JPS61136302A - 誘電体共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は誘電体共振器に関し、特に金属ケースないし
外部電極内に柱状誘電体を配置して構成されるＴＭＯｔ
　ｏ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。

（従来技術） ＴＭＯＩＯモードまたはその変形モードの誘電体共振器
において、その共振周波数を調整するための構造が、例
えば実開昭５９−８８９０８号公報および実開昭５９−
１１９６１１号公報などに開示されている。この２つの
引用公報に開示されたいずれのものも、空洞内に別の誘
電体材料を挿入してそれを変位させるものである。

空洞内に誘電体材料を入れると、よく知られているよう
に、空洞の共振特性の摂動理論に基づいて、その共振周
波数が変化する。しかしながら、従来のものでは、いず
れも電界の洩れなどが生じ、Ｑｏ　（無負荷Ｑ）を考慮
すれば、その共振周波数の変化幅（Δｆｏ）を余り大き
くすることができなかった。なぜならば、ΔｆＯを大き
くすると、Ｑｏの低下が著しいからである。したがって
、この従来技術では、変化率（、ＩＩ　ｆ　ｏ／　ｆ　
ｏ）は０゜５％以下にしかできず、それ以上大きくする
とＱＯが１０％以上小さくなってしまう。

そこで、第８図に示すように、可変コンデンサを用いる
ことが考えられる。この第８図に示す誘電体共振器１０
は、周知のように、柱状誘電体１２とそれを取り囲む金
属ケース１４とを含む。そして、柱状誘電体１２の側面
に電極１６を形成し、一方、金属ケース１４の上面に透
孔１８を形成する。そして、可変コンデンサ２０の一方
電極からのリード線を透孔１８を通して電極１６に接続
し、他方電極からのリード線を金属ケース１４に接続す
る。このとき、透孔１８の部分にたとえばゴムのような
ブッシング２２がはめこまれ、それによってリード線と
金属ケース１４との接触が防止されている。

柱状誘電体１２には変位電流が生じ、金属ケース１４に
は実電流が流れる。ところが、第８図に示すように可変
コンデンサ２０を接続すると、柱状誘電体１２の側面に
形成された接続電極１６から可変コンデンサ２０を通し
て外部電極すなわち金属ケース１４に流れる電流ループ
も形成される。

したがって、その等価回路は第９図に示すようになる。

第９図において静電容量Ｃ１は電極１６から上の静電容
量であり、静電容量Ｃ２は電極１６から下に形成される
ものである。したがって、可変コンデンサ２０による静
電容量Ｃ３は、静電容量Ｃ１と並列的に接続されること
になる。なお、第９図において、インダクタンスしは金
泥ケースないし外部電極１４によって形成されるもので
ある。

第９図の等価回路を参照して、合成の静電容量Ｃ′は、
可変コンデンサ２０のリード線によるインダクタンスを
無視すると、次式（１）で与えられる。

ここで、Ａは電極［６（第８図）の面積や位置に依存す
る係数である。そして、この回路における共振周波数ｆ
ｏは次式（２）で与えられる。

ｆｏ＝１／２πｆ］下　　　・・・（２）（１）式にお
いて、合成静電容量Ｃ′は可変コンデンサ２０の静電容
量Ｃ３の変化に依存して変化する。したがって、可変コ
ンデンサ２０の静電容量Ｃ３が変わると（２）式で与え
られる共振周波数ｆｏも変わる。このことによって、可
変コンデンサ２０を用いれば、共振周波数ｆｏが変化す
ることが理解されよう。

（発明が解決しようとする問題点） このように可変コンデンサを用いる場合にも、さらに、
解決すべき次のような問題点がある。可変コンデンサ自
体のＱは余り大きくないので、それを接続することによ
って誘電体共振器全体のＱｏもたとえば５〜１０％低下
してしまう。さらに、可変コンデンサの静電容量の変化
範囲の大きさにもよるが、依然としてΔｆｏも余り大き
くできないばかりでなく、誘電体共振器を高電圧が加わ
る回路に用いる場合には可変コンデンサ２０に加わる電
圧も大きくなり、可変コンデンサとして高圧コンデンサ
を用いなければならず、全体として高価なものとなって
しまう・ それゆえに、この発明の主たる目的は、ＱＯの著しい低
下なしにより広い範囲で共振周波数を変化させることが
できる、誘電体共振器を提供することである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、外部電極に囲まれる内部誘電体の一部に切
欠を形成し、その切欠に対して出し入れ可能に誘電体部
材を設けた、誘電体共振器である。

（作用） 誘電体共振器においては、内部誘電体の部分すなわち中
央部はど電界が強く、そして、誘電体部材はその内部誘
電体に形成された切欠に対して出し入れされるので、摂
動理論に基づく周波数の変化幅が大きくなる。それとと
もに、誘電体部材を出し入れするだけなので電流集中が
起こらず、したがって、Ｑｏの低下の原因となるジュー
ル損も比較的小さいために、Ｑｏの低下も小さい。

（発明の効果） この発明によれば、誘電体部材を出し入れするだけでＱ
Ｏの著しい低下なしに共振周波数の変化幅ΔｒＯの大き
い誘電体共振器が得られる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行なう以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す正面断面図解図であ
る。誘電体共振器１０おいて、柱状誘電体１２は、円筒
形の誘電体ケース２４内に収納され、この誘電体ケース
２４の上端および下端には、それぞれ、同じ誘電体材料
からなる蓋２６および底板２８が取り付けられる。そし
て、底板２８には、入出力の結合のためのアンテナ端子
３０および３２が挿通されるべき透孔３４および３６が
形成される。しかしながら、入出力の結合は、このよう
なアンテナ結合（電界結合）以外にも、誘導結合や容量
結合など種々の方法が考えられる。

そして、誘電体ケース２４と蓋２６および底板２８とに
は、連続的に、電極３８が形成される。

この電極３８が、第８図に示す従来の金属ケース１４の
役目を果たす。したがって、この実施例のように誘電体
ケースとそれに形成された電極を用いる以外に、外部電
極として、第８図のような金属ケースを用いることも可
能である。

柱状誘電体１２の高さ方向の成る位置には、その径方向
に切り込まれた切欠４０が形成される。

そして、特゛に第２図からその形状がよくわかるような
誘電体プレート４２が、この切欠４０に対して出し入れ
可能に設けられる。なお、切欠４０の厚みは誘電体プレ
ート４２の厚みよりある程度大きく選ばれ、したがって
誘電体プレート４２が柱状誘電体１２の切欠を規定する
部分に接触したりしなかったりということが回避されて
安定なものとなっている。

また、誘電体プレート４２にはチューニング用の支持棒
４４が連結され、この支持棒４４を外部に導き出すため
に、蓋２６には、透孔４６が形成されている。したがっ
て、この支持棒４４を外部から矢印で示すように回すこ
とによって、誘電体プレート４２を切欠４０に対して出
し入れすることができる。

なお、好ましくは、誘電体プレート４２は、柱状誘電体
１２や誘電体ケース２４などと同じように誘電率の大き
い材料で形成され、支持棒４４は誘電率の小さい材料で
形成される。これは、この支持棒４４の部分において電
流集中を可及的抑制するためである。

発明者が実験した結果では、第２図に示すように誘電体
プレート４２が切欠４０の部分に入り込んでいるときに
は、ｆｏ＝１０５４．６ＭＨｚでＱｏ＝５６２０であっ
たのに対し、第３図に示すように、支持棒４４を回転さ
せて誘電体プレート４２を切欠４０から出してしまった
状態では、ｆｏ＝１０７８．２ＭＨｚでＱｏ＝５５３０
であった。したがって、共振周波数ｆｏの変化率（＝Δ
ｆｏ／ｆｏ）は２．２％であり、無負荷Ｑの変化率（＝
　ΔＱ　ｏ　／　Ｑ　ｏ　）は、−１，６％であった。

これを先に引用した公報に開示されているものに比べる
と共振周波数の変化率は約４倍になり、また、ＱＯの変
化率は約１／６であった。また、これらの変化率は第８
図に示す可変コンデンサを用いるものに比べても改善さ
れている。

次に、第１図実施例においてなぜその周波数を変えるこ
とができるのか、詳しく説明する。

まず、次式（３）は摂動理論を表す近似解である。

ただし、この（３）式において、εおよびＥは、初期状
態におけるそれぞれの部分の誘電率および電場を表し、
それらの総和として考えられている、という点に留意さ
れたい。

（３）式においてΔεは各部分のεの変化分を示し、Ｅ
′は各部分の摂動後における電場を示し、ＥｌはＥの複
素共役電場を示す。そして、支持棒４４を回転させて誘
電体プレート４２を切欠４０に対して出し入れすること
によって、εおよびＥ′が変化する。したがって、（３
）式より、ω（＝２πｆ）が変化するのである。

このような周波数の変化を、第４図および第５図に示す
等価回路を用いて説明する。第１図実施例においては、
第４図に示すように静電容量が形成されているものと考
えられる。したがって、第１図実施例は第５図に示す等
価回路として表すことができる。ここで、Ｃ１ｌは切欠
４０から上の内部誘電体１２で、Ｃ１２は切欠４０の部
分で、Ｃ１３は誘電体プレート４２で、Ｃ１４は切欠４
０から下の内部誘電体１２で、それぞれ、形成される静
電容量である。

ＴＭｏ　＋　ｏモードまたはその変形モードの電界分布
は、中央において強くまた周囲にいくにしたがって弱く
なっている゛。そのために、電気力線の大部分が柱状誘
電体の中を通り、その周囲の空気の部分を通る電気力線
は少ない。したがって、近似的には、柱状誘電体１２と
誘電体プレート４２との重なった部分の大きさによって
、第５図の静電容量Ｃ１３が決まる。そして、第５図の
合成静電容量Ｃ′は次式（４）で与えられる。

Ｃ’　　Ｃ１ｌ　　Ｃ１２＋　Ｃ１３Ｃ１４・・・　（
４）そして、第３図に示すような状態では誘電体プレー
トの部分によって形成される静電容量Ｃ１３が小さく、
誘電体プレート４２を切欠４０に入れるにしたがって、
その誘電体容量Ｃ１３が大きくなる。すなわち、誘電体
プレート４２の出し入れの量に応じて静電容量Ｃ１３が
変化し、そのために、合成静電容量Ｃ′が変化する。し
たがって、先の（２）式で与えられる共振周波数ｆｏも
また変化するのである。

ちなみに、静電容量Ｃ１３が大きいほど合成静電容量Ｃ
′が大きくなり、共振周波数ｆｏが低下する。

なお、第１図実施例のような構成では第２図および第３
図から分かるように、支持棒４４を約７０°廻しただけ
で誘電体プレート４２の全てが切欠４０から出されてし
まう。すなわち、支持棒４４と誘電体プレート４２とが
直結されているので、微妙な周波数の調整をしにくいと
いう問題がある。

したがって、支持棒の回転量と周波数の変化率とを変え
て、支持棒４４の全回転範囲（３６０°）を有効に使う
ために、たとえば支持棒４４の回転をギアダウンして誘
電体プレート４２に伝達するようにしてもよい。そのた
めには、支持棒４４はそのようなギア部分（図示せず）
を通して誘電体プレート４２に連結されることになる。

また、ギア機構を用いると構成が複雑になるので、その
ようなギア機構を用いないために、誘電体プレート４２
の平面形状を工夫して、たとえば第６図に示すような形
状にしてもよい。この第６図に示す形状の誘電体プレー
ト４２を用いれば、ギア機構を用いることな（、支持棒
４４の全回転範囲を有効に利用することができる。しか
じな°がら、この誘電体プレート４２の平面形状は任意
である。

なお、上述の実施例では、いずれも、誘電体プレート４
２を切欠４０に対して出し入れするために回転可能な支
持棒４４を利用した。しかしながら、誘電体プレート４
２の変位のためには、第７図に示すような構成もまた利
用可能である。

第７図（Ａ）では、支持棒４４を誘電体ケース２４の側
面に出し、それを矢印方向に動かすことによって誘電体
プレート４２を切欠４ｏに対して出し入れするようにし
ている。また、第７図（Ｂ）に示すものも同じように支
持棒４４を誘電体ケース２４の側面に出すものであるが
、それを動がす方向が第７図（Ａ）に示すものと異なる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す正面断面図解図であ
る。 第２図は第１図の線■−■における断面図である。 第３図は誘電体プレートを動がした状態を示す第２図に
対応する断面図である。 第４図は第１図実施例の静電容量を示す図である。 第５図は第１図実施例の等価回路図である。 第６図は誘電体プレートの変形例を示す断面図解図であ
る。 第７図（Ａ）および第７図（Ｂ）は、それぞれ、誘電体
プレートを切欠に対して出し入れするための異なる構成
を示す断面図である。 第８図はこの発明の背景となる従来の可変コンデンサを
用いる例を示す図解図である。 第９図は第８図の等価回路図である。 図において、１０は誘電体共振器、１２は柱状誘電体、
１４は金属ケース、３８は外部電極、４０は切欠、４２
は誘電体プレート、４４は支持棒を示す。 特許出願人　株式会社　村田製作所 代理人　弁理士　山　１）　義　人 （ほか１名） 第１図 第２図　　　　　第３図 第４図 第５図 第６図 第７ｒｌｌＪ （Ｂ） 第　８　図 第９図 手続ネ甫正書（自発） 昭和６０年０１月１１日 昭和５９年　特許願　第２５８３０５号２、発明の名称 誘電体共振器 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　京都府長岡京市天神二丁目２６番１０号名　称
　（６２３）株式会社　村田製作所代表者　　村　１）
　昭 ４、代　理　人　曇５４０１！大阪（０６）　７６４−
５４４３　（代）自発補正 ７、　　？ｉｌｉ正の内容 する。 記 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ＴＭ＿０＿１＿０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って、 内部誘電体、 前記内部誘電体を囲む外部電極、 前記内部誘電体の側面に形成される切欠、および 前記切欠に対して出し入れ可能に設けられた誘電体部材
   を備える、誘電体共振器。 ２　前記外部電極を貫通して前記誘電体部材に連結され
   、外部から前記誘電体部材を変位させるための変位手段
   を備える、特許請求の範囲第１項記載の誘電体共振器。 ３　前記変位手段は回転軸を含む、特許請求の範囲第２
   項記載の誘電体共振器。 ４　前記変位手段は直線運動部材を含む、特許請求の範
   囲第２項記載の誘電体共振器。 ５　前記変位手段は前記誘電体部材に接続された軸を含
   み、前記軸は前記誘電体部材に比べて低い誘電率の誘電
   体材料で形成される、特許請求の範囲第２項ないし第４
   項のいずれかに記載の誘電体共振器。