(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一列状に配列された複数の誘電体共振器を含んでおり、該誘電体共振器のそれぞれは誘電体ブロックの表面の少なくとも一部に形成されたグランド電極を備えている導波管型誘電体フィルタであって、
前記複数の誘電体共振器のうちのいずれかには前記誘電体共振器の配列方向に沿った面に位置する入出力電極構成部が形成されており、
該入出力電極構成部は、前記配列方向に沿った面において前記グランド電極と接続された短絡点を持ち且つ前記配列方向に沿った面内に延在する入出力電極と、該入出力電極の前記短絡点以外の部分と前記グランド電極との間に位置する誘電体ブロック露出部とからなり、
前記複数の誘電体共振器の隣接するものどうしを結合させる結合部が設けられていることを特徴とする導波管型誘電体フィルタ。
【請求項２】
前記入出力電極は、その前記配列方向に沿った面内での長さがその延在方向に関する前記誘電体共振器の寸法の１／２以下であることを特徴とする、請求項１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項３】
前記入出力電極構成部は、前記誘電体共振器の配列の両端の誘電体共振器に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項４】
前記入出力電極構成部は、前記配列方向に沿った面から該面と端縁を共有して隣接する面まで連続して形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項５】
前記入出力電極は、前記配列方向に沿った面から該面と端縁を共有して隣接する面まで連続して形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項６】
前記入出力電極は、前記配列方向に沿った面内において前記配列方向または該配列方向と直交する方向に延在していることを特徴とする、請求項１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項７】
前記誘電体共振器のそれぞれは個別の誘電体ブロックを用いて構成されており、前記誘電体共振器の隣接するもの同士は互いに誘電体ブロックの表面同士が対向するように接合されており、前記結合部は前記対向する誘電体ブロックの表面上に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項８】
前記結合部は前記個別の誘電体ブロックの表面上において前記グランド電極が形成されていない部分により構成されることを特徴とする、請求項７に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項９】
前記複数の誘電体共振器は共通の誘電体ブロックを用いて構成されており、前記結合部は前記共通の誘電体ブロックに形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１０】
前記結合部は前記誘電体ブロックに貫通孔または切欠を形成することにより形成されたものであることを特徴とする、請求項９に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１１】
入出力電極と該入出力電極に接する誘電体露出部とからなる入出力電極構成部、グランド電極、および結合部を有する導波管型誘電体フィルタであって、
前記グランド電極は前記入出力電極構成部と前記結合部とを除く前記誘電体の表面に形成されており、前記入出力電極構成部は前記フィルタの信号の進行方向に平行な側面内に形成されており、前記入出力電極は外部信号の入出力点から帯状に延びて他端が前記グランド電極に短絡した構造を有することを特徴とする導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１２】
前記入出力電極構成部は前記側面内にて該側面の端縁から面内方向に帯状に形成されており、前記入出力電極は前記端縁から前記誘電体露出部を隔てて位置する前記入出力点から面内方向に延び且つ他端が前記グランド電極に短絡した構造を有することを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１３】
前記入出力電極構成部は前記側面と該側面に隣接する面とに連続して帯状に形成されており、前記入出力電極は前記側面の前記面との境界をなす端縁に位置する前記入出力点から前記側面の面内方向に延び且つ他端が前記グランド電極に短絡した構造を有することを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１４】
前記入出力電極構成部および前記入出力電極はいずれも前記側面と該側面に隣接する面とに連続して帯状に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１５】
前記導波管型誘電体フィルタは複数の誘電体ブロックを前記結合部により結合した構造を有することを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１６】
前記導波管型誘電体フィルタは１つの誘電体ブロック内に前記結合部を形成した構造を有することを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１７】
前記入出力電極を基板への実装面に設けたことを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１８】
共振周波数の最も低いＴＥモードとその他のＴＥモードとの２つの共振モードの組み合わせで２つの通過帯域を形成することを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項１９】
共振周波数の最も低いＴＥモード以外のＴＥモードの共振周波数を通過帯域として使用することを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項２０】
前記誘電体が空気であることを特徴とする、請求項１１に記載の導波管型誘電体フィルタ。
【請求項２１】
第１の周波数帯を形成する共振モードと第２の周波数帯を形成する共振モードとを励振する第１の導波管型誘電体共振器と、該第１の導波管型誘電体共振器と結合し且つ前記第１の周波数帯を形成する共振モードを励振する第２の導波管型誘電体共振器と、前記第１の導波管型誘電体共振器と結合し且つ前記第２の周波数帯を形成する共振モードを励振する第３の導波管型誘電体共振器とを備えており、前記第１の導波管型誘電体共振器、第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器のそれぞれが誘電体ブロックの表面の少なくとも一部に形成されたグランド電極を備えている分波器であって、
前記第１の導波管型誘電体共振器には、前記第２の導波管型誘電体共振器との結合面及び前記第３の導波管型誘電体共振器との結合面を除く側面に位置するに入出力電極構成部が形成されており、
該入出力電極構成部は、前記側面において前記グランド電極と接続された短絡点を持ち且つ前記側面内に延在する入出力電極と、該入出力電極の前記短絡点以外の部分と前記グランド電極との間に位置する誘電体ブロック露出部とからなることを特徴とする分波器。
【請求項２２】
前記入出力電極は、前記側面内での長さがその延在方向に関する前記第１の導波管型誘電体共振器の寸法の１／２以下であることを特徴とする、請求項２１に記載の分波器。
【請求項２３】
前記入出力電極構成部は、前記側面から該側面と端縁を共有して隣接する他の側面まで連続して形成されていることを特徴とする、請求項２１に記載の分波器。
【請求項２４】
前記入出力電極は、前記側面から該側面と端縁を共有して隣接する面まで連続して形成されていることを特徴とする、請求項２３に記載の分波器。
【請求項２５】
前記第１の導波管型誘電体共振器、第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器は、個別の誘電体ブロックを用いて構成されており、隣接するもの同士が互いに誘電体ブロックの表面同士が対向するように接合されており、対向する誘電体ブロックの表面上に形成された結合部を介して結合していることを特徴とする、請求項２１に記載の分波器。
【請求項２６】
前記結合部は前記個別の誘電体ブロックの表面上において前記グランド電極が形成されていない部分により構成されることを特徴とする、請求項２５に記載の分波器。
【請求項２７】
前記第１の導波管型誘電体共振器、第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器は、共通の誘電体ブロックを用いて構成されており、該共通の誘電体ブロックに形成された結合部を介して結合していることを特徴とする、請求項２１に記載の分波器。
【請求項２８】
前記結合部は前記誘電体ブロックに貫通孔または切欠を形成することにより形成されたものであることを特徴とする、請求項２７に記載の分波器。
【請求項２９】
前記第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器のうちの少なくとも一方は、複数の共振器を結合させて形成されたフィルタからなることを特徴とする、請求項２１に記載の分波器。
【請求項３０】
前記入出力電極は外部信号の入出力点から前記短絡点まで帯状に延びていることを特徴とする、請求項２１に記載の分波器。
【請求項３１】
前記第１の周波数帯と第２の周波数帯とを前記第１の導波管型誘電体共振器の共振周波数の最も低いＴＥモードとその他のＴＥモードとの２つの共振モードで形成することを特徴とする、請求項２１に記載の分波器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、誘電体フィルタ、特に、マイクロ波帯やミリ波帯の通信装置等に使用される誘電体フィルタに関する。
本発明は、更に、分波器、特に、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波帯域での利用に適した小型通信装置等に使用される小型の分波器に関する。
背景技術
携帯電話などの移動体通信機器の晋及に伴って、情報量の増大による高周波数化が進み、また、一方では、一つの機種で通信周波数帯域の異なる複数のシステムに対応した製品が一般化してきている。例えば、欧州においてはＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）とＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）との両システムに対応した携帯電話があり、また米国においては、ＡＭＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）とＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）との両システムに対応した携帯電話がある。今後、通信機器の進展により、携帯電話以外のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどにも対応した、複数の周波数帯域を同時使用する通信機器の増加とさらなる高周波数化が想定される。
複数の通信周波数を扱う通信機器においては、それに対応した特殊な部品が必要になってくる。例えば、マイクロ波高周波回路において使用されている信号濾波器（フィルタ）や分波器についても同様で、多くの信号電波の中から例えば任意の２波だけ取り出し、さらに、それらを分波することも必要になってくる場合もある。しかし、現在のところ周波数選択が容易でかつ小型なフィルタや分波器の種類は多くない。
現在、マイクロ波通信回路で使用されているフィルタには、誘電体同軸共振器を使用した誘電体同軸型フィルタ、誘電体材料と電極とを積層することで構成した誘電体積層フィルタあるいは表面弾性波を利用したＳＡＷフィルタなどがある。しかし、これらは主に一つのフィルタで一つの周波数帯域の信号を取り出す目的で製造されている。
誘電体同軸型フィルタの基本原理は、共振器の軸長で共振周波数が決まることから、一つの誘電体同軸型フィルタで対応可能な周波数は共振周波数波長（λ）の（２ｎ＋１）×λ／４（ｎ：整数）で決定される離散的な周波数近傍に限られる。また、共振周波数が共振器軸長で決定されるため、マイクロ波帯やミリ波帯においては、低誘電率材料を用いても軸長が短くなることで、実用的な大きさを確保すること、また電磁界結合を厳密に制御することも困難となる。
積層フィルタでは、複数の周波数帯の信号を取り出すフィルタとして、低域通過フィルタあるいは高域通過フィルタなどの小型フィルタなどがある。しかし、これらのフィルタでは、目的とした周波数帯より低い周波数帯あるいは高い周波数帯の信号成分については阻止することができないことから、後段に別途帯域通過フィルタを設ける必要があった。また、高周波数化に際しては、低誘電率材料で構成されることから、回路間の不要な信号パスの増加や回路を構成する素子値が小さくなるため、設計・製造が困難になってくる。
ＳＡＷフィルタは、小型な帯域通過フィルタであるため、複数の周波数帯域に対して通過帯域フィルタを小型の回路で構成することができる。しかし、一つのフィルタで複数の通過帯域を設定することは困難である。さらに櫛形電極で表面弾性波の共振を励起することから、高周波化に対し微細加工技術面での限界があると共に微細な電極パターンにエネルギーが集中することから大きな入力電力には耐えられないという短所があった。
このように従来技術では、高周波数化に対応し、かつ複数の周波数帯域について通過帯域を有する小型なフィルタを構成することは容易でなかった。
また、現在、マイクロ波周波数帯での主要な通信機器である携帯電話などには、誘電体材料と電極パターンとを積層し低域通過フィルタと高域通過フィルタとを一体構成した積層ダイプレクサが主に用いられている。また、ミリ波帯では導波管型空洞共振器を使用した分波器などが使用されている。
マイクロ波周波数帯で主に使用されている積層ダイプレクサは、低誘電率の誘電体材料シートと回路電極パターン層とを交互に積層することで、小型な素子を実現している。しかし、高周波数化に対して、低誘電率の材料を使用することから回路相互の電磁界の影響が大きくなり回路間のアイソレーションがとりにくくなるという課題がある。すなわち、積層方向に対しては、層間に接地電極を挿入することで面として回路間のアイソレーションを比較的確保することはできるが、同一層に存在する回路間のアイソレーションはスルーホールなどで部分的にとるしかないため良好なアイソレーションを確保することは困難になる。また、回路を構成する個々のインダクタンス素子やコンデンサ素子に寄生成分が無視できなくなり、目的の電気的特性を実現することが困難になる。さらに、大きな投入電力には耐えられないという欠点を有する。
一方、導波管型誘電体共振器を使用した分波器として、特開平１０−１７３４０７号公報に記載のものがある。その１例を図２５に示す。これは、共通導波管を介し複数の導波管フィルタが接続された構造をとっており、共通導波管は種々の周波数の導入口として使用されている。また、入出力用に同軸コネクタが誘電体ブロックに埋め込まれている構造をなしている。このため、分波器の形状が大きくなり、製造も複雑で、また同軸コネクタ等を使用するため、基板への実装も難しいという欠点を有する。なお、図２５に記載の符号は、特開平１０−１７３４０７号公報の説明に用いられている符号であり、下記の本発明の図面の説明に用いられる符号とは関係しない。
発明の開示
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので、本発明の１つの目的は、マイクロ波帯やミリ波帯で任意の複数の周波数帯を形成できる実用的な導波管型誘電体フィルタを提供することである。
また、本発明の他の目的は、マイクロ波帯やミリ波帯で２つの周波数の信号を取り出し分波することのできる、小型で実装および製造の容易な分波器を提供することである。
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
一列状に配列された複数の誘電体共振器を含んでおり、該誘電体共振器のそれぞれは誘電体ブロックの表面の少なくとも一部に形成されたグランド電極を備えている導波管型誘電体フィルタであって、
前記複数の誘電体共振器のうちのいずれかには前記誘電体共振器の配列方向に沿った面に位置する入出力電極構成部が形成されており、
該入出力電極構成部は、前記配列方向に沿った面において前記グランド電極と接続された短絡点を持ち且つ前記配列方向に沿った面内に延在する入出力電極と、該入出力電極の前記短絡点以外の部分と前記グランド電極との間に位置する誘電体ブロック露出部とからなり、
前記複数の誘電体共振器の隣接するものどうしを結合させる結合部が設けられていることを特徴とする導波管型誘電体フィルタ、
が提供される。
前記入出力電極は、好ましくはその前記配列方向に沿った面内での長さがその延在方向に関する前記誘電体共振器の寸法の１／２以下である。
本発明の一態様においては、前記入出力電極構成部は、前記誘電体共振器の配列の両端の誘電体共振器に形成されている。また、本発明の一態様においては、前記入出力電極構成部は、前記配列方向に沿った面から該面と端縁を共有して隣接する面まで連続して形成されている。また、本発明の一態様においては、前記入出力電極は、前記配列方向に沿った面から該面と端縁を共有して隣接する面まで連続して形成されている。また、本発明の一態様においては、前記入出力電極は、前記配列方向に沿った面内において前記配列方向または該配列方向と直交する方向に延在している。
本発明の一態様においては、前記誘電体共振器のそれぞれは個別の誘電体ブロックを用いて構成されており、前記誘電体共振器の隣接するもの同士は互いに誘電体ブロックの表面同士が対向するように接合されており、前記結合部は前記対向する誘電体ブロックの表面上に形成されている。また、本発明の一態様においては、前記結合部は前記個別の誘電体ブロックの表面上において前記グランド電極が形成されていない部分により構成される。また、本発明の一態様においては、前記複数の誘電体共振器は共通の誘電体ブロックを用いて構成されており、前記結合部は前記共通の誘電体ブロックに形成されている。また、本発明の一態様においては、前記結合部は前記誘電体ブロックに貫通孔または切欠を形成することにより形成されたものである。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
入出力電極と該入出力電極に接する誘電体露出部とからなる入出力電極構成部、グランド電極、および結合部を有する導波管型誘電体フィルタであって、
前記グランド電極は前記入出力電極構成部と前記結合部とを除く前記誘電体の表面に形成されており、前記入出力電極構成部は前記フィルタの信号の進行方向に平行な側面内に形成されており、前記入出力電極は外部信号の入出力点から帯状に延びて他端が前記グランド電極に短絡した構造を有することを特徴とする導波管型誘電体フィルタ、
が提供される。
本発明においては、前記入出力電極構成部は前記側面内にて該側面の端縁から面内方向に帯状に形成されており、前記入出力電極は前記端縁から前記誘電体露出部を隔てて位置する前記入出力点から面内方向に延び且つ他端が前記グランド電極に短絡した構造を有するものとすることができる。また、本発明においては、前記入出力電極構成部は前記側面と該側面に隣接する面とに連続して帯状に形成されており、前記入出力電極は前記側面の前記面との境界をなす端縁に位置する前記入出力点から前記側面の面内方向に延び且つ他端が前記グランド電極に短絡した構造を有するものとすることができる。また、本発明においては、前記入出力電極構成部および前記入出力電極はいずれも前記側面と該側面に隣接する面とに連続して帯状に形成されているものとすることができる。
本発明においては、前記導波管型誘電体フィルタは、複数の誘電体ブロックを前記結合部により結合した構造を有するもの或は１つの誘電体ブロック内に前記結合部を形成した構造を有するものとすることができる。また、本発明においては、前記入出力電極を基板への実装面に設けたものとすることができる。
本発明においては、共振周波数の最も低いＴＥモードとその他のＴＥモードとの２つの共振モードの組み合わせで２つの通過帯域を形成することができ、或は、共振周波数の最も低いＴＥモード以外のＴＥモードの共振周波数を通過帯域として使用することができる。本発明は、前記誘電体が空気である場合をも含むものである。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
第１の周波数帯を形成する共振モードと第２の周波数帯を形成する共振モードとを励振する第１の導波管型誘電体共振器と、該第１の導波管型誘電体共振器と結合し且つ前記第１の周波数帯を形成する共振モードを励振する第２の導波管型誘電体共振器と、前記第１の導波管型誘電体共振器と結合し且つ前記第２の周波数帯を形成する共振モードを励振する第３の導波管型誘電体共振器とを備えており、前記第１の導波管型誘電体共振器、第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器のそれぞれが誘電体ブロックの表面の少なくとも一部に形成されたグランド電極を備えている分波器であって、
前記第１の導波管型誘電体共振器には、前記第２の導波管型誘電体共振器との結合面及び前記第３の導波管型誘電体共振器との結合面を除く側面に位置する入出力電極構成部が形成されており、
該入出力電極構成部は、前記側面において前記グランド電極と接続された短絡点を持ち且つ前記側面内に延在する入出力電極と、該入出力電極の前記短絡点以外の部分と前記グランド電極との間に位置する誘電体ブロック露出部とからなることを特徴とする分波器、
が提供される。
本発明の一態様においては、前記入出力電極は、前記側面内での長さがその延在方向に関する前記第１の導波管型誘電体共振器の寸法の１／２以下である。
本発明の一態様においては、前記入出力電極構成部は、前記側面から該側面と端縁を共有して隣接する他の側面まで連続して形成されている。また、本発明の一態様においては、前記入出力電極は、前記側面から該側面と端縁を共有して隣接する面まで連続して形成されている。
本発明の一態様においては、前記第１の導波管型誘電体共振器、第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器は、個別の誘電体ブロックを用いて構成されており、隣接するもの同士が互いに誘電体ブロックの表面同士が対向するように接合されており、対向する誘電体ブロックの表面上に形成された結合部を介して結合している。また、本発明の一態様においては、前記結合部は前記個別の誘電体ブロックの表面上において前記グランド電極が形成されていない部分により構成される。
本発明の一態様においては、前記第１の導波管型誘電体共振器、第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器は、共通の誘電体ブロックを用いて構成されており、該共通の誘電体ブロックに形成された結合部を介して結合している。また、本発明の一態様においては、前記結合部は前記誘電体ブロックに貫通孔または切欠を形成することにより形成されたものである。また、本発明の一態様においては、前記第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器のうちの少なくとも一方は、複数の共振器を結合させて形成されたフィルタからなる。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
第１の周波数帯と第２の周波数帯を含む少なくとも２つの周波数帯の信号を入出力する第１の入出力電極を有し少なくとも前記第１と第２の周波数帯を形成する共振モードが励振される第１の導波管型誘電体共振器と、前記第１の周波数帯の信号の入出力を行う第２の入出力電極を有し前記第１の周波数帯を形成する共振モードが励振される第２の導波管型誘電体共振器と、前記第２の周波数帯の信号の入出力を行う第３の入出力電極を有し前記第２の周波数帯を形成する共振モードが励振される第３の導波管型誘電体共振器とを有し、前記第１の導波管型誘電体共振器と前記第２の導波管型誘電体共振器とは、前記第１の周波数帯の信号を結合するように接合され、前記第１の導波管型誘電体共振器と前記第３の導波管型誘電体共振器とは、前記第２の周波数帯の信号を結合するように接合されていることを特徴とする分波器、
が提供される。
本発明においては、前記第１の導波管型誘電体共振器は、前記第１の入出力電極と該第１の入出力電極に接する誘電体露出部とからなる第１の入出力電極構成部、グランド電極、および結合部を有しており、前記グランド電極は前記第１の入出力電極構成部と前記結合部とを除く前記誘電体表面に形成され、前記第１の入出力電極は外部信号の入出力点から帯状に延び該入出力電極の他端が前記グランド電極に短絡した構造を有するものとすることができる。
本発明においては、前記第１の周波数帯と第２の周波数帯とを前記第１の導波管型誘電体共振器の共振周波数の最も低いＴＥモードとその他のＴＥモードとの２つの共振モードで形成することができる。また、本発明においては、前記第２の導波管型誘電体共振器および第３の導波管型誘電体共振器のうちの少なくとも一方は、共振器を複数結合したフィルタを形成しているものとすることができる。また、本発明においては、前記第１の導波管型誘電体共振器、第２の導波管型誘電体共振器及び第３の導波管型誘電体共振器が１つの誘電体ブロック内に形成されているものとすることができる。
以上の様な本発明の誘電体フィルタは、入出力電極と該入出力電極に接する誘電体露出部とからなる入出力電極構成部、グランド電極、および複数の共振器の結合部を有する導波管型誘電体フィルタであって、前記グランド電極は前記入出力電極構成部と前記結合部を除く前記誘電体表面に形成され、前記入出力電極構成部は前記複数の共振器の配列方向である前記フィルタの信号の進行方向に平行な側面内に形成され、前記入出力電極は外部信号の入出力点から帯状に延び該入出力電極の他端が前記グランド電極に短絡した構造を有することにより、１つの入出力電極で同時に２つ以上の共振モードを励振し、複数の通過帯域を持つフィルタとすることが可能となる。また２つの通過帯域の周波数は、任意に調整することができる。
また、以上の様な本発明の分波器は、少なくとも２つのモードの共振を起こすことのできる入出力電極構成部の構造と導波管型誘電体共振器とを利用することを特徴としており、これにより、信号の入力した最初の誘電体共振器において特定の共振周波数帯の信号に絞り込むことができるため、余分な導波管を必要とせず、２つの周波数帯の信号を分波し小型で容易に実装可能な分波器とすることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る誘電体フィルタ及び分波器の実施形態について添付図面を参照して説明する。各実施形態において、同一部品および同一部分には同じ符号を付した。
図１Ａは、本発明に係る導波管型誘電体フィルタの一実施形態の斜め下方より（即ち実装面側から）みた斜視図である。図１Ｂは、その分解斜視図である。即ち、図１Ｂは組み立て前の状態を示し、図１Ａは組み立て後の状態を示す。本実施形態の誘電体フィルタ１は、複数の誘電体共振器２を一列状に配列し結合させた形態をなしている。各誘電体共振器２は、所定の寸法を持つ直方体形状の誘電体ブロック（即ちブロック状をなす誘電体）の表面に部分的に導体膜を付与した（即ちメタライズした）ものであり、他の誘電体共振器に接合する接合面上には導体膜非付与の部分（即ち非メタライズの部分）からなる結合部３が形成されている。
本実施形態では、複数個の誘電体共振器２を接続した形の導波管型誘電体フィルタを例示しており、複数部材の組み合わせなので設計自由度が大きいという利点がある。他方、後述のように１つの誘電体ブロック内に結合部を形成した構造の導波管型誘電体フィルタでもよい。この導波管型誘電体フィルタは、部品点数が少ないので量産性に優れ、また貼り合せ部分がないので損失が少ないという利点がある。
導波管型誘電体フィルタ１は、入出力電極５と該入出力電極５に接する誘電体ブロック露出部４とからなる入出力電極構成部６、グランド電極８および結合部３を有しており、前記グランド電極８は前記入出力電極構成部６と前記結合部３とを除く前記誘電体ブロックの表面に形成され、前記入出力電極構成部６は前記フィルタ１の信号の進行方向（誘電体共振器２の配列の方向：図１Ａに矢印で示されている）に平行な任意の側面内に形成されている。特に、本実施形態では、入出力電極構成部６は、側面の任意の端縁から当該側面内の一方向に帯状に延在するように形成されており、さらに、該側面に隣接する面にまで延長して連続して形成されている。そして、前記入出力電極５は、外部信号の入出力点（実際には線状をなしている）２０から前記側面内にて入出力電極構成部６と同一の方向に帯状に延びており、他端が短絡点（実際には線状をなしている）７で前記グランド電極８に短絡した構造を有している。前記側面内における入出力電極５の長さは、その延在方向（信号の進行方向）に関する共振器２の寸法（即ち誘電体共振器２の配列方向の寸法）の１／２以下であることが好ましい。入出力電極５は、更に、外部信号の入出力点２０から前記側面に隣接する面にまで延長して連続して形成されている。以上の様な入出力電極構成部６は、共振器配列の両端の共振器において形成されている。
本実施形態では、入出力電極５における外部回路との信号授受の位置であるところの外部信号の入出力点２０は、入出力電極５の形成された前記側面の端縁を想定しており、前記入出力電極５は前記側面の端縁から面内方向に延び該入出力電極の他端が前記グランド電極８に短絡した構造を有している。但し、外部信号の入出力点は、外部回路との接続方法または接続点を変えることにより自由に変更が可能であり、これに限定されるものではない。
図１の実施形態では、入出力電極構成部６を下方の面（実装基板への実装面とする）９に形成し、さらに前記入出力電極構成部６の形成された側面（実装面）９と端縁を共有して隣接する面まで入出力電極構成部６の一部が延長されて形成されている例を示している。そして、入出力電極５の短絡点７以外の部分の周囲には誘電体ブロック露出部４が形成されており、これによりグランド電極８との絶縁が確保されている。
入出力電極構成部６および入出力電極５を形成する実施形態としては、上記実施形態を含め、図２Ａ〜図２Ｃのようなものが例示される。図２Ａ〜図２Ｃは、導波管型誘電体フィルタの入出力電極の形成された誘電体共振器（即ち誘電体共振器配列の端に位置する誘電体共振器）を図示したものである。図２Ａは、前記入出力電極構成部６が、前記フィルタの信号の進行方向に平行な任意の側面内に、該側面の任意の端縁から面内の一方向に延びた帯状に形成され、前記入出力電極５が、前記端縁から誘電体ブロック露出部４を隔てた位置から前記側面内の一方向に延び他端が前記グランド電極８に短絡した構造を有する一実施形態である。図２Ｂは、前記入出力電極構成部６が、前記フィルタの信号の進行方向に平行な任意の側面と該側面に隣接する面とにわたって連続して帯状に形成され、前記入出力電極５が、前記側面の端縁から該側面内の一方向に延び他端が前記グランド電極８に短絡した構造を有する一実施形態である。図２Ｃは、前記入出力電極構成部６および前記入出力電極５が、いずれも前記フィルタの信号の進行方向に平行な任意の側面と該側面に隣接する面とにわたって連続して帯状に形成されている一実施形態である。
入出力電極構成部および入出力電極を形成する誘電体ブロックの面または誘電体共振器２の面は、前記フィルタの信号の進行方向に平行な任意の側面であればよく、図１に示された下面（実装面）に限定されることなく、前記下面に対向する上面あるいは、該上面と該下面とに隣接し信号の進行方向と平行な面であってもよい。また、それらの面とそれに隣接する面との２面に跨って形成されてもよい。
前記入出力電極の構造としては、前記側面内で外部信号の入出力点から帯状に延び該入出力電極の他端が前記グランド電極に短絡した構造を有するものであればよく、本実施形態に示されたものを含め、図３Ａ〜図３Ｆに示すようないくつかの入出力電極の構造が例示される。なお、図３Ａ〜図３Ｆは、複数の誘電体共振器を結合した構造を有する導波管型誘電体フィルタの誘電体共振器配列の端の誘電体共振器の一側面を例示しており、上部が誘電体フィルタの端面として図示されている。即ち、図３Ａ〜図３Ｆでは共振器配列方向は上下方向である。ただし、図３に示される電極パターンを９０度右または左に回転させた電極パターンとすることも可能である。
図３Ａは図２Ｂと同様な構造を示し、図３Ｂは図２Ａと同様な構造を示している。図３Ｃは、入出力点２０が側面の中央部に位置する構造を示している。図３Ｄは、入出力電極５がその長さの途中においてグランド電極８への接地のための細幅のバイパス部５’を有する構造を示している。図３Ｅは、入出力電極５がその両端において２つの短絡点７を有し且つ中央に入出力点２０を有する構造を示している。図３Ｆは、入出力電極５がその途中において２つに分岐して２つの短絡点７を有する構造を示している。
このような入出力電極の構成とすることによって、２つ以上の共振ピークを有する誘電体フィルタを得ることができる。たとえば、ＴＥ１０１モードによる共振ピークとＴＥ１１０モードによる共振ピークとのように２つの共振ピークを有するフィルタとすることも可能である。
次に、本発明の誘電体フィルタの共振モードと共振周波数との関係について、図を用いて説明する。
図４Ａ〜図４Ｃに、各共振モードとその電磁界分布の模式図を示す。図４Ａ〜図４Ｃにおいて、点線で示した共振器における信号の進行方向をｃ軸とし、ｃ軸と垂直で共振器の実装面と平行な方向をａ軸とし、前記ｃ軸及びａ軸に垂直な方向をｂ軸とする。即ち、ａ−ｃ面が実装面となる。ＴＥ１０１モードはｂ軸方向で電界強度Ｅが一定で、ａ−ｃ面に平行な磁界分布Ｈを持つ。また、ＴＥ０１１モードはａ軸に平行な電界分布Ｅとｂ−ｃ面に平行な磁界成分Ｈをもつ。また、ＴＥ１１０モードはｃ軸に平行な電界分布Ｅとａ−ｂ面に平行な磁界成分Ｈをもつ。
そして、これらのモードの共振周波数は、共振器の形状及び大きさに依存する量である。図５にａ軸方向の長さ６．０ｍｍ、ｃ軸方向の長さ６．０ｍｍでｂ軸方向の長さを変化させたときのＴＥ１１０、ＴＥ１０１、ＴＥ２０２の各共振モードの共振周波数を計算した例を示す。
図５からわかるように、ＴＥ１０１モードの共振周波数はｂ軸方向の長さには依存せず、―定である。これに対し、たとえば、ＴＥ１１０モードの共振周波数は、ｂ軸方向の長さに依存して変化し、ｂ軸方向の長さが短くなると共振周波数は高くなる。したがって、最初にＴＥ１０１モードで所定の共振周波数になるようにａ，ｃ軸方向の長さを調節して共振器を設計し、その後、もう一方の希望の共振周波数となるように厚み（ｂ軸方向の長さ）を調整すれば、任意の２つの共振周波数をもつ共振器を得ることができる。
本発明の入出力電極部の構造を利用すると、このようないくつかのＴＥモードを形成することが可能であり、上記のように同時に任意の２つの共振周波数を有する誘電体共振器を用いた誘電体フィルタを構成することが可能である。
図１の実施形態では、入出力電極構成部６を下方の面（基板への実装面とする）に形成されている例を示したが、入出力電極構成部６はこれに対向する面あるいは、信号の進行方向に対し平行な他の２面に形成しても、同様に２つの共振ピークを設定することができる。
実装面と対向する面（即ち実装面と反対側の面）に入出力電極を形成すると、ワイヤボンディングでの外部との接続が容易である。また、実装面に入出力電極を形成すると、特別な引出用の金具等が不要となり実装がさらに容易である。
また、入出力電極構成部６および入出力電極５は、前記フィルタ１の信号の進行方向に平行な任意の１側面だけに形成されていてもよい（図２Ａ）が、図２Ｂに示したように、入出力電極５の形成された面の端縁を共有する他の面まで一部入出力電極構成部６が延長されていてもよい。これにより入出力電極５を側面の端縁まで延長させて形成することが可能となり、誘電体フィルタを実装基板に半田等で電気的に接続して実装する場合、半田の接合具合を外部から目視で確認でき、製造上有利である。さらに、図２Ｃに示したように、入出力電極５も端縁を共有する２つの面にわたって延在するように形成しておくと、実装面から延長された入出力電極部分を基板への実装後に削ることにより入出力の結合（ＶＳＷＲ）を調整することが可能である。
次に、本発明の入出力電極部の構造を利用して高周波に適した誘電体フィルタを構成した一実施形態について説明する。
マイクロ波からミリ波で使用する誘電体フィルタを構成する誘電体ブロックは、周波数が高いために寸法が小さくなることが避けられない。そのため、加工精度が厳しくなり、取り扱いも困難になるという問題がある。そこで、本発明の導波管型誘電体共振器において、例えば、２番目に共振周波数の高いモードであるＴＥ１１０で帯域通過フィルタを構成すると、従来では小型化しなければ得ることができなかった周波数の特性を、今までと同じ大きさのフィルタ素子で実現できることになる。本発明の実施形態では、高次モードを容易に励振できることから、従来と同一の大きさの素子でも、高い周波数において通過帯域を設定することが可能であり、マイクロ波からミリ波で使用できる適度の大きさを持った誘電体フィルタを形成することができる。
また、本発明の導波管型誘電体共振器は、図６に一実施形態を示すように、１つの誘電体ブロックを用いて構成することもできる。例えば、１つの誘電体ブロック１６内に導電体で覆われた（即ちメタライズされた）貫通孔１７または切り欠き（溝）等を形成して、複数の共振器を形成するようにし、該共振器間に結合部３を形成して、電磁界結合を形成するように構成することができる。結合部３は、誘電体ブロックに貫通孔１７や切り欠きを形成することで、誘電体ブロックの断面積を減少させた部分として形成される。そして、フィルタの両端（即ち誘電体ブロックの両端）には、入出力電極５及び誘電体ブロック露出部４が形成される。本実施形態は、１つの誘電体ブロック１６で導波管型誘電体共振器を形成するので、部品点数が少なく量産性に優れ、また貼り合せ部分がないので損失が少ないという利点がある。
また、本発明では、誘電体共振器を構成する誘電体ブロックとしては、誘電体セラミックスからなるものに限らず、空気などの誘電率の低い誘電体からなるものを使用することも可能であり、この場合、共振器は導波管型空洞共振器となる。その一実施形態を図７Ａ及び図７Ｂに示す。これは、誘電体材料としてセラミックスを使用した場合の実装面以外の電極に相当するところに金属板等を用いて切欠１５付きの筐体１３を形成し、入出力電極を含む実装面の電極１４は実装基板１１に形成して、前記筐体を前記実装基板にかぶせ一体化することにより導波管型空洞共振器としたものである。なお、入出力電極は外部信号線路１０と接続される。誘電体として空気を使うことにより、誘電率を小さく押さえ、高周波化に伴いフィルタが小さくなり過ぎる場合の問題を解決できる。
このように、本発明でいう誘電体ブロックには、筐体及び実装基板により画定される空間領域内の空気からなるものも包含される。
以下、図面を参照して、本発明の誘電体フィルタの実施例についてさらに詳しく説明する。
図８に、導波管型誘電体共振器２を２つ接続することにより構成したフィルタ１を示す。各誘電体共振器２は、比誘電率εｒ＝３７の材料からなる６．０×６．０×３．０ｍｍ形状の誘電体ブロックを用意し、そのブロックの表面に銀ペーストにより導電膜を形成することで得た。共振器間の電磁界結合は、互いの共振器接合面の導電膜を一部剥ぎ、誘電体ブロックを部分的に露出させて結合部を形成し、適当な結合強度になるように設定した。また、入出力電極構成部６を図８に示すように実装面９及びそれに隣接する側面の一部に形成した。入出力電極５は、図９に示すように入出力電極５のまわりに誘電体ブロック露出部４を形成し、一端を誘電体ブロックの表面を覆う導電体（グランド電極）８に接続する短絡点７とする構造とした。電極幅Ｗ＝１．２ｍｍ、電極長Ｌ＝１．５ｍｍ、側面のギャップ幅Ｇ＝１．０ｍｍであった。実装面９に形成した入出力電極５は実装面９の端縁まで形成してあり、入出力電極５と表面を覆う導電体とが短絡しないように、端縁を介して隣接する面の導電体の一部を取り除き、露出させた。なお、入出力電極５のグランド電極８との短絡点とは反対側の端部は、他の側面に延長されていてもかまわず、たとえば、図８に示したように入出力電極５の一端が実装面９と隣接する面内に延長されている構造でもよい。このような形状にすることで、表面実装した後での電気的特性の調整が容易になるとともに、実装時の半田接合部が目視できることで信頼性が向上する。図１０にこの誘電体フィルタ１を実装基板１１に実装した斜視図を示す。図１０において、符号１０は外部信号線路を示し、符号１２は半田接合部を示す。
電気的特性の測定は、入出力電極５を各々、実装基板１１の外部信号線路１０に半田付けし、導波管型共振器を覆う導電膜（グランド電極）８はアース電位として行った。図１１は、このように表面実装したフィルタの電気的特性を示したものである。ＴＥ１０１モードによる共振ピークとＴＥ１１０モード（推定）による共振ピークの二つのピークが形成されている。導波管型共振器でもっとも共振周波数の低いモードであるＴＥ１０１による共振周波数の中心周波数ｆ０は５．２７ＧＨｚであり、ＴＥ１１０モード（推定）による共振周波数の中心周波数ｆ０は６．６５ＧＨｚであった。
図１２は、導波管型誘電体共振器２を３個一列状に接続し、両端の共振器２に図９と同様な入出力電極構成部を形成した構造であり、ＴＥ１０１モード及びＴＥ１１０モード（推定）の２つのモードを励振し、帯域通過フィルタを構成した例である。図１３にその電気的特性を示す。ＴＥ１０１モードによる共振ピークとＴＥ１１０モード（推定）による共振ピークの二つのピークが形成されている。導波管型共振器でもっとも共振周波数の低いモードであるＴＥ１０１の中心周波数ｆ０は、４．９１ＧＨｚであり、ＴＥ１１０モード（推定）による共振周波数の中心周波数ｆ０は、６．４２ＧＨｚであった。このように導波管型共振器の数が増えても帯域通過フィルタを構成することができる。
図１４は、本発明の別の一実施形態である、共振周波数の高いモードを積極的に利用する導波管型誘電体フィルタの斜視図である。導波管型誘電体共振器を２つ接続することによりフィルタを構成した。比誘電率εｒ＝３７材料からなる６．０×６．０×３．０ｍｍ形状の誘電体ブロックを用意し、そのブロック表面に銀ペーストにより導電膜を形成した。共振器間の電磁界結合は、互いの共振器の接合面の導電膜を一部剥ぎ、誘電体ブロックを露出させ、適当な結合強度になるように設定した。入出力電極の形状は、図１５に示すように誘電体ブロックの端部実装面に帯状の入出力電極構成部６を形成し、該入出力電極構成部内に入出力電極５を形成し、該入出力電極の一端を誘電体共振器２の表面を覆う導電体（グランド電極）８に接続した構造としている。電極幅Ｗ＝３．６ｍｍ、電極長Ｌ１＝１．１ｍｍ、Ｌ２＝０．９ｍｍ、側面のギャップ幅Ｇ１＝０．６ｍｍ、Ｇ２＝１．２ｍｍである。実装面に形成した入出力電極５の先端は実装面の端縁まで延びており、入出力電極の先端と誘電体ブロック表面を覆う導電体とが短絡しないように、端縁を介して隣接する面の導電体の一部を取り除き、該面の一部を露出させた。このフィルタの周波数特性を図１６に示す。ＴＥ１０１モードによる共振ピークとＴＥ１１０モード（推定）による共振ピークの二つのピークが形成されているが、ＴＥ１１０モード（推定）による共振ピークを際立たせた周波数特性とすることができた。
ＴＥ１１０モード（推定）で得られた共振周波数をＴＥ１０１モードで得ようとすると、誘電体の大きさはこの場合約３／４程度に小さくなり、高周波になるほど小型化が避けられず、加工精度に厳しく取り扱いが困難であるという問題が生じるが、ＴＥ１１０モード（推定）のような高周波数の共振周波数帯を利用したフィルタとすることで、このような問題を避けることができる。
次に、本発明の導波管型分波器の実施形態を示す。
図１７Ａは、本発明の導波管型分波器の第１の実施形態の斜視図であり、図１７Ｂはその分解斜視図である。本実施形態の分波器３１では、少なくとも２つの周波数帯を形成する共振モードが励振される第１の導波管型誘電体共振器４０と、それに接合する第１の周波数帯を形成する共振モードが励振される第２の導波管型誘電体共振器５０および、第２の周波数帯を形成する共振モードが励振される第３の導波管型誘電体共振器６０から構成されている。各誘電体共振器には、お互いの接合面に電磁波の結合用の結合部４６，５６（図示されていないものも含まれる）が形成されており、該結合部では誘電体ブロック表面が非メタライズ面とされている。また、各誘電体共振器の信号の入出力のために入出力電極構成部４３，５３，６３が形成されており、各入出力電極構成部は、入出力電極４１，５１，６１とそれに接する誘電体ブロック露出部４２，５２，６２とからなる。結合部３６および入出力電極構成部４３，５３，６３以外の各誘電体ブロックの部分はほぼ全面が導体で被覆されており、この導体によりグランド電極を形成している。
即ち、第２の導波管型誘電体共振器５０は第１の導波管型誘電体共振器４０と結合部５６等を介して結合しており、第３の導波管型誘電体共振器６０は第１の導波管型誘電体共振器４０と結合部４６等を介して結合しており、共振器４０，５０，６０には、これらの結合の面（結合面）以外の面である共振器配列の方向に沿った面である下面（実装面）に入出力電極４１，５１，６１が形成されている。
第１の導波管型誘電体共振器４０に形成される電極は、同時に少なくとも２つのモードの共振を誘起する電極構造である必要があるが、第２および第３の導波管型誘電体共振器５０，６０の電極構造は、それぞれの共振周波数帯の信号を取り出せる電極構造であればよく、特に限定されない。
第１の導波管型誘電体共振器４０について、図１８Ｂを用いて詳しく説明する。図１８Ｂは、導波管型分波器３１の入出力電極を形成する誘電体共振器４０を図示したものである。図１８Ｂは、前記入出力電極構成部４３が前記誘電体共振器４０の実装面（図の下面）と該面に隣接する面内に連続して帯状に形成され、前記入出力電極４１は前記実装面の端縁から実装面内の一方向に延び該入出力電極の他端（実装面の端縁に位置する端部と反対側の端部）が前記グランド電極４７に短絡した構造を有する一実施形態である。図１８Ｂは、図１７Ａ及び図１７Ｂに示した第１の誘電体共振器４０と同じものを方向を変えて示している。
第１の導波管型誘電体共振器４０は、入出力電極４１と該入出力電極３１に接する誘電体ブロック露出部４２とからなる入出力電極構成部４３、グランド電極４７、および結合部４６（一部図示省略）を有する導波管型誘電体共振器４０であって、グランド電極４７は前記入出力電極構成部４３と前記結合部４６を除く前記誘電体ブロックの表面に形成され、前記入出力電極構成部４３は前記共振器４０の基板実装面に接する面（図の下面）内に形成されている。特に、本実施形態では、入出力電極構成部４３は、該面の任意の端縁から面内方向に帯状に形成されており、さらに、該面に隣接する面まで前記端縁から延長して連続して形成されている。そして、前記入出力電極４１は外部信号の入出力点４４から帯状に延び該入出力電極の他端が短絡点４５で前記グランド電極４７に短絡した構造を有している。外部信号の入出力点４４は、外部回路との接続方法または接続点を変えることにより自由に変更が可能であり、これに限定されるものではない。そして、短絡点４５以外の入出力電極４１の周囲には誘電体ブロック露出部４２が形成されて絶縁されている。
入出力電極構成部４３および入出力電極４１の実施形態としては、上記実施形態の他に図１８Ａや図１８Ｃのようなものが例示される。図１８Ａは、前記入出力電極構成部４３が前記共振器４０の実装面内に、該面の任意の端部から面内方向に帯状に形成され、前記入出力電極４１の入出力点４４を実装面の端縁よりやや内側に位置するところに設定し、そこから面内方向に延び該入出力電極の他端（入出力点４４と反対側の端部）が前記グランド電極に短絡した構造を有する一実施形態である。図１８Ｃは、図１８Ｂに示した電極配置に類似し、さらに前記入出力電極４１が隣接する面内にも延長して帯状に形成されている一実施形態である。
入出力電極構成部および入出力電極を形成する面は、実装性を考えると図１７Ａ及び図１７Ｂに示された下面（実装面）が好ましいが、その機能を発揮するだけでよければ、実装面に限定されることなく、前記下面に対向する（即ち下面と反対側の）上面であってもよく、また、使用する周波数や共振器の形状によっては、その他の面であってもよい。また、それらの面と隣接する面との２面に跨って形成されてもよい。
前記入出力電極部の構造としては、外部信号の入出力点から帯状に延び該入出力電極の他端が前記グランド電極に短絡した構造を有するものであればよく、本実施形態に示されたものを含め、図１９Ａ〜図１９Ｆに示すようないくつかの入出力電極の構造が例示される。
図１９Ａは図１８Ｂと同様な構造を示し、図１９Ｂは図１８Ａと同様な構造を示している。図１８Ｃは、入出力点４４が側面の中央部に位置する構造を示している。図１９Ｄは、入出力電極４１がその長さの途中においてグランド電極４７への接地のための細幅のバイパス部４１’を有する構造を示している。図１９Ｅは、入出力電極５がその両端において２つの短絡点４５を有し且つ中央に入出力点４４を有する構造を示している。図１９Ｆは、入出力電極４１がその途中において２つに分岐して２つの短絡点４５を有する構造を示している。
このような入出力電極部の構成とすることによって、２つ以上の共振モードを有する誘電体共振器を得ることができる。たとえば、ＴＥ１０１モードによる共振モードとＴＥ１１０モードによる共振モードとのように２つの共振モードを有する共振器が考えられる。
以上の様な第１の導波管型誘電体共振器４０の入出力電極部の構成は、上記の導波管型誘電体フィルタに関して説明したものと同様である。
本発明の分波器に使用される第１の導波管型誘電体共振器の共振モードと共振周波数との関係については、前記図４Ａ〜図４Ｃに関し説明したと同様なことがいえる。そして、前記第１と第２の周波数帯を第１の導波管型誘電体共振器の共振周波数の最も低いＴＥモードとその他のＴＥモードとの２つの共振モードとなるように第１の誘電体共振器を形成すると損失の少ない分離度のよい分波器を形成することができるので、好ましい。
本発明の入出力電極部の構造を利用すると、このようないくつかのＴＥモードを形成することが可能であり、上記のように同時に任意の２つの共振周波数帯を有する誘電体共振器を構成することが可能である。
図１７Ａ及び図１７Ｂの実施形態では、入出力電極構成部４３を下方の面（基板への実装面とする）に形成されている例を示したが、入出力電極構成部４３はこれに対向する面（反対側の面）あるいは、使用する周波数や共振器の形状によっては、その他の面に形成しても、同様に２つの共振モードを設定することができる。実装面と対向する面に入出力電極を形成すると、ワイヤボンディングで外部との接続が容易である。基板への実装面に入出力電極を形成すると、特別な引出用の金具等を必要とせず実装がさらに容易である。
また、図１８Ａに示したように入出力電極構成部４３および入出力電極４１は、前記誘電体共振器４０の実装面だけに形成されていてもよいが、図１８Ｂに示したように、実装面と端縁を共有するもう一方の面まで一部入出力電極構成部１３が延長されるように形成してもよい。これにより入出力電極４１を実装面の端縁まで形成することが可能となり、誘電体共振器を基板に半田等で電気的に接続して実装する場合、半田の接合具合を外部から目視で確認でき、製造上有利である。さらに、図１８Ｃのように入出力電極４１も実装面と端縁を共有するもう一方の面まで延長されるように形成しておくと、延長された入出力電極部分を基板への実装後に削ることにより入出力の結合（ＶＳＷＲ）の調整が可能である。
以上のような第１の導波管型誘電体共振器４０を用いて、本発明の分波器が構成される。さらに、図１７Ａ及び図１７Ｂの実施形態の導波管型分波器では、第１の導波管型誘電体共振器４０に第２の導波管型誘電体共振器５０と第３の導波管型誘電体共振器６０が接合される。
第２の導波管型誘電体共振器５０は、第１の誘電体共振器４０で共振した２つの周波数帯のうち１つである第１の周波数帯を形成する共振モードが励振される形状に調整されており、第１の誘電体共振器４０との電磁気的な結合のための結合部を有し、第１の共振周波数帯を入出力する電極を含む入出力電極構成部５３と、前記結合部と前記入出力電極構成部を除くほぼ全面に形成されたグランド電極とから構成されている。入出力電極構成部の構造は、通常の誘電体フィルタに使用されているような電極構造であればよく、特に制限はないが、前記誘電体共振器４０に使用されたような電極構造も使用することが可能である。
一方、第１の導波管型誘電体共振器４０に接合された第３の導波管型誘電体共振器６０は、第１の誘電体共振器４０で共振した２つの周波数帯のうちの他の１つである第２の周波数帯を形成する共振モードが励振される形状に調整されており、第１の誘電体共振器４０との電磁気的な結合のための結合部を有し、第２の共振周波数帯の信号を入出力する電極を含む入出力電極構成部６３と、前記結合部と前記入出力電極構成部６３を除くほぼ全面に形成されたグランド電極とから構成されている。入出力電極構成部の構造は、通常の誘電体フィルタに使用されているような電極構造であればよく、特に制限はないが、前記誘電体共振器４０に使用されたような電極構造も使用することが可能である。
上記のような構成の導波管型分波器とすることにより、第１の誘電体共振器４０の入出力電極４１から入力した信号は、第１の誘電体共振器内で第１と第２の周波数帯の電磁波として共振し、第１の周波数帯の電磁波は、結合部を通して第２の誘電体共振器に結合して共振し、第２の誘電体共振器５０の入出力電極５１から第１の周波数帯の信号として取り出される。また、第１の誘電体共振器内の第２の周波数の電磁波は、結合部を通して第３の誘電体共振器６０に結合して共振し、第３の誘電体共振器６０の入出力電極６１から第２の周波数帯の信号として出力される。
また、逆に、第２の誘電体共振器５０の入出力電極５１から入力される第１の周波数帯の信号と第３の誘電体共振器６０の入出力電極６１から入力される第２の周波数帯の信号とを、第１の誘電体共振器４０に結合し、第１の誘電体共振器４０の入出力電極４１から前記２つの信号を出力する混合器として使用することも可能である。本発明の分波器はこの様な使用形態のものをも包含するものである。
以上のように、本発明の導波管型分波器では、従来信号の入力のみに使用されていた導波管部分に、特定の少なくとも２つの周波数帯の信号を選別して共振させる構造の電極を有する誘電体共振器を形成したことにより、小型化が可能となり、また、実装が容易となる。
以上の実施形態の導波管型分波器では、第２および／または第３の導波管型誘電体共振器は、それぞれ１つの誘電体ブロックを用いた共振器から構成されているが、２段又はそれ以上に共振器を結合させてなるフィルタ構造としてもよい。その場合は、上記実施形態の導波管型分波器の誘電体共振器４０と誘電体共振器５０との間に共振器５０と同一形状で且つ入出力電極を形成せずに所要の結合部を形成した共振器を設置すれば良い。共振器６０側についても同様である。この実施形態の導波管型分波器の斜視図及び分解斜視図を、それぞれ図２０Ａ及び図２０Ｂに示す。図２０Ｂにおいて、符号５０１，６０１は図１７Ａ及び図１７Ｂ等の実施形態の導波管型分波器の誘電体共振器５０，６０と同様な誘電体共振器を示し、符号５０２，６０２は本図の実施形態で追加した誘電体共振器を示し、符号４６，５６，６６は結合部を示す。
また、本発明の導波管型分波器は、図２１に一実施形態を示すように前記第１、第２および第３の導波管型誘電体共振器が１つの誘電体ブロック内に形成されて構成することもできる。例えば、１つの誘電体ブロック内に表面が導電体で覆われた貫通孔７０または切り欠き（溝）等を形成して、複数の共振器４０，５０，６０を形成するようにし、該共振器間に結合部を形成して、電磁界結合を形成するように構成することができる。結合部は、誘電体ブロックに貫通孔７０や切り欠きを形成することで、誘電体ブロックの断面積を減少させた部分として形成される。そして、中心にある第１の誘電体共振器には本発明の入出力電極が形成される。１つの誘電体ブロックに複数の導波管型共振器を形成するので、部品点数が少なく量産性に優れ、また貼り合せ部分がないので損失が少ないという利点がある。
また、本発明において、誘電体共振器は、誘電体セラミックスからなる誘電体ブロックを用いたものに限らず、空気などの誘電率の低い誘電体を使用した導波管型空洞共振器であってもよい。これは、上記図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明した様に、誘電体材料としてセラミックスを使った場合の実装面以外の電極に相当するところに金属板等を使って筐体を形成し、入出力電極を含む実装面の電極は実装基板に形成して、前記筐体を前記実装基板にかぶせ一体化することにより導波管型空洞共振器としたものである。誘電体として空気を使うことにより、誘電率を小さく押さえ、高周波化に伴い分波器が小さくなり過ぎる場合の問題を解決できる。
また、本発明において、第２と第３の共振器に同一形状のものを用いれば、１つの周波数帯の電磁波を２つに分けることも可能であり、電力を分割するパワーデバイダとしても活用できる。本発明の分波器はこの様な使用形態のものをも包含するものである。
以下、図面を参照して、本発明の分波器の実施例についてさらに詳しく説明する。
図１７Ａ及び図１７Ｂに示した実施形態である誘電体共振器４０，５０，６０を３つ接続することにより，構成した分波器を、図２２に示す寸法になるように作製した。各導波管型共振器は、比誘電率εｒ＝３７材料からなる誘電体ブロックを用意し、そのブロック表面に銀ペーストにより導電膜を形成した。共振器間の電磁界結合は、図１７Ｂに示すように互いの共振器接合面の導電膜を一部はぎ、誘電体ブロックを露出させて結合部を形成し、適当な結合強度になるように調整した。また、各誘電体共振器４０，５０，６０の入出力電極構成部を図２３Ａ、図２３Ｂ及び図２３Ｃに示すように実装面の一部に形成した。各誘電体共振器の入出力電極のまわりにて誘電体ブロックを露出させ、入出力電極の一端を誘電体共振器の表面を覆う導電体（グランド電極）に接続した構造としている。図２３Ａに示した共通端子（第１の入出力電極）では電極幅Ｗ＝４．０ｍｍ、電極長Ｌ＝０．４ｍｍ、側面のギャップ幅Ｇ＝０．８ｍｍである。図２３Ｂに示した端子（第２の入出力電極）では電極幅Ｗ＝０．４ｍｍ、電極長Ｌ＝１．２ｍｍ、側面のギャップ幅Ｇ＝０．８ｍｍである。図２３Ｃに示した端子（第３の入出力電極）では電極幅Ｗ＝４．０ｍｍ、電極長Ｌ１＝０．５ｍｍ、Ｌ２＝０．６ｍｍ、側面のギャップ幅Ｇ１＝０．３ｍｍ、Ｇ２＝１．４ｍｍである。実装面に形成した入出力電極の他端（先端）は、実装面の端縁に位置しており、入出力電極と表面を覆う導電体とが短絡しないように、実装面と端縁を介して隣接する他の面の導電体の一部を取り除き、誘電体ブロックを露出させている。
この分波器の周波数特性を図２４Ａ、図２４Ｂ及び図２４Ｃに示す。図２４Ａは第１と第２の入出力電極間の周波数特性であり、図２４Ｂは第１と第３の入出力電極間の周波数特性であり、図２４Ｃは第２と第３の入出力電極間の周波数特性である。第１の入出力電極から入力された信号成分のうち、第１の誘電体共振器４０内の２つの共振モード、即ち共振周波数ｆ１の第１の共振モードと共振周波数ｆ２（＞ｆ１）の第２の共振モードのみが励振され、それぞれ結合部を介して第２の誘電体共振器５０及び第３の誘電体共振器６０内に伝達される。第２の誘電体共振器５０には第１の共振モードにインピーダンス整合のとれた入出力電極が形成してあるので、この入出力電極から図２４Ａに示すように第１の共振モードの成分が取り出される。一方、第３の誘電体共振器６０内には第２の共振モードにインピーダンス整合のとれた入出力電極が形成してあるので、この入出力電極から図２４Ｂに示すように第２の共振モードの成分が取り出されている。
この実施例では、第１及び第２の共振モードによる通過帯域の中心周波数はｆ１＝５．２ＧＨｚ、ｆ２＝６．７ＧＨｚであった。また、第２の入出力電極と第３の入出力電極との間は、入出力電極のインピーダンス整合が異なる共振モードに設定されているため信号は遮断され、図２４Ｃに示すように入出力電極間のアイソレーションが確保される。この実施例では、アイソレーションは約２０ｄＢであった。
産業上の利用可能性
以上説明した様に、本発明によれば、入出力電極構成部に特徴を持つ導波管型誘電体共振器を使用することにより、マイクロ波帯やミリ波帯で任意の複数の周波数帯を有する誘電体フィルタを提供することができる。また、高次の共振周波数を利用することにより、マイクロ波帯やミリ波帯で使用可能で、加工精度に厳しくなく取り扱いが容易である誘電体フィルタを提供することができる。
更に、本発明によれば、２つのモードの共振を起こすことのできる入出力電極構成部に特徴を持つ導波管型誘電体共振器を使用することにより、マイクロ波帯やミリ波帯で２つの周波数の信号を取り出し分波することのできる、小型で実装および製造の容易な分波器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、本発明の導波管型誘電体フィルタの一実施形態を示す斜視図である。
図１Ｂは、図１Ａの導波管型誘電体フィルタの分解斜視図である。
図２Ａは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す斜視図である。
図２Ｂは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す斜視図である。
図２Ｃは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す斜視図である。
図３Ａは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す図である。
図３Ｂは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す図である。
図３Ｃは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す図である。
図３Ｄは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す図である。
図３Ｅは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す図である。
図３Ｆは、本発明の導波管型誘電体フィルタの入出力電極構成部の一形態を示す図である。
図４Ａは、本発明の導波管型誘電体フィルタの共振器の共振モードを説明する電磁界分布の模式図である。
図４Ｂは、本発明の導波管型誘電体フィルタの共振器の共振モードを説明する電磁界分布の模式図である。
図４Ｃは、本発明の導波管型誘電体フィルタの共振器の共振モードを説明する電磁界分布の模式図である。
図５は、本発明の導波管型誘電体フィルタの動作を説明するための共振モードをパラメータとする共振器ｂ寸法と共振周波数との関係を示す図である。
図６は、本発明の一つの誘電体ブロック内に形成された導波管型誘電体フィルタの一実施形態を示す斜視図である。
図７Ａは、本発明の導波管型誘電体フィルタを導波管型空洞共振器で構成した一実施形態を示す斜視図である。
図７Ｂは、図７ＡのＢ部分の拡大図である。
図８は、本発明の導波管型誘電体フィルタの別の一実施形態を示す斜視図である。
図９は、図８の誘電体フィルタの入出力電極構成部を示す図である。
図１０は、図８の誘電体フィルタを基板に実装した一実施形態を示す斜視図である。
図１１は、図１０の基板実装誘電体フィルタの特性図である。
図１２は、本発明の導波管型誘電体フィルタの別の一実施形態を示す斜視図である。
図１３は、図１２の誘電体フィルタの特性図である。
図１４は、本発明の導波管型誘電体フィルタの別の一実施形態を示す斜視図である。
図１５は、図１４の誘電体フィルタの入出力電極構成部を示す図である。
図１６は、図１４の誘電体フィルタの特性図である。
図１７Ａは、本発明の導波管型誘電体分波器の一実施形態を示す斜視図である。
図１７Ｂは、図１７Ａの導波管型誘電体分波器を示す分解斜視図である。
図１８Ａは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の一形態を示す斜視図である。
図１８Ｂは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の一形態を示す斜視図である。
図１８Ｃは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の一形態を示す斜視図である。
図１９Ａは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の他の形態を示す図である。
図１９Ｂは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の他の形態を示す図である。
図１９Ｃは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の他の形態を示す図である。
図１９Ｄは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の他の形態を示す図である。
図１９Ｅは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の他の形態を示す図である。
図１９Ｆは、本発明の導波管型誘電体分波器の入出力電極構成部の他の形態を示す図である。
図２０Ａは、第２及び第３の導波管型誘電体共振器が複数の共振器からなる分波器の一実施形態を示す斜視図である。
図２０Ｂは、図２０Ａの分波器の分解斜視図である。
図２１は、本発明の分波器を１つの誘電体ブロックで構成した一実施形態を示す斜視図である。
図２２は、本発明の分波器の一実施例の説明図である。
図２３Ａは、本発明の導波管型誘電体共振器の一実施形態の入出力電極構成部を示す説明図である。
図２３Ｂは、本発明の導波管型誘電体共振器の一実施形態の入出力電極構成部を示す説明図である。
図２３Ｃは、本発明の導波管型誘電体共振器の一実施形態の入出力電極構成部を示す説明図である。
図２４Ａは、図２２の分波器の周波数特性図である。
図２４Ｂは、図２２の分波器の周波数特性図である。
図２４Ｃは、図２２の分波器の周波数特性図である。
図２５は、従来の分波器の一例を示す斜視図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0003852598.tif 000003
【図２Ａ】
0003852598.tif 000004
【図２Ｂ】
0003852598.tif 000005
【図２Ｃ】
0003852598.tif 000006
【図３Ａ】
0003852598.tif 000007
【図３Ｂ】
0003852598.tif 000008
【図３Ｃ】
0003852598.tif 000009
【図３Ｄ】
0003852598.tif 000010
【図３Ｅ】
0003852598.tif 000011
【図３Ｆ】
0003852598.tif 000012
【図４Ａ】
0003852598.tif 000013
【図４Ｂ】
0003852598.tif 000014
【図４Ｃ】
0003852598.tif 000015
【図５】
0003852598.tif 000016
【図６】
0003852598.tif 000017
【図７Ａ】
0003852598.tif 000018
【図７Ｂ】
0003852598.tif 000019
【図８】
0003852598.tif 000020
【図９】
0003852598.tif 000021
【図１０】
0003852598.tif 000022
【図１１】
0003852598.tif 000023
【図１２】
0003852598.tif 000024
【図１３】
0003852598.tif 000025
【図１４】
0003852598.tif 000026
【図１５】
0003852598.tif 000027
【図１６】
0003852598.tif 000028
【図１７Ａ】
0003852598.tif 000029
【図１７Ｂ】
0003852598.tif 000030
【図１８Ａ】
0003852598.tif 000031
【図１８Ｂ】
0003852598.tif 000032
【図１８Ｃ】
0003852598.tif 000033
【図１９Ａ】
0003852598.tif 000034
【図１９Ｂ】
0003852598.tif 000035
【図１９Ｃ】
0003852598.tif 000036
【図１９Ｄ】
0003852598.tif 000037
【図１９Ｅ】
0003852598.tif 000038
【図１９Ｆ】
0003852598.tif 000039
【図２０Ａ】
0003852598.tif 000040
【図２０Ｂ】
0003852598.tif 000041
【図２１】
0003852598.tif 000042
【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５】
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