JPS6353723B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6353723B2 JPS6353723B2 JP54008352A JP835279A JPS6353723B2 JP S6353723 B2 JPS6353723 B2 JP S6353723B2 JP 54008352 A JP54008352 A JP 54008352A JP 835279 A JP835279 A JP 835279A JP S6353723 B2 JPS6353723 B2 JP S6353723B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductor
- resonator
- length
- conductors
- characteristic impedance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
- H01P7/04—Coaxial resonators
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、主としてUHF帯（0.3〜3GHz）にお
ける小型でＱの高い（低損失）特性を具備する同
軸型共振器に関するものである。
ける小型でＱの高い（低損失）特性を具備する同
軸型共振器に関するものである。
従来この帯域の共振器としては集中定数のLC
型、1/2波長あるいは1/4波長同軸型のものが用い
られているが、前者は小型ではあるが損失が大き
く、後者は低損失ではあるが形状が大きくなると
いう特性をもつているため小型で低損失の（Ｑの
高い）共振器の開発は、UHF帯の各種装置を小
型，高性能化する場合にきわめて重要な課題とな
つている。
型、1/2波長あるいは1/4波長同軸型のものが用い
られているが、前者は小型ではあるが損失が大き
く、後者は低損失ではあるが形状が大きくなると
いう特性をもつているため小型で低損失の（Ｑの
高い）共振器の開発は、UHF帯の各種装置を小
型，高性能化する場合にきわめて重要な課題とな
つている。
また同軸共振器は内導体と外導体の間の空間に
比誘電率が高く、誘電体損失の小さい誘電体材料
を充てんすることによりＱが高く、小型な共振器
が、実現できることは従来から知られているが、
本発明は、基本的には誘電体材料を用いることな
く、小型化，高Ｑ化可能な共振器を提供せんとす
るものである。
比誘電率が高く、誘電体損失の小さい誘電体材料
を充てんすることによりＱが高く、小型な共振器
が、実現できることは従来から知られているが、
本発明は、基本的には誘電体材料を用いることな
く、小型化，高Ｑ化可能な共振器を提供せんとす
るものである。
第１図〜第３図に従来より用いられている小型
化同軸共振器の例を示す。第１図は中心導体２
２、中空導体２３、外部導体２１で構成され二重
同軸線路を用いた例であるが、原理的には、先端
短絡型の1/2波長共振器であるため、共振器全長
としては、1/4波長よりやや小さい程度である。
化同軸共振器の例を示す。第１図は中心導体２
２、中空導体２３、外部導体２１で構成され二重
同軸線路を用いた例であるが、原理的には、先端
短絡型の1/2波長共振器であるため、共振器全長
としては、1/4波長よりやや小さい程度である。
第２図は中心導体２２と外部導体２１よりなる
１／４波長共振器の開放端に容量をもたせた半同軸
共振器である。この構造の共振器は、共振器長を
短くするとＱの劣化が著しいうえに、共振周波数
を調整するために、先端容量を精密に制御する機
械的な機構が必要となる。
１／４波長共振器の開放端に容量をもたせた半同軸
共振器である。この構造の共振器は、共振器長を
短くするとＱの劣化が著しいうえに、共振周波数
を調整するために、先端容量を精密に制御する機
械的な機構が必要となる。
第３図は本出願人により以前に提案されたもの
（特願昭50−94031）で中心導体２２の短絡部の線
路インピーダンスは高く、開放部は低く選んだ構
造の共振器であり、第２図の共振器の欠点をなく
すことが可能である。
（特願昭50−94031）で中心導体２２の短絡部の線
路インピーダンスは高く、開放部は低く選んだ構
造の共振器であり、第２図の共振器の欠点をなく
すことが可能である。
ただしこの中心導体２１は先端部が大きくなつ
ているため機械的な支持が必要であり、また先端
部の中心導体内部の大部分は電気的特性に関して
は、なくても良い部分であり不要な空間となつて
いる。
ているため機械的な支持が必要であり、また先端
部の中心導体内部の大部分は電気的特性に関して
は、なくても良い部分であり不要な空間となつて
いる。
本発明はこのような種々の問題点を解決した同
軸共振器を提供するもので、以下その一実施例を
説明する。第４図に本発明の共振器の構造を示
す。基本的には、第３図の共振器の先端部を二重
同軸で構成する構造となつている。すなわち本発
明は、中空体である第１の導体と、この第１の導
体の内部に第１の導体と同軸に存在し第１の導体
と一端で短絡し他端で開放されてなる中心線路と
しての第２の導体を有する同軸共振器において、
上記第１の導体と第２の導体との空間に、その第
２の導体と同軸にかつ第２の導体をとりかこむご
とく形成され、分布定数となりうる長さを有する
中空体の第３の導体を設け、上記第２の導体の開
放端を上記第３の導体の一端で短絡し、上記第３
の導体の長さを上記第２の導体の長さより短くす
るとともに、上記第１、第２の導体で囲まれる領
域の特性インピーダンスをZ1、上記第２、第３の
導体で囲まれる領域の特性インピーダンスをZ2、
上記第３、第１の導体で囲まれる領域の特性イン
ピーダンスをZ3、上記各特性インピーダンスZ1，
Z2，Z3の領域における上記第１、第２、第３の導
体の線路長をそれぞれl1，l2，l3とすると、共振
条件を K3＝（tanβl1＋K2・tanβl2）tanβl3 〔但し、K2＝Z2／Z1（＜１） K3＝Z3／Z1（＜１） β：位相定数 ＝2πp／Ｃ （p：共振周波数、Ｃ：光速）〕 とし、また Z1＞Z2＞Z3、βl1＋βl2＜90゜ としたものである。
軸共振器を提供するもので、以下その一実施例を
説明する。第４図に本発明の共振器の構造を示
す。基本的には、第３図の共振器の先端部を二重
同軸で構成する構造となつている。すなわち本発
明は、中空体である第１の導体と、この第１の導
体の内部に第１の導体と同軸に存在し第１の導体
と一端で短絡し他端で開放されてなる中心線路と
しての第２の導体を有する同軸共振器において、
上記第１の導体と第２の導体との空間に、その第
２の導体と同軸にかつ第２の導体をとりかこむご
とく形成され、分布定数となりうる長さを有する
中空体の第３の導体を設け、上記第２の導体の開
放端を上記第３の導体の一端で短絡し、上記第３
の導体の長さを上記第２の導体の長さより短くす
るとともに、上記第１、第２の導体で囲まれる領
域の特性インピーダンスをZ1、上記第２、第３の
導体で囲まれる領域の特性インピーダンスをZ2、
上記第３、第１の導体で囲まれる領域の特性イン
ピーダンスをZ3、上記各特性インピーダンスZ1，
Z2，Z3の領域における上記第１、第２、第３の導
体の線路長をそれぞれl1，l2，l3とすると、共振
条件を K3＝（tanβl1＋K2・tanβl2）tanβl3 〔但し、K2＝Z2／Z1（＜１） K3＝Z3／Z1（＜１） β：位相定数 ＝2πp／Ｃ （p：共振周波数、Ｃ：光速）〕 とし、また Z1＞Z2＞Z3、βl1＋βl2＜90゜ としたものである。
かかる構成により、第３図に示した従来の共振
器構造の欠点である、無駄な空間をなくすととも
に、より小型化，軽量化が可能となる。図の実施
例では第３の導体３を第２の導体２に接着させる
場合ネジ４を使用したがこれに限られるものでは
なく、他の接着手段でも良いことはもちろんであ
り、また第２の導体２と第３の導体３を一体とし
て成形しても良い。
器構造の欠点である、無駄な空間をなくすととも
に、より小型化，軽量化が可能となる。図の実施
例では第３の導体３を第２の導体２に接着させる
場合ネジ４を使用したがこれに限られるものでは
なく、他の接着手段でも良いことはもちろんであ
り、また第２の導体２と第３の導体３を一体とし
て成形しても良い。
本発明の共振器は、図に示す三つの領域（伝送
線路）に分割して考えることができる。領域は
第１の導体１と第２の導体２からなる空間で、第
２の導体２は内導体、第１の導体１は外導体で構
成される同軸伝送線路と考えることができる。領
域は第２の導体２と第３の導体３よりなる空間
で、第２の導体２が内導体、第３の導体３が外導
体となる同軸伝送線路である。また領域は、第
３の導体３と第１の導体１からなる空間で、第３
の導体３が内導体、第１の導体１が外導体となる
同軸線路を構成する。
線路）に分割して考えることができる。領域は
第１の導体１と第２の導体２からなる空間で、第
２の導体２は内導体、第１の導体１は外導体で構
成される同軸伝送線路と考えることができる。領
域は第２の導体２と第３の導体３よりなる空間
で、第２の導体２が内導体、第３の導体３が外導
体となる同軸伝送線路である。また領域は、第
３の導体３と第１の導体１からなる空間で、第３
の導体３が内導体、第１の導体１が外導体となる
同軸線路を構成する。
第３導体３は領域で外導体（第３の導体３の
円筒内面のみが電気的に重要）、領域で内導体
（第３の導体３の円筒外面のみが電気的に重要）
として動作するから、第３の導体３の円筒の厚さ
は表皮層より十分大きくする必要がある。（たと
えば1000MHzで導体に銅を用いると表皮厚は約
0.002mmであるから、円筒の肉厚として、1000M
Hz帯で表皮厚の100倍である約0.2mm以上に選ばな
ければならない。） 領域，，の各部分の同軸伝送線路の特性
インピーダンスをZ1，Z2，Z3、線路長をそれぞれ
l1，l2，l3とするとこの共振器の共振条件は、端
効果を無視すると K3＝（tanβl1＋K2・tanβl2）tanβl3 ただし K2＝Z2／Z1（＜１） K3＝Z3／Z1（＜１） β：位相定数 ＝2πp／Ｃ （p：共振周波数，Ｃ：光速） で与えられる。
円筒内面のみが電気的に重要）、領域で内導体
（第３の導体３の円筒外面のみが電気的に重要）
として動作するから、第３の導体３の円筒の厚さ
は表皮層より十分大きくする必要がある。（たと
えば1000MHzで導体に銅を用いると表皮厚は約
0.002mmであるから、円筒の肉厚として、1000M
Hz帯で表皮厚の100倍である約0.2mm以上に選ばな
ければならない。） 領域，，の各部分の同軸伝送線路の特性
インピーダンスをZ1，Z2，Z3、線路長をそれぞれ
l1，l2，l3とするとこの共振器の共振条件は、端
効果を無視すると K3＝（tanβl1＋K2・tanβl2）tanβl3 ただし K2＝Z2／Z1（＜１） K3＝Z3／Z1（＜１） β：位相定数 ＝2πp／Ｃ （p：共振周波数，Ｃ：光速） で与えられる。
たとえば、K2＝0.83，K3＝0.17，Bl120゜，βl2
βl2＝15゜のとき共振条件が成立するがこのとき
共振器全長（電気長）は、βl1＋βl235゜となる。
通常の一様線路1/4波長共振器の共振器長（電気
長）は90゜であるから、上記の条件で設計した本
発明による共振器は、通常の1/4波長共振器にし
て長さが35／90＝0.39倍に短縮されることにな
り、小型化が可能となる。
βl2＝15゜のとき共振条件が成立するがこのとき
共振器全長（電気長）は、βl1＋βl235゜となる。
通常の一様線路1/4波長共振器の共振器長（電気
長）は90゜であるから、上記の条件で設計した本
発明による共振器は、通常の1/4波長共振器にし
て長さが35／90＝0.39倍に短縮されることにな
り、小型化が可能となる。
なお、小型化に伴う無負荷Ｑの劣化を防ぐため
には、線路，線路の電磁界が集中しないよ
う、すなわち第３導体３の長さl3を分布定数とな
りうるように十分に確保しなければならない。も
し、この長さl3が短い、すなわち集中定数的な長
さしか確保しないと、電磁界が局所的に集中して
しまうため、無負荷Ｑの劣化を防止することはで
きない。さらに、長さl3を分布定数となりうるよ
うに確保することにより、線路の効果、すなわ
ち前式の特性インピーダンスZ2が生じ得る。
には、線路，線路の電磁界が集中しないよ
う、すなわち第３導体３の長さl3を分布定数とな
りうるように十分に確保しなければならない。も
し、この長さl3が短い、すなわち集中定数的な長
さしか確保しないと、電磁界が局所的に集中して
しまうため、無負荷Ｑの劣化を防止することはで
きない。さらに、長さl3を分布定数となりうるよ
うに確保することにより、線路の効果、すなわ
ち前式の特性インピーダンスZ2が生じ得る。
実施例として、l1＝20mm，l2＝12mm，l3＝15mm，
K2＝0.69，K3＝0.17最外部導体（導体３）の内径
15mmで、導体材料に銅を用いた場合、本発明によ
る共振器は共振周波数850MHzにおいてQp1200
が得られた。共振器全長l1＋l3は35mmである。ま
た従来の一様線路1/4波長同軸共振器は850MHzで
共振器長88mm，外導体内径を15mmに選ぶとき無負
荷Ｑの現論的な最大値は1840である。したがつて
本発明の共振器は一様線路1/4波長共振器に比し
共振器長を40％に短絡しても、無負荷Ｑは65％に
しか劣化しない。第２図の構造の共振器では共振
器長を一様線路1/4波長共振器に比して40％に短
縮するとＱ値は高々40％程度（750）しか確保で
きないことを考慮すると、本発明の共振器は小
型，高Ｑであることがわかる。
K2＝0.69，K3＝0.17最外部導体（導体３）の内径
15mmで、導体材料に銅を用いた場合、本発明によ
る共振器は共振周波数850MHzにおいてQp1200
が得られた。共振器全長l1＋l3は35mmである。ま
た従来の一様線路1/4波長同軸共振器は850MHzで
共振器長88mm，外導体内径を15mmに選ぶとき無負
荷Ｑの現論的な最大値は1840である。したがつて
本発明の共振器は一様線路1/4波長共振器に比し
共振器長を40％に短絡しても、無負荷Ｑは65％に
しか劣化しない。第２図の構造の共振器では共振
器長を一様線路1/4波長共振器に比して40％に短
縮するとＱ値は高々40％程度（750）しか確保で
きないことを考慮すると、本発明の共振器は小
型，高Ｑであることがわかる。
また、小型化に伴つてスプリアス共振特性の改
善も可能となり、基本共振周波数をpとすると、
スプリアス共振周波数を4p以上に設計すること
はきわめて容易である。このことは帯域通過型
波器を設計する際阻止帯域を広くとれることを意
味し、各種送信機の高調波除去に関してきわめて
効果的なものとなる。
善も可能となり、基本共振周波数をpとすると、
スプリアス共振周波数を4p以上に設計すること
はきわめて容易である。このことは帯域通過型
波器を設計する際阻止帯域を広くとれることを意
味し、各種送信機の高調波除去に関してきわめて
効果的なものとなる。
以上の実施例では、各導体は軸方向に垂直な断
面がすべて円形をしているが、必ずしも円形であ
る必要はない。第５図は断面がすべて矩形をして
いる実施例であるが、、一部が円形、残りが矩形
の構造にしてもよい。
面がすべて円形をしているが、必ずしも円形であ
る必要はない。第５図は断面がすべて矩形をして
いる実施例であるが、、一部が円形、残りが矩形
の構造にしてもよい。
第６図に本発明の共振器を発振器に応用した場
合の例を示す。第４図と同一場所には同一番号を
付し説明を省略する。５は結合用コンデンサ、６
はトランジスタ等の能動回路網、７は出力端子、
８は周波数調整用のネジである。能動回路６は共
振器側からみて負性抵抗をもつように設計する。
また、出力は図に示すような磁界結合ではなく、
容量結合でとりだしてもよいし、能動回路よりと
りだすことも可能である。
合の例を示す。第４図と同一場所には同一番号を
付し説明を省略する。５は結合用コンデンサ、６
はトランジスタ等の能動回路網、７は出力端子、
８は周波数調整用のネジである。能動回路６は共
振器側からみて負性抵抗をもつように設計する。
また、出力は図に示すような磁界結合ではなく、
容量結合でとりだしてもよいし、能動回路よりと
りだすことも可能である。
第７図は、本発明の共振器を帯域通過波器に
適用した例を示す。この場合は３段波器の一例
であり、９は入出力コネクタ、１０は同調ネジ、
１１は入出力結合コンデンサ、１２は段間結合コ
ンデンサを示す。また１３は各共振器の最外導体
となるが、共振器間の結合を小さくするために、
中心導体とほぼ同一の長さに設計する。
適用した例を示す。この場合は３段波器の一例
であり、９は入出力コネクタ、１０は同調ネジ、
１１は入出力結合コンデンサ、１２は段間結合コ
ンデンサを示す。また１３は各共振器の最外導体
となるが、共振器間の結合を小さくするために、
中心導体とほぼ同一の長さに設計する。
第８図は第７図の波器に段間結合コンデンサ
を分布結合で構成した例である。第８図の９〜１
１は、第７図の９〜１１と同一である。
を分布結合で構成した例である。第８図の９〜１
１は、第７図の９〜１１と同一である。
波器の帯域が狭い場合は、段間結合の容量値
が小さくなるために、第７図の最外導体１３を短
くして第８図の１４の如く構成し、共振器間で分
布結合を持たせることにより、段間結合を得る方
式が実現可能となる。
が小さくなるために、第７図の最外導体１３を短
くして第８図の１４の如く構成し、共振器間で分
布結合を持たせることにより、段間結合を得る方
式が実現可能となる。
以上述べてきたように本発明は、中空体である
第１の導体と、この第１の導体の内部に第１の導
体と同軸に存在し第１の導体と一端で短絡し他端
で開放されてなる中心線路としての第２の導体を
有する同軸共振器において、上記第１の導体と第
２の導体との空間に、その第２の導体と同軸にか
つ第２の導体をとりかこむごとく形成され、分布
定数となりうる長さを有する中空体の第３の導体
を設け、上記第２の導体の開放端を上記第３の導
体の一端で短絡し、上記第３の導体の長さを上記
第２の導体の長さより短くするとともに、上記第
１、第２の導体で囲まれる領域の特性インピーダ
ンスをZ1、上記第２、第３の導体で囲まれる領域
の特性インピーダンスをZ2、上記第３、第１の導
体で囲まれる領域の特性インピーダンスをZ3、上
記各特性インピーダンスZ1，Z2，Z3の領域におけ
る上記第１、第２、第３の導体の線路長をそれぞ
れl1，l2，l3とすると、共振条件を K3＝（tanβl1＋K2・tanβl2）tanβl3 〔但し、K2＝Z2／Z1（＜１） K3＝Z3／Z1（＜１） β：位相定数 ＝2πp／Ｃ （p：共振周波数、Ｃ：光速）〕 とし、また Z1＞Z2＞Z3、βl1＋βl2＜90゜ とすることにより、Ｑが高くしかも小型化，軽量
化がはかれる同軸共振器を提供するものである。
第１の導体と、この第１の導体の内部に第１の導
体と同軸に存在し第１の導体と一端で短絡し他端
で開放されてなる中心線路としての第２の導体を
有する同軸共振器において、上記第１の導体と第
２の導体との空間に、その第２の導体と同軸にか
つ第２の導体をとりかこむごとく形成され、分布
定数となりうる長さを有する中空体の第３の導体
を設け、上記第２の導体の開放端を上記第３の導
体の一端で短絡し、上記第３の導体の長さを上記
第２の導体の長さより短くするとともに、上記第
１、第２の導体で囲まれる領域の特性インピーダ
ンスをZ1、上記第２、第３の導体で囲まれる領域
の特性インピーダンスをZ2、上記第３、第１の導
体で囲まれる領域の特性インピーダンスをZ3、上
記各特性インピーダンスZ1，Z2，Z3の領域におけ
る上記第１、第２、第３の導体の線路長をそれぞ
れl1，l2，l3とすると、共振条件を K3＝（tanβl1＋K2・tanβl2）tanβl3 〔但し、K2＝Z2／Z1（＜１） K3＝Z3／Z1（＜１） β：位相定数 ＝2πp／Ｃ （p：共振周波数、Ｃ：光速）〕 とし、また Z1＞Z2＞Z3、βl1＋βl2＜90゜ とすることにより、Ｑが高くしかも小型化，軽量
化がはかれる同軸共振器を提供するものである。
第１図〜第３図Ａは従来の同軸共振器を示す縦
断面図、同Ｂは同横断面図、第４図Ａは本発明の
一実施例における同軸共振器の縦断面図、同Ｂは
同横断面図、第５図Ａは本発明の同軸共振器の他
の実施例を示す縦断面図、同Ｂは同横断面図、第
６図は本発明の同軸共振器を利用した発振器の一
例を示す断面図、第７図および第８図は本発明の
同軸共振器を利用した帯域通過波器の一例を示
す断面図である。 １……第１の導体、２……第２の導体、３……
第３の導体、４……ネジ。
断面図、同Ｂは同横断面図、第４図Ａは本発明の
一実施例における同軸共振器の縦断面図、同Ｂは
同横断面図、第５図Ａは本発明の同軸共振器の他
の実施例を示す縦断面図、同Ｂは同横断面図、第
６図は本発明の同軸共振器を利用した発振器の一
例を示す断面図、第７図および第８図は本発明の
同軸共振器を利用した帯域通過波器の一例を示
す断面図である。 １……第１の導体、２……第２の導体、３……
第３の導体、４……ネジ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中空体である第１の導体と、この第１の導体
の内部に第１の導体と同軸に存在し第１の導体と
一端で短絡し他端で開放されてなる中心線路とし
ての第２の導体を有する同軸共振器において、上
記第１の導体と第２の導体との空間に、その第２
の導体と同軸にかつ第２の導体をとりかこむごと
く形成され、分布定数となりうる長さを有する中
空体の第３の導体を設け、上記第２の導体の開放
端を上記第３の導体の一端で短絡し、上記第３の
導体の長さを上記第２の導体の長さより短くする
とともに、上記第１、第２の導体で囲まれる領域
の特性インピーダンスをZ1、上記第２、第３の導
体で囲まれる領域の特性インピーダンスをZ2、上
記第３、第１の導体で囲まれる領域の特性インピ
ーダンスをZ3、上記各特性インピーダンスZ1，
Z2，Z3の領域における上記第１、第２、第３の導
体の線路長をそれぞれl1，l2，l3とすると、共振
条件を K3＝（tanβl1＋K2・tanβl2）tanβl3 〔但し、K2＝Z2／Z1（＜１） K3＝Z3／Z1（＜１） β：位相定数 ＝2πp／Ｃ （p：共振周波数、Ｃ：光速）〕 とし、また Z1＞Z2＞Z3、βl1＋βl2＜90゜ としたことを特徴とする同軸共振器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP835279A JPS55100701A (en) | 1979-01-26 | 1979-01-26 | Coaxial resonator |
| US06/115,396 US4292610A (en) | 1979-01-26 | 1980-01-25 | Temperature compensated coaxial resonator having inner, outer and intermediate conductors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP835279A JPS55100701A (en) | 1979-01-26 | 1979-01-26 | Coaxial resonator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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