JPS63176002A - 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】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、小型の誘電体共振器装置に関する（ｂ１発
明の背景 誘電体共振器は、一般に従来の金属空洞共振器に比べて
小型でかつ高いＱを持った共振器が構成でき、特にバン
ドパスフィルタとして用いられる誘電体共振器装置はマ
イクロ波通信装置において、トランスミンクマルチプレ
クサなどに用いられている。

誘電体共振器の構成は、その利用する電磁波モードに応
じて異なり、目的に応じたモードが利用される。例えば
ＴＥ、、δは、スプリアス特性があまり良くないが、共
振器のエネルギー集中度が高く、誘電体共振器の損失だ
けで共振器全体の損失が定まり、高いＱを得ることがで
きる。ＴＥＭの場合、スプリアス特性は良好であるが、
金属導体の損失が比較的大きく、共振器のＱはそれほど
高くない。ＴＭの場合は、前記２つのモードの中間の特
性を示すが、誘電体共振器とケースとの接合面に実電流
が流れるため、この接合面の導通状態を良好に保たなけ
ればならない。そこで、セラミックからなる誘電体共振
器とケースとの熱膨張計数の差による機械的歪を吸収す
る必要があり、ケースの材料としてメタライズされたセ
ラミックを用いなければならない。従って、加工性の箭
い金属をケースとして用い、かつＱを高くするためには
、ＴＥ６１δモードの誘電体共振器が用いられる（Ｃ）
従来の技術 従来のＴＥ６１δモードを利用した誘電体共振器として
、密閉した金属ケース内に、円柱状の例えばＴｉｅ、系
のセラミック材料からなる誘電体共振器を支持台に固定
した誘電体共振器が用いられている。この種の誘電体共
振器は、前述したように誘電体セラミックを用いるため
、金属空洞共振器と比べて小型に構成でき、また、電磁
エネルギーが誘電体共振器内に十分に集中しているため
、高いＱをもった共振器が構成できるという４！徴があ
る。

従来、このような誘電体共振器を同一ケース内に複数個
配列してバンドパスフィルタを構成する際、前述の円柱
状誘電体共振器を金属ケース内の平面上に配列して、横
方向に誘導結合させている。ところが、このような配列
方法によるフィルタはＥＨＩＩδ、ＴＭａｔδ、ＨＥｌ
、δなどの非対称モードが励振されやすく、スプリアス
特性が悪いという欠点を備えている。

そこで、複数の円柱状の誘電体共振器を、各誘電体共振
器の中心軸を共通にして、中心軸方向に配列したものも
開発されている。第１６図はその装置の構造を表す部分
破断斜視図である。図において、２１，２２，２３．２
４は円柱状の誘電体共振器を表し、金属ケース３０内に
、リング状のスペーサ３１を介して固定されている。

また、円柱状の誘電体共振器を扇状にし、電磁波モード
の対称性を利用して、装置全体を小型化しかつ放熱性を
高めた誘電体共振器装置も開発されている。第１７図（
Δ）、ＣＢ）はその装置の内部構造を表す上面図および
正面図である。図において５１〜５４は円柱状の誘電体
共振器が、その中心軸を含む平面で切断されたごとき形
状を有する誘電体共振器であり、その切断面は金属ケー
ス４０に接して、固定されている。なお、４３゜４５は
入出力コネクタ、４２．４４は結合回路を構成するロン
ドを表している。

（ｄ＋発明が解決しようとする問題点 第１６図に示した従来の誘電体共振器装置においては、
前述の非対称モードが励振されにくく、スプリアス特性
が良好である特徴を存するが、スペーサ３１として、合
成樹脂を用いれば、強度の面で信頼性が低く、また、ｔ
ａｎδが低いため、無負荷Ｑ０が低下する問題がある。

スペーサとしてセラミック材料を用いれば、金属ケース
３０との熱膨張係数が大きく異なり、この熱膨張による
機械的歪を吸収することが困難である。第１７図（Ａ）
、　　ＣＢ）に示した誘電体共振器装置においては、各
誘電体共振器を金属ケースの内壁に間隔をあけずに接触
させているので、全体が小型化し、また、放熱効果が高
くなるが、複数の円柱状誘電体共振器を平面上に配列し
た従来の誘電体共振器装置と同様に、非対称モードが励
振されやすく、スプリアス特性が悪く、更に設計性が悪
いという問題があった。

そこで、この発明は、非対称モードがさらに励振されに
くく、しかも小型で放熱効果を高め、総合的に特性の優
れた誘電体共振器装置を提供することを目的としている
。

（０）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、誘電体共振器の使用モ
ードにおける電磁界分布の中心軸を含む１もしくは２つ
の平面に電気壁が存在し、この電気壁を挟む何れか一方
の誘電体を除去した形状を存する誘電体共振器を複数個
備え、これらの各誘電体共振器の前記中心軸に等価な軸
を共通にし、この軸方向に誘導結合させたことを特徴と
している。

（ｆ）作用 この発明の誘電体共振器装置においては、各誘電体共振
器は、１もしくは２つの平面部分に電気壁が存在してい
るため、これらの電気壁で電磁波モードのイメージが生
成され、従来の例えば円柱状誘電体共振器と同様に作用
する。各誘電体共振器は、それらの各軸が共通に配列さ
れているため、ＥＴ−ＩＩ、δ、ＴＭｏ＋δ、ＩＩＥｚ
δなどの非対称モードが励振されにくく、スプリアス特
性が良好となる。さらに、各小型誘電体共振器は、従来
の例えば円柱状誘電体共振器と比べて、小型であり、１
もしくは２つの平面部分に導体面が接しているため、放
熱効果が高く、全体に小型化された誘電体共振器装置が
構成される。

（ｆｆ）実施例 第１図はこの発明の誘電体共振器装置の構造を表す一部
破断斜視図である。図において１．　２はこの二つの組
み合わせによって箱型のケースが構成されるケース部材
であり、鉄やアルミ合金等の金属材料からなる。ケース
部材１の側面には入力用と出力用のＮ型コネクタ３．４
が取り付けられている。金属ケースの内部には中央部に
直立する金属板６が設けられている。この金属板６０両
側面と、ケース部材１の底面にそれぞれ複数のセラミッ
ク基板７が組み込まれている。このセラミック基板７の
表面には、全面に銀電極が被覆されていて、電気壁を形
成している。この電気壁に接して、円柱状の誘電体共振
器を四分割した形状の誘電体共振器が前記銀電極に焼付
固定されている。

これらの誘電体共振器はケース内に５１〜５８　（同図
においては５２〜５４のみ現れている）が収納されてい
る。

第２図は第１図に示した装置の部分断面図であり、コネ
クタ３，４が形成されている端面に平行な平面の断面の
一部を表している。図において５２は一つの誘電体共振
器を表し、その中心軸を含む一つの外側平面５２ａが前
記セラミック基板７の垂直面に接し、他の外側平面５２
ｂはセラミック基板７の水平面に接して固定されている
。ケース部材２の内壁２ａは誘電体共振器の中心軸を中
心とする円筒面に成形されている。なお、この円筒面２
ａは特性計算を容易にするために形成されるものであり
、必ずしもこのような形状でなくともよい。図において
８は周波数チューニング用調整ネジであり、金属または
誘電体から構成され、図に示すようにケース部材２のコ
ーナ一部分に設けられたネジ孔に螺合されていて、この
調整ネジ８を回転させることにより、その先端部分８ａ
がケース内に突出され、この突出量によって周波数チュ
ーニング調整が行われる。

第２図に示した共振器系はＴ　Ｅ　ａ　ｒδのモードで
用いられる。その際、誘電体共振器内には図中破線で示
す方向に変位電流が流れ、セラミック基板７の表面に形
成された１！電極７ａ、７ｂと誘電体共振器の外側平面
との接合部分に主な実電流１１が流れ、ケース部材２の
内壁２ａに実電流の漏れ電流１０が流れる。換言すれば
、共振電流が強く流れる経路に、たとえば金属ケースに
おけるケース本体と蓋との接合面のような、電流の円滑
な流れが妨げられ易い箇所が存在せず、一体化された電
極が設けられている。一方、ケースに流れる共振電流は
漏れ電流であるから、二つのケース部材を組み合わせて
なる金属ケースを採用することができる。金属ケースは
量産性に優れており、この構造は工業的価値が高い。ま
た、その際、誘電体共振器５２などは誘電体損や周辺導
体のジュールＩ員により発熱するが、その熱はセラミッ
ク基板７と金属板６を介してケース部材１および２から
放熱される。従ってその熱は容易に外部に放ｔｉｋされ
、大電力回路にも用いることができる。なお、このとき
誘電体共振器５２などはケース部材に接着されたセラミ
ック基板７を介して固定されているため、金属材料から
なるケース部材とセラミック材料からなる誘電体共振器
との熱膨張の差による機械的歪を吸収させることができ
、電気壁として作用するセラミック基板表面の銀電極と
誘電体共振器との接合部分が剥がれることな（、完全な
ＴＥｅｌδモードの励振を維持することが可能となるな
お、各セラミック基板７を一体化して、一枚の基板で構
成してもよい。さらに、各銀電極７ａ、７ｂも連続した
一つの電極として構成してもよい。

第３図は第１図においてコネクタ３が取り付けられてい
るケース部材の側面に対して直角方向の部分断面を表し
ている。図において５１は第１段目の誘電体共振器であ
り、９はストリップラインの基板を表し、１０は入力用
コネクタ３とこのストリップライン９とを接続するリー
ド線を表している。第４図はこの部分を表す斜視図であ
る。図に示すようにストリップライン９はストリップ基
板９ａとストリップ導体９ｂから構成され、リード線１
０は入力用コネクタ３の中心導体とストリップ導体９ｂ
との間を接続している。第１段口の誘電体共振器５１の
底面には銀電極が形成されていて、ストリップ４体９ｂ
と直流的に接続されている。このようにして、誘電体共
振器と入力用コネクタとの間が電気的に接続される。第
５図と第６図は第３図、第４図に示した誘電体共振器５
１の各平面に形成された電極とこの入力部の係合回路の
等価回路を表している。第５図において垂直面に形成さ
れた電極５１ａは第６図においてコイルしに対応し、第
５図における電極５１ａと５１ｂ間の容量、電極５１ａ
と５１ｃ間の容量はそれぞれ第６図においてコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２に対応する。なお、抵抗Ｒはコネクタ３に接
続される負荷のインピーダンスを表している。このよう
な第１段目の誘電体共振器の水平面に形成される電極の
寸法や形状によって入力インピーダンスを設定し、入力
用コネクタ３に接続される同軸ケーブルのインピーダン
スとマツチングが行われる。

第３図〜第６図に示した例は入力部分の結合回路につい
てであったが、同様の回路が出力側にも構成されている
。

第７図は第１図に示した装置の底面または上面に平行な
断面の一部を表す図である。図において５３〜５６は第
３段口〜第６段目の誘電体共振器を表している。また、
Ｓｌは第４段口の誘電体共振器５４と第５段目の誘電体
共振器５５との結合をとるための開口部、Ｓ２は第３段
目の誘電体共振器５３と第６段目の誘電体共振器５Ｇと
の結合をとるためのスロットを表している。前述のよう
に、これらの各誘電体共振器はＴ　Ｅ　ｏ　Ｉδのモー
ドで使用されるが、同時に２倍波のモードも励振される
。この２倍波の発生はスプリアス特性を低下させる原因
の一つとなる。この実施例では、第４段目の誘電体共振
器５４と第５段目の誘電体共振器５５との結合において
この２倍波の結合を除去している。すなわち、図におい
てＨｌは誘電体共　　　・振器５４に発生し得る２倍波
の磁力線、Ｈ２は誘電体共振器５５に発生し得る２倍波
の磁力線をそれぞれ表しているが、この二つの誘電体共
振器相互の２倍波の磁場のベクトルが積分値として直交
する位置関係に、この二つの誘電体共振器を配置するこ
とにより、２倍波の結合を打ち消すことができる。

なお、この実施例によれば、四分割形状の誘電体共振器
を用いたため、前述の非対称モードそのものが励振され
ず、その結果、従来の円柱形状の誘電体共振器に比べて
スプリアス特性が向上する。四分割形状以外の場合は非
対称モードが若干発生するが、Ｅモードは存在し得なく
なるため、第１６図に示したものに比べるとなお良好な
スプリアス特性を示す。

更に、第７図においてスロッＩ−３２の存在により、第
３段目の誘電体共振器５３と第６段口の誘電体共振器５
６とが弱く結合する。その結果、バンドパスフィルタの
特性上、減衰極を生じさせフィルタ特性を向上させてい
る。

以上のようにして８段の誘電体共振器を用いたバンドパ
スフィルタが構成される。第８図はその等価回路を表し
ている。図においてＱｅｌはコネクタ３と第１段目の誘
電体共振器５１との結合部分、Ｑｅ２は第８段目の誘電
体共振器（５８）とコネクタ４との結合部分をそれぞれ
表している。

また、ｋ１２．に２３．に３４．に４５．に５６、に６
７、に７８はそれぞれこの二指の数字が示す段数の誘電
体共振器間の結合部分を表している。さらにに３６は第
１図と第７図に示したスロットＳ２の存在により第３段
目の誘電体共振器５３と第６段目の誘電体共振器５６と
の結合部分を表している。

以上に示したバンドパスフィルタの構成材料と各寸法の
具体例と、その条件における特性例を次に示す。

第９図は各共振器とこれらの共振器を保持するセラミッ
ク基板の材料について表している。また、第１１図は各
誘電体共振器の寸法と位置関係における誘電体共振器間
の結合係数を表している。

第１２図、第１３図はこのような条件のもとて構成され
たバンドパスフィルタの特性を表す図であり、第１２図
は周波数に対する反射損失と減衰量を表し、第１３図は
周波数における挿入損失を表している。さらに、第１０
図はこのバンドパスフィルタの仕様を表している。この
ようにして挿入損失が低く、減衰量の大きなバンドパス
フィルタを構成することができる。

なお、上記実施例は、入出力部分の結合を容量結合で行
った例であったが、この他に誘導結合で行うことも可能
である。第１４図（Ａ）〜（Ｃ）はその場合の例につい
て表している。同図（Ａ）の例は、ケース側面に取り付
けたコネクタ３からケース内にそって金属ロッド１１を
突出させた例であり、この金属ロッド１１が発生する磁
力線が誘電体共振器５１と鎖交する。同図（Ｂ）の例は
ケース内に金属ワイヤからなるループ１２が形成され、
その一端１２ａがケースに半田付けなどにより電気的に
接続され、他端が、ケースの上面に形成されたコネクタ
３に接続されている。同図（Ｃ）の例はケースの内壁と
誘電体共振器間にそって金属ワイヤ１３が設けられ、そ
の一端１３ａがケース内に接続され、他端がコネクタ３
に接続されている。このようにして金属ロッドや金運ワ
イヤと誘電体共振器とが誘導結合される。

また、上記実施例は誘電体共振器をケースの内壁等に接
触させて固定する際、表面に銀電極が形成されたセラミ
ック基板を用いた例であったが、例えば第１５図に示す
ように金属材料からなる弾性体によって固定することも
可能である。同図において工４は波型に形成された金運
板または金属ネットであり、部分的に半田付けによって
接着するかエポキシなどの合成樹脂系の接若剤を用いて
固定する。このようにして弾性体を介して固定すること
により、セラミック材料からなる誘電体共振器の熱膨張
と金属材料からなるケース部材との熱膨張との差による
機械的歪を吸収させることができる。

さらに、上記実施例では、間脳角度が９０６の誘電体共
振器を用いた例であったが、その他に、例えば間脳角度
が３０°より小型の誘電体共振器を用いることができる
。但しこの場合、間脳角度をあまり小さくすると、無負
荷損失が増大し、無負荷Ｑが低下する。また、逆に角度
が大きくなると、たとえば１８０″′にするとあまり小
型化できないが、第１６図に示したような従来の誘電体
共振器と比べて放熱効果は良好となる。

Ｑ＋）発明の効果 以上のようにこの発明によれば、複数の小型誘電体共振
器を、各共振器の軸を共通にして、軸方向に誘導結合さ
せたため、従来の中心軸方向に結合させた誘電体共振器
装置と同様に、設計性が高く、非対称モードが励振され
にく（、スプリアス特性の優れたフィルタを構成するこ
とができる。

しかも、各誘電体共振器自体の外形寸法が小さく、また
、ケースの内部形状寸法も小さくできるため誘電体共振
器装置全体を小型化することができる。さらに、各誘電
体共振器はケースの内壁などに直接接するため放熱効果
が高く、大電力用の回路にも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である誘電体共振器装置の構
造を表す部分破断斜視図、第２図は同装置の部分断面図
、第３図は第１図に示した誘電体共振器装置の部分断面
図、第４図は第３図に示した部分の斜視図、第５図と第
６図は第１段目の誘電体共４１ｉｉｉ器の構成と等価回
路を表す図、第７図は第１図に示した誘電体共振器装置
の部分断面図、第８図は上記誘電体共振器装置の等価回
路、第９図は上記装置を構成する共振器とセラミック基
板の材料とその特性を表す図、第１０図は具体的なバン
ドパスフィルタとして得られた特性を表す図、第１１図
は各誘電体共振器間の結合係数を表す図、第１２図と第
１３図はバンドパスフィルタとしての特性を表す図であ
る。第１４図（Ａ）〜（Ｃ）は他の実施例に係る誘電体
共振器装置における入出力における結合回路を表す図、
第１５図はさらに他の実施例に係る誘電体共振器の固定
構造を表す断面図、第１６図、第１７図（Δ）、（Ｂ）
は従来の誘電体共振器装置の構造を表す図である。 １，２−ケース部材、３，４−コネクタ、５１〜５８−
誘電体共振器、６−金属板、７−セラミック基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体共振器の使用モードにおける電磁界分布の
   中心軸を含む１もしくは２つの平面に電気壁が存在し、
   この電気壁を挟む何れか一方の誘電体を除去した形状を
   有する誘電体共振器を複数個備え、これらの各誘電体共
   振器の前記中心軸に等価な軸を共通にし、この軸方向に
   誘導結合させたことを特徴とする誘電体共振器装置。