JPH0370403B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同軸型誘電体共振器に関する。

最近VHF〜UHF帯の無線通信装置を小型化し
ようとする要請はきわめて強く、これらに利用さ
れるフイルタや発振器用の共振器の小型化に対す
る研究開発が活発になされている。

VHF〜UHF帯で小型，高Ｑ（低損失）の共振
器としては、TEMモータを用いた４分の一波長
同軸共振器がよく知られている。この共振器は同
軸の内外導体間に低損失の誘体を充填することに
より波長短縮効果が得られ、誘電体の比誘電率を
εrとすると、誘電体を充填することにより共振器
長が１／√になる。第１図は従来の誘電体充填
型４分の一波長共振器を示すものであり、Ａは縦
断面図、Ｂは横断面図である。１１は誘電体、１
２は内導体、１３は外導体、１４は短絡面導体、
１６は共振器開放端を示している。

この時、共振器長l₀は真空中の波長をλ₀，誘電
体の比誘率をεrとすると l₀λ₀／４√εr λ₀＝ｃ／₀ ｃ：光速 ₀J：共振周波数 で与えられる。

ところでこの構造の共振器は、構造が単純で製
造が容異である特徴を持つが、共振器が一様なイ
ンピーダンスをもつため、基本共振周波数を₀と
した場合、3₀，5₀にも共振点を持つことにな
る。

したがつて、このような共振器を発振器、ある
いは、増巾器の出力フイルタとして用いると、３
倍、あるいは５倍の高調波成分を抑圧することが
できない。このため高調波成分を除去する帯域阻
止フイルタや、低域通過フイルタの併用が不可欠
となる場合がしばしば発生する。

そのため、そのような欠点を改善する方法とし
て、特開昭52−17748号公報の第４図に記載され
た構成が考えられる。すなわち、特性インピーダ
ンスの異なる２個の線路を接続して構成された中
心体を有するものであるが、機械的な強度の問題
や、空きスペースが大きいために小型化の点で難
点を有している。

これに対して、特開昭55−110401号公報の第４
図に記載されているものがある。この構成は、外
導体と内導体の間に誘電体を部分的に介在させる
ものである。この構成によれば、小型化、高Ｑ化
が計れるものの、必要に応じて形状の異なる誘電
体を内導体、又は外導体に部分的に介在させてい
くため、製造工程が複雑となる欠点を有してい
る。さらには、誘電体を単に導体内に介在させる
ため、たとえば大きな振動が与えられる自動車電
話等の共振器部品としては実用的ではない。

本発明は、これら従来の技術の課題に鑑みてな
されたもので、小型化、高Ｑ化が計れるととも
に、機械的強度を有し、さらには製造工程が非常
に簡単な同軸型誘電体共振器を提供するものであ
る。

以下、第２図から第５図を用いて本発明の実施
例について説明する。

第２図から第５図は本発明の同軸型誘電体共振
器の各実施例における側断面を示すものである。

いずれも、内部もしくは外部に段差部を設けて
その径を変化させ、一端面を除く全体の表面に、
導体を焼き付けもしくは電解メツキして内部導体
及び外部導体が形成された誘電体を有し、 その誘電体の段差部を境界として形成される２
つの共振部の線路長が互いに等しく、 かつ、その電気長を中心周波数でθ₀とすると、
θ₀≠π／ｎ（但し、ｎ＝２、３、４…の整数）と
なつている。

第２図において、２１は内径に段差をもつ誘電
体、２２は導体金属で、同軸共振器の内部導体と
なる。２３は誘電体外周面に設けられた導体金属
で、同軸共振器の外部導体となる。２４は中心
（内部）導体と、外部導体を短絡する導体金属、
２５は中心導体の段差部、２６は共振器の開放端
を示す。

この構造の共振器は、誘電体２１をこのような
形状で成形焼成したのち、内部導体、外部導体、
短絡面導体を焼付あるいは無電解メツキで同時に
作成できるため、量産化が容易である。また第２
図に示すように中心導体の形状が一様でないた
め、スプリアス周波数を制御することが可能であ
る。次にこのことを説明する。いま同軸の外導体
内径をr_b、内導体外径をr_aとすると、線路のイン
ピーダンスZ_pは、誘電体の比誘電率をεrとして、 Z_p＝60／√εrln（r_b／r_a） であらわすことができる。

したがつて同軸円筒のr_a，r_bの比を変えること
により線路インピーダンスを変えることができ
る。

第２図において短絡部に近い線路（長さl₁）の
インピーダンスをZ_p1，開放端に近い線路（長さ
l₂）のインピーダンスをZ_p2とすると、共振器の
共振条件は、 tanβl₁・tanβl₂＝tanθ₁・tanθ₂＝Z_p1／Z_p2 β：位相定数 θ₁：βl₁，θ₂：βl₂：（電気長） であらわすことができる。

いま簡単のためl₁＝l₂即ちθ₁＝θ₂＝θの場合を
考える、この場合共振条件は、 tan²θ＝Zo₁／Zo₂＝Ｋ Ｋ：インピーダンス比） であらわすことができる。共振周波数と電気長θ
は比例するから、基本共振周波数を_p、スプリア
ス共振周波数を低い方からs₁，s₂であらわし、
対応するθをθ₀，θ_s1，θ_s2であらわすものとする
と、 θ_p＝tan^-1√ _s1＝θ_s1／θ_p・₀＝π−θ_p／θ_p・_p＝（
π／tan^-1√Ｋ−１）・_{p s2}＝θ_s2／θ_p・_p＝π＋θ_p／θ_p・_p＝（
π／tan^-1√Ｋ＋１）・_p という関係が得られる。

即ちスプリアス共振周波数はインピーダンス比
Ｋの関数であることがわかる。第６図はインピー
ダンス比Ｋとスプリアス共振周波数_s1の関係を
示す。Ｋ＝１は一様線路の場合であり第１図に示
す従来例にあたる。

なお、上述してきた共振条件について、以下詳
細に説明しておく。

共振条件式は、tan²θ＝Ｋである。

よつて、tanθ＝±√となる。

これの一般解は、θ＝tan^-1（±√）＋nπ （但し、ｎ＝０，±１，±２，……） で表せる。ここで、θ₀＝tan^-1√とすると、
tan^-1（−√）＝−tan^-1（√）＝−θ₀となる。従
つて、 θ＝±θ₀＋nπ （但し、ｎ＝0.±１，±２，……） θ＞０であるから、θの小さい順に解を求める
と、 θ＝θ₀＝tan^-1√ θ＝π−θ₀＝θs₁ θ＝π＋θ₀＝θs₂ となる。

また、共振周波数と電気長は比例するから、 s₁＝ （θs₁・₀）／θ₀＝（π−θ₀）／θ₀ s₂＝ （θs₂・₀）／θ₀＝（π＋θ₀）／θ₀ と表すことができる。

なお、ここでθ₀（＝tan^-1√）は、s₁、s₂の
上記式からも明らかなように、 θ₀＝π／ｎ（但し、ｎ＝２，３，４……） であると、m₀（ｍ＝２，３，４……）にスプリ
アスを発生するので、θ₀はθ₀≠π／ｎ（但し、ｎ
＝２、３、４……の整数）となる条件で設定しな
ければらない。 このように、誘電体充填型同軸
共振器の線路インピーダンスに変化を持たせるこ
とにより、そのスプリアス周波数を基本周波数の
整数倍よりはずすことが可能となり、発振器，増
巾器の出力フイルタに適用した場合、高周波成分
と抑圧できるフイルタが実現可能となる。

第３図〜第５図に示す実施例についても第２図
の場合と全く同様に説明できる。

第３図の実施例は内部導体３２を一様に形成
し、外部導体３３に段差部３５を設けたもので、
３１は誘電体、３４は短絡導体金属、３６は開放
端である。この場合は第２図と同様にＫ＜１とな
り、誘電体材料が同一である時、共振器長（l₁＋
l₂）＜l₀（l₀は一様線路の共振器長）となり、無負
荷Ｑが小型化にともない劣化はするが、小型化が
実現できる利点を有する。

第４図の実施例は開放端４６側の誘電体４１を
厚くし、内径に段差を持たせた場合で、内部導体
４２は段差部４５を有し、短絡導体金属４４を介
して外部導体４３と接続されている。

第５図の実施例は外部導体５３に段差部５５を
設け、開放端４７側の誘電体５１を厚くした構造
を有するもので、外部導体５３は短絡導体金属５
４を介して内部導体５２と連結されている。

第４図および第５図の実施例の場合はＫ＞１と
なる例で、共振器長（l₁＋l₂）＞l₀となり、大きく
なるが、無負荷Ｑはほとんど変化せず、また寸法
精度がゆるやかとなるため周波数調整が容易とな
る特徴をもつ。

以上のように本発明は、内部もしくは外部に段
差部を設けてその径を変化させ、一端面を除く全
体の表面に、導体を焼き付けもしくは電解メツキ
して内部導体及び外部体が形成された誘電体を有
し、その誘電体の段差部を境界として形成される
２つの共振部の線路長が互いに等しく、かつ、そ
の電気長を中心周波数でθ₀とすると、θ₀≠π／ｎ
（但し、ｎ＝２、３、４……の整数）とすること
により、小型化、高Ｑ化が計れるとともに、機械
的強度を有し、さらには製造工程が非常に簡単な
同軸型誘電体共振器を提供することができる。す
なわち、 結果的に内部導体もしくは外部導体に段差部
を設けてその径を変化させることで、小型で高
Ｑ化を計ることができる。

また、結果的に内部導体と外部導体との間に
隙間なく誘電体が形成されているため、十分な
機械的強度保つことができる。

さらに、内部もしくは外部に段差部を設けて
その径を変化させた誘電体に対して、一端面を
除く全体の表面に、導体を焼き付けもしくは電
解メツキして内部導体及び外部導体を形成する
ため、非常に簡易な製造方法で、かつ共振器特
性の精度を得ることができる。

などの工業的価値は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは従来の同軸型誘電体共振器の縦断面
図、同Ｂは同横断面図、第２図〜第５図Ａは本発
明の一実施例における同軸型誘電体共振器の縦断
面図、同Ｂは同横断面図、第６図はインピーダン
ス比とスプリアス共振周波数の関係を示す図であ
る。 １１，２１，３１，４１，５１……誘電体、１
２，２２，３２，４２，５２……同軸共振器外部
導体、１３，２３，３３，４３，５３……同軸共
振器内部導体、１４，２４，３４，４４，５４…
…同軸共振器短絡面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部もしくは外部に段差部を設けてその径を
   変化させ、一端面を除く全体の表面に、導体を焼
   き付けもしくは電解メツキして内部導体及び外部
   導体が形成された誘電体を有し、 その誘電体の段差部を境界として形成される２
   つの共振部の線路長が互いに等しく、 かつ、線路のインピーダンスを変えることによ
   りそのスプリアス共振周波数を基本共振周波数の
   整数倍よりはずすことを特徴とする同軸型誘電体
   共振器。