JPS63169802A - 誘電体共振器 - Google Patents

誘電体共振器

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JPS63169802A
JPS63169802A JP104287A JP104287A JPS63169802A JP S63169802 A JPS63169802 A JP S63169802A JP 104287 A JP104287 A JP 104287A JP 104287 A JP104287 A JP 104287A JP S63169802 A JPS63169802 A JP S63169802A
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dielectric
line
dielectric resonator
center conductor
coupling
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Yoshihiro Konishi
小西 良弘
Kenichi Konno
健一 今野
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YUNIDEN KK
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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、特にマイクロ波領域の信号伝送系においてバ
ンドパスフィルタやさらには周波数合成器(分波器)を
構成する際等に汎用される誘電体共振器の改良に関する
〈従来の技術〉 誘電体共振器と言うと、従来は第9図(A) 、(B)
に示されるように、矩形横断面または円形横断面の誘電
体柱1に対し、その内部を一方向に貫通する透孔3を開
け、当該透孔3が開口している一対の端壁の一方(図中
では上面)を残し、他の面部分に銀等の適当なる導電性
物質を例えば蒸着等により付着させ、周壁導電面4、底
壁導電面5に加え、透孔3の内壁面にも導電性物質を付
着させて中心導体6を形成したものを言っていた。
図中、この導電性物質が付着した導電面部分には便宜的
に斜線を付し、また、誘電体柱の材料が露出している部
分(絶縁面部分)には細かなドツト模様を付すものとし
た。
このような構造の誘電体共振器は、第9図(C)に示さ
れる縦断面から理解されるように、導電面が形成されて
いない方の中心導体3の端部を第一の端子T、、また周
壁導電面4の端部を第二の端子T2とした二端子素子と
考えることができ、原理的には一端が短絡された同軸線
路であるから、その長さを使用周波数波長λgのA程度
に選ぶと、第9図(D)に示されるように、実質的にキ
ャパシタとインダクタとの並列共振回路と等価となる。
もちろん、実際の使用状態下においては、一般に中心導
体側の端子T、が周波数信号の入出力に関するホット側
端子とされ、他方の端子T2は仮想線で示されるように
接地側として用いられるが、このような誘電体共振器1
においてそもそも誘電体を用いるのは、使用周波数の自
由空間波長に対して誘電率の平方根分の−にまで、当該
誘電体柱1の長さにg/4を低減するためである。した
がって原則としては、直列抵抗分等による損失を特に考
えなければ、誘電率の高い材料程、誘電体柱として好ま
しいと言うことができる。
しかるに従来、回路部品単体としてメーカからアセンブ
ラに提供されるこの種の誘電体共振器には、事実上、上
記したような二端子構造のものしかなく、ために結局、
この種の誘電体共振器を用いてバンドパスフィルタ等、
何等かの回路系を構成しようとする場合、前後段との結
合は全てC結合にせざるを得なかった。
すなわち、例えば第1O図示のように、適当段数(図示
の場合、三段)のバンドパスフィルタ7を構成するよう
な場合、隣合う誘電体共振器同志を中心導体相互で結合
キャパシタCcにより接続するのみならず、外部回路側
の端子T、 、 Toとそれぞれ最端部の誘電体共振器
1の中心導体6との接続も、やはり同様に結合キャパシ
タCcを介して行なわなければならなかった。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかるにこのように、従来提供されていた二端子型詰電
体共振器においてその前後段との結合を全てC結合にせ
ざるを得ないということは、そもそも回路設計上、大き
な制約要因となり、設計自由度を阻害するだけでなく、
特定の回路系においてはその物理的構造上、ないし幾何
寸法上、重きな問題を生ずることがあった。
これは例えば、段数はともかく、原理構造的には第1O
図示構造に即して構成されたバンドパスフィルタフを一
対(7−1,7−2)用いて、第H図(A)に示される
ようなデュプレクサ(二波合成器)を組む場合に見られ
る。
すなわち二つの互いに異なる周波数f、 、 f2を考
え、これを一本の線路8に結合するか、あるいは弁別的
に各線路!l、、9−.に分離する場合、静的な構成と
しては第11図(A)に示されるように、周波数f1に
同調を取ったバンドパスフィルタフ−Iと周波数f2に
同調を取った同様のバンドパスフィルタ7−2とを用意
し、その出力端子相互を結合点dにて結合して一本の線
路8に合成する構成となる。
もちろん入力とか出力とか言ってもこれは単に便宜のた
めの表現であり、この種の回路では信号は原則として双
方向伝送可能であり、したがって図中、各信号f、 、
 f2には双方向性の矢印を付しである。
こうした構成においては、良く知られているように、結
合点dから周波数f、用のバンドパスフィルタフ−1の
側を見たインピーダンスは周波数f2において無限大、
同様に結合点dから周波数f2用のバンドパスフィルタ
7、の側を見たインピーダンスは周波数f1において無
限大となることが理想的であり、実際に各種の機器に搭
載されるべく製品化されるに際しても、この条件が極力
溝たされるように配慮される。そうでなければ程度にお
いて差こそあれ、二波混合の問題が発生するのを避けら
れない。
ところが、このような回路において、バンドパスフィル
タ’l、、’l、に従来の誘電体共振器を用いざるを得
ない場合、第11図(B)に概略的に示したスミスチャ
ートにおいて、帯域外のインピーダンスは既述したC結
合の結果、一般に斜線を付したゾーン1に属する。
したがって、上記の周波数分離条件を満足するためには
、各バンドパスフィルタから結合点dまでの分布線路長
1. 、1.は、矢印Fで示されるように、チャート外
円に沿い、時計層りに無限大位置まで遠々と回る長さと
しなければならない。
実際上、当該チャート上において半周に要する長ささえ
にg/4であるから、第11図(A)に示されたような
構成の合成器ではもっと長く、一般には(3/8)χg
程度も要する。
これが実は従来のこの種回路系を搭載する無線機器、例
えば自動車電話機とかコードレス電話機においてその小
型化を妨げる一つの要因となっていた。この分布線路の
ために相当大きな面積のプリント基板部分を設けねばら
ならない制約条件が出るからである。
もっとも上記説明から明らかなように、こうした欠点は
バンドパスフィルタ内部における誘電体共振器相互の結
合に関しては発生しない。換言すれば単一の周波数を取
り扱えば良い回路系においてはC結合であっても線路長
に問題となる程の制約が出る欠点はない。
しかしこれはまた逆に言うと、バンドパスフィルタ7、
、、.7−2が例え単段構成であフたとしても、やはり
周波数合成器等として用いられる場合には結合点dとの
関係で同様に生じ得る問題であり、さらに言えば三つ以
上の周波数相互の分離ないし合成に関しても、また同様
に発生し得る問題である。
本発明はこうした従来の問題点に鑑み、例えば既述の二
波ないし複数波合成器に用いる゛場合等にあっても、結
合点までの線路長さを部分に短縮し得、また導体として
見ても設計自由度の高い誘電体共振器構造を提供せんと
するものである。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明は上記目的を達成するため、次のような構成の誘
電体共振器を提供する。
誘電体柱の一対の端壁間に抜ける透孔の内壁面に形成さ
れた中心導体と、該誘電体柱の周壁に備えられた周壁導
電面と、該中心導体の一端部を該周壁に接続するため一
方の端壁上に形成された端壁導電面とを有して成る誘電
体共振器において;さらに、上記中心導体と磁気誘導結
合する線路部分を設けたことを特徴とする誘電体共振器
く作用および効果〉 本発明の誘電体共振器によれば、従来のように外部回路
との間の接続をC結合に限ることなく、新たに設けられ
た線路部分から中心導体に対して磁気誘導結合を図り得
るから、当該C結合に伴う既述の欠点は完全に除去する
ことができる。
例えば第11図(A)に示されると同様な周波数合成器
を構成した場合、結合点dへの信号入力または出力端子
と誘電体共振器との接続が本発明により磁気誘導結合、
すなわちM結合とされるならば、第11図(B)に示さ
れるスミスチャートで帯域外インピーダンスは一般に斜
線を付したゾーン2に属する。
したがって相手方の周波数に対して結合点dから見てイ
ンピーダンス無限大を実現するための線路長さはせいぜ
いにg/8程度で良いことになり、従来のC結合回路に
比すと大幅に短縮されることになる。
したがって本発明によれば、こうした周波数合成器を搭
載する機器の小型化に大きく貢献し得るのみならず、誘
電体共振器からの出力ないし誘電体共振器への入力を従
来の固定的なC結合から開放し、必要に応じてM結合と
もし得るため、各種回路設計に大きな自由度を与えるこ
とができる。
く実 施 例〉 第1図には本発明の原理的な構成図ないし基本的な実施
例の等価回路図が示されている。
本発明の誘電体共振器lOにおいては、従来の二端子型
の誘電体共振器に関する説明と同様に、並列共振回路に
端子T、 、 T2を概念的に付して考えた場合、新た
に当該並列共振回路中のインダクタに磁気結合(M結合
)する線路部分IIがあり、これに第三の端子T3を想
定することができる。
したがって、従来の素子を二端子型とするならば、本発
明の素子は三端子型と対比することができる。ただしも
ちろん、端子と言うのは概念的な信号の入力ないし出力
部位を呼ぶのであって、物理構造的に特定の点部分とし
て定義される必要は必ずしもない。
上述の線路部分11は、上位概念的にM結合である点で
は同一であるが、その下位の構成法として、第1図(A
)に示されるように別巻きコイル型状にする場合と、言
わばオートトランスのように並列共振回路インダクタに
中間タップを設け、その中間タップとインダクタ一端と
の間の部分とする場合とがあり、本発明はこれら双方を
含むものである。
本発明の思想に従い、具体的に中心導体にM結合する線
路部分11を形成する手法は種々考えられるが、以下、
本出願人の提案になる手法を紹介して置く。
第2図は本発明による誘電体共振器lOのより具体的な
実施例の一つを構造的に示している。
なお約束として、第2図から第8図までの各図面におい
て用いる符号の中、すでに第9図から第11図に掛けて
説明した構成要素の符号と同一の符号は、そうした従来
における構成子と同一ないし同様で良い構成子を示す。
第2図(A)または(B)に示されるように、本発明の
誘電体共振器lOにおいても、まず従来と同様、適当な
る誘電材料製で適当なる断面形状(一般には矩形断面ま
たは円形断面)の誘電体柱2を有しており、図中、上面
として示されている端面を除き、他の面部分には導電性
材料が蒸着される等して付着し、もって周壁導電面4、
端壁導電面5、中心導体6が形成されている。
ただし、誘電体柱2にあって導電性材料が蒸着されてい
ない図中の上端面においても、中心導体6のこの面にお
ける開口部分に電気的に接触しないよう、所与の隙間を
置くならば、必要に応じ、この上端面の一部にも導電性
材料が蒸着されることを妨げない。
しかるに、本発明に従い中心導体6にM結合する新たな
線路部分11を形成するため、この第2図に示される実
施例においては、四面から成る周壁導電面4の一面にお
いて導電性材料を除去した剥離部12を形成し、この剥
離部で三方を囲んだストリップ線路13を形成している
より詳しく言えば、この第一の実施例の場合、一つの周
壁導電面4において同一面内で中心導体6と平行に伸び
、上端は当該面内の周壁導電面4に接続するが、下端は
端壁導電面5に対し剥離部12を介して接続していない
自由端を持ち、かつ両側も当該面内の周壁導電面4に対
して接続しないように剥離部12で距離を置いたストリ
ップ線路13を形成し、これを中心導体6に対してM結
合する線路部分11としているのである。
こうした場合、限定的ではないが、従来との対比で最も
分かり易くは、この線路部分11(ストリップ線路13
)の上記自由端に第三信号端子T3を想定することがで
き、これは第2図(C)の断面図にも良く示されている
このようにすると、その等価回路は第1図(A)に示さ
れるようになり、並列共振回路のインダクタに対し、ス
トリップ線路13の長さ、幅に応じた結合度で定義され
るM結合が提供される。
中心導体にM結合する線路部分11としてのストリップ
線路13は、第3図(A) 、(B)に示されるように
構成することもできる。
第2図に示された実施例と異なるのは、ストリップ線路
13の当該自由端を、端壁導電面5の側に設けた剥離部
14により、この端壁導電面5との導電性を断って形成
したことである。
こうした場合にも、同図(B)に示される断面構成から
明らかなように、等価的には第2図示構成と同様で、し
たがってまた第1図(A)に示されるM結合と同様の構
成を満足することができる。
ただし、後述する応用例に見られるように、第三信号端
子T3の取り出し位置をこのように適宜に変えられるこ
とは、実装上、設計を有利にする効果がある。適当な方
を選べば良いからでもあり、また同じ実効長さであるな
らば、第3図に示された実施例の方が第2図示実施例よ
りも周壁導電面4におけるストリップ線路13の占める
面積領域を低減することができる。
中心導体6に対してM結合する線路部分11の形成は、
当該中心導体6の面部分自体に対しての加工でも行なう
ことができる。
第4図はそうした実施例を示しており、中心導体6の軸
線に沿って伸びる一対の剥離部16.16によって両側
が絶縁され、内端でのみ、当該中心導体6の導電面に接
続すると共に、他端は端壁導電面5を適当程度剥離した
剥離部15で自由端とされたストリップ線路17が中心
透孔3内に形成されている。
このように、中心導体6自体に対して幾何的な加工を施
した実施例においても、その等価回路はやはり第1図(
A)に示されたものとすることができる。
第5図に示される実施例は、第1図(B)に示されるオ
ートトランス型のM結合等価回路を満足する一例である
誘電体柱2の一辺部分には、端壁導電面5の設けられて
いる面から軸方向に適当深さにわたり、また半径方向内
方には透孔3が露出する側方開口部23が形成される程
度にまで、誘電体柱を産制った産制り部20が形成され
ている。
一方、この座削り部20の中に先端がちょうど入る誘電
体基板18が別部品としてあり、この誘電体基板の片面
にはストリップ線路19が、他面には裏面導体22が形
成されていると共に、誘電体基板18の先端に沿っては
ストリップ線路19と裏面導体22とを電気的に接続す
る端部導電面24が形成されている。
したがって誘電体基板18の先端を誘電体柱2に形成さ
れた座剃り部20の中に挿入すると、第5図(B)に特
に良く示されているように、ストリップ線路19と中心
導体6との接続点Pが第1図(B)中、インダクタに形
成された中間タップの部分に相当し、当該第1図(B)
の等価回路が満足される。
こうした構造においては、誘電体基板18の端部の導電
面24が本発明要旨中で言う中心導体6に対してM結合
する線路部分11に相当し、ストリップ線路19は第三
の信号端子T3を外部に引き出す役目をするものとなる
。したがってこの実施例の構造では、誘電体基板18の
厚味の制御によって結合度を制御可能でもある。
もちろん、当該接続点Pと、誘電体基板18裏面に形成
された裏面導電面22と誘電体柱の端壁導電面5との接
続点は、共に半田付は等、適当な電気的接続手法により
接続して用いる。
実際上、この実施例の構造は実用的である。というのも
、図示されている所においては誘電体基板18は単なる
小片状のものとしてしか示されていないが、実際にはこ
れをプリント基板の一部として加工することができ、し
たがって本発明誘電体共振器lOを搭載した回路系にお
いて対応する回路部分への信号の出力ないし当該回路部
分からの信号の入力を同一プリント基板面内において簡
単に行なえるからである。
例えば第5図(C)に示されるように、他の回路系をも
搭載するプリント基板26に誘電体柱を収める面積寸法
の開口25を穿ち、ただし当該開口25の一辺の部分に
は先の小片状誘電体基板18に相当する面積部分を開口
内に突出させれば、当該開口内に誘電体共振器10の誘
電体柱2を収めると、それで自動的にストリップ線路1
9の端部を誘電体柱の内部の中心導体6に臨ませること
が可能となり、半田付は作業がし易くなる外、これに伴
って本誘電体共振器lOの物理的な支持をも可能とする
ことができる。
しかも、産制り部とは言っても、実際にはこの産制り部
20は誘電体柱の注形時に簡単な仕組であらかじめ凹ん
だ形に形成することができ、製法上有利でもある。
なお、小片状誘電体基板18の片面に形成されるストリ
ップ線路19が周壁導電面4には接触しないように、当
該周壁導電面においてこのストリップ線路19に臨む部
分には適当面積の剥離部2Iを形成して置く。
このように便利な座削り、嵌め合わせ構成は、第1図(
A)に示された等価回路を満足するように構成すること
もできる。
第6図はそうした実施例を示しており、産制り部28は
、先の第5図示実施例の座削り部20のように中心導体
6を露出させることはなく、間に誘電体材料の内部29
を残すようにされている。
一方、この圧制り部28内に先端が挿入される誘電体基
板18の方に形成される端部導電手段はストリップ線路
27となっている。
こうした構成において組み立てを行なうと、第6図(B
)の断面に特に良く示されるように、誘電体基板18に
設けられたストリップ線路19の誘電体社内に侵入した
部分と端部ストリップ線路27が等価的に中心導体6に
M結合する線路部分11として機能し、もって第1図(
八)に示される等価回路が満足される。
以上のようにして各作製される本発明誘電体共振器lO
は、例えば第7図に示されるようにバンドパスフィルタ
フを構成するのに用いることができる。
図示の場合はいづれも三段構成が例示されていて、中間
の誘電体共振器lは従来構成のC結合専用二端子型で、
両側の本発明誘電体共振器10.10に対し、中心導体
相互でキャパシタCcによりC結合されている。
しかるに、両端に設けられる本発明誘電体共振器10.
10は、まず第7図(A)の場合、第3図に示された実
施例の構造を用いたものとなっており、接地端子として
の端子T2は下側に伸びる金属片30として構成され、
信号入出力に係る第三端子T3には同様に金属ビン31
が備えられている。この構造は明らかなように、適当な
るプリント基板上に構築するに最適なまた別の一例を示
している。
接地導体としての金属片30を図示のように全体構造の
四隅に設け、この金属片30と信号端子T3としての金
属ピン31を貫通させる開口をプリント基板の所定部分
に穿って置けば、プリント基板に形成した43号伝送用
の線路パターンや接地パターンに対しての導通が簡単に
取れるだけでなく、プリント基板裏面に貫通させて接地
導通を取った金属片30を折り曲げることにより、この
バンドパスフィルタ構造を当該プリント基板上に物理的
に固定することもできる。
第7図(B)は第2図に示された実施例の本発明誘電体
共振器を両端誘電体共振器として用いた場合、第7図(
C)は第5図に示された実施例の並列共振回路を両端誘
電体共振器として用いた場合のバンドパスフィルタ構成
を示しており、すでに説明したように、こうしたものに
おいても第7図(A)と同様の入出力M結合特性を得る
ことができる外、第6図に示されている誘電体基板18
上のス[、リップ線路19の構成を採用する等により、
例えばプリント基板への取付け、他のパターンに対する
接続等も簡単に行なうことができる。
もちろん、例えば単段とか二段構成の場合には、従来構
成の誘電体共振器1との共存を避け、本発明の誘電体共
振器10のみによる構成が可能であるし、逆に三段以上
の構成の場合にあって中間段部分の誘電体共振器にも本
発明のM結合型誘電体共振器lOを用いることもできる
。また、複数種の周波数を扱う合成器に本発明誘電体共
振器を利用することも当然、可能である。
さらに言うなら、本発明により追加され、中心導体にM
結合する線路部分11は、それ自体、複数個に拡張する
こともできる。例えば図示実施例の各々において、当該
線路部分11の形成される面とは直径方向で対向する面
に、同様にもう一つの線路部分11を形成することも可
能である。
同様に、特殊な場合には、第5図や第6図に示される実
施例における圧制り部20 、28に代えて、誘電体柱
に横から嵌入する孔を穿ち、これを介してM結合用線路
部分11を形成しても良い。
ところで、第7図に示されたようなバンドパスフィルタ
フを二つ(7,−+、7−2)を用いると、第8図(A
) 、(B)のいづれかに示される周波数合成器(分波
器)を得ることができる。
明らかなように、この応用例は先に従来の欠点として述
べた第11図の構成例に相当し、第8図(^)の合成器
は第1図(A)の、また第8図(B)は第1図(ロ)の
等価回路による本発明誘電体共振器を用いた場合である
こうした周波数合成器においては、すでに作用の項にお
いて説明したように、第11図(B)に示されるスミス
チャートにおいて帯域外インピーダンスは一般に斜線を
付したゾーン2に属するため、結合点dから各バンドパ
スフィルタ7−、、’12に至る分布線路の長さl、 
、 12は、相手方の周波数に対して当該結合点dから
見てインピーダンス無限大を実現するためにも、せいぜ
いχg/8程度で良いことになり、従来のC結合回路に
比し、大幅に短縮され、これがこの種回路を搭載する機
器の小型化を促進し、機内スペースの有効利用に貢献す
るものとなる。
なおもちろん、本発明誘電体共振器にあって第1図(A
)に示される誘電体共振器10と第1図(B)に示され
る誘電体共振器10とは混用でき、一方のバンドパスフ
ィルタ7−0または7−2の結合点側誘電体共振器には
第1図(A)のものが、他方のバンドパスフィルタ7−
2または7−Iの結合点側誘電体共振器には第1図(B
)のものが使用されている等して何等差支えないし、ま
た、図示の場合4バンドパスフイルタを通過した後の線
路9−、、’112側の誘電体共振器にも本発明誘電体
共振器10を用いているが、ここでは最早周波数混合の
問題は原理的に発生しないので、これは従来構成の誘電
体共振器1とし、C結合で取り出しても良い。
さらに、既述した全ての実施例において、中心導体とM
結合すべき線路部分11を形成するため、その周囲に適
宜設けられる絶縁部分にはそれぞれ剥離部なる名称を付
したが、これらの剥離部!2゜14 、15 、16 
、21は、実際に各導電面部分の導電材料を必要面積に
わたり後から除去して形成されたものはもちろん、最初
からこの剥離部としての予定面積部分に導電材料を付着
させないことにより形成されたものをも含む概念である
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明誘電体共振器の原理ないし基本的な実施
例の等価回路図、第2図から第6図まではそれぞれ具体
的な構造例を示した本発明誘電体共振器の各実施例の説
明図、第7図は本発明誘電体共振器を用いたバンドパス
フィルタの構成例の説明図、第8図はさらに周波数合成
器に第7図示バンドパスフィルタを適用した応用例の概
略構成図、第9図は従来のC結合専用二端子型誘電体共
振器の説明図、第1θ図は従来におけるC結合専用二端
子型誘電体共振器を用いて構成されたバンドパスフィル
タの説明図、第11図は第10図に示されたバンドパス
フィルタを適用した従来の周波数合成器の概念構成とス
ミスチャートに即する説明図、である。 図中、1は従来のC結合専用二端子型誘電体共振器、2
は誘電体柱、3は透孔、4は周壁導電面、5は端壁導電
面、6は中心導体、7.・7−4゜7−2はバンドパス
フィルタ、8は周波数合成器(分波器)における共通線
路、9−、.5l12はそれぞれの周波数に専用の線路
、lOは本発明による磁気結合可能な三端子型誘電体共
振器、11は中心導体に磁気結合する線路部分、12 
、14 、15 、16 、21は剥離部、13,1フ
、 19 、27はストリップ線路、18は誘電体基板
、20 、28は産制り部、である。 出 願 人       ユニゾン株式会社第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 誘電体柱の一対の端壁間に抜ける透孔の内壁面に形成さ
    れた中心導体と、該誘電体柱の周壁に備えられた周壁導
    電面と、該中心導体の一端部を該周壁に接続するため一
    方の端壁上に形成された端壁導電面とを有して成る誘電
    体共振器において;さらに、上記中心導体と磁気誘導結
    合する線路部分を設けたことを特徴とする誘電体共振器
JP104287A 1987-01-08 1987-01-08 誘電体共振器 Granted JPS63169802A (ja)

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