JP3150978B2 - 誘電体共振器 - Google Patents

誘電体共振器

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    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/10Dielectric resonators

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘電体共振器に関するものである。この誘
電体共振器は、同心的円筒形凹部を備えた円筒形誘電体
調整本体と、周波数コントローラと、導電性ケーシング
とを備える。その周波数コントローラは、調整ネジと、
この調整ネジを用いて共振周波数を調整するために共振
器本体の凹部内にて軸方向に可動とされた第2の円筒形
誘電体調整本体とを備える。
最近においては、いわゆる誘電体共振器は、高周波お
よびマイクロ波領域の構造として興味がより高まってき
ている。何故ならば、誘電体共振器は、従来の共振器構
造に優る次のような利点、すなわち、回路のサイズがよ
り小さくなること、集積度をより高くすることができる
こと、性能が改善されること、および製造コストがより
安くなること、というような利点を有するからである。
簡単な幾何学的形状を有し且つ誘電体損が低く相対誘電
率の高い材料からなる任意の物体は、高いQ値を有する
誘電体共振器として機能しうる。製造技術に関連した理
由のために、誘電体共振器は、通常、円筒状ディスクの
如き円筒形状である。
誘電体共振器の構造および動作については、例えば、
次のようないくつかの文献に開示されている。
[1]“Ceramic Resonators for Highly Stabile Osci
llators",Gundolf Kuchler,Siemens Components XXIV
(1989)NO.5,p.180−183 [2]“Microwave Dielectric Resonators",S.Jerry F
iedziuszko,Microwave Journal,September 1986,p.189
−189 [3]“Cylindrical Dielectric Resonators and Thei
r Applications in TEM Line Microwave Circuits",Mar
ian W.Pospieszalski,IEEE Transactions on Microwave
Theory and Techniques,VOL.MTT−27,NO.3,March 197
9,p.233−238 誘電体共振器の共振周波数は、主として、共振器本体
の寸法によって決定される。共振周波数に影響するもう
一つのファクタは、共振器の環境である。共振器の近傍
へ金属またはその他の導電性表面をもってくることによ
り、共振器の電界または磁界に対して意図的に影響を及
ぼし、したがって、共振周波数に意図的に影響を及ぼす
ことが可能である。共振器の共振周波数を調整する典型
的な方法においては、共振器の平坦面からの導電性金属
面の距離を調整する。その共振周波数は、調整周波数の
非線形関数として変化する。このような非線形性のため
と、および調整の勾配が急峻であるためとで、共振周波
数を正確に調整することが困難であり、非常な精密さが
必要とされる。その上、無負荷Q値が、導電性プレート
の距離の関数として変化する。
導電性調整プレートの代わりに、共振器本体の近傍に
別の誘電体本体を持ってくることにより、Q値を一定に
維持し、より直線的な周波数調整を、より幅の広い範囲
において行なうことができる。この場合においても、調
整曲線は依然として急峻である。この種の誘電体フィル
タ構造の一従来例を第1図に示している。第1図におい
て、共振器は、誘導カップリングループ5(入力および
出力)と、金属ケーシング4内に設置され誘電体脚部6
によって支持され且つ同心的円筒形凹部7を備えた誘電
体共振器本体3とを備える。この共振器は、さらに、調
整ネジ1および円筒形誘電体調整本体2を備えており、
この誘電体調整本体2は、調整ネジ1を用いて、共振周
波数を調整するため、共振器本体3の凹部7の内側で軸
方向に可動とさている。この共振器の共振周波数は、第
2図のグラフに示されるように、共振器本体3と調整本
体2の底面との間の距離Lに依存している。
第2図から分かるように、周波数調整は、非常に正確
な機械的な移動に基づいており、調整勾配kも急峻であ
る。共振周波数がより高くなるとき、例えば、1500−20
00MHzの領域またはそれより高くなるときには、共振器
本体3または調整機構1、2の寸法の如き、誘電体フィ
ルタの基本要素の寸法は、さらに減少させられる。その
結果として、誘電体共振器の共振周波数を従来の方法で
調整しようとする場合には、周波数調整機構に非常に高
い要求が課せられ、したがって、材料および製造コスト
が増大してしまう。さらに、周波数調整装置の機械的移
動は非常に小さなものとされねばならないので、調整が
より遅いものとなってしまうであろう。
本発明の目的は、より高い正確さで且つ線形性をもっ
て調整を行えるような誘電体共振器を提供することであ
る。
この目的は、本発明により、第2の円筒形調整本体
が、調整ネジに接続され且つ第2の共振器本体内に配列
される誘電体微調整共振器本体を備えており、共振器本
体の端部での微調整共振器本体の第1の共振器本体の凹
部内への突出量が調整ネジの移動により調整され得るよ
うにしたことを特徴とする誘電体共振器でもって達成さ
れる。
本発明の共振器の周波数コントローラは、互いに機械
的に係合させられていて、互いに対する且つ共振器本体
に対する移動により、1つの調整移動中に2つの調整段
階が与えられるようにする、1対の接合された誘電体調
整本体からなる。調整移動の開始時では、小さい方の調
整本体、すなわち、いわゆる、微調整本体は、大きい方
の調整本体および共振器本体に対して所定の距離だけ移
動するが、大きい方の調整本体は、特定の摩擦面のため
に静止したままである。小さい方の調整本体が前述した
距離を移動したときには、大きい方の調整本体もまた、
その調整移動にしたがって移動させられ始める。このよ
うにして、両方の調整本体が移動することにより素早い
調整が行われ、小さい方の調整本体だけが移動させられ
るときに得られる微調整機能により非常に正確な調整が
行われるように2つの調整勾配を有する周波数コントロ
ーラを備える誘電体共振器が得られる。本発明によれ
ば、調整の正確さは、10倍程も改善され、したがって、
周波数が増大するときでも、調整機構の正確さに対する
要求をより厳しいものとするような必要はなく、また、
現在使用されている周波数の場合にはむしろその要求を
和らげることさえ可能である。
次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例について
本発明をより詳細に説明する。
第1図は、従来技術による誘電体共振器の横断面図で
ある。
第2図は、第1図に示した共振器の共振周波数を、距
離Lの関数として例示したグラフを示す図である。
第3図は、本発明の誘電体共振器の横断面図である。
第4図は、第3図に示した共振器の共振周波数を、距
離Lの関数として例示したグラフを示す図である。
第4A図は、第4図のグラフの拡大詳細図である。
誘電体共振器の構造、動作およびセラミック製造材料
については、例えば、前述した文献[1]、[2]およ
び[3]に開示されているところであり、それら記載
は、引用によってここに組み入れられている。以下の記
載においては、誘電体共振器の構造のうち、本発明にと
って必須の部分のみについて説明する。
本明細書において使用される「誘電体共振器本体」な
る用語は、一般的には、適当な幾何学的形状を有し且つ
低い誘電体損および高い相対誘電率を示す材料からなる
任意の物体をさしている。製造技術に関連した理由のた
めに、誘導体共振器は、通常、円筒形ディスクの如き、
円筒形状とされている。最も普通に使用される材料は、
セラミック材料である。
第3図は、本発明の誘電体共振器を示しており、この
誘電体共振器は、誘電体の、好ましくは、円筒形の共振
器本体35を、金属の如き導電性材料で形成されたケーシ
ング36内に備えており、この共振器本体は、好ましく
は、セラミックであり、ケーシング36の底面から一定の
距離のところで適当な誘電体または絶縁材料の支持脚部
38上に設置されている。ケーシング36は、接地電位に結
合されている。
誘電体共振器の電磁界は、共振器本体を越えて延び
て、適用分野にしたがって種々な仕方で、例えば、共振
器の近傍に配置されたマイクロストリップ導体や、誘導
カップリングループや、曲げ同軸ケーブルや、通常の直
線ワイヤ等により、共振器回路の他の部分に容易に電磁
気的に結合されうる。第3図は、共振器の入力および出
力を与える誘導カップリングループ37による共振器への
結合の一例を示している。
誘電体共振器の共振周波数は、主として、誘電体共振
器本体35の寸法によって決定される。共振周波数に影響
するもう一つ別のファクタは、共振器の環境である。金
属またはその他の導電性面を共振器の近傍へもってくる
ことにより、共振器の電界または磁界に対して意図的に
影響を及ぼすことが可能であり、したがって、共振周波
数に意図的に影響を及ぼすことが可能である。本発明の
共振器の調整に使用される誘電体調整要素は、一対の接
合された誘電体調整本体32および33からなる。これら調
整本体は、互いに対して機械的に係合させられていて、
これら調整本体の互いに対する且つセラミック本体に対
する移動により、1つの調整移動中に、2つの調整段階
が与えられる。その調整移動の開始時では、小さい方の
調整プレート33、または、いわゆる微調整本体は、大き
い方の調整プレート32および誘電体共振器本体35に対し
て所定の距離L2だけ移動し、その間、大きい方の調整本
体32は、とくてきの摩擦面のために静止したままであ
る。小さい方の調整プレートが前述の距離2だけ移動し
たときには、大きい方の調整本体33もその調整移動にし
たがって移動させられ始める。
より詳細に説明するに、共振周波数コントローラは、
誘電体(好ましくは、セラミック)の円筒形誘電体調整
本体32を備えており、この誘電体調整本体は、調整機構
により、共振周波数を調整するために、共振器本体35の
頂面に形成された円筒形凹部34内にて軸方向に移動させ
られうる。調整機構は、調整ネジ31およびブッシング42
からなるか、または、適当な調整機構であり得る。この
共振周波数コントローラは、さらに、調整機構31に接続
され且つ調整本体32内に配列される誘電体の微調整本体
33を備える。共振器本体35の凹部34内に配置された調整
本体33の端部での微調整本体33の突出量は、調整機構31
の移動により調整され得る。共振器本体35と調整本体32
との間の接触表面は、摩擦面であり、このような摩擦面
のため、微調整本体が調整機構により移動させられると
きに、調整本体32は静止したままに維持される。
第3図に示した実施例においては、円筒形調整本体32
は、この調整本体の頂面から底面へと軸方向に延長する
垂直I字形中心孔41を備えている。微調整本体33は、垂
直I字形であり、その腕部(細い中央部分)は、調整本
体32の中心孔41の細い方の中央部分より長くされてお
り、中心孔41における微調整本体33は、調整本体32内で
所定の軸移動範囲L2だけ移動し得て、その移動の終わり
において、I字形微調整本体33の上端または下端つば部
(より太い端部分)が調整本体32のI字形中心孔41の上
端または下端開口(中心孔の大きい方の開口)の底面に
接触して、調整機構31の移動を微調整本体33を介して調
整本体32に伝え、この調整本体32を、摩擦面34による摩
擦力に抗して軸方向に移動させるようにする。この調整
本体32の許容移動範囲は、L1である。このようにして、
調整本体32および33の両方が移動させられるときには、
素早い調整が行われ、小さい方の微調整本体33だけが移
動させられるときには、遅いが非常に正確な調整が行わ
れるような2つの調整勾配を有した周波数コントローラ
を備えた誘電体共振器が得られる。第4図のグラフは、
本発明の共振器の共振周波数を、調整プレートの移動L
の関数として例示している。第4図において、曲線A
は、調整本体32および33の両方が移動させられていると
きの調整を示しており、調整の勾配は、例えば、5.5MHz
/mmである。点線で示した円内では、調整本体33の移動
にみによる微調整が行われており、これは、調整ネジ31
の回転方向を変えることにより行われる。この微調整状
態に対応する曲線Aの部分の拡大図を、第4A図に示して
いる。この第4A図から分かるように、微調整の調整勾配
k2は、k1より著しく小さく、例えば、0.54MHz/mmであ
る。これら調整勾配の関係k2/kは、調整本体32および33
の面積の関係に直接的に比例している。換言するなら
ば、適当な面積を選定することにより、適当な調整勾配
を選定することが可能である。
添付図面およびこれら図面に関してなされた説明は、
本発明を単に例示しようとしているだけのものである。
本発明の共振器は、その細部においては、本請求の範囲
の記載の範囲内において変更しうるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−160617(JP,A) 実開 平6−5209(JP,U) 実開 平3−3810(JP,U) 実開 平1−67809(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 7/10 H01P 1/20

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同軸円筒凹部を有する円筒形誘電体共振器
    本体と、周波数コントローラと、導電性ケーシングと、
    誘電体微調整本体とを備えており、 前記の周波数コントローラは調整機構と共振周波数を調
    整するため前記の調整機構によって前記の共振器本体の
    凹部内で軸方向に可動とされた円筒形誘電体調整本体と
    を備え、前記の導電性ケーシングは前記の共振器本体と
    前記の円筒形誘電体調整本体とを収容しており、前記の
    誘電体微調整本体は前記の調整機構に接続され、そして
    前記の円筒形誘電体調整本体内に配列されていて、前記
    の共振器本体の凹部内の前記の円筒形誘電体調整本体の
    端部における前記の誘電体微調整本体の突出量が前記の
    調整機構の移動によって所定の範囲内にて調整されるよ
    うになっており、前記の円筒形誘電体調整本体は、前記
    の誘電体微調整本体の突出量の調整中は前記の共振器本
    体内で静止したままであり、前記の円筒形誘電体調整本
    体と前記の誘電体微調整本体とが共に移動するときの周
    波数調整は第1の調整勾配を有し、前記の調整機構によ
    って前記の誘電体微調整本体のみが移動されるときの周
    波数調整は前記の第1の調整勾配より著しく小さい第2
    の調整勾配を有するようにしたことを特徴とする誘電体
    共振器。
  2. 【請求項2】前記の誘電体微調整本体と前記の円筒形誘
    電体調整本体とにグリップ面が設けられており、これら
    のグリップ面は、前記の円筒形誘電体調整本体に対する
    前記の誘電体微調整本体の所定の範囲の軸方向移動を許
    すが、前記の誘電体微調整本体が前記の円筒形誘電体調
    整本体をグリップした後は前記の調整機構の移動を伝え
    て前記の円筒形誘電体調整本体を軸方向に移動させる請
    求項1に記載の誘電体共振器。
  3. 【請求項3】前記の円筒形誘電体調整本体は垂直I字形
    軸孔を有し、前記の誘電体微調整本体は前記の軸孔より
    も軸方向に長く、そして軸方向で対向した2つの端部つ
    ば部を有しているI形であり、前記の円筒形誘電体調整
    本体内での前記の誘電体微調整本体の特定量の軸方向移
    動は許すが、前記の誘電体微調整本体の一方の端部つば
    部が前記の円筒形誘電体調整本体のI形軸孔の一方の端
    部の肩部に係合した後はグリップされて、前記の調整機
    構の移動を前記の誘電体微調整本体から前記の円筒形誘
    電体調整本体へと伝え、前記の調整機構の移動により前
    記の円筒形誘電体調整本体をも軸方向に移動させる請求
    項1に記載の誘電体共振器。
  4. 【請求項4】前記の調整機構は前記のケーシングに取り
    付けられる調整ネジを備える請求項1に記載の誘電体共
    振器。
  5. 【請求項5】前記の誘電体微調整本体が前記の調整機構
    によって前記の所定の範囲内で軸方向に移動するとき、
    前記の円筒形誘電体調整本体を前記の共振器本体内で静
    止させたままとする接触表面手段を備える請求項1に記
    載の誘電体共振器。
  6. 【請求項6】前記の接触手段は前記の共振器本体の凹部
    と前記の円筒形誘電体調整本体との間に摩擦面であっ
    て、この摩擦面により前記の誘電体微調整本体が前記の
    所定の範囲内で前記の調整機構によって移動させられる
    とき、前記の円筒形誘電体調整本体は前記の共振器本体
    内で静止したままとなっている請求項5に記載の誘電体
    共振器。
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