JPS6150401B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超小形帯域通過波器に係る。

高誘電率の誘電体材料を用いて構成される誘電
体円柱共振器のH₀₁δモードを利用した帯域通過
波器が従来より実用化されている。

本発明の第１の目的は、このような従来のもの
に比べてさらに小形化した帯域通過波器を得る
ことである。

本発明の第２の目的は、このような従来のもの
に比べてさらに共振器同士または共振器と外部回
路との結合を強くすることができる帯域通過波
器を得ることである。

次に本発明の帯域通過波器に用いられる共振
器の構造について述べる。この共振器は、誘電体
柱と、この誘電体柱を部分的に包囲する導体空胴
いいかえると、開口面をもつ導体空胴とを有して
いる。次にこの共振器の使用モードについて述べ
る。いま、直角座標系を考えたときに、この直角
座標系におけるＺ軸方向にその軸を有するように
前記誘電体柱を配電し、かつ電界のＺ軸方向成分
が電従界分布の決定に支配的な共振モードのう
ち、最低次のもの（二つ例示すると、誘電体柱と
して直径がＺ軸方向のどこでみても一定な誘電体
円柱を用い、かつ導体空胴として直径がＺ軸方向
のどこでみても一定な円筒を用いたときはE₀₁₀モ
ードである。誘電体柱として直径または横縦付法
がＺ軸方向のどこでみても一定であり、かつ導体
空胴として横縦寸法がＺ軸方向のどこでみても一
定な角筒を用いたときにはE₁₁₀モードである。）
を用いる。次に帯域通過波器を構成するために
必要な外部回路や同種又は異種共振器との結合の
方法について述べる。このような結合すべき対象
を前記Ｚ軸方向に配置するときは前記導体空胴Ｚ
軸方向にある面に開口部を設けてＥモードのしや
断導波管を接続するようにし、このような結合す
べき対象が前記Ｚ軸と交差する方向に配置すると
きは前記Ｚ軸と交差する方向にある面に開口部を
設けてＨモードのしや断導波管を接続するように
した。すると、このモードは誘電体円柱内部への
電界集中が最も有効に行なわれるモードであるた
めに同一共振周波数の条件で比較すると、このモ
ードを用いた共振器はH₀₁δ共振器に比べて誘電
体積は1/3以下ですみ、通過波器の更に小形軽
量化が達成される。

また、このモードを用いると、共振器と外部回
路との結合またはこの共振器と同種もしくは異種
共振器との結合を非常に強くすることができるの
で、広帯域通過波器を構成することもできる。

第１図ａ，ｂは本発明に関連する共振器の基本
形の上面図、側面図であり、直径ｄ、長さＬの金
属空胴１の中心軸にそつて同軸状に比誘電率εｒ
直径Ｄ、長さＬの誘電体円柱２を配置して構成
される。このとき、電磁界モードはE₀₁₀モードで
あり、その電磁界分布が図面に記入されていて、
実線矢印は電気力線、点線矢印は磁力線である。

第２図は共振器設計、及び共振モードの判別に
用いられるモード線図であり、εｒ＝36、Ｓ＝
ｄ／Ｄ＝3.5の場合の計算結果で縦軸にεｒ
（Ｄ／λ_１）^２を、横軸に（Ｄ／Ｌ）^２をとる。
この線図より、E₀₁₀モードはその共振周波数₀J
（＝Ｃ／λ_０，Ｃ……光速、λ_０……共振波長）
が共振器長Ｌに関係しないモードであり、また最
低次の共振モードであることがわかる。更に共振
器の寸法比（Ｄ／Ｌ）^２≧0.4では次の高次モー
ドE₁₁₀の共振周波数は22_０にあり、（Ｄ／Ｌ）
^２＝0.1においても次の高次モードHE₁₁₁は２_０
にあることがわかる。尚、黒点は第３図の実測値
をあらわす。

第３図は、εｒ＝36、Ｄ＝3.0mm、（Ｄ／Ｌ）^２
＝0.1、Ｓ＝3.5に対する透過形共振器の透過特
性、共振モードの実験結果を示す線図で縦軸に透
過電力dBを、横軸に周波数（ＧHz）を示して
おり、この実験値は第２図の黒点で示されるよう
に計算値と一致している。これよりE₀₁₀モードの
共振周波数_０＝6.21GHzに対して次の高次モー
ド、HE₁₁₁は２_０に存在することが実証され
た。

このように、誘電体柱の誘電率や、各部の形状
寸法を変えることにより次にあらわれる高次モー
ドの共振周波数を１オクターブ以上高い周波数ま
であらわれないようにできることは誘電体柱と、
この誘電体柱を包囲する導体空胴とを有し、直角
座標系におけるＺ軸方向にその軸を有するように
誘電体柱を配置し、かつ電界のＺ軸方向成分が電
磁界分布の決定に支配的な共振モードのうち最低
次のものを用いた共振器に一般にいえることであ
る。

なお、付記すれば第１図の共振器構成では共振
周波数の温度特性がよくない。なぜならば、一般
に金属の線膨張係数は誘電体に比べて大きいの
で、周囲の温度変化により誘電体円柱端面と金属
面との間の空隙が変化し、この部分には電界が集
中しているので、これにより共振周波数が大きく
変化するためである。

第４図はこの温度特性を改善したE₀₁₀誘電体円
柱共振器の横断面図で、１は第１図同様金属空胴
で、２は誘電体円柱であり、誘電体円柱２の両端
を金属空胴１の端面にあけられた穴に挿入した構
造で、３は周波数微調整螺子である。又は円柱２
の両端と金属空胴１及び螺子３の間に発泡スチロ
ール等の充填剤４ａ，４ｂが入れられている。こ
の穴の部分はE₀₁円形遮断導波管を構成してお
り、穴の奥に行く程電磁界は減衰するので誘電体
円柱２の両端部が温度変化により伸び縮みしても
共振周波数への影響はごくわずかであり、かつ温
度変化による共振器長Ｌの変化は共振周波数に影
響しないので、結局第４図の共振器は温度特性が
改善されたことになる。１例として、 εｒ＝3.6，Ｄ＝３mm，（Ｄ／Ｌ）^２＝0.1，Ｓ＝
3.5 における実験では第１図に示す構成では共振周波
数の温度係数 η＝１／_０・Δ／ΔＴ≒130ppm／℃ であるが、円柱２と金属空胴１の接する長さ部分
Ｍは、Ｍ＝３mmの場合第４図に示す構成では温度
係数η＝13ppm／℃となり、共振周波数の温
度特性は１桁改善された。またこの値は温度係数
η≒―30ppm／℃である金属空胴共振器の場
合よりも小さい。

第５図ａ，ｂ，ｃは第１図ａ，ｂに示したE₀₁₀
共振器の各変形であり、前述の共振器が円形空胴
１と誘電体円柱２の組合せであるのに対して第５
図ａは矩形空胴１ａと誘電体円柱２ａ、同図ｂは
矩形空胴１ａと誘電体角柱２ｂ、同ｃは円形空胴
１ｂと誘電体角柱２ｂを夫々組合せたものであ
り、前述の基体E₀₁₀モードと実質的に同じ電磁界
分布と共振周波数をもつ。ただし、第５図ａ，ｂ
の矩形空胴１ａの場合基本モードはE₁₁₀と呼ばれ
る。また、同図ｂ，ｃに示す誘電体角柱２ｂの場
合には角柱断面の横縦寸法ａ，ｂを適当に選ぶこ
とにより、基本モードの共振周波数を変えずに高
次モードの共振周波数を更に高くすることができ
る。

第６図は本発明の実施例の一つである、E₀₁₀モ
ード誘電体円柱共振器直列配置形３段帯域通過
波器の横断面図で、１は金属空胴、２は誘電体円
柱、４ａ，４ｂは超小形円軸コネクター、５ａ，
５ｂは励振線の結合度を調整するためのワツシ
ヤ、６ａ，６ｂはテフロン登録商標材で被覆せる
同軸線路中心導体、７ａ，７ｂは金属隔壁であ
る。

共振器間の結合度の調整はE₀₁遮断円形導波管
を構成する金属隔壁の厚さあるいは結合孔の大き
さを調節して行う。共振器円柱２と励振用コネク
ターの中心導体６ａ，６ｂ間の結合度はコネクタ
ー４ａ，４ｂと金属空胴１間に円形金属ワツシヤ
５ａ，５ｂをはさみ、その厚さＮにより空胴１内
の励振線中心導体６ａ，６ｂの挿入長を調節する
ことにより変える。

第７図は第６図の構成による２段波器の特性
例で、縦軸に透過電力dBを、横軸に周波数ＧHz
をとる。これによれば１オクターブ以上の周波数
帯にわたり不要モードは現われていない。

この場合中心周波数5.74GHz3dB帯域360MHz挿
入損失0.8dBである。

第８図は本発明の実施例の一つである、E₀₁₀モ
ード誘電体円柱共振器並列配置形３段帯域通過
波器の横断面図で、１は金属矩形空胴、２ａ，２
ｂ，２ｃは誘電体円柱、４ａ，４ｂ、は超小形同
軸コネクター、５ａ，５ｂは励振線の結合度を調
整するためのワツシヤー、６ａ，６ｂはテフロン
登録商標材で被覆せる同軸線路中心導体で、空胴
１内の励振線となる。誘電体共振器間の空間部
は、H₁₀矩形遮断導波管を構成しており、この共
振器内の距離を調整して共振器間の結合度を変え
る。又結合度の微調整はこの空間部分に誘電体ま
たは導体の螺子を挿入して行うことができる。第
９図は第８図の構成による２段帯域通過波器の
特性図である。

第１０図は本発明の実施例の一つである、
E₀₁₀，H₀₁δモード混合形４段帯域通過波器の
横断面図で、１は金属矩形空胴、２ａ，２ｂは
E₀₁₀共振器による誘電体円柱、２ｃ，２ｄはH₀₁
δ共振器による誘電体円柱、４ａ，４ｂは超小形
同軸コネクター、５ａ，５ｂは励振線の結合度を
調整するためのワツシヤー、６ａ，６ｂはテフロ
ン材で被覆せる同軸線路中心導体である。

励振線と共振器間の結合を強くとるために第１
段２ａと最終段２ｂのみE₀₁₀共振器を使用し中間
段２ｃ，２ｄはE₀₁₀共振器よりも高いＱ値が得ら
れるH₀₁δ共振器を使用することにより通過帯域
内の挿入損失を減少させることができる。

第１１図は第１０図の構成による混合形３段帯
域通過波器の特性例で、縦軸に透過電力、横軸
に周波数をとり予想通り挿入損失を減少すること
ができたが、H₀₁δ共振器の高次モードが１０及
び１１ＧHz近傍に現われている。又第１２図ａ，
ｂ，ｃは第１０図の実施例における同軸コネクタ
ーでなく、導波管７ａ，７ｂの励振により第１０
図のE₀₁₀，H₀₁δモード混合形４段帯域通過波
器の構成を実現した本発明の実施例の一つを示し
たもので、図ａは側断面図、ｂは上断面図、ｃは
平面図である。

以上のとおり、第６図の実施例では、Ｚ軸方向
にＥモードのしや断導波管を有しており、第８
図、第１０図および第１２図の実施例ではＺ軸と
交差する方向にＨモードのしや断導波管を有して
いる。

なお、これらの各実施例において、各共振器部
分は第１図ａ，ｂに示した構成のみならず、第５
図ａ，ｂ，ｃに示した構成のようなものも用いる
ことができるのはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明に関連する共振器の簡略
上面図、側面図、第２図、第３図は第１図におけ
る異る特性線図、第４図は本発明に関連する他の
共振器の側断面図、第５図ａ，ｂ，ｃは第１図の
共振器の異る変形断面図、第６図、第８図、第１
０図、第１２図は夫々本発明の実施例帯域通過
波器の断面図、第７図、第９図、第１１図は夫々
第６図、第８図、第１０図に係る特性線図であ
る。 図で１は金属空胴、２は誘電体円柱。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誘電体柱と、この誘電体柱を包囲する導体空
   胴とを有する共振器において、直角座標系におけ
   るＺ軸方向にその軸を有するように前記誘電体柱
   を配置し、かつ電界のＺ軸方向成分が電磁界分布
   の決定に支配的な共振モードのうち最低次のもの
   を用い、そして前記導体空胴にはＺ軸方向に開口
   部を設けてＥモードのしや断導波管を接続する
   か、Ｚ軸と交差する方向に開口部を設けてＨモー
   ドのしや断導波管を接続する共振器を用いたこと
   を特徴とする超小形帯域通過波器。 ２ 誘電体柱と、この誘電体柱を包囲する導体空
   胴とを有する共振器において、直角座標系におけ
   るＺ軸方向にその軸を有するように前記誘電体柱
   を配置し、かつ電界のＺ軸方向成分が電磁界分布
   の決定に支配的な共振モードのうち最低次のもの
   を用い、そして前記導体空胴にはＺ軸方向に開口
   部を設けてＥモードのしや断導波管を接続する
   か、Ｚ軸と交差する方向に開口部を設けてＨモー
   ドのしや断導波管を接続する共振器と、 このしや断導波管内にしや断導波管内壁から離
   間した状態で存在させることにより導体損失を少
   なくした誘電体共振器と、 を有することを特徴とする超小形帯域通過波
   器。