JP4059141B2 - 共振器装置、フィルタ、複合フィルタ装置および通信装置 - Google Patents
共振器装置、フィルタ、複合フィルタ装置および通信装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の共振モードを多重化した共振器装置、その構成を有するフィルタ、複合フィルタ装置およびそれらを備えた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半同軸共振器と誘電体共振器を組み合わせた多重モードの共振器装置が開示されている（特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている共振器装置は、ＴＭモードを２重化した誘電体共振器と準ＴＥＭモードで共振する半同軸共振器を組み合わせて３重モードの共振器装置を構成している。また、ＴＭモードで共振する誘電体共振器と準ＴＥＭモードで共振する半同軸共振器とを組み合わせて２重モードの共振器装置を構成している。図２３は特許文献１に示されている共振器装置の分解斜視図である。上面が開口し下面が閉塞したキャビティ本体１とその開口面を覆うキャビティ蓋２とによってキャビティを構成している。キャビティ本体１の内底面の中央には、それぞれのキャビティの内壁面に平行な方向に中心導体４を突出させている。また、略直方体形状を成し導体棒４を挿通させる孔を有している誘電体コア３をキャビティ内に配置している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７７３１３公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている共振器装置の構造では、誘電体共振器と半同軸共振器の共振周波数を合わせにくいという問題があった。例えば、４重モード以上の共振器装置を構成しようとすると、ＴＥモードとＴＭモードを組み合わせた３重以上の多重モードで共振する誘電体共振器を半同軸共振器に組み合わせることになる。この誘電体共振器のＴＥモードとＴＭモードの周波数を揃えるためには、誘電体コアの厚みを大きくする必要がある。しかし、誘電体コアを内部に含むキャビティは半同軸共振器のキャビティでもあるので、誘電体コアの厚みを大きくすると、半同軸共振器の共振周波数も低下してしまう。そのため、誘電体コアの厚みを定めるだけでは半同軸共振器の共振モードをＴＥモードとＴＭモードの共振周波数に揃えることは困難であった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、誘電体共振器の多重モードの共振周波数と半同軸共振器の準ＴＥＭモードの周波数を容易に揃えられるようにして、４重モード以上の共振器を備えた共振器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、一端が前記キャビティに導通した中心導体とともに誘電体コアを設けた共振器装置において、中心導体が側面を有する柱状を成し、該中心導体の長手方向に対して直角方向の断面での開放端側の径がキャビティへの導通端側の径より小さく、中心導体の前記断面での開放端側の中心軸が、導通端側の中心軸に対してずれていることを特徴としている。
この構造により、誘電体共振器の共振に影響を与えずに、半同軸共振器の準ＴＥＭモードの共振周波数を高めて、準ＴＥＭモードの周波数を誘電体共振器のＴＥモードまたはＴＭモードの周波数に揃える。
【０００７】
また、この発明の共振器装置は、前記断面での、キャビティの中心が、誘電体コアの中心および中心導体の前記導通端側の中心軸と略一致することを特徴としている。
【０００８】
また、この発明の共振器装置は、上記キャビティの内寸法を中心導体の開放端側の側面に対向する部分に比べてキャビティへの導通端側の側面に対向する部分が小さくなるようにしたことを特徴としている。この構造により、中心導体の形状を変えることなくキャビティ内の形状を変えるだけで半同軸共振器の準ＴＥＭモードの周波数を高める。
【０００９】
また、この発明の共振器装置は、前記中心導体は開放端側に径が一定な小径部分を有するものであり、前記誘電体コアに前記中心導体が挿通する孔を設けるとともに、当該孔に前記中心導体の前記小径部分のみが挿通した状態で、前記誘電体コアを前記キャビティ内に配置したことを特徴としている。この構造により、誘電体コアを中心導体と干渉することなくキャビティの中央部に配置し、誘電体コアとキャビティとによって誘電体共振器として作用させる。
【００１０】
また、この発明の共振器装置は、キャビティと中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、キャビティと誘電体コアによる誘電体共振器を少なくともＴＭ０１δモードで共振させ、該ＴＭ０１δモードと前記準ＴＥＭモードとを含む複数の共振モードを結合させて複数段の共振器として作用させたことを特徴としている。この構造により、１つのキャビティ内に段数の多い共振器を設けてなる共振器装置を構成する。
【００１１】
また、この発明の共振器装置は、キャビティと中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、キャビティと誘電体コアによる誘電体共振器をＴＥ０１δモードと２重のＴＭ０１δモードで共振させ、全体で４重モードの共振器としたことを特徴としている。
【００１２】
この構造により、１つのキャビティ内に４重モードの共振器を備え、例えば４段の共振器を備えた共振器装置を構成する。
【００１３】
また、この発明の共振器装置は、準ＴＥＭモードの共振周波数に対する温度補償用の誘電体部材をキャビティ内に設けたことを特徴としている。これにより、半同軸共振器の準ＴＥＭモードの温度−周波数特性を安定化させ、誘電体共振器のＴＭ０１δモードまたはＴＥ０１δモードとの組み合わせによる周波数特性を安定化させる。
【００１４】
この発明のフィルタは、上記構成の共振器装置に、上記各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。
【００１５】
この発明の複合フィルタ装置は、上記フィルタを複数組設けて構成する。
【００１６】
さらに、この発明の通信装置は、上記フィルタまたはフィルタ装置を用いて構成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、共振器装置の参考例について図１〜図８を基に説明する。
図１〜図６は各共振モードの電磁界分布の例を示している。これらの図において（Ａ）は上部のキャビティ蓋２を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は共振装置の縦断面図である。またこれらの図において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。
【００１８】
図１〜図６において、キャビティ本体１は上面が開口していて、その開口部をキャビティ蓋２で被っている。このキャビティ本体１とキャビティ蓋２とによって六面体形状のキャビティを構成している。キャビティ本体１の内底面の中央には、キャビティ本体１の内底面以外の内壁面に平行な方向に中心導体４を突出させている。これらの図に示すように、中心導体４は、その径を中心導体４の開放端側よりキャビティへの導通端側を大きくしている。誘電体コア３は略八角形板形状を成し、その中央部に中心導体４を挿通させる孔を形成している。この誘電体コア３は、その中央の孔を中心導体４に挿通させた状態で円筒形状の支持台５によってキャビティ本体１の内底面から所定高さ位置に支持している。図１〜図６において支持台５は、その断面を表している。
【００１９】
中心導体４は、その頂部とキャビティ蓋２の内面との間に所定の間隙が生じる長さとし、キャビティ本体１と一体に成形している。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形成するか、セラミックや樹脂の表面に導体膜を被覆することにより構成する。
【００２０】
なお、中心導体４はキャビティ本体１とは別体として、これをキャビティ本体１にネジ留めまた半田付けなどにより固定してもよい。また、この中心導体４もキャビティ本体１やキャビティ蓋２と同様に、金属材料の鋳造または切削加工により形成するか、セラミックや樹脂の表面に導体膜を被覆することによって構成してもよい。
【００２１】
図１はＴＭ０１δｘモード、図２はＴＭ０１δｙモード、図３はＴＥ０１δモード、図４は半同軸共振器の共振モードについてそれぞれ示している。
【００２２】
ＴＭ０１δｘモードは図１に示すように誘電体コア３の内部をｘ軸方向に電界ベクトルが向き、その電界ベクトルを取り巻くように磁界ベクトルがループを描く。ここでは、誘電体コアが八角形板形状であるが、モードの表記としては円柱座標系を採り、ｈを伝搬方向、φ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、ＴＭφｒｈの順に表すものとする。ここで、ｈ方向には電界強度の変化があるのでそれをδで表し、このモードをＴＭ０１δモードと表す。また、電界ベクトルの向く方向を最後に付す。したがって、この図１に示したモードはＴＭ０１δｘモードと表すことになる。
【００２３】
ＴＭ０１δｙモードは、図２に示すように誘電体コア３の内部をｙ軸方向に電界ベクトルが向き、その電界ベクトルを取り巻くように磁界ベクトルがループを描く。
【００２４】
ＴＥ０１δモードは、図３に示すように、誘電体コア３内をｚ軸周りに電界ベクトルがループを描き、その電界ベクトルを取り巻くように磁界ベクトルがループを描く。この例では、ｚ軸周りに電界ベクトルがループを描くので、「ＴＥ０１δｚモード」と表すことができるが、この実施形態でＴＥ０１δモードについては１つのモードのみを用いるので、ここでは単に「ＴＥ０１δモード」と表す。
【００２５】
半同軸共振器の共振モードは、図４に示すように、中心導体４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、中心導体４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。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、また中心導体４の上部とキャビティの天面との間のギャップが存在するので準ＴＥＭモードとなるが、この半同軸共振器の共振モードを以下、単に「ＴＥＭモード」という。
以上のようにして４つの共振モードが生じる。
【００２６】
図５および図６は、上記共振器装置の変形例を示している。ここでは誘電体コア３をキャビティ本体１の内壁面に接合している。したがって、この例では図５に示すＴＭ０１０ｘモードと図６に示すＴＭ０１０ｙモードでＴＭモードの２重モードが生じる。ＴＥ０１δモ−ドおよびＴＥＭモードについては図１〜図４に示したものと同様である。
【００２７】
図７は、中心導体の形状について示している。ここで、（Ａ）は図１〜図６に示した共振器装置に採用した中心導体について示している。中心導体４は側面を有する棒状または柱状を成し、中心導体４の側面からそれに対向するキャビティ本体１の内面までの寸法を、中心導体４の開放端側に比べてキャビティへの導通端側が小さくなるようにしている。具体的には、中心導体４の長手方向に対して直角方向の断面の大きさを、中心導体４の開放端側に比べてキャビティへの導通端側が大きくなるようにしている。換言すると、中心導体４はキャビティ導通端側４１より開放端側４２の内径を小さくしている。（Ｂ）に示す例では、キャビティ導通端側から開放端側にかけて中心導体４の内径を所定高さまで次第に細くし、その後一定としている。
【００２８】
このような中心導体の形状による各共振モードの共振周波数および無負荷Ｑ（Ｑｏ）の特性を図８に示す。図８の（Ａ）は横軸に、図７の（Ａ）に示した中心導体のステップ高さ（中心導体４の内径が細くなる位置のキャビティ導通端からの高さ）をとり、縦軸に各共振モードの共振周波数をとっている。このように中心導体のステップ高さを変化させた時、ＴＥ０１δモード、ＴＭ０１δｘモード、ＴＭ０１δｙモードのいずれもほとんど変化しないのに対し、ＴＥＭモードは中心導体のステップ高さを高くするにしたがって、その共振周波数が上昇する。これは、中心導体４の磁界強度の高いキャビティ導通端側のインダクタンス成分が小さくなり、また電界強度の高い開放端側の容量成分が小さくなる結果である。なお、図中ＴＭ１１１モードはスプリアスモードであるが、中心導体４のステップ高さを変えてもＴＭ１１１モードの共振周波数は殆ど変化せず、その悪影響を受けることがない。
【００２９】
図８の（Ａ）に示すように、中心導体４のステップ高さを８ｍｍ程度にするとＴＥＭモードの周波数をＴＥ０１δモード、ＴＭ０１δｘモード、ＴＭ０１δｙモードの周波数に揃えることができる。図８の（Ａ）で楕円で示す部分は上記各共振モードの周波数が揃っている範囲を示している。通常はこの範囲で使用する。
【００３０】
図８の（Ｂ）は横軸に中心導体４のステップ高さ、縦軸に各共振モードの無負荷Ｑ（Ｑｏ）をとっている。このように、中心導体４のステップ高さを高くするにつれてＴＥＭモードのＱｏは上昇する。このときＴＥ０１δ、ＴＭ０１δｘ，ＴＭδｙの各モードのＱｏは低下するが、いずれもその低下量は少ない。したがって、Ｑｏについても誘電体共振器のモードに殆ど影響を与えることがない。
【００３１】
図９・図１０は、第２の実施形態に係る共振器装置について示している。ここで、いずれの図もキャビティの内側の形状と中心導体４の形状について示している。誘電体コア３については図１〜図６に示したものと同様である。
【００３２】
図９に示す例では、キャビティ本体１の内寸法を、中心導体４の開放端側の側面との対向部分に比べてキャビティへの導通端側の側面との対向部分の方が小さくなるようにしている。また図１０では、さらに中心導体の径を、その開放端側の側面に比べてキャビティ導通端側の側面が大きくなるようにしている。この形状により、中心導体４の磁界強度の高いキャビティ導通端側のインダクタンス成分が小さくなり、また電界強度の高い開放端側の容量成分が小さくなり、ＴＥＭモードの周波数が上昇する。図１０に示した構造では、中心導体を図７に示したようにステップ形状にしているので上記効果がさらに大きくなる。
【００３３】
次に、第３の実施形態に係る共振器装置について図１１〜図１４を基に説明する。
図１１〜図１３のいずれもＴＥＭモードとＴＭ０１δモードとの結合をとるようにした構造を示している。これらの図において、（Ａ）は上部のキャビティ蓋２を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は共振装置の縦断面図である。
【００３４】
図１１は、中心導体４の開放端側４２の中心軸をキャビティの中心からｘｙ平面に沿って変位させた例である。図１２は、中心導体４の位置をｘｙ平面に沿ってキャビティの中央から変位させた例である。また、図１３は誘電体コア３をｘｙ平面に沿ってキャビティの中央から変位させた例である。
【００３５】
いずれの場合も、ＴＥＭモードとＴＭ０１δモードの電界分布の対称性が失われることにより両者が結合する。
【００３６】
図１１の（Ｃ）は、（Ａ），（Ｂ）に示した構造での、中心導体の開放端側４２の変位量に対するＴＥＭモード−ＴＭ０１δｘモード間の結合量の関係を示している。このように、中心導体の開放端側４２の変位量を大きくするほど、２つのモード間の結合量が大きくなる。この関係は、図１２に示したように中心導体全体を変位させた場合も同様であり、その変位量を増すほどＴＭ０１δｘモードとＴＥＭモードとの結合量が大きくなる。
【００３７】
図１３に示した例では、誘電体コア３をｘ軸およびｙ軸の両方に（ｘ＋ｙ軸方向に）変位させたことにより、ｘ＋ｙ方向に電界ベクトルが向くＴＭ０１δモード（ＴＭ０１δｘ＋ｙモード）とＴＥＭモードとが結合する。
【００３８】
図１４は、誘電体コア３に結合用の溝ｇ１，ｇ２を設けている。溝ｇ１の存在により、ＴＭ０１δｘモードの電界とＴＥ０１δモードの電界の偶モードと奇モードとに摂動が加わり、ＴＭ０１δｘモードとＴＥ０１δモードとが結合する。同様に、溝ｇ２の存在により、ＴＭ０１δｙモードの電界とＴＥ０１δモードの電界の偶モードと奇モードとに摂動が加わり、ＴＭ０１δｙモードとＴＥ０１δモードとが結合する。
【００３９】
図１４の（Ｃ）は溝ｇ１，ｇ２の深さに対する結合係数の関係を示している。このように、結合用の溝を深くするほど、ＴＭ０１δｘモードまたはＴＭ０１δｙモードとＴＥ０１δモードとの結合量が大きくなる。
【００４０】
次に、第４の実施形態に係る共振器装置について図１５を基に説明する。
第１〜第３の実施形態で示した共振器装置において、ＴＥ０１δモード，ＴＭ０１δｘモード，ＴＭ０１δｙモードで共振する誘電体共振器は誘電体コア３の周波数温度係数（その誘電体コアを用いた誘電体共振器の共振周波数−温度特性）は誘電体材料を選ぶことによって安定化させることができる。しかし、中心導体４とキャビティとによる半同軸共振器のＴＥＭモードについては、中心導体４およびキャビティ（キャビティ本体１，キャビティ蓋２）の線膨張係数に応じて共振周波数−温度特性を持つことになる。すなわち、温度上昇に伴って半同軸共振器全体の寸法が大きくなるのでＴＥＭモードの周波数は低下する。そこで、図１５に示すように、温度補償用の誘電体部材６をキャビティ内に設ける。特に、この誘電体部材６を中心導体４の開放端側４２の対向部分に設けることによって、ＴＥＭモードの電界強度の高い部分での容量成分が誘電体部材６の周波数温度係数の影響をより大きく受けることになる。
【００４１】
この例では、温度補償用誘電体部材６の周波数温度係数は正（温度上昇に伴い共振周波数が上昇（比誘電率が低下）する方向の係数）であるので、この誘電体部材６の存在により、ＴＥＭモードの共振周波数は温度上昇に伴い上昇方向に補償成分が加えられることになる。すなわち、図１５の（Ｂ）に示すように誘電体部材６の作用によって、温度変化に対するＴＥＭモードの共振周波数を安定化することができる。
【００４２】
次に、第５の実施形態に係るフィルタについて図１６〜図１８を基に説明する。
これらの図において（Ａ）は上部のキャビティ蓋２を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は共振装置の縦断面図である。
【００４３】
図１６に示す例で、誘電体コア３に結合用溝ｇ１，ｇ２を設けている。この溝ｇ１によってＴＭ０１δｘモードとＴＥ０１δモードとが結合し、溝ｇ２によってＴＭ０１δｙモードとＴＥ０１δモードとが結合する。また、中心導体４の開放端側４２はｙ軸方向に変位させている。したがって、ＴＭ０１δｙモードとＴＥＭモードとが結合する。
【００４４】
キャビティ本体１の側面には同軸コネクタ８ａ，８ｂをそれぞれ設けている。同軸コネクタ８ａの中心導体には、その端部をキャビティ本体１の内壁面に導通させた結合ループ９を設けている。また、同軸コネクタ８ｂの中心導体には、その端部が中心導体４のキャビティ導通端側４１に導通させた結合用導体１０を設けている。
【００４５】
この構造によって、結合ループ９はＴＭ０１δｘモードの磁界と結合し、結合用導体１０はＴＥＭモードに結合する。したがって、同軸コネクタ８ａ−８ｂ間には、ＴＭ０１δｘ→ＴＥ０１δ→ＴＭ０１δｙ→ＴＥＭの４つのモードによる共振器が順に結合された構造となる。このことにより、４段の共振器による帯域通過フィルタ特性を備えたフィルタとして作用する。
【００４６】
このように、ＴＭ０１δモードまたはＴＥＭモードを入出力段の共振器として用いるようにしたことにより、外部結合が容易となる。すなわちＴＥ０１δモードを入出力段にして、例えば結合ループで外部結合をとろうとすると、その結合ループは他の共振モードとも結合してしまうという問題が生じるが、ＴＭ０１δモードまたはＴＥＭモードを入出力段の共振器とすれば、そのような問題は生じない。このことは、この第５の実施形態における他の例でも同様であり、それ以降に述べる第６〜第８の実施形態についても同様である。
【００４７】
図１７に示す例では、同軸コネクタ８ａの中心導体からプローブ１１ａを延ばしている。このプローブ１１ａは誘電体コア３によるＴＭ０１δｘモードと電界結合する。誘電体コア３には結合用の溝ｇ１，ｇ２を形成している。溝ｇ１の存在によりＴＭ０１δｘモードはＴＥ０１δモードと結合する。また、溝ｇ２の存在により、ＴＥ０１δモードはＴＭ０１δｙモードと結合する。さらに、中心導体４の開放端側４２がｙ軸方向に変位させている。そのため、ＴＭ０１δｙモードはＴＥＭモードと結合する。このＴＥＭモードは同軸コネクタ８ｂのプローブ１１ｂと結合する。結局、同軸コネクタ８ａ−８ｂ間に、ＴＭ０１δｘ→ＴＥ０１δ→ＴＭ０１δｙ→ＴＥＭの４つのモードの共振器が順に結合することになる。このことにより、４段の共振器による帯域通過フィルタ特性を備えたフィルタとして作用する。
【００４８】
図１８に示す例では、同軸コネクタ８ｂの中心導体と中心導体のキャビティ導通端側４１との間に結合用導体１０をループ状に設けている。誘電体コア３に溝ｇ１，ｇ２を設けている点と中心導体の開放端側をｙ軸方向に変位させている点は図１６・図１７に示したものと同様である。
【００４９】
この構造により、結合用導体１０はＴＥＭモードと結合する。図１７に示した例では、プローブ１１ｂが単にｘ軸方向に延びているだけであるので、ＴＭ０１δｘモードともある程度結合するが、この図１８に示す例ではＴＭ０１δｘモードとの磁界結合を避けるように迂回しているのでＴＭ０１δｘモードとは殆ど結合しない。なお、結合用導体１０は部分的にはＴＭ０１δｙモードと結合するが、その結合部分はｘ軸を中心として対称形であるので互いに打ち消されて、ＴＭ０１δｙモードとも結合しない。
【００５０】
次に、第６の実施形態に係るフィルタの構成を図１９を基に説明する。このフィルタはＵａ，Ｕｂで示す２つのユニットにそれぞれ４段の共振器を構成した、合計８段の共振器からなるフィルタである。すなわち、同軸コネクタ８ａの中心導体に接続した結合ループ９ａは誘電体コア３ａによるＴＭ０１δｘモードの磁界と結合し、ＴＭ０１δｘモードは溝ｇ１ａの存在によってＴＥ０１δモードと結合する。このＴＥ０１δモードは溝ｇ２ａの存在によってＴＭ０１δｙモードと結合する。このＴＭ０１δｙモードは中心導体４ａの開放端側４２ａが変位していることによりＴＥＭモードと結合する。キャビティ本体１ａ，１ｂの内部に設けた結合ループ９ｃは上記ＴＥＭモードと磁界結合する。また、この結合ループ９ｃはユニットＵｂ側のＴＥＭモードとも結合する。このユニットＵｂはユニットＵａと同様の構成であるので、結局同軸コネクタ８ａ−８ｂ間に合計８段の共振器が構成されることになる。このことにより、８段の共振器からなる帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
【００５１】
図２０は第７の実施形態に係るデュプレクサの構成を示す図であり、（Ａ）はキャビティ蓋を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）はその縦断面図である。同軸コネクタ８ａのプローブ１１ａはユニットＵａのＴＥＭモードと結合する。このＴＥＭモードは中心導体４ａの開放端側４２ａが図の（Ａ）における右４５°方向（ｘ＋ｙ方向）に変位しているので、ＴＭ０１δｘ＋ｙモードと結合する。このＴＭ０１δｘ＋ｙモードは溝ｇ１ａの存在によりＴＥ０１δモードと結合する。このＴＥ０１δモードは溝ｇ２ａの存在によりＴＭ０１δｘ−ｙモードと結合する。同軸コネクタ８ｃのプローブの１１ｃはユニットＵａの上記ＴＭ０１δｘ−ｙモードと結合する。ユニットＵｂはユニットＵａと同様の構成であり、プローブ１１ｃは右側のユニットのＴＭ０１δｘ＋ｙモードと結合する。したがって、同軸コネクタ８ａ−８ｃ間に順に結合した４段の共振器が構成され、同様に同軸コネクタ８ｃ−８ｂ間にも順に結合した４段の共振器が構成される。そして、それぞれのフィルタの通過帯域を定めることによって、たとえば８ａを送信信号入力端子、８ｂを受信信号出力端子、８ｃをアンテナ端子とするデュプレクサとして作用する。
【００５２】
図２１は第８の実施形態に係るフィルタの構成を示す図である。ユニットＵａは中心導体４ａとその周囲のキャビティとによってＴＥＭモードで共振する。同軸コネクタ８ａの結合用導体１０ａはそのＴＥＭモードと結合する。ユニットＵｂの構成は図２０に示したユニットＵａと同様である。プローブ１１ａｂはこのユニットＵｂのＴＥＭモードと結合する。またプローブ１１ｂｃはユニットＵｂのＴＭ０１δｘ−ｙモードと結合する。またプローブ１１ｂｃはユニットＵｃのＴＥＭモードと結合する。同軸コネクタ８ｃの結合用導体１０ｃはユニットＵｃのＴＥＭモードと結合する。結局、同軸コネクタ８ａ−８ｃ間に６段（１＋４＋１＝６）の共振器が構成される。これにより６段の共振器からなる帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
【００５３】
次に、第９の実施形態として通信装置の構成を図２２に示す。ここで、デュプレクサは図２０に示した構成からなり、受信フィルタは受信信号の周波数を、送信フィルタは送信信号の周波数をそれぞれ通過させる。受信フィルタの出力ポートには受信回路を、送信フィルタの入力ポートには送信回路を、デュプレクサの入出力ポートにはアンテナをそれぞれ接続している。このことによって通信装置の高周波部を構成している。なお、通信装置の高周波部に単体のフィルタを用いる場合には、図１６〜図１９または図２１に示した構成のフィルタを用いることができる。
【００５４】
【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設ける中心導体の側面からそれに対向する前記キャビティの内面までの寸法を、中心導体の開放端側に比べてキャビティへの導通端側が小さくなるようにしたことにより、誘電体共振器の共振に影響を与えずに、半同軸共振器の準ＴＥＭモードの共振周波数を高めて、準ＴＥＭモードの周波数を誘電体共振器のＴＥモードまたはＴＭモードの周波数に揃えることが可能となり、より多重化した共振器装置が得られる。
【００５５】
また、この発明によれば、中心導体の長手方向に対して直角方向の断面の大きさを中心導体の開放端側に比べてキャビティへの導通端側が大きくなるようにしたことにより、キャビティの内寸法を変えることなく中心導体の形状を変えるだけで半同軸共振器の準ＴＥＭモードの周波数が高められる。
【００５６】
また、この発明によれば、キャビティの内寸法を中心導体の開放端側の側面に対向する部分に比べてキャビティへの導通端側の側面に対向する部分が小さくなるようにしたことにより、中心導体の形状を変えることなくキャビティ内の形状を変えるだけで半同軸共振器の準ＴＥＭモードの周波数が高められる。
【００５７】
また、この発明によれば、誘電体コアに中心導体が挿通する孔を設けるとともに、当該孔に中心導体が挿通した状態で、誘電体コアをキャビティ内に配置したことにより、誘電体コアがキャビティの中央部に位置することになり、不要なスプリアスモードが生じることもなく、誘電体共振器のモードを利用できるようになる。
【００５８】
また、この発明によれば、キャビティと中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、キャビティと誘電体コアによる誘電体共振器を少なくともＴＭ０１δモードで共振させ、該ＴＭ０１δモードと準ＴＥＭモードとを含む複数の共振モードを結合させて複数段の共振器として作用させるとともに、ＴＭ０１δモードまたは準ＴＥＭモードを入出力段の共振器として作用させたことにより、１つのキャビティ内に段数の多い共振器を設けることができ、限られたスペースに所定段数の共振器からなる共振器装置を容易に構成できる。
【００５９】
また、この発明によれば、キャビティと中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、キャビティと誘電体コアによる誘電体共振器をＴＥ０１δモードと２重のＴＭ０１δモードで共振させ、全体で４重モードの共振器としたことにより、１つのキャビティ内に４重モードの共振器を備え、例えば４段の共振器を備えた共振器装置を構成できる。
【００６０】
また、この発明によれば、準ＴＥＭモードの共振周波数に対する温度補償用の誘電体部材をキャビティ内に設けたことにより、半同軸共振器の準ＴＥＭモードの温度−周波数特性が安定化し、誘電体共振器のＴＭ０１δモードまたはＴＥ０１δモードとの組み合わせによる周波数特性が安定化する。
【００６１】
また、発明によれば、上記構成の共振器装置を備えたフィルタ・複合フィルタ装置を構成することにより、小型軽量で段数の多いフィルタ・複合フィルタ装置が得られる。
また、この発明によれば、小型・軽量の通信装置が構成できる。
【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で用いるＴＭ０１δｘモードの電磁界分布の例を示す図
【図２】同共振器装置で用いるＴＭ０１δｙモードの電磁界分布の例を示す図
【図３】同共振器装置で用いるＴＥ０１δモードの電磁界分布の例を示す図
【図４】同共振器装置で用いるＴＥＭモードの電磁界分布の例を示す図
【図５】同共振器装置で用いる他のＴＭモードの電磁界分布の例を示す図
【図６】同共振器装置で用いる他のＴＭモードの電磁界分布の例を示す図
【図７】同共振器装置における中心導体の構成を示す図
【図８】中心導体のステップ高さに対する各モードの共振周波数および無負荷Ｑの関係を示す図
【図９】第２の実施形態に係る共振器装置の中心導体およびキャビティ内部の構成を示す図
【図１０】第２の実施形態に係る共振器装置の中心導体およびキャビティ内部の構成を示す図
【図１１】第３の実施形態に係る共振器装置のＴＥＭモードとＴＭ０１δモードとの結合構造を示す図
【図１２】同共振器装置のＴＥＭモードとＴＭ０１δモードとの結合構造を示す図
【図１３】同共振器装置のＴＥＭモードとＴＭ０１δモードとの結合構造を示す図
【図１４】同共振器装置における誘電体共振器の２つのモード間の結合構造を示す図
【図１５】第４の実施形態に係る共振器装置の温度補償の例を示す図
【図１６】第５の実施形態に係るフィルタの構成を示す図
【図１７】第５の実施形態に係る他のフィルタの構成を示す図
【図１８】第５の実施形態に係る他のフィルタの構成を示す図
【図１９】第６の実施形態に係るフィルタの構成を示す図
【図２０】第７の実施形態に係るデュプレクサの構成を示す図
【図２１】第８の実施形態に係るフィルタの構成を示す図
【図２２】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
【図２３】従来の共振器装置の構成を示す分解斜視図
【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−中心導体
５−支持台
６−誘電体部材
８−同軸コネクタ
９−結合ループ
１０−結合用導体
１１−プローブ
４１−キャビティ導通端側
４２−開放端側
ｇ−溝
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の共振モードを多重化した共振器装置、その構成を有するフィルタ、複合フィルタ装置およびそれらを備えた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半同軸共振器と誘電体共振器を組み合わせた多重モードの共振器装置が開示されている（特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている共振器装置は、ＴＭモードを２重化した誘電体共振器と準ＴＥＭモードで共振する半同軸共振器を組み合わせて３重モードの共振器装置を構成している。また、ＴＭモードで共振する誘電体共振器と準ＴＥＭモードで共振する半同軸共振器とを組み合わせて２重モードの共振器装置を構成している。図２３は特許文献１に示されている共振器装置の分解斜視図である。上面が開口し下面が閉塞したキャビティ本体１とその開口面を覆うキャビティ蓋２とによってキャビティを構成している。キャビティ本体１の内底面の中央には、それぞれのキャビティの内壁面に平行な方向に中心導体４を突出させている。また、略直方体形状を成し導体棒４を挿通させる孔を有している誘電体コア３をキャビティ内に配置している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７７３１３公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている共振器装置の構造では、誘電体共振器と半同軸共振器の共振周波数を合わせにくいという問題があった。例えば、４重モード以上の共振器装置を構成しようとすると、ＴＥモードとＴＭモードを組み合わせた３重以上の多重モードで共振する誘電体共振器を半同軸共振器に組み合わせることになる。この誘電体共振器のＴＥモードとＴＭモードの周波数を揃えるためには、誘電体コアの厚みを大きくする必要がある。しかし、誘電体コアを内部に含むキャビティは半同軸共振器のキャビティでもあるので、誘電体コアの厚みを大きくすると、半同軸共振器の共振周波数も低下してしまう。そのため、誘電体コアの厚みを定めるだけでは半同軸共振器の共振モードをＴＥモードとＴＭモードの共振周波数に揃えることは困難であった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、誘電体共振器の多重モードの共振周波数と半同軸共振器の準ＴＥＭモードの周波数を容易に揃えられるようにして、４重モード以上の共振器を備えた共振器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、一端が前記キャビティに導通した中心導体とともに誘電体コアを設けた共振器装置において、中心導体が側面を有する柱状を成し、該中心導体の長手方向に対して直角方向の断面での開放端側の径がキャビティへの導通端側の径より小さく、中心導体の前記断面での開放端側の中心軸が、導通端側の中心軸に対してずれていることを特徴としている。
この構造により、誘電体共振器の共振に影響を与えずに、半同軸共振器の準ＴＥＭモードの共振周波数を高めて、準ＴＥＭモードの周波数を誘電体共振器のＴＥモードまたはＴＭモードの周波数に揃える。
【０００７】
また、この発明の共振器装置は、前記断面での、キャビティの中心が、誘電体コアの中心および中心導体の前記導通端側の中心軸と略一致することを特徴としている。
【０００８】
また、この発明の共振器装置は、上記キャビティの内寸法を中心導体の開放端側の側面に対向する部分に比べてキャビティへの導通端側の側面に対向する部分が小さくなるようにしたことを特徴としている。この構造により、中心導体の形状を変えることなくキャビティ内の形状を変えるだけで半同軸共振器の準ＴＥＭモードの周波数を高める。
【０００９】
また、この発明の共振器装置は、前記中心導体は開放端側に径が一定な小径部分を有するものであり、前記誘電体コアに前記中心導体が挿通する孔を設けるとともに、当該孔に前記中心導体の前記小径部分のみが挿通した状態で、前記誘電体コアを前記キャビティ内に配置したことを特徴としている。この構造により、誘電体コアを中心導体と干渉することなくキャビティの中央部に配置し、誘電体コアとキャビティとによって誘電体共振器として作用させる。
【００１０】
また、この発明の共振器装置は、キャビティと中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、キャビティと誘電体コアによる誘電体共振器を少なくともＴＭ０１δモードで共振させ、該ＴＭ０１δモードと前記準ＴＥＭモードとを含む複数の共振モードを結合させて複数段の共振器として作用させたことを特徴としている。この構造により、１つのキャビティ内に段数の多い共振器を設けてなる共振器装置を構成する。
【００１１】
また、この発明の共振器装置は、キャビティと中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、キャビティと誘電体コアによる誘電体共振器をＴＥ０１δモードと２重のＴＭ０１δモードで共振させ、全体で４重モードの共振器としたことを特徴としている。
【００１２】
この構造により、１つのキャビティ内に４重モードの共振器を備え、例えば４段の共振器を備えた共振器装置を構成する。
【００１３】
また、この発明の共振器装置は、準ＴＥＭモードの共振周波数に対する温度補償用の誘電体部材をキャビティ内に設けたことを特徴としている。これにより、半同軸共振器の準ＴＥＭモードの温度−周波数特性を安定化させ、誘電体共振器のＴＭ０１δモードまたはＴＥ０１δモードとの組み合わせによる周波数特性を安定化させる。
【００１４】
この発明のフィルタは、上記構成の共振器装置に、上記各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。
【００１５】
この発明の複合フィルタ装置は、上記フィルタを複数組設けて構成する。
【００１６】
さらに、この発明の通信装置は、上記フィルタまたはフィルタ装置を用いて構成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、共振器装置の参考例について図１〜図８を基に説明する。
図１〜図６は各共振モードの電磁界分布の例を示している。これらの図において（Ａ）は上部のキャビティ蓋２を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は共振装置の縦断面図である。またこれらの図において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。
【００１８】
図１〜図６において、キャビティ本体１は上面が開口していて、その開口部をキャビティ蓋２で被っている。このキャビティ本体１とキャビティ蓋２とによって六面体形状のキャビティを構成している。キャビティ本体１の内底面の中央には、キャビティ本体１の内底面以外の内壁面に平行な方向に中心導体４を突出させている。これらの図に示すように、中心導体４は、その径を中心導体４の開放端側よりキャビティへの導通端側を大きくしている。誘電体コア３は略八角形板形状を成し、その中央部に中心導体４を挿通させる孔を形成している。この誘電体コア３は、その中央の孔を中心導体４に挿通させた状態で円筒形状の支持台５によってキャビティ本体１の内底面から所定高さ位置に支持している。図１〜図６において支持台５は、その断面を表している。
【００１９】
中心導体４は、その頂部とキャビティ蓋２の内面との間に所定の間隙が生じる長さとし、キャビティ本体１と一体に成形している。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形成するか、セラミックや樹脂の表面に導体膜を被覆することにより構成する。
【００２０】
なお、中心導体４はキャビティ本体１とは別体として、これをキャビティ本体１にネジ留めまた半田付けなどにより固定してもよい。また、この中心導体４もキャビティ本体１やキャビティ蓋２と同様に、金属材料の鋳造または切削加工により形成するか、セラミックや樹脂の表面に導体膜を被覆することによって構成してもよい。
【００２１】
図１はＴＭ０１δｘモード、図２はＴＭ０１δｙモード、図３はＴＥ０１δモード、図４は半同軸共振器の共振モードについてそれぞれ示している。
【００２２】
ＴＭ０１δｘモードは図１に示すように誘電体コア３の内部をｘ軸方向に電界ベクトルが向き、その電界ベクトルを取り巻くように磁界ベクトルがループを描く。ここでは、誘電体コアが八角形板形状であるが、モードの表記としては円柱座標系を採り、ｈを伝搬方向、φ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、ＴＭφｒｈの順に表すものとする。ここで、ｈ方向には電界強度の変化があるのでそれをδで表し、このモードをＴＭ０１δモードと表す。また、電界ベクトルの向く方向を最後に付す。したがって、この図１に示したモードはＴＭ０１δｘモードと表すことになる。
【００２３】
ＴＭ０１δｙモードは、図２に示すように誘電体コア３の内部をｙ軸方向に電界ベクトルが向き、その電界ベクトルを取り巻くように磁界ベクトルがループを描く。
【００２４】
ＴＥ０１δモードは、図３に示すように、誘電体コア３内をｚ軸周りに電界ベクトルがループを描き、その電界ベクトルを取り巻くように磁界ベクトルがループを描く。この例では、ｚ軸周りに電界ベクトルがループを描くので、「ＴＥ０１δｚモード」と表すことができるが、この実施形態でＴＥ０１δモードについては１つのモードのみを用いるので、ここでは単に「ＴＥ０１δモード」と表す。
【００２５】
半同軸共振器の共振モードは、図４に示すように、中心導体４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、中心導体４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。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、また中心導体４の上部とキャビティの天面との間のギャップが存在するので準ＴＥＭモードとなるが、この半同軸共振器の共振モードを以下、単に「ＴＥＭモード」という。
以上のようにして４つの共振モードが生じる。
【００２６】
図５および図６は、上記共振器装置の変形例を示している。ここでは誘電体コア３をキャビティ本体１の内壁面に接合している。したがって、この例では図５に示すＴＭ０１０ｘモードと図６に示すＴＭ０１０ｙモードでＴＭモードの２重モードが生じる。ＴＥ０１δモ−ドおよびＴＥＭモードについては図１〜図４に示したものと同様である。
【００２７】
図７は、中心導体の形状について示している。ここで、（Ａ）は図１〜図６に示した共振器装置に採用した中心導体について示している。中心導体４は側面を有する棒状または柱状を成し、中心導体４の側面からそれに対向するキャビティ本体１の内面までの寸法を、中心導体４の開放端側に比べてキャビティへの導通端側が小さくなるようにしている。具体的には、中心導体４の長手方向に対して直角方向の断面の大きさを、中心導体４の開放端側に比べてキャビティへの導通端側が大きくなるようにしている。換言すると、中心導体４はキャビティ導通端側４１より開放端側４２の内径を小さくしている。（Ｂ）に示す例では、キャビティ導通端側から開放端側にかけて中心導体４の内径を所定高さまで次第に細くし、その後一定としている。
【００２８】
このような中心導体の形状による各共振モードの共振周波数および無負荷Ｑ（Ｑｏ）の特性を図８に示す。図８の（Ａ）は横軸に、図７の（Ａ）に示した中心導体のステップ高さ（中心導体４の内径が細くなる位置のキャビティ導通端からの高さ）をとり、縦軸に各共振モードの共振周波数をとっている。このように中心導体のステップ高さを変化させた時、ＴＥ０１δモード、ＴＭ０１δｘモード、ＴＭ０１δｙモードのいずれもほとんど変化しないのに対し、ＴＥＭモードは中心導体のステップ高さを高くするにしたがって、その共振周波数が上昇する。これは、中心導体４の磁界強度の高いキャビティ導通端側のインダクタンス成分が小さくなり、また電界強度の高い開放端側の容量成分が小さくなる結果である。なお、図中ＴＭ１１１モードはスプリアスモードであるが、中心導体４のステップ高さを変えてもＴＭ１１１モードの共振周波数は殆ど変化せず、その悪影響を受けることがない。
【００２９】
図８の（Ａ）に示すように、中心導体４のステップ高さを８ｍｍ程度にするとＴＥＭモードの周波数をＴＥ０１δモード、ＴＭ０１δｘモード、ＴＭ０１δｙモードの周波数に揃えることができる。図８の（Ａ）で楕円で示す部分は上記各共振モードの周波数が揃っている範囲を示している。通常はこの範囲で使用する。
【００３０】
図８の（Ｂ）は横軸に中心導体４のステップ高さ、縦軸に各共振モードの無負荷Ｑ（Ｑｏ）をとっている。このように、中心導体４のステップ高さを高くするにつれてＴＥＭモードのＱｏは上昇する。このときＴＥ０１δ、ＴＭ０１δｘ，ＴＭδｙの各モードのＱｏは低下するが、いずれもその低下量は少ない。したがって、Ｑｏについても誘電体共振器のモードに殆ど影響を与えることがない。
【００３１】
図９・図１０は、第２の実施形態に係る共振器装置について示している。ここで、いずれの図もキャビティの内側の形状と中心導体４の形状について示している。誘電体コア３については図１〜図６に示したものと同様である。
【００３２】
図９に示す例では、キャビティ本体１の内寸法を、中心導体４の開放端側の側面との対向部分に比べてキャビティへの導通端側の側面との対向部分の方が小さくなるようにしている。また図１０では、さらに中心導体の径を、その開放端側の側面に比べてキャビティ導通端側の側面が大きくなるようにしている。この形状により、中心導体４の磁界強度の高いキャビティ導通端側のインダクタンス成分が小さくなり、また電界強度の高い開放端側の容量成分が小さくなり、ＴＥＭモードの周波数が上昇する。図１０に示した構造では、中心導体を図７に示したようにステップ形状にしているので上記効果がさらに大きくなる。
【００３３】
次に、第３の実施形態に係る共振器装置について図１１〜図１４を基に説明する。
図１１〜図１３のいずれもＴＥＭモードとＴＭ０１δモードとの結合をとるようにした構造を示している。これらの図において、（Ａ）は上部のキャビティ蓋２を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は共振装置の縦断面図である。
【００３４】
図１１は、中心導体４の開放端側４２の中心軸をキャビティの中心からｘｙ平面に沿って変位させた例である。図１２は、中心導体４の位置をｘｙ平面に沿ってキャビティの中央から変位させた例である。また、図１３は誘電体コア３をｘｙ平面に沿ってキャビティの中央から変位させた例である。
【００３５】
いずれの場合も、ＴＥＭモードとＴＭ０１δモードの電界分布の対称性が失われることにより両者が結合する。
【００３６】
図１１の（Ｃ）は、（Ａ），（Ｂ）に示した構造での、中心導体の開放端側４２の変位量に対するＴＥＭモード−ＴＭ０１δｘモード間の結合量の関係を示している。このように、中心導体の開放端側４２の変位量を大きくするほど、２つのモード間の結合量が大きくなる。この関係は、図１２に示したように中心導体全体を変位させた場合も同様であり、その変位量を増すほどＴＭ０１δｘモードとＴＥＭモードとの結合量が大きくなる。
【００３７】
図１３に示した例では、誘電体コア３をｘ軸およびｙ軸の両方に（ｘ＋ｙ軸方向に）変位させたことにより、ｘ＋ｙ方向に電界ベクトルが向くＴＭ０１δモード（ＴＭ０１δｘ＋ｙモード）とＴＥＭモードとが結合する。
【００３８】
図１４は、誘電体コア３に結合用の溝ｇ１，ｇ２を設けている。溝ｇ１の存在により、ＴＭ０１δｘモードの電界とＴＥ０１δモードの電界の偶モードと奇モードとに摂動が加わり、ＴＭ０１δｘモードとＴＥ０１δモードとが結合する。同様に、溝ｇ２の存在により、ＴＭ０１δｙモードの電界とＴＥ０１δモードの電界の偶モードと奇モードとに摂動が加わり、ＴＭ０１δｙモードとＴＥ０１δモードとが結合する。
【００３９】
図１４の（Ｃ）は溝ｇ１，ｇ２の深さに対する結合係数の関係を示している。このように、結合用の溝を深くするほど、ＴＭ０１δｘモードまたはＴＭ０１δｙモードとＴＥ０１δモードとの結合量が大きくなる。
【００４０】
次に、第４の実施形態に係る共振器装置について図１５を基に説明する。
第１〜第３の実施形態で示した共振器装置において、ＴＥ０１δモード，ＴＭ０１δｘモード，ＴＭ０１δｙモードで共振する誘電体共振器は誘電体コア３の周波数温度係数（その誘電体コアを用いた誘電体共振器の共振周波数−温度特性）は誘電体材料を選ぶことによって安定化させることができる。しかし、中心導体４とキャビティとによる半同軸共振器のＴＥＭモードについては、中心導体４およびキャビティ（キャビティ本体１，キャビティ蓋２）の線膨張係数に応じて共振周波数−温度特性を持つことになる。すなわち、温度上昇に伴って半同軸共振器全体の寸法が大きくなるのでＴＥＭモードの周波数は低下する。そこで、図１５に示すように、温度補償用の誘電体部材６をキャビティ内に設ける。特に、この誘電体部材６を中心導体４の開放端側４２の対向部分に設けることによって、ＴＥＭモードの電界強度の高い部分での容量成分が誘電体部材６の周波数温度係数の影響をより大きく受けることになる。
【００４１】
この例では、温度補償用誘電体部材６の周波数温度係数は正（温度上昇に伴い共振周波数が上昇（比誘電率が低下）する方向の係数）であるので、この誘電体部材６の存在により、ＴＥＭモードの共振周波数は温度上昇に伴い上昇方向に補償成分が加えられることになる。すなわち、図１５の（Ｂ）に示すように誘電体部材６の作用によって、温度変化に対するＴＥＭモードの共振周波数を安定化することができる。
【００４２】
次に、第５の実施形態に係るフィルタについて図１６〜図１８を基に説明する。
これらの図において（Ａ）は上部のキャビティ蓋２を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）は共振装置の縦断面図である。
【００４３】
図１６に示す例で、誘電体コア３に結合用溝ｇ１，ｇ２を設けている。この溝ｇ１によってＴＭ０１δｘモードとＴＥ０１δモードとが結合し、溝ｇ２によってＴＭ０１δｙモードとＴＥ０１δモードとが結合する。また、中心導体４の開放端側４２はｙ軸方向に変位させている。したがって、ＴＭ０１δｙモードとＴＥＭモードとが結合する。
【００４４】
キャビティ本体１の側面には同軸コネクタ８ａ，８ｂをそれぞれ設けている。同軸コネクタ８ａの中心導体には、その端部をキャビティ本体１の内壁面に導通させた結合ループ９を設けている。また、同軸コネクタ８ｂの中心導体には、その端部が中心導体４のキャビティ導通端側４１に導通させた結合用導体１０を設けている。
【００４５】
この構造によって、結合ループ９はＴＭ０１δｘモードの磁界と結合し、結合用導体１０はＴＥＭモードに結合する。したがって、同軸コネクタ８ａ−８ｂ間には、ＴＭ０１δｘ→ＴＥ０１δ→ＴＭ０１δｙ→ＴＥＭの４つのモードによる共振器が順に結合された構造となる。このことにより、４段の共振器による帯域通過フィルタ特性を備えたフィルタとして作用する。
【００４６】
このように、ＴＭ０１δモードまたはＴＥＭモードを入出力段の共振器として用いるようにしたことにより、外部結合が容易となる。すなわちＴＥ０１δモードを入出力段にして、例えば結合ループで外部結合をとろうとすると、その結合ループは他の共振モードとも結合してしまうという問題が生じるが、ＴＭ０１δモードまたはＴＥＭモードを入出力段の共振器とすれば、そのような問題は生じない。このことは、この第５の実施形態における他の例でも同様であり、それ以降に述べる第６〜第８の実施形態についても同様である。
【００４７】
図１７に示す例では、同軸コネクタ８ａの中心導体からプローブ１１ａを延ばしている。このプローブ１１ａは誘電体コア３によるＴＭ０１δｘモードと電界結合する。誘電体コア３には結合用の溝ｇ１，ｇ２を形成している。溝ｇ１の存在によりＴＭ０１δｘモードはＴＥ０１δモードと結合する。また、溝ｇ２の存在により、ＴＥ０１δモードはＴＭ０１δｙモードと結合する。さらに、中心導体４の開放端側４２がｙ軸方向に変位させている。そのため、ＴＭ０１δｙモードはＴＥＭモードと結合する。このＴＥＭモードは同軸コネクタ８ｂのプローブ１１ｂと結合する。結局、同軸コネクタ８ａ−８ｂ間に、ＴＭ０１δｘ→ＴＥ０１δ→ＴＭ０１δｙ→ＴＥＭの４つのモードの共振器が順に結合することになる。このことにより、４段の共振器による帯域通過フィルタ特性を備えたフィルタとして作用する。
【００４８】
図１８に示す例では、同軸コネクタ８ｂの中心導体と中心導体のキャビティ導通端側４１との間に結合用導体１０をループ状に設けている。誘電体コア３に溝ｇ１，ｇ２を設けている点と中心導体の開放端側をｙ軸方向に変位させている点は図１６・図１７に示したものと同様である。
【００４９】
この構造により、結合用導体１０はＴＥＭモードと結合する。図１７に示した例では、プローブ１１ｂが単にｘ軸方向に延びているだけであるので、ＴＭ０１δｘモードともある程度結合するが、この図１８に示す例ではＴＭ０１δｘモードとの磁界結合を避けるように迂回しているのでＴＭ０１δｘモードとは殆ど結合しない。なお、結合用導体１０は部分的にはＴＭ０１δｙモードと結合するが、その結合部分はｘ軸を中心として対称形であるので互いに打ち消されて、ＴＭ０１δｙモードとも結合しない。
【００５０】
次に、第６の実施形態に係るフィルタの構成を図１９を基に説明する。このフィルタはＵａ，Ｕｂで示す２つのユニットにそれぞれ４段の共振器を構成した、合計８段の共振器からなるフィルタである。すなわち、同軸コネクタ８ａの中心導体に接続した結合ループ９ａは誘電体コア３ａによるＴＭ０１δｘモードの磁界と結合し、ＴＭ０１δｘモードは溝ｇ１ａの存在によってＴＥ０１δモードと結合する。このＴＥ０１δモードは溝ｇ２ａの存在によってＴＭ０１δｙモードと結合する。このＴＭ０１δｙモードは中心導体４ａの開放端側４２ａが変位していることによりＴＥＭモードと結合する。キャビティ本体１ａ，１ｂの内部に設けた結合ループ９ｃは上記ＴＥＭモードと磁界結合する。また、この結合ループ９ｃはユニットＵｂ側のＴＥＭモードとも結合する。このユニットＵｂはユニットＵａと同様の構成であるので、結局同軸コネクタ８ａ−８ｂ間に合計８段の共振器が構成されることになる。このことにより、８段の共振器からなる帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
【００５１】
図２０は第７の実施形態に係るデュプレクサの構成を示す図であり、（Ａ）はキャビティ蓋を取り除いた状態での上面図、（Ｂ）はその縦断面図である。同軸コネクタ８ａのプローブ１１ａはユニットＵａのＴＥＭモードと結合する。このＴＥＭモードは中心導体４ａの開放端側４２ａが図の（Ａ）における右４５°方向（ｘ＋ｙ方向）に変位しているので、ＴＭ０１δｘ＋ｙモードと結合する。このＴＭ０１δｘ＋ｙモードは溝ｇ１ａの存在によりＴＥ０１δモードと結合する。このＴＥ０１δモードは溝ｇ２ａの存在によりＴＭ０１δｘ−ｙモードと結合する。同軸コネクタ８ｃのプローブの１１ｃはユニットＵａの上記ＴＭ０１δｘ−ｙモードと結合する。ユニットＵｂはユニットＵａと同様の構成であり、プローブ１１ｃは右側のユニットのＴＭ０１δｘ＋ｙモードと結合する。したがって、同軸コネクタ８ａ−８ｃ間に順に結合した４段の共振器が構成され、同様に同軸コネクタ８ｃ−８ｂ間にも順に結合した４段の共振器が構成される。そして、それぞれのフィルタの通過帯域を定めることによって、たとえば８ａを送信信号入力端子、８ｂを受信信号出力端子、８ｃをアンテナ端子とするデュプレクサとして作用する。
【００５２】
図２１は第８の実施形態に係るフィルタの構成を示す図である。ユニットＵａは中心導体４ａとその周囲のキャビティとによってＴＥＭモードで共振する。同軸コネクタ８ａの結合用導体１０ａはそのＴＥＭモードと結合する。ユニットＵｂの構成は図２０に示したユニットＵａと同様である。プローブ１１ａｂはこのユニットＵｂのＴＥＭモードと結合する。またプローブ１１ｂｃはユニットＵｂのＴＭ０１δｘ−ｙモードと結合する。またプローブ１１ｂｃはユニットＵｃのＴＥＭモードと結合する。同軸コネクタ８ｃの結合用導体１０ｃはユニットＵｃのＴＥＭモードと結合する。結局、同軸コネクタ８ａ−８ｃ間に６段（１＋４＋１＝６）の共振器が構成される。これにより６段の共振器からなる帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
【００５３】
次に、第９の実施形態として通信装置の構成を図２２に示す。ここで、デュプレクサは図２０に示した構成からなり、受信フィルタは受信信号の周波数を、送信フィルタは送信信号の周波数をそれぞれ通過させる。受信フィルタの出力ポートには受信回路を、送信フィルタの入力ポートには送信回路を、デュプレクサの入出力ポートにはアンテナをそれぞれ接続している。このことによって通信装置の高周波部を構成している。なお、通信装置の高周波部に単体のフィルタを用いる場合には、図１６〜図１９または図２１に示した構成のフィルタを用いることができる。
【００５４】
【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設ける中心導体の側面からそれに対向する前記キャビティの内面までの寸法を、中心導体の開放端側に比べてキャビティへの導通端側が小さくなるようにしたことにより、誘電体共振器の共振に影響を与えずに、半同軸共振器の準ＴＥＭモードの共振周波数を高めて、準ＴＥＭモードの周波数を誘電体共振器のＴＥモードまたはＴＭモードの周波数に揃えることが可能となり、より多重化した共振器装置が得られる。
【００５５】
また、この発明によれば、中心導体の長手方向に対して直角方向の断面の大きさを中心導体の開放端側に比べてキャビティへの導通端側が大きくなるようにしたことにより、キャビティの内寸法を変えることなく中心導体の形状を変えるだけで半同軸共振器の準ＴＥＭモードの周波数が高められる。
【００５６】
また、この発明によれば、キャビティの内寸法を中心導体の開放端側の側面に対向する部分に比べてキャビティへの導通端側の側面に対向する部分が小さくなるようにしたことにより、中心導体の形状を変えることなくキャビティ内の形状を変えるだけで半同軸共振器の準ＴＥＭモードの周波数が高められる。
【００５７】
また、この発明によれば、誘電体コアに中心導体が挿通する孔を設けるとともに、当該孔に中心導体が挿通した状態で、誘電体コアをキャビティ内に配置したことにより、誘電体コアがキャビティの中央部に位置することになり、不要なスプリアスモードが生じることもなく、誘電体共振器のモードを利用できるようになる。
【００５８】
また、この発明によれば、キャビティと中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、キャビティと誘電体コアによる誘電体共振器を少なくともＴＭ０１δモードで共振させ、該ＴＭ０１δモードと準ＴＥＭモードとを含む複数の共振モードを結合させて複数段の共振器として作用させるとともに、ＴＭ０１δモードまたは準ＴＥＭモードを入出力段の共振器として作用させたことにより、１つのキャビティ内に段数の多い共振器を設けることができ、限られたスペースに所定段数の共振器からなる共振器装置を容易に構成できる。
【００５９】
また、この発明によれば、キャビティと中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、キャビティと誘電体コアによる誘電体共振器をＴＥ０１δモードと２重のＴＭ０１δモードで共振させ、全体で４重モードの共振器としたことにより、１つのキャビティ内に４重モードの共振器を備え、例えば４段の共振器を備えた共振器装置を構成できる。
【００６０】
また、この発明によれば、準ＴＥＭモードの共振周波数に対する温度補償用の誘電体部材をキャビティ内に設けたことにより、半同軸共振器の準ＴＥＭモードの温度−周波数特性が安定化し、誘電体共振器のＴＭ０１δモードまたはＴＥ０１δモードとの組み合わせによる周波数特性が安定化する。
【００６１】
また、発明によれば、上記構成の共振器装置を備えたフィルタ・複合フィルタ装置を構成することにより、小型軽量で段数の多いフィルタ・複合フィルタ装置が得られる。
また、この発明によれば、小型・軽量の通信装置が構成できる。
【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で用いるＴＭ０１δｘモードの電磁界分布の例を示す図
【図２】同共振器装置で用いるＴＭ０１δｙモードの電磁界分布の例を示す図
【図３】同共振器装置で用いるＴＥ０１δモードの電磁界分布の例を示す図
【図４】同共振器装置で用いるＴＥＭモードの電磁界分布の例を示す図
【図５】同共振器装置で用いる他のＴＭモードの電磁界分布の例を示す図
【図６】同共振器装置で用いる他のＴＭモードの電磁界分布の例を示す図
【図７】同共振器装置における中心導体の構成を示す図
【図８】中心導体のステップ高さに対する各モードの共振周波数および無負荷Ｑの関係を示す図
【図９】第２の実施形態に係る共振器装置の中心導体およびキャビティ内部の構成を示す図
【図１０】第２の実施形態に係る共振器装置の中心導体およびキャビティ内部の構成を示す図
【図１１】第３の実施形態に係る共振器装置のＴＥＭモードとＴＭ０１δモードとの結合構造を示す図
【図１２】同共振器装置のＴＥＭモードとＴＭ０１δモードとの結合構造を示す図
【図１３】同共振器装置のＴＥＭモードとＴＭ０１δモードとの結合構造を示す図
【図１４】同共振器装置における誘電体共振器の２つのモード間の結合構造を示す図
【図１５】第４の実施形態に係る共振器装置の温度補償の例を示す図
【図１６】第５の実施形態に係るフィルタの構成を示す図
【図１７】第５の実施形態に係る他のフィルタの構成を示す図
【図１８】第５の実施形態に係る他のフィルタの構成を示す図
【図１９】第６の実施形態に係るフィルタの構成を示す図
【図２０】第７の実施形態に係るデュプレクサの構成を示す図
【図２１】第８の実施形態に係るフィルタの構成を示す図
【図２２】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
【図２３】従来の共振器装置の構成を示す分解斜視図
【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−中心導体
５−支持台
６−誘電体部材
８−同軸コネクタ
９−結合ループ
１０−結合用導体
１１−プローブ
４１−キャビティ導通端側
４２−開放端側
ｇ−溝
Claims (10)
- 導電性を有するキャビティ内に、一端が前記キャビティに導通した中心導体とともに誘電体コアを設けた共振器装置において、
前記中心導体が側面を有する柱状を成し、該中心導体の長手方向に対して直角方向の断面での開放端側の径がキャビティへの導通端側の径より小さく、
前記中心導体の前記断面での開放端側の中心軸が、前記導通端側の中心軸に対してずれていることを特徴とする共振器装置。 - 前記断面での、前記キャビティの中心が、前記誘電体コアの中心および前記中心導体の前記導通端側の中心軸と略一致することを特徴とする請求項１に記載の共振器装置。
- 前記中心導体は開放端側に径が一定な小径部分を有するものであり、前記誘電体コアに前記中心導体が挿通する孔を設けるとともに、当該孔に前記中心導体の前記小径部分のみが挿通した状態で、前記誘電体コアを前記キャビティ内に配置した請求項１または２に記載の共振器装置。
- 前記キャビティの内寸法を、前記中心導体の開放端側の側面に対向する部分に比べてキャビティへの導通端側の側面に対向する部分が小さくなるようにした請求項１〜３のいずれかに記載の共振器装置。
- 前記キャビティと前記中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、前記キャビティと前記誘電体コアによる誘電体共振器を少なくともＴＭ０１δモードで共振させ、該ＴＭ０１δモードと前記準ＴＥＭモードとを含む複数の共振モードを結合させて複数段の共振器として作用させた請求項１〜４のいずれかに記載の共振器装置。
- 前記キャビティと前記中心導体による半同軸共振器を準ＴＥＭモードで共振させ、前記キャビティと前記誘電体コアによる誘電体共振器をＴＥ０１δモードと２重のＴＭ０１δモードで共振させ、全体で４重モードの共振器として作用させた請求項１〜５のいずれかに記載の共振器装置。
- 前記準ＴＥＭモードの共振周波数に対する温度補償用の誘電体部材を前記キャビティ内に設けた請求項１〜６のいずれかに記載の共振器装置。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の共振器装置に前記各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８に記載のフィルタを複数組設けて成る複合フィルタ装置。
- 請求項８に記載のフィルタまたは請求項９に記載の複合フィルタ装置を設けて成る通信装置。
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