JP2009542096A - 誘電体共振器回路 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体共振器回路における不要な非隣接共振器間クロスカップリングを抑制する。
【解決手段】本発明は、筐体並びに筐体内に実質的に一列に配置された第１，第２及び第３の共振器(５０２,７０２)を有し、第２の共振器は第１と第３の共振器の間に配置されていて、共振器はそれぞれの共振器で発生する電磁場が隣接共振器に結合するように互に対して配置され、筐体は共振器を外囲し、第１と第３の共振器(５０２,７０２)の間の電磁結合を制御するために第１と第３の共振器の間に配置された隔壁(５３０,７３０,８３０,９３０,１０３０,１１３０,１２３０,１３３０)を有し、隔壁(５３０,...,１３３０)はその長さに沿う第１及び第２の末端を有し、隔壁は第１の末端に絞りを定め、隔壁(５３０,...,１３３０)は実質的に第１と第３の共振器の間に配置される主壁部及び隔壁(５３０,...,１３３０)の第１の末端において主壁部からある角度をなして延びる延長壁部を有する、誘電体共振器回路である。

Description

本発明は誘電体共振器回路に関し、特に不要な共振器間クロスカップリングの低減に関する。

誘電体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用いられる。誘電体共振器は、フィルタ、発振器、トリプレクサ及びその他の回路を形成するために用いることができる。共振器を形成する材料の誘電定数が高くなるほど、電場が集中する空間が小さくなる。現在、(空気に対する)誘電定数がほぼ１０からほぼ１５０の範囲にある、誘電体共振器の作成に適する誘電体を利用することができる。これらの誘電体は一般に１の磁気定数を有する。すなわち、これらの誘電体は磁場に対して透明である。

一般に、共振器の材料の誘電定数を高くするほど、与えられた回路の中心周波数を高くすることができる。

図１は従来技術の代表的な誘電体共振器の斜視図である。図に見られるように、共振器１０は軸方向円形貫通孔１４をもつ誘電体の円筒１２として形成される。個々の共振器は関連業界において普通「パック」と呼ばれる。誘電体共振器には多くの用途があるが、主な用途はマイクロ波に関係し、特に、マイクロ波通信システム及びネットワークにある。

技術上周知のように、誘電体共振器及び共振器フィルタは、異なる中心周波数に集中する、複数のモードの電場及び磁場を有する。モードは、マクスウエル方程式で決定されるような、システムの共振周波数に対応する場の様態である。誘電体共振器において、基本共振モード周波数、すなわち最低周波数は横電場モード，ＴＥ_０１５(以降、ＴＥ)である。第２のモードは普通、混成モードＨ_１１５(以降、Ｈ_１１)と称される。Ｈ_１１モードは誘電体共振器から励起されるが、かなりの量の電場が共振器の外にあり、したがって、空洞によって強く影響される。Ｈ_１１モードは誘電体共振器と誘電体共振器がその中におかれている空洞の相互作用の結果である。Ｈ_１１モード場はＴＥモード場に直交している。他にさらに高次のモードもある。

一般に、基本ＴＥモードが、共振器が組み込まれる回路またはシステムの望ましいモードである。しかし、デュアルモードフィルタのような、適切な状況においては他のモード、特にＨ_１１モードが用いられることが多い。一般に、注目するモード以外、例えばＴＥモード以外のモードは全て不要であり、妨げになる。

図２は、複数の誘電体共振器１０を用いる、従来技術の誘電体共振器フィルタ２０の斜視図である。共振器１０は導電性外囲器２４の空洞２２内に配置される。導電性外囲域２０は一般に、図２に示されるように、直方体である。マイクロ波エネルギーは、同軸ケーブルのような、ケーブルに結合された入力結合器２８を介して空洞に導入される。このエネルギーは次いで、(共振器１０ａのような)初段共振器に結合ループを用いて結合させることができる。

共振器を形成する材料の高誘電定数により、共振器内に電場が集中する。しかし、ほとんどの誘電体共振器の磁気定数は１である。すなわち、ほとんどの誘電体共振器は磁場に対して透明である。したがって、磁場のほとんどは共振器体の外部に存在する。図２に示されるような複共振器回路で生じる共振器間の電磁結合は磁場結合である。周知のように、磁場は、磁場にともなう電場に対して直交する。

導電性隔壁３２が共振器を相互に隔て、物理的に隣接する共振器１０間の磁場結合を(ある程度または完全に)遮断する。詳しくは、壁３２の絞り３０によって隣接共振器１０間の結合が制御される。絞りをもたない導電性隔壁は一般に壁で隔てられた共振器間のいかなる結合も防止するが、絞りをもつ隔壁はそのような共振器間のいくらかの結合を可能にする。特に、共振器の電場内の導電性材料は材料と一致する電場のオーミック成分を基本的に吸収し、オーミック成分を導電性材料内の電流に変える。言い換えれば、電場内の導電性材料は、回路における損失を生じさせる。

外囲器と導電態様で接している導電性調節ネジ(図示せず)を絞りに配置して、隣接共振器間の電磁場の結合にさらに影響を与え、共振器間の結合の可調性を与えることができるが、図２の例では用いられていない。絞り内に配置されると、導電性ネジは、隣接共振器間の絞りによって可能になっている、隣接共振器間の結合をある程度遮断する。絞り内に導電性ネジを挿入していけば共振器間の電気的結合は弱まり、絞りから導電性ネジを抜き出していけば共振器間の電気結合は強まる。

例として、共振器１０ａの電磁場は絞り３０ａを介して共振器１０ｂの電磁場と結合し、共振器１０ｂの電磁場はさらに絞り３０ｂを介して共振器１０ｃの電磁場と結合し、共振器１０ｃの電磁場はさらに絞り３０ｃを介して共振器１０ｄの電磁場と結合する。

絞りまたは相互結合器をもたない隔壁３２ａは、隔壁３２ａの向こう側の物理的に隣接する共振器１０ｄとの共振器１０ａの電磁場の結合を完全に防止する。さらに、(１)様々な遮蔽隔壁３２及び(２)それらの隔壁を回って共振器を相互に結合させるために力線が通過しなければならないであろう共振器間のかなりの距離のため、共振器１０ａは共振器１０ｃとほとんど結合せず、共振器１０ｂは共振器１０ｄとほとんど結合しない。

共振器の電磁場に影響を与えてフィルタの中心周波数を設定するために、１枚ないしさらに多くの金属板４２をそれぞれの共振器に隣接して配置することができる。詳しくは、金属板４２は外囲器２４の上面を貫通するネジ(図示せず)に取り付けることができる。このネジは、共振器の中心周波数を調節するために、回転させて金属板４２と共振器１０の間隔を変えることができる。フィルタ２０からマイクロ波エネルギーを外部に結合するために、終段共振器１０ｄに隣接して、出力結合器３８に接続された結合ループが配置される。信号も、共振器に隣接して外囲器２４の底面に配置されたマイクロストリップのような、別の方法によって誘電体共振器に、また誘電体共振器から、結合させることができる。

所望の、フィルタの中心周波数、フィルタの帯域幅及びフィルタの阻止帯における除去量を設定するためには、共振器１０の寸法、共振器の相互間隔、共振器数、空洞２２の寸法、絞り３０の寸法並びに金属板４２の寸法及び位置の全てが精密に制御される必要がある。さらに詳しくは、フィルタの帯域幅は主として、共振器間の電場及び磁場の結合量によって制御される。一般に、共振器が相互に近接するほど電場及び磁場の結合量が多くなり、フィルタの帯域幅は広くなる。他方で、フィルタの中心周波数はほとんど、共振器の寸法並びに金属板４２の寸法及び対応する共振器１０との間隔によって制御される。

すなわち、隣接共振器間の結合を所望のレベルに制御するためには隔壁３２のような隔壁の存在が望ましいかもしれないが、隔壁は一般に回路のＱ因子，Ｑを低下させる。Ｑは基本的にシステムの効率定格であり、さらに詳しくは、システムにおける喪失エネルギーに対する蓄積エネルギーの比である。共振器で発生する電磁場の一部は、外囲器、隔壁、同調板及び調節ネジのような、システムの導電性コンポーネントの全てを通過し、本質的に、それらの導電性素子内に電流を発生させる。基本的にそのような電流はシステムで失われるエネルギーになる。

時には、制御された非隣接共振器間のクロスカップリングが望ましく、クロスカップリング機構の組込みによって与えることができる。例えば、その全体が本明細書に参照として含まれる、２００６年６月６日発行の、特許文献１は共振器回路において非隣接共振器をクロスカップリングさせるための様々な機構を開示している。

しかし、誘電体共振器フィルタ及びその他の回路の大半で、電気的非隣接共振器間のクロスカップリングは望ましくない。

米国特許第７０５７４８０号明細書

本発明の課題は、誘電体共振回路において非隣接共振器間のクロスカップリングを抑制することである。

上記課題は、筐体及び、筐体内に実質的に一列に配置された第１，第２及び第３の共振器を有し、第２の共振器は第１の共振器と第３の共振器の間に配置されていて、それぞれの共振器で発生する電磁場が隣接共振器に結合するように共振器が相互に対して配置され、筐体が共振器を外囲し、第１の共振器と第３の共振器の間の電磁結合を制御するために第１の共振器と第３の共振器の間に配置された隔壁を有し、隔壁はその長さに沿う第１の末端及び第２の末端を有し、隔壁が第１の末端において絞りを定め、隔壁は実質的に第１の共振器と第３の共振器の間に配置された主壁部及び隔壁の第１の末端において主壁部からある角度をなして延びる延長壁部を有する、誘電体共振器回路によって解決される。

図１は従来技術の円筒形誘電体共振器の斜視図である。 図２は例示的な従来技術のクロスカップリング型誘電体共振器フィルタの斜視図である。 図３は円錐形誘電体共振器の斜視図である。 図４Ａは単列に配置された複数の共振器を有する誘電体共振器フィルタの上面図である。 図４Ｂは図４Ａのフィルタの斜視図である。 図５は単列に配置された複数の共振器を有し、本発明の原理を組み込んでいる、誘電体共振器回路の上面図である。 図６Ａは従来技術の誘電体共振器回路における２つの非隣接共振器の磁場の相互作用を示す図である。 図６Ｂは本発明にしたがう誘電体共振器回路における２つの非隣接共振器の磁場の相互作用を示す図である。 図７は本発明の別の実施形態にしたがう誘電体共振器回路の上面図である。 図８は本発明の第３の実施形態にしたがう誘電体共振器回路の上面図である。 図９は本発明の第４の実施形態にしたがう誘電体共振器回路の上面図である。 図１０は本発明の第５の別実施形態にしたがう誘電体共振器回路の上面図である。 図１１は本発明の第６の別実施形態にしたがう誘電体共振器回路の上面図である。 図１２は本発明の第７の別実施形態にしたがう誘電体共振器回路の上面図である。 図１３は本発明の第８の別実施形態にしたがう誘電体共振器回路の上面図である。

本発明は、隣接共振器間の電磁結合を可能にするための絞りを定める非隣接共振器間の隔壁が、非隣接共振器の軸線に実質的に平行な第１の壁部分及び第１の壁部分からある角度をなして延びる延長壁部分を有するように構成された、改善された誘電体共振器筐体及び誘電体共振器回路である。延長壁部分は、第１の壁部分によって定められる平面に関して互いに鏡像である、２つの半壁体からなることが好ましい。特定の隔壁形状にはＹ字形壁及びＴ字形壁がある。好ましい実施形態において、それぞれの隔壁は実際上、２つの完全に分離して、それらの間に開放空間を定める壁体からなり、開放空間は、その両側の共振器と電磁結合するように意図された共振器の軸線に沿う長さを有する。これらの隔壁により、隣接共振器対間の基本的に無束縛な結合が可能になるが、非隣接共振器対間の電磁結合は実質的に遮断される。

４個の共振器パック及び隔壁をもつ方形筐体を有する、図２に示される誘電体共振器回路においては、非隣接共振器が極めてよく隔離されていて、非隣接共振器間のクロスカップリングを防止されている。しかし、３個ないしさらに多くの共振器が一列に配置される共振器回路においては、列中の非隣接共振器間の隔離を与えることが一層困難である。特に、３個ないしさらに多くの共振器が一列になっている場合には、隣接共振器相互の結合を可能にする２つの絞りまたはその他の開口を通る、２つの非隣接共振器間の電磁結合に対する比較的に直接の経路がある。

２００２年１０月１０日に出願された、名称を「誘電体共振器及びそれで形成された回路(Dielectric Resonators And Circuits Made Therefrom)」とする、その全体が本明細書に参照として含まれる、米国特許出願第１０/２６８４１５号の明細書は、新規な誘電体共振器をそのような共振器を用いる回路とともに開示している。上掲の特許出願明細書に開示される新規な共振器の肝要な特徴の１つは、共振器の外側で共振器近傍のＴＥモード場の電磁場強度が共振器の長さ次元に沿って変化することである。上掲の特許出願明細書に開示されるように、この目標の達成に役立つ、これらの新規な共振器の肝要な特徴は、ＴＥモードの電気力線に平行に測定される共振器の断面積が共振器の長さに沿って、すなわちＴＥモードの電気力線に垂直な方向で、変化することである。一実施形態において、断面積は共振器の長さ次元の関数として単調に変化する。すなわち、共振器の断面積は高さの関数として一方向にだけ変化する(あるいは同じままである)。好ましい実施形態の１つにおいて、共振器は、以下でさらに詳細に論じられるように、円錐形である。円錐は切頂円錐であることが好ましい。

図３は上掲の特許出願明細書に開示される誘電体共振器の例示実施形態の斜視図である。図示されるように、共振器３００は、中心に軸方向貫通孔３０２をもつ切頂円錐３０１の形状に形成される。この構造には、ＴＥモードからのＨ_１１モードの物理的分離及び／またはＨ_１１モードのほぼ完全な排除を含む、従来の円筒形誘電体共振器に優る多くの利点がある。詳しくは、ＴＥモード電場は共振器の底部３０３に集中する傾向があるが、Ｈ_１１モード電場は共振器の上部３０５(小径部)に集中する傾向がある。これら２つのモードの軸方向変位によって、それぞれのＴＥモード電場が互いに近接し、したがって強く結合し、一方Ｈ_１１モード電場は互いに離れたままであり、したがって少しは結合するとしても強くは結合しないように、円錐形誘電体共振器を(別の共振器、マイクロストリップ、同調板及び入力／出力結合ループのような)別のマイクロ波素子に隣接して配置することができるから、共振器(またはそのような共振器を用いる回路)の性能が改善される。したがって、Ｈ_１１モードは円筒形共振器におけるほどは隣接マイクロ波素子と結合しないであろうし、ＴＥモードとＨ_１１モードは物理的に互いにさらに近接して配される。

さらに、円錐形共振器ではモード分離(すなわち、モード間周波数間隔)が強められる。さらにまた、共振器のＨ_１１モード場が集中するであろう領域の多くを除去し、よってＨ_１１モードの強度をかなり減衰させるために、共振器の頂部を切り取ることができ、あるいは、頂部近傍で貫通孔の径を拡げることができる。

本発明の概念のいくつかは米国特許出願第１０/２６８４１５号明細書に開示されるような円錐形共振器と関連して用いられる場合に特に有用であるが、図１に示されるような、より通常の円筒型共振器にも適用可能である。

図４Ａ及び４Ｂはそれぞれ、複数の円錐型共振器４０２が矢印４０５で示されるような第１の方向に単列で並べて配置された、誘電体共振器フィルタ４００の上面図及び斜視図を示す。フィルタ４００は、完全な外囲器を形成するための、底４０１ａ，側壁４０１ｂ，端壁４０１ｃ及び(筐体内部のコンポーネントが見えるようにするために図示されていない)上壁を有する外囲器または筐体４０１を有する。共振器４０２は、フィルタ４００の空洞内に受け取られた電磁場の処理のため、外囲器４０１内に配置される。

電磁場は、外囲器表面上のマイクロストリップの形成によるかまたは本明細書の背景技術の章で説明したような結合ループの使用による手段を含む、いずれかの共振可能な手段によってフィルタ４００に結合させることができる。一実施形態において、同軸ケーブルから供給される電磁場が初段共振器４０２ａ近傍に配置された入力結合ループ４０８に結合され、終段共振器４０２ｈ近傍に配置された出力結合ループ４１０に送られる。

複数の共振器４０２はフィルタの性能目標達成に適するいずれかの構成で外囲器内に配置される。図示される実施形態において、共振器４０２は既述したように一列に配置される。詳しくは、共振器４０２は、それぞれの軸線４０３が互いに平行で同一平面(この平面は図４Ａの紙面の平面である)にあるように配置される。しかし、それぞれの軸線は同一直線上にはない。すなわち、共振器は軸方向に重ねられるのではなく、相互に概ね横方向に(横並びに)配置される。以下で詳細に説明するように、共振器４０２は同調目的のため(すなわち、フィルタの帯域幅調節のため)それぞれの軸線４０３に沿って移動させることができる。共振器４０２は、隣接共振器間の、すなわち、それぞれの軸線に実質的に垂直な直線方向で最も近い軸線を有する共振器(例えば、共振器４０２ａと４０２ｂの対、共振器４０２ｂと４０２ｃの対、等)の間の、電磁場結合が可能になるように配置される。非隣接共振器間の、すなわち、それぞれの軸線に実質的に垂直な直線方向において別の共振器の軸線の両側にある軸線を有する共振器(例えば共振器４０２ａと４０２ｃ)間の、クロスカップリングはこの特定の回路構成において望ましくない。少なくとも１つの好ましい実施形態において、共振器は少なくとも４５の誘電定数を有し、テトラチタン酸バリウムでつくられる。

それぞれの共振器４０２は隣接共振器に対して軸方向に反転していることが好ましい。すなわち、共振器４０２ａは右向き、共振器４０２ｂは左向き、共振器４０２ｃは右向きであり、以下これに準じる。この配置により、共振器を従来技術より相互に接近させて配することが可能になり、したがってより小形の外囲器４０１を得ることができる。

非隣接共振器間のクロスカップリングを防止するため、筐体４０１は方向４０５の非隣接共振器の中間に隔壁４３０を有する。すなわち、それぞれの共振器４０２ｂ〜４０２ｇは、隔壁の両側の２つの共振器の間の結合の遮断を基本的に目的とする、付随隔壁４３０ｂ〜４３０ｇを有し、隔壁４３０ｂ〜４３０ｇのそれぞれは、共振器４０２の１つの軸線と平行であり、その軸線と同じ平面にあって、方向４０５に実質的に垂直である。すなわち、例えば、隔壁４３０ｂは非隣接共振器４０２ａと４０２ｃの間のクロスカップリングの防止に役立つ一方で、対応する共振器４０２ｂとその隣接共振器４０２ａ及び４０２ｃとの間の結合は実質的に可能にする。同様に、隔壁４３０ｃは非隣接共振器４０２ｂと４０２ｄの間のクロスカップリングの防止に役立つ一方で、隣接共振器４０２ｂと４０２ｃの間の結合及び隣接共振器４０２ｃと４０２ｄの間の結合のいずれも実質的に可能にする。初段共振器４０２ａ及び終段共振器４０２ｈは明白な理由から付随隔壁を有していない。しかし、初段共振器及び終段共振器に隔壁を付随させても回路性能への影響はほとんどまたは全くないであろう。そのような隔壁は実用的製造上の理由から付随させることができる。詳しくは、単一の汎用外囲器構造を用いながら、様々な共振器間隔で様々な数の共振器及び様々な寸法の共振器をもつ多くの様々なフィルタの構築を可能にするように、筐体を極めてフレキシブルに設計することができる。例えば、図に示されるよりも数が少ないかまたは多くの共振器が望ましい場合に、初段及び終段を含む、共振器取付位置の全てに付随して隔壁が設けられるならば、いかなる数の共振器も収めるために、筐体の他のいずれの設計仕様も変更することなく、筐体を単に短くするかまたは長くすることができる。

筐体４０１の側壁４０１ｂの貫通孔４４４に、それぞれの共振器の底面４０６ａに対向して同調板４０６が配置される。あるいは、共振器の上面４０６ｂに隣接させて同調板を配置することができる。同調板は、図２に関連して上述したように、それぞれの共振器の中心周波数を調整するために用いることができる。同調板は、調整を行うために同調板を対応する共振器に軸方向に近づけるかまたは遠ざけることが可能になるように、外側にネジを切って筐体の嵌合貫通ネジ孔４４４内に配置することができる。

それぞれの共振器４０２は、取付部材４１４のような、取付部材によって外囲器４０１に結合させることができる。取付部材４１４は、取付部材が取り付ける共振器４０２の軸線に平行であり、好ましくは軸線と同軸である。図示される実施形態における取付部材４１４は、同調のために共振器４０２を位置決めするために調節可能であり、好ましくは、一つおきに隣接する共振器間の結合による干渉を防止するために非導電性である。

図示される実施形態において、共振器４０２相互の位置関係は、横方向では組立中に固定されるが、軸方向では組立後に調節可能である。詳しくは、一実施形態において、取付部材４１４は、外囲器４０１の側壁４０１ｂのネジ孔４１６のような、ネジ孔にねじ込まれるねじ込取付ポストである。共振器４０２をねじ込みポスト４１４に調節可能な態様で取り付けることもできる。詳しくは、共振器４０２の貫通孔４０４にも、取付ポスト４１２のネジに嵌合するように、ネジを切ることができる。したがって、取付円筒を外囲器４０１の孔及び／または共振器４０２の貫通孔に対して回すことにより、共振器の相互の、及び外囲器４０１に対する、軸方向位置を容易に調節することができる。

取付ポスト４１４は対応する共振器に付随する隔壁４３０を貫通する。

好ましい実施形態において、外囲器の孔４１６は貫通孔である。すなわち、孔４１６は隔壁４３０を貫通し、取付ポスト４１４は隔壁４３０の長さを完全に貫通して外囲器の外まで延びるに十分に長い。これにより、外囲器４０１を開けなくとも、外囲器から延び出している取付円筒を回すことによる、共振器間隔、したがってフィルタの帯域幅の調節が可能になる。

図４Ａ及び４Ｂに示される設計は極めてフレキシブルであり、単一の基本設計による、様々な中心周波数及び帯域幅を有する広範なフィルタの構築を可能にする。そのようなフレキシビリティを可能にする本設計の特徴のいくつかは、ねじ込み調節可能な取付ポスト、非隣接共振器間隔壁、軸方向調節可能な同調板及び共振器が単列に配置されるという事実である。

上掲の特許文献１は、その図５Ａ及び５Ｂにおいて、全く同様に見えるが、非隣接共振器間のクロスカップリングが助長される、回路を開示している。特許文献１の図５Ａ及び５Ｂを参照すれば、取付ポストを内ネジを有する中空円筒として設計し、中空取付ポストの内ネジと嵌合するための外ネジを有する導電性円筒を中空共振器取付ポストの内側に配置することによって、クロスカップリングが導入される。中空取付円筒内の導電性円筒を回すことによって、導電性円筒の両側の共振器間に挿入される導電性円筒が多くなるか少なくなるように導電性円筒の位置が変えられ、よって導電性円筒により隔てられた一つおきの共振器の間のクロスカップリングに影響を与える。導電性部材は(接地されている)外囲器から非導電性取付部材によって隔離されているから、導電性部材に発生する電荷が接地に流れることはない。代りに、電荷は導電性部材に蓄積されて非隣接共振器間の容量性クロスカップリングを生じさせる。

本明細書の図４Ａ及び４Ｂの回路は、非隣接共振器間クロスカップリングがない、より通常の回路である。したがって、上述したように、取付ポスト４１４は非導電性であり、いかなる導電性インサートまたは導電性コアも有していない。したがって、非隣接共振器間クロスカップリングが助長されることはない。

それにもかかわらず、本単列構成においては、矢印４３９で示されるような、隣接共振器相互の結合を可能にする絞りまたはその他の開口を介する２つの非隣接共振器間の電磁結合に対する比較的に直接の経路があるため、無視できないクロスカップリングが非隣接共振器間に生じ得る。これは所望の回路動作に悪影響を与える。

不要な非隣接共振器間クロスカップリングは一般に、回路の誘電体共振器が比較的高い、ほぼ４５以上の、誘電定数を有する場合には認められない。また、共振器間の横方向間隔が十分大きい場合にも、非隣接共振器間クロスカップリングは認められない。

しかし、多くの回路設計では、誘電定数が約４５よりも低い誘電体共振器が必要とされ、あるいは少なくとも利用される。例えば、誘電体回路設計においては極めて高いＱ因子，Ｑを与えることが肝要な問題となることが多い。一般に、誘電体共振器に用いられる材料の誘電定数が低くなるほど、与えることができるＱは高くなる。さらに、一般に、回路の中心周波数が低くなるほど、用いられる材料の誘電定数は低くなる。

共振器材料の誘電定数が低くなるほど、共振器内の電場集中は弱くなる。磁場(すなわち、個々の共振器間を実際に結合する場)の集中は、その磁場に対応する電場に比例する。したがって、共振器材料の誘電定数が低くなるほど、磁場は大きく拡がる。よって、共振器材料の誘電定数が低くなるほど、与えられた回路の目標を達成するに必要であろう共振器間の横方向間隔は狭まる。したがって、誘電定数が約４５より低い誘電体共振器を利用する回路においては、不要な非隣接共振器間クロスカップリングが問題になり得る。

隔壁をより長く(したがって、絞りをより小さく)することによって、非隣接共振器間クロスカップリングを低減するか、さらには無くすことができる。しかし、隔壁をより長くすることにはいくつかの逆効果がある。最も顕著には、共振器の近くにより多くの金属がおかれることになるから、回路のＱが減少するであろう。さらに、回路のＱへの効果ほどの問題にはならないが、隣接共振器間の結合も減少するであろう。

図５は、図４Ａ及び４Ｂに示される回路と同様であるが、非隣接共振器間クロスカップリングを低減するかまたは完全に無くす、本発明の一実施形態にしたがう技術を導入している誘電体共振器回路の平面図である。本発明を明確に示すため、図５は隔壁を含む筐体及び共振器しか示していない。取付ポスト並びに入力結合ループ及び出力結合ループのようなその他の構造は全て平明さのために示されていない。図４Ａ及び４Ｂの隔壁４３０は、主壁部から(０°ではない)ある角度をなして少なくともある程度延びる延長壁部をもつ、(絞りに隣接する壁の末端で)終端する隔壁５３０で置き換えられている。延長壁部は、反射平面を主壁部の平面とする、互いに鏡像の２つの半壁体からなることが好ましい。また延長壁部のそれぞれの半壁体は共振器の側面に平行な方向に延びる表面を有することも好ましく、この目的はクロスカップリングの防止である。図５に示される特定の実施形態において、隔壁５３０は、それぞれが互いにある角度をなし、主壁部５３０ｃにある角度をなして、延びる２つの鏡像脚５３０ａ及び５３０ｂを有する。全体で見ると、この特定の実施形態における隔壁５３０はＹ字形である。本発明の好ましい実施形態において、２本の脚５３０ａ及び５３０ｂは、それぞれの側面が隔壁５３０の対応する側にある共振器５０２の側面に平行であるような角度をなして、主壁部５３０ｃから延びる。

詳しくは、この実施形態は少なくとも２つの理由で有利な態様である。第１に、そうでなければ全面的に次の非隣接共振器まで広がるかもしれなかった磁場の、代りに隔壁５３０と交差する(したがって、基本的に失われ、よって別の共振器とのクロスカップリングをおこし得ない)部分の最大化に役立つ。第２に、脚５３０ａ，５３０ｂの内側平面５３２が、概ね脚５３０ａ，脚５３０ｂと対応する共振器の上面の間に空間５３３を定める。この開放空間は、共振器体の頂部近傍に金属があると回路のＱがかなり低下するであろうから、有益である。

図６Ａ及び６Ｂは本発明の有効性を示すに役立つ。図６Ａは、図４Ａ及び４Ｂに示される隔壁のような通常の直隔壁６３０を有する筐体を用いる誘電体共振器回路における２つの非隣接共振器６０２ａと６０２ｃの間の磁場結合を示す。中間の共振器は図を明確にするために取り除かれている。第１の共振器は中心周波数が２.５１３５ＧＨｚの電磁場で励振されている。図６Ａは、隔壁６３０を回る非隣接共振器６０２ｃへの電磁場の結合があることを示す。結合経路は全体として経路６５４で示される。シミュレーションにより、結合は約０.６ＭＨｚであることが示された。

図６Ｂは、図５に示される本発明の実施形態に示される隔壁のようなＹ字形隔壁６３０'を有する筐体を用いる誘電体共振器回路における２つの非隣接共振器６０２ａ'と６０２ｃ'の間の磁場結合を示す。図からわかるように、中間のＹ字形隔壁６３０'及び、特に、共振器６０２ａ'，６０２ｃ'のそれぞれの側面に平行な延長脚６３０ｂ'，６３０ｃ'が共振器６０２ａ'の磁力線の、そうでなければ非隣接共振器６０２ｃ'に結合するかもしれなかった、部分を実質的に遮っている。他方で、隔壁６３０'は磁力線の、隣接共振器(図示せず)を通過し、したがって隣接共振器に結合するであろう、部分は実質的に遮断していない。シミュレーションによる経路６５５が図６Ａに対する磁力線の変化を示す。非隣接共振器６０２ａ'，６０２ｃ'の間の結合は基本的に無い。

さらに、脚６３０ｂ'，６３０ｃ'間の領域は(図示が不明瞭にならないように図６Ｂでは示されていない)中間の共振器６０２ｂ'の頂部近傍に開放空間６３３を定め、よって共振器６０２ｂ'または回路全体のＱを実質的に低下させることは(共振器近傍に金属が無いから)ない。

Ｙ字形状は、特に円錐形共振器に関して、特に有利であるが、例示でしかない。他の隔壁形状も可能である。特に、図７は、隔壁７３０が主壁部７３０ｃ及び垂直延長部７３０ａ，７３０ｂからなるＴ字形である本発明の別の実施形態を示す、誘電体共振器回路の平面図である。Ｔ字形隔壁は円筒形共振器を用いる誘電体共振器回路における使用に特に適する。この場合も、この特定のＴ字形状は、共振器の磁力線の、そうでなければ非隣接共振器に結合するであろう部分を遮断し、隣接共振器に結合する磁場部分は遮断しないでおくに特に有効であろう。図８は本発明のまた別の実施形態を示す。この実施形態においては、それらの間に空間８３３を定める２枚の平行直平壁部８３０ａ，８３０ｂを隔壁８３０が有する。２枚の直平壁部８３０ａ，８３０ｂは対応する共振器の軸線に実質的に平行であり、軸線の両側にある。対応する共振器の軸線は空間８３３の中心を通り抜ける。

この実施形態は、中間共振器の軸端の前方に、その共振器の軸線に沿って軸線を囲む、開放空間８３３を与え、同時に中間共振器の両側の共振器の近傍に導電性表面を与えることに注意されたい。さらに、円筒形共振器の場合、この直平壁部８３０ａ，８３０ｂはその両側の共振器の側壁に平行である。しかし、この特定の隔壁形状は円錐形共振器に関しても極めて有効である。

図９は、それらの間に空間９３３を定める２つのＬ字形部９３０ａ，９３０ｂをそれぞれの隔壁９３０が有する、本発明のさらにまた別の実施形態を示す。この実施形態は、中間共振器の軸線に沿って軸線に接する追加の開放空間をさらに与えることを除き、図７のＴ字形実施形態を全く同様である。

図１０は、図９の実施形態と同様に、それらの間に開放空間１０３３を与える、２つの鏡像の、半Ｙ字部１０３０ａ及び１０３０ｂを隔壁１０３０が有することを除き、図５のＹ字形隔壁実施形態に類似の別の実施形態を示す。この実施形態は、中間共振器の軸線に沿う開放空間をさらに多く与えることを除き、Ｙ字形隔壁５３０を有する図５の実施形態と同様である。詳しくは、隔壁１０３０は、図５の実施形態における三角形開放空間５３３と同様の三角形開放空間１０３３を与えた上に、中間共振器の軸線に沿って軸線に接する、共振器端からさらに離れた、追加の開放空間１０３４も与える。図５の実施形態と同様に、本実施形態は円錐形共振器を有する回路に、特に延長部が共振器の側壁に平行である場合に、特に有効である。

図１１は、それぞれの隔壁１１３０が概ねアメリカンフットボールのゴールポストに似た形状を有する、本発明のなおまた別の実施形態を示す。図１１に示される特定の実施形態において、隔壁１１３０は、それぞれが図示されるように３つの区画１１５１，１１５２，１１５３を有する、２つの壁部１１３０ａ，１１３０ｂからなる。本実施形態は、円筒形共振器及び円錐形共振器のいずれとも、ともに使用するに適する。隔壁１１３０は、中間共振器の軸線に沿って軸線に接する、かなりの開放空間１１３３を与えることに注意されたい。詳しくは、中間共振器の軸端直近の、２つの壁の間の幅ｘの開放空間部分１１３３ｂと、共振器からさらに離れた、より狭い幅ｙの開放空間部分１１３３ａである。別の実施形態において、隔壁１１３０は単独の(すなわち、幅ｙの空間部分１１３３ａが無く、幅ｘの空間部分１１３３ｂが残された)壁とすることができる。

別の形状は、図１２に示されるような、延長部半壁体１２３０ａ，１２３０ｂからなるＵ字形突出部で終端する隔壁１２３０である。この実施形態は、延長部が直平壁５３０ａ，５３０ｂではなく、曲壁１２３０ａ，１２３０ｂを有することを除き、図５の実施形態に類似である。あるいは、図１３に示されるように、図１２に示される隔壁と非常によく似たＵ字形延長部をもつ隔壁を、対応する共振器１３０２の軸線に揃えられた長空間１３７６をそれらの間に与える、２つの隔壁１３３０_１，１３３０_２に分割することができる。

上述した様々な実施形態においては、フィルタを示し、説明したが、本発明は、限定ではなく、例として発振器、トリプレクサ、アンテナ等を含む、別のタイプの誘電体共振器回路に適用できる。

以上のように本発明のいくつかの特定の実施形態を説明したが、当業者には、様々な別形態、改変形態及び改善形態が容易に浮かぶであろう。例えば、取付部材は、共振器を固定位置に取り付けることができ、同調は組立時に固定されるか、あるいは同調板及び／または導電性部材の使用によって調節される。本開示によって明白になるような別形態、改変形態及び改善形態は、本明細書に明示されていなくとも本明細書の一部であるとされ、本発明の精神及び範囲の内にあるとされる。したがって、上の説明は例示に過ぎず、限定ではない。本発明は以下の特許請求項及びそれらの等価物に定められる範囲にしか限定されない。

４００ 誘電体共振器フィルタ
４０１ 外囲器(筐体)
３００，４０２ 円錐形共振器
４０８ 入力結合ループ
４１０ 出力結合ループ
４３０，５３０ 隔壁
４４０ 同調板
５３０ａ，５３０ｂ 延長壁部
５３０ｃ 主壁部

Claims (17)

1. 誘電体共振器回路において、
   筐体、及び
   前記筐体内に第１の方向に実質的に一列に配置された第１，第２及び第３の誘電体共振器(５０２,７０２)であって、前記第２の共振器は前記第１の共振器と前記第３の共振器の間に配置されている第１，第２及び第３の誘電体共振器(５０２,７０２)、
   を有し、
   前記筐体が前記第１，第２及び第３の共振器(５０２，７０２)を外囲し、さらに、前記第１の共振器(５０２，７０２)と前記第３の共振器(５０２，７０２)の間の結合を阻止するために少なくとも第１の隔壁(５３０,７３０,８３０,９３０,１０３０,１１３０,１２３０,１３３０)を前記第１の方向で前記第１の共振器と前記第３の共振器の中間に有し、
   前記第１の隔壁(５３０,...,１３３０)が前記第１の隔壁の長さに沿う第１の末端及び第２の末端を有し、前記隔壁が前記第１の末端に絞りを定め、前記絞りは前記第１の共振器と前記第２の共振器の間及び前記第２の共振器と前記第３の共振器の間の結合を可能にするように配置され、前記隔壁(５３０,...,１３３０)が実質的に前記第１の共振器と前記第３の共振器の間に配置される主壁部及び前記第１の末端において前記隔壁(５３０,...,１３３０)の前記主壁部からゼロではない角度をなして延びる延長壁部を有する、
   ことを特徴とする誘電体共振器回路。
2. 前記誘電体共振器(５０２，７０２)のそれぞれが軸線を有し、前記軸線は互いに、実質的に平行であり、実質的に同一平面上にあって、同一線上になく、前記隔壁(５３０,...,１３３０)の前記主壁部が前記第２の共振器(５０２，７０２)の前記軸線と実質的に同一平面上にあることを特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器回路。
3. 前記隔壁(５３０,...,１３３０)が前記第１の方向に実質的に垂直であることを特徴とする請求項２に記載の誘電体共振器回路。
4. 前記主壁部(８３０,９３０,１０３０,１１３０,１３３０)が互いに平行で、それらの間に開放空間を定める、２つの半壁体を有することを特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器回路。
5. 前記隔壁(５３０,...,１３３０)の前記主壁部が平面を定め、前記隔壁の前記延長壁部が、前記隔壁(５３０,...,１３３０)の前記主壁部の前記平面に関して互いに鏡像である第１及び第２の半壁体を有することを特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器。
6. 前記隔壁の前記延長壁部が、前記主壁部の前記第１の末端から延びる第１及び第２の脚(５３０ａ,５３０ｂ;７３０ａ,７３０ｂ;９３０ａ,９３０ｂ;１０３０ａ,１０３０ｂ;１１３０ａ,１１３０ｂ;１２３０ａ,１２３０ｂ;１３３０_１,１３３０_２)を有することを特徴とする請求項５に記載の誘電体共振器回路。
7. 前記隔壁(５３０,１０３０,１２３０,１３３０)がＹ字形であることを特徴とする請求項６に記載の誘電体共振器回路。
8. 前記誘電体共振器(５０２,７０２)が円錐形であることを特徴とする請求項６に記載の誘電体共振器回路。
9. 前記隔壁の前記主壁部が前記第１の共振器(５０２,７０２)の前記軸線と実質的に同一平面上で延び、前記隔壁(７３０,９３０)の前記第１の脚(７３０ａ,９３０ａ)が前記筐体に実質的に平行に延びることを特徴とする請求項８に記載の誘電体共振器回路。
10. 前記誘電体共振器が円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器回路。
11. 前記隔壁(７３０,９３０)がＴ字形であることを特徴とする請求項１０に記載の誘電体共振器回路。
12. 前記誘電体共振器が円錐形であり、軸線及び前記軸線のまわりに放射状に配された側壁を有し、前記軸線が相互に実質的に平行であり、前記第１の隔壁の前記主壁部が前記第２の共振器の前記軸線と実質的に同一平面上に延び、前記第１の隔壁の前記第１の脚(５３０ａ,１０３０ａ)が前記第１の共振器(５０２)の前記側壁に実質的に平行に延び、前記第１の隔壁の前記第２の脚(５３０ｂ,１０３０ｂ)が前記第３の共振器(５０２)の前記側壁に実質的に平行に延びることを特徴とする請求項６に記載の誘電体共振器回路。
13. 前記誘電体共振器が軸線及び前記軸線のまわりに放射状に配された側壁を有し、前記隔壁の前記主壁部が前記第２の共振器の前記軸線と実質的に同一平面上に延び、前記隔壁の前記第１及び第２の脚(９３０,１０３０,１１２０,１３３０)がそれらの間に、前記第２の共振器の前記軸線が通過する、開放空間を定めることを特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器回路。
14. 前記第２の円錐形共振器が前記第１及び第２の円錐形共振器に対して反転されていることを特徴とする請求項８に記載の誘電体共振器回路。
15. 前記第１及び第２の脚(１１３０ａ,１１３０ｂ)がそれぞれＬ字形であることを特徴とする請求項６に記載の誘電体共振器回路。
16. 前記主壁部(９３０,１０３０,１１３０,１３３０)が、互いに平行であって、それらの間に開放空間を定める、第１及び第２の半壁体からなり、前記第１及び第２の脚がそれぞれ前記主壁部の前記第１及び第２の半壁体から延びることを特徴とする請求項６に記載の誘電体共振器回路。
17. 前記隔壁の前記延長壁部がＵ字形であるように前記第１及び第２の脚(１２３０ａ,１２３０ｂ;１３３０_１,１３３０_２)が曲げられていることを特徴とする請求項６に記載の誘電体共振器回路。

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