JP2007150750A - 誘電体共振器および誘電体フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 スプリアス共振の発生を低減し構造が簡単で周波数特性が安定した誘電体共振器および誘電体フィルタを提供する。
【解決手段】
一端面は短絡電極板６により外導体２と内導体３が短絡された同軸線路の中に、貫通孔７を有し両主面に電極が形成された円筒形状の誘電体コア４を、内導体３が貫通孔７を挿通するように設置し、誘電体コア４の一主面を短絡電極板６に電気的に接続された構造とすることで、スプリアス共振が極めて抑制された誘電体共振器が実現できる。またこのような共振器を基本構成として誘電体フィルタを形成することにより減衰特性の優れた誘電体フィルタが実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測定用同軸線路に直接接続することができる誘電体共振器、および電力伝送用同軸線路に直接接続することができる誘電体フィルタに関するものである。

誘電体を利用した共振器、所謂誘電体共振器としては様々な形態のものが知られている。

利用されるモードとして代表的なものはＴＥ011モード、ＴＥ01δモード、ＴＭ110モード、ＴＥＭモードなどがある。これらのモードを利用した誘電体共振器は、所定の形状に成形された誘電体そのものに電極を焼き付けもしくは鍍着させたものや、導体で形成されたキャビティの中に所定形状の誘電体を配設したもの等がある。特許文献１には誘電体を円筒形状とし、ＴＥ01δモード共振器として動作させる方法が開示されている。

図１５は特許文献１に開示されているＴＥ01δモード誘電体共振器１００の断面図を示したものである。導電性キャビティ１０４内に円筒状の誘電体コア１０１が設置されている、誘電体コア１０１は支持台１０２を有しこれらは一体的に成形されている。誘電体共振器１００は入力ループ１０５から電力が入力され、誘電体共振器１００の共振周波数と一致する周波数成分をもつ電力が出力ループ１０６から出力され濾波が行われる。

誘電体共振器単一では、発振器における周波数の決定、単一の周波数を透過させるチャンネルフィルタ、誘電体材料の評価等の用途に使用される。また誘電体共振器を複数個利用して帯域通過フィルタや帯域阻止フィルタが構成され、通信機器分野において受信フィルタ、送信フィルタ或いはアンテナ共用器として広く活用されている。特許文献２には、特許文献１で開示されたＴＥ01δモード共振器を複数個配置した帯域通過フィルタが開示されている。

図１６は特許文献２に開示されているＴＥ01δモード誘電体共振器を複数個利用した誘電体フィルタ１１０を示すものである。導電性キャビティ１１９の中に、誘電体コア１１１および誘電体コア１１２が支持台１１３を介して設置されている。導電性キャビティ１１９には導電性のカバー１２０がねじにより螺設されており、カバー１２０には周波数調整ねじ１１４が取り付けられている。入力コネクタ１１５から入力された電力は入力プローブ１１７を介して入力側の誘電体コア１１１に電磁気的に結合される。誘電体フィルタ１１０を通過した電力は出力プローブ１１８を介して出力コネクタ１１６に出力され、特定の周波数成分が濾波され帯域通過フィルタとなる。誘電体コア１１１と誘電体コア１１２および誘電体コア１１２同士は入力側から出力側に向かって順次電磁気的に結合しており、この結合量は誘電体コア１１１，１１２の間隔により決定される。
特開平６−０６１７１４ 特開平５−３１５８１３

誘電体共振器は空胴型の共振器に比較してサイズが非常に小型化できるというメリットがある。一方で、所望するメインモード共振以外のスプリアス共振がメインモードの近傍に発生し易い。特に、誘電体の評価用途として誘電体共振器を使用する場合には測定器の表示画面上において使用する共振ピークの特定が困難となったり、所望の共振ピークとスプリアス共振ピークが縮退して正確な測定が行えなくなるといった問題点があった。このような問題点は誘電率が極端に高い材料を評価する際に特に顕著になる。

また、例えば誘電体の評価用途としてＴＥ01δモード誘電体共振器を使用する場合、誘電体コアの寸法のずれやキャビティ内の設置位置のずれによって共振周波数がばらつく、これにより誘電率の測定値にばらつきを生じるという問題点があった。

また、誘電体共振器を複数個配列して帯域通過フィルタを形成した場合には、スプリアス共振がフィルタの減衰領域を悪化させ、所望の特性を満足できなくなるという問題点があった。

マイクロ波帯もしくはミリ波帯の誘電体フィルタにおいてはスプリアス共振の問題が特に顕著となる。従来のフィルタは同軸伝送系に接続する同軸コネクタを有し、同軸系を伝搬してくるＴＥＭ波をループやアンテナプローブにより誘電体共振器に結合させてモード変換を行ってフィルタを形成していた。しかしながら、ループやアンテナプローブによるモード変換ではスプリアス共振を発生させやすいばかりでなく、ループやアンテナプローブ自体が共振器として作用しこれによるスプリアス共振が発生するといった問題点もあった。

本発明の目的は、メインモード以外のスプリアス共振の発生が少なく、誘電体コアの寸法や設置位置のずれによる共振周波数のばらつきが小さく、共振器の励振においては特別なループやアンテナプローブを必要としない優れた誘電体共振器を提供することである。

上記問題点を解決するために本願の各発明は以下のように構成する。

請求項１に係る発明の誘電体共振器は、対向する２つの平行な主面と該主面に連続する側面と該主面の中央部に貫通孔を有し２つの該主面に電極が形成されている誘電体コアと、内導体と外導体を有し短絡電極板により１端面が短絡され且つ電磁気的にシールドされた同軸線路と、からなり、前記誘電体コアは、前記内導体が前記貫通孔に挿通され且つ該誘電体コアの前記電極が前記内導体および前記外導体と接触しないように前記外導体内に配設されており、前記誘電体コアの一主面は前記短絡電極板に電気的に接続されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の誘電体共振器において、前記短絡電極板は前記同軸線路に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明の誘電体フィルタは、 内導体と外導体とからなる同軸線路内に、対向する２つの平行な主面と該主面に連続する側面と該主面の中央部に貫通孔を有し２つの該主面に電極が形成されている誘電体コアを、該電極が前記内導体および前記外導体に接触しない様に複数配置してなる誘電体フィルタであって、前記複数の誘電体コアはそれぞれが短絡電極板を介して主面同士が電気的に接続され、前記貫通孔が同心となるように直列に配列されており、前記配列された誘電体コアのうち、両端に位置する誘電体コアの貫通孔にはそれぞれ前記内導体が挿通され、該内導体は該誘電体コアが接する短絡電極板に電気的に接続されており、前記短絡電極板のそれぞれは前記外導体に接続されていないことを特徴とする。

請求項４に係る発明の誘電体フィルタは、内導体と外導体とからなる同軸線路内に、対向する２つの平行な主面と該主面に連続する側面と該主面の中央部に貫通孔を有し２つの該主面に電極が形成されている誘電体コアを、該電極が前記内導体および前記外導体に接触しない様に複数配置してなる誘電体フィルタであって、前記複数の誘電体コアはそれぞれが短絡電極板を介して主面同士が電気的に接続され、前記貫通孔が同心となるように直列に配列されており、前記配列された誘電体コアのうち、両端に位置する誘電体コアの貫通孔にはそれぞれ前記内導体が挿通され、該内導体は該誘電体コアが接する短絡電極板に電気的に接続されており、前記短絡電極板のうち１つは前記外導体に電気的に接続されており且つ少なくとも１つの電極除去部を有し、他は前記外導体に接続されていないことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３に記載の誘電体フィルタであって、前記配列された誘電体コアが５個以上である誘電体フィルタにおいて、両端に位置せず且つ隣接しない所定の２つの誘電体コアに生じる電磁界を結合させるための結合手段を有し、該結合手段は前記誘電体コアの前記貫通孔に挿通されており、該結合手段の外導体は１つの前記短絡電極板に電気的に接続されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項３〜５のいずれか１項に記載の誘電体フィルタにおいて、前記複数の誘電体コアのうち少なくとも１つは、他の誘電体コアと断面寸法が異なることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１または２に記載の誘電体共振器、または請求項３〜６のいずれか１項に記載の誘電体フィルタにおいて、前記同軸線路の特性インピーダンスが５０Ωであることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項１または２または７に記載の誘電体共振器、または請求項３〜７のいずれか１項に記載の誘電体フィルタにおいて、前記誘電体コアが円環状であることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項１または２または６〜８のいずれか１項に記載の誘電体共振器、または請求項３〜８のいずれか１項に記載の誘電体フィルタにおいて、前記誘電体コアの側面と前記同軸線路の内導体または／かつ外導体との隙間に前記誘電体コアの誘電率と比較して低誘電率な部材が充填されていることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項１または２または６〜９のいずれか１項に記載の誘電体共振器、または請求項３〜９のいずれか１項に記載の誘電体フィルタにおいて、前記同軸線路には少なくとも１つの同軸コネクタを備える事を特徴とする。

この発明によれば、エネルギーの閉じ込め性の高いＴＭ010モードが基本モードとして励振され、ＴＭ010モードによる共振周波数の近傍にはスプリアス共振が発生しない優れた誘電体共振器および誘電体フィルタが得られる。

またこの発明によれば、同軸線路に対する誘電体コアの位置決め精度を高めなくとも周波数にばらつきを生じることなく、安定した共振周波数の誘電体共振器が得られる。

またこの発明によれば、同軸線路から直接誘電体コアに電磁結合させることができるため、伝送線路に直接フィルタを形成できる。

以下に本発明の実施形態を図を用いて説明する。図１は本発明に係る誘電体共振器の第１の実施形態を示す部分断面図である。

同軸線路１の一端面は短絡電極板６により外導体２と内導体３が短絡されている。このように電磁気的に閉じられた空間の中に、誘電体コア４が設置されている。誘電体コア４は貫通孔７を有する円筒形状をなしており、貫通孔７には内導体３が挿通されている。誘電体コア４の主面５には電極が形成されている。本図では可視的に示されていないが、主面５と対向する主面にも同様に電極が形成されており、この電極は短絡電極板６に電気的に接続されている。誘電体コア４の外側面は外導体２に接触しておらず、また誘電体コア４の内側面は内導体３に接触していない。なお、誘電体コア４の主面に形成された電極が内導体３および外導体２と直接接するもので無いのであれば、誘電体コア４の側面は内導体３や外導体２と接触していてもよい。つまり、主面５に形成された電極が主面の縁まで至っていないような電極とすれば誘電体コア４の側面は内導体３や外導体２と接触していてもよい。

同軸線路１の外導体２の内径と内導体３の外径は、同軸線路１の特性インピーダンスが５０Ωとなるようにその比率が決められている。尤も特性インピーダンスは必ずしも５０Ωとされる必要はなく、共振器のサイズにより適宜外導体２の内径と内導体３の外径を定めてもよい。またこの同軸線路に接続される他の線路の特性インピーダンスに整合させるように外導体２の内径と内導体３の外径の比率を定めてもよい。さらに、同軸線路１はインピーダンス変換部を有しても良い。特に誘電体コア４との電磁気的な結合量を調整するために、誘電体コア４が挿入される部分もしくはその近傍のみの外導体２の内径と内導体３の外径の比率を他の部分の比率と異ならせても良い。

このような状態で同軸線路１に電力を供給すれば誘電体共振器は特定の周波数で共振し、その反射特性を測定することにより共振周波数が分かる。図２は図１に示す第１の実施形態の共振器において、各部の寸法を以下の様に設定した第１の実施例における反射特性を有限要素法によりシミュレーションした結果を示す図である。
同軸線路１の外導体２の内径Ｃra＝７ｍｍ
同軸線路１の内導体３の外径Ｃrb＝３．０４ｍｍ
誘電体コア４の外径Ｄra＝５．６４ｍｍ
誘電体コア４の貫通孔７の直径Ｄrb＝４．０４ｍｍ
誘電体コア４の高さ（主面同士の距離）Ｄh＝１ｍｍ
誘電体コア４の比誘電率εr＝１００００
誘電体コア４の誘電正接ｔａｎδ＝０．２
誘電体コア４は貫通孔７と内導体３が完全に同心となるように配置した。
図４は誘電体コア４の拡大斜視図であり、上記の寸法記号を説明する図である。

図２から分かるようにＴＭ010モード、ＴＭ030モード、ＴＭ050モード、ＴＭ070モード、ＴＭ090モードが励振され、これら以外のモードは励振されていないことが分かる。各モードの判別は有限要素法の計算結果から電磁界分布を見ることにより行うことができる。

図３（ａ）および（ｂ）は誘電体コア４の主面方向から見た時の電磁界分布の模式的説明図である。図３（ａ）はＴＭ010モードの電磁界ベクトル図であり、図３（ｂ）はＴＭ030モードの電磁界ベクトル図である。

ベクトル１０，１３，１４，１５はそれぞれ磁界ベクトルを示している。シンボル１１，１２，１６，１７はそれぞれ電界ベクトルの方向を示している。より詳細にはシンボル１１およびシンボル１６は紙面手前から奥に向かって電界ベクトルが存在する様子を示しており、シンボル１２およびシンボル１７は紙面奥から手前に向かって電界ベクトルが存在する様子を示している。これらのベクトルおよびシンボルは共振状態における誘電体コアのある瞬間をとらえて図示したものである。

本実施形態によれば、図２に示すようにメインモードであるＴＭ010を明確に判別することができる。また、ＴＭ010モードの次に生じる高次モードは３倍波であるＴＭ030モードであるため周波数の間隔が十分とれメインモードが他のモードの影響を受けない。従って、この共振器を使って高誘電率材料の誘電率などの物性を精度良く特定することができる。

次に第１の実施例において、誘電体コア４の各部の寸法が変化したときの周波数変動の様子を図５、図６、図７を用いて説明する。

図５は第１の実施例の変形例として誘電体コアの高さＤhを変動させた第２の実施例の反射特性を有限要素法により計算した結果を示すものである。尚、Ｄh以外の寸法は第１の実施例と同様である。図５から分かるように誘電体コア４の高さＤhを変動させても各モードの周波数は変動していないことが分かる。従ってＤhに関しては寸法精度を高く設定せずとも安定した周波数特性が得られる。

図６は第１の実施例の変形例として誘電体コア４の肉厚ｔ（ｔ＝［Ｄra−Ｄrb］／２）を一定とし、外径Ｄraを変動させた第３の実施例の反射特性を有限要素法により計算した結果を示す図である。尚、Ｄra，Ｄrb以外の寸法は第１の実施例と同様である。図６から分かるように肉厚ｔを一定として外径Ｄraを変化させても各モードの周波数は変動していないことが分かる。

図７は第１の実施例の変形例として誘電体コア４の肉厚ｔを変動させた第４の実施例の反射特性を有限要素法により計算した結果を示す図である。尚、ｔ以外の寸法は第１の実施例と同様である。肉厚ｔを変動させるときは、Ｄraを固定しＤrbを変化させたが、Ｄrbを固定しＤraを変化させたとき、またＤrbとＤraの双方を変化させたときも計算結果は同じものとなる。図７から分かるように肉厚ｔが変動すると共振周波数は変化する。

第２〜第４の実施例の反射特性の計算結果を総じて判断すれば、第１の実施形態に示す誘電体共振器の周波数は、誘電体コア４の肉厚ｔのみに依存し他の寸法の変動には依存しないことが分かる。尚、周知事実として比誘電率εrが変動すれば誘電体共振器の周波数は変動する。通常このような円環状の誘電体コア４をプレス金型により作成するときのプレス方向は貫通孔の軸に添う方向となるため、誘電体コア４を形成する材料粉末の充填量のばらつきにより肉厚ｔはばらつきを生じやすい。一般的には誘電体コア４の焼成後に研磨を実施し肉厚ｔを調整するが、本実施形態によれば前記研磨の精度を十分に高めなくとも安定した共振周波数を得ることができる。

次に同軸線路１に対する誘電体コア４の設置位置についての検討結果を示す。第１の実施例では、誘電体コア４は貫通孔７と内導体３が完全に同心となるように配置されていた。図８は第１の実施例の比較例として誘電体コア４の設置位置を第１の実施例の位置からずらしたときの反射特性を有限要素法により計算した結果を示すものである。尚、誘電体コア４の設置位置が異なる以外の他の寸法関係は第１の実施例と同様である。

図８において“ずれ０．２５”として示された破線は貫通孔７の中心が内導体３の中心から任意の半径方向に０．２５ｍｍずれた状態の反射特性を表し、“ずれ０．４５”として示された破線は貫通孔７の中心が内導体３の中心から任意の半径方向に０．４５ｍｍずれた状態の反射特性を表す。図８から分かるように誘電体コア４の設置位置がずれた場合でも共振周波数は変化していない。さらに各共振モードの反射損失レベルにも差がないことから同軸線路１と誘電体共振器４の電磁界結合量もほぼ一定であることが分かる。

以上より第１の実施形態によれば、誘電体コア４の肉厚ｔを除けば、他の寸法は同軸線路の外導体２や内導体３と接触しない範囲で変動しても測定周波数に差異は出ず、また誘電体コア４の設置位置がばらついたとしても測定周波数および電磁界結合量に差異は出ない。従って本実施形態１の誘電体共振器を用いれば比誘電率εrの測定を安定して行うことができる。

次に図１に示す誘電体共振器を測定治具として使用する場合に好適な構成を第２の実施形態として説明する。

図９は本発明に係る誘電体共振器の第２の実施形態を示す側面部分断面図である。同軸線路内に誘電体コアが設置される構成は実施形態１と同様である。実施形態１と同じ態様のものには同じ番号を付した。以下実施形態１と異なる部分を中心に説明する。外導体２１の端部に近い外周には雄ねじ２３が形成されている。また内導体２２は外導体の端面よりも突出して設けられている。外導体２１の端面には導体で形成されたキャップ２５が螺着され、このキャップ２５は着脱可能とされている。キャップ２５の中心部には穴２７が設けられており、キャップ２５を外導体２１に螺着したときに穴２７に内導体２２が挿通される。さらに、キャップ２５には導体でバネ性のある保持バネ２６が取り付けられており、保持バネ２６は内導体２２を係止すると共に、キャップ２５と内導体２２を電気的に接続する。結果として内導体２２は外導体２１とキャップ２５により短絡される。キャップ２５の内側には予め誘電体コア４を取り付けておき、この状態で外導体２１に螺着することにより、電気的に第１の実施形態と同様な誘電体共振器が構成できる。

第２の実施形態の様な構成とすることにより、誘電体コア４の取り替え可能な周波数測定治具が構成できる。キャップ２５への誘電体コア４の取り付けは導電性の接着剤、導電性熱硬化シート、もしくは機械的固定方法などにより行うことができる。内導体２２の軸方向を鉛直とした場合には、誘電体コア４を単にキャップ２５に載置するだけでもよい。キャップ２５はＣｕやＣｕ合金が好適に用いられ、銀メッキを施すと電極損失が小さい状態での測定が可能となる。保持バネ２６はリン青銅やベリリウム銅が好適に用いられる。また、内導体２２の端面を外導体２１の端面からやや突出した状態として、穴２７を有さないキャップ２５を用いて、キャップ２５の内面と内導体２２の端面を圧着させてもよい。

次に第１の実施形態の誘電体共振器を基本構成とする２段の帯域通過型誘電体フィルタである第３の実施形態を説明する。

図１０は本発明に係る２段の帯域通過型誘電体フィルタを説明する図であり、図１０（ａ）は側面の部分断面図を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ線拡大断面図を示している。同軸線路３０ａ，３０ｂはそれぞれ同じ直径で構成されており、それぞれの端面部は短絡電極板３５により内導体３２ａ，３２ｂと外導体３１ａ，３１ｂとがそれぞれ短絡されている。短絡電極板３５は金属で形成されていてもよいし、セラミックや樹脂に銀電極や銅電極を形成したものでも良い。短絡電極板３５の両主面には誘電体コア４ａ，４ｂが配設されている。第１の実施形態と同様に誘電体コア４ａ，４ｂの両主面には電極が形成されており、短絡電極板３５に接する主面の電極は短絡電極板３５に電気的に接続されている。また、誘電体コア４ａ，４ｂはそれぞれの貫通孔３３ａ，３３ｂと内導体３２ａ，３２ｂとが同心となるように位置決めされている。

短絡電極板３５と内導体３２ａ，３２ｂとの接続、短絡電極板３５と外導体３１ａ，３１ｂとの接続は半田付けにより接続されることが好ましいが機械的なかしめによるものでも構わない。短絡電極板３５と誘電体コア４ａ，４ｂとの接続は半田つけもしくは導電性接着剤により接続されている。短絡電極板３５を金属で形成する場合には、オーミック損を低減するために表面に銀メッキが施されていることが好ましい。短絡電極板３５の線膨張係数は誘電体コア４ａ，４ｂの線膨張係数とほぼ等しくされていることが好ましい。このような材料として４２Ｎｉ合金、インバーなどが有用である。

短絡電極板３５には電極除去部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが形成されており、誘電体コア４ａ，４ｂに生じる電磁界はこの電極除去部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを介して結合することにより２段の帯域通過フィルタが形成される。同軸線路３０ａを入力側、同軸線路３０ｂを出力側とすれば、入力側である同軸線路３０ａを伝搬してきた電力は、２段の帯域通過フィルタにより濾波されて出力側である同軸線路３０ｂに伝搬される。電極除去部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄのサイズや個数は、必要な結合量に応じて適宜決定されうる。また、本実施形態では誘電体コア４ａ，４ｂの外周部に電極除去部を設けた例を示したが、誘電体コア４ａ，４ｂの内周部３７に電極除去部を設けても良い。また必要に応じて内周部と外周部の双方に設けてもよい。また短絡電極板３５に接する位置の誘電体コア４ａ，４ｂの主面の電極を一部除去し、この除去された部分と接する位置の短絡電極板３５の電極を除去することによっても電磁界結合を達成することができる。同軸線路３０ａと誘電体コア４ａの結合量については、誘電体コア４ａの直径や高さを変えることによって所望の値に調整することができる。また、同軸線路３０ａの特性インピーダンスを変化させることによっても可能である。

本実施形態において、誘電体コア４ａ，４ｂの側面は外導体３１ａ，３１ｂおよび内導体３２ａ，３２ｂと接触していない例を示したが、短絡電極板３５に接地されない誘電体コア４ａ，４ｂの主面に形成される電極が直接外導体３１ａ，３１ｂおよび内導体３２ａ，３２ｂに接触するものでなければ、誘電体コア４ａ，４ｂの側面は外導体３１ａ，３１ｂおよび／または内導体３２ａ，３２ｂと接触しても良い。尤もスプリアスモードを抑制するためには本実施形態のように、誘電体コア４ａ，４ｂの側面は外導体３１ａ，３１ｂおよび内導体３２ａ，３２ｂと接触していないことが望ましく、接触させないための空間はできるだけ大きい方が好ましい。これは以下に説明する他の実施形態においても同様である。

また本実施形態においては、短絡電極板３５が外導体３１ａおよび３１ｂに電気的に接続されていない形状としても良い。このような形態の誘電体フィルタについては次の第４の実施形態において詳細に説明する。

第１の実施形態において説明したとおり、このような形態の共振器はスプリアス特性が非常に優れているため、減衰特性の優れた帯域通過フィルタが形成できる。また、伝送路である同軸線路内に形成することができるため余分なスペースを必要としない、さらに構造が非常に簡単で部品点数も少ないため非常に安価なフィルタが構成できる。特にマイクロ波帯、ミリ波帯においては有効な構成であり、移動体通信などに使用される基地局システムの前段フィルタとして有用である。

次に第１の実施形態の誘電体共振器を基本構成とする３段の帯域通過型誘電体フィルタである第４の実施形態を説明する。

図１１は本発明に係る３段の帯域通過型誘電体フィルタを説明する図であり、図１１（ａ）は側面の部分断面図を示し、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＢ−Ｂ線拡大断面図を示している。本実施形態は第３の実施形態として示した２段の帯域通過フィルタの２つの誘電体コア４ａ，４ｂの中間に直列に誘電体コア４ｃをさらに設けたものである。図１１においては第３の実施形態と同様の構造を示す部分については同じ番号を付し説明を省略する。

同軸線路３０ａの外導体３１ａと同軸線路３０ｂの外導体３１ｂとは電気的に接続されており外部に電磁界が漏れないようにされている。外導体３１ａと外導体３１ｂは一体的に連続するものとしても良い。外導体３１ａ，３１ｂにより形成される空間には、貫通孔３３ｃの中心線が貫通孔３３ａの中心線と一致するように誘電体コア４ｃが配設されている。誘電体コア４ｃは誘電体コア４ａ，４ｂと略同形状であり、両主面には電極面を有している。誘電体コア４ｃの両主面の一方は短絡電極板４０ａの一面と電気的に接続されており、他方は短絡電極板４０ｂの一面と電気的に接続されている。短絡電極板４０ａ，４０ｂは、双方とも外導体３１ａや外導体３１ｂに電気的に接続されておらず、結合スリット４１および結合スリット４２を有する。結合スリット４１および結合スリット４２には低誘電率の樹脂が充填されていてもよい。このような樹脂としてはテフロンが好適に用いられる。

誘電体コア４ａと４ｃに生じる電磁界は短絡電極板４０ａの結合スリット４１を介して結合し、誘電体コア４ｂと４ｃに生じる電磁界は短絡電極板４０ｂの結合スリット４２を介して結合することにより、本実施形態では３段の帯域通過フィルタが形成される。結合スリット４１，４２は隙間が大きくなれば電磁界の結合量が大きくなり、隙間が小さくなれば電磁界の結合量が小さくなる。誘電体コア同士の電磁界結合量が最適となるように短絡電極板４０ａ，４０ｂの直径を適宜決定して、結合スリット４１，４２の大きさを調整すればよい。

同軸線路３０ａ、３０ｂは特性インピーダンスが５０Ωとされることが望ましい。特性インピーダンスを５０Ωとすることにより他の回路との整合がとり易くなる。尤も特性インピーダンスは必ずしも５０Ωとされる必要はなく、共振器のサイズにより適宜外導体３１ａ，３１ｂの内径と内導体３２ａ，３２ｂの外径を定めてもよい。またこの同軸線路に接続される他の線路の特性インピーダンスに整合させるようにしてもよい。さらに、同軸線路３０ａ，３０ｂはインピーダンス変換部を有しても良い。特に誘電体コア４ａ，４ｂとの電磁気的な結合量を調整するために、誘電体コア４ａ，４ｂが挿入される部分もしくはその近傍のみの外導体の内径と内導体の外径の比率を他の部分の比率と異ならせても良い。

図１２は図１１に示す第４の実施形態のフィルタにおいて、各部の寸法を以下の様に設定した第６の実施例における反射特性を有限要素法によりシミュレーションした結果を示すものである。
同軸線路３０ａの外導体３１ａの内径Ｃra1＝１８ｍｍ
シールド電極３１ｃの内径Ｃra3＝１８ｍｍ
同軸線路３０ａの内導体３２ａの外径Ｃrb1＝７．８１ｍｍ
誘電体コア４ａの外径Ｄra1＝１７．４０ｍｍ
誘電体コア４ａの貫通孔３３ａの直径Ｄrb1＝８．４１ｍｍ
誘電体コア４ａの高さ（主面同士の距離）Ｄh1＝５ｍｍ
誘電体コア４ａの比誘電率εr＝４０
誘電体コア４ａの誘電正接ｔａｎδ＝０．００２５
同軸線路３０ａと同軸線路３０ｂは同じ寸法であり、また誘電体コア４ａ，４，ｂ，４ｃも同じ寸法であり材料定数も同一である。

図１２においてＳ２１は透過波形、Ｓ１１は反射波形を表す。第６の実施例によれば約５ＧＨｚを中心として通過帯域が約３００ＭＨｚの帯域通過フィルタが形成できることが分かる。通過帯域幅や反射損失量の要求仕様に応じて誘電体コア４ａ〜４ｃのそれぞれの周波数および、結合量が最適となるように各部の寸法を適宜設定すればよい。６．２ＧＨｚ近辺に生じている減衰極は、２段目の共振器（誘電体コア４ｃ）がコンデンサとして動作して１段目の共振器（誘電体コア４ａ）と３段目の共振器（誘電体コア４ｂ）との間に飛ばし結合が生じたために発生しているものである。この結合量は誘電体コア４ｃの高さを変更することにより調整可能であり、減衰極の発生位置をコントロールすることができる。

次に第１の実施形態の誘電体共振器を基本構成とする４段以上の帯域通過型誘電体フィルタである第５の実施形態を説明する。

図１３は本発明に係る４段の帯域通過型誘電体フィルタを説明する図であり、図１３（ａ）は側面の部分断面図を示し、図１３（ｂ）は図１３（ａ）におけるＣ−Ｃ線拡大断面図を示している。本実施形態は第４の実施形態として示した３段の帯域通過フィルタの誘電体コア４ｃ，４ｂの中間に直列に誘電体コア４ｄをさらに設けたものである。図１３においては第４の実施形態と同様の構造を示す部分については同じ番号を付し説明を省略する。

外導体３１ａと外導体３１ｂは電気的に接続されており、外部に電磁界が漏れないようにされている。外導体３１ａ，３１ｂより形成される空間には、貫通孔３３ｄの中心線が貫通孔３３ｃの中心線と一致するように誘電体コア４ｄが配設されている。誘電体コア４ｄは誘電体コア４ｃと同形状であり、両主面には電極面を有している。誘電体コア４ｄの両主面の一方は短絡電極板４０ｃの一面と電気的に接続されており、他方は短絡電極板４０ｂの一面と電気的に接続されている。短絡電極板４０ｃは、第４の実施形態の短絡電極板４０ａ，４０ｂと同様のものであり、結合スリット４３を有する。

第５の実施形態は４段のフィルタを示したが、上記のように同様の構造の共振器を追加していくことで簡単に多段のフィルタを構成でき、減衰特性の優れた帯域通過フィルタを容易に構成することができる。

次に多段のフィルタの変形例として第６の実施形態を図１４に示す。図１４は第５の実施形態において説明した４段のフィルタをさらに多段化し中間段の作図を省略したものである。第４の実施形態と主に異なる部分にのみ番号を付し以下に説明する。

短絡電極板４５ａ，４５ｂの中心部には穴が設けられており、この穴を貫通して有極結合ケーブル５０が設けられている。有極結合ケーブル５０は同軸ケーブルであり、円筒状の外導体５３の中にインシュレーター５１と内導体５２が同軸ケーブル形状となるように設けられている。有極結合ケーブル５０は短絡電極板４５ａ，４５ｂに絶縁性の保持部材５５ａ，５５ｂを介して機械的に固定されている。また、有極結合ケーブル５０の外導体５３は本図では省略されている短絡電極板の１つに電気的に接続されている。外導体５３が電気的に接続されている短絡電極板は同軸ケーブル３０ａまたは３０ｂの外導体に電気的に接続されていることが望ましい。

プローブ５２ａは貫通孔３３ｃの中に突出しており、同様にプローブ５２ｂは貫通孔３３ｄの中に突出している。プローブ５２ａは誘電体コア４ｃに生じる電磁界と弱く結合し、プローブ５２ｂは誘電体コア４ｄに生じる電磁界と弱く結合することにより、誘電体コア４ｃと誘電体コア４ｄの間に飛ばし結合が生じることとなる。誘電体コア４ｃと４ｄの間には他の誘電体コアが存在するため、有極結合ケーブル５０によって生じる飛び結合により減衰極のコントロールが可能となる。

プローブ５２ａおよび／またはプローブ５２ｂは必要に応じてループ形状としても良い。多段のフィルタにおいて何段目同士を飛ばすかは目標仕様に応じて適宜決定されうる。また、有極結合ケーブル５０を複数用いて２つ以上の飛ばし結合を構成するようにしても良い。例えば８段フィルタであれば、２段目４段目間、４段目７段目間等に同時に飛ばし結合を形成することができ減衰極の構成に多様性を持たせることができる。このように各段の共振器の内部に飛び結合構造を設けることができるため、外径上非常にシンプルで扱いやすい構造が可能となる。もちろん飛び結合構造を同軸線路３０ａ，３０ｂの外部に設けることもできる。

以上説明したように、本発明によれば構造が単純で、伝送ケーブルとの接続性が良く、スプリアス共振が少なく減衰特性に優れた安価な帯域通過型フィルタを提供することができる。

本発明の第１の実施形態を説明する誘電体共振器の斜視部分断面図である。 第１の実施形態の共振器の反射特性を示す図である。 （ａ）ＴＭ010モードの電磁界分布を説明する誘電体コアの断面図である。

（ｂ）ＴＭ030モードの電磁界分布を説明する誘電体コアの断面図である。
本発明に用いられる誘電体コアの寸法位置を示す斜視図である。 第１の実施形態において、誘電体コアの高さを変動させたときの反射特性を示す図である。 第１の実施形態において、誘電体コアの外径を変動させたときの反射特性を示す図である。 第１の実施形態において、誘電体コアの外径を一定とし内径を変動させたときの反射特性を示す図である。 第１の実施形態において、同軸線路に対する誘電体コアの設置位置を変動させたときの反射特性を示す図である。 本発明の第２の実施形態を説明する誘電体共振器の側面部分断面図である。 （ａ）本発明の第３の実施形態を説明する誘電体フィルタの側面部分断面図である。

（ｂ）図１０（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。
（ａ）本発明の第４の実施形態を説明する誘電体フィルタの側面部分断面図である。

（ｂ）図１１（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
第４の実施形態の誘電体フィルタの透過特性および反射特性を示す図である。 （ａ）本発明の第５の実施形態を説明する誘電体フィルタの側面部分断面図である。

（ｂ）図１３（ａ）のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
本発明の第６の実施形態を説明する誘電体フィルタの側面部分断面図である。 従来の誘電体共振器を説明する側面断面図である。 従来の誘電体フィルタを説明する側面断面図である。

符号の説明

１，２０，３０ａ〜ｂ 同軸線路
２，２１，３１ａ〜３１ｄ 外導体
３，２２，３２ａ〜３２ｂ 内導体
４，４ａ〜４ｄ 誘電体コア
５ 電極
６，３５，４０ａ〜ｃ，４５ａ〜ｂ 短絡電極板
２５ キャップ
２６ 保持バネ
４１〜４３ 結合スリット
５０ 有極結合ケーブル

Claims (10)

1. 対向する２つの平行な主面と該主面に連続する側面と該主面の中央部に貫通孔を有し２つの該主面に電極が形成されている誘電体コアと、
   内導体と外導体を有し短絡電極板により１端面が短絡され且つ電磁気的にシールドされた同軸線路と、からなり、
   前記誘電体コアは、前記内導体が前記貫通孔に挿通され且つ該誘電体コアの前記電極が前記内導体および前記外導体と接触しないように前記外導体内に配設されており、
   前記誘電体コアの一主面は前記短絡電極板に電気的に接続されていることを特徴とする誘電体共振器。
2. 前記短絡電極板は前記同軸線路に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振器。
3. 内導体と外導体とからなる同軸線路内に、
   対向する２つの平行な主面と該主面に連続する側面と該主面の中央部に貫通孔を有し２つの該主面に電極が形成されている誘電体コアを、該電極が前記内導体および前記外導体に接触しない様に複数配置してなる誘電体フィルタであって、
   前記複数の誘電体コアはそれぞれが短絡電極板を介して主面同士が電気的に接続され、前記貫通孔が同心となるように直列に配列されており、
   前記配列された誘電体コアのうち、両端に位置する誘電体コアの貫通孔にはそれぞれ前記内導体が挿通され、該内導体は該誘電体コアが接する短絡電極板に電気的に接続されており、
   前記短絡電極板のそれぞれは前記外導体に接続されていないことを特徴とする誘電体フィルタ。
4. 内導体と外導体とからなる同軸線路内に、
   対向する２つの平行な主面と該主面に連続する側面と該主面の中央部に貫通孔を有し２つの該主面に電極が形成されている誘電体コアを、該電極が前記内導体および前記外導体に接触しない様に複数配置してなる誘電体フィルタであって、
   前記複数の誘電体コアはそれぞれが短絡電極板を介して主面同士が電気的に接続され、前記貫通孔が同心となるように直列に配列されており、
   前記配列された誘電体コアのうち、両端に位置する誘電体コアの貫通孔にはそれぞれ前記内導体が挿通され、該内導体は該誘電体コアが接する短絡電極板に電気的に接続されており、
   前記短絡電極板のうち１つは前記外導体に電気的に接続されており且つ少なくとも１つの電極除去部を有し、他は前記外導体に接続されていないことを特徴とする誘電体フィルタ。
5. 前記配列された誘電体コアが５個以上である誘電体フィルタにおいて、両端に位置せず且つ隣接しない所定の２つの誘電体コアに生じる電磁界を結合させるための結合手段を有し、該結合手段は前記誘電体コアの前記貫通孔に挿通されており、該結合手段の外導体は１つの前記短絡電極板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の誘電体フィルタ。
6. 前記複数の誘電体コアのうち少なくとも１つは、他の誘電体コアと断面寸法が異なることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の誘電体フィルタ。
7. 前記同軸線路の特性インピーダンスが５０Ωであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘電体共振器、または誘電体フィルタ。
8. 前記誘電体コアが円環状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘電体共振器、または誘電体フィルタ。
9. 前記誘電体コアの側面と前記同軸線路の内導体または／かつ外導体との隙間に前記誘電体コアの誘電率と比較して低誘電率な部材が充填されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘電体共振器、または誘電体フィルタ。
10. 前記同軸線路には少なくとも１つの同軸コネクタを備える事を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の誘電体共振器、または誘電体フィルタ。