JP2643677B2 - 誘電体共振器装置 - Google Patents
誘電体共振器装置Info
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- JP2643677B2 JP2643677B2 JP3218391A JP21839191A JP2643677B2 JP 2643677 B2 JP2643677 B2 JP 2643677B2 JP 3218391 A JP3218391 A JP 3218391A JP 21839191 A JP21839191 A JP 21839191A JP 2643677 B2 JP2643677 B2 JP 2643677B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
- H01P7/10—Dielectric resonators
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Description
ケース内のTE101モード(以下、単に、TE101モード
という。)の共振を利用する誘電体共振器装置に関す
る。
有しTE01δモードを利用するマイクロ波フィルタ用誘
電体共振器(以下、第1の従来例という。)が、例えば
実開昭51−35946号公報に開示されている。この
第1の従来例の誘電体共振器を用いてマイクロ波フィル
タを構成する場合、1個のフィルタに対して1個の誘電
体共振器を用いる必要があるため、多数のフィルタを構
成する場合、多数の誘電体共振器を必要とし、当該多数
の誘電体共振器が占有する容積や重量が多大なものとな
るという問題点があった。
110モード又はその変形モードの共振を利用する誘電体
共振器装置(以下、第2の従来例という。)が、特開昭
61−157101号公報に開示されており、この誘電
体共振器装置を図12に示す。
02a,202b,202cが互いに直交した状態で一
体化されセラミックからなる複合誘電体202が、直方
体空洞のシールドケース201内に載置されている。こ
こで、1つの柱状誘電体の軸方向をz軸と一致させたx
yz直交座標系において3つのTMモード、すなわちT
M110モード、TM011モードおよびTM101モードの共
振が存在する。これら3つのTMモードの電磁界が相互
に干渉することを防止するため、柱状誘電体202a,
202bがともに含まれる平面内に1対のネジ状金属体
からなる結合調節部材204,205をシールドケース
101の稜線部206,207から当該複合誘電体20
2の中心に向かってシールドケース201内に突出させ
て設けている。さらに、上記誘電体共振器を外部回路と
結合させるために、例えば柱状誘電体202aのみに結
合する2つの結合ループ(図示せず。)が柱状誘電体2
02aを間に挟んで設けられる。
電体共振器装置において、上記3つのモードが相互に干
渉しないように設定すれば、1つのシールドケース20
1内に電気的に直交した3つの共振器を収容することが
でき、独立した3個のマイクロ波フィルタを実現するこ
とができる。また、上記結合調節部材204,205を
挿入度合を調整することによって、3つのモードを結合
させて、例えば3段のマイクロ波フィルタを実現するこ
とができる。
第2の従来例においては、複合誘電体202がシールド
ケース201に接して載置されているので、誘電体共振
器内のエネルギーが複合誘電体202の中心へ集中せ
ず、シールドケース201のすぐ内側にも電磁界が分布
している。このため、シールドケース201の内壁に表
面電流が流れ、大きな導体損失となり、各柱状誘電体2
02a,202b,202cの無負荷Q(Q0)が比較
的小さい。従って、この誘電体共振器装置を用いてマイ
クロ波帯域通過フィルタを構成した場合、その通過帯域
幅をより狭くすることがむずかしいという問題点があっ
た。
例に比較して大きい無負荷Qを有しかつ小型化すること
ができるとともに、1つの装置で3つの共振器を実現す
ることができる誘電体共振器装置を提供することにあ
る。
載の誘電体共振器装置は、直方体空胴のシールドケース
内に載置された球状又は略球状の誘電体を有し、上記誘
電体において予め定められた直角座標系のx軸、y軸及
びz軸の回りにそれぞれ電界が生じるTE101のxモー
ド、yモード及びzモードの各共振を利用する誘電体共
振器と、上記誘電体共振器と外部回路とを結合する外部
結合手段とを備え、上記誘電体共振器は、上記シールド
ケース内に3つのリング状誘電体が互いに直交した状態
で一体化され、かつ上記各リング状誘電体が上記TE
101のxモード、yモード及びzモードの共振状態で動
作するように上記各リング状誘電体のリングの軸をそれ
ぞれ上記x軸、y軸及びz軸に一致させて形成されたこ
とを特徴とする。
は、請求項1記載の誘電体共振器装置において、上記T
E101のxモード、yモード及びzモードの各共振が互
いに実用上無結合状態にあることを特徴とする。
は、請求項2記載の誘電体共振器装置において、上記無
結合状態は、実用上互いに無結合状態にある各対の2つ
の共振に対して作用する、上記シールドケース内に突出
させた結合調整部材により達成させることを特徴とす
る。
装置は、請求項2又は3記載の誘電体共振器装置におい
て、上記TE101のxモード、yモード及びzモードの
各共振が互いに異なる共振周波数を有することを特徴と
する。
は、請求項4記載の誘電体共振器装置において、上記T
E101のxモード、yモード及びzモードの各共振が互
いに異なる共振周波数を有することは、上記各共振に対
応する上記3つのリング状誘電体にそれぞれ形成された
凹部によって達成させることを特徴とする。
は、請求項2、3、4又は5記載の誘電体共振器装置に
おいて、上記外部結合手段は、上記各リング状誘電体と
所定の距離だけ離れて上記各リング状誘電体を挟設し、
かつ上記各リング状誘電体から生じる上記TE101のx
モード、yモード又はzモードの共振の磁界と鎖交する
ように上記TE101のxモード、yモード及びzモード
の各共振に対応して設けられた各1対の結合ループを備
えたことを特徴とする。
装置は、請求項1記載の誘電体共振器装置において、上
記TE101のxモード、yモード及びzモードの各共振
間の3対の組み合わせのうち、少なくとも2対の各対の
2つの共振が互いに実用上結合状態にあることを特徴と
する。
は、請求項7記載の誘電体共振器装置において、上記結
合状態は、実用上結合状態にある2つの共振に対応する
上記2つのリング状誘電体が交差する交差部に形成され
た凹部によって達成させることを特徴とする。
は、請求項7又は8記載の誘電体共振器装置において、
上記TE101のxモード、yモード及びzモードの各共
振間の3対の組み合わせのうち、少なくとも1対の2つ
の共振が互いに実用上無結合状態にあることを特徴とす
る。
器装置は、請求項9記載の誘電体共振器装置において、
上記無結合状態は、実用上互いに無結合状態にある各対
の2つの共振に対して作用する、上記シールドケース内
に突出させた結合調整部材により達成させることを特徴
とする。
は、請求項7、8、9又は10記載の誘電体共振器装置
において、上記TE101のxモード、yモード及びzモ
ードの各共振が互いに異なる共振周波数を有することを
特徴とする。
置は、請求項11記載の誘電体共振器装置において、上
記TE101のxモード、yモード及びzモードの各共振
が互いに異なる共振周波数を有することは、上記各共振
に対応する上記3つのリング状誘電体にそれぞれ形成さ
れた凹部によって達成させることを特徴とする。
器装置は、請求項9、10、11又は12記載の誘電体
共振器装置において、上記外部結合手段は少なくとも、
上記実用上互いに無結合状態にある2つの共振に対応す
る上記2つの第1と第2のリング状誘電体のうち、上記
第1のリング状誘電体と所定の距離だけ離れてかつ上記
第1のリング状誘電体から生じる共振の磁界と鎖交する
ように設けられた第1の結合ループと、上記第2のリン
グ状誘電体と所定の距離だけ離れてかつ上記第2のリン
グ状誘電体から生じる共振の磁界と鎖交するように設け
られた第2の結合ループとを備えたことを特徴とする。
共振器装置においては、直方体空胴のシールドケース内
に載置された球状又は略球状の誘電体を有し、上記誘電
体において予め定められた直角座標系のx軸、y軸及び
z軸の回りにそれぞれ電界が生じるTE101のxモー
ド、yモード及びzモードの各共振を利用する誘電体共
振器と、上記誘電体共振器と外部回路とを結合する外部
結合手段とを備え、上記誘電体共振器は、上記シールド
ケース内に3つのリング状誘電体が互いに直交した状態
で一体化され、かつ上記各リング状誘電体が上記TE
101のxモード、yモード及びzモードの共振状態で動
作するように上記各リング状誘電体のリングの軸をそれ
ぞれ上記x軸、y軸及びz軸に一致させて形成される。
従って、上記TE101のxモード、yモード及びzモー
ドの各共振を利用した3つの共振器を1つの装置で実現
し、しかも球状又は略球状であるので、3つの柱状誘電
体を一体化して形成される第2の従来例に比較して大幅
に小型・軽量化することができる。また、この本発明に
係る誘電体共振器装置においては、上記誘電体が上記シ
ールドケース内の中心部付近に集中しているので、当該
TE101の各モードので電磁界エネルギーも上記シール
ドケースの中心部付近に分布するので、上述のように、
電磁界エネルギーが中心部に集中しない上記第2の従来
例に比較して高い無負荷Q(Q0)を有する。従って、
従来例に比較しより狭い通過帯域を有する3個のマイク
ロ波帯域通過フィルタを実現することができる。
は、請求項1記載の誘電体共振器装置において、好まし
くは、上記TE101のxモード、yモード及びzモード
の各共振が互いに実用上無結合状態にある。
は、請求項2記載の誘電体共振器装置において、上記無
結合状態は、実用上互いに無結合状態にある各対の2つ
の共振に対して作用する、上記シールドケース内に突出
させた結合調整部材により達成させることができる。
装置は、請求項2又は3記載の誘電体共振器装置におい
て、好ましくは、上記TE101のxモード、yモード及
びzモードの各共振が互いに異なる共振周波数を有す
る。
は、請求項4記載の誘電体共振器装置において、上記T
E101のxモード、yモード及びzモードの各共振が互
いに異なる共振周波数を有することは、上記各共振に対
応する上記3つのリング状誘電体にそれぞれ形成された
凹部によって達成させることができる。
は、請求項2、3、4又は5記載の誘電体共振器装置に
おいて、好ましくは、上記外部結合手段は、上記各リン
グ状誘電体と所定の距離だけ離れて上記各リング状誘電
体を挟設し、かつ上記各リング状誘電体から生じる上記
TE101のxモード、yモード又はzモードの共振の磁
界と鎖交するように上記TE101のxモード、yモード
及びzモードの各共振に対応して設けられた各1対の結
合ループを備える。これによって、互いに独立な3個の
マイクロ波フィルタを実現することができる。
装置は、請求項1記載の誘電体共振器装置において、好
ましくは、上記TE101のxモード、yモード及びzモ
ードの各共振間の3対の組み合わせのうち、少なくとも
2対の各対の2つの共振が互いに実用上結合状態にあ
る。
は、請求項7記載の誘電体共振器装置において、上記結
合状態は、実用上結合状態にある2つの共振に対応する
上記2つのリング状誘電体が交差する交差部に形成され
た凹部によって達成させることができる。
は、請求項7又は8記載の誘電体共振器装置において、
好ましくは、上記TE101のxモード、yモード及びz
モードの各共振間の3対の組み合わせのうち、少なくと
も1対の2つの共振が互いに実用上無結合状態にある。
器装置は、請求項9記載の誘電体共振器装置において、
上記無結合状態は、実用上互いに無結合状態にある各対
の2つの共振に対して作用する、上記シールドケース内
に突出させた結合調整部材により達成させることができ
る。
は、請求項7、8、9又は10記載の誘電体共振器装置
において、好ましくは、上記TE101のxモード、yモ
ード及びzモードの各共振が互いに異なる共振周波数を
有することを特徴とする。
置は、請求項11記載の誘電体共振器装置において、上
記TE101のxモード、yモード及びzモードの各共振
が互いに異なる共振周波数を有することは、上記各共振
に対応する上記3つのリング状誘電体にそれぞれ形成さ
れた凹部によって達成させることができる。
器装置は、請求項9、10、11又は12記載の誘電体
共振器装置において、好ましくは、上記外部結合手段は
少なくとも、上記実用上互いに無結合状態にある2つの
共振に対応する上記2つの第1と第2のリング状誘電体
のうち、上記第1のリング状誘電体と所定の距離だけ離
れてかつ上記第1のリング状誘電体から生じる共振の磁
界と鎖交するように設けられた第1の結合ループと、上
記第2のリング状誘電体と所定の距離だけ離れてかつ上
記第2のリング状誘電体から生じる共振の磁界と鎖交す
るように設けられた第2の結合ループとを備える。これ
によって、縦続に接続された3段のマイクロ波帯域通過
フィルタを実現することができる。
ついて説明する。
例である誘電体共振器装置を図1に示し、当該誘電体共
振器装置で用いる誘電体共振器100を図2に示す。
直方体空洞のシールドケース10内に、3個のリング状
誘電体51,52,53が互いに直交した状態で一体化
されて形成された略球形誘電体共振器100を載置する
とともに、当該誘電体共振器100の基本モードである
TE101モードの共振を利用し、当該TE101モードの極
軸を互いに直交するx軸、y軸及びz軸に一致させたと
きの3つのモードの共振によって形成され互いに独立な
各共振器REx,REy,REz(図3参照。)の磁界
に誘導結合するように入出力結合用ループLix,Lo
x,Liy,Loy,Liz,Lozを設けたことを特
徴としている。ここで、TE101モードの極軸を、誘電
体共振器100の中心を中心とし互いに直交するx軸、
y軸及びz軸に一致させたときの3つのモードは、次の
通りであり、各モードにおける電気力線41,42,4
3の分布を図9の(a),(b)及び(c)に示す。 (a)TE101 (x)モード(以下、xモードという。) (b)TE101 (y)モード(以下、yモードという。) (c)TE101 (z)モード(以下、zモードという。)
00が、金属製の直方体空洞のシールドケース10内の
中央部に、比誘電率が比較的低く例えば4乃至6程度で
あってかつ誘電体共振器100と同一の線膨張係数を有
する円筒形状の支持台11上に載置されている。この誘
電体共振器100の各誘電体51,52,53は、例え
ばTiO2を主成分としてこれにZrSnを混合したセ
ラミック誘電体にてなる。略球形誘電体共振器100に
おいては、TE101モード以外の高次モードであるスプ
リアスモードが発生することを防止するため、図2に示
すように、球形の誘電体の中心部に球形状の空洞部10
1が形成されるとともに、上記xモード、yモード及び
zモードの各電気力線(図9参照。)が分布する上記球
表面から所定厚の部分のみが残存しかつ上記球表面から
空洞部101まで貫通するように、上記球の上側部分に
4つの略三角錐台形状の欠落部102が形成されかつ上
記球の下側部分に4つの略三角錐台形状の欠落部103
が形成される。すなわち、上記誘電体共振器100は、
3個のリング状誘電体51,52,53の各リングの軸
が上記x軸、y軸及びz軸に一致し互いに直交した状態
で一体化されて形成された略球形状を有する。
1,52,53はそれぞれ、xモード、yモード及びz
モードの各電磁界分布を明確に区別することができるの
で、図3の等価回路に示すように、互いにモード結合が
実質的に無い、上記xモード、yモード及びzモードの
誘電体共振器REx,REy,REzを構成することが
できる。また、TE101モード以外の高次モードのスプ
リアスモードを除去することができるとともに、誘電体
共振器100を焼成して形成するプロセスにおいて、焼
けむらを少なくすることができ、亀裂が入る可能性も小
さくなるという利点がある。
電体共振器100と同一材料のセラミックからなる直方
体空洞の内面又は外面にシールド用金属電極膜を形成し
たものでもよい。
Ezの各共振周波数を異ならせるため、リング状誘電体
51の軸を中心として互いに90度だけ離れた4つの位
置の外周表面にそれぞれ、当該外周表面から所定厚を有
し略直方体形状の周波数調整用凹部21が形成されると
ともに、同様に、リング状誘電体52,53にそれぞれ
4個の周波数調整用凹部22,23が形成される。ここ
で、各凹部21,22,23の厚さを厚くすることによ
って、上記各共振器REx,REy,REzの共振周波
数を高くすることができる。本実施例では、各凹部2
1,22,23の厚さを互いに異ならせることによっ
て、各誘電体共振器REx,REy,REzの各共振周
波数を異ならせる。
びzモードが互いに結合する場合があるが、これらの場
合のモードとして、以下の6つのモードを定義する。
ドの各電磁界を同符号で重ね合わせた場合の電磁界のモ
ードであり、当該モードの電磁界は次の「数1」で表さ
れ、図10の(a)に示すように、誘電体共振器100
に電気力線44が分布する。
界)+(yモードの電磁界)} ここで、C0は規格化定数であり、本実施例では、2の
平方根の逆数である。
ドの各電磁界を逆符号で重ね合わせた場合の電磁界のモ
ードであり、当該モードの電磁界は次の「数2」で表さ
れ、図11の(a)に示すように、誘電体共振器100
に電気力線47が分布する。
界)−(yモードの電磁界)}
ドの各電磁界を同符号で重ね合わせた場合の電磁界のモ
ードであり、当該モードの電磁界は次の「数3」で表さ
れ、図10の(b)に示すように、誘電体共振器100
に電気力線45が分布する。
界)+(zモードの電磁界)}
ドの各電磁界を逆符号で重ね合わせた場合の電磁界のモ
ードであり、当該モードの電磁界は次の「数4」で表さ
れ、図11の(b)に示すように、誘電体共振器100
に電気力線48が分布する。
界)−(zモードの電磁界)}
ドの各電磁界を同符号で重ね合わせた場合の電磁界のモ
ードであり、当該モードの電磁界は次の「数5」で表さ
れ、図10の(c)に示すように、誘電体共振器100
に電気力線46が分布する。
界)+(xモードの電磁界)}
ドの各電磁界を逆符号で重ね合わせた場合の電磁界のモ
ードであり、当該モードの電磁界は次の「数6」で表さ
れ、図11の(c)に示すように、誘電体共振器100
に電気力線49が分布する。
界)−(xモードの電磁界)}
の各電磁界が相互に干渉することを防止するため、ねじ
状の金属導体、誘電体又は磁性体からなる結合調整部材
12aが、xy平面に平行であるシールドケース10の
上表面の1辺を形成しx軸に平行な稜線部121の中央
部から誘電体共振器100の中心に向かってシールドケ
ース10内に突出するように設けられ、また、同様の材
料からなる結合調整部材12bが、xy平面に平行であ
るシールドケース10の上表面の1辺を形成しy軸に平
行な稜線部122の中央部から誘電体共振器100の中
心に向かってシールドケース10内に突出するように設
けられ、さらに、同様の材料からなる結合調整部材12
cが、xz平面に平行であるシールドケース10の側面
の1辺を形成しz軸に平行な稜線部123の中央部から
誘電体共振器100の中心に向かってシールドケース1
0内に突出するように設けられる。
ース10内に挿入することによって、yモードとzモー
ド間の結合を調整することができるとともに、主として
xモードの誘電体共振器RExの共振周波数に対して影
響を与える。また、結合調整部材12bをシールドケー
ス10内に挿入することによって、zモードとxモード
間の結合を調整することができるとともに、主としてy
モードの誘電体共振器REyの共振周波数に対して影響
を与える。さらに、結合調整部材12cをシールドケー
ス10内に挿入することによって、xモードとyモード
間の結合を調整することができるとともに、主としてz
モードの誘電体共振器REzの共振周波数に対して影響
を与える。
cがシールドケース10内に挿入されると、上述のよう
に、挿入されない場合に互いに独立であったxモード、
yモードおよびzモードが互いに結合するようになる。
また、当該結合調整部材12a,12b,12cの材料
が金属導体である場合と、誘電体又は磁性体である場合
とに分けて、各誘電体共振器REx,REy,REzの
共振周波数は、次のように変化する。
ωの変化δωは次の「数7」で表される。
であり、Weは誘電体共振器に含まれる電気エネルギー
である。また、ΔWmは結合調整部材が占有する領域に
含まれる磁気エネルギーであり、ΔWeは結合調整部材
が占有する領域に含まれる電気エネルギーである。
モードの共振電磁界はシールドケース10のすぐ内側で
は、磁気エネルギーが電気エネルギーよりも大きく、す
なわちΔWm−ΔWe>0である。従って、金属導体で
ある結合調整部材をシールドケース10内に挿入する
と、当該結合調整部材に対応する誘電体共振器の共振周
波数は上昇することになる。
ωの変化δωは次の「数8」で表される。
結合調整部材をシールドケース10内に挿入すると、当
該結合調整部材に対応する誘電体共振器の共振周波数は
下降することになる。
b,12cは、それが置かれる稜線部121,122,
123の辺と平行な辺の稜線部の中央部であれば、どこ
に置いても同様に動作する。また、シールドケース10
のすべての辺の稜線部の中央部に結合調整部材をおいて
もよい。
らに、上記xモード、yモード及びzモードの各共振器
REx,REy,REzの磁界に誘導結合しかつ誘電体
共振器100から所定距離だけ離れるように3対の入出
力結合用ループLix,Lox,Liy,Loy,Li
z,Lozが次のように設けられる。
Lix,Loxが、それらのループが形成する面がリン
グ状誘電体51のリングが形成しリングの軸に垂直な平
面すなわちxモードの電気力線が形成する面と一致し、
言い換えればxモードの共振器RExの磁界に誘導結合
し、かつ互いに誘電体共振器100を間に挟んで対向す
るように設けられ、入力結合用ループLixの両端が入
力端子T11,T12(図3参照。)に接続されるとと
もに、出力結合用ループLoxの両端が出力端子T2
1,T22(図3参照。)に接続される。なお、出力結
合用ループLoxは支持台11の円筒内に収容される。
y,Loyが、それらのループが形成する面がリング状
誘電体52のリングが形成しリングの軸に垂直な平面す
なわちyモードの電気力線が形成する面と一致し、言い
換えればyモードの共振器REyの磁界に誘導結合し、
かつ互いに誘電体共振器100を間に挟んで対向するよ
うに設けられ、入力結合用ループLiyの両端が入力端
子T31,T32(図3参照。)に接続されるととも
に、出力結合用ループLoyの両端が出力端子T41,
T42(図3参照。)に接続される。
iz,Lozが、それらのループが形成する面がリング
状誘電体53のリングが形成しリングの軸に垂直な平面
すなわちzモードの電気力線が形成する面と一致し、言
い換えればzモードの共振器REzの磁界に誘導結合
し、かつ互いに誘電体共振器100を間に挟んで対向す
るように設けられ、入力結合用ループLizの両端が入
力端子T51,T52(図3参照。)に接続されるとと
もに、出力結合用ループLozの両端が出力端子T6
1,T62(図3参照。)に接続される。
ix,Loxが形成する平面と、yモードの入出力結合
用ループLiy,Loyが形成する平面と、zモードの
入出力結合用ループLiz,Lozが形成する平面と
は、互いに直交しており、従って、互いに誘導結合して
いない。なお、実際上、xモード、yモード及びzモー
ドの各共振器が互いに若干誘導結合している場合であっ
ても、結合調整部材12a,12b,12cの各挿入長
を調整することによって、各モードの共振器間の結合を
ゼロに調整することができる。
共振器装置の等価回路を図3に示す。図3から明らかな
ように、xモードとyモードとzモードの各回路は互い
に独立であって、三重に縮退した状態となっている。
器RExは1個のキャパシタCxと2個のインダクタL
x1,Lx2から構成され、当該共振器RExの共振周波
数はこれら構成素子によって決定される。ここで、イン
ダクタLx1は入力結合用ループLixに誘導結合(+
M)し、一方、インダクタLx2は出力結合用ループL
oxに誘導結合(+M)している。また、yモードの回
路において、yモードの共振器REyは1個のキャパシ
タCyと2個のインダクタLy1,Ly2から構成され、
当該共振器REyの共振周波数はこれら構成素子によっ
て決定される。ここで、インダクタLy1は入力結合用
ループLiyに誘導結合(+M)し、一方、インダクタ
Ly2は出力結合用ループLoyに誘導結合(+M)し
ている。さらに、zモードの回路において、zモードの
共振器REzは1個のキャパシタCzと2個のインダク
タLz1,Lz2から構成され、当該共振器REzの共振
周波数はこれら構成素子によって決定される。ここで、
インダクタLz1は入力結合用ループLizに誘導結合
(+M)し、一方、インダクタLz2は出力結合用ルー
プLozに誘導結合(+M)している。
まれるキャパシタCx,Cy,Czの静電容量はそれぞ
れ、周波数調整用凹部21,22,23の体積に対応し
ており、凹部21,22,23の体積を大きくすると、
上記キャパシタCx,Cy,Czの各静電容量は小さく
なり、各共振器REx,REy,REzの共振周波数は
上昇する。また、上記各共振器REx,REy,REz
に含まれるインダクタLx1,Lx2,Ly1,Ly2,L
z1,Lz2の各モード毎のインダクタンスはそれぞれ、
結合調整部材12a,12b,12cの挿入長に対応し
ており、例えば結合調整部材12a,12b,12cが
金属導体であるとき、結合調整部材12a,12b,1
2cの各挿入長が長くなると、各モード毎のインダクタ
ンスが小さくなり、各共振器REx,REy,REzの
共振周波数は上昇する。なお、上述のように、結合調整
部材12aの挿入長を長くすることによって、インダク
タLy1,Ly2,Lz1,Lz2を若干小さくするととも
に、yモードとzモード間の結合にも影響を与える。ま
た、結合調整部材12bの挿入長を長くすることによっ
て、インダクタLz1,Lz2,Lx1,Lx2を若干小さ
くするとともに、zモードとxモード間の結合にも影響
を与える。さらに、結合調整部材12cの挿入長を長く
することによって、インダクタLx1,Lx2,Ly1,
Ly2を若干小さくするとともに、xモードとyモード
間の結合にも影響を与える。
においては、xモード、yモード及びzモードの3つの
モードの共振器REx,REy,REzの回路を互いに
独立にしかも各共振器REx,REy,REzの共振周
波数を互いに異ならせることによって、互いに通過帯域
の中心周波数が互いに異なる3つ独立したマイクロ波帯
域通過フィルタを1つの誘電体共振器装置で構成するこ
とができる。また、誘電体共振器100は略球状である
ので、3つの柱状誘電体を一体化して形成される第2の
従来例に比較して大幅に小型・軽量化することができ
る。さらに、誘電体共振器100の誘電体が上記シール
ドケース内の中心部付近に集中しているので、当該TE
101の各モードので電磁界エネルギーも上記シールドケ
ース10の中心部付近に分布するので、上述のように、
電磁界エネルギーが中心部に集中しない上記第2の従来
例に比較して高い無負荷Q(Q0)を有する。従って、
従来例に比較しより狭い通過帯域を有する3個のマイク
ロ波帯域通過フィルタを実現することができるという利
点がある。
共振器REx,REy,REzの共振周波数を互いに異
ならせているが、本発明はこれに限らず、2つ又はすべ
ての共振器の共振周波数が同一であってもよい。
例100aを示す。図4において、図2と同一のものに
ついては同一の符号を付している。
2の誘電体共振器100に比較して、各周波数調整用凹
部21a,22a,23aは、各リング状誘電体51,
52,53の各表面中央部を残存させるように、コの字
形状の断面とリングの接線方向の所定の長さを有するこ
とを特徴としている。このように、各周波数調整用凹部
21a,22a,23aは、各モードの電気力線をリン
グ内に通過させるためリングの一部が残存するという条
件のもとで任意の形状を有してもよい。
例である誘電体共振器装置を図5に示し、当該誘電体共
振器装置で用いる誘電体共振器110を図6に示す。図
5及び図6において、図1及び図2と同一のものについ
ては同一の符号を付している。
図1の第1の実施例に比較し、xモードとyモードとの
間及びyモードとzモードとの間にモード結合を有し、
入出力結合用ループとしてLixとLozのみを設けた
ことを特徴としている。以下、第1の実施例との相違点
について詳細に説明する。
電体51とyモードのリング状誘電体52との交差部で
ある誘電体共振器110の頂上部に、各リングの平面に
対して45度の角度の方向に平行な長手方向の長さと所
定の深さを有するモード結合用凹部31xyが形成され
る。すなわち、xモードの電気力線とyモードの電気力
線の交差部にモード結合用凹部31xy形成されている
ので、xモードの共振器RExとyモードの共振器RE
yが電磁気的に結合し、モード結合が生じる。また、y
モードのリング状誘電体52とzモードのリング状誘電
体53との交差部である誘電体共振器110の側面部
に、各リングの平面に対して45度の角度の方向に平行
な長手方向の長さと所定の深さを有するモード結合用凹
部31yzが形成される。すなわち、yモードの電気力
線とzモードの電気力線の交差部にモード結合用凹部3
1yz形成されているので、yモードの共振器REyと
zモードの共振器REzが電磁気的に結合し、モード結
合が生じる。
振器RExとzモードの共振器REzとが互いに結合し
ないように、結合調整部材12bの挿入長を調整してい
る。
共振器装置の等価回路を図7に示す。図7から明らかな
ように、xモードとyモードの各共振器REx,REy
間でモード結合が生じ、yモードとzモードの各共振器
REy,REz間でモード結合が生じている。すなわ
ち、xモードの共振器RExのインダクタLx2がyモ
ードのインダクタLy2とが誘導結合係数kxyで誘導
結合し、yモードの共振器RExのインダクタLy1が
yモードのインダクタLz1とが誘導結合係数kyzで
誘導結合している。なお、zモードとxモードとの間の
誘導結合係数kzxはゼロに設定されている。
においては、xモード、yモード及びzモードの3つの
モードの共振器REx,REy,REzの回路が縦続に
接続された3段のマイクロ波帯域通過フィルタを1つの
誘電体共振器装置で構成することができる。なお、各モ
ードの共振器REx,REy,REzの共振周波数は、
第1の実施例のように任意に設定することが可能であ
る。
例110aを示す。図8において、図6と同一のものに
ついては同一の符号を付している。
6の誘電体共振器110に比較して、各周波数調整用凹
部21a,22a,23aは、各リング状誘電体51,
52,53の各表面中央部を残存させるように、コの字
形状の断面とリングの接線方向の所定の長さを有し、ま
た、モード結合用凹部32xy,32yzは、各リング
状誘電体51,52,53の各表面中央部を残存させる
ように、コの字形状の断面を有することを特徴としてい
る。このように、各周波数調整用凹部21a,22a,
23a及びモード結合用凹部32xy,32yzは、各
モードの電気力線をリング内に通過させるためにリング
の一部が残存するという条件のもとで任意の形状を有し
てもよい。
yモードとがモード結合しかつyモードとzモードとが
モード結合した誘電体共振器装置を示しているが、本発
明はこれに限らず、例えば、xモードとyモードとがモ
ード結合しzモードが独立である誘電体共振器装置、上
記第2の実施例のモード結合に加えてzモードとxモー
ドがモード結合した誘電体共振器装置などを構成しても
よい。
誘電体共振器100,100a,110,110aに空
洞部101及び欠落部102,103を形成している
が、本発明はこれに限らず、空洞部101及び欠落部1
02,103を形成せず、球形状のままでもよい。
共振器装置によれば、直方体空胴のシールドケース内に
載置された球状又は略球状の誘電体を有し、上記誘電体
において予め定められた直角座標系のx軸、y軸及びz
軸の回りにそれぞれ電界が生じるTE101のxモード、
yモード及びzモードの各共振を利用する誘電体共振器
と、上記誘電体共振器と外部回路とを結合する外部結合
手段とを備え、上記誘電体共振器は、上記シールドケー
ス内に3つのリング状誘電体が互いに直交した状態で一
体化され、かつ上記各リング状誘電体が上記TE101の
xモード、yモード及びzモードの共振状態で動作する
ように上記各リング状誘電体のリングの軸をそれぞれ上
記x軸、y軸及びz軸に一致させて形成される。従っ
て、上記TE101のxモード、yモード及びzモードの
各共振を利用した3つの共振器を1つの装置で実現し、
しかも球状又は略球状であるので、3つの柱状誘電体を
一体化して形成される第2の従来例に比較して大幅に小
型・軽量化することができる。また、この本発明に係る
誘電体共振器装置においては、上記誘電体が上記シール
ドケース内の中心部付近に集中しているので、当該TE
101の各モードので電磁界エネルギーも上記シールドケ
ースの中心部付近に分布するので、上述のように、電磁
界エネルギーが中心部に集中しない上記第2の従来例に
比較して高い無負荷Q(Q0)を有する。従って、従来
例に比較しより狭い通過帯域を有する3個のマイクロ波
帯域通過フィルタを実現することができるという利点が
ある。
器装置の斜視図である。
である。
る。
器装置の斜視図である。
である。
る。
xモード、yモード及びzモードの各電気力線を示す斜
視図である。
るxy−偶モード、yz−偶モード及びzx−偶モード
の各電気力線を示す斜視図である。
るxy−奇モード、yz−奇モード及びzx−奇モード
の各電気力線を示す斜視図である。
である。
整用凹部、 31xy,31yz,32xy,32yz…モード結合
用凹部、 51,52,53…リング状誘電体、 Lix,Liy,Liz…入力結合用ループ、 Lox,Loy,Loz…出力結合用ループ、 REx…xモードの共振器、 REy…yモードの共振器、 REz…zモードの共振器。
Claims (13)
- 【請求項1】 直方体空胴のシールドケース内に載置さ
れた球状又は略球状の誘電体を有し、上記誘電体におい
て予め定められた直角座標系のx軸、y軸及びz軸の回
りにそれぞれ電界が生じるTE101のxモード、yモー
ド及びzモードの各共振を利用する誘電体共振器と、 上記誘電体共振器と外部回路とを結合する外部結合手段
とを備え、 上記誘電体共振器は、上記シールドケース内に3つのリ
ング状誘電体が互いに直交した状態で一体化され、かつ
上記各リング状誘電体が上記TE101のxモード、yモ
ード及びzモードの共振状態で動作するように上記各リ
ング状誘電体のリングの軸をそれぞれ上記x軸、y軸及
びz軸に一致させて形成されたことを特徴とする請求項
1記載の誘電体共振器装置。 - 【請求項2】 上記TE101のxモード、yモード及び
zモードの各共振が互いに実用上無結合状態にあること
を特徴とする請求項1記載の誘電体共振器装置。 - 【請求項3】 上記無結合状態は、実用上互いに無結合
状態にある各対の2つの共振に対して作用する、上記シ
ールドケース内に突出させた結合調整部材により達成さ
せることを特徴とする請求項2記載の誘電体共振器装
置。 - 【請求項4】 上記TE101のxモード、yモード及び
zモードの各共振が互いに異なる共振周波数を有するこ
とを特徴とする請求項2又は3記載の誘電体共振器装
置。 - 【請求項5】 上記TE101のxモード、yモード及び
zモードの各共振が互いに異なる共振周波数を有するこ
とは、上記各共振に対応する上記3つのリング状誘電体
にそれぞれ形成された凹部によって達成させることを特
徴とする請求項4記載の誘電体共振器装置。 - 【請求項6】 上記外部結合手段は、上記各リング状誘
電体と所定の距離だけ離れて上記各リング状誘電体を挟
設し、かつ上記各リング状誘電体から生じる上記TE
101のxモード、yモード又はzモードの共振の磁界と
鎖交するように上記TE101のxモード、yモード及び
zモードの各共振に対応して設けられた各1対の結合ル
ープを備えたことを特徴とする請求項2、3、4又は5
記載の誘電体共振器装置。 - 【請求項7】 上記TE101のxモード、yモード及び
zモードの各共振間の3対の組み合わせのうち、少なく
とも2対の各対の2つの共振が互いに実用上結合状態に
あることを特徴とする請求項1記載の誘電体共振器装
置。 - 【請求項8】 上記結合状態は、実用上結合状態にある
2つの共振に対応する上記2つのリング状誘電体が交差
する交差部に形成された凹部によって達成させることを
特徴とする請求項7記載の誘電体共振器装置。 - 【請求項9】 上記TE101のxモード、yモード及び
zモードの各共振間の3対の組み合わせのうち、少なく
とも1対の2つの共振が互いに実用上無結合状態にある
ことを特徴とする請求項7又は8記載の誘電体共振器装
置。 - 【請求項10】 上記無結合状態は、実用上互いに無結
合状態にある各対の2つの共振に対して作用する、上記
シールドケース内に突出させた結合調整部材により達成
させることを特徴とする請求項9記載の誘電体共振器装
置。 - 【請求項11】 上記TE101のxモード、yモード及
びzモードの各共振が互いに異なる共振周波数を有する
ことを特徴とする請求項7、8、9又は10記載の誘電
体共振器装置。 - 【請求項12】 上記TE101のxモード、yモード及
びzモードの各共振が互いに異なる共振周波数を有する
ことは、上記各共振に対応する上記3つのリング状誘電
体にそれぞれ形成された凹部によって達成させることを
特徴とする請求項11記載の誘電体共振器装置。 - 【請求項13】 上記外部結合手段は少なくとも、上記
実用上互いに無結合状態にある2つの共振に対応する上
記2つの第1と第2のリング状誘電体のうち、 上記第1のリング状誘電体と所定の距離だけ離れてかつ
上記第1のリング状誘電体から生じる共振の磁界と鎖交
するように設けられた第1の結合ループと、 上記第2のリング状誘電体と所定の距離だけ離れてかつ
上記第2のリング状誘電体から生じる共振の磁界と鎖交
するように設けられた第2の結合ループとを備えたこと
を特徴とする請求項9、10、11又は12記載の誘電
体共振器装置。
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JP3218391A JP2643677B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 誘電体共振器装置 |
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