JP3554947B2

JP3554947B2 - 誘電体共振器および帯域通過フィルタ

Info

Publication number: JP3554947B2
Application number: JP05445396A
Authority: JP
Inventors: 容平石川; 敏朗平塚; 富哉園田; 憲一飯尾
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH09246821A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯やミリ波帯で使用される誘電体共振器および帯域通過フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信システムの需要の急速な増加および所謂マルチメディア化に対応して大容量で且つ高速な通信システムが要求されている。このような通信すべき情報量の拡大に伴って、マイクロ波帯からミリ波帯へ使用周波数帯域が拡大されようとしている。このようなミリ波帯でも、従来からマイクロ波帯で使用されていたＴＥ０１δモード誘電体共振器を同様に用いることができるが、その共振周波数は円柱形状の誘電体の寸法によって決定され、たとえば６０ＧＨｚでは、高さ０．３７ｍｍ、直径１．６ｍｍと非常に小さくなるため、製造の際には厳しい加工精度が要求される。また、ＴＥ０１δモード誘電体共振器を用いてフィルタを構成する場合、導波管の中に複数のＴＥ０１δモードの誘電体共振器を高い位置精度で所定間隔に配置する必要があり、更にその各共振器ごとに共振周波数を微調整するとともに、誘電体共振器間の互いの結合量を微調整するための構造も複雑になるという問題があった。
【０００３】
そこで、本願出願人は特願平７−６２６２５号にてこれらの問題を解消した誘電体共振器および帯域通過フィルタを提案している。
【０００４】
上記出願に係る誘電体共振器の基本的な構成を図１０に示す。ここで（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は誘電体基板の平面図である。図１０において３は一定の比誘電率を有する誘電体基板であり、その両主面に所定寸法の円形の開口部４，５を有する電極１，２を形成していて、誘電体基板３から所定間隔隔てて互いに対向する第１の導体板７および第２の導体板８を設けている。この構造によって誘電体基板３の円柱形状部分にＴＥ０１０モード誘電体共振器として作用する共振器領域６０を構成する。図１０において矢印のループは磁界、ドット記号およびクロス記号は電界の向きをそれぞれ示している。この共振器領域６０を除く誘電体基板の環状部分は、電極１と電極２とによって挟設された平行平板導波管を構成する。ここで、誘電体基板３の比誘電率と厚さおよび電極の開口部４，５の直径は、共振器領域６０にＴＥ０１０モード誘電体共振器の共振周波数と同一の周波数の信号が入力された時に定在波を生じるように定められる。また、誘電体基板３の厚さと比誘電率は当該平行平板導波管の基本伝搬モードであるＴＥ０１モードの遮断周波数が、ＴＥ０１０モード誘電体共振器の共振周波数より高くなるように定められる。したがって、共振器領域６０を除く誘電体基板３の環状部分は、ＴＥ０１０モード誘電体共振器の共振周波数と同じ周波数を有する信号を減衰させる（遮断する）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように誘電体基板の両主面に、略同一形状の開口部を有する電極を、開口部を対向させて形成するとともに、誘電体基板をその誘電体基板から所定間隔隔てて互いに対向する第１、第２の導体板の間に設けて構成した誘電体共振器においては、電極の開口部のエッジ部でＴＥＭ波が発生し、これが誘電体基板の両主面の電極間を伝搬し、誘電体基板の端面で反射して定在波となって共振する。その電磁界分布は例えば図１１に示すようになる。図１１の（Ａ）は共振器領域６０の中央を通る断面図、（Ｂ）は誘電体基板３の横断面図であり、（Ａ）における矢印は電界、ドット記号およびクロス記号は磁界の分布（向き）をそれぞれ示し、（Ｂ）において破線は磁界、ドット記号およびクロス記号は電界の分布（向き）をそれぞれ示す。
【０００６】
また、誘電体基板に設けた電極の開口部のエッジ部と上下の導体板との間にもＴＥＭ波が発生し、誘電体基板の両主面の電極と第１・第２の導体板との間を伝搬して、誘電体基板の端面と第１・第２の導体板との間で反射して定在波となって共振する。その電磁界分布は例えば図１２に示すように表される。図１２の（Ａ）は共振器領域６０の中央を通る断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線についての横断面図であり、（Ａ）における矢印は電界、ドット記号およびクロス記号は磁界の分布（向き）をそれぞれ示し、（Ｂ）において破線は磁界、ドット記号およびクロス記号は電界の分布（向き）をそれぞれ示す。
【０００７】
このように誘電体基板の両主面の電極間、および誘電体基板の両主面の電極と第１・第２の導体板との間にＴＥＭモードの共振モードが生じると、本来のＴＥ０１０モードの誘電体共振器が上記ＴＥＭモードと結合して無負荷Ｑが劣化したり、帯域通過フィルタを構成した際に、通過帯域外の特性に悪影響を与えることになる。
【０００８】
この発明の目的は、上記ＴＥＭモード等のスプリアスモードによる影響を受けないようにして、上記の課題を解決した誘電体共振器および帯域通過フィルタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の誘電体共振器は、誘電体基板の両主面の電極間に発生するスプリアスモードの波、または誘電体基板の両主面に形成した電極と第１または第２の導体板との間に発生するスプリアスモードの波を抑圧するために、請求項１に記載のとおり、誘電体基板の少なくとも一方の面の電極形成領域に、電極の不連続部からなる複数のスロット部を設ける。
【００１０】
上記スロット部としては、請求項２に記載のとおり、共振器領域を中心として放射状に配置する。また、請求項３に記載のとおり、スロット部は共振器領域を中心としてその共振器領域を多重に囲む位置に配置する。また、請求項４に記載のとおり、スロット部は共振器領域を中心として放射状に配置されたものと、共振器領域を中心としてそれを多重に囲む位置に配置されたものとから構成する。更に、請求項５に記載のとおり、スロット部は格子状に形成する。
【００１１】
ここで、請求項２〜請求項５に係る誘電体共振器の構成例を図１〜図４に示す。図１において（Ａ）は共振器領域６０の中央を通る断面図、（Ｂ）は誘電体基板３の平面図である。図１に示す例では、誘電体基板３の両主面に所定寸法の円形の開口部４，５を有する電極１，２を形成していて、誘電体基板３から所定間隔隔てて互いに対向する第１の導体板７および第２の導体板８を設けている。この構造によって、誘電体基板３の円柱形状部分にＴＥ０１０モード誘電体共振器として作用する共振器領域６０を構成する。誘電体基板３の電極１には、図１の（Ｂ）に示すように、共振器領域を中心として放射状に複数のスロット部１７を配置している。図２〜図４はそれぞれ誘電体基板の平面図であり、図２に示す例では、共振器領域を中心としてその共振器領域を多重に囲む同心円状の複数のスロット部１８を形成している。また、図３に示す例では、共振器領域を中心として放射状に配置したスロット部１７の共振器領域を中心として、それを多重に囲む同心円状のスロット部１８を共に形成している。更に、図４に示す例では、共振器領域の周囲に格子状のスロット部１９を配置している。
【００１２】
図５は上記スロット部における電磁界分布の例を示す図であり、（Ａ）は部分断面図、（Ｂ）は部分斜視図である。（Ａ）において矢印はＴＥＭモードの電界、ドット記号およびクロス記号は磁界の分布（向き）をそれぞれ示し、（Ｂ）において実線の矢印および二点鎖線の矢印は電界、破線の矢印は磁界の分布（向き）をそれぞれ示す。このようにＴＥＭモードが電極の不連続部からなるスロット部でスロットモードに変換されるが、このスロット部の間隙を狭くすれば、これをスロット線路と見なしたときの線路の損失が大きいため、スロットモードが吸収され、結果としてＴＥＭモードなどのスプリアス波が抑圧されることになる。
【００１３】
また、この発明の誘電体共振器は、請求項６に記載のとおり、誘電体基板の少なくとも一方の面の電極形成領域に、電極の不連続部からなる複数のスロット部を設けるとともに、スロット部の上面または下面に電波吸収体を設ける。図６はその構成を示す断面図である。（Ａ）の例では、誘電体基板３の両主面に形成した電極１，２のうち、電極１の形成領域に電極の不連続部からなる複数のスロット部１７を形成するとともに、その上面に電波吸収体層６を設けている。また、（Ｂ）に示す例では、誘電体基板３の上面に電波吸収体層６を形成し、更にその上面に複数の電極不連続部からなる複数のスロット部１７を形成している。このようにスロット部の近傍に電波吸収体を配置したことにより、スロット部においてスロットモードに変換された電磁波のエネルギーは電波吸収体により消費されて、結果的にＴＥＭモードなどのスプリアスモードの波が効果的に抑圧されることになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態である誘電体共振器の構成を図７に示す。図７の（Ａ）は共振器領域の中央を通る縦断面図、（Ｂ）は誘電体基板の平面図である。同図に示すように、誘電体基板３の両主面に円形状の開口部４，５を有する電極１，２を、開口部４，５が対向するように形成して、誘電体基板の中央部に共振器領域６０を形成している。この誘電体基板３を、キャビティを構成する導体ケース１１内に納めて誘電体共振器を構成している。電極１の開口部４の周囲には、図７の（Ｂ）に示すように、共振器領域を中心として放射状に延びる電極の不連続部からなる複数のスロット部１７、および共振器領域を中心として同心円状に電極１の不連続部からなる複数のスロット部１８をそれぞれ形成している。これらの電極不連続部の間隙は例えば０．１μｍ程度と非常に細く形成している。また、図７の（Ａ）で示すように、電極１の上面にはフェライトなどの電波吸収体層６を設けている。尚、図７の（Ａ）においてはスロット部１７，１８の断面形状を示していない。
【００１５】
図７で示した誘電体共振器は、誘電体基板３の電極１，２間に発生するＴＥＭモードなどのスプリアスモードの波はスロット部１７，１８によりスロットモードに変換されるとともに、そのスロット部での損失および電波吸収体層６による損失により吸収される。尚、電極１とこれに対向する導体ケース１１の内面との間に発生するＴＥＭモードなどのスプリアスモードの波も同様に抑圧されるが、この波はスロット部においてのみでなく、スロット部以外の部分においても、電波吸収体層６の作用によってその電磁界エネルギーが吸収されることになる。尚、図７に示した例では、電極２にはスロットおよび電波吸収体層を形成していないが、この部分にも同様にスロット部および電波吸収体層を形成してもよい。
【００１６】
次に、この発明の第２の実施形態に係る誘電体共振器の構成を図８に示す。図８の（Ａ）は共振器領域の中央を通る縦断面図、（Ｂ）は誘電体基板の平面図である。同図に示すように、誘電体基板３の両主面に円形状の開口部４，５を有する電極１，２を、開口部４，５が対向するように設けることによって、誘電体基板の中央部に共振器領域６０を形成している。この誘電体基板３を、キャビティを構成する上部導体ケース１１ａと下部導体ケース１１ｂとの間に納めて誘電体共振器を構成している。電極１の開口部４の周囲には、図８の（Ｂ）に示すように、格子状のスロット部１９を、開口部４の周囲を除いて略全面に形成している。このように共振器領域の近傍にスロット部を設けないことによって、本来のＴＥ０１０モードがスロットモードに変換されないようにして、無負荷Ｑ（Ｑｏ）の低下を防止している。
【００１７】
次に、この発明の第３の実施形態に係る帯域通過フィルタの構成を図９に示す。図９の（Ａ）は複数の共振器領域の中央部を通る縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線についての横断面図である。誘電体基板３の上面には４ａ，４ｂ，４ｃで示す３つの開口部を有する電極１を形成していて、誘電体基板３の下面には５ａ，５ｂ，５ｃで示す３つの開口部を有する電極２を形成している。上部の開口部４ａ，４ｂ，４ｃと下部の開口部５ａ，５ｂ，５ｃは誘電体基板３を挟んで互いに対向していて、これによって３つの共振器領域６０ａ，６０ｂ，６０ｃを構成している。誘電体基板１の上面には１３，１４で示す導体を形成していて、この導体１３，１４と電極１とによって２つのコプレーナガイドを構成している。誘電体基板３の電極１の形成領域には、図９の（Ｂ）に示すように格子状のスロット部１９を形成している。ただし、これらのスロット部１９は、隣接する共振器領域の間および共振器領域とコプレーナガイド用導体１３，１４との間を避けて設けている。また、下部導体ケース１１ｂには同軸コネクタ１５，１６を取り付けていて、その中心導体をコプレーナガイド用導体１３，１４の端部に接続している。この構成によってコネクタ１５−１６間を３段の共振器からなる帯域通過フィルタとして用いる。尚、図９に示した例では、３つの共振器領域を誘電体基板に形成して、その両端の共振器領域による誘電体共振器と結合する信号入力部および信号出力部を設けたが、誘電体共振器の段数を更に多くしてもよく、また逆に単一の共振器領域による誘電体共振器に信号入力部と信号出力部をそれぞれ設けて、１段の共振器からなる帯域通過フィルタを構成することもできる。また、信号入力部および信号出力部はコプレーナガイド以外にスロットラインやマイクロストリップラインで構成することもできる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１〜６に記載の発明によれば、誘電体基板の両主面に設けた電極間に発生する、または誘電体基板の両主面に形成した電極と第１または第２の導体板との間に発生するスプリアスモードの波はスロット部で抑圧され、スプリアスモードの波と共振器領域の共振器との結合がなくなり、誘電体共振器の無負荷Ｑの低下が防止される。
【００１９】
特に、請求項６に記載の発明によれば、スロット部の間隙を比較的広くしても効率的にスプリアス波の吸収が行われるので、スロット部形成のための加工精度が比較的低くても容易に形成できるようになる。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明によれば、誘電体基板の両主面に設けた電極間に発生する、または誘電体基板の両主面に形成した電極と第１または第２の導体板との間に発生するスプリアスモードの波が効果的に抑圧され、帯域通過外特性の悪化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１，２に記載の誘電体共振器の構成例を示す図である。
【図２】請求項３に記載の誘電体共振器の構成例を示す図である。
【図３】請求項４に記載の誘電体共振器の構成例を示す図である。
【図４】請求項５に記載の誘電体共振器の構成例を示す図である。
【図５】スロット部における電磁界分布の例を示す図である。
【図６】請求項６に記載の誘電体共振器の構成例を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る誘電体共振器の構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る誘電体共振器の構成を示す図である。
【図９】第３の実施形態に係る帯域通過フィルタの構成を示す図である。
【図１０】従来の誘電体共振器の構成例およびその電磁界分布の例を示す図である。
【図１１】従来の誘電体共振器におけるＴＥＭ波の電磁界分布の例を示す図である。
【図１２】従来の誘電体共振器におけるＴＥＭ波の電磁界分布の例を示す図である。
【符号の説明】
１，２−電極
３−誘電体基板
４ａ，４ｂ，４ｃ，４，５−開口部
６−電波吸収体層
７−第１の導体板
８−第２の導体板
１１−導体ケース（キャビティ）
１１ａ−上部導体ケース
１１ｂ−下部導体ケース
１２−スペーサ
１３−コプレーナガイド用導体（信号入力部）
１４−コプレーナガイド用導体（信号出力部）
１５，１６−コネクタ
１７，１８，１９−スロット部
６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ−共振器領域

Claims

誘電体基板の両主面に、略同一形状の開口部を有する電極を前記開口部を対向させて形成するとともに、前記誘電体基板を該誘電体基板から所定間隔隔てて互いに対向する第１・第２の導体板の間に設けて、前記誘電体基板の前記開口部を共振器領域とした誘電体共振器において、
前記誘電体基板の少なくとも一方の面の電極形成領域に、電極の不連続部から成る複数のスロット部を設けたことを特徴とする誘電体共振器。
前記スロット部は前記共振器領域を中心として放射状に配置されたものである請求項１に記載の誘電体共振器。
前記スロット部は前記共振器領域を中心として該共振器領域を多重に囲む位置に配置されたものである請求項１に記載の誘電体共振器。
前記スロット部は前記共振器領域を中心として放射状に配置されたものと、前記共振器領域を中心として該共振器領域を多重に囲む位置に配置されたものとから成る請求項１に記載の誘電体共振器。
前記スロット部は格子状に形成されたものである請求項１に記載の誘電体共振器。
誘電体基板の両主面に、略同一形状の開口部を有する電極を前記開口部を対向させて形成するとともに、前記誘電体基板を該誘電体基板から所定間隔隔てて互いに対向する第１・第２の導体板の間に設けて、前記誘電体基板の前記開口部を共振器領域とした誘電体共振器において、
前記誘電体基板の少なくとも一方の面の電極形成領域に、電極の不連続部から成る複数のスロット部を設けるとともに、該スロット部の上面または下面に電波吸収体を設けたことを特徴とする誘電体共振器。
請求項１〜６のいずれかに記載の誘電体共振器と、前記共振器領域の電磁界に結合する信号入力部および信号出力部とを備えて成る帯域通過フィルタ。