JPS63280503A - 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】 （ａｌ産業上の利用分野 この発明は、ＴＥＯ，δモードを利用した誘電体共振器
に関する。

（ｂ）発明の背景 誘電体共振器は、一般に従来の金属空洞共振器に比べて
小型でかつ高いＱを持った共振器が構成でき、特にバン
ドパスフィルタとして用いられる誘電体共振器装置はマ
イクロ波通信装置において、トランスミッタマルチプレ
クサなどに用いられている。

誘電体共振器の構成は、その利用する電磁波モードに応
じて異なり、目的に応じたモードが利用される。例えば
Ｔ　Ｅ、、δは、スプリアス特性があまり良くないが、
共振器のエネルギー集中度が高く、誘電体共振器の損失
だけで共振器全体の損失が定まり、高いＱを得ることが
できる。ＴＥＭの場合、スプリアス特性は良好であるが
、金属導体の損失が比較的大きく、共振器のＱはそれほ
ど高（ない。ＴＭの場合は、前記２つのモードの中間の
特性を示すが、誘電体共振器とケースとの接合面に実電
流が流れるため、この接合面の導通状態を良好に保たな
ければならない。そこで、セラミックからなる誘電体共
振器とケースとの熱膨張係数の差による機械的歪を吸収
する必要があり、ケースの材料としてメタライズされた
セラミックを用いなければならない。従って、加工性の
高い金属をケースとして用い、かつＱを高くするために
は、ＴＥ、、δモードの誘電体共振器が用いられる（Ｃ
１従来の技術 Ｔ　Ｅ　ｏ　ｒδモードを利用した誘電体共振器として
同出願人が既に出願した（特願昭６２−００８５２５号
）スプリアス特性が良好で小型且つ比較的大電力用に用
いることのできる誘電体共振器を用いたバンドパスフィ
ルタの構造を第１２図に示す。図において１．２はこの
２つの組み合わせによって箱型のケースが構成される金
属材料からなるケース部材であり、ケース部材ｌの側面
には入力用と出力用のＮ型コネクタ３．４が取り付けら
れている。金属ケースの内部には中央部に直立する金属
板６が設けられている。この金属板６の両側面と、ケー
ス部材１の底面にそれぞれ複数のセラミック基板７が組
み込まれている。このセラミック基板７０表面には、全
面に銀電極が被覆されていて、電気壁を形成している。

この電気壁に接して、円柱状の誘電体共振器を４分割し
た形状の誘電体共振器が前記銀電極に焼付固定されてい
る。

これらの誘電体共振器はケース内に８個収納されている
。

第１３図は上記誘電体共振器のうち１つの誘電体共振器
５７について電流の経路を表している。

誘電体共振器５７の誘電体内には図中破線で示す方向に
変位電流１０が流れ、セラミック基板の表面に形成され
た銀電極と誘電体との接合部分、およびセラミック基板
表面の銀電極とケース部材の内壁に実電流ｔｌ＋　　ｉ
ｔがそれぞれ流れる。このようにして４分割される前の
円柱状の誘電体共振器と同様のＴＥｏ＋δモードの誘電
体共振器として動作する。

（ｄ）発明が解決しようとする問題点 このようなＴＥＡ、δモードを利用する誘電体共振器に
おいては、電磁界分布の中心軸に電界が集中するため、
変位電流の分布が中心軸に集中するという特性を備えて
いる。そのため、第１３図に示したセラミック基板表面
の銀電極に流れる電流ｉＩのうち特に中心軸の近傍に実
電流が集中的に流れ、わずかにケース内壁に漏電流とし
て１２が流れることとなる。ところで、セラミック基板
上の銀電極あるいはケース内壁に実電流が流れる際、ジ
ュール損が生じるが、ジュール損は電流の２乗値に関与
することから、上記電流の集中化は全体としてジュール
損を増大させる原因であった。

このようにジュール損が増大することにより発熱量が増
大するだけでなく、共振器としてのＱが低下するという
問題があった。

この発明の目的は、電磁界分布の中心軸に電流が集中す
ることを防止し、全体としてジュール損が小さく、Ｑの
高い誘電体共振器を提供することにある。

（Ｑ１問題点を解決するための手段 この発明の誘電体共振器は、Ｔ　Ｅ　ｏ　ｒδモードを
利用する誘電体共振器における電磁界分布の中心軸を含
む１もしくは２つの平面に電気壁が存在し、この電気壁
を挾むいずれか一方の誘電体を除去した形状を有する誘
電体共振器において、上記中心軸近傍の誘電体を除去し
たことを特徴としている。

（ｆ’１作用 この発明の誘電体共振器においては電磁界分布の中心軸
を含むｌもしくは２つの平面に電気壁が存在し、この電
気壁を挟むいずれか一方の誘電体を除去した形状を有す
ることによって、ＴＥｏＩδモードの誘電体共振器が構
成され、上記中心軸近傍の誘電体を除去したことにより
誘電体内に流れる変位電流の分布が中心軸から遠ざかる
。このことにより電気壁に流れる電流は中心軸近傍に集
中することなく分散され、全体としてジュール損が低減
する。従ってＱの高い誘電体共振器を構成することがで
きる。

（ｇｌ実施例 第１図はこの発明の誘電体共振器を用いたバンドパスフ
ィルタの構造を表す一部破断斜視図である。図において
１．２はこの２つの組み合わせによって箱型のケースが
構成される金属材料からなるケース部材であり、ケース
部材１の側面には入力用と出力用のＮ型コネクタ３．４
が取り付けられている。金属ケースの内部には中央部に
直立する金属板６が設けられていて、この金属板６の両
側面と、ケース部材１の底面にそれぞれ複数のセラミッ
ク基板７が組み込まれている。このセラミック基板７の
表面には、全面に銀電極が被覆されている。この電極に
接して、ドーナツ状の誘電体共振器を４分割した如き形
状の誘電体共振器が前記銀電極に焼付固定されている。

このような構造の誘電体共振器では、この電極が存在す
る位置にＴＥ、、δモード誘電体共振器における電気壁
が存在するから、４分割される前の円柱状の誘電体共振
器と同様のＴＥ、、δモードの誘電体共振器として動作
する。これらの誘電体共振器はケース内に５１〜５８の
８個（同図においては５２〜５４のみ表れている。）が
収納されている。なお、Ｌは第３段目の共振器５３と第
６段目の共振器（５６）との磁界結合をとるためのルー
プ、Ｓは第４段目の共振器５４と第５段目の共振器（５
５）との磁界結合をとるためのスリットである。

第２図は第１図に示した装置の断面図であり、コネクタ
３，４が形成されている端面に平行な平面の断面を表し
ている。図において５２．５７はそれぞれ誘電体共振器
であり、分割面５２ａ、５２ｂおよび５７ａ、５７ｂは
セラミック基十反７゜７の垂直面７ａ、７ａおよび水平
面７ｂ、７ｂにそれぞれ接して焼付固定されている。ケ
ース部材２の内壁２ａは誘電体共振器の中心軸を中心と
する円筒面状に成形されている。図において８は周波数
チューニング用調整ネジであり、金属または誘電体から
構成され、図に示すようにケース部材２のコーナ一部分
に設けられたネジ穴に螺合されていて、調整ネジ８を回
転させることにより、その先端部分８ａがケース内に突
出され、その突出量によって周波数チューニングが行わ
れる。

第２図に示した誘電体共振器５７について特に電流の経
路を第７図に示す。誘電体共振器５７の誘電体内にはド
ーナツ形状の中心軸○を中心軸とする電磁界分布が生じ
、図中破線で示す方向に変位電流ｉ。が流れ、セラミッ
ク基板７表面の銀電極７ａ、７ｂと誘電体の分割面５７
ａ、５７ｂとの接合部分間に実電流１１が流れ、ケース
部材２の内壁２ａに実電流１２が流れる。図に示す、よ
うに誘電体内の変位電流の分布は中心軸０から遠ざかる
ため、導体に流れる電流はｉ、と１２として分散され、
中心軸近傍に電流が集中することがなく全体としてジュ
ール損の低減を図っている。

ここで、導体におけるジュール損を１／Ｑ′、無負荷Ｑ
をＱｏ、４分割形状でない元の円柱状誘電体共振器にお
ける無負荷ＱをＱｏ。とすれば次の関係が成り立つ。

Ｑ’　＝（７ｒ、ＣＺｏ　ω／４Ｒ，）　・＜ｒ＞　　
　（１１１／Ｑｏ　＝　（１／Ｑｏ。）＋　（１／Ｑ’
）−１２）ここで Ｒ，（表皮抵抗）＝、ｒ「アフγ丁コ”−−＋４１磁界
の広がりの平均＜ｒ＞は弐（３）の定義に基づいて有限
要素法により計算することができ、第８図に誘電体共振
器とケースの各寸法におけるＱ。

の変化を表す。図から明らかなように中心軸近傍の誘電
体を除去した誘電体共振器を用いることによりＱｏを高
めることができる。例えばケースの内径Ｒｃ＝５５ｍｍ
、誘電体共振器の外半径Ｒ。

＝４１ｍｍとし、誘電体共振器の内半径Ｒｘを外半径Ｒ
ｏの０．３５とすることにより、Ｑｏは理論値で７５０
０となり、実測値として７１００が得られた。

尚、誘電体共振器５７等は誘電体損や周辺導体のジュー
ル損により発熱するが、その熱はセラミック基板７と金
属板６を介してケース部材１および２から外部に放熱さ
れる。また、このとき誘電体共振器５７等はケース部材
に接着されたセラミック基板７を介して固定されている
ため、金属材料からなるケース部材とセラミック材料か
らなる誘電体共振器との熱膨張の差による機械的歪を吸
収することができ、セラミック基板表面の銀電極と誘電
体共振器との接合部分が剥がれることなく、完全なＴＥ
、、δモードの励振を維持することが可能となる。

第３図は第１図においてコネクタ３が取り付けられてい
るケース部材の側面に対して直角方向の縦断面を表して
いる。図において５１は第１段目の誘電体共振器であり
、９はストリップラインの基板であり、１０は入力用コ
ネクタ３とストリップライン９とを接続するリード線を
表している。

第４図はこの部分を表す斜視図であり、図に示ずように
ストリップライン９はストリップ基板９ａとストリップ
導体９ｂから構成され、リード線１０は入力用コネクタ
３の中心導体とストリップ導体９ｂとの間を接続してい
る。第１段目の誘電体共振器５１の底部には銀電極が形
成されていて、ストリップ導体９ｂと直流的に接続され
ている。

このようにして誘電体共振器と人力用コネクタとの間が
電気的に接続され、同様の回路が出力側にも構成されて
いる。もちろん外部結合構造は従来公知の構造、たとえ
ばループを用いた結合構造等種々の他の構造に置き換え
てもよい。

以上のようにして８段の誘電体共振器を用いたバンドパ
スフィルタが構成される。第５図はその等価回路を表し
ている。図においてＱｅｌはコネクタ３と第１段目の誘
電体共振器５１との結合部分、Ｑｅ２は第８段目の誘電
体共振器（５８）とコネクタ４との結合部分をそれぞれ
示している。

また、ｋ１２．に２３．に３４．に４５．に５６、に６
７、に７Ｂはそれぞれこの２桁の数字が示す段数の誘電
体共振器間の結合部分を表している。更にに３６は第１
図に示した結合ループＬの存在による第３段目の誘電体
共振器５３と第６段目の誘電体共振器（５６）との結合
部分を表している。

以上に示したバンドパスフィルタの構成材料と各寸法の
具体例、およびその条件における特性例を次に示す。

第６図は各共振器とこれらの共振器を保持するセラミッ
ク基板の材料について表している。第９図はこのような
条件のもとで構成されたバンドパスフィルタの仕様を表
している。このようにして挿入損失が低く、減衰量の大
きなバンドパスフィルタを構成することができる。

尚、上記実施例は誘電体共振器をケースの内壁等に接触
させて固定する際、表面に銀電極を構成したセラミック
基板を用いた例であったが、この発明のように誘電体共
振器と電気壁との接合面の局部に電流が集中することが
ないため、例えば第１Ｏ図に示すように金属材料からな
る弾性体等によっである程度ラフに固定することも可能
である。同図において１４は波型に形成された金属板ま
たは金属ネットであり、部分的に半田付けあるいはエポ
キシ等の合成樹脂系の接着剤を用いて固定する。

また、上記実施例はドーナツ形状の誘電体を４分割した
如き形状の誘電体共振器を用いた例であったが、例えば
第１１図（Ａ）、　　（Ｂ）に示すように電磁界分布の
中心軸近傍の誘電体を部分的に除去して貫通孔Ｈを形成
した誘電体共振器を用いることも可能であり、同様に中
心軸近傍の電流の集中を緩和して電流分布を分散させる
ことが可能である。

（ｈ１発明の効果 以上のようにこの発明によれば、小型の誘電体共振器お
よびケースを用いて誘電体共振器装置全体を小型化する
ことができ、しかも誘電体共振器および導体の局部に電
流が集中することがなくジュール損の増大による共振器
のＱの低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の誘電体共振器を用いたバンドパスフ
ィルタの一例を表す部分破断斜視図、第２図は同装置の
縦断面図、第３図は第１図に示した装置の部分縦断面図
、第４図は第３図に示した部分の斜視図、第５図は上記
バンドパスフィルタの等価回路、第６図は上記装置を構
成する共振器とセラミック基板の材料とその特性を表す
図、第７図は誘電体共振器と導体に流れる電流を表す図
、第８図は誘電体共振器とケースの各寸法と無負荷Ｑの
特性を表す図、第９図は具体的なバンドパスフィルタと
して得られた特性を表す図、第１０図は他の実施例に係
る誘電体共振器の固定構造を表す縦断面図、第１１１．
Ｉ（Ａ）　、　　ＣＢ）は他の実施例に係る誘電体共振
器の構造を表す断面図、第１２図は従来の誘電体共振器
を用いたバンドパスフィルタの構造を表す部分破断斜視
図、第１３図はその装置に用いられる誘電体共振器と導
体に流れる電流を表す図である。 １．２−ケース部材、６−金属板、 ７−セラミック基板、５１〜５８−誘電体共振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＴＥ＿０＿１δモードを利用する誘電体共振器に
   おける電磁界分布の中心軸を含む１もしくは２つの平面
   に電気壁が存在し、この電気壁を挟むいずれか一方の誘
   電体を除去した形状を有する誘電体共振器において、上
   記中心軸近傍の誘電体を除去したことを特徴とする誘電
   体共振器。