JPS61253901A - 誘電体共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、自動車電話の基地局における共用装
置等に用いられる誘電体共振器に関するものである。

（従来の技術） 自動車電話の基地局における共用装置においては、従来
、その構成素子としてＴＥｔ　ｏｓ　モード誘電体共振
器又はＴＭＯ１６モ一ド誘電体共振器が用いられている
。

第７図（第８図のＢ−Ｂ断面図）及び第８図（第７図の
Ａ−Ａ断面図）は、従来のＴＥｔ　ｏ５モード誘電体共
振器を示す図で、１５は金属ケース、１Ｂはリング状誘
電体ブロック、１７は石英ガラス等より成る支持体、１
８及び１９は外部回路との結合用容量素子、２０は共振
周波数の微細調整用容量素子で、支持体１７と金属ケー
ス１５との間及び支持体１７と誘電体ブロック１８との
間を、それぞれ接着剤によって固着しである。

第９図（第１０図のＢ−Ｂ断面図）及び第１θ図（第９
図のＡ−Ａ断面図）は、従来のＴＭｏｔｓモード誘電体
共振器を示す図で、２１は棒状誘電体ブロック、２２は
共振周波数の微細調整用誘電体素子で、他の符号は第７
図及び第８図と同様である。

この共振器においては、棒状誘電体ブロック２１の両端
面に、銀等の金属より成る電極膜を形成し、両電極膜面
な金属ケース１５の内壁面に圧着せしめて棒状誘電体ブ
ロック２１を所要位置に保持せしめである。

（発明が解決しようとする問題点） 自動車電話の基地局における共用装置には比較的大電力
の印加、遮断が繰返されるため、共用装置を構成するＴ
ＥＩ　ｏｈモード誘電体共振器における誘電体ブロック
１Ｂ、支持体１７及び金属ケース１５等の温度上昇低下
に因る膨張収縮が繰返されて誘電体ブロック１Ｂと支持
体１７間及び支持体１７と金属ケース１５間の各接着部
分の剥離原因となり、信頼性に乏しい欠点がある。自動
車電話の基地局における共用装置をＴＭｏ＋Ｓモード誘
電体共振器を用いて構成した場合には、共用装置に比較
的大電力が加えられた際に誘電体損によって誘電体ブロ
ック２１に発生した熱が誘電体ブロック２１の両端部及
び金属ケース１５を介して放射されるが、その結果、誘
電体ブロック２１の両端部に熱集中を生じて可成りの高
温に達し、このため誘電体ブロック２１の両端部に形成
した電極面（金属ケース１５との接触面）が醸化するに
到るため、電気的特性を長期に亙って安定に保つことが
極めて困難である０本発明は、このような従来の欠点を
除いて、簡潔な構成で、長期に亙って機械的及び電気的
に安定な誘電体共振器を実現することを目的とする。

（問題点を解決するための手段、実施例）第１図は、本
発明の一実施例を示す断面図（第２図のＢ−Ｂ断面図）
、第２図は、第１図の八−Ａ断面図で、両図において、
ｌは矩形導波管管、２は導波管ｌ内に充填した誘電体で
、従来同様の誘電体材料より成る。３及び４は外部回路
との結合用容量素子、５及び６は結合端子で、例えば、
同軸端子より成る。７は共振周波数の微細調整用容量素
子、８はロックナツト、９ないし１１は孔部で、各孔部
の軸方向を電界方向と平行ならしめ、各孔部の開口端部
に対応する矩形導波管１の土壁（又は下壁）に、螺子孔
１２ないし１４を設け、螺子孔１２及び１３に同軸端子
５及び６の各外部導体を螺合せしめ、同軸端子５及び６
の各内部導体に結合容量素子３及び４を取付け、又、螺
子孔１４には共振周波数の微細調整用容量素子７を形成
する金属螺子を螺合せしめである。尚、誘電体２に設け
た孔部９ないし１１は、誘電体２の上面から下面に達す
る貫通孔を以て形成してもよく、上面（又は下面）から
適宜の深さの孔を以て形成してもよい。

又、必要に応じて誘電体２の外周面に金属薄膜を付着せ
しめて、矩形導波管ｌの内壁面との接触を確実ならしめ
るようにしてもよい、更に、同軸端子５及び６を取付け
るに当って螺合による代りに、孔１２及び１３の周縁に
爆着又は嵌合等の手段によって固着してもよい。　第１
図及び第２図には、孔部９ないし１１を誘電体２の中心
線に一致せしめて一列に並べて設けた場合を例示したが
、中心線から適宜離れた個所に一列に設けてもよく、又
、孔部９及よび１０を中心線から等距離の個所に設け、
孔部１１はこれらと異なる距離を隔てた個所に設けるか
、３孔共に中心線から相互に異なる距離を隔てた個所に
設けるようにしてもよい。

（作用） 第３図は、第１図及び第２図に示した本発明共振器の等
価回路図、第４図は、第３図の集中定数的等価回路図で
１両図において、Ｘｃは結合容量素子３及び４の基準化
リアクタンス、ノは共振長、２ｏは特性インピーダンス
、菫は共振回路の等価インピーダンスで、 Ｂ讐３：３ｄＢ帯域幅 ｆｏ：共振周波数 ｆ：任意の伝送周波数 上式において腸　は位相定数である。

（１）式においてλ＝０であるから、共振条件は、Ｍ−
ｃ　＝ｏとなり、共振長ノは次式から求められる。

Ｂ−Ｃ＝　ｊ（１−ｘｃ２）ｓｉｎ　ｗｌｌ　−ｊ２ｘ
ｃｃｏｓ　１１１−ｊｓｉｎｍ！ ”　　　ｊ（ｘｃ”ｓｉｎ　　ｍ）　＋２ＩＣＣＯ５ｒ
ｎノ　）＝０、”、　　ｘ（２ｓｉｎ　ｔａ！　＝　−
２ｘＣｃｏｓ　ｔｓ）本発明共振器の負荷Ｑ　（ＱＬ　
）は、共振周波数におけるＸ。の値をｘｃｏとすると、
ｘｃｏ　との間に次式の関係を有する。

ｘｃｏ　＝ＱｔＴ したがって、例えば、Ｑｃ＝１００とすると、ｘｃｏ＝
ｌＯとなり、この値を（２）式に代入して共振長ノを求
めると、！＝　ｏ、４ｅｓλ、（入、は管内波長）とな
るから、この値を（１）式に代入すると、近似的に（３
）式で表される。

・・・・　（３） ・・・・（４） となり、（３）式及び（４）式は同形であって第３図が
第４図と等価であることを表している。

次に、（１）式から本発明共振器の伝送特性を求める計
算式を示すと（５）式となり、インピーダンス特性を求
める式は（６）式で表されるつ第５図は、（５）式から
求めた伝送特性の一例を示す曲線図で、横軸は周波数ｆ
（ＭＢ２）　、縦軸は減衰量Ｌ　（ｄＢ）である。又、
第６図は（６）式から求めたインピーダンス特性の一例
を示すスミスチャートである。

次に、本発明共振器における管内波長入、と共振長！と
の関係を説明すると、一般にＴＥＩ　Ｇモード矩形導波
管の管内波長は（７）式及び（８）式で求めることが出
来る。

入ｃ＝２／ｉａ　　　　　　　　　　・・・・　（７）
に 上式において、 入Ｃ：管内遮断波長 ε：誘電体２の誘電率 ａ：第２図に示した矩形導波管の端壁の長さ入：自由空
間波長で、 今、誘電体２の誘電率（を３６、ａ　＝　４０（＋ｕ＋
）とすると、周波数８８０　ＭＨｚ　　においては、入
ｃ　　＝　２ｒ　ａ　＝　２１”’ｍ　４０＝　４８０
　（ａｍ）となり、自由空間波要人は、 となるから、周波数８８０　ＭＨｚ　　における管内波
長入りは、次式のようになる。

自動車電話の基地局における共用装置の負荷Ｑ　（Ｑｃ
）は、一般にＱＬ　？　１０００　　に選んでいるので
、 ｘｃ＝ＱＬ２＝３１．８ 輪−０，０１人、　　’、０．４９人。

ノー０．４９ｘ４８４．２　／　ｍ　＝３Ｌ５　（＋ｓ
ｍ）上式のように、共振長ノが３９．５　ｔｓ■のとき
、はぼ８８０　ＭＨｚで共振することとなる。

次に、無負荷Ｑ　（ＱＬＩ　）について説明すると、一
般に誘電体が充填されている共振器の無負荷Ｑ　（ＱＬ
　）は、共振器のシールド材料が銅より成る場合の金属
部分のＱ（Ｑｃ）と誘電体部分のＱ（Ｑｏ）との合成値
となり１次式で求めることが出来る。

　ｌ　ｌ Ｑｕ　　Ｑｏ　　Ｑｃ Ｑｏの値は誘電体の材質で定まり、はぼ２００００で、
Ｑｃは次式で求められる。

ａ　　　　　　ｆ 上式において、 ｂ＝共振器の高さく第１図） ｆｃ：管内遮断周波数 今、　ａ　　＝４０（ａｍ）、　ｂ　　＝２８　　（ｍ
ｍ）、ｆ　　＝８８０（ＭＨｚ）　　、ｆｃ　＝　８２
５　（ＭＨｚ）とすると、Ｑｕ　’＝　５３７３ （発明の効果） 本発明共振器においては、矩形導波管より成る金属ケー
スの内部一杯に誘電体を充填しであるので、矩形導波管
の上下壁、両側壁及び両端壁の６壁面によって誘電体を
支持することとなり、第７図及び第８図に示した従来の
共振器のように誘電体を支持するために接着剤を用いる
必要なく、したがって、共振器に大電力の印加遮断が繰
返される場合にも接着部分の剥離の問題を生ずることな
く、高度の機械的及び電気的信頼性を保つことが出来る
。

又、誘電体の６面全域に接する導波管壁から熱放射が行
われるので、第９図および及び第１０図に示した従来の
共振器のように、誘電体の一部に熱集中を生ずることに
よる障害を招くおそれも全くない。

更に、第５図及び第６図に示したように、伝送特性及び
インピーダンス特性も極めて良好である。

尚、外部回路との結合用容量素子及び共振周波数の微細
調整素子等の孔部の容積は、誘電体全体の体積に比し極
めて小であるから、これらの孔部を穿設したことによる
電気的及び機械的影響はほとんど無視することが出来、
又、誘電体を充填して得られる共振器の小型化の効果に
もほとんど影響を与えるおそれはない。

即ち、本発明共振器においては、誘電体を充填していな
い一般の矩形導波管形共振器に比し、同一無負荷の場合
、各辺の長さを　ｌ／／ｉｉ″　に短縮することが出来
、例えば、関連周波数４００　ＭＨｚにおいて一般の共
振器の大きさが、 ５００　（腸腸）Ｘ５Ｇ０　　（８層）Ｘ２５０　　（
ｍ鵬）　　の場合、誘電率ε＝１００の誘電体を充填し
た本発明共振器においては、はぼ、 ５０（１層）’　Ｘ５０　（！ｌ腸）　Ｘ２５　（■諺
）のように極めて小形化することが可能である。

又、関連周波数８００　ＭＨｚにおいて、一般の共振器
の大きさが、 ２５０（鳳■）Ｘ２５０　（龍）ｘｔ２５（■■）の場
合、本発明共振器における誘電体の誘電率を３Ｂに選ん
で、前記一般の共振器と同一無負荷Ｑの共振器を形成す
ると、はぼ、 ４０　（層■）　Ｘ４０　（８層）　Ｘ２０　（＋ｗ■
）のように極めて小形化することが出来る。

誘電体を充填することなく小形化の可能な同軸共振器と
比較した場合でも本発明共振器の方が遥に小形に形成す
ることが出来る。

即ち、第１図及び第２図に示した本発明共振器の各辺の
長さを、　　ａｍ４　（ｃｍ）、ｂ＝３（ａｍ）、！＝
４（ａｍ）に選んで８８０　ＭＨ２Ｈに共振せしめた場
合、これと同一無負荷Ｑ（Ｑｕ）の同軸共振器の体積Ｖ
ＣＯ＾×は、外部導体の直径をＤとすると、ｑｕ＝４２
／’Ｆ　　ｎ Ｄ＝Ｑｕ／４２７Ｆ　＝５４００／４２厘＝４．３３　
（ａｍ）！＝λ／４　＝　３４０／４　＝８．５　（ａ
ｍ）ＶＣＯＡＸ　　＝ｗＤ２ノ　／４　　＝　１２５　
　（ａｍ３）このように１本発明共振器は通常の同軸共
振器に比し、体積においてほぼ１　／２．Ｈに小形化す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の一実施例を示す断面図、
第３図及び第４図は、その等価回路図、第５図は、その
伝送特性の一例を示す曲線図、第６図は、そのインピー
ダンス特性の一例を示すスミスチャート、第７図ないし
第１θ図は、従来の誘電体共振器を示す断面図で、ｌ：
矩形導波管、２：誘電体、３及び４：結合用容量素子、
５及び６：同軸端子２７：共振周波数の微細調整用容量
素子、８：ロックナツト、９ないし１１：孔部、１２な
いし１４＝螺子孔、１５：金属ケース、ＩＢ及び２１：
誘電体ブロッ先１７：支持体、１８及び１９：結合用容
量素子、２０及び２２：共振周波数の微細調整素子であ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＴＥ＿１＿０モード共振器内に一杯に充填された
   誘電体の一部に電界方向と平行に穿った３個の孔部の各
   開口部に対応する共振器壁面に孔隙を穿ち、前記誘電体
   に穿った３個の孔部の中の１個とこれに対応して共振器
   壁面に穿った前記孔隙に共振周波数の微細調整用容量素
   子を設けると共に、他の２個の孔部及びこれらに対応す
   る孔隙間に外部回路との結合用容量素子及び結合端子を
   設けたことを特徴とする誘電体共振器。
2. （２）誘電体に穿った孔部が誘電体を貫通するように設
   けられて成る特許請求の範囲第１項記載の誘電体共振器
   。
3. （３）誘電体に穿った孔部が誘電体の表面から適宜深さ
   に亙って設けられて成る特許請求の範囲第１項記載の誘
   電体共振器。
4. （４）誘電体に穿った孔部が誘電体のほぼ中心線上に設
   けられ、その中の中央の孔部及びこれに対応する共振器
   壁面の孔隙に共振周波数の微細調整用容量素子を設け、
   他の孔部及びこれらに対応する共振器壁面の孔隙に外部
   回路との結合用容量素子及び結合端子を設けて成る特許
   請求の範囲第１項記載の誘電体共振器。