JP2006203907A - 誘電共振器回路 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｑが高く、ＴＥモード及びＨ11間又はＴＥモード間のモードが十分に分離された誘電共振器及び誘電共振器回路の提供。
【解決手段】誘電共振器３０は誘電材料で形成された本体を具備する。本体は縦方向のスルーホール３４を有し、スルーホール３４は縦方向の関数として縦方向に直交する断面積が変化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電場を集中させるためのマイクロ波回路に使用される誘電共振器、及びマイクロ波フィルタ等の、誘電共振器から形成される回路に関する。

誘電共振器は、電場を集中させるために多くの回路、特にマイクロ波回路に使用され、フィルタ、櫛形フィルタ、発振器、トライプレクサ及び他の回路を形成するのに使用可能である。誘電共振器が形成される誘電材料の誘電率が高くなればなるほど、電場が集中する空間が小さくなる。誘電共振器を製造する適当な誘電材料は、今日、（空気に対して）約10〜約150の範囲の誘電率を有するものが利用可能である。これらの誘電材料は一般的にミュー（μとして表現されることが多い磁気定数）が１、すなわち磁場に対して透明である。

図１は、フィルタ等の誘電共振器回路を構築するのに使用可能な従来技術の代表的な筒状すなわちドーナツ型の誘電共振器の斜視図である。図から分かるように、共振器１０は、円形の縦スルーホール１４を有する誘電材料の筒１２として形成される。個々の共振器は、関連する取引において一般に「パック」と称される。誘電共振器は多数の用途を有している一方で、誘電共振器の主な用途は、マイクロ波回路、特にマイクロ波通信システム及びネットワークに関連する。

当業界で周知であるように、誘電共振器及び共振器フィルタは、異なる周波数で集中する電場及び磁場の複数モードを有する。一つのモードは、マックスウエル方程式により決定されるシステムの共振周波数に対応する場の構成である。代表的な誘電共振器回路において、基本共振モード、すなわち最低周波数を有する場は、横電場モードＴＥ₀₁（以下、単にＴＥという）である。ＴＥモードの電場３１は円形であり、筒状パック１２に対して横方向を向く。電場３１は共振器１０の周囲に集中し、電場の一部は共振器の内部にあり、また共振器の外部にもある。誘電共振器回路内の誘電共振器及び他のマイクロ波デバイス（例えば、他の共振器又は入出力カプラ）間を結合する目的では、場の一部は誘電共振器の外部にあるべきである。

ＴＥモード以外のモードが回路の基本モードであるように回路部品を配置することは可能であり、実際、誘電共振器回路内で行われることもある。また、代表的である一方で、回路の作動モード、例えば通信回路の上方が含まれるモードとして基本モードが使用されるという要求事項はない。

第２モード（すなわち２番目に低い周波数を有するモード）は通常、ハイブリッドモードＨ_11d（以下では単にＨ₁₁という）である。基本モードと干渉する、次に低い周波数モードは通常、横磁気モードすなわちＴＭ_01dモード（以下では単にＴＭモードという）である。さらに高次元のモードがある。代表的には、例えばＴＥモードである基本モード以外の全モードは不要であり、干渉を構成する。しかし、Ｈ₁₁モードは代表的には、重大な関心のある唯一の干渉モードである。しかし、特に誘電共振器回路のチューニング中に、ＴＭモードもＴＥモードと干渉することがある。残りのモードは通常、ＴＥモードから周波数が実質的に分離しているので、システムの作動に関して著しい干渉又は不要波応答（spurious response）を引き起こすことはない。しかし、Ｈ₁₁モード及びＴＭモードはむしろＴＥモードに周波数が近いので、作動中のＴＭモードから分離することは困難であるおそれがある。さらに、ＴＥモードの（多くは電気的に隣接する誘電共振器間の結合により決定づけられる）バンド幅及び中心周波数がチューニングされると、ＴＥモード及びＨ₁₁モードの中心周波数は互いに逆方向に移動する。このため、ＴＥモードはその中心周波数を増加するようチューニングされるので、Ｈ₁₁の中心周波数は本質的に下方に移動し、ＴＥモード中心周波数に接近する。ＴＥモードは代表的には、共振器が開空間にある場合、周波数が基本ＴＥモードから広く離間する。しかし、誘電共振器フィルタや、共振器の周波数の中心にチューニングするために共振器付近にチューニングプレートを使用する多くの他の回路のように、金属が共振器に近接すると、ＴＭモードの周波数が下落する。チューニングプレート又は他の金属が共振器に近接すると、ＴＭモードは周波数が極めて速く下落し、基本ＴＥモードの周波数に極めて近接するようになる。

図２は、複数の誘電共振器１０を使用する従来技術のマイクロ波誘電共振器フィルタ２０を示す斜視図である。誘電共振器１０はエンクロージャ２４の収容室２２内に配列されている。マイクロ波エネルギーは、同軸ケーブル等のケーブルに結合されたカプラ２８を介して収容室内に導入される。導電性分離壁３２は、誘電共振器１０を互いから分離すると共に物理的に隣接する誘電共振器１０間の結合を（部分的又は全面的に）阻止する。特に、壁３２のアイリス（irises）は隣接する誘電共振器１０間の結合を制御する。アイリスの無い壁は、一般的に隣接する誘電共振器間の結合を防止する。アイリスを有する壁は、隣接する誘電共振器間の結合をある程度許容する。例として、誘電共振器１０ａの場はアイリス３０ａを介して誘電共振器１０ｂの場に結合し、誘電共振器１０ｂの場はアイリス３０ｂを介して誘電共振器１０ｃの場にさらに結合し、誘電共振器１０ｃの場はアイリス３０ｃを介して誘電共振器１０ｄの場にさらに結合する。アイリスの無い壁３２ａは、誘電共振器１０ａの場が壁３２ａの反対側に物理的に隣接する誘電共振器１０ｄと結合することを防止する。図２の例には示されていないが、誘電共振器の場間をさらに結合し誘電共振器間の結合を調整するために、導電性調整ねじをアイリスに配置してもよい。

エンクロージャの上壁（明確にするために図示せず）に１枚以上の金属板４２をねじ４３により取り付けて、誘電共振器の場に影響を与え且つフィルタの中心周波数の設定を補助してもよい。特に、ネジ４３を回転して、金属板４２及び誘電共振器１０間の間隔を変更し、誘電共振器の中心周波数を調整してもよい。最後の誘電共振器１０ｄに隣接して出力カプラ４０を配置して、フィルタ２０から同軸コネクタ（図示せず）内へマイクロ波エネルギーを結合する。また、誘電共振器に隣接するエンクロージャ２４の底面４４に配置されたマイクロストリップなどの他の方法により、信号を誘電共振器回路内へ及び誘電共振器回路から結合してもよい。誘電共振器パック１０の寸法、その相対間隔、パックの数、収容室２２の寸法、及びアイリス３０の寸法は、全て精確に制御して、フィルタの所望の中心周波数及びフィルタのバンド幅を設定する必要がある。より特定すると、フィルタのバンド幅は、電気的に隣接する誘電共振器間の電磁場の結合量によって主に制御される。一般的には、誘電共振器が互いにより近接すると、誘電共振器間の結合が多くなり、フィルタのバンド幅が広くなる。他方、フィルタの中心周波数は、対応する誘電共振器１０からの金属板４２の距離と共に、誘電共振器自体の寸法及び金属板４２の寸法により主として制御される。一般的には、誘電共振器が大きくなると、その中心周波数は低くなる。

特許文献１は、新規の誘電共振器と、このような誘電共振器をしようする回路を開示する。この誘電共振器の重要な特徴の一つは、誘電共振器の外部及び誘電共振器に隣接するＴＥモード場の強度が誘電共振器の縦寸法に沿って変化することである。特許文献１に開示されているように、これら誘電共振器の重要な特徴は、ＴＥモードの力線に平行に測った誘電共振器の断面積が誘電共振器の縦軸に沿って、すなわちＴＥモードの力線に直交して変化することである。一実施形態において、断面積は、誘電共振器の縦寸法の関数として一様に変化する、すなわち、誘電共振器の断面積は高さの関数として一方向のみに変化する。好適な一実施形態において、誘電共振器は円錐状であり、好適には円錐は截頭円錐である。

図１３は、特許文献１に開示された誘電共振器の典型的な一実施形態を示す斜視図である。図示されているように、誘電共振器３００は、中心に縦スルーホール３０２を有する截頭円錐３０１の形状で形成される。この形状は、筒状誘電共振器を超える、ＴＥモードからのＨ₁₁モードの物理的分離、Ｈ₁₁モードを完全に無くすること等の多くの利点を有する。特に、ＴＥモードの電場は誘電共振器の基部３０３に集中する傾向があるのに対し、Ｈ₁₁モードの電場は誘電共振器の上側（狭い部分）３０５に集中する傾向がある。これら２モードの縦方向のずれは誘電共振器（或いはこのような誘電共振器を使用する回路）の性能を改善する。というのは、円錐状誘電共振器は（他の誘電共振器、マイクロストリップ、チューニングプレート及び入出力結合ループ等の）他のマイクロ波デバイスに隣接して配置できるので、円錐状誘電共振器の各ＴＥモード電場は互いに近接することにより強く結合するのに対し、円錐状誘電共振器の各Ｈ₁₁モード電場は互いにさらに離間したままであるので、互いに強く結合しないからである。従って、Ｈ₁₁モードは、ＴＥモード及びＨ₁₁モードが物理的に互いにより近接配置される従来技術ほどは隣接するマイクロ波デバイスと結合しないであろう。

さらに、モード分離（すなわちモード間の周波数離隔）は円錐状誘電共振器において増加する。さらに、誘電共振器の上側は、Ｈ₁₁モード場が集中する誘電共振器の部分の多くを無くすように截頭されることにより、Ｈ₁₁モードの強度を実質的に減衰させてもよい。
米国特許第２００４−５１６０２号明細書

従来技術の誘電共振器及びその誘電共振器から構成される回路は、多くの欠点を有する。例えば、図２に示されたフィルタ等の従来技術の誘電共振器回路は、分離壁及び結合ねじを多く有することにより品質係数Ｑが低い。Ｑは基本的にはシステムの効率であり、特に、システムの損失エネルギーに対する保存エネルギーの比である。誘電共振器により生成される場は、エンクロージャ２０、金属板４２、内部壁３２，３４及び調節ねじ４３等のシステムの全導電性部品を通り、これら導電性部品内で本質的に電流を生成する。これらの電流は、回路に失われているエネルギーを実質的に有する。

さらに、導電性エンクロージャ２４の体積及び構成は、システムの作動に実質的に影響を与える。エンクロージャは放射損失を最小にする。しかし、エンクロージャはまた、ＴＥモードの中心周波数に実質的に影響を与える。従って、エンクロージャは、通常、導電性材料で構成されねばならないばかりでなく、所望の中心周波数性能を達成するために極めて精確に機械加工されねばならない。このため、システムの製造を複雑にし、高価にする。極めて精密に機械加工されている場合であっても、設計が不十分になり仕様の失敗となるおそれがある。

さらに、従来技術の誘電共振器は、ＴＥモード及びＨ₁₁間又はＴＥモード間のモードが十分に分離されていない傾向がある。

従って、本発明は改良された誘電共振器を提供することを目的とする。

また、本発明は改良された誘電共振器回路を提供することを別の目的とする。

さらに、本発明は、改良されたモード分離及び不要波応答を有する誘電共振器回路を提供することを別の目的とする。

本発明の誘電共振器は誘電材料で形成された本体を具備する。本体は縦方向のスルーホールを有し、スルーホールは縦方向の関数として縦方向に直交する断面積が変化する。

また、本発明の誘電共振器回路は複数の誘電共振器を具備する。各誘電共振器は誘電材料で形成された本体を具備する。本体は、縦方向の関数として縦方向に直交する断面積が変化する縦スルーホールを有する。ここで、誘電共振器は、それらの図形中心が単一線上にあるように互いに対して配列される。回路はさらに、誘電共振器を収容するエンクロージャ、入力カプラ、出力カプラ、及びエンクロージャに各誘電共振器を実装するピンを具備する。各ピンは、エンクロージャに結合された第１部と、対応する誘電共振器に結合された第２部とを有する。各ピンは、単一線に直交すると共に交差する縦軸を有する。全ピンは互いに平行であり、エンクロージャ及び対応する誘電共振器の少なくとも一方に対して縦軸の周囲を回転可能である。

本発明の原理によれば、誘電共振器は、可変断面（例えば直径）の縦スルーホールを有する。この断面（すなわち、縦方向に直交する方向にとった断面）は高さ（すなわち縦方向）の関数として変化し、急激に（すなわち段状に）、直線的に（例えば円錐状に）或いは他の態様で変化してもよい。スルーホールの直径は、主に不要波モード（spurious mode）が存在する高さでの誘電共振器を除去して、基本モードが集中する高さでの材料を残すように、任意の所与の高さで選択される。

本発明は、従来の筒状誘電共振器と関連して実施できるが、従来の筒状誘電共振器より良い不要波モードから基本モードを物理的に分離する傾向がある円錐状誘電共振器に関連して使用されるのが好適である。このため、基本モードが集中している誘電材料を同時に除去することなく、不要波モードが集中する誘電材料を不要波能力が除去することを可能にする。

本発明のコンセプトは、特許文献１に開示されたような円錐状誘電共振器に関連して使用すると特に有用であるが、図１３に示されたような従来の筒状誘電共振器にも適用可能である。本発明のコンセプトによれば、誘電共振器の中心縦スルーホールは、主に不要波モードが存在する場所でより多い体積の誘電材料を除去するような形状である。このようにすることにより、不要波モードを弱くすることができる。しかし、より重要なことには、基本モードからのこれら不要波モードの周波数分離が増加するので、これら不要波モードの関係をより小さくする。というのは、不要波モードはより容易に濾波することができるからである。

以下、添付図面を参照して本発明を説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に従った誘電共振器３０のそれぞれ透視した正面図及び斜視図である。誘電共振器本体は、その本体の円錐部の大径の縦端に小径の筒状基部が隣接する、基本的には円錐状であり、下側筒状基部３１及び上側円錐部３３を具備すると考えることができる。好適には、下側筒状部３１の高さは、円錐部３３の高さと比べて相対的に小さい。特許文献１に説明されているように、円錐状誘電共振器は、誘電共振器の下側に集中するＴＥモード及び誘電共振器の上側に集中するＨ₁₁モードを良好に分離する。ＴＭモードの力線は、ＴＥ力線及びＨ₁₁力線に対して直交する誘電共振器の縦方向に沿って延びると共に、誘電共振器の中央部付近に集中する。

本発明によれば、単一の段状縦スルーホール３４は、相対的に大きな断面を有する上側部３４ａと、相対的に小さな断面を有する下側部３４ｂとを具備して設けられる。特に、誘電共振器３０の上側部で、誘電共振器本体の小径の縦端において、誘電共振器本体の断面はより小さいので、ここにＨ₁₁モードが集中する。ここは、スルーホールの大径部が配置される場所である。大径のスルーホールは、Ｈ₁₁モードが集中する本体の上側部付近の誘電材料をより少なくする。このため、Ｈ₁₁モード場の強度が弱くなり、周波数が増加する。他方、ＴＥモードが集中する傾向がある円錐状誘電共振器本体の大径の縦端に隣接する誘電共振器の下側部において、スルーホールは小径を有するので、ＴＥモードのために相対的に多くの材料があり、このため、周波数を低く保ち、場を強く保つ。

ＴＭモードの力線は、図３（Ａ）の上下方向に沿って誘電共振器の中心を通って延びる傾向がある。このため、スルーホールの一部を大径にすると、ＴＭモードが集中する誘電材料をいくらか除去するので、周波数を高くし、強度を弱くする。

一円錐状誘電共振器において、Ｈ₁₁モード及びＴＭモードは共に誘電共振器の図形中心に近接して励起されるのに対し、ＴＥモードは円錐状誘電共振器の周辺に近接して励起される。他方、従来の筒状誘電共振器において、ＴＭモードは誘電共振器の図形中心付近で励起される傾向が依然としてあるのに対し、Ｈ₁₁モードは周辺により近接して励起される傾向がある。円形チューニングプレートが使用され、誘電共振器と同軸状に配置されると、ＴＭモードは、スルーホールと同時にすなわち誘電共振器の縦方向で誘電共振器の中央部を向いて、集中する傾向がある。

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に従った誘電共振器４０のそれぞれ透視した正面図及び斜視図である。誘電共振器本体の形状は、図３に示される誘電共振器３０の形状と基本的に同じであり、下側筒状部４１及び上側円錐部４３を具備する。しかし、縦スルーホール４４は、２段を有していることにより３部分４４ａ，４４ｂ，４４ｃを具備する点で異なっている。２個の大径部４４ａ，４４ｃは本体の両縦端付近にあり、小径部４４ｂはこれら大径部を結合する。また、この設計は、ＴＥモード及びＨ₁₁モード間、及びＴＭモード間のモード分離を増大させるという観点でよく機能する。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３実施形態に従った誘電共振器５０のそれぞれ透視した正面図及び斜視図である。本実施形態において、誘電共振器本体の外表面は、図３及び図４における外表面と同じである。しかし、本実施形態において、スルーホール５４は、第１の下側筒状部５４ａ及び円錐形状である第２の上側部５４ｂを具備する。スルーホールの筒状部と交わる接合部分５５における円錐部５４ｂの直径は、筒状部５４ａに等しいと共に、接合部分５５から誘電共振器本体の小径の縦端に進むに従って増大する。換言すると、スルーホールの円錐部で画定される円錐は、誘電共振器本体の円錐部により画定される円錐に対して反転している。本実施形態は、基本ＴＥモードから離れる方向にＨ₁₁モードの周波数が移る効果がある。この設計は、Ｈ₁₁モードが存在するかなりの量の誘電材料を除去する。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第４実施形態に従った誘電共振器６０のそれぞれ透視した正面図及び斜視図である。本体は、基本的には前の実施形態と同じ外形状を有する。スルーホール６４は、積み重ねられた２個の円錐部６４ａ，６４ｂを具備する。２個の円錐部６４ａ，６４ｂは、互いに対して反転していると共に、誘電共振器の縦方向中央の接合部分６５で交わり、誘電共振器の各縦端６６ａ，６６ｂに向かって縦方向に進むにつれて広がっている。第３実施形態と同様に、本実施形態は特にＨ₁₁モード及びＴＭモードを抑制する点が良好である。しかし、下側円錐はＴＥモードが集中する場所で材料をいくらか除去するので、ＴＥモードの周波数を押し上げる一般的に不要な付加効果を有する。従って、この設計は一般的には、所与の所望基本ＴＥモード周波数用に第３実施形態よりも大きな誘電共振器を要するであろう。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第５実施形態に従った誘電共振器７０のそれぞれ透視した正面図及び斜視図である。本実施形態において、スルーホール７４は誘電共振器の高さにわたって一定の直径を有する。しかし、誘電共振器の外表面は、３段すなわち下側筒状部７１、中間円錐部７３及び上側筒状部７２を具備する。下側筒状部７１は円錐部７３に連続している。換言すると、下側筒状部の直径は、円錐部の基部の直径と同じである。しかし、上側筒状部７２は円錐部に対して段状になっている、すなわち、円錐部７３から上側筒状部７２に移行する場所のスルーホールの外表面の直径が急激に変化する。別な表現では、誘電共振器本体の上側筒状部７２の直径（又は断面）は、誘電共振器本体の円錐部７３の上側縦端の直径より小さい。本実施形態は、Ｈ₁₁モードが存在する誘電材料をかなり除去している。しかし、一般的にＴＭモードが存在する材料を除去していないので、ＴＭモードの周波数への影響は小さい。

図８（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第６実施形態に従った誘電共振器８０のそれぞれ透視した正面図及び斜視図である。本実施形態において、誘電共振器８０の外表面は筒状であるのに対し、スルーホール８４が積み重ねられた２個の円錐８４ａ，８４ｂを具備する。２個の円錐は互いに対して反転しているが、短い筒状部８４ｃが２個の円錐を結合している。この特定スルーホール形状は、第５実施形態のスルーホール形状と同じ利点を主として有する。しかし一般的に、筒状誘電共振器は円錐状誘電共振器よりも所望性能が低い。というのは、筒状誘電共振器において、Ｈ₁₁モード及びＴＥモードは互いに物理的により近接しているからである。特に、Ｈ₁₁モードは、誘電共振器本体の周辺により近接して移動する。従って、ＴＥモードが存在する材料を同時に除去することなく、Ｈ₁₁が主に存在する材料を除去することは一般的により困難である。さらに、筒状誘電共振器は、円錐状誘電共振器と同様に他の誘電共振器と結合しない。従って、筒状誘電共振器は、単一の誘電共振器のみからなる回路、又は誘電共振器間の強い結合を要しないナローバンド回路での使用により適している。しかし、ブロードバンド回路、或いは２個以上の誘電共振器間に強い結合を要する他の回路において、円錐状誘電共振器はより好適である。これは一般に本発明に適用されるが、本発明に特定する限定ではない。

図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第７実施形態に従った誘電共振器９０のそれぞれ透視した正面図及び斜視図である。本実施形態は、スルーホール９４が２個の円錐を具備する代わりに３個の筒状部９４ａ，９４ｂ，９４ｃを具備する点を除き、第６実施形態に類似する。特に、本実施形態は、中間の小径部９４ｂにより結合された誘電共振器の両端に大径を有する２個の部分９４ａ，９４ｃを具備する。この設計は、一般的に、第６実施形態の設計と同様の特性を有する。モード分離は、第６実施形態と比較して若干少ないかもしれない。しかし、本特定実施形態の利点は、第６実施形態よりも製造コストが低いことである。というのは、段状の筒状スルーホールよりも誘電共振器に円錐状のスルーホールを形成するとコストがよりかかるからである。従って、より大きな分離及び不要波応答の観点で極めて高い性能が重大ではない用途において、段状の筒状スルーホールを使用する実施形態はコスト削減のため、好適になり得る。

本発明の利点のいくつかを定量化するために、アジレント・テクノロジー社から入手可能なＨＦＳＳバージョン９．２シミュレーションソフトウエアで動くシミュレーションが実行された。特に、誘電共振器の前高にわたって一定直径のスルーホールを有するε＝43の円錐状誘電共振器と、図３に図示された実施形態等の単一の段状スルーホールを有する同等の誘電共振器との間でモード分離が比較された。直線的スルーホールの場合、基本ＴＥモードは1805ＭHzの中心周波数に存在し、第１ハイブリッドＨ₁₁モードの中心周波数は2605ＭHzにあった。このため、基本モード及び第１不要波モード間の周波数離隔は約800ＭHzであった。段状スルーホールの場合、基本ＴＥモードは1843ＭHzの中心周波数に存在し、第１Ｈ₁₁モードの中心周波数は2790ＭHzであった。これは、単一のスルーホールよりも150ＭHz大きい約950ＭHzの離隔である。

図６に図示された実施形態等の２個の二重の反転円錐状スルーホールを有する点を除き、上述した２回路と基本的に同じ回路で別のシミュレーションを動かした。この構成では、基本ＴＥモードは1848ＭHzの中心周波数を有し、第１Ｈ₁₁モードは2716ＭHzの中心周波数を有しているので、基本モード及び第１不要波モード間の周波数分離は約900ＭHzであった。これは、単一のスルーホールを有する誘電共振器よりも100ＭHz大きい。

別の組のシミュレーションにおいて、筒状誘電共振器はε＝78を有し、直線状スルーホールはＴＥモードについて1952ＭHzの中心周波数を生じ、Ｈ₁₁モードについて2686ＭHzの中心周波数を生じた。従って、基本モード及び第１不要波モード間の周波数分離は約730ＭHzであった。基本的に同じであるが図４に図示された実施形態等の二重段状スルーホールを有する誘電共振器のシミュレーションは、ＴＥモードについて2179ＭHzの中心周波数を生じ、第１ハイブリッドモード（この場合はＨ_12dモード）について3333ＭHzの中心周波数を生じた。これは、基本モード及び第１不要波Ｈ₁₁モード間に約1150ＭHzの周波数分離を与える。従って、本実施形態は基本ＴＥモードの中心周波数を増大したのに対し、基本ＴＥモード及び第１ハイブリッドモード間の周波数分離をより著しく増大した。特に、周波数分離は約730ＭHzから約1150ＭHzに増大した。

ε＝45、直線状スルーホールを有する筒状誘電共振器の更に別のシミュレーションにおいて、基本モード及び第１ハイブリッドモード間の周波数分離は約350ＭHzであった。特に、基本モードの中心周波数は1018ＭHzであり、第１ハイブリッドモードの中心周波数は1370ＭHzであった。図６に図示された実施形態等の二重反転円錐スルーホールを有する点を除き、上述の回路と基本的に同じである回路に別のシミュレーションを動かし、周波数分離は600ＭHzであった。特に、基本ＴＥモードの中心周波数は1033ＭHzであるのに対し、第１ハイブリッドモード（このシミュレーションではＨ_12dモード）の中心周波数は1624ＭHzであった。従って、周波数分離は約350ＭHzから約600ＭHzに増大した。

上述したように、本発明は、誘電共振器間の結合性能に著しい影響を与えない。従って、本発明は筒状誘電共振器に関連して使用されると不要波応答に関して著しい利点を有するのに対し、本発明自体は筒状誘電共振器回路に固有の低結合問題を解決しない。他方、円錐誘電共振器は、隣接する誘電共振器間（或いは、誘電共振器と、入力又は出力結合ループ等の他の回路との間）の場を結合する大きく強化した能力を提供する。本発明の可変断面スルーホールのコンセプトは、基本モード及び不要波モード間の周波数離隔を改善する異なる利点を提供する。従って、これら２特徴を組み合わせることにより、極めて高性能の誘電共振器回路を形成することができる。誘電共振器間の結合を規制するために、円錐誘電共振器を互いに対して配置するようにこのような回路を設計することができるので、回路のバンド幅はより有用な回路を提供する。

しかし、筒状誘電共振器に関して、本発明者等はこのような誘電共振器間の結合を改善する方法を発見した。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、２個の誘電共振器８０，８０（この場合、図８に図示された実施形態に従った筒状誘電共振器）がエンクロージャ８９内で同軸状に配列された２極誘電共振器回路のレイアウトを示すそれぞれ透視した正面図及び斜視図である。図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、同じ回路であるが、回路における２個の誘電共振器の縦軸が互いに直交するように誘電共振器８０のうち一方が図形中心の周りに９０°回転した回路を示す。シミュレーションは、図１０に図示されたように同軸状に方向付けられた２個の誘電共振器８０，８０間の結合は41ＭHzであるのに対し、図１１に図示されたように直交して方向付けられた２個の誘電共振器８０，８０間の結合が17ＭHzに減少することを示す。従って、誘電共振器が互いに対して同軸状に配列されると、より強い結合が達成されることがわかる。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の特に有利な実施形態に従った４極誘電共振器フィルタ回路１００を示す、それぞれ透視した側面図、斜視図である。回路１００は、４個の筒状誘電共振器１０１を収容するエンクロージャ１０２を具備する。誘電共振器は、図８に図示されたように頂上で小さい筒状部により結合された２個の反転した円錐部を具備する、スルーホールを有する筒状誘電共振器である。誘電共振器１０１は、単一の線１１５が各誘電共振器の図形中心を交差するように配列される。

回路は、入力同軸ケーブル１０４から信号を受信する入力カプラ１０７と、出力同軸ケーブル１０６を通って出力信号を供給する出力カプラ１０８とを有する。

回路チューニングプレート１１０は、各誘電共振器１０１に隣接して配置され、エンクロージャ１０２の壁の開口をそれぞれ通過する。チューニングプレート１１０は外側にねじ部を形成してもよいが、孔がエンクロージャの内部に延びるので、チューニングプレート１１０がこれら孔内で回転して図１２Ａの矢印１１２，１１３の方向に移動させることができる。実装ピン１１１は、チューニングプレート１１０の縦中心の孔を貫通すると共に、誘電共振器１０１の側壁に取り付けられる。実装ピン１１１はピン１１１が通過するチューニングプレート１１０に対して回転可能であるので、軸１１４の周りに互いに誘電共振器１０１を回転させるよう使用できる。例えば、実装ピンは、外側にねじ部を設けてチューニングプレートの相手孔と螺合してもよい。

上述の実施形態は、誘電共振器を互いに対して回転できるように、同軸状に配置して調整できるように、エンクロージャに誘電共振器を実装する可能な一技法を例示するに過ぎない。誘電共振器実装ピンは、チューニングプレートと螺合する必要はなく、代わりに誘電共振器、エンクロージャ又はその長さに沿って任意の場所で嵌合する任意の形態の回転可能なジョイントを有してもよい。さらに、図示の実施形態は特に洗練されているが、実装ピンはチューニングプレートから全く分離してもよい。好適には、実装ピンは全て誘電共振器の図形中心を結合する線に対して直交する方向を向く。好適には、チューニングプレート及び実装ピンの縦軸は互いに平行である。図１２Ａ及び図１２Ｂに例示されたように、これらは互いに同軸状である。或いは、同軸状であるがエンクロージャの両側面に実装されてもよい。

従来の典型的な筒状誘電共振器を示す斜視図である。 従来の典型的なマイクロ波誘電共振器フィルタ回路の斜視図である。 本発明の第１実施形態に従った誘電共振器を示す（Ａ）透視した正面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の第２実施形態に従った誘電共振器を示す（Ａ）透視した正面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の第３実施形態に従った誘電共振器を示す（Ａ）透視した正面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の第４実施形態に従った誘電共振器を示す（Ａ）透視した正面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の第５実施形態に従った誘電共振器を示す（Ａ）透視した正面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の第６実施形態に従った誘電共振器を示す（Ａ）透視した正面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の第７実施形態に従った誘電共振器を示す（Ａ）透視した正面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の特定実施形態に従った２極誘電共振器回路の結合レイアウトを示す（Ａ）透視した側面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の別の実施形態に従った別の２極誘電共振器回路の結合レイアウトを示す（Ａ）透視した側面図、（Ｂ）斜視図である。 本発明の特定実施形態に従った４極誘電共振器回路の結合レイアウトを示す透視した側面図である。 本発明の特定実施形態に従った４極誘電共振器回路の結合レイアウトを示す斜視図である。 本発明の原理が特定の利点に使用可能である截頭円錐状共振器の斜視図である。

符号の説明

３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１０１ 誘電共振器
３４，４４，５４，６４，７４，８４，９４ 縦スルーホール
３４ａ 第２断面部
３４ｂ 第１断面部
４４ａ 第１部
４４ｂ 第２部
４４ｃ 第３部
５４ａ 円錐部
５４ｂ 筒状部
６４ａ，８４ａ 第１円錐部
６４ｂ，８４ｂ 第２円錐部
８４ｃ 筒状部
１０２ エンクロージャ
１０７ 入力カプラ
１０８ 出力カプラ
１１０ チューニングプレート
１１１ ピン

Claims (23)

1. 誘電材料で形成された本体を具備する誘電共振器において、
   前記本体は縦方向のスルーホールを有し、
   該縦スルーホールは、前記縦方向の関数として該縦方向に直交する断面積が変化することを特徴とする誘電共振器。
2. 前記スルーホールは段状の筒状スルーホールからなることを特徴とする請求項１記載の誘電共振器。
3. 前記スルーホールは、大径の縦方向端及び小径の縦方向端を有する円錐部を具備することを特徴とする請求項１記載の誘電共振器。
4. 前記するは第１円錐部及び第２円錐部を具備し、
   該第１及び第２円錐部は、互いに対して反転していると共に、前記誘電共振器本体の前記縦方向端に接近するにつれて断面が増大することを特徴とする請求項１項記載の誘電共振器。
5. 前記誘電共振器本体は截頭円錐部を具備することを特徴とする請求項４記載の誘電共振器。
6. 前記誘電共振器本体は、前記円錐部の前記大径の縦方向端と隣り合う筒状部を具備することを特徴とする請求項５項記載の誘電共振器。
7. 前記スルーホールは筒状部をさらに具備し、
   前記スルーホールの前記第１及び第２円錐部は、前記スルーホールの前記筒状部により結合されていることを特徴とする請求項６記載の誘電共振器。
8. 前記誘電共振器本体は筒状であることを特徴とする請求項４記載の誘電共振器。
9. 前記誘電共振器本体は、小径の縦方向端及び大径の縦方向端を有する截頭円錐部を具備し、
   前記段状筒状スルーホールは、第１断面を有する第１部と、前記第１断面より大きな第２断面を有する第２部とを具備し、
   前記第２部は前記小さな縦方向端に隣接して配置され、
   前記第１部は前記大きな縦方向端に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の誘電共振器。
10. 前記スルーホールは、第１断面を有する第１部、第２断面を有する第２部、及び第３断面を有する第３部を具備し、
    前記第１及び第３断面は前記第２断面よりも大きく、
    前記スルーホールの前記第１及び３部は、前記誘電共振器の対向する縦方向両端にそれぞれ隣接して配置され、
    前記スルーホールの前記第２部は前記スルーホールの前記第１及び３部を結合することを特徴とする請求項１記載の誘電共振器。
11. 前記誘電共振器本体は、小さい縦方向端及び大きな縦方向端を有する截頭円錐部を具備することを特徴とする請求項１０記載の誘電共振器。
12. 前記誘電共振器本体は筒状であることを特徴とする請求項１０記載の誘電共振器。
13. 前記誘電共振器本体は、小さな縦方向端及び大きな縦方向端を有する截頭円錐部を具備し、
    前記スルーホールは、筒状部及び円錐部を具備し、
    前記スルーホールの前記筒状部は、前記誘電共振器本体の前記大きな縦方向端に隣接して配置され、
    前記スルーホールの前記円錐部は、前記誘電共振器本体の前記小さな縦方向端に隣接して配置され、
    前記スルーホールの前記円錐部は、前記誘電共振器本体の前記円錐部に対して反転していることを特徴とする請求項１記載の誘電共振器。
14. 複数の誘電共振器と、該誘電共振器を収容するエンクロージャと、入力カプラと、出力カプラと、前記誘電共振器の各々を前記エンクロージャに実装するピンとを具備する誘電共振器回路であって、
    前記誘電共振器の各々は誘電材料で形成された本体を具備し、
    該本体は縦方向のスルーホールを有し、
    該スルーホールは、前記縦方向の関数として前記縦方向に直交する断面積が変化し、
    前記誘電共振器は、該誘電共振器の図形中心が単一線上にあるように互いに対して配列され、
    前記ピンの各々は、前記エンクロージャに結合された第１部と、対応する誘電共振器に結合された第２部とを有し、
    前記ピンの各々は、前記単一線に直交すると共に交差する縦軸を有し、
    全ての前記ピンは互いに平行であり、
    前記ピンは、前記エンクロージャ及び前記対応する誘電共振器の少なくとも一方に対して前記縦軸の周囲を回転可能であることを特徴とする誘電共振器回路。
15. 前記ピンの各々は回転可能な結合部を具備することを特徴とする請求項１４記載の誘電共振器回路。
16. 前記ピンの各々は、前記縦軸に沿って移動可能であるように前記エンクロージャに実装されることにより前記縦軸に沿って前記対応する誘電共振器が移動することを特徴とする請求項１４記載の誘電共振器回路。
17. 前記誘電共振器の各々に対応すると共に該誘電共振器に隣接して実装されたチューニングプレートをさらに具備することを特徴とする請求項１６項記載の誘電共振器回路。
18. 前記チューニングプレートの各々は、円形の断面を有すると共に、断面に直交する軸が、前記対応する誘電共振器を前記エンクロージャに実装する前記ピンの前記縦軸に平行になるように向くことを特徴とする請求項１７記載の誘電共振器回路。
19. 前記チューニングプレートの前記軸は、前記対応するピンの前記縦軸と同軸状であることを特徴とする請求項１８記載の誘電共振器回路。
20. 前記チューニングプレートは、外部にねじ部が設けられると共に、前記エンクロージャの相手ねじ孔に実装されることにより、前記誘電共振器回路をチューニングするために前記チューニングプレートが回転可能であることを特徴とする請求項１９記載の誘電共振器回路。
21. 前記ピンの各々は、外部にねじ部が設けられると共に、前記エンクロージャに螺合することにより、前記ピン及び前記対応する誘電共振器が前記エンクロージャに対して回転可能であることを特徴とする請求項２０記載の誘電共振器回路。
22. 前記チューニングプレートの各々はスルーホールを有し、
    前記ピンの各々は、対応するチューニングプレートの前記スルーホールを通過すると共に前記チューニングプレートに対して回転可能であることを特徴とする請求項２１記載の誘電共振器回路。
23. 前記ピンの各々は、外部にねじ部が設けられると共に、
    前記チューニングプレートの前記スルーホールの各々にねじ部が設けられることにより、前記ピンが前記チューニングプレートに対して回転可能であることを特徴とする請求項２２記載の誘電共振器回路。

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