JP2002151906A - 誘電体共振器 - Google Patents

誘電体共振器

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JP2002151906A
JP2002151906A JP2000347459A JP2000347459A JP2002151906A JP 2002151906 A JP2002151906 A JP 2002151906A JP 2000347459 A JP2000347459 A JP 2000347459A JP 2000347459 A JP2000347459 A JP 2000347459A JP 2002151906 A JP2002151906 A JP 2002151906A
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dielectric
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titanate
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Kazuo Minegishi
一夫 嶺岸
Kazuya Akiyama
和也 秋山
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体フィルタに用いた場合に、誘電体共振
器の数量を大幅に削減でき、該フィルタの小型化と低価
格化を実現できる誘電体共振器を提供すること。 【解決手段】 チタン酸ジルコニウム系化合物、チタン
酸バリウム系化合物、希土類チタン酸バリウム系化合
物、亜鉛タンタル酸バリウム系化合物、マグネシウムタ
ンタル酸バリウム系化合物、亜鉛ニオブ酸バリウム系化
合物、マグネシウムニオブ酸バリウム系化合物、チタン
酸カルシウム・マグネシウム系化合物のいずれかである
誘電体材料からなる略直方体形状の誘電体ブロック2の
稜部に斜平面2a及び/又は2bを設けることで、誘電
体ブロック2内のモードを結合させ、複数の共振周波数
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯等高
周波帯の無線通信装置に組み込まれるデュプレクサ、バ
ンドパスフィルタ等に使用される誘電体共振器に関し、
特に、1個の誘電体で複数の共振周波数が得られる誘電
体共振器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、誘電体共振器には、1個で1
つの共振周波数しか持たない単共振構成のものが用いら
れている。かかる誘電体共振器を用いてフィルタを構成
する場合には、フィルタとしての要求特性に応じ、遮断
導波管内に、例えば、円筒状や直方体状の誘電体を複数
個連続的に配置しなければならない。その結果、フィル
タ全体として大型になってしまうのを避けられなかっ
た。
【0003】このようなフィルタを小型化するための方
法の1つとして、当該複数の誘電体それぞれの比誘電率
を大きくすることが考えられるが、この方法にも限界が
存在する。即ち、一般的な誘電体共振器の共振周波数
は、誘電体の比誘電率と大きさに依存し、比誘電率が大
きいほど、共振器を小型化できるので、この誘電体共振
器を利用したフィルタを小型化するためには、誘電体の
比誘電率を上げるのが最も簡単な方法であるが、誘電体
フィルタで使われるような低損失な誘電体においては比
誘電率が大きいほど誘電損失が大きいという特徴を持つ
ため、挿入損失を小さく保ちながら小型化するには限界
がある。
【0004】一方、無線通信装置自体の小型化が要求さ
れるなか、従来より用いられている導波管型フィルタに
比べ、誘電体の円筒形TE01 δモード、または、直方形
TE 11 δモードの共振を利用する誘電体フィルタでは、
無負荷Qが高いことから小型化かつ低損失化が可能とな
る。しかしながら、これら誘電体の円筒形TE01 δモー
ド、または、直方形TE11 δモードの共振を利用する誘
電体フィルタでも、前述したように単共振の誘電体共振
器では、誘電体を複数個連続的に配置しなければならな
いので、小型化に対し限界があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の誘電体共振器で
は、前述したとおり、その共振器自体が単共振のもので
あれば、要求特性を満足させるのに複数個の共振器が必
要になる等の理由から、フィルタ等ないしは当該フィル
タ等を用いる無線通信装置の小型化に対し限界が生じて
くる。また、一般的な誘電体フィルタで使用される低損
失な誘電体共振器においては、誘電率が大きいほど誘電
損失が大きいという特徴があるため、挿入損失を小さく
保ちながら小型化を実現するのは困難である。更に、上
記低損失の誘電体共振器は、1個当たりの単価が高いこ
とから、フィルタとしての要求特性を満足するために、
誘電体共振器を連続的に配置する段数が増えれば、当
然、誘電体共振器の個数も増加し、フィルタ自体の単価
も高価なものにならざるを得なかった。
【0006】本発明は、上記のような課題に鑑みなされ
たものであり、その目的は、誘電体フィルタに用いた場
合に、誘電体共振器の数量を大幅に削減でき、該フィル
タの小型化と低価格化を実現できる誘電体共振器を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく種々検討を重ねたところ、従来の誘電体共振
器の利点を活かしつつ、これまで不要とされたモードを
帯域内に取り込み、誘電体ブロックの稜部に斜平面を設
けるだけで新たな共振を起こし、従来のような単共振で
はなく、複数共振を実現することができることを見出し
た。これにより、誘電体共振器の数量を大幅に削減で
き、フィルタの小型化と低価格化を実現することが可能
である。
【0008】即ち、その誘電体組成がチタン酸ジルコニ
ウム系化合物、チタン酸バリウム系化合物、希土類チタ
ン酸バリウム系化合物、亜鉛タンタル酸バリウム系化合
物、マグネシウムタンタル酸バリウム系化合物、亜鉛ニ
オブ酸バリウム系化合物、マグネシウムニオブ酸バリウ
ム系化合物、チタン酸カルシウム・マグネシウム系化合
物のいずれかである誘電体材料からなる略直方体形状の
誘電体ブロックの稜部の少なくとも一箇所に斜平面を設
けることで、当該誘電体ブロック内のモードを結合さ
せ、複数の共振周波数を得るようにした。
【0009】本発明によれば、これまで1共振に1個必
要だった誘電体共振器が1個で複数の共振周波数を得ら
れることで、その必要量を大幅に削減できた。これによ
り、フィルタ、さらにはフィルタが組み込まれる無線通
信装置をも小型化することができ、且つ、それらの低価
格化をも実現できる。
【0010】しかして、本発明の請求項1記載の誘電体
共振器では、1個の誘電体ブロックから成る誘電体共振
器において、前記誘電体ブロックは、複数の共振周波数
が得られる形状に構成されていることを特徴とする。
【0011】また、請求項2記載の誘電体共振器におい
ては、前記誘電体ブロックは、略直方体の誘電体ブロッ
クの稜部の少なくとも一部に斜平面を設けた形状に構成
されていることを特徴とする。
【0012】更に、請求項3記載の誘電体共振器におい
ては、前記誘電体ブロック稜部の一部に設ける斜平面
は、該稜部を構成する2面の各軸方向全長寸法の30%
以下の2点を結ぶ大きさで面取りすることにより構成さ
れることを特徴とする。
【0013】更にまた、請求項4記載の誘電体共振器に
おいては、前記誘電体ブロックは、チタン酸ジルコニウ
ム系化合物、チタン酸バリウム系化合物、希土類チタン
酸バリウム系化合物、亜鉛タンタル酸バリウム系化合
物、マグネシウムタンタル酸バリウム系化合物、亜鉛ニ
オブ酸バリウム系化合物、マグネシウムニオブ酸バリウ
ム系化合物、チタン酸カルシウム系化合物、チタン酸マ
グネシウム系化合物から成る群より選択されるいずれか
の組成を有することを特徴とする。
【0014】尚、請求項5記載の誘電体共振器において
は、該誘電体共振器は、誘電体材料の比誘電率が20〜
120であることを特徴とする。
【0015】以上の請求項1乃至5記載の誘電体共振器
を用いて、請求項6に記載のようにデュプレクサを、又
は請求項7に記載のようにバンドパスフィルタを構成し
ても良い。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態に係る誘電体共振器について説明する。図1
は、本発明の実施形態に係る、3共振周波数を持つ誘電
体共振器の加工前の誘電体ブロック状態の透過斜視図で
ある。
【0017】図1に示す誘電体ブロックは、チタン酸ジ
ルコニウム系化合物の組成をもつ誘電体材料を圧粉密度
4Mg・m-3以下になるように圧力103kg・m-2
度でプレスし、約1300℃にて焼結したものである。
なお、本実施形態においては、誘電体ブロックの形状を
略直方体形状(□22〜23、□19〜22)とし、対
象共振周波数は2GHz帯、使用した誘電体材料の比誘
電率は、ε=38程度のものとした。
【0018】次に、1個の誘電体ブロック1から3共振
周波数を得るための方法について述べる。図2は、1個
の誘電体部ブロックで3つの共振周波数を得るために、
稜部を構成する2面の軸方向寸法の20%以下(今回は
5mm以下程度)の点を結ぶ大きさでC面取りし斜平面
を設ける加工を施した後の誘電体ブロック2の透過斜視
図である。図2に示す例では、略直方体形状の誘電体ブ
ロック2の稜部、ここではy軸に平行となる部分に斜平
面2aを有すると共に、誘電体ブロック2のz軸に平行
となる部分に斜平面2bを有している。尚、図中では、
x−y−z軸が誘電体ブロック2とは別に表示されてい
るが、これらx、y、z軸は、それぞれ、元の略直方体
形状の誘電体ブロック1(図1参照)の各2面と直交す
る関係にある。
【0019】さて、1個の誘電体部ブロック2から3つ
の共振周波数を得るには、以下に示す特性を加工上活か
す必要がある。即ち、まず、x−y−z軸の直交座標系
において、z軸方向がTE波の伝搬方向となるように電
磁界を励起する。この時、電界が誘電体と空気の境界面
で180°転回反射し、これが繰り返され、ある周波数
において図3(a)、(b)に示した矩形TE11 δモー
ドの共振を起こす。しかし、図2に示すように、誘電体
ブロックの稜部、ここではy軸に平行となる部分に斜平
面2aを有する場合には、斜平面2a上で、電界の接線
成分(y軸上成分)は90°方向に反射し、x軸方向に
伝搬する。すなわち、伝搬方向zのy成分は、斜平面2
aにおいて反射し伝搬方向x軸のy成分となる。このx
軸方向に生じた電波も、z軸方向と同様に共振器と空気
の境界面にて反射を繰り返し、共振が励起される。
【0020】同様の原理にて、誘電体ブロック1のz軸
に平行となる部分に斜平面2bを有すればy軸方向の共
振が励起されることになり、前述した共振等と合わせれ
ば複数の共振が励起されたことになる。
【0021】共振器内の電磁界の様子を図4に示す。共
振器内の実際の電磁界は、3方向の成分が同時に存在す
ることから相互干渉により、ある程度縮退はするが、z
軸方向の共振周波数、x軸方向の共振周波数、y軸方向
の共振周波数の3つの共振周波数を得ることができた。
【0022】上述したように、1個の誘電体ブロック2
から3つの共振周波数を得るには、必要に応じ稜部に斜
平面2aや2bを設けねばならないが、その大きさによ
り各共振における結合度が変化し、得られる共振周波数
に影響を及ぼす。結合度が高くなるに従い共振周波数間
隔が広くなり、また、誘電体共振器の体積が小さくなる
ことから、その共振周波数も高周波側へシフトすること
になる。
【0023】即ち、本発明の誘電体共振器では、誘電体
材料の組成の選定とそのプレス、焼結条件等で、必要と
される大きさや、必要とされる周波数帯を簡単に得られ
る他、1個の誘電体ブロックで3つの共振周波数が得ら
れると共に、その誘電体ブロックの稜部に設けられた斜
平面の大きさにより、各周波数間の帯域を広くすること
もできる。
【0024】以上、本発明を種々の実施形態に関して述
べたが、本発明は以上の実施形態に限られるものではな
く、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の
実施形態についても適用されるのは勿論である。
【0025】例えば、上述した実施形態では、1個の略
直方体形状の誘電体ブロック2の2つの稜部に斜平面2
a、2bをそれぞれ設けたが、1個の誘電体ブロックの
稜部に少なくとも1箇所以上の斜平面を設ければ良い。
また、この斜平面は、該稜部を構成する2面の各軸方向
全長寸法の30%以下の2点を結ぶ大きさで面取りする
ことにより構成することができる。
【0026】また、上述した実施形態では、誘電体ブロ
ック2をチタン酸ジルコニウム系化合物の組成をもつ材
料により構成したが、誘電体ブロックの材料としては、
チタン酸バリウム系化合物、希土類チタン酸バリウム系
化合物、亜鉛タンタル酸バリウム系化合物、マグネシウ
ムタンタル酸バリウム系化合物、亜鉛ニオブ酸バリウム
系化合物、マグネシウムニオブ酸バリウム系化合物、チ
タン酸カルシウム系化合物、チタン酸マグネシウム系化
合物等を用いることもできる。
【0027】更に、上述した実施形態では、誘電体ブロ
ック2をチタン酸ジルコニウム系化合物の組成をもつ材
料により構成したので、誘電体材料の比誘電率はε=3
8程度のものを用いることとなったが、誘電体ブロック
には、比誘電率が20〜120の範囲内の誘電体材料を
用いることが可能である。
【0028】
【発明の効果】以上、本発明によれば、1個の誘電体ブ
ロックの稜部に少なくとも1箇所以上の斜平面を設ける
ことにより、複数の共振周波数が得られ、従来例のよう
な単共振の共振器を複数個、連段で並べて使用するフィ
ルタに比べ、共振器の数量を減らすことが可能となる。
【0029】従って、本発明の誘電体共振器を用いてデ
ュプレクサ、バンドパスフィルタ等を構成すれば、かか
るデュプレクサやバンドパスフィルタ等、更には、これ
らフィルタ等が組み込まれる無線通信装置の小型化、軽
量化、低価格化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る、3共振周波数を持つ
誘電体共振器の加工前の誘電体ブロック状態の透過斜視
図である。
【図2】本発明の実施形態に係る、3共振を有する誘電
体共振器の透過斜視図である。
【図3】矩形TE11 δモードの共振を説明するための図
であり、(a)は、電界の作用する方向、(b)は、磁
界の作用する方向、をそれぞれ示す。
【図4】共振器内の電磁界の様子と共振器1つで3つの
共振が次々と励起される原理を説明するための図であ
り、(a)は、z方向の共振がフィルタの1段目、
(b)は、x方向が2段目、(c)は、y方向が3段
目、であることをそれぞれ示す。
【符号の説明】
1 (加工前の)誘電体ブロック 2 (加工後の)誘電体ブロック 2a (誘電体ブロックの)斜平面 2b (誘電体ブロックの)斜平面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C04B 35/48 H01P 1/208 A H01P 1/208 7/10 7/10 H01B 3/12 304 // H01B 3/12 304 312 312 313Z 313 C04B 35/00 J Fターム(参考) 4G030 AA07 AA08 AA10 AA11 AA16 AA17 AA20 AA21 AA32 BA09 4G031 AA03 AA04 AA06 AA07 AA11 AA12 AA14 AA15 AA26 BA09 5G303 AA02 AB20 BA01 CA01 CB03 CB06 CB17 CB21 CB33 CB35 CB38 CB39 5J006 HC03 HC14 JA01 LA21 NE14

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1個の誘電体ブロックから成る誘電体共
    振器において、前記誘電体ブロックは、複数の共振周波
    数が得られる形状に構成されていることを特徴とする誘
    電体共振器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の誘電体共振器において、
    前記誘電体ブロックは、略直方体の誘電体ブロックの稜
    部の少なくとも一部に斜平面を設けた形状に構成されて
    いることを特徴とする誘電体共振器。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の誘電体共振器において、
    前記誘電体ブロック稜部の一部に設ける斜平面は、該稜
    部を構成する2面の各軸方向全長寸法の30%以下の2
    点を結ぶ大きさで面取りすることにより構成されること
    を特徴とする誘電体共振器。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の誘電体共振器において、
    前記誘電体ブロックは、チタン酸ジルコニウム系化合
    物、チタン酸バリウム系化合物、希土類チタン酸バリウ
    ム系化合物、亜鉛タンタル酸バリウム系化合物、マグネ
    シウムタンタル酸バリウム系化合物、亜鉛ニオブ酸バリ
    ウム系化合物、マグネシウムニオブ酸バリウム系化合
    物、チタン酸カルシウム系化合物、チタン酸マグネシウ
    ム系化合物から成る群より選択されるいずれかの組成を
    有することを特徴とする誘電体共振器。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の誘電体共振器において、
    該誘電体共振器は、誘電体材料の比誘電率が20〜12
    0であることを特徴とする誘電体共振器。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5記載の誘電体共振器を用
    いたことを特徴とするデュプレクサ。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至5記載の誘電体共振器を用
    いたことを特徴とするバンドパスフィルタ。
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