DE69835684T2

DE69835684T2 - MULTIMODiALE DIELEKTRISCHE RESONANZVORRICHTUNGEN, DIELEKTRISCHES FILTER,ZUSAMMENGESTELLTES DIELEKTRISCHES FILTER, SYNTHETISIERER, VERTEILER UND KOMMUNIKATIONSGERÄT

Info

Publication number: DE69835684T2
Application number: DE69835684T
Authority: DE
Inventors: Murata Manufacturing Co. Jun HATTORI; Murata Manufacturing Co. Norihiro TANAKA; Murata Manufacturing Co. Shin ABE; Murata Manufacturing Co. Toru KURISU
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2018-08-29
Also published as: CA2302951A1; EP1014473A1; US6781487B2; KR100338593B1; NO20001107L; KR20010023327A; NO20001107D0; EP1014473B1; JP3506013B2; US20030006864A1; DE69835684D1; WO1999012224A1; US6496087B1; CN1269913A; EP1014473A4; JPH11145704A; CA2302951C

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Komponente, und insbesondere auf eine dielektrische Resonatorvorrichtung, ein dielektrisches Filter, ein zusammengesetztes dielektrisches Filter, einen Synthesizer, einen Verteiler und eine Kommunikationsvorrichtung, die dieselben enthält, die alle in einer Mehrmode arbeiten.
Stand der Technik
Ein dielektrischer Resonator, in dem eine elektromagnetische Welle in einem Dielektrikum wiederholt vollständig reflektiert wird von der Grenze zwischen dem Dielektrikum und Luft, der zu seiner ursprünglichen Position in der Phase zurückzubringen ist, wodurch die Resonanz auftritt, wird als ein kleiner Resonator verwendet, der einen hohen unbelasteten Q-Wert (Q₀) umfasst. Als Mode des dielektrischen Resonators sind eine TE-Mode und eine TM-Mode bekannt, die erhalten werden, wenn ein dielektrischer Stab mit einem kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt in eine Länge von s·λg/2 geschnitten wird (λg stellt eine Führungswellenlänge dar und s ist eine Ganzzahl) der TE-Mode oder der TM-Mode, die sich in dem dielektrischen Stab ausbreitet. Wenn die Mode des Querschnitts eine TM01-Mode ist und das oben beschriebene s = 1 ist, wird ein TM01δ-Modenresonator erhalten. Wenn die Mode des Querschnitts eine TE01-Mode ist und s = 1 ist, wird ein dielektrischer TE01δ-Modenresonator erhalten.
Bei diesen dielektrischen Resonatoren sind ein säulenförmiger dielektrischer TM01δ-Modenkern oder ein dielektrischer TE01δ-Modenkern in einem kreisförmigen Wellenleiter oder in einem rechteckigen Wellenleiter angeordnet, als ein Hohl raum der die Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators unterbricht, wie es in 26 gezeigt ist.
27 stellt die elektromagnetischen Feldverteilungen der oben beschriebenen beiden Moden in den dielektrischen Resonatoren dar. Darauf stellt eine durchgehende Linie ein elektrisches Feld dar und eine unterbrochene Linie ein Magnetfeld.
In dem Fall, wo eine dielektrische Resonatorvorrichtung mit mehreren Stufen aus dielektrischen Resonatoren gebildet ist, die solche dielektrischen Kerne umfassen, sind die mehreren dielektrischen Kerne in einem Hohlraum angeordnet. Bei dem in 26 gezeigten Beispiel sind die dielektrischen TM01δ-Mode-Kerne, die in (A) gezeigt sind, in der axialen Richtung angeordnet, oder die dielektrischen TE01δ-Mode-Kerne, die in (B) gezeigt sind, sind in der gleichen Ebene angeordnet.
Um bei einem solchen herkömmlichen dielektrischen Resonatorvorrichtung Resonatoren in mehreren Stufen zu liefern, ist es jedoch notwendig, mehrere dielektrische Kerne bei hoher Genauigkeit zu positionieren und zu befestigen. Folglich gab es das Problem, dass es schwierig ist, dielektrische Resonatorvorrichtungen mit gleichen Charakteristika zu erhalten.
Ferner wurden herkömmlicherweise dielektrische TM-Mode-Resonatoren verwendet, die jeweils einen säulenförmigen oder kreuzförmigen dielektrischen Kern aufweisen, die integral in einem Hohlraum vorgesehen sind. Bei einer dielektrischen Resonatorvorrichtung dieses Typs können die TM-Moden in einem definierten Raum gemultiplext werden und daher kann eine dielektrische Miniatur-Mehrstufen-Resonatorvorrichtung erhalten werden. Die Konzentration einer elektromagnetischen Feldenergie auf den magnetischen Kern ist jedoch niedrig, und ein realer Strom fließt durch einen Leiterfilm, der auf dem Hohlraum gebildet ist. Folg lich gab es das Problem, das allgemein ein hoher Q₀, der mit dem des TE-Mode-Dielektrikresonators vergleichbar ist, nicht erhalten werden kann.
Die EP 0064799 A1 offenbart einen Elliptische-Funktion-Mehrfachhohlraumfilter. Dieses Filter umfasst einen zylindrischen Wellenleiter. Dieser Wellenleiter ist unterteilt in einen Eingangshohlraum, einen Ausgangshohlraum und einen oder mehrere Zwischenhohlräume, durch beabstandete, sich transversal ausdehnende Hohlraumendwände. In jedem dieser Hohlräume ist ein dielektrisches Resonatorelement angeordnet, das aus einem Material hergestellt ist, das eine hohe dielektrische Konstante und einen hohen und einen niedrigen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz aufweist. Die dielektrischen Resonatorelemente sind in der Mitte jedes Hohlraums angeordnet. Eine kapazitive Sonde erstreckt sich in den Eingangshohlraum, und Mikrowellenenergie, die mit der Sonde gekoppelt ist, wird von derselben in den Eingangshohlraum gestrahlt, wo Mikrowellenresonanz in dem Hybrid-HE₁₁₁-Modus erregt wird. Von dem Eingangshohlraum wird die Mikrowellenenergie ferner in die Zwischenhohlräume gekoppelt, durch eine erste Irisblende einer kreuzförmigen Form, und zu den Zwischenhohlräumen in den Ausgangshohlraum durch eine zweite Irisblende, die ebenfalls eine kreuzförmige Form aufweist. Schließlich wird Energie von dem Ausgangshohlraum in ein Wellenleitersystem gekoppelt, durch eine Ausgangsirisblende einer einfachen Schlitzkonfiguration. Ferner stehen eine erste und eine zweite Drehschraube in die Hohlräume vor, entlang zwei Achsen, die senkrecht zueinander und zu der Mittelachse sind, so dass jedes zylindrische Resonatorelement zusammen mit dem jeweiligen zylindrischen Hohlraum, in dem dasselbe angeordnet ist, einen zusammengesetzten Resonator bildet, der entlang jeder eines Paars von orthogonalen Achsen in der Form von zwei orthogonalen HE₁₁₁-Resonanzmoden in Resonanz ist. Eine weitere Drehschraube oder Modenkopplungsschraube erstreckt sich in die Hohlräume, um zu bewirken, dass die Resonanz entlang entweder der ersten und zweiten Achse gekoppelt ist, um die Resonanz entlang der anderen ebenfalls zu erregen. Es wird beschrieben, dass die Irisblenden eine andere Form haben können als die Kreuzform, was die Kopplung von jeder der beiden orthogonalen Moden in den jeweiligen Hohlräumen bewirkt.
In Karp A. u. a., Circuit Properties of Microwave Dielectric Resonators, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band 16, Nr. 10, Oktober 1968, Seite 818 bis Seite 828, werden experimentelle Daten über die Schaltungseigenschaften von dielektrischen Resonatoren präsentiert, die keine leitenden Grenzen haben. Die Resonatoren sind aus Einzelkristallrutil und Strontiumtitanat aufgebaut, die Resonatoren mit winziger Größe und hohem unbelastetem Q-Wert bilden können.
In Mongia R. K., Theoretical and Experimental Resonant Frequencies of Rectangular Dielectric Resonators, IEEE Proceedings H, Band 139, Nr. 1, Februar 1992, Seite 98 bis Seite 104, werden theoretische und experimentelle Resonanzfrequenzen von isolierten und abgeschirmten rechteckigen dielektrischen Resonatoren durch ein dielektrisches Wellenleitermodell untersucht. Insbesondere wurde der Effekt des Abschirmens auf die Resonanzfrequenzen unterschiedlicher Moden untersucht.
Die US 2,357,314 beschreibt einen Hochfrequenzhohlraumresonator, der eine hohle geschlossene elektrisch leitfähige Oberfläche, die unterschiedliche Hauptabmessungen aufweist, und eine Einrichtung zum Erregen des Resonators in seinem Inneren auf eine solche Weise, dass Oszillationen von zumindest zwei Grundmoden gleichzeitig erzeugt werden, umfasst.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dielektrische Resonatorvorrichtung zu schaffen, die kleine Resonatoren mit mehreren Stufen umfasst, und eine Mehrmo dendielektrikresonatorvorrichtung mit einem hohen Q₀-Wert zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen der Ansprüche 1 bis 4 gelöst.
Darüber hinaus ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein dielektrisches Filter, ein zusammengesetztes dielektrisches Filter, einen Synthesizer, einen Verteiler und eine Kommunikationsvorrichtung zu schaffen, die jeweils den oben beschriebenen dielektrischen Mehrmodenresonator umfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Grundabschnitt einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 besteht aus Querschnitten, die die elektromagnetischen Feldverteilungen in den jeweiligen Moden der obigen Resonatorvorrichtung zeigen.
3 besteht aus Querschnitten, die die elektromagnetischen Feldverteilungen in den jeweiligen Moden der obigen Resonatorvorrichtung zeigen.
4 besteht aus Querschnitten, die die elektromagnetischen Feldverteilungen in den jeweiligen Moden der obigen Resonatorvorrichtung zeigen.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Grundabschnitt einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
6 stellt ein Beispiel eines Prozesses der Herstellung der obigen Resonatorvorrichtung dar.
7 ist ein Diagramm, das die Änderungen der Resonanzfrequenzen der jeweiligen Moden zeigt, die auftreten, wenn die Größen der Abschnitte der Resonatorvorrichtung geändert werden.
8 ist ein Diagramm, das die Änderungen der Resonanzfrequenzen der jeweiligen Moden zeigt, die auftreten, wenn die Größen der Abschnitte der Resonatorvorrichtung geändert werden.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des dielektrischen Kernabschnitts einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
10 ist ein Diagramm, das die Änderungen der Resonanzfrequenzen der jeweiligen Moden zeigt, die auftreten, wenn die Tiefe einer Rille der obigen Resonatorvorrichtung geändert wird.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen dielektrischen Kernabschnitt für die Verwendung bei der Beschreibung der Kopplungseinrichtung zum Koppeln der jeweiligen Resonanzmoden von jeder der Mehrmodenresonatorvorrichtungen gemäß einem vierten bis sechsten Ausführungsbeispiel zeigt.
12 stellt Beispiele der elektromagnetischen Feldverteilungen dar, die bewirkt werden, wenn die beiden TM-Moden der dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel miteinander gekoppelt werden.
13 besteht aus perspektivischen Ansichten, die Beispiele der Magnetfeldverteilungen der beiden Resonanzmoden der obigen Resonatorvorrichtung zeigen.
14 stellt die Aufbauten von Kopplungslöchern zum Koppeln der beiden Resonanzmoden der obigen Resonatorvorrichtung dar.
15 stellt elektromagnetische Verteilungen und die Konfigurationen von Kopplungskonditionierungslöchern in einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dar.
16 stellt die elektromagnetischen Feldverteilungen der jeweiligen Moden in einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel dar.
17 stellt die elektromagnetischen Feldverteilungen von zwei Moden in den Querschnitten der in 16 gezeigten a-a-Abschnitte dar.
18 stellt die Konfiguration einer Kopplungskonditionierungsrille für die Resonanzmoden in der in 16 gezeigten ersten und zweiten Stufe dar.
19 stellt die elektrischen Feldverteilungen in den Querschnitten der in 16 gezeigten b-b-Abschnitte dar.
20 stellt die Konfiguration einer Rille zum Koppeln der Resonanzmoden in der in 16 gezeigten zweiten und dritten Stufe dar.
21 stellt die elektrischen Feldverteilungen in den in 16 gezeigten Querschnitten der a-a-Abschnitte dar.
22 stellt die Konfigurationen einer Rille zum Kopplungskonditionieren der Resonanzmoden in der in 16 gezeigten dritten und vierten Stufe dar.
23 stellt die elektrischen Feldverteilungen in den Querschnitten der in 16 gezeigten b-b-Abschnitte dar.
24 stellt die Konfiguration einer Rille zum Kopplungskonditionieren der Resonanzmoden in der in 16 gezeigten vierten und fünften Stufe dar.
25 besteht aus perspektivischen Ansichten, die jeweils ein Beispiel des Aufbaus des Hauptabschnitts der dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel zeigen.
26 besteht aus teilweise auseinandergezogenen perspektivischen Ansichten, die jeweils ein Beispiel des Aufbaus einer herkömmlichen dielektrischen Resonatorvorrichtung zeigen.
27 stellt Beispiele der Elektromagnetfeldverteilungen als ein Beispiel eines herkömmlichen dielektrischen Einmodenresonators dar.
28 ist eine perspektivische Ansicht, die den Grundabschnitt einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel darstellt.
29 besteht aus Querschnitten, die die elektromagnetischen Feldverteilungen in den jeweiligen Moden in der obigen Resonatorvorrichtung zeigen.
30 besteht aus Querschnitten, die die elektromagnetischen Feldverteilungen der jeweiligen Moden in der obigen Resonatorvorrichtung zeigen.
31 besteht aus Querschnitten, die die elektromagnetischen Feldverteilungen DER jeweiligen Moden in der obigen Resonatorvorrichtung zeigen.
32 besteht aus Diagrammen, die die Beziehungen zwischen der Dicke des dielektrischen Kerns der obigen Resonatorvorrichtung und den Resonanzfrequenzen der jeweiligen Moden zeigen.
33 stellt die Konfiguration eines dielektrischen Filters dar.
34 stellt die Konfiguration eines weiteren dielektrischen Filters dar.
35 stellt die Konfiguration einer Übertragungsempfangsschervorrichtung dar.
36 stellt die Konfiguration einer Kommunikationsvorrichtung dar.
Bester Modus zum Ausführen der Erfindung
Die Konfiguration einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird mit Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Grundaufbauabschnitt der dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung zeigt. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2 und 3 einen im Wesentlichen parallelepipedförmigen dielektrischen Kern, einen winkelförmigen röhrenförmigen Hohlraum bzw. Träger zum Tragen des dielektrischen Kerns 1 im Wesentlichen in der Mitte des Hohlraums 2. Ein Leiterfilm ist auf der äußeren Umfangsoberfläche des Hohlraums 2 gebildet. Auf den zwei offenen Flächen sind dielektrische Platten oder Metallplatten, die jeweils eine Leiterfilm aufweisen, angeordnet, so dass ein im Wesentlichen parallelepipedförmiger Abschirmraum gebildet ist. Außerdem liegt eine offene Fläche des Hohlraums 2 einer offenen Fläche eines anderen Hohlraums gegenüber, so dass elektromagnetische Felder in vorbestimmten Resonanzmoden gekoppelt sind, um eine Mehrstufe zu liefern.
Normalerweise sind die in 1 gezeigten Träger 3, die aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, das eine niedrigere dielektrische Konstante aufweist als diejenige des dielektrischen Kerns 1, zwischen dem dielektrischen Kern 1 und den Innenwänden des Hohlraums 2 angeordnet und gebrannt, um integriert zu werden.
Die Resonanzmoden, die durch den in 1 gezeigten dielektrischen Kern bewirkt werden, sind in 2 bis 4 dargestellt. In diesen Figuren stellen x, y und z die Koordinatenachsen in den dreidimensionalen Richtungen dar, wie es in 1 gezeigt ist. 2 bis 4 zeigen die Querschnitte der jeweiligen zweidimensionalen Ebenen. In 2 bis 4 zeigt ein Pfeil aus einer durchgezogenen Linie einen elektrischen Feldvektor und ein Pfeil aus einer gestrichelten Linie zeigt einen Magnetfeldvektor an. Symbole „•" und „x" stellen die Richtung eines elektrischen Felds bzw. eines magnetischen Felds dar. 2 bis 4 zeigen nur eine Gesamtzahl von sechs Resonanzmoden, nämlich die TM01δ-Moden in den drei Richtungen, d. h. der x-, y- und z-Richtung, und die TE01δ-Moden in den gleichen drei Richtungen, wie sie oben beschrieben sind. In der Praxis existieren höhere Resonanzmoden. In normalen Fällen werden diese Grundmoden verwendet.
Als nächstes wird die Konfiguration einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf 5 bis 8 beschrieben.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Grundaufbauabschnitt einer Mehrmodenresonatorvorrichtung zeigt. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2 und 3 einen im Wesentlichen parallelepipedförmigen Kern, einen -Winkelrohrförmigen Hohlraum, und Träger zum Tragen des dielektrischen Kerns im Wesentlichen in der Mitte des Hohlraums 2. Ein Leiterfilm ist auf der äußeren Umfangsoberfläche des Hohlraums 2 gebildet. Bei diesem Beispiel sind jeweils zwei Träger 3 auf jeder der vier Innenwände des Hohlraums vorgesehen. Die andere Konfiguration ist gleich wie diejenige bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
6 zeigt ein Beispiel eines Prozesses zum Herstellen der in 5 gezeigten dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung. Zuerst, wie es in (A) gezeigt ist, ist ein dielektrischer Kern einstückig mit einem Hohlraum 2 geformt, in dem Zustand, in dem der dielektrische Kern 1 und der Hohlraum 2 durch Verbindungsteile 1' miteinander verbunden sind. Daraufhin werden Formen für das Formen in der axialen Richtung des Hohlraums 2 geöffnet, durch die offenen Flächen des winkelförmigen röhrenförmigen Hohlraums 2. Nachfolgend, wie es bei (B) gezeigt ist, werden die Träger 3 vorübergehend mit einer Glasglasur in einem Paste-Zustand verbunden, benachbart zu den Verbindungsteilen 1' und an den Stellen, die den jeweiligen Eckabschnitten des dielektrischen Kerns 1 entsprechen. Ferner wird Ag-Paste auf die äußere Umfangsoberfläche des Hohlraums 2 aufgebracht. Danach werden die Träger 3 gebacken, um den dielektrischen Kern 1 und die Innenwände des Hohlraums 2 zu verbinden (verbunden mit der Glasglasur), zur gleichen Zeit wie ein Elektrodenfilm gebacken wird. Ferner werden die Verbindungsteile 1' abgeschabt, um die Struktur herzustellen, in der der dielektrische Kern in der Mitte des Hohlraums 2 befestigt ist, wie es bei (C) der gleichen Figur gezeigt ist. In diesem Fall wird für den dielektrischen Kern 1 und den Hohlraum 2 ein dielektrisches Keramikmaterial des ZrO2-SnO2-TiO2-Typs mit ε r = 37 und tan δ = 1/20.000 verwendet. Für die Träger 3 wird ein Keramikmaterial mit niedriger dielektrischer Konstante des 2MgO-SiO2-Typs mit ε r = 6 und tan δ = 1/2.000 verwendet. Beide haben beinahe die gleichen linearen Expansionskoeffizienten. Wenn der dielektrische Kern erwärmt wird, und die Umgebungstemperatur verändert wird, wird keine übermäßige Belastung an die Verbindungsoberflächen zwischen den Trägern und dem dielektrischen Kern oder dem Hohlraum angelegt.
Bei den obigen jeweiligen Ausführungsbeispielen ist ein einzelner Träger als Beispiel beschrieben. Die Träger können einstückig mit dem dielektrischen Kern oder dem Hohlraum geformt sein, oder alle Träger, der Hohlraum und der dielektrische Kern können einstückig gebildet sein.
7 zeigt die Änderungen der Resonanzfrequenzen der TE01δ-x-, TE01δ-y- und TE01δ-z-Moden, die auftreten, wenn die Dicke in der z-Achsenrichtung des dielektrischen Kerns und der Querschnittsfläche der Träger 3, die in 5 gezeigt sind, variiert werden. Wie es dargestellt ist, wenn die Dicken in der z-Achsenrichtung des dielektrischen Kerns erhöht werden, werden die Resonanzfrequenzen TE01δ-x- und TE01δ-y-Moden in einem höheren Maß reduziert. Ferner, während die Querschnittsfläche des Trägers erhöht wird, wird die Resonanzfrequenz der TE01δ-z-Mode stärker reduziert. Durch entsprechendes Entwerfen der Dicke der z-Achsenrichtung des dielektrischen Kerns und der Querschnittsfläche jedes Trägers 3 durch Verwenden dieser Relationen können die Resonanzfrequenzen der drei Moden von TE01δ-x, TE01δ-y und TE01δ-z miteinander zusammenfallen. Somit kann durch Koppeln vorbestimmter Resonanzmoden die Mehrstufe realisiert werden.
8 zeigt die Änderungen der Resonanzfrequenzen der oben beschriebenen drei TM-Moden, die auftreten, wenn die Wand dicke des Hohlraums 2, die Dicke in der z-Achsenrichtung des dielektrischen Kerns 1 und die Querschnittsfläche der Träger 3, gezeigt in 5, variiert werden. Wenn nur die Wanddicke des Hohlraums verdickt wird, ist die Resonanzfrequenz der TM01δ-x-, TM01δ-y-Mode stärker reduziert als diejenige der TM01δ-z-Mode. Wenn die Dicke in der z-Achsenrichtung des dielektrischen Kerns verdickt wird, ist die Resonanzfrequenz der TM01δ-z-Mode stärker reduziert im Vergleich zu den Resonanzfrequenzen der TM01δ-z- und TM01δ-y-Moden. Wenn die Querschnittsfläche jedes Trägers erhöht wird, sind die Resonanzfrequenzen der TM01δ-x- und TM01δ-y-Moden stärker reduziert im Vergleich zu der Resonanzfrequenz der TM01δ-z-Mode. Durch Verwenden dieser Beziehungen können die Resonanzfrequenzen der drei Moden an charakteristischen Punkten, die durch p1 und p2 in der Figur angezeigt sind, miteinander zusammenfallen.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration des dielektrischen Kernabschnitts einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Wie es bereits mit Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben ist, sind die elektrischen Feldkomponenten in den TE01δ-Moden konzentriert auf die Umgebung der jeweiligen Querschnitte, die den dielektrischen Kern in acht Abschnitte unterteilen. Andererseits tritt eine solche Konzentration nicht in den TM01δ-Moden auf, und daher können, wie es in 9 gezeigt ist, durch Bilden einer kreuzförmigen Rille in jeder der Flächen des dielektrischen Kerns, wobei jede Rille in der Mitte der Fläche kreuzt, die Resonanzfrequenzen der TE01δ-Mode selektiv erhöht werden.
10 ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen der Rillentiefe und der Änderungen der Resonanzfrequenzen der beiden Moden zeigt. Wenn keine Rille vorgesehen ist, ist allgemein die Resonanzfrequenz der TE01δ-Mode geringer als diejenige der TM01δ-Mode. In dem Fall, wo die Rillen g vorgesehen sind, wobei die Tiefe tiefer ist, ist die Resonanzfrequenz der TM01δ-Mode erhöht, und fällt in diesem Punkt zusammen mit der Resonanzfrequenz der TE01δ-Mode. Ferner kann in dem Fall, wo die Rillentiefe konstant ist und die Rillenbreite erweitert ist, die Resonanzfrequenz der TE01δ-Mode selektiv erhöht werden, wobei die Rillenbreite breiter ist. In dem Fall, wo die Resonanzfrequenz der TE01δ-Mode geringer ist als diejenige des TM01δ-Mode, verursacht durch die jeweiligen Größen des dielektrischen Kerns, des Hohlraums und der Träger, und die relativen dielektrischen Konstanten der jeweiligen Abschnitte, usw., ohne dass die obigen Rillen vorgesehen sind, können die Resonanzfrequenzen der TE01δ-Mode und der TM01δ-Mode miteinander zusammenfallen, indem die Rillen in dem dielektrischen Kern wie oben beschrieben gebildet werden. Wenn die Resonanzfrequenzen beider Moden miteinander zusammenfallen und die beiden Moden gekoppelt werden, kann eine Mehrstufe realisiert werden.
Als Nächstes wird die Konfiguration einer dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtung, bei der die TM01δ-Moden miteinander gekoppelt sind, mit Bezugnahme auf 11 bis 14 beschrieben.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen dielektrischen Kernabschnitt zeigt. In der Figur bezeichnen Bezugszeichen h0 bis h4 Löcher für die Verwendung beim Einstellen der Kopplungskoeffizienten, die zwischen vorbestimmten Moden erhalten werden.
12 stellt die elektromagnetischen Feldverteilungen der jeweiligen Moden dar. Daraufhin zeigt ein Pfeil aus einer durchgezogenen Linie ein elektrisches Feld an, und eine gestrichelte Linie zeigt ein Magnetfeld an. In (A) sind die elektromagnetischen Verteilungen von zwei Hauptmoden gezeigt, die zu koppeln sind, d. h. der TM01δ-(x–y)-Mode bzw. der TM01δ-(x+y)-Mode. In (B) sind die elektromagnetischen Verteilungen einer ungeraden Mode und einer geraden Mode gezeigt, die die gekoppelten Moden sind. Bei diesem Bei spiel kann die ungerade Mode durch eine TM01δ-y-Mode ausgedrückt werden, und die gerade Mode durch eine TM01δ-x-Mode.
13 besteht aus perspektivischen Ansichten, die jeweils die Magnetfeldverteilungen der obigen Hauptmoden zeigen. Wenn die Resonanzfrequenz der ungeraden Mode durch fo dargestellt ist, und diejenige der geraden Mode durch fe, wird der Kopplungskoeffizient k12 der beiden Moden ausgedrückt durch die folgende Gleichung. k12 ∝ 2(fo – fe)/(fo + fe)
Folglich sind die Hauptmoden, d. h. die TM01δ-(x–y)-Mode und die TM01δ-(x+y)-Mode gekoppelt durch Liefern einer Differenz zwischen fo und fe. Folglich, wie es in 14 gezeigt ist, ist ein Loch ho, das in der Mitte des dielektrischen Kerns liegt, in der y-Achsenrichtung verlängert. Das heißt, durch Bilden einer Rille, die sich parallel zu der Richtung des elektrischen Felds von TM01δ-y und senkrecht zu der Richtung des elektrischen Felds von TM01δ-x erstreckt, wird die Beziehung von fe > fo erhalten. Im Gegensatz wird durch Verlängern des Lochs ho und der Axialrichtung die Beziehung von fe < fo erhalten. In jedem Fall kann Koppeln erreicht werden bei einem Kopplungskoeffizienten, der fo und fe entspricht.
Bei dem obigen Beispiel sind die TM01δ-(x–y)-Mode und die TM01δ-(x+y)-Mode Hauptmoden, und die TM01δ-y-Mode und die TM01δ-x-Mode sind gekoppelte Moden. Im Gegensatz dazu können die TM01δ-y-Mode und die TM01δ-x-Mode Hauptmoden sein, und die TM01δ-(x–y)-Mode und die TM01δ-(x+y)-Mode können gekoppelte Moden sein. In diesem Fall kann der Innendurchmesser des Lochs h0, das in 14 gezeigt ist, in einer diagonalen Richtung verlängert werden.
15 stellt dar, dass eine TM-Mode und eine TE-Mode miteinander gekoppelt sind, und insbesondere sind als ein Beispiel drei Moden nacheinander miteinander gekoppelt. Die Konfiguration des dielektrischen Kerns ist gleich wie diejenige, die in 11 gezeigt ist. In 15 sind in (A) die elektromagnetischen Feldverteilungen der drei Moden dargestellt, d. h. der TM01δ-(x–y)-, TE01δ-z-, und TM01δ-(x+y)-Mode. Ein Pfeil aus einer durchgezogenen Linie zeigt ein elektrisches Feld an, und eine gestrichelte Linie ein Magnetfeld. In (B) sind die Kopplungsbeziehungen zwischen der oben beschriebenen TE-Mode und den anderen beiden TE-Moden dargestellt. Die Figur, die in der linken Seite von (B) präsentiert ist, zeigt die elektrische Verteilung der TM01δ-(x–y)-Mode, und diejenige der TM01δ-z-Mode, die einander überlappen. Durch Brechen der Symmetrie der elektrischen Feldstärken an den Punkten A und B wird Energie übertragen von der TM01δ-(x–y)-Mode zu der TE01δ-z-Mode. Wie es in der Figur gezeigt ist, die in der linken Seite von (C) der gleichen Figur präsentiert ist, wird folglich der Kopplungskoeffizient k12 eingestellt durch Verbreitern des Innendurchmessers eines Lochs h2, um eine Differenz zwischen dem Loch h2 und einem Loch h1 zu liefern.
Gleichartig dazu zeigt die Figur, die in der rechten Seite von (B) präsentiert ist, die elektrischen Verteilungen der TE01δ-z-Mode, und diejenigen der TM01δ-(x+y)-Mode, die einander überlappen. In diesem Fall wird durch Durchbrechen der Symmetrie der elektrischen Feldstärken an den Punkten C und D Energie von der TE01δ-z-Mode zu der TM01δ-(x+y)-Mode übertragen. Folglich, wie es in der Figur gezeigt ist, die in der rechten Seite von (C) der gleichen Figur präsentiert ist, wird der Kopplungskoeffizient k23 eingestellt durch Verbreitern des Innendurchmessers eines Lochs h4, um eine Differenz zwischen dem Loch h4 und einem Loch h3 zu liefern.
16 stellt ein Beispiel des sequenziellen Koppelns von fünf Resonanzmoden dar, das als ein Fünfstufenresonator betrieben wird. Die Konfiguration des dielektrischen Kerns ist gleich wie diejenige, die in 11 gezeigt ist. In
16 zeigt eine durchgezogene Linie eine elektrische Feldverteilung an, und eine gestrichelte Linie eine Magnetfeldverteilung.
Zuerst wird die Kopplung von TM01δ-(x–y) und TE01δ-(x+y) erörtert. 17 stellt die elektromagnetischen Feldverteilungen der obigen beiden Moden in den Querschnitten durch den a-a-Abschnitt in 16 dar. In (B) sind die elektromagnetischen Feldverteilungen der beiden Moden dargestellt, die einander überlappen. Durch Durchbrechen der Symmetrie der elektrischen Feldstärken von TM01δ-(x–y) und TE01δ-(x+y) in dem a-a-Querschnitt wird Energie von der TM01δ-(x–y)-Mode zu der TE01δ-(x+y)-Mode übertragen. Folglich, wie es in 18 gezeigt ist, ist die Größe des Lochs an der Oberseite und der Unterseite in dem a-a-Querschnitt unterschiedlich. Bei dem in dieser Figur gezeigten Beispiel ist eine Rille g, die sich in der (x+y)-Axialrichtung erstreckt, in der Oberseite des dielektrischen Kerns 1 vorgesehen.
Als Nächstes wird die Kopplung der TE01δ-(x+y)-Mode und der TE01δ-z-Mode erörtert. 19(A) stellt die elektrischen Feldverteilungen der oben beschriebenen beiden Moden in dem Querschnitt des b-b-Abschnitts des dielektrischen Kerns dar. Ferner sind in (B) die elektrischen Feldverteilungen einer geraden Mode und einer ungeraden Mode dargestellt, die die gekoppelten Moden sind. Wenn die oben beschriebenen beiden Moden miteinander gekoppelt sind, wird vorgeschlagen, dass zwischen der Resonanzfrequenz fe der geraden Mode und derjenigen der ungeraden Mode eine Differenz gegeben ist. Für diesen Zweck, wie es in 20 gezeigt ist, wird die Symmetrie des Querschnitts des b-b-Abschnitts bezüglich der diagonalen Richtung durchbrochen. Bei diesem Beispiel sind Rillen g in der Nähe des offenen Abschnitts an der Oberseite eines Lochs h2 gebildet, bzw. and der des offenen Endes an der Unterseite eines Lochs h1. Dadurch wird die Resonanzfrequenz fe der geraden Mode, die in 19(B) gezeigt ist, höher als die Resonanzfrequenz fo der ungera den Mode. Die TE01δ-(x+y) und TE01δ-z-Mode sind bei einem Kopplungskoeffizienten gekoppelt, der der Differenz entspricht.
Als Nächstes wird die Kopplung der dritten Stufe und der vierten Stufe, die in 16 gezeigt sind, d. h. die Kopplung der TE01δ-z-Mode und der TE01δ-(x–y)-Mode, erörtert. 21 stellt die elektrischen Feldverteilungen der oben beschriebenen beiden Moden in dem Querschnitt des a-a-Abschnitts des dielektrischen Kerns dar. In (B) sind die elektrischen Feldverteilungen einer geraden Mode und einer ungeraden Mode gezeigt, die die gekoppelten Moden sind. Wenn die oben beschriebenen beiden Moden gekoppelt sind, wird vorgeschlagen, dass zwischen der Resonanzfrequenz fe der geraden Mode und der Resonanzfrequenz der ungeraden Mode eine Differenz gegeben ist. Für diesen Zweck, wie es in 22 gezeigt ist, wird die Symmetrie des Querschnitts des a-a-Abschnitts bezüglich der diagonalen Richtung durchbrochen. Bei diesem Beispiel sind Rillen g in der Nähe des offenen Abschnitts an der Oberseite eines Lochs h3 bzw. an der des offenen Endes an der Unterseite eines Lochs h4 gebildet. Daher wird die Resonanzfrequenz fo der ungeraden Mode, die in 21(B) gezeigt ist, höher als die Resonanzfrequenz fe der geraden Mode. Die TE01δ-z- und die TE01δ-(x–y)-Mode sind bei einem Kopplungskoeffizienten gekoppelt, der der Differenz entspricht.
Als Nächstes wird die Kopplung von TE01δ-(x–y) und TM01δ-(x+y), die in 16 gezeigt sind, erörtert. 23(A) stellt die elektromagnetischen Feldverteilungen der obigen beiden Moden in den Querschnitten des b-b-Abschnitts in 16 dar. In (B) sind die elektromagnetischen Feldverteilungen der beiden Moden dargestellt, die einander überlappen. Durch Durchbrechen der Symmetrie der elektrischen Feldstärken von TE01δ-(x–y) und TM01δ-(x+y) in dem b-b-Querschnitt, wie es oben beschrieben ist, wird Energie von der TE01δ-(x–y)-Mode zu der TM01δ-(x+y)-Mode übertragen. Folglich, wie es in 24 gezeigt ist, sind die Größen des Lochs an der Oberseite und der Unterseite in dem b-b-Querschnitt unterschiedlich. Bei dem in dieser Figur gezeigten Beispiel ist eine Rille g, die sich in der (x–y)-Achsenrichtung in der Oberseite des dielektrischen Kerns 1 erstreckt, vorgesehen.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln der jeweiligen Resonanzmoden des dielektrischen Kerns mit einer externen Schaltung nicht dargestellt. Falls beispielsweise eine Kopplungsschleife verwendet wird, kann eine externe Kopplung erreicht werden durch Anordnen der Kopplungsschleife in der Richtung, wo das Magnetfeld einer Mode, die zu koppeln ist, verläuft, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Bei den oben beschriebenen Beispielen werden mehrere Resonanzmoden nacheinander gekoppelt. Ein Beispiel der unabhängigen Verwendung der mehreren Resonanzmoden, ohne Koppeln der jeweiligen Resonanzmoden aneinander, wird mit Bezugnahme auf 25 nachfolgend beschrieben.
In 25 stellt die Linie mit einem abwechselnden langen und zwei kurzen Strichen einen Hohlraum dar, wo ein dielektrischer Kern 1 angeordnet ist. Die Tragestruktur für den dielektrischen Kern 1 ist ausgelassen. Bei (A) dieser Figur ist die Bildung eines Bandsperrfilters als ein Beispiel dargestellt. Die Bezugszeichen 4a, 4b und 4c stellen jeweils eine Kopplungsschleife dar. Die Kopplungsschleife 4a ist mit einem Magnetfeld gekoppelt (Magnetfeld in der TM01δ-x-Mode) in einer Ebene parallel zu der y-z-Ebene, die Kopplungsschleife 4b ist mit einem Magnetfeld gekoppelt (Magnetfeld in der TM01δ-y-Mode) in einer Ebene parallel zu der x-z-Ebene, und die Kopplungsschleife 4c ist mit einem Magnetfeld gekoppelt (Magnetfeld in der TM01δ-z-Mode) in einer Ebene parallel zu der x-y-Ebene. Ein Ende von jeder dieser Kopplungsschleifen 4a, 4b und 4c ist geerdet. Die anderen Enden der Kopplungsschleifen 4a, 4b und außerdem die anderen Enden der Kopplungsschleifen 4b und 4c sind durch Übertragungsleitungen 5,5 miteinander verbunden, die jeweils eine elektrische Länge aufweisen, die gleich λ/4 ist, oder eine ungerade Anzahl von λ/4 ist. Die anderen Enden der Kopplungsschleifen 4a, 4c werden als Signaleingangs-/Ausgangsanschlüsse verwendet. Durch diese Konfiguration wird ein Bandsperrfilter erhalten, in dem benachbarte Resonatoren der drei Resonatoren mit einer Leitung mit einer Phasendifferenz von π/2 verbunden sind.
Gleichartig dazu kann ein Bandpassfilter gebildet werden durch Koppeln vorbestimmter Resonanzmoden durch eine Kopplungsschleife und, falls notwendig, eine Übertragungsleitung.
25(B) zeigt ein Beispiel des Bildens eines Synthesizers oder eines Verteilers. Hier bezeichnen die Bezugszeichen 4a, 4b, 4c und 4d Kopplungsschleifen. Die Kopplungsschleife 4a ist mit einem Magnetfeld (Magnetfeld in der TM01δ-x-Mode) gekoppelt, in einer Ebene parallel zu der y-z-Ebene. Die Kopplungsschleife 4b ist mit einem Magnetfeld (Magnetfeld in der TM01δ-y-Mode) gekoppelt, in einer Ebene parallel zu der x-z-Ebene. Die Kopplungsschleife 4c ist mit einem Magnetfeld gekoppelt (Magnetfeld in der TM01δ-z-Mode) in einer Ebene parallel zu der x-y-Ebene. Bezüglich der Kopplungsschleife 4d ist die Schleifenebene geneigt zu jeder der y-z-Ebene, der x-z-Ebene und der x-y-Ebene bzw. mit Magnetfeldern in den obigen drei Moden gekoppelt. Ein Ende dieser Kopplungsschleifen ist jeweils geerdet und die anderen Enden werden als Signaleingangs- oder -ausgangsanschlüsse verwendet. Insbesondere wenn die Vorrichtung als ein Synthesizer verwendet wird, wird ein Signal eingegeben durch die Kopplungsschleifen 4a, 4b und 4c und von der Kopplungsschleife 4d ausgegeben. Wenn die Vorrichtung als ein Verteiler verwendet wird, wird ein Signal durch die Kopplungsschleife 4d eingegeben und von den Kopplungsschleifen 4a, 4b und 4c ausgegeben. Folglich werden ein Synthesizer mit drei Eingängen und einem Ausgang oder ein Verteiler mit einem Eingang und drei Ausgängen erhalten.
In dem obigen Beispiel werden die drei Resonanzmoden unabhängig verwendet. Zumindest vier Moden können verwendet werden. Ferner kann ein zusammengesetztes Filter, in dem ein Bandpassfilter und ein Bandsperrfilter kombiniert sind, gebildet werden durch Koppeln einiger der mehreren Resonanzmoden nacheinander, um das Bandpassfilter zu bilden, und durch Unabhängigmachen der anderen Resonanzmoden, um das Bandsperrfilter zu bilden.
Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf 28 bis 32 ein Beispiel einer dielektrischen Dreifachmodenresonatorvorrichtung beschrieben.
28 ist eine perspektivische Ansicht, die den Grundaufbauabschnitt einer dielektrischen Dreifachmodenresonatorvorrichtung zeigt. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen rechteckigen plattenförmigen dielektrischen Kern, von dem zwei Seiten im Wesentlichen die gleichen Längen haben und die andere Seite kürzer ist als jede der beiden Seiten. Die Bezugszeichen 2 und 3 bezeichnen einen winkelförmigen röhrenförmigen Hohlraum und einen Träger zum Tragen eines dielektrischen Kerns 1 im Wesentlichen in der Mitte des Hohlraums 2. Ein Leiterfilm ist auf der äußeren Umfangsoberfläche des Hohlraums 2 gebildet. Dielektrische Lagen, die jeweils einen Leiterfilm aufweisen, der auf denselben gebildet ist, oder Metalllagen sind auf den beiden offenen Flächen angeordnet, um einen im Wesentlichen parallelepipedförmigen Abschirmraum zu bilden. Ferner liegt einer offenen Fläche des Hohlraums 2 ein offenes Ende eines anderen Hohlraums gegenüber, so dass elektromagnetisches Felder in vorbestimmten Resonanzmoden miteinander gekoppelt sind, um eine Mehrstufe zu realisieren.
Die in 28 gezeigten Träger 3, die aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, und eine niedrigere dielektrische Konstante aufweisen als die des dielektrischen Kerns 1 sind zwischen dem dielektrischen Kern 1 und den Innenwänden des Hohlraums 2 angeordnet, und gebrannt, um integriert zu werden.
29 bis 31 zeigen die Resonanzmoden, die durch den in 28 gezeigten dielektrischen Kern 1 bewirkt werden. In diesen Figuren stellen x, y und z die Koordinatenachsen in den in 28 gezeigten dreidimensionalen Richtungen dar. 29 bis 31 zeigen die Querschnittsansichten der zweidimensionalen Ebenen. In 29 bis 31 zeigt ein Pfeil aus einer fortlaufenden Linie einen elektrischen Feldvektor an, ein Pfeil aus einer gestrichelten Linie einen Magnetfeldvektor und Symbole „•" und „x" bezeichnen die Richtungen eines elektrischen Felds bzw. eines magnetischen Felds. In 29 bis 31 sind die TE01δ-Mode (TE01δ-y-Mode) in der y-Richtung, die TM01δ-Mode (TM01δ-x-Mode) in der x-Richtung und die TM01δ-Mode (TM01δ-z-Mode) in der z-Richtung gezeigt.
32 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke des dielektrischen Kerns und den Resonanzfrequenzen der sechs Moden. Bei (A) ist die Resonanzfrequenz als Ordinate aufgezeichnet. Bei (B) ist das Resonanzfrequenzverhältnis basierend auf der TM01δ-x-Mode als Ordinate aufgezeichnet. Bei (A) und (B) ist die Dicke des dielektrischen Kerns, die als Abplattung gezeigt ist, als Abszisse aufgezeichnet. Die TE01δ-z-Mode und die TE01δ-x-Mode sind symmetrisch. Eine weiße Dreieckmarkierung, die die TE01δ-z-Mode darstellt, und eine schwarze Dreiecksmarkierung für die TE01δ-x-Mode überlappen. Gleichartig dazu sind die TM01δ-z-Mode und die TM01δ-x-Mode symmetrisch. Daher überlappen weiße Kreismarkierungen, die die TE01δ-z-Mode darstellen, und schwarze Kreismarkierungen für die TM01δ-x-Mode.
Da die Dicke des dielektrischen Kerns gedünnt wird (die Abplattung ist verringert), haben die Resonanzfrequenzen der TE01δ-y-Mode, der TM01δ-x-Mode und der TE01δ-z-Mode einen größeren Unterschied als diejenigen der TM01δ-y-Mode, der TE01δ-x-Mode bzw. der TE01δ-z-Mode.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Dicke des dielektrischen Kerns eingestellt durch die Verwendung der oben beschriebenen Beziehung, und die TE01δ-y-Mode, die TM01δ-x-Mode und die TE01δ-z-Mode werden verwendet. Die Frequenzen der anderen Moden, d. h. der TM01δ-y-Mode, der TE01δ-x-Mode bzw. der TE01δ-z-Mode sind eingestellt, um weiter getrennt zu sein von denjenigen der oben beschriebenen drei Moden, um jeweils nicht durch dieselben beeinträchtig zu werden.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines dielektrischen Filters, der die oben beschriebene dielektrische Dreifachmodenresonatorvorrichtung umfasst, mit Bezugnahme auf 33 beschrieben. In 33 bezeichnen die Bezugszeichen 1a, 1d prismenförmige dielektrische Kerne und werden als ein dielektrischer Resonator in der TM110-Mode verwendet. Die Bezugszeichen 1b, 1c bezeichnen rechteckige plattenförmige dielektrische Kerne, in denen zwei Seiten im Wesentlichen gleiche Längen aufweisen und die andere eine Seite jeweils kürzer ist als jede der beiden Seiten, und als der obige dielektrische Dreifachmodenresonatr verwendet werden. Die Dreifachmode besteht aus drei Moden, d. h. der TM01δ-(x-z)-Mode, der TE01δ-y-Mode bzw. der TM01δ-(x+z)-Mode, wie es in 15 gezeigt ist.
Bezugszeichen 4a bis 4e bezeichnen jeweils eine Kopplungsschleife. Ein Ende der Kopplungsschleife 4a ist beispielsweise mit dem Hohlraum 2 verbunden und das andere Ende ist mit dem Kernleiter eines Koaxialverbinders (nicht dargestellt) verbunden. Die Kopplungsschleife 4a ist in der Richtung angeordnet, wo ein TM-Einmode-Magnetfeld (Magnetkraftlinie), bewirkt durch den dielektrischen Kern 1a, durch die Schleifenebene der Kopplungsschleife 4a verläuft, so dass die Kopplungsschleife 4a magnetfeldgekoppelt ist mit der TM-Einmode, die durch den dielektrischen Kern 1a erzeugt wird. Die Umgebung eines Endes der Kopplungsschlei fe 4b ist in der Richtung verlängert, wo dieselbe magnetfeldgekoppelt ist mit der TM-Einmode des magnetischen Kerns 1a, während das andere Ende in der Richtung verlängert ist, wo dasselbe magnetfeldgekoppelt ist mit der TM01δ-(x–y)-Mode des dielektrischen Kerns 1b. Beide Enden der Kopplungsschleife 4b sind mit dem Hohlraum 2 verbunden. Die Umgebung eines Endes der Kopplungsschleife 4b ist in der Richtung verlängert, wo dasselbe magnetfeldgekoppelt ist mit der TM-Einmode des magnetischen Kerns 1a, während das andere Ende in der Richtung verlängert ist, wo es magnetfeldgekoppelt ist mit der TM01δ-(x–y)-Mode des dielektrischen Kerns 1b. Beide Enden der Kopplungsschleife 4b sind mit dem Hohlraum 2 verbunden. Die Umgebung eines Endes der Kopplungsschleife 4c ist in der Richtung verlängert, wo dasselbe magnetfeldgekoppelt ist mit der TM01δ-(x+y)-Mode des magnetischen Kerns 1a, während das andere Ende derselben in der Richtung verlängert ist, in der dasselbe magnetfeldgekoppelt ist mit der TM01δ-(x–y)-Mode des dielektrischen Kerns 1b. Beide Enden der Kopplungsschleife 4c sind mit dem Hohlraum 2 verbunden. Ferner ist ein Ende der Kopplungsschleife 4d in der Richtung verlängert wo dasselbe magnetfeldgekoppelt ist mit der TM01δ-(x+y)-Mode des magnetischen Kerns 1c, während das andere Ende derselben in der Richtung verlängert ist, wo dasselbe magnetfeldgekoppelt ist mit der TM-Einmode des dielektrischen Kerns 1d. Beide Enden der Kopplungsschleife 4d sind mit dem Hohlraum 2 verbunden. Die Kopplungsschleife 4e ist in der Richtung angeordnet, wo dieselbe magnetfeldgekoppelt ist mit der TM-Einmode des magnetischen Kerns 1d. Ein Ende der Kopplungsschleife 4e ist mit dem Hohlraum 2 verbunden und das andere Ende ist mit dem Kernleiter eines Koaxialverbinders (nicht dargestellt) verbunden.
Kopplungskonditionierungslöcher h2 und h4 sind in dem dielektrischen Dreifachmodenresonator gebildet, bewirkt durch den dielektrischen Kern 1b, bzw. dem dielektrischen Dreifachmodenresonator, bewirkt durch den dielektrischen Kern 1c. Wie es in 15 gezeigt ist, wird mit dem Kopp lungskonditionierungsloch h2 Energie von der TM01δ-(x-z)-Mode zu der TE01δ-y-Mode übertragen. Mit dem Kopplungskonditionierungsloch h4 wird Energie von der TE01δ-z-Mode zu der TE01δ-(x+y)-Mode übertragen. Dadurch bilden die dielektrischen Kerne 1b und 1c Resonatorschaltungen, in denen jeweils drei Stufenresonatoren longitudinal verbunden sind, und arbeiten als ein dielektrisches Filter, das acht Stufenresonatoren umfasst, (1 + 3 + 3 + 1), die als ein Ganzes longitudinal miteinander verbunden sind.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines weiteren dielektrischen Filters, das die oben beschriebene dielektrische Dreifachmodenresonatorvorrichtung umfasst, mit Bezugnahme auf 34 beschrieben. Bei dem in 33 gezeigten Beispiel sind die Kopplungsschleifen, die mit den jeweiligen Resonanzmoden gekoppelt sind, die durch benachbarte dielektrische Kerne bewirkt werden, vorgesehen. Jede dielektrische Resonatorvorrichtung kann jedoch für jeden dielektrischen Kern unabhängig vorgesehen sein. In 34 bezeichnen die Bezugszeichen 6a, 6b, 6c und 6d jeweils dielektrische Resonatorvorrichtungen. Diese entsprechen den Resonatoren, die durch die in 33 gezeigten jeweiligen dielektrischen Kerne bewirkt werden und sind voneinander getrennt. Die dielektrischen Resonatorvorrichtungen sind an Positionen angeordnet, die so entfernt wie möglich sind, so dass zwei Kopplungsschleifen, die für die jeweiligen dielektrischen Resonatorvorrichtungen vorgesehen sind, daran gehindert werden, einander zu stören. Die Bezugszeichen 4a, 4b1, 4b2, 4c1, 4c2, 4d1, 4d2 und 4e bezeichnen jeweilige Kopplungsschleifen. Ein Ende jeder der Kopplungsschleifen ist in dem Hohlraum geerdet, und das andere Ende ist mit dem Kernleiter eines Koaxialkabels durch Löten oder Abdichten verbunden. Der äußere Leiter des Koaxialkabels ist durch Löten oder dergleichen mit dem Hohlraum verbunden. Bezüglich des dielektrischen Resonators 6d sind die Figur, die die Kopplungsschleife 4d2 zeigt, und die Figur, die die Kopplungsschleife 4e zeigt, für eine einfache Darstellung getrennt vorgesehen.
Die Kopplungsschleifen 4a, 4b1 sind jeweils mit dem dielektrischen Kern 1a gekoppelt. Die Kopplungsschleife 4b2 ist mit der TM01δ-(x-z) des dielektrischen Kerns 1b gekoppelt. Die Kopplungsschleife 4c1 ist mit der TM01δ-(x+z) des dielektrischen Kerns 1b gekoppelt. Gleichartig dazu ist die Kopplungsschleife 4c2 mit der TM01δ-(x-z) des dielektrischen Kerns 1c gekoppelt. Die Kopplungsschleife 4d1 ist mit der TM01δ-(x+z) des dielektrischen Kerns 1c gekoppelt. Die Kopplungsschleifen 4d2 und 4e sind jeweils mit dem dielektrischen Kern 1d gekoppelt.
Folglich sind die Kopplungsschleifen 4b1 und 4b2 durch ein Koaxialkabel verbunden, die Kopplungsschleifen 4c1 und 4c2 sind durch ein Koaxialkabel verbunden und ferner sind die Kopplungsschleifen 4d1 und 4d2 durch ein Koaxialkabel verbunden und dadurch arbeiten alle dielektrischen Resonatorvorrichtungen als ein dielektrisches Filter, das die Resonatoren in acht Stufen (1 + 3 + 3 + 1) umfasst, die longitudinal miteinander verbunden sind, ähnlich zu denjenigen, die in 34 gezeigt sind.
Als Nächstes wird ein Beispiel der Konfiguration einer Übertragungsempfangschervorrichtung in 35 gezeigt. Hier sind ein Übertragungsfilter und ein Empfangsfilter Bandpassfilter, die jeweils das obige dielektrische Filter umfassen. Das Übertragungsfilter leitet die Frequenz eines Übertragungssignals und das Empfangsfilter leitet die Frequenz eines Empfangssignals. Die Verbindungsposition zwischen dem Ausgangstor des Übertragungsfilters und dem Eingangstor des Empfangsfilters ist derart, dass dieselbe die Beziehung präsentiert, dass die elektrische Länge zwischen dem Verbindungspunkt und der äquivalenten Kurzschlussebene des Resonators in der Endstufe des Übertragungsfilters eine ungerade Anzahl von Malen der 1/4 Wellenlänge der Welle mit einer Empfangssignalfrequenz ist, und die elektrische Länge zwischen dem oben beschriebenen Verbindungspunkt und der äquivalenten Kurzschlussebene des Resonators in der ersten Stufe des Empfangsfilters eine ungerade Anzahl von Malen der 1/4 Wellenlänge einer Wellenlänge mit einer Übertragungssignalfrequenz ist. Dadurch können das Übertragungssignal und das Empfangssignal sicher abgezweigt werden.
Wie es in der obigen Beschreibung zu sehen ist, können auf gleiche Weise durch Anordnen mehrerer dielektrischer Filter zwischen dem Tor für die Verwendung in gemeinsamen und in einzelnen Toren ein Diplexer oder ein Multiplexer gebildet werden.
36 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Kommunikationsvorrichtung zeigt, die die oben beschriebene Übertragungsempfangsschervorrichtung umfasst (Duplexer). Der Hochfrequenzabschnitt der Kommunikationsvorrichtung ist gebildet durch Verbinden einer Übertragungsschaltung mit dem Eingangstor eines Übertragungsfilters, Verbinden einer Empfangsschaltung mit dem Ausgang eines Empfangsfilters und Verbinden einer Antenne mit dem Eingangsausgangstor des Duplexers.
Ferner kann eine kleine Kommunikationsvorrichtung mit hoher Effizienz gebildet werden durch die Verwendung von Schaltungskomponenten, wie z. B. dem Duplexer, dem Multiplexer, dem Synthesizer, dem Verteiler, die jeweils oben beschrieben sind, und dergleichen, die aus den dielektrischen Mehrmodenresonatorvorrichtungen gebildet sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie es in der obigen Beschreibung zu sehen ist, können die dielektrische Resonatorvorrichtung, das dielektrische Filter, das zusammengesetzte dielektrische Filter, der Verteiler und die Kommunikationsvorrichtung, die dieselben enthält, gemäß der vorliegenden Erfindung, von denen jedes in einer Mehrmode arbeitet, in einer großen Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, beispielsweise bei Basisstationen eines Mobilkommunikationssystems.

Claims

Eine dielektrische Mehrmodenresonatorvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst: einen dielektrischen Kern (1), der im Wesentlichen eine Parallelepipedform aufweist, der im wesentlichen in der Mitte eines Hohlraums (2) angeordnet ist, der im Wesentlichen eine Parallelepipedform aufweist, wobei eine TM01δ-x-Mode, wo ein Magnetfeld in einer Ebene parallel zu der y-z-Ebene von rechtwinkligen x-, y-, z-Koordinaten gedreht wird, und eine TM01δ-y-Mode, wo ein Magnetfeld in einer Ebene parallel zu der x-z-Ebene gedreht wird, erzeugt werden; und Löcher (h0–h4) in dem dielektrischen Kern (1) zum Koppeln vorbestimmter Moden der jeweiligen Moden der dielektrischen Resonatorvorrichtung, so dass der Resonator ein Mehrstufenansprechverhalten aufweist.
Eine dielektrische Mehrmodenresonatorvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst: einen dielektrischen Kern (1), der im Wesentlichen eine Parallelepipedform aufweist, der im Wesentlichen in der Mitte eines Hohlraums (2) angeordnet ist, der im Wesentlichen eine Parallelepipedform aufweist, wobei eine TM01δ-x-Mode, wo ein Magnetfeld in einer Ebene parallel zu der y-z-Ebene von rechtwinkligen x-, y-, z-Koordinaten gedreht wird, eine TM01δ-y-Mode, wo ein Magnetfeld in einer Ebene parallel zu der x-z-Ebene gedreht wird, und eine TM01δ-z-Mode, wo ein Magnetfeld in einer Ebene parallel zu der x-y-Ebene gedreht wird, erzeugt werden; und Löcher (h0–h4) in dem dielektrischen Kern (1) zum Koppeln vorbestimmter Moden der jeweiligen Moden der dielektrischen Resonatorvorrichtung, so dass der Resonator ein Mehrstufenansprechverhalten aufweist.
Eine dielektrische Mehrmodenresonatorvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst: einen dielektrischen Kern (1), der im Wesentlichen eine Parallelepipedform aufweist, der im Wesentlichen in der Mitte eines Hohlraums (2) angeordnet ist, der im Wesentlichen eine Parallelepipedform aufweist, wobei eine TE01δ-x-Mode, wo ein elektrisches Feld in einer Ebene parallel zu der y-z-Ebene von rechtwinkligen x-, y-, z-Koordinaten gedreht ist, und eine TE01δ-y-Mode, wo ein elektrisches Feld in einer Ebene parallel zu der x-z-Ebene gedreht ist, erzeugt werden; und Löcher (h0–h4) in dem dielektrischen Kern (1) zum Koppeln vorbestimmter Moden der jeweiligen Moden der dielektrischen Resonatorvorrichtung, so dass der Resonator ein Mehrstufenansprechverhalten aufweist.
Eine dielektrische Mehrmodenresonatorvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen dielektrischen Kern (1), der im Wesentlichen eine Parallelepipedform aufweist, der im Wesentlichen in der Mitte eines Hohlraums (2) angeordnet ist, der im Wesentlichen eine Parallelepipedform aufweist, wobei eine TE01δ-x-Mode, wo ein elektrisches Feld in einer Ebene parallel zu der y-z-Ebene von rechtwinkligen x-, y-, z-Koordinaten gedreht wird, eine TE01δ-y-Mode, wo ein elektrisches Feld in einer Ebene parallel zu der x-z-Ebene gedreht wird, und eine TE01δ-z-Mode, wo ein elektrisches Feld in einer Ebene parallel zu der x-z-Ebene gedreht wird, erzeugt werden; und Löcher (h0–h4) in dem dielektrischen Kern (1) zum Koppeln vorbestimmter Moden der jeweiligen Moden der dielektrischen Resonatorvorrichtung, so dass der Resonator ein Mehrstufenansprechverhalten aufweist.
Eine dielektrische Mehrmodenresonatorvorrichtung, bei der die jeweiligen Moden, die in Anspruch 1 und Anspruch 2 definiert sind, und die jeweiligen Moden, die in Anspruch 3 oder 4 definiert sind, durch einen einzigen dielektrischen Kern (1) und einen Hohlraum (2) erzeugt werden.
Ein dielektrisches Filter, das eine dielektrische Resonatorvorrichtung, die in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert ist, und eine extern koppelnde Einrichtung (4a–4c) zum externen Koppeln mit einer vorbestimmten Mode der dielektrischen Resonatorvorrichtung umfasst.
Ein zusammengesetztes dielektrisches Filter, das die dielektrischen Filter umfasst, die jeweils in Anspruch 6 definiert sind, die zwischen einem oder mehreren Toren, die gemeinsam zu verwenden sind, und mehreren Toren, die einzeln zu verwenden sind, vorgesehen sind.
Ein Synthesizer, der die in einem der Ansprüche 1 bis 5 definierte dielektrische Resonatorvorrichtung, eine unabhängig extern koppelnde Einrichtung (4a–4c) zum externen Koppeln mit mehreren vorbestimmten Moden der dielektrischen Resonatorvorrichtung, jeweils unabhängig, und eine gemeinsam extern koppelnde Einrichtung (4d) zum externen Koppeln mit mehreren vorbestimmten Moden der dielektrischen Resonatorvorrichtung gemeinsam umfasst, wobei die gemeinsam extern koppelnde Einrichtung (4d) ein Ausgangstor ist, und die mehreren unabhängig extern koppelnden Einrichtungen (4a–4c) Eingangstore sind.
Ein Verteiler, der die in einem der Ansprüche 1 bis 5 definierte dielektrische Resonatorvorrichtung, eine unabhängig extern koppelnde Einrichtung (4a–4c) zum externen Koppeln mit mehreren vorbestimmten Moden der dielektrischen Resonatorvorrichtung, jeweils unabhängig, und eine gemeinsam extern koppelnde Einrichtung (4d) zum externen Koppeln mit mehreren vorbestimmten Moden der dielektrischen Resonatorvorrichtung gemeinsam umfasst, wobei die gemeinsam extern koppelnde Einrichtung (4d) ein Eingangstor ist, und die mehreren unabhängig extern koppelnden Einrichtungen (4a–4c) Ausgangstore sind.
Eine Kommunikationsvorrichtung, die das in Anspruch 7 definierte zusammengesetzte dielektrische Filter, den in Anspruch 8 definierten Synthesizer oder den in Anspruch 9 definierten Verteiler umfasst, die in einem Hochfrequenzabschnitt derselben vorgesehen sind.