JP4131277B2 - 多重モード誘電体共振器、誘電体フィルタおよび通信装置 - Google Patents

Description

この発明は多重モードで動作する誘電体共振器、誘電体フィルタおよびそれらを備えた通信装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１，２に開示されているように、導電性のキャビティ内に誘電体コアを配置して複数のＴＥ０１δモードを多重化した多重モード誘電体共振器が用いられている。この特許文献１，２に開示されている誘電体共振器は、略立方体形状のキャビティ内に略立方体形状の誘電体ブロックを配置し、互いに直交する３つの軸回りに電界ベクトルが回るＴＥ０１δモードを３重化したものである。
特開２００１−６０８０４公報 特開２００１−６０８０５公報

従来の支持台を用いた多重モード誘電体共振器の構成とそれに生じる共振モードの例を図１７に示す。図１７において、支持台４０は誘電体からなり、誘電体コア１をキャビティ２内で支持することにより、誘電体コア１をキャビティの中央部に配置している。（Ａ）は３つのＴＥ０１δモード（円筒座標系表現）、（Ｂ）は３つのＴＭ０１δモード（円筒座標系表現）の電界ベクトルをそれぞれ矢印で示している。

ところが、このような従来の多重モード誘電体共振器においては、上記３つのＴＥ０１δモードを利用しようとすると、３つのＴＭ０１δモードの共振モードがスプリアスモードとして作用する。このスプリアスモードの影響で（スプリアスモードのレスポンスが生じて）、誘電体共振器をフィルタとして用いた場合に良好な減衰特性が得られないという問題があった。

また、ＴＥ０１δモードを効率的に用いるために、略立方体形状の誘電体コアを浮かせるように固定する必要がある。そのために従来は図１７に示したように低誘電率のセラミックからなる支持台４０に誘電体コア１を接着し、支持台４０をキャビティ２内の底面に固定する方法が採られていた。

しかし、接着剤で貼り合わせを行うために、支持台および誘電体コアの両方を研磨して、接着面を平滑化する加工が必要であり、これがコストアップの要因となってしまう。更に、一般的に接着剤は長期信頼性に劣るので、高温多湿環境に長期間おかれ、且つ強い衝撃を受けると誘電体コアが支持台から外れやすくなるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、上記スプリアスモードの影響を受ける問題および支持台を介する誘電体コアの支持構造による信頼性に関する問題を解消した多重モード誘電体共振器、それを含む誘電体フィルタおよびこれらを備えた通信装置を提供することにある。

この発明の誘電体共振器は、導電性のキャビティの内部に、キャビティの内壁面から所定の間隔を隔てて誘電体コアを配置してなる多重モード誘電体共振器であって、誘電体コアに貫通孔を形成し、該貫通孔に支持棒を挿通し、該支持棒をキャビティに固定することによって、キャビティ内部の空間に誘電体コアを支持したことを特徴としている。
そして、前記キャビティは直方体形状とし、前記支持棒は２本または３本設け、各支持棒の両端をキャビティの互いに異なる一対の対向する内壁にそれぞれ接合する。
また、前記支持棒の少なくとも一部は誘電体コアよりも低誘電率の材料から構成する。
また、前記支持棒は誘電体コアよりも低誘電率の材料からなる中空形状とし、その中空の内部に導電体を配置する。
また、前記貫通孔および支持棒の断面形状を多角形とする。

前記支持棒は導電性を有し、支持棒の両端がキャビティの対向する内壁にそれぞれ電気的に導通してキャビティの内壁間を短絡させたものとする。

誘電体コアに設けた貫通孔の内壁と前記支持棒との間には絶縁性のブッシングを配置する。

このブッシングは誘電体コアよりも低誘電率の材料から構成する。

前記誘電体コアは略直方体形状とする。

前記多重モード誘電体共振器は、互いに直交する３つの座標軸の軸回りに電界ベクトルが回る３つのＴＥ０１δモードが励振するものとする。

また、この発明の誘電体フィルタは、上記構造の多重モード誘電体共振器と、その所定のモードに外部結合する外部結合手段とを備えたことを特徴としている。

（１）この発明によれば、誘電体コアに貫通孔を形成し、その貫通孔に支持棒を挿通するとともに、支持棒をキャビティに固定したことによって、キャビティ内部の空間に誘電体コアをセラミック基板などの支持台を用いることなく支持できるようになる。そのため、接着剤を用いることによる信頼性低下の問題が回避できる。

またＴＥ０１δモードを利用する際のスプリアスモードであるＴＭ０１δモードの周波数がＴＥ０１δモードに近接することの問題が回避できる。すなわち誘電体の支持台を用いないので、特に支持台の厚み方向に電界ベクトルが向くＴＭ０１δモードの共振周波数の低下を防ぐことができ、利用するＴＥ０１δモードの共振周波数に影響のない周波数にまで離すことができる。

（２）また、前記支持棒が導電性を有し、その両端がキャビティの対向する内壁にそれぞれ電気的に導通していることによって、その対向するキャビティの内壁間に電界ベクトルが向くＴＭモード（円筒座標系表現のＴＭ０１δモード）の共振周波数が利用周波数より極めて高くなる。

（３）また、誘電体コアに設けた貫通孔の内壁と支持棒との間に絶縁性のブッシングを配置することによって、誘電体コアに直接導電体が接触することによるＱの低下が避けられる。

（４）また、前記ブッシングを誘電体コアよりも低誘電率の材料から構成することによってその効果をより高めることができる。

（５）また、前記キャビティを直方体形状とし、２本または３本の支持棒の両端をキャビティの互いに異なる一対の対向する内壁にそれぞれ接合することによって誘電体コアのキャビティ内への機械的支持構造を強固にすることができ、振動や衝撃に対する特性変動をより抑えることができる。

（６）また、前記誘電体コアを略直方体形状とすることによって、前記貫通孔を備えた誘電体コアを容易に製造できるようになる。

（７）また、前記支持棒の少なくとも一部を誘電体コアよりも低誘電率の材料とすることによって、共振器のＱの低下を抑えることができる。

（８）また、前記支持棒を誘電体コアよりも低誘電率の材料とし、その中空形状の内部に導電体を配置することによって、支持棒の誘電体部分で誘電体コアを支持するので、共振器のＱの低下を抑えることができる。しかも、中空内部の導電体によってキャビティの対向する内壁面間を短絡できるので、キャビティの内壁間に電界ベクトルが向く上記ＴＭモードの共振周波数が利用周波数より極めて高くなり、スプリアスモードの影響を回避できる。

（９）また、前記誘電体コアの貫通孔および支持棒の断面をそれぞれ多角形状とすることによって、支持棒に対する誘電体コアの支持棒回りの回転が強制されて誘電体コアの回転により特性変動を抑えることができる。

（１０）また、前記多重モード誘電体共振器を３重のＴＥ０１δモードの共振器とすることによって、共通のキャビティ内に３つの共振器を備えた小型の誘電体共振器装置が得られる。

（１１）また、この発明によれば、前記多重モード誘電体共振器と、その所定のモードに外部結合する外部結合手段とを備えたことによって小型で挿入損失の低い誘電体フィルタとして用いることができる。

（１２）さらに、この発明によれば、前記多重モード誘電体共振器または誘電体フィルタを高周波回路部に設けることによって小型で低損失な通信装置が得られる。

第１の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の構成を示す斜視図である。 同共振器で生じる複数の共振モードのうちのＴＥ０１δｘモードとＴＭ０１δｘモードの電磁界分布の例を示す図である。 第２の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る別の多重モード誘電体共振器の構成を示す図である。 第５の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の組立構造を示す斜視図である。 第６の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の主要部の構造を示す分解斜視図および断面図である。 第７の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の組立構造を示す斜視図である。 第８の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の主要部の構造を示す分解斜視図である。 第９の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の組立構造および主要部の構造を示す分解斜視図である。 同共振器と従来の支持台を備えた共振器に生じる各共振モードの周波数の関係を示す図である。 第１０の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。 第１１の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。 第１２の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した多重モード誘電体共振器のＴＭ０１δｘモードについての等価回路図である。 従来の支持台を用いた多重モード誘電体共振器の構成とそれに生じる共振モードの例を示す図である。

符号の説明

１−誘電体コア
２−キャビティ
３−支持棒
４−貫通孔
５−導体棒
６−低誘電率絶縁体ブッシング
７−ネジ孔
８−凹部
９，１０−溝
１１，１２，１３−貫通孔
１４−ネジ
１５−孔
１６−ネジ孔
１７−ネジ部
１８−ネジ穴
２１，２２−同軸コネクタ
２３，２４−結合ループ
２５，２６−結合ループ用導体
２７，２８−中心導体
２９，３０−結合窓
４０−支持台

この発明の第１の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の構成を図１〜図１２を参照して説明する。
図１は多重モード誘電体共振器の基本構成部分の斜視図である。但し、ここではキャビティの内面の立体形状をフレームで表している。この多重モード誘電体共振器はキャビティ２と誘電体コア１と支持棒３とによって構成している。キャビティ２は略直方体（六面体）形状を成している。誘電体コア１は略直方体形状を成し、キャビティ２の内部の空間の略中央に配置している。

誘電体コア１には、対向する二つの面間を貫通する貫通孔１２を設けていて、その貫通孔１２に支持棒３を挿通嵌合させている。支持棒３は導電性を備えていて、この支持棒３の両端をキャビティ２の対向する内壁にそれぞれ接合することによって誘電体コア１をキャビティ２の内部の空間に支持している。

図２はこの多重モード誘電体共振器に生じる２つの共振モードについて示している。ここでＸ，Ｙ，Ｚは図１に示した三次元方向の座標軸であり、図２では二次元の各面における断面図をそれぞれ示している。図中の実線の矢印は電界ベクトル、破線の矢印は磁界ベクトル、ドット記号およびクロス記号は電界または磁界の方向を示している。

図２の（Ａ）は、円筒座標系表記でＴＥ０１δモードである。特にこの（Ａ）の例では、Ｘ軸に垂直な面（Ｙ−Ｚ平面に平行な面）に電界ベクトルが回るので、これをＴＥ０１δｘモードと表す。誘電体コア１は立方体形状であるので、同様にしてＹ軸に垂直な面に電界ベクトルが回るＴＥ０１δｙモードと、Ｚ軸に垂直な面に電界ベクトルが回るＴＥ０１δｚモードが生じる。

図２の（Ｂ）は、キャビティの対向する内壁面間に電界ベクトルが向く、円筒座標系表記でＴＭ０１δモードである。特に、この（Ｂ）の例では、Ｘ軸方向に電界ベクトルが向くので、これをＴＭ０１δｘモードと表す。誘電体コア１は立方体形状であるので、同様にしてＹ軸方向に電界ベクトルが向くＴＭ０１δｙモードと、Ｚ軸方向に電界ベクトルが向くＴＭ０１δｚモードが生じる。これらの３つのＴＭ０１δモードは、ここではいずれもスプリアスモードである。

次に、第２の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の例を図３に示す。これらの多重モード誘電体共振器の図示方法は図１の場合と同様であり、キャビティの形状をその内壁面の立体形状を示すフレームで表している。図１に示した例では、略立方体形状の誘電体コア１を用いたが、図３の（Ａ）の例では略球形の誘電体コア１を用いている。すなわち球形の誘電体コア１の略中心を通る貫通孔１２を設け、その貫通孔１２に支持棒３を挿通嵌合させている。そして、支持棒３の両端をキャビティ２に固定している。

このように誘電体コア３が略球形であっても、互いに直交する３つのＴＥ０１δモードが生じる。

図３の（Ｂ）の例では、円柱形状の誘電体コア１を用いている。すなわち、円柱形状の誘電体コア１の円筒面を成す側面の母線に平行な中心軸上に貫通孔１２を形成し、その貫通孔１２に支持棒３を挿通嵌合させている。このように略円柱形状の誘電体コア１を用いても、互いに直交する３つのＴＥ０１δモードを利用することができる。

図３の（Ｃ）の例では、Ｘ−Ｙ平面に垂直な面と平行な面とで構成される一塊りの誘電体コア１を用いている。このような多面体形状であっても同様にして、互いに直交する３つのＴＥ０１δモードが生じ、これらを利用することができる。

次に、第３の実施形態に係る多重モード誘電体共振器について図４を基に説明する。
図１や図３に示した例では誘電体コアに設けた貫通孔１２の断面形状と支持棒３の断面形状を何れも円形としたが、誘電体コア１の貫通孔１２と支持棒３の断面形状を共に矩形として、誘電体コア１の貫通孔１２に支持棒３が適度なかたさで嵌合するように寸法を定めている。

このような構造により、誘電体コア１は支持棒３の軸方向に移動せず軸回りにも回転しない。そのため、キャビティ１内部の空間に対する誘電体コア１の位置安定性を高めることができる。その結果、衝撃や振動に対する電気的特性の安定化を図ることができる。

次に、第４の実施形態に係る多重モード誘電体共振器について、図５・図６を参照して説明する。
図５において支持棒３は誘電体材料から成り、その長手方向の軸方向に貫通孔４を有し、その内面に導体膜を形成している。誘電体コア１は支持棒３の誘電体部分によって機械的に支持するようにし、貫通孔４の内面の導体膜によってキャビティの対向する内壁間を電気的に短絡するようにしている。

ここで、このＸ軸方向を向く支持棒３でキャビティの対向する内壁間が短絡された誘電体共振器のＴＭ０１δｘモードについての等価回路を図１６に示す。支持棒３が無い状態では等価回路は（Ａ）のように表される。ここでＣは誘電体コア１を介在するキャビティの対向する内壁面間のキャパシタンス成分、Ｌはキャビティ１の導体によるインダクタンス成分を集中定数回路的に表している。このような並列共振回路によってＴＭ０１δｘモードの共振周波数が定まる。ところが図５に示したように、誘電体コア１を貫通してキャビティ２の内壁面間を支持棒３で短絡すると、図１６の（Ｂ）に示すように、キャパシタンスＣ′に対して並列にインダクタンスＬＳが接続されることになる。ここでＬＳは支持棒３によるインダクタンス成分である。このように支持棒３を設けると、（Ａ）に示したキャパシタンスＣが小さくなってキャパシタンスＣ′がわずかに残ることになる。そのためＴＭ０１δｘモードの共振周波数は大きく上昇することになる。

また、この図５に示した構造によって、誘電体コア１に直接導電体が接することがないので共振器のＱを高く保つことができる。

図６に示す例では、図５の場合と同様に支持棒３は貫通孔４を有する円筒形状を成し、その貫通孔４に金属ワイヤーから成る導体棒５を挿通させている。誘電体コア１は支持棒３によってキャビティ２内部の空間に機械的に支持し、導体棒５の両端をキャビティ２の対向する内壁にそれぞれ電気的に導通（短絡）させている。このような構造であっても誘電体コア１に直接導電体が接することがなく共振器のＱを高く維持できる。また金属製のキャビティを用い、導体棒５の両端をキャビティ２に設けた孔に挿通させて半田付けすることによって電気的導通を容易に図ることもできる。

次に、第５の実施形態に係る多重モード誘電体共振器について図７を参照して説明する。
図７の（Ａ）は誘電体コアと支持棒との関係を示す分解斜視図である。（Ｂ）は誘電体コア１と支持棒３などとから成るユニットをキャビティ２に固定する構造を示す斜視図である。

（Ａ）において支持棒３は金属製の棒であり、ＰＴＦＥなどの低誘電率絶縁体材料から成る円柱形状の低誘電率絶縁体ブッシング（以下、単に「ブッシング」という。）６を支持棒３の中央部に嵌め込んでいる。（当然に接着剤は用いない）このブッシング６を嵌め込んだ支持棒３を誘電体コア１に設けた貫通孔１１，１２にそれぞれ挿通嵌入する。

この例では誘電体コア１には、図における上下方向に貫通する貫通孔１１と図における左右方向に貫通する貫通孔１２とを形成している。この貫通孔１１，１２は誘電体コア１内部で直接交差しない位置に設けている。

支持棒３の両端にはそれぞれネジ孔７を形成していて、図７の（Ｂ）に示すように、キャビティ２の内部にキャビティ２の外側からネジ１４をネジ孔７に螺合させることによってキャビティ２に誘電体コア１と導体棒３などから成るユニットを固定する。

このように、導電体である支持棒３が直接誘電体コア１に接しないので、共振器のＱを低下させることがない。しかも誘電体コア１は誘電体セラミックスからなり、その比誘電率が約８０であるのに対し、ブッシング６はＰＴＦＥからなり、その誘電率は２〜３と低いので、支持棒３近傍の電界エネルギーの集中を避けることができ、Ｑ低下抑制効果を高めることができる。

次に、第６の実施形態に係る多重モード誘電体共振器について、図８を参照して説明する。
図７に示した例では、Ｙ軸から見た二次元上では直交するが、誘電体コア１に対して２つの貫通孔１１，１２が交わらない（立体交差する）ようにしたが、この図８に示す例では、誘電体コア１内部で２つの貫通孔１１，１２が直交している。

図８の（Ａ）は誘電体コアと支持棒などとの関係を示す分解斜視図、（Ｂ）は誘電体コア１の貫通孔１１，１２を通る面での断面図である。２つの支持棒３ｘ，３ｚが誘電体コア１内部で交差可能なように、その交差部分に凹部８を形成し、凹部８同士が接するように配置する。また、支持棒３ｘのブッシング６と支持棒３ｚのブッシング６同士が干渉しないように、支持棒３ｘ，３ｚにそれぞれ２つずつブッシング６を嵌合させるようにしている。

誘電体コア１、支持棒３ｚ，３ｘおよびブッシング６から成るユニットを組み立てる際、まず一方の支持棒３ｚに２つのブッシング６，６を嵌め込み、このブッシング６を嵌め込んだ支持棒３ｚを誘電体コア１の一方の貫通孔１１に圧入する。次に、誘電体コア１の貫通孔１２にもう一方の支持棒３ｘを挿入し、支持棒３ｘの両端、すなわち貫通孔１２の両端にそれぞれブッシング６を圧入する。その際２つの支持棒３が直交するように、それぞれの凹部８同士を重ねる。後は図７の（Ｂ）に示した場合と同様にキャビティ２の内部に、誘電体コア１、支持棒３ｚ，３ｘ、およびブッシング６から成るユニットを挿入し、キャビティの外部からネジ止めすることによって固定する。

図８に示した例では、誘電体コア１の中心を通り、且つ直交する２つの支持棒３ｚ，３ｘによって誘電体コア１をキャビティ内に支持するようにしたので、すなわち２つの支持棒３が共に誘電体コア１の重心を通るので、誘電体コア１の重心軸回りの回転モーメントが支持棒３ｘ，３ｚに与える影響をもっとも小さくでき、キャビティ内に誘電体コア１をより強固に支持できる。その結果、振動や衝撃に対しての特性変動を少なくできる。

図９は第７の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の構成を示す斜視図である。この例では、誘電体コア１のＸ，Ｙ，Ｚの３つの軸方向にそれぞれ貫通孔１２，１３，１１を形成している。支持棒３ｚ，３ｘはそのうち２つの貫通孔１１，１２にそれぞれ挿入している。このように３つの軸方向にそれぞれ貫通孔を形成したことにより、誘電体コアがＸ，Ｙ，Ｚ軸方向にそれぞれ対称な形状となるので、誘電体コア１を単純な立方体形状としても、Ｘ軸に垂直な面に電界ベクトルが回るＴＥ０１δｘモードと、Ｚ軸に垂直な面に電界ベクトルが回るＴＥ０１δｚモードのそれぞれの共振周波数を揃えることができる。

図１０は第８の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の主要部の構成を示す分解斜視図である。この例では、誘電体コア１にＸ，Ｙ，Ｚの軸方向に中心を通る貫通孔１２，１３，１１をそれぞれ形成し、２つの支持棒３ｚ，３ｘが誘電体コア１の内部で直交するようにしている。図８に示したものと異なり、図１０の構造では、２つの支持棒３ｚ，３ｘが挿通する貫通孔１１，１２に対して共に直交する貫通孔１３を設けている。また、貫通孔１２を挿通する支持棒３ｘには孔１５を設け、貫通孔１１を挿通するもう一方の支持棒３ｚにはその中央部にネジ孔１６を形成している。そして貫通孔１３からネジ１４を通し、このネジ１４で孔１５を通し、ネジ孔１６に螺合させることによって、２つの支持棒３ｚ，３ｘ同士をネジ止めするようにしている。

このような構造によって、２つの支持棒３ｚ，３ｘ同士がネジ止めによって連結されるので、２つの支持棒３ｚ，３ｘの両端に対する誘電体コア１の位置精度が高まり、また支持棒３ｚ，３ｘの剛性が高まるので、キャビティ内に対する誘電体コア１の振動や衝撃に対する位置変動が更に抑えられ、安定した特性が得られる。

図１１は第９の実施形態に係る多重モード誘電体共振器の構成を示す図である。この例では、誘電体ブロック１にＸ，Ｙ，Ｚの３つの軸方向に貫通孔１２，１３，１１を形成するとともに、それらの貫通孔に支持棒３ｘ，３ｙ，３ｙ′，３ｚをそれぞれ挿通させるようにしている。この構造は図１０に示した２つの支持棒３ｚ，３ｘ同士をネジ止めするネジ１４に代えてもう１つの支持棒３ｙ，３ｙ′を設けたものである。すなわち略等分割した支持棒３ｙ，３ｙ′を用い、３ｙの端部にネジ部１７を設け、もう一方の支持棒３ｙ′の端部にネジ穴１８を設けている。そしてネジ部１７が誘電体コア１の内部で支持棒３ｘの中央部の孔１５を通って支持棒３ｚの中央部のネジ孔１６と螺合するように組み立てる。支持棒３ｘ，３ｙ，３ｙ′，３ｚにはそれぞれブッシング６を嵌め込んでいる。

図１１の（Ｂ）は（Ａ）に示した各部材を組み合わせて構成したユニットをキャビティ２の内部に固定する構造を示している。支持棒３ｘ，３ｙ，（３ｙ′），３ｚの端部にはそれぞれネジ穴を設けていて、キャビティ２の外部からネジ１４をそれらのネジ穴に螺合させることによって、誘電体コア１、支持棒３、ブッシング６から成るユニットをキャビティ２の内部の空間の中央部に固定する。

図１２はこの多重モード誘電体共振器に生じる複数の共振モードの共振周波数について示している。従来の支持台を用いて誘電体コアを支持するタイプの誘電体共振器ではＴＥ０１δｘ，ＴＥ０１δｙ，ＴＥ０１δｚの３つのモードの共振周波数が約８３０ＭＨｚである時、約１．１ＧＨｚで共振するＴＭ０１δｘ，ＴＭ０１δｙ，ＴＭ０１δｚの３つのスプリアスモードが生じる。これに対して、図１１に示したように誘電体コア１を支持棒３ｘ，３ｙ，３ｙ′，３ｚによって支持するとともに、それらの導電性を有する支持棒３ｘ，３ｙ，３ｙ′，３ｚでキャビティ２の対向する内壁間を短絡することによって、利用する３つのＴＥ０１δモードの共振周波数が殆ど変化することなく、スプリアスモードである上記３つのＴＭ０１δモードは３つのＴＥ０１δモードの共振周波数より遙かに高い周波数となる。これらの３つのＴＭ０１δモードの周波数は図１２の周波数レンジ内に入らなくなるので、図１２ではその状態を「消滅」と表している。

このようにして、スプリアスモードであるＴＭ０１δｘ，ＴＭ０１δｙ，ＴＭ０１δｚのいずれのモードの共振周波数も、利用するＴＥ０１δｘ，ＴＥ０１δｙ，ＴＥ０１δｚの共振周波数から大きく離れるので、ＴＭ０１δｘ，ＴＭ０１δｙ，ＴＭ０１δｚの３つのスプリアスモードの影響を回避できる。

次に、第１０の実施形態に係る誘電体フィルタについて図１３を参照して説明する。
図１３は誘電体フィルタの斜視図である。但しキャビティ２はその内面の立体形状のみを表すためにフレームとして図示している。また、このキャビティ２の内部の空間に対する誘電体コア１の固定構造は既に述べた各実施形態の場合と同様である。この例では、誘電体コア１のＺ軸方向に貫通する貫通孔１１を設けていて、この貫通孔１１に低誘電率絶縁体ブッシングを嵌め込んだ支持棒３ｚを挿通させ、その支持棒３ｚの両端をキャビティ２に接合している。同様に、誘電体コア１のＹ軸方向に貫通する貫通孔１３を設けていて、この貫通孔１３に低誘電率絶縁体ブッシングを嵌め込んだ支持棒３ｙを挿通させ、その支持棒３ｙの両端をキャビティ２に接合している。

キャビティ２の外面（外部）には同軸コネクタ２１，２２を設けている。実際にはキャビティ２には当然厚みがあるが、図ではその厚みを省略している。また、同軸コネクタ２１，２２の中心導体に結合ループ２３，２４の一端を接続し、それぞれの他端をキャビティ２の内面に接続している。結合ループ２３のループ面はＸ−Ｚ面を向いているので、このループ面でＹ軸方向を向く磁界が鎖交する。すなわち結合ループ２３はＴＥ０１δｙモードと磁界結合する。また結合ループ２４のループ面はＸ−Ｙ面を向いているので、このループ面でＺ軸方向を向く磁界が鎖交する。すなわち結合ループ２４はＴＥ０１δｚモードと磁界結合する。

誘電体コア１には（Ｙ−Ｘ）軸方向に延びる所定深さの溝９と、（Ｘ＋Ｚ）軸方向に延びる所定深さの溝１０をそれぞれ形成している。溝９はＸ軸方向に垂直な面に電界ベクトルが回るＴＥ０１δｘモードとＹ軸方向に垂直な面に電界ベクトルが回るＴＥ０１δｙモードとの結合モードである偶モードと奇モードの周波数に差を生じさせるので、この溝９の存在により、ＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードとが結合する。同様に、溝１０はＸ軸方向に垂直な面に電界ベクトルが回るＴＥ０１δｘモードとＺ軸方向に垂直な面に電界ベクトルが回るＴＥ０１δｚモードとの結合モードである偶モードと奇モードの周波数に差を生じさせるので、この溝１０の存在により、ＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｚモードとが結合する。

その結果、結合ループ２３→ＴＥ０１δｙ→ＴＥ０１δｘ→ＴＥ０１δｚ→結合ループ２４の順に結合する。結局、この誘電体フィルタは同軸コネクタ２１−２２間に３段の共振器を備えた帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。

次に、第１１の実施形態であるフィルタについて図１４を基に説明する。
図１４はフィルタの斜視図である。このフィルタは、フィルタユニット１０１ａ，１００，１０１ｂを備えている。フィルタユニット１０１ａはＺ軸方向を向く中心導体２７をキャビティ２の内部に設けて半同軸共振器を構成している。中心導体２７には同軸コネクタ２１の中心導体から延びて中心導体２７の所定位置に接続した結合ループ用導体２５を設けている。この結合ループ用導体２５と中心導体２７の根元部とで結合ループを構成している。もう一方のフィルタユニット１０１ｂはＹ軸方向を向く中心導体２８をキャビティ２の内部に設けて半同軸共振器を構成している。中心導体２８には同軸コネクタ２２の中心導体から延びて中心導体２８の所定位置に接続した結合ループ用導体２６を設けている。この結合ループ用導体２６と中心導体２８の根元部とで結合ループを構成している。フィルタユニット１００の構成は図１３に示したものと基本的に同様である。但し、図１３に示した結合ループ２３，２４に代えて結合窓２９，３０を設けている。支持棒３ｙ，３ｚは誘電体コア１に設けた貫通孔に嵌合させていて、その支持棒の両端をキャビティ２の壁面に固定している。

フィルタユニット１０１ａの半同軸共振器のモードはフィルタユニット１００のＴＥ０１δｙモードと磁界結合する。また、フィルタユニット１０１ｂの半同軸共振器のモードはフィルタユニット１００のＴＥ０１δｚモードと磁界結合する。したがって、このフィルタ全体は、１＋３＋１＝５段の共振器が順に結合した帯域通過特性を示すフィルタとして作用する。

このように初段と終段の共振器を半同軸共振器とし、結合ループにより強い外部結合をとるようにしたため、広帯域特性が容易に得られる。

次に、第１２の実施形態として通信装置の構成を図１５を基に説明する。
図１５は上記フィルタを備えたデュプレクサおよび通信装置の構成を示すブロック図である。送信フィルタと受信フィルタとによって、アンテナ共用器としてのデュプレクサを構成している。そして、デュプレクサの送信信号入力ポートに送信回路、受信信号出力ポートに受信回路をそれぞれ接続し、デュプレクサの入出力ポートにアンテナを接続することによって、通信装置の高周波部を構成している。

このように、共振器の段数が多く、且つ小型のフィルタを備えたことにより小型のデュプレクサを構成することができる。また、小型のデュプレクサを備えたことにより小型軽量の通信装置が構成できる。

Claims (10)

1. 導電性のキャビティの内部に、キャビティの内壁面から所定の間隔を隔てて誘電体コアを配置してなる多重モード誘電体共振器であって、
   前記誘電体コアに貫通孔を形成し、該貫通孔に支持棒を挿通し、該支持棒を前記キャビティに固定することによって、前記キャビティ内部の空間に前記誘電体コアを支持し、
   前記キャビティは直方体形状をなし、
   前記支持棒は２本または３本あり、各支持棒の両端が前記キャビティの互いに異なる１対の対向する内壁にそれぞれ接合されている多重モード誘電体共振器。
2. 導電性のキャビティの内部に、キャビティの内壁面から所定の間隔を隔てて誘電体コアを配置してなる多重モード誘電体共振器であって、
   前記誘電体コアに貫通孔を形成し、該貫通孔に支持棒を挿通し、該支持棒を前記キャビティに固定することによって、前記キャビティ内部の空間に前記誘電体コアを支持し、
   前記支持棒の少なくとも一部は、前記誘電体コアよりも誘電率の低い誘電体材料からなる多重モード誘電体共振器。
3. 導電性のキャビティの内部に、キャビティの内壁面から所定の間隔を隔てて誘電体コアを配置してなる多重モード誘電体共振器であって、
   前記誘電体コアに貫通孔を形成し、該貫通孔に支持棒を挿通し、該支持棒を前記キャビティに固定することによって、前記キャビティ内部の空間に前記誘電体コアを支持し、
   前記支持棒は前記誘電体コアよりも誘電率の低い材料からなる中空形状をなし、該中空の内部に導電体が配置されていることを特徴とする多重モード誘電体共振器。
4. 導電性のキャビティの内部に、キャビティの内壁面から所定の間隔を隔てて誘電体コアを配置してなる多重モード誘電体共振器であって、
   前記誘電体コアに貫通孔を形成し、該貫通孔に支持棒を挿通し、該支持棒を前記キャビティに固定することによって、前記キャビティ内部の空間に前記誘電体コアを支持し、
   前記貫通孔および前記支持棒は断面がそれぞれ多角形状をなす多重モード誘電体共振器。
5. 前記支持棒は導電性を有し、該支持棒の両端が前記キャビティの対向する内壁にそれぞれ電気的に導通して該内壁間を短絡させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多重モード誘電体共振器。
6. 前記貫通孔の内壁と前記支持棒との間には、絶縁性のブッシングが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の多重モード誘電体共振器。
7. 前記ブッシングは、前記誘電体コアよりも誘電率の低い材料からなる、請求項６に記載の多重モード誘電体共振器。
8. 前記誘電体コアは略直方体形状である請求項１〜７のいずれかに記載の多重モード誘電体共振器。
9. 前記多重モード誘電体共振器は、Ｘ，Ｙ，Ｚを互いに直交する３つの座標軸としたとき、Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれの軸回りに電界ベクトルが回る３つのＴＥ０１δモードが励振するＴＥ３重モード共振器であることを特徴とする、請求項１〜８に記載の多重モード誘電体共振器。
10. 請求項１〜９のうちいずれかに記載の多重モード誘電体共振器と、該多重モード誘電体共振器の所定のモードに外部結合する外部結合手段とを備えて成る誘電体フィルタ。

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