JP3512178B2

JP3512178B2 - 共振器及び高周波フィルタ

Info

Publication number: JP3512178B2
Application number: JP2001176674A
Authority: JP
Inventors: 晃榎原; 道生岡嶋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2004-03-29
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP2002158514A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信システ
ムの高周波回路装置などに用いられ、高周波フィルタな
どを構成する共振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高周波通信システムにおいて
は、高周波フィルタをはじめとする共振器を基本に構成
される高周波回路用素子が不可欠の要素である。そし
て、低損失な高周波フィルタを構成するための共振器と
しては、誘電体を遮蔽導体の中に固定した誘電体共振器
が多く用いられている。

【０００３】図１９（ａ），（ｂ）は、従来より低損失
の誘電体フィルタに良く用いられているＴＥ₀₁δ モー
ドを基本モードとする誘電体共振器の斜視図及び断面図
である。この誘電体共振器５０３は、円柱状の誘電体５
０１と、誘電体５０１の周囲を間隙を隔てて囲む円柱状
の筐体５０２とを備えている。誘電体５０１は筐体５０
２の底壁に台座を介して接続されており、筐体５０２の
天井部は、誘電体５０１の上面とはある間隙をもって設
けられ、筐体５０２の側壁（円筒面部）は、誘電体５０
１の円筒面部とは間隙をもって設けられている。

【０００４】なお、図１９（ａ），（ｂ）に示す共振器
の筐体５０２は、実際には図２０に示すように、筐体本
体と蓋とによって構成されているが、図１９（ａ），
（ｂ）においては、筐体５０２の構造が簡略化して示さ
れている。

【０００５】このＴＥモードを用いた共振器（以下、
「ＴＥモード共振器」という）は、他のモードを用いた
ものに比べて、損失が小さく、良好なＱ値を示すという
点で優れているが、大きな体積を要するという欠点もあ
る。したがって、共振器の小型化を望む場合には、ある
程度Ｑ値に関する特性を犠牲にして、ＴＥモード以外の
モードを基本モードとする共振器を用いることがある。

【０００６】図２０は、小型化を図るには有力といわれ
ているＴＭモードを用いた共振器（以下、「ＴＭモード
共振器」という）を利用した高周波フィルタの断面図で
ある。図２０に示す共振器は、ＴＭモードの中でもＴＭ
₀₁₀ モードと呼ばれている。

【０００７】同図に示すように、この高周波フィルタ５
３０は、円柱状の誘電体５４０と、誘電体５４０を収納
する筐体本体５３２及び蓋５３３からなる筐体５３１と
を備えている。筐体本体５３２と蓋５３３とは、蓋５３
３の下面と筐体本体５３２の側壁部の上面とが接触する
ようにボルト５３５によって締め付けられて、互いに接
続されている。そして、蓋５３３の下面と筐体本体５３
２の底壁の上面とは、誘電体５４０の上面及び下面にそ
れぞれ接触している。つまり、蓋５３３と筐体本体５３
２とによって誘電体５４０を挟持している。一方、筐体
本体５３２の側面部（円筒面部）は間隙を挟んで誘電体
５４０の円筒部を同心状に囲んでいる。また、筐体本体
５３２の底壁には、誘電体５４０と入力結合する入力結
合プローブ５３６と、誘電体５４０と出力結合する出力
結合プローブ５３７とが設けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２０
に示すＴＭ₀₁₀ モード共振器を実際に試作してみると、
期待されたフィルタ特性が得られないことがわかった。
その原因について、本発明者達は、以下のように考えて
いる。

【０００９】図１９に示すＴＥモード共振器（ＴＥ₀₁δ
モード）では、電磁界エネルギーの大部分は誘電体中
に閉じ込められており、筐体５０２の側面部に流れる高
周波電流は少ないのに対し、図２０に示すＴＭモード共
振器では、筐体本体５３２の側面部を軸方向に平行な方
向に高周波誘導電流が流れる。そのために、ＴＭモード
共振器では、導体損失の影響が比較的大きく、特に、筐
体本体５３２の側壁と蓋５３３との間の接続部Ｒcnctが
あるコーナー部を横切って大きな電流が流れるために、
実際に共振器５３０を組み上げる際に、この接続部Ｒcn
ctでの接触不良があると、それがＱ値の大きな劣化や動
作の不安定性を生じさせる要因となると考えられる。ま
た、製造時の各部の寸法誤差などによって誘電体５４０
の上下面と筐体本体５３２又は蓋５３３との間に空隙が
生じると、共振周波数が急激に増加して動作不安定性を
引き起こすおそれがあることも確認された。特に、複数
の共振器を組み立ててフィルタを構成する場合などに
は、複数の共振器の共振周波数を正確に固定することが
必要であるために、この動作の不安定性を回避しつつ、
所望のフィルタ特性を得るためには、相当煩雑な作業が
必要になると考えられる。

【００１０】また、ＴＥモード共振器又はＴＭモード共
振器のいずれを用いて高周波フィルタを構成する場合で
あっても、以下の１〜３の３つの機能、つまり、１．所望の比帯域を有する強い入出力結合がとれること２．共振器のＱ値劣化が軽微で、かつ簡便に大きな周波
数調整範囲を得ることができる共振周波数調整機構を有
すること３．複数個の共振器を配置して多段の高周波フィルタを
構成する場合には、簡便かつ結合度調整範囲の広い段間
結合度調整機構を有することが重要であり、かかる機能
を備えた高周波フィルタの実現が望まれている。

【００１１】本発明の第１の目的は、小型で単純な構造
で、かつ、安定な動作を実現するための誘電体共振器及
び高周波フィルタを提供することにある。

【００１２】本発明の第２の目的は、上記１〜３の機能
を発揮しうる高周波フィルタを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の共振器
は、柱状の誘電体と、上記誘電体を取り囲む遮蔽導体と
を備え、上記柱状の誘電体のコーナー部を横切る電流を
生じさせる共振モードを有する共振器であって、上記遮
蔽導体は、上記誘電体の表面に直接接触して形成されて
いる。

【００１４】これにより、柱体の軸方向に平行な側面と
軸方向に直交する端面とに亘って高周波誘導電流が流れ
るＴＭモードを利用した共振器においても、コーナー部
が連続した遮蔽導体によって構成されているので、良好
な導通性が確保され、振動などに対する安定性を確保す
ることができる。そして、Ｑ値の劣化や動作の不安定性
を抑制し、ＴＭモード共振器が有する小型化，良好なＱ
値という特性を発揮することができる。

【００１５】上記誘電体は、中心部分と、上記中心部分
の少なくとも一部を覆う外皮部分とにより構成されてお
り、上記中心部分の誘電率が上記外皮部分の誘電率より
も高いことにより、特に円筒面部における導体損失が低
減され、無負荷Ｑ値の改善を図ることができる。

【００１６】上記柱状の誘電体は、円柱形状または四角
柱形状を有することにより、製造の容易化を図ることが
できる。

【００１７】上記遮蔽導体は、上記誘電体の表面上に形
成されたメタライズ層であることにより、誘電体に対す
る強い密着性が得られるので、著効を発揮することがで
きる。

【００１８】本発明の第２の共振器は、誘電体と、上記
誘電体を収納するための筐体とを備え、上記筐体の一部
が導体箔によって構成され、かつ、上記導体箔が誘電体
を電磁的にシールドする機能の一部を分担しているてい
る。

【００１９】これにより、導体箔を筐体の合わせ目など
電磁的にシールドする機能が不安定な箇所に配置して電
磁的なシールド機能を確保することが可能になり、動作
特性の安定した共振器を得ることができる。

【００２０】上記筐体は、第１部分と第２部分とに分割
されており、上記導体箔は、上記第１部分と上記第２部
分との間に介在していて、上記誘電体は、上記第１部分
と上記導体箔により部分的に電磁シールドされているこ
とにより、第１部分と第２部分との接続部に導体箔が介
在しているので、第１部分と第２部分との間に振動が生
じても、導体箔により振動が吸収され、第１部分と第２
部分との間の接続状態の悪化が抑制される。したがっ
て、Ｑ値の劣化の抑制と、動作の安定性の向上とを図る
ことができる。

【００２１】上記筐体は、第１部分と第２部分とに分割
されており、上記導体箔は、上記誘電体と上記筐体の上
記第２部分との間に介在しており、上記誘電体は、上記
筐体の上記第２部分と上記第１部分とによって挟持され
ていることにより、誘電体と導体箔との接触状態が良好
に保持されるので、共振周波数の急激な増大などの不具
合の発生を抑制することができる。

【００２２】上記導体箔と上記第２部分との間に介在す
る弾性体層をさらに備えることにより、振動の吸収作用
がより顕著に得られる。

【００２３】共振モードとしてＴＭモードを含むことに
より、第１部分と導体箔との間の導通状態を良好に確保
することができ、本発明の第３の共振器は、一部に孔を
有する誘電体と、上記誘電体を囲む筐体と、上記誘電体
の孔に挿入され、かつ、挿入深さが可変に構成された導
体棒とを備え、上記導体棒の上記孔への挿入深さによ
り、共振周波数が調整されるように構成されている。

【００２４】これにより、無負荷Ｑ値の実用レベルでの
劣化を招くことなく、広い範囲で共振周波数を簡単に調
整することができる。

【００２５】本発明の第１の高周波フィルタは、誘電体
と、上記誘電体を電磁的にシールドする導体部材と、上
記導体部材によって囲まれる空間を貫通するように、上
記導体部材の一部から上記導体部材の他の一部まで延び
て、上記誘電体と、外部入力信号又は外部出力信号とを
結合させるための導体プローブとを備えている。

【００２６】これにより、高周波フィルタが小型化され
た場合にも、誘電体と外部信号との強い入出力結合が得
られるので、良好なＱ値を有する小型のフィルタの提供
を図ることができる。

【００２７】本発明の第２の高周波フィルタは、コーナ
ー部を横切る電流を生じさせる共振モードを有する柱状
の共振器を有する高周波フィルタであって、上記共振器
は、誘電体と、上記誘電体を取り囲み、上記誘電体の表
面に直接接触して形成された遮蔽導体とを備えている。

【００２８】これにより、柱体の軸方向に平行な側面と
軸方向に直交する端面とに亘って高周波誘導電流が流れ
るＴＭモードを利用した共振器においても、コーナー部
が連続した遮蔽導体によって構成されているので、良好
な導通性が確保され、振動などに対する安定性を確保す
ることができる。そして、Ｑ値の劣化や動作の不安定性
を抑制し、ＴＭモード共振器が有する小型化，良好なＱ
値という特性を利用した高周波フィルタが得られる。

【００２９】本発明の第３の高周波フィルタは、共振器
を有する高周波フィルタであって、上記共振器は、誘電
体と、上記誘電体を収納するための筐体とを備え、上記
筐体の一部が導体箔によって構成され、かつ、上記導体
箔が誘電体を部分的に電磁シールドしている。

【００３０】これにより、導体箔を筐体の合わせ目など
電磁的にシールドする機能が不安定な箇所に配置して電
磁的なシールド機能を確保することが可能になり、動作
特性の安定した共振器を有する高周波フィルタを得るこ
とができる。

【００３１】本発明の第４の高周波フィルタは、共振器
を有する高周波フィルタであって、上記共振器は、一部
に孔を有する誘電体と、上記誘電体を囲む筐体と、上記
筐体の壁部を通って上記誘電体の孔に挿入され、かつ、
挿入深さが可変に構成された導体棒とを備え、上記導体
棒の上記孔への挿入深さにより、共振周波数が調整され
るように構成されている。

【００３２】これにより、無負荷Ｑ値の実用レベルでの
劣化を招くことなく、広い範囲で共振周波数が調整可能
な共振器を有する高周波フィルタが得られる。

【００３３】本発明の第５の高周波フィルタは、誘電体
を有し外部機器から高周波信号を受ける入力段の共振器
と、誘電体を有し外部機器に高周波信号を出力する出力
段の共振器とを少なくとも含む複数の共振器を有する高
周波フィルタであって、上記複数の共振器の周囲を囲
み、各共振器を電磁シールドする筐体と、上記複数の共
振器のうち互いに電磁界が結合する共振器同士の間に設
けられた隔壁と、上記隔壁に形成された段間結合窓と、
上記段間結合窓の面積を調節するための導体棒からなる
段間結合度部材とを備えている。

【００３４】これにより、複数の共振器を配置して多段
の高周波フィルタを構成しつつ、複数の共振器間におけ
る簡便かつ結合度の調整範囲の広い段間結合度調整機構
を実現することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１（ａ），
（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第１の実施形態にお
ける共振器の斜視図及び断面図である。同図に示すよう
に、本実施形態の共振器３は、誘電体セラミックスなど
からなる円柱状の誘電体１と、誘電体１のほぼ全表面を
密着して覆う導体膜２とを備えている。この共振器３
は、すでに説明した共振モードのうちＴＭ₀₁₀ モードを
利用するものである。上記導体膜２は、円柱状の誘電体
１の円筒面を覆う円筒部Ｒclと、誘電体１の上下面を覆
う２つの平面部Ｒflとによって構成されている。この導
体膜２は、誘電体１の表面に微小粒状の金属銀を付着さ
せた後、これを溶融させて、金属銀と誘電体１とを誘電
体材料と銀との反応生成物によって接合させる処理（い
わゆるメタライズ処理）などを施すことにより、形成さ
れたものである。このように、導体膜２が誘電体１と密
着した状態で誘電体１の表面を覆っていることが本実施
形態の特徴である。

【００３６】ただし、後述する他の実施形態において説
明するように、誘電体１を筐体に取り付けるための穴な
どを誘電体１の一部に設けることがある。また、導体膜
に段間結合用窓を形成することもある。それらの場合に
は、孔や窓の部分には導体膜は設けられていないので、
導体膜２が誘電体１の全表面を覆っていないことになる
が、そのような場合にも、本発明を適用することができ
る。

【００３７】また、本発明の誘電体の形状は、必ずしも
円柱である必要はなく、四角柱，六角柱などの多角柱
や、楕円柱，長円柱などの柱体であってもよい。例えば
四角柱形状の誘電体を用いた場合、円柱状の誘電体を有
する共振器と同じ体積でほぼ同一の特性の共振器を実現
できる。

【００３８】図２〜図４は、本実施形態の構造を有する
共振器のＴＭ₀₁₀ モードの共振周波数と構造との相関関
係を各パラメータについて示す図である。いずれの場合
にも、誘電体１の比誘電率は４２としている。図２は、
共振器３の直径Ｄ（図１参照）と共振周波数ｆとの相関
関係をシミュレーションした結果を示す図である。図３
は、共振器３の直径Ｄを一定値（１７ｍｍ）としたとき
の軸方向の長さＬ（図１参照）と共振周波数ｆとの相関
関係をシミュレーションした結果を示す図である。図４
は、共振器３の直径Ｄを１７ｍｍ（ｆ＝２ＧＨｚ）とし
たときのその長さＬに対する無負荷Ｑ値を計算した結果
を示す図である。

【００３９】図２に示されているように、共振周波数ｆ
は共振器３の直径Ｄに依存して変化しており、直径Ｄが
小さくなるほど共振周波数ｆが高くなる。図３に示され
ているように、共振周波数ｆは、この条件下（Ｄ＝１７
ｍｍ）では共振器３の軸方向の長さＬには依存せず、長
さＬが変化しても共振周波数ｆは一定（２０００ＭＨ
ｚ）である。図４に示されているように、共振器３の無
負荷Ｑ値は、共振器の軸方向の長さＬに依存して変化し
ており、長さＬが小さくなるほど小さくなる。

【００４０】すなわち、より周波数が高く、より無負荷
Ｑ値の大きい共振器を得るためには、共振器３の直径Ｄ
を小さい値に、かつ、長さＬを比較的大きい値に設計す
ることが好ましい。

【００４１】なお、本実施形態においては、ＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振器について説明したが、本発明は、ＴＭ₀₁₀
モード以外のＴＭモードの共振器や、電界も磁界も電磁
波の進行方向の成分を持っている混成波（Hybrid Wave
）の共振モードの共振器に適用することによっても、
本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【００４２】特に、ＴＭモードの中でも、ＴＭ₀₁₀ モー
ドは最低次共振モードであり、小型の共振器を形成でき
るため、実用上の利点が大きい。

【００４３】−実施例−図１に示す構造を有する誘電体
１を、誘電率４２、誘電正接０．００００５の誘電体セ
ラミックス材料を用いて作成した。その誘電体１の表面
全体に銀ペーストを塗布した後、それを銀の溶融温度以
上に加熱することにより、誘電体１の表面をメタライズ
して、導体膜２を形成した。そして、作成された共振器
３の共振特性を実験により評価した。誘電体１の寸法
は、Ｌ＝１８ｍｍ，Ｄ＝１７ｍｍで、体積が約４．１ｃ
ｍ³ である。

【００４４】評価に際しては、導体膜２の各平面部Ｒfl
の一部および誘電体１のうち上記導体膜の一部に隣接す
る領域に穴（底付き穴）を設けて、各穴に、同軸線路を
形成する中心導体をわずかに挿入し、その同軸線路から
の信号によって共振器にＴＭ ₀₁₀ モードの共振を励起さ
せた。そして、上下の同軸線路をネットワークアナライ
ザに接続し、その透過特性から、共振周波数ｆと無負荷
Ｑ値を測定した。

【００４５】上記測定の結果、共振周波数は２．１ＧＨ
ｚで、無負荷Ｑ値は約１３００であった。また、共振器
の振動などに対する共振周波数の変動は観測されなかっ
た。

【００４６】一方、本実施例の共振器の誘電体を構成す
る誘電体材料を用いて、本実施例と同等の共振周波数ｆ
を有するＴＥ₀₁δ モードの共振器を構成しようとする
と、その共振器の体積が約７２ｃｍ³ 程度に達すること
がわかっている。それに対し、本実施例の共振器の体積
は、約４．０８（π／４）×１．７×１．８≒４．０８
（ｃｍ³ ）である。したがって、本実施例のＴＭ₀₁₀ モ
ード共振器は、誘電体材料が同じで共振周波数ｆが同じ
であるＴＥ₀₁δ モード共振器に対し、体積比で約１／
１７程度までの小型化が可能である。

【００４７】また、本実施形態のＴＭ₀₁₀ モード共振器
は、図２０に示す従来のＴＭ₀₁₀ モード共振器に比べ
て、以下の利点を有している。

【００４８】すでに述べたように、従来のＴＭ₀₁₀ モー
ド共振器は、図２０に示すごとく、誘電体５４０の周囲
を囲む筐体５３１を遮蔽導体として備えている。そし
て、筐体本体５３２と蓋５３３との接続部Ｒcnct（コー
ナー部）を横切って大きな高周波誘導電流が流れるの
で、接続部Ｒcnctでの導通状態がフィルタ特性に大きな
影響を与える。ところが、図２０に示す接続部Ｒcnctの
ごとくボルトの締め付け力を利用したり、あるいは筐体
本体５３２と蓋５３３とを互いに溶接するなどによって
形成されているために、この接続部Ｒcnctにおける高周
波誘導電流の良好な導通性の確保が困難である。また、
筐体５３１の形成後に振動などによって、接続部Ｒcnct
における導通状態に変化が起きることもある。その結
果、従来のＴＭ ₀₁₀ 共振器においては、フィルタ特性が
変動するおそれがあった。

【００４９】それに対し、本実施形態においては、誘電
体１の素体の表面に、メタライズなどによって形成され
た導体膜２を誘電体１に密着させて形成し、この導体膜
２を共振器３の遮蔽導体として利用している。この導体
膜２は、互いに連続した平面部Ｒflと円筒面部Ｒclとに
よって構成されているので、導体膜２の円筒面部Ｒclと
平面部Ｒflとの境界であるコーナー部Ｒｃにおける導通
不良が起こることはなく、振動などに対しても安定した
動作を示している。したがって、Ｑ値の劣化や動作の不
安定性を抑制し、ＴＭ₀₁₀ モード共振器が有する小型
化，大きなＱ値という特性を発揮することができる。ま
た、製造工程の簡素化も可能である。

【００５０】このように、本実施形態のＴＭ₀₁₀ モード
共振器の構成により、従来例に対して、製造工程の簡素
化、機械的強度の向上、振動などに対する動作の安定性
の確保、共振器の小型化などを実現することができる。

【００５１】なお、誘電体の表面を覆う導体膜の形成方
法は、本実施形態で説明したメタライズ加工に限られる
ものではなく、例えば溶融金属の誘電体表面への吹きつ
け加工や、金属板の誘電体へのプレス加工など、他の加
工法によって誘電体の表面に導体膜を密着させる方法を
用いることができる。

【００５２】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態における共振器の断面図である。本実施形態
の共振器１３は、誘電体セラミックス材料などからなる
円柱状の高誘電率部１１ａと、高誘電率部１１ａのほぼ
全周囲を囲む円筒状の低誘電率部１１ｂとからなる誘電
体１１を備えている。さらに、誘電体１１のほぼ全表面
の上を密着して覆う導体膜１２を備えている。この共振
器１３は、すでに説明した共振モードのうちＴＭ₀₁₀ モ
ードを利用するものである。上記導体膜１２は、円柱状
の誘電体１１の低誘電率部１１ｂの円筒面を覆う円筒部
Ｒclと、低誘電率部１１ｂの上下面を覆う２つの平面部
Ｒflとによって構成されている。

【００５３】本実施形態においては、まず、高誘電率部
１１ａとこれを囲む低誘電率部１１ｂとからなる誘電体
１１を形成する。そして、低誘電率部１１ｂの表面に微
小粒状の金属銀を付着させた後溶融させる処理（いわゆ
るメタライズ処理）などを施すことにより、導体膜１２
を形成する。このように、導体膜１２が誘電体１１の低
誘電率部１１ｂと密着した状態で誘電体１１の表面を覆
っていることが本実施形態の特徴である。

【００５４】ただし、後述する他の実施形態において説
明するように、誘電体１を筐体に取り付けるための穴な
どを誘電体１の一部に設けることがある。また、導体膜
に段間結合用窓を形成することもある。それらの場合に
は、孔や窓の部分には導体膜は設けられていないので、
導体膜２が誘電体１の全表面を覆っていないことになる
が、そのような場合にも、本発明を適用することができ
る。

【００５５】また、本発明の誘電体１１（高誘電率部１
１ａと低誘電率部１１ｂとを合わせたもの）の形状は、
必ずしも円柱である必要はなく、四角柱，六角柱などの
多角柱や、楕円柱，長円柱などの柱体であってもよい。
例えば四角柱形状の誘電体を用いた場合、円柱状の誘電
体を有する共振器と同じ体積でほぼ同一の特性の共振器
を実現できる。

【００５６】本実施形態の共振器１３によると、導体膜
１２の平面部Ｒflと円筒面部Ｒclとが互いに連続した１
つの膜になっており、かつ、導体膜１２が誘電体１１
（低誘電率部１１ｂ）のほぼ全表面を覆っているので、
上記第１の実施形態とほぼ同じ効果を発揮することがで
きる。

【００５７】加えて、本実施形態の構成により、図１の
構成を有する共振器に比べて、特に円筒面部Ｒclにおけ
る導体損失が低減され、無負荷Ｑ値の改善がなされるこ
とがわかっている。

【００５８】なお、本実施形態においては、ＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振器について説明したが、本発明は、ＴＭ₀₁₀
モード以外のＴＭモードの共振器や、混成波（Hybrid W
ave）の共振モードの共振器に適用することによって
も、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【００５９】−変形例−図６は、第２の実施形態の変形
例における共振器の断面図である。本変形例のＴＭ₀₁₀
モードを利用した共振器２３は、誘電体セラミックス材
料などからなる円柱状の高誘電率部２１ａと、高誘電率
部２１ａの円筒面のみを囲む円筒状の低誘電率部２１ｂ
とからなる誘電体２１を備えている。つまり、高誘電率
部２１ａの上下面は低誘電率部２１ｂによって覆われて
いない。また、誘電体２１のほぼ全表面の上を密着して
覆う導体膜２２を備えている。上記導体膜２２は、円柱
状の誘電体２１の低誘電率部２１ｂの円筒面を覆う円筒
部Ｒclと、高誘電率部２１ａの上下面と低誘電率部２１
ｂの上下面とを覆う２つの平面部Ｒflとによって構成さ
れている。

【００６０】本変形例においては、まず、高誘電率部２
１ａとその円筒面を囲む低誘電率部２１ｂとからなる誘
電体２１を形成する。そして、高誘電率部２１ａ及び低
誘電率部２１ｂの露出している表面に微小粒状の金属銀
を付着させた後、これを溶融させて、金属銀と誘電体２
１とを誘電体材料と銀との反応生成物によって接合させ
る処理（いわゆるメタライズ処理）などを施すことによ
り、導体膜２２を形成する。このように、導体膜２２が
誘電体２１の高誘電率部２１ａ及び低誘電率部２１ｂと
密着した状態で誘電体２１のほぼ全表面を覆っているこ
とが本変形例の特徴である。

【００６１】ただし、後述する他の実施形態において説
明するように、誘電体２１を筐体に取り付けるための穴
などを誘電体２１の上下面部の双方あるいはいずれか一
方に設けることがある。その場合には導体膜２２が誘電
体２１の全表面を覆っていないことになるが、そのよう
な場合にも、本発明を適用することができる。

【００６２】また、誘電体２１（高誘電率部２１ａと低
誘電率部２１ｂとを合わせたもの）の形状は、必ずしも
円柱である必要はなく、四角柱，六角柱などの多角柱
や、楕円柱，長円柱などの柱体であってもよい。例えば
四角柱形状の誘電体を用いた場合、円柱状の誘電体を有
する共振器と同じ体積でほぼ同一の特性の共振器を実現
できる。

【００６３】本変形例によると、上下の平面部Ｒflにお
ける導体損失は、図５に示す構造を有する共振器に比べ
てわずかに増加するが、共振器サイズはより小型にする
ことができるという利点がある。

【００６４】上記第１，第２の実施形態においては、共
振器単体の構造について説明したが、この共振器を用い
て高周波フィルタを構成する場合には、後述する第９の
実施形態におけるような工夫が必要である。

【００６５】（第３の実施形態）図７は、第３の実施形
態におけるＴＭモード共振器を利用した高周波フィルタ
の断面図である。同図に示すように、この高周波フィル
タ３０Ａは、円柱状の誘電体４０と、誘電体４０を収納
する筐体本体３２及び蓋３３とを主要要素として備えた
筐体３１とを備えている。蓋３３の下面の上には、クッ
ション層３４と導体箔３５とが形成されており、筐体本
体３２と蓋３３とは、蓋３３の下面と筐体本体３２の側
壁部の上面との間にクッション層３４及び導体箔３５を
挟んで取り付けボルト３６によって締め付けられて、互
いに機械的に接続されている。そして、蓋３３の下面と
誘電体４０の上面との間にも、クッション層３４及び導
体箔３５が介在しており、誘電体４０の上面は導体箔３
５に接触している。また、誘電体４０の下面は筐体本体
３２の底壁の上面に接触している。つまり、蓋３３と筐
体本体３２とにより、クッション層３４と導体箔３５と
介在させて誘電体４０を挟持している。

【００６６】一方、筐体本体３２の側面部（円筒面部）
は間隙を挟んで共振器４０の円筒部を同心状に囲んでい
る。本実施形態においては、筐体本体３２及び導体箔３
５により、誘電体４０を電磁シールドしていることにな
る。そして、誘電体４０，筐体本体３２，蓋３３，クッ
ション層３４及び導体箔３４により、共振器が構成され
ている。

【００６７】また、筐体本体３２の底壁には、誘電体４
０と入力結合する入力結合プローブ３７と、誘電体４０
と出力結合する出力結合プローブ３８と、入力結合プロ
ーブ３７に外部機器からの入力信号を伝えるための入力
用同軸コネクタ４１と、出力結合プローブ３８から外部
機器に出力信号を伝えるための出力用同軸コネクタ４２
とが設けられている。つまり、筐体本体３２に開けた小
さな孔に同軸コネクタ４１，４２を設け、その先に入力
結合プローブ３７及び出力結合プローブ３８をはんだづ
けしている。つまり、共振器と入力結合プローブ３７及
び出力結合プローブ３８とにより、共振器を利用した高
周波フィルタが構成されている。

【００６８】本実施形態によると、取り付けボルト３６
を締め上げることにより、筐体本体３２の側壁部と蓋３
３との接続部Ｒcnt1において、クッション層３４が変形
し、筐体本体３２の側壁部と導体箔３５とが隙間なく密
着する。同時に、蓋３３と誘電体４０との接続部Ｒcnt2
においても、クッション層３４が変形するので、誘電体
４０と導体箔３５とが隙間なく密着する。したがって、
筐体本体３２及び導体箔３５により、誘電体４０に対す
る電磁シールドが確実に確保される。

【００６９】また、ＴＭモードを利用した共振器を用い
ると、柱体である誘電体の軸方向に交差する方向に磁場
が生じるように、筐体本体３２及び導体箔３５に高周波
誘導電流が流れる。その結果、筐体本体３２と導体箔３
５との接続部Ｒcnt1を横切って高周波誘導電流が流れる
が、本実施形態のごとく、筐体本体３２と導体箔３５と
の導通状態が良好に確保されることにより、フィルタ特
性の向上を図ることができる。

【００７０】本実施形態の高周波フィルタの製造の際に
は、予めクッション層３４と導体箔３５とを貼り付けて
おく。そして、筐体本体３２の中に誘電体４０を位置決
めして配置し、クッション層３４及び導体箔３５を筐体
本体３２及び誘電体４０の上に配置して、その上に蓋３
３を取り付けボルト３６によって固定する。取り付けボ
ルト３６は、少なくとも４個配置されていることが好ま
しく、取り付けボルト３６による筐体３１の組立の際に
は、互いに対向するボルト同士の１対ずつを順番に固定
していくことが好ましい。

【００７１】なお、導体箔が弾性のある材料によって構
成されている場合には、上記クッション層は必ずしもな
くてもよい。

【００７２】なお、本実施形態においては、ＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振器について説明したが、本発明は、ＴＭ₀₁₀
モード以外のＴＭモードの共振器や、混成波（Hybrid W
ave）の共振モードの共振器に適用することによって
も、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【００７３】−実施例− 本実施例では、誘電体４０として、直径９ｍｍ，軸方向
の長さ１０ｍｍの寸法を有し、誘電率が４２で、誘電正
接（tan δ）が０．００００５の誘電体セラミクスを用
いている。また、筐体本体３２として、内径２５ｍｍ，
内部高さ１０ｍｍの無酸素銅からなる底付き円筒体を用
いている。さらに、導体箔３５として、厚さ０．０５ｍ
ｍの銅箔を用い、クッション層３４には、厚さ０．２ｍ
ｍの柔軟性のあるポリテトラフロロエチレン系樹脂シー
ト（製品名：NITOFLON adhesivetapes NO.903 日東電
工製）を用いている。取り付けボルト３６は、円筒形状
の筐体本体３２に、平面的にみて６０°の等間隔で６本
配置している。取り付けボルト３６の締め付けトルクは
１００Ｎ・ｍ〜２００Ｎ・ｍ程度でよい。ただし、トル
クレンチなどの工具を使用せずに、取り付けボルト３６
が破壊する寸前まで取り付けボルト３６を締め付けるよ
うにしてもよい。入力プローブ３７及び出力結合プロー
ブ３８の筐体本体３２の底壁からの突出量Ｐ１は、例え
ば３ｍｍ程度である。

【００７４】また、導体箔３５を構成する銅箔の厚さ
は、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度であることが好まし
い。クッション層３４の厚さは、材質によっても異なる
が、本実施例の材質であれば、０．０５ｍｍ〜０．３ｍ
ｍ程度であることが好ましい。

【００７５】次に、本実施形態の高周波フィルタの効果
を検証するため、その共振特性を実験的に評価した。こ
の評価においては、同軸コネクタ４１から入力結合プロ
ーブ３７に入力した高周波信号によってＴＭ₀₁₀ モード
の共振を励起させ、その通過特性を出力結合プローブ３
８から取り出して、ネットワークアナライザを用いて測
定し、共振周波数と無負荷Ｑ値を測定した。

【００７６】図２１は、第３の実施形態の実施例に係る
ＴＭ₀₁₀ モード共振器の共振特性の測定結果を示す図で
ある。同図に示すように、本実施形態の高周波フィルタ
においては、共振周波数は２．００ＧＨｚとほぼ設計値
どおりの値を示し、約３２００程度の無負荷Ｑ値が再現
性よく安定的に得られた。また、機械的振動に対する共
振周波数の変動は観測されなかった。

【００７７】比較のため、図２０に示す従来の高周波フ
ィルタに対しても上述の評価と同様の評価を行った。従
来の高周波フィルタとしては、導体箔３５およびクッシ
ョン層３４が設けられていないだけで、その他の部材の
材質及び寸法は、本実施例の高周波フィルタと同じにし
ている。その結果、従来の高周波フィルタの共振周波数
は、取り付けボルトの締め付けトルクの大きさなど、取
り付けボルトの締め付け方法によって大きく変動し、
２．２ＧＨｚ〜２．６ＧＨｚ程度と、設計値よりも高
く、かつ、大きなばらつきを示した。また、無負荷Ｑ値
も８００〜３０００程度と大きく変動した。また、共振
周波数は、外部からの機械的振動に敏感に反応し変化し
た。

【００７８】ここで、本実施形態の高周波フィルタのＱ
値の特性が従来の高周波フィルタのＱ値よりも安定し、
かつ、その値も大きくなった理由は、クッション層３４
の存在により、高周波フィルタの各部における寸法誤差
などがあっても、筐体本体３２と蓋３３との接続部Ｒcn
t1における筐体本体３２の側壁部と導体箔３５との密着
性が向上し、かつ、両者の接触状態が安定化された結
果、高周波誘導電流の導通性が向上したためと考えられ
る。

【００７９】このように、本実施形態のＴＭ₀₁₀ モード
共振器の構成により、従来例に比べて飛躍的に振動など
に対する動作の安定化が実現できた。

【００８０】（第４の実施形態）図８は、第４の実施形
態におけるＴＭモード共振器を利用した高周波フィルタ
の断面図である。同図に示すように、この高周波フィル
タ３０Ｂは、図７に示す第３の実施形態の高周波フィル
タ３０Ａと基本的には同じ構造を有している。

【００８１】本実施形態における高周波フィルタ３０Ｂ
の特徴は、第３の実施形態における入力結合プローブ３
７及び出力結合プローブ３８に代えて、それぞれ筐体本
体３２が囲む空間を貫通するように縦方向に延びて導体
箔３５に接触する入力結合プローブ４７及び出力結合プ
ローブ４８が設けられている点である。つまり、入出力
結合機構が第３の実施形態とは異なっている。また、本
実施形態の筐体３１の形状は、第３の実施形態のように
円柱である必要はなく、四角柱であってもよい。その場
合、取り付けボルト３６は、４すみに設ければよい。

【００８２】本実施形態における高周波フィルタ３０Ｂ
の他の部材の構造及び機能は、第３の実施形態における
とほぼ同様であるので、図８に示される他の部材につい
ては、図７中の符号と同じ符号を付してそれらの説明を
省略する。

【００８３】また、本実施形態においては、入力結合プ
ローブ４７及び出力結合プローブ４８が、それぞれ対向
する導体箔３５にはんだづけされており、入力結合プロ
ーブ４７及び出力結合プローブ４８と、導体箔３５とが
互いに導通している。本実施形態においては、入力結合
プローブ４７及び出力結合プローブは、直径０．８ｍｍ
の銀メッキ銅線によって構成されている。なお、銀メッ
キ導線としては、径が０．５〜１ｍｍ程度のものを用い
ることが好ましい。

【００８４】なお、本実施形態においては、ＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振器について説明したが、本発明は、ＴＭ₀₁₀
モード以外のＴＭモードの共振器や、混成波（Hybrid W
ave）の共振モードの共振器や、ＴＥモードの共振器に
適用することによっても、本実施形態と同様の効果を発
揮することができる。

【００８５】−実施例− 本実施例では、誘電体４０として、直径９ｍｍ，軸方向
の長さ１０ｍｍの寸法を有し、誘電率が４２で、誘電正
接（tan δ）が０．００００５の誘電体セラミクスを用
いている。また、筐体本体３２の形状を、内部寸法にお
ける１辺が２５ｍｍ，内部高さ１０ｍｍの無酸素銅から
なる底付き四角柱体としている。さらに、導体箔３５と
して、厚さ０．０５ｍｍの銅箔を用い、クッション層３
４には、厚さ０．２ｍｍの柔軟性のあるテフロン系樹脂
シート（製品名：NITOFLON adhesive tapes NO.903 日
東電工製）を用いている。取り付けボルト３６は、四角
柱形状の筐体本体３２の４すみに４本配置している。

【００８６】そして、入力用同軸コネクタ４１を介して
外部機器から高周波信号を供給してＴＭ₀₁₀ モードを励
振し、出力用同軸コネクタ４２を介して、その通過特性
を測定することにより、入出力結合の外部Ｑ値（外部入
力電力／内部消費電力）を測定した。５０Ωの線路を用
いたＴＭ₀₁₀ モードの共振周波数は２．１４ＧＨｚであ
った。結合度の測定例として、入力用同軸コネクタ４１
及び出力用同軸コネクタ４２を、それぞれ誘電体４０の
中心軸から横方向に８．５ｍｍ離れた位置に設けた場
合、約６０程度という十分小さな外部Ｑ値が得られた。

【００８７】この外部Ｑ値は、例えば、この入力結合プ
ローブ４７及び出力結合プローブ４８を用い、誘電体４
０（共振器）を４個配置して４段の高周波フィルタを構
成する場合、比帯域１％程度の高周波フィルタを実現す
るに十分な強い入出力結合度に相当する。また、入力結
合プローブ４７及び出力結合プローブ４８を誘電体４０
の中心軸に近づけるほど強い結合度が得られた。

【００８８】さらに、本実施例における入出力結合度
を、図７に示す第３の実施形態において入出力結合プロ
ーブの筐体本体の底壁からの突出量Ｐ１を天井面に接触
しない範囲で大きくし、できるだけ強い入出力結合が得
られる構造としたものと比較する評価を行なった。第３
の実施形態の実施例と同じ形状及び寸法を有する筐体３
１（筐体本体３２，蓋３３，クッション層３４及び導体
箔３５）を用い、入力結合プローブ４７及び出力結合プ
ローブ４８のみを、第１の実施形態の実施例における入
力結合プローブ３７及び出力結合プローブ３８とは異な
ったものを用いている。

【００８９】ここで、第３の実施形態の実施例における
入力結合プローブ３７及び出力結合プローブ３８の筐体
本体３２の底壁からの突出量Ｐ１が８ｍｍの場合の外部
Ｑ値が７０００であったのに対し、本実施形態の入力結
合プローブ４７及び出力結合プローブ４８からなる入出
力機構を備えた高周波フィルタの外部Ｑ値は約６０と小
さい値を得た。すなわち、本実施形態の入出力結合プロ
ーブを用いることにより、非常に強い入出力結合を得る
ことができる。

【００９０】すなわち、本実施形態においては、筐体本
体３１の底壁から延びて導体箔３５に達する入力結合プ
ローブ４７及び出力結合プローブ４８を有する入出力結
合機構を用いることにより、第３の実施形態のような導
体箔に達しない入力結合プローブ３７及び出力結合プロ
ーブ３８を有する入出力結合機構を用いた場合に比べ、
強い入出力結合が得られることが確認できた。

【００９１】以上のように、本実施形態における入出力
結合機構により、簡単に、ＴＭ₀₁₀モードとの強い結合
が得られ、本モードの共振器を用いたフィルタが実現可
能となった。

【００９２】なお、本実施形態においては、クッション
層３４及び導体箔３５が設けられておらずに、蓋３３と
筐体本体３２とが直接接触している構造であっても、入
力結合プローブ４７及び出力結合プローブ４８が蓋３３
に接触している構造になってさえいれば、強い入出力結
合を得ることができる。

【００９３】（第５の実施形態）図９は、第５の実施形
態におけるＴＭモード共振器を利用した高周波フィルタ
の断面図である。同図に示すように、この高周波フィル
タ３０Ｃは、図７に示す第３の実施形態の高周波フィル
タ３０Ａと基本的には同じ構造を有している。

【００９４】本実施形態における高周波フィルタ３０Ｃ
の特徴は、第３の実施形態における構造に加えて、誘電
体４０にその下面から規格Ｍ２の銅製ボルトからなる導
体棒４４が挿入されている点である。この導体棒４４の
取り付けは、以下の手順により行なわれる。例えば、誘
電体４０の下面から直径２．４ｍｍ，深さ８ｍｍの孔４
３を形成しておいて、筐体本体３２の底壁に形成された
ネジ穴に係合する規格Ｍ２の銅製ボルトからなる導体棒
４４を誘電体４０の孔４３に挿入する。

【００９５】本実施形態における高周波フィルタ３０Ｃ
の他の部材の構造及び機能は、第３の実施形態における
とほぼ同様であるので、図９に示される他の部材につい
ては、図７中の符号と同じ符号を付してそれらの説明を
省略する。

【００９６】本実施形態においては、導体棒４４を孔４
３への挿入深さを増すにつれて、ＴＭ₀₁₀ モードの共振
周波数が低周波数側にシフトする。以下、本実施形態の
高周波フィルタ３０Ｃの諸特性の導体棒の挿入深さ依存
性について説明する。

【００９７】図１０は、導体棒の挿入深さに対するＴＭ
₀₁₀ モードの共振周波数の変化を測定した結果を示す特
性図である。図１１は、導体棒の挿入深さに対するＴＭ
₀₁₀モードの無負荷Ｑ値を測定した結果を示す特性図で
ある。図１１，図１２からわかるように、導体棒の挿入
深さが４．５ｍｍ挿入したときに共振周波数が約２．５
％以上低下している。そして、その際の共振器の無負荷
Ｑ値の劣化量は、約１４％程度以下であり、実用上問題
のないレベルであった。

【００９８】本実施形態における導体棒４４の挿入位置
は、誘電体４０の中心軸の位置から多少はずれていても
よいが、ＴＭ₀₁₀ モードの電界強度が最も強い中心軸上
に設ける場合が最も感度よく周波数を変えることがで
き、望ましい。また、導体棒４４を挿入するために誘電
体４０に形成する孔４３の深さは、６〜１０ｍｍ程度が
好ましい。

【００９９】以上のように、本発明における共振周波数
調整機構により、無負荷Ｑ値の顕著な劣化はなく、ＴＭ
₀₁₀ モードの共振周波数を大幅に調整することができる
ようになり、本モードの共振器を用いたフィルタが実現
可能となった。

【０１００】なお、本実施形態においては、ＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振器について説明したが、本発明は、ＴＭ₀₁₀
モード以外のＴＭモードの共振器や、混成波（Hybrid W
ave）の共振モードの共振器や、ＴＥモードの共振器に
適用することによっても、本実施形態と同様の効果を発
揮することができる。

【０１０１】（第６の実施形態）図１２（ａ），（ｂ）
は、それぞれ第６の実施形態におけるＴＭモード共振器
を利用した高周波フィルタの断面図及び蓋などを除去し
た状態での平面図である。本実施形態の高周波フィルタ
は、４個の円柱状の誘電体１０１ａ〜１０１ｄを備え、
４個の誘電体１０１ａ〜１０１ｄにより４段の帯域通過
フィルタとして機能させるように構成されている。高周
波フィルタの筐体１１０は、外壁及び底壁によって構成
される筐体本体１１１と、筐体蓋１１２と、クッション
層１１３と、導体箔１１４と、筐体本体１１１によって
囲まれる空間を小部屋に仕切る互いに連結された隔壁１
１５ａ〜１１５ｃとによって構成されている。そして、
各誘電体１０１ａ〜１０１ｄは、筐体１１０内で隔壁１
１５ａ〜１１５ｃによって仕切られた各小部屋に１つづ
つ配設されている。つまり、筐体１１０の各小部屋ごと
に、筐体本体１１１の外壁及び底壁と、隔壁１１５ａ〜
１１５ｃと、導体箔１１４とによって誘電体１０１ａ〜
１０１ｄを電磁的にシールドしており、各誘電体１０１
ａ〜１０１ｄと、筐体本体１１１の外壁及び底壁と、隔
壁１１５ａ〜１１５ｃと、導体箔１１４とによって、４
段の共振器が構成されている。なお、筐体本体１１１，
蓋１１２，クッション層１１３及び導体箔１１４は、各
小部屋のコーナー部に相当する１０箇所において、取り
付けボルト１３１によって締め付けられ、互いに固定さ
れている。つまり、取り付けボルト１３１を締め上げる
ことにより、筐体本体１１１の外壁及び隔壁と蓋１１２
との接続部Ｒcnt1において、クッション層１１３が変形
し、筐体本体１１１の側壁及び隔壁と導体箔１１４とが
隙間なく密着する。同時に、導体箔１１５と誘電体１０
１ａ〜１０１ｄとの接続部Ｒcnt2においても、クッショ
ン層１１３が変形するので、誘電体１０１ａ〜１０１ｄ
と導体箔１１４とが隙間なく密着する。その結果、第３
の実施形態と同様に、振動に対して周波数変動がおこら
ず、経時的にも安定なフィルタが得られた。

【０１０２】ここで、高周波フィルタを製造する際に
は、各共振器の共振周波数の微調整と、各共振器同士の
間の段間結合度の微調整が必要である。そこで、本実施
形態においては、各隔壁１１５ａ〜１１５ｃに、各共振
器間の電磁界結合をとるための段間結合窓１１６ａ〜１
１６ｃが設けられている。つまり、各共振器間の結合
は、所望のフィルタ特性に必要な段間結合度を見積り、
それが得られる幅の結合窓１１６ａ〜１１６ｄを設ける
ことで実現している。さらに、段間結合度調整機構とし
て、段間結合窓１１６ａ〜１１６ｄの中央部に、各段間
結合窓１１６ａ〜１１６ｃには、共振器間の電磁界結合
の結合の強さを調整するための段間結合度ボルト１２１
ａ〜１２１ｃが配設されている。

【０１０３】また、筐体本体１１１に設けられた４つの
小部屋のうち両端の小部屋の底壁には、外部からの高周
波信号を入出力するための出力用同軸コネクタ１４２及
び入力用同軸コネクタ１４１が配設されており、入力用
同軸コネクタ１４１及び出力用同軸コネクタ１４２の中
心導体には、筐体本体１１１の底壁から延びて導体箔１
１４に接触する入力結合プローブ１５１及び出力結合プ
ローブ１５２が接続されている。この入力結合プローブ
１５１は、入力用同軸コネクタ１４１と入力段の誘電体
１０１ａとを電磁的に結合するものであり、出力結合プ
ローブ１５２は出力用同軸コネクタ１４２と出力段の誘
電体１０１ｄとを電磁的に結合するものである。

【０１０４】さらに、各誘電体１０１ａ〜１０１ｄの下
部中央に設けられた孔１０４ａ〜１０４ｄには、銅製ボ
ルトからなる導体棒１２２ａ〜１２２ｄがそれぞれ挿入
されている。この導体棒１２２ａ〜１２２ｄは、各共振
器の共振周波数調整機構として機能するものである。

【０１０５】本実施形態によると、複数個の共振器を配
置して多段の高周波フィルタを構成しつつ、簡便かつ結
合度の調整範囲の広い段間結合度調整機構を実現するこ
とができる。

【０１０６】なお、本実施形態においては、ＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振器について説明したが、本発明は、ＴＭ₀₁₀
モード以外のＴＭモードの共振器や、混成波（Hybrid W
ave）の共振モードの共振器や、ＴＥモードの共振器に
適用することによっても、本実施形態と同様の効果を発
揮することができる。

【０１０７】また、本発明の高周波フィルタにおける共
振器の数は、本実施形態のごとき４個に限定されるもの
ではなく、少なくもと入力段の共振器と出力段の共振器
との２つの共振器を含んでいればよい。また、複数個の
共振器が直列に配置されている必要はなく、平面的にみ
て縦横複数個ずつ配置された，いわゆるマトリクス状に
配置されていてもよい。

【０１０８】−実施例− 本実施例では、中心周波数２．１４ＧＨｚ，比帯域１
％，帯域内リップル０．０５ｄＢのチェビシェフ型高周
波フィルタの設計例について説明する。

【０１０９】誘電体１０１ａ〜１０１ｄとして、直径９
ｍｍ，長さ１０ｍｍ，誘電率４２、誘電正接０．０００
０５の誘電体セラミクスを用い、筐体本体１１１を肉厚
４ｍｍの無酸素銅により構成し、導体箔１１４として厚
さ０．０５ｍｍの銅箔を用い、クッション層１１３とし
て厚さ０．２ｍｍの柔軟性を有するテフロン系樹脂シー
トを用いた。そして、高周波フィルタの中心周波数が
２．１４ＧＨｚになるように、各共振器のＴＭ₀₁₀ モー
ド共振周波数を設計し、共振器の内寸を算出した。誘電
体１０１ａを含む初段の共振器や、誘電体１０１ｄを含
む最終段の共振器においては、入力結合プローブ１５１
や出力結合プローブ１５２の影響で、疎結合状態の共振
器に比べ共振周波数がわずかに上昇する効果も考慮し、
小部屋の内寸を、高さ１０ｍｍ×奥行き２１ｍｍ×長さ
２４ｍｍとした。一方、誘電体１０１ｂを含む第２段の
共振器や、誘電体１０１ｃを含む第３段の共振器におい
ては、小部屋の内寸を高さ１０ｍｍ×奥行き２１ｍｍ×
長さ２１ｍｍとした。

【０１１０】入力結合プローブ１５１及び出力結合プロ
ーブ１５２として、それぞれ誘電体１０１ａ，１０１ｄ
の中心軸から８．５ｍｍ離れた位置に直径０．８ｍｍの
銀メッキ銅線を設けた。入力結合プローブ１５１及び出
力結合プローブ１５２は、いずれも導体箔１１４にはん
だづけされている。段間結合度ボルト１２１ａ〜１２１
ｃとして、規格Ｍ４の銅製ボルトを用いた。

【０１１１】また、誘電体１０１ａ〜１０１ｄの孔１０
４ａ〜１０４ｄの直径を２．４ｍｍとし、深さを８ｍｍ
とした。そして、導体棒１２２ａ〜１２２ｄとして、規
格Ｍ２の銅製ボルトを用いている。

【０１１２】そして、入出力結合度は、入出力結合プロ
ーブ１５１，１５２の誘電体１０１ａ−１０１ｄの中心
軸からの距離を調節することにより決定した。また、結
合度の微調整は、ピンセットでプローブ腹部の誘電体中
心軸からの距離を微調整する方法で行なった。段間結合
度は、段間結合度ボルト１２１ａ〜１２１ｃにより段間
結合窓１１６ａ〜１１６ｃの窓幅を調節することにより
決定した。

【０１１３】この条件下で、高周波フィルタの入出力結
合度は外部Ｑ値で約１００であり、初段−第２段間の結
合係数及び第３段−最終段間の結合係数は０．００８４
であり、第２段−第３段間の結合係数は０．００６５程
度である。

【０１１４】図１３は、結合係数決定のために段間結合
窓１１６ａ〜１１６ｃの窓幅に対する結合係数の変化を
シミュレーションした結果を示す図である。

【０１１５】図１４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態にお
いて採用しうる段間結合窓の形状の種類及び段間結合度
調整ボルトの取り付け位置のバリエーションを示す断面
図である。図１４（ａ）に示す構造では、段間結合窓１
１６が隔壁１１５の中央部を縦方向に貫通して設けられ
ており、段間結合度ボルト１２１が筐体本体１１１の底
壁に取り付けられ縦方向に延びている。図１４（ｂ）に
示す構造では、段間結合窓１１６が隔壁１１５の中央部
かつ下部に設けられており、段間結合度ボルト１２１が
筐体本体１１１の底壁に取り付けられている。図１４
（ｃ）に示す構造では、段間結合窓１１６が隔壁１１５
の中央部を縦方向に貫通して設けられており、段間結合
度ボルト１２１が筐体本体１１１の外壁（側壁）に取り
付けられ横方向に延びている。この実施形態及び実施例
では、結合係数が大きい図１４（ａ）に示す構造を採用
している。

【０１１６】図１５は、段間結合度調整ボルト１２１の
段間結合窓１１６への挿入量に対する結合係数の変化を
シミュレーションした結果を示す図である。ここで、図
１４（ｃ）に示すように段間結合度ボルトを横方向に挿
入した場合と、図１４（ａ），（ｂ）に示すように段間
結合度ボルトを縦方向に挿入した場合とで、単位挿入量
あたりの結合度変化量の差はわずかであった。また、段
間結合度調整ボルト１２１の直径が大きいほど、単位挿
入量あたりの結合度変化量が大きいことがわかった。こ
こで、共振器のＱ値に悪影響を与えない範囲でできるだ
け結合度変化量の大きい段間結合度調整ボルト１２１と
しては、その直径寸法が隔壁１１５の肉厚寸法と同じ値
４ｍｍを有するものを採用した。

【０１１７】図１６は、以上の設計にもとづき設計され
た４段の共振器を含む高周波フィルタの特性図である。
同図に示すように、通過領域の比帯域１％，挿入損失
０．９ｄＢ，リターンロス２０ｄＢ以上と、例えば携帯
電話基地局などに使用しうる特性の良好な高周波フィル
タが得られている。

【０１１８】（第７の実施形態）上記第３〜第６の実施
形態においては、誘電体と導体箔とを直接接触させた構
造を示したが、誘電体と導体箔との間にさらに導体層を
設けることも可能である。図１７は、第７の実施形態に
おけるＴＭモード共振器を利用した高周波フィルタの断
面図である。同図に示すように、この高周波フィルタ３
０Ｄは、図７に示す第３の実施形態の高周波フィルタ３
０Ａと基本的には同じ構造を有している。本実施形態に
おける高周波フィルタ３０Ｄの特徴は、誘電体４０の上
面及び下面の上にメタライズ層５１ａ，５１ｂが形成さ
れていて、メタライズ層５１ａと導体箔３５とははんだ
５２ａにより、メタライズ層５１ｂと筐体本体３２の底
壁とははんだ５２ａによりそれぞれ電気的かつ機械的に
接続されている点である。

【０１１９】本実施形態における高周波フィルタ３０Ｄ
の他の部材の構造及び機能は、第３の実施形態における
とほぼ同様であるので、図１７に示される他の部材につ
いては、図７中の符号と同じ符号を付してそれらの説明
を省略する。

【０１２０】本実施形態においては、振動などの影響に
よって誘電体４０と導体箔３５との間に隙間が発生する
おそれを確実に回避することができる。

【０１２１】なお、本実施形態においては、ＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振器について説明したが、本発明は、ＴＭ₀₁₀
モード以外のＴＭモードの共振器や、混成波（Hybrid W
ave）の共振モードの共振器に適用することによって
も、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【０１２２】−実施例− メタライズ層５１ａ，５１ｂには、Ａｇペーストにディ
ッピング、加熱して形成された典型的な膜厚が５〜３
０μｍのＡｇメタライズ層、あるいは同膜厚のＡｇメ
ッキ層、あるいは典型的な膜厚が1〜５μｍのＡｇ蒸
着層を試した。また、ハンダづけには作業性、密着性の
よいクリームハンダを使用した。その他の部材の構造
は、第３の実施形態の実施例と同じとしている。

【０１２３】この実施例で形成した共振器は、その無負
荷Ｑ値が、第３の実施形態のごとく導体箔３５と誘電体
４０とを直接密着させた場合に比べ、約１５％〜２０％
程度低下するものの、温度変化に対する特性の劣化が小
さく、特に安定性に優れていた。

【０１２４】（第８の実施形態）第４，第６の実施形態
においては、入力結合プローブ及び出力結合プローブを
導体箔に接続したが、本発明の５入力結合プローブ及び
出力結合プローブを導体箔に接続する必要は必ずしもな
い。

【０１２５】図１８は、第８の実施形態におけるＴＭモ
ード共振器を利用した高周波フィルタの断面図である。
この高周波フィルタ３０Ｅは、図９に示す第５の実施形
態の高周波フィルタ３０Ｃと基本的には同じ構造を有し
ている。

【０１２６】本実施形態における高周波フィルタ３０Ｅ
の特徴は、筐体本体３２の底壁から縦方向に延びた後、
曲がって筐体本体３２の側壁に接する入力結合プローブ
５３及び出力結合プローブ５４を備えている点である。

【０１２７】本実施形態における高周波フィルタ３０Ｅ
の他の部材の構造及び機能は、第５の実施形態における
とほぼ同様であるので、図１８に示される他の部材につ
いては、図９中の符号と同じ符号を付してそれらの説明
を省略する。

【０１２８】本実施形態の入力結合プローブ５３及び出
力結合プローブ５４の構造は、筐体本体３２の内壁高さ
ｈが大きくて、途中で曲がっていても比較的プローブ長
を確保できる場合に適している。このように、入力結合
プローブ５３及び出力結合プローブ５４を筐体本体３２
の側壁に導通させても、ある程度の比帯域を確保するに
十分な入出力結合を得ることができた。

【０１２９】なお、本実施形態においては、ＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振器について説明したが、本発明は、ＴＭ₀₁₀
モード以外のＴＭモードの共振器や、混成波（Hybrid W
ave）の共振モードの共振器や、ＴＥモードの共振器に
適用することによっても、本実施形態と同様の効果を発
揮することができる。

【０１３０】（第３〜第８の実施形態の変形例）クッシ
ョン層の材質は、上記第３〜第８の実施形態において示
したもの以外であってもよい。例えば、シリコンゴムあ
るいは天然ゴムなどの弾性を有する高分子化合物、ある
いは、ポリエチレン，ポリテトラフロロエチレン，ポリ
塩化ビニリデンなどの塑性変形性を有する高分子化合
物、あるいはインジウム，ハンダなどの柔らかい金属を
用いても同様の効果を発揮することができる。いずれも
場合にも、クッション層の肉厚は０．０５ｍｍ〜０．３
ｍｍの範囲にあることが好ましい。

【０１３１】また、本発明の高周波フィルタにおける共
振器の数は、本実施形態のごとき４個に限定されるもの
ではなく、少なくもと入力段の共振器と出力段の共振器
との２つの共振器を含んでいればよい。また、複数個の
共振器が直列に配置されている必要はなく、平面的にみ
て縦横複数個ずつ配置された，いわゆるマトリクス状に
配置されていてもよい。

【０１３２】

【発明の効果】本発明の共振器によれば、コーナー部を
横切る電流が生じるような共振モードを有する柱状の共
振器を用いた場合にも、小型で良好なＱ値を有する，動
作の安定性の高い共振器を得ることができる。

【０１３３】本発明の高周波フィルタによれば、所望の
比帯域を有する強い入出力結合を実現すること、共振器
のＱ値の劣化を抑制しつつ周波数調整範囲の広い共振周
波数調整機構を有すること、複数個の共振器を配置して
簡便かつ結合度調整範囲の広い段間結合度調整機構を有
することなどを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本発明の第
１の実施形態における共振器の斜視図及び断面図であ
る。

【図２】共振器の直径Ｄと共振周波数ｆとの相関関係を
シミュレーションした結果を示す図である。

【図３】共振器の直径Ｄを一定値としたときの軸方向の
長さＬと共振周波数ｆとの相関関係をシミュレーション
した結果を示す図である。

【図４】共振器の直径Ｄを一定としたときのその長さＬ
に対する無負荷Ｑ値を計算した結果を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態における共振器の断面
図である。

【図６】本発明の第２の実施形態の変形例における共振
器の断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態におけるＴＭモード共
振器を利用した高周波フィルタの断面図である。

【図８】本発明の第４の実施形態におけるＴＭモード共
振器を利用した高周波フィルタの断面図である。

【図９】本発明の第５の実施形態におけるＴＭモード共
振器を利用した高周波フィルタの断面図である。

【図１０】導体棒の挿入深さに対するＴＭ₀₁₀ モードの
共振周波数の変化を測定した結果を示す特性図である。

【図１１】導体棒の挿入深さに対するＴＭ₀₁₀ モードの
無負荷Ｑ値を測定した結果を示す特性図である。

【図１２】（ａ），（ｂ）は、それぞれ第６の実施形態
におけるＴＭモード共振器を利用した高周波フィルタの
断面図及び蓋などを除去した状態での平面図である。

【図１３】段間結合窓の窓幅に対する結合係数の変化を
シミュレーションした結果を示す図である。

【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５の実施形態
において採用しうる段間結合窓の形状の種類及び段間結
合度調整ボルトの取り付け位置のバリエーションを示す
断面図である。

【図１５】段間結合度調整ボルトの段間結合窓への挿入
量に対する結合係数の変化をシミュレーションした結果
を示す図である。

【図１６】設計された４段の共振器を含む高周波フィル
タの特性図である。

【図１７】本発明の第７の実施形態におけるＴＭモード
共振器を利用した高周波フィルタの断面図である。

【図１８】本発明の第８の実施形態におけるＴＭモード
共振器を利用した高周波フィルタの断面図である。

【図１９】（ａ），（ｂ）は、従来のＴＥ₀₁δ モード
を基本モードとする誘電体共振器の斜視図及び断面図で
ある。

【図２０】従来のＴＭモードを用いた共振器を利用した
高周波フィルタの断面図である。

【図２１】第３の実施形態の実施例に係るＴＭ₀₁₀ モー
ド共振器の共振特性の測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１誘電体２導体膜３共振器１１ａ高誘電率誘電体１１ｂ低誘電率部１１誘電体１２導体膜１３共振器２１ａ高誘電率誘電体２１ｂ低誘電率部２１誘電体２２導体膜２３共振器３１筐体３２筐体本体３３蓋３４クッション層３５導体箔３６取り付けボルト３７入力結合プローブ３８出力結合プローブ４１入力用同軸コネクタ４２出力用同軸コネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 1/20 - 1/219 H01P 7/00 - 7/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の誘電体と、上記誘電体を取り囲む遮蔽導体とを備えたＴＭモード共
振器において、上記遮蔽導体は、上記誘電体の表面に直接接触して形成
され、上記誘電体は、中心部分と、上記中心部分の少なくとも
一部を覆う外皮部分とにより構成されており、上記中心
部分の誘電率が上記外皮部分の誘電率よりも高いことを
特徴とする共振器。
【請求項２】請求項１に記載の共振器において、上記柱状の誘電体は、円柱形状または四角柱形状を有す
ることを特徴とする共振器。
【請求項３】請求項１または２に記載の共振器におい
て、上記遮蔽導体は、上記誘電体の表面上に形成されたメタ
ライズ層であることを特徴とする共振器。
【請求項４】柱状のＴＭモード共振器を有する高周波
フィルタであって、上記共振器は、誘電体と、上記誘電体を取り囲み、上記誘電体の表面に直接接触し
て形成された遮蔽導体とを備えており、上記誘電体は中心部分と、上記中心部分の少なくとも一
部を覆う外皮部分とにより構成されており、上記中心部
分の誘電率が上記外皮部分の誘電率よりも高いことを特
徴とする高周波フィルタ。