JPH0466122B2

JPH0466122B2 -

Info

Publication number: JPH0466122B2
Application number: JP11949285A
Authority: JP
Inventors: Toshio Nishikawa; Yohei Ishikawa; Shuichi Wada; Koichi Takehara
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1992-10-22
Also published as: JPS61277205A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、直方空胴内のTM₁₁₀モード（以
下、単にTM₁₁₀モードと呼ぶ）の共振を利用する
誘電体共振器装置に関する。

（従来技術とその問題点） TM₁₁₀モードを用いたフイルタとしては特開昭
53−119650号公報で公知のものがある。このよう
なフイルタは、シールドケースとして働くケース
内に直線状で一本の円柱または角柱誘電体を備え
たものを一段の共振器として必要段数組み合わせ
ていた。

これでは、電気通信機器業界からの永遠の要求
課題である小型化と低価格化に応じるのに限度が
あつた。

また、たとえば自動車電話基地局用送信共用装
置にチヤンネルフイルタが使用されている。この
チヤンネルフイルタは、第１０図に示すように、
複数のチヤンネルCH₁、CH₂、…、CH_oのそれぞ
れの信号のみを通過させる複数フイルタF₁、F₂、
…、F_oの出力側をケーブル等で接続した構造に
なつている。各フイルタは空胴共振器やTE₀₁₈誘
電体共振器やTM₀₁₀誘電体共振器を使用してい
る。いずれにしても各チヤンネル毎に一個の形に
構成されたフイルタを複数さらに組合せた構成で
あるから、小型化の要求が強かつた。

（発明の目的）それゆえに、この発明の目的は、小型かつ低価
格の誘電体共振器装置を提供し、たとえばチヤン
ネルフイルタに用いようとするものである。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、この発明は、直方体
空胴シールドケース内にて三つの柱状誘電体が互
いに直交した状態で一体化され、これら三つの柱
状誘電体のうちの一つの柱状誘電体の軸方向をＺ
軸と一致させてなる直角座標系にてTM₁₁₀モード
共振、TM₀₁₁モード共振およびTM₁₀₁モード共振
を利用する誘電体共振器と、この誘電体共振器と
外部回路とを結合する外部結合手段とを備えてな
る誘電体共振器装置において、上記外部結合手段
は、直方体空胴シールドケース内に配置され、磁
気結合ループをそれぞれ備えてなる第１ないし第
４の結合手段であり、これら第１ないし第４の結
合手段のうち第１ないし第３の結合手段の各磁気
結合ループは、上記三つの柱状誘電体を取り囲ん
でそれぞれ発生する磁力線とのみそれぞれ鎖交す
る一方、第４の結合手段の磁気結合ループは上記
三つの柱状誘電体を取り囲んでそれぞれ発生する
磁力線のいずれとも鎖交することを特徴とする。

（作用）直方体空胴共振器の最低次共振モードである３
重に縮退したTM₁₁₀モードのそれぞれの電気力線
方向に、誘電率が空気よりも圧倒的に大きい固体
誘電体が存在する。これにより、誘電体共振器装
置の外形寸法が小さくなる。そして、上記第１の
外部結合手段に入力された信号は、第４の外部結
合手段から出力される。また、上記第２の外部結
合手段に入力された信号は、第４の外部結合手段
から出力される。さらに、上記第３の外部結合手
段に入力された信号は、第４の外部結合手段から
入力される。もちろん逆の使い方もできるから、
上記第４の外部結合手段に入力された信号は、各
誘電体共振器の共振周波数に応じて、第１ないし
第３外部結合手段から出力される。

（実施例）第１図は、この発明の主要部を示す斜視図であ
る。図において、１は、直方体空胴シールドケー
ス、２は、三つの柱状誘電体（図示例は横断面正
方形の柱状誘電体）２ａ，２ｂ，２ｃが互いに直
交した状態で一体化された複合誘電体である。な
お、図示した複合誘電体は、加工技術上施された
部分的変形を省略した理想形状で図示してある。
ケース１としては、金属製のケースや、たとえば
複合誘電体２と同じ（ZrSn）TiO₄セラミツクか
らなる直方体空胴の内面または外面にシールド電
極膜を設けたようなものでもよい。いずれにして
も複合誘電体の各軸方向両端はケース１又はシー
ルド電極膜と良好な接触状態を保つ必要がある。
複合誘電体２としては（ZrSn）TiO₄セラミツク
を用いた。誘電率（ε）は37.5、材料温度係数
（η_F＝−α−1/2ηε）は０±0.5ppm／℃である。

このような構成だと、従来からあるTM₁₁₀モー
ドを用いたフイルタの特徴である高い無負荷Ｑが得られる、小型になる、といつた長所を引継ぎながら、従来のTM₁₁₀モー
ドを用いたフイルタに比べ実質的に共振器装置の
体積を1/3にすることができた。

ところで、第２図ないし第４図に示すように、
十字形に二つの柱状誘電体３ａ，３ｂを互いに直
交した状態で一体化された複合誘電体３を直方空
胴内に備えているものを考えて本発明との差異を
論ずる。

この第２図ないし第４図に示す構成だと、第２
図に示すようなＸ軸方向に電気力線が走つている
TM₁₁₀モードと、第３図に示すようなＹ軸方向に
電気力線が走つているTM₁₁₀モードとに誘電体３
ａ，３ｂが有効に効いてくる。しかし同時に、第
４図に示すような高次モードも上述の基本モード
とほぼ同じ周波数に存在するため、実用化しにく
いといつた欠点がある。

いまこのような構成を二重モード共振器と称す
ならば、本発明のような構成は三重モード共振器
と称せられる。

この三重モード共振器では高次モードの電気力
線がＸ軸、Ｙ軸方向のみならずＺ軸方向にも走る
ため周波数が基本モードのそれよりかなり低くな
り、実用化にあたつて無視できる。この点三重モ
ード共振器は有益である。

さて、本発明を実施して製品を作つた場合、加
工技術の点などから三つのTM₁₁₀モードの電磁界
が相互に干渉することもあり得る。この場合、第
５図に示すような対策をほどこす。

すなわち、第５図において、いま柱状誘電体２
ａと２ｂとがそれぞれ関与するTM₁₁₀モードの電
磁界が相互に干渉しないようにするには、これら
の柱状誘電体２ａ，２ｂが共に含まれる平面内に
一対のネジ状金属体からなる結合調節部材４ａ，
５ａを、ケース１の稜部６ａ，７ａからケース内
へ突出させるとよい。

柱状誘電体２ａ，２ｂがそれぞれ関与する
TM₁₁₀モードどうしの結合を論ずるとき、第６
図、第７図に示すようなオツドモードとイブンモ
ードとを考える。図示しているのは電気力線の分
布状況である。

いま共振系にたくわえられている電磁エネルギ
の平均値をＷ〜_t、金属が挿入される微小部分に含
まれる磁気エネルギを△Ｗ〜_n、金属が挿入される
微小部分に含まれる電気エネルギを△Ｗ〜_eとする
と、 Δω／Δω₀＝（ΔＷ〜_n−ΔＷ〜_e）／Ｗ〜_t である。

この摂動の式からわかるように、磁界の強いと
ころに金属を挿入すると周波数が上がり、電界の
強いところに金属を挿入すると周波数が下がる。

そこで、第６図に示すオツドモードについてみ
ると、結合調節部材４ａ付近は磁気エネルギの方
が電気エネルギより強く、結合調節部材５ａ付近
は、逆に、電気エネルギの方が磁気エネルギより
強い。したがつて、結合調節部材４ａの挿入度合
を大きくするとオツドモードの共振周波数が上昇
し、結合調節部材５ａの挿入度合を大きくすると
オツドモードの共振周波数が下降する。

また、第７図に示すイブンモードについてみる
と、オツドモードの場合と逆に、結合調節部材４
ａ付近は電気エネルギの方が磁気エネルギより強
く、結合調節部材５ａ付近は磁気エネルギの方が
電気エネルギより強い。したがつて、結合調節部
材４ａの挿入度合を大きくするとイブンモードの
共振周波数が下降し、結合調節部材５ａの挿入度
合を大きくするとイブンモードの共振周波数が上
昇する。

上記のことから、結合調節部材４ａ，５ａを出
し入れすることにより、オツドモードの共振周波
数とイブンモードの共振周波数を等しくすると、
結合が実質上、零になる。

また、柱状誘電体２ｂと２ｃとがそれぞれ関与
するTM₁₁₀モードの電磁界が相互に干渉しないよ
うにするには、これらの柱状誘電体２ｂ，２ｃが
共に含まれる平面内に、結合調節部材４ａ，５ａ
と同様の結合調節部材４ｂ，５ｂを、ケース１の
稜部６ｂ，７ｂからケース内へ突出させるとよ
い。

さらに、柱状誘電体２ｃと２ａとがそれぞれ関
与するTM₁₁₀モードの電磁界が相互に干渉しない
ようにするには、これらの柱状誘電体２ｃ，２ａ
が共に含まれる平面内に、結合調節部材４ａ，５
ａ，４ｂ，５ｂと同様の結合調節部材４ｃ，５ｃ
を、ケース１の稜部６ｃ，７ｃからケース内へ突
出させるとよい。

要は前述のオツドモード、イブンモードを考え
てこれらに影響をおよぼす位置に結合調節部材を
配置すればよい。したがつて必ずしも一対でなく
てもよい。結合調節部材は誘電体に金属膜をコー
テイングしたものでもよい。

このように三重のモードが相互に干渉しないよ
うにすれば、一つのケースの中に電気的に直交し
た共振器を三つ収容したことになる。

さて、このような共振器は外部回路との結合手
段を備えて実用化される。

第８図ＡないしＣに示すように、いま、柱状誘
電体２ａの軸方向、柱状誘電体２ｂの軸方向、柱
状誘電体２ｃの軸方向をそれぞれ直交座標系のＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸と一致させたときに、ループ８ｃ
は、柱状誘電体２ｂの一方端寄りにおいて、柱状
誘電体２ｂ表面からＸ軸方向に間〓をおいて配置
する。このとき、ループ８ｃが含まれる平面はＸ
軸と直交するようにする。上記ループ８ｃの一端
は、たとえば同軸コネクタ１０ｃの中心導体に接
続し、他端はアースする。

入力用同軸コネクタ１０ｃに加えられた入力信
号によりループ８ｃに電流が流れ、発生した磁力
線の方向と、柱状誘電体２ａが関与する共振モー
ドの磁力線MF₁の方向、柱状誘電体２ｂが関与
する共振モードの磁力線MF₂の方向および柱状
誘電体２ｃが関与する共振モードの磁力線MF₃
の方向とをそれぞれ観察すると、同一方向成分を
もつていて結合するのは磁力線MF₃だけである。

したがつて、入力用同軸コネクタ１０ｃに加え
られた信号中に柱状誘電体２ｃが関与する共振モ
ードの周波数成分が存在すると共振現象が生じ
る。

同様の結合手段が柱状誘電体２ｂに関して設け
られている。ループ８ｂは、柱状誘電体２ａの一
方端寄りにおいて、柱状誘電体２ａ表面からＺ軸
方向に間〓をおいて配置する。このときループ８
ｂが含まれる平面は、Ｚ軸と直交するようにす
る。ループ８ｂの一端はたとえば同軸コネクタ１
０ｂの中心導体に接続し、他端はアースする。

入力用同軸コネクタ１０ｂに加えられた入力信
号によりループ８ｂに電流が流れ、発生した磁力
線の方向と、柱状誘電体２ａが関与する共振モー
ドの磁力線MF₁の方向、柱状誘電体２ｂが関与
する共振モードの磁力線MF₂の方向および柱状
誘電体２ｃが関与する共振モードの磁力線MF₃
の方向とをそれぞれ観察すると、同一方向成分を
もつていて結合するのは磁力線MF₂だけである。

したがつて、入力用同軸コネクタ１０ｂに加え
られた信号中に柱状誘電体２ｂが関与する共振モ
ードの周波数成分が存在すると共振現象が生じ
る。

さらに、同様の手段が柱状誘電体２ａに関して
設けられている。ループ８ｃは柱状誘電体２ｃの
一方端寄りにおいて、柱状誘電体２ｃ表面からＹ
軸方向に間〓をおいて配置する。このとき、ルー
プ８ａが含まれる平面は、Ｙ軸と直交するように
する。ループ８ａの一端はたとえば同軸コネクタ
１０ａの中心導体に接続し、他端はアースする。

入力用同軸コネクタ１０ａに加えられた入力信
号によりループ８ａに電流が流れ、発生した磁力
線の方向と、柱状誘電体２ａが関与する共振モー
ドの磁力線MF₁の方向、柱状誘電体２ｂが関与
する共振モードの磁力線MF₂の方向および柱状
誘電体２ｃが関与する共振モードの磁力線MF₃
の方向とをそれぞれ観察すると、同一方向成分を
もつていて結合するのは磁力線MF₁だけである。

したがつて入力用同軸コネクタ１０ａに加えら
れた信号中に柱状誘電体２ａが関与する共振モー
ドの周波数成分が存在すると共振現象が生じる。

そして、柱状誘電体２ａが関与する共振モード
の磁力線MF₁、柱状誘電体２ｂが関与する共振
モードの磁力線MF₂、柱状誘電体２ｃが関与す
る共振モードの磁力線MF₃のいずれにも結合す
る位置にループ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを配置す
る。

第８図に示す例では、ループ１２ａ，１２ｂ，
１２ｃは、ケース１の三つの稜部の合流した角１
４近傍に配置されている。そして、ループ１２ａ
が含まれる平面を角１４とケース中心とを含む任
意の第１の平面と定めると、ループ１２ｂが含ま
れる平面は、この第１の平面と交差角120゜で交差
し、その交差軸が角１４とケース中心とを通る第
２の平面となり、ループ１２ｃが含まれる平面は
第１、第２の平面と交差角120゜で交差し、その交
差角は角１４とケース中心とを通る第３の平面と
なる。

各ループ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの一端はまと
めて同軸コネクタ１６の中心導体に接続し、各ル
ープ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの他端はアースす
る。ループ１２ａには、磁力線MF₁、MF₂、
MF₃のいずれもが鎖交し、ループ１２ｂ、ルー
プ１２ｃにも同様に磁力線MF₁、MF₂、MF₃の
いずれもが鎖交する。

角１４とケース中心とを通る軸を中心にループ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃを回転させると、出力特
性が変化する。このようにして同軸コネクタ１０
ａ，１０ｂ，１０ｃにそれぞれ加えられた信号が
同コネクタ１６から出力されることになる。

上記ループ８ａないし８ｅ、ループ１２ａない
し１２ｃの形状は図示のものに限らず、たとえば
輪状のものでもよい。

実施例装置を集中定数回路で表わすと第９図Ａ
あるいは第９図Ｂのようになると考えられる。い
ずれのものが現実の立体回路に忠実なのかは現在
のところ不明である。第９図Ａおよび第９図Ｂに
おいてR₁は柱状誘電体２ａが関与する共振モー
ドに係る共振器、R₂は柱状誘電体２ｂが関与す
る共振モードに係る共振器、R₃は柱状誘電体２
ｃが関与する共振モードに係る共振器である。

各共振器の共振周波数は一致させる場合もある
し、異ならせる場合もある。

なお、実施例の説明はチヤンネルフイルタない
し電力合成器を想定しておこなつたが、この装置
は分波器としても使える。

（効果）以上の実施例からもあきらかなようにこの発明
は、直方体空胴シールドケース内に存在する互い
に直交する三つのTM₁₁₀モードを有効に利用する
ので従来の1/3の大きさまで小型化でき、またコ
ストダウンもできる画期的なものである。そし
て、電力の分配ないし合成回路部分もケース内に
存在しているから、本発明品は従来例に比べかな
り小型になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の要部を示す斜視
図、第２図、第３図および第４図は二重モード共
振を説明する説明図、第５図はこの発明の実施例
の要部を示す斜視図、第６図と第７図はこの発明
の実施例を説明する説明図、第８図Ａ，Ｂ，Ｃは
この発明の実施例の内部説明図、第９図Ａ，Ｂは
この発明の実施例の等価回路図、第１０図は従来
例の説明図である。１…シールドケース、２…複合誘電体、８ａ，
８ｂ，８ｃ，１２…磁気結合ループ。

Claims

【特許請求の範囲】１直方体空胴シールドケース内にて三つの柱状
誘電体が互いに直交した状態で一体化され、これ
ら三つの柱状誘電体のうちの一つの柱状誘電体の
軸方向をＺ軸と一致させてなる直角座標系にて
TM₁₁₀モード共振、TM₀₁₁モード共振および
TM₁₀₁モード共振を利用する誘電体共振器と、こ
の誘電体共振器と外部回路とを結合する外部結合
手段とを備えてなる誘電体共振器装置において、上記外部結合手段は、直方体空胴シールドケー
ス内に配置され、磁気結合ループをそれぞれ備え
てなる第１ないし第４の結合手段であり、これら
第１ないし第４の結合手段のうち第１ないし第３
の結合手段の各磁気結合ループは、上記三つの柱
状誘電体を取り囲んでそれぞれ発生する磁力線と
のみそれぞれ鎖交する一方、第４の結合手段の磁
気結合ループは上記三つの柱状誘電体を取り囲ん
でそれぞれ発生する磁力線のいずれとも鎖交する
ことを特徴とする誘電体共振器装置。