JP4796028B2

JP4796028B2 - 誘電体共振器、及び誘電体共振器の制御方法

Info

Publication number: JP4796028B2
Application number: JP2007242091A
Authority: JP
Inventors: 崇笠島; 典康杉本
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: JP2009077020A

Description

本発明は、誘電体共振器、及び誘電体共振器の制御方法に関する。

近年、携帯情報端末や通信端末に代表される電子機器では、高機能化及び小型化がめざましい。これら携帯情報端末や通信端末には共振器フィルタが組み込まれており、上述した携帯情報端末などの小型化に伴って、前記共振器フィルタにおいても小型化が要求され、その結果、誘電体共振器が用いられるようになってきている。

上記誘電体共振器としては、例えば特許文献１に記載されているように、空洞共振器内に誘電体共振器素子を配置するとともに、前記空洞共振器において、前記誘電体共振器素子に向けて金属ねじを設け、共振結合モードを行うことによって、多重モード誘電体共振器が開示されている。しかしながら、このような誘電体共振器においては、共振器内に金属ねじが存在するために、共振に供する電気信号の伝送ロスが大きくなってしまうという問題がある。

上記問題を解決すべく、特許文献２には、誘電体共振器素子に対して円柱状の穴を開けて共振結合モードを行い、複数の周波数に対応した多重モード誘電体共振器が開示されている。しかしながら、これらの誘電体共振器は切削などの加工を伴うために製造コストが増大し、また、十分な共振結合モードを行うことができず、実用に足る複数の周波数に対応した多重モードの共振器を実現することができないでいた。
特開昭５７−１９４６０３号公報特開昭６２−２０４６０１号公報

本発明は、電気信号の伝送ロスがなく、多重モードに対応した簡易な構成の誘電体共振器、及びこの誘電体共振器における共振状態（結合モード）を制御する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
円筒状又は多角形状の外部導体と、
前記外部導体の略中心部に配置された円柱状の誘電体共振素子と、
前記外部導体において、前記誘電体共振素子と対向するようにして設けられた少なくとも１つの誘電体素子片と、
電気信号入力部及び電気信号出力部と、
を具えることを特徴とする、誘電体共振器に関する。

また、本発明は、
円筒状又は多角形状の外部導体と、前記外部導体の略中心部に配置された円柱状の誘電体共振素子とを具える誘電体共振器の制御方法であって、
前記外部導体において、前記誘電体共振素子と対向するようにして少なくとも１つの誘電体素子片を設け、前記誘電体共振素子と前記誘電体素子片との距離を調整することにより、前記誘電体共振器の共振状態を制御することを特徴とする、誘電体共振器の制御方法に関する。

本発明によれば、外部導体内に円柱状又は多角形状の誘電体共振素子を設けるという従来類似の基本構成に対し、前記外部導体に誘電体素子片を設け、前記誘電体共振素子と前記誘電体素子片との距離を制御することによって、目的とする誘電体共振器の共振状態（結合モード）を制御するようにしている。したがって、従来のように、共振状態（結合モード）を制御するに際し、金属ねじなどを用いないために、共振に供すべき電気信号の伝送ロスなどを生じることがない。また、誘電体共振素子の加工など煩雑な工程を用いないので、上述のような共振状態（結合モード）を制御した誘電体共振器を簡易に得ることができる。

なお、上記のように、誘電体共振素子と誘電体素子片との距離を調節することによって共振状態が制御される理由は、前記誘電体共振器の実質的な容量が変化するためであると考えられる。

本発明の一態様においては、前記誘電体素子片は、前記誘電体共振器のフィルタ特性の減衰極位置に設ける。これは、例えば、上記誘電体共振器における電気信号入力部及び電気信号出力部との結合性が小さい箇所とすることができる。

具体的には、前記電気信号入力部及び前記電気信号出力部を前記外部導体の側面に略９０度の角度をなすようにして配置し、前記誘電体素子片を前記電気信号入力部から略４５度及び２２５度の少なくとも一方の位置に設けることができる。また、前記電気信号入力部又は前記電気信号出力部を前記外部導体の上面又は下面上に配置し、前記電気信号出力部又は前記電気信号入力部を前記外部導体の側面に配置し、前記誘電体素子片を前記電気信号入力部から前記電気信号出力部へ向けた方向において、略４５度及び２２５度の少なくとも一方の位置に設けることができる。

これらの場合においては、特に誘電体共振器内に導入された電気信号のＥＨモード同士、あるいはＥＨモードとＴＭモードとを結合することができ、二重モードの誘電体共振器を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、電気信号の伝送ロスがなく、多重モードに対応した簡易な構成の誘電体共振器、及びこの誘電体共振器における共振状態（結合モード）を制御する方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における誘電体共振器の平面図であり、図２は、図１に示す誘電体共振器の側面図である。また、図３は、図１及び２に示す誘電体共振器の等価回路である。

図１及び２に示すように、本実施形態における誘電体共振器１０は、円筒状の外部導体１１と、外部導体１１の略中心部に配置された円柱状の誘電体共振素子１２と、外部導体１１の円周面において、誘電体共振素子１２と対向するようにして設けられた２つの誘電体素子片１３−１及び１３−２とを含んでいる。また、外部導体１１の円周面上には、電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５が互いに９０度の角度をなすようにして配置されている。なお、誘電体共振素子１２は、図示しない、例えばアルミナなどから構成される支持台上に配置されている。

また、電気信号入力部１４から電気信号出力部１５への方向を正方向とした場合に、第１の誘電体素子片１３−１は、電気信号入力部１４から４５度の位置において、誘電体共振素子１２と対向するように配置されており、第２の誘電体素子片１３−２は、電気信号入力部１４から２２５度の位置において、誘電体共振素子１２と対向するようにして配置されている。

なお、図３におけるＣ１は、電気信号入力部１４と誘電体共振器１０の共振回路とを容量結合する容量結合回路であり、Ｃ５は、電気信号出力部１５と誘電体共振器１０の共振回路とを容量結合する容量結合回路である。また、Ｃ２及びＬ１並びにＣ４及びＬ２は、誘電体共振器１０の共振回路を構成する容量結合回路及びインダクタンスである。さらに、Ｃ３は、誘電体素子片１３−１及び１３−２によって形成される断間結合容量である。

図３における容量結合回路Ｃ１及びＣ５は、それぞれ電気信号入力部１４、電気信号出力部１５及び誘電体共振素子１２を構成する材料、並びにそれらの大きさ、さらには、電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５と誘電体共振素子１２との距離などによって変化する。また、図３における容量結合回路Ｃ２、Ｃ４及びインダクタンスＬ１、Ｌ２は、誘電体共振素子１２及び外部導体１１を構成する材料、並びにこれらの間の距離などによって変化する。

さらに、図３における容量結合回路Ｃ２及びＣ４は、誘電体共振素子１２と誘電体素子片１３−１及び１３−２との距離によっても変化する。本実施形態においては、特に前記距離を調節することによって、容量結合回路Ｃ２及びＣ４、並びにＣ３の値を制御し、共振状態(結合モード)の制御を行う。

図４は、本実施形態における誘電体共振器１０の、外部導体１１における誘電体素子片１３−１及び１３−２の、電気信号入力部１４を基準とした相対的な位置関係に依存した電気信号の減衰状態を示すグラフである。図４から明らかなように、本実施形態で示しているように、誘電体素子片１３−１及び１３−２を、電気信号入力部１４からそれぞれ４５度及び２２５度の位置に配置した場合において減衰効果を呈していることが分かる。

すなわち、このような位置に誘電体素子片１３−１及び１３−２を配置することによって、電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５との結合性が小さくなり、さらに上述した誘電体共振素子１２と誘電体素子片１３−１及び１３−２との距離調整に基づいて、誘電体共振器１０内に導入した電気信号の共振状態（結合モード）を良好な状態で制御することができるようになる。本実施形態では、図１中に示すように、２つのＥＨモード（ＥＨ１及びＥＨ２）の結合を行って二重モードの共振状態を実現することができる。

なお、本実施形態では、２つの誘電体素子片１３−１及び１３−２を設けるようにしたが、いずれか一方の誘電体素子片のみを用いるようにすることもできる。この場合においても、上記同様の二重モードの共振状態を実現することができる。

（第２の実施形態）
図５は、本実施形態における誘電体共振器の平面図であり、図６は、図５に示す誘電体共振器の側面図である。なお、図１及び２に示す誘電体共振器の構成要素と類似及び同一の構成要素に対しては同じ参照符号を用いて表している。

図５及び６に示すように、本実施形態における誘電体共振器２０は、円筒状の外部導体１１と、外部導体１１の略中心部に配置された円柱状の誘電体共振素子１２と、外部導体１１の上面及び下面において、誘電体共振素子１２と対向するようにして設けられた２つの誘電体素子片１３−１及び１３−２とを含んでいる。また、外部導体１１の上面には電気信号入力部１４が設けられており、外部導体１１の円周面上には電気信号出力部１５が設けられている。この結果、電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５は、互いに９０度の角度をなして位置することになる。なお、誘電体共振素子１２は、図示しない、例えばアルミナなどから構成される支持台上に配置されている。

図７は、本実施形態における誘電体共振器２０の、外部導体１１における誘電体素子片１３−１及び１３−２の、電気信号入力部１４を基準とした相対的な位置関係に依存した電気信号の減衰状態を示すグラフである。図７から明らかなように、本実施形態で示しているように、誘電体素子片１３−１及び１３−２を、電気信号入力部１４からそれぞれ４５度及び２２５度の位置に配置した場合において減衰効果を呈していることが分かる。

すなわち、このような位置に誘電体素子片１３−１及び１３−２を配置することによって、電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５との結合性が小さくなり、さらに誘電体共振素子１２と誘電体素子片１３−１及び１３−２との距離調整に基づいて、誘電体共振器２０内に導入した電気信号の共振状態（結合モード）を良好な状態で制御することができるようになる。本実施形態では、図５中に示すように、ＥＨモードとＴＭモードとの結合を行って二重モードの共振状態を実現することができる。

なお、特に図示しないが、本実施形態における誘電体共振器２０においても、上記実施形態と同様に図３に示すような等価回路が形成される。

また、本実施形態では、２つの誘電体素子片１３−１及び１３−２を設けるようにしたが、いずれか一方の誘電体素子片のみを用いるようにすることもできる。この場合においても、上記同様の二重モードの共振状態を実現することができる。

（第３の実施形態）
図８は、本実施形態における誘電体共振器の平面図であり、図９は、図８に示す誘電体共振器を矢印Ａで示す方向から見た場合の側面図であり、図１０は、図８に示す誘電体共振器を矢印Ｂで示す方向から見た場合の側面図である。なお、図１及び２に示す誘電体共振器の構成要素と類似及び同一の構成要素に対しては同じ参照符号を用いて表している。

図８〜１０に示すように、本実施形態における誘電体共振器３０は、円筒状の外部導体１１と、外部導体１１の略中心部に配置された円柱状の誘電体共振素子１２と、外部導体１１の上面及び下面において、誘電体共振素子１２と対向するようにして設けられた２つの誘電体素子片１３−１及び１３−２とを含んでいる。また、外部導体１１の上面には電気信号入力部１４が設けられており、外部導体１１の円周面上には電気信号出力部１５が設けられている。この結果、電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５は、互いに９０度の角度をなして位置することになる。なお、誘電体共振素子１２は、図示しない、例えばアルミナなどから構成される支持台上に配置されている。

なお、本実施例では特に図示しないが、上記誘電体素子片の配置は、上記第１の実施形態及び第２の実施形態に示すように、減衰効果を示す位置において実施している。

したがって、本実施形態に示す位置に誘電体素子片１３−１及び１３−２を配置することによって、電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５との結合性が小さくなり、さらに誘電体共振素子１２と誘電体素子片１３−１及び１３−２との距離調整に基づいて、誘電体共振器３０内に導入した電気信号の共振状態（結合モード）を良好な状態で制御することができるようになる。本実施形態では、図８〜１０中に示すように、２つのＥＨモードとＴＭモードとの結合を行って三重モードの共振状態を実現することができる。

なお、特に図示しないが、本実施形態における誘電体共振器３０においても、上記実施形態と同様に図３に示すような等価回路が形成される。

以上、本発明について具体例を挙げながら詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

例えば、上記具体例では、誘電体素子片を外部導体の減衰効果を呈する箇所に配置しているが、必ずしも減衰効果を奏しない箇所に配置した場合においても、誘電体素子片と誘電体共振素子との距離を適宜に制御することによって、十分に共振状態（結合モード）の制御を行うことができるようになる。但し、上述のように、誘電体素子片を減衰効果を奏する箇所に配置することによって、より簡易かつ効果的に共振状態(結合モード)を制御することができる。

また、上記具体例で示した誘電体共振器は単独で用いることもできるが、適宜他の共振器と組み合わせ、多重の共振器として構成することもできる。

また、上記具体例は、数々のシミュレーションやそれに基づいて実施した実験結果に基づくものであって、実際に誘電体共振素子と誘電体素子片との距離をどの程度に調節するかなどの具体的な指針は、誘電体共振器の構成によって異なる。例えば、第１の実施形態におけるような配置の電気信号入力部と電気信号出力部とを有する誘電体共振器と、第３の実施形態におけるような配置の電気信号入力部と電気信号出力部とを有する誘電体共振器とでは、誘電体共振素子と誘電体素子片との距離に対する共振状態(結合モード)の依存性は全く異なるようになる。

したがって、具体的な設定は、個別具体的な構成の誘電体共振器において独自に行う必要がある。但し、外部導体に対する、誘電体共振素子の大きさ（高さ及び直径）の選択が基本となることは従来と同様である。

また、上記具体例では、誘電体共振器を円筒状の外部導体から構成する場合についてのみ示したが、多角形状の外部導体から構成した場合についても同様の作用効果を得ることができる。

さらに、本発明においては、本発明の誘電体素子片による作用効果を阻害しない範囲において、従来のように、金属ねじを誘電体共振素子に向けて外部導体に設けることを排除するものではない。

また、電気信号入力部又は電気信号出力部と誘電体共振器とは、容量結合である必要はなく、電界結合であっても良い。いずれの場合においても、上述した本発明の要件を満足する限り、本発明の作用効果を奏することができる。

さらに、上述した誘電体素子片は、その全体を誘電体として構成することもできるし、所定の外部導体の先端部を誘電体として構成することもできる。後者の場合、外部導体への保持部は別の材料で形成しても構わない。

第１の実施形態における誘電体共振器の平面図である。図１に示す誘電体共振器の側面図である。図１及び２に示す誘電体共振器の等価回路である。第１の実施形態における誘電体共振器の、電気信号の減衰状態を示すグラフである。第２の実施形態における誘電体共振器の平面図である。図５に示す誘電体共振器の側面図である。第２の実施形態における誘電体共振器の、電気信号の減衰状態を示すグラフである。第３の実施形態における誘電体共振器の平面図である。図８に示す誘電体共振器の側面図である。同じく、図８に示す誘電体共振器の側面図である。

符号の説明

１０，２０，３０誘電体共振器
１１外部導体
１２誘電体共振素子
１３−１第１の誘電体素子片
１３−２第２の誘電体素子片
１４電気信号入力部
１５電気信号出力部

Claims

円筒状又は多角形状の外部導体と、
前記外部導体の略中心部に配置された円柱状の誘電体共振素子と、
前記外部導体において、前記誘電体共振素子と対向するようにして設けられた少なくとも１つの誘電体素子片と、
電気信号入力部及び電気信号出力部とを具え、
前記電気信号入力部及び前記電気信号出力部は、前記外部導体の側面に略９０度の角度をなすようにして配置され、前記誘電体素子片は、前記電気信号入力部から略４５度及び２２５度の少なくとも一方の位置に設け、
前記電気信号入力部より少なくともＥＨモードの電気信号を導入し、当該ＥＨモードの電気信号を結合させて共振状態を生成するように構成したことを特徴とする、誘電体共振器。
円筒状又は多角形状の外部導体と、
前記外部導体の略中心部に配置された円柱状の誘電体共振素子と、
前記外部導体において、前記誘電体共振素子と対向するようにして設けられた少なくとも１つの誘電体素子片と、
電気信号入力部及び電気信号出力部とを具え、
前記電気信号入力部又は前記電気信号出力部は前記外部導体の上面又は下面上に配置され、前記電気信号出力部又は前記電気信号入力部は前記外部導体の側面に配置され、前記誘電体素子片は、前記電気信号入力部から前記電気信号出力部へ向けた方向において、略４５度及び２２５度の少なくとも一方の位置に設けることを特徴とする、誘電体共振器。
前記電気信号入力部より少なくともＥＨモードの電気信号を導入し、当該ＥＨモードの電気信号を結合させて共振状態を生成するように構成したことを特徴とする、請求項２に記載の誘電体共振器。
円筒状又は多角形状の外部導体と、前記外部導体の略中心部に配置された円柱状誘電体共振素子とを具える誘電体共振器の制御方法であって、
電気信号入力部及び電気信号出力部を、前記外部導体の側面に略９０度の角度をなすようにして配置した場合において、前記誘電体素子片を、前記電気信号入力部から略４５度及び２２５度の少なくとも一方の位置に設け、前記誘電体共振素子と前記誘電体素子片との距離を調整することにより、前記誘電体共振器の共振状態を制御し、
前記電気信号入力部より少なくともＥＨモードの電気信号を導入し、当該ＥＨモードの電気信号を結合させて共振状態を生成することを特徴とする、誘電体共振器の制御方法。
円筒状又は多角形状の外部導体と、前記外部導体の略中心部に配置された円柱状誘電体共振素子とを具える誘電体共振器の制御方法であって、
電気信号入力部又は電気信号出力部を前記外部導体の上面又は下面上に配置し、前記電気信号出力部又は電気信号入力部を前記外部導体の側面に配置した場合において、前記誘電体素子片を、前記電気信号入力部から前記電気信号出力部へ向けた方向において、略４５度及び２２５度の少なくとも一方の位置に設けることを特徴とする、誘電体共振器の制御方法。
前記電気信号入力部より少なくともＥＨモードの電気信号を導入し、当該ＥＨモードの電気信号を結合させて共振状態を生成することを特徴とする、請求項５に記載の誘電体共振器の制御方法。