JP3133943B2 - 同軸型誘電体共振器の共振周波数の測定方法及び調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線通信機器等に用い
られる同軸型誘電体共振器の共振周波数の測定及び調整
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に示す同軸型誘電体共振器１は、例
えばチタン酸バリウム系セラミックから成る円筒状誘電
体２と、この誘電体２の一方の端面３から他方の端面４
に至る貫通孔５の中に設けられた内導体６と、誘電体２
の外周面７に設けられた外導体８と、内導体６と外導体
８とを接続するように誘電体２の他方の端面４に設けら
れた短絡導体９と、誘電体２の一方の端面３及び外周面
７の一部に設けられ且つ内導体６に接続された端子導体
１０とから成る。なお、外導体８と端子導体１０は誘電
体２の外周面７の分離領域１１によって電気的に分離さ
れている。また、内導体６、外導体８、短絡導体９及び
端子導体１０は、導電性ペースト（銀ペースト）を誘電
体２の全表面に塗布して焼成して導体層を作り、外周面
７上の導体層の一部をリング状に削除して分離領域１１
を設けることによって形成されている。

【０００３】図１の誘電体共振器１の従来の共振周波数
測定用治具は、図２に示すように絶縁性回路基板１２と
共振器載置台１３との組み合せから成る。回路基板１２
の表面には帯状のグランド導体層１４と、共振器接触用
導体層１５と、入力及び出力ストリップライン導体層１
６、１７が設けられている。入力及び出力ストリップラ
イン導体層１６、１７は共振器接触用導体層１５に対し
てギャップを有するように形成されている。共振器載置
台１３は銅製であって、ネジ（図示せず）で回路基板１
２に固着され且つグランド導体層１４に電気的に接続さ
れている。また、共振器載置第１３には共振器１を載せ
るためのＶ字状溝１８が設けられている。

【０００４】図２の治具を使用して誘電体共振器１の共
振周波数を測定する時には、誘電体共振器１を載置台１
３の溝１８の上に載せ、端子導体１０を回路基板１２の
共振器接触用導体層１５に接続させ、入力側及び出力側
ストリップライン導体層１６、１７に図３に示すように
信号入力回路１９及び信号出力回路２０を接続する。な
お、図３は測定装置を等価的に示すものであり、コンデ
ンサＣ1 、Ｃ2 は入力及び出力側ストリップライン導体
層１６、１７と共振器接触用導体層１５との間のギャッ
プによって得られる静電容量を示す。また、信号入力回
路１９は図４に示すように可変周波数源２１と例えば５
０Ωのインピーダンス２２とから成り、信号出力回路２
０は例えば５０Ωのインピーダンス２３とこの両端の電
圧を測定する測定器２４とから成る。可変周波数源２１
から周波数ｆを徐々に高めながら周波数信号を入力側ス
トリップライン導体層１６に供給し、出力回路２０にお
いてインピーダンス２３の電流の変化を測定器２４で測
定し、これに基づいて通過電力即ち信号出力回路２０に
入力した電力のレベルを求めると、図５の周波数特性が
得られる。図５では周波数ｆ0 で通過電力が最大になっ
ている。そこで、周波数ｆ0 の通過電力から３dB下った
レベルに交差する２つの点の周波数ｆ1 、ｆ2 を求め、
この中間の周波数を共振周波数とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図２及び図
３の従来の測定方法では、回路基板１２に導体層１５、
１６、１７を設けてコンデンサＣ1 、Ｃ2 を得るので、
コンデンサＣ1 、Ｃ2 の容量値を精度良く得ることがで
きるように構成することがむずかしい。また誘電体共振
器１と共振器接触用導体層１５との間に図４に示すよう
に等価的にインダクタンスＬ1 と抵抗Ｒ1 があると考え
られ、また誘電体共振器１の外導体８とグランドとの間
にも等価的にインダクタンスＬ2 と抵抗Ｒ2 があると考
えられる。更に共振器接触用導体層１５とグランドとの
間に等価的に寄生容量に基づくコンデンサＣ3 があると
考えられる。誘電体共振器１は共振周波数の近傍におい
てＬＣの並列回路と等価であり、これにコンデンサＣ2
、Ｃ3 が並列に接続されているので、共振周波数が変
化し、誘電体共振器１のみの共振周波数を求めることが
困難である。また、コンデンサＣ1 〜Ｃ3 、インダクタ
ンスＬ1 、Ｌ2 、及び抵抗Ｒ1 、Ｒ2 の経時、接触状態
等によってバラツクため、図５に示す周波数特性にもバ
ラツキが生じ、共振周波数の精度の高い測定値を得るこ
とができなかった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、測定作業が容易
であるにもかかわらず比較的精度の高い測定結果を得る
ことができる同軸型誘電体共振器の共振周波数測定方法
及び共振周波数を容易に調整することができる方法を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、一方の端面から他方の端面に至る貫通孔を
有する誘電体と、前記貫通孔に設けられた内導体と、前
記誘電体の外周面に設けられた外導体とを備えた同軸型
誘電体共振器の共振周波数を測定する方法であって、出
力周波数を変えることができる周波数信号発生器と周波
数信号の電力を測定するための測定器とを用意し、前記
誘電体共振器の前記内導体を前記周波数信号発生器に第
１の接続部材で接続し且つ前記誘電体共振器の前記外導
体を前記測定器に第２の接続部材で接続し且つ前記第１
及び第２の接続部材を前記誘電体共振器の軸と同一の直
線上に配置し且つ前記第１及び第２の接続部材によって
前記誘電体共振器を挟持し、前記周波数信号発生器から
種々の周波数値の周波数信号を発生させ、前記誘電体共
振器を通過した後の前記種々の周波数信号の電力レベル
を前記測定器で測定し、前記電力レベルが低下した周波
数領域に基づいて前記誘電体共振器の共振周波数を決定
することを特徴とする共振周波数の測定方法に係わるも
のである。また、請求項２に示すように外導体を選択的
に除去する手段を設け、共振周波数を測定しながら外導
体の除去によって共振周波数を調整することができる。
また、請求項３に示すように誘電体共振器を導体で形成
した第１及び第２の接続部材で挟持し、誘電体共振器の
共振周波数を測定し、所望共振周波数を得るために誘電
体共振器を回転しながら外導体を切削して共振周波数を
調整することができる。

【０００８】

【発明の作用及び効果】各請求項の発明によれば、誘電
体共振器は周波数信号発生器と測定器との間に直列に接
続される。このため、誘電体共振器が共振した時に高イ
ンピーダンスになり、誘電体共振器を通過する電力が低
下する。従って、周波数と電力通過量との関係に基づい
て共振周波数を決定することができる。周波数信号発生
器を誘電体共振器に接続する第１の接続部材及び誘電体
共振器を測定器に接続する第２の接続部材のインピーダ
ンスのバラツキがあっても、これ等のインピーダンスは
誘電体共振器の共振時のインピーダンスに比べて小さい
ので、共振周波数の測定精度にほとんど影響を及ぼさな
い。即ち、図４に示す従来の測定回路では誘電体共振器
に対して並列にコンデンサＣ2 、インピーダンス２３等
が接続されるために、これ等を含めた共振回路が形成さ
れ、この共振回路の共振周波数と誘電体共振器のみの共
振周波数との区別が不可能であり、誘電体共振器の共振
周波数を高精度に求めることはできなかったが、本発明
では第１及び第２の接続部材のインピーダンスが誘電体
共振器に直列に接続されるので、従来方法で生じた問題
を防ぐことができ、高精度な測定が可能になる。また、
誘電体共振器と第１及び第２の接続部材との選択的接続
を容易に達成することが可能になり、測定を能率的に行
うことができる。また、請求項２の発明によれば、共振
周波数の測定と調整とを連続的に行い、所望共振周波数
を容易に得ることができる。また、請求項３の発明によ
れば、誘電体共振器の回転によって共振周波数の調整を
円滑に求めることができる。また、共振周波数の調整と
測定とを同一の装置で進めることができる。

【０００９】

【実施例】次に、図６〜図８を参照して本発明の実施例
に係わる同軸型誘電体共振器の共振周波数測定及び調整
方法及びこれ等のための装置を説明する。図６及び図７
は図１に示したものと同一の同軸型誘電体共振器１の共
振周波数を測定し、且つ調整（トリミング）するための
装置を示す。この測定及び調整装置は、測定回路装置３
１を有する。この測定回路装置３１は、ネットワークア
ナライザと呼ばれているものであって、可変周波数信号
発生器３２と、入力側インピーダンス３３と、第１の端
子（ポート）３４と、第２の端子（ポート）３５と、出
力側インピーダンス３６と、測定器３７とを有する。可
変周波数信号発生器３２は周波数信号掃引回路であって
周波数信号の周波数を低い値から高い値に向って又はこ
の逆に段階的に変化させることができるように形成さ
れ、この一端はインピーダンス３３を介して第１の端子
３４に接続され、この他端はグランドに接続されてい
る。出力側のインピーダンス３６は第２の端子３５とグ
ランドとの間に接続されている。測定器３７はインピー
ダンス３６の両端子間に接続され、この端子間の電圧を
測定し、これに基づき電力レベルを示す出力をデ−タを
出力するものである。出力側インピーダンス３６は例え
ば５０Ωであって既知であるので、この両端の電圧Ｅと
出力側インピータンス３６の値Ｚとに基づいてＥ² ／Ｚ
で電力レベルを知ることができる。従って、出力インピ
−ダンス３６とこの測定器３７とを含めて電力レベル測
定器と呼ぶこともできる。測定器３７で得られた電力レ
ベルを示すディジタルデータはマイコン３８に送られ
る。また、測定器３７は周波数特性表示及び記録手段
（図示せず）を有し、測定結果を表示すると共に記録す
る。

【００１０】誘電体共振器１を測定回路装置３１に接続
するために、第１及び第２の接続部材３９、４０と第１
及び第２の接続ケ−ブル４１、４２が設けられている。
第１及び第２の接続部材３９、４０は導電体から成り、
互いに同軸上に配置され、誘電体共振器１を挟持するた
めの先端部４３、４４と直線上に延びる軸部４５、４６
を有する。軸部４５、４６は軸受４７、４８に回転自在
に支持されている。

【００１１】一方の軸受４７は絶縁性支持体４９に固定
されている。第１の接続部材３９を伴なって支持体４９
を矢印５０で示す水平方向（Ｘ軸方向）に移動させるた
めに支持体４９のネジ孔５１にネジ棒（リードスクリュ
ー）５２が螺合されている。ネジ棒５２は固定配置され
た送りモータ５３に結合されている。支持体４９には直
線的に延びるガイド棒５４が係合されているので、モー
タ５３の回転は支持体４９及び第１の接続部材３９のＸ
軸方向の直線運動に変換される。

【００１２】第２の接続部材４０を支持する軸受４８は
固定配置された絶縁性支持体５５に固着されている。ま
た、第２の接続部材４０の軸部４６は回転機構としての
モータ５６に結合されている。第１及び第２の接続部材
３９、４０は、可撓性を有する導線から成る第１及び第
２の接続ケ−ブル４１、４２によって測定回路装置３１
の第１及び第２の端子３４、３５に接続されている。な
お、第１及び第２の接続ケ−ブル４１、４２は第１及び
第２の軸部４５、４６に対してスリップリング５７、５
８によって電気的に接続されている。

【００１３】誘電体共振器１の外導体８を選択的に除去
するための外導体除去手段として切削装置５９が設けら
れている。切削装置５９は、回転ブレード即ち円板状の
刃６０とこの刃６０を回転するモータ６１と、刃６０及
びモータ６１を矢印６２で示すＸ軸方向に移動するため
のＸ軸方向送り装置６２と、これ等を矢印６３で示すＹ
軸方向（垂直方向）に移動するためのＹ軸方向送り装置
６４とから成る。Ｘ軸方向移動装置６２は例えば送りモ
ータ及びリードスクリューを含んで回転モータ６１及び
刃６０をＸ軸方向送り、Ｙ軸方向移動装置６４は例えば
送りモータとリードスクリューを含んで回転モータ６
１、刃６０及びＸ軸方向送り装置６２をＹ軸方向に送
る。なお、Ｘ軸方向送り装置６２及びＹ軸方向送り装置
６４はマイコン３８によって制御される。

【００１４】図６の共振周波数測定及び調整装置を使用
して誘電体共振器１の共振周波数を測定し且つ調整する
時には、図１に示す円筒状誘電体２の全表面に導体層を
設けたものを用意し、これを第１及び第２の接続部材３
９、４０で挟持する。即ち、第１の接続部材３９を第２
の接続部材４０から円筒状誘電体２の長さ以上離間させ
て第１及び第２の接続部材３９、４０の間に導体層を有
する円筒状誘電体２を同軸的に配置し、第１の接続部材
３９を図６で右方向に移動することによって導体層を有
する誘電体２を第１及び第２の接続部材３９、４０で挟
持する。第１及び第２の接続部材３９、４０の先細の先
端部４３、４４は誘電体２の一方及び他方の端面３、４
から貫通孔５に挿入され、且つ端面３、４の導体層に電
気的に接続される。

【００１５】次に、刃６０を誘電体２の外周面７の導体
層に接触させ、モータ５６によって誘電体２を回転させ
導体層をリング状に切削する。これにより分離領域１１
が形成され、図１の構造の誘電体共振器１が得られる。
誘電体共振器１の共振周波数は外導体８の長さに依存し
て決定される。外導体８の長さが短いほど共振周波数は
高くなるので、最初は分離領域１１を図６で左寄りに形
成し、所望周波数値よりも低い共振周波数が得られるよ
うにする。

【００１６】分離領域１１が形成されたら、誘電体共振
器１の回転を停止すると共に刃６０を誘電体共振器１か
ら離間させ、周波数信号発生器３２から所望共振周波数
を含む周波数帯域の周波数信号を発生させる。周波数信
号の周波数は低い値から高い値又はこの逆に多段階に徐
々に変化させる。同時に周波数信号の周波数の各段階に
おいて測定器３７に基づいて通過電力を測定する。

【００１７】誘電体共振器１の端子導体１０及び内導体
６の一端に第１の接続部材３９が接続され、外導体８に
接続された短絡導体９に第２の接続部材４０が接続され
るので、測定回路装置３１に対して誘電体共振器１は等
価的に図７に示すように接続される。即ち、第１の端子
３４から第２の端子３５の信号伝送路に対して誘電体共
振器１のＬＣ並列共振回路が直列に接続された状態にな
る。なお、図７においてＬa は第１の接続部材３９と第
１の接続線４１との少なくともインダクタンス成分を含
むインピーダンスを示し、Ｌb は第２の接続部材４０と
第２の接続線４２の少なくともインダクタンス成分を含
むインピーダンスを示す。誘電体共振器１は共振してい
ない時に低インピーダンス値となり、共振している時に
高インピーダンスになる。従って、周波数信号の周波数
を変えて通過電力を測定すると、図８に示す特性線が得
られる。そこで、通過電力が低下した領域に基づいて共
振周波数ｆ0 を決定する。この共振周波数ｆ0 の決定
は、図８に示す特性線を表示装置の表示画面に表示して
判定してもよいし、プロッタ等で記録紙に図８の特性線
を書き、これに基づいて判定してもよいし、測定器３７
にメモリを内蔵させるか、又はマイコン３８のメモリを
使用してこのメモリに通過電力と周波数のデータを格納
し、マイコン３８を使用して最低通過電力となる周波数
を自動的に判定し、これを共振周波数として表示装置に
表示してもよい。

【００１８】測定された共振周波数の値が所望範囲に入
らない場合には、マイコン３８からトリミング指令を発
生させ、Ｘ軸送り装置６２によって刃６０のＸ軸方向の
位置を図６で右側に少し移動し、Ｙ軸方向送り装置６４
によって刃６０を外導体８に接触させ、モータ５６で誘
電体共振器１を回転させて分離領域１１の幅を少し広げ
るように外導体８を切削する。次に、再び誘電体共振器
１の共振周波数を測定する。以上のようなトリミングは
共振周波数が所望範囲又は値になるまで続ける。トリミ
ングが終了したら第１の接続部材３９を左方向に移動し
て誘電体共振器１を第１及び第２の接続部材３９、４０
の間から取り外す。なお、誘電体２に対するＹ軸方向の
切削によって共振周波数の調整即ちトリミングを行って
もよい。

【００１９】本実施例は次の効果を有する。 （１） 誘電体共振器１を信号伝送路に対して直列に接
続するので、伝送路のインピーダンスＬa 、Ｌb が誘電
体共振器１に対して並列に接続されない。また、誘電体
共振器１の共振時のインピーダンスは、伝送路のインピ
ーダンスＬa 、Ｌb に比べて十分に高い。従って、誘電
体共振器１の共振動作は伝送路のインピーダンスＬa 、
Ｌb の影響を実質的に受けない。このため、伝送路のイ
ンピーダンスＬa 、Ｌb のバラツキが生じても、誘電体
共振器１の共振周波数の値の変化がほとんど発生せず、
高精度な測定が可能になる。 （２） 誘電体共振器１をトリミング装置に装着した状
態で共振周波数を測定することができるので、共振周波
数を測定しながらトリミングを行うことができ、精度の
高い共振周波数を容易に得ることができ、結果として誘
電体共振器１のコストの低減が可能になる。 （３） 誘電体共振器１をこれと同一の軸上に配置され
た第１及び第２の接続部材３９、４０で挟持する構成で
あるので、誘電体共振器１の着脱を容易に行うことがで
きるのみでなく、トリミングのための誘電体共振器１の
回転も容易に達成することができる。

【００２０】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 図６の第１及び第２の接続部材３９、４０を図
９に示すように変形することができる。図９では第１及
び第２の接続部材３９、４０が導体から成る軸部４５、
４６と導体から成るコップ状先端部４３ａ、４４ａとで
構成されている。コップ状先端部４３ａ、４４ａは軸部
４５、４６に固着され、誘電体共振器１の一端及び他端
を収容する凹部７１、７２を有する。共振周波数の測定
時及び調整時には図９に示すように先端部４３ａ、４４
ａの凹部７１、７２に端子導体１０及び外導体８を接触
させ、図７と同一の回路を形成する。図９の第１及び第
２の接続部材３９、４０は、誘電体共振器１の損傷を防
止及び安定的保持を可能にする。 （２） 図１０に示すように一方の端面３の近くの外周
面を削り、外周面７に端子導体１０を設けない形状とす
ることができる。 （３） 誘電体２の一方の端面３に端子導体を設けない
構造とすることができる。 （４） 短絡導体９を省いた構造の1/2 波長型誘電体共
振器にも本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】誘電体共振器を示す断面図である。

【図２】従来の誘電体共振器の共振周波数測定装置の一
部を示す分解斜視図である。

【図３】従来の共振周波数測定装置を示す回路図であ
る。

【図４】従来の共振周波数測定装置を示す等価回路図で
ある。

【図５】従来の共振周波数測定方法による共振周波数の
決定方法を説明するための特性図である。

【図６】本発明の実施例の誘電体共振器の共振周波数測
定及び調整装置を説明的に示す正面図である。

【図７】図６の状態の等価回路図である。

【図８】実施例による周波数と通過電力の関係を示す特
性図である。

【図９】変形例の第１及び第２の接続部材を示す一部切
欠正面図である。

【図１０】変形例の誘電体共振器を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 誘電体共振器 ３２ 可変周波数信号発生器 ３７ 測定器 ３９、４０ 第１及び第２の接続部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−3564（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−279874（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−327317（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−140186（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 27/28 G01R 29/22 H03H 9/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の端面から他方の端面に至る貫通孔
   を有する誘電体と、前記貫通孔に設けられた内導体と、
   前記誘電体の外周面に設けられた外導体とを備えた同軸
   型誘電体共振器の共振周波数を測定する方法であって、 出力周波数を変えることができる周波数信号発生器と周
   波数信号の電力を測定するための測定器とを用意し、 前記誘電体共振器の前記内導体を前記周波数信号発生器
   に第１の接続部材で接続し且つ前記誘電体共振器の前記
   外導体を前記測定器に第２の接続部材で接続し且つ前記
   第１及び第２の接続部材を前記誘電体共振器の軸と同一
   の直線上に配置し且つ前記第１及び第２の接続部材によ
   って前記誘電体共振器を挟持し、 前記周波数信号発生器から種々の周波数値の周波数信号
   を発生させ、前記誘電体共振器を通過した後の前記種々
   の周波数信号の電力レベルを前記測定器で測定し、前記
   電力レベルが低下した周波数領域に基づいて前記誘電体
   共振器の共振周波数を決定することを特徴とする共振周
   波数の測定方法。
2. 【請求項２】 一方の端面から他方の端面に至る貫通孔
   を有する誘電体と、前記貫通孔に設けられた内導体と、
   前記誘電体の外周面に設けられた外導体とを備えた同軸
   型誘電体共振器の共振周波数を調整する方法であって、 出力周波数を変えることができる周波数信号発生器と周
   波数信号の電力を測定するための測定器と前記外導体を
   選択的に除去するための外導体除去手段とを用意し、 前記誘電体共振器の前記内導体を前記周波数信号発生器
   に第１の接続部材で接続し且つ前記誘電体共振器の前記
   外導体を前記測定器に第２の接続部材で接続し且つ前記
   第１及び第２の接続部材を前記誘電体共振器の軸と同一
   の直線上に配置し且つ前記第１及び第２の接続部材によ
   って前記誘電体共振器を挟持し、 前記周波数信号発生器から種々の周波数値の周波数信号
   を発生させ、前記誘電体共振器を通過した後の前記種々
   の周波数信号の電力レベルを前記測定器で測定し、前記
   電力レベルが低下した周波数領域に基づいて前記誘電体
   共振器の共振周波数を決定し、前記決定された共振周波
   数と所望周波数とを比較し、前記誘電体共振器の共振周
   波数が前記所望周波数に近づくように前記外導体除去手
   段によって前記外導体を除去することを特徴とする誘電
   体共振器の共振周波数調整方法。
3. 【請求項３】 一方の端面から他方の端面に至る貫通孔
   を有する誘電体と、前記貫通孔に設けられた内導体と、
   前記誘電体の外周面に設けられた外導体とを備えた同軸
   型誘電体共振器の共振周波数を測定する方法であって、 出力周波数を変えることができる周波数信号発生器と周
   波数信号の電力を測定するための測定器と、それぞれが
   回転可能に支持され且つ同一直線上に配置され且つ導体
   で形成された第１及び第２の接続部材と、前記第１又は
   第２の接続部材を回転させるための回転手段と、前記誘
   電体共振器の前記外導体を選択的に切削するための切削
   手段とを用意し、 前記周波数信号発生器を前記第１の接続部材に接続し、 前記測定器を前記第２の接続部材に接続し、 前記誘電体共振器の前記内導体に対して前記第１の接続
   部材を電気的に接続し且つ前記外導体に対して前記第２
   の接続部材を電気的に接続し且つ前記第１及び第２の接
   続部材と前記誘電体共振器とが一体となって回転できる
   ように前記第１及び第２の接続部材を前記誘電体共振器
   の軸と同一の直線上に配置すると共に前記誘体共振器を
   前記第１及び第２の接続部材で挟持し、 前記周波数信号発生器から種々の周波数値の周波数信号
   を発生させ、前記誘電体共振器を通過した後の前記種々
   の周波数信号の電力レベルを前記測定器で測定し、前記
   電力レベルが低下した周波数領域に基づいて前記誘電体
   共振器の共振周波数を決定し、前記決定された共振周波
   数と所望共振周波数とを比較し、前記誘電体共振器の共
   振周波数が前記所望周波数よりも低い時には前記回転手
   段によって前記誘電体共振器を回転させながら切削手段
   によって前記外導体をリング状に切削することを特徴と
   する誘電体共振器の共振周波数の調整方法。