WO2014024349A1 - Ｔｍ０１０モード用誘電体共振器及び共振子並びに誘電体フィルタ - Google Patents

Ｔｍ０１０モード用誘電体共振器及び共振子並びに誘電体フィルタ Download PDF

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WO2014024349A1
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WO
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dielectric
resonator
dielectric member
mode
tubular
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PCT/JP2013/002499
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Inventor
崇 笠島
和重 大林
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H01P1/2084—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with dielectric resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0485—Dielectric resonator antennas

Definitions

  • the present invention relates to a TM 010 mode dielectric resonator, a resonator, and a dielectric filter, and more specifically, a small TM 010 mode dielectric resonator having a high Qu value and exhibiting sufficient filter characteristics, and the TM 010
  • the present invention relates to a resonator exhibiting a high Q ⁇ f value provided in a mode dielectric resonator and a small dielectric filter exhibiting sufficient filter characteristics.
  • a dielectric filter that passes only the frequency band necessary for communication and blocks unnecessary frequency bands is indispensable.
  • a dielectric filter includes at least one dielectric resonator, and is disposed in a radio base station together with an antenna and the like.
  • Such a dielectric resonator has a basic mode in which an electromagnetic field exists in a cavity in the dielectric resonator and exhibits a high function even if it is large at an early stage when the number of installed radio base stations is small.
  • Dielectric resonators that are in the TE 01 ⁇ mode have been used.
  • Patent Document 1 discloses that “dielectric materials having different dielectric constants are arranged in layers in a direction crossing the electric field lines of spurious mode and fired integrally.
  • a dielectric resonator characterized in that "Claim 1" is described.
  • Patent Document 2 relates to a dielectric element used in a TE 01 ⁇ mode used for a dielectric resonator, and “elements are formed by joining at least two kinds of dielectric materials having different relative dielectric constants in a required direction of the element shape.
  • Dielectric element in which a material having a high relative dielectric constant is arranged on the outer peripheral side of the element shape and a material having a low relative dielectric constant is arranged on the center side (Claim 3). Has been.
  • the basic mode is a dielectric resonator whose mode is not the TM 010 mode.
  • Patent Document 3 states that “in a dielectric resonator including a dielectric resonator body and a support base, the dielectric resonator body has a circular shape.
  • a dielectric resonator body comprising an annular outer dielectric member and an inner dielectric member formed in a central hole of the annular outer dielectric member and having the same or different dielectric constant as the annular outer dielectric member "Dielectric resonator characterized in that a support base is fixed to the lower end face of" (Claim 1 etc.).
  • the radio base station itself has also been downsized due to the narrowing of the installation space of the radio base station, and downsizing of the dielectric resonator is also required. It has been.
  • a dielectric resonator used in a microwave communication device or the like to which a communication frequency on the higher frequency side than the conventional one is assigned may be large due to the influence of the resonance frequency when trying to cope with the conventional dielectric resonator. There is a need for downsizing.
  • a dielectric element with a dielectric material having a large dielectric constant ⁇ in this invention, sometimes referred to as a relative dielectric constant ⁇ r.
  • known dielectric materials having a large relative dielectric constant ⁇ r generally have a small Q ⁇ f value (f 0 / tan ⁇ ), and when a dielectric element is manufactured, the unloaded Qu value of the dielectric resonator is also small. There is a problem that sufficient filter characteristics are not exhibited.
  • the present invention is equipped with a small-sized TM 010 mode dielectric resonator having a TM 010 mode as a fundamental mode and a high Qu value and exhibiting sufficient filter characteristics, and the TM 010 mode dielectric resonator.
  • An object is to provide a resonator exhibiting a high Q ⁇ f value.
  • Another object of the present invention is to provide a small dielectric filter that exhibits sufficient filter characteristics.
  • the inventors of the present invention arrange a first dielectric member made of a dielectric material having a high dielectric constant ⁇ in a concentrated region where a resonant electric field is concentrated in the dielectric resonator, and When a second dielectric member made of a dielectric material having a low dielectric constant ⁇ is arranged around the periphery, the electric field concentration in the concentrated region is further increased and the resonant electric field leaking from the concentrated region is confined in the dielectric resonator. I found out that I can do it.
  • the inventors of the present invention arrange a columnar dielectric member as the first dielectric member in the concentrated region, and form a tubular dielectric as the second dielectric member so as to be concentric around it.
  • the resonator was placed the body member, in particular employing the TM 010 mode as resonator TM 010 mode dielectric resonator to the fundamental mode, despite can be miniaturized dielectric resonator for TM 010 mode, It was found that a high Qu value appears at an arbitrary dielectric constant ⁇ .
  • a resonator according to the present invention as means for solving the above-described problem is a resonator that is accommodated in a state where at least one end face is in close contact with a metal casing of a dielectric resonator for TM010 mode, and is a columnar dielectric.
  • a body member, one or more tubular dielectric members arranged concentrically around the columnar dielectric member and having a dielectric constant smaller than that of the columnar dielectric member, the columnar dielectric member, and the tubular dielectric body And an electrode provided on each end face of the member.
  • the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention as means for solving the problems accommodates the resonator with the resonator according to the present invention and at least one end face of the resonator being in close contact with each other. It is provided with a metal housing.
  • a dielectric filter according to the present invention as means for solving the above-described problems includes at least one TM010 mode dielectric resonator according to the present invention.
  • a resonator according to the present invention includes a columnar dielectric member, one or more tubular dielectric members that are concentrically arranged around the columnar dielectric member and have a dielectric constant smaller than that of the columnar dielectric member, and an electrode. Therefore, when accommodated in a metal casing as a resonator of a TM010 mode dielectric resonator, it contributes to miniaturization and concentrates the resonant electric field to exhibit a high Qu value at an arbitrary dielectric constant. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a resonator that contributes to a small TM 010 mode dielectric resonator having the TM 010 mode as a fundamental mode to exhibit sufficient filter characteristics.
  • the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention includes the resonator according to the present invention and the metal casing, and therefore exhibits a high Qu value at an arbitrary dielectric constant even if the resonator is downsized. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a small TM 010 mode dielectric resonator having a TM 010 mode as a fundamental mode, a high Qu value, and sufficient filter characteristics.
  • the dielectric filter according to the present invention includes at least one TM010 mode dielectric resonator according to the present invention, a small dielectric filter exhibiting sufficient filter characteristics can be provided.
  • Figure 1 is a sectional view showing an example of a TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention, the cross section perpendicular to FIG. 1 (a) axis of the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention
  • FIG. 1B is an axial cross-sectional view showing a cross section including the axis of the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention.
  • FIG. 2 is an axial sectional view showing another example of the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention.
  • FIG. 2 (a) shows that both end surfaces of the tubular dielectric member and the columnar dielectric member are made of metal.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an example of a TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention, the cross section perpendicular to FIG. 1 (a) axis of the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention
  • FIG. 1B is an
  • FIG. 2B is an axial cross-sectional view showing an example in which one end face of a columnar dielectric member is not in close contact with the metal housing.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a modification of the resonator according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing an example of a dielectric filter according to the present invention, and FIG. 4A shows a cross section of the dielectric filter according to the present invention cut along a plane perpendicular to the axis of the resonator.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing the AA cross section of FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the relative dielectric constant Ipushiron'aru_ eff apparent the volume ratio of the TM 010 mode dielectric resonator according to Example 1 and Comparative Example 1 (V DR / V cav. ).
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the volume ratio (V DR / V cav. ) Of the TM 010 mode dielectric resonator and the Qu value in Example 1.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the volume ratio (V DR / V cav. ) Of the TM 010 mode dielectric resonator and the resonator volume ratio (V DR — O / V DR — I ) in Example 1 . It is.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the volume ratio (V DR / V cav. ) Of the TM 010 mode dielectric resonator and the apparent Q ⁇ f_ eff value in Example 1 and Comparative Example 1.
  • Figure 9 is a graph showing the relationship between the relative dielectric constant Ipushiron'aru_ eff apparent the volume ratio of the TM 010 mode dielectric resonator according to Example 2 and Comparative Example 2 (V DR / V cav. ).
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the volume ratio (V DR / V cav. ) And the Qu value of the TM 010 mode dielectric resonator in Example 2 and Comparative Example 2.
  • Figure 11 is a graph showing the relationship between the relative dielectric constant Ipushiron'aru_ eff volume ratio of TM 010 mode dielectric resonator according to Example 3 and Comparative Example 3 (V DR / V cav.) Apparent.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the volume ratio (V DR / V cav. ) And the Qu value of the TM 010 mode dielectric resonator in Example 3 and Comparative Example 3.
  • TM 010 mode dielectric resonator 1 which is an example of a TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention, as shown in FIG. 1, the resonator 11 is an example of a resonator according to the present invention, And a metal housing 12 that houses the resonator 11 in a state in which both end faces thereof are in close contact with each other.
  • the resonator 11 includes a columnar dielectric member 14, one tubular dielectric member 15 disposed concentrically around the columnar dielectric member 14, and both end surfaces of the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15.
  • the electrode 16 and the electrode 17 are provided, and the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15 are configured separately.
  • the columnar dielectric member 14 is made of a high dielectric material having a high dielectric constant ⁇ , that is, a relative dielectric constant ⁇ r, and is formed into a solid cylindrical body.
  • the high dielectric material is a dielectric material having a relative dielectric constant ⁇ r of, for example, 70 or more, preferably 70 to 90, and contributes to miniaturization of the TM 010 mode dielectric resonator 1. Examples of such a high dielectric material include various conventionally known dielectric materials.
  • a Li—Ca—Sm—Ti—O system a Ba—Nd—Ti—O system, a Ba— Sm—Nd—Ti—O, Ba—Sm—Ti—O, Pb—Ca—Fe—Nb—O, and the like can be given.
  • the tubular dielectric member 15 is a low dielectric material having a dielectric constant ⁇ smaller than that of a high dielectric material, that is, a relative dielectric constant ⁇ r.
  • the tubular dielectric member 15 is formed into a solid circular tube having a cross section perpendicular to the axis. Yes.
  • the low dielectric material is, for example, a dielectric material having a relative dielectric constant ⁇ r of 45 or less, preferably 20 to 45. Examples of such a low dielectric material include various conventionally known dielectric materials. Specific examples include Ba—Zn—Mg—Ta—Nb—O, Ba—Mg—Zn—T—Nb.
  • the difference between the relative dielectric constant ⁇ r of the high dielectric material and the relative dielectric constant ⁇ r of the low dielectric material is not particularly limited.
  • the outer diameter and axial length of the columnar dielectric member 14 and the outer diameter and axial length of the tubular dielectric member 15 are appropriately determined according to the resonance frequency f 0 and the like, and the inner diameter of the tubular dielectric member 15 is determined. Is set to be equal to or larger than the outer diameter of the columnar dielectric member 14.
  • the inner diameter of the tubular dielectric member 15 is substantially the same as the outer diameter of the columnar dielectric member 14, and the length of the tubular dielectric member 15 in the axial direction is the length of the columnar dielectric member 14 in the axial direction. May be the same or different lengths.
  • the metal housing 12 is not particularly limited as long as it functions as a housing for the TM 010 mode dielectric resonator, and a known housing is appropriately applied.
  • the metal housing 12 is a cylindrical body having a cylindrical hollow space 18 therein.
  • the metal that forms the metal casing 12 may be any metal that is used as a housing for the TM 010 mode dielectric resonator.
  • oxygen-free copper having excellent conductivity, or aluminum or silver having excellent workability.
  • Copper or stainless steel As an example of the metal housing 12, in addition to the metal housing formed of the metal, for example, a metal housing in which silver or copper is plated or vapor-deposited on the inner wall of a housing made of oxygen-free copper or aluminum to increase the conductivity. Examples include the body.
  • the outer diameter, inner diameter and inner volume V CAV. (Also referred to as the inner product.)
  • the dimensions, such as wall thickness is suitably determined depending on the resonance frequency and the like, that have dimensions that satisfy the volume ratio to be described later (V DR / V CAV.) , TM 010 mode
  • the dielectric resonator 1 for use exhibits a high Qu value at an arbitrary dielectric constant ⁇ , and also in that a relative dielectric constant ⁇ r of 50 to 70 and a high Qu value that cannot be realized conventionally can be achieved.
  • the resonator 11 and the metal housing 12 have a volume V DR of the resonator 11 and an internal volume V CAV. Satisfies the predetermined relationship. Specifically, the inner product V CAV.
  • the volume ratio of the volume V DR of resonator 11 is a total volume of the volume of the volume and the tubular dielectric member 15 of the columnar dielectric member 14 (V DR / V CAV. ) And is 0.1-0.8 The internal volume V CAV.
  • the volume V DR of the resonator 11, among them, the device to be used, and the dimensions of the metal housing 12 are determined by the resonance frequency f 0.
  • adjusting the volume V DR of the resonator 11 is the relative permittivity ⁇ r.
  • the metal casing is such that the volume ratio (V DR / V CAV. ) Is 0.1 to 0.2 . 12 internal volume V CAV.
  • volume V DR resonator 11 adjusting the volume V DR normal resonator 11, TM 010 mode dielectric resonator 1 while maintaining high Qu value is also not possible with conventional dielectric materials 50
  • a high dielectric constant ⁇ r of up to 70 can be exhibited.
  • the volume ratio (V DR_O / V DR_I ) between the volume of the columnar dielectric member 14 (V DR_I ) and the volume of the tubular dielectric member 15 (V DR_O ) is not particularly limited and is set as appropriate.
  • the respective volumes (V DR_I and V DR_O ) of the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15 correspond to the volumes of the columnar body and the tubular body, and do not include the volumes of the electrodes 16 and 17 described later.
  • the volume of the portion inserted into the step portion 23 of the metal housing 22 is included, and the volumes of the electrodes 26 and 27 are not included.
  • the inner product V CAV Corresponds to the volume of the hollow space 18.
  • the volume of the step portion 23 is not included in addition to the volume of the hollow space 28.
  • the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15 are formed as separate members, that is, fired, and the tubular dielectric member 15 is disposed concentrically around the columnar dielectric member 14.
  • the tubular dielectric member 15 may be disposed so that its inner peripheral surface is in close contact with the outer peripheral surface of the columnar dielectric member 14, and the inner peripheral surface and the columnar dielectric A gap may be provided between the member 14 and the outer peripheral surface of the member 14.
  • the gap between the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15 may be set as appropriate, for example, 0.5 mm or less, preferably 0.2 mm or less.
  • the electrode 16 is installed on the whole or a part of both end faces of the columnar dielectric member 14, and the electrode 17 is installed on the whole or a part of both end faces of the tubular dielectric member 15.
  • the electrode 16 is formed in a disc shape on the entire end surface of the columnar dielectric member 14, and the electrode 17 is formed in an annular shape on the entire end surface of the tubular dielectric member 15.
  • the electrodes 16 and 17 are made of a known electrode material and have an appropriate thickness. Examples of the electrode 16 include an electrode made of silver or a silver alloy, an electrode in which silver or a silver alloy is mixed with a glass phase, and the like.
  • the resonator 11 in which the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15 are concentrically arranged has the axis of the resonator 11 and the axis of the metal housing 12 substantially parallel to each other.
  • the resonator 11 is accommodated in the hollow space 18 of the metal housing 12 so as to preferably coincide.
  • the resonator 11 is accommodated in a state in which both end faces thereof, that is, the electrode 16 and the electrode 17 are in close contact with the inner wall of the metal housing 12, that is, in a state where the resonator 11 is fixed in the axial direction.
  • the resonator 11 can also be fixed by soldering the electrodes 16 and 17 and the inner wall of the metal housing 12.
  • the TM 010 mode dielectric resonator 1 is a resonator having the TM 010 mode as a fundamental mode and housed in a metal housing 12 so that both end faces of the resonator 11 are in close contact with the inner wall.
  • a support for supporting the resonator as in the case of the TE 01 ⁇ mode dielectric resonator, and in addition, since the resonant electric field is concentrated in the resonator 11, it is not necessary to secure a wide hollow space 18.
  • the housing 12 itself can be reduced in size.
  • the resonator 11 can be inserted and accommodated in a step provided in the metal housing 12 at least at one end so that the end face of the resonator 11 is in close contact with the inner wall of the metal housing 12.
  • the step portion 23 is provided in a concave shape in the axial direction at a position where the resonator 21 is accommodated in the hollow space 28.
  • the end face of the resonator 11 is in close contact with the inner wall of the step portion provided in the metal housing 12 through the electrode 16 and the electrode 17.
  • the length in the axial direction of the tubular dielectric member 15 and the columnar dielectric member 14 is not particularly limited. Specifically, in the longitudinal sectional view of the TM 010 mode dielectric resonator 1, as shown in FIG.
  • the length of the columnar dielectric member 24 in the axial direction is larger than the length of the tubular dielectric member 25 in the axial direction, and the columnar dielectric member 24 is inserted into the second step portion provided in the metal casing, and the metal casing is
  • the tubular dielectric member 25 may be inserted into the provided first step portion 23a.
  • the length of the tubular dielectric member 15 in the axial direction is larger than the length of the columnar dielectric member 14 in the axial direction, in other words, in the longitudinal sectional view of the resonator 11, the tubular dielectric member 15.
  • the columnar dielectric member 14 sandwiched between the two may be formed in a concave shape.
  • the length of the columnar dielectric member 14 in the axial direction may be equal to the length of the tubular dielectric member 15 in the axial direction.
  • the electromagnetic field distribution is concentrated in the gap, the electromagnetic field distribution inside the metal casing is disturbed, and the resonance frequency f 0 and the Qu value.
  • the gap will be larger.
  • the disturbance of the electromagnetic field distribution occurs, the disturbance of the resonance electromagnetic field in the vicinity of the central portion in the axial direction of the metal housing 12 can be suppressed, and the deviation of the resonance frequency f 0 and the Qu value can be suppressed.
  • the resonator 11 is inserted into the step portion provided in the metal housing 12, it is not necessary to strictly perform dimensional control so that no gap is generated between the resonator 11 and the metal housing 12. even if there is some dimensional variation between the resonator 11 and the metal casing 12, it is possible to suppress the deviation of the resonance frequency f 0 and Qu value.
  • the axial lengths of the tubular dielectric member 15 and the columnar dielectric member 14 in the resonator 11 are not particularly limited, as shown in FIG.
  • the length of the columnar dielectric member 24 in the axial direction at one end may be smaller than the length of the tubular dielectric member 25 in the axial direction.
  • the step part 23 of the metal housing 22 and the end surface of the columnar dielectric member 24 may be in close contact with each other or may be separated from each other.
  • a high dielectric material has a high dielectric constant ⁇ and contributes to the miniaturization of the dielectric resonator, but has a low Q ⁇ f value.
  • a low dielectric material has a low dielectric constant ⁇ , but has a high Q ⁇ f value and a dielectric resonator. Contributes to high performance.
  • the conventional dielectric material has a trade-off relationship between the dielectric constant ⁇ and the Q ⁇ f value, which contributes to either miniaturization or high performance, but cannot contribute to both. (For example, column 0004 of Patent Document 2).
  • a columnar dielectric member 14 made of a high dielectric material is disposed in a region where the electromagnetic field is concentrated, and a tubular dielectric member 15 made of a low dielectric material is disposed around the columnar dielectric member 14 to resonate. Since the child 11 is configured, the resonance electric field concentrates in the hollow space 18, particularly the high dielectric material at a high density, and an arbitrary dielectric constant ⁇ is expressed.
  • the resonance electric field is concentrated in a number within the resonator 11, because there is no possibility that the electromagnetic field is almost lost in the metallic cabinet 12, TM 010
  • a high Qu value particularly a specific high Qu value having a maximum point that protrudes upward
  • the TM 010 mode dielectric resonator 1 including the resonator 11 exhibits a high Qu value at an arbitrary dielectric constant ⁇ even if it is downsized.
  • a TM 010 mode dielectric resonator 2 which is another example of the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention, is an example of the resonator according to the present invention, as shown in FIG.
  • a resonator 21 and a metal housing 22 that accommodates the resonator 21 in a state in which both end faces thereof are in close contact with each other are provided.
  • the resonator 21 is disposed concentrically around the columnar dielectric member 24 and the columnar dielectric member 24, and includes a first tubular dielectric member 25a, a second tubular dielectric member 25b, and a third tubular dielectric member 25c.
  • Each of the member 25a, the second tubular dielectric member 25b, and the third tubular dielectric member 25c is configured as a separate member and is disposed so as to be in close contact with each other.
  • the columnar dielectric member 24 is basically the same as the columnar dielectric member 14, but is a high dielectric material having a high dielectric constant ⁇ and is shorter than the axial length of the metal housing 22, and the axial length of the hollow space 28 of the metal housing 22. It differs in that it is formed in a cylindrical body longer than the length (height) and the axial length of the tubular dielectric member 25. In general, if the axial length of the columnar dielectric member 24 is increased, the Qu value of the TM 010 mode dielectric resonator 2 can be further increased.
  • the tubular dielectric member 25 is basically the same as the tubular dielectric member 15, but differs mainly in that it has a three-layer structure and is set to a predetermined axial length. That is, the tubular dielectric member 25 includes a first tubular dielectric member 25a, a second tubular dielectric member 25b concentrically disposed around the first tubular dielectric member 25a, and a second tubular dielectric member 25b. And a third tubular dielectric member 25c disposed concentrically around the periphery.
  • the first tubular dielectric member 25a is shorter than the axial length of the columnar dielectric member 24, and the second tubular dielectric member 25b is shorter than the axial length of the first tubular dielectric member 25a, and the axial line of the third columnar dielectric member 25c. It is longer than the length, and the third tubular dielectric member 25c is shorter than the axial length of the second tubular dielectric member 25b and longer than the axial length (height) of the hollow space 28 of the metal housing 22.
  • Each of the columnar dielectric member 24 and the tubular dielectric member 25 has an end portion of the dielectric member disposed on the inner side in order from the third tubular dielectric member 25c toward the columnar dielectric member 24.
  • the columnar dielectric member 24 protrudes from the end surface of the tubular dielectric member 25 at both ends of the resonator 21, and specifically, the columnar dielectric member 24 and the tubular dielectric member 25 are disposed concentrically inside.
  • the end face of the tubular dielectric member disposed adjacent to the concentric outer side for example, the end face of the third tubular dielectric member 25c, the end face of the second tubular dielectric member 25b, or the end face of the first tubular dielectric member 25a. It protrudes more than it and has a staircase shape. In the stepped end portion, the amount of protrusion from the end face of the dielectric member disposed adjacent to the outside is not particularly limited, and is appropriately set.
  • each of the first tubular dielectric member 25a, the second tubular dielectric member 25b, and the third tubular dielectric member 25c are the columnar dielectric member 24, the first tubular dielectric member 25a, and the second tubular dielectric.
  • the member 25b and the third tubular dielectric member 25c are appropriately determined so as to be arranged concentrically with each other in close contact with each other, and preferably the inner volume V CAV.
  • the volume ratio of the volume V DR of the resonator 21 is a total volume of the volume of the volume and the tubular dielectric member 25 of the columnar dielectric member 24 (V DR / V CAV. ) Of 0.1-0.8
  • the frequency is appropriately determined according to the resonance frequency f 0 or the like so as to be within the range.
  • the dielectric constant ⁇ of the tubular dielectric member 25 decreases in order from the columnar dielectric member 24 toward the outside, that is, toward the concentric outer side.
  • the dielectric constant ⁇ Are smaller in the order of columnar dielectric member 24> first tubular dielectric member 25a> second tubular dielectric member 25b> third tubular dielectric member 25c. Therefore, the dielectric material forming the columnar dielectric member 24 and the tubular dielectric member 25 has such a magnitude relationship of the dielectric constant ⁇ .
  • the resonator 21 having such a dielectric constant ⁇ magnitude relationship in the dielectric member contributes to the TM 010 mode dielectric resonator 2 exhibiting an even higher Qu value.
  • the metal casing 22 is basically the same as the metal casing 12 except that the top and bottom surfaces of the hollow space 28 have step portions 23 corresponding to the end portions of the resonator 21.
  • the step portion 23 includes a first step portion 23a provided in a circular shape and a second step portion 23e disposed around the first step portion 23a.
  • the second step portion 23e further includes an inner second step portion 23b disposed around the first step portion 23a, an intermediate second step portion 23c disposed around the inner second step portion 23b, And an outer second step portion 23d disposed around the side second step portion 23c, and has a step shape corresponding to the end portion of the resonator 21.
  • the first step portion 23a, the inner second step portion 23b, the inner second step portion 23c, and the outer second step portion 23d are recessed so as to become shallower in this order. This corresponds to the protruding amounts of the columnar dielectric member 24 and the tubular dielectric member 25 at the end of the resonator 21.
  • the electrode 26 is basically the same as the electrode 16.
  • the electrode 27 is disposed on both end surfaces of the first tubular dielectric member 25a, the electrode 27 disposed on both end surfaces of the first tubular dielectric member 25a, the electrode 27 disposed on both end surfaces of the second tubular dielectric member 25b, and the third tubular dielectric member 25c. This is basically the same as the electrode 17 except that the electrode 27 is provided.
  • the resonator 21 has an internal volume V CAV.
  • the volume ratio (V DR / V CAV. ) Of the volume V DR of the resonator 21 with respect to is in the range of 0.1 to 0.8.
  • the resonator 21 has a columnar dielectric member 24 that is longer than the tubular dielectric member 25 and protrudes from the end surface of the tubular dielectric member 25. It is accommodated in the metal housing 22 in a state of being fixed in the axial direction and the planar direction by fitting with a step portion 23 recessed in the surface and the bottom surface.
  • this TM 010 mode dielectric resonator 2 is a resonator housed in a metal housing 22 so that both end faces of the resonator 21 are in close contact with the inner wall of the hollow space 28, that is, the stepped portion 23, the TM 010 mode As with the dielectric resonator 1, the metal casing 22 itself can be downsized.
  • the TM 010 mode dielectric resonator 2 includes a columnar dielectric member 24 made of a high dielectric material in a region where an electromagnetic field is concentrated, and a tubular dielectric member made of a low dielectric material around the dielectric member 24.
  • the resonator 21 is configured by arranging 25, even if the resonator is miniaturized like the TM010 mode dielectric resonator 1, a high Qu value is expressed at an arbitrary dielectric constant ⁇ .
  • the TM 010 mode dielectric resonator 2 has a longer axial length than that of the resonator 11 of the TM 010 mode dielectric resonator 1, and therefore the TM 010 mode dielectric resonator 1.
  • a higher dielectric constant ⁇ is arranged 25, even if the resonator is miniaturized like the TM010 mode dielectric resonator 1, a high Qu value is expressed at an arbitrary dielectric constant ⁇ .
  • the TM 010 mode dielectric resonator 2 has a longer axial length than that of the resonator 11 of the TM 010 mode dielectric resonator 1, and therefore the TM 010 mode dielectric resonator 1.
  • a higher dielectric constant ⁇ is arranged 25, even if the resonator is mini
  • FIG. 2B shows an example in which the stepped portion 23 and one end face of the columnar dielectric member 24 are not in close contact with each other and are separated from each other.
  • the length of the columnar dielectric member 24 in the axial direction is larger than the length of the hollow space 28 of the metal housing 22 in the axial direction.
  • One end face of the columnar dielectric member 24 is provided so as to protrude from the hollow space 28.
  • the tubular dielectric member 25 is provided with one end surface protruding from the hollow space 28, and the amount of protrusion from the hollow space 28 at one end surface of the tubular dielectric member 25 is the one end surface of the columnar dielectric member 24. The amount of protrusion from the hollow space 28 is larger.
  • one end surface of the columnar dielectric member 24 is recessed from one end surface of the tubular dielectric member.
  • a gap 29 is formed between the stepped portion 23 and the columnar dielectric member 24.
  • the gap 29 is formed by one end surface of the columnar dielectric member 24, the inner peripheral surface of the tubular dielectric member 25, and the metal housing 22.
  • the air gap 29 is located outside the region between the hollow space 28 and the resonant electromagnetic field distributed in the resonator 21. Therefore, even when the resonance electromagnetic field in the gap 29 is disturbed, the resonance electromagnetic field is hardly disturbed near the central portion in the axial direction of the metal housing 12.
  • the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention includes a columnar dielectric member and a tubular dielectric member as separate members, and the conventional dielectric resonator except that they are arranged concentrically. Manufactured basically in the same way.
  • the high-dielectric material is formed into a solid column having a predetermined size and fired, and electrodes are formed on both end surfaces with the electrode material to produce a columnar dielectric member.
  • the low dielectric material is formed into a solid tube of a predetermined size and fired, and electrodes are formed of the electrode material on both end surfaces to produce a tubular dielectric member.
  • a high dielectric material molded body and a low dielectric material molded body are arranged concentrically and then integrally fired to produce a resonator, a high dielectric material molded body and a low dielectric material molded body are formed.
  • the body may react with each other or be melt-mixed, and the boundary between the molded body of the high dielectric material and the molded body of the low dielectric material becomes an unclear integral, and the object of the present invention may not be achieved. Furthermore, a metal housing having a hollow space of a predetermined size inside, such as a tubular member having open ends, an upper lid and a lower lid, is produced. Steps are recessed in the upper and lower lids as necessary.
  • a TM010 mode dielectric resonator according to the present invention can be manufactured by placing a tubular dielectric member so as to be concentric in the periphery, arranging a tubular member having both ends open, and covering the upper lid.
  • a TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention may be manufactured by covering the top cover.
  • TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention and the resonator according to the present invention are not limited to the above-described example, and various modifications are possible as long as the object of the present invention can be achieved. It is.
  • the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15 have the same axial length, but in this invention, the resonator has a columnar dielectric member and a tubular dielectric having different axial lengths. You may have a body member. Specifically, as shown in FIG. 3A, even a resonator 31 having a columnar dielectric member 35 and a tubular dielectric member 36 having an axial length shorter than that of the columnar dielectric member 35. Good.
  • the columnar dielectric member 14 and the columnar dielectric member 24 are formed in a cylindrical body, and the tubular dielectric member 15 and the tubular dielectric member 25 are formed in a circular tube.
  • the columnar dielectric member and the tubular dielectric member are not limited to a cylindrical body or a circular tubular body, and the inner surface shape of the tubular dielectric member, that is, the axial hole shape is the same as the outer surface shape of the columnar dielectric member. It does not have to be. Specifically, as shown in FIG.
  • the outer and inner contours in a cross section perpendicular to the axis and the rectangular columnar columnar dielectric member 37 having a regular quadrangle as a bottom surface and a top surface are regular tetragons.
  • a resonator 32 having an annular tubular dielectric member 38 may be used.
  • the columnar dielectric member 14 and the outer contour in a cross section perpendicular to the axis are positive. It may be a resonator 33 having a tubular dielectric member 39 having a square shape and a circular inner contour.
  • the columnar dielectric member 14 and the columnar dielectric member 24, and the tubular dielectric member 15, the first tubular dielectric member 25a, the second tubular dielectric member 25b, and the third tubular dielectric are provided.
  • Each member 25c is formed in a single layer structure, but in this invention, the columnar dielectric member and the tubular dielectric member may be formed in a multilayer structure.
  • the metal housing 12 and the metal housing 22 are cylindrical, but in this invention, the metal housing has a polygonal top and bottom surface. Or an elliptical cylindrical body may be sufficient. Further, the metal housing 12 and the metal housing 22 have the cylindrical hollow space 18 and the hollow space 28. However, in this invention, the hollow space of the metal housing may be a prismatic or elliptical column shape, and is the outermost. It may be the same as or different from the outer surface shape of the tubular dielectric member disposed in the.
  • both ends of the resonator 21 are stepped, and the metal housing 22 is stepped on the top and bottom surfaces, specifically, the inner surface of the upper lid and the inner surface of the lower lid.
  • the metal casing has a stepped portion on at least one of the top surface and the bottom surface. That's fine.
  • the dielectric filter according to the present invention includes a plurality of dielectric resonators, and at least one of them includes the dielectric filter according to the present invention. Therefore, the plurality of dielectric resonators included in the dielectric filter according to the present invention only need to include at least one TM010 mode dielectric resonator according to the present invention, and all of them are the TM resonators according to the present invention. may be a dielectric resonator for 010 mode, have a TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention, and one or more dielectric resonator having a fundamental mode different from the TM 010 mode Good.
  • the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention need not be the same as long as the resonator and the metal housing according to the present invention are included.
  • the TM 010 mode dielectric resonator 1 for TM 010 mode dielectric resonator 2, TM 010 mode dielectric resonator having a resonator 31, TM having a TM 010 mode dielectric resonator and the resonator 33 having a resonator 32 010 mode
  • a plurality of types of dielectric resonators for use may be provided.
  • the dielectric filter 5 as an example of the dielectric filter according to the present invention includes a total of four TM 010 mode dielectric resonators 1 arranged in two rows and two columns. It has.
  • This dielectric filter 5 is basically the same as a conventionally known dielectric filter except that it includes the same TM 010 mode dielectric resonator 1. Specifically, a total of four TM 010 mode dielectric resonators 1 are arranged vertically and horizontally so that the metal casings 12 are in close contact with each other, and one of the TM 010 mode dielectric resonators 1 is hollow.
  • the input line 7 is arranged so as to be connected to the space 18, and the output line 8 is arranged so as to be connected to the hollow space 18 of one TM 010 mode dielectric resonator 1.
  • the four TM 010 mode dielectric resonators 1 are connected so that the resonators 11 are coupled to each other by microwaves at openings (also referred to as housing connecting portions) provided in the metal housing 12.
  • this opening part may be provided over the whole axial direction of the metal housing 12, as FIG. 4 shows, and may be provided in a part of axial direction.
  • an adjustment member for adjusting the amount of microwave coupling between the resonators 11 may be provided in the opening.
  • the dielectric filter 5 includes the TM 010 mode dielectric resonator 1 that exhibits a high Qu value at an arbitrary dielectric constant ⁇ even if it is small, the dielectric filter 5 itself is also small. The output wavelength is steep and sufficient filter characteristics are exhibited.
  • the dielectric filter according to the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be made within a range in which the object of the present invention can be achieved.
  • Example 1 and Comparative Example 1 (1) Production of columnar dielectric member 14 Using BaCO 3 powder (purity 99.9%), TiO 2 powder (purity: 99.95%) and Sm 2 O 3 powder (purity 99.95%) as raw material powders, These were dry-mixed for 25 minutes with a mixer and then primary ground with a vibration mill. As the cobblestone, alumina balls were used, and the grinding time was 4 hours. Next, the obtained mixed powder is heat-treated at 1200 ° C. for 3 hours in an air atmosphere. Thereafter, 3 parts by weight of an organic binder and 50 parts by weight of water are added to 100 parts by weight of the heat-treated powder, and trommel pulverization is performed. Secondary pulverization was performed for 12 hours using a machine.
  • tubular dielectric member 15 BaCO 3 powder (purity 99.9%), MgO powder (purity: 99.95%) and Ta 2 O 5 powder (purity 99.95%) Granulation was performed in the same manner as in the case to form a solid tube.
  • the formed body was fired by holding at 1650 ° C. for 4 hours in an air atmosphere, and electrodes were formed of silver alloy on both end faces of the sintered body.
  • a Ba—Mg—Ta—O-based low dielectric material (relative permittivity ⁇ r is 28.5) having an axial length of 40 mm and an outer diameter (mm) shown in Table 1 is used.
  • a body member 15 (denoted as “DR_O” in Table 1) was produced.
  • the inner diameter of the tubular dielectric member 15 was made substantially the same as the outer diameter of the columnar dielectric member 14.
  • a hollow space 18 (inner product V CAV. ) Having an axial length of 40 mm and an inner diameter of 40 mm, which is made of a metal member (specifically, stainless steel) and silver-plated on the inner wall . 20.2 cm 2 ), a both-end opening tubular member having an inner diameter of 40 mm and an axial length of 40 mm, and an upper lid and a lower lid placed on the end face of the both-end opening tubular member and closing the opening.
  • the columnar dielectric member 14 was placed on the produced lower lid, and the tubular dielectric member 15 was placed so as to be concentric around the columnar dielectric member 14.
  • the both-end opening tubular member was covered with the upper lid and fixed by screwing.
  • the TM 010 mode dielectric resonator of Example 1 and Comparative Example 1 including the resonator 11 including the columnar dielectric member 14 and one tubular dielectric member 15 was manufactured. Note that each of the manufactured TM 010 mode dielectric resonators had a resonance frequency f 0 of 1.08 GHz as a fundamental mode.
  • Table 1 shows the results of calculating the volume ratio (V DR / V CAV. ) With the volume V DR of the resonator 11 composed of the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member.
  • the manufactured TM Relative permittivity ⁇ r and Q ⁇ f of a TM 010 mode dielectric resonator having the same dimensions as the 010 mode dielectric resonator and the same resonant frequency f 0 and Qu value comprising a single dielectric resonator The values are calculated as follows, and these are expressed as an apparent relative dielectric constant ⁇ r (may be expressed as ⁇ r_eff ) and an apparent Q / f value (Q ⁇ f_eff value). There was.) Therefore, in the present invention, the relative dielectric constant ⁇ r and the Q ⁇ f value of the resonator 11 are basically synonymous with the apparent relative dielectric constant ⁇ r and the apparent Q ⁇ f value.
  • the tan ⁇ and the relative permittivity ⁇ r of the resonator 11 were calculated as an apparent tan ⁇ (may be expressed as tan ⁇ _eff ) and an apparent relative permittivity ⁇ r by using an electromagnetic field simulation by the following method.
  • the resonance frequency f 0 and Qu value of the TM 010 mode dielectric resonator 1 including the resonator 11 in which the annular dielectric member 15 and the columnar dielectric member 14 are combined were calculated by electromagnetic field simulation.
  • the calculated Qu values are shown in Table 1.
  • a resonance frequency f 0 ′ of a TM 010 mode dielectric resonator (hereinafter sometimes referred to as a virtual resonator) that is composed of a single dielectric resonator and has the same dimensions as the dielectric resonator 1.
  • Qu ′ values were calculated by electromagnetic field simulation.
  • the relative permittivity ⁇ r of the virtual resonator is calculated so that the calculated resonance frequency f 0 ′ matches the resonance frequency f 0 of the TM 010 mode dielectric resonator 1, and this calculated value is used as the TM 010 mode.
  • the apparent dielectric constant ⁇ r ( ⁇ r_eff ) of the resonator 11 in the dielectric resonator 1 for use was set. The results are shown in Table 1. In Table 1, the symbol “-” indicates that no measurement was performed.
  • the dielectric loss tan ⁇ of the virtual resonator is calculated so that the calculated Qu ′ value matches the Qu value of the TM 010 mode dielectric resonator 1, and this calculated value is used as the TM 010 mode dielectric resonator. 1, the “apparent dielectric loss tan ⁇ (tan ⁇ _eff )” of the resonator 11.
  • the “apparent Q ⁇ f value (Q ⁇ f_eff value)” of the resonator 11 in the TM 010 mode dielectric resonator 1 is set to the resonance frequency f 0 . It was calculated by dividing by the apparent tan ⁇ calculated as described above. The results are shown in Table 1. In Table 1, the symbol “-” indicates that no measurement was performed.
  • “apparent tan ⁇ ” is tan ⁇ of the entire resonator 11, and is determined by the electromagnetic field distribution of the entire dielectric resonator 1 including the cavity, and therefore, when the resonator 11 is measured alone. Different from tan ⁇ .
  • the “apparent relative dielectric constant ⁇ r” is also different from the relative dielectric constant when the resonator 11 is measured alone.
  • FIG. 7 shows the relationship between the volume ratio (V DR_O / V DR_I ) and the relationship between the calculated volume ratio (V DR / V CAV. ) And the apparent Q ⁇ f value (Q ⁇ f _eff value). 8 together with the Q ⁇ f values (indicated by the symbol “ ⁇ ” in FIG. 8) of the dielectric material (represented as conventional materials in FIG. 8).
  • Examples 1-1 to 1-9 corresponding to the TM 010 mode dielectric resonator according to the present invention show that the hollow space 18 of the metal housing 12 has an inner diameter of 40 mm, for example. Even when the axial length is reduced to 40 mm, an apparent apparent dielectric constant ⁇ r ( ⁇ r_eff ) of 30 to 70 is exhibited, and a high apparent Q ⁇ f value (Q ⁇ f_eff value) as a resonator and It can be understood that the resonator also exhibits a high Qu value.
  • the apparent relative dielectric constant ⁇ r ( ⁇ r_eff ) is an arbitrary value in the range of about 30 to 70. It can be understood that a dielectric resonator for TM010 mode including the resonator 11 having the above can be manufactured. In particular, when the volume ratio (V DR / V CAV. ) Is set to 0.1 to 0.2, a high relative dielectric constant of 50 to 70 that cannot be realized by a conventional dielectric material while maintaining a high Qu value. It can be understood that a TM 010 mode dielectric resonator having a dielectric resonator having ⁇ r, that is, an apparent relative dielectric constant ⁇ r ( ⁇ r_eff ), can be manufactured.
  • TM 010 having a high Qu value, in particular, a unique high Qu value having a maximum point that is convex upward.
  • V DR / V CAV. volume ratio
  • a high apparent Q ⁇ f value (Q ⁇ f _eff value) equal to or higher than that of a conventional dielectric material can be obtained. It can be understood that a TM010 mode dielectric resonator in which the resonator 11 having the resonator 11 is housed can be manufactured.
  • the dielectric resonator of Comparative Example 1-1 consisting only of a tubular dielectric member as a resonator is substantially the same as the example in terms of relative permittivity ⁇ r, apparent relative permittivity, and apparent Q ⁇ f value.
  • Table 1 it is easily estimated that both the outer diameter and volume are large and the filter characteristics are sufficient, but the size cannot be reduced.
  • the dielectric resonator of Comparative Example 1-2 which is composed only of a tubular dielectric member made of the same material as the columnar dielectric member 14 as a resonator, has a high apparent relative dielectric constant ⁇ r of 73.5.
  • the Q ⁇ f value is as low as 14085, and it is easily estimated that sufficient filter characteristics are not exhibited even though the size can be reduced.
  • Example 2 In place of the Ba—Mg—Ta—O based low dielectric material, a Ca—Ti—La—Al—O based low dielectric material (relative permittivity ⁇ r is 45.0) is used.
  • TM 010 of Example 2 is basically the same as Example 1 except that a tubular dielectric member 15 having the outer diameter (mm) shown (indicated by “DR_O” in Table 2) is produced.
  • a mode dielectric resonator was fabricated.
  • the comparative example 2-1 is basically the same as the comparative example 1-1 including only a tubular dielectric member as a resonator, and the comparative example 2-2 is manufactured using the same material as the columnar dielectric member 14 as a resonator. This is basically the same as Comparative Example 1-2 consisting only of the tubular dielectric member. All the TM 010 mode dielectric resonators thus produced had a resonance frequency f 0 of 0.88 GHz as the fundamental mode.
  • the volume V DR_I (cm 2 ) of the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15 are basically the same as in Example 1.
  • the volume V DR_O (cm 2 ), the volume ratio (V DR_O / V DR_I ) and the volume ratio (V DR / V CAV. ) Were calculated and shown in Table 2. Further, in each of the TM 010 mode dielectric resonators, the calculated Qu value, the apparent relative dielectric constant ⁇ r ( ⁇ r_eff ) and the apparent Q ⁇ f value (Q ⁇ f_eff value) are shown in Table 2. Show. FIG.
  • FIG. 9 shows the relationship between the volume ratio (V DR / V CAV. ) Calculated in this way and the apparent relative dielectric constant ⁇ r ( ⁇ r_eff ), and the calculated volume ratio (V DR / V CAV. ) .
  • the relationship with the Qu value of the TM 010 mode dielectric resonator is shown in FIG.
  • Table 2 and FIGS. 9 and 10 basically the same effect as in Example 1 was confirmed.
  • Example 3 and Comparative Example 3 Using an Al—Ti—O based low dielectric material (relative permittivity ⁇ r is 12.6) instead of the Ba—Mg—Ta—O based low dielectric material, the outer diameters shown in Table 3 are used.
  • TM 010 mode dielectric of Example 3 basically in the same manner as in Example 1 except that a tubular dielectric member 15 having (mm) (referred to as “DR_O” in Table 3) was produced.
  • a resonator was fabricated.
  • the comparative example 3-1 is basically the same as the comparative example 1-1 including only a tubular dielectric member as a resonator, and the comparative example 3-2 is manufactured using the same material as the columnar dielectric member 14 as a resonator. This is basically the same as Comparative Example 1-2 consisting only of the tubular dielectric member. All the TM 010 mode dielectric resonators thus produced had a resonance frequency f 0 of 1.5 GHz as a fundamental mode.
  • the volume V DR_I (cm 2 ) of the columnar dielectric member 14 and the tubular dielectric member 15 are basically the same as in Example 1.
  • the volume V DR_O (cm 2 ), the volume ratio (V DR_O / V DR_I ) and the volume ratio (V DR / V CAV. ) Were calculated and shown in Table 3. Further, in each of these TM 010 mode dielectric resonator, calculated Qu value, the apparent relative dielectric constant ⁇ r ( ⁇ r _eff) and the apparent Q ⁇ f value (Q ⁇ f _eff value) in Table 3 Show.
  • FIG. 11 shows the relationship between the volume ratio (V DR / V CAV. ) Calculated in this way and the apparent relative dielectric constant ⁇ r ( ⁇ r_eff ), and the calculated volume ratio (V DR / V CAV. ) .
  • the relationship with the Qu value of the TM 010 mode dielectric resonator is shown in FIG.
  • Table 3 and FIGS. 11 and 12 basically the same effect as in Example 1 was confirmed.

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Abstract

　Ｑｕ値が高く十分なフィルタ特性を発揮する小型のＴＭ０１０モード用誘電体共振器及びこのＴＭ０１０モード用誘電体共振器に装備される高いＱ・ｆ値を発揮する共振子、並びに、十分なフィルタ特性を発揮する小型の誘電体フィルタを提供することを課題とする。この発明の誘電体フィルタは、柱状誘電体部材１４と、柱状誘電体部材１４の周囲に同心に配置され、柱状誘電体部材１４よりも小さな誘電率を有する１又は２以上の管状誘電体部材１５と、柱状誘電体部材１４及び管状誘電体部材１５の両端面それぞれに設置された電極１６及び１７とを備えている共振子１１、この共振子１１と共振子１１の少なくとも一方の端面が密接した状態で共振子１１を収容する金属筺体１２とを備えているＴＭ０１０モード用誘電体共振器１、並びに、このＴＭ０１０モード用誘電体共振器１を少なくとも１つ含む誘電体フィルタである。

Description

ＴＭ０１０モード用誘電体共振器及び共振子並びに誘電体フィルタ
　この発明は、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器及び共振子並びに誘電体フィルタに関し、さらに詳しくは、Ｑｕ値が高く十分なフィルタ特性を発揮する小型のＴＭ０１０モード用誘電体共振器及びこのＴＭ０１０モード用誘電体共振器に装備される高いＱ・ｆ値を発揮する共振子、並びに、十分なフィルタ特性を発揮する小型の誘電体フィルタに関する。
　ミリ波通信機器、又は、マイクロ波通信機器、例えば携帯電話等による通信には、通信に必要な周波数帯域のみを通過させ、不要な周波数帯域を遮断する誘電体フィルタが不可欠である。このような誘電体フィルタは、少なくとも１つの誘電体共振器を備えて成り、アンテナ等と共に無線基地局に配備されている。
　このような誘電体共振器は、無線基地局の設置数が少ない初期には、大型であっても、誘電体共振器内のキャビティに電磁界が存在して高機能を発揮する、基本モードがＴＥ０１δモードである誘電体共振器が使用されてきた。基本モードがＴＥ０１δモードである誘電体共振器として、例えば、特許文献１には「スプリアスモードの電気力線と交差する方向に、誘電率の異なる誘電体材料を層状に配列して一体焼成したことを特徴とする誘電体共振器」（請求項１）が記載されている。
　また、特許文献２には、誘電体共振器に用いるＴＥ０１δモードに使用される誘電体素子に関し、「素子形状の所要方向に比誘電率が異なる少なくとも２種の誘電体材料を接合して素子となした誘電体素子」（請求項１）において「素子形状の外周部側に高比誘電率、中央側に低比誘電率の材料を配置した誘電体素子」（請求項３等）が記載されている。
　基本モードがＴＭ０１０モードではない誘電体共振器に関するものであるが、特許文献３には「誘電体共振器本体と支持台とを備えた誘電体共振器において、誘電体共振器本体が、円環状の外側誘電体部材と円環状の外側誘電体部材の中央孔内に形成され円環状の外側誘電体部材と同一又は異なる誘電率をもつ内側誘電体部材とで構成され、誘電体共振器本体の下方端面に支持台を固着したことを特徴とする誘電体共振器」（請求項１等）が記載されている。
　ところで、インフラ整備が進み多数の無線基地局が設置されている近年においては、無線基地局の設置スペースの狭小化等によって無線基地局自体も小型化され、誘電体共振器にも小型化が求められている。
　また、従来よりも高周波側の通信周波数が割当てられたマイクロ波通信機器等に使用される誘電体共振器は、従来の誘電体共振器で対応しようとすると、共振周波数の影響によって大型にせざるを得ず、やはり小型化が求められている。
特開昭６１－２１２１０１号公報 特開２０００－１０１３１４号公報 特開２００３－２７３６１５号公報
　誘電体共振器を小型化するには誘電率ε（この発明において、比誘電率εｒということもある。）の大きな誘電体材料で誘電体素子を作製するのが有効である。ところが、比誘電率εｒの大きな公知の誘電体材料は、一般にＱ・ｆ値（ｆ０／ｔａｎδ）が小さく、誘電体素子を作製すると誘電体共振器の無負荷Ｑｕ値も小さくなってしまい、十分なフィルタ特性を発揮しないという問題がある。この問題は特許文献１の誘電体共振器及び特許文献２の誘電体素子を備えた誘電体共振器においても比誘電率εｒの大きな公知の誘電体材料を用いる限り同様に存在する。このように、誘電体材料において比誘電率εｒとＱ・ｆ値とはトレードオフの関係にあり、これらを共に満足できる誘電体材料は今のところ知られていないから、比誘電率εｒの大きな誘電体材料を用いて基本モードがＴＥ０１δである従来の誘電体共振器を小型化しようとするとフィルタ特性を犠牲にせざるを得ないのが現実である。
　この発明は、ＴＭ０１０モードを基本モードとする、Ｑｕ値が高く十分なフィルタ特性を発揮する小型のＴＭ０１０モード用誘電体共振器、及び、このＴＭ０１０モード用誘電体共振器に装備される高いＱ・ｆ値を発揮する共振子を提供することを、目的とする。
　また、この発明は、十分なフィルタ特性を発揮する小型の誘電体フィルタを提供することを、目的とする。
　この発明の発明者らは、誘電体共振器において共振電界が集中する集中領域に誘電率εの高い誘電体材料で作製された第１誘電体部材を配置すると共に、この第１誘電体部材の周囲に誘電率εの低い誘電体材料で作製された第２誘電体部材を配置すると、集中領域の電界集中度がより一層高まると共に集中領域から漏出する共振電界を誘電体共振器内に閉じ込めることができることを、見出した。
　加えて、この発明の発明者らは、この知見に基づいて、集中領域に第１誘電体部材として柱状誘電体部材を配置し、その周囲に同心となるように第２誘電体部材として管状誘電体部材を配置した共振子を、特にＴＭ０１０モードを基本モードとするＴＭ０１０モード用誘電体共振器の共振子として採用すると、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器を小型化できるにもかかわらず、任意の誘電率εにおいて高いＱｕ値が発現することを、見出した。
　前記課題を解決するための手段としてのこの発明に係る共振子は、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器の金属筺体に少なくとも一方の端面が密接した状態で収容される共振子であって、柱状誘電体部材と、前記柱状誘電体部材の周囲に同心に配置され、前記柱状誘電体部材よりも小さな誘電率を有する１又は２以上の管状誘電体部材と、前記柱状誘電体部材及び前記管状誘電体部材の両端面それぞれに設置された電極とを備えていることを特徴とする。
　前記課題を解決するための手段としてのこの発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器は、この発明に係る共振子と前記共振子の少なくとも一方の端面が密接した状態で前記共振子を収容する金属筺体とを備えていることを特徴とする。
　前記課題を解決するための手段としてのこの発明に係る誘電体フィルタは、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器を少なくとも１つ含むことを特徴とする。
　この発明に係る共振子は、柱状誘電体部材と、その周囲に同心に配置され、柱状誘電体部材よりも小さな誘電率を有する１又は２以上の管状誘電体部材と、電極とを有しているから、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器の共振子として金属筺体に収容されると、小型化に資すると共に共振電界を集中させて任意の誘電率において高いＱｕ値を発揮させる。したがって、この発明によれば、ＴＭ０１０モードを基本モードとする小型のＴＭ０１０モード用誘電体共振器が十分なフィルタ特性を発揮するのに貢献する共振子を提供できる。
　また、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器は、この発明に係る共振子と金属筺体とを備えているから、小型にしても任意の誘電率において高いＱｕ値を発揮する。したがって、この発明によれば、ＴＭ０１０モードを基本モードとする、Ｑｕ値が高く十分なフィルタ特性を発揮する小型のＴＭ０１０モード用誘電体共振器を提供できる。
　さらに、この発明に係る誘電体フィルタは、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器を少なくとも１つ含んでいるから、十分なフィルタ特性を発揮する小型の誘電体フィルタを提供できる。
図１は、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器の一例を示す断面図であり、図１（ａ）はこの発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器の軸線に垂直な断面を示す断面図であり、図１（ｂ）はこの発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器の軸線を含む断面を示す軸方向断面図である。 図２は、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器の別の一例を示す軸方向断面図であり、図２（ａ）は管状誘電体部材と柱状誘電体部材との両端面が金属筺体と密接する例を示す軸方向断面図であり、図２（ｂ）は柱状誘電体部材の一方の端面が金属筺体と密接しない例を示す軸方向断面図である。 図３は、この発明に係る共振子の変形例を示す概略斜視図である。 図４は、この発明に係る誘電体フィルタの一例を示す概略図であり、図４（ａ）はこの発明に係る誘電体フィルタの一例を共振子の軸線に垂直な平面で切断した断面を示す概略断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ－Ａ断面を示す概略断面図である。 図５は、実施例１及び比較例１におけるＴＭ０１０モード用誘電体共振器の体積比（ＶＤＲ／Ｖｃａｖ．）とみかけの比誘電率εｒ_ｅｆｆとの関係を示すグラフである。 図６は、実施例１におけるＴＭ０１０モード用誘電体共振器の体積比（ＶＤＲ／Ｖｃａｖ．）とＱｕ値との関係を示すグラフである。 図７は、実施例１におけるＴＭ０１０モード用誘電体共振器の体積比（ＶＤＲ／Ｖｃａｖ．）と共振子の体積比（ＶＤＲ_Ｏ／ＶＤＲ_Ｉ）との関係を示すグラフである。 図８は、実施例１及び比較例１におけるＴＭ０１０モード用誘電体共振器の体積比（ＶＤＲ／Ｖｃａｖ．）とみかけのＱ・ｆ_ｅｆｆ値との関係を示すグラフである。 図９は、実施例２及び比較例２におけるＴＭ０１０モード用誘電体共振器の体積比（ＶＤＲ／Ｖｃａｖ．）とみかけの比誘電率εｒ_ｅｆｆとの関係を示すグラフである。 図１０は、実施例２及び比較例２におけるＴＭ０１０モード用誘電体共振器の体積比（ＶＤＲ／Ｖｃａｖ．）とＱｕ値との関係を示すグラフである。 図１１は、実施例３及び比較例３におけるＴＭ０１０モード用誘電体共振器の体積比（ＶＤＲ／Ｖｃａｖ．）とみかけの比誘電率εｒ_ｅｆｆとの関係を示すグラフである。 図１２は、実施例３及び比較例３におけるＴＭ０１０モード用誘電体共振器の体積比（ＶＤＲ／Ｖｃａｖ．）とＱｕ値との関係を示すグラフである。
　この発明に係る共振子を、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器と共に、図面を参酌して、説明する。
　この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器の一例であるＴＭ０１０モード用誘電体共振器１は、図１に示されるように、この発明に係る共振子の一例である共振子１１と、その両端面が密接した状態で共振子１１を収容する金属筺体１２とを備えている。
　共振子１１は、柱状誘電体部材１４と、柱状誘電体部材１４の周囲に同心に配置された１つの管状誘電体部材１５と、柱状誘電体部材１４及び管状誘電体部材１５の両端面それぞれに設置された電極１６及び電極１７とを備え、柱状誘電体部材１４と管状誘電体部材１５とは別体として構成されている。
　柱状誘電体部材１４は、誘電率ε、すなわち比誘電率εｒの高い高誘電体材料で中実の円柱体に形成されている。高誘電体材料は、例えば７０以上、好ましくは７０～９０の比誘電率εｒを有する誘電体材料であって、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１の小型化に資する。このような高誘電体材料としては、従来公知の各種誘電体材料が挙げられ、具体的には、例えば、Ｌｉ－Ｃａ－Ｓｍ－Ｔｉ－Ｏ系、Ｂａ－Ｎｄ－Ｔｉ－Ｏ系、Ｂａ－Ｓｍ－Ｎｄ－Ｔｉ－Ｏ系、Ｂａ－Ｓｍ－Ｔｉ－Ｏ系、Ｐｂ－Ｃａ－Ｆｅ－Ｎｂ－Ｏ系等が挙げられる。
　管状誘電体部材１５は、高誘電体材料よりも小さな誘電率ε、すなわち比誘電率εｒを持つ低誘電体材料で、軸線に垂直な断面が円環状の中実な円管体に形成されている。低誘電体材料は、例えば４５以下、好ましくは２０～４５の比誘電率εｒを有する誘電体材料である。このような低誘電体材料としては、従来公知の各種誘電体材料が挙げられ、具体的には、例えば、Ｂａ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｔａ－Ｎｂ－Ｏ系、Ｂａ－Ｍｇ－Ｚｎ－Ｔ－Ｎｂ―Ｓｎ－Ｏ系、Ｂａ－Ｍｇ－Ｚｎ－Ｗ－Ｏ系、Ｂａ－Ｍｇ－Ｔａ－Ｏ系、Ｂａ－Ｔｉ－Ｏ系、Ｃａ－Ｓｒ－Ｔｉ－Ｌａ－Ｎｄ－Ａｌ―Ｏ系、Ｃａ－Ｔｉ－Ｌａ－Ａｌ－Ｏ系、Ａｌ－Ｔｉ－Ｏ系、Ｚｒ－Ｔｉ－Ｓｎ－Ｏ系等が挙げられる。この発明において、高誘電体材料の比誘電率εｒと低誘電体材料の比誘電率εｒとの差は特に限定されない。
　柱状誘電体部材１４の外径及び軸線長さ等、並びに、管状誘電体部材１５の外径及び軸線長さ等は共振周波数ｆ０等に応じて適宜に決定され、管状誘電体部材１５の内径は柱状誘電体部材１４の外径以上に設定される。共振子１１において、管状誘電体部材１５の内径は柱状誘電体部材１４の外径とほぼ同じであり、管状誘電体部材１５の軸線方向における長さは、柱状誘電体部材１４の軸線方向における長さと同じであってもよいし、また、異なる長さであってもよい。
　金属筺体１２は、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器の筐体として機能する限り、特に限定されず、公知の筐体が適宜に適用される。この金属筺体１２は、具体的には、内部に円柱状の中空空間１８を有する円筒体になっている。金属筺体１２を形成する金属は、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器の筐体として用いられる金属であればよく、例えば、導電率の優れた無酸素銅、又は、加工性に優れたアルミニウム、銀、銅又はスレンレス鋼等が挙げられる。金属筺体１２の一例として、前記金属で形成された金属筺体の他に、例えば、無酸素銅又はアルミニウムで作製した筐体の内壁に導電率を高くするため銀又は銅をメッキ又は蒸着した金属筐体等が挙げられる。金属筺体１２の外径、内径及び内容積ＶＣＡＶ．（内積とも称する。）並びに壁厚等の寸法は共振周波数等に応じて適宜に決定され、後述する体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を満たす寸法を有しているのが、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１が任意の誘電率εにおいて高いＱｕ値を発揮する点で、また従来実現できなかった５０～７０の比誘電率εｒと高いＱｕ値とを両立できる点で、好ましい。
　ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１において、共振子１１と金属筺体１２とは共振子１１の体積ＶＤＲと金属筺体１２の内容積ＶＣＡＶ．とが所定の関係を満たすのが好ましい。具体的には、金属筺体１２の内積ＶＣＡＶ．に対する、柱状誘電体部材１４の体積と管状誘電体部材１５の体積との合計体積である共振子１１の体積ＶＤＲの体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）が０．１～０．８となるように金属筺体１２の内容積ＶＣＡＶ．及び共振子１１の体積ＶＤＲ、これらのうち、使用するデバイス、共振周波数ｆ０により金属筐体１２の寸法が決定されるため共振子１１の体積ＶＤＲを調整するのが、比誘電率εｒを任意の値に調整できると共に、任意の比誘電率εｒにおいて上に凸となる最大点を持つ特有のＱｕ値であって、しかも高誘電体材料及び低誘電体材料単独で発揮するＱ・ｆ値よりも高いＱｕ値を発揮する点で、好ましい。特に、柱状誘電体部材１４及び管状誘電体部材１５の形状及び組み合わせを適宜に選択したうえで、前記体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）が０．１～０．２となるように金属筺体１２の内容積ＶＣＡＶ．及び共振子１１の体積ＶＤＲ、通常共振子１１の体積ＶＤＲを調整すると、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１は高いＱｕ値を保持しつつも従来の誘電体材料では実現できなかった５０～７０という高い比誘電率εｒを発揮することができる。
　この発明において、柱状誘電体部材１４の体積（ＶＤＲ_Ｉ）と管状誘電体部材１５の体積（ＶＤＲ_Ｏ）との体積比（ＶＤＲ_Ｏ／ＶＤＲ_Ｉ）は特に限定されず、適宜に設定される。
　ここで、柱状誘電体部材１４及び管状誘電体部材１５それぞれの体積（ＶＤＲ_Ｉ及びＶＤＲ_Ｏ）は、柱状体及び管状体の体積に相当し、後述する電極１６及び電極１７の体積を含まないが、例えば後述する共振器２の場合には、金属筺体２２の段部２３に挿入される部分の体積を含み、電極２６及び２７の体積を含まない。また、金属筺体１２の内積ＶＣＡＶ．は、中空空間１８の体積に相当するが、例えば後述する共振器２の場合には、中空空間２８の体積に加えて段部２３の体積は算入しない。
　共振子１１において、柱状誘電体部材１４及び管状誘電体部材１５は互いに別部材として形成、すなわち焼成されており、管状誘電体部材１５が柱状誘電体部材１４の周囲に同心に配置されている。このとき、管状誘電体部材１５は、図１に示されるようにその内周面が柱状誘電体部材１４の外周面に密接するように配置されていてもよく、その内周面と柱状誘電体部材１４の外周面との間に間隙を設けて配置されていてもよい。柱状誘電体部材１４と管状誘電体部材１５との間隙は適宜に設定されればよく、例えば０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下に設定される。
　電極１６は柱状誘電体部材１４の両端面の全体又は一部にそれぞれ設置され、電極１７は管状誘電体部材１５の両端面の全体又は一部にそれぞれに設置される。この共振子１１において、電極１６は柱状誘電体部材１４の端面全体に円盤状に形成され、電極１７は管状誘電体部材１５の端面全体に環状に形成されている。電極１６及び電極１７は公知の電極材料で適宜の厚さに形成される。電極１６として、例えば、銀又は銀合金からなる電極、銀又は銀合金をガラス相と混合した電極等が挙げられる。
　ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１において、柱状誘電体部材１４及び管状誘電体部材１５が同心円状に配置された共振子１１は、共振子１１の軸線と金属筺体１２の軸線とが略平行となるように、好ましくは一致するように、金属筺体１２の中空空間１８に収容されている。このとき、共振子１１は、その両端面、すなわち電極１６及び電極１７が金属筺体１２の内壁に密接した状態で、すなわち共振子１１が軸線方向に固定された状態で、収容されている。なお、共振子１１はその電極１６及び電極１７と金属筺体１２の内壁とをはんだ付けして固定することもできる。
　このＴＭ０１０モード用誘電体共振器１は、共振子１１の両端面が内壁に密接するように金属筺体１２に収納された、ＴＭ０１０モードを基本モードとする共振器であるから、例えば基本モードがＴＥ０１δモードの誘電体共振器のように共振子を支持する支持体が不要で、加えて共振電界が共振子１１内に多く集中するので広い中空空間１８を確保しなくてもよく、金属筺体１２自体を小型化できる。
　共振子１１の端面を金属筺体１２の内壁と密接させるように、共振子１１を、少なくとも一方の端部において、金属筺体１２に設けられた段部に挿入して収容させることができる。例えば、図２で示されるように、段部２３は、中空空間２８における共振子２１が収容される位置に、軸線方向凹状に設けられる。共振子１１の端面は、電極１６及び電極１７を介して、金属筺体１２に設けられた段部の内壁と密接する。管状誘電体部材１５と柱状誘電体部材１４との軸線方向における長さには特に制限がなく、具体的には、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１の縦断面図において、図２に示すように、柱状誘電体部材２４の軸線方向における長さが管状誘電体部材２５の軸線方向における長さより大きく、金属筺体に設けられた第２段部に柱状誘電体部材２４が挿入され、金属筺体に設けられた第１段部２３ａに管状誘電体部材２５が挿入されてもよい。また、図示していないが、管状誘電体部材１５の軸線方向における長さが柱状誘電体部材１４の軸線方向における長さより大きく、言い換えると、共振子１１の縦断面図において、管状誘電体部材１５に挟まれる柱状誘電体部材１４が凹状の形状となるように形成されていてもよい。さらに、図示していないが、柱状誘電体部材１４の軸線方向における長さと管状誘電体部材１５の軸線方向における長さが等しくてもよい。
　共振子１１の端面と金属筺体１２の内壁との接触面に空隙があると、この空隙において電磁界の分布が集中し、金属筺体内部の電磁界の分布が乱れ、共振周波数ｆ０及びＱｕ値のズレが大きくなってしまう。共振子１１の端面を金属筺体１２に設けられた段部に挿入するようにすると、共振子１１の端面と金属筺体１２に設けられた段部の内壁との接触部近傍の間隙において、部分的に電磁界分布の乱れが生じても、金属筺体１２の軸線方向中央部近傍における共振電磁界の乱れを抑えることができ、共振周波数ｆ０及びＱｕ値のズレを抑えることができる。また、共振子１１を金属筺体１２に設けられた段部に挿入するようにすると、共振子１１と金属筺体１２との間に空隙が生じないように、厳密に寸法管理を行う必要がなく、共振子１１と金属筺体１２との間に多少の寸法ばらつきがあっても、共振周波数ｆ０及びＱｕ値のズレを抑えることができる。
　共振子１１における管状誘電体部材１５と柱状誘電体部材１４とが、金属筺体の中空空間１８の軸線方向における長さよりも大きければ、金属筺体１２の軸線方向中央部近傍における共振電磁界の乱れを抑えることで、共振周波数ｆ０及びＱｕ値のズレを抑えることができる。従って、本願のその他の実施形態としては、前記共振子１１における前記管状誘電体部材１５と前記柱状誘電体部材１４の軸線方向の長さには特に制限がなく、図２（ｂ）に示すように、一方の端部において柱状誘電体部材２４の軸線方向における長さが管状誘電体部材２５の軸線方向における長さより小さくても良い。この場合、金属筺体２２の段部２３と柱状誘電体部材２４の端面は密接していても良いし、離間していても良い。
　通常、高誘電体材料は誘電率εが高く誘電体共振器の小型化に資するもののＱ・ｆ値が低く、低誘電体材料は誘電率εが低いもののＱ・ｆ値が高く誘電体共振器の高性能化に資する。このように、従来の誘電体材料は、誘電率εとＱ・ｆ値とがトレードオフの関係にあり、小型化又は高性能化のいずれか一方に資するものの、両者に資することはできないものであった（例えば、特許文献２の０００４欄）。
　ところが、この発明においては、電磁界が集中する領域に高誘電体材料で作製した柱状誘電体部材１４を配置し、その周囲に低誘電体材料で作製した管状誘電体部材１５を配置して共振子１１を構成しているから、共振電界が中空空間１８、特に高誘電体材料に高密度に集中して任意の誘電率εを発現する。加えて、共振子１１を備えたＴＭ０１０モード用誘電体共振器１において、共振電界は共振子１１内に多く集中し、金属筺体１２で電磁界はほとんど損失されることがないから、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１がたとえ小型化されたとしても、任意の誘電率εにおいて高いＱｕ値、特に上に凸となる最大点を持つ特有の高いＱｕ値を発現すると、推測される。このように、この共振子１１を備えたＴＭ０１０モード用誘電体共振器１は、小型化されても、任意の誘電率εにおいて高いＱｕ値を発現する。
　この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器の別の一例であるＴＭ０１０モード用誘電体共振器２は、図２（ａ）に示されるように、この発明に係る共振子の一例である共振子２１と、その両端面が密接した状態で共振子２１を収容する金属筺体２２とを備えている。
　共振子２１は、柱状誘電体部材２４と、柱状誘電体部材２４の周囲に同心に配置され、第１管状誘電体部材２５ａ、第２管状誘電体部材２５ｂ及び第３管状誘電体部材２５ｃからなる３層構造の管状誘電体部材２５と、柱状誘電体部材２４及び管状誘電体部材２５の両端面それぞれに設置された電極２６及び電極２７とを備え、柱状誘電体部材２４、第１管状誘電体部材２５ａ、第２管状誘電体部材２５ｂ及び第３管状誘電体部材２５ｃそれぞれは互いに別部材として構成され、互いに密接するように配置されている。
　柱状誘電体部材２４は、柱状誘電体部材１４と基本的に同様であるが、誘電率εの高い高誘電体材料で金属筺体２２の軸線長さよりも短く金属筺体２２の中空空間２８の軸線長さ（高さ）及び管状誘電体部材２５の軸線長さよりも長い円柱体に形成されている点等において相違する。一般に、柱状誘電体部材２４の軸線長さを長くするとＴＭ０１０モード用誘電体共振器２のＱｕ値をより一層高めることができる。
　管状誘電体部材２５は、管状誘電体部材１５と基本的に同様であるが、主に、３層構造を有している点及び所定の軸線長さに設定されている点等において相違する。すなわち、管状誘電体部材２５は、第１管状誘電体部材２５ａと、第１管状誘電体部材２５ａの周囲に同心に配置された第２管状誘電体部材２５ｂと、第２管状誘電体部材２５ｂの周囲に同心に配置された第３管状誘電体部材２５ｃとを備えている。第１管状誘電体部材２５ａは柱状誘電体部材２４の軸線長さよりも短く、第２管状誘電体部材２５ｂは第１管状誘電体部材２５ａの軸線長さよりも短く第３柱状誘電体部材２５ｃの軸線長さよりも長く、第３管状誘電体部材２５ｃは第２管状誘電体部材２５ｂの軸線長さよりも短く金属筺体２２の中空空間２８の軸線長さ（高さ）よりも長くなっている。そして、柱状誘電体部材２４及び管状誘電体部材２５それぞれは、第３管状誘電体部材２５ｃから柱状誘電体部材２４に向かって順に内側に配置された誘電体部材の端部が外側に配置された誘電体部材の端面よりも突出した階段状に配置されている。このように、共振子２１の両端部それぞれは柱状誘電体部材２４が管状誘電体部材２５の端面よりも突出し、具体的には、柱状誘電体部材２４及び管状誘電体部材２５が同心内側に配置されるほど、その同心外側に隣接配置された管状誘電体部材の端面、例えば、第３管状誘電体部材２５ｃの端面、第２管状誘電体部材２５ｂの端面又は第１管状誘電体部材２５ａの端面よりも突出し、階段状になっている。この階段状の端部において、外側に隣接配置された誘電体部材の端面からの各突出量は、特に限定されず、適宜に設定される。
　第１管状誘電体部材２５ａ、第２管状誘電体部材２５ｂ及び第３管状誘電体部材２５ｃそれぞれの外径及び内径は、柱状誘電体部材２４、第１管状誘電体部材２５ａ、第２管状誘電体部材２５ｂ及び第３管状誘電体部材２５ｃが互いに密接又は間隙を設けて同心円状に配置されるように適宜に決定され、好ましくは、金属筺体２２の内容積ＶＣＡＶ．に対する、柱状誘電体部材２４の体積と管状誘電体部材２５の体積との合計体積である共振子２１の体積ＶＤＲの体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）が０．１～０．８の範囲内になるように、共振周波数ｆ０等に応じて適宜に決定される。
　共振子２１において、管状誘電体部材２５は、柱状誘電体部材２４から外側に向かって順に、すなわち同心外側に向かうほど誘電率εが小さくなっているのが好ましく、具体的には、誘電率εは、柱状誘電体部材２４＞第１管状誘電体部材２５ａ＞第２管状誘電体部材２５ｂ＞第３管状誘電体部材２５ｃの順で小さくなっている。したがって、これら柱状誘電体部材２４及び管状誘電体部材２５を形成する誘電体材料もこのような誘電率εの大小関係を有している。このような誘電体部材における誘電率εの大小関係を有する共振子２１はＴＭ０１０モード用誘電体共振器２がより一層高いＱｕ値を発揮するのに貢献する。
　金属筺体２２は、中空空間２８の頂面及び底面に共振子２１の端部に対応する段部２３を有していること以外は金属筺体１２と基本的に同様である。この段部２３は、円形に設けられた第１段部２３ａと、第１段部２３ａの周囲に配置された第２段部２３ｅとからなる。第２段部２３ｅは、さらに、第１段部２３ａの周囲に配置された内側第２段部２３ｂと、内側第２段部２３ｂの周囲に配置された中側第２段部２３ｃと、中側第２段部２３ｃの周囲に配置された外側第２段部２３ｄとを有し、共振子２１の端部に対応する階段状になっている。そして、この段部２３において、第１段部２３ａ、内側第２段部２３ｂ、中側第２段部２３ｃ及び外側第２段部２３ｄの深さは、この順に浅くなるように凹設されており、共振子２１の端部における柱状誘電体部材２４及び管状誘電体部材２５の各突出量に対応している。
　電極２６は電極１６と基本的に同様である。電極２７は、第１管状誘電体部材２５ａの両端面に配置された電極２７、第２管状誘電体部材２５ｂの両端面に配置された電極２７及び第３管状誘電体部材２５ｃの両端面に配置された電極２７を有していること以外は電極１７と基本的に同様である。
　共振子２１は、金属筺体２２の内容積ＶＣＡＶ．に対する共振子２１の体積ＶＤＲの体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）が０．１～０．８の範囲内にある。
　ＴＭ０１０モード用誘電体共振器２において、共振子２１は、管状誘電体部材２５よりも長い柱状誘電体部材２４が管状誘電体部材２５の端面よりも突出した両端部それぞれが金属筺体２２の頂面及び底面に凹設された段部２３に嵌合することによって軸線方向及び平面方向に固定された状態で、金属筺体２２に収容されている。
　このＴＭ０１０モード用誘電体共振器２は、共振子２１の両端面が中空空間２８の内壁、すなわち段部２３に密接するように金属筺体２２に収納された共振器であるから、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１と同様に金属筺体２２自体を小型化できる。加えてＴＭ０１０モード用誘電体共振器２は、電磁界が集中する領域に高誘電体材料で作製した柱状誘電体部材２４を配置し、その周囲に低誘電体材料で作製した管状誘電体部材２５を配置して共振子２１が構成されているから、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１と同様に小型化されても任意の誘電率εにおいて高いＱｕ値を発現する。特に、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器２は、共振子２１がＴＭ０１０モード用誘電体共振器１の共振子１１よりも軸線長さが長くなっているからＴＭ０１０モード用誘電体共振器１よりも高い誘電率εを発現する。
　図２（ｂ）では、段部２３と柱状誘電体部材２４の一方の端面とが密接せず、離間している例を示す。図２（ｂ）においては、柱状誘電体部材２４の軸線方向における長さが金属筺体２２の中空空間２８の軸線方向における長さよりも大きい。また、柱状誘電体部材２４における一方の端面は、中空空間２８から突出して設けられる。管状誘電体部材２５も同様に、一方の端面が中空空間２８から突出して設けられ、管状誘電体部材２５の一方の端面における中空空間２８からの突出量は、柱状誘電体部材２４の一方の端面における中空空間２８からの突出量よりも大きい。言い換えると、柱状誘電体部材２４の一方の端面は、管状誘電体部材の一方の端面から凹設される。段部２３と柱状誘電体部材２４との間には、空隙部２９が形成される。空隙部２９は、柱状誘電体部材２４の一方の端面と、管状誘電体部材２５の内周面と、金属筺体２２とで形成される。空隙部２９は、中空空間２８と共振子２１に分布する共振電磁界との領域外に位置する。従って、空隙部２９における共振電磁界に乱れが生じる時でも、金属筺体１２の軸線方向中央部近傍における共振電磁界の乱れが生じにくい。
　この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器は、柱状誘電体部材と管状誘電体部材とをそれぞれ別部材として作製し、これらを同心円状に配置する点等以外は従来の誘電体共振器と基本的に同様にして製造される。
　具体的には、前記高誘電体材料を所定寸法の中実柱体に成形して焼成し、両端面それぞれに前記電極材料で電極を形成して、柱状誘電体部材を作製する。また、同様にして、前記低誘電体材料を所定寸法の中実管体に成形して焼成し、両端面それぞれに前記電極材料で電極を形成して、管状誘電体部材を作製する。ここで、高誘電体材料の成形体と低誘電体材料の成形体とを同心円状に配置した後に一体焼成して共振子を作製すると、高誘電体材料の成形体と低誘電体材料の成形体とが互いに反応又は溶融混合して、高誘電体材料の成形体と低誘電体材料の成形体との境界が不明確な一体物となり、この発明の目的を達成できないことがある。さらに、前記金属で内部に所定寸法の中空空間を有する金属筺体、例えば両端開口管状部材、上蓋及び下蓋を、作製する。上蓋及び下蓋には必要に応じて段部を凹設する。
　次いで、金属筺体又は下蓋、必要に応じて凹設された段部に柱状誘電体部材を載置し、金属筺体又は下蓋、必要に応じて凹設された段部に柱状誘電体部材の周囲に同心となるように管状誘電体部材を載置して、両端開口管状部材を配置して上蓋を被せて、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器を作製できる。なお、柱状誘電体部材と管状誘電体部材とを同心円状に配置して作製したこの発明に係る共振子を、金属筺体又は下蓋、必要に応じて凹設された段部に載置した後に上蓋を被せて、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器を作製してもよい。
　この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器及びこの発明に係る共振子は、前記した一例に限定されることはなく、この発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。
　例えば、共振子１１において、柱状誘電体部材１４及び管状誘電体部材１５は軸線長さが同一になっているが、この発明において、共振子は、軸線長さが異なる柱状誘電体部材及び管状誘電体部材を有していてもよい。具体的には、図３（ａ）に示されるように、柱状誘電体部材３５と、柱状誘電体部材３５よりも軸線長さが短い管状誘電体部材３６とを有する共振子３１であってもよい。
　また、共振子１１及び共振子２１において、柱状誘電体部材１４及び柱状誘電体部材２４は円筒体に形成され、管状誘電体部材１５及び管状誘電体部材２５は円管体に形成されているが、この発明において、柱状誘電体部材及び管状誘電体部材は円柱体又は円管体に限定されず、また管状誘電体部材の内面形状すなわち軸孔形状は柱状誘電体部材の外面形状と同じ形状でなくてもよい。具体的には、図３（ｂ）に示されるように、正四角形を底面及び頂面とする四角柱状の柱状誘電体部材３７と軸線に垂直な断面における外部輪郭及び内部輪郭が正四角形である環状の管状誘電体部材３８とを有する共振子３２であってもよく、図３（ｃ）に示されるように、円柱状の柱状誘電体部材１４と、軸線に垂直な断面における外部輪郭が正四角形で内部輪郭が円形である管状誘電体部材３９とを有する共振子３３であってもよい。
　共振子１１及び共振子２１において、柱状誘電体部材１４及び柱状誘電体部材２４、並びに、管状誘電体部材１５、第１管状誘電体部材２５ａ、第２管状誘電体部材２５ｂ及び第３管状誘電体部材２５ｃは、いずれも、単層構造に形成されているが、この発明において、柱状誘電体部材及び管状誘電体部材は複層構造に形成されていてもよい。
　ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１及びＴＭ０１０モード用誘電体共振器２において、金属筺体１２及び金属筺体２２は円筒体になっているが、この発明において、金属筺体は上面及び底面が多角形状又は楕円形状の筒状体であってもよい。また、金属筺体１２及び金属筺体２２は円柱状の中空空間１８及び中空空間２８を有しているが、この発明において、金属筺体の中空空間は角柱状又は楕円柱状であってもよく、最も外側に配置された管状誘電体部材の外面形状と同一でも異なっていてもよい。
　ＴＭ０１０モード用誘電体共振器２において、共振子２１は両端部それぞれが階段状になっており、金属筺体２２は頂面及び底面、具体的には上蓋の内面及び下蓋の内面に段部２３が凹設されているが、この発明において、共振子は少なくとも一方の端部が階段状になっていればよく、金属筺体は頂面及び底面の少なくとも一方に段部が凹設されていればよい。
　この発明に係る誘電体フィルタは、複数の誘電体共振器を備えており、そのうちの少なくとも１つにこの発明に係る誘電体フィルタを含んでいる。したがって、この発明に係る誘電体フィルタが備えている複数の誘電体共振器は、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器を少なくとも１つ含んでいればよく、すべてがこの発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器であってもよく、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器と、ＴＭ０１０モードと異なる基本モードを有する１種以上の誘電体共振器とを有してもよい。また、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器はこの発明に係る共振子及び金属筺体を有していればすべてが同一である必要はなく、例えば、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器１、ＴＭ０１０モード用誘電体共振器２、共振子３１を備えたＴＭ０１０モード用誘電体共振器、共振子３２を備えたＴＭ０１０モード用誘電体共振器及び共振子３３を備えたＴＭ０１０モード用誘電体共振器等を複数種有していてもよい。
　この発明に係る誘電体フィルタの一例である誘電体フィルタ５は、図４に示されるように、縦２行、横２列に配列された、合計４個のＴＭ０１０モード用誘電体共振器１を備えている。この誘電体フィルタ５は同一のＴＭ０１０モード用誘電体共振器１を備えていること以外は従来公知の誘電体フィルタと基本的に同様である。具体的には、合計４個のＴＭ０１０モード用誘電体共振器１が縦及び横に互いに金属筺体１２が密接するように配列され、そのうちの１つのＴＭ０１０モード用誘電体共振器１の中空空間１８に接続するように入力線路７が配置され、１つのＴＭ０１０モード用誘電体共振器１の中空空間１８に接続するように出力線路８が配置されている。そして、４個のＴＭ０１０モード用誘電体共振器１は、金属筺体１２に設けられた開口部（筺体連結部とも称する。）で、共振子１１同士がマイクロ波的に結合するように、連結されている。なお、この開口部は、図４に示されるように金属筺体１２の軸線方向全体にわたって設けられていてもよく、軸線方向の一部に設けられていてもよい。さらに、この開口部には共振子１１同士のマイクロ波結合量を調整するための調整部材を設けてもよい。
　このように誘電体フィルタ５は、小型であっても任意の誘電率εにおいて高いＱｕ値を発揮するＴＭ０１０モード用誘電体共振器１を備えているから、誘電体フィルタ５自体も小型であって出力波長が急峻で十分なフィルタ特性を発揮する。
　この発明に係る誘電体フィルタは、前記した一例に限定されることはなく、この発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。
（実施例１及び比較例１）
（１）柱状誘電体部材１４の作製
　ＢａＣＯ３粉末（純度９９．９％）、ＴｉＯ２粉末（純度：９９．９５％）及びＳｍ２Ｏ３粉末（純度９９．９５％）を原料粉末として、これらをミキサにより２５分間乾式混合し、その後、振動ミルにより一次粉砕した。球石としてはアルミナボールを使用し、粉砕時間は４時間とした。次いで、得られた混合粉末を、大気雰囲気下、１２００℃で３時間保持して熱処理し、その後、この熱処理粉末１００質量部に３質量部の有機バインダ及び５０質量部の水を加え、トロンメル粉砕機により１２時間２次粉砕した。次いで、噴霧乾燥により乾燥すると共に造粒し、ふるいにより４０～２００メッシュの粉末を得た。その後、プレス成形機によって、中実な柱状に成形した。成形圧力は１１５ＭＰとした。成形体は、大気雰囲気下、１４００℃で４時間保持して焼成し、この焼結体の両端面に銀合金で電極を形成した。このようにして、Ｂａ－Ｓｍ－Ｔｉ－Ｏ系の高誘電体材料（比誘電率εｒは７３．５）で４０ｍｍの軸線長さ及び第１表に示される外径（ｍｍ）を有する柱状誘電体部材１４（第１表において、「ＤＲ＿Ｉ」と表記する。）を作製した。
（２）管状誘電体部材１５の作製
　ＢａＣＯ３粉末（純度９９．９％）、ＭｇＯ粉末（純度：９９．９５％）及びＴａ２Ｏ５粉末（純度９９．９５％）を上記（１）の場合と同様にして造粒して中実な管状に成形した。成形体は、大気雰囲気下、１６５０℃で４時間保持して焼成し、この焼結体の両端面に銀合金で電極を形成した。このようにして、Ｂａ－Ｍｇ－Ｔａ－Ｏ系の低誘電体材料（比誘電率εｒは２８．５）で４０ｍｍの軸線長さ及び第１表に示される外径（ｍｍ）を有する管状誘電体部材１５（第１表において、「ＤＲ＿Ｏ」と表記する。）を作製した。なお、管状誘電体部材１５の内径は柱状誘電体部材１４の外径とほぼ同一にした。
（３）金属筐体の作製
　金属部材（具体的には、ステンレス鋼）で作製し内壁に銀メッキを施した、内部に軸線長さが４０ｍｍで内径が４０ｍｍの中空空間１８（内積ＶＣＡＶ．は５０．２ｃｍ２）を有する金属筺体１２として、内径が４０ｍｍで軸線長さが４０ｍｍの両端開口管状部材と、両端開口管状部材の端面に載置され、その開口を閉塞する上蓋及び下蓋を作製した。
　次いで、作製した下蓋に柱状誘電体部材１４を載置し、この柱状誘電体部材１４の周囲に同心となるように管状誘電体部材１５を載置した。次いで、両端開口管状部材を下蓋に載置した後に両端開口管状部材に上蓋を被せてネジ止めにより固定した。このようにして、柱状誘電体部材１４と１つの管状誘電体部材１５とで構成された共振子１１を備えた実施例１及び比較例１のＴＭ０１０モード用誘電体共振器を作製した。なお、作製したＴＭ０１０モード用誘電体共振器はいずれも基本モードとして１．０８ＧＨｚの共振周波数ｆ０を有していた。
　柱状誘電体部材１４の体積ＶＤＲ_Ｉ（ｃｍ２）及び管状誘電体部材１５の体積ＶＤＲ_Ｏ（ｃｍ２）、柱状誘電体部材１４の体積ＶＤＲ_Ｉ（ｃｍ２）と管状誘電体部材１５の体積ＶＤＲ_Ｏ（ｃｍ２）との体積比（ＶＤＲ_Ｏ／ＶＤＲ_Ｉ）、並びに、作製したＴＭ０１０モード用誘電体共振器における中空空間１８の内積ＶＣＡＶ．と柱状誘電体部材１４及び管状誘電体部材からなる共振子１１の体積ＶＤＲとの体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を算出した結果を第１表に示す。
　作製したＴＭ０１０モード用誘電体共振器における管状誘電体部材１５と柱状誘電体部材１４とを組み合わせた共振子１１の比誘電率εｒ及びＱ・ｆ値は直接的に特定できないので、作製したＴＭ０１０モード用誘電体共振器と同寸法で、単一の誘電体共振子を備えてなる同じ共振周波数ｆ０及びＱｕ値を有するＴＭ０１０モード用誘電体共振器の比誘電率εｒ及びＱ・ｆ値を以下のようにして算出し、これらを共振子１１のみかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆと表記することがある。）及びみかけのＱ／ｆ値（Ｑ・ｆ_ｅｆｆ値と表記することがある。）とした。したがって、この発明において、共振子１１の比誘電率εｒ及びＱ・ｆ値はみかけの比誘電率εｒ及びみかけのＱ・ｆ値と基本的に同義である。
　共振子１１のｔａｎδ及び比誘電率εｒを、みかけのｔａｎδ（ｔａｎδ_ｅｆｆと表記することがある。）及びみかけの比誘電率εｒとして、以下に示す方法で電磁界シミュレーションを用いて算出した。まず、環状誘電体部材１５と柱状誘電体部材１４とを組み合わせた共振子１１からなるＴＭ０１０モード用誘電体共振器１の共振周波数ｆ０及びＱｕ値を電磁界シミュレーションにより算出した。算出されたＱｕ値を第１表に示す。
　一方、単一の誘電体共振子からなり、この誘電体共振器１と同寸法を有するＴＭ０１０モード用誘電体共振器（以下、仮想共振器と称することがある。）の共振周波数ｆ０’及びＱｕ’値を電磁界シミュレーションにより算出した。
　次いで、算出した前記共振周波数ｆ０’がＴＭ０１０モード用誘電体共振器１の共振周波数ｆ０と一致するように前記仮想共振器の比誘電率εｒを算出し、この算出値をＴＭ０１０モード用誘電体共振器１における共振子１１の「みかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）」とした。その結果を第１表に示す。なお、第１表中、記号「－」は未測定であることを表す。同様に、算出したＱｕ’値がＴＭ０１０モード用誘電体共振器１のＱｕ値と一致するように前記仮想共振器の誘電損失ｔａｎδを算出し、この算出値をＴＭ０１０モード用誘電体共振器１における共振子１１の「みかけの誘電損失ｔａｎδ（ｔａｎδ_ｅｆｆ）」とした。
　次いで、ｔａｎδが持つ周波数依存性の影響を無くすためにＴＭ０１０モード用誘電体共振器１における共振子１１の「みかけのＱ・ｆ値（Ｑ・ｆ＿ｅｆｆ値）」を、共振周波数ｆ０を前記のようにして算出したみかけのｔａｎδで除して、算出した。その結果を第１表に示す。なお、第１表中、記号「－」は未測定であることを表す。
　ここで、「みかけのｔａｎδ」は、共振子１１全体のｔａｎδであって、キャビティを含めた誘電体共振器１全体の電磁界分布により決定されるため、共振子１１を単体で測定した場合のｔａｎδと異なる。また「みかけの比誘電率εｒ」も、同様に、共振子１１を単体で測定した場合の比誘電率と異なる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　このようにして算出した体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）とみかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）との関係を図５に表す。また、算出した体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）とＴＭ０１０モード用誘電体共振器のＱｕ値との関係を図６に、また算出した体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）と共振子における体積比（ＶＤＲ_Ｏ／ＶＤＲ_Ｉ）との関係を図７に、さらに、算出した体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）とみかけのＱ・ｆ値（Ｑ・ｆ_ｅｆｆ値）の関係を従来の誘電体材料（第８図においてｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓと表記する。）のＱ・ｆ値（第８図において記号「◆」で示す。）と共に図８にそれぞれ表す。
　第１表並びに図５～図８から、この発明に係るＴＭ０１０モード用誘電体共振器に対応する実施例１－１～実施例１－９は、金属筺体１２の中空空間１８を例えば内径４０ｍｍで軸線長さ４０ｍｍに小型化しても、３０～７０の任意のみかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）を発揮すると共に、共振子として高いみかけのＱ・ｆ値（Ｑ・ｆ_ｅｆｆ値）及び共振器として高いＱｕ値をも発揮することが理解できる。
　具体的には、図５に示されるように、体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を調整することによって、みかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）が３０～７０程度の範囲で任意の値を有する共振子１１を備えたＴＭ０１０モード用誘電体共振器を製造できることが理解できる。特に、体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を０．１～０．２に設定すると、高いＱｕ値を保持しつつ従来の誘電体材料では実現しえなかった５０～７０の高い比誘電率εｒ、すなわちみかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）を有する誘電体共振子が収納されたＴＭ０１０モード用誘電体共振器を製造できることが理解できる。
　また、図６に示されるように、体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を調整することによって、高いＱｕ値、特に、上に凸となる最大点を持つ特有の高いＱｕ値を有するＴＭ０１０モード用誘電体共振器を製造できることが理解できる。特に、体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を０．１～０．８に設定すると、上に凸となる最大点を持つ特有のＱｕ値であって、しかも高誘電体材料及び低誘電体材料単独で発揮するＱｕ値よりも高いＱｕ値を有するＴＭ０１０モード用誘電体共振器を製造できることが理解できる。
　さらに、図７に示されるように、体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）に対して共振子１１の体積比（ＶＤＲ_Ｏ／ＶＤＲ_Ｉ）を調整することによって、共振周波数ｆ０を一定値としたまま、柱状誘電体部材１４の体積ＶＤＲ_Ｉを任意に調節可能となるＴＭ０１０モード用誘電体共振器を製造できることが理解できる。
　また、図８に示されるように、体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を調整することによって、従来の誘電体材料と同等以上の高いみかけのＱ・ｆ値（Ｑ・ｆ_ｅｆｆ値）を持つ共振子１１が収納されたＴＭ０１０モード用誘電体共振器を製造できることが理解できる。
　これに対して、共振子として管状誘電体部材のみからなる比較例１－１の誘電体共振器は実施例と比誘電率εｒ及びみかけの比誘電率並びにみかけのＱ・ｆ値とほぼ同等であるが、第１表に示されるように外径と体積がともに大きく、フィルタ特性は十分であっても小型化できないことが容易に推測される。また、共振子として柱状誘電体部材１４と同じ材料で作製した管状誘電体部材のみからなる比較例１－２の誘電体共振器は、みかけの比誘電率εｒが７３．５で高いものの、みかけのＱ・ｆ値は１４０８５と低く、小型化はできても十分なフィルタ特性を発揮しないことが容易に推測される。
（実施例２及び比較例２）
　前記Ｂａ－Ｍｇ－Ｔａ－Ｏ系の低誘電体材料に代えてＣａ－Ｔｉ－Ｌａ－Ａｌ－Ｏ系の低誘電体材料（比誘電率εｒは４５．０）を用いて、第２表に示される外径（ｍｍ）を有する管状誘電体部材１５（第２表において、「ＤＲ＿Ｏ」と表記する。）を作製したこと以外は実施例１と基本的に同様にして実施例２のＴＭ０１０モード用誘電体共振器を作製した。なお、比較例２－１は共振子として管状誘電体部材のみからなる比較例１－１と基本的に同様であり、比較例２－２は共振子として柱状誘電体部材１４と同じ材料で作製した管状誘電体部材のみからなる比較例１－２と基本的に同様である。このようにして作製したＴＭ０１０モード用誘電体共振器はいずれも基本モードとして０．８８ＧＨｚの共振周波数ｆ０を有していた。
　実施例２及び比較例２で作製した各ＴＭ０１０モード用誘電体共振器において、実施例１と基本的に同様に、柱状誘電体部材１４の体積ＶＤＲ_Ｉ（ｃｍ２）、管状誘電体部材１５の体積ＶＤＲ_Ｏ（ｃｍ２）及び体積比（ＶＤＲ_Ｏ／ＶＤＲ_Ｉ）並びに体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を算出し、第２表に示す。また、これらの各ＴＭ０１０モード用誘電体共振器において、算出されたＱｕ値、みかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）及びみかけのＱ・ｆ値（Ｑ・ｆ_ｅｆｆ値）を第２表に示す。このようにして算出した体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）とみかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）との関係を図９に、また、算出した体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）とＴＭ０１０モード用誘電体共振器のＱｕ値との関係を図１０にそれぞれ表す。その結果、第２表並びに図９及び図１０に示されるように実施例１と基本的に同様の効果が確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（実施例３及び比較例３）
　前記Ｂａ－Ｍｇ－Ｔａ－Ｏ系の低誘電体材料に代えてＡｌ－Ｔｉ－Ｏ系の低誘電体材料（比誘電率εｒは１２．６）を用いて、第３表に示される外径（ｍｍ）を有する管状誘電体部材１５（第３表において、「ＤＲ＿Ｏ」と表記する。）を作製したこと以外は実施例１と基本的に同様にして実施例３のＴＭ０１０モード用誘電体共振器を作製した。なお、比較例３－１は共振子として管状誘電体部材のみからなる比較例１－１と基本的に同様であり、比較例３－２は共振子として柱状誘電体部材１４と同じ材料で作製した管状誘電体部材のみからなる比較例１－２と基本的に同様である。このようにして作製したＴＭ０１０モード用誘電体共振器はいずれも基本モードとして１．５ＧＨｚの共振周波数ｆ０を有していた。
　実施例３及び比較例３で作製した各ＴＭ０１０モード用誘電体共振器において、実施例１と基本的に同様に、柱状誘電体部材１４の体積ＶＤＲ_Ｉ（ｃｍ２）、管状誘電体部材１５の体積ＶＤＲ_Ｏ（ｃｍ２）及び体積比（ＶＤＲ_Ｏ／ＶＤＲ_Ｉ）並びに体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）を算出し、第３表に示す。また、これらの各ＴＭ０１０モード用誘電体共振器において、算出されたＱｕ値、みかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）及びみかけのＱ・ｆ値（Ｑ・ｆ_ｅｆｆ値）を第３表に示す。このようにして算出した体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）とみかけの比誘電率εｒ（εｒ_ｅｆｆ）との関係を図１１に、また、算出した体積比（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）とＴＭ０１０モード用誘電体共振器のＱｕ値との関係を図１２にそれぞれ表す。その結果、第３表並びに図１１及び図１２に示されるように実施例１と基本的に同様の効果が確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
１、２　ＴＭ０１０モード用誘電体共振器
５　誘電体フィルタ
７　入力線路
８　出力線路
１１、２１、３１、３２、３３　共振子
１２、２２　金属筺体
１４、２４、３５、３７　柱状誘電体部材
１５、２５、３８、３９　管状誘電体部材
１６、１７、２６、２７、３６　電極
１８、２８　中空空間
２３　段部
　２３ａ　第１段部
　２３ｂ　内側第２段部２３ｂ
　２３ｃ　中側第２段部２３ｃ
　２３ｄ　外側第２段部２３ｄ
　２３ｅ　第２段部
　２５ａ　第１管状誘電体部材
　２５ｂ　第２管状誘電体部材
　２５ｃ　第３管状誘電体部材
２９　空隙部

Claims (14)

  1. 　ＴＭ０１０モード用誘電体共振器の金属筺体に少なくとも一方の端面が密接した状態で収容される共振子であって、
    　柱状誘電体部材と、
    　前記柱状誘電体部材の周囲に同心に配置され、前記柱状誘電体部材よりも小さな誘電率を有する１又は２以上の管状誘電体部材と、
    　前記柱状誘電体部材及び前記管状誘電体部材の両端面それぞれに設置された電極とを備えていることを特徴とする共振子。
  2. 　前記柱状誘電体部材は、その軸線方向における長さが、前記管状誘電体部材の軸線方向における長さと等しいことを特徴とする請求項１に記載の共振子。
  3. 　前記柱状誘電体部材は、その軸線方向における長さが、前記管状誘電体部材の軸線方向における長さよりも、大きいこと又は小さいことを特徴とする請求項１に記載の共振子。
  4. 　前記管状誘電体部材は、前記柱状誘電体部材との間に間隙を設けて前記柱状誘電体部材と別体として配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の共振子。
  5. 　前記２以上の管状誘電体部材は、同心外側に向かうほど誘電率が小さくなるように配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の共振子。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の共振子と、
    　前記共振子の少なくとも一方の端面が密接した状態で前記共振子を収容する金属筺体とを備えていることを特徴とするＴＭ０１０モード用誘電体共振器。
  7. 　前記共振子は、前記金属筺体の内積に対する体積の比率（ＶＤＲ／ＶＣＡＶ．）が０．１～０．８であることを特徴とする請求項６に記載のＴＭ０１０モード用誘電体共振器。
  8. 　前記共振子が、少なくとも一方の端部において、前記金属筺体に設けられた段部に挿入して収容されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のＴＭ０１０モード用誘電体共振器。
  9. 　前記共振子における前記管状誘電体部材と前記柱状誘電体部材とが、前記金属筺体の中空空間の軸線方向における長さよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のＴＭ０１０モード用誘電体共振器。
  10. 　前記柱状誘電体部材は、その軸線方向における長さが、前記管状誘電体部材の軸線方向における長さと等しいことを特徴とする請求項９に記載のＴＭ０１０モード用誘電体共振器。
  11. 　前記柱状誘電体部材は、その軸線方向における長さが、前記管状誘電体部材の軸線方向における長さよりも、大きいことを特徴とする請求項９に記載のＴＭ０１０モード用誘電体共振器。
  12. 　前記金属筺体の前記段部は、少なくとも、第１段部と第１段部の周囲に配置される第２段部とを有し、前記柱状誘電体部材は前記第１段部に挿入されるとともに、前記管状誘電体部材は前記第２段部に挿入されることを特徴とする請求項１１に記載のＴＭ０１０モード用誘電体共振器。
  13. 　前記柱状誘電体部材は、その軸線方向における長さが、前記管状誘電体部材の軸線方向における長さよりも、小さいことを特徴とする請求項９に記載のＴＭ０１０モード用誘電体共振器。
  14. 　請求項６～１３のいずれか１項に記載のＴＭ０１０モード用誘電体共振器を少なくとも１つ含むことを特徴とする誘電体フィルタ。
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