JP5688977B2 - 誘電体導波管の入出力接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体導波管と、それを実装するプリント基板との入出力接続構造に関するものであり、特に入出力接続構造の広帯域化に係わる。

近年、移動体通信機器が普及し、移動体通信では２ＧＨｚ帯程度までの周波数が利用されてきている。これらの通信のための基地局には、誘電体導波管からなる共振器を組み合わせた誘電体導波管フィルタが用いられてきた。
誘電体導波管フィルタは、誘電体の波長短縮効果により小型軽量化でき、プリント基板に直接実装可能である。

しかし、誘電体導波管とプリント基板で用いられるストリップ線路とでは、伝送される電磁波のモードが異なるので、誘電体導波管フィルタをプリント基板に直接実装して利用するには、ストリップ線路と誘電体導波管へのモード変換構造が必要となる。

特開２０００−７７９０７号公報 特開２０１０−１４１６４４号公報

図６は従来の誘電体導波管の入出力接続構造を示す分解斜視図である。
図６（ａ）に示すように、誘電体導波管６０は、直方体形状の誘電体からなる誘電体ブロックの外装を被覆する導体膜６２で被覆され、底面に誘電体が露出する誘電体露出部に囲まれた導体からなる島状の入出力電極６１が形成されている。
プリント基板７０の表面には、導体からなる略円形状の島状電極７１が設けられており、表面グランドパターン７４に囲まれた中心部に略円形の導体膜からなる島状電極７１が表面グランドパターン７４と間隔を開けて分離され絶縁された状態で形成されている。
プリント基板７０の裏面には、ストリップ線路７２が形成され、島状電極７１とストリップ線路７２がスルーホール７３を介して接続されている。
誘電体導波管６０の入出力電極６１がプリント基板７０の島状電極７１に配置され接続される。
この誘電体導波管の入出力接続構造は、適用可能な比帯域幅の範囲が狭いという問題があった。

この問題に対する解決策として、図６（ｂ）に示す誘電体導波管の入出力接続構造が考案されている。
図６（ｂ）に示すように、誘電体導波管８０は、直方体形状の誘電体からなる誘電体ブロックの外装を導体膜８２で被覆され、誘電体ブロックの底面に誘電体が露出する誘電体露出部に囲まれた導体からなる略四角形状の入出力電極８１が形成されている。
プリント基板１００の表面には、ストリップ線路１０２が設けられており、ストリップ線路１０２の先端に略四角形状の島状電極１０１が形成され、その島状電極１０１の周囲に、島状電極１０１を囲むように、島状電極１０１とは絶縁された導体からなる表面グランドパターン１０４が形成されている。
誘電体導波管８０の底面は、表面が導体からなるスペーサ９０を介してプリント基板１００の表面と接合され、誘電体導波管８０の入出力電極８１がプリント基板１００の島状電極１０１とスペーサ９０による間隔をおいて対向するように配置される。
この誘電体導波管の入出力接続構造は、５ＧＨｚ以上の周波数で比帯域幅を広くすることができる。
しかし、上記した誘電体導波管の入出力接続構造は、部品点数が増加してしまい、電磁結合させるために誘電体導波管の寸法が比較的長くなる等、小型軽量化の障害となるとともに、入出力接続構造も複雑になってしまう。

本発明は、簡易な構成で、誘電体導波管のプリント基板への配置が容易であり、低損失で広帯域な誘電体導波管の入出力接続構造を提供するものである。

上記の問題を解決するために本発明の誘電体導波管の入出力接続構造は、
底面に誘電体露出部に囲まれるとともに前記誘電体露出部の周囲に導体膜が配置された略円形状の入出力電極からなり、前記誘電体露出部を横切り前記入出力電極と前記導体膜を接続するショートスタブを具え、
前記プリント基板は、表面に略円形状の島状電極と前記島状電極に間隔をおいて囲む表面グランドパターンと、
裏面にストリップ線路と前記ストリップ線路に間隔をおいて囲む裏面グランドパターンとを具え、
前記島状電極の略中心と前記ストリップ線路の一端、および、前記表面グランドパターンと前記裏面グランドパターンとが接続され、
前記誘電体導波管の入出力電極と、前記プリント基板の島状電極とが接続された
ことを特徴とする。

本発明の誘電体導波管の入出力接続構造によれば、部品点数を増加させずに、低損失で広帯域な誘電体導波管の入出力接続構造とすることができる。

本発明の誘電体導波管の入出力接続構造を説明するための分解斜視図である。 図１の誘電体導波管とプリント基板の対向する面を説明するための図である。 本発明の誘電体導波管の入出力接続構造を用いた誘電体導波管フィルタの一実施例を示す図である。 図３の実施例の比帯域幅を示すグラフである。 図３の実施例の伝送特性を示すグラフである。 従来の誘電体導波管の入出力接続構造を示す分解斜視図である。

図１は本発明の一実施例を示す誘電体導波管の入出力接続構造の分解斜視図である。
図１に示すように、誘電体導波管１０は、直方体形状の誘電体からなる誘電体ブロックの外装を被覆する導体膜１２に囲まれ、誘電体ブロックの底面に誘電体が露出する誘電体露出部に囲まれた導体からなる略円形状の入出力電極１１が形成されている。入出力電極１１と導体膜１２は、誘電体露出部を横切る導体からなるショートスタブ１３を介して接続されている。
プリント基板２０の表面には、導体からなる略円形状の島状電極２１が設けられており、その島状電極２１の周囲に間隔をおいて囲むように導体からなる表面グランドパターン２４が形成されている。なお、島状電極２１と表面グランドパターン２４は絶縁されている。
プリント基板２０の裏面には、一方の端を図示しない外部回路に接続するストリップ線路２２と、ストリップ線路と間隔をおいて囲む導体からなる裏面グランドパターン２５とが形成されている。
島状電極２１は、島状電極２１の略中心に設けられたスルーホール２３を介してストリップ線路２２と接続されている。
表面グランドパターン２４と裏面グランドパターン２５とは島状電極２１の周辺を囲むように設けられた複数のスルーホールからなるスルーホール群２６を介して接続されている。
誘電体導波管１０は、誘電体導波管１０の入出力電極１１とプリント基板２０の島状電極２１とが接続され、及び、誘電体導波管１０の導体膜１２とプリント基板２０の表面グランドパターン２４とが接続されるようにプリント基板２０に配置される。

図２は、図１の誘電体導波管の入出力電極とプリント基板の島状電極を説明するための図である。図２（ａ）は誘電体導波管の底面図を示し、図２（ｂ）はプリント基板の上面図を示す。
図２（ａ）に示すように、誘電体導波管１０の入出力電極１１は直径ｄ_１を有し、入出力電極１１と入出力電極１１を囲む導体膜１２とが誘電体露出部を横切る幅ｗを有するショートスタブ１３により接続されている。ショートスタブ１３の誘電体露出部を横切る幅ｗは入出力電極１１の直径ｄ_１より小さい。
図２（ｂ）に示すように、プリント基板２０の表面の島状電極２１は直径ｄ_２を有し、島状電極２１と一定の間隔をおいて囲む表面グランドパターン２４からなる。
島状電極２１の直径ｄ_２は入出力電極１１の直径ｄ_１より小さくすることにより、誘電体導波管の位置決めを容易にできる。

図３は本発明の誘電体導波管の入出力接続構造を用いた誘電体導波管フィルタの一実施例である。
誘電体導波管フィルタ３０は、誘電体導波管の共振器の段数ｎ＝５としたものである。誘電体ブロックの外装を導体膜で被覆した直方体形状の誘電体導波管３１〜３５からなる。誘電体導波管３１〜３５は一列に並べられ、各々の誘電体導波管は、対向する側面に設けられた誘電体の露出する結合窓４０により結合されている。両端の誘電体導波管３１、３５は、それぞれの底面の誘電体が露出する誘電体露出部に、導体からなる略円形状の入出力電極４１、４２が形成され、入出力電極４１、４２と各導体膜とはショートスタブ４３、４３により接続されている。
プリント基板５０の表面には、略円形状の島状電極５１、５２が設けられており、その島状電極５１、５２の周囲に島状電極５１、５２を囲むように、表面グランドパターン５４が形成されている。島状電極５１、５２と表面グランドパターン５４とは絶縁されている。プリント基板５０の裏面には、図示しないストリップ線路が設けられており、そのストリップ線路の周囲にストリップ線路を囲むように、裏面グランドパターンが形成されている。ストリップ線路と裏面グランドパターンとは絶縁されている。
誘電体導波管フィルタ３０は、入出力電極４１と島状電極５１、及び、入出力電極４２と島状電極５２とが接続されるように基板５０に配置される。

図４は、図３の本発明の導波管の入出力接続構造を用いた誘電体導波管フィルタにおいて、ショートスタブの幅と入出力電極の直径を変化させた場合の比帯域幅を示すグラフである。
図４において、横軸は入出力電極の直径ｄ_１［ｍｍ］、縦軸は比帯域幅を示し、特性２はショートスタブの幅ｗを２．０［ｍｍ］、特性１はショートスタブの幅ｗを１．０［ｍｍ］、特性３はショートスタブが無い場合を示す。
なお、比帯域幅は、中心周波数ｆ＝２．６［GＨｚ］、リターンロスＲＬ＝２０［ｄＢ］、誘電体導波管の共振器の個数ｎ＝５として計算した。

図５は、図３に示した誘電体導波管フィルタ３０のプリント基板５０に実装された状態における伝送特性を示すグラフである。中心周波数ｆ＝２．６［ＧＨｚ］、ショートスタブの幅ｗは１．０［ｍｍ］、入出力電極の直径ｄ_１は４．６［ｍｍ］であり、実線は本発明の誘電体導波管の入出力接続構造を用いた誘電体導波管フィルタの場合であり、点線は、比較のためにショートスタブの無い誘電体導波管フィルタの場合の伝送特性を示すグラフである。
グラフにおいて横軸は比帯域幅、縦軸は伝送特性［ｄＢ］を示す。

図４と図５の結果より、ショートスタブを設け、ショートスタブの幅と入出力電極の直径を所望の大きさにすることにより広帯域化することができる。

以上述べたように、本発明の誘電体導波管の入出力接続構造を用いることで部品点数を最小に抑え、誘電体導波管の入出力電極とプリント基板の島状電極の配置を容易に接続でき、多少の位置ずれにおいても特性に対する影響を少なくできる。その結果、簡易な構成でプリント基板との配置を容易に接続することができ、低損失で広帯域な誘電体導波管の入出力接続構造を提供できる。

また、島状電極２１の周辺に設けられたスルーホール群２６により、入出力接続構造部での不要な電磁波の放射が抑えられるとともに、入出力接続構造部の間のアイソレーションを高め、入出力接続構造の効率をさらに高めることができる。
また、ストリップ線路２２は、プリント基板２０に複数の配線層を有する多層基板の内層に設けてもよい。さらに、ショートスタブの位置は、どの位置でもよい。さらにまた、ストリップ線路２２は必ずしも必要ではない。プリント基板の裏面に直接コネクタを配置し、コネクタとスルーホールを直接接続すれば、ストリップ線路２２は不要である。

１０、３１〜３５、６０、８０ 誘電体導波管
２０、５０、７０、１００ プリント基板
３０ 誘電体導波管
４０ 結合窓
９０ スペーサ
１１、４１、４２、６１、８１ 入出力電極
１２、６２、８２ 導体膜
１３、４３ ショートスタブ
２１、５１、５２、７１、１０１ 島状電極
２２、７２、１０２ ストリップ線路
２３、７３ スルーホール
２４、５４、７４、１０４ 表面グランドパターン
２５ 裏面グランドパターン
２６ スルーホール群

Claims (3)

1. 誘電体導波管の入出力電極とプリント基板のストリップ線路とを接続する誘電体導波管の入出力接続構造において、
   前記誘電体導波管は、
   底面に誘電体露出部に囲まれるとともに前記誘電体露出部の周囲に導体膜が配置された略円形状の入出力電極からなり、前記誘電体露出部を横切り前記入出力電極と前記導体膜を接続するショートスタブを具え、
   前記プリント基板は、表面に略円形状の島状電極と前記島状電極に間隔をおいて囲む表面グランドパターンと、
   裏面にストリップ線路と前記ストリップ線路に間隔をおいて囲む裏面グランドパターンとを具え、
   前記島状電極の略中心と前記ストリップ線路の一端、および、
   前記表面グランドパターンと前記裏面グランドパターンとが接続され、
   前記誘電体導波管の入出力電極と、前記プリント基板の島状電極とが接続されたことを特徴とする誘電体導波管の入出力構造。
2. 前記表面グランドパターンと、前記裏面グランドパターンは、前記島状電極周辺を囲むように複数のスルーホール群を介して接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘電体導波管の入出力接続構造。
3. 前記誘電体露出部を横切る前記ショートスタブの幅は、前記入出力電極の直径より小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘電体導波管の入出力接続構造。

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