(57)【要約】【課題】空洞導波管共振器ではプローブの挿入量や位置が共振器の特性影響するため、プローブ位置の調整構造が必要となるが、誘電体導波管は内部が誘電体であることと、誘電体導波管共振器が小型であることとから、プローブ位置の調整構造を共振器に組み込むことは難しかった。【解決手段】一対の直方体形状の誘電体ブロックが当接面で当接され、当接面を除く外周を導体膜で被覆したＴＥモードで共振する誘電体導波管共振器であって、前記当接面に、導体膜からなるプローブを形成した。【選択図】  図１
2015056813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体形状の誘電体ブロックの外周を導体膜で被覆され、ＴＥモードで共振する誘電体導波管共振器であって、前記誘電体ブロックは、電界方向と平行な当接面で当接する一対の直方体形状の誘電体ブロック片からなり、前記当接面に、導体膜からなるプローブを形成したことを特徴とする誘電体導波管共振器。
【請求項２】
誘電体ブロックの外周を導体膜で被覆され、ＴＥモードで共振する誘電体導波管共振器であって、前記誘電体ブロックは、電界方向と平行な当接面で当接する略同一形状の複数の誘電体ブロック片からなり、前記当接面に、導体膜からなるプローブを形成したことを特徴とする誘電体導波管共振器。
【請求項３】
前記当接面に、導体膜からなるスタブを形成した請求項１乃至請求項２に記載の誘電体導波管共振器。
【請求項４】
前記プローブは、異なる誘電体ブロック片の当接面に形成され、当接によって所望の形状となる請求項１乃至請求項３に記載の誘電体導波管共振器。
【請求項５】
前記スタブは、異なる誘電体ブロック片の当接面に形成され、当接によって所望の形状となる請求項３に記載の誘電体導波管共振器。
【請求項６】
複数の誘電体導波管共振器を、夫々の誘電体導波管共振器の間に設けられた結合窓を介して一連に接続された誘電体導波管フィルタであって、前記誘電体導波管フィルタの入出力部に、請求項１乃至５記載の誘電体導波管共振器を用いた誘電体導波管フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＥモード誘電体導波管共振器に関するものであり、特に、同軸線路の入出力構造を有する誘電体導波管共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きくて重い空洞導波管と比較して、小型で軽量の誘電体導波管を用いた誘電体導波管が用いられている。誘電体導波管を用いた誘電体導波管共振器は、誘電体導波管−マイクロストリップ変換構造を用いて、マイクロストリップ線路が形成されたプリント基板に直接実装することができる。誘電体導波管−マイクロストリップ変換構造としては、特許文献１乃至特許文献２のような構造がある。
【０００３】
図１２は、誘電体導波管−マイクロストリップ変換構造を有する誘電体導波管共振器を示す分解斜視図である。誘電体導波管共振器９０は、直方体形状の誘電体ブロック９１の底面に、誘電体露出部に囲まれるとともに間隔をおいて外装を被覆する導体膜９３に囲まれた略円形の島状電極９２を備えている。誘電体ブロック９１の外周および島状電極９２の導体膜は、印刷によって形成される。
プリント基板９４は、主表面に間隔をおいて表面グランドパターン９６に囲まれた略円形の入出力電極９５と、主裏面にマイクロストリップ線路９７とを備えている。入出力電極９５の中心とマイクロストリップ線路９７の先端とはスルーホール９８を介して接続されている。誘電体導波管共振器９０は、島状電極９２と導体膜９３が、それぞれ、入出力電極９５と表面グランドパターン９６に対峙するようにプリント基板９４主表面上に配置され、はんだ等で電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４７２８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４１６４４号公報
【特許文献３】特開平１０−３２２１０８号公報
【特許文献４】特開平９−８５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような誘電体導波管−マイクロストリップ変換構造を有する誘電体導波管共振器は、ある程度の長さのマイクロストリップ線路が必要なため、占有面積を小さくすることができない。また、マイクロストリップ線路からの放射による電磁界の漏洩対策のため、マイクロストリップ線路上に金属製のケースカバーが必要になる場合がある。さらに、誘電体導波管−マイクロストリップ変換構造は、その構造上、誘電体導波管共振器とプリント基板との間に電界が集中することによる損失や不要放射が避けられない。
【０００６】
別の空洞導波管共振器の入出力構造である、空洞導波管−同軸変換構造であれば、上記した問題は生じない。空洞導波管−同軸変換構造は、導体からなる線状のプローブを共振器内に挿入する、しかし、プローブの挿入量や位置が共振器の特性影響するため、プローブ位置の調整構造（例えば、特許文献３）が必要になる。空洞導波管は内部が空洞であり、形状が大きいことから、この調整構造を組み込むことは比較的容易に行うことができるが、誘電体導波管は内部が誘電体であることと、誘電体導波管が小型であることとから、調整構造を共振器に組み込むことは難しかった。そのため、誘電体導波管共振器の入出力構造としては、誘電体導波管−同軸変換構造ではなく、誘電体導波管−マイクロストリップ変換構造が用いられてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の誘電体導波管共振器は、直方体形状の誘電体ブロックの外周を導体膜で被覆され、ＴＥモードで共振する誘電体導波管共振器であって、前記誘電体ブロックは、電界方向と平行な当接面で当接する一対の直方体形状の誘電体ブロック片からなり、前記当接面に、導体膜からなるプローブを形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明の誘電体導波管共振器によれば、簡単な構造で、調整構造が不要な、誘電体導波管−同軸線路変換構造を有する誘電体導波管共振器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本願発明の誘電体導波管共振器の第１の実施例を示す分解斜視図である。
【図２】図１の当接面を詳しく説明する図である。
【図３】本願発明の誘電体導波管共振器の原理を説明するための図である。
【図４】本願発明の誘電体導波管共振器の第２の実施例と第３の実施例の当接面を説明する図である。
【図５】本願発明の誘電体導波管共振器の第２の実施例の共振周波数付近のインサーションロスを示すグラフである。
【図６】本願発明の誘電体導波管共振器の第２の実施例のプローブの長さと外部Ｑ値との関係を示すグラフである。
【図７】本願発明の誘電体導波管共振器の第２の実施例の３倍高調波付近のインサーションロスを示すグラフである。
【図８】本願発明の誘電体導波管共振器の第４の実施例を示す分解斜視図である。
【図９】本願発明の誘電体導波管共振器を用いた誘電体導波管フィルタの一実施例である。
【図１０】図９の誘電体導波管フィルタのインサーションロスとリターンロスを示すグラフである。
【図１１】図９の誘電体導波管フィルタのスタブの有無によるインサーションロスの違いを示すグラフである。
【図１２】誘電体導波管―マイクロストリップ変換構造を有する誘電体導波管共振器の例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施例１）
以下、図面を参照して、本願発明の誘電体導波管共振器を説明する。
図１は、本願発明の誘電体導波管共振器の第１の実施例を説明するための分解斜視図であり、図２は図１の当接面３０を詳しく説明するための図である。図１、２中において、斜線は導体膜を示している。
【００１１】
誘電体導波管共振器１０は、ＴＥモード共振器である。図１〜２に示すように、誘電体導波管共振器１０は、外周を導体膜で被覆された誘電体ブロック２０と、同軸コネクタ７０とからなる。誘電体ブロック２０は、長さＬ／２、幅Ｗ、高さＨの立方体形状の誘電体ブロック片２０ａ、２０ｂが、幅Ｗ、高さＨの当接面３０で当接した、長さＬ、幅Ｗ、高さＨの立方体形状である。すなわち、誘電体ブロック片２０ａ、２０ｂは、当接面３０を除く外周をそれぞれ導体膜１０ａ、１０ｂで被覆されている。
誘電体ブロックの一側面には、他の誘電体導波管共振器と接続するための、誘電体が露出する高さＨｗ×幅Ｗｗの結合窓６０が設けられている。
【００１２】
当接面３０に接する誘電体ブロック１０の外周には、、導体膜１０ａ、１０ｂとは絶縁されるとともに、当接面の長手方向中央に位置する給電点４０ｂが配置され、給電点４０ｂから当接面３０内に伸びる導体膜からなるプローブ４０が形成されている。
プローブ４０は、長さＬｆ、幅Ｗｆの箔状であり、先端部４０ａはインピーダンス整合するため、幅Ｗｆ０が、幅Ｗｆより広くなっておる。
同軸コネクタ７０は、給電点４０ｂと、導体膜１０ａ、１０ｂとに接続される。
【００１３】
当接面３０へのプローブ４０の形成は、誘電体ブロック外周の導体膜の形成と同様に、印刷にて行う。印刷による位置決めは容易であり、非常に精度よく行うことができるため、プローブ位置の調整の必要がほとんどなく、調整構造は不要である。なお、外部Ｑ値は、プローブ４０の長さＬｆで調節する。
【００１４】
上記した、誘電体導波管共振器１０は、誘電体ブロック片２０ａと２０ｂとの間にプローブ４０が印刷されているため、プローブの印刷厚による僅かな空隙ｄが存在する。導体膜の厚さは、おおよそ２５μｍ程度であり、導体膜１０ａと導体膜１０ｂとは、誘電体導波管共振器１０の外周では接続されていない。
しかし、本願発明の誘電体導波管共振器は、導体膜１０ａと導体膜１０ｂとを当接面の外周で接続する必要も、空隙ｄを別の誘電体材料で空隙を埋めるも必要もない。単に、誘電体ブロック片の当接面３０どうしを当接して配置するだけでよい。また、導体膜１０ａと導体膜１０ｂとは、少なくともコネクタ７０により一点で接続されていればよい。以下に理由を述べる。
【００１５】
図３は、本願発明の誘電体導波管共振器の動作原理を説明するための平面図であり、図３（ａ）は誘電体ブロックが分割されていない場合の誘電体導波管共振器を示し、図３（ｂ）は、誘電体ブロックが誘電体ブロック片２０ａと２０ｂとに分割され、当接面３０で当接している場合の誘電体導波管共振器を示す。図３において、実線は、誘電体導波管共振器内部の磁界を示し、点線は、誘電体導波管共振器表面に生じる表面電流を示す。
【００１６】
誘電体導波管共振器がＴＥモードの共振器の場合、磁界と表面電流は、図３（ａ）に示すとおりである。ここで、図３（ａ）において、誘電体ブロックを、表面電流ｉ１、ｉ２に平行な、誘電体ブロック片２０ａと２０ｂとに分割した場合、磁界と表面電流は、ｉ１はｉ１ａとｉ１ｂとに分割され、ｉ２はｉ２ａとｉ２ｂとに分割され、図３（ｂ）に示すようになる。図３（ａ）であっても図３（ｂ）であっても、表面電流の向きには変化が生じていない。また、表面電流ｉ１ａとｉ１ｂおよびｉ２ａとｉ２ｂとの間にはもともと流れる表面電流がないので、導体膜１０ａと導体膜１０ｂとは、誘電体導波管共振器１０の外周では接続されていなくてもよい。したがって、図３（ｂ）に示した共振器も図３（ａ）に示した共振器と同様に共振器として動作する。
【００１７】
つまり、外周の導体膜１０ａ、１０ｂに生じる表面電流に平行に誘電体ブロックを分割すれば、たとえ僅かな空隙ｄがあったとしても、表面電流に影響することなく、したがって共振器の特性にも影響しない。なお、空隙ｄは誘電体導波管共振器内での共振周波数の波長に対して十分小さいので、たとえ誘電体ブロック片の間に空隙があっても電磁界の漏洩は無く、共振器の特性にも影響がない。
【００１８】
（実施例２、３）
図４は、本願発明の誘電体導波管共振器の別の実施例を示す図である。図４（ａ）は、第２の実施例の当接面を示し、図４（ｂ）は第３の実施例の当接面を示す。当接面以外は、実施例１に示した誘電体導波管共振器と基本的に同じであるため、それらの説明は省略する。
【００１９】
図４（ａ）に示すように、プローブの両側面にそれぞれ伸びる長さＬｓのスタブ５０を設けてもよい。一般的に高調波抑制するためには、ローパスフィルタを追加する。しかしローパスフィルタを追加することにより、損失や部品点数、コストの増加、耐電力性能の低下が生じる。本願発明は、ローパスフィルタではなく、スタブを追加するだけで、高調波を抑制することができる。スタブは、特に３倍高調波の抑制に効果がある。
また、図４（ｂ）に示すように、プローブ４０の先端部を、給電点４０ｂの対向する辺の導体膜１０ａまで伸ばしたショート構造としてもよい。ショート構造とすることにより、外部Ｑ値が小さくなり、共振器の広帯域化が可能となる。
【００２０】
図５は、第２の実施例の誘電体導波管共振器の、共振周波数付近のインサーションロスを最大値で規格化したグラフであるであり、図５において横軸は周波数ＧＨｚ、縦軸はｄＢを示す。
誘電体導波管共振器は、
共振周波数２．１３ＧＨｚ、
誘電体導波管共振器１０は、Ｌ＝２０．３５ｍｍ、Ｗ＝２２ｍｍ、Ｈ＝４ｍｍ、
プローブ４０は、Ｌｆ＝２．８ｍｍ、Ｗｆ＝０．８ｍｍ、
スタブ５０は、Ｌｓ＝２．８ｍｍ、
誘電体ブロック片２０ａ、２０ｂの比誘電率εｒ＝２１、
である。
【００２１】
図６は第２の実施例の誘電体導波管共振器の、３倍高調波付近のプローブの長さと外部Ｑ値との関係を示すグラフであり、図６において横軸は周波数ＧＨｚ、縦軸は外部Ｑ値を示す。
【００２２】
図７は第２の実施例の誘電体導波管共振器の３倍高調波付近のスタブの有無によるインサーションロスを比較するグラフであり、図７において、横軸は周波数ＧＨｚ、縦軸はインサーションロスｄＢを示し、実線はスタブがある場合、点線はスタブが無い場合を示す。図７において、スタブの長さＬｓ＝２．８ｍｍである。
【００２３】
図５〜７の結果より、実施例２の誘電体導波管共振器は、誘電体ブロックが誘電体ブロック片に分割されていても誘電体導波管共振器として動作し、外部Ｑ値は、プローブＬｆの長さが長ければ長いほど小さく、また、スタブにより３倍高調波を抑制できることが分かる。
【００２４】
上記した実施例においては、プローブはいずれか何方か一方の誘電体ブロック片に形成されていたが、両方の誘電体ブロック片にそれぞれ同様に形成してもよく、また、それぞれ別々の形に形成し、誘電体ブロック片を当接することにより、所望の形状となるようにしてもよい。たとえば、実施例２において、一方の誘電体ブロック片の当接面にはプローブを形成し、他方の誘電体ブロック片の当接面にはスタブを形成し、２つの誘電体ブロックを当接することにより、スタブを有するプローブとすることができる。なお、両方の誘電体ブロック片の当接面に同様のプローブの形状を形成する場合は、一方の形状を他方の形状より僅かに小さくすることにより、誘電体ブロック片どうしを当接する時の位置ずれによる影響を小さくできる。
【００２５】
（実施例４）
誘電体ブロックは、表面電流に平行な面で誘電体ブロック片に分割すれば良いので、２分割に限らず、さらに複雑に分割することも可能である。図８は、本願発明の誘電体導波管共振器の第４の実施例を説明するための分解斜視図である。図８中において、斜線は導体膜を示している。
【００２６】
誘電体導波管共振器１５は、図８に示すように、誘電体ブロック２５が平面視で十字状に４つに分割された立方体形状の誘電体ブロック片２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、同軸コネクタ７５とからなる。
誘電体ブロック片２５ａと２５ｂとの当接面を当接面３５ａ、
誘電体ブロック片２５ｂと２５ｃとの当接面を当接面３５ｂ、
誘電体ブロック片２５ｃと２５ｂとの当接面を当接面３５ｃ、
誘電体ブロック片２５ｄと２５ａとの当接面を当接面３５ｄとすると、
４つの当接面３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが接する角部に、誘電体ブロック２５の外周に設けられた給電点４５ｄと接続されたプローブ４５が設けられ、
当接面３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄには、それぞれスタブ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄが設けられている。
誘電体導波管共振器１５の一側面には、当接面３５ｃに接するように誘電体ブロック片２５ｃに設けられた矩形の誘電体露出部６５ｃと、当接面３５ｃに接するように誘電体ブロック片２５ｄに設けられた矩形の誘電体露出部６５ｄとからなる結合窓６５が設けられている。
【００２７】
このように、誘電体ブロックが複数の誘電体ブロック片に分割されて当接面が複数ある場合には、必要に応じてどの当接面にも、スタブを設けることができる。また、たとえば誘電体導波管共振器が平面視で八角形であり、表面電流の向きが、誘電体導波管共振器の中心から八角形の各頂点の方向と同じであれば、誘電体ブロックを８個の三角柱形状の誘電体ブロック片に分割することも可能である。
【００２８】
（実施例５）
図９は、実施例２の誘電体導波管共振器を入出力に用いた誘電体導波管フィルタの実施例である。
図９に示すように、誘電体導波管フィルタ８０は、誘電体共振器１１〜１４からなり、誘電体共振器１１と１２との間に設けられた結合窓６１と、誘電体共振器１２と１３との間に設けられた結合窓６２と、誘電体共振器１３と１４との間に設けられた結合窓６３を介して、一連に接続されている。
誘電体導波管共振器１１は、誘電体ブロック片２１ａと２１ｂとが当接する誘電体ブロック２１と、同軸コネクタ７１とからなり、誘電体導波管共振器１４は、誘電体ブロック片２４ａと２４ｂとが当接する誘電体ブロック２４と、同軸コネクタ７１とからなり、誘電体導波管１２、１３は、それぞれ、誘電体ブロック２２、２３からなる。誘電体導波管共振器１１と１４とは、実施例２に示した誘電体導波管共振器と基本的に同じであるため、それらの説明は省略する。
【００２９】
図１０は、誘電体導波管フィルタ８０の、インサーションロスとリターンロスを示すグラフであり、図において、横軸は周波数ＧＨｚ、縦軸はｄＢであり、実線はインサーションロスを示し、点線はリターンロスを示す。
誘電体導波管フィルタ８０は、
誘電体導波管共振器１１は、Ｌ＝２０．３５ｍｍ、Ｗ＝２２ｍｍ、Ｈ＝４ｍｍ、
誘電体導波管共振器１２は、Ｌ＝２０．５７ｍｍ、Ｗ＝２２ｍｍ、Ｈ＝４ｍｍ、
誘電体導波管共振器１３は、Ｌ＝２０．５７ｍｍ、Ｗ＝２２ｍｍ、Ｈ＝４ｍｍ、
誘電体導波管共振器１４は、Ｌ＝２０．３５ｍｍ、Ｗ＝２２ｍｍ、Ｈ＝４ｍｍ、
結合窓５１は、Ｗｗ＝４．５１ｍｍ、Ｈｗ＝３．００ｍｍ、
結合窓５２は、Ｗｗ＝３．９６ｍｍ、Ｈｗ＝３．００ｍｍ、
結合窓５３は、Ｗｗ＝４．５１ｍｍ、Ｈｗ＝３．００ｍｍ、
プローブ４１、４４は、Ｌｆ＝２．８ｍｍ、Ｗｆ＝０．８ｍｍ、
スタブ５１、５４は、Ｌｓ＝２．８ｍｍ、
誘電体ブロック片２１ａ、２１ｂ、２４ａ、２４ｂと、誘電体ブロック２２、２３の比誘電率εｒ＝２１、
である。
誘電体導波管フィルタ８０は、中心周波数２．１３ＧＨｚ、帯域幅略４０ＭＨｚとするバンドパスフィルタとして動作していることが分かる。
【００３０】
図１１は、誘電体導波管フィルタ８０の、３倍高調波付近のインサーションロスを示すグラフであり、横軸は周波数ＧＨｚ、縦軸はｄＢであり、点線は、比較のためにスタブが無い場合のインサーションロスを示す。
図１１より、スタブの効果により３倍高調波付近のインサーションロスを抑制できることが分かる。
【００３１】
以上述べたように、本願発明の誘電体導波管共振器の種々の実施形態によれば、部品点数、コストの増加することのない簡単な構造によって、誘電体導波管−同軸線路変換構造とすることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０、１１〜１４、９０  誘電体導波管共振器
１０ａ、１０ｂ、９３  導体膜
２０、２１〜２４、２５、９１  誘電体ブロック
２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ  誘電体ブロック片
３０、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ  当接面
４０、４１、４４、４５  プローブ
４０ａ  先端部
４０ｂ、４１ｂ、４４ｂ、４５ｂ  給電点
５０、５１、５４、５１  スタブ
６０〜６４、６５  結合窓
６５ｃ、６５ｄ  誘電体露出部
７０、７１、７４、７５  同軸コネクタ
８０  誘電体導波管フィルタ
９２  島状電極
９４  プリント基板
９５  入出力電極
９６  表面グランドパターン
９７  マイクロストリップ線路
９８  スルーホール
【図１】
2015056813.tif 000003
【図２】
2015056813.tif 000004
【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】
2015056813.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015056813.tif 000011
【図１０】
2015056813.tif 000012
【図１１】
2015056813.tif 000013
【図１２】
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