JP2005159597A - Resonator apparatus, filter, duplexer, and communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数の共振モードを多重化した共振器装置、フィルタ、デュプレクサおよびそれらを備えた通信装置に関するものである。 The present invention relates to a resonator device in which a plurality of resonance modes are multiplexed, a filter, a duplexer, and a communication device including them.
従来、マイクロ波帯において比較的大電力を扱う共振器装置として、空胴共振器や半同軸共振器が用いられていた。半同軸共振器はQが比較的高く、空胴共振器に比べて小型になるので、フィルタなどを構成する際の小型化に有効であった。 Conventionally, cavity resonators and semi-coaxial resonators have been used as resonator devices that handle relatively high power in the microwave band. Since the semi-coaxial resonator has a relatively high Q and is smaller than the cavity resonator, it is effective for downsizing when a filter or the like is formed.
また、本願の出願人は、導電性を有するキャビティ内に誘電体コアと中心導体を設けて共振モードを多重化した共振器装置について出願している(特許文献1参照)。
ところが、例えば携帯電話などの、セルラー方式の移動体通信システムにおいては、マイクロセル化に伴って、基地局に設けるフィルタには益々小型化が要求されるようになっている。 However, in a cellular mobile communication system such as a mobile phone, for example, a filter provided in a base station is increasingly required to be miniaturized as a result of the microcellization.
特許文献1に開示した装置は、上記半同軸共振器や空胴共振器だけを用いたものに比べて、共振器を多段化する場合にフィルタ全体のサイズを小型化できるという優れた特徴を備えている。
The device disclosed in
この発明の目的は、特許文献1に示した複数の共振モードの多重化による共振器装置とは異なった複数の共振モードを多重化して、容易に小型化できるようにした共振器、フィルタ、デュプレクサおよびそれらを用いた通信装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a resonator, a filter, and a duplexer that can be easily miniaturized by multiplexing a plurality of resonance modes different from the resonator device based on multiplexing of a plurality of resonance modes shown in
この発明の共振器装置は、略平行に対向する第1・第2の二つの端面間を貫通する貫通孔を有して筒状を成す誘電体コアと、導電性を有して前記誘電体コアを収容するキャビティとを備え、誘電体コアの第1の端面をキャビティの内面に接するようにし、誘電体コアの貫通孔の内径が第1の端面側より第2の端面側を大きくなるようにしたことを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a resonator device having a cylindrical dielectric core having a through-hole penetrating between two first and second end faces facing substantially parallel to each other, and a conductive dielectric core. A cavity for accommodating the core, the first end surface of the dielectric core is in contact with the inner surface of the cavity, and the inner diameter of the through hole of the dielectric core is larger on the second end surface side than on the first end surface side. It is characterized by that.
また、この発明の共振器装置は、略平行に対向する第1・第2の二つの端面間を貫通する貫通孔を有して筒状を成す誘電体コアと、導電性を有して前記誘電体コアを収容するキャビティとを備え、誘電体コアの第1の端面をキャビティの内面に接するようにし、誘電体コアの外径が第1の端面側より第2の端面側で大きくなるようにしたことを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a resonator device having a cylindrical dielectric core having a through-hole penetrating between two first and second end faces opposed substantially in parallel, and having conductivity. A cavity for accommodating the dielectric core, the first end surface of the dielectric core is in contact with the inner surface of the cavity, and the outer diameter of the dielectric core is larger on the second end surface side than on the first end surface side. It is characterized by that.
また、この発明の共振器装置は、略平行に対向する第1・第2の二つの端面間を貫通する貫通孔を有して筒状を成す誘電体コアと、導電性を有して前記誘電体コアを収容するキャビティとを備え、誘電体コアの第1の端面をキャビティの内面に接するようにし、誘電体コアの貫通孔の内径が誘電体コアの貫通孔の貫通方向でのキャビティの略中央部で第1の端面側より小さくなるようにしたことを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a resonator device having a cylindrical dielectric core having a through-hole penetrating between two first and second end faces opposed substantially in parallel, and having conductivity. A cavity for accommodating the dielectric core, the first end surface of the dielectric core is in contact with the inner surface of the cavity, and the inner diameter of the through hole of the dielectric core is in the penetration direction of the through hole of the dielectric core. It is characterized in that it is smaller than the first end face side at a substantially central portion.
また、この発明の共振器装置は、略平行に対向する第1・第2の二つの端面間を貫通する貫通孔を有して筒状を成す誘電体コアと、導電性を有して前記誘電体コアを収容するキャビティとを備え、誘電体コアの第1の端面をキャビティの内面に接するようにし、誘電体コアの外径が誘電体コアの貫通孔の貫通方向でのキャビティの略中央部で第1の端面側より大きくなるようにしたことを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a resonator device having a cylindrical dielectric core having a through-hole penetrating between two first and second end faces opposed substantially in parallel, and having conductivity. A cavity that accommodates the dielectric core, the first end surface of the dielectric core being in contact with the inner surface of the cavity, and the outer diameter of the dielectric core being substantially the center of the cavity in the through direction of the through hole of the dielectric core It is characterized in that the portion is larger than the first end face side.
また、この発明の共振器装置は、前記キャビティと前記誘電体コアとによって、誘電体コアの貫通孔の貫通方向をz軸にとり、該z軸に直交し且つ互いに直交する2つの軸をx軸とy軸にとり、(x+y)軸に直交する面内に電界ベクトルが回るTE01δx+yモードと、(x−y)軸に直交する面内に電界ベクトルが回るTE01δx−yモードと、z軸に直交する面内に電界ベクトルが回るTE01δzモードとを発生させ、誘電体コアのTE01δx+yモードまたはTE01δx−yモードの主たる電界ベクトルが回る領域とTE01δzモードの主たる電界ベクトルが回る領域の重なる位置に誘電体コアの非対称部を設けて、TE01δx+yモードまたはTE01δx−yモードとTE01δzモードとを結合させたことを特徴としている。 In the resonator device according to the present invention, the cavity and the dielectric core may be configured so that the through-hole direction of the through hole of the dielectric core is taken as the z-axis, and two axes perpendicular to the z-axis and perpendicular to each other are taken as the x-axis. And the TE01δx + y mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the (x + y) axis, the TE01δx-y mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the (xy) axis, and the z axis The TE01δz mode in which the electric field vector rotates in the plane is generated, and the region of the dielectric core where the main electric field vector of the TE01δx + y mode or TE01δx-y mode rotates and the region where the main electric field vector of the TE01δz mode rotates overlaps the dielectric core. An asymmetric part is provided to combine the TE01δx + y mode or the TE01δx-y mode with the TE01δz mode. There.
また、この発明の共振器装置は、少なくとも一端が前記キャビティに導通し、且つ前記誘電体コアの貫通孔に挿通された棒状の中心導体を前記キャビティ内に備えたことを特徴としている。 The resonator device according to the present invention is characterized in that at least one end is connected to the cavity, and a rod-shaped central conductor inserted into the through hole of the dielectric core is provided in the cavity.
また、この発明の共振器装置は、前記キャビティと前記誘電体コアとによって、誘電体コアの貫通孔の貫通方向をz軸にとり、該z軸に直交し且つ互いに直交する2つの軸をx軸とy軸にとり、(x+y)軸に直交する面内に電界ベクトルが回るTE01δx+yモードと、(x−y)軸に直交する面内に電界ベクトルが回るTE01δx−yモードと、z軸に直交する面内に電界ベクトルが回るTE01δzモードとを発生させ、前記キャビティと前記中心導体とによって準TEMモードを発生させ、誘電体コアのTE01δx+yモードまたはTE01δx−yモードの主たる電界ベクトルが回る面方向に準TEMモードの主たる電界ベクトルの強度分布を偏位させるようにキャビティに対する中心導体の位置、誘電体コアの位置、または誘電体コアの形状を定めて、TE01δx+yモードまたはTE01δx−yモードと準TEMモードとを結合させたことを特徴としている。 In the resonator device according to the present invention, the cavity and the dielectric core may be configured so that the through-hole direction of the through hole of the dielectric core is taken as the z-axis, and two axes perpendicular to the z-axis and perpendicular to each other are taken as the x-axis. And the TE01δx + y mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the (x + y) axis, the TE01δx-y mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the (xy) axis, and the z axis A TE01δz mode in which an electric field vector rotates in a plane is generated, and a quasi-TEM mode is generated by the cavity and the central conductor. The position of the center conductor relative to the cavity, the position of the dielectric core, or induction so as to deviate the intensity distribution of the main electric field vector in the TEM mode. The shape of the electric core is determined, and the TE01δx + y mode or the TE01δx-y mode is combined with the quasi-TEM mode.
また、この発明のフィルタは、上記のいずれかに記載の共振器装置と、該共振器装置に結合する外部結合手段とを備えたことを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a filter comprising: the resonator device according to any one of the above, and an external coupling unit coupled to the resonator device.
また、この発明のデュプレクサは、上記フィルタを2組設け、第1のフィルタの一方の入出力ポートを送信信号入力ポートとし、第2のフィルタの一方の入出力ポートを受信信号出力ポートとし、第1と第2のフィルタの他方の入出力ポートを共用のアンテナポートとしたことを特徴としている。 The duplexer of the present invention is provided with two sets of the filters, one input / output port of the first filter as a transmission signal input port, one input / output port of the second filter as a reception signal output port, The other input / output port of the first and second filters is a shared antenna port.
また、この発明の通信装置は、上記フィルタまたはデュプレクサを設けて構成したことを特徴としている。 In addition, a communication apparatus according to the present invention is characterized by being provided with the filter or the duplexer.
この発明によれば、1つのキャビティ内に共振器装置を多重化することができ、所定の段数を要する共振器装置、その共振器装置を備えたフィルタまたはデュプレクサを構成する際に全体の小型化が図れる。 According to the present invention, it is possible to multiplex a resonator device in one cavity, and to reduce the overall size when configuring a resonator device that requires a predetermined number of stages and a filter or duplexer including the resonator device. Can be planned.
また、この発明によれば、誘電体コアは、その誘電体コアの直交する3つの面に電界が回る3重化されたTEモード共振器として作用するので、キャビティの寸法を小さくして共振器装置を小型化できる。さらに、誘電体コア内に共振エネルギーが集中するため、キャビティ等による導体損失が低減でき、Qの高い共振器装置、低挿入損失のフィルタ・デュプレクサを構成できる。 In addition, according to the present invention, the dielectric core acts as a triple TE mode resonator in which an electric field rotates on three orthogonal surfaces of the dielectric core. The device can be miniaturized. Furthermore, since the resonance energy is concentrated in the dielectric core, the conductor loss due to the cavity or the like can be reduced, and a resonator device with a high Q and a filter / duplexer with a low insertion loss can be configured.
また、この発明によれば、キャビティ内に中心導体を誘電体コアとともに設けることによって1つのキャビティ内に4つの共振器を構成することになるため、さらに小型化を図ることができる。 Further, according to the present invention, since the four conductors are formed in one cavity by providing the central conductor together with the dielectric core in the cavity, the size can be further reduced.
また、この発明によれば、小型且つ低挿入損失のフィルタまたはデュプレクサを用いたことにより、全体に小型で低損失・高利得な通信装置を容易に構成することができる。 Further, according to the present invention, a small, low-loss and high-gain communication device can be easily configured as a whole by using a small and low insertion loss filter or duplexer.
第1の実施形態に係る共振器装置の構成を図1〜図3を参照して説明する。図1は共振器装置の斜視図である。この共振器装置はキャビティ1と誘電体コア3とによって構成している。キャビティ1は略直方体(六面体)形状をなしている。但し、ここではキャビティの内面の立体形状をフレームで表している。誘電体コア3はキャビティ1の内底面の略中央に配置している。
The configuration of the resonator device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of a resonator device. This resonator device is constituted by a
図2は図1に示した共振器装置のキャビティ1および誘電体コア3の中央部を通る縦断面図である。
誘電体コア3は図における第1の端面(この第1の端面は、図示した向きで底面であるので、以下「底面」という。)と、第2の端面(図示した向きで上面であるので、以下「上面」という。)の2つの端面間を貫通する貫通孔2を有していて、全体に筒状を成している。キャビティ1は導電性を有する金属体からなり、その内壁面が直方体形状(六面体形状)を成している。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view passing through the
The
図2に示すように、貫通孔2の内径は、底面側Saの内径IDaを上面側Sbの内径IDbよりも大きくしている。誘電体コア3の第1面はキャビティ1の内底面の中央に接していて、誘電体コア3の上面側Sbがキャビティ1の高さ方向の略中央に位置するように構成している。
As shown in FIG. 2, the inner diameter of the
この誘電体コアは、使用周波数帯域に応じて比誘電率εr=20〜130程度の任意の誘電体材料によって作成する。具体的には、チタン酸ジルコニウム−チタン酸錫系化合物、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、アルミニウム酸希土類−チタン酸カルシウム系化合物、チタン酸マグネシウムーチタン酸カルシウム系化合物などが用いられる。 This dielectric core is made of an arbitrary dielectric material having a relative dielectric constant εr of about 20 to 130 according to the frequency band used. Specifically, zirconium titanate-tin titanate compound, barium titanate compound, zinc barium tantalate compound, magnesium barium tantalate compound, rare earth aluminate-calcium titanate compound, magnesium titanate-titanium Acid calcium compounds are used.
図3はこの共振器で利用する3つの共振モードについて示している。ここで実線の矢印は電界ベクトル、破線の矢印は磁界ベクトルを表している。誘電体コア3の貫通孔2の貫通方向をz軸とし、z軸に直交し且つ互いに直交する2つの軸をx軸とy軸としている。さらにこの例では、キャビティ1の2つの面に沿った方向にx軸とy軸をとっている。但し、ここで示す3つの共振モードのいずれもキャビティ1の形状には殆ど依存しないので、上記x軸とy軸をキャビティ1の2つの面に沿った方向にとる必要はない。また、キャビティ1が六面体形状である必要もない。
FIG. 3 shows three resonance modes used in this resonator. Here, solid arrows indicate electric field vectors, and broken arrows indicate magnetic field vectors. The penetration direction of the through
図3の(A)は(x+y)軸方向に直交する面内に電界ベクトルが回る共振モードについて示している。ここでキャビティ1の底面は電気壁として作用する。この共振モードを、電界ベクトルが回るループの中心から半径方向の電界分布の山の数をr、回転方向の電界分布の山の数をθ、電界ベクトルが回る面に垂直な方向の電界分布の山の数をh、電界ベクトルが回る面に垂直な方向の座標軸をcで表したとき、TEθrhcモードと呼称するものとすると、TE01δx+yモードということができる。すなわちx+y軸に垂直な面で考えたとき、回転方向には電界分布の山が生じず、半径方向に電界分布の山が1つ生じ、その面に垂直な方向には1に満たない電界分布の山が生じている。(この1未満の値をδで表す)。以下、このTE01δx+yモードを単にTEx+yモードいう。
FIG. 3A shows a resonance mode in which an electric field vector turns in a plane orthogonal to the (x + y) axis direction. Here, the bottom surface of the
図3の(B)は(x−y)軸方向に直交する面内に電界ベクトルが回る共振モードについて示している。この場合もキャビティ1の底面は電気壁として作用する。この共振モードはTE01δx−yモードということができる。以下、このTE01δx−yモードを単にTEx−yモードいう。
また図3の(C)はz軸に直交する面内に電界ベクトルが回る共振モードである。したがって、この共振モードはTE01δzモードということができる。以下、このTE01δzモードを単にTEzモードいう。
FIG. 3B shows a resonance mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the (xy) axis direction. Also in this case, the bottom surface of the
FIG. 3C shows a resonance mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the z axis. Therefore, this resonance mode can be called a TE01δz mode. Hereinafter, this TE01δz mode is simply referred to as a TEz mode.
図3に示したように、TEzモードの電磁界エネルギーはキャビティ1のz軸方向の中央部すなわちキャビティ1の内底面から離れた誘電体コア3の上部に集中する。これに対し、TEx+yモードとTEx−yモードは、それらの電界ベクトルのループ面が誘電体コア3を斜め方向に傾いているため、TEzモードに比べて電界ベクトルが描くループが大きい。そのため、誘電体コア3の内径および外径がz軸方向に一定(単調)であれば、TEzモードの共振周波数はTEx+yモードおよびTEx−yモードより高くなる。そこで、誘電体コア3の底面側より上面側の内径を小さくしてTEx+yモードおよびTEx−yモードの共振周波数を相対的に上昇させている。
As shown in FIG. 3, the electromagnetic field energy in the TEz mode is concentrated on the center portion of the
この第1の実施形態では、誘電体コア3としてz軸またはz軸に平行な軸を対称軸とする回転対称形としたので、TEx+yモードとTEx−yモードの向き(それらの電界ベクトルのループ面の方向)は無数の方向に採ることができる。しかし、実際にはこのTEx+yモードとTEx−yモードとを利用する外部結合手段の位置によって、それらの向きは定まる。すなわち外部結合手段と結合する位置に電磁界が分布するようにTEx+yモードとTEx−yモードが生じることになる。
このようにして3重モードの共振器として作用する共振器装置が得られる。
In the first embodiment, since the
In this way, a resonator device acting as a triple mode resonator is obtained.
次に第2の実施形態に係る共振器装置について図4〜図6を参照して説明する。
図4の(A),(C)はこの共振器装置の斜視図、(B),(D)はその上面図である。図1・図2に示した第1の実施形態に係る共振器装置と異なり、この第2の実施形態では誘電体コア3の底面側Saより上面側Sbの外径を大きくしている。貫通孔2の内径については第1の実施形態の場合と同様である。このように、誘電体コア3の底面側Saより上面側Sbの外径を大きくすることによって、TEzモードの共振周波数を相対的に低下させ、TEx+yモードおよびTEx−yモードの共振周波数と略同一の共振周波数を得ている。
Next, a resonator device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.
4A and 4C are perspective views of the resonator device, and FIGS. 4B and 4D are top views thereof. Unlike the resonator device according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, in the second embodiment, the outer diameter of the upper surface side Sb is larger than the lower surface side Sa of the
図4に示すように、誘電体コア3の上面側Sbの側面の一部にはz軸方向に延びる溝状の切欠部6を形成している。この切欠部6は(x+y)軸およびz軸を含む平面に沿ってz軸方向に延びるように形成している。
図4の(E)はTEzモードとTEx+yモードの結合モードである偶モードと奇モードの電界ベクトルについて示している。ここで、Eeは偶モードの電界ベクトル、Eoは奇モードの電界ベクトルを示している。上記切欠部6は偶モードの電界ループ途中には殆ど入らず、奇モードの電界ループ途中に入る。そのため、偶モードと奇モードの共振周波数に差が生じて、TEzモードとTEx+yモードとが結合することになる。
As shown in FIG. 4, a groove-shaped
FIG. 4E shows the electric field vectors of the even mode and the odd mode, which are coupled modes of the TEz mode and the TEx + y mode. Here, Ee represents an even-mode electric field vector, and Eo represents an odd-mode electric field vector. The
図5は上記溝状に延びる切欠部6の長さと、上記2つのモード(TEzモードとTEx+yモード)の結合係数との関係を示している。図4に示した例では誘電体コア3の上面側Sbの全長にわたって切欠部6を形成しているが、切欠部6の誘電体コア3の上面からの長さを変化させた場合、その長さを長くする程、TEzモードとTEx+yモードとの結合係数を高めることができる。
FIG. 5 shows the relationship between the length of the
図6はTEzモードとTEx+yモードとの結合を図る他の例を示している。
いずれも共振器装置の上面図である。(A)では、(x+y)軸とz軸を含む平面内でz軸方向に延びる結合用孔5を誘電体コア3に形成している。(B)の例では、図4に示した切欠部6の形状を平面状にしたものである。すなわち誘電体コア3の側面の一部を面取りしたような形状にしている。このような切欠部または結合用孔を設けても同様の作用でTEzモードとTEx+yモードとを結合させることができる。
FIG. 6 shows another example in which the coupling between the TEz mode and the TEx + y mode is attempted.
Both are top views of the resonator device. In (A), a
図7および図8は第3の実施形態に係る共振器装置について示している。第1・第2の実施形態では、誘電体コア3に設けた貫通孔2の内径を底面側Saと上面側Sbとでステップ状に変化させたが、これを図7の(A)に示すように、z軸の位置に応じて内径を次第に変化させたテーパ形状にしてもよい。また、誘電体コア3は円筒形状に限らず、図7の(B)に示すように、たとえば外径が直方体形状で、内部にz軸方向に延びる貫通孔2を有する角筒形状としてもよい。
7 and 8 show a resonator device according to the third embodiment. In the first and second embodiments, the inner diameter of the through
また、図1・図2に示した例では誘電体コア3の貫通孔2の内径を底面Sa側と上面Sb側の2つの領域でその内径を変えるようにしたが、たとえば図8の(A)に示すように誘電体コア3を底面側Sa、上面側Sbおよびz軸方向(誘電体コアの貫通孔の貫通方向)でのキャビティの略中央部Scの3つの領域で構成し、貫通孔2の中央部Scの内径IDcを底面側Saの内径IDaより小さく構成してもよい。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the inner diameter of the through-
同様に、図8の(B)に示すように、誘電体コア3を底面側Sa、上面側Sbおよびz軸方向でのキャビティの略中央部Scの3つの領域で構成し、中央部Scの外径ODcを底面側Saの外径ODaより大きく形成してもよい。
Similarly, as shown in FIG. 8B, the
次に第4の実施形態に係る共振器装置について図9〜図11を参照して説明する。
図9は共振器装置の斜視図、図10は図9に示した共振器装置の縦断面図である。この共振器装置はキャビティ1と、キャビティ1の内底面の中央に取り付けた中心導体4と、誘電体コア3とによって構成している。キャビティ1は略直方体(六面体)形状をなしている。但し、ここではキャビティの内面の立体形状をフレームで表している。誘電体コア3はキャビティ1の内底面の中央に配置し、その貫通孔2に中心導体4を挿通させている。この例では誘電体コア3の貫通孔2と中心導体4とを同軸上に配置している。
Next, a resonator device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
9 is a perspective view of the resonator device, and FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the resonator device shown in FIG. The resonator device includes a
図10に示すように、誘電体コア3の底面側Saの内径IDaは上面側Sbの内径IDbより大きくし、底面側Saの外径ODaは上面側Sbの外径ODbより小さくしている。
As shown in FIG. 10, the inner diameter IDa of the bottom surface Sa of the
図11はこの共振器装置で用いる4つの共振モードについて示している。実線の矢印は電界ベクトル、破線の矢印は磁界ベクトルをそれぞれ模式的に表している。(A)は(x+y)方向に直交する面内に電界ベクトルが回るTEx+yモード、(B)は(x−y)方向に直交する面内に電界ベクトルが回るTEx−yモードについて示している。また(C)はz軸に直交する面内に電界ベクトルが回るTEzモードについて示している。これら3つの共振モードは第1〜第3の実施形態の場合と同様である。図11の(D)は主として中心導体4とキャビティ1とによる半同軸共振器のモード(以下、準TEMモードという)について示している。
FIG. 11 shows four resonance modes used in this resonator device. A solid line arrow schematically represents an electric field vector, and a broken line arrow schematically represents a magnetic field vector. (A) shows a TEx + y mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the (x + y) direction, and (B) shows a TEx-y mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the (xy) direction. (C) shows a TEz mode in which the electric field vector rotates in a plane orthogonal to the z-axis. These three resonance modes are the same as those in the first to third embodiments. FIG. 11D mainly shows a mode of a semi-coaxial resonator including the
この準TEMモードは、中心導体からキャビティの内壁面への放射方向に電界ベクトルが向き、中心導体を中心としてその周回方向に磁界ベクトルがループを描く。通常の半同軸共振器とは異なり、誘電体コア3が装荷された準TEMモードである。
なお、この例では中心導体4の頂部を開放しているが、その両端をキャビティ1の内面に短絡してもよい。また、中心導体4はキャビティ1とは別体として、これをキャビティ1にネジ留めまたは半田付け等で固定してもよい。また、この中心導体4もキャビティ1と同様に、金属材料の鋳造または切削加工により構成するか、セラミックや樹脂の表面に導体膜を形成することによって構成してもよい。
In this quasi-TEM mode, the electric field vector is directed in the radial direction from the central conductor to the inner wall surface of the cavity, and the magnetic field vector draws a loop in the circulation direction around the central conductor. Unlike a normal semi-coaxial resonator, this is a quasi-TEM mode in which a
In this example, the top of the
次に第5の実施形態に係る共振器装置について、図12〜図14を参照して説明する。
図12はTEx+yモードと準TEMモードとを結合させる場合の構造について示している。(A),(C)は共振器装置の斜視図、(B),(D)はその上面図である。この例では中心導体4を誘電体コア3のz軸方向を向く中心軸よりy−x方向に偏位させている。そのため準TEMモードの主たる電界ベクトルの強度分布がy−x方向に偏位する。この偏位方向はTEx+yモードの誘電体コア3の上面側での電界ベクトルの向きと一致しているので両モードの電界エネルギーの授受が行われ、両モードが結合することになる。
Next, a resonator device according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 12 shows a structure when the TEx + y mode and the quasi-TEM mode are coupled. (A) and (C) are perspective views of the resonator device, and (B) and (D) are top views thereof. In this example, the
図13は上記中心導体4の偏位量に対するTEx+yモードと準TEMモードとの結合係数との関係を示している。このように中心導体4の偏位量を大きくする程、両モードの結合係数は増すので、所望の結合係数が得られるように中心導体4をキャビティ1内で偏位させればよい。
FIG. 13 shows the relationship between the Tex + y mode and the quasi-TEM mode coupling coefficient with respect to the deviation amount of the
図14は上記2つの共振モード同士を結合させるための他の構造について示している。(A)の例では誘電体コア3に設ける貫通孔2の中心を誘電体コア3の中心より偏位させている。この形状により、中心導体4の周囲に存在する誘電体コア3の誘電体部分の分布を偏位させて、準TEMモードの電界分布を所定の向きに(この例ではx−y方向)偏位させ、TEx+yモードと結合させることができる。
FIG. 14 shows another structure for coupling the two resonance modes. In the example of (A), the center of the through
また図14の(B)に示す例では、中心導体4および誘電体コア3のキャビティ1に対する位置をx−y方向に偏位させている。この場合にも準TEMモードの電界ベクトルは中心導体4からキャビティ1の内壁面の放射方向へ分布するとともにx−y方向に偏位するので、準TEMモードとTEx+yモードと結合させることができる。
In the example shown in FIG. 14B, the positions of the
このように、誘電体コアのTE01δx+yモードの主たる電界ベクトルが回る面方向に準TEMモードの主たる電界ベクトルの強度分布を偏位させるようにキャビティ1に対する中心導体4の位置、誘電体コア3の位置、または誘電体コア3の形状を定めて、TE01δx+yモードと準TEMモードとを結合させる。
Thus, the position of the
上述の例はTE01δx+yモードと準TEMモードとを結合させる場合について示したが、TE01δx−yモードと準TEMモードとを結合させる場合についても同様である。
なお、これまでに示した例では誘電体コアの貫通孔2の内径を円形としたが、これを楕円形状や長円形状としてもよい。
Although the above example shows the case where the TE01δx + y mode and the quasi-TEM mode are coupled, the same applies to the case where the TE01δx-y mode and the quasi-TEM mode are coupled.
In the examples shown so far, the inner diameter of the through
次に、第6の実施形態に係る共振器装置について、図15〜図19を参照して説明する。この共振器装置は図9・図10に示したように、キャビティ1、誘電体コア3、および中心導体4を備えている。図15〜図19をは、この共振器装置の各部の寸法と、各モードの共振周波数foおよび無負荷Q(Qo)との関係を示している。但し、これらの図において、前記準TEMモードを単にTEMと表している。
Next, a resonator device according to a sixth embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 9 and 10, the resonator device includes a
図15は誘電体コア3の高さ(コア高さ)を変化させた時のfo,Qoの変化について示している。共振器装置のその他の各部の寸法は(C)に示すとおりである。但しこの(C)に示す誘電体コア3内部の寸法は図10を参照すると、IDa=12mm、IDb=5mm、SH=50mm、としている。また、誘電体コア3は比誘電率εr=80の希土類チタン酸バリウム系化合物からなっている。
FIG. 15 shows changes in fo and Qo when the height of the dielectric core 3 (core height) is changed. The dimensions of the other parts of the resonator device are as shown in (C). However, referring to FIG. 10, the dimensions inside the
図15の(A)に示すようにコア高さが高くなる程、TEzモードと準TEMモードのfoは低下するが、TEx+yモードとTEx−yモードのfoは略一定である。また(B)に示すように、コア高さが変化しても4つの共振モードのQoは殆ど変化しない。 As shown in FIG. 15A, the fo in the TEz mode and the quasi-TEM mode decreases as the core height increases, but the fo in the TEx + y mode and the TEx-y mode is substantially constant. Further, as shown in (B), the Qo of the four resonance modes hardly changes even when the core height changes.
図16は誘電体コア3の直径(コア直径)を変化させた時のfo,Qoの変化について示している。コア直径以外の各部の寸法は(C)に示すとおりである。但しこの(C)に示す誘電体コア3内部の寸法は図10を参照すると、IDa=12mm、IDb=5mm、SH=50mm、としている。
FIG. 16 shows changes in fo and Qo when the diameter (core diameter) of the
図16の(A)に示すようにコア直径を大きくする程、TEx+yモード,TEx−yモード,TEzモードのfoは同様の傾向で低下する。準TEMモードのfoはそれより少ない変化率で低下する。また(B)に示すようにコア直径が変化しても4つの共振モードのQoはいずれも殆ど変化しない。 As shown in FIG. 16A, the fo in the TEx + y mode, the TEx-y mode, and the TEz mode decreases with the same tendency as the core diameter is increased. The fo in the quasi-TEM mode decreases at a lower rate of change. Further, as shown in (B), the Qo of the four resonance modes hardly changes even when the core diameter changes.
図17はキャビティ1の底面のx軸方向の辺とy軸方向の辺の寸法(キャビティ辺寸法)を変化させた時のfo,Qoの変化について示している。キャビティ辺寸法以外の各部の寸法は(C)に示すとおりである。但しこの(C)に示す誘電体コア3内部の寸法は図10を参照すると、IDa=12mm、IDb=5mm、SH=50mm、としている。
FIG. 17 shows changes in fo and Qo when the dimensions (cavity side dimensions) of the side in the x-axis direction and the side in the y-axis direction of the bottom surface of the
図17の(A)に示すようにキャビティ辺寸法が大きくなるに伴ってTEx+yモード,TEx−yモードおよびTEzモードのfoは略同様の傾向で低下するが、準TEMモードのfoは殆ど変化しない。また(B)に示すように、キャビティ辺寸法が変化しても4つの共振モードのQoはいずれも殆ど変化しない。 As shown in FIG. 17A, the fo in the TEx + y mode, the TEx-y mode, and the TEz mode decreases with a substantially similar tendency as the cavity side dimension increases, but the fo in the quasi-TEM mode hardly changes. . Further, as shown in (B), the Qo of the four resonance modes hardly changes even when the cavity side dimension changes.
図18は誘電体コア3の上面側の直径(コア上部直径)を変化させた時のfo,Qoの変化について示している。コア上部直径以外の各部の寸法は(C)に示すとおりである。 FIG. 18 shows changes in fo and Qo when the diameter of the upper surface side of the dielectric core 3 (core upper diameter) is changed. The dimensions of each part other than the core upper diameter are as shown in (C).
但しこの(C)に示す誘電体コア3内部の寸法は図10を参照すると、IDa=12mm、IDb=5mm、SH=50mm、としている。
However, referring to FIG. 10, the dimensions inside the
図18の(A)に示すように、コア上部直径を下部の直径32mmより大きくするに伴ってTEzモードのfoは大きく低下するが、TEx+yモード,TEx−yモードのfoは殆ど変化しない。また準TEMモードのfoについてはTEzモードのfoより緩やかに低下する。また(B)に示すように、コア上部直径の増大に伴って準TEMモードのQoは上昇する。その他の共振モードのQoは略一定である。 As shown in FIG. 18A, the fo in the TEz mode greatly decreases as the core upper diameter is made larger than the lower diameter of 32 mm, but the fo in the TEx + y mode and the TEx-y mode hardly change. Further, the fo in the quasi-TEM mode decreases more slowly than the fo in the TEz mode. As shown in (B), the Qo in the quasi-TEM mode increases as the core upper diameter increases. Qo of other resonance modes is substantially constant.
図19は中心導体4の高さ寸法(中心導体高さ)を変化させたときのfo,Qoの関係を示している。中心導体高さ以外の寸法は(C)に示すとおりである。但しこの(C)に示す誘電体コア3内部の寸法は図10を参照すると、IDa=12mm、IDb=5mmとしている。
FIG. 19 shows the relationship between fo and Qo when the height dimension (center conductor height) of the
図19の(A)に示すように、中心導体高さを高くする程、準TEMモードのfoは低下し、その他の共振モードのfoは殆ど変化しない。また(B)に示すように中心導体高さを高くする程、準TEMモードのQoは僅かに低下傾向を示し、その他の共振モードのQoは殆ど変化しない。 As shown in FIG. 19A, the fo in the quasi-TEM mode decreases and the fo in other resonance modes hardly changes as the height of the central conductor is increased. Further, as shown in (B), the higher the central conductor height, the slightly lower the Qo of the quasi-TEM mode, and the Qo of the other resonance modes hardly change.
図19の(A)に示すように、中心導体高さSHを43mmとし、その他の各部の寸法を(C)に示したとおりとすることによって、4つの共振モードの共振周波数を略一致させることができ、4重モードの共振器装置として用いることができる。また4つの共振モードについて高いQoを得ることができる。 As shown in FIG. 19A, the center conductor height SH is 43 mm, and the dimensions of the other parts are as shown in FIG. 19C, so that the resonance frequencies of the four resonance modes are substantially matched. It can be used as a quadruple mode resonator device. Further, high Qo can be obtained for the four resonance modes.
図20は第7の実施形態に係る共振器装置について示している。これまでに示した各実施形態では、誘電体コア3の底面側の外径寸法と上面側の外径寸法とをステップ状に変化させたが、図20の(A)に示すように、z軸方向に沿って外径が次第に変化するテーパ形状にしてもよい。
FIG. 20 shows a resonator device according to the seventh embodiment. In each of the embodiments described so far, the outer diameter dimension on the bottom surface side and the outer diameter dimension on the upper surface side of the
また図20の(B)に示すように誘電体コア3の平面形状(z軸に垂直な面での断面形状)は矩形であってもよい。 Further, as shown in FIG. 20B, the planar shape of the dielectric core 3 (cross-sectional shape in a plane perpendicular to the z-axis) may be a rectangle.
次に第8の実施形態に係るフィルタについて図21を用いて説明する。
図21の(A)はフィルタの上面図、(B)はその正面図である。但し、導電性を有するキャビティ1はその内面の形状のみを表すためにフレームとして図示している。キャビティ1、誘電体コア3および中心導体4の構造および配置については図9・図10に示したものと基本的に同様である。但し誘電体コア3の上面側には(x+y)軸およびz軸を含む平面に沿ってz軸方向に延びる溝状の切欠部6と、(y−x)軸およびz軸を含む平面に沿ってz軸方向に延びる溝状の切欠部7とを形成している。さらに中心導体4は誘電体コア3のz軸方向を向く中心軸からy−x方向に偏位させている。キャビティ1の外面(外部)には同軸コネクタ8a,8bを設けている。(実際にはキャビティ1に厚みがあるが、図ではその厚みを省略している。)また、同軸コネクタ8aの中心導体に導通するプローブ10をx軸方向に突出させ、その先端部に中心導体4に近接する先端導体11を設けている。この先端導体11と中心導体4との間に生じる容量によってプローブ10は準TEMモードと電界結合する。
Next, a filter according to an eighth embodiment will be described with reference to FIG.
21A is a top view of the filter, and FIG. 21B is a front view thereof. However, the
同軸コネクタ8bの中心導体とキャビティ1の内壁面との間には金属による結合ループ9を設けている。この結合ループ9のループ面は(x+y)軸およびz軸を含む平面に平行である。したがって(x−y)軸方向に垂直な面に電界ベクトルが回るTEx−yモードの磁界と結合する。なお、準TEMモードの磁界エネルギーは中心導体4の先端部に比べて根元部に集中しているので、中心導体4の先端部寄りに設けている結合ループ9は準TEMモードの磁界と殆ど結合しない。
A
また切欠部6を設けたことにより、すでに説明したようにTEx+yモードとTEzモードとが結合する。同様に切欠部6とは90°異なった位置に切欠部7を設けたことにより、TEx−yモードとTEzモードとが結合する。さらに、中心導体4を誘電体コア3の中心(およびキャビティ1の中心)から(y−x)軸方向に偏位させたことにより、TEx+yモードと準TEMモードとが結合する。
Further, since the
結局、同軸コネクタ8a(先端導体11)→準TEMモード→TEx+yモード→TEz→TEx−y→同軸コネクタ8b(結合ループ9)の経路で順次結合し、4段の共振器が順に結合した構成となる。このようにして4段の共振器を備えた帯域通過特性を示すフィルタとして用いることができる。
After all, the
次に第9の実施形態であるフィルタについて図22を参照して説明する。
このフィルタは図21に示したフィルタユニットを2組配置して構成したものである。(A)はその上面図、(B)はその正面図である。この場合もキャビティ1はフレームで示している。フィルタユニット100aは図21に示したものと基本的に同様である。但し結合ループ9aの端部には同軸コネクタを取りつけていない。もう1つのフィルタユニット100bは100aと略鏡対称形に構成している。この結合ループ9bの端部はフィルタユニット100aの結合ループ9aの端部と導通させている。またプローブ10bの端部は同軸コネクタ8bの中心導体に接続している。
Next, a filter according to a ninth embodiment will be described with reference to FIG.
This filter is configured by arranging two sets of filter units shown in FIG. (A) is a top view thereof, and (B) is a front view thereof. Again, the
フィルタユニット100a,100bはそれぞれ4段の共振器からなるので、この22に示すフィルタは8段の共振器が順に結合した帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
Since the
図23は第10の実施形態に係るフィルタの構成を示す図である。(A)は上面図、(B)は正面図である。このフィルタはフィルタユニット101a,100a、100b,101bを備えている。フィルタユニット101aは中心導体12aをキャビティ1の内部に設けた半同軸共振器を構成している。中心導体12aには同軸コネクタ8aの中心導体から延びて中心導体12aの所定位置に接続した結合ループ用導体13aを設けている。この結合ループ用導体13aと中心導体12aの根元部とで結合ループを構成している。また、中心導体12aの先端部付近には先端導体11cを設けたプローブ10aを配置している。この先端導体11cは中心導体12aとキャビティ1とによる半同軸共振器と電界結合する。もう一方のフィルタユニット101bについても同様である。フィルタユニット100a,100bの構成は図22に示したものと同様である。但し、プローブ10aはフィルタユニット100aのプローブに導通させていて、フィルタユニット100bのプローブ10bはフィルタユニット101bのプローブに導通させている。
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of a filter according to the tenth embodiment. (A) is a top view and (B) is a front view. This filter includes
このようにして、1+4+4+1=10段の共振器が順に結合した帯域通過特性を示すフィルタとして作用する。
このように初段と終段の共振器を半同軸共振器とし、結合ループにより強い外部結合をとるようにしたため、広帯域特性が容易に得られる。またフィルタユニット100a,100bの4重モードの共振器によるスプリアスモードが、フィルタユニット101a,101bの半同軸共振器により抑圧されるため、全体のスプリアス特性が改善される。さらに、4重モードの共振器を外部回路と直接結合させる必要が無いので、入出力部のプローブの先端導体11a,11bは小さくてすむ。
In this way, it acts as a filter showing bandpass characteristics in which 1 + 4 + 4 + 1 = 10 stages of resonators are coupled in order.
In this way, the first and last stage resonators are semi-coaxial resonators, and a strong external coupling is obtained by the coupling loop, so that wideband characteristics can be easily obtained. Further, since the spurious mode due to the quadruple mode resonators of the
次に第11の実施形態として通信装置の構成を図24を基に説明する。
図24は上記フィルタを備えたデュプレクサおよび通信装置の構成を示すブロック図である。送信フィルタと受信フィルタとによって、アンテナ共用器としてのデュプレクサを構成している。そして、デュプレクサの送信信号入力ポートに送信回路、受信信号出力ポートに受信回路をそれぞれ接続し、デュプレクサの入出力ポートにアンテナを接続することによって、通信装置の高周波部を構成している。
Next, the configuration of a communication apparatus will be described as an eleventh embodiment with reference to FIG.
FIG. 24 is a block diagram illustrating a configuration of a duplexer and a communication device including the filter. The transmission filter and the reception filter constitute a duplexer as an antenna duplexer. Then, a transmission circuit is connected to the transmission signal input port of the duplexer, a reception circuit is connected to the reception signal output port, and an antenna is connected to the input / output port of the duplexer, thereby constituting a high-frequency unit of the communication device.
このように、共振器の段数が多く、且つ小型のフィルタを備えたことにより小型のデュプレクサを構成することができる。また、小型のデュプレクサを備えたことにより小型軽量の通信装置が構成できる。 In this manner, a small duplexer can be configured by providing a large number of resonator stages and including a small filter. In addition, a small and light communication device can be configured by providing a small duplexer.
1−キャビティ
2−貫通孔
3−誘電体コア
4−中心導体
5−結合用穴
6,7−切欠部
8−同軸コネクタ
9−結合ループ
10−プローブ
11−先端導体
12−中心導体
13−結合ループ用導体
100,101−フィルタユニット
Sa−底面(第1端面)側
Sb−上面(第2端面)側
1-cavity 2-through hole 3-dielectric core 4-center conductor 5-
Claims (10)
前記誘電体コアの第1の端面は前記キャビティの内面に接していて、前記貫通孔の内径は、第1の端面側が第2の端面側よりも大きいことを特徴とする共振器装置。 A dielectric core having a cylindrical shape having a through-hole penetrating between two first and second end faces opposed substantially in parallel; and a cavity having conductivity and accommodating the dielectric core. ,
The resonator device according to claim 1, wherein the first end surface of the dielectric core is in contact with the inner surface of the cavity, and the inner diameter of the through hole is larger on the first end surface side than on the second end surface side.
前記誘電体コアの第1の端面は前記キャビティの内面に接していて、前記誘電体コアの外径は、第2の端面側が第1の端面側よりも大きいことを特徴とする共振器装置。 A dielectric core having a cylindrical shape having a through-hole penetrating between two first and second end faces opposed substantially in parallel; and a cavity having conductivity and accommodating the dielectric core. ,
The resonator device according to claim 1, wherein the first end face of the dielectric core is in contact with the inner surface of the cavity, and the outer diameter of the dielectric core is larger on the second end face side than on the first end face side.
前記誘電体コアの第1の端面は前記キャビティの内面に接していて、前記貫通孔の内径は、前記誘電体コアの貫通孔の貫通方向での前記キャビティの略中央部において第1の端面側より小さいことを特徴とする共振器装置。 A dielectric core having a cylindrical shape having a through-hole penetrating between two first and second end faces opposed substantially in parallel; and a cavity having conductivity and accommodating the dielectric core. ,
The first end surface of the dielectric core is in contact with the inner surface of the cavity, and the inner diameter of the through hole is the first end surface side at the substantially central portion of the cavity in the through direction of the through hole of the dielectric core. Resonator device characterized in that it is smaller.
前記誘電体コアの第1の端面は前記キャビティの内面に接していて、前記誘電体コアの外径は、前記誘電体コアの貫通孔の貫通方向での前記キャビティの略中央部において第1の端面側より大きいことを特徴とする共振器装置。 A dielectric core having a cylindrical shape having a through-hole penetrating between two first and second end faces opposed substantially in parallel; and a cavity having conductivity and accommodating the dielectric core. ,
The first end surface of the dielectric core is in contact with the inner surface of the cavity, and the outer diameter of the dielectric core is set at the first central portion of the cavity in the penetration direction of the through hole of the dielectric core. A resonator device characterized by being larger than an end face side.
前記誘電体コアのTE01δx+yモードまたはTE01δx−yモードとTE01δzモードとの結合である偶モードと奇モードの共振周波数に差が生じる位置に誘電体コアの非対称部を設けて、TE01δx+yモードまたはTE01δx−yモードとTE01δzモードとを結合させたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の共振器装置。 By the cavity and the dielectric core, the through-hole penetration direction is taken as the z-axis, the two axes perpendicular to the z-axis and perpendicular to each other are taken as the x-axis and y-axis, and the plane perpendicular to the (x + y) axis The TE01δx + y mode in which the electric field vector rotates, the TE01δx-y mode in which the electric field vector rotates in the plane orthogonal to the (xy) axis, and the TE01δz mode in which the electric field vector rotates in the plane orthogonal to the z axis are generated. ,
An asymmetric portion of the dielectric core is provided at a position where a difference occurs in the resonance frequency between the even mode and the odd mode, which is a combination of the TE01δx + y mode or the TE01δx-y mode and the TE01δz mode, and the TE01δx + y mode or the TE01δx-y 5. The resonator device according to claim 1, wherein the mode and the TE01δz mode are coupled.
前記誘電体コアのTE01δx+yモードまたはTE01δx−yモードの主たる電界ベクトルが回る面方向に準TEMモードの主たる電界ベクトルの強度分布を偏位させるように前記キャビティに対する前記中心導体の位置、前記誘電体コアの位置、または前記誘電体コアの形状を定めて、TE01δx+yモードまたはTE01δx−yモードと準TEMモードとを結合させたことを特徴とする請求項6に記載の共振器装置。 By the cavity and the dielectric core, the through-hole penetration direction is taken as the z-axis, the two axes perpendicular to the z-axis and perpendicular to each other are taken as the x-axis and y-axis, and the plane perpendicular to the (x + y) axis The TE01δx + y mode in which the electric field vector rotates, the TE01δx-y mode in which the electric field vector rotates in the plane orthogonal to the (xy) axis, and the TE01δz mode in which the electric field vector rotates in the plane orthogonal to the z axis are generated. Generating a quasi-TEM mode by the cavity and the central conductor;
The position of the central conductor with respect to the cavity so as to deviate the intensity distribution of the main electric field vector of the quasi-TEM mode in the plane direction in which the main electric field vector of the TE01δx + y mode or TE01δx-y mode of the dielectric core rotates, the dielectric core The resonator device according to claim 6, wherein the TE01δx + y mode or the TE01δx−y mode and the quasi-TEM mode are coupled by determining the position of the dielectric core or the shape of the dielectric core.
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