JP2007502088A - 高性能誘電共振器回路用の実装機構 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、共振器の中心の縦スルーホールを貫通する金属ロッド等の高い熱伝導性及び導電性支持部材によって共振器がエンクロージャに取り付けられる誘電共振器回路を放熱する方法及び装置である。支持部材は、支持部材及び共振器間に配置された高い熱伝導性を有する誘電スリーブによりスルーホール内に取り付けられる。ロッドすなわち支持部材は、回路の品質係数Ｑの減少を最小にするよう選択された直径を有する。或いは、支持部材は高い熱伝導性誘電体でもよく、スルーホールの内壁は金属化してもよい。

Description

本発明は、マイクロ波通信システムに使用される誘電共振器回路に関し、より詳細には、このような回路の放熱を改良する技法に関する。

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、発信器、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。

図１は、従来技術の代表的な誘電共振器の斜視図である。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。図２は、複数の誘電共振器１０を用いた従来技術のマイクロ波誘電共振器フィルタ２０の斜視図である。共振器１０は、導電性エンクロージャ２４のキャビティ２２内に配列される。導電性エンクロージャ２４は、図２に示されるように代表的には矩形である。エンクロージャ２４は一般にアルミニウムで形成され銀めっきされるが、他の材料も周知である。共振器１０は、接着剤等によりエンクロージャの床に取付け可能であるが、より一般的には柱又はロッド等の低損失誘電支持部材によりエンクロージャの床上で宙吊りにされる。図３は、例えばアルミニウム製の誘電ロッド２５を介して図２のエンクロージャ２４に実装される共振器１０のうち１個の側断面である。ロッド２５は、共振器のスルーホール及びロッド２５のスルーホールを貫通しエンクロージャ２４のねじ付き穴内に入るプラスチックねじ２７を介して、エンクロージャ２４の床２６に取り付けられる。ワッシャ２９は、ねじ２７からの圧縮力を共振器及びロッドに加え、ロッドの上面は共振器１０に取り付けられる。

同軸ケーブル等の入力エネルギー源に結合された入力カプラ２８によって、マイクロ波エネルギーがキャビティ内に入る。入出力カプラ及び誘電共振器間の結合は、（例えば容量性の）電気、磁気、又はそれら両方であってもよい。電磁結合の用語は、本明細書において電気結合、磁気結合、又はそれら両方の組合せを含む最も広く使用される。導電性分離壁３２は、共振器を互いに分離し、物理的に互いに隣接する共振器１０間の結合を（部分的に又は完全に）阻止する。特に、壁３２のアイリス（irises）３０は隣接する共振器１０間の結合を制御する。アイリスの無い壁は一般に、これら壁により分離された互いに隣接する共振器間のいかなる結合を防止する。アイリスを有する壁は、これら壁により分離される互いに隣接する共振器間の結合をある程度許容する。例示として、誘電共振器１０は互いに順次に電磁結合する。すなわち、入力カプラ２８からのエネルギーは共振器１０ａに結合され、共振器１０ａはアイリス３０ａを通って次の共振器１０ｂと順に結合し、共振器１０ｂはアイリス３０ｂを通って次の共振器１０ｃと順に結合し、エネルギーが最後の共振器１０ｄから出力カプラ４０に結合されるまで続く。アイリスの無い壁３２ａは、共振器１０ａの場の、壁３２ａの別の側面の物理的に隣接するが順序として隣接しない共振器１０ｄとの結合を防止する。もちろん、誘電共振器回路は、順には隣接していない共振器間のクロス結合が望ましいことで知られるので、結合を許容し結合が生ずるが、このようなクロス結合は図２の典型的な実施形態においては図示されていない。

対応する共振器１０とほぼ同軸状に１枚以上の金属板４２が上カバー板（図示せず）に取り付けられ、フィルタの中心周波数を設定するよう共振器の場に影響を与える。特に板４２は、エンクロージャ２４の上カバー板（図示せず）のねじ付き穴を貫通するねじ４３に実装可能である。ねじは、板４２及び共振器１０間の間隔を変更して共振器の中心周波数を調整するために回転してもよい。共振器１０の寸法、共振器の相対間隔、共振器の数、キャビティ２２の寸法、及びアイリス３０の寸法は全て、フィルタの所望の中心波長及びフィルタのバンド幅を設定するために精確に制御する必要がある。

出力カプラ４０は、フィルタ２０からのマイクロ波エネルギーを例えば別の同軸コネクタ（図示せず）に結合するために、最後の共振器１０ｄに隣接して配置される。信号はまた、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等の他の技法により、誘電共振器回路に及び誘電共振器回路から結合可能である。

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、異なる中心周波数で集中する多モードの電場及び磁場を有する。一つのモードは、マックスウェル方程式で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。一誘電共振器において、基本共振モード周波数、すなわち最低周波数は、横断電場モードＴＥ_01*（以下ＴＥという）であり、代表的には、共振器が組み込まれた回路すなわちシステムの所望のモードである基本ＴＥモードである。第２モードは一般的に、ハイブリッドモードＨ_11*（以下Ｈ₁₁という）と称される。Ｈ₁₁モードは誘電共振器から励起されるが、電場のかなりの量が共振器の外側にあるので、キャビティにより強く影響される。Ｈ₁₁モードは、誘電共振器と、誘電共振器が配置され２つの極性を有するキャビティとの相互作用の結果である。Ｈ₁₁モード場はＴＥモード場に直交する。ＴＭ_01*モードを含む付加的な高次モードがある。

代表的には、ＴＥモード以外の全モードは望ましくなく、干渉を構成する。しかし、Ｈ₁₁モード及びＴＭ_01*（横断磁場）モードは、周波数がＴＥモードに近くなる傾向があるので、重大な関心がある唯一の干渉であることが多い。共振器の縦スルーホール１４は、横断磁気モードの押上げを補助する。しかし、フィルタのチューニングの間、横断磁気モードの周波数は下げられ、フィルタの作動バンドに接近するおそれがある。特に、チューニングプレートが共振器に接近すると、ＴＭモードは、周波数が落ち込んでＴＥモード周波数に接近する傾向がある。

残余の高次モードは通常、ＴＥモードから実質的に周波数を分離するので、システムの作動との重大な干渉を起こさない。

従来技術の共振器及び共振器回路の欠点は、所望のＴＥモードと不要なＴＭ₀₁及びＨ₁₁モードとの間のモード分離が良好でないことである。さらに、従来技術の図２に示されるフィルタ等の誘電共振器回路は、分離壁及び結合ねじが存在するため、品質係数Ｑが低いという問題がある。Ｑはシステムの効率評価であり、より特定するとシステムにおける損失エネルギーに対する保存エネルギーの比である。共振器が発生する場は、エンクロージャ２０、チューニングプレート４２、内部壁３２，３４、及び調整ねじ４３等のシステムの全導電部品に接触し、これら導電部品内に電流を本質的に発生させる。これら電流は基本的に、回路から失われたエネルギーを具備する。

さらに、共振器内の電場は共振器内で熱を発生する。小電力マイクロ波回路において、十分な放熱を確保するのに特別な設計要素を必要とするほど熱は重大ではない。しかし、大電力マイクロ波回路において、共振器で発生する熱を放散する必要性は設計の関心事になる。特に、誘電共振器の温度が上昇するにつれて、その電気的特性が変化する。これは明らかに望ましくない。誘電共振器自体と、誘電共振器がエンクロージャに実装される低損失誘電支持部材は、非常に低い熱伝導性を有する。従って、エンクロージャが高い熱伝導性を有する（すなわち、銀めっきされたアルミニウムで形成される）場合であっても、共振器からエンクロージャへの効率的な熱経路はない。

大電力誘電共振器回路の放熱を改良する一技法は、西川他著「携帯電話基地局用の４分の１カットＴＥ_01*を使用する誘電大電力バンドパスフィルタ」（Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-35, １９８７年１２月１２日発行）に開示されている。この文献は、各々が２枚の垂直金属プレートに取り付けられた４分の１カット誘電共振器を使用する誘電共振器フィルタを開示する。金属プレートは、４分の１カット共振器の対向する両端面に取り付けられ、またエンクロージャに取り付けられる。２枚のプレートは、４分の１カット共振器を映して適当な電磁特性を有する回路を形成し、同時に共振器から金属プレートを通って金属エンクロージャに高熱伝導経路を提供する。しかし、共振器を金属プレートに接触させることは、回路のＱ値を著しく低下させる。筆者らは、それらの設計の８極楕円関数型フィルタ用の、880ＭHzで7000の無負荷Ｑ、挿入損失及び減衰レベルがそれぞれ0.37dB及び95dBを報告した。

本発明は、改良された誘電共振器回路を提供することを目的とする。

本発明は、放熱が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。

本発明は、改良された大電力誘電共振器回路を提供することを目的とする。

本発明は、放熱、品質係数及び不要応答が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。

本発明は、機械的安定性の改良を提供することをさらに別の目的とする。

本発明は、誘電共振器回路の放熱方法及び装置である。本発明によれば、共振器は、その中心の縦スルーホールを貫通する金属ロッド等の高熱伝導性且つ高導電性の支持部材により、エンクロージャに実装される。支持部材は好適には、支持部材及び共振器の間に配置された高伝導性であるが誘電性スリーブにより、スルーホール内に取り付けられている。ロッドすなわち支持部材は、回路用の品質係数Ｑの減少が最小になるよう選択された直径を有する。或いは支持部材は高熱伝導性の誘電体であってもよく、スルーホールの内壁は金属化されてもよい。

本発明は、従来の筒状の誘電共振器を使用する回路との接続に効果的であるが、より新しい円錐状の共振器との接続に特に効果的である。特に、金属ロッドは、円錐状誘電共振器のスルーホールを通ってエンクロージャの一側から他側へ通過すると、ＴＭ_01*モードを弱めると共にＴＥモードから離れた方向にシフトすることにより、システムの不要応答の改良を補助する傾向が実際にはある。

本発明の一実施形態を添付図面を参照して説明する。

Ａ．円錐状共振器及びそれらを使用する回路
米国特許出願第１０／２６８４１５号は、新規な誘電共振器及びこのような共振器を使用する回路を開示する。この特許出願に開示された新規な共振器の重要な特徴の一つは、共振器の外側の及び共振器に隣接するＴＥモード場が共振器の縦寸法に沿って変化することである。上述の特許出願に開示されているように、この目的を達成するのを補助する新規な共振器の重要な特徴は、ＴＥモードの力線に平行に測定した共振器の断面積が共振器の経線（縦方向の線）、すなわちＴＥモード力線に直交する方向に沿って変化することである。好適な実施形態において、断面積は、共振器の縦寸法の関数として単調に変化する。特に好適な一実施形態において、共振器は後述するように円錐状である。より好適には、円錐は先端が切断された円錐すなわち截頭円錐である。

図４は、上述の特許出願に従っ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、共振器４００は、中央に縦スルーホール４０２を有する切頭円錐状に形成されている。従来技術に見られるように、スルーホールの主目的は、横磁気（ＴＭ₀₁）モードを抑制することである。ＴＭ₀₁モードは、従来の筒状共振器を使用する場合、フィルタのチューニング中にフィルタの作動バンド（すなわちＴＥモードの周波数）に極めて近い周波数になることができる。しかし、円錐状共振器は、共振器の縦方向に沿ったイプシロンで満たされた空間の均質性を破壊する。円錐状共振器のこの側面は、共振器の適当な直径の縦スルーホールと共に、従来の筒状共振器と比較してＴＭ₀₁モード励起の大きさを実質的に減少させる。筒形状は、Ｈ₁₁モード場から物理的に離間した体積中でＴＥモード場を配置させる。

図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、ＴＥモード電場５０４（図５（Ａ）参照）は、電場の水平方向成分のため、共振器の基部５０３に集中する傾向がある。しかし、Ｈ₁₁モード電場５０６（図５（Ｂ）参照）は、電場の垂直方向成分のため、共振器の頂上（狭い部分）５０５に集中する傾向がある。これら２モードの長手方向のずれは共振器の性能を改善する（すなわち、回路はこのような共振器を使用する）。というのは、円錐状誘電共振器は他のマイクロ波デバイス（他の共振器、マイクロストリップ、チューニングプレート及び入力／出力結合ループ等）に隣接して配置することができるので、それらの各ＴＥモード電場は互いに接近して強力に結合するのに対し、各Ｈ₁₁モード電場は互いに離間したままであり、従って、互いに強く結合しない。このため、Ｈ₁₁モードは従来技術ほど隣接するマイクロ波デバイスと結合しない。ここで、ＴＥモード及びＨ₁₁モードは互いにより接近して配置される。

さらに、モード分離（すなわち周波数の離隔）は本発明の円錐状共振器において増加する。

縦スルーホールの半径は、挿入損失、体積、不要波応答及び他の特性を最適化するよう選択されるべきである。さらに、縦スルーホールの半径は可変である。例えば、１以上の工程を具備してもよい。

図６は、共振器６００の本体６０１の頭部がさらに切断された、特許出願第１０／２６８４１５号の円錐状共振器のより好適な一実施形態を示す。特に、図４に示された典型的な共振器と比較すると、図６の共振器はその頂上が除去されたものと考えることができる。より特定すると、図４の実施形態においてＨ₁₁モード場が集中する共振器の部分が図６の実施形態には除去されている。従って、Ｈ₁₁はＴＥモードから物理的に分離されているのみならず、誘電材料の外側に位置している。従って、周波数が上方に押し上げられ、実質的に減衰している。

このため、従来技術の筒状共振器とは対照的に、問題のあるＨ₁₁干渉モードは、ＴＥモードの現在の減衰が事実上なく、上述の特許出願の円錐状共振器において重要ではなくなる。上述の特許出願で詳細に説明されているように、ＴＥモード及びＨ₁₁モードの物理的分離と組み合わされたより大きなモード分離は、Ｈ₁₁モードの中心周波数に著しい影響を与えることなく、ＴＥモードの中心周波数のチューニングを可能にする。円錐状共振器はまた、関心の対象になることが多い他の不要モードであるＴＭ₀₁モードの抑制をほぼ改善する。実際、円錐状共振器は共振器の縦方向の均質性を壊し、また共振器の適当な寸法のスルーホールがＴＭ₀₁モードを減衰させるので、ＴＭ₀₁モードは円錐状共振器内で励起することは実際上極めて困難であり、チューニングプレートが共振器に極めて近接、すなわち殆ど接触している場合にのみ励起することができる。チューニングプレートの共振器へのこのような接近配置は他の理由で望ましくない。例えば、作動時のＴＥモードの品質係数Ｑを著しく低下させる。このため、円錐状共振器は一般に、ＴＭ₀₁モード及びＨ₁₁モード等の不要モードからの干渉を最小にすることに関し、従来の筒状共振器に優越する。他方、チューニングプレート、チューニングねじ、キャビティ及び筒状共振器の相互作用を通して従来の筒状共振器におけるＴＥモードの周波数付近のＴＭ₀₁モードを支持することは極めて容易である。

米国特許出願１０／２６８４１５号は上述した発明の原理に従った多数の他の実施形態を開示し、それら全ては本発明の用途に適用できる。

Ｂ．放熱
図７は、本発明に従った典型的な円錐状誘電共振器マイクロ波フィルタの斜視図である。本発明は、その特異ないくつかの特性のため、円錐状共振器に関連して使用されると特に利点があり、後述するようにこの実施形態は単なる典型例である。本発明は、本明細書の図１に示される従来の筒状共振器及び上述の米国特許出願１０／２６８４１５号に開示された種々の共振器を含む他のタイプの共振器に等しく適用可能である。図示されているように、フィルタ７００は矩形エンクロージャ７０１を具備する。内部の部品を見えるようにする目的で一方の壁が除去されているが、実際のエンクロージャはその壁を有し、内部の回路部品を完全に取り囲んで保護していることを理解されたい。複数の共振器７０２は、回路の性能目標の達成に適合する任意の構成でハウジング内に配置される。共振器が円錐状共振器であるなら、各共振器は図示の隣接する共振器に対して縦方向に反転するのが好適である。隣接する共振器に対して各円錐状共振器の反転が好ましいことの主な理由は、ＴＥモード電場が回路の寸法を小さくするために互いにより接近させることができるようにするためである。特に、共振器は、交互に反転することにより、より小さな空間内に詰め込むことができる。また、ＴＥモード場が共振器の基部に集中するので、各円錐状共振器の場は、横方向（図７のｘ軸及びｙ軸）と同様に縦方向（図７のｚ軸）に隣接し反転する円錐状共振器の場からずれている。このため、隣接する円錐状共振器を反転させ、共振器を横方向に互いに極めて近接させることにより、１個の共振器の基部を隣接する共振器の殆ど直ぐ上に配置することができるので、２個の共振器の基部間に横（ｘ、ｙ）方向のずれはなく、縦方向のずれのみである。このため、特に強力な結合が望ましい場合、１個の共振器のＴＥモード場は隣接する共振器のＴＥモード場の直ぐ上に配置することができる。他方、小さな結合が望ましいばあい、２個の共振器間のずれは縦方向及び横方向の一方又は両方で増大させることができる。

ＴＥ場の強度が共振器の高さに沿って（共振器の端を除き）一般的に変化しない例えば筒状共振器を使用する従来技術の回路設計において、互いに対して共振器の縦調整機能への必要性又は利益は一般的に殆どない。

図７は、マイクロ波エネルギーが回路に供給される一般的なカプラ７０９を概略的に示す。入力カプラ７０９は、例えばエンクロージャの外側のカプラに接続された同軸ケーブル（図示せず）からエネルギーを受けることができる。カプラ７０９は最初の共振器付近のエンクロージャの壁を貫通して配置され、出力は最後の共振器付近に配置された出力カプラ７１１に受信される。カプラは、エンクロージャ又は結合ループの表面に形成されたマイクロストリップを含む誘電共振器内にエネルギーを結合するために、従来技術で知られた又は将来発見される他の任意の手段であってもよい。

共振器７０２は、一方の側壁７０１ａから反対側の側壁７０１ｂまでエンクロージャを好適には貫通する熱的及び電気的伝導ロッド７０３を介してエンクロージャに取り付けられる。好適な一実施形態において、ロッド７０３は金属製であり、エンクロージャの対向する壁のスルーホール７１３，７１４を貫通する。ロッドはまた、共振器７０２の縦スルーホール７１６を貫通する。高い熱伝導性の誘電インサート７０４は、共振器のスルーホールの内壁に配置されると共に内壁に接触し、金属ロッド７０３が接触して通過する中央縦スルーホールを有する。インサート７０４は、ロッド及び共振器の熱膨張係数の差により生ずるおそれがある、ロッド及び共振器スルーホールの寸法の相対変化に適合し、その変化を吸収できるよう柔軟であるべきである。特に、ロッド及び共振器は非常に異なる材料で構成されているので、著しく異なる熱膨張係数を有する可能性がある。インサート７０４はまた、導電ロッドと、回路のＱを著しく減少させるおそれがある誘電共振器との直接接触を阻止する。しかし、回路によっては、このような接触が有用かもしれない。テフロン（登録商標）がインサート７０４に特に適する材料であることが判明した。別の実施形態において、インサートは良好な熱伝導性を有する柔軟な接着剤の層で置換してもよい。

高い熱伝導性ロッド７０４及びインサート７０５は、熱を共振器から迅速に放出することができる、共振器からエンクロージャまでの効率の良い熱経路を提供するので、過熱しない大電流回路を設計することができる。ロッド７０４用に熱伝導性が高い金属等の材料を使用することの付加的利益は、共振器パック（puck）をしっかりと保持する非常に高い捩れ強度及び曲げ強度を有することである。特に、誘電共振器回路は一般に屋外で取り付けられるので、取付及び作動中に過酷な環境条件及び荒い取扱いを受ける。従って、共振器パックを保持するロッドの強度は重大な設計的関心事である。

上述したように、エンクロージャは一般的に銀めっきされたアルミニウムで形成されるので、熱伝導率が高い。上述の特許出願第１０／２６８４１５号に詳細に説明されているように、回路内で円錐状共振器を使用する際に、エンクロージャはめっきされたプラスチック材料製であってもよい。本発明によれば、プラスチック材料は熱伝導性が高いのが好適である。しかし、エンクロージャは熱伝導性が高くない場合であっても、過熱を回避するよう周囲の空気に効率よく放熱することができる比較的大きな物体である。過去における問題は、共振器からハウジングまでの効率的な熱経路が不足することであった。本発明は以下で説明するように、他の多くの利点と同様にこのような経路を提供する。

また、好適には、ロッドは、エンクロージャの壁のスルーホール７１３を貫通する少なくとも一端にねじ部を有する。エンクロージャの壁のスルーホール７１３は、エンクロージャが無くてロッドを回転することにより共振器を縦方向に調整できるように、相補的なねじ部を有する。例えば、ロッドの端は、エンクロージャの内側にアクセスする必要なく共振器を縦方向に調整可能とするようロッドを容易に回転できるように、ねじ廻しと係合するためにスロット７１７又は同様の刻みを有することができる。共振器が一旦、最終的に配置されると所定位置にロッドを保持するように、ロックナット７０７をねじ付きロッド上に設けてもよい。

円錐状共振器を縦方向に調整可能にすることにより、共振器を互いに対して、及び共振器の結合強度を互いに調整可能にするエンクロージャに対して、調整可能にすることができるので、上述の米国特許出願第１０／２６８４１５号に詳細に説明した中心周波数及びバンド幅等の回路の性能パラメータを調整可能にする。この調整可能性が結合強度を制御できることにより、ローパスフィルタ又はハイパスフィルタを殆ど損失の無い非常にバンドパスの広いフィルタ又は非常に広いバンドストップフィルタに置換することができる。

ロッドはまた、共振器７０２及びインサート７０４の一方又は両方を貫通する場所及び共振器７０２及びインサート７０４の一方又は両方が相補的にねじ切りされた場所をねじ切りしてもよい。また、インサートは、共振器及びインサートの一方又は両方に対して個別に縦方向に調整可能になるように内部及び外部がねじ切りされてもよいので、共振器７０２、ロッド７０３及びインサート７０４を互いに対して及びエンクロージャに対して調整可能にする。しかし、インサート及び共振器のスルーホール内のねじ部と同様にインサート及び共振器付近のロッドにねじ部を形成することは必要でなく、不要に機械的複雑にする。本発明の少なくとも一実施形態において、インサート及び共振器のスルーホールはねじ切りされておらず、ロッドは共振器及びインサートの近傍でねじ切りされていない。これらの要素は、互いに対する個別の縦方向の調整を有していないか、それらの間に摩擦嵌合を与える寸法に設定できるので、全てをねじ切りするという機械的に複雑にすることなく、依然として互いに対して縦方向に個別に調整可能である。

回路が壁７０８等の分離壁を有する場合、ロッド７０３は３個の中間共振器に関連して図示されているように、分離壁のスルーホールを貫通することができる。本発明のこの側面は図８に最もよく見える。しかし、からならずしもそうではないが、分離壁７０８は、ロッド７０３が分離壁７０８内に完全に収容されるようにロッド７０３の直径よりも厚い。ロッドが壁を遮って壁を越えて部分的に露出するようにロッドが壁より厚い場合、特にロッドがねじ切りされている場合、ロッド及びエンクロージャ間の接地経路は貧弱になり得る。他方、壁が共振器により近接するので、分離壁を厚くすることは一般に回路の全体のＱを若干下げる。しかし、Ｑの低下はむしろ小さくなる可能性があるので、改善された接地接続は交換条件とする価値がある。

システムは、共振器７０２の基部に対して縦方向に調整するために、エンクロージャ７０１に調整可能に取り付けられた円形導電性チューニングプレート７０５をさらに具備する。当業界で周知であるように、プレート７０５等のチューニングプレートの共振器に対する相対位置は、共振器の中心周波数に影響を与え、回路の中心周波数をチューニングするために使用される。これらプレート７０５は好適には、実質的に縦の寸法（例えばエンクロージャの側壁７０１ａ，７０１ｂの厚さより大きい寸法）を有する。プレートは、エンクロージャ７０１の対応するねじ切りされたスルーホール７１４と嵌合するよう構成された、ねじ切りされた側壁７０５ａを有してもよい。このため、チューニングプレート７０５は、各スルーホール７１４内でプレートを回転することにより、共振器の基部に対して縦方向に調整可能である。しかし、ロッドがエンクロージャの対向する両側壁７０１ａ，７０１ｂ内で各スルーホール７１３，７１４に遭遇する両端でロッドがねじ切りされている場合、２個のスルーホール７１３，７１４に対して所与の回転量に対応してロッドの縦方向の移動の間にばらつきが無いように、ねじ部が非常に正確に形成されなければならないことに留意されたい。というのは、ロッドの結合及び潜在的な機械的不良を生じさせるおそれがあるからである。この問題及び高価となる必然性を回避するために、ロッドは一端のみでねじ切りされるべきである。或いは、ロッドは両端でねじ切りされるが、チューニングプレートがねじ部と当接して内部スルーホール内でロッドと嵌合し、外側壁が滑らかでエンクロージャのスルーホール７１４と摩擦だけで係合する。図７及び図８はこの実施形態を図示する。特に、ロッド７０３の両端は、スルーホール７１３内でのハウジングに対するロッドの回転により共振器が縦方向に調整可能となり、ロッド７０３に対するチューニングプレート７０５の回転により共振器７０２に対して縦方向に調整可能となるように、ねじ切りされる。しかし、スルーホールはねじ切りされておらず、チューニングプレートの外側の側壁７０１ａはスルーホール７１４内に円滑に重なるので、チューニングプレートはエンクロージャのスルーホール７１４内で結合しない。好適には、ロッド７０３は、別のロックナット７０６がロッド上に載置でき、最終位置にチューニングプレート７０５をロックするように、チューニングプレート７０５を貫通し且つ越えて延びる。

導電性ロッドはまた、不要ＴＭ_01*モードの抑制にも寄与する。通常ＴＭ_01*モードは、共振器内で縦スルーホールの寸法が適正に設定される結果、既に十分に抑制されている。しかし、チューニング中にチューニングプレートを共振器、特に従来筒状共振器に極めて近接させると、チューニングバンド付近（すなわちＴＥモードの周波数付近）のＴＭ_01*モードの励起に有利な境界条件を形成する。ＴＭ_01*モードは、縦方向に沿った共振器の中心に集中するので、スルーホールを貫通する。スルーホール内に支持ロッド７０３等の良好な導電体が存在すると、ロッドでの場の強度が零になるよう強制する。ロッドは、図示されるようにチューニングプレートを貫通する場合、ＴＭ_01*モード抑制への寄与が最も効果的である。

図７及び図８に図示された回路の回路シミュレーションは、従来技術の回路を超える改善である約２ＧHzの中心周波数で12000の期待Ｑ値を示す。

本発明の別の実施形態において、共振器用の支持部材は、金属又は他の高導電性且つ高熱伝導性材料でめっき又はコーティングされたアルミナ、テフロン（登録商標）又はポリカーボネート等の従来の材料で部分的に形成してもよい。さらに別の実施形態として、アルミナ、テフロン（登録商標）又はポリカーボネート製の支持ロッドは、ドリル等により中空にするか、或いは中空ロッドとして鋳造又は成形することができ、金属インサートをロッドの中空部内に配置することができる。金属（又は他の高い熱伝導性材料）製ロッドがセラミック製又はプラスチック製材料の内側に配置される場合、誘電共振器からエンクロージャまで良好な熱伝導性を促進するために、高い熱伝導性を有するセラミック製又はプラスチック製材料が選択されることが好ましい。しかし、他の高伝導性材料の金属がセラミック製又はプラスチック製材料の外側にコーティングされる場合、熱が内部のセラミック製又はプラスチック製材料を通過することなく主に誘電共振器からエンクロージャまで伝導するので、セラミック製又はプラスチック製材料の熱伝導性は重要ではない。

図９（Ａ）は、上述した特徴に少なくとも一つの特徴を加えた本発明の一実施形態を示す。特に、本実施形態は、図７及び図８に図示された誘電共振器回路の殆どの基礎部品を具備する。付加的な特徴は、出力カプラ９１１が最後の誘電共振器９０２ｅの周りに湾曲する結合ループ９０１の形態で結合要素を具備する変形出力結合ループシステムを有する。これは、主結合ループ９０１の端部から吊り下げられ最後から２番目の共振器９０２ｄに隣接して配置された銅プレート９０３の形態で第２結合要素を加えた点を除き、図７及び図８に関連して上述したものと同様である。プレート９０３の平面は、誘電共振器９０２ａ〜９０２ｅの縦軸に平行で全共振器の縦軸により画定された平面に垂直に向いている。しかし、別の構成も可能である。

プレート９０３は最後から２番目の共振器９０２ｄへの電気結合を実現するのに対し、ワイヤループ９０１は最後の共振器９０２ｅへの磁気結合を実現する。本実施形態によれば、フィルタの内外の結合は、対称形状のフィルタ応答を引き起こす非対称である。

図９（Ｂ）及び（Ｃ）は、本発明に従った更なる変形を示す。本発明のこの側面によれば、ねじ部を有するねじ９４１等の細長い交差結合（cross-coupling）チューニング要素は、エンクロージャの壁に相手のねじ切りされた孔９４３を通って設けられる。交差結合チューニングプレート９０３は、プレート９０３ａより小さい直径を有する筒９０３ｂから延びる円形プレート９０３ａを具備する。ねじ９４１は、交差結合プレート９０３が嵌る寸法及び形状に設定された末端９４７に筒状中空部９４５を有する。作動時において、ねじ９４１は、中空部９４５が筒９０３ｂと係合するようにエンクロージャの壁に配置される。孔９４３内でねじ９４１を回転することにより、ねじの末端９４７は縦方向に前進又は後退する。これにより、筒９０３ｂに当接しワイヤ９０１の弾性力に抗して交差結合チューニングプレート９０３を前方へ押すか、ワイヤがプレート９０３を休止位置に弾性的に戻す。筒９０３ｂは、ねじがチューニングプレート９０３を回転させることなくチューニングプレート９０３を押圧するよう回転できるように、ねじ９４１の筒状中空部９４５内で単に緩く嵌ることができる。ワイヤ９０１の弾性力により決定される休止位置からいずれかの方向にチューニングねじがチューニングプレートを押したり引いたりできる他の実施形態において、筒９０３ｂは、回転ベアリングを有するピン等の、ねじ９４１及びプレート９０３間の相対回転を可能にする任意の数の周知手段でチューニングねじ９４１に固定することができる。

本発明のこの側面によれば、カプラ及び共振器９０２ｄ間の交差結合は、エンクロージャを開けることなくねじ９４１の近端９４６を単に回転することにより調節することができる。

図１０は、本発明の別の実施形態を示す。出力結合ループ１００５は銅プレート１００７を有し、図９の実施形態に示された出力結合ループシステムに関して類似する。しかし、入力結合ループ１０１１は異なる。図１０の実施形態において、第２共振器１０１３ｂに隣接する入力結合ワイヤ部分１０１１ａは、結合ワイヤ１０１１の残余部分の円弧と比較して外側及び上方へ湾曲し、その部分１０１１ａを第２共振器１０１３ｂにより近接させる。これは、ワイヤループを第１共振器１０１３ａと同様に第２共振器にいくらか磁気的に結合する。これは、回路の左側のフィルタの選択性強化に貢献する。

図１１は、本発明の別の実施形態を示す。図１１の実施形態は、いくつかの重要な手段において上述の実施形態と異なる。第一に、入力コネクタ１１０１は、第１共振器１１０２ａ及び第２共振器１１０２ｂ間のハウジング１１０１上に物理的に配置されている。同様に、出力コネクタ１１０６は、最後から２番目の共振器１１０２ｄ及び最後の共振器１１０２ｅ間のハウジング１１０１に同様に物理的に配置される。さらに、回路は、共振器間に分離壁を有していない（すなわちアイリスの無いエンクロージャである）。最後に、共振器間の横方向（すなわち図１１において両方向矢印１１１５の方向）の間隔は一様でない。例えば、本特定実施形態において、２個の第１共振器１１０２ａ，１１０２ｂは、第２共振器１１０２ｂ及び第３共振器１１０２ｃが互いに近接するよりも横方向に互いにより近接している。同様に、最後の２個の共振器１１０２ｄ，１１０２ｅは、例えば共振器１１０２ｃ，１１０２ｄが互いに近接するよりも互いにより近接している。

これら変形の各々は重要である。例えば、隣接する２個の共振器間にコネクタ１１０４，１１０６を配置することは、回路の内外にエネルギーを結合するより大きな自由度及び選択肢を可能にする。例えば、入力カプラ１１０４は、本明細書の他の実施形態に関連して上述したように第１共振器１１０２ａに磁気結合するよう設計され配置された第１結合ループ１１０８を有する。しかし、必要ならば、結合要素１１１２等の第２結合要素は、コネクタ１１０４に結合されると共に第２共振器１１０２ｂと結合するよう配置することができる。このため、図１１に示されるように、図９の結合プレート９０３と同様に分離した結合プレート１１１２は、第２共振器１１０２ｂに隣接して配置でき、コネクタ１１０４及び第２共振器１１０２ｂ間の電気的交差結合を提供する。

大きな回路において、このような付加的な交差結合は減衰を改善するために望ましい。このような付加的な交差結合が不要又は望ましくない他の回路において、第２結合要素１１１２は単に省略することができる。例えば、出力カプラ１１０６は、最後の２個の共振器１１０２ｄ，１１０２ｅ間に配置され、コネクタ１１０４と同様に第２結合要素を支持する能力を有するが、１個の結合要素、すなわち最後の共振器１１０２ｅに磁気結合するループ１１１０のみを有する。

共振器の一様でない横方向の間隔に関しては、隣接する共振器の異なる対間に異なる結合強度が必要である場合が多いので、望ましい。例えば、誘電共振器回路設計では、中間共振器間よりも、最初の２共振器及び最後の２共振器の一方又は両方の間の結合がより強くする必要があるのが一般的である。従来技術において、これは種々の共振器間の異なる寸法のアイリスを使用することにより達成されるのが代表的であった。しかし、本発明においては、共振器間の結合強度が互いに対して高度に調整可能であるので、回路は一般的にアイリス無しで設計できる。このことは実質的な利点である。というのは、結合を制限するために壁間にアイリスを形成するのに使用される壁は、回路の品質係数を減少させるからである。基本的にアイリスは回路に損失を生じさせる。もちろん、共振器の任意の対間の結合強度は、本明細書で上述したように、互いに関して種々の共振器を縦方向に調整することにより、共振器の他の任意の対間よりも強くすることができる。しかし、互いに対して共振器の縦方向の調整により達成される結合強度の変化はかなり小さいものであり、実際には微チューニングを構成する。本発明の実施形態において、互いに対する共振器の縦方向の調整は、10〜15％の結合強度の変化を達成できるのが代表的である。当業者であれば容易に認めるように、共振器の横方向の間隔の小さな差異は、非常に重要な結合における効果を有するのが代表的である。従って、共振器の一様でない横方向の間隔を使用することにより、任意の２個の共振器間の基部結合強度をより精確に設定することができる。例えば、最初の２個の共振器及び最後の２個の共振器間の結合強度は中間の共振器間の結合よりもずっと強くなるべきであることは誘電共振器回路においてよくあることである。従って、回路エンクロージャは、最初の２個の共振器及び最後の２個の共振器が他の隣接する共振器よりも小さな横方向の間隔を有するように設計できる。このようにして、互いに対する共振器の縦方向の調節により達成される微調整は、共振器間のより適当な基部結合から始めることができる。本発明に従った共振器回路の実質的にチューニングできること、特にアイリスの必要性を無くすことができることは、実質的に二次的な利益でもある。例えば、アイリスを無くすことは、エンクロージャ１１０１の機械加工を大きく簡素化する。従って、エンクロージャの複雑な機械加工の多くを無くすることにより、回路を迅速且つ安価に製造することができる。

このため、図９及び図１０の実施形態もまたコネクタ及び第２共振器間に交差結合を与える一方で、図１１の実施形態は、コネクタからの２つの枝、例えば１１０８及び１１１２が互いに独立して配置できるので、第１共振器１１０２ａの結合及び第２共振器１１０２ｂの結合が互いにほぼ完全に独立して調整できるという付加的な利点を有する。これは、最後の共振器９０２ｅとの結合を調整する結合ループ９０１の任意の移動が結合プレート９０３の移動をもともと生じさせ、プレート９０３及び最後から２番目の共振器９０２ｄ間の結合を変更する図９及び図１０の実施形態では可能ではない。

以上、本発明のいくつかの特定実施形態を説明したが、当業者であれば、他の代替物、変形及び回路を容易に想起するであろう。本開示から明白であるこのような代替物、変形及び改良は、本明細書には明示されていなくても、本明細書の説明の一部であることが意図されており、本発明の範囲内であることが意図されている。従って、上述の説明は例示であり限定するものではない。本発明は、特許請求の範囲で定義されたもの及びその等価物に限定される。

従来技術に従った筒状誘電共振器の斜視図である。 従来技術に従った典型的なマイクロ波誘電共振器フィルタの斜視図である。 従来技術に従った図２のエンクロージャに実装された１個の共振器の断面図である。 本発明の使用が特に適合する円錐状誘電共振器の斜視図である。 （Ａ）ＴＥモード電場の分布、（Ｂ）Ｈ₁₁モード電場の分布をそれぞれ示す図４の円錐状誘電共振器の断面図である。 本発明の使用が特に適合する別の円錐状誘電共振器の斜視図である。 本発明に従った誘電共振器回路（見易さのためにエンクロージャの一壁を除いた状態）の側面図である。 図７の誘電共振器回路（見易さのためにエンクロージャの一壁を除いた状態）の斜視図である。 （Ａ）本発明の別の実施形態に従った誘電共振器回路（見易さのためにエンクロージャの一壁を除いた状態）の側面図、（Ｂ）本発明に従ってさらに改良した、（Ａ）の誘電共振器回路と同様の誘電共振器回路（見易さのためにエンクロージャの一壁を除いた状態）の側面図、（Ｃ）（Ｂ）の実施形態におけるクロス結合チューニングねじの拡大側面図である。 本発明のさらに別の実施形態に従った誘電共振器回路（見易さのためにエンクロージャの一壁を除いた状態）の側面図である。 本発明の別の実施形態に従った誘電共振器回路（見易さのためにエンクロージャの一壁を除いた状態）の側面図である。

符号の説明

７０１，１１０１ エンクロージャ
７０２ 共振器
７０３ ロッド（ポスト）
７０４ インサート
７０５，９０３ チューニングプレート
７０６，７０７ ナット
７０８ 分離壁
７１３，７１４ スルーホール
７１６ 縦スルーホール
９０２ａ〜９０２ｅ 誘電共振器

Claims (27)

1. 誘電共振器回路において少なくとも１個の誘電共振器を取り付けるための実装システムにおいて、
   回路エンクロージャと、
   誘電共振器と、
   前記エンクロージャ上に前記誘電共振器を実装する熱伝導性ポストと
   を具備することを特徴とする実装システム。
2. 前記ポストは導電性であることを特徴とする請求項１記載の実装システム。
3. 前記ポストは金属からなることを特徴とする請求項１記載の実装システム。
4. 前記誘電共振器及び前記ポスト間に配置された誘電インサートをさらに具備することを特徴とする請求項２記載の実装システム。
5. 前記誘電共振器は、前記共振器の内側円弧面を画定する縦スルーホールを具備し、
   前記ポストは、前記誘電共振器の前記スルーホールを少なくとも部分的に貫通し、
   前記インサートは、前記共振器の前記内側円弧面に接触する寸法の外側円弧面、及び前記ポストと接触する寸法の内側円弧面を有する環を具備することを特徴とする請求項４記載の実装システム。
6. 前記インサートが柔軟であることにより、前記ポスト及び前記共振器の相対寸法の変化を吸収できることを特徴とする請求項５記載の実装システム。
7. 前記ポストは、前記誘電共振器を前記エンクロージャに対して縦方向に調整可能にできるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の実装システム。
8. 前記ポストは前記エンクロージャに対して縦方向に調整可能であることを特徴とする請求項７記載の実装システム。
9. 前記ポストは前記エンクロージャの孔を貫通し、
   前記ポスト及び前記エンクロージャ内の前記孔は螺合し、前記ポスト及び前記エンクロージャの相対回転により縦方向に調整できることを特徴とする請求項８記載の実装システム。
10. 前記エンクロージャに対して前記ポストをロックするために、前記ポストのねじ部上に配置されたねじ切りされたナットをさらに具備することを特徴とする請求項９記載の実装システム。
11. 前記誘電共振器は摺動摩擦嵌合により前記ポストに結合されていることを特徴とする請求項７記載の実装システム。
12. 前記誘電共振器は、前記インサート及び前記ポストの少なくとも一方に対して縦方向に調整可能であることを特徴とする請求項５記載の実装システム。
13. 前記縦方向の調整は、
    （ａ）前記誘電共振器及び前記インサート、及び
    （ｂ）前記インサート及び前記ポスト
    の少なくとも一方の間の摺動摩擦嵌合により与えられることを特徴とする請求項１２記載の実装システム。
14. 前記誘電共振器に隣接する前記ポスト上に取り付けら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１記載の実装システム。
15. 前記チューニングプレートは、前記ポストに対して縦方向に調整可能であることを特徴とする請求項１４記載の実装システム。
16. 前記チューニングプレートは、摺動摩擦嵌合により前記ポストに取り付けられることを特徴とする請求項１５記載の実装システム。
17. 前記チューニングプレートは、螺合により前記ポストに取り付けられることを特徴とする請求項１５記載の実装システム。
18. 前記ポストは、第１及び第２の縦方向端を具備し、
    前記第１端は、前記エンクロージャの第１壁の第１スルーホールを貫通し、
    前記第２端は、前記第１壁とは反対側の前記エンクロージャの第２壁の第２スルーホールを貫通することを特徴とする請求項１５記載の実装システム。
19. 前記チューニングプレートは、内側円弧壁及び外側円弧壁を有する環を具備し、
    該環は、前記外側円弧壁が前記エンクロージャの前記第２スルーホールと接触すると共に前記内側円弧壁が前記ポストに接触した状態で配置され、
    （ａ）前記環及び前記ポスト、及び（ｂ）前記環及び前記エンクロージャの前記第２スルーホールの少なくとも一方の間に摺動摩擦嵌合が設けられていることを特徴とする請求項１８記載の実装システム。
20. （ａ）前記環及び前記ポスト、及び（ｂ）前記環及び前記エンクロージャの前記第２スルーホールのうち他方の間に螺合嵌合が設けられていることを特徴とする請求項１９記載の実装システム。
21. 前記螺合嵌合は前記環及び前記ポストの間に設けられており、
    前記実装システムは、前記ポストに対して前記チューニングプレートの前記縦方向の位置をロックするために、前記チューニングプレートに隣接して配置された第２ロックナットをさらに具備することを特徴とする請求項２０記載の実装システム。
22. 前記ポストは前記チューニングプレートを完全に貫通することを特徴とする請求項１８記載の実装システム。
23. 前記ポストは、熱伝導性及び導電性の材料でめっきされた誘電材料からなることを特徴とする請求項２記載の実装システム。
24. 前記ポストの前記誘電材料はアルミナであることを特徴とする請求項２３記載の実装システム。
25. 前記誘電共振器は複数の誘電共振器からなり、
    前記ポストは複数のポストからなり、
    前記エンクロージャは、前記誘電共振器の少なくとも２個の間の少なくとも１枚の分離壁を具備し、
    少なくとも１本の前記ポストの縦部分は前記分離壁の一つを貫通することを特徴とする請求項１記載の実装システム。
26. 前記分離壁が該壁を貫通する前記ポストの直径より厚いことにより、前記分離壁を貫通する前記ポストの前記縦部分は、完全に前記分離壁内にあることを特徴とする請求項２５記載の実装システム。
27. 前記誘電共振器は縦スルーホールを有し、
    前記ポストは前記縦スルーホールを貫通することを特徴とする請求項２記載の実装システム。

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