(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で形成されたボルトと、貫通孔を有するボルト押さえ板と、前記貫通孔を有する支持台と、前記貫通孔を有する誘電体ブロックと、キャビティを具備し、前記ボルトに前記ボルト押さえ板と前記支持台と前記誘電体ブロックとが順番に通しナットで留められて共振器ユニットが構成されると共に、前記共振器ユニットが前記キャビティに固定されていることを特徴とする誘電体共振器。
【請求項２】
共振器ユニットが取り付けられるキャビティの部分の厚さが、ボルトの頭部より厚く、前記ボルトの頭部を通す開口部が設けられ、ボルト押さえ板で前記開口部が塞がれていることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車電話や携帯電話などの移動体通信システムの基地局などにおいて、所望の周波数の高周波信号を選択的に濾波する誘電体フィルタ、とくに誘電体ノッチフィルタに関するものである。また、本発明は、これら誘電体フィルタを構成する誘電体共振器に関連するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車電話などの移動体通信システムの発達につれて、誘電体共振器を用いた誘電体ノッチフィルタおよび誘電体フィルタの需要が伸びている。
【０００３】
以下に図面を参照しながら、従来の誘電体ノッチフィルタの一例について説明する。図２４は従来の誘電体ノッチフィルタの外観図である。図２４において、２４０１は円柱形の金属製キャビティ、２４０２はベース部材、２４０３は周波数調整部材、２４０４は入出力端子であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。ここでは５段の誘電体ノッチフィルタを示している。ベース部材２４０２の中には伝送線路が構成されており、各誘電体共振器と電磁界結合してノッチフィルタを構成している。図２５は図２４に示す従来の誘電体ノッチフィルタに用いられている誘電体共振器の内部を簡略的に示したものである。２５０１は誘電体ブロック、２５０２は電磁界結合のための結合ループである。図２６は従来の誘電体共振器における、電磁界結合度の調整機構を示す図であり、調整機構の断面図である。図２６において、２は誘電体ブロック２５０１を支持する支持台、４ａは結合ループ２５０２のループ部、４ｂは結合ループ２５０２の接地部、４ｃは結合ループ２５０２全体を回転させるためのハンドル、５は結合ループ２５０２のポールで中心導体５ａおよび絶縁体５ｂからなっている。また、ベース部材２４０２は中心導体である伝送線路７および外部導体８で構成されている。また、９は伝送線路７を支える絶縁体の支持部材である。また、通常誘電体ブロック２５０１は支持台２と低融点ガラスを用いて一体化され、保持されている。
【０００４】
以上のような構成の従来の誘電体共振器の動作原理は、以下の通りである。金属製キャビティ２４０１の中に誘電体ブロック２５０１と結合ループ２５０２を保持し伝送線路７と接続すると、金属製キャビティ２４０１内に電磁界が発生し、共振モードに対応した共振周波数で共振させることができる。誘電体共振器の電磁界結合度は、誘電体共振器の電気的な特性を決定する重要なパラメータである。この電磁界結合度は、ここでは結合ループ２５０２の断面を横切る磁力線の本数で決まる。すなわち、従来の技術では、ハンドル４ｃを用いて機械的に結合ループ２５０２を回転して有効断面積を変化させ、結合ループ２５０２内を横切る磁力線の数を調整していた。
【０００５】
また、誘電体共振器のインピーダンスを整合させるために、結合ループ２５０２の電気長は、正確に４分の１波長に調整されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術においては、以下の欠点があった。
【０００７】
（１）結合ループを機械的に回転させる複雑な機構が必要であり、そのために必要とされる部品点数が多い。
【０００８】
（２）インピーダンス整合をとる手段が限られており、低い周波数では極端に結合ループが大きくなる。いっぽう高い周波数では結合ループが小さいために、大きな結合度を得ることができない。
【０００９】
（３）原理的に、インピーダンス整合ができる周波数範囲が狭い。
【００１０】
（４）ガラスを溶解させるため誘電体支持に熱処理が必要で、接着強度が弱く信頼性が低い。
【００１１】
その結果、以下の問題点があった。
【００１２】
（ａ）振動や衝撃により、容易に結合ループが回転して、電磁界結合度が変化する。
【００１３】
（ｂ）製造工程が複雑になる。
【００１４】
（ｃ）コストが高くなる。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、従来の誘電体ノッチフィルタに比べ、結合度調整機構が簡単で、かつ容易に電磁界結合度を調整できる誘電体ノッチフィルタを提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、製造容易、低損失で堅牢な誘電体ブロックの支持方法を提供すること、小型で高性能なキャビティを提供すること、小部品点数で構成される周波数調整機構を提供すること、および急峻なノッチフィルタ特性を得る手法を提供することである。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体共振器によれば、誘電体で形成されたボルトと、貫通孔を有するボルト押さえ板と、貫通孔を有する支持台と、貫通孔を有する誘電体ブロックと、キャビティを具備し、ボルトに該ボルト押さえ板と支持台と誘電体ブロックとが順番に通しナットで留められて共振器ユニットが構成されると共に、共振器ユニットがキャビティに固定されていることにより、上記目的を達成する。
【００３７】
ある実施の形態では、前記共振器ユニットが取り付けられる前記キャビティの部分の厚さが、前記ボルトの頭部より厚く、ボルトの頭部を通す開口部が設けられ、前記ボルト押さえ板で開口部が塞がれていてもよい。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００５１】
図１は、本発明による誘電体ノッチフィルタの実施の形態の外観図である。本実施の形態の誘電体ノッチフィルタは、５つの誘電体共振器を有し、各誘電体共振器は、箱型の金属製キャビティ１０１ａ〜ｅ、共振周波数を調整するためのチューニングスクリュー１０４ａ〜ｅ、誘電体ブロック１０５ａ〜ｅ、結合ループ１０７ａ〜ｅ、支持部材１０９ａ〜ｅを有する。１０２は内部に伝送線路の内導体を保持する伝送線路ハウジングであり、１０３は入出力ポートである。金属製キャビティ１０１ａ〜ｅは、その内部に、誘電体ブロック１０５ａ〜ｅ、結合ループ１０７ａ〜ｅを有している。
【００５２】
図２は、金属製キャビティ１０１ａ〜ｅの蓋部を取り除くことにより、図１に示された本実施の形態のノッチフィルタの内部構造を示すとともに、伝送線路ハウジング１０２の内部の電気的な接続をも示している。金属キャビティ１０１ａ〜ｅの内部には、それぞれ支持部材１０９ａ〜ｅによって支持された誘電体ブロック１０５ａ〜ｅおよび結合ループ１０７ａ〜ｅがある。また、伝送線路１０８には、それぞれＥｃ１〜５の長さをもつｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの端部が接続されている。各ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの接続点の間は、それぞれ長さＥ１〜４をもつ伝送線路１０８ａ〜ｄとなっている。ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅのもう一方の端部は、それぞれ金属製キャビティ１０１ａ〜ｅの内部において、結合ループ１０７ａ〜ｅと接続されている。さらに、ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅが伝送線路１０８に接続されている各点において、リアクタンス素子１１０ａ〜ｅが、各ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅおよび各誘電体共振器と並列に接続されている。リアクタンス素子１１０ａ〜ｅは、各誘電体共振器のインピーダンスを整合させるために接続されている。以上の構成により、伝送線路１０８と誘電体ブロック１０５ａ〜ｅとが、結合ループ１０７による電磁界結合を介して互いに接続されている。
【００５３】
図３に、本ノッチフィルタの等価回路を示す。上述の誘電体共振器は、それぞれ図３に示される直列共振回路で表現され、本発明の誘電体フィルタは、特定の周波数の信号を除去する帯域阻止フィルタ（ノッチフィルタ）となる。また、結合ループ１０７ａ〜ｅによる電磁界結合度を変化させることにより、図３における共振回路を構成する等価回路パラメータ（Ｌｎ、Ｃｎ、Ｒｎ、ただしｎ＝１、…、５）を変化させることができる。また、等価回路パラメータおよび長さＥ１〜４を適当な値に設定することにより、所望のノッチフィルタ特性が得られる。
【００５４】
本発明の特徴は、誘電体共振器の電磁界結合度を調整する方法として、ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅを採用することにより、その長さＥｃ１〜５と、リアクタンス素子１１０ａ〜ｅの値とを変化させる方法を用いたことにある。ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの長さＥｃ１〜５およびリアクタンス素子１１０ａ〜ｅの値によって、等価回路パラメータを調整できることを以下に図面および実験データを用いて説明する。
【００５５】
まず、リアクタンス素子１１０ａ〜ｅの役割について説明する。リアクタンス素子１１０ａ〜ｅは、誘電体共振器のインピーダンス整合をとるための素子である。理想的な共振器は、共振点からじゅうぶん離れた周波数において、リアクタンス成分をもたない。言い換えると、誘電体共振器を理想的な共振器として動作させるには、共振点からじゅうぶん離れた周波数において、リアクタンス成分がキャンセルされる必要があり、リアクタンス素子１１０ａ〜ｅはこのためのものである。
【００５６】
図４は、直列共振回路に並列にリアクタンス素子４０１を接続した回路を示している。図５（ａ）〜（ｃ）は、図４の回路において、リアクタンス素子４０１のリアクタンス値を変化させて、回路全体のインピーダンスを誘導性（インダクティブ）から容量性（キャパシティブ）へと変化させたときの反射特性（以下Ｓ１１という）および伝達特性（以下Ｓ２１という）を示している。図５（ａ）は誘電体共振器が誘導性である場合、図５（ｂ）は誘電体共振器が誘導性でも容量性でもない場合、すなわちインピーダンスが整合された場合、図５（ｃ）は誘電体共振器が容量性である場合を示す。図５（ａ）および（ｃ）に示されるように、誘電体共振器のインピーダンスの整合がとれていないと、共振周波数に対して、Ｓ１１もＳ２１も非対称であり、誘電体共振器は、理想的な共振器として動作しない。そこで、誘電体共振器のインピーダンスが誘導性または容量性である場合（図５（ａ）または（ｃ））には、誘電体共振器と並列にリアクタンス素子１１０を接続することによって、誘電体共振器のもつ誘導性または容量性をキャンセルし、インピーダンスが整合された状態（図５（ｂ））が実現できる。誘電体共振器のインピーダンスを整合させるためには、誘電体共振器が誘導性のときにはリアクタンス素子１１０は容量性とし、また誘電体共振器が容量性のときにはリアクタンス素子１１０は誘導性とする。
【００５７】
次に、伝送線路の先につながれた直列共振回路にリアクタンス素子を並列に接続したときのインピーダンスについて説明する。例えば図６（ａ）に示すように、長さゼロ（電気長ゼロ）の伝送線路の先に直列共振回路を接続する。このときの直列共振回路のスミスチャート上の周波数軌跡は図７中の点線で示したものとなる。このときの直列共振回路の回路パラメータと図７中の軌跡の関係を以下に説明する。図７において、ｆ０は誘電体共振器の共振周波数、ｆ１およびｆ２は誘電体共振器のリアクタンス成分の絶対値が外部負荷と等しくなる周波数である。このとき、誘電体共振器の外部Ｑ値（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｑ）Ｑｅｘｔは、数式１で得られる。
【００５８】
Ｑｅｘｔ＝ｆ０／（ｆ１−ｆ２）                                  ・・・（数式１）
さらに、Ｑｅｘｔと図６（ａ）に示す等価共振回路定数の関係は、数式２で得られる。
【００５９】
0003606274.tif 000002
誘電体共振器の結合度を大きくすると（ｆ１−ｆ２）の値が大きくなり（つまり帯域が広くなり）、Ｑｅｘｔの値は小さくなる。
【００６０】
さらに、図６（ｂ）のように線路長Ｌｅの伝送線路を接続すると、図７のスミスチャート上で、点線から４πＬｅ／λ（λは波長）ラジアンだけ回転した一点破線に移動する。さらにインピーダンス整合をとるために図６（ｃ）のように、直列共振回路に並列にリアクタンス素子、ここではインダクタＬｓを接続すると、図７のスミスチャート上では等コンダクタンス上を（１／ωＬｓ）だけ動いて実線に移動する。このときの共振特性は、図６（ｃ）中に示したようにＬ，Ｃ，Ｒの直列共振特性となる。
【００６１】
このときのＱｅｘｔ’は、
Ｑｅｘｔ’＝ｆ０’／（ｆ３−ｆ４）                    ・・・（数式３）
ここで、ｆ０’は共振周波数、ｆ３およびｆ４は図７の実線で示した共振特性において、リアクタンス成分の絶対値と外部負荷値が等しくなった周波数である。図７からわかるように、（ｆ１−ｆ２）に比べて（ｆ３−ｆ４）のほうが大きくなっている。言い換えれば、図６（ａ）の場合に比べ、図６（ｃ）のほうが帯域が広い。このように共振回路のインピーダンスを変化させることができる。つまり、共振回路を誘電体共振器で構成すれば、上述の操作で電磁界結合度を調整することができる。
【００６２】
以上のことを実験的に確認したので、図８、図９および図１０を参照して、説明する。図８は、実験に用いた誘電体共振器の回路を示している。この回路は、前述した５段の帯域阻止フィルタで用いた誘電体共振器の１段分に相当し、任意長の伝送線路１０８および入出力ポート１０３が接続された１段の帯域阻止フィルタである。また、誘電体共振器のインピーダンスを整合させるために、ｃ．ａ．ｌ．１０６と伝送線路１０８との接続点から、誘電体共振器と並列にリアクタンス素子１１０が接続されている。図９は、図８に示す誘電体共振器の等価回路を示す。ここで用いたｃ．ａ．ｌ．１０６の長さＥｃは６６、６８、７０および７２ｍｍである。また、実験に用いたキャビティ１０１は、内寸１０８Ｗ×１４０Ｄ×１１０Ｈ（ｍｍ）であり、側面部は銅メッキされた鉄、天井部および底面部はアルミでできている。誘電体ブロック１０５は外径６２ｍｍ、高さ４０ｍｍ、比誘電率３４である。誘電体ブロックは、外径３５ｍｍ、高さ３０ｍｍの９６％アルミナ製支持台１０９によって支持されている。結合ループ１０７は、６５０ｍｍ２の断面をもち、キャビティ１０１の幅（Ｗ）方向側面部の中央に水平に取り付られている。
【００６３】
図１０は、誘電体共振器の等価回路パラメータのインダクタンス値Ｌとｃ．ａ．ｌ．の長さＥｃとの関係を実験で調べた結果である。縦軸はＬの値、横軸はＥｃである。ここで、縦軸は誘電体共振器の電磁界結合度に対応しており、Ｌの値が小さいほど電磁界結合度は大きい。図１０に示すように、伝送線路長が６６ｍｍから７２ｍｍまで変化すると、Ｌの値は１０．３×１０−６（Ｈ）から６．７×１０−６（Ｈ）まで変化することがわかった。Ｌの値は、ｃ．ａ．ｌ．１０６の長さＥｃ（ｍｍ）に対してほぼ直線的に変化するが、さらに厳密に２次式で近似すると数式４のようになる。
【００６４】
Ｌ＝７８．０９７−１．４２６６Ｅｃ＋６．０５３１×１０−３Ｅｃ２    （×１０−６（Ｈ））  ・・・（数式４）
以上、結合ループの有効断面積を機械的に変化させなくても、ｃ．ａ．ｌ．１０６の長さＥｃを変えることにより、電気的に共振回路の回路パラメータを変化できることを実験でも確認した。特に、図２に示す本実施の形態の構成において、必ずｃ．ａ．ｌ．１０６は必要であり、これを誘電体共振器のインピーダンス変換（電磁界結合度調整）に積極的に利用したことが、本発明の最大の特徴である。数式３で示したＬとＥｃの関係は、あくまで上記の寸法のキャビティや結合ループ、誘電体ブロックを用いた場合の一例である。しかし、異なる形状のキャビティや結合ループ、誘電体ブロックを用いても、誘電体共振器の回路パラメータをｃ．ａ．ｌ．の長さで変化させることが可能である。
【００６５】
また、本実施の形態において、ｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの長さＥｃ１〜５の調整方法として、以下に示す方法がある。第１の方法として、図１１および図１２に示すパターンを印刷した基板を用いてｃ．ａ．ｌ．として用いることができる。図１１のパターンの一部を削り取ることにより、電流の流れる経路が変化し、電気長が変化する。図１２においては、長いパターンと短いパターンとが並列に接続されている。
【００６６】
したがって、パターンを削り取らない状態では、電流は主に短いパターンを流れる。短いパターンを切断すれば、電流は長いパターンを流れるようになるので、電気長が変化する。これらの方法は、機械的信頼性も高く、極めて簡便に長さを変化させることができる。基板としては、アルミナ基板、ポリテトラフルオロエチレン基板、ガラスエポキシ基板などが用いられ、その大きさは、例えば縦３０〜５０ｍｍ、横２０〜３０ｍｍのものが用いられる。パターンの材料としては、銅などが用いられ、パターンの幅は例えば５ｍｍである。
【００６７】
また、基板上にはｃ．ａ．ｌ．１０６ａ〜ｅの電極パターンだけではなく、インピーダンス整合素子１１０ａ〜ｅも同時に構成することができ、部品の少数化を図ることができる。
【００６８】
第２の方法として、図１３に示すように、ｃ．ａ．ｌ．１０６の導体の周りに誘電体を近づけたり、もしくは周りの誘電体を交換する方法がある。この場合には、線路の電気長Ｅｃｅは線路周りの誘電体の実効誘電率εを用いて数式５で与えられる。
【００６９】
Ｅｃｅ＝Ｅｃ×ε１／２                                                （数式５）
すなわち、伝送線周りの誘電体に誘電体を近づけたり、誘電体を交換したりすることによって伝送線の電気長Ｅｃｅを変化させることができる。この方法によれば、不要な削り屑を発生させることなく、また正確に電気長を調整することができる。
【００７０】
特記すべきことは、リアクタンス素子の接続位置である。本実施の形態のように２段以上の多段ノッチフィルタを構成する場合、リアクタンス素子１１０は、伝送線路１０８とｃ．ａ．ｌ．１０６とが接続されている点で接続されることが好ましい。なぜなら、伝送線路１０８からみると、ｃ．ａ．ｌ．１０６から誘電体ブロック側、すなわち伝送線路１０８とｃ．ａ．ｌ．１０６の接続点より誘電体ブロック側が、誘電体共振器とみなされるからである。また、リアクタンス素子１１０は、その誘電体共振器のインピーダンスを整合させるためのものである。仮にｃ．ａ．ｌ．１０６の接続点ではない点においてリアクタンス素子１１０を接続することによってインピーダンスを整合させたとしても、等価的には伝送線路１０８に整合のとれた誘電体共振器が「点」で接続されていないことになる。多段の誘電体共振器を用いてノッチフィルタを構成するときは、それぞれの誘電体共振器が接続されている間の伝送線路の長さ（例えば図３におけるＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４）は、インピーダンスインバータの役割をはたし、この値は、ノッチフィルタ設計において重要なパラメータである。よってリアクタンス素子１１０を、ｃ．ａ．ｌ．１０６と伝送線路１０８との接続点に接続することによって、所望のインピーダンスインバータをｃ．ａ．ｌ．１０６それぞれの接続点の間の電気長として実現できる。その結果、設計通りのノッチフィルタ特性を得ることができる。
【００７１】
なお、リアクタンス素子１１０としては、例えば空芯コイル、平行平板キャパシタ、伝送線スタブなどが用いられる。リアクタンス素子１１０として空芯コイルを用いるときは、空芯コイルを変形させることにより、誘電体共振器のインピーダンス特性を容易に調整することができる。
【００７２】
本実施の形態において、結合ループ１０７の長さを、４分の１波長もしくは４分の１波長の奇数倍の長さよりも８分の１波長以下の長さだけ長く設定することができる。その結果、結合ループ１０７の開放端側にインダクタを並列に接続して、誘電体共振器のインピーダンスを整合させることができ、その方法がきわめて容易となる。
【００７３】
本実施の形態における誘電体ブロック１０５を金属製キャビティ１０１に保持する方法について図面を参照しながら説明する。図１４は、誘電体ブロック１０５を金属製キャビティに保持する方法を示した図であり、誘電体ブロック１０５の中心部を通る断面を描いたものである。図１４において、１０５は円筒形で、支持台１０９が入る凹部１４０５を有する誘電体ブロック、１０９は円筒形の支持台、１４０１、１４０２および１４０３は、それぞれ樹脂製のボルト、ナットおよびワッシャである。１４０４は中央にボルトを通す穴の開いた押さえ板、１４０６は押さえ板を取り付けるための固定用のビスである。ボルト１４０１は、押さえ板１４０４、支持台１０９、誘電体ブロック１０５、ワッシャ１４０３、ナット１４０２の順に通されて、これらを一体化する。ワッシャ１４０３は、誘電体ブロック１０５の位置決めのために、誘電体ブロック１０５の貫通孔に合致する凹部１４０５を有している。また、金属製キャビティ１０１には、ボルト１４０１の頭が納まる穴と押さえ板１４０４を留めるビス１４０６の通る穴とが設けられている。
【００７４】
以上の構成により、誘電体ブロック１０５と支持台１０９とを一体化でき、金属キャビティ１０１への固定が容易になる。また、本実施の形態による誘電体ブロックの保持方法によれば、金属製キャビティ１０１内に発生する電磁界において磁界密度が低い誘電体ブロック１０５の中心部を、ボルト１４０１を通して固定している。その結果、共振回路のＱ値を高くできる。また、ボルト１４０１、ナット１４０２およびワッシャ１４０３の材料としては、誘電率の小さい材料を用いることが、Ｑ値を高くするためには、好ましい。具体的には、Ｑの値と、機械的強度とを考慮すると、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレンもしくはこれらのガラス混合材を用いることが好ましい。
【００７５】
また、支持台１０９の材料として、比較的誘電率の小さい材料を用いれば、金属製キャビティ１０１の底面付近における磁束密度を小さくできるので、よりＱの高い誘電体共振器が実現できる。支持台１０９の材料としては、誘電体ブロック１０５の誘電率（３０から４５）の３分の１以下の誘電率の材料、たとえばアルミナ、マグネシアもしくはフォルステライト（誘電率約１０）などを用いることができる。また、金属製キャビティ１０１にボルト１４０１の頭の納まる穴を設け、さらに取付位置の肉厚をボルト１４０１の頭の厚みより厚くすることにより、金属キャビティ１０１表面からの突起部をなくすことができる。それにより、フィルタ本体の移動の際に、応力がボルトに直接加わることが防げる。その結果、誘電体ブロックの位置ずれや、ボルトの物理的破損を防ぐことができる。
【００７６】
また、誘電体ブロック１０５の下部にザグリを入れ、かつ、ワッシャ１４０３の中央部に凸部を設けることにより、キャビティ１０１に対する誘電体ブロック１０５の位置決めが容易かつ正確になる。その結果、共振周波数や結合度のばらつきを防ぐことができる。
【００７７】
なお、ＴＥモードの電磁界共振モードを用いたときには、誘電体ブロック１０５に設けてある、伝搬軸方向と平行な貫通孔にボルト１４０１を通しワッシャ１４０３およびナット１４０２で留めることにより、誘電体ブロック１０５を金属製キャビティ１０１に固定することができる。そうすることにより、ボルト、ワッシャおよびナットによるＱの劣化を最小にすることができる。
【００７８】
本実施の形態において用いることができる金属製キャビティ１０１について、図１５を参照しながら説明する。図１５は本実施の形態における金属製キャビティ１０１および誘電体ブロック１０５の形状を示している。金属製キャビティ１０１は、幅（Ｗ）×奥行き（Ｄ）×高さ（Ｈ）の直方体である。１５０１は蓋である。
【００７９】
無負荷時のＱの値Ｑｕに関して、従来の円柱形キャビティと、本発明の実施の形態における箱型のキャビティとの比較を行う。本発明の実施の形態に対応する箱型のキャビティを用いた誘電体ノッチフィルタと従来の円柱形のキャビティを用いた誘電体ノッチフィルタとを比較するために、同一の誘電体ブロックを用いてＱｕを実測した結果を（表１）に示す。
【００８０】
【表１】
0003606274.tif 000003
【００８１】
（表１）において、Ａは１２０×１６０×１１０ｍｍ、Ｂは１００×１６０×１１０ｍｍ、Ｃは１２０×１２０×１１０ｍｍ、Ｄは１００×１２０×１１０ｍｍの箱型キャビティを用いたときの本発明の誘電体ノッチフィルタであり、Ｅは１４０φ×１０５ｍｍ、Ｆは１２０φ×７２ｍｍの従来の円柱形キャビティ用いたときの誘電体ノッチフィルタである。また、誘電体ブロックは、比誘電率３３．４、高さｈ３０ｍｍ、外径ｄ６０ｍｍφ、誘電素体Ｑ値５３０００のものである。（表１）の結果からわかるように、Ｅのキャビティを用いたときのＱｕ値（３９０００）よりも、本発明の実施の形態のキャビティすなわち、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのキャビティを用いたときのすべての場合におけるＱｕ値の方が優れていることがわかる。また体積比の点でも、本発明の実施の形態のノッチフィルタの方が小さく優れている。
【００８２】
これまで、誘電体共振器のＱは、誘電体ブロックと最短距離となる金属製キャビティの壁が支配的であり、言い替えると、同じ誘電体ブロックを用いたときには誘電体ブロックと金属製キャビティとの最短距離によってＱが決定されると考えられていた。ところが、本発明の実施の形態で示したように、キャビティを直方体型にすることにより、キャビティ内に発生する電磁界がキャビティの長手方向に変位した状態となる結果、誘電体ブロックとキャビティとの距離が短くなっても、電磁界が長手方向に逃げるので、Ｑの低下が抑えられることがわかった。
【００８３】
上記のように、本実施の形態のノッチフィルタに用いるキャビティは従来より小型化を実現しながら、Ｑｕの劣化を抑制するということができる。
【００８４】
（表１）に示したキャビティの形状は、実験に用いたキャビティの形状を示したものである。本発明のキャビティにおいては、電磁界を閉じ込める直方体のキャビティの形状が、ある特定の寸法関係をもつときにのみ前述の効果が得られる。多くの同様な実験の結果、幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨの直方体形の金属製キャビティおよび直径ｄ、高さｈの円柱形もしくは円筒形の誘電体ブロックを用いた場合、キャビティの奥行きＤの誘電体ブロックの直径ｄに対する比を１．３以上２．０以下、キャビティの幅Ｗの誘電体ブロックの直径ｄに対する比を２．０以上４．０以下、キャビティの幅Ｗのキャビティの奥行きＤに対する比を１．２以上２．５以下とすることにより、キャビティを直方体にする効果が顕著となることがわかった。
【００８５】
本実施の形態においては結合ループ１０７を用いて誘電体ブロック１０５と電磁界結合させている。他の結合方法として、図１６（ａ）および（ｃ）に示す結合プローブ１６０１を用いた結合も使用できる。さらに、図１６（ａ）に示すように、結合ループ１０７または結合プローブ１６０１を金属製キャビティ１０１の幅方向（Ｗの方向）に取り付けることにより、キャビティ内の磁力線の分布が比較的高密度の領域で結合されるので、密に結合させることができる。いっぽう、図１６（ｂ）および図１６（ｃ）に示すように、結合ループ１０７または結合プローブ１６０１を金属製キャビティ１０１の奥行き方向（Ｄの方向）に取り付けることにより、キャビティ内の磁力線の分布が比較的低密度の領域で結合されるので、結合度の微調整が容易となる。また、結合ループ１０７は、厚さ０．３〜１ｍｍ、幅３〜８ｍｍ程度の金属製の線を用い、金属製キャビティ１０１にネジ止めすると、電気的にも機械的にもしっかりした固定ができる。
【００８６】
図１７は、本実施の形態の直方体状の金属製キャビティ１０１の構成方法の一例を示している。金属製キャビティ１０１は、誘電体ブロック１０５の円周方向に沿って、上下に長方形の開口部を有するように金属板を折り曲げることで本体部材１７０２が構成され、その本体部材１７０２の開口部が蓋部材１７０１および底部材１７０３で塞がれている。ただし、必ずしも図１７に描かれているように金属製キャビティ１０１の構成部材を分ける必要はない。しかし、例えばＴＥ０１δモードを用いるときには、誘電体ブロック１０５の円周方向に交流電界が発生するので、金属製キャビティ１０１のＱをより高くするには、キャビティ内を円周方向に流れる交流電流を妨げない構成が好ましい。図１７に示した構成は、誘電体ブロック１０５の円周方向が本体部材１７０２により一体構成されている。また、本体部材１７０２を構成する際、板金で曲げた後の端部１７０６の処理は、簡単な方法としてネジ止めでもよい。また、溶接、半田鑞付け、銀鑞付けまたは噛み合わせで処理することによって、端部１７０６における接触抵抗をより小さくでき、それによってよりＱの高い共振器が実現できる。その他、図１７においては蓋部材１７０１、本体部材１７０２および底部材１７０３をそれぞれ別の部材として構成したが、工程の簡略化を考慮して一体化して構成しても良い。なお、本実施の形態において、金属製キャビティ１０１は例えば板金でつくることができ、板金であれば従来のへら絞り法等にくらべて容易にかつ安価に作製することができる。
【００８７】
図１８は本実施の形態における誘電体ノッチフィルタの構造を分解展開図として示している。図１８において、１８０１および１８０２は金属製キャビティの底部材および天板部材、１８０３は伝送線路１０８のハウジング構成部材、１８０４は入出力コネクタ１０３の支持材となるコネクタスタンド、１８０５は金属製キャビティ１０１に設けられた孔で、結合ループ１０７を引き出すためのものである。金属製キャビティ１０１では、その内部に結合ループ１０７を有し、結合ループ１０７の一端は金属製キャビティ１０１に接地されており、他端は孔１８０５から取り出されている。また、金属製キャビティ１０１は、上下面にアスペクト比が１．０〜２．０の長方形の開口部を有している。天板部材１８０２には、各誘電体共振器のチューニングスクリュー１０４を具備している。このような構成をもつ金属製キャビティ１０１を同一の方向に並べ、金属製キャビティ１０１とその上下の開口部を塞ぐように底部材１８０１および天板部材１８０２とが一体化されている。ハウジング構成部材１８０３は、伝送線路１０８の上下から挟み込むことによってトリプレート型の高周波伝送線路の遮蔽金属を構成しており、その内部には伝送線路１０８、ｃ．ａ．ｌ．１０６およびリアクタンス素子１１０が構成されている。ここでは一例として、リアクタンス素子１１０として一端を接地した空芯コイルを用いた場合を記載している。
【００８８】
以上のような構成とすることにより、最低限の部品数で以下の効果を得ることができる。
【００８９】
１、前述した理由で高Ｑな金属製キャビティ１０１を構成することができる。
【００９０】
２、低損失な伝送線路を実現することができる。
【００９１】
３、ｃ．ａ．ｌ．１０６を接続するポイントを変更することによって、共振器間のインバータを容易に調整することができる。
【００９２】
４、機械的に極めて堅牢である誘電体ノッチフィルタを構成することができる。
【００９３】
また、図１８に示した金属製キャビティ１０１構成方法の代わりに、図１９に示すように、個数分の容量をもつ金属製本体部材１９０１に金属製の仕切板１９０２を入れたのち、蓋部材１９０３で封止する構成を用いることもできる。
【００９４】
以上、本発明の実施の形態は、帯域阻止フィルタについての説明であるが、本発明の金属製キャビティ１０１の構造は、帯域通過フィルタなどにも適用可能である。
【００９５】
図２０は、帯域通過フィルタの構成の一例として、その構成の概略を示している。ここでは、結合ループ１０７と結合窓２００１を用いて構成している。上記したように、結合ループ１０７の電磁界結合度調整法、インピーダンス整合法および金属製キャビティ１０１の構成法を用いることができ、同様な効果を得ることができる。なお、本実施の形態において、金属製キャビティ１０１に周波数調整機構を設けることもできる。
【００９６】
本実施の形態における周波数調整部材について図２１および図２２を参照しながら説明する。図２１および図２２は本実施の形態における周波数調整部材の構造を示している。図２１および図２２において、２１０１は円板状の金属板で周波数調整部材２１０２と一体化されている。２１０３および２２０１は中央にネジが切られたロックナット、２１０４はビスである。ここで、ロックナット２１０３には、ビス２１０４を通す貫通孔が開けてあり、いっぽうロックナット２２０１については、ビス２１０４と螺合するネジが切られている。
【００９７】
図２１に示した周波数調整機構の構造について説明する。本実施の形態においては、天板部材１８０２に、ロックナット２１０３に開けられた貫通孔と一致する位置にネジを切ってある。また、誘電体共振器の共振周波数は、金属板２１０１を上下させることによって調整することができる。本実施の形態では、周波数調整部材２１０２に切られたネジと螺合するネジを、天板部材１８０２に切ることによって、周波数調整部材２１０２を回転して金属板２１０１を上下に動かすことを可能にする。前述の方法で周波数を調整した後、ロックナット２１０３を用いて周波数調整部材２１０２をロックする。このとき、ロックナット２１０３と天板部材１８０２の間に僅かな隙間（０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下）を開けた状態で、ロックナット２１０３の貫通孔と天板部材１８０２の位置を合わせて、ロックナット２１０３の上部からビス２１０４を取り付ける。ビス２１０４をねじ込むことによって、ロックナット２１０３が押さえられる力がはたらき、周波数調整部材２１０２を確実にロックすることができる。
【００９８】
図２２に示したもう一つの周波数調整機構の構造について説明する。もう一つの周波数調整機構は図２１で説明したものと基本的に同一である。しかし、本調整機構においては、ロックナット２２０１にビス２１０４と螺合するネジが切ってあり、周波数を調整した後、ロックナット２２０１に切ってあるネジにビス２１０４を通して締め付けることにより、ロックナット２２０１に上向きに力が加わり、周波数調整部材２１０２を確実にロックすることができる。
【００９９】
本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィルタについて、図１、図２および図３を参照しながら回路中のパラメータの設定の方法について説明する。各誘電体ノッチフィルタの共振周波数を、図２および図３において左から、それぞれＦ１〜５として、Ｆ１〜５および伝送線路１０８ａ〜ｄの値をそれぞれ数式７のように設定する。
【０１００】
Ｆ１＝ｆｏ
Ｆ２＝ｆｏ＋ｄｆ１
Ｆ３＝ｆｏ−ｄｆ２
Ｆ４＝ｆｏ＋ｄｆ２
Ｆ５＝ｆｏ−ｄｆ１
ただし、０＜ｄｆ１＜ｄｆ２                      ・・・（数式７）また、伝送線路１０８ａ〜ｄは、インピーダンスインバータとして動作するが、インバータとして動作を決定するのは、それぞれの電気長である。より急峻な選択特性を得るために、伝送線路１０８ａ〜ｄの電気長Ｅ１〜４をそれぞれ数式８のように設定する。
【０１０１】
0003606274.tif 000004
このように共振周波数を中心周波数に対して対称、かつ、インバータとなる伝送線路１０８ａ〜ｄの電気長を９０度（λ／４）からシフトさせて構成する。上記のように帯域阻止フィルタを構成すると、通過特性において帯域内に等リップルの特性が得られ、さらに反射特性において帯域近傍に極を発生させることができる。その結果、急峻なフィルタ特性を得ることができる。
【０１０２】
すなわち、５段の共振器を用いた場合、急峻なノッチフィルタ特性を得る方法は、数式７および数式８に示す通りであり、言い換えると以下のようになる。１段目の共振器の共振周波数をフィルタ帯域の中心周波数に、２段目の共振器の共振周波数を中心周波数よりｄｆ１だけ高く、４段目の共振周波数をｄｆ２だけ高く設定し、５段目の共振器の共振周波数を中心周波数よりｄｆ１だけ低く、３段目の共振器の共振周波数をｄｆ２だけ低く設定する。１段目と２段目の間および４段目と５段目の間の伝送線路の電気長をλ／４の奇数倍より最大λ／８長くし、２段目と３段目の間および３段目と４段目の間の伝送線路の電気長をλ／４の奇数倍より最大λ／８短くする。
【０１０３】
一例として、減衰中心周波数８４５．７５ＭＨｚ、減衰帯域１．１ＭＨｚ、減衰量２１ｄＢの帯域阻止フィルタを設計した場合を数式９に示す。
【０１０４】
0003606274.tif 000005
ここで、Ｑｅｘｔ１〜５は図２および図３中に示している誘電体共振器の外部Ｑであり、同図中、左の誘電体共振器から順にＱｅｘｔ１、Ｑｅｘｔ２、Ｑｅｘｔ３、Ｑｅｘｔ４、Ｑｅｘｔ５としている。以上の構成のときのノッチフィルタ特性の実測値として伝達特性（Ｓ２１）および反射特性（Ｓ１１）をそれぞれ図２３（ａ）および（ｂ）に示す。以上のように、ノッチフィルタを構成すると、通過特性において帯域内に等リップルの特性が得られ、さらに反射特性において帯域近傍に極（図２３（ｂ）中のマーカ１と２との中間およびマーカ３と４との間に存在するディップ）、を発生させることができる。その結果、急峻なノッチフィルタ特性を得ることができる。
【０１０５】
すなわち、５段の共振器を用いた場合、数式３および数式４に示すように、１段目の共振器の共振周波数をフィルタ帯域の中心周波数に、２段目の共振器の共振周波数を中心周波数より高く、４段目の共振周波数をさらに高く設定し、５段目の共振器の共振周波数を中心周波数より低く、３段目の共振器の共振周波数をさらに低く設定すること、および１段目と２段目の間および４段目と５段目の間の伝送線路の電気長をλ／４の奇数倍より最大λ／８長くし、２段目と３段目の間および３段目と４段目の間の伝送線路の電気長をλ／４の奇数倍より最大λ／８短くすることが、急峻なノッチフィルタ特性を得る方法である。
【０１０６】
本実施の形態によれば、フィルタを構成する伝送線路１０８のうち、電気長の短いインバータを構成する部位（Ｅ２、Ｅ３）と電気長の長いインバータを構成する部位（Ｅ１、Ｅ４）が、左右対称的に配置される。つまり、伝送線路１０８が構造的にフィルタ本体中央に対し、ほぼ対称に位置する。片側だけが極端に長くなったり短くなったりしないので、ｃ．ａ．ｌ．１０６の標準的な長さ（約６０ｍｍ）で、伝送線路１０８と結合ループとを接続し、さらに結合度を調整するのに都合がよい。もし、インバータを構成する伝送線路１０８のうち、長いものがフィルタ本体の中央に対して片寄ると、ｃ．ａ．ｌ．１０６の標準的な長さでは、物理的に結合ループ１０７と伝送線路１０８との接続が不可能となったり、ｃ．ａ．ｌ．１０６の長さを調節して結合度を変えることが困難となったりする。本発明の実施の形態において、結合ループの代わりに結合プローブを用いても良く、その場合でも同様な効果を得ることができる。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、部品点数が少なく機械的信頼性の優れた誘電体共振器の電磁界結合度調整法を提供することができる。
【０１０８】
また、簡単な構造で理想的なインピーダンス特性をもつ誘電体共振器を実現することができ、誘電体ノッチフィルタの設計および構成が容易となる。
【０１０９】
また、少ない部品点数で機械的電気的に優れた誘電体ブロックの支持方法を得ることができる。
【０１１０】
また、小型でかつＱの高い金属製キャビティを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィルタの外観図
【図２】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィルタの内部構造図
【図３】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィルタの等価回路図
【図４】直列共振回路に並列にリアクタンス素子を接続した等価回路図
【図５】図４の回路において、リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させたときの、反射特性および伝達特性を示す図
【図６】伝送線路に直列共振回路が接続されたときの等価回路図
【図７】誘電体共振器のインピーダンスの周波数特性をスミスチャート（Ｓｍｉｔｈ  Ｃｈａｒｔ）上に示した図であり、同時に共振周波数および外部Ｑ値Ｑｅｘｔを求めるための周波数を示した図
【図８】実験に用いた誘電体共振器の回路を示す図
【図９】実験に用いた誘電体共振器の等価回路を示す図
【図１０】誘電体共振器の等価回路パラメータのインダクタンス値Ｌとｃ．ａ．ｌ．の長さＥｃとの関係を説明する図
【図１１】本発明の実施の形態におけるｃ．ａ．ｌ．１０６の構成法の一例を示す図
【図１２】本発明の実施の形態におけるｃ．ａ．ｌ．１０６の構成法の一例を示す図
【図１３】本発明の実施の形態におけるｃ．ａ．ｌ．１０６の構成法の一例を示す図
【図１４】本発明の実施の形態における誘電体ブロックの保持方法の断面図
【図１５】本発明の実施の形態における金属製キャビティおよび誘電体ブロックの形状を示す図
【図１６】本発明の実施の形態における結合ループおよび結合プローブの構成位置の一例を示す図
【図１７】本発明の実施の形態における金属製キャビティの構成方法の一例を示す図
【図１８】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィルタの構造の一例を示す図
【図１９】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィルタの構造の一例を示す図
【図２０】本発明の実施の形態における帯域通過フィルタの構成の一例を示す図
【図２１】本発明の実施の形態における周波数調整機構の構造の一例を示す図
【図２２】本発明の実施の形態における周波数調整機構の構造の一例を示す図
【図２３】本発明の実施の形態における誘電体ノッチフィルタのフィルタ特性図
【図２４】（ａ）は、従来の誘電体ノッチフィルタの上面図
（ｂ）は、従来の誘電体ノッチフィルタの側面図
【図２５】従来の誘電体ノッチフィルタの内部構成図
【図２６】従来の誘電体共振器の電磁界結合機構の詳細図
【符号の説明】
１０１ａ〜ｅ  金属キャビティ
１０２  伝送線路のハウジング
１０３  入出力ポート
１０４ａ〜ｅ  チューニングスクリュー
１０５ａ〜ｅ  誘電体ブロック
１０６ａ〜ｅ  結合調整線路（ｃ．ａ．ｌ．）
１０７ａ〜ｅ  結合ループ
１０８ａ〜ｅ  伝送線路
１０９ａ〜ｅ  支持部材
１１０ａ〜ｅ  リアクタンス素子
【図１】
0003606274.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003606274.tif 000019
【図１５】
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【図１６】
0003606274.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
0003606274.tif 000023
【図１９】
0003606274.tif 000024
【図２０】
0003606274.tif 000025
【図２１】
0003606274.tif 000026
【図２２】
0003606274.tif 000027
【図２３】
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【図２４】
0003606274.tif 000029
【図２５】
0003606274.tif 000030
【図２６】
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