JPS6322729B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電磁波のTM₀₁₀モードまたはその変
形モードを用いた誘電体共振器に関し、特に、誘
電体共振器の共振周波数の温度特性の改良に関す
る。

第１図および第２図は、この発明の背景となる
従来のTM₀₁₀モードを用いた誘電体共振器の一例
を示す図である。第１図は共振器の側断面図であ
り、第２図は第１図の線−に沿つた平断面図
である。第１図および第２図を参照して、誘電体
共振器１は、全体が金属で形成されたケース２内
の円形の空洞３に長さＬの円柱状の誘電体４が配
置されて構成されている。そして、TM₀₁₀モード
の電磁界分布が示されていて、実線矢印５は電気
力線、点線矢印６は磁力線である。

TM₀₁₀モードは、第１図、第２図にも示すよう
に、誘電体円柱４内部への電界集中が最もよく行
なわれるモードであり、共振器１の小形化が可能
である。そしてこの場合、誘電体４はTM₀₁₀モー
ドについて有効に働き、他のモードについては有
効ではなく、そのためにスプリアス特性が良い。
また、このモードは、その共振周波数₀（＝Ｃ／
λ₀、ここにＣ：光速、λ₀：共振波長）が共振器長
（円柱状誘電体長）Ｌに関係しない。よつて、誘
電体共振器は一層の小形化が可能である。

このように、TM₀₁₀モード（その変形モードで
も同様）を用いた誘電体共振器は、種々の利点を
備えており、フイルタや発振素子として有効に利
用できる。

しかしながら、従来のTM₀₁₀モード誘電体共振
器は、共振周波数の温度特性が良くないという大
きな欠点があつた。すなわち、共振周波数の温度
特性をηとすると、 η≒Cη〓−Aα₁−Bα₂ ……(1) となる。ここに、 η〓：誘電率の温度特性 α₁：誘電体の線膨張率 α₂：金属ケースの線膨張率 Ａ，Ｂ，Ｃ：定数 である。つまり、共振周波数の温度特性ηは誘
電率の温度特性η〓の他、誘電体および金属ケース
それぞれの線膨張率α₁およびα₂に関係する。そこ
で、共振周波数の温度特性ηを良好にするため
には、誘電体材料によつて定まるη〓を選択する
他、α₁およびα₂を適当に制御する必要がある。し
かしながら、α₁およびα₂を同時に適当に制御する
ことは困難である。

このことは、別の見方をすれば、金属ケース２
内に柱状誘電体４を配置して構成する従来の共振
器において、誘電体４、金属ケース２それぞれの
線膨張率の相違から、共振器１周囲の温度変化に
よつて柱状誘電体端面４ａとそれに面する金属ケ
ース面２ａとの間の微小ギヤツプが変化するとい
うことである。そして、この接続部分に生じるギ
ヤツプの変化が、電流変化を生じ、実効誘電率が
変化する。このことは、共振周波数₀を決める要
素の１つであるＣ（₀＝1/2π√）の変化を生
じることになる。したがつて、従来のものではケ
ースと誘電体との線膨張率の違いから、温度によ
る共振周波数の変化が著しいという欠点があつた
のである。

それゆえに、この発明の目的は、TM₀₁₀モード
またはその変形モードを用いた誘電体共振器にお
いて、柱状誘電体とそれを配置するケースの線膨
張率とを一致させ、共振周波数の温度特性を良好
ならしめることにある。

この発明に係る誘電体共振器は、TM₀₁₀モード
またはその変形モード用いた誘電体共振器であつ
て、柱状誘電体と、柱状誘電体を内部に有しかつ
実電流経路となるケースとを備えている。前記ケ
ースは、柱状誘電体の両端面側に配置された１対
の端壁部分と、端壁部分間において端壁部分に連
続する側板部分とを有している。また、前記柱状
誘電体は、その端面が端壁部分に電気的かつ機械
的に固定されている。そして、本発明に係る誘電
体共振器は、前記ケースが、柱状誘電体と同じ線
膨張率の誘電体材料で形成され、その内面または
外面に設けられた実電流経路となる導電膜を有し
ていることを特徴としている。

この発明の上述の目的と特徴は、図面を参照し
て行なう以下の詳細な説明から一層明らかとなろ
う。

第３図および第４図は、この発明の一実施例を
示す図である。第３図は誘電体共振器の側断面
図、第４図は第３図の線−に沿つた平断面図
である。

第３図および第４図を参照して、誘電体共振器
１０は、たとえば線膨張率αの誘電体円柱状部１
１と、この円柱状部１１を内に配置する線膨張率
が同じくαの誘電体ケース部１２とで、構成され
ている。このように、円柱状部１１とケース部１
２とを同一の線膨張率の誘電体材料で形成したこ
とが、この実施例の特徴の１つである。

また、誘電体ケース部１２の内面には全面にわ
たつて導電膜１３が設けられている。よつて、誘
電体円柱状部１１は、導電膜１３によつて完全に
覆われていることになる。言い換えれば、誘電体
ケース部１２の全内面にわたつて設けられた導電
膜１３が矩形空洞１４を形成し、その中に誘電体
円柱状部１１が配置されているのである。このよ
うにした結果、導電膜１３が従来の共振器におけ
る金属ケースに相当する働きをし、シールドおよ
び実電流経路として作用する。

次に、導電膜１３について、さらに詳しく説明
する。誘電体ケース部１２は、その形成過程か
ら、少なくともケース上蓋１２１と底面および側
面からなるケース本体部１２２とに分けることが
できる。そして、このような上蓋１２１および本
体部１２２を組合わせてケース部１２ができあが
つている。言い換えれば、誘電体ケース部１２
は、少なくとも上蓋１２１と本体部１２２側面と
の境において継目があり、ケース部１２はこの部
分で不連続である。

さて、この実施例においては、誘電体ケース部
本体１２２中に誘電体円柱状部１１を配置した後
上蓋１２１を被せて誘電体ケース部１２を組立
て、ケース部１２の全内面にAgペーストを塗布
して焼成される。このようにして、ケース部１２
の内面には金属Ag膜が形成される。この金属Ag
膜、すなわち導電膜１３は、ケース部１２の不連
続な継目、すなわちたとえば上蓋１２１の内面と
ケース側部の内面とが交差する部分においても連
続的に形成されている。このように、導電膜１３
を連続的に形成したことにより、実電流経路に継
目がなく、共振器１０のＱの低下がなく、Ｑの値
が設計通りのものとなるという利点がある。

なお、誘電体円柱状部１１と誘電体ケース部１
２との線膨張率が同一でありさえすればよく、そ
れらの誘電率等は異なつてもよい。

この実施例では、誘電体ケース部１２の内面全
面にわたつて導電膜１３を形成したが、導電膜１
３の形成場所はケース部１２の内面には限定され
ない。すなわち、第５図ＡないしＣに示すよう
に、導電膜１３の形成位置は、ケース部１２の内
面、外面および内面と外面との組合せのいずれの
場所であつてもよい。すなわち、導電膜１３によ
つて誘電体円柱状部１１が完全に取囲まれ、導電
膜１３が従来の金属ケースに相当するシールドお
よび実電流経路として作用すればよい。

なお、第３図に示す実施例では、ケース上蓋１
２１に２つの孔１５が形成されている。この孔１
５は、後述するように、この共振器１０をフイル
タに用いるとき、入力および出力コネクタを適用
するための孔である。

第６図および第７図は、この発明の他の実施例
を示す図である。第６図は実施例の側断面図であ
り、第７図は第６図における線−に沿つた平
断面図である。

第６図および第７図に示す実施例の特徴は、ケ
ース側部２２の内面と密接して円柱状誘電体部２
１が配置されていることである。すなわち、ケー
ス側部２２に形成された円柱状空洞（直径：Ｄ、
高さ：Ｌ）内に丁度一杯に収まる円柱状部２１
（直径：Ｄ、高さ：Ｌ）が配置されている。

このとき、誘電体円柱状部２１の誘電率をε₁、
誘電体ケース側部２２の誘電率をε₂とすると、 ε₁＞ε₂ である。なお、円柱状部２１とケース側部２２と
の線膨張率は、前の実施例同様に、たとえばαで
等しい。

さて、導電膜２３はケース側部２２外面および
円柱状部２１端面を覆つて連続的に設けられてい
る。この導電膜２３と誘電体円柱状部２１（誘電
率：ε₁）との間の誘電体ケース側部２２（誘電
率：ε₂）が前記実施例の空洞１４（第４図）と同
様に働くのである。なお、補強のために、第６図
に示すように、上蓋部２４と下蓋部２５とがケー
ス側部２２の上下に取付けられることもある。

この実施例は、上述のような構成にしたので、
共振器２０の内部に空間がなく、耐湿特性の向上
を図ることができるという利点を有する。

さらに、この発明のケースは、ケース内の誘電
体柱の側面が密接して入れられるものも含むこと
を付言しておく。

以上のよう柱状誘電体部とケース部とを同じα
とした結果、共振周波数の温度特性ηは恒等的
に η＝Cη〓−α ＝（−1/2）η〓−α （Ｃ≒−1/2） ……(2) となる。よつて、ηは、誘電体材料を選択してη〓
が決まつた後、線膨張率αだけを制御すればよ
い。これは比較的容易である。すなわち、誘電体
材料の選択のみで一義的に共振周波数の温度特性
ηの向上を図ることができる。なお、Ｃ＝−1/2
となるのは、誘電体円柱状部内に100％共振エネ
ルギが閉込められたときに成立する。

上記各実施例では、第３図、第４図より明らか
なように、矩形空洞１４を有する誘電体ケースと
誘電体円柱状部１１との組合せか、または、第６
図、第７図より明らかなように円柱状ケース２２
と誘電体円柱状部２１との組合せとしたが、これ
らに限定されることはなく、たとえば、矩形空洞
ケース（角柱ケース）と導電体角柱状部、矩形空
洞ケース（角柱ケース）と誘電体円柱状部、円形
空洞ケース（円柱ケース）と誘電体角柱状部等の
組合せでもよい。このように、ケースと柱状部と
の形状を変更したとき、基本TM₀₁₀モードに対し
て同様の電磁界分布と共振周波数とを持つ変形モ
ードとなる。（第３図、第４図に示す実施例では、
変形モードであるTM₁₁₀モードを用いている。） 第８図は、この発明の好ましい実施例としての
フイルタの一例を示す断面図解図である。第８図
を参照して、誘電体共振器１０は外装ケース３１
内に入れられ、外蓋３２によつて封入されてい
る。外蓋３２には２つの孔３３，３４が形成され
ていて、この孔３３，３４に同軸型の入力コネク
タ３５と出力コネクタ３６とが取付けられてい
る。各コネクタ３５，３６から外装ケース３１内
の共振器１０内に、共振器の孔１５を通して励振
棒３７が突出している。励振棒３７と外蓋３２の
孔３３，３４および共振器１０の孔１５との間
は、防湿用に、たとえばテフロン（商品名）４１
で塞がれている。この励振棒３７と共振器１０と
が結合し、入力コネクタ３５から入力された所定
の周波数の信号だけが出力コネクタ３６から出
力されることとなる。

外装ケース３１の底面にはばね３８が設けられ
ていて、このばね３８が共振器１０を弾発的に支
えている。外装ケース３１の外部から共振器１０
に与えられる振動等はこのばね３８によつて緩和
されるとともに、外部温度変化によつて外装ケー
ス３１が伸縮しても、ばね３８によつて共振器１
０は安定的に保たれる。また、外装ケース３１の
内側面には、たとえばフエルト等でできたクツシ
ヨン部材３９が設けられていて、内部の共振器１
０に与える振動を減少する。

このように、誘電体、たとえばセラミツクで形
成した共振器を用いてフイルタを構成する際に、
たとえば金属でできた外装ケースに共振器１０が
入れられることにより、誘電体共振器１０に直接
加わる外部振動等を減少でき、共振器１０が損傷
しにくく、補強されるという利点を有する。

さらに、共振器の上蓋１２１の導電膜１３と外
蓋３２とは、コネクタ３５，３６の外部導体（図
示せず）とともにアース板４０によつて電気的に
接続されている。

以上のように、この発明に係る誘電体共振器に
よれば、ケースが、柱状誘電体と同じ線膨張率の
誘電体材料で形成され、その内面または外面に設
けられた実電流経路となる導電膜を有しているこ
とから、誘電体端面とそれに面するケース面との
間の微小ギヤツプを常に一定にすることができ、
あるいは微小ギヤツプをなくすることができるよ
うになる。したがつて、TM₀₁₀モードまたはその
変形モードを用いた誘電体共振器において、共振
器の共振周波数の温度特性が非常に良好となる。
また、柱状誘電体とケースとの線膨張率が同時で
あることの副次的効果として、本発明による
TM₀₁₀モードまたはその変形モードを用いた誘電
体共振器では、柱状誘電体とケースとの相対的位
置関係が一定となり、機械的、電気的に安定な共
振器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のTM₀₁₀モードを用いた誘電体共
振器の側断面図である。第２図は第１図の共振器
の線−に沿つた平断面図である。第３図はこ
の発明の一実施例の側断面図である。第４図は第
３図に示す実施例の線−に沿つた平断面図で
ある。第５図ＡないしＣは第３図の実施例の変形
を示す図である。第６図はこの発明の他の実施例
の側断面図を示す。第７図は第６図の線−に
沿つた平断面図を示す。第８図は、この発明の好
ましい実施例としてのフイルタの一例を示す断面
図解図である。 図において、１０，２０は誘電体共振器、１
１，２１は誘電体円柱状部、１２は誘電体ケース
部、１３，２３は導電膜、１４は矩形空洞、２２
はケース側部を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 柱状誘電体と、前記柱状誘電体を内部に有し
   かつ実電流経路となるケースとを備え、 前記ケースは、前記柱状誘電体の両端面側に配
   置された１対の端壁部分と、前記端壁部分間にお
   いて前記端壁部分に連続する側板部分とを有し、 前記柱状誘電体は、その端面が前記端壁部分に
   電気的かつ機械的に固定されている TM₀₁₀モードまたはその変形モードを用いた誘
   電体共振器において、 前記ケースは、前記柱状誘電体と同じ線膨張率
   の誘電体材料で形成され、その内面または外面に
   設けられた実電流経路となる導電膜を有している
   ことを特徴とする誘電体共振器。 ２ 前記ケースは交差する面を有し、前記導電膜
   は前記ケースの交差する面にわたつて連続的に形
   成されている特許請求の範囲第１項記載の誘電体
   共振器。 ３ 前記柱状誘電体の側面は、前記ケース内面と
   密接して配置され、 前記導電膜は前記ケース外面に設けられている
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の誘電体
   共振器。