JPH0342723Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、誘電体共振器に関し、特に、電磁
波のTM₀₁₀モードまたはその変形モードを用いた
誘電体共振器に関する。

〔従来の技術およびその課題〕

第１図および第２図は、この考案の背景となる
従来のTM₀₁₀モードを用いた誘電体共振器の一例
を示す図である。第１図は共振器の側断面図であ
り、第２図は第１図の−に沿つた平断面図で
ある。第１図および第２図を参照して、誘電体共
振器１は、全体が金属で形成されたケース２内の
円形の空洞３に長さＬの円柱状の誘電体４が配置
されて構成されている。そして、TM₀₁₀モードの
電磁界分布が示されていて、実線矢印５は電気力
線、点線矢印６は磁力線である。

TM₀₁₀モードは、第１図および第２図にも示す
ように、円柱状の誘電体４内部への電界集中が最
もよく行なわれるモードであり、共振器１の小型
化が可能である。そしてこの場合、誘電体４は
TM₀₁₀モードについて有効に働き、他のモードに
ついては有効ではなく、そのためにスプリアス特
性が良い。なお、このモードは、その共振周波数
f₀（Ｃ／λ₀、ここにＣ：光速、λ₀：共振波長）が
共振器長（円柱状誘電体長）Ｌに関係しない。よ
つて、誘電体共振器は一層の小型化が可能であ
る。

このように、TM₀₁₀モード（その変形モードで
も同様）を用いた誘電体共振器は、種々の利点を
備えており、フイルタや発振素子として有効に利
用できる。

ところで、このような誘電体共振器において、
共振周波数を簡単に変化させ、周波数の調整がで
きる共振器とすることができれば便利であり、さ
らに広く有効な利用が可能である。

そこで、第３図ないし第６図のような構成が考
えられた。

第３図では、誘電体共振器１０は、全体が金属
で形成されたケース２内の円形の空洞３に円柱状
の誘電体４が配置されて構成されている。これ
は、従来の共振器１（第１図）と同様である。金
属ケース２の上板２ａに２つの小孔１１が形成さ
れ、該小孔１１から金属ケース２内の空洞３に断
面円形の誘電体棒１２が出し入れ可能に挿入され
る。すなわち、ケース上板２ａに形成された小孔
１１は、ねじ切りされており、ここに周面にねじ
が切らた金属部分１２ａを備える誘電体棒１２が
挿入される。そして、空洞３内に挿入される誘電
体棒１２の挿入量は、誘電体棒１２を回転するこ
とによつて加減できる。

なお、誘電体棒１２に金属部分１２ａを設け
ず、誘電体棒に直接ねじ切りをすることも考えら
れるが、加工が困難であり実用的ではない。

上述のようにした結果、誘電体棒１２の空洞３
内への挿入量を加減することによつて、共振器１
０の共振周波数f₀を変化させることができる。な
ぜならば、金属ケース２で囲まれた空洞３内には
電場が存在するが、空洞３内への誘電体棒１２の
挿入によつて、挿入部分の電界が変化し、全体の
実効誘電率が変化するためである。言換えれば、
空洞３へ誘電体棒１２を操入する前の電界の強さ
をE₁、実効誘電率をε₁、また、挿入した後の電界
の強さをE2、実効誘電率をε₂とすると、 −（Δω₀／ω₀） ＝｛（１／２）（ε₂−ε₁）∫E₁・E₂〓dV｝／W〓 となる。ここで、 ω₀＝2πf₀ Δω₀＝ω₀の変化分 W〓＝全共振エネルギ ＊は共役複素数 である。よつて、誘電体棒１２の挿入量を加減す
ることによつて、（ε₂−ε₁）が変化し、共振周波
数f₀を変化させることができる。

なお、挿入する誘電体棒１２の誘電率温度係数
を円柱状誘電体４の誘電率温度係数と異なるもの
とすれば、共振周波数f₀の温度特性も改善できる
という利点を有する。すなわち、誘電体棒１２の
温度係数を適当に選び、円柱状誘電体４のそれを
相殺し、または補強することによつて、共振周波
数の温度特性に影響を与える空洞内の実効誘電率
の温度係数を改善することができる。

第４図ないし第６図は、他の改良例を示してい
る。第４図では、金属ケース２の側板部分に誘電
体棒１２が設けられ、そこから誘電体棒１２が空
洞３内に突出している。第５図では、円柱状誘電
体４がその上端面に開口する孔を有しており、誘
電体棒１２が上方からその孔内に挿入される。さ
らに、第６図では、円柱状誘電体４の上部外周端
に、切欠が形成されている。そして、誘電体棒１
２は上方からその切欠内に挿入される。これら第
４図ないし第６図の構成によつても、第３図の構
成と同様の効果を得ることができる。

しかしながら、第３図ないし第６図のような改
良を行なつても、なお改良されるべき点がある。
たとえば、第３図および第４図では、挿入される
誘電体棒１２の変位に対する共振周波数の変化量
が十分大きくなく、十分な広範囲にわたり共振周
波数の調整を行なうことができない。しかも、ま
た、第３図および第４図では、電界エネルギが均
一に分布していない部分に摂動を与えることにな
るので、誘電体棒１２の変位と共振周波数の変化
との関係において適切な直線性が得られないとい
う問題もある。また、第３図、第５図および第６
図の場合には、柱状誘電体４の両端面近傍で調整
を行なうべく誘電体棒１２を操作することになる
ので、ケース２の端壁部分の導体表面におけるジ
ユール損失量が大幅に変化し、Ｑが大幅に低下し
てしまうという問題がある。

また、第１図ないし第６図に示すようなTM₀₁₀
モードまたはその変形モードを用いた誘電体共振
器１０を実際に製造すると、柱状誘電体４の両端
面とケース端壁部分の導体との接合状況が常に均
一とは言い難い。つまり、端面全体を隙間なく導
体に接触させるのが結構難しく、したがつて、ス
ポツト的な接触しか得難く、このため柱状誘電体
４の両端面近傍では電界密度が不均一になりがち
である。第５図および第６図の例では、このよう
な電界密度が不均一になりがちな部分に摂動を与
えることになるため、共振周波数の変化に対して
安定に直線性を得るのが難しい。

この考案の目的は、十分な広範囲にわたり共振
周波数の調整を容易かつ正確に行なえ、しかもＱ
の低下を抑制できる簡単な共振周波数調整機構を
備えた、TM₀₁₀モードまたはその変形モードを用
いた誘電体共振器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この考案に係る誘電体共振器は、TM₀₁₀モード
またはその変形モードを用いた誘電体共振器であ
り、柱状誘電体と、柱状誘電体を内部に有しかつ
実電流経路となるケースとを備えている。そし
て、前記ケースは、柱状誘電体の両端面側に配置
された１対の端壁部分と、端壁部分間において端
壁部分に連続する側板部分とを有している。ま
た、柱状誘電体は、端面が端壁部分に電気的かつ
機械的に一体化されていて柱状誘電体とケースの
側板部分との間に空間を有している。さらに、こ
の誘電体共振器は、ケース内に挿入される、柱状
誘電体とは別の調整用誘電体を備えている。前記
柱状誘電体は、その両端面近傍を除く位置におい
て、その側面にのみ開口しかつ柱状誘電体の軸方
向と交差する方向に延びる孔を有している。前記
調整用誘電体は、前記側板部分で保持される部分
および前記柱状誘電体と前記ケースの前記側板部
分との間の空間に位置する部分を備えて前記孔内
に挿入される。

〔作用〕

この考案に係る誘電体共振器において、共振周
波数の調整は、柱状誘電体に形成された孔内にお
いて調整用誘電体の挿入度合を変えることによつ
て行なう。これにより、TM₀₁₀モードまたはその
変形モードの誘電体共振器における共振周波数の
調整を簡単に行なえる。

しかも、この考案では、柱状誘電体に形成され
た孔は、柱状誘電体の両端面近傍を除く位置にあ
つて柱状誘電体の側面にのみ開口する孔である。
このため、単に空洞内に調整用誘電体を配置した
場合に比べて、共振周波数の調整可能範囲は広く
なる。しかも、調整用誘電体の変位と共振周波数
の変化度合とが直線的な関係にあるため、調整を
容易かつ正確に行なえる。

すなわち、一般に、TM₀₁₀モード共振器におい
て、その中心軸上に固体誘電体を配置することに
より、この固体誘電体に電界エネルギを集中させ
ることができる。この考案によれば、このように
電界エネルギが集中している部分、すなわち柱状
誘電体部分に摂動を与えることになるため、前述
のように、共振周波数の調整幅が大きくとれるよ
うになる。

また、柱状誘電体の両端面近傍を除く位置では
均一に電界エネルギが存在している。この考案で
は、このように均一に電界エネルギが存在してい
る部分すなわち電界密度が均一な部分に摂動を与
えることになるので、前述のように、調整用誘電
体の変化と共振周波数の変化度合との間に直線的
関係が得られることになる。

なお、第５図および第６図の構造では、柱状誘
電体４の軸方向に走つている電気力線の方向に沿
つた方向に調整用誘電体１２が移動する。つま
り、柱状誘電体４の軸方向に空気層の厚みが変化
することになる。いつてみれば、空気層を有しし
かもその厚みが変化する可変コンデンサと固体誘
電体を有するコンデンサとが直列接続された部分
が柱状誘電体４に関して与えられることになる。
このような構造であると、固体誘電体の比誘電率
が大きいので合成静電容量値は可変コンデンサの
値に近いものになる。したがつて、静電容量値を
求める式：Ｃ＝ω（Ａ／ｄ）からみると、式の分
母にある間隔ｄの値を変えることになり、特に間
隔ｄの値が０近傍のときは、容量変化度合は著し
く大きくなるため、周波数変化の直線性が悪い。
これに対して、この考案では、柱状誘電体の軸方
向に走つている電気力線と交差する方向に調整用
誘電体が移動する。この場合は空気層の厚みが変
化することはなく、いつてみれば、電気力線が通
る平面の面積が変化する可変コンデンサと固体誘
電体を有するコンデンサとが直列接続された部分
が柱状誘電体４に関して与えられることになる。
このような構造でも、固体誘電体の比誘電率が大
きいので合成静電容量値は可変コンデンサの値に
近いものになることは、上記と同様である。しか
しながら、上記静電容量値を求める式からみる
と、式の分子にある面積Ａの値を変えることにな
るから、面積Ａの値が０近傍のときでも、容量変
化度合は上記のように著しく大きくなることはな
いため、周波数変化の直線性が良い。

また、この考案では、柱状誘電体の両端面近傍
には調整用誘電体は配置されない。すなわち、ケ
ースに関して言えば、端壁部分ではなく、端壁部
分に比べて電界エネルギや磁界エネルギの少ない
側板部分に調整用誘電体が配置される。このた
め、調整用誘電体を設けることによるジユール損
失量は小さく、Ｑの低下を抑制することができ
る。

〔実施例〕

この考案に係る一実施例を第７図に示す。

第７図において、誘電体共振器１０は、全体が
金属で形成されたケース２内の円形の空洞に円柱
状の誘電体４が配置されて構成されている。誘電
体４の側面中央部には、半径方向に延び側面にの
み開口する孔が設けられている。その孔内には調
整用の誘電体棒１２が挿入される。誘電体棒１２
は誘電体４の半径方向に延びており、その外側端
部はケース２の側板部分に形成された孔内に挿通
される。

共振周波数の調整は、誘電体４の孔内における
誘電体棒１２の挿入位置を変化させることによつ
て行なう。誘電体４の孔は、誘電体４の側面にの
み開口する孔であり、その孔は誘電体４の両端面
近傍を除く位置（この実施例では側面中央部）に
設けられ、その孔内に調整用誘電体すなわち誘電
体棒１２が挿入されることから、誘電体棒１２の
変位と共振周波数の変化度合とが直線的な関係に
ある。また、その変化幅は、従来例および第３図
および第４図に示した前記改良例に比べて大き
い。これら、TM₀₁₀モード共振器において、電界
エネルギが集中している部分となる誘電体４に対
して誘電体棒１２によつて摂動を与えることにな
るからである。これにより、共振周波数の変化幅
が大きくなる。また、誘電体４の両端面近傍を除
く位置には均一に電界エネルギが存在しており、
このように均一に電界エネルギが存在している部
分に誘電体棒１２により摂動を与えることになる
ので、誘電体棒１２の変位と共振周波数の変化と
の関係は直線的となる また、誘電体４の両端面近傍には誘電体棒１２
は配置されず、それゆえに、ケース２に関して
は、電界エネルギや磁界エネルギの少ない側板部
分に誘電体棒１２が配置される。このため、誘電
体棒１２を設けることによるジユール損失量は小
さく、Ｑの低下を抑制することができる。

したがつて、この実施例によれば、TM₀₁₀モー
ドまたはその変形モードの誘電体共振器の共振周
波数を簡単に調整できるようになるばかりでな
く、その調整を正確に行なえるようになる。ま
た、第３図および第４図のものに比べて、広範囲
にわたり共振周波数の調整を行なえるようにな
る。しかも、第３図、第５図および第６図のもの
に比べて、Ｑの低下を抑制できる。

なお、誘電体棒１２（断面円形に限らない）の
出入りおよび金属ケース２への固定は、ねじに限
らず、たとえば金属ケース２に形成された小孔に
誘電体棒１２を適当なだけ挿入した後、止めピン
や接着剤等で固定することにより行なつてもよ
い。

上記実施例では、円形空洞を有する金属ケース
２と円柱状誘電体４との組合わせからなる誘電体
共振器１０について説明したが、誘電体共振器
は、これに限定されることはなく、たとえば、円
形空洞ケースと角柱状誘電体、矩形空洞ケースと
円柱状誘電体、矩形空洞ケースと角柱状誘電体な
どの組合わせからなる誘電体共振器あつてもよ
い。このように、ケースとその中に配置される柱
状誘電体の形状が変化したときに、TM₀₁₀モード
に対して実質的に同様の電磁界分布と共振周波数
とを持つ変形モードが生じる。

〔考案の効果〕

この考案に係る誘電体共振器によれば、ケース
内に挿入される、柱状誘電体とは別の調整用誘電
体をさらに備えたことから、TM₀₁₀モードまたは
その変形モードの誘電体共振器の共振周波数を簡
単に調整できるようになる。しかも、柱状誘電体
はその側面にのみ開口する孔を有し、その孔は柱
状誘電体の両端面近傍を除く位置に設けられ、そ
の孔内に調整用誘電体が挿入されることから、調
整用誘電体の変位と共振周波数の変化度合とが直
線的な関係になり、しかも大きな変化幅を得るこ
とがきるようになる。また、この考案では、柱状
誘電体の両端面近傍に調整用誘電体は配置され
ず、したがつて、ケースに関して言えば、電界エ
ネルギや磁界エネルギの少ない側板部分に調整用
誘電体が配置されるため、調整用誘電体を設ける
ことによるジユール損失量は小さくなり、Ｑの低
下を抑制することができるようになる。

したがつて、この考案によれば、共振周波数の
調整が容易かつ正確に広範囲にわたつて行なえる
ようになり、しかもＱの低下を抑制することがで
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のTM₀₁₀モードを用いた誘電体共
振器の側断面図である。第２図は第１図の共振器
の線−に沿つた平断面図である。第３図は開
発途中の一改良例の側断面図である。第４図、第
５図および第６図は、それぞれ、別の改良例の側
断面図である。第７図は、この考案の一実施例に
よる誘電体共振器の側断面図である。 図において、１０は誘電体共振器、２は金属ケ
ース、４は円柱状誘電体（柱状誘電体）、１２は
誘電体棒（調整用誘電体）である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 柱状誘電体と、前記柱状誘電体を内部に有し
   かつ実電流経路となるケースとを備え、 前記ケースは、前記柱状誘電体の両端面側に
   配置された１対の端壁部分と、前記端壁部分間
   において前記端壁部分に連続する側板部分とを
   有し、 前記柱状誘電体は、その端面が前記端壁部分
   に電気的かつ機械的に一体化されていて前記柱
   状誘電体と前記ケースの前記側板部分との間に
   空間を有している TM₀₁₀モードまたはその変形モードを用いた
   誘電体共振器において、 前記ケース内に挿入された、前記柱状誘電体
   とは別の調整用誘電体をさらに備え、 前記柱状誘電体は、その両端面近傍を除く位
   置において、その側面にのみ開口しかつ柱状誘
   電体の軸方向と交差する方向に延びる孔を有
   し、 前記調整用誘電体は、前記側板部分で保持さ
   れる部分および前記柱状誘電体と前記ケースの
   前記側板部分との間の空間に位置する部分を備
   えて前記孔内に挿入される 誘電体共振器。 (2) 前記調整用誘電体は、前記柱状誘電体と温度
   係数の異なる誘電体である実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の誘電体共振器。