WO2005006483A1 - Ｔｍ０１０モード共振器装置、発振器装置および送受信装置 - Google Patents

Ｔｍ０１０モード共振器装置、発振器装置および送受信装置 Download PDF

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WO2005006483A1
WO2005006483A1 PCT/JP2004/009539 JP2004009539W WO2005006483A1 WO 2005006483 A1 WO2005006483 A1 WO 2005006483A1 JP 2004009539 W JP2004009539 W JP 2004009539W WO 2005006483 A1 WO2005006483 A1 WO 2005006483A1
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electrodes
dielectric substrate
strip
mode resonator
electrode
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Application number
PCT/JP2004/009539
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tomiya Sonoda
Toshiro Hiratsuka
Original Assignee
Murata Manufacturing Co., Ltd.
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/06—Cavity resonators
    • H01P7/065—Cavity resonators integrated in a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/18—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance
    • H03B5/1864—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a dielectric resonator
    • H03B5/187—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a dielectric resonator the active element in the amplifier being a semiconductor device
    • H03B5/1876—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance the frequency-determining element being a dielectric resonator the active element in the amplifier being a semiconductor device the semiconductor device being a field-effect device

Definitions

  • TM010 mode resonator device oscillator device, and transmission / reception device
  • the present invention relates to a TM010 mode resonator device, an oscillator device, and a transmission / reception device that oscillate high-frequency electromagnetic waves such as microwaves and millimeter waves.
  • TM010 mode resonator device used for a transmission / reception device such as a communication device or a radar device
  • a device provided with circular electrodes facing each other on both surfaces of a dielectric substrate is known (for example, see Patent Reference 1).
  • Patent Document 1 JP-A-10-98316
  • TM010 mode oscillator device In such a TM010 mode oscillator device according to the related art, an electromagnetic wave in the TM0 mode, which is a surface wave mode, is compared with a TM01 mode resonator device in which a ground electrode is formed on substantially the entire back surface of a dielectric substrate. Since the thickness of the dielectric substrate can be increased to approximately twice the thickness of the substrate that does not couple with the field, the conductor loss (Qc) and the unloaded Q (Qo) are approximately twice as large. ) Can be obtained, and the loss of the filter can be reduced.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a TM010 mode resonator device, an oscillator device, and a transmission / reception device that suppress radiation of an electromagnetic field and have a high Q. Is to do.
  • the invention of claim 1 includes a dielectric substrate and electrodes provided on both surfaces of the dielectric substrate, and at least one of the electrodes on both surfaces is circular.
  • the dielectric substrate has A plurality of through-holes are provided through the circumference of the circular electrode, and the inside of each through-hole is a non-electrode forming part with no electrode, and the plurality of through-holes are formed around the circular electrode. It is characterized by providing an open end to enhance the electromagnetic field confinement.
  • the dielectric substrate is provided with a plurality of through holes penetrating the circumference of the circular electrode, and the inside of each through hole is a non-electrode forming portion in which the electrode is omitted.
  • the open end is formed by the plurality of through holes.
  • the air is filled in the through-hole, so that the electromagnetic field can be totally reflected at the boundary between the inner wall surface of the through-hole and the air, and a circular electrode in the dielectric substrate can be used.
  • the electromagnetic field formed at the site can be confined.
  • the distance between the adjacent through holes is set to g / 4 or less.
  • the present invention also provides a TM010 mode resonator including a dielectric substrate and electrodes provided on both surfaces of the dielectric substrate, wherein at least one of the electrodes on both surfaces is formed by a circular electrode.
  • a plurality of strip-shaped electrodes are arranged in a radial manner in a state where the plurality of strip-shaped electrodes are provided on both surfaces or one surface of the dielectric substrate so as to surround the circular electrode and a gap is formed between the circular electrode and the dielectric substrate. It is characterized by:
  • the tip side (the outermost side) of each strip electrode can be short-circuited in a pseudo manner.
  • the tip side of each strip-shaped electrode can be opened in a pseudo manner.
  • the circular electrodes are surrounded by a plurality of strip-shaped electrodes arranged radially, so The electromagnetic field formed at the portion corresponding to the circular electrode in the electric circuit board can be totally reflected at the tip side of the strip-shaped electrode serving as a short-circuit end or an open end, thereby improving energy confinement. .
  • the radiation of the electromagnetic field can be suppressed, so that the conductor loss and the radiation loss can be improved together.
  • the strip-shaped electrode when the wavelength at the resonance frequency in the dielectric substrate is ⁇ g, is formed in a rectangular shape having a radially extending length dimension of ⁇ g / 4. Is preferred.
  • each strip-shaped electrode can be pseudo short-circuited.
  • the electromagnetic field formed in the portion corresponding to the circular electrode in the dielectric substrate can be totally reflected on the tip side of the strip-shaped electrode forming the short-circuit end, and the energy confinement can be improved.
  • the distance between the adjacent strip-shaped electrodes is preferably set to be not more than g / 4. Thereby, it is possible to prevent the electromagnetic field from leaking from between the adjacent strip-shaped electrodes, and it is possible to enhance the energy confinement.
  • An oscillator device may be configured using the TM010 mode resonator device according to the present invention, and a transmitting and receiving device such as a radar device and a communication device may be configured using the oscillator device according to the present invention.
  • the structure of the oscillator device and the like can be simplified, and the manufacturing cost of the entire communication device can be reduced. it can.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a TM010 mode resonator device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing the TM010 mode resonator device in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the TM010 mode resonator device viewed from the direction of arrows III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a TMO 10-mode resonator device according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view showing the TM010 mode resonator device in FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of a main part showing a strip-shaped electrode located at a part a in FIG. Garden 7]
  • FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the TM010 mode resonator device according to the second embodiment is accommodated in a cavity.
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the spatial height of the TM010 mode resonator device and the cavity in FIG. 7 and the variation rate of the resonance frequency.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view of a principal part at the same position as FIG. 6 showing a strip-shaped electrode according to a first modification.
  • FIG. 10 is an enlarged plan view of a principal part at the same position as FIG. 6 showing a strip-shaped electrode according to a second modification.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view of a principal part at the same position as FIG. 6 showing a strip-shaped electrode according to a third modification.
  • FIG. 12 is an enlarged plan view of a principal part at the same position as FIG. 6 showing a strip electrode according to a fourth modification.
  • FIG. 13 is an enlarged plan view of an essential part at the same position as FIG. 6 showing a strip-shaped electrode according to a fifth modification.
  • FIG. 14 is an enlarged plan view of a main part at the same position as FIG. 6 showing a strip electrode according to a sixth modification.
  • FIG. 15 is an enlarged plan view of a principal part at the same position as FIG. 6 showing a strip-shaped electrode according to a seventh modification.
  • FIG. 16 is a plan view showing a TM010 mode resonator device according to a third embodiment.
  • FIG. 17 is an enlarged plan view of a main part showing a strip-shaped electrode located at a portion b in FIG.
  • FIG. 18 is an enlarged plan view of a main part at the same position as FIG. 17 showing a strip-shaped electrode according to an eighth modification.
  • FIG. 19 is an enlarged plan view of a principal part at the same position as FIG. 17 showing a strip electrode according to a ninth modification.
  • FIG. 20 is a plan view showing an oscillator device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 21 is an electric circuit diagram showing the oscillator device in FIG. 20.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a communication device according to a fifth embodiment.
  • FIGS. 1 to 3 show a TM010 mode resonator device according to the first embodiment.
  • the dielectric substrate 1 is made of, for example, a substantially rectangular flat plate, and has a small piece (chip shape) having an area slightly larger than the later-described resonator electrodes 2A and 2B.
  • Reference numeral 2 denotes a TM010 mode resonator provided at the center of the dielectric substrate 1.
  • the TM010 mode resonator 2 is located at the center of the dielectric substrate 1 and provided on the front surface 1A and the back surface 1B, respectively. It is composed of resonator electrodes 2A and 2B composed of the obtained circular electrodes.
  • an electric field E extending in the thickness direction of the dielectric substrate 1 is formed between the resonator electrodes 2A and 2B, and the center of the resonator electrodes 2A and 2B is formed. Relative to position As a result, a concentric magnetic field H is formed (see Figs. 2 and 3). A current I flows in the resonator electrodes 2A and 2B in the radial direction between the center position and the outer peripheral edge.
  • Reference numeral 3 denotes a plurality (for example, 12) of through holes provided through the dielectric substrate 1 along the periphery of the resonator electrodes 2A and 2B, and the inner wall surface 3A (inside) of each through hole 3 Is a non-electrode forming part where the electrode is omitted. Also, for the wavelength ⁇ g due to the resonance frequency in the dielectric substrate 1, the spacing dimension P0 (pitch) between the adjacent through holes 3 is set to 1/4 or less (P0 ⁇ gZ4) of the wavelength g due to the resonance frequency. I have.
  • the plurality of through holes 3 are arranged so as to surround the resonator electrodes 2A and 2B, and form an open end as a whole.
  • the TM010 mode resonator device has the above-described configuration.
  • the TM010 mode resonator 2 faces the center and the outer periphery of the resonator electrodes 2A and 2B in opposite directions.
  • the electric field E is formed, and a magnetic field H is formed concentrically with the center of the resonator electrodes 2A and 2B.
  • the TM010 mode resonator 2 resonates at a frequency where the diameter D of the resonator electrodes 2A and 2B is one wavelength.
  • the TM010 mode itself is generally a radiation mode, and is often used for applications such as antennas by utilizing such features.
  • the TM010 mode resonator 2 when used as the TM010 mode resonator 2, there is a problem that the radiation loss Qr becomes worse due to the large radiation, and the no-load Q (Qo) itself becomes worse.
  • the dielectric substrate 1 is provided with a plurality of through holes 3 along the periphery of the resonator electrodes 2A and 2B, where the electrodes of the inner wall surface 3A are omitted.
  • the electromagnetic field formed between the electrodes 2A and 2B can be totally reflected at the boundary between the inner wall surface 3A of the through hole 3 and the air.
  • the unloaded Q (Qo) can be increased by suppressing the electromagnetic field radiation, and the energy confinement can be improved.
  • interval dimension P0 between the adjacent through holes 3 is set to be equal to or less than 1Z4 of the wavelength of the resonance frequency; Can be enhanced.
  • FIGS. 4 to 6 show a TM010 mode resonator device according to a second embodiment.
  • the feature of the present embodiment is that a dielectric substrate is provided on both sides of a dielectric substrate so as to surround a resonator electrode. Multiple short That is, the strip electrodes are radially arranged.
  • Reference numeral 11 denotes a dielectric substrate substantially similar to the dielectric substrate 1 according to the first embodiment.
  • the center position and the outer peripheral edge position of the resonator electrodes 12A and 12B are virtually opened, and electric fields in opposite directions are formed at these positions.
  • a magnetic field concentric with the center position of the resonator electrodes 2A and 2B is formed between the resonator electrodes 12A and 12B.
  • the TM010 mode resonator 12 resonates at a frequency where the diameter D of the resonator electrodes 12A and 12B is one wavelength.
  • Reference numerals 13 and 14 denote strip electrodes provided on the front surface 11A and the back surface 11B of the dielectric substrate 11 surrounding the resonator electrodes 12A and 12B, respectively.
  • a plurality of strip-shaped electrodes 14 are formed radially around the resonator electrode 12B while forming a fixed gap with a spacing dimension d between the strip-shaped electrode 14 and the resonator electrode 12B.
  • the distal ends (outermost ends) of the strip electrodes 13 and 14 are quasi-short-circuited, so that the plurality of strip electrodes 13 and 14 form an annular short-circuit end surrounding the TM010 mode resonator 12. Can be formed.
  • the adjacent strip-shaped electrode 13 spaced apart in the circumferential direction is formed.
  • the spacing dimension PI (pitch) is set to 1/4 or less (P1 ⁇ g / 4) of the wavelength g according to the resonance frequency.
  • the spacing dimension P1 (pitch) between the adjacent strip-shaped electrodes 14 is set to 1/4 or less (P1 ⁇ g / 4) of the wavelength g according to the resonance frequency. .
  • the strip electrodes 13 and 14 may be arranged at positions facing each other with the dielectric substrate 11 interposed therebetween, or may be arranged so as to be displaced in the circumferential direction. Further, the number of the strip electrodes 13 and 14 may be the same or different from each other.
  • the TM010 mode resonator device has the above-described configuration, and the basic operation of the TM010 mode resonator 12 is different from that of the TM010 mode resonator 2 according to the first embodiment. There is no.
  • the dielectric substrate 11 is formed in a chip shape and its end surface forms an open end, when the thickness t of the dielectric substrate 11 is increased, the effect of radiation causes There is a problem that the confinement of the hook is deteriorated.
  • a plurality of strip-shaped electrodes 13 extending radially around resonator electrodes 12A and 12B are provided on front surface 11A and back surface 11B of dielectric substrate 11 respectively.
  • the front ends of the strip-shaped electrodes 13, 14 are short-circuited in a simulated manner, and the electric field can be concentrated between the resonator electrodes 12A, 12B. Therefore, in the present embodiment, the magnetic field energy can be confined, and the radiation of the electromagnetic field can be suppressed.
  • a resonator device provided with the strip electrodes 13 and 14 and a resonator device provided with the strip electrodes 13 and 14 were omitted.
  • Each case is assumed to be housed in a cavity 15, which has a substantially rectangular box shape (space) (see Fig. 7).
  • the variation rate of the resonance frequency when the spatial height h above the cavity 15 (on the surface 11A side of the dielectric substrate 11) is changed using three-dimensional electromagnetic field simulation A f / fO was calculated. The result is shown in FIG.
  • the dielectric substrate 11 is arranged in a floating state at the center of the cavity 15. In practice, the dielectric substrate 11 is placed on a support made of a low dielectric constant material so as not to affect the resonance characteristics of the TM010 mode resonator 12.
  • the spatial height dimension h of the cavity 15 when the strip electrodes 13 and 14 are provided as in the present embodiment is larger than when the strip electrodes 13 and 14 are omitted. It can be seen that the variation of the resonance frequency f0 is small even when is changed. In other words, the radiation of the electromagnetic field is smaller when the strip electrodes 13 and 14 are provided than when the strip electrodes 13 and 14 are omitted, so that the influence of the cavity 15 is considered to be less. The suppression effect was confirmed.
  • a plurality of strip-shaped electrodes 13 and 14 extending radially around the resonator electrodes 12A and 12B are provided on the front surface 11A and the back surface 11B of the dielectric substrate 11 in the present embodiment. Since the lengths L of the strip-shaped electrodes 13 and 14 are set to 1Z4, which is a wavelength according to the resonance frequency; lg, the tip ends of the strip-shaped electrodes 13 and 14 can be pseudo-short-circuited. At this time, since the plurality of radially arranged strip-shaped electrodes 13 and 14 surround the resonator electrodes 12A and 12B, the electromagnetic field formed between the resonator electrodes 12A and 12B is changed to a strip forming a short-circuited end.
  • Total reflection can be performed on the tip side of the shape electrodes 13 and 14, and the energy confinement can be enhanced. As a result, even if the thickness t of the dielectric substrate 11 is increased, the radiation of the electromagnetic field between the resonator electrodes 12A and 12B can be suppressed, so that the conductor loss Qc and the radiation loss Qr And the unloaded Q (Qo) of the TM010 mode resonator 12 can be increased.
  • the interval P1 between the adjacent strip electrodes 13 and 14 is set to be 1/4 or less (Pl ⁇ gZ4) of the wavelength g based on the resonance frequency, electromagnetic waves are generated between the adjacent strip electrodes 13 and 14. The leakage of the field can be prevented, and the energy confinement can be improved.
  • the length dimension L of the strip-shaped electrodes 13 and 14 is set to 1Z4 of a wavelength determined by the resonance frequency; lg, and the tip sides of the strip-shaped electrodes 13 and 14 are simulated.
  • the configuration was such that a short circuit occurred.
  • the present invention is not limited to this.
  • the length of the strip electrode may be set to 1 ⁇ 2 of the wavelength ⁇ g based on the resonance frequency, and the tip side of the strip electrode may be pseudo-open.
  • the length of the strip-shaped electrode is not limited to these values, and may be any value as long as the tip side thereof is pseudo short-circuited or opened.
  • the configuration is such that the substantially rectangular (rectangular) strip electrodes 13 and 14 are used.
  • the present invention is not limited to this.
  • a substantially triangular strip electrode 21 a substantially rhombic strip electrode 22, a substantially base Shaped strip electrode 23, substantially hexagonal strip electrode 24, substantially pentagonal strip electrode 25, substantially elongated hole-shaped strip electrode 26 with both ends in an arc shape, substantially elliptical strip electrode It is good also as composition using 27 etc. respectively.
  • FIGS. 16 and 17 show a TM010 mode resonator device according to the third embodiment.
  • the feature of this embodiment is that the impedance is stepped at an intermediate position in the longitudinal direction of the strip electrode. It is formed in a step impedance type that changes in a shape. Note that, in the present embodiment, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • Reference numeral 31 denotes strip-shaped electrodes provided on the front surface 11A and the back surface 11B of the dielectric substrate 11 so as to surround the resonator electrodes 12A and 12B, respectively.
  • a constant gap having a small spacing dimension d is formed between the resonator electrodes 12A and 12B, and a radial gap is formed around the resonator electrodes 12A and 12B.
  • a plurality (for example, 24) are arranged.
  • the strip-shaped electrode 31 has a substantially cross shape in which a middle position (middle position) in the length direction is wide and both ends are narrow, and the impedance in the length direction changes stepwise.
  • the distal end (outermost peripheral end) of the strip electrode 31 is configured to be short-circuited in a pseudo manner.
  • the plurality of strip electrodes 31 form an annular short-circuit end surrounding the TM010 mode resonator 12, similarly to the strip electrodes 13 and 14 according to the second embodiment.
  • the spacing dimension P1 (pitch) between adjacent strip-shaped electrodes 31 spaced in the circumferential direction is set to 1 ⁇ 4 or less (PI ⁇ g / 4) of the wavelength ⁇ g due to the resonance frequency. Have been.
  • the strip-shaped electrodes 31 may be arranged at positions facing each other with the dielectric substrate 11 interposed therebetween, or may be arranged so as to be shifted in the circumferential direction. Further, the number of the strip electrodes 31 may be the same or different from each other.
  • the TM010 mode resonator device has the above-described configuration, and the basic operation of the TM010 mode resonator 12 is different from that of the TM010 mode resonator 12 according to the second embodiment. There is no.
  • a substantially cross-shaped strip-shaped electrode 31 whose impedance changes stepwise at an intermediate position in the length direction is used, for example, a substantially rectangular electrode as in the second embodiment is used.
  • the force S for shortening the dimension in the length direction can be obtained. For this reason, the whole resonator device can be reduced in size.
  • a substantially cross-shaped strip-shaped electrode 31 is used as the step impedance type.
  • the present invention is not limited to this.
  • a substantially dumbbell-shaped strip electrode 32 in which both ends in the length direction are wide and the middle position is narrow is used. May be used.
  • a configuration may be adopted in which a strip-shaped electrode 33 having a substantially T-shape in which one end in the length direction is wide and the other portion is narrow.
  • the strip-shaped electrodes 13, 14, 2127, and 3133 are provided on both the front surface 11 A and the rear surface 11 B of the dielectric substrate 11.
  • the present invention is not limited to this.
  • one of the front surface and the back surface of the dielectric substrate may be used. It is also possible to provide a strip-shaped electrode only on the surface. In this case, the radiation suppression effect of the electromagnetic field is considered to be halved.
  • each of the resonator electrodes 2A, 2B, 12A, and 12B of the TM010 mode resonators 2 and 12 is formed in a circular shape. It is sufficient if one of them is circular.
  • the dielectric substrates 1 and 11 of the TM010 mode resonator device have a rectangular shape. However, other shapes such as a circular shape and an elliptical shape may be used. May be formed.
  • FIGS. 20 and 21 show a fourth embodiment of the present invention.
  • the feature of this embodiment lies in that an oscillator device is configured using a TM010 mode resonator device. Note that, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • Reference numeral 41 denotes an oscillation circuit board made of a dielectric material.
  • the oscillation circuit board 41 is made of, for example, a ceramic material or resin having a lower dielectric constant than the dielectric substrate 1 of the TM010 mode resonator device 56. It is formed using a material or the like, and has a substantially rectangular flat plate shape.
  • Reference numeral 42 denotes an oscillation circuit section provided on the surface of an oscillation circuit board 41.
  • the oscillation circuit section 42 includes a field effect transistor 43 (hereinafter, referred to as an FET 43), a microstrip line 44, a bias circuit 45, and the like. ing.
  • the oscillation circuit section 42 is supplied with a power supply voltage through a power supply terminal 41A, oscillates a signal having a predetermined oscillation frequency set by the TM010 mode resonator 2, and outputs this signal through an output terminal 41B. I have.
  • the gate terminal G of the FET 43 is connected to the base end side of the microstrip line 44.
  • the source terminal S of the FET 43 is connected to a bias circuit 45 on the source side and to an inductive stub 46 as an inductor for controlling a feedback frequency.
  • the drain terminal D of the FET 43 is connected to a power supply terminal 41A via a filter circuit 47 including an inductive stub 47A and a capacitor 47B and a bias resistor 48, and serves to cut off a DC component. It is connected to output terminal 41B via coupled line 49. Further, a capacitor 50 for removing surge is connected to the power supply terminal 41A.
  • a terminating resistor 51 is connected to the tip side of the microstrip line 44, At an intermediate position in the vertical direction, the T-shaped branch extends in a substantially T-shape toward the dielectric substrate 1 described later, and the front end thereof is an excitation electrode 44 for exciting the ⁇ 010 mode resonator 2 ⁇ .
  • Reference numeral 52 denotes a frequency control circuit section provided on the surface of the oscillation circuit board 41.
  • the frequency control circuit section 52 is disposed on the opposite side of the oscillation circuit section 42 with the dielectric substrate 1 interposed therebetween.
  • the frequency control circuit section 52 includes a microstrip line 53 having one end located near the TM010 mode resonator 2 and a variable capacitance diode 54 serving as a modulation element connected to the other end of the microstrip line 53. (Varactor diode).
  • variable capacitance diode 54 has a power source terminal connected to the microstrip line 53 and an anode terminal connected to the ground.
  • a control input terminal 41C is connected to a force source terminal of the variable capacitance diode 54 via an inductive stub 55 forming a choke coil.
  • the tip side of the microstrip line 53 is an excitation electrode 53 # for exciting the TM010 mode resonator 2.
  • the frequency control circuit 52 controls the oscillation frequency (resonance frequency) by changing the capacitance of the variable capacitance diode 54 in accordance with the control voltage applied to the control input terminal 41C. .
  • Reference numeral 56 denotes a TM010 mode resonator device according to the first embodiment provided between the oscillation circuit unit 42 and the frequency control circuit unit 52.
  • the dielectric substrate 1 of the TM010 mode resonator device 56 includes: It is located between the oscillation circuit section 42 and the frequency control circuit section 52 and is mounted on the surface side of the oscillation circuit board 41 in a stacked manner.
  • the resonator electrode 2 ⁇ provided on the back side of the dielectric substrate 1 among the resonator electrodes 2 ⁇ and 2 ⁇ of the TM010 mode resonator 2 is a land (not shown) provided on the surface of the oscillation circuit board 41. ) Is connected to the ground.
  • the TM010 mode resonator 2 is connected to the oscillation circuit section 42 and the frequency control circuit section 52 via the excitation electrodes 44 # and 53 # of the microstrip lines 44 and 53.
  • the oscillator device has the above-described configuration, and its operation will be described next.
  • the gate terminal G of the FET 43 A signal corresponding to the resonance frequency of mode resonator 2 is input.
  • the oscillation circuit section 42 and the TM010 mode resonator device 56 constitute a band reflection type oscillation circuit, so that the FET 43 amplifies a signal corresponding to the resonance frequency of the TM010 mode resonator 2 and connects the output terminal 41B to the output terminal 41B. Output to the outside through.
  • the frequency control circuit section 52 composed of the variable capacitance diode 54 is connected to the TM010 mode resonator device 56, the TM010 mode resonance is performed in accordance with the value of the control voltage applied to the control input terminal 41C.
  • the resonance frequency of the container 2 can be set variably.
  • the entire oscillator device functions as a voltage controlled oscillator (VC ⁇ ).
  • the oscillator device is configured using 56, the electromagnetic field of the TM010 mode resonator 2 can be suppressed from being radiated to the outside.
  • the cavity surrounding the TM010 mode resonator device 56 can be omitted. Therefore, the height and simplification of the oscillator device can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the TM010 mode resonator device according to the first embodiment is used as the TM010 mode resonator device 56.
  • a configuration using a TM010 mode resonator device may be adopted.
  • FIG. 22 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • This embodiment is characterized in that a communication as a transmission / reception device is performed using an oscillator device having the TM010 mode resonator device of the present invention. Machine device.
  • Reference numeral 61 denotes a communication device according to the present embodiment.
  • the communication device 61 includes, for example, a signal processing circuit 62 and a high-frequency module 63 connected to the signal processing circuit 62 to output or input a high-frequency signal. And an antenna 65 that is connected to the high-frequency module 63 and transmits or receives a high-frequency signal via an antenna duplexer 64 (duplexer).
  • a signal processing circuit 62 and a high-frequency module 63 connected to the signal processing circuit 62 to output or input a high-frequency signal.
  • an antenna 65 that is connected to the high-frequency module 63 and transmits or receives a high-frequency signal via an antenna duplexer 64 (duplexer).
  • the high-frequency module 63 is transmitted by a band-pass filter 66, an amplifier 67, a mixer 68, a band-pass filter 69, and a power amplifier 70 connected between the output side of the signal processing circuit 62 and the antenna duplexer 64.
  • the receiving side is constituted by the band-pass filter 74 and the amplifier 75.
  • An oscillator device 76 using the TM010 mode resonator device of the present invention as in the fourth embodiment is connected to the mixers 68 and 73, for example.
  • the communication device has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.
  • the intermediate frequency signal (IF signal) output from the signal processing circuit 62 is filtered by a band-pass filter 66 to remove unnecessary signals, amplified by an amplifier 67 and input to a mixer 68. Is done.
  • the mixer 68 multiplies the intermediate frequency signal by the carrier wave from the oscillator device 76 to up-convert it to a high frequency signal (RF signal).
  • the high-frequency signal output from the mixer 68 is subjected to removal of unnecessary signals by a band-pass filter 69, amplified by a power amplifier 70 to transmission power, and then transmitted to an antenna 65 through an antenna duplexer 64. Sent from
  • the high-frequency signal received from antenna 65 is input to bandpass filter 71 via antenna duplexer 64.
  • the high-frequency signal is amplified by the low-noise amplifier 72 and input to the mixer 73 after the unnecessary signal is removed by the band-pass filter 71.
  • the mixer 73 multiplies the high-frequency signal by a carrier wave from the oscillator device 76 to down-convert to an intermediate frequency signal.
  • the intermediate frequency signal output from the mixer 73 is filtered by a band-pass filter 74 to remove unnecessary signals, amplified by an amplifier 75, and then input to a signal processing circuit 62.
  • the communication device is configured using the oscillator device 76 including the TM010 mode resonator device of the present invention in which radiation is suppressed, the structure of the oscillator device 76 is reduced. It can be simplified and the manufacturing cost of the entire communication device can be reduced.
  • the case where the oscillator device 76 using the TM010 mode resonator device according to the present invention is applied to the communication device 61 has been described as an example. May be applied.

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

　電磁界の放射を抑圧し、高いＱをもったＴＭ０１０モード共振器装置、発振器装置および送受信装置を提供する。 　誘電体基板１の表面１Ａと裏面１Ｂにそれぞれ円形状の共振器電極２Ａ，２Ｂを互いに対向して設け、ＴＭ０１０モード共振器２を形成する。また、誘電体基板１には、円形状の共振器電極２Ａ，２Ｂに沿って内壁面３Ａの電極が省かれた複数のスルーホール３を設け、これらのスルーホール３によって開放端を形成する。これにより、誘電体基板１内に形成される電磁界をスルーホール３と空気との境界で全反射させることができ、電磁界の放射を抑圧することができる。

Description

明 細 書
TM010モード共振器装置、発振器装置および送受信装置
技術分野
[0001] 本発明は、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波の電磁波を発振する TM010モー ド共振器装置、発振器装置および送受信装置に関する。
背景技術
[0002] 一般に、通信機装置、レーダ装置等の送受信装置に用いられる TM010モード共 振器装置として、誘電体基板の両面に互いに対向した円形電極を設けたものが知ら れている（例えば、特許文献 1参照）。
[0003] 特許文献 1 :特開平 10 - 98316号公報
[0004] このような従来技術による TM010モード発振器装置では、誘電体基板の裏面に略 全面に亘つてグランド電極が形成された TM01モード共振器装置に比べて、表面波 モードである TM0モードの電磁界と結合しない基板の厚みに対して約 2倍の寸法ま で誘電体基板の厚み寸法を大きくすることができるから、約 2倍の大きさの導体損（Q c)や無負荷 Q (Qo)を得ることができ、フィルタの低損失化が可能となっていた。
[0005] ところで、上述した従来技術による TM010モード共振器装置では、誘電体基板の 厚みをさらに増加させて Q (Quality factor)を高めるときには、誘電体基板内の電磁 界が TM0モードと結合し、放射モードとして周囲に広がってしまう。このため、誘電体 基板内部のエネルギ集中度が低下し、放射損（Qr)によって Qが逆に劣化するから、 厚みを増やして導体損（Qc)を上げる効果を相殺してしまうとレ、う問題がある。
発明の開示
[0006] 本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は電磁 界の放射を抑圧し、高い Qをもった TM010モード共振器装置、発振器装置および 送受信装置を提供することにある。
[0007] 上述した課題を解決するために、請求項 1の発明は、誘電体基板と、該誘電体基 板の両面に設けられた電極とからなり、該両面の電極のうち少なくとも一方が円形電 極によって形成してなる TM010モード共振器装置において、前記誘電体基板には 前記円形電極の周囲に沿って複数のスルーホールを貫通して設けると共に、該各ス ルーホールの内部は電極を省いた非電極形成部とし、前記円形電極の周囲には、 前記複数のスルーホールを用いて電磁界の閉じ込め性を高めるための開放端を設 けたことを特徴としている。
[0008] このように構成したことにより、誘電体基板の内部のうち円形電極に対応した部位に は、共振によって電磁界が形成されると共に、該電磁界を開放端を用いて全反射さ せること力 Sできる。このため、電磁界の放射を抑圧して無負荷 Qを向上することができ ると共に、エネルギの閉じ込め性を高めることができる。
[0009] また、本発明では、前記誘電体基板には前記円形電極の周囲に沿って複数のスル 一ホールを貫通して設けると共に、該各スルーホールの内部は電極を省いた非電極 形成部とし、前記開放端は前記複数のスルーホールによって形成している。
[0010] これにより、スルーホール内には空気が充填されるから、スルーホールの内壁面と 空気との境界で電磁界を全反射させることができ、誘電体基板内のうち円形電極に 対応した部位に形成される電磁界を閉じ込めることができる。
[0011] 本発明では、前記誘電体基板内の共振周波数による波長を gとしたときに、前記 隣合うスルーホールの間隔寸法はえ g/4以下に設定するのが好ましい。これにより、 隣合うスルーホールの間から電磁界が漏れるのを防止でき、エネルギ閉じ込め性を 高めること力 Sできる。
[0012] また、本発明は、誘電体基板と、該誘電体基板の両面に設けられた電極とからなり 、該両面の電極のうち少なくとも一方が円形電極によって形成してなる TM010モー ド共振器装置において、前記円形電極を取囲んで前記誘電体基板の両面または片 面に設けられ前記円形電極との間に隙間を形成した状態で複数の短冊状電極を放 射状に配置する構成としたことを特徴としている。
[0013] この場合、誘電体基板内の共振周波数による波長を λ gとしたときに、例えば短冊 状電極の長さ寸法を λ gZ4に設定することによって、各短冊状電極の先端側 (最外 周端側）を擬似的に短絡することができる。また、例えば短冊状電極の長さ寸法を; I gZ2に設定することによって、各短冊状電極の先端側を擬似的に開放することがで きる。このとき、放射状に配置された複数の短冊状電極で円形電極を取囲むから、誘 電体基板内のうち円形電極に対応した部位に形成された電磁界を、短絡端または開 放端をなす短冊状電極の先端側で全反射させることができ、エネルギ閉じ込め性を 高めることができる。この結果、誘電体基板の厚さ寸法を大きくしても、電磁界が放射 するのを抑圧することができるから、導体損と放射損とを一緒に向上させることができ
、無負荷 Qを有効に高めることができる。
[0014] 本発明では、前記誘電体基板内の共振周波数による波長を λ gとしたときに、前記 短冊状電極は放射状に延びる長さ寸法が λ g/4となった矩形状に形成するのが好 ましい。
[0015] これにより、各短冊状電極の先端側 (最外周端側）を擬似的に短絡することができる 。このため、誘電体基板内のうち円形電極に対応した部位に形成された電磁界を、 短絡端をなす短冊状電極の先端側で全反射させることができ、エネルギ閉じ込め性 を高めることができる。
[0016] 本発明では、前記隣合う短冊状電極の間隔寸法はえ g/4以下に設定するのが好 ましレ、。これにより、隣合う短冊状電極の間から電磁界が漏れるのを防止でき、エネ ルギ閉じ込め性を高めることができる。
[0017] また、本発明による TM010モード共振器装置を用いて発振器装置を構成してもよ ぐ本発明による発振器装置を用いてレーダ装置、通信装置等の送受信装置を構成 してもよい。
[0018] 本発明による TM010モード共振器装置を用いて発振器装置や送受信装置を構 成した場合には、発振器装置等の構造を簡略化でき、通信機装置全体の製造コスト を低減すること力 Sできる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]図 1は第 1の実施の形態による TM010モード共振器装置を示す斜視図である
[図 2]図 2は図 1中の TM010モード共振器装置を示す平面図である。
[図 3]図 3は TM010モード共振器装置を図 2中の矢示 III一 III方向からみた断面図で ある。
[図 4]図 4は第 2の実施の形態による TMO 10モード共振器装置を示す斜視図である 園 5]図 5は図 4中の TM010モード共振器装置を示す平面図である。
園 6]図 6は図 5中の a部に位置する短冊状電極を示す要部拡大平面図である。 園 7]図 7は第 2の実施の形態による TM010モード共振器装置をキヤビティ内に収容 した状態を示す斜視図である。
園 8]図 8は図 7中の TM010モード共振器装置とキヤビティとの空間高さ寸法と共振 周波数の変動率との関係を示す特性線図である。
園 9]図 9は第 1の変形例による短冊状電極を示す図 6と同様位置の要部拡大平面 図である。
園 10]図 10は第 2の変形例による短冊状電極を示す図 6と同様位置の要部拡大平 面図である。
園 11]図 11は第 3の変形例による短冊状電極を示す図 6と同様位置の要部拡大平 面図である。
園 12]図 12は第 4の変形例による短冊状電極を示す図 6と同様位置の要部拡大平 面図である。
園 13]図 13は第 5の変形例による短冊状電極を示す図 6と同様位置の要部拡大平 面図である。
園 14]図 14は第 6の変形例による短冊状電極を示す図 6と同様位置の要部拡大平 面図である。
園 15]図 15は第 7の変形例による短冊状電極を示す図 6と同様位置の要部拡大平 面図である。
園 16]第 3の実施の形態による TM010モード共振器装置を示す平面図である。 園 17]図 17は図 16中の b部に位置する短冊状電極を示す要部拡大平面図である。
[図 18]図 18は第 8の変形例による短冊状電極を示す図 17と同様位置の要部拡大平 面図である。
園 19]図 19は第 9の変形例による短冊状電極を示す図 17と同様位置の要部拡大平 面図である。
園 20]図 20は第 4の実施の形態による発振器装置を示す平面図である。 [図 21]図 21は図 20中の発振器装置を示す電気回路図である。
[図 22]図 22は第 5の実施の形態による通信機装置を示すブロック図である。
符号の説明
[0020] 1 , 11 誘電体基板
2, 12 TM010モード共振器
2A, 2B, 12A, 12B 共振器電極（円形電極）
3 スルーホール
13, 14, 21— 27, 31— 33 短冊状電極
56 TM010モード共振器装置
61 通信機装置 (送受信装置）
76 発振器装置
発明を実施するための最良の形態
[0021] 以下、本発明の実施の形態による発振器装置および通信装置を、添付図面を参照 しつつ詳細に説明する。
[0022] まず、図 1ないし図 3は第 1の実施の形態による TM010モード共振器装置を示し、 図において、 1は TM010モード共振器装置の本体をなす誘電体基板で、該誘電体 基板 1は、例えば 24程度の比誘電率 ε r ( ε r= 24)をもったセラミックス材料等を用 レ、て形成されている。また、誘電体基板 1は、例えば略四角形の平板からなり、後述 の共振器電極 2A， 2Bよりも一回り大きい程度の面積をもった小片状 (チップ状）をな している。
[0023] 2は誘電体基板 1の中央部に設けられた TM010モード共振器で、該 TM010モー ド共振器 2は、誘電体基板 1の中央に位置して表面 1Aと裏面 1Bとにそれぞれ設けら れた円形電極からなる共振器電極 2A, 2Bによって構成されている。また、共振器電 極 2A, 2Bは、金属材料等の導電性薄膜を用いて形成され、略円形状をなして互い に対向した位置に配置されると共に、その直径寸法 Dが誘電体基板 1内の共振周波 数による波長 gに応じた値 (例えば D= g)に設定されている。
[0024] そして、誘電体基板 1内には、共振器電極 2A, 2B間に位置して誘電体基板 1の厚 さ方向に延びる電界 Eが形成されると共に、共振器電極 2A， 2Bの中心位置に対し て同心円状をなす磁界 Hが形成される（図 2、図 3参照)。また、共振器電極 2A, 2B には、その中心位置と外周縁との間に放射方向に沿った電流 Iが流れるものである。
[0025] 3は共振器電極 2A, 2Bの周囲に沿って誘電体基板 1を貫通して設けられた複数（ 例えば 12個）のスルーホールで、該各スルーホール 3の内壁面 3A (内部）は、電極 が省かれた非電極形成部となっている。また、誘電体基板 1内の共振周波数による 波長 λ gに対して、隣合うスルーホール 3の間隔寸法 P0 (ピッチ）は共振周波数による 波長 gの 1/4以下（P0≤ gZ4)に設定されている。そして、これら複数のスルー ホール 3は、共振器電極 2A, 2Bを取囲んで配置され、全体として開放端を形成して いる。
[0026] 本実施の形態による TM010モード共振器装置は上述の如き構成を有するもので 、TM010モード共振器 2の動作時には、共振器電極 2A， 2Bの中心位置と外周縁 位置とに互いに逆向きの電界 Eが形成されると共に、共振器電極 2A， 2Bの中心位 置に対して同心円状をなす磁界 Hが形成される。これにより、 TM010モード共振器 2は、共振器電極 2A, 2Bの直径寸法 Dを 1波長とする周波数で共振する。
[0027] 然るに、 TM010モード自体は、一般的に放射モードであり、そのような特徴を活か してアンテナ等のアプリケーションに用いられることが多い。しかし、 TM010モード共 振器 2として用いる場合、放射が大きいために放射損 Qrが悪くなり、無負荷 Q (Qo) 自体も悪くなるという問題がある。
[0028] これに対し、本実施の形態では、誘電体基板 1には共振器電極 2A, 2Bの周囲に 沿って内壁面 3Aの電極が省かれた複数のスルーホール 3を設けたから、共振器電 極 2A, 2B間に形成された電磁界をスルーホール 3の内壁面 3Aと空気との境界で全 反射させることができる。この結果、電磁界の放射を抑圧して無負荷 Q (Qo)を高める ことができると共に、エネルギ閉じ込め性を向上することができる。
[0029] また、隣合うスルーホール 3の間隔寸法 P0を共振周波数の波長; l gの 1Z4以下に 設定したから、隣合うスルーホール 3の間から電磁界が漏れるのを防止でき、電磁界 の閉じ込め性を高めることができる。
[0030] 次に、図 4ないし図 6は第 2の実施の形態による TM010モード共振器装置を示し、 本実施の形態の特徴は、誘電体基板の両面には、共振器電極を取囲んで複数の短 冊状電極を放射状に配置したことにある。
[0031] 11は第 1の実施の形態による誘電体基板 1とほぼ同様の誘電体基板で、該誘電体 基板 11は、例えば 25程度の比誘電率 ε r ( ε r= 25)をもったセラミックス材料等を用 いて略四角形の平板状に形成されている。
[0032] 12は誘電体基板 11の中央部に設けられた TM010モード共振器で、該 TM010モ ード共振器 12は、第 1の実施の形態による TM010モード共振器 2とほぼ同様に、誘 電体基板 11の中央に位置して表面 11Aと裏面 11Bとにそれぞれ設けられた円形電 極からなる共振器電極 12A， 12Bによって構成されている。また、共振器電極 12A, 12Bは、導電性薄膜を用いて互いに対向した位置に配置されると共に、その直径寸 法 Dが誘電体基板 11内の共振周波数による波長 λ gに応じた値 (例えば D= λ g)に 設定されている。
[0033] そして、共振器電極 12A， 12Bの中心位置と外周縁位置とは擬似的に開放され、 これらの位置には互いに逆向きの電界が形成される。また、共振器電極 12A, 12Bと の間には、共振器電極 2A, 2Bの中心位置に対して同心円状をなす磁界が形成さ れる。これにより、 TM010モード共振器 12は、共振器電極 12A, 12Bの直径寸法 D を 1波長とする周波数で共振する。
[0034] 13, 14は共振器電極 12A, 12Bを取囲んで誘電体基板 11の表面 11A、裏面 11 Bにそれぞれ設けられた短冊状電極で、該短冊状電極 13は、共振器電極 12Aとの 間に微小な間隔寸法 d (例えば d= 50 μ m程度）をもった一定の隙間が形成されると 共に、共振器電極 12Aの周囲に放射状に複数個（例えば 24個）配置されている。同 様に、短冊状電極 14は、共振器電極 12Bとの間に間隔寸法 dをもった一定の隙間が 形成されると共に、共振器電極 12Bの周囲に放射状に複数個配置されている。
[0035] また、各短冊状電極 13, 14は、略矩形状をなすと共に、放射方向に向けて延びる 長さ寸法 Lが共振周波数による波長 λ gの 1/4程度の値 (L= λ g/4)に設定されて いる。これにより、短冊状電極 13, 14の先端側（最外周端側）は擬似的に短絡される から、複数の短冊状電極 13, 14によって TM010モード共振器 12を取囲む円環状 の短絡端を形成することができる。
[0036] さらに、短冊状電極 13の先端側では、周方向に離間した隣合う短冊状電極 13の 間隔寸法 PI (ピッチ）は共振周波数による波長え gの 1/4以下（P1≤ λ g/4)に設 定されている。同様に、短冊状電極 14の先端側でも、隣合う短冊状電極 14の間隔 寸法 P1 (ピッチ）は共振周波数による波長え gの 1/4以下（P1≤ λ g/4)に設定され ている。
[0037] なお、短冊状電極 13， 14は、誘電体基板 1 1を挟んで互いに対向する位置に配置 してもよく、周方向に位置ずれして配置してもよい。また、短冊状電極 13， 14の個数 は、同じ個数としてもよく、互いに異なる個数としてもよい。
[0038] 本実施の形態による TM010モード共振器装置は上述の如き構成を有するもので 、TM010モード共振器 12の基本的な作動は第 1の実施の形態による TM010モー ド共振器 2と変わるところはない。
[0039] ここで、 TM010モード共振器 12の無負荷 Q (Qo)を向上させる方法は、放射損 Qr を小さくする方法以外に、誘電体基板 1 1の厚さ寸法 tを大きくする方法がある。これ は、導体損 Qcが誘電体基板 1 1の厚さ寸法 tと表皮深さ寸法 δとの比（Qc = t/ 5 ) で表される力もである。例えば、誘電体基板 1 1の厚さ寸法 tを 0. 6mm (t = 0. 6mm )、表皮深さ寸法 δを 0· 6 β ιη ( δ = 0. 6 /i m)とした場合には、導体損 Qcは 1000 ( Qc = 1000)となる。このように、誘電体基板 1 1の厚さ寸法 tを大きくすれば、導体損 Qcを向上させることができるものの、逆に放射損 Qrが大きくなる傾向がある。
[0040] この結果、例えば誘電体基板 1 1をチップ状に形成し、その端面によって開放端を 形成しても、誘電体基板 1 1の厚さ寸法 tを大きくしたときには、放射の影響でェネル ギ閉じ込め性が悪化するという問題がある。
[0041] これに対し、本実施の形態では、誘電体基板 1 1の表面 1 1Aと裏面 1 1Bとには、共 振器電極 12A, 12Bを取囲んで放射状に延びる複数の短冊状電極 13 , 14を設けた から、短冊状電極 13， 14の先端側を擬似的に短絡させ、電界を共振器電極 12A， 1 2B間に集中させることができる。このため、本実施の形態では、磁界エネルギを閉じ 込めることができ、電磁界の放射を抑圧することができる。
[0042] このような短冊状電極 13， 14による放射の抑圧効果を確認するために、短冊状電 極 13, 14を設けた共振器装置と短冊状電極 13, 14を省いた共振器装置とをそれぞ れ略四角形の箱形状 (空間）をなすキヤビティ 15内に収容した場合を仮定し（図 7参 照）、それぞれの共振器装置について、 3次元電磁界シミュレーションを用いて、キヤ ビティ 15上部 (誘電体基板 11の表面 11A側）の空間高さ寸法 hを変化させたときの 共振周波数の変動率 A f/fOを計算した。この結果を図 8に示す。
[0043] なお、図 8の結果は、共振周波数 f0を 38GHz (f0 = 38GHz)、誘電体基板 11の比 誘電率 ε rを 25 ( ε r = 25)、誘電体基板 11の厚さ寸法 tを 0. 6mm (t = 0. 6mm)、 略正方形状をなす誘電体基板 11の一辺の長さ寸法 L0を 2. 5mm (L0 = 2. 5mm)、 共振器電極 12A, 12Bの直径寸法 Dを 1. 6mm (D = l . 6mm)、短冊状電極 13， 1 4の長さ寸法 Lを 0. 23mm (L=0. 23mm)、短冊状電極 13, 14の幅寸法 Wを 0. 1 mm (W=0. 1mm)、短冊状電極 13， 14の個数を 24個、共振器電極 12A， 12Bと 短冊状電極 13, 14との間の間隔寸法 dを 50 z m (d = 50 x m)、略正方形状をなす キヤビティ 15の一辺の長さ寸法 L1を 3mm (LI = 3mm)として計算した。
[0044] また、誘電体基板 11はキヤビティ 15の中央に浮遊状態で配置するものとした。実 際には、 TM010モード共振器 12の共振特性に影響を与えないように、誘電体基板 11を低誘電率材料からなる支持台の上に載置する構成となる。
[0045] 図 8の結果より、本実施の形態のように短冊状電極 13， 14を設けた場合は、短冊 状電極 13, 14を省いた場合に比べて、キヤビティ 15の空間高さ寸法 hを変化させた ときでも共振周波数 f0の変動が小さいことが分かる。即ち、短冊状電極 13， 14を設 けた場合の方が省いた場合に比べて電磁界の放射が少ないから、キヤビティ 15の影 響が少ないものと考えられ、短冊状電極 13, 14による放射の抑圧効果を確認するこ とができた。
[0046] 力べして、本実施の形態では、誘電体基板 11の表面 11 Aと裏面 11 Bとには共振器 電極 12A, 12Bを取囲んで放射状に延びる複数の短冊状電極 13, 14を設けたから 、短冊状電極 13, 14の長さ寸法 Lを共振周波数による波長; l gの 1Z4に設定するこ とによって、各短冊状電極 13, 14の先端側を擬似的に短絡することができる。このと き、放射状に配置された複数の短冊状電極 13, 14で共振器電極 12A， 12Bを取囲 むから、共振器電極 12A, 12B間に形成された電磁界を、短絡端をなす短冊状電極 13, 14の先端側で全反射させることができ、エネルギ閉じ込め性を高めることができ る。 [0047] この結果、誘電体基板 11の厚さ寸法 tを大きくしても、共振器電極 12A, 12B間の 電磁界が放射するのを抑圧することができるから、導体損 Qcと放射損 Qrとを一緒に 向上させることができ、 TM010モード共振器 12の無負荷 Q (Qo)を高めることができ る。
[0048] また、隣合う短冊状電極 13， 14の間隔寸法 P1は共振周波数による波長 gの 1/ 4以下（Pl≤ gZ4)に設定したから、隣合う短冊状電極 13， 14の間から電磁界が 漏れるのを防止でき、エネルギ閉じ込め性を高めることができる。
[0049] なお、第 2の実施の形態では、短冊状電極 13, 14の長さ寸法 Lは共振周波数によ る波長; l gの 1Z4に設定し、短冊状電極 13, 14の先端側を擬似的に短絡する構成 とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば短冊状電極の長さ寸法を共振周波数 による波長 λ gの 1Ζ2に設定し、短冊状電極の先端側を擬似的に開放する構成とし てもよレ、。また、短冊状電極の長さ寸法はこれらの値に限らず、その先端側が擬似的 に短絡または開放される値であればよい。
[0050] また、第 2の実施の形態では、略矩形状 (長方形状）の短冊状電極 13, 14を用いる 構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図 9ないし図 15に示す第 1ないし 第 7の変形例のように、略三角形状の短冊状電極 21、略菱形状の短冊状電極 22、 略台形状の短冊状電極 23、略六角形状の短冊状電極 24、略五角形状の短冊状電 極 25、両端が円弧状をなす略長穴形状の短冊状電極 26、略楕円形状の短冊状電 極 27等をそれぞれ用いる構成としてもよい。
[0051] 次に、図 16および図 17は第 3の実施の形態による TM010モード共振器装置を示 し、本実施の形態の特徴は、短冊状電極の長さ方向の途中位置でインピーダンスが ステップ状に変化するステップインピーダンス形に形成したことにある。なお、本実施 の形態では、第 2の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を 省略するものとする。
[0052] 31は共振器電極 12A, 12Bを取囲んで誘電体基板 11の表面 11A、裏面 11Bに それぞれ設けられた短冊状電極で、該短冊状電極 31は、第 2の実施の形態による短 冊状電極 13, 14とほぼ同様に、共振器電極 12A， 12Bとの間に微小な間隔寸法 d をもった一定の隙間が形成されると共に、共振器電極 12A, 12Bの周囲に放射状に 複数個（例えば 24個）配置されている。
[0053] また、短冊状電極 31は、長さ方向の途中位置（中間位置）が広幅となり、両端が狭 幅となった略十字形状をなし、長さ方向のインピーダンスがステップ状に変化すると 共に、短冊状電極 31の先端側 (最外周端側）は擬似的に短絡される構成となってい る。これにより、複数の短冊状電極 31は、第 2の実施の形態による短冊状電極 13, 1 4とほぼ同様に、 TM010モード共振器 12を取囲む円環状の短絡端を形成している 。さらに、短冊状電極 31の先端側では、周方向に離間した隣合う短冊状電極 31の 間隔寸法 P1 (ピッチ）は共振周波数による波長 λ gの 1Ζ4以下（PI≤ λ g/4)に設 定されている。
[0054] なお、短冊状電極 31は、誘電体基板 11を挟んで互いに対向する位置に配置して もよぐ周方向に位置ずれして配置してもよい。また、短冊状電極 31の個数は、同じ 個数としてもよぐ互いに異なる個数としてもよい。
[0055] 本実施の形態による TM010モード共振器装置は上述の如き構成を有するもので 、TM010モード共振器 12の基本的な作動は第 2の実施の形態による TM010モー ド共振器 12と変わるところはない。
[0056] しかし、本実施の形態では、長さ方向の途中位置でインピーダンスがステップ状に 変化する略十字形状の短冊状電極 31を用いるから、例えば第 2の実施の形態によう に略矩形状の短冊状電極 13, 14を用いた場合に比べて、長さ方向の寸法を短縮す ること力 Sできる。このため、共振器装置全体を小型化することができる。
[0057] なお、第 3の実施の形態では、ステップインピーダンス形として略十字形状の短冊 状電極 31を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図 18に示す 第 8の変形例のように、長さ方向の両端が広幅となり、中間位置が狭幅となった略ダ ンベル形状の短冊状電極 32を用いる構成としてもよい。また、例えば図 19に示す第 9の変形例のように、長さ方向の片端が広幅となり、他の部位が狭幅となった略丁字 形状の短冊状電極 33を用いる構成としてもよい。
[0058] また、第 2および第 3の実施の形態では、短冊状電極 13， 14, 21 27， 31 33 は誘電体基板 11の表面 11Aと裏面 11Bとの両面にそれぞれ設ける構成とした。しか し、本発明はこれに限らず、例えば誘電体基板の表面と裏面とのうちいずれか一方 の面にだけ短冊状電極を設ける構成としてもよい。この場合、電磁界の放射抑圧効 果は半減するものと考えられる。
[0059] さらに、前記第 1ないし第 3の実施の形態では、 TM010モード共振器 2, 12の共振 器電極 2A, 2B, 12A, 12Bはいずれも円形状に形成するものとした力 S、少なくともい ずれか一方が円形状であれば足りるものである。
[0060] また、前記第 1ないし第 3の実施の形態では、 TM010モード共振器装置の誘電体 基板 1 , 11は四角形状をなすものとしたが、例えば円形状、楕円形状等の他の形状 に形成してもよい。
[0061] 次に、図 20および図 21は本発明の第 4の実施の形態を示し、本実施の形態の特 徴は、 TM010モード共振器装置を用いて発振器装置を構成したことにある。なお、 本実施の形態では、第 1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その 説明を省略するものとする。
[0062] 41は誘電体材料からなる発振回路基板で、該発振回路基板 41は、例えば TM01 0モード共振器装置 56の誘電体基板 1に比べて低レ、誘電率をもったセラミックス材料 、樹脂材料等を用いて形成され、略四角形の平板状をなしている。
[0063] 42は発振回路基板 41の表面に設けられた発振回路部で、該発振回路部 42は、 電界効果トランジスタ 43 (以下、 FET43という）、マイクロストリップ線路 44、バイアス 回路 45等によって構成されている。そして、発振回路部 42は、電源端子 41Aを通じ て電源電圧が供給され、 TM010モード共振器 2によって設定された所定の発振周 波数の信号を発振すると共に、この信号を出力端子 41Bを通じて出力している。
[0064] ここで、 FET43のゲート端子 Gは、マイクロストリップ線路 44の基端側に接続されて いる。また、 FET43のソース端子 Sは、ソース側のバイアス回路 45に接続されると共 に、帰還周波数を制御するインダクタとしての誘導性スタブ 46に接続されてレ、る。
[0065] 一方、 FET43のドレイン端子 Dは、誘導性スタブ 47Aとコンデンサ 47Bとからなるフ ィルタ回路 47とバイアス抵抗 48とを介して電源端子 41Aに接続されると共に、直流 成分を遮断するためのカップルドライン 49を介して出力端子 41Bに接続されている。 また、電源端子 41Aにはサージ除去用のコンデンサ 50が接続されている。
[0066] さらに、マイクロストリップ線路 44の先端側には終端抵抗 51が接続されると共に、長 さ方向途中位置には後述の誘電体基板 1に向けて略 T字状に分岐して延び、その先 端側が ΤΜ010モード共振器 2を励振する励振電極 44Αとなっている。
[0067] 52は発振回路基板 41の表面に設けられた周波数制御回路部で、該周波数制御 回路部 52は、誘電体基板 1を挟んで発振回路部 42の反対側に配置されている。ま た、周波数制御回路部 52は、一端側が TM010モード共振器 2の近傍に配置された マイクロストリップ線路 53と、該マイクロストリップ線路 53の他端側に接続された変調 素子としての可変容量ダイオード 54 (バラクタダイオード）とによって大略構成されて いる。
[0068] ここで、可変容量ダイオード 54は、その力ソード端子がマイクロストリップ線路 53に 接続されると共に、アノード端子がグランドに接続されている。また、可変容量ダイォ ード 54の力ソード端子はチョークコイルをなす誘導性スタブ 55を介して制御入力端 子 41Cが接続されている。さらに、マイクロストリップ線路 53の先端側は TM010モー ド共振器 2を励振する励振電極 53Αとなっている。
[0069] そして、周波数制御回路部 52は、制御入力端子 41Cに印加される制御電圧に応 じて可変容量ダイオード 54の静電容量を変化させて、発振周波数 (共振周波数)を 制御している。
[0070] 56は発振回路部 42と周波数制御回路部 52との間に設けられた第 1の実施の形態 による TM010モード共振器装置で、該 TM010モード共振器装置 56の誘電体基板 1は、発振回路部 42と周波数制御回路部 52との間に位置して発振回路基板 41の表 面側に積み重ねて取付けられている。
[0071] また、 TM010モード共振器 2の共振器電極 2Α, 2Βのうち誘電体基板 1の裏面側 に設けられた共振器電極 2Βは、発振回路基板 41の表面に設けられたランド（図示 せず）等を通じてグランドに接続されている。そして、 TM010モード共振器 2は、マイ クロストリップ線路 44， 53の励振電極 44Α， 53Αを介して発振回路部 42と周波数制 御回路部 52に接続されている。
[0072] 本実施の形態による発振器装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動 について説明する。
[0073] 電源端子 41Aに駆動電圧が印加されると、 FET43のゲート端子 Gには、 TM010 モード共振器 2の共振周波数に応じた信号が入力される。これにより、発振回路部 4 2と TM010モード共振器装置 56とは帯域反射型発振回路を構成するから、 FET43 は、 TM010モード共振器 2の共振周波数に応じた信号を増幅し、出力端子 41Bを 通じて外部に向けて出力する。
[0074] また、 TM010モード共振器装置 56には可変容量ダイオード 54からなる周波数制 御回路部 52が接続されているから、制御入力端子 41Cに印加する制御電圧の値に 応じて、 TM010モード共振器 2の共振周波数を可変に設定することができる。これ により、発振器装置全体は電圧制御発振器 (VC〇）として機能する。
[0075] 力、くして、本実施の形態では、第 1の実施の形態による TM010モード共振器装置
56を用いて発振器装置を構成したから、 TM010モード共振器 2の電磁界が外部に 放射されるのを抑圧することができ、例えば TM010モード共振器装置 56を取囲む キヤビティを省くことができる。このため、発振器装置の低背化、簡略化を図ることが でき、製造コストを低減することができる。
[0076] なお、第 4の実施の形態では、 TM010モード共振器装置 56として第 1の実施の形 態による TM010モード共振器装置を用いる構成としたが、第 2または第 3の実施の 形態による TM010モード共振器装置を用いる構成としてもよい。
[0077] 次に、図 22は本発明の第 5の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、本発明 の TM010モード共振器装置を備えた発振器装置を用いて送受信装置としての通信 機装置を構成したことにある。
[0078] 61は本実施の形態による通信機装置で、該通信機装置 61は、例えば信号処理回 路 62と、信号処理回路 62に接続され高周波の信号を出力または入力する高周波モ ジュール 63と、該高周波モジュール 63に接続して設けられアンテナ共用器 64 (デュ プレクサ）を介して高周波の信号を送信または受信するアンテナ 65とによって構成さ れている。
[0079] そして、高周波モジュール 63は、信号処理回路 62の出力側とアンテナ共用器 64と の間に接続された帯域通過フィルタ 66、増幅器 67、ミキサ 68、帯域通過フィルタ 69 、電力増幅器 70によって送信側が構成されると共に、アンテナ共用器 64と信号処理 回路 62の入力側に接続された帯域通過フィルタ 71、低雑音増幅器 72、ミキサ 73、 帯域通過フィルタ 74、増幅器 75によって受信側が構成されている。そして、ミキサ 68 , 73には例えば第 4の実施の形態のように本発明の TM010モード共振器装置を用 レ、た発振器装置 76が接続されている。
[0080] 本実施の形態による通信機装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動 について説明する。
[0081] まず、送信時には、信号処理回路 62から出力された中間周波信号 (IF信号）は、 帯域通過フィルタ 66で不要な信号が除去された後、増幅器 67によって増幅されてミ キサ 68に入力される。このとき、ミキサ 68は、この中間周波信号と発振器装置 76から の搬送波とを掛け合わせて高周波信号 (RF信号）にアップコンバートする。そして、ミ キサ 68から出力された高周波信号は、帯域通過フィルタ 69で不要な信号が除去さ れた後、電力増幅器 70によって送信電力に増幅された後、アンテナ共用器 64を介 してアンテナ 65から送信される。
[0082] 一方、受信時には、アンテナ 65から受信された高周波信号は、アンテナ共用器 64 を介して帯域通過フィルタ 71に入力される。これにより、高周波信号は、帯域通過フ ィルタ 71で不要な信号が除去された後、低雑音増幅器 72によって増幅されてミキサ 73に入力される。このとき、ミキサ 73は、この高周波信号と発振器装置 76からの搬送 波とを掛け合わせて中間周波信号にダウンコンバートする。そして、ミキサ 73から出 力された中間周波信号は、帯域通過フィルタ 74で不要な信号が除去され、増幅器 7 5によって増幅された後、信号処理回路 62に入力される。
[0083] 力べして、本実施の形態によれば、放射が抑圧された本発明の TM010モード共振 器装置からなる発振器装置 76を用いて通信機装置を構成するから、発振器装置 76 の構造を簡略化でき、通信機装置全体の製造コストを低減することができる。
[0084] なお、前記第 5の実施の形態では、本発明による TM010モード共振器装置を用い た発振器装置 76を通信機装置 61に適用した場合を例を挙げて説明したが、例えば レーダ装置等に適用してもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 誘電体基板と、該誘電体基板の両面に設けられた電極とからなり、該両面の電極 のうち少なくとも一方が円形電極によって形成してなる TM010モード共振器装置に おいて、
前記誘電体基板には前記円形電極の周囲に沿って複数のスルーホールを貫通し て設けると共に、該各スルーホールの内部は電極を省いた非電極形成部とし、 前記円形電極の周囲には、前記複数のスルーホールを用いて電磁界の閉じ込め 性を高めるための開放端を設けたことを特徴とする TM010モード共振器装置。
[2] 前記誘電体基板内の共振周波数による波長をえ gとしたときに、前記隣合うスルー ホールの間隔寸法は λ g/4以下に設定してなる請求項 1に記載の TM010モード共 振器装置。
[3] 誘電体基板と、該誘電体基板の両面に設けられた電極とからなり、該両面の電極 のうち少なくとも一方が円形電極によって形成してなる TM010モード共振器装置に おいて、前記円形電極を取囲んで前記誘電体基板の両面または片面に設けられ前 記円形電極との間に隙間を形成した状態で複数の短冊状電極を放射状に配置する 構成としたことを特徴とする TM010モード共振器装置。
[4] 前記誘電体基板内の共振周波数による波長を λ gとしたときに、前記短冊状電極は 放射状に延びる長さ寸法が λ gZ4となった矩形状に形成してなる請求項 3に記載の TM010モード共振器装置。
[5] 前記隣合う短冊状電極の間隔寸法は λ gZ4以下に設定してなる請求項 3または 4 に記載の TM010モード共振器装置。
[6] 請求項 1ないし 5のいずれかに記載の TM010モード共振器装置を用いた発振器装 置。
[7] 請求項 1ないし 5のいずれかに記載の TM010モード共振器装置を用いた送受信装 置。
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