(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内空部が等間隔に突壁で仕切られて形成された複数の空間部を有する金属のシールド筐体と、第１及び第２の伝送線路が表面に形成された基板とを具備し、前記シールド筐体は、基板と接する面において、空間部端から動作周波数の４分の１波長離れた位置に、深さが動作周波数の４分の１波長の溝が設けられ、前記シールド筐体の外部より前記シールド筐体の端に位置する第１の空間部の内部まで前記第１の伝送線路が設けられ、前記シールド筐体の外部より前記第１の空間部と反対側の端に位置する前記シールド筐体端の第２の空間部の内部まで前記第２の伝送線路が設けられ、前記シールド筐体の下部となる前記基板の表面に前記複数の空間部を塞ぐように接地導体が設けられ、前記シールド筐体が前記基板に貼り合わされて導波路が形成される導波管フィルタ。
【請求項２】
前記シールド筐体に形成された複数の空間部は、動作周波数の半波長の間隔の突壁で仕切られている請求項１に記載の導波管フィルタ。
【請求項３】
前記シールド筐体に形成された複数の空間部は、一部又は全てが誘電体によって充填されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導波管フィルタ。
【請求項４】
前記基板は、第１の伝送線路および第２の伝送線路がマイクロストリップ線路となるように、裏面に接地導体が設けられ、前記基板の裏面の接地導体と、シールド筐体下部に位置する前記基板表面上の接地導体がスルーホールによって接続されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導波管フィルタ。
【請求項５】
前記スルーホールは、前記シールド筐体が前記接地導体と接する部分もしくはシールド筐体の外側に位置することを特徴とする請求項４に記載の導波管フィルタ。
【請求項６】
前記基板は、第１および第２の伝送線路がコプレナ線路となるように、表面に接地導体が設けられ、コプレナ線路を成す前記基板の表面の接地導体と、シールド筐体下部に位置する基板上の接地導体が接続されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導波管フィルタ。
【請求項７】
前記シールド筐体は、成型加工した樹脂の表面をメタライズして形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の導波管フィルタ。
【請求項８】
前記シールド筐体は、基板の表面に実装または形成されたデバイスまたは回路を電磁界的にシールドする筐体と一体化して形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の導波管フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導波管フィルタに関し、特にマイクロ波帯以上の高周波領域で動作する各種無線機器、通信機器、計測器等に使用される高周波フィルタに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の導波管フィルタとして、図５に示すような構成のものがある。導波管フィルタは、金属製の方形導波管２００の内壁に一定間隔に設けた突壁２１０〜２１９によって複数の空間に仕切った構成をなしており、前記突壁の間に形成された４つの直方体状の空間部分は空胴共振器として作用する。
【０００３】
また、突壁２１０と２１１、２１２と２１３、２１４と２１５、２１６と２１７、２１８と２１９の間にそれぞれ形成された隙間は、前記空胴共振器間を電磁界的に結合する誘導性の結合回路として作用する。方形導波管２００の寸法、突壁２１０〜２１９の寸法及び配置する間隔を適切に設定することにより所望の周波数で動作する４段の帯域通過フィルタが実現される。
【０００４】
また、図５の導波管フィルタには、導波管外壁に他の高周波回路と接続するための同軸型コネクタ２２０〜２２１が設けられている。前記コネクタの同軸芯線は導波管両端にある空間の内部に伸長しており、前記空間内部の電磁界と結合して伝送路の同軸導波管変換を実現している。
【０００５】
図５の導波管フィルタは、一般に金属ブロックを削り加工して突壁等を成形したものや、複数の金属板をはめ込みやネジ止め等によって組み合わせて製造される。管壁部分にはフィルタ特性調整用のネジが設けられることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の導波管フィルタは、マイクロ波帯またはミリ波帯を利用した無線装置等の無線部と組み合わせて用いる際に、接続性が悪いという課題を有している。一般に、前記無線部は平面基板上に半導体デバイスや導体パターンによる平面回路等を実装し、これらをマイクロストリップ線路等の伝送線路で接続して構成されため、フィルタをマイクロストリップ線路やコプレナ線路といった平面基板上の伝送路と接続する必要がある。
【０００７】
図５に示した従来の導波管フィルタでは、回路が構成されている平面基板上に実装することができないため、平面の伝送路を同軸ケーブルに変換して基板より高周波信号を引き出し、別に固定した導波管フィルタに接続するというように実装しなければならず、接続ケーブルによる損失増加やコスト増加も問題となる。
【０００８】
また、上述した従来の導波管フィルタは、金属の立体構造物として別に形成され、コネクタも必要となることから、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
かかる課題を解決するため本発明第１の導波管フィルタは、内空部が等間隔に突壁で仕切られて形成された複数の空間部を有する金属のシールド筐体と、第１及び第２の伝送線路が表面に形成された基板とを具備し、  前記シールド筐体は、基板と接する面において、空間部端から動作周波数の４分の１波長離れた位置に、深さが動作周波数の４分の１波長の溝が設けられ、前記シールド筐体の外部より前記シールド筐体の端に位置する第１の空間部の内部まで前記第１の伝送線路が設けられ、前記シールド筐体の外部より前記第１の空間部と反対側の端に位置する前記シールド筐体端の第２の空間部の内部まで前記第２の伝送線路が設けられ、前記シールド筐体の下部となる前記基板の表面に前記複数の空間部を塞ぐように接地導体が設けられ、前記シールド筐体が前記基板に貼り合わされて導波路が形成される構成を採る。
【００１０】
この構成によれば、基板上に形成した接地導体面と金属のシールド筐体の内空部によって方形の導波路が形成され、前記シールド筐体に設けた突壁により前記導波路が複数の空間部に部分的に仕切られた構造となる。前記空間部は動作周波数にて共振する空胴共振器として作用し、前記突壁は共振器間を結合する結合窓として作用する。また、基板上に形成した伝送線路はフィルタの入出力線路として作用し、シールド筐体の両端に位置する前記空間部内を電磁界的に励振する。以上により、本発明の構造体は導波管型の帯域通過フィルタとして動作する。ここで、シールド筐体の貼り合わせ面の平滑度や基板の反りといった製造上の問題によって貼り合わせ面に隙間が生じる可能性がある。前記隙間は接地を弱くするため、前述のようにフィルタ特性劣化を招く。この構成によれば、貼り合わせ面における導波路の角部では高周波的に短絡される効果を有するため、前記隙間による特性劣化を低減することが可能となる。また、貼り合わせはネジ止め等の圧着手段で十分となり、導電性接着剤を用いる必要が無くなるため、量産性に優れた導波管フィルタが実現可能となる。
【００１５】
また本発明の導波管フィルタは、シールド筐体に形成された複数の空間部を動作周波数の半波長の間隔の突壁で仕切った構成を採る。
【００１６】
この構成によれば、シールド筐体に設けた複数の空間部をＴＥモードで共振する空胴共振器として動作させることが可能となる。ＴＥモードは導波管フィルタで一般に利用される基本的な共振モードであり、小型で設計の容易なフィルタが構成できる。
【００１７】
また本発明の導波管フィルタは、シールド筐体に形成された複数の空間部の一部もしくは全てを誘電体によって充填した構成を採る。
【００１８】
この構成によれば、充填した誘電体材料の比誘電率が大きいほど、電磁波の波長短縮効果によりシールド筐体に形成した複数の空間部の寸法を小さくできる、すなわち導波管フィルタを一段と小型化することが可能となる。
【００２２】
また本発明の導波管フィルタは、基板の裏面に第１および第２の伝送線路がマイクロストリップ線路となるように接地導体を設け、前記基板の裏面の接地導体と、シールド筐体下部に位置する前記基板表面上の接地導体をスルーホールによって接続した構成を採る。
【００２３】
この構成によれば、マイクロ波帯やミリ波体で一般的に使用されるマイクロストリップ線路で接続、形成された高周波回路上に本発明の導波管フィルタが実現可能となる。
【００２４】
また本発明の導波管フィルタは、基板裏面の接地導体とシールド筐体下部に位置する前記基板表面上の接地導体を接続するスルーホールを、シールド筐体に形成した複数の空間部内には設けないように請求項６に記載の導波管フィルタを構成したものである。
【００２５】
この構成によれば、共振器となる前記複数の空間部内にはスルーホールによる電磁界的な不連続要素が無いため、請求項７記載の導波管フィルタの特性確保が容易となる。
【００２６】
また本発明の導波管フィルタは、基板の表面に第１および第２の伝送線路がコプレナ線路となるように接地導体を設け、コプレナ線路を成す前記基板の表面の接地導体と、シールド筐体下部に位置する基板上の接地導体を接続した構成を採る。
【００２７】
この構成によれば、マイクロ波帯やミリ波体で一般的に使用されるコプレナ線路で接続、形成された高周波回路上に本発明の導波管フィルタが実現可能となる。
【００２８】
また本発明の導波管フィルタは、成型加工した樹脂の表面をメタライズしてシールド筐体を形成した構成を採る。
【００２９】
この構成によれば、金属ブロックを削り加工する、あるいは金属板を組み合わせる等してシールド筐体部分を製造する場合と比べて、フィルタの軽量化、製造のコストを低減することができる。また、導波管フィルタ全体の軽量化を図ることも可能となる。
【００３０】
また本発明の導波管フィルタは、基板の表面にマイクロ波またはミリ波のデバイスおよび回路を実装・形成し、前記デバイスや回路のシールドを、導波管フィルタ部分のシールド筐体と一体化して形成した構成を採る。
【００３１】
本発明の導波管フィルタは、マイクロ波帯またはミリ波帯を利用した無線装置等の無線部に組み込んで用いられる。前記無線部は、一般に平面基板上に半導体デバイスや導体パターンによる平面回路等が実装され、これらをマイクロストリップ線路等の伝送線路で接続して構成され、不要輻射や回路間の不要結合を防止するために電磁界シールドが施される。前記無線部に施されるシールドと本発明の導波管フィルタを形成するシールド筐体は、共に基板上に貼り合せて用いられるものであり、この構成では、これらを一体化して作成することによって、本発明の導波管フィルタを含んだ高周波回路全体をコンパクトに実現することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、導波管フィルタを、突壁で部分的に仕切られた複数の空間を有するシールド筐体と、前記シールド筐体の下部となる表面に接地導体面を設けた平面基板を貼り合せることにより構成したことである。
【００３３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施の形態における導波管フィルタを示す構成図である。図１において、１０は金属製のシールド筐体、２０から２５はシールド筐体１０の内壁の両側に接続して設けられた金属製の突壁、３０は両面に電極膜が施された誘電体基板、４０から４１は誘電体基板３０の表面にマイクロストリップ線路として形成された入出力線路、５０は誘電体基板３０の表面上でシールド筐体１０の下部に設けられた接地導体、６０は誘電体基板３０の裏面に施された接地電極と表面の接地導体５０を電気的に接続するスルーホール、７０から７３はシールド筐体１０内に突壁２０から２５で仕切られて形成された空間である。
【００３５】
図１においてシールド筐体１０は、内部構造が分かるように一部を透過して図示している。
【００３６】
シールド筐体１０は直方体形状を成しており、下面が開口した内空部分を有している。シールド筐体１０の下面部分は誘電体基板３０と貼り合わされ、接地導体５０によって前記内空部分が塞がれて方形の導波路が形成される。
【００３７】
シールド筐体１０の内空部分には突壁２０〜２５が設けられている。突壁２０と２１、突壁２２と２３、突壁２４と２５はそれぞれＹ座標が同じ位置で前記導波路の内壁と接続されており、各々電磁波に対しては誘導性の結合窓として動作する。前記結合窓はＹ方向に概ねフィルタの動作周波数の半波長の間隔で配置されている。突壁により内空部分は４つの空間に仕切られている。
【００３８】
入出力線路４０〜４１はマイクロストリップ線路乃至はグラウンデッドコプレナ線路構造を有しており、先端が空間７０及び７３内まで達している。シールド筐体１０が入出力線路４０及び４１と接する部分は切り欠きが設けられており、シールド筐体１０と入出力線路４０及び４１が電気的に短絡しないようになっている。
【００３９】
以上のように構成された導波管フィルタについて、以下その動作を説明する。入出力線路４０より入力した高周波信号は、先端部分より放射されて空間７０内部を励振する。空間７０内に励起された電磁波は突壁２０及び２１で形成された結合窓を介して空間７１に伝搬し、以下同様にして空間７３まで順次伝搬していく。空間７１及び７２はＹ方向に動作周波数に対して半波長の長さを有しており、空胴共振器として動作する。突壁２２及び２３で形成された結合窓は、フィルタにおいて共振器間の結合する段間結合手段として作用し、突壁２０及び２１、突壁２４及び２５で形成された結合窓はフィルタにおける入出力結合手段として作用する。以上の動作は従来の導波管フィルタと同じであり、本実施の形態の構成によっても、従来と同様の動作および特性が実現可能である。
【００４０】
スルーホール６０は誘電体基板３０の裏面の接地電極と表面の接地導体５０を接続するために設けている。但し、接地導体５０において空間７０〜７３を囲う部分には空間内部の電磁界を乱すことを避けるため、スルーホールを設けない。しかしながら、シールド筐体が接地導体と接する部分もしくはその近傍となる部分には、接地強化のためスルーホールを設ける。
【００４１】
以上の構成によれば、シールド筐体１０と接地導体５０で囲まれた空間７０〜７３は２段の帯域通過フィルタとして動作する。突壁２０〜２５によって形成された結合窓の結合度は、突壁の厚さ、突壁間のスリットの間隔によって調整される。
【００４２】
本実施の形態によれば、マイクロストリップ線路乃至はグラウンデッドコプレナ線路を形成した平面基板上に、突壁加工を施したシールド筐体を貼り合せるだけの簡単な構成で、低損失な導波管フィルタを構成することができる。また、全体を金属筐体及びコネクタにより構成した従来の導波管フィルタと比べて、平面回路との接続性に優れ、低コストに製造可能である。
【００４３】
なお、本実施の形態では、３対の突壁を設けて２段の帯域通過フィルタを構成した例を示したが、シールド筐体の寸法を長くして、より多くの突壁を設けることにより、３段以上のフィルタを構成することも可能である。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について、図２を参照しながら説明する。図２は本発明の第２の実施の形態における導波管フィルタを示す構成図である。図２において、図１と同一番号を付したものは、実施の形態１で示したものと同じ構造及び同じ動作をするものである。図２において図１と異なる点は、シールド筐体１０の誘電体基板３０と接する面に突起８０〜８５を設け、誘電体基板３０に突起８０〜８２が噛み合うようにスルーホール９０〜９５を設け、シールド筐体の内空部たる空間７０〜７３全体に誘電体を充填し、入出力線路４０〜４１をコプレナ型の伝送線路とした点である。
【００４５】
以上のように構成された導波管フィルタについて、以下その動作を説明する。基本動作は上述の実施の形態１と同じである。本実施の形態では、シールド筐体１０に設けた突起８０〜８２と、誘電体基板３０に設けたスルーホール９０〜９５により、シールド筐体１０実装時の位置合わせを容易とする構成を成している。シールド筐体１０の実装位置ずれは、入出力線路４０と空間７０及び入出力線路４１と空間７３の位置関係を変化させ、フィルタにおける入出力結合度の誤差を招き、ひいてはフィルタの入出力整合や通過特性の劣化となって特性にあらわれる。よって、シールド筐体の位置ずれを防止できる本構成では、実装による特性劣化を防止することができる。
【００４６】
導波管フィルタでは、空間７０〜７３を囲う導波管の外導体部分の接地が弱いとフィルタの特性劣化を招くが、本実施の形態ではシールド筐体１０と接地導体５０はスルーホール９０〜９５により電気的に接続される構成であるため、導波管部分の接地の強化が可能であり、同じく特性劣化を防止することができる。前記スルーホールに導電性ペーストを用いて接続すると、電気的にも機械的にも接続を強化することが可能となる。
【００４７】
また、本実施の形態の導波管フィルタは、空間７０〜７３には誘電体が充填されている。誘電体は電磁波の波長を短縮する効果がある。空間が空気で満たされている場合と比べて、比誘電率εの誘電体を充填すると、空間７０〜７３の寸法をεの平方根分の１とすることが可能となる。よって、誘電体の使用によりシールド筐体の寸法を小型化することが可能となる。
【００４８】
入出力線路４０〜４１はコプレナ線路である。コプレナ線路の両側には接地電極が設けられるが、前記接地電極は本実施の形態の導波管フィルタを構成する接地導体５０と誘電体基板３０の表面で接続されている。
【００４９】
以上の構成によれば、第１の実施の形態と同様に、シールド筐体１０と接地導体５０で囲まれた空間７０〜７３は２段の帯域通過フィルタとして動作する。
【００５０】
本実施の形態によれば、コプレナ線路を形成した平面基板上に、内部に突壁加工を施し、底面部に突起加工を施したシールド筐体を貼り合せるだけの簡単な構成で、低損失な導波管フィルタを構成することができる。また、シールド筐体実装による位置ずれや接地の弱化による特性劣化のない導波管フィルタを構成することができる。さらに、シールド筐体内部への誘電体充填により、小型な導波管フィルタが構成可能である。
【００５１】
なお、本実施の形態では四角形状の突起およびスルーホールを有するシールド筐体の例を示したが、効果は突起およびスルーホールの形状には依らないことは言うまでもない。
【００５２】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について、図３および図４を参照しながら説明する。図３は本発明の第３の実施の形態における導波管フィルタを含むマイクロ波またはミリ波回路全体を示す構成図である。図３において図１と同一番号を付したものは、実施の形態１で示したものと同じ構造及び同じ動作をするものである。図３において図１と異なる点は、誘電体基板３０上にマイクロストリップ線路で接続されたマイクロ波またはミリ波帯で動作する高周波回路を実装し、前記高周波回路全体を電磁界的にシールドするシールド筐体１００を設け、シールド筐体１００の一部分に突壁２０〜２５とフィルタ部分を仕切る仕切り壁１１０〜１１１を設け、シールド筐体１００の底面において仕切り壁１１０〜１１１で仕切った空間部分の両側に溝１２０〜１２１を設けた点である。
【００５３】
図４は図３においてシールド筐体１００のＡ−Ａ’で示した部分を切断した断面図である。図４において図３と同一番号を付したものは、図３で示したものと同じものである。
【００５４】
以上のように構成された導波管フィルタについて、以下その動作を図３を用いて説明する。基本動作は上述の実施の形態１と同じである。本実施の形態では、誘電体基板３０上にマイクロ波帯やミリ波帯で動作する高周波回路が実装されている。前記高周波回路はＭＭＩＣやその他の半導体デバイス、チップ部品等で構成され、各回路要素間が誘電体基板３０上に形成したマイクロストリップ線路によって接続されている。高周波回路では通常、他の回路との結合や外部への輻射を防止する目的で電磁界的なシールドが施される。前記シールドはシールド筐体１００により実現されている。シールド筐体１００の内部には、高周波回路の回路要素間の不要な結合を防ぐため、回路要素間を仕切る位置に金属壁が形成されている。
【００５５】
本実施の形態の導波管フィルタは、マイクロストリップ線路４０〜４１間に形成される。基板上においてフィルタとなる部分には接地導体が形成されており、シールド筐体１００においてフィルタとなる部分は仕切り壁１１０と１１１によって囲まれた空間部分である。前記空間部分には突壁２０〜２５が形成され、第１の実施の形態と同様の導波管フィルタが高周波回路の一部として構成されている。導波管フィルタの下部にある接地導体は、誘電体基板３０の裏面にある接地電極とスルーホールで接続されると共に、高周波回路の各回路要素の接地電極とも基板表面で接続されている。
【００５６】
シールド筐体１００の底面において、仕切り壁１１０と１１１の間に形成されたフィルタ部分の両側には溝１２０〜１２１が形成されている。溝１２０〜１２１の効果について図４を用いて説明する。溝１２０〜１２１は、フィルタとなる空間部分の下端であるＢ点からフィルタの動作周波数において４分の１波長となる距離だけ離れたＣ点に設けられている。また、溝１２０〜１２１の下端Ｃ点と上端であるＤ点の長さ、すなわち、溝の深さもフィルタの動作周波数において４分の１波長となるように設けられている。点Ｄは短絡されているため、動作周波数において溝の下端部分Ｃ点のインピーダンスは開放となる。
【００５７】
ここで、シールド筐体１００の底面と誘電体基板３０を貼り合わせた際に隙間が生じたと仮定すると、Ｂ点とＣ点の間に空間が生じ電磁波が漏れてしまうこととなるが、Ｃ点のインピーダンスは開放であるため、動作周波数におけるＢ点のインピーダンスは短絡となってみえる。よって、隙間が生じていても動作周波数においてはＢ点箇所が短絡接続されたのと等価となり、電磁波の漏れを防止することができる。電磁波のエネルギー漏洩はフィルタの損失劣化を招くことから、溝１２０〜１２１の効果により、シールド筐体１００を貼り合わせた際に隙間が生じた場合でも、損失劣化の小さい導波管フィルタが構成可能となる。
【００５８】
以上の構成によれば、高周波回路が実装された基板上に、一部に壁加工を施した前記高周波回路をシールドするシールド筐体を貼り付ける構成によって、第１の実施の形態と同様の帯域通過フィルタが実現できる。
【００５９】
本実施の形態によれば、マイクロ波帯やミリ波帯で動作する高周波回路の他の回路要素と導波管フィルタを同一基板上に構成できる。また、前記高周波回路のシールドと導波管フィルタを構成するシールド筐体を一体化して作成でき、低コスト化を図ることが可能となる。さらに、フィルタ部分の両側に設けた溝の効果により、シールドの貼り合わせ面に隙間が生じても、導波管フィルタの低損失性を確保することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態を説明する図３にある高周波回路は一つの例として示したものであり、前記高周波回路を仕切るシールド筐体内の壁の位置や形状は導波管フィルタの動作に影響しないものであることは言うまでもない。
【００６１】
なお、本実施の形態では、溝を設けて貼り合わせ時の隙間による特性劣化を防止する例を示したが、シールド筐体の基板と接する底面に、弾力があり導電性を有するガスケット材等の部材を設けても、電気的導通および密着性が確保されるため、同じく隙間による特性劣化を防止することが可能である。
【００６２】
なお、全ての実施の形態では、ブロック状の金属を削り加工してシールド筐体を形成したもの図示して説明したが、シールド筐体は成型加工した樹脂の表面をメタライズして構成することも可能である。この構成によれば、フィルタの軽量化、製造のコストを低減することができる。また、導波管フィルタ全体の軽量化を図ることも可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表面に接地電極を形成した基板に、適切な突壁加工を施したシールド筐体を貼り合わせる構成により、マイクロ波やミリ波帯において低損失で、基板上に実装した他の高周波回路との接続性に優れ、実装による特性劣化のない導波管フィルタを低コストで容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施の形態の導波管フィルタを示す図
【図２】本発明第２の実施の形態の導波管フィルタを示す図
【図３】本発明第３の実施の形態の導波管フィルタを示す図
【図４】本発明第３の実施の形態の導波管フィルタに用いるシールド筐体の断面図
【図５】従来の導波管フィルタを示す図
【符号の説明】
１０  シールド筐体
２０〜２５  突壁
３０  誘電体基板
４０、４１  入出力線路
５０  接地導体
６０  スルーホール
７０〜７３  空間
８０〜８５  突起
９０〜９５  スルーホール
１００  シールド筐体
１１０〜１１１  仕切り壁
１２０〜１２１  溝
【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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