JPH09506494A - 誘電体共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、共振器ディスク（５３）と、この共振器ディスク（５３）の平坦面に対して調整機構（５１）により可動とされた導電性調整プレート（５６）および誘電体調整プレート（５７）を備える周波数コントローラとを備える誘電体共振器に関する。本発明の一つの実施例では、導電性調整プレート（５６）と誘電体調整プレート（５７）とが、共振器ディスク（５３）の両側に配置される。本発明のもう一つ別の実施例では、１つまたはそれ以上の誘電体調整プレートが、導電性調整プレートに取り付けられて、ハイブリッド構造体を形成する。両方の実施例において、導電性調整プレート（５６）および誘電体調整プレートは、実質的に同様であるが、調整の勾配に関しては反対である周波数調整曲線を有し、周波数コントローラの周波数調整の組み合わせられた曲線が実質的に直線的となるように寸法が決定され選択されている。

Description

【発明の詳細な説明】 誘電体共振器 本発明は、誘電体共振器に関するものである。この誘電体共振器は、２つの平 坦面を有する誘電体共振器ディスクと、周波数コントローラと、導電性ケーシン グとを備える。その周波数コントローラは、調整機構と、誘電体共振器ディスク の平坦面のうちの一方の平坦面と実質的に平行で且つ調整機構を用いて共振器デ ィスクに対して垂直方向に可動とされた導電性調整プレートとを備える。そして 、調整プレートと誘電体共振器ディスクの平坦面との間の距離を変えることによ り、共振周波数を調整することができる。 最近においては、いわゆる誘電体共振器は、高周波およびマイクロ波領域の構 造体として興味がより高まってきている。何故ならば、誘電体共振器は、従来の 共振器構造に優る次のような利点、すなわち、回路のサイズがより小さくなるこ と、集積度をより高くすることができること、性能が改善されること、および製 造コストがより安くなること、というような利点を有するからである。簡単な幾 何学的形状を有し且つ誘電体損が低く相対誘電率の高い材料からなる任意の物体 は、高いＱ値を有する誘電体共振器として機能しうる。製造技術に関連した理由 のために、誘電体共振器は、通常、円筒状ディスクの如き円筒形状である。 誘電体共振器の構造および動作については、例えば、次のようないくつかの文 献に開示されている。 ［１］“Ceramic Resonators for Highly Stabile Oscillators”，Gundolf Kuc hler，Siemens Components XXIV(1989)NO.5，p.180-183 ［２］“Microwave Dielectric Resonators”，S.Jerry Fiedziuszko，Microwav e Journal，September 1986，p．189-189 ［３］“Cylindrical Dielectric Resonators and Their Applications in TEM Line Microwave Circuits”，Marian W．Pospieszalski，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，VOL．MTT-27,NO.3，March 1979，p．233-2 38 誘電体共振器の共振周波数は、主として、共振器本体の寸法によって決定され る。共振周波数に影響するもう一つのファクタは、共振器の環境である。共振器 の近傍へ金属またはその他の導電性表面をもってくることにより、共振器の電界 または磁界に対して意図的に影響を及ぼし、したがって、共振周波数に意図的に 影響を及ぼすことが可能である。共振器の共振周波数を調整する典型的な方法に おいては、共振器の平坦面からの導電性金属面の距離を調整する。この種の従来 の誘電体共振器の一構造例を第１図に示している。第１図において、共振器は、 誘導カップリングループ５（入力および出力）と、金属ケーシング４内に設置さ れ誘電体脚部６によって支持された誘電体共振器ディスク３と、金属ケーシング ４に取り付けられ調整ネジ１および金属プレート２からなる周波数コントローラ とを備えている。この共振器の共振周波数は、第２図に示すグラフのように、共 振器ディスク３と金属プレート２との間の距離Ｌに依存している。 別の仕方として、導電性調整本体の代わりに、共振器本体の近傍に、もう一つ 別の誘電体本体を導入することも可能である。この種の誘電体プレート調整に基 づく従来のフィルタの一構造例を第３図に示している。第３図において、共振器 は、誘導カップリングループ３５（入力および出力）と、金属ケーシング３４内 に設置され誘電体脚部３６によって支持された誘電体共振器ディスク３３と、金 属ケーシング３４に取り付けられ、調整ネジ３１および誘電体調整プレート３２ からなる周波数コントローラとを備える。この共振器の共振周波数は、第４図の グラフにおけるように、共振器ディスク３３と調整プレート３２との間の調整距 離Ｌに依存している。 第２図および第４図から分かるように、どちらの調整方法においても、共振周 波数は、調整距離の非線形関数として変化する。このような非線形性のためと、 および調整の勾配が急峻であるためとで、特に、制御範囲の両端においては、共 振周波数を正確に調整することが困難であり、非常な精密さが必要とされる。周 波数調整は、非常に正確な機械的な移動に基づいており、調整勾配ｋも急峻であ る。原理的には、調整移動の長さ、したがって、正確さは、金属または誘電体調 整プレートのサイズを減少させることにより、どちらの型の共振器においても、 増大されうる。しかしながら、前述したような調整方法では、非線形性であるた めに、その効果は小さい。何故ならば、調整移動の開始部分または終了部分での 急峻すぎたりまたは平坦過ぎたりである調整曲線の部分を使用することができな いからである。共振周波数がより高くなるとき、例えば、１５００−２０００Ｍ Ｈｚの領域またはそれより高くなるときには、共振器本体または調整機構の寸法 の如き、誘電体フィルタの基本要素の寸法は、さらに減少させられる。その結果 として、誘電体共振器の共振周波数を従来の方法で調整しようとする場合には、 周波数調整機構に非常に高い要求が課せられ、したがって、材料および製造コス トが増大してしまう。さらに、周波数調整装置の機械的移動は非常に小さなもの とされねばならないので、調整がより遅いものとなってしまうであろう。 本発明の目的は、より高い正確さで且つ線形性をもって周波数制御を行えるよ うな誘電体共振器を提供することである。 この目的は、本発明により、周波数コントローラが、誘電体共振器ディスクの 平坦面のうちの他方の平坦面と実質的に平行で且つ導電性調整プレートと同じ調 整機構に接続されている誘電体調整プレートを備えており、該誘電体調整プレー トが、前記平坦面のうちの前記他方の平坦面に対して垂直方向において可動とさ れていて、誘電体調整プレートと誘電体共振器ディスクの第２の平坦面のうちの 前記他方の平坦面との間の距離と、導電性調整プレートと前記一方の平坦面との 間の距離とを、同時に反対方向に同じ量だけ変化しうるようなものとされており 、導電性調整プレートおよび誘電体調整プレートが、実質的に同様であるが、調 整の勾配に関しては反対であるような周波数調整曲線を有し、周波数コントロー ラの周波数調整の組み合わされた勾配が実質的に直線的なものとされることを特 徴とするような誘電体共振器によって達成される。 さらにまた、本発明は、本発明により、周波数コントローラが、導電性調整プ レートとハイブリッド構造体にて接合されて且つ同じ調整機構に接続された少な くとも１つの誘電体調整本体を備え、前記ハイブリッド構造体が誘電体共振器デ ィスクの平坦面に対して垂直方向に全体的に移動させられて、このハイブリッド 構造体と平坦面との間の距離を変えるようなものとされており、前記導電性調整 プレートおよび前記少なくとも１つの誘電体調整本体が、実質的に同様ではある が、調整の勾配に関しては反対であるような周波数調整曲線を有しており、前記 周波数コントローラの周波数調整の組み合わされた周波数勾配が実質的に直線的 なものとされることを特徴とする誘電体共振器にも関する。 本発明においては、反対の調整勾配を有する非線形調整勾配をもつ、誘電体調 整プレートに基づく共振周波数調整および導電性調整プレートに基づく共振周波 数調整を組み合わせて、直線的調整曲線を持つ二重調整構造体またはハイブリッ ド調整構造体を形成するのである。本発明の効果は、周波数調整の線形性が改善 されることであり、また、調整距離がより長くなるということであり、これらの ことにより、調整の正確さが改善されるということである。 次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例について本発明をより詳細に説明 する。 第１図は、従来技術による誘電体共振器の横断面図である。 第２図は、第１図に示した共振器の共振周波数を、距離Ｌの関数として例示し たグラフを示す図である。 第３図は、別の従来技術による誘電体共振器の横断面図である。 第４図は、第３図に示した共振器の共振周波数を、距離Ｌの関数として例示し たグラフを示す図である。 第５図は、本発明の誘電体共振器の横断面図である。 第６図は、第５図に示した共振器の共振周波数を、距離Ｌの関数として例示し たグラフを示す図である。 第７図は、本発明の別の誘電体共振器の横断面図である。 第８図は、第７図に示した共振器の共振周波数を、距離Ｌの関数として例示し たグラフを示す図である。 誘電体共振器の構造、動作およびセラミック製造材料については、例えば、前 述した文献［１］、［２］および［３］に開示されているところであり、それら 記載は、引用によってここに組み入れられている。以下の記載においては、誘電 体共振器の構造のうち、本発明にとって必須の部分のみについて説明する。 本明細書において使用される「誘電体共振器本体」なる用語は、一般的には、 適当な幾何学的形状を有し且つ低い誘電体損および高い相対誘電率を示す材料か らなる任意の物体をさしている。製造技術に関連した理由のために、誘電体共振 器は、通常、円筒形ディスクの如き、円筒形状とされている。最も普通に使用さ れる材料は、セラミック材料である。 誘電体共振器の電磁界は、共振器本体を越えて延びて、適用分野にしたがって 種々な仕方で、例えば、共振器の近傍に配置されたマイクロストリップ導体や、 誘導カップリングループや、直線ワイヤ等により、共振器回路の他の部分に容易 に電磁気的に結合されうる。 誘電体共振器の共振周波数は、主として、誘電体共振器本体の寸法によって決 定される。共振周波数に影響するもう一つ別のファクタは、共振器の環境である 。金属またはその他の導電性面、または、別の仕方では、もう一つ別の誘電体本 体、すなわち、いわゆる調整本体を共振器の近傍へもってくることにより、共振 器の電界または磁界に対して意図的に影響を及ぼすことが可能であり、したがっ て、共振周波数に意図的に影響を及ぼすことが可能である。 本発明においては、非線形であるが、調整の勾配に関しては反対である調整曲 線をもつ、誘電体調整プレートおよび導電性調整プレートにそれぞれ基づく共振 周波数調整手段を組み合わせて、より直線的な調整曲線を有する二重調整構造体 （第５図に示す実施例）または組み合わせ調整構造体（第７図に示す実施例）を 形成する。本発明の効果は、線形性が改善されることであり、また、調整距離が より長くなるということであり、これらのことにより、調整の正確さが改善され るということである。 第５図は、本発明による二重調整構造体を設けた誘電体共振器を示している。 この共振器は、金属の如き導電性材料で形成されたケーシング５６内に誘電体の 、好ましくは、円筒形状またはディスク形状の共振器本体５３を備えている。こ の共振器本体は、ケーシング５４の中央において、垂直にその周辺部を絶縁支持 体によって支持されている。ケーシング５４は、接地電位に結合されている。第 ５図は、共振器の入力および出力を与える誘導カップリングループ５５によって 共振器に結合した例を示している。 この二重調整構造体は、金属プレート５６からなる導電性調整プレートと、セ ラミックプレート５７からなる誘電体調整プレートとを備える。金属プレート５ ６は、ケーシング５４内において、共振器ディスク５３の上方のスペース６０ に、その共振器ディスク５３の平坦な頂面と平行に配置されている。セラミック 調整プレート５７は、ケーシング５４内において、共振器ディスク５３の下方の スペース６４に、その共振器ディスク５３の平坦な底面と平行に配置されている 。調整プレート５６および５７を移動させる調整機構は、調整ネジ５１を備える 。この調整ネジ５１は、ケーシング５４の蓋の絶縁ブッシングにネジで取り付け られている。この調整ネジ５１の下方端は、ピン５８を構成しており、このピン ５８は、共振器ディスク５３の軸中心孔５９を通して、その共振器ディスク５３ の下方のスペース６４へと延長している。金属調整プレート５６は、ピン５８の 上方端で調整ネジ５１に取り付けられている。セラミック調整プレート５７は、 ピン５８の下方端で調整ネジ５１に取り付けられている。この調整ネジ５１の移 動により、誘電体調整プレート５７は共振器ディスク５３の平坦な底面に対して 移動させられ、金属調整プレート５６は共振器ディスク５３の平坦な頂面に対し て移動させられ、各プレートの共振器ディスク５３の各平坦面からの距離は、同 時に同じ量だけ、互いに反対方向に変えられる。金属調整プレートが共振器ディ スク５３から最も離れて位置している調整範囲Ｌの端部にあるときには、セラミ ック調整プレート５７は、共振器ディスク５３に最も近くに位置した調整範囲の 端部にある。この状態を、第５図は示している。周波数コントローラの第２の極 限位置は、一点鎖線にて示されており、この第２の極限位置においては、調整プ レート５６は、共振器ディスク５３に最も近くにあり、調整プレート５７は、共 振器ディスク５３から最も遠くにある。 第６図のグラフから分かるように、金属調整プレート５６および誘電体調整プ レート５７は、実質的に同様ではあるが、調整の勾配に関しては反対である周波 数調整曲線ＡおよびＢを有しており、この周波数コントローラの調整の組み合わ せられた周波数勾配Ｃは、実質的に直線的なものとなっている。 第７図は、本発明によるハイブリッド調整構造体を備えた誘電体共振器を示し ている。この共振器は、金属の如き導電性材料のケーシング７４内に誘電体、好 ましくは、円筒形共振器ディスク７３を備える。この共振器ディスクは、好まし くは、セラミックであり、ケーシング７４の底面から一定の距離のところに配置 されていて、適当な誘電体または導電性材料で形成された支持脚部７６の上にの っている。ケーシング７４は、接地電位に結合されている。第７図は、共振器へ の結合の一例として、共振器の入力および出力を与える誘導カップリングループ ７５によるものを示している。 このハイブリッド調整構造体は、金属プレート７２からなる導電性調整プレー トと、導電性調整プレートの底面に取り付けられた誘電体調整本体７７とを備え ている。導電性調整プレートの底面は、共振器ディスク７３の平坦な頂面に面し ており、ケーシング７４内において共振ディスク７３の上方のスペースに共振器 ディスク７３の平坦な頂面と平行に配置されるようなハイブリッド構造体が構成 されている。その取付けは、例えば、接着剤で行われる。このハイブリッドコン トローラ７２、７７は、ケーシングに取り付けられたブッシングにネジで取り付 けられた調整ネジ７１からなる調整機構に取り付けられ、このハイブリッド構造 体７２、７７は、共振器ディスク７３の平坦面に対して垂直方向において全体的 に移動させられて、そのハイブリッド構造体とその平坦面との間の距離を変える ことができるようにされている。 金属調整プレート７２および誘電体調整プレート７７は、実質的に同様である が、調整の勾配に関しては反対である周波数調整曲線を有しており、そのハイブ リッドコントローラの周波数調整曲線Ｄは、第８図に例示されるように、実質的 に直線的なものとされている。 添付図面およびこれら図面に関してなされた説明は、本発明を単に例示しよう としているだけのものである。本発明の共振器は、その細部においては、本請求 の範囲の記載の範囲内において変更しうるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. ２つの平坦面を有する誘電体共振器ディスク（５３）と、周波数コントロー ラと、導電性ケーシング（５４）とを備え、前記周波数コントローラは、調整機 構（５１）と、前記誘電体共振器ディスク（５３）の平坦面のうちの一方の平坦 面と実質的に平行で且つ前記調整機構（５１）を用いて前記共振器ディスクに対 して垂直方向に可動とされた導電性調整プレート（５６）とを備え、前記調整プ レートと前記誘電体共振器ディスクの平坦面のうちの前記一方の平坦面との間の 距離を変えることにより、共振周波数を調整することができる誘電体共振器にお いて、前記周波数コントローラは、さらに、前記誘電体共振器ディスク（５３） の平坦面のうちの他方の平坦面と実質的に平行で且つ前記導電性調整プレート（ ５６）と同じ調整機構（５１、５８）に接続されている誘電体調整プレート（５ ７）を備えており、該誘電体調整プレート（５６）は、前記平坦面のうちの前記 他方の平坦面に対して垂直方向において可動とされていて、前記誘電体調整プレ ート（５７）と前記誘電体共振器ディスク（５３）の前記平坦面のうちの前記他 方の平坦面との間の距離と、前記導電性調整プレート（５６）と前記一方の平坦 面との間の距離とを、同時に反対方向に同じ量だけ変化しうるようなものとされ ており、前記導電性調整プレート（５６）および前記誘電体調整プレート（５７ ）は、実質的に同様であるが、調整の勾配に関しては反対であるような周波数調 整曲線を有し、前記周波数コントローラの周波数調整の組み合わされた勾配が実 質的に直線的なものとされることを特徴とする誘電体共振器。 2. 前記誘電体共振器ディスク（５３）は、その縁において前記ケーシング（５ ４）に支持されていて、軸中心孔（５９）を備えており、前記周波数調整機構は 、前記孔（５９）を通して延長している調整ネジ（５１、５８）を備えており、 前記導電性調整プレート（５６）は、前記共振器ディスク（５３）の一方の側で 前記調整ネジ（５１、５８）に接続されており、前記誘電体調整プレート（５７ ）は、前記共振器ディスクの反対側で前記調整ネジ（５１、５８）に接続されて いる請求項１記載の誘電体共振器。 3. ２つの平坦面を有する誘電体共振器ディスク（７３）と、周波数コントロー ラと、導電性ケーシング（７４）とを備え、前記周波数コントローラは、調整機 構（７１）と、前記誘電体共振器ディスク（７３）の平坦面のうちの一方の平坦 面と実質的に平行で且つ前記調整機構（７１）を用いて前記共振器ディスクに対 して垂直方向に可動とされた導電性調整プレート（７２）とを備え、前記調整プ レートと前記誘電体共振器ディスクの平坦面のうちの前記一方の平坦面との間の 距離を変えることにより、共振周波数を調整することができる誘電体共振器にお いて、前記周波数コントローラは、さらに、前記導電性調整プレート（７２）と ハイブリッド構造体にて接合されて且つ同じ調整機構（７１）に接続された少な くとも１つの誘電体調整プレート（７７）を備え、前記ハイブリッド構造体（７ ２、７７）は、前記誘電体共振器ディスク（７３）の前記平坦面のうちの前記一 方の平坦面に対して垂直方向に全体的に移動させられて、前記ハイブリッド構造 体と前記平坦面との間の距離を変えるようなものとされており、前記導電性調整 プレート（７２）および前記少なくとも１つの誘電体調整プレート（７７）は、 実質的に同様ではあるが、調整の勾配に関しては反対であるような周波数調整曲 線を有しており、前記周波数コントローラの周波数調整の組み合わされた勾配が 、実質的に直線的なものとされることを特徴とする誘電体共振器。 4. 前記誘電体調整プレート（７７）は、前記共振器ディスク（７３）の前記平 坦面に面した金属調整プレート（７２）の面に取り付けられた誘電体ディスクで ある請求項３記載の誘電体共振器。 5. 前記ハイブリッド構造体は、前記導電性調整プレートに取り付けられた複数 の誘電体調整プレートを備える請求項４記載の誘電体共振器。