JP4819857B2 - Dielectric resonator and method for controlling dielectric resonator - Google Patents
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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。 The present invention relates to a dielectric resonator and a method for controlling the dielectric resonator.
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。 In recent years, electronic devices typified by portable information terminals and communication terminals have been remarkably improved in function and size. A resonator filter is incorporated in these portable information terminals and communication terminals, and with the downsizing of the above-described portable information terminal, the resonator filter is also required to be downsized. As a result, the dielectric resonator Has come to be used.
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、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。
As the dielectric resonator, for example, as described in
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。
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の作製方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a dielectric resonator having a simple configuration corresponding to a multimode without transmission loss of an electric signal, and a method for manufacturing the dielectric resonator.
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誘電体共振素子と、
電気信号入力部及び電気信号出力部とを具え、
前記誘電体共振素子の一部に、導入された複数の電気信号に対する結合係数がピークを示すような位置及び大きさで切欠きを形成したことを特徴とする誘電体共振器に関する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A cylindrical or polygonal outer conductor;
A dielectric resonant element disposed substantially at the center of the outer conductor;
An electric signal input unit and an electric signal output unit,
The present invention relates to a dielectric resonator characterized in that a notch is formed in a part of the dielectric resonator element at a position and a size such that a coupling coefficient for a plurality of introduced electric signals has a peak.
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誘電体共振素子とを具える誘電体共振器の作製方法であって、
前記誘電体共振素子の一部に、導入された複数の電気信号に対する結合係数がピークを示すような位置及び大きさで切欠きを形成することを特徴とする誘電体共振器の作製方法に関する。
The present invention also provides:
A method of manufacturing a dielectric resonator comprising a cylindrical or polygonal outer conductor and a dielectric resonator element disposed substantially at the center of the outer conductor,
The present invention relates to a method for manufacturing a dielectric resonator, characterized in that a notch is formed in a part of the dielectric resonator element at a position and size such that a coupling coefficient with respect to a plurality of introduced electrical signals has a peak.
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、前記誘電体共振素子に切欠きを形成するようにしている。また、前記切欠きの形成位置及び大きさは、誘電体共振器内に導入された複数の電気信号における結合モードがピークを取るようにして形成している。したがって、従来のように、結合モード(共振状態)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く、さらには、誘電体共振素子の加工など煩雑な工程を用いることなく、上述のような結合モード(共振状態)を最適な状態となるように制御した誘電体共振器を簡易に得ることができる。 According to the present invention, a notch is formed in the dielectric resonant element in contrast to the conventional basic configuration in which a cylindrical or polygonal dielectric resonant element is provided in the outer conductor. Further, the positions and sizes of the notches are formed such that the coupling modes in a plurality of electrical signals introduced into the dielectric resonator have peaks. Therefore, as in the prior art, when a coupling mode (resonance state) is controlled, a metal screw or the like is not used, so that there is no transmission loss of an electric signal to be used for resonance, and further, a dielectric resonator element A dielectric resonator in which the above-described coupling mode (resonance state) is controlled to be in an optimum state can be easily obtained without using complicated processes such as processing.
なお、上記のようにして、誘電体共振器の結合モード(共振状態)が変化する理由は、誘電体共振器内に導入された電気信号に対するインダクタンス及び/又は結合容量が変化するためと考えられる。 Note that the reason why the coupling mode (resonance state) of the dielectric resonator changes as described above is thought to be because the inductance and / or coupling capacitance with respect to the electric signal introduced into the dielectric resonator changes. .
本発明の一態様において、前記切欠きは、前記誘電体共振素子を高さ方向に沿って垂直に研削して形成し、前記誘電体共振素子は、前記切欠きに起因した高さ方向の垂直な断面を有するようにして形成することができる。これによって、上記誘電体共振器の結合モード(共振状態)のピーク状態をより簡易に実現することができる。 In one aspect of the present invention, the notch is formed by vertically grinding the dielectric resonator element along a height direction, and the dielectric resonator element is perpendicular to the height direction due to the notch. It can be formed to have a simple cross section. As a result, the peak state of the coupling mode (resonance state) of the dielectric resonator can be realized more easily.
また、本発明の他の態様において、前記切欠きは少なくとも2つの切欠きであって、この2つの切欠きは前記誘電体共振素子の相対する面において形成され、前記誘電体共振素子は、前記2つの切欠きに起因した高さ方向に垂直であって、互いに平行な2つの断面を有するようにすることができる。このような2つの切欠きを形成することによって、上記誘電体共振器の結合モード(共振状態)のピーク状態をより簡易に実現することができる。 Further, in another aspect of the present invention, the notch is at least two notches, and the two notches are formed on opposite surfaces of the dielectric resonant element, and the dielectric resonant element includes: It is possible to have two cross sections perpendicular to the height direction due to the two notches and parallel to each other. By forming such two notches, the peak state of the coupling mode (resonance state) of the dielectric resonator can be realized more easily.
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、及びその作製方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a dielectric resonator having a simple configuration corresponding to a multimode without a transmission loss of an electric signal, and a manufacturing method thereof.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
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。 FIG. 1 is a plan view of a dielectric resonator according to this embodiment, and FIG. 2 is a side view of the dielectric resonator shown in FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit of the dielectric resonator shown in FIGS.
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Oに配置された円柱状の誘電体共振素子12と、外部導体11の円周面上において互いに90度の角度をなすようにして配置された電気信号入力部14及び電気信号出力部15とを具えている。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、誘電体共振素子12は、外部導体11の略中心部Oに配置されていることから、前記略中心部Oは誘電体共振素子12の中心とも共通する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、誘電体共振素子12には、誘電体共振器10に設けられた電気信号入力部14及び電気信号出力部15と相対向しないようにして、誘電体共振素子12を高さ方向に沿って垂直に研削してなる一対の切欠き12A及び12Bが形成されている。この結果、誘電体共振素子12は、2つの切欠き12A及び12Bに起因した高さ方向に垂直であって、互いに平行な2つの断面を有することになる。
Further, the
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、切欠き12A及び12Bによって形成される断間結合容量である。
3, C1 is a capacitive coupling circuit that capacitively couples the electrical
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を構成する材料、並びにそれらの大きさ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、切欠き12A、12B及び外部導体11を構成する材料などによって変化する。
The capacitive coupling circuits C1 and C5 in FIG. 3 vary depending on the materials constituting the electric
本実施形態においては、特に切欠き12A及び12Bを設けることによって、容量結合回路C2及びC4、並びにC3の値が変化するとともに、インダクタンスL1及びL2の値が変化して、共振状態(結合モード)が変化するものと考えられる。
In the present embodiment, in particular, by providing the
図4は、本実施形態における誘電体共振器10の、切欠き12A及び12Bの大きさ(深さH)と、誘電体共振器10内に導入した2つのEHモード(EH1及びEH2)の結合係数との相関を調べた図である。図4から明らかなように、切欠き12A及び12Bの深さH、すなわち研削量が1.5−3mmの間において前記結合係数はピークを示すことが分かる。すなわち、図1に示す誘電体共振器10においては、切欠き12A及び12Bの深さHを1.5−3mmの範囲に設定することによって、誘電体共振器10内に導入した2つのEHモード(EH1及びEH2)の結合係数がおおよそ最大となり、所定の共振状態が実現されることが分かる。
FIG. 4 shows the size (depth H) of the
なお、図4に示すグラフを得る前提として、誘電体共振素子12の直径は37mmとした。
As a premise for obtaining the graph shown in FIG. 4, the diameter of the
A.変形例1
第1の実施形態において,切欠き12Aを誘電体共振素子12の軸方向の溝形状とした場合(変形例1)につき説明する。図5は,変形例1に係る誘電体共振素子12を表す平面図である。変形例1では,切欠き12Aは,1の底面および2つの側面を有する略直方体形状の溝であり,誘電体共振素子12の軸方向に配置される。図6は、変形例1において誘電体共振器20の切欠き12Aの高さHを変化させた場合における、周波数と電気信号の減衰状態との対応関係を示すグラフである。グラフG11〜G17それぞれにおいて,幅Dが5mmで,高さHが2.5,5.0,7.5,10.0,12.5,15.0,17.5mmである。図7は,高さHと,共振周波数fk,結合係数kの関係を表すグラフである。高さHを増加させると共振周波数fkが増大する一方,結合係数kはピークを有する(飽和する)。
A.
In the first embodiment, a description will be given of a case where the
B.変形例2
第1の実施形態において,切欠き12Aを誘電体共振素子12の径方向の溝形状とした場合(変形例2)につき説明する。図8は,変形例3に係る誘電体共振素子12を表す平面図である。変形例2では,切欠き12Aは,1の底面および2つの側面を有する略直方体形状の溝であり,誘電体共振素子12の径方向に配置される。図9は、変形例2において誘電体共振器20の切欠き12Aの高さHを変化させた場合における、周波数と電気信号の減衰状態との対応関係を示すグラフである。グラフG21〜G25それぞれにおいて,厚さTが2mmで,高さHが2.5,5.0,7.5,10.0,12.5mmである。図10は,高さHと,共振周波数fk,結合係数kの関係を表すグラフである。高さHを増加させると共振周波数fkが増大する一方,結合係数kはピークを有する(飽和する)。
In the first embodiment, a description will be given of a case where the
C.変形例3
第1の実施形態において,切欠き12Aを誘電体共振素子12の側面上の溝形状(円柱状)とし,かつ誘電体共振素子12の中心に向かう径方向の溝形状とした場合(変形例3)につき説明する。図11は,変形例3に係る誘電体共振素子12を表す上面図および側面図である。変形例3では,切欠き12Aは,円状の側面を有する円柱状の溝であり,誘電体共振素子12の中心に向かう径方向に配置される。図12は、変形例3において誘電体共振器20の切欠き12Aの高さHおよび径Dを変化させた場合における、周波数と電気信号の減衰状態との対応関係を示すグラフである。グラフG31〜G37それぞれにおいて,径Dが2mm,高さHが2.5,5.0,7.5,10.0,12.5mmである。図13は,高さHと,共振周波数fk,結合係数kの関係を表すグラフである。高さHを増加させると共振周波数fkが増大する一方,結合係数kはピークを有する(飽和する)。
In the first embodiment, the
D.変形例4
第1の実施形態において,誘電体共振素子12の形状を正8角形状とした場合(変形例8)につき説明する。図14は,変形例8に係る誘電体共振素子12を表す上面図である。変形例8では,誘電体共振素子12は正8角状の柱状であり,その1辺に沿って切欠き12Aが配置される。図15は、変形例4において切欠き12Aの高さHを変化させた場合における、周波数と電気信号の減衰状態との対応関係を示すグラフである。グラフG41〜G47それぞれにおいて,高さHが3,5,7,9,11,13,15mmである。図16は,高さHと,共振周波数fk,結合係数kの関係を表すグラフである。高さHを増加させると共振周波数fkが増大する一方,結合係数kはピークを有する(飽和する)。
D. Modification 4
In the first embodiment, a case where the shape of the dielectric
(ピークの発生原因)
結合係数kがピークを有する理由を説明する。図17,図18はそれぞれH=2.5,5.0での誘電体共振器10内の電界分布を表す模式図である。図17,図18の(1),(2)はそれぞれ,誘電体共振素子12の径方向での2つのモードでの電界分布を表す。高さH(研削量)の増大により電界分布,即ち,共振モードが変化していることが判る。この変化が結合係数kのピークの発生の原因となっていると考えられる。
(Causes of peaks)
The reason why the coupling coefficient k has a peak will be described. 17 and 18 are schematic views showing electric field distributions in the
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。 The present invention has been described in detail with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
既述のように,誘電体共振器および切欠きには種々の形状が適用できる。上記実施形態に示したように,誘電体共振器として,円柱,正8角柱を利用できる。これに加えて,これらの中間的な形状,例えば,楕円柱,4角柱を利用できる。柱状以外に板状も利用できる。上記実施形態に示したように,切欠きとして,平板状,溝形状等種々の形状を利用できる。 As described above, various shapes can be applied to the dielectric resonator and the notch. As shown in the above embodiment, a cylindrical resonator and a regular octagonal prism can be used as the dielectric resonator. In addition to these, an intermediate shape such as an elliptical column or a quadrangular column can be used. In addition to columnar shapes, plate shapes can also be used. As shown in the above embodiment, various shapes such as a flat plate shape and a groove shape can be used as the notch.
上記具体例では、誘電体共振素子12において一対の切欠き12A及び12Bを形成するようにしているが、少なくとも1つの切欠き、例えば切欠き12A及び12Bの一方のみを形成することによっても本発明の作用効果を得ることができる。しかしながら、上記具体例に従って、誘電体共振素子12の相対向する位置に切欠き12A及び12Bを設けることによって、誘電体共振器10における2つのEHモードの結合係数をより簡易に制御して、ピーク値を得ることができるようになる。
In the above specific example, the pair of
また、当然に3以上の切欠きを設けることもでき、切欠きの形状なども種々の形状とすることができる。 Of course, three or more notches can be provided, and the shape of the notches can be various shapes.
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における切欠きの位置及び大きさ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、誘電体共振器の電気信号入力部及び電気信号出力部の位置関係や、これらと切欠きとの位置関係などによって、結合係数のピークとなる切欠きの深さは異なるとともに、前記結合係数と前記切欠きの深さとの関係も異なるようになる。 The above specific examples are based on numerous simulations and experimental results based on the simulations, and are specific examples of how to adjust the position and size of the notches in the dielectric resonator element. The guideline differs depending on the configuration of the dielectric resonator. For example, depending on the positional relationship between the electrical signal input unit and the electrical signal output unit of the dielectric resonator, the positional relationship between the electrical signal input unit and the electrical signal output unit, the depth of the notch that becomes the peak of the coupling coefficient differs, and the coupling coefficient The relationship between the depth of the notch and the depth of the notch is also different.
なお、誘電体共振器における結合係数は、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。 It should be noted that the coupling coefficient in the dielectric resonator is basically the same as that in the prior art based on the selection of the size (height and diameter) of the dielectric resonant element with respect to the outer conductor.
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。 In the above specific example, only the case where the dielectric resonator is formed of a cylindrical outer conductor has been described. However, the same effect can be obtained when the dielectric resonator is formed of a polygonal outer conductor.
さらに、本発明においては、本発明の切欠き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、金属ねじや樹脂製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。 Further, in the present invention, it is not excluded to provide a metal screw or a resin screw on the external conductor toward the dielectric resonance element as in the past, as long as the operation effect by the notch of the present invention is not hindered. Absent.
10 誘電体共振器
11 外部導体
12 誘電体共振素子
12A、12B 切欠き
14 電気信号入力部
15 電気信号出力部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記外部導体の略中心部に配置された誘電体共振素子と、
電気信号入力部及び電気信号出力部とを具え、
前記誘電体共振素子の一部に、導入された複数の電気信号に対する結合係数がピークを示すような位置及び大きさで切欠きを形成したことを特徴とする誘電体共振器。 A cylindrical or polygonal outer conductor;
A dielectric resonant element disposed substantially at the center of the outer conductor;
An electric signal input unit and an electric signal output unit,
A dielectric resonator, wherein a notch is formed in a part of the dielectric resonator element at a position and a size such that a coupling coefficient for a plurality of introduced electrical signals has a peak.
前記誘電体共振素子の一部に、導入された複数の電気信号に対する結合係数がピークを示すような位置及び大きさで切欠きを形成することを特徴とする誘電体共振器の作製方法。 A method of manufacturing a dielectric resonator comprising a cylindrical or polygonal outer conductor and a dielectric resonator element disposed substantially at the center of the outer conductor,
A method of manufacturing a dielectric resonator, wherein a notch is formed in a part of the dielectric resonator element at a position and size such that a coupling coefficient with respect to a plurality of introduced electrical signals has a peak.
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