JP3633520B2 - 共振器装置、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の共振器を備えた共振器装置、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯において比較的大電力を扱う共振器として、空洞共振器や半同軸共振器が用いられていた。半同軸共振器は同軸型空洞共振器とも呼ばれ、Ｑが比較的高く、空洞共振器に比べて小型になるので、フィルタなどを構成する際の小型化に有効であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば携帯電話などの、セルラー方式の移動体通信システムにおいては、マイクロセル化に伴って、基地局に設けるフィルタには益々小型化が要求されるようになっている。
【０００４】
上記半同軸共振器を用いて共振器を多段化する場合、その段数分の共振器が必要となって、フィルタ全体のサイズが大きくなるという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、半同軸共振器または同軸共振器の構造を一部に採りながら、共振器の段数を増やした場合にも、全体に小型に構成できるようにし、且つ特に半同軸共振器のモードであるＴＥＭモードと、別の共振モードであるＴＭモードとの結合を容易にとるようにして、所定の結合度で共振器間を結合させた多重モードの共振器装置、フィルタ、デュプレクサおよびそれらを用いた通信装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の共振器装置は、導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、その誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの磁界が強く、且つ他方の結合モードの磁界が弱い箇所について導電体部材を付与または除去することにより構成する。
【０００７】
また、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの電界が強く、且つ他方の結合モードの電界が弱い箇所について誘電体部材もしくは導電体部材を付与または除去することにより構成する。
【０００８】
これらの構造により、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードによる２つの結合モードの共振周波数に差を生じさせて、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを結合させる。
【０００９】
また、この発明の共振器装置は、導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、その誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの電界ベクトルの重なりの大きな箇所について誘電体部材もしくは導電体部材を付与または除去することにより構成する。
【００１０】
また、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの磁界ベクトルの重なりの大きな箇所について導電体部材もしくは磁性体部材を付与または除去することにより構成する。
この構造により、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを結合させる。
【００１１】
また、この発明の共振器は、前記誘電体コアの略中央に前記孔を設け、前記導電体棒が挿通する孔を設け、前記導電体棒の中心が前記孔の中心からずれるように、当該導電体棒を配置することによって、前記導電体部材の付与および除去を行う。
また、この発明の共振器は、前記導電体棒を、前記キャビティの略中央に配置し、前記孔の中心が前記導電体棒の中心からずれるように前記誘電体コアに設けることによって、前記誘電体部材の付与および除去を行う。
【００１２】
このようにして、導電体棒の配置または導電体棒が通る孔の配置によって、前記準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを結合させる。
【００１３】
また、この発明の共振器装置は、前記準ＴＭモードを、前記誘電体コアに対して互いに直交方向に電界が向く２重モードの準ＴＭモード共振器とする。これにより２重の準ＴＭモードと準ＴＥＭモードとによる３重の共振器からなる共振器装置を構成する。
【００１４】
この発明の共振器装置は、前記導電体部材を、前記導電体棒の軸方向から見て、誘電体コアに重なる位置で、且つキャビティの内面に設ける。これにより、結合用の導電体部材の取付構造または配置構造を簡単にして製造を容易とする。
【００１５】
また、この発明の共振器装置は、前記導電体部材をキャビティと一体成形により設ける。これによりその製造を容易とする。
【００１６】
また、この発明の共振器装置は、前記導電体部材をキャビティの外部から内部へ挿入量を可変とした金属ネジで構成する。これにより、導電体部材による結合調整を回転操作により容易に行えるようにする。
【００１７】
この発明のフィルタは、上記いずれかの構成からなる共振器装置に、前記共振モードのうち所定の共振モードに結合して信号の入出力を行う入出力導体を設けて構成する。
【００１８】
この発明のデュプレクサは、上記フィルタを２組設け、第１のフィルタの入力ポートを送信信号入力ポートとし、第２のフィルタの出力ポートを受信信号出力ポートとし、第１と第２のフィルタの共用の入出力ポートをアンテナポートとして構成する。
【００１９】
この発明の通信装置は、上記フィルタまたはデュプレクサを設けて構成する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係るフィルタ装置の構成を、図１〜図６を参照して説明する。
図１は２重モード共振器の構成を示す断面図である。図１において、２はキャビティ本体１の開口部を覆うキャビティ蓋であり、その中央部に、導体棒４の先端とキャビティ蓋の内面との間隙を所定長にして共振周波数を調整するための周波数調整用ネジ１６を設けている。
【００２１】
誘電体コア３の長手方向の両端面はキャビティ本体１の内壁面に接合している。例えば、誘電体コア３の両端面にＡｇ電極をメタライズしておき、誘電体コア３がキャビティの空間内の中央に位置するように、キャビティ本体１の内壁面に半田付けすることにより接続している。キャビティ本体１およびキャビティ蓋２は、金属材料の鋳造または切削加工により作成するか、セラミックや樹脂に導体膜を形成することにより構成する。
【００２２】
キャビティ本体１の内底面の所定位置には、結合調整用ブロック１７を設けている。この結合調整用ブロック１７はキャビティ本体１に一体成型により形成してもよいし、直方体形状の金属ブロックをネジ止め固定してもよい。この結合調整用ブロック１７の存在により、後述するＴＥＭモードとＴＭモードとの結合量を調整する。また、誘電体コア３には結合調整用孔ｈを形成している。キャビティ外部からこの結合調整用孔ｈに対して誘電体棒を挿入し、その挿入量によってＴＥＭモードとＴＭモードとの結合量を調整する。
【００２３】
図２は、２重モード共振器における各モードの電磁界分布の例を示している。図中、実線の矢印は電界ベクトル、破線の矢印は磁界ベクトルをそれぞれ示している。（Ａ）は誘電体コア３とキャビティによるＴＭモードの電磁界分布である。このモードでは、誘電体コア３の長手方向に電界ベクトルが向き、誘電体コア３の長手方向に垂直な面に磁界ベクトルがループを描く。ここでは、誘電体コアが直方体形状であるが、モードの表記としては円柱座標系を採り、ｈを伝搬方向、θを伝搬方向に垂直な面の面内周回方向、ｒを伝搬方向に垂直な面の面内の放射（半径）方向にそれぞれとって、それぞれの電界強度分布の波の数を、ＴＭθｒｈの順に表すものとする。したがって、このモードはＴＭ０１０モードと表される。但し、この例では、通常のＴＭ０１０モードとは異なり、誘電体コアが円柱ではなく、また誘電体コア３の中央部に導体棒４が存在するため、このモードはＴＭ０１０モードに準じた、準ＴＭモードとなる。以下、このモードを単に「ＴＭモード」という。
【００２４】
図２の（Ｂ）は、キャビティと導体棒による半同軸共振器の上面図、（Ｃ）はその正面図である。このモードは、導体棒からキャビティの内壁面への放射方向に電界ベクトルが向き、導体棒を中心としてその周回方向に磁界ベクトルがループを描くＴＥＭモードである。但し、通常の半同軸共振器とは異なり、誘電体コア３が装荷されているので、また導体棒４の頂部とキャビティの天面との間にギャップが存在するため、ＴＥＭモードに準じた、準ＴＥＭモードとなる。以下、このモードを単に「ＴＥＭモード」という。
【００２５】
図３は、図１および図２に示したＴＭモードとＴＥＭモードとによる２つの結合モードの磁界分布の例を示している。
ここで、（Ａ）に示す第１結合モードは、導電体棒４の上部から軸方向に見たときに、ＴＥＭモードの磁界が反時計方向に回り、且つＴＭモードの磁界が誘電体コア３の下部において右方向を向いているときの、ＴＥＭモードとＴＭモードとの合成モードである。（Ｂ）の第２結合モードは、ＴＥＭモードの磁界が時計方向に回り、且つＴＭモードの磁界が誘電体コア３の下部において右方向を向いているときの、ＴＥＭモードとＴＭモードとの合成モードである。
【００２６】
図３に示すようにＴＥＭモードとＴＭモードの２つの共振モードによる２つの結合モードについて、一方の結合モード（第１結合モード）で磁界が弱く、他方の結合モード（第２結合モード）で磁界が強い部分に、結合調整用ブロック１７を設けている。これにより、第１結合モードの共振周波数をほとんど上げることなく、第２結合モードの共振周波数を上げて、ＴＥＭモードとＴＭモードとをより強く結合させる。その結合量は、２つの結合モードの共振周波数のずれの大きさにより、すなわち結合調整用ブロック１７の大きさにより定める。
【００２７】
図４は、上記結合調整用ブロック１７の長さＥ６と上記２つの共振モード間の結合係数ｋ１２との関係を示している。このように結合調整用ブロック１７の長さＥ６を長くする程、上記２つの共振モードの結合係数を高めることができる。
【００２８】
したがって、所定の結合係数が得られるように、結合調整用ブロック１７の大きさを定めればよい。ただし、共振器装置を組み立てた状態で外部から結合係数を調整するためには、図１に示したように、キャビティ内部への結合調整用部材の挿入量を可変とした金属ネジ７を設ける。ここで、図１に示した例では、導電体棒４を挟んで結合調整用ブロック１７と対向する位置に設けているため、金属ネジ７のキャビティ内部への挿入量を増す程、結合調整用ブロック１７を設けた効果を打ち消す方向に作用する。したがって、結合調整用ブロック１７を、あらかじめ大きな結合係数を得るように大きさを定めておき、金属ネジ７の挿入により、結合係数を減少方向へ調整すればよい。
【００２９】
また、図１において結合調整用ブロック１７を配置する代わりに、その位置に、キャビティ外部からキャビティ内部へ金属ネジを挿入するように構成すれば、金属ネジの挿入量を増す程、結合係数を高めることができる。
【００３０】
図５は、上記２つのモードを結合させるための構造の例を示している。ここではキャビティ蓋を被せる前の上面図として示している。ＴＥＭモードの電界ベクトルＥＴＥＭ は導体棒４から放射方向に向き、ＴＭモードの電界ベクトルＥＴＭは誘電体コア３の長手方向を向くため、誘電体コア３の長手方向の一方の端部から中央部（導体棒４部分）までの電界強度と、他方の端部から中央部までの電界強度とのバランスを崩すことによって両モードを結合させる。すなわち、図中のｈは結合調整用孔であり、この結合調整用孔ｈを設けることにより、その付近の電界強度の対称性が失われ、これによりＴＥＭモードとＴＭモードとが結合する。そして結合調整用孔ｈの大きさ（内径または深さ）によって、またはこの結合調整用孔ｈに対する誘電体棒の挿入量によって結合量を定める。
【００３１】
次に、第２の実施形態として、３段の共振器を備えた共振器装置について、図６〜図９を参照して説明する。
図６は、ＴＭ２重モードとＴＥＭモードとを合わせて、３重モードの共振モードを利用した共振器装置の斜視図である。図６において、１はキャビティ本体であるが、この図６においては、その内面の輪郭を２点鎖点で示している。誘電体コア３は、２つの角柱状の誘電体コアを直交させて全体に十字形状にしたものであり、中央に導電体棒４が通る円筒形状の孔を形成している。
【００３２】
図６の（Ａ）に示した例では、図３に示した１重モードのＴＭモードとＴＥＭモードとの結合の場合と同様に、ＴＭｘモードとＴＥＭモードとの２つの結合モードについて、一方の結合モードで磁界が弱く、他方の結合モードで磁界が強い部分に、結合調整用ブロック１７を設けている。これにより、２つの結合モードの共振周波数に差を生じさせて、ＴＥＭモードとＴＭモードとを結合させている。
【００３３】
また、ＴＭｘモードの電界ベクトルとＴＥＭモードの電界ベクトルとの重なりの大きな箇所（導電体棒４を挟んで対称位置に生じる２箇所）のうち一方に結合調整用孔ｈ２を設けているので、このｈ２によっても、ＴＭｘモードとＴＥＭモードとを結合させている。
【００３４】
ＴＭｘモードとＴＭｙモードの２つの結合モード（偶モードと奇モード）については、この２つの共振周波数に差を生じさせるように、結合調整用溝ｈ３を設けている。このｈ３によって、ＴＭｘモードとＴＭｙモードとを結合させている。
【００３５】
結合ループ１０ｂはＴＭｙモードに磁界結合し、結合ループ１０ａはＴＥＭモードに磁界結合する。したがって、１０ａ→ＴＥＭモード→ＴＭｘモード→ＴＭｙモード→１０ｂの順に、３つの共振モードが結合する。これにより３段の共振器からなる共振器装置として作用する。
【００３６】
図６の（Ｂ）に示した例では、（Ａ）に示した場合と同様に、結合調整用ブロック１７および結合調整用孔ｈ１によって、ＴＭｘモードとＴＥＭモードとが結合している。また、ＴＭｙモードとＴＥＭモードの電界ベクトルの重なりの大きな２箇所（導電体棒４を挟む対向位置にある２箇所）のうち、一方に結合調整用孔ｈ１を形成している。これにより、ＴＭｙモードとＴＥＭモードとを結合させている。
【００３７】
結合ループ１０ａはＴＭｘモードと磁界結合し、結合ループ１０ｂはＴＭｙモードの磁界と結合する。したがって、１０ａ→ＴＭｙモード→ＴＥＭモード→ＴＭｘモード→１０ｂの順に、３つの共振器が結合する。これにより３段の共振器からなる共振器装置として作用する。
【００３８】
図７〜９は、ＴＥＭモードとＴＭモードの磁界分布および両モードの結合モードの磁界分布についてシミュレーションした結果を示している。このときの各モードの結合順序は、図６（Ｂ）に示したように、ＴＭｘ−ＴＥＭ−ＴＭｙの順である。
【００３９】
また、ＴＭｙ−ＴＥＭの結合は、図６（Ｂ）に示すような孔ｈｌを設けるのではなく、誘電体コア幅Ｗｙ２を一部細くして、電界のバランスを崩すことによって結合をとっている。図７は、ＴＥＭモードと結合したＴＭｘモード、図８は、ＴＭｙモードとＴＥＭモードとの第１の結合モード、図９は、ＴＭｙモードとＴＥＭモードとの第２の結合モードを示している。
【００４０】
図７において、（Ａ）はｙ軸を左右方向、ｘ軸を前後方向、ｚ軸を上下方向にとっている。また、（Ｂ）はｘ軸を左右方向、ｙ軸を前後方向、ｚ軸を上下方向にとっている。図８および図９において、（Ａ）はｙ軸を左右方向、ｚ軸を前後方向、ｘ軸を上下方向にとっている。また、（Ｂ）はｘ軸を左右方向、ｙ軸を前後方向、ｚ軸を上下方向にとっている。
【００４１】
図７の（Ｂ）、図８の（Ｂ）および図９の（Ｂ）を対比すれば明らかなように、結合調整ブロック１７の位置で、ＴＭｙモードとＴＥＭモードとの第１・第２の結合モードは、それぞれ磁界が弱く、且つそれらの磁界に対して平行に結合調整ブロックが存在する。一方、ＴＥＭモードと結合したＴＭｘモードは、結合調整ブロックの位置で磁界が強く、且つそれに対して垂直に存在する。このため、結合ブロック１７は、「図７のＴＥＭモードと結合したＴＭｘモード」のみに影響を与え、他の二つのモードには殆ど影響を与えない。このことにより、この共振器を用いたフィルタの、或る特定の結合モードの調整を独立して容易に行うことができる。
【００４２】
次に、第３の実施形態としてフィルタ装置の構成を、図１０を参照して説明する。
図１０において、ＲＷａ，ＲＷｂは、それぞれＴＭモードとＴＥＭモードの２重モード共振器である。これらの共振器装置の基本構成は図１および図２に示したものと同様である。８ａ，８ｂはそれぞれ同軸コネクタであり、それらの中心導体に結合ループ９ａ，９ｂを接続している。結合ループ１０ａｂは、２重モード共振器ＲＷａとＲＷｂのそれぞれのＴＥＭモードの磁界に結合する。したがって、この結合ループ１０ａｂを介して２つのＴＥＭモード同士が結合する。結合調整用ブロック１７ａ，１７ｂは２重モード共振器ＲＷａ，ＲＷｂのＴＭモードとＴＥＭモードとをそれぞれ結合させる。また、結合調整用孔ｈａ，ｈｂは、２重モード共振器ＲＷａ，ＲＷｂのＴＭモードとＴＥＭモードとの結合調整用の孔であり、キャビティ外部からこの孔内に誘電体棒を挿入することにより、その挿入量に応じて両モードの結合係数を調整自在としている。
このようにして４段の共振器からなる帯域通過型フィルタとして作用する。
【００４３】
次に、第４の実施形態に係るデュプレクサの構成を図１１を参照して説明する。
図１１において、キャビティ本体１および誘電体コア３部分の構成は図６の（Ｂ）に示したものと同様であり、これを２組設けている。図１１において１０ｔｘは、送信信号入力部としての結合ループであり、同軸コネクタ８ｔｘの中心導体とキャビティ蓋（図１１には表れていない。）との間に接続している。また、１０ｒｘは受信信号出力部としての結合ループであり、同軸コネクタ８ｒｘの中心導体とキャビティ蓋との間に接続している。１０ａｎｔはアンテナ接続部としての結合ループであり、その両端をキャビティ蓋に接続し、所定位置に同軸コネクタ８ａｎｔの中心導体を接続している。
【００４４】
このような構成であるため、図１１における左半部は、１０ｔｘ→ＴＭｘ→ＴＥＭ→ＴＭｙ→１０ａｎｔの順に３段の共振器が結合してなる、帯域通過特性を示す送信フィルタとして作用する。
【００４５】
また、図１１の右半部は、１０ａｎｔ→ＴＭｙ→ＴＥＭ→ＴＭｘ→１０ｒｘの順に３段の共振器が結合してなる、帯域通過特性を示す受信フィルタとして作用する。
【００４６】
次に、第５の実施形態に係る２重モード共振器の構成を図１２〜図１４を参照して説明する。
図１２の（Ａ）はキャビティ蓋を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は導電体棒の中心軸を通る面での縦断面図である。図１に示した装置と異なり、この例では誘電体コア３に結合調整用孔ｈを設けることなく、またキャビティ内に結合調整用ブロック１７を設けることなく、ＴＥＭモードとＴＭモードとを結合させている。
【００４７】
すなわち、この例では、導電体棒４が挿通する孔５を、誘電体コア３の中央（キャビティ１の中央）に設け、導電体棒４を、その中心が孔５の中心からずれるように配置している。その他の構成は図１に示したものと同様である。破線は導電体棒４が孔５と同心位置にある状態を示している。このことは、孔の中心に配置した導電体棒のａで示す部分を除去し、ｂで示す部分へ付与したことと等価である。
【００４８】
図１３は各モードの電界分布の例を示している。（Ａ）は、導電体棒４とキャビティ１とによるＴＥＭモードの電界分布、および誘電体コア３とキャビティ１とによるＴＭモードの電界分布について示している。（Ｂ）はＴＥＭモードとＴＭモードの和のモードである第１の結合モードの電界分布、（Ｃ）はＴＥＭモードとＴＭモードの差のモードである第２の結合モードの電界分布をそれぞれ示している。
【００４９】
このように、導電体棒４の中心とそれが通る孔５の中心とが相対的にずれているため、２つの結合モードの電界分布に対する、誘電体コアに設けた孔５の摂動量に差が生じる。その結果、結合モードの周波数に差が生じ、ＴＭモードとＴＥＭモードとの結合が生じる。図１３に示した例では、導電体棒４が孔５の中心にある場合に比べて、第１の結合モードの周波数が低くなり、第２の結合モードの周波数が高くなる。
【００５０】
図１４は、誘電体コアに設けた孔５の中心に対する導電体棒４の中心のずれ量と上記結合係数との関係を示している。誘電体コアに設けた孔５の中心と導電体棒４の中心とが等しければ、すなわちずれ量が０であれば、ＴＭモードとＴＥＭモードとの結合係数は０である。導電体棒のずれ量が増せば、それに伴って結合係数は大きくなる。したがって、誘電体コアに対する、またはキャビティ内における導電体棒の位置を定めることによって、ＴＭモードとＴＥＭモード間の結合係数を定めることができる。
【００５１】
次に、第６の実施形態に係る２重モード共振器の構成を図１５〜図１７を参照して説明する。
図１５の（Ａ）はキャビティ蓋を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は導電体棒の中心軸を通る面での縦断面図である。この例でも、図１に示した装置と異なり、誘電体コア３に結合調整用孔ｈを設けることなく、またキャビティ内に結合調整用ブロック１７を設けることなく、ＴＥＭモードとＴＭモードとを結合させている。
【００５２】
すなわち、この例では、導電体棒４をキャビティ１の中央に設け、孔５を、その中心が導電体棒４の中心からずれるように形成している。その他の構成は図１に示したものと同様である。破線は孔５が導電体棒４と同心位置にある状態を示している。この構造は、中央に配置した孔のｂで示す部分を除去し、ａで示す部分へ付与したことと等価である。
【００５３】
図１６は各モードの電界分布の例を示している。（Ａ）は、ＴＥＭモードとＴＭモードの電界分布について示している。（Ｂ）はＴＥＭモードとＴＭモードの和のモードである第１の結合モードの電界分布、（Ｃ）はＴＥＭモードとＴＭモードの差のモードである第２の結合モードの電界分布をそれぞれ示している。
【００５４】
このように、導電体棒４の中心とそれが通る孔５の中心とが相対的にずれているため、２つの結合モードの電界分布に対する、誘電体コアに設けた孔５の摂動量に差が生じる。その結果、結合モードの周波数に差が生じ、ＴＭモードとＴＥＭモードとの結合が生じる。図１６に示した例では、孔５が導電体棒４と同心にある場合に比べて、第１の結合モードの周波数が高くなり、第２の結合モードの周波数が低くなる。
【００５５】
図１７は、導電体棒４の中心に対する孔５の中心のずれ量と上記結合係数との関係を示している。誘電体コアに設けた孔５の中心と導電体棒４の中心とが等しければ、すなわちずれ量が０であれば、ＴＭモードとＴＥＭモードとの結合係数は０である。孔５のずれ量が増せば、それに伴って結合係数は大きくなる。したがって、導電体棒４に対する孔５の位置を定めることによって、ＴＭモードとＴＥＭモード間の結合係数を定めることができる。
【００５６】
次に、第７の実施形態に係る共振器装置の構成を図１８および図１９を参照して説明する。
この共振器装置は、ｘ軸方向に延びる部分とｙ軸方向に延びる部分を有する十字型の誘電体コア３を設け、その中央部に導電体棒４が挿通する孔５を設けている。これによりＴＭｘモード，ＴＭｙモードおよびＴＥＭモードの３つのモードを利用可能としている。
【００５７】
図１９は上記３つのモードについての電界分布の例を示している。誘電体コア３の中央に孔５を設け、且つ導電体棒４を孔５と同心とすれば、これらの３つのモードの電界分布は対称となるので、互いに結合しない。しかし、図１８に示したように、導電体棒４をｘ軸方向に中心から所定量だけずらすことによって、上述した２重モードの共振器装置の場合と同様に、ＴＭｘモード−ＴＥＭモード間の結合が生じ、また、導電体棒４のｙ軸方向のずれによって、ＴＭｙ−ＴＥＭモード間の結合が生じる。
【００５８】
なお、導電体棒４の中心が孔５の中心からｘ軸方向とｙ軸方向の両方へずれることによって、ＴＭｘモードとＴＭｙモードとの２つの結合モードの持つ電界分布に対して摂動が加わるため、ＴＭｘモードとＴＭｙモード間の結合が生じる、もしこの２つのＴＭモード間の結合が不要であれば、その結合をキャンセルするために、ａで示す部分の誘電体を所定量だけ切削すればよい。
【００５９】
次に、第８の実施形態に係る共振器装置の構成を図２０を参照して説明する。
【００６０】
図１８に示した例では、誘電体コア３の中央に孔５を形成したが、この例では、誘電体コア３の中央（キャビティ１の中央）に導電体棒４を配置し、孔５の中心が導電体棒４の中心からずれるように孔５を形成している。この場合にも、孔５のｘ軸方向のずれによってＴＭｘ−ＴＥＭモード間の結合量が定められ、孔５のｙ軸方向のずれによってＴＭｙ−ＴＥＭモード間の結合量が定められる。なお、この場合にも、コア３に対する孔５のｘ軸方向とｙ軸方向のずれによって、ＴＭｘ−ＴＭｙモード間の結合が生じるが、ＴＭｘ−ＴＭｙモード間の２つの結合モードの持つ電界分布の平衡をとるように、例えばａで示す部分の誘電体を所定量切削することによって、ＴＭｘ−ＴＭｙモード間の結合を回避することができる。
【００６１】
なお、図１２〜図２０に示した例では、誘電体コアに設けた孔と導電体棒との相対位置関係によってＴＥＭモードとＴＭモードとを結合させるようにしたが、先の各実施形態で示した、所定モード間を結合させるための構造と組み合わせてもよい。
【００６２】
図２１は、上記送受共用器（デュプレクサ）を用いた第９の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。このように、送信フィルタの入力ポートに送信回路、受信フィルタの出力ポートに受信回路をそれぞれ接続し、デュプレクサの入出力ポートにアンテナを接続することによって、通信装置の高周波部を構成する。
【００６３】
なお、その他にダイプレクサ、マルチプレクサ、合成器、分配器等の回路素子を上記誘電体共振器装置で構成して、これらの回路素子を用いて通信装置を構成することにより、小型の通信装置が得られる。
【００６４】
【発明の効果】
この発明によれば、導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、その誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの磁界が強く、且つ他方の結合モードの磁界が弱い箇所について導電体部材を付与または除去することにより、
また、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの電界が強く、且つ他方の結合モードの電界が弱い箇所について誘電体部材もしくは導電体部材を付与または除去することにより、
全体の構成が複雑にならずに、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを所定の強度で結合させることができる。
【００６５】
また、この発明によれば、導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、その誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの電界ベクトルの重なりの大きな箇所について誘電体部材もしくは導電体部材を付与または除去することにより、
また、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの磁界ベクトルの重なりの大きな箇所について導電体部材もしくは磁性体部材を付与または除去することにより、
全体の構成が複雑にならずに、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを所定の強度で結合させることができる。
【００６６】
また、この発明によれば、前記誘電体コアの略中央に前記孔を設け、前記導電体棒が挿通する孔を設け、導電体棒の中心が孔の中心からずれるように、当該導電体棒を配置したことによって、
または、前記導電体棒を、前記キャビティの略中央に配置し、前記孔の中心が前記導電体棒の中心からずれるように、前記誘電体コアに設けることによって、
結合のための特別な部材を設けたり、実質的な削除を行うことなく、導電体棒の配置または導電体棒が通る孔の配置のみによっても、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを容易に結合させることができる。
【００６７】
また、この発明によれば、準ＴＭモードを、誘電体コアに対して互いに直交方向に電界が向く２重モードの準ＴＭモード共振器とすることにより、２重の準ＴＭモードと準ＴＥＭモードとによる３重の共振器を備えることになり、全体により小型な共振器装置が構成できる。
【００６８】
この発明によれば、前記導電体部材を、前記導電体棒の軸方向から見て、誘電体コアに重なる位置で、且つキャビティの内面に設けることにより、結合用導電体部材の取付構造または配置構造が簡単となり、製造が容易となる。
【００６９】
また、この発明によれば、前記導電体部材をキャビティと一体成形により設けることにより、その製造が容易となる。
【００７０】
また、この発明によれば、前記導電体部材をキャビティの外部から内部へ挿入量を可変とした金属ネジで構成することにより、導電体部材による結合調整を回転操作により容易に行えるようになる。
【００７１】
この発明によれば、上記の効果を奏するフィルタを容易に構成することができる。
【００７２】
また、この発明によれば、上記の効果を奏するデュプレクサを容易に構成することができる。
【００７３】
さらに、この発明によれば、上記効果を奏する通信装置を容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る共振器装置の構成を示す断面図
【図２】同共振器装置における２重モード共振器の各共振モードの電磁界分布の例を示す図
【図３】同２重モード共振器における２つの結合モードの磁界分布を示す図
【図４】結合調整用ブロックの長さとＴＭモード−ＴＥＭモード間の結合係数間の関係を示す図
【図５】２重モード共振器における２つの共振モードの結合について示す図
【図６】第２の実施形態に係る３重モード共振器の構成を示す図
【図７】同３重モード共振器におけるＴＭモードの磁界分布を示す図
【図８】同３重モード共振器における第１結合モードの磁界分布を示す図
【図９】同３重モード共振器における第２結合モードの磁界分布を示す図
【図１０】第３の実施形態に係るフィルタ装置の構成を示す図
【図１１】第４の実施形態に係るデュプレクサの構成を示す図
【図１２】第５の実施形態に係る共振器装置の構成を示す図
【図１３】同共振器装置における各共振モードの電界分布の例を示す図
【図１４】同共振器装置における導電体棒のずれ量と結合係数との関係を示す図
【図１５】第６の実施形態に係る共振器装置の構成を示す図
【図１６】同共振器装置における各共振モードの電界分布の例を示す図
【図１７】同共振器装置における孔のずれ量と結合係数との関係を示す図
【図１８】第７の実施形態に係る共振器装置の構成を示す図
【図１９】同共振器装置における３つの共振モードの電界分布の例を示す図
【図２０】第８の実施形態に係る共振器装置の構成を示す図
【図２１】第９の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１−キャビティ本体
２−キャビティ蓋
３−誘電体コア
４−導電体棒
５−孔
７−金属ネジ
８−同軸コネクタ
９，１０−結合ループ
１６−周波数調整用ネジ
１７−結合調整用ブロック
ｈ−結合調整用孔（溝）
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の共振器を備えた共振器装置、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯において比較的大電力を扱う共振器として、空洞共振器や半同軸共振器が用いられていた。半同軸共振器は同軸型空洞共振器とも呼ばれ、Ｑが比較的高く、空洞共振器に比べて小型になるので、フィルタなどを構成する際の小型化に有効であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば携帯電話などの、セルラー方式の移動体通信システムにおいては、マイクロセル化に伴って、基地局に設けるフィルタには益々小型化が要求されるようになっている。
【０００４】
上記半同軸共振器を用いて共振器を多段化する場合、その段数分の共振器が必要となって、フィルタ全体のサイズが大きくなるという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、半同軸共振器または同軸共振器の構造を一部に採りながら、共振器の段数を増やした場合にも、全体に小型に構成できるようにし、且つ特に半同軸共振器のモードであるＴＥＭモードと、別の共振モードであるＴＭモードとの結合を容易にとるようにして、所定の結合度で共振器間を結合させた多重モードの共振器装置、フィルタ、デュプレクサおよびそれらを用いた通信装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の共振器装置は、導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、その誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの磁界が強く、且つ他方の結合モードの磁界が弱い箇所について導電体部材を付与または除去することにより構成する。
【０００７】
また、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの電界が強く、且つ他方の結合モードの電界が弱い箇所について誘電体部材もしくは導電体部材を付与または除去することにより構成する。
【０００８】
これらの構造により、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードによる２つの結合モードの共振周波数に差を生じさせて、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを結合させる。
【０００９】
また、この発明の共振器装置は、導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、その誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの電界ベクトルの重なりの大きな箇所について誘電体部材もしくは導電体部材を付与または除去することにより構成する。
【００１０】
また、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの磁界ベクトルの重なりの大きな箇所について導電体部材もしくは磁性体部材を付与または除去することにより構成する。
この構造により、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを結合させる。
【００１１】
また、この発明の共振器は、前記誘電体コアの略中央に前記孔を設け、前記導電体棒が挿通する孔を設け、前記導電体棒の中心が前記孔の中心からずれるように、当該導電体棒を配置することによって、前記導電体部材の付与および除去を行う。
また、この発明の共振器は、前記導電体棒を、前記キャビティの略中央に配置し、前記孔の中心が前記導電体棒の中心からずれるように前記誘電体コアに設けることによって、前記誘電体部材の付与および除去を行う。
【００１２】
このようにして、導電体棒の配置または導電体棒が通る孔の配置によって、前記準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを結合させる。
【００１３】
また、この発明の共振器装置は、前記準ＴＭモードを、前記誘電体コアに対して互いに直交方向に電界が向く２重モードの準ＴＭモード共振器とする。これにより２重の準ＴＭモードと準ＴＥＭモードとによる３重の共振器からなる共振器装置を構成する。
【００１４】
この発明の共振器装置は、前記導電体部材を、前記導電体棒の軸方向から見て、誘電体コアに重なる位置で、且つキャビティの内面に設ける。これにより、結合用の導電体部材の取付構造または配置構造を簡単にして製造を容易とする。
【００１５】
また、この発明の共振器装置は、前記導電体部材をキャビティと一体成形により設ける。これによりその製造を容易とする。
【００１６】
また、この発明の共振器装置は、前記導電体部材をキャビティの外部から内部へ挿入量を可変とした金属ネジで構成する。これにより、導電体部材による結合調整を回転操作により容易に行えるようにする。
【００１７】
この発明のフィルタは、上記いずれかの構成からなる共振器装置に、前記共振モードのうち所定の共振モードに結合して信号の入出力を行う入出力導体を設けて構成する。
【００１８】
この発明のデュプレクサは、上記フィルタを２組設け、第１のフィルタの入力ポートを送信信号入力ポートとし、第２のフィルタの出力ポートを受信信号出力ポートとし、第１と第２のフィルタの共用の入出力ポートをアンテナポートとして構成する。
【００１９】
この発明の通信装置は、上記フィルタまたはデュプレクサを設けて構成する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係るフィルタ装置の構成を、図１〜図６を参照して説明する。
図１は２重モード共振器の構成を示す断面図である。図１において、２はキャビティ本体１の開口部を覆うキャビティ蓋であり、その中央部に、導体棒４の先端とキャビティ蓋の内面との間隙を所定長にして共振周波数を調整するための周波数調整用ネジ１６を設けている。
【００２１】
誘電体コア３の長手方向の両端面はキャビティ本体１の内壁面に接合している。例えば、誘電体コア３の両端面にＡｇ電極をメタライズしておき、誘電体コア３がキャビティの空間内の中央に位置するように、キャビティ本体１の内壁面に半田付けすることにより接続している。キャビティ本体１およびキャビティ蓋２は、金属材料の鋳造または切削加工により作成するか、セラミックや樹脂に導体膜を形成することにより構成する。
【００２２】
キャビティ本体１の内底面の所定位置には、結合調整用ブロック１７を設けている。この結合調整用ブロック１７はキャビティ本体１に一体成型により形成してもよいし、直方体形状の金属ブロックをネジ止め固定してもよい。この結合調整用ブロック１７の存在により、後述するＴＥＭモードとＴＭモードとの結合量を調整する。また、誘電体コア３には結合調整用孔ｈを形成している。キャビティ外部からこの結合調整用孔ｈに対して誘電体棒を挿入し、その挿入量によってＴＥＭモードとＴＭモードとの結合量を調整する。
【００２３】
図２は、２重モード共振器における各モードの電磁界分布の例を示している。図中、実線の矢印は電界ベクトル、破線の矢印は磁界ベクトルをそれぞれ示している。（Ａ）は誘電体コア３とキャビティによるＴＭモードの電磁界分布である。このモードでは、誘電体コア３の長手方向に電界ベクトルが向き、誘電体コア３の長手方向に垂直な面に磁界ベクトルがループを描く。ここでは、誘電体コアが直方体形状であるが、モードの表記としては円柱座標系を採り、ｈを伝搬方向、θを伝搬方向に垂直な面の面内周回方向、ｒを伝搬方向に垂直な面の面内の放射（半径）方向にそれぞれとって、それぞれの電界強度分布の波の数を、ＴＭθｒｈの順に表すものとする。したがって、このモードはＴＭ０１０モードと表される。但し、この例では、通常のＴＭ０１０モードとは異なり、誘電体コアが円柱ではなく、また誘電体コア３の中央部に導体棒４が存在するため、このモードはＴＭ０１０モードに準じた、準ＴＭモードとなる。以下、このモードを単に「ＴＭモード」という。
【００２４】
図２の（Ｂ）は、キャビティと導体棒による半同軸共振器の上面図、（Ｃ）はその正面図である。このモードは、導体棒からキャビティの内壁面への放射方向に電界ベクトルが向き、導体棒を中心としてその周回方向に磁界ベクトルがループを描くＴＥＭモードである。但し、通常の半同軸共振器とは異なり、誘電体コア３が装荷されているので、また導体棒４の頂部とキャビティの天面との間にギャップが存在するため、ＴＥＭモードに準じた、準ＴＥＭモードとなる。以下、このモードを単に「ＴＥＭモード」という。
【００２５】
図３は、図１および図２に示したＴＭモードとＴＥＭモードとによる２つの結合モードの磁界分布の例を示している。
ここで、（Ａ）に示す第１結合モードは、導電体棒４の上部から軸方向に見たときに、ＴＥＭモードの磁界が反時計方向に回り、且つＴＭモードの磁界が誘電体コア３の下部において右方向を向いているときの、ＴＥＭモードとＴＭモードとの合成モードである。（Ｂ）の第２結合モードは、ＴＥＭモードの磁界が時計方向に回り、且つＴＭモードの磁界が誘電体コア３の下部において右方向を向いているときの、ＴＥＭモードとＴＭモードとの合成モードである。
【００２６】
図３に示すようにＴＥＭモードとＴＭモードの２つの共振モードによる２つの結合モードについて、一方の結合モード（第１結合モード）で磁界が弱く、他方の結合モード（第２結合モード）で磁界が強い部分に、結合調整用ブロック１７を設けている。これにより、第１結合モードの共振周波数をほとんど上げることなく、第２結合モードの共振周波数を上げて、ＴＥＭモードとＴＭモードとをより強く結合させる。その結合量は、２つの結合モードの共振周波数のずれの大きさにより、すなわち結合調整用ブロック１７の大きさにより定める。
【００２７】
図４は、上記結合調整用ブロック１７の長さＥ６と上記２つの共振モード間の結合係数ｋ１２との関係を示している。このように結合調整用ブロック１７の長さＥ６を長くする程、上記２つの共振モードの結合係数を高めることができる。
【００２８】
したがって、所定の結合係数が得られるように、結合調整用ブロック１７の大きさを定めればよい。ただし、共振器装置を組み立てた状態で外部から結合係数を調整するためには、図１に示したように、キャビティ内部への結合調整用部材の挿入量を可変とした金属ネジ７を設ける。ここで、図１に示した例では、導電体棒４を挟んで結合調整用ブロック１７と対向する位置に設けているため、金属ネジ７のキャビティ内部への挿入量を増す程、結合調整用ブロック１７を設けた効果を打ち消す方向に作用する。したがって、結合調整用ブロック１７を、あらかじめ大きな結合係数を得るように大きさを定めておき、金属ネジ７の挿入により、結合係数を減少方向へ調整すればよい。
【００２９】
また、図１において結合調整用ブロック１７を配置する代わりに、その位置に、キャビティ外部からキャビティ内部へ金属ネジを挿入するように構成すれば、金属ネジの挿入量を増す程、結合係数を高めることができる。
【００３０】
図５は、上記２つのモードを結合させるための構造の例を示している。ここではキャビティ蓋を被せる前の上面図として示している。ＴＥＭモードの電界ベクトルＥＴＥＭ は導体棒４から放射方向に向き、ＴＭモードの電界ベクトルＥＴＭは誘電体コア３の長手方向を向くため、誘電体コア３の長手方向の一方の端部から中央部（導体棒４部分）までの電界強度と、他方の端部から中央部までの電界強度とのバランスを崩すことによって両モードを結合させる。すなわち、図中のｈは結合調整用孔であり、この結合調整用孔ｈを設けることにより、その付近の電界強度の対称性が失われ、これによりＴＥＭモードとＴＭモードとが結合する。そして結合調整用孔ｈの大きさ（内径または深さ）によって、またはこの結合調整用孔ｈに対する誘電体棒の挿入量によって結合量を定める。
【００３１】
次に、第２の実施形態として、３段の共振器を備えた共振器装置について、図６〜図９を参照して説明する。
図６は、ＴＭ２重モードとＴＥＭモードとを合わせて、３重モードの共振モードを利用した共振器装置の斜視図である。図６において、１はキャビティ本体であるが、この図６においては、その内面の輪郭を２点鎖点で示している。誘電体コア３は、２つの角柱状の誘電体コアを直交させて全体に十字形状にしたものであり、中央に導電体棒４が通る円筒形状の孔を形成している。
【００３２】
図６の（Ａ）に示した例では、図３に示した１重モードのＴＭモードとＴＥＭモードとの結合の場合と同様に、ＴＭｘモードとＴＥＭモードとの２つの結合モードについて、一方の結合モードで磁界が弱く、他方の結合モードで磁界が強い部分に、結合調整用ブロック１７を設けている。これにより、２つの結合モードの共振周波数に差を生じさせて、ＴＥＭモードとＴＭモードとを結合させている。
【００３３】
また、ＴＭｘモードの電界ベクトルとＴＥＭモードの電界ベクトルとの重なりの大きな箇所（導電体棒４を挟んで対称位置に生じる２箇所）のうち一方に結合調整用孔ｈ２を設けているので、このｈ２によっても、ＴＭｘモードとＴＥＭモードとを結合させている。
【００３４】
ＴＭｘモードとＴＭｙモードの２つの結合モード（偶モードと奇モード）については、この２つの共振周波数に差を生じさせるように、結合調整用溝ｈ３を設けている。このｈ３によって、ＴＭｘモードとＴＭｙモードとを結合させている。
【００３５】
結合ループ１０ｂはＴＭｙモードに磁界結合し、結合ループ１０ａはＴＥＭモードに磁界結合する。したがって、１０ａ→ＴＥＭモード→ＴＭｘモード→ＴＭｙモード→１０ｂの順に、３つの共振モードが結合する。これにより３段の共振器からなる共振器装置として作用する。
【００３６】
図６の（Ｂ）に示した例では、（Ａ）に示した場合と同様に、結合調整用ブロック１７および結合調整用孔ｈ１によって、ＴＭｘモードとＴＥＭモードとが結合している。また、ＴＭｙモードとＴＥＭモードの電界ベクトルの重なりの大きな２箇所（導電体棒４を挟む対向位置にある２箇所）のうち、一方に結合調整用孔ｈ１を形成している。これにより、ＴＭｙモードとＴＥＭモードとを結合させている。
【００３７】
結合ループ１０ａはＴＭｘモードと磁界結合し、結合ループ１０ｂはＴＭｙモードの磁界と結合する。したがって、１０ａ→ＴＭｙモード→ＴＥＭモード→ＴＭｘモード→１０ｂの順に、３つの共振器が結合する。これにより３段の共振器からなる共振器装置として作用する。
【００３８】
図７〜９は、ＴＥＭモードとＴＭモードの磁界分布および両モードの結合モードの磁界分布についてシミュレーションした結果を示している。このときの各モードの結合順序は、図６（Ｂ）に示したように、ＴＭｘ−ＴＥＭ−ＴＭｙの順である。
【００３９】
また、ＴＭｙ−ＴＥＭの結合は、図６（Ｂ）に示すような孔ｈｌを設けるのではなく、誘電体コア幅Ｗｙ２を一部細くして、電界のバランスを崩すことによって結合をとっている。図７は、ＴＥＭモードと結合したＴＭｘモード、図８は、ＴＭｙモードとＴＥＭモードとの第１の結合モード、図９は、ＴＭｙモードとＴＥＭモードとの第２の結合モードを示している。
【００４０】
図７において、（Ａ）はｙ軸を左右方向、ｘ軸を前後方向、ｚ軸を上下方向にとっている。また、（Ｂ）はｘ軸を左右方向、ｙ軸を前後方向、ｚ軸を上下方向にとっている。図８および図９において、（Ａ）はｙ軸を左右方向、ｚ軸を前後方向、ｘ軸を上下方向にとっている。また、（Ｂ）はｘ軸を左右方向、ｙ軸を前後方向、ｚ軸を上下方向にとっている。
【００４１】
図７の（Ｂ）、図８の（Ｂ）および図９の（Ｂ）を対比すれば明らかなように、結合調整ブロック１７の位置で、ＴＭｙモードとＴＥＭモードとの第１・第２の結合モードは、それぞれ磁界が弱く、且つそれらの磁界に対して平行に結合調整ブロックが存在する。一方、ＴＥＭモードと結合したＴＭｘモードは、結合調整ブロックの位置で磁界が強く、且つそれに対して垂直に存在する。このため、結合ブロック１７は、「図７のＴＥＭモードと結合したＴＭｘモード」のみに影響を与え、他の二つのモードには殆ど影響を与えない。このことにより、この共振器を用いたフィルタの、或る特定の結合モードの調整を独立して容易に行うことができる。
【００４２】
次に、第３の実施形態としてフィルタ装置の構成を、図１０を参照して説明する。
図１０において、ＲＷａ，ＲＷｂは、それぞれＴＭモードとＴＥＭモードの２重モード共振器である。これらの共振器装置の基本構成は図１および図２に示したものと同様である。８ａ，８ｂはそれぞれ同軸コネクタであり、それらの中心導体に結合ループ９ａ，９ｂを接続している。結合ループ１０ａｂは、２重モード共振器ＲＷａとＲＷｂのそれぞれのＴＥＭモードの磁界に結合する。したがって、この結合ループ１０ａｂを介して２つのＴＥＭモード同士が結合する。結合調整用ブロック１７ａ，１７ｂは２重モード共振器ＲＷａ，ＲＷｂのＴＭモードとＴＥＭモードとをそれぞれ結合させる。また、結合調整用孔ｈａ，ｈｂは、２重モード共振器ＲＷａ，ＲＷｂのＴＭモードとＴＥＭモードとの結合調整用の孔であり、キャビティ外部からこの孔内に誘電体棒を挿入することにより、その挿入量に応じて両モードの結合係数を調整自在としている。
このようにして４段の共振器からなる帯域通過型フィルタとして作用する。
【００４３】
次に、第４の実施形態に係るデュプレクサの構成を図１１を参照して説明する。
図１１において、キャビティ本体１および誘電体コア３部分の構成は図６の（Ｂ）に示したものと同様であり、これを２組設けている。図１１において１０ｔｘは、送信信号入力部としての結合ループであり、同軸コネクタ８ｔｘの中心導体とキャビティ蓋（図１１には表れていない。）との間に接続している。また、１０ｒｘは受信信号出力部としての結合ループであり、同軸コネクタ８ｒｘの中心導体とキャビティ蓋との間に接続している。１０ａｎｔはアンテナ接続部としての結合ループであり、その両端をキャビティ蓋に接続し、所定位置に同軸コネクタ８ａｎｔの中心導体を接続している。
【００４４】
このような構成であるため、図１１における左半部は、１０ｔｘ→ＴＭｘ→ＴＥＭ→ＴＭｙ→１０ａｎｔの順に３段の共振器が結合してなる、帯域通過特性を示す送信フィルタとして作用する。
【００４５】
また、図１１の右半部は、１０ａｎｔ→ＴＭｙ→ＴＥＭ→ＴＭｘ→１０ｒｘの順に３段の共振器が結合してなる、帯域通過特性を示す受信フィルタとして作用する。
【００４６】
次に、第５の実施形態に係る２重モード共振器の構成を図１２〜図１４を参照して説明する。
図１２の（Ａ）はキャビティ蓋を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は導電体棒の中心軸を通る面での縦断面図である。図１に示した装置と異なり、この例では誘電体コア３に結合調整用孔ｈを設けることなく、またキャビティ内に結合調整用ブロック１７を設けることなく、ＴＥＭモードとＴＭモードとを結合させている。
【００４７】
すなわち、この例では、導電体棒４が挿通する孔５を、誘電体コア３の中央（キャビティ１の中央）に設け、導電体棒４を、その中心が孔５の中心からずれるように配置している。その他の構成は図１に示したものと同様である。破線は導電体棒４が孔５と同心位置にある状態を示している。このことは、孔の中心に配置した導電体棒のａで示す部分を除去し、ｂで示す部分へ付与したことと等価である。
【００４８】
図１３は各モードの電界分布の例を示している。（Ａ）は、導電体棒４とキャビティ１とによるＴＥＭモードの電界分布、および誘電体コア３とキャビティ１とによるＴＭモードの電界分布について示している。（Ｂ）はＴＥＭモードとＴＭモードの和のモードである第１の結合モードの電界分布、（Ｃ）はＴＥＭモードとＴＭモードの差のモードである第２の結合モードの電界分布をそれぞれ示している。
【００４９】
このように、導電体棒４の中心とそれが通る孔５の中心とが相対的にずれているため、２つの結合モードの電界分布に対する、誘電体コアに設けた孔５の摂動量に差が生じる。その結果、結合モードの周波数に差が生じ、ＴＭモードとＴＥＭモードとの結合が生じる。図１３に示した例では、導電体棒４が孔５の中心にある場合に比べて、第１の結合モードの周波数が低くなり、第２の結合モードの周波数が高くなる。
【００５０】
図１４は、誘電体コアに設けた孔５の中心に対する導電体棒４の中心のずれ量と上記結合係数との関係を示している。誘電体コアに設けた孔５の中心と導電体棒４の中心とが等しければ、すなわちずれ量が０であれば、ＴＭモードとＴＥＭモードとの結合係数は０である。導電体棒のずれ量が増せば、それに伴って結合係数は大きくなる。したがって、誘電体コアに対する、またはキャビティ内における導電体棒の位置を定めることによって、ＴＭモードとＴＥＭモード間の結合係数を定めることができる。
【００５１】
次に、第６の実施形態に係る２重モード共振器の構成を図１５〜図１７を参照して説明する。
図１５の（Ａ）はキャビティ蓋を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は導電体棒の中心軸を通る面での縦断面図である。この例でも、図１に示した装置と異なり、誘電体コア３に結合調整用孔ｈを設けることなく、またキャビティ内に結合調整用ブロック１７を設けることなく、ＴＥＭモードとＴＭモードとを結合させている。
【００５２】
すなわち、この例では、導電体棒４をキャビティ１の中央に設け、孔５を、その中心が導電体棒４の中心からずれるように形成している。その他の構成は図１に示したものと同様である。破線は孔５が導電体棒４と同心位置にある状態を示している。この構造は、中央に配置した孔のｂで示す部分を除去し、ａで示す部分へ付与したことと等価である。
【００５３】
図１６は各モードの電界分布の例を示している。（Ａ）は、ＴＥＭモードとＴＭモードの電界分布について示している。（Ｂ）はＴＥＭモードとＴＭモードの和のモードである第１の結合モードの電界分布、（Ｃ）はＴＥＭモードとＴＭモードの差のモードである第２の結合モードの電界分布をそれぞれ示している。
【００５４】
このように、導電体棒４の中心とそれが通る孔５の中心とが相対的にずれているため、２つの結合モードの電界分布に対する、誘電体コアに設けた孔５の摂動量に差が生じる。その結果、結合モードの周波数に差が生じ、ＴＭモードとＴＥＭモードとの結合が生じる。図１６に示した例では、孔５が導電体棒４と同心にある場合に比べて、第１の結合モードの周波数が高くなり、第２の結合モードの周波数が低くなる。
【００５５】
図１７は、導電体棒４の中心に対する孔５の中心のずれ量と上記結合係数との関係を示している。誘電体コアに設けた孔５の中心と導電体棒４の中心とが等しければ、すなわちずれ量が０であれば、ＴＭモードとＴＥＭモードとの結合係数は０である。孔５のずれ量が増せば、それに伴って結合係数は大きくなる。したがって、導電体棒４に対する孔５の位置を定めることによって、ＴＭモードとＴＥＭモード間の結合係数を定めることができる。
【００５６】
次に、第７の実施形態に係る共振器装置の構成を図１８および図１９を参照して説明する。
この共振器装置は、ｘ軸方向に延びる部分とｙ軸方向に延びる部分を有する十字型の誘電体コア３を設け、その中央部に導電体棒４が挿通する孔５を設けている。これによりＴＭｘモード，ＴＭｙモードおよびＴＥＭモードの３つのモードを利用可能としている。
【００５７】
図１９は上記３つのモードについての電界分布の例を示している。誘電体コア３の中央に孔５を設け、且つ導電体棒４を孔５と同心とすれば、これらの３つのモードの電界分布は対称となるので、互いに結合しない。しかし、図１８に示したように、導電体棒４をｘ軸方向に中心から所定量だけずらすことによって、上述した２重モードの共振器装置の場合と同様に、ＴＭｘモード−ＴＥＭモード間の結合が生じ、また、導電体棒４のｙ軸方向のずれによって、ＴＭｙ−ＴＥＭモード間の結合が生じる。
【００５８】
なお、導電体棒４の中心が孔５の中心からｘ軸方向とｙ軸方向の両方へずれることによって、ＴＭｘモードとＴＭｙモードとの２つの結合モードの持つ電界分布に対して摂動が加わるため、ＴＭｘモードとＴＭｙモード間の結合が生じる、もしこの２つのＴＭモード間の結合が不要であれば、その結合をキャンセルするために、ａで示す部分の誘電体を所定量だけ切削すればよい。
【００５９】
次に、第８の実施形態に係る共振器装置の構成を図２０を参照して説明する。
【００６０】
図１８に示した例では、誘電体コア３の中央に孔５を形成したが、この例では、誘電体コア３の中央（キャビティ１の中央）に導電体棒４を配置し、孔５の中心が導電体棒４の中心からずれるように孔５を形成している。この場合にも、孔５のｘ軸方向のずれによってＴＭｘ−ＴＥＭモード間の結合量が定められ、孔５のｙ軸方向のずれによってＴＭｙ−ＴＥＭモード間の結合量が定められる。なお、この場合にも、コア３に対する孔５のｘ軸方向とｙ軸方向のずれによって、ＴＭｘ−ＴＭｙモード間の結合が生じるが、ＴＭｘ−ＴＭｙモード間の２つの結合モードの持つ電界分布の平衡をとるように、例えばａで示す部分の誘電体を所定量切削することによって、ＴＭｘ−ＴＭｙモード間の結合を回避することができる。
【００６１】
なお、図１２〜図２０に示した例では、誘電体コアに設けた孔と導電体棒との相対位置関係によってＴＥＭモードとＴＭモードとを結合させるようにしたが、先の各実施形態で示した、所定モード間を結合させるための構造と組み合わせてもよい。
【００６２】
図２１は、上記送受共用器（デュプレクサ）を用いた第９の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。このように、送信フィルタの入力ポートに送信回路、受信フィルタの出力ポートに受信回路をそれぞれ接続し、デュプレクサの入出力ポートにアンテナを接続することによって、通信装置の高周波部を構成する。
【００６３】
なお、その他にダイプレクサ、マルチプレクサ、合成器、分配器等の回路素子を上記誘電体共振器装置で構成して、これらの回路素子を用いて通信装置を構成することにより、小型の通信装置が得られる。
【００６４】
【発明の効果】
この発明によれば、導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、その誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの磁界が強く、且つ他方の結合モードの磁界が弱い箇所について導電体部材を付与または除去することにより、
また、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの電界が強く、且つ他方の結合モードの電界が弱い箇所について誘電体部材もしくは導電体部材を付与または除去することにより、
全体の構成が複雑にならずに、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを所定の強度で結合させることができる。
【００６５】
また、この発明によれば、導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、その誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの電界ベクトルの重なりの大きな箇所について誘電体部材もしくは導電体部材を付与または除去することにより、
また、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの磁界ベクトルの重なりの大きな箇所について導電体部材もしくは磁性体部材を付与または除去することにより、
全体の構成が複雑にならずに、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを所定の強度で結合させることができる。
【００６６】
また、この発明によれば、前記誘電体コアの略中央に前記孔を設け、前記導電体棒が挿通する孔を設け、導電体棒の中心が孔の中心からずれるように、当該導電体棒を配置したことによって、
または、前記導電体棒を、前記キャビティの略中央に配置し、前記孔の中心が前記導電体棒の中心からずれるように、前記誘電体コアに設けることによって、
結合のための特別な部材を設けたり、実質的な削除を行うことなく、導電体棒の配置または導電体棒が通る孔の配置のみによっても、準ＴＥＭモードと準ＴＭモードとを容易に結合させることができる。
【００６７】
また、この発明によれば、準ＴＭモードを、誘電体コアに対して互いに直交方向に電界が向く２重モードの準ＴＭモード共振器とすることにより、２重の準ＴＭモードと準ＴＥＭモードとによる３重の共振器を備えることになり、全体により小型な共振器装置が構成できる。
【００６８】
この発明によれば、前記導電体部材を、前記導電体棒の軸方向から見て、誘電体コアに重なる位置で、且つキャビティの内面に設けることにより、結合用導電体部材の取付構造または配置構造が簡単となり、製造が容易となる。
【００６９】
また、この発明によれば、前記導電体部材をキャビティと一体成形により設けることにより、その製造が容易となる。
【００７０】
また、この発明によれば、前記導電体部材をキャビティの外部から内部へ挿入量を可変とした金属ネジで構成することにより、導電体部材による結合調整を回転操作により容易に行えるようになる。
【００７１】
この発明によれば、上記の効果を奏するフィルタを容易に構成することができる。
【００７２】
また、この発明によれば、上記の効果を奏するデュプレクサを容易に構成することができる。
【００７３】
さらに、この発明によれば、上記効果を奏する通信装置を容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る共振器装置の構成を示す断面図
【図２】同共振器装置における２重モード共振器の各共振モードの電磁界分布の例を示す図
【図３】同２重モード共振器における２つの結合モードの磁界分布を示す図
【図４】結合調整用ブロックの長さとＴＭモード−ＴＥＭモード間の結合係数間の関係を示す図
【図５】２重モード共振器における２つの共振モードの結合について示す図
【図６】第２の実施形態に係る３重モード共振器の構成を示す図
【図７】同３重モード共振器におけるＴＭモードの磁界分布を示す図
【図８】同３重モード共振器における第１結合モードの磁界分布を示す図
【図９】同３重モード共振器における第２結合モードの磁界分布を示す図
【図１０】第３の実施形態に係るフィルタ装置の構成を示す図
【図１１】第４の実施形態に係るデュプレクサの構成を示す図
【図１２】第５の実施形態に係る共振器装置の構成を示す図
【図１３】同共振器装置における各共振モードの電界分布の例を示す図
【図１４】同共振器装置における導電体棒のずれ量と結合係数との関係を示す図
【図１５】第６の実施形態に係る共振器装置の構成を示す図
【図１６】同共振器装置における各共振モードの電界分布の例を示す図
【図１７】同共振器装置における孔のずれ量と結合係数との関係を示す図
【図１８】第７の実施形態に係る共振器装置の構成を示す図
【図１９】同共振器装置における３つの共振モードの電界分布の例を示す図
【図２０】第８の実施形態に係る共振器装置の構成を示す図
【図２１】第９の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１−キャビティ本体
２−キャビティ蓋
３−誘電体コア
４−導電体棒
５−孔
７−金属ネジ
８−同軸コネクタ
９，１０−結合ループ
１６−周波数調整用ネジ
１７−結合調整用ブロック
ｈ−結合調整用孔（溝）
Claims (13)
- 導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、当該誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの磁界が強く、且つ他方の結合モードの磁界が弱い箇所に導電体部材を付与、またはその箇所から導電体部材を除去した共振器装置。
- 導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、当該誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードによる２つの結合モードのうち、一方の結合モードの電界が強く、且つ他方の結合モードの電界が弱い箇所に誘電体部材もしくは導電体部材を付与、またはその箇所から誘電体部材もしくは導電体部材を除去した共振器装置。
- 導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、当該誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの電界ベクトルの重なりの大きな箇所に誘電体部材もしくは導電体部材を付与、またはその箇所から誘電体部材もしくは導電体部材を除去した共振器装置。
- 導電性を有するキャビティ内に、少なくとも一端が前記キャビティ内に導通した導電体棒とともに誘電体コアを設け、当該誘電体コアに孔を設け、前記導電体棒は前記孔に挿通するように配置され、前記キャビティと前記導電体棒による準ＴＥＭモードの共振周波数と、前記キャビティと前記誘電体コアによる準ＴＭモードの共振周波数とを、略同一にし、前記準ＴＥＭモードと前記準ＴＭモードの磁界ベクトルの重なりの大きな箇所に導電体部材もしくは磁性体部材を付与、またはその箇所から導電体部材もしくは磁性体部材を除去した共振器装置。
- 前記誘電体コアの略中央に前記孔を設け、前記導電体棒の中心を前記孔の中心からずれるように、当該導電体棒を配置することによって、前記導電体部材の付与および除去を行った、請求項２または３に記載の共振器装置。
- 前記導電体棒を、前記キャビティの略中央に配置し、前記孔の中心が前記導電体棒の中心からずれるように前記誘電体コアに設けることによって、前記誘電体部材の付与および除去を行った請求項２または３に記載の共振器装置。
- 前記準ＴＭモードを、前記誘電体コアに対して互いに直交方向に電界が向く２重モードの準ＴＭモードとした請求項１〜６のうちいずれかに記載の共振器装置。
- 前記導電体部材を、前記導電体棒の軸方向から見て、前記誘電体コアに重なる前記キャビティの内面の部分に設けた導電性の突出部とした請求項１〜７のうちいずれかに記載の共振器装置。
- 前記導電体部材を前記キャビティと一体成型により設けた請求項１〜８のうちいずれかに記載の共振器装置。
- 前記導電体部材を前記キャビティの外部から内部へ挿入量を可変とした金属ネジで構成した請求項１〜８のうちいずれかに記載の共振器装置。
- 請求項１〜１０のうちいずれかに記載の共振器装置に、前記共振モードのうち所定の共振モードに結合して信号の入出力を行う入出力導体を設けて成るフィルタ。
- 請求項１１に記載のフィルタを２組設け、第１のフィルタの入力ポートを送信信号入力ポートとし、第２のフィルタの出力ポートを受信信号出力ポートとし、第１と第２のフィルタの共用の入出力ポートをアンテナポートとしてなるデュプレクサ。
- 請求項１１に記載のフィルタまたは請求項１２に記載のデュプレクサを設けて成る通信装置。
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