ部１Ｂの通過帯域の挿入損失は０．１ｄＢ増加した。【００５０】
［比較例１］
誘電体セラミックスとして、前記特許文献４に開示されている０．１８５ＢａＯ−０．８１５ＴｉＯ２−０．００５ＭｎＯ−０．００５ＳｂＯ３／２の組成からなるＢａＴｉＯ３系セラミックスからなるものを使用し、図１及び図２に示した形態の基地局通信装置用誘電体フィルタを作製した。【００５１】
誘電体セラミックスの比誘電率は３８、熱伝導度は２．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱は５７２Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、材料Ｑ値は４００００であった。誘電体ブロック２の長さ（Ｗ）は６２．０ｍｍ、幅（Ｈ）は１４．４ｍｍ、高さ（Ｌ）は４．７ｍｍとした。尚、送信側フィルタ部１Ｂの通過帯域を２１１０〜２１７０ＭＨｚに設定し、受信側フィルタ部１Ａの通過帯域を１９２０〜１９８０ＭＨｚに設定した。各共振器の貫通孔４の断面形状及び寸法、互いに隣接する共振器の貫通孔４間の距離などの共振器配置、更にはパターン状導電膜９Ａの形状等は、最良のフィルタ特性が得られるように設定した。【００５２】
作製した基地局通信装置用誘電体フィルタの周波数特性図を、図５（受信側）及び図６（送信側）に示す。送信側フィルタ部１Ｂでは、２１１０〜２１７０ＭＨｚの通過帯域の挿入損失は０．５７ｄＢで、１９２０〜１９８０ＭＨｚの遮断帯域の減衰量は４９ｄＢであり、受信側フィルタ部１Ａでは、１９２０〜１９８０ＭＨｚの通過帯域の挿入損失は０．８１ｄＢで、２１１０〜２１７０ＭＨｚの遮断帯域の減衰量は５５ｄＢであった。それぞれの遮断帯域の減衰量は十分に大きいが、それぞれの通過帯域の挿入損失は十分に小さくはなく特に受信側フィルタ部１Ａの通過帯域の挿入損失は大きい。表１に、誘電体ブロックの寸法、誘電体セラミックスの特性、及びフィルタの電気的特性をまとめて示す。【００５３】
尚、出力電力が５０Ｗとなるように、誘電体フィルタに電力を印加したところ、フィルタの最も温度が高いところでの温度は約１５０℃であった。この発熱により、送信側フィルタ部１Ｂの通過帯域の挿入損失は０．２ｄＢ増加した。【００５４】
［比較例２］
誘電体ブロック２の長さ（Ｗ）を３５．０ｍｍにし且つ幅（Ｈ）を６．１ｍｍにしたこと以外は実施例１と同様にして、図１及び図２に示した形態の基地局通信装置用誘電体フィルタを作製した。【００５５】
尚、送信側フィルタ部１Ｂの通過帯域を２１１０〜２１７０ＭＨｚに設定し、受信側フィルタ部１Ａの通過帯域を１９２０〜１９８０ＭＨｚに設定した。各共振器の貫通孔４の断面形状及び寸法、互いに隣接する共振器の貫通孔４間の距離などの共振器配置、更にはパターン状導電膜９Ａの形状等は、最良のフィルタ特性が得られるように設定した。共振器の無負荷Ｑ値は約８００であった。【００５６】
作製した基地局通信装置用誘電体フィルタの周波数特性図を、図７（受信側）及び図８（送信側）に示す。送信側フィルタ部１Ｂでは、２１１０〜２１７０ＭＨｚの通過帯域の挿入損失は０．７１ｄＢで、１９２０〜１９８０ＭＨｚの遮断帯域の減衰量は６８ｄＢであり、受信側フィルタ部１Ａでは、１９２０〜１９８０ＭＨｚの通過帯域の挿入損失は０．７７ｄＢで、２１１０〜２１７０ＭＨｚの遮断帯域の減衰量は６０ｄＢであった。それぞれの通過帯域の挿入損失は十分に小さくはなく、受信側フィルタ部１Ａの遮断帯域の減衰量は十分に大きいが、送信側フィルタ部１Ｂの遮断帯域の減衰量は十分に大きくはない。表１に、誘電体ブロックの寸法、誘電体セラミックスの特性、及びフィルタの電気的特性をまとめて示す。【００５７】
［比較例３］
誘電体ブロック２の長さ（Ｗ）を３５．０ｍｍ、幅（Ｈ）を６．１ｍｍ、高さ（Ｌ）を５．０ｍｍにしたこと以外は比較例１と同様にして、図１及び図２に示した形態の基地局通信装置用誘電体フィルタを作製した。【００５８】
尚、送信側フィルタ部１Ｂの通過帯域を２１１０〜２１７０ＭＨｚに設定し、受信側フィルタ部１Ａの通過帯域を１９２０〜１９８０ＭＨｚに設定した。各共振器の貫通孔４の断面形状及び寸法、互いに隣接する共振器の貫通孔４間の距離などの共振器配置、更にはパターン状導電膜９Ａの形状等は、最良のフィルタ特性が得られるように設定した。【００５９】
作製した基地局通信装置用誘電体フィルタの周波数特性図を、図９（受信側）及び図１０（送信側）に示す。送信側フィルタ部１Ｂでは、２１１０〜２１７０ＭＨｚの通過帯域の挿入損失は０．７１ｄＢで、１９２０〜１９８０ＭＨｚの遮断帯域の減衰量は６７ｄＢであり、受信側フィルタ部１Ａでは、１９２０〜１９８０ＭＨｚの通過帯域の挿入損失は０．８７ｄＢで、２１１０〜２１７０ＭＨｚの遮断帯域の減衰量は５７ｄＢであった。それぞれの通過帯域の挿入損失は十分に小さくはなく特に受信側フィルタ部１Ａの通過帯域の挿入損失は大きく、受信側フィルタ部１Ａの遮断帯域の減衰量は十分に大きいが、送信側フィルタ部１Ｂの遮断帯域の減衰量は十分に大きくはない。表１に、誘電体ブロックの寸法、誘電体セラミックスの特性、及びフィルタの電気的特性をまとめて示す。【００６０】
【表１】
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【００６１】
上記のように、誘電体ブロックの幅（Ｈ）及び誘電体セラミックスの比誘電率の組み合わせが、本発明で規定する範囲から外れている比較例１〜３においては、低い挿入損失が得られていないことがわかる。特に、Ｈ＝１４．４ｍｍの誘電体ブロックを用いたものでは、比較例１と実施例１との比較からわかるように、誘電体セラミックスを比誘電率３８のものから比誘電率１３のものにした場合、受信側の通過帯域（１９２０〜１９８０ＭＨｚ）の挿入損失は０．８１ｄＢから０．４７ｄＢに著しく向上しているのに対して、Ｈ＝６．１ｍｍの誘電体ブロックを用いたものでは、比較例３と比較例２との比較からわかるように、誘電体セラミックスを比誘電率３８のものから比誘電率１３のものにした場合、受信側の通過帯域（１９２０〜１９８０ＭＨｚ）の挿入損失は０．８７ｄＢから０．７７ｄＢにわずかに変化しているに過ぎない。このように、本発明の基地局通信装置用誘電体フィルタは、単に比誘電率の小さい誘電体セラミックスを用いるだけでは実現できず、それと誘電体ブロックの寸法との組み合わせにより、初めて実現できたものである。【００６２】
また、放熱特性に関しては次のことが分かる。すなわち、実施例１において、熱伝導度１４．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）で比熱７００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）の誘電体セラミックスを使用しているので、発熱に際して温度上昇が小さく且つ効率よく実装基板側に熱を拡散させることができる。このため、熱による導電膜の電気伝導度の低下が抑制され、フィルタの高性能な電気的特性を維持することができる。これに対して、比較例１においては、熱伝導度２．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）で比熱５７２Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）の誘電体セラミックスを使用しているので、発熱に際して温度上昇が小さくはなく且つ実装基板側に熱を拡散させる効率は十分ではない。このため、熱により導電膜の電気伝導度が低下し、フィルタの良好な電気的特性を維持しにくい。【００６３】
尚、以上の実施例１では、前記特許文献５に開示されているアルミナ系セラミックスのうちの特定の組成のものを使用したが、組成式ａＡｌ２Ｏ３−ｂＺｒＯ２−ｃＴｉＯ２−ｄＳｎＯ２において、ａ，ｂ，ｃ，ｄの値を所定範囲内で変化させた場合においても、材料Ｑ値が５０００以上で、熱伝導度が３〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、比熱が６００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）以上であることには変わりがなかった。また、それらによっても、１．５〜４ＧＨｚの周波数帯での使用において共振器の無負荷Ｑ値１０００以上、挿入損失０．８ｄＢ以下、出力１０〜５０Ｗの高出力が可能な基地局通信装置用誘電体フィルタを構成することができた。
【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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【国際調査報告】
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