JP3786044B2 - 誘電体共振器装置、高周波フィルタおよび高周波発振器 - Google Patents
誘電体共振器装置、高周波フィルタおよび高周波発振器 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波の電磁波（高周波信号）に用いて好適な誘電体共振器装置、高周波フィルタおよび高周波発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、誘電体共振器装置として、誘電体基板の表面と裏面に電極膜を設け、これら表面側と裏面側の電極膜に誘電体基板を挟んで互いに対向して配置された円形開口からなるＴＥ０１０モード共振器を形成すると共に、誘電体基板の表面側にはＴＥ０１０モード共振器に接続されたコプレーナ線路を設けたものが知られている（例えば、特開平１１−２３９０２１号公報等）。
【０００３】
この従来技術では、コプレーナ線路のうち接地導体（電極膜）に挟まれたストリップ状の中心導体をＴＥ０１０モード共振器の円形開口内まで延伸させている。これにより、この延伸した中心導体を結合線路として用い、コプレーナ線路とＴＥ０１０モード共振器とを強く結合させている。
【０００４】
また、他の従来技術による誘電体共振器装置として、誘電体基板には、表面側の電極膜に矩形開口を形成し、裏面側の電極膜を接地導体とした接地導体付のスロット共振器を設けると共に、表面側の電極膜に溝状の切欠きからなるスロット線路を設け、該スロット線路を矩形スロット共振器に接続したものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による誘電体共振器装置では、ＴＥ０１０モード共振器、スロット共振器等とコプレーナ線路とでは、高周波信号を励振、伝搬したときのモードが異なる。このため、ＴＥ０１０モード共振器等とコプレーナ線路との間で強い結合をとったときには、共振器の無負荷Ｑ（Ｑo）が劣化し、損失が増大するという問題がある。
【０００６】
一方、他の従来技術では、スロット共振器とスロット線路とはいずれもＴＥモードで励振、伝搬するから、モードの相違によるＱoの劣化を抑制することができる。しかし、スロット共振器の輪郭部（矩形開口の周縁部）に位置する電極膜はショート面をなすのに対し、スロット線路の先端はこのショート面に直接接続されているから、スロット線路の先端で電界強度を高めることができず、スロット共振器とスロット線路との間で強い結合を得ることできないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は共振器とスロット線路等との間で強い結合を得ることができる誘電体共振器装置、高周波フィルタおよび高周波発振器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、誘電体基板と、該誘電体基板の両面のうち少なくとも表面に設けられた電極膜と、該電極膜に形成された開口からなる共振器と、該共振器の開口に接続されたスロットを有しＴＥ波が伝搬するスロット系線路とによって構成してなる誘電体共振器装置に適用される。
【０００９】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、電極膜にはスロットの両脇に位置する部位を前記開口内に向けて延伸させることにより励振部を形成したことにある。
【００１０】
このように構成したことにより、励振部によってスロットを共振器の開口内に延長させることができると共に、励振部を共振器の開口のうち電界強度が強い位置まで引き込むことができる。このため、例えば励振部の先端（突出端）側に電界強度の強い高周波信号を入力することによって、共振器を強く励振することができ、共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、励振部の延伸寸法を、誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４から（３×λg）／４程度の値に設定したことにある。
【００１２】
これにより、共振器内の電界最大となる位置と励振部のうち仮想的な開放端となる先端とを近付けることができる。このため、励振部の延伸寸法を他の値に設定したときに比べて、共振器とスロット系線路との間の結合をさらに強くすることができる。
【００１３】
請求項３の発明では、誘電体基板には高周波信号を伝送する他のスロット系線路を設け、前記スロット系線路は該他のスロット系線路からＴ字状に分岐した分岐線路によって構成し、前記励振部は該分岐線路の先端に配置する構成としている。
【００１４】
これにより、共振器は他のスロット系線路を伝搬する高周波信号のうち共振周波数に対応した信号を反射するから、帯域反射型のフィルタを構成することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、分岐線路の長さ寸法を、誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値に設定したことにある。
【００１６】
これにより、分岐線路のうち他のスロット系線路からＴ字状に分岐した基端を仮想的な開放端、この基端からλg／４程度の長さ寸法だけ離間した分岐線路の先端を仮想的な短絡端とすることができると共に、分岐線路の先端に延伸して設けられた励振部の先端を仮想的な開放端にすることができる。このため、電界強度の強い励振部の先端（開放端）を、共振器のうち電界強度が強い開口内の位置に配置することができ、共振器と分岐線路をなすスロット系線路との間の結合をさらに強くすることができる。
【００１７】
請求項５の発明のように、本発明による誘電体共振器装置を入力部と出力部のうち少なくともいずれか一方に用いて高周波フィルタを構成してもよい。
【００１８】
これにより、誘電体共振器装置のうち共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができ、当該誘電体共振器装置を用いた高周波フィルタの周波数帯域を増大することができる。
【００１９】
この場合、請求項６の発明のように、前記スロット系線路は、前記誘電体基板の表面と裏面とに互いに対面したスロットを有する平面誘電体線路、または前記誘電体基板の表面にのみスロットを有するスロット線路によって構成し、前記入力部は前記平面誘電体線路とスロット線路とのうちいずれか一方に接続し、前記出力部は前記平面誘電体線路とスロット線路とのうち前記入力部と異なる他方に接続し、線路変換の機能を有する構成としてもよい。
【００２０】
これにより、平面誘電体線路とスロット線路との間で線路変換機能を高周波フィルタに組み込むことができ、高周波フィルタの高機能化を図ることができる。また、高周波フィルタとは別個に線路変換部を設けた場合に比べて、線路変換部を省くことができ、装置全体を小型化することができる。
【００２１】
また、請求項７の発明のように、本発明による誘電体共振器装置を用いて高周波発振器を構成してもよい。
【００２２】
これにより、誘電体共振器装置のうち共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができ、当該誘電体共振器装置を用いた高周波発振器の位相雑音の軽減、周波数変調幅の増大、発振出力の増加を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による誘電体共振器装置、高周波フィルタおよび高周波発振器を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
まず、図１ないし図３は第１の実施の形態による誘電体共振器装置を示し、図において、１は略四角形の平板状に形成された誘電体基板で、該誘電体基板１は、誘電体材料として、樹脂材料、セラミックス材料、またはこれらを混合して焼結した複合材料からなり、例えば厚さ寸法ｔが０．６ｍｍ（ｔ＝０．６ｍｍ）、比誘電率εrが２４（εr＝２４）程度の値に設定されている。
【００２５】
２，３は誘電体基板１の表面１Ａ、裏面１Ｂにそれぞれ形成された電極膜で、該電極膜２，３は、例えばフォトリソグラフィ技術等を用いて金、銅、銀等の導電性の金属薄膜を両面一緒に高精度にパターニングすることによって形成されている。
【００２６】
４は誘電体基板１の中央側に設けられた円形のＴＥ０１０モード共振器で、該ＴＥ０１０モード共振器４は、電極膜２，３にそれぞれ形成された円形の開口４Ａ，４Ｂによって構成され、これらの開口４Ａ，４Ｂは誘電体基板１を挟んで互いに対向する位置に配設されている。そして、ＴＥ０１０モード共振器４は、共振周波数ｆ0が例えば３０ＧＨｚ（ｆ0＝３０ＧＨｚ）程度に設定されると共に、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長をλgとしたときに、直径寸法φが波長λgとほぼ等しい値として例えば３．５ｍｍ（φ＝３．５ｍｍ）程度に設定されている。
【００２７】
５は誘電体基板１の外周縁からＴＥ０１０モード共振器４に向けて直線状に延びるスロット系線路としての平面誘電体線路（以下、ＰＤＴＬ５という）で、該ＰＤＴＬ５は、円形をなすＴＥ０１０モード共振器４の法線方向に沿って延びている。また、ＰＤＴＬ５は、電極膜２，３にそれぞれ形成された溝状のスロット５Ａ，５Ｂによって構成され、これらのスロット５Ａ，５Ｂは誘電体基板１を挟んで互いに対向する位置に配設されている。そして、ＰＤＴＬ５は、例えば幅寸法Ｗ1が０．１ｍｍ（Ｗ1＝０．１ｍｍ）程度に設定されている。
【００２８】
６はＴＥ０１０モード共振器４の開口４Ａ，４Ｂ内に位置して設けられた励振部で、該励振部６は、ＰＤＴＬ５の延長線上に位置してＴＥ０１０モード共振器４の中心に向けて延びている。また、励振部６は、誘電体基板１の表面１Ａ側に位置して開口４Ａ内に突出して設けられ、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路６Ａと、誘電体基板１の裏面１Ｂ側に位置して開口４Ｂ内に突出して設けられ、誘電体基板１を挟んで励振線路６Ａに対向した２本の細長い励振線路６Ｂとによって構成され、ＰＤＴＬ５をＴＥ０１０モード共振器４内まで延長して引き込んでいる。
【００２９】
そして、励振線路６Ａは、電極膜２のうちスロット５Ａの両脇に位置する部位を開口４Ａ内に延伸する（引き込む）ことによって形成され、電極膜２と同じ導電性の金属薄膜を用いて電極膜２と一体化して形成されている。同様に、励振線路６Ｂも、電極膜３のうちスロット５Ｂの両脇に位置する部位を開口４Ｂ内に延伸することによって形成されている。
【００３０】
また、励振部６は、ＴＥ０１０モード共振器４の輪郭部をなす開口４Ａ，４Ｂの周縁部４Ｃ，４Ｄから開口４Ａ，４Ｂ内に向けて突出した延伸寸法Ｌが、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長λgに対して、例えばλg／４と（３×λg）／４との間の範囲となる値（λg／４≦Ｌ≦（３×λg）／４）に設定されている。そして、励振部６の励振線路６Ａ，６Ｂは、例えば幅寸法Ｗ2が０．１ｍｍ（Ｗ2＝０．１ｍｍ）程度に設定されている。
【００３１】
本実施の形態による誘電体共振器装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について図１ないし図５を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、ＰＤＴＬ５に例えば３０ＧＨｚ程度の高周波の電磁波（高周波信号）を入力すると、スロット５Ａ，５Ｂの幅方向に電界Ｅが形成されると共に、スロット５Ａ，５Ｂの長さ方向と誘電体基板１の厚さ方向とに対して磁界Ｈが形成される。そして、高周波信号は、誘電体基板１の表面１Ａと裏面１Ｂとで全反射を繰り返すＴＥ波となってＴＥ０１０モード共振器４に向けて伝搬すると共に、ＰＤＴＬ５に連続した励振部６の先端からＴＥ０１０モード共振器４の開口４Ａ，４Ｂ内に放射される。このとき、ＴＥ０１０モード共振器４内の高周波信号は、周縁部４Ｃ，４Ｄ間を結ぶ円周面がショート面となっているから、円環状の電界Ｅと該電界Ｅを取囲むドーナツ状の磁界Ｈとを形成し、ＴＥ０１０モードに準じた共振モードで共振する（図４参照）。
【００３３】
然るに、本実施の形態では、ＴＥ０１０モード共振器４にはその共振モードと同じＴＥモードで高周波信号を伝搬するＰＤＴＬ５を接続したから、従来技術のようにコプレーナ線路を接続した場合に比べて、無負荷Ｑ（Ｑo）の劣化を防ぐことができ、損失を抑えることができる。
【００３４】
また、他の従来技術のように励振部６を設けない場合には、ＰＤＴＬ５の先端（開放端）がショート面をなす周縁部４Ｃ，４Ｄに接触するから、励振部位をなすＰＤＴＬ５の先端の電界強度を高めることができない。これに対し、本実施の形態では、励振部６の先端が周縁部４Ｃ，４Ｄから離間しているから、励振部６の先端の電界強度を高めた状態でＴＥ０１０モード共振器４を励振することができ、ＴＥ０１０モード共振器４とＰＤＴＬ５との間の結合を強くすることができる。
【００３５】
特に、ＴＥ０１０モード共振器４は、開口４Ａ，４Ｂのうち中心と周縁部４Ｃ，４Ｄとの中間に位置する環状の部位が電界強度が強くなる。一方、励振部６も２本の励振線路６Ａ間および２本の励振線路６Ｂ間がいずれも絶縁されているから、励振部６の先端は電界強度が大きな仮想的な開放端となっている。そして、励振部６は周縁部４Ｃ，４ＤからＴＥ０１０モード共振器４の電界強度の強い位置まで突出しているから、励振部６の仮想的な開放端をＴＥ０１０モード共振器４の電界強度の強い位置に配置することができ、ＴＥ０１０モード共振器４を電界強度を高めた状態で励振することができる。
【００３６】
即ち、誘電体基板１の比誘電率εrを例えば２４、誘電体基板１の厚さ寸法ｔを例えば０．６ｍｍ、ＴＥ０１０モード共振器４の直径寸法φを例えば３．５ｍｍ、ＰＤＴＬ５の幅寸法Ｗ1を例えば０．１ｍｍ、励振部６の励振線路６Ａ，６Ｂの幅寸法Ｗ2を例えば０．１ｍｍにそれぞれ設定し、電磁界シミュレーションを行った場合、図５に示す解析結果を得ることができる。
【００３７】
ここで、図５は、励振部６の長さ寸法ＬとＴＥ０１０モード共振器４の外部Ｑ（Ｑe）との関係を示している。図５において、Ｌ＝０の点は他の従来技術と同じ状態（励振部６を設けない状態）を示し、この状態のＱeは３００程度となる。これに対し、励振部６をＴＥ０１０モード共振器４内に突出させることによって、Ｑeを７０程度まで強化することができる。
【００３８】
特に、ＴＥ０１０モード共振器４の電界強度が最大となる位置と励振部６の仮想的な開放端（先端）とが近付く範囲として、励振部６の長さ寸法Ｌがλg／４と（３×λg）／４との間の範囲となる値（λg／４≦Ｌ≦（３×λg）／４）では、他の範囲に比べてＱeが小さくなる。従って、本実施の形態のように、励振部６の長さ寸法Ｌをλg／４から（３×λg）／４の範囲に設定することによって、ＴＥ０１０モード共振器４とＰＤＴＬ５との結合をさらに強くすることができる。
【００３９】
また、励振部６をＴＥ０１０モード共振器４の内部に形成したから、励振部６を形成することによって装置全体が大型化することがない。さらに、ＴＥ０１０モード共振器４、ＰＤＴＬ５および励振部６を同一の電極成膜プロセスによって成形できるから、特性バラツキが少ない誘電体共振器装置を提供することができる。
【００４０】
なお、第１の実施の形態では、共振器としてＴＥ０１０モード共振器４を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、共振器として、誘電体基板１の表面１Ａには円形開口をもった電極膜２を設け、裏面１Ｂからは電極膜３を省いた円形共振器を用いてもよく、誘電体基板１の表面１Ａには円形開口をもった電極膜２を設け、裏面１Ｂには全面に亘って接地された電極膜２を設けた円形共振器を用いてもよい。
【００４１】
また、第１の実施の形態では、励振部６の励振線路６Ａ，６Ｂは直線状をなすものとした。しかし、本発明はこれに限るものではなく、図６ないし図１１に示す第１ないし第６の変形例に示すように各種の形状を採用し得るものである。
【００４２】
例えば、図６に示す第１の変形例のように励振部１１をなす２本の励振線路１１Ａ（表面１Ａ側のみ図示）の先端には互いに離間する方向に屈曲した屈曲部１１Ｂを形成する構成としてもよい。この場合、励振部１１の先端を拡開させたから、励振部１１の屈曲部１１Ｂによって環状の電界を形成し易くすることができる。
【００４３】
また、図７に示す第２の変形例のように励振部１２をなす２本の励振線路１２Ａ（表面１Ａ側のみ図示）の先端には互いに離間する方向に屈曲し、ＴＥ０１０モード共振器４の周縁部４Ｃに沿って湾曲して延びる湾曲部１２Ｂを形成する構成としてもよい。この場合、励振線路１２の先端を周縁部４Ｃに沿って湾曲させたから、湾曲部１２Ｂを取囲む磁界を誘導し、ＴＥ０１０モード共振器４内にドーナツ状の磁界を形成し易くすることができる。
【００４４】
また、図８に示す第３の変形例のように励振部１３の励振線路１３Ａ（表面１Ａ側のみ図示）の幅寸法は基端側と先端側とで異なる値（例えば先端側を大きく）に形成してもよく、図９に示す第４の変形例のよう励振部１４をなす２本の励振線路１４Ａ（表面１Ａ側のみ図示）間の間隔寸法は基端側と先端側とで異なる値（例えば先端側を大きく）に形成してもよい。
【００４５】
これらの場合には、励振線路１３Ａの幅寸法、励振線路１４Ａ間の間隔寸法に応じて励振部１３，１４のインピーダンスが変化するから、ＴＥ０１０モード共振器４の外部Ｑ（Ｑe）を調整することができる。
【００４６】
また、図１０に示す第５の変形例のように、励振部１５をなす励振線路１５Ａ（表面１Ａ側のみ図示）には、基端側、先端側等に形成される鋭角形状をなす部位に丸みをもって連続する面取り部１５Ｂを形成してもよい。
【００４７】
この場合、鋭角形状をなす部位には電流が集中し易く、ＴＥ０１０モード共振器４の無負荷Ｑ（Ｑo）が低下する傾向があるのに対し、面取り部１５Ｂによって電流の集中を緩和することができ、Ｑoの劣化を抑制することができる。
【００４８】
さらに、第１の実施の形態では、励振部６先端を開放端としたが、図１１に示す第６の変形例のように、励振部１６をなす２本の励振線路１６Ａ（表面１Ａ側のみ図示）の先端を互いに接続して励振部１６の先端を短絡端１６Ｂとしてもよい。
【００４９】
この場合、励振部１６の短絡端１６ＢをＴＥ０１０モード共振器４の仮想的な短絡点（中央位置）に配置することによって、ＴＥ０１０モード共振器４に対する結合を強くすることができる。
【００５０】
次に、図１２ないし図１４は本発明の第２の実施の形態による誘電体共振器装置を示し、本実施の形態の特徴は、共振器として平面誘電体線路共振器を用いると共に、スロット系線路として接地導体付スロット線路を用いたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
２１は誘電体基板１の中央側に設けられた四角形の平面誘電体線路共振器（以下、ＰＤＴＬ共振器２１という）で、該ＰＤＴＬ共振器２１は、電極膜２，３にそれぞれ形成された四角形の開口２１Ａ，２１Ｂによって構成され、これらの開口２１Ａ，２１Ｂは誘電体基板１を挟んで互いに対向する位置に配設されている。そして、ＰＤＴＬ共振器２１は、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長をλgとしたときに、高周波信号の伝搬方向に向かう長さ寸法Ｌ0が波長λgの半分程度の値（Ｌ0＝λg／２）に設定されている。
【００５２】
２２は誘電体基板１の外周縁からＰＤＴＬ共振器２１に向けて直線状に延びるスロット系線路としての接地導体付スロット線路で、該接地導体付スロット線路２２は、四角形をなすＰＤＴＬ共振器２１の一辺に対してほぼ垂直に延びている。また、接地導体付スロット線路２２は、電極膜２に形成された溝状のスロット２２Ａによって構成されると共に、電極膜３が接地されている。
【００５３】
２３はＰＤＴＬ共振器２１の開口２１Ａ内に位置して設けられた励振部で、該励振部２３は、接地導体付スロット線路２２の延長線上に位置してＰＤＴＬ共振器２１の中心に向けて延びている。また、励振部２３は、誘電体基板１の表面１Ａ側に位置してＰＤＴＬ共振器２１の輪郭部をなす開口２１Ａの周縁部２１Ｃから開口２１Ａ内に向けて突出して設けられ、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路２３Ａによって構成されている。
【００５４】
そして、励振線路２３Ａは、電極膜２のうちスロット２２Ａの両脇に位置する部位を開口２１Ａ内に延伸する（引き込む）ことによって電極膜２と一体に形成され、接地導体付スロット線路２２をＰＴＤＬ共振器２１内まで延長している。
【００５５】
本実施の形態による誘電体共振器装置は上述の如き構成を有するもので、接地導体付スロット線路２２を伝搬するＴＥモードの高周波信号は、励振部２３の先端からＰＤＴＬ共振器２１内に放射される。これにより、ＰＤＴＬ共振器２１内にはスロット２２Ａの幅方向と略平行な電界Ｅと該電界Ｅを取囲む磁界Ｈとが形成され、高周波信号はＴＥモードをなして共振する。
【００５６】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
ここで、ＰＤＴＬ共振器２１の場合、図１５に示す比較例のようにＰＤＴＬ共振器２１と接地導体付スロット線路２２との間にスロット２２Ａよりも幅寸法が大きな励振用スロット部２４を設け、ＰＤＴＬ共振器２１と接地導体付スロット線路２２との間の結合量を増加させることも可能である。
【００５８】
しかし、この場合にはＰＤＴＬ共振器２１の外側に励振用スロット部２４が形成されているから、ＰＤＴＬ共振器２１に加えて励振用スロット部２４を形成するための面積を確保する必要があり、装置全体が大型化するという問題がある。
【００５９】
これに対し、本実施の形態では、ＰＤＴＬ共振器２１の内側に励振部２３を形成するから、ＰＤＴＬ共振器２１とは別に励振部２３用の面積を確保する必要がなく、比較例に比べて装置全体を小型化することができる。
【００６０】
なお、第２の実施の形態では、共振器としてＰＤＴＬ共振器２１を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、共振器として、誘電体基板１の表面１Ａには矩形開口をもった電極膜２を設け、裏面１Ｂからは電極膜３を省いたスロット線路共振器を用いてもよく、誘電体基板１の表面１Ａには矩形開口をもった電極膜２を設け、裏面１Ｂには全面に亘って接地された電極膜２を設けた接地導体付スロット線路共振器を用いてもよい。
【００６１】
また、前記第１，第２の実施の形態では、スロット系線路として、誘電体基板１の両面１Ａ，１Ｂにスロット５Ａ，５Ｂがそれぞれ形成されたＰＤＴＬ５、または誘電体基板１の表面１Ａにのみスロット２２Ａを形成され、裏面１Ｂには接地された電極膜３を設けた接地導体付スロット線路２２を用いるものとした。
【００６２】
しかし、本発明はこれに限らず、スロット系線路として、誘電体基板１の表面１Ａにのみスロットを形成し、裏面１Ｂからは電極膜３を省いたスロット線路を用いてもよい。
【００６３】
次に、図１６は本発明の第３の実施の形態による誘電体共振器装置を示し、本実施の形態の特徴は、伝送線路から分岐したスタブ線路を共振器に接続し、スタブ線路の先端に励振部を配置する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６４】
３１は誘電体基板１の中央側に設けられた円形共振器で、該円形共振器３１は、電極膜２に形成された円形の開口３１Ａによって構成されている。そして、円形共振器３１は、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長をλgとしたときに、直径寸法が波長λgとほぼ等しい値に設定されている。なお、本実施の形態では、誘電体基板１の裏面１Ｂには電極膜を形成しない構成となっている。
【００６５】
３２は円形共振器３１から離間した位置に設けられた伝送線路としてのスロット線路（他のスロット系線路）で、該スロット線路３２は、電極膜２に形成された溝状のスロット３２Ａによって構成され、該スロット３２Ａは円形共振器３１の接線方向に対して平行に延びている。
【００６６】
３３はスロット線路３２からＴ字状に分岐した分岐線路としてのスタブ線路で、該スタブ線路３３は、スロット線路３２の途中位置から円形共振器３１に向けて直線状に延び、円形共振器３１の法線方向に沿って形成されている。また、スタブ線路３３は、電極膜２に形成された溝状のスロット３３Ａによって構成され、スロット線路３２と円形共振器３１の周縁部３１Ｂとの間の距離をなすスロット３３Ａの長さ寸法Ｌ1は、高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値（Ｌ1＝λg／４）に設定されている。なお、スロット３３Ａの長さ寸法Ｌ1は、λg／４に限らず（２ｎ＋１）×λg／４（ｎ：整数）程度の値に設定してもよい。
【００６７】
３４は円形共振器３１の開口３１Ａ内に位置して設けられた励振部で、該励振部３４は、スタブ線路３３の延長線上に位置して円形共振器３１の中心に向けて延びている。また、励振部３４は、電極膜２のうちスタブ線路３３の両脇に位置する部位を開口３１Ａ内に延伸させることによって形成され、誘電体基板１の表面１Ａ側に位置して開口３１Ａ内に突出して設けられ、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路３４Ａによって構成されている。そして、励振部３４の延伸寸法は、例えばλg／４と（３×λg）／４との間の範囲となる値に設定されている。
【００６８】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができるが、本実施の形態では、スロット線路３２からＴ字状に分岐したスタブ線路３３の先端に励振部３４を設け、円形共振器３１とスタブ線路３３とを接続する構成としたから、円形共振器３１はスロット線路３２を伝搬する高周波信号のうちその共振周波数ｆ0に対応した信号を反射する。このため、装置全体によって帯域反射型のフィルタを構成することができる。
【００６９】
また、スタブ線路３３の長さ寸法Ｌ1をλg／４程度の値に設定したから、スタブ線路３３のうちスロット線路３２からＴ字状に分岐した基端を仮想的な開放端、スタブ線路３３の先端を仮想的な短絡端とすることができると共に、スタブ線路３３の先端に突出して設けられた励振部３４の先端を仮想的な開放端にすることができる。このため、電界強度の強い励振部３４の先端（開放端）を、円形共振器３１のうち電界強度が強い開口３１Ａ内の位置に配置することができ、円形共振器３１とスタブ線路３３との間の結合をさらに強くすることができる。
【００７０】
さらに、円形共振器３１、スロット線路３２、スタブ線路３３および励振部３４は電極膜２を成膜する成膜プロセスにおいて一緒に形成することができるから、特性バラツキの少ない誘電体共振器装置を提供することができる。
【００７１】
次に、図１７は本発明の第４の実施の形態による高周波フィルタを示し、本実施の形態の特徴は、高周波フィルタを複数のスロット線路共振器によって構成すると共に、その入力部と出力部をなすスロット線路共振器内にはスロット線路の先端に位置して励振部を設けたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７２】
４１は本実施の形態による高周波フィルタで、該高周波フィルタ４１は、後述する４個のスロット線路共振器４２〜４５等によって構成されている。
【００７３】
４２〜４５は誘電体基板１の表面１Ａに直線状に並んで設けられたスロット線路共振器で、該各スロット線路共振器４２〜４５は、電極膜２に形成された四角形の開口４２Ａ〜４５Ａによって構成されている。そして、スロット線路共振器４２〜４５のうち両端側に位置するスロット線路共振器４２，４５は、高周波フィルタ４１の入力部４１Ａと出力部４１Ｂとをなしている。なお、本実施の形態では、誘電体基板１の裏面１Ｂには電極膜を形成しない構成となっている。
【００７４】
４６，４７は入力側のスロット線路共振器４２と出力側のスロット線路共振器４５とにそれぞれ接続されたスロット系線路としてのスロット線路で、該スロット線路４６，４７は、誘電体基板１の外周縁からスロット線路共振器４２，４５に向けて直線状に延び、電極膜２に形成された溝状のスロット４６Ａ，４７Ａによって構成されている。
【００７５】
４８，４９はスロット線路共振器４２，４５の開口４２Ａ，４５Ａ内に位置して設けられた励振部で、該励振部４８，４９は、スロット線路４６，４７の延長線上に位置してスロット線路共振器４２，４５の中心に向けて延びている。また、励振部４８，４９は、導体膜２のうちスロット線路４６，４７の両脇に位置する部位を開口４２Ａ，４５Ａ内に向けて延伸させることによってそれぞれ形成され、開口４２Ａ，４５Ａ内に向けて突出し、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路４８Ａ，４９Ａによって構成されている。
【００７６】
本実施の形態による高周波フィルタ４１は上述の如き構成を有するもので、スロット線路４６に入力された高周波信号は、励振部４８を通じてスロット線路共振器４２内に供給される。このとき、スロット線路共振器４２はその共振周波数に応じた高周波信号を励振すると共に、隣合うスロット線路共振器４３に結合し、スロット線路共振器４３内にその共振周波数に応じた高周波信号を励振する。そして、スロット線路共振器４２〜４４は互いに隣合う共振器同士が結合するから、高周波信号のうち各スロット線路共振器４２〜４４の共振周波数に応じた信号だけが出力側のスロット線路共振器４５に伝搬し、励振部４９を通じてスロット線路４７から出力される。これにより、高周波フィルタ４１は帯域通過フィルタとして動作する。
【００７７】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、高周波フィルタ４１の入力部４１Ａと出力部４１Ｂとに励振部４８，４９を備えたスロット線路共振器４２，４５を用いたから、スロット線路共振器４２，４５とスロット線路４６，４７との間の結合を強くすることができ、励振部４８，４９を用いない場合に比べて高周波フィルタ４１の周波数帯域を増大することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、高周波フィルタ４１の入力部４１Ａと出力部４１Ｂのいずれにも励振部４８，４９を備えたスロット線路共振器４２，４５を用いるものとしたが、入力部と出力部のうちいずれか一方に励振部を有するスロット線路共振器を用い、他方の励振部を省く構成としてもよい。
【００７９】
次に、図１８は本発明の第５の実施の形態による高周波フィルタを示し、本実施の形態の特徴は、高周波フィルタの入力部と出力部をなすスロット線路共振器にはそれぞれ励振部を設けると共に、入力部と出力部にはそれぞれ異なる種類のスロット系線路を接続したことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８０】
５１は本実施の形態による高周波フィルタで、該高周波フィルタ５１は、後述する４個のＰＤＴＬ共振器５２〜５５等によって構成されている。
【００８１】
５２〜５５は誘電体基板１の表面１Ａに直線状に並んで設けられた平面誘電体線路共振器（以下、ＰＤＴＬ共振器５２〜５５という）で、該各ＰＤＴＬ共振器５２〜５５は、電極膜２に形成された四角形の開口５２Ａ〜５５Ａと、該開口５２Ａ〜５５Ａにそれぞれ対向して電極膜３に形成された四角形の開口５２Ｂ〜５５Ｂとによって構成されている。そして、ＰＤＴＬ共振器５２〜５５のうち両端側に位置するＰＤＴＬ共振器５２，５５は、高周波フィルタ５１の入力部５１Ａと出力部５１Ｂとをなしている。
【００８２】
５６は入力側のＰＤＴＬ共振器５２に接続されたスロット系線路としての平面誘電体線路（以下、ＰＤＴＬ５６という）で、該ＰＤＴＬ５６は、誘電体基板１の外周縁からＰＤＴＬ共振器５２に向けて直線状に延び、電極膜２に形成された溝状のスロット５６Ａと該スロット５６Ａに対向して電極膜３に形成されたスロット５６Ｂとによって構成されている。
【００８３】
５７は出力側のＰＤＴＬ共振器５５に接続されたＰＤＴＬ５６とは異なる種類のスロット系線路としての接地導体付スロット線路で、該接地導体付スロット線路５７は、誘電体基板１の外周縁からＰＤＴＬ共振器５５に向けて直線状に延び、電極膜２に形成された溝状のスロット５７Ａによって構成されている。なお、誘電体基板１の裏面１Ｂに設けられた電極膜３は接地されている。
【００８４】
５８はＰＤＴＬ共振器５２の開口５２Ａ，５２Ｂ内に位置して設けられた励振部で、該励振部５８は、ＰＤＴＬ５６の延長線上に位置してＰＤＴＬ共振器５２の中心に向けて延びている。また、励振部５８は、導体膜２，３のうちＰＤＴＬ５６の両脇に位置する部位を開口５２Ａ，５２Ｂ内に向けて延伸させることによって形成され、開口５２Ａ内に向けて突出して互いに平行に延びる２本の細長い励振線路５８Ａと該励振線路５８Ａと対向して開口５２Ｂ内に向けて突出した励振線路５８Ｂとによって構成されている。
【００８５】
５９はＰＤＴＬ共振器５５の開口５５Ａ内に位置して設けられた励振部で、該励振部５９は、スロット線路５７の延長線上に位置してＰＤＴＬ共振器５５の中心に向けて延びている。また、励振部５９は、電極膜２のうちスロット線路５７の両脇に位置する部位を開口５５Ａ内に延伸させることによって形成され、開口５５Ａ内に向けて突出し、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路５９Ａによって構成されている。
【００８６】
本実施の形態による高周波フィルタ５１は上述の如き構成を有するもので、第４の実施の形態と同様に帯域通過フィルタとして動作する。
【００８７】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施の形態では、高周波フィルタ５１の入力部５１Ａと出力部５１Ｂとに励振部５８，５９を有するＰＤＴＬ共振器５２，５５を用いたから、ＰＤＴＬ共振器５２，５５とＰＤＴＬ５６、接地導体付スロット線路５７との間の結合を強くすることができ、高周波フィルタ５１の周波数帯域を増大することができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態では、高周波フィルタ５１の入力部５１Ａと出力部５１Ｂとに互いに異なる種類のスロット系線路としてＰＤＴＬ５６と接地導体付スロット線路５７とをそれぞれ接続している。これにより、線路変換機能を高周波フィルタ５１に組み込むことができ、高周波フィルタ５１を高機能化することができる。また、線路変換を行うための構成を高周波フィルタ５１とは別途に設ける必要がなく、装置全体を小型化することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、スロット系線路としてＰＤＴＬ５６、接地導体付スロット線路５７を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＰＤＴＬ、接地導体付スロット線路とのうちいずれか一方に代えて接地導体を省いたスロット線路を用いるものとしてもよい。
【００９０】
次に、図１９は本発明の第６の実施の形態による高周波発振器を示し、本実施の形態の特徴は、高周波発振器を励振部を備えた円形共振器を用いて構成したことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９１】
６１は本実施の形態による高周波発振器で、該高周波発振器６１は、後述する円形共振器６２、ＦＥＴ６７等によって構成されている。
【００９２】
６２は誘電体基板１に設けられた円形共振器で、該円形共振器６２は、電極膜２に形成された円形の開口６２Ａによって構成されている。そして、円形共振器６２は、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長をλgとしたときに、直径寸法が波長λgとほぼ等しい値に設定されている。なお、本実施の形態では、誘電体基板１の裏面１Ｂには電極膜を形成しない構成となっている。
【００９３】
６３は円形共振器６２から離間した位置に設けられた伝送線路としてのスロット線路（他のスロット系線路）で、該スロット線路６３は、基端側が後述のＦＥＴ６７のゲート端子に接続され、先端側には終端抵抗６４が接続されている。
【００９４】
６５はスロット線路３２からＴ字状に分岐した分岐線路としてのスタブ線路で、該スタブ線路６５は、スロット線路６５の途中位置から円形共振器６２に向けて直線状に延び、円形共振器６２の法線方向に沿って形成されている。また、スタブ線路６５の長さ寸法は、高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値に設定されている。
【００９５】
６６は円形共振器６２の開口６２Ａ内に突出して設けられた励振部で、該励振部６６は、電極膜２のうちスタブ線路６５の両脇に位置する部位を開口６２Ａ内に延伸させることによって形成され、スタブ線路６５の延長線上に位置して円形共振器６２の中心に向けて延びている。
【００９６】
６７はスロット線路６３の基端側に設けられた電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ６７という）で、該ＦＥＴ６７は、ゲート端子がスロット線路６３に接続されると共に、バイアス用の直流成分を除去するＤＣカット回路６８が接続されている。また、ＦＥＴ６７のゲート端子とドレイン端子との間には、帰還回路６９が接続され、ＦＥＴ６７のドレイン端子には、バイアス用の直流成分を除去するＤＣカット回路７０、ダンピング回路７１およびスロット線路７２がそれぞれ接続され、ＦＥＴ６７のソース端子は接地されている。
【００９７】
また、ダンピング回路７１は、基端側がＦＥＴ６７のドレイン端子に接続されると共に、先端側には終端抵抗７３が接続されている。また、スロット線路７２は出力端子をなし、高周波発振器６１によって発生した高周波信号を外部に出力するものである。
【００９８】
本実施の形態による高周波発振器６１は上述の如き構成を有するもので、円形共振器６２、スロット線路６３およびスタブ線路６５等が帯域反射型のフィルタとして動作し、ＦＥＴ６７に共振周波数に応じた高周波信号を入力する。このとき、ＦＥＴ６７は、帰還回路６９を通じて高周波信号を増幅し、スロット線路７２から出力する。これにより、高周波発振器６１は全体として位相雑音を改善する安定化発振回路として動作する。
【００９９】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、高周波発振器６１を励振部６６を備えた円形共振器６２を用いて構成したから、円形共振器６２とスタブ線路６５との結合を強めることができ、高周波発振器６１の周波数変調幅の増大、発振出力の増加が可能となる。また、Ｑoの劣化を抑えて強い結合をとっているので、円形共振器６２の負荷Ｑ（ＱL）を高めることができ、位相雑音を低下させることができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の発明によれば、電極膜にはスロットの両脇に位置する部位を開口内に向けて延伸させることによって励振部を形成したから、励振部によってスロットを共振器の開口内に延長させることができると共に、励振部を共振器の開口のうち電界強度が強い位置まで引き込むことができる。このため、例えば励振部の先端（突出端）側に電界強度の強い高周波信号を入力することによって、共振器を強く励振することができ、共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができる。また、共振器の共振モードとスロット系線路の伝搬モードとをいずれもＴＥモードにすることができるから、共振器の無負荷Ｑの劣化を抑制することができる。さらに、励振部を共振器の開口内に設けたから、共振器の外部に設けた場合に比べて装置全体を小型化することができる。
【０１０１】
請求項２の発明によれば、励振部の延伸寸法を、誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４から（３×λg）／４程度の値に設定したから、共振器内の電界最大となる位置と励振部のうち仮想的な開放端となる先端とを近付けることができ、共振器とスロット系線路との間の結合をさらに強くすることができる。
【０１０２】
請求項３の発明によれば、誘電体基板には高周波信号を伝送する伝送線路を設け、スロット系線路は該他のスロット系線路からＴ字状に分岐した分岐線路をなし、励振部は該分岐線路の先端に配置する構成としたから、共振器は他のスロット系線路を伝搬する高周波信号のうち共振周波数に対応した信号を反射するから、帯域反射型のフィルタを構成することができる。
【０１０３】
請求項４の発明によれば、分岐線路の長さ寸法を、誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値に設定したから、分岐線路の先端に延伸して設けられた励振部の先端を仮想的な開放端にすることができ、励振部の先端を共振器のうち電界強度が強い開口内の位置に配置し、共振器と分岐線路をなすスロット系線路との間の結合をさらに強くすることができる。
【０１０４】
請求項５の発明のように、本発明による誘電体共振器装置を入力部と出力部のうち少なくともいずれか一方に用いて高周波フィルタを構成してもよい。これにより、誘電体共振器装置のうち共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができ、当該誘電体共振器装置を用いた高周波フィルタの周波数帯域を増大することができる。
【０１０５】
請求項６の発明によれば、入力部と出力部とは面誘電体線路とスロット線路とのうち互いに異なる構造の線路を接続し、線路変換の機能を有する構成としたから、線路変換機能を高周波フィルタに組み込むことができ、高周波フィルタの高機能化を図ることができる。また、高周波フィルタとは別個に線路変換部を設けた場合に比べて、線路変換部を省くことができ、装置全体を小型化することができる。
【０１０６】
また、請求項７の発明のように、本発明による誘電体共振器装置を用いて高周波発振器を構成してもよい。これにより、誘電体共振器装置のうち共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができ、当該誘電体共振器装置を用いた高周波発振器の位相雑音の軽減、周波数変調幅の増大、発振出力の増加を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図３】ＰＤＴＬを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】ＴＥ０１０モード共振器が励振した状態を示す説明図である。
【図５】励振部の延伸寸法とＴＥ０１０モード共振器の外部Ｑ（Ｑe）との関係を示す特性線図である。
【図６】第１の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図７】第２の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図８】第３の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図９】第４の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図１０】第５の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図１１】第６の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図１２】第２の実施の形態による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図１３】第２の実施の形態による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図１４】接地導体付スロット線路を図１３中の矢示XIV−XIV方向からみた断面図である。
【図１５】比較例による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図１６】第３の実施の形態による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図１７】第４の実施の形態による高周波フィルタを示す斜視図である。
【図１８】第５の実施の形態による高周波フィルタを示す斜視図である。
【図１９】第６の実施の形態による高周波発振器を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 誘電体基板
２，３ 電極膜
４ ＴＥ０１０モード共振器
４Ａ，４Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，５２Ａ，５２Ｂ，５３Ａ，５３Ｂ，５４Ａ，５４Ｂ，５５Ａ，５５Ｂ，６２Ａ 開口
５，５６ ＰＤＴＬ（スロット系線路）
５Ａ，５Ｂ，２２Ａ，３２Ａ，３３Ａ，４６Ａ，４７Ａ，５６Ａ，５６Ｂ スロット
６，１１，１２，１３４，１４，１５，１６，２３，３４，４８，４９，５８，５９ 励振部
２１，５２，５３，５４，５５ ＰＤＴＬ共振器
２２，５７ 接地導体付スロット線路（スロット系線路）
３１，６２ 円形共振器
３２，６３ スロット線路（伝送線路）
３３，６５ スタブ線路（Ｔ分岐線路）
４１，５１ 高周波フィルタ
４２，４３，４４，４５ スロット線路共振器
６１ 高周波発振器
６７ ＦＥＴ
６９ 帰還回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波の電磁波（高周波信号）に用いて好適な誘電体共振器装置、高周波フィルタおよび高周波発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、誘電体共振器装置として、誘電体基板の表面と裏面に電極膜を設け、これら表面側と裏面側の電極膜に誘電体基板を挟んで互いに対向して配置された円形開口からなるＴＥ０１０モード共振器を形成すると共に、誘電体基板の表面側にはＴＥ０１０モード共振器に接続されたコプレーナ線路を設けたものが知られている（例えば、特開平１１−２３９０２１号公報等）。
【０００３】
この従来技術では、コプレーナ線路のうち接地導体（電極膜）に挟まれたストリップ状の中心導体をＴＥ０１０モード共振器の円形開口内まで延伸させている。これにより、この延伸した中心導体を結合線路として用い、コプレーナ線路とＴＥ０１０モード共振器とを強く結合させている。
【０００４】
また、他の従来技術による誘電体共振器装置として、誘電体基板には、表面側の電極膜に矩形開口を形成し、裏面側の電極膜を接地導体とした接地導体付のスロット共振器を設けると共に、表面側の電極膜に溝状の切欠きからなるスロット線路を設け、該スロット線路を矩形スロット共振器に接続したものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による誘電体共振器装置では、ＴＥ０１０モード共振器、スロット共振器等とコプレーナ線路とでは、高周波信号を励振、伝搬したときのモードが異なる。このため、ＴＥ０１０モード共振器等とコプレーナ線路との間で強い結合をとったときには、共振器の無負荷Ｑ（Ｑo）が劣化し、損失が増大するという問題がある。
【０００６】
一方、他の従来技術では、スロット共振器とスロット線路とはいずれもＴＥモードで励振、伝搬するから、モードの相違によるＱoの劣化を抑制することができる。しかし、スロット共振器の輪郭部（矩形開口の周縁部）に位置する電極膜はショート面をなすのに対し、スロット線路の先端はこのショート面に直接接続されているから、スロット線路の先端で電界強度を高めることができず、スロット共振器とスロット線路との間で強い結合を得ることできないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は共振器とスロット線路等との間で強い結合を得ることができる誘電体共振器装置、高周波フィルタおよび高周波発振器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、誘電体基板と、該誘電体基板の両面のうち少なくとも表面に設けられた電極膜と、該電極膜に形成された開口からなる共振器と、該共振器の開口に接続されたスロットを有しＴＥ波が伝搬するスロット系線路とによって構成してなる誘電体共振器装置に適用される。
【０００９】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、電極膜にはスロットの両脇に位置する部位を前記開口内に向けて延伸させることにより励振部を形成したことにある。
【００１０】
このように構成したことにより、励振部によってスロットを共振器の開口内に延長させることができると共に、励振部を共振器の開口のうち電界強度が強い位置まで引き込むことができる。このため、例えば励振部の先端（突出端）側に電界強度の強い高周波信号を入力することによって、共振器を強く励振することができ、共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、励振部の延伸寸法を、誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４から（３×λg）／４程度の値に設定したことにある。
【００１２】
これにより、共振器内の電界最大となる位置と励振部のうち仮想的な開放端となる先端とを近付けることができる。このため、励振部の延伸寸法を他の値に設定したときに比べて、共振器とスロット系線路との間の結合をさらに強くすることができる。
【００１３】
請求項３の発明では、誘電体基板には高周波信号を伝送する他のスロット系線路を設け、前記スロット系線路は該他のスロット系線路からＴ字状に分岐した分岐線路によって構成し、前記励振部は該分岐線路の先端に配置する構成としている。
【００１４】
これにより、共振器は他のスロット系線路を伝搬する高周波信号のうち共振周波数に対応した信号を反射するから、帯域反射型のフィルタを構成することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、分岐線路の長さ寸法を、誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値に設定したことにある。
【００１６】
これにより、分岐線路のうち他のスロット系線路からＴ字状に分岐した基端を仮想的な開放端、この基端からλg／４程度の長さ寸法だけ離間した分岐線路の先端を仮想的な短絡端とすることができると共に、分岐線路の先端に延伸して設けられた励振部の先端を仮想的な開放端にすることができる。このため、電界強度の強い励振部の先端（開放端）を、共振器のうち電界強度が強い開口内の位置に配置することができ、共振器と分岐線路をなすスロット系線路との間の結合をさらに強くすることができる。
【００１７】
請求項５の発明のように、本発明による誘電体共振器装置を入力部と出力部のうち少なくともいずれか一方に用いて高周波フィルタを構成してもよい。
【００１８】
これにより、誘電体共振器装置のうち共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができ、当該誘電体共振器装置を用いた高周波フィルタの周波数帯域を増大することができる。
【００１９】
この場合、請求項６の発明のように、前記スロット系線路は、前記誘電体基板の表面と裏面とに互いに対面したスロットを有する平面誘電体線路、または前記誘電体基板の表面にのみスロットを有するスロット線路によって構成し、前記入力部は前記平面誘電体線路とスロット線路とのうちいずれか一方に接続し、前記出力部は前記平面誘電体線路とスロット線路とのうち前記入力部と異なる他方に接続し、線路変換の機能を有する構成としてもよい。
【００２０】
これにより、平面誘電体線路とスロット線路との間で線路変換機能を高周波フィルタに組み込むことができ、高周波フィルタの高機能化を図ることができる。また、高周波フィルタとは別個に線路変換部を設けた場合に比べて、線路変換部を省くことができ、装置全体を小型化することができる。
【００２１】
また、請求項７の発明のように、本発明による誘電体共振器装置を用いて高周波発振器を構成してもよい。
【００２２】
これにより、誘電体共振器装置のうち共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができ、当該誘電体共振器装置を用いた高周波発振器の位相雑音の軽減、周波数変調幅の増大、発振出力の増加を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による誘電体共振器装置、高周波フィルタおよび高周波発振器を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
まず、図１ないし図３は第１の実施の形態による誘電体共振器装置を示し、図において、１は略四角形の平板状に形成された誘電体基板で、該誘電体基板１は、誘電体材料として、樹脂材料、セラミックス材料、またはこれらを混合して焼結した複合材料からなり、例えば厚さ寸法ｔが０．６ｍｍ（ｔ＝０．６ｍｍ）、比誘電率εrが２４（εr＝２４）程度の値に設定されている。
【００２５】
２，３は誘電体基板１の表面１Ａ、裏面１Ｂにそれぞれ形成された電極膜で、該電極膜２，３は、例えばフォトリソグラフィ技術等を用いて金、銅、銀等の導電性の金属薄膜を両面一緒に高精度にパターニングすることによって形成されている。
【００２６】
４は誘電体基板１の中央側に設けられた円形のＴＥ０１０モード共振器で、該ＴＥ０１０モード共振器４は、電極膜２，３にそれぞれ形成された円形の開口４Ａ，４Ｂによって構成され、これらの開口４Ａ，４Ｂは誘電体基板１を挟んで互いに対向する位置に配設されている。そして、ＴＥ０１０モード共振器４は、共振周波数ｆ0が例えば３０ＧＨｚ（ｆ0＝３０ＧＨｚ）程度に設定されると共に、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長をλgとしたときに、直径寸法φが波長λgとほぼ等しい値として例えば３．５ｍｍ（φ＝３．５ｍｍ）程度に設定されている。
【００２７】
５は誘電体基板１の外周縁からＴＥ０１０モード共振器４に向けて直線状に延びるスロット系線路としての平面誘電体線路（以下、ＰＤＴＬ５という）で、該ＰＤＴＬ５は、円形をなすＴＥ０１０モード共振器４の法線方向に沿って延びている。また、ＰＤＴＬ５は、電極膜２，３にそれぞれ形成された溝状のスロット５Ａ，５Ｂによって構成され、これらのスロット５Ａ，５Ｂは誘電体基板１を挟んで互いに対向する位置に配設されている。そして、ＰＤＴＬ５は、例えば幅寸法Ｗ1が０．１ｍｍ（Ｗ1＝０．１ｍｍ）程度に設定されている。
【００２８】
６はＴＥ０１０モード共振器４の開口４Ａ，４Ｂ内に位置して設けられた励振部で、該励振部６は、ＰＤＴＬ５の延長線上に位置してＴＥ０１０モード共振器４の中心に向けて延びている。また、励振部６は、誘電体基板１の表面１Ａ側に位置して開口４Ａ内に突出して設けられ、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路６Ａと、誘電体基板１の裏面１Ｂ側に位置して開口４Ｂ内に突出して設けられ、誘電体基板１を挟んで励振線路６Ａに対向した２本の細長い励振線路６Ｂとによって構成され、ＰＤＴＬ５をＴＥ０１０モード共振器４内まで延長して引き込んでいる。
【００２９】
そして、励振線路６Ａは、電極膜２のうちスロット５Ａの両脇に位置する部位を開口４Ａ内に延伸する（引き込む）ことによって形成され、電極膜２と同じ導電性の金属薄膜を用いて電極膜２と一体化して形成されている。同様に、励振線路６Ｂも、電極膜３のうちスロット５Ｂの両脇に位置する部位を開口４Ｂ内に延伸することによって形成されている。
【００３０】
また、励振部６は、ＴＥ０１０モード共振器４の輪郭部をなす開口４Ａ，４Ｂの周縁部４Ｃ，４Ｄから開口４Ａ，４Ｂ内に向けて突出した延伸寸法Ｌが、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長λgに対して、例えばλg／４と（３×λg）／４との間の範囲となる値（λg／４≦Ｌ≦（３×λg）／４）に設定されている。そして、励振部６の励振線路６Ａ，６Ｂは、例えば幅寸法Ｗ2が０．１ｍｍ（Ｗ2＝０．１ｍｍ）程度に設定されている。
【００３１】
本実施の形態による誘電体共振器装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について図１ないし図５を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、ＰＤＴＬ５に例えば３０ＧＨｚ程度の高周波の電磁波（高周波信号）を入力すると、スロット５Ａ，５Ｂの幅方向に電界Ｅが形成されると共に、スロット５Ａ，５Ｂの長さ方向と誘電体基板１の厚さ方向とに対して磁界Ｈが形成される。そして、高周波信号は、誘電体基板１の表面１Ａと裏面１Ｂとで全反射を繰り返すＴＥ波となってＴＥ０１０モード共振器４に向けて伝搬すると共に、ＰＤＴＬ５に連続した励振部６の先端からＴＥ０１０モード共振器４の開口４Ａ，４Ｂ内に放射される。このとき、ＴＥ０１０モード共振器４内の高周波信号は、周縁部４Ｃ，４Ｄ間を結ぶ円周面がショート面となっているから、円環状の電界Ｅと該電界Ｅを取囲むドーナツ状の磁界Ｈとを形成し、ＴＥ０１０モードに準じた共振モードで共振する（図４参照）。
【００３３】
然るに、本実施の形態では、ＴＥ０１０モード共振器４にはその共振モードと同じＴＥモードで高周波信号を伝搬するＰＤＴＬ５を接続したから、従来技術のようにコプレーナ線路を接続した場合に比べて、無負荷Ｑ（Ｑo）の劣化を防ぐことができ、損失を抑えることができる。
【００３４】
また、他の従来技術のように励振部６を設けない場合には、ＰＤＴＬ５の先端（開放端）がショート面をなす周縁部４Ｃ，４Ｄに接触するから、励振部位をなすＰＤＴＬ５の先端の電界強度を高めることができない。これに対し、本実施の形態では、励振部６の先端が周縁部４Ｃ，４Ｄから離間しているから、励振部６の先端の電界強度を高めた状態でＴＥ０１０モード共振器４を励振することができ、ＴＥ０１０モード共振器４とＰＤＴＬ５との間の結合を強くすることができる。
【００３５】
特に、ＴＥ０１０モード共振器４は、開口４Ａ，４Ｂのうち中心と周縁部４Ｃ，４Ｄとの中間に位置する環状の部位が電界強度が強くなる。一方、励振部６も２本の励振線路６Ａ間および２本の励振線路６Ｂ間がいずれも絶縁されているから、励振部６の先端は電界強度が大きな仮想的な開放端となっている。そして、励振部６は周縁部４Ｃ，４ＤからＴＥ０１０モード共振器４の電界強度の強い位置まで突出しているから、励振部６の仮想的な開放端をＴＥ０１０モード共振器４の電界強度の強い位置に配置することができ、ＴＥ０１０モード共振器４を電界強度を高めた状態で励振することができる。
【００３６】
即ち、誘電体基板１の比誘電率εrを例えば２４、誘電体基板１の厚さ寸法ｔを例えば０．６ｍｍ、ＴＥ０１０モード共振器４の直径寸法φを例えば３．５ｍｍ、ＰＤＴＬ５の幅寸法Ｗ1を例えば０．１ｍｍ、励振部６の励振線路６Ａ，６Ｂの幅寸法Ｗ2を例えば０．１ｍｍにそれぞれ設定し、電磁界シミュレーションを行った場合、図５に示す解析結果を得ることができる。
【００３７】
ここで、図５は、励振部６の長さ寸法ＬとＴＥ０１０モード共振器４の外部Ｑ（Ｑe）との関係を示している。図５において、Ｌ＝０の点は他の従来技術と同じ状態（励振部６を設けない状態）を示し、この状態のＱeは３００程度となる。これに対し、励振部６をＴＥ０１０モード共振器４内に突出させることによって、Ｑeを７０程度まで強化することができる。
【００３８】
特に、ＴＥ０１０モード共振器４の電界強度が最大となる位置と励振部６の仮想的な開放端（先端）とが近付く範囲として、励振部６の長さ寸法Ｌがλg／４と（３×λg）／４との間の範囲となる値（λg／４≦Ｌ≦（３×λg）／４）では、他の範囲に比べてＱeが小さくなる。従って、本実施の形態のように、励振部６の長さ寸法Ｌをλg／４から（３×λg）／４の範囲に設定することによって、ＴＥ０１０モード共振器４とＰＤＴＬ５との結合をさらに強くすることができる。
【００３９】
また、励振部６をＴＥ０１０モード共振器４の内部に形成したから、励振部６を形成することによって装置全体が大型化することがない。さらに、ＴＥ０１０モード共振器４、ＰＤＴＬ５および励振部６を同一の電極成膜プロセスによって成形できるから、特性バラツキが少ない誘電体共振器装置を提供することができる。
【００４０】
なお、第１の実施の形態では、共振器としてＴＥ０１０モード共振器４を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、共振器として、誘電体基板１の表面１Ａには円形開口をもった電極膜２を設け、裏面１Ｂからは電極膜３を省いた円形共振器を用いてもよく、誘電体基板１の表面１Ａには円形開口をもった電極膜２を設け、裏面１Ｂには全面に亘って接地された電極膜２を設けた円形共振器を用いてもよい。
【００４１】
また、第１の実施の形態では、励振部６の励振線路６Ａ，６Ｂは直線状をなすものとした。しかし、本発明はこれに限るものではなく、図６ないし図１１に示す第１ないし第６の変形例に示すように各種の形状を採用し得るものである。
【００４２】
例えば、図６に示す第１の変形例のように励振部１１をなす２本の励振線路１１Ａ（表面１Ａ側のみ図示）の先端には互いに離間する方向に屈曲した屈曲部１１Ｂを形成する構成としてもよい。この場合、励振部１１の先端を拡開させたから、励振部１１の屈曲部１１Ｂによって環状の電界を形成し易くすることができる。
【００４３】
また、図７に示す第２の変形例のように励振部１２をなす２本の励振線路１２Ａ（表面１Ａ側のみ図示）の先端には互いに離間する方向に屈曲し、ＴＥ０１０モード共振器４の周縁部４Ｃに沿って湾曲して延びる湾曲部１２Ｂを形成する構成としてもよい。この場合、励振線路１２の先端を周縁部４Ｃに沿って湾曲させたから、湾曲部１２Ｂを取囲む磁界を誘導し、ＴＥ０１０モード共振器４内にドーナツ状の磁界を形成し易くすることができる。
【００４４】
また、図８に示す第３の変形例のように励振部１３の励振線路１３Ａ（表面１Ａ側のみ図示）の幅寸法は基端側と先端側とで異なる値（例えば先端側を大きく）に形成してもよく、図９に示す第４の変形例のよう励振部１４をなす２本の励振線路１４Ａ（表面１Ａ側のみ図示）間の間隔寸法は基端側と先端側とで異なる値（例えば先端側を大きく）に形成してもよい。
【００４５】
これらの場合には、励振線路１３Ａの幅寸法、励振線路１４Ａ間の間隔寸法に応じて励振部１３，１４のインピーダンスが変化するから、ＴＥ０１０モード共振器４の外部Ｑ（Ｑe）を調整することができる。
【００４６】
また、図１０に示す第５の変形例のように、励振部１５をなす励振線路１５Ａ（表面１Ａ側のみ図示）には、基端側、先端側等に形成される鋭角形状をなす部位に丸みをもって連続する面取り部１５Ｂを形成してもよい。
【００４７】
この場合、鋭角形状をなす部位には電流が集中し易く、ＴＥ０１０モード共振器４の無負荷Ｑ（Ｑo）が低下する傾向があるのに対し、面取り部１５Ｂによって電流の集中を緩和することができ、Ｑoの劣化を抑制することができる。
【００４８】
さらに、第１の実施の形態では、励振部６先端を開放端としたが、図１１に示す第６の変形例のように、励振部１６をなす２本の励振線路１６Ａ（表面１Ａ側のみ図示）の先端を互いに接続して励振部１６の先端を短絡端１６Ｂとしてもよい。
【００４９】
この場合、励振部１６の短絡端１６ＢをＴＥ０１０モード共振器４の仮想的な短絡点（中央位置）に配置することによって、ＴＥ０１０モード共振器４に対する結合を強くすることができる。
【００５０】
次に、図１２ないし図１４は本発明の第２の実施の形態による誘電体共振器装置を示し、本実施の形態の特徴は、共振器として平面誘電体線路共振器を用いると共に、スロット系線路として接地導体付スロット線路を用いたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
２１は誘電体基板１の中央側に設けられた四角形の平面誘電体線路共振器（以下、ＰＤＴＬ共振器２１という）で、該ＰＤＴＬ共振器２１は、電極膜２，３にそれぞれ形成された四角形の開口２１Ａ，２１Ｂによって構成され、これらの開口２１Ａ，２１Ｂは誘電体基板１を挟んで互いに対向する位置に配設されている。そして、ＰＤＴＬ共振器２１は、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長をλgとしたときに、高周波信号の伝搬方向に向かう長さ寸法Ｌ0が波長λgの半分程度の値（Ｌ0＝λg／２）に設定されている。
【００５２】
２２は誘電体基板１の外周縁からＰＤＴＬ共振器２１に向けて直線状に延びるスロット系線路としての接地導体付スロット線路で、該接地導体付スロット線路２２は、四角形をなすＰＤＴＬ共振器２１の一辺に対してほぼ垂直に延びている。また、接地導体付スロット線路２２は、電極膜２に形成された溝状のスロット２２Ａによって構成されると共に、電極膜３が接地されている。
【００５３】
２３はＰＤＴＬ共振器２１の開口２１Ａ内に位置して設けられた励振部で、該励振部２３は、接地導体付スロット線路２２の延長線上に位置してＰＤＴＬ共振器２１の中心に向けて延びている。また、励振部２３は、誘電体基板１の表面１Ａ側に位置してＰＤＴＬ共振器２１の輪郭部をなす開口２１Ａの周縁部２１Ｃから開口２１Ａ内に向けて突出して設けられ、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路２３Ａによって構成されている。
【００５４】
そして、励振線路２３Ａは、電極膜２のうちスロット２２Ａの両脇に位置する部位を開口２１Ａ内に延伸する（引き込む）ことによって電極膜２と一体に形成され、接地導体付スロット線路２２をＰＴＤＬ共振器２１内まで延長している。
【００５５】
本実施の形態による誘電体共振器装置は上述の如き構成を有するもので、接地導体付スロット線路２２を伝搬するＴＥモードの高周波信号は、励振部２３の先端からＰＤＴＬ共振器２１内に放射される。これにより、ＰＤＴＬ共振器２１内にはスロット２２Ａの幅方向と略平行な電界Ｅと該電界Ｅを取囲む磁界Ｈとが形成され、高周波信号はＴＥモードをなして共振する。
【００５６】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
ここで、ＰＤＴＬ共振器２１の場合、図１５に示す比較例のようにＰＤＴＬ共振器２１と接地導体付スロット線路２２との間にスロット２２Ａよりも幅寸法が大きな励振用スロット部２４を設け、ＰＤＴＬ共振器２１と接地導体付スロット線路２２との間の結合量を増加させることも可能である。
【００５８】
しかし、この場合にはＰＤＴＬ共振器２１の外側に励振用スロット部２４が形成されているから、ＰＤＴＬ共振器２１に加えて励振用スロット部２４を形成するための面積を確保する必要があり、装置全体が大型化するという問題がある。
【００５９】
これに対し、本実施の形態では、ＰＤＴＬ共振器２１の内側に励振部２３を形成するから、ＰＤＴＬ共振器２１とは別に励振部２３用の面積を確保する必要がなく、比較例に比べて装置全体を小型化することができる。
【００６０】
なお、第２の実施の形態では、共振器としてＰＤＴＬ共振器２１を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、共振器として、誘電体基板１の表面１Ａには矩形開口をもった電極膜２を設け、裏面１Ｂからは電極膜３を省いたスロット線路共振器を用いてもよく、誘電体基板１の表面１Ａには矩形開口をもった電極膜２を設け、裏面１Ｂには全面に亘って接地された電極膜２を設けた接地導体付スロット線路共振器を用いてもよい。
【００６１】
また、前記第１，第２の実施の形態では、スロット系線路として、誘電体基板１の両面１Ａ，１Ｂにスロット５Ａ，５Ｂがそれぞれ形成されたＰＤＴＬ５、または誘電体基板１の表面１Ａにのみスロット２２Ａを形成され、裏面１Ｂには接地された電極膜３を設けた接地導体付スロット線路２２を用いるものとした。
【００６２】
しかし、本発明はこれに限らず、スロット系線路として、誘電体基板１の表面１Ａにのみスロットを形成し、裏面１Ｂからは電極膜３を省いたスロット線路を用いてもよい。
【００６３】
次に、図１６は本発明の第３の実施の形態による誘電体共振器装置を示し、本実施の形態の特徴は、伝送線路から分岐したスタブ線路を共振器に接続し、スタブ線路の先端に励振部を配置する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６４】
３１は誘電体基板１の中央側に設けられた円形共振器で、該円形共振器３１は、電極膜２に形成された円形の開口３１Ａによって構成されている。そして、円形共振器３１は、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長をλgとしたときに、直径寸法が波長λgとほぼ等しい値に設定されている。なお、本実施の形態では、誘電体基板１の裏面１Ｂには電極膜を形成しない構成となっている。
【００６５】
３２は円形共振器３１から離間した位置に設けられた伝送線路としてのスロット線路（他のスロット系線路）で、該スロット線路３２は、電極膜２に形成された溝状のスロット３２Ａによって構成され、該スロット３２Ａは円形共振器３１の接線方向に対して平行に延びている。
【００６６】
３３はスロット線路３２からＴ字状に分岐した分岐線路としてのスタブ線路で、該スタブ線路３３は、スロット線路３２の途中位置から円形共振器３１に向けて直線状に延び、円形共振器３１の法線方向に沿って形成されている。また、スタブ線路３３は、電極膜２に形成された溝状のスロット３３Ａによって構成され、スロット線路３２と円形共振器３１の周縁部３１Ｂとの間の距離をなすスロット３３Ａの長さ寸法Ｌ1は、高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値（Ｌ1＝λg／４）に設定されている。なお、スロット３３Ａの長さ寸法Ｌ1は、λg／４に限らず（２ｎ＋１）×λg／４（ｎ：整数）程度の値に設定してもよい。
【００６７】
３４は円形共振器３１の開口３１Ａ内に位置して設けられた励振部で、該励振部３４は、スタブ線路３３の延長線上に位置して円形共振器３１の中心に向けて延びている。また、励振部３４は、電極膜２のうちスタブ線路３３の両脇に位置する部位を開口３１Ａ内に延伸させることによって形成され、誘電体基板１の表面１Ａ側に位置して開口３１Ａ内に突出して設けられ、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路３４Ａによって構成されている。そして、励振部３４の延伸寸法は、例えばλg／４と（３×λg）／４との間の範囲となる値に設定されている。
【００６８】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができるが、本実施の形態では、スロット線路３２からＴ字状に分岐したスタブ線路３３の先端に励振部３４を設け、円形共振器３１とスタブ線路３３とを接続する構成としたから、円形共振器３１はスロット線路３２を伝搬する高周波信号のうちその共振周波数ｆ0に対応した信号を反射する。このため、装置全体によって帯域反射型のフィルタを構成することができる。
【００６９】
また、スタブ線路３３の長さ寸法Ｌ1をλg／４程度の値に設定したから、スタブ線路３３のうちスロット線路３２からＴ字状に分岐した基端を仮想的な開放端、スタブ線路３３の先端を仮想的な短絡端とすることができると共に、スタブ線路３３の先端に突出して設けられた励振部３４の先端を仮想的な開放端にすることができる。このため、電界強度の強い励振部３４の先端（開放端）を、円形共振器３１のうち電界強度が強い開口３１Ａ内の位置に配置することができ、円形共振器３１とスタブ線路３３との間の結合をさらに強くすることができる。
【００７０】
さらに、円形共振器３１、スロット線路３２、スタブ線路３３および励振部３４は電極膜２を成膜する成膜プロセスにおいて一緒に形成することができるから、特性バラツキの少ない誘電体共振器装置を提供することができる。
【００７１】
次に、図１７は本発明の第４の実施の形態による高周波フィルタを示し、本実施の形態の特徴は、高周波フィルタを複数のスロット線路共振器によって構成すると共に、その入力部と出力部をなすスロット線路共振器内にはスロット線路の先端に位置して励振部を設けたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７２】
４１は本実施の形態による高周波フィルタで、該高周波フィルタ４１は、後述する４個のスロット線路共振器４２〜４５等によって構成されている。
【００７３】
４２〜４５は誘電体基板１の表面１Ａに直線状に並んで設けられたスロット線路共振器で、該各スロット線路共振器４２〜４５は、電極膜２に形成された四角形の開口４２Ａ〜４５Ａによって構成されている。そして、スロット線路共振器４２〜４５のうち両端側に位置するスロット線路共振器４２，４５は、高周波フィルタ４１の入力部４１Ａと出力部４１Ｂとをなしている。なお、本実施の形態では、誘電体基板１の裏面１Ｂには電極膜を形成しない構成となっている。
【００７４】
４６，４７は入力側のスロット線路共振器４２と出力側のスロット線路共振器４５とにそれぞれ接続されたスロット系線路としてのスロット線路で、該スロット線路４６，４７は、誘電体基板１の外周縁からスロット線路共振器４２，４５に向けて直線状に延び、電極膜２に形成された溝状のスロット４６Ａ，４７Ａによって構成されている。
【００７５】
４８，４９はスロット線路共振器４２，４５の開口４２Ａ，４５Ａ内に位置して設けられた励振部で、該励振部４８，４９は、スロット線路４６，４７の延長線上に位置してスロット線路共振器４２，４５の中心に向けて延びている。また、励振部４８，４９は、導体膜２のうちスロット線路４６，４７の両脇に位置する部位を開口４２Ａ，４５Ａ内に向けて延伸させることによってそれぞれ形成され、開口４２Ａ，４５Ａ内に向けて突出し、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路４８Ａ，４９Ａによって構成されている。
【００７６】
本実施の形態による高周波フィルタ４１は上述の如き構成を有するもので、スロット線路４６に入力された高周波信号は、励振部４８を通じてスロット線路共振器４２内に供給される。このとき、スロット線路共振器４２はその共振周波数に応じた高周波信号を励振すると共に、隣合うスロット線路共振器４３に結合し、スロット線路共振器４３内にその共振周波数に応じた高周波信号を励振する。そして、スロット線路共振器４２〜４４は互いに隣合う共振器同士が結合するから、高周波信号のうち各スロット線路共振器４２〜４４の共振周波数に応じた信号だけが出力側のスロット線路共振器４５に伝搬し、励振部４９を通じてスロット線路４７から出力される。これにより、高周波フィルタ４１は帯域通過フィルタとして動作する。
【００７７】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、高周波フィルタ４１の入力部４１Ａと出力部４１Ｂとに励振部４８，４９を備えたスロット線路共振器４２，４５を用いたから、スロット線路共振器４２，４５とスロット線路４６，４７との間の結合を強くすることができ、励振部４８，４９を用いない場合に比べて高周波フィルタ４１の周波数帯域を増大することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、高周波フィルタ４１の入力部４１Ａと出力部４１Ｂのいずれにも励振部４８，４９を備えたスロット線路共振器４２，４５を用いるものとしたが、入力部と出力部のうちいずれか一方に励振部を有するスロット線路共振器を用い、他方の励振部を省く構成としてもよい。
【００７９】
次に、図１８は本発明の第５の実施の形態による高周波フィルタを示し、本実施の形態の特徴は、高周波フィルタの入力部と出力部をなすスロット線路共振器にはそれぞれ励振部を設けると共に、入力部と出力部にはそれぞれ異なる種類のスロット系線路を接続したことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８０】
５１は本実施の形態による高周波フィルタで、該高周波フィルタ５１は、後述する４個のＰＤＴＬ共振器５２〜５５等によって構成されている。
【００８１】
５２〜５５は誘電体基板１の表面１Ａに直線状に並んで設けられた平面誘電体線路共振器（以下、ＰＤＴＬ共振器５２〜５５という）で、該各ＰＤＴＬ共振器５２〜５５は、電極膜２に形成された四角形の開口５２Ａ〜５５Ａと、該開口５２Ａ〜５５Ａにそれぞれ対向して電極膜３に形成された四角形の開口５２Ｂ〜５５Ｂとによって構成されている。そして、ＰＤＴＬ共振器５２〜５５のうち両端側に位置するＰＤＴＬ共振器５２，５５は、高周波フィルタ５１の入力部５１Ａと出力部５１Ｂとをなしている。
【００８２】
５６は入力側のＰＤＴＬ共振器５２に接続されたスロット系線路としての平面誘電体線路（以下、ＰＤＴＬ５６という）で、該ＰＤＴＬ５６は、誘電体基板１の外周縁からＰＤＴＬ共振器５２に向けて直線状に延び、電極膜２に形成された溝状のスロット５６Ａと該スロット５６Ａに対向して電極膜３に形成されたスロット５６Ｂとによって構成されている。
【００８３】
５７は出力側のＰＤＴＬ共振器５５に接続されたＰＤＴＬ５６とは異なる種類のスロット系線路としての接地導体付スロット線路で、該接地導体付スロット線路５７は、誘電体基板１の外周縁からＰＤＴＬ共振器５５に向けて直線状に延び、電極膜２に形成された溝状のスロット５７Ａによって構成されている。なお、誘電体基板１の裏面１Ｂに設けられた電極膜３は接地されている。
【００８４】
５８はＰＤＴＬ共振器５２の開口５２Ａ，５２Ｂ内に位置して設けられた励振部で、該励振部５８は、ＰＤＴＬ５６の延長線上に位置してＰＤＴＬ共振器５２の中心に向けて延びている。また、励振部５８は、導体膜２，３のうちＰＤＴＬ５６の両脇に位置する部位を開口５２Ａ，５２Ｂ内に向けて延伸させることによって形成され、開口５２Ａ内に向けて突出して互いに平行に延びる２本の細長い励振線路５８Ａと該励振線路５８Ａと対向して開口５２Ｂ内に向けて突出した励振線路５８Ｂとによって構成されている。
【００８５】
５９はＰＤＴＬ共振器５５の開口５５Ａ内に位置して設けられた励振部で、該励振部５９は、スロット線路５７の延長線上に位置してＰＤＴＬ共振器５５の中心に向けて延びている。また、励振部５９は、電極膜２のうちスロット線路５７の両脇に位置する部位を開口５５Ａ内に延伸させることによって形成され、開口５５Ａ内に向けて突出し、互いに平行に延びる２本の細長い励振線路５９Ａによって構成されている。
【００８６】
本実施の形態による高周波フィルタ５１は上述の如き構成を有するもので、第４の実施の形態と同様に帯域通過フィルタとして動作する。
【００８７】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施の形態では、高周波フィルタ５１の入力部５１Ａと出力部５１Ｂとに励振部５８，５９を有するＰＤＴＬ共振器５２，５５を用いたから、ＰＤＴＬ共振器５２，５５とＰＤＴＬ５６、接地導体付スロット線路５７との間の結合を強くすることができ、高周波フィルタ５１の周波数帯域を増大することができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態では、高周波フィルタ５１の入力部５１Ａと出力部５１Ｂとに互いに異なる種類のスロット系線路としてＰＤＴＬ５６と接地導体付スロット線路５７とをそれぞれ接続している。これにより、線路変換機能を高周波フィルタ５１に組み込むことができ、高周波フィルタ５１を高機能化することができる。また、線路変換を行うための構成を高周波フィルタ５１とは別途に設ける必要がなく、装置全体を小型化することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、スロット系線路としてＰＤＴＬ５６、接地導体付スロット線路５７を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＰＤＴＬ、接地導体付スロット線路とのうちいずれか一方に代えて接地導体を省いたスロット線路を用いるものとしてもよい。
【００９０】
次に、図１９は本発明の第６の実施の形態による高周波発振器を示し、本実施の形態の特徴は、高周波発振器を励振部を備えた円形共振器を用いて構成したことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９１】
６１は本実施の形態による高周波発振器で、該高周波発振器６１は、後述する円形共振器６２、ＦＥＴ６７等によって構成されている。
【００９２】
６２は誘電体基板１に設けられた円形共振器で、該円形共振器６２は、電極膜２に形成された円形の開口６２Ａによって構成されている。そして、円形共振器６２は、誘電体基板１内での共振周波数ｆ0に対応した高周波信号の波長をλgとしたときに、直径寸法が波長λgとほぼ等しい値に設定されている。なお、本実施の形態では、誘電体基板１の裏面１Ｂには電極膜を形成しない構成となっている。
【００９３】
６３は円形共振器６２から離間した位置に設けられた伝送線路としてのスロット線路（他のスロット系線路）で、該スロット線路６３は、基端側が後述のＦＥＴ６７のゲート端子に接続され、先端側には終端抵抗６４が接続されている。
【００９４】
６５はスロット線路３２からＴ字状に分岐した分岐線路としてのスタブ線路で、該スタブ線路６５は、スロット線路６５の途中位置から円形共振器６２に向けて直線状に延び、円形共振器６２の法線方向に沿って形成されている。また、スタブ線路６５の長さ寸法は、高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値に設定されている。
【００９５】
６６は円形共振器６２の開口６２Ａ内に突出して設けられた励振部で、該励振部６６は、電極膜２のうちスタブ線路６５の両脇に位置する部位を開口６２Ａ内に延伸させることによって形成され、スタブ線路６５の延長線上に位置して円形共振器６２の中心に向けて延びている。
【００９６】
６７はスロット線路６３の基端側に設けられた電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ６７という）で、該ＦＥＴ６７は、ゲート端子がスロット線路６３に接続されると共に、バイアス用の直流成分を除去するＤＣカット回路６８が接続されている。また、ＦＥＴ６７のゲート端子とドレイン端子との間には、帰還回路６９が接続され、ＦＥＴ６７のドレイン端子には、バイアス用の直流成分を除去するＤＣカット回路７０、ダンピング回路７１およびスロット線路７２がそれぞれ接続され、ＦＥＴ６７のソース端子は接地されている。
【００９７】
また、ダンピング回路７１は、基端側がＦＥＴ６７のドレイン端子に接続されると共に、先端側には終端抵抗７３が接続されている。また、スロット線路７２は出力端子をなし、高周波発振器６１によって発生した高周波信号を外部に出力するものである。
【００９８】
本実施の形態による高周波発振器６１は上述の如き構成を有するもので、円形共振器６２、スロット線路６３およびスタブ線路６５等が帯域反射型のフィルタとして動作し、ＦＥＴ６７に共振周波数に応じた高周波信号を入力する。このとき、ＦＥＴ６７は、帰還回路６９を通じて高周波信号を増幅し、スロット線路７２から出力する。これにより、高周波発振器６１は全体として位相雑音を改善する安定化発振回路として動作する。
【００９９】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、高周波発振器６１を励振部６６を備えた円形共振器６２を用いて構成したから、円形共振器６２とスタブ線路６５との結合を強めることができ、高周波発振器６１の周波数変調幅の増大、発振出力の増加が可能となる。また、Ｑoの劣化を抑えて強い結合をとっているので、円形共振器６２の負荷Ｑ（ＱL）を高めることができ、位相雑音を低下させることができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の発明によれば、電極膜にはスロットの両脇に位置する部位を開口内に向けて延伸させることによって励振部を形成したから、励振部によってスロットを共振器の開口内に延長させることができると共に、励振部を共振器の開口のうち電界強度が強い位置まで引き込むことができる。このため、例えば励振部の先端（突出端）側に電界強度の強い高周波信号を入力することによって、共振器を強く励振することができ、共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができる。また、共振器の共振モードとスロット系線路の伝搬モードとをいずれもＴＥモードにすることができるから、共振器の無負荷Ｑの劣化を抑制することができる。さらに、励振部を共振器の開口内に設けたから、共振器の外部に設けた場合に比べて装置全体を小型化することができる。
【０１０１】
請求項２の発明によれば、励振部の延伸寸法を、誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４から（３×λg）／４程度の値に設定したから、共振器内の電界最大となる位置と励振部のうち仮想的な開放端となる先端とを近付けることができ、共振器とスロット系線路との間の結合をさらに強くすることができる。
【０１０２】
請求項３の発明によれば、誘電体基板には高周波信号を伝送する伝送線路を設け、スロット系線路は該他のスロット系線路からＴ字状に分岐した分岐線路をなし、励振部は該分岐線路の先端に配置する構成としたから、共振器は他のスロット系線路を伝搬する高周波信号のうち共振周波数に対応した信号を反射するから、帯域反射型のフィルタを構成することができる。
【０１０３】
請求項４の発明によれば、分岐線路の長さ寸法を、誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値に設定したから、分岐線路の先端に延伸して設けられた励振部の先端を仮想的な開放端にすることができ、励振部の先端を共振器のうち電界強度が強い開口内の位置に配置し、共振器と分岐線路をなすスロット系線路との間の結合をさらに強くすることができる。
【０１０４】
請求項５の発明のように、本発明による誘電体共振器装置を入力部と出力部のうち少なくともいずれか一方に用いて高周波フィルタを構成してもよい。これにより、誘電体共振器装置のうち共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができ、当該誘電体共振器装置を用いた高周波フィルタの周波数帯域を増大することができる。
【０１０５】
請求項６の発明によれば、入力部と出力部とは面誘電体線路とスロット線路とのうち互いに異なる構造の線路を接続し、線路変換の機能を有する構成としたから、線路変換機能を高周波フィルタに組み込むことができ、高周波フィルタの高機能化を図ることができる。また、高周波フィルタとは別個に線路変換部を設けた場合に比べて、線路変換部を省くことができ、装置全体を小型化することができる。
【０１０６】
また、請求項７の発明のように、本発明による誘電体共振器装置を用いて高周波発振器を構成してもよい。これにより、誘電体共振器装置のうち共振器とスロット系線路との間の結合を強くすることができ、当該誘電体共振器装置を用いた高周波発振器の位相雑音の軽減、周波数変調幅の増大、発振出力の増加を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図３】ＰＤＴＬを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】ＴＥ０１０モード共振器が励振した状態を示す説明図である。
【図５】励振部の延伸寸法とＴＥ０１０モード共振器の外部Ｑ（Ｑe）との関係を示す特性線図である。
【図６】第１の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図７】第２の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図８】第３の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図９】第４の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図１０】第５の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図１１】第６の変形例による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図１２】第２の実施の形態による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図１３】第２の実施の形態による誘電体共振器装置を示す平面図である。
【図１４】接地導体付スロット線路を図１３中の矢示XIV−XIV方向からみた断面図である。
【図１５】比較例による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図１６】第３の実施の形態による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図１７】第４の実施の形態による高周波フィルタを示す斜視図である。
【図１８】第５の実施の形態による高周波フィルタを示す斜視図である。
【図１９】第６の実施の形態による高周波発振器を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 誘電体基板
２，３ 電極膜
４ ＴＥ０１０モード共振器
４Ａ，４Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，５２Ａ，５２Ｂ，５３Ａ，５３Ｂ，５４Ａ，５４Ｂ，５５Ａ，５５Ｂ，６２Ａ 開口
５，５６ ＰＤＴＬ（スロット系線路）
５Ａ，５Ｂ，２２Ａ，３２Ａ，３３Ａ，４６Ａ，４７Ａ，５６Ａ，５６Ｂ スロット
６，１１，１２，１３４，１４，１５，１６，２３，３４，４８，４９，５８，５９ 励振部
２１，５２，５３，５４，５５ ＰＤＴＬ共振器
２２，５７ 接地導体付スロット線路（スロット系線路）
３１，６２ 円形共振器
３２，６３ スロット線路（伝送線路）
３３，６５ スタブ線路（Ｔ分岐線路）
４１，５１ 高周波フィルタ
４２，４３，４４，４５ スロット線路共振器
６１ 高周波発振器
６７ ＦＥＴ
６９ 帰還回路
Claims (7)
- 誘電体材料により形成された誘電体基板と、該誘電体基板の両面のうち少なくとも表面に設けられた導体からなる電極膜と、該電極膜に形成された開口からなる共振器と、前記電極膜に設けられ該共振器の開口に接続されたスロットを有しＴＥ波が伝搬するスロット系線路とによって構成してなる誘電体共振器装置において、
前記電極膜には、前記スロットの両脇に位置する部位を前記開口内に向けて延伸させることにより励振部を形成したことを特徴とする誘電体共振器装置。 - 前記励振部の延伸寸法は、前記誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４から（３×λg）／４程度の値に設定してなる請求項１に記載の誘電体共振器装置。
- 前記誘電体基板には高周波信号を伝送する他のスロット系線路を設け、前記スロット系線路は該他のスロット系線路からＴ字状に分岐した分岐線路によって構成し、前記励振部は該分岐線路の先端に配置してなる請求項１または２に記載の誘電体共振器装置。
- 前記分岐線路の長さ寸法は、前記誘電体基板内の高周波信号の波長をλgとしたときに、λg／４程度の値に設定してなる請求項３に記載の誘電体共振器装置。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載の誘電体共振器装置を入力部と出力部のうち少なくともいずれか一方に用いた高周波フィルタ。
- 前記スロット系線路は、前記誘電体基板の表面と裏面とに互いに対面したスロットを有する平面誘電体線路、または前記誘電体基板の表面にのみスロットを有するスロット線路によって構成し、
前記入力部は前記平面誘電体線路とスロット線路とのうちいずれか一方に接続し、前記出力部は前記平面誘電体線路とスロット線路とのうち前記入力部と異なる他方に接続し、線路変換の機能を有する構成としてなる請求項５に記載の高周波フィルタ。 - 請求項１ないし４のいずれかに記載の誘電体共振器装置を用いた高周波発振器。
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