JPS61277204A - 誘電体共振器装置 - 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、直方空洞内のＴＭ１１０モード（以下、単
にＴＭＩＩＯモードと呼ぶ）もしくはその変形モードの
共振を利用する誘電体共振器装置に関する。

（従来の技術） ＴＭ１１０モードを用いたフィ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
フィルタは、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合せていた。

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吟じるのに限度があった。

（発明が解決しようとする問題点） 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、たとえばフィルタに用いようと
するものである。

（問題点を解決するための手段） この発明の誘電体共振器装置は、直方体空洞シ−ルドケ
ース内に三つの柱状誘電体が互いに直交した状態で一体
化されたものを配置して柱状誘電体の各軸方向にそれぞ
れ存在する三つのＴＭ１１゜モードもしくはその変形モ
ード共振を利用するようにした誘電体共振器と、この誘
電体共振器と外部回路を結合する外部結合手段とを有す
る誘電体共振器装置において、 外部結合手段は、磁気結合ループを有し、入力結合手段
ではループに発生する磁力線の方向と、結合すべき共振
モードの磁力線の方向とが一致するようにし、出力結合
手段では、結合すべき共振モードの磁力線と鎖交するよ
うにしている。

（作用） このような手段では、直方体空洞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
の電気力線方向に空気より誘電率が圧倒的に大きい固体
誘電体が存在していることにより外形寸法が小さくなる
。また、構造簡単な外部結合手段によって必要なモード
と外部回路が結合する。

（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、直方体空洞シールドケース、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、　２ｂ１２ｃ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１施された部分的変形を省略した理想形状で図示
しである。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（Ｚｒ　Ｓｎ　）Ｔｉ　０４セ
ラミツクからなる直方体空洞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（Ｚｒ　３ｎ　）Ｔｉ　０４セラ
ミツクを用いた。誘電率（ε）は３７．５、材料温度係
数（ηＦ−−α−１／２ηε）は０±０．５１）１１１
ＩＩ／℃である。

このような構成だと、従来からあるＴＭＩ　１０モード
を用いたフィルタの特徴である ■高い無負荷Ｑが得られる、■小型になるといった長所
を引継ぎながら、従来のＴＭ１１０モードを用いたフィ
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２〜４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を直方空洞内に備えているものを考え
て本発明との差異を論する。

この第２へ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っているＴＭ１１゜モードと、第
３図に示すようなＹ軸方向に電気力線が走っているＴＭ
１１０モードとに誘電体３ａ。

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った欠点がある。

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、実用化にあたって
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った場合、加工技術の
点などから三つのＴＩ’ｖｈ　ｔ　ｏ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。すなわら、第５図において、
いま柱状誘電体２ａと２ｂとがそれぞれ関与するＴＭ１
１０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共含まれる平面内に
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ＴＭ１１ｏモード同士の結
合を論するとき、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。いき共振系にたくわえられてい
る電磁エネルギーの平均値をＷｔ、金属が挿入される微
小部分に含まれる磁気エネルギーをΔＷｌｌ　、金属が
挿入される微小である。この摂動の式かられかるように
、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：Ａ１１部材４ａ付近は磁気エネルギーの方が電気エ
ネルギーより強（、結合調節部材５ａ付近は、逆に、電
気エネルギーの方が磁気エネルギーより強い。したがっ
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ｗＲ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４ａ付近は電
気エネルギーの方が磁気エネルギーより強く、結合調節
部材５ａ付近は磁気エネルギーの方が電気エネルギーよ
り強い。したがりで結合調節部材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。したがって結合調節部材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Ｏになる。柱状誘電体２ｂと２０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共含まれる
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６ｂ１７ｂ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２０．
２ａ共含まれる平面内に結合調節部材４ａ　。

５ａ、　４ｂ、　５ｂと同様の結合調節部材４ｃ、　５
ｃ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
。したがっ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ィ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。

逆に、各結合調節部材の挿入度合で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とを異ならせると、
この差値に応じた結合が両モード間で得られることにな
る。したがって三つのモードを結合させると後述のよう
に、三段のフィルタが得られることになる。

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）、（Ｂ）は柱状誘電体２
ｃにのみ結合する入力結合手段が有する磁気結合ループ
８ｃおよび出力結合手段が有する磁気結合ループ９Ｃを
代表的に示したものである。

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軸と一致させると、ループ８ｃ。

９Ｃは、柱状誘電体２ｂの一方端寄りにおいて、柱状誘
電体２ｂをはさんで柱状誘電体２ｂ表面からＸ軸方向に
間隙をおいて配置する。このときループ８Ｃが含まれる
平面１、ループ９Ｃが含まれる平面はＸ軸と直交するよ
うにする。ループ８ｃ、　９ｃの各一端はたとえば同軸
コネクタ１０ｃ　１１１ｃの中心導体に接続し、各他端
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８Ｃ１，：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、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、同一方向成分をもっていて結合するのは磁力線Ｍ
Ｆ３だけである。したがっ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。

そして、柱状誘電体２Ｃが関与する共振モードの磁力線
ＭＦ３とループ９Ｃは鎖交するので同軸コネクタ１１Ｃ
から出力が生じる。しかしループ９Ｃは、柱状誘電体２
ａが関与する共振モードの磁力線ＭＦ。

や、柱状誘電体２ｂが関与する共振モードの磁力線ＭＦ
２とは鎖交しないのでこれらの電磁エネルギーは同軸コ
ネクタ１１Ｃからは取り出されないａ第８図（Ｃ）に示
すように、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。柱状誘電体２ｂに関与する入力結合手段
が有する磁気結合ループを８ｂ、出力結合手段が有する
磁気結合ループを９ｂとする。ループ８ｂ、９ｂは、柱
状誘電体２ａの一方端寄りにおいて、柱状誘電体２ａを
はさんで柱状ＨＴＲ体２ａ表面からＺ軸方向に間隙をお
いて配置する。このときループ８ｂ１９ｂが含まれる平
面は、Ｚ軸と直交するようにする。ループ８ｂ、　９ｂ
の各一端はたとえば同軸コネクタ１０ｂ　、　１１ｂの
中心導体に接続し、各他端はアースする。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、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、同一方向成分をもっていて
結合するのは磁力線ＭＦ２だけである。したがって入力
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。

そして、柱状誘電体２ｂが関与する共振モードの磁力線
ＭＦ２とループ９ｂは鎖交するので同軸コネクタ１１ｂ
から出力が生じる。しかしループ９ｂは、柱状誘電体２
ａが関与する共振モードの磁力線ＭＦ。

や、柱状誘電体２Ｃが関与する共振モードの磁力線ＭＦ
３とは鎖交しないのでこれらの電磁エネルギーは同軸コ
ネクタ１１ｂからは取り出されない。

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。柱状誘電体２ａに関与する入力結合手段が有す
る磁気結合ループを８ａ、出力結合手段が有する磁気結
合ループを９ａと名付ける。ループ８ａ、　９ａは柱状
誘電体２Ｃの一方端寄りにおいて、柱状誘電体２Ｃをは
さんで柱状誘電体２０表面からＹ軸方向に間隙をおいて
配置する。このときループ８ａ１９ａが含まれる平面は
、Ｙ軸と直交するようにする。

ループ８ａ、　９ａの各一端はたとえば同軸コネクタ１
０ａ　、　１１ａの中心導体に接続し、各他端はアース
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ＭＦ
１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、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
向成分をもっていて結合するのは磁力線ＭＦ１だけであ
る。したがっ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１！ＭＦ１とループ
９ａは鎖交するので同軸コネクタ１１ａから出力が生じ
る。しかしループ９ａは柱状誘電体２ｂが関与する共振
モードの磁力線ＭＦ２や柱状誘電体２Ｃが関与する共振
モードの磁力線ＭＦ３とは鎖交しないのでこれらの電磁
エネルギーは同軸コネクタ１１ａからは取り出されない
。これらのループ８８〜８０゜９８〜９Ｃ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。

以上の構成により、本発明実施例の誘電体共振器装置を
等価回路で表わすと第９図のようになる。

図において、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２Ｃが関与する
共振モードに係る共振器、１．１′はそれぞれ共振器Ｒ
１で構成したフィルタの入力端、出力端、２．２−はそ
れぞれ共振器Ｒ２で構成したフィルタの入力端、出力端
、３．３−はそれぞれ共振器Ｒ３で構成したフィルタの
入力端、出力端である。Ｋ１２は共振器Ｒ１、Ｒ２の間
の結合度、Ｋ２３は共振器Ｒ２、Ｒ３間の結合度、Ｋ３
１は共振器Ｒ３、Ｒ１間の結合度である。したがって第
５図に示す結合調節部材を調整することによって結合度
に１２、Ｋ２３、Ｋ）１をすべて実質的に０にすると、
一つのケース内に電気的に直交して互いに独立、不干渉
状態にある三つの共振器が構成されることになる。つま
り、たとえば入力端１に入力された信号は濾波されて出
力端１−からのみ出力される。入力端２に入力された信
号は濾波されて出力端２−からのみ出力される。

入力端３に入力された信号は濾波されて出力端３′から
のみ出力される。

第１０図はフィルタ特性を示し、因において８１１′は
入力端１、出力端１′間のレスポンス、８２２′は入力
端２、出力端２−間のレスポンス、８３３′は入力端３
、出力端３′間のレスポンスを示す。

なお、三つの共振器を用いてフィルタを構成するときは
、たとえば共振器Ｒｔ、共振器Ｒ２、共振器Ｒ３の順で
結合するようにし、共振器のＲ１にはループ８ａを有す
る入力結合手段のような入力結合手段を組合せ、共振器
Ｒ３には、ループ９Ｃを有する出力結合手段のような出
力結合手段を組合せる。すると第１１図に示すような等
価回路が得られる。そして、第５図に示すような、各共
振器毎に備えた結合調整部材を調整することによって結
合度Ｋｆ２、Ｋ２Ｏをそれぞれ適当な値に設定し、ＫＯ
２を実質的に０にすると、入力結合手段に入力された信
号は共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で順次濾波されて出力結合
手段から出力される無極性のフィルタが一つのケース内
に構成されることになる。

ＫＯ２も適当な値にすると、有極性のフィルタが構成さ
れることになる。

（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
体空洞シールドケース内に存在する互いに直交する三つ
のＴＭ１１０モードもしくはその変形モードを有効に利
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。また、外部
回路との結合は構造が簡単な外部結合手段に、よってな
される。

【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
はこの発明の詳細な説明する説明図、第８図（Ａ）、（
Ｂ）、（Ｃ）はこの発明の実施例の内部説明図、第９図
はこの発明の実施例の等価回路図、第１０図はこの発明
の実施例のフィルタ特性図、第１１図は三段のフィルタ
を構成したときの等価回路である。 １はシールドケース、２は複合誘電体、８ａ、　８ｂ。 ８ｏ、　９ａ、　９ｂ、　９Ｃは磁気結合ループ。 特　　許　　出　　願　　人 株式会社村８］製作所 Ｅ面の浄書Ｃ内置に変更なし） ２ｃ　　　　　２ｂ ’ｉＩ２　　口 ３ｎ 懐　６１ ｂ ’１７　　図 ２ｂ ｉＦ８団（°Ｂ） ′＊８閉（Ｃ） １ｆ　９　肥 ＩＮＰＵ７　　　　　　　　０ＵＴＰＵＴ手　　続　　
補　　正　　書　（方式）１、事件の表示 昭和６０年特　許　願第１１９４９１号２、発明の名称 誘電体共振器装置 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号昭和６０
年８月２７日（発送日） ５、補正の対象 願書、明細書および図面 ６、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直方体空洞シールドケース内に三つの柱状誘電体
   が互いに直交した状態で一体化されたものを配置して得
   られた三つのＴＭ＿１＿１＿０モードもしくはその変形
   モード共振を利用することを特徴とする誘電体共振器、 および、この共振器と外部回路を結合する外部結合手段
   、 とを有する誘電体共振器装置において、 外部結合手段は、磁気結合ループを有し、入力結合手段
   では、ループに発生する磁力線の方向と、結合すべき共
   振モードの磁力線の方向とが一致するようにし、出力結
   合手段では、結合すべき共振モードの磁力線と鎖交する
   ようにしたことを特徴とする誘電体共振器装置。