(57)【要約】【課題】結合量と共振周波数とを独立して定められるようにし、また２つの共振モードを所定の結合量で結合させるとともに、それぞれの共振周波数に差をもたせるようにしたＴＥ０１δ多重モードの誘電体共振器を構成する。また、それによる所望のフィルタ特性を有する誘電体フィルタ、複合誘電体フィルタ、それらを備えた小型低コストな通信装置を構成する。【解決手段】互いに平行且つ対角位置関係にある２つの稜を含む第１の仮想面ＶＳ１とその２つの稜に平行で互いに対角位置関係にある他の２つの稜を含む第２の仮想面ＶＳ２の何れからも異なった位置に穴１５を設ける。この穴１５の中心ｏからの距離Ｄによって２つの共振モードの結合係数を定め、仮想面ＶＳ２からのずれｄによって２つの共振モードの共振周波数の差を定める。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなすＴＥ０１δ多重モードの誘電体共振器において、
前記誘電体共振器の互いに平行且つ対角位置関係にある２つの稜を含む第１の仮想面と、前記２つの稜とは異なる互いに平行且つ対角位置関係にある他の２つの稜を含む第２の仮想面のいずれからも異なった位置に穴を設けたことを特徴とする誘電体共振器。
【請求項２】
キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなすＴＥ０１δ多重モードの誘電体共振器において、
前記誘電体共振器の面に、該面の中央部から離れ且つ該面に含まれる稜から離れた位置を通り、所定深さで前記稜に対して略平行に延びる溝を設けたことを特徴とする誘電体共振器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の誘電体共振器と、該誘電体共振器に外部結合する外部結合手段とを備えてなる誘電体フィルタ。
【請求項４】
請求項３に記載の誘電体フィルタを複数組備えるとともに、それぞれの誘電体フィルタの一方の外部結合手段を共用した複合誘電体フィルタ。
【請求項５】
請求項３に記載の誘電体フィルタまたは請求項４に記載の複合誘電体フィルタを高周波回路部に備えた通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多重モードで動作する誘電体共振器、それを備えた誘電体フィルタ、複合誘電体フィルタおよび通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１個の誘電体ブロックを複数の共振モードで共振させるようにした多重モードの誘電体共振器が用いられている（例えば特許文献１）。
特許文献１の誘電体共振器は、略直方体形状の誘電体ブロックの稜部の少なくとも一部に斜平面を設けて２つの共振モード同士を結合させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５１９０６公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に示されている誘電体共振器の構造では、生じる３つの共振モードのうち、所定の２つの共振モード同士を結合させた際、誘電体部分の削除に伴ってその２つの共振モードの共振周波数が上昇する。すなわち結合量と共振周波数とが連動してしまい、両者を独立して定めることができなかった。
【０００５】
また、その誘電体共振器の実際の使用状態では、他の共振器との結合条件やキャビティの形状によって、結合する２つの共振周波数を異ならせることも必要となる。しかし特許文献１に示されている誘電体共振器では、上記斜平面の拡大に伴って、結合する２つの共振モードの共振周波数は共に上昇方向に変化するので、２つの共振モードの共振周波数が共に上昇して、両者に差が生じない。そのため、誘電体フィルタを構成した場合に所望のフィルタ特性を高い自由度の下で設計・製造できない。さらに、その誘電体フィルタや複合誘電体フィルタを用いた通信装置を小型・低コストに構成できない。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消して、結合量と共振周波数とを独立して定められるようにした誘電体共振器を提供することにある。
【０００７】
またこの発明の他の目的は、２つの共振モードを所定の結合量で結合させるとともに、それぞれの共振周波数に差をもたせるようにした誘電体共振器およびそれによる所望のフィルタ特性を得るようにした誘電体フィルタ、複合誘電体フィルタおよびそれらを備えた小型低コストな通信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなすＴＥ０１δ多重モードの誘電体共振器において、誘電体共振器の互いに平行且つ対角位置関係にある２つの稜を含む第１の仮想面と、その２つの稜とは異なる互いに平行且つ対角位置関係にある他の２つの稜を含む第２の仮想面のいずれからも異なった位置に穴を設けたことを特徴としている。
【０００９】
このように互いに平行且つ対角位置関係にある２つの稜を含む第１・第２の仮想面から異なった位置に穴を設ければ、第１・第２の仮想面の交差する位置からずれた位置に穴が存在することになるので、２つの共振モードによる２つの結合モードの周波数に差が生じて２つの共振モード同士が結合する。また、結合する２つの共振モードの電界ベクトルが通る部分についての実効誘電率に差が生じて、その２つの共振モードの共振周波数に差が生じる。
【００１０】
また、この発明は、キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなすＴＥ０１δ多重モードの誘電体共振器において、誘電体共振器の面に、該面の中央部から離れ且つ該面に含まれる稜から離れた位置を通り、所定深さで前記稜に対して略平行に延びる溝を設けたことを特徴としている。
【００１１】
このように誘電体共振器外面の中央部から離れた位置で、その面に含まれる稜に対して平行に延びる溝は、２つの共振モードによる２つの結合モードの周波数に差を生じさせるので、２つの共振モード間同士が結合する。また、結合する２つの共振モードの電界ベクトルに対する実効誘電率に差が生じて、２つの共振モードの共振周波数を異ならせることができる。
【００１２】
また、この発明は、上記誘電体共振器と、その誘電体共振器に外部結合する外部結合手段とを備えた誘電体フィルタを構成すること、およびその誘電体フィルタを複数組備えた複合誘電体フィルタを構成することを特徴としている。
【００１３】
また、この発明は、上記誘電体フィルタまたは複合誘電体フィルタを高周波回路部に備えて通信装置を構成することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る誘電体共振器について図１〜図６を基に説明する。
図１はキャビティ内に配置する誘電体共振器の基本形と、それを備えた誘電体共振器装置の主要部の構成を示す分解斜視図である。この例では、誘電体コア１０をキャビティ１の内部に配置して誘電体共振器装置を構成している。誘電体コア１０の外形は略立方体形状を成している。この誘電体コア１０は支持板３に接合している。支持板３としては低誘電率で且つ誘電体コア１０と線膨張係数が近似しているセラミック板を用いる。誘電体コア１０は支持板３に対して接着剤により接着するか、ガラスグレースの焼付けによって接合する。
【００１５】
キャビティ１は金属の成型体であり、その内面は略直方体形状を成している。このキャビティの内外面に銀電極などの導体膜を形成している。キャビティ１の内底面には４つの支持柱２を配置し、この支持柱２を介して上記支持板３を支持するようにしている。キャビティ１の上部開口面にはカバーを取り付ける。
【００１６】
このようにして、キャビティ１の中央部に誘電体共振器１０を配置する。図中ループ状の記号は、この誘電体共振器１０に生じる３つの共振モードの電界分布の形を象徴している。すなわちｘ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｘモード、ｙ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｙモード、ｚ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｚモードの３つの共振モードが生じる。勿論これらの共振モードの高次共振モードも生じるが、ここでは基本モードを利用する。
【００１７】
図２〜図４は上記３つの共振モードの電磁界分布の例を示している。図２はＴＥ０１δｘモード、図３はＴＥ０１δｙモード、図４はＴＥ０１δｚモードについてそれぞれ示している。これらの図中の実線の矢印は電気力線、破線の矢印は磁力線をそれぞれ表している。なお、図１の場合と同様にこれらの図についてもキャビティは省略している。
【００１８】
図１〜図４に示した例では、誘電体共振器１０が立方体形状であるとすると、３つの共振モードの電磁界分布は互いに直交しているので、それらは独立している。また、３つの共振モードの共振周波数はそれぞれ等しい。この３つの共振モードのうち２つの共振モードを結合させるためには次のように構成する。
【００１９】
図５の（Ａ）はＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードの電界の回る方向を面で表している。また（Ｂ）はこの２つの共振モードの結合モードであるＴＥ０１δｘ＋ｙモード（偶モード）とＴＥ０１δｘ−ｙモード（奇モード）の電界の回る方向について示している。
【００２０】
図６は２つの共振モードを所定の結合量で結合させ、且つそれぞれの共振周波数を所定値に定めた誘電体共振器の斜視図である。誘電体共振器１０の互いに平行且つ対角位置関係にある２つの稜Ｅ１，Ｅ３を含む第１の仮想面ＶＳ１と、稜Ｅ１，Ｅ３に平行で互いに対角位置関係にある他の２つの稜Ｅ２，Ｅ４を含む第２の仮想面ＶＳ２の何れからも異なった位置に穴１５を設けている。この例では、穴１５は４つの稜Ｅ１〜Ｅ４に平行な方向に延びる断面円形の有底穴を形成している。
【００２１】
図７は図６に示した誘電体共振器１０の上面図である。（Ａ），（Ｂ）に示した矢印は結合させるべき２つの共振モード（ＴＥ０１δｘモード，ＴＥ０１δｙモード）の電界ベクトル（ループ）の向きを表している。このように、穴１５を２つの仮想面ＶＳ１，ＶＳ２の交差位置からずれた位置に設けると、図５の（Ｂ）に示したように、２つの結合モードＴＥ０１δｘ＋ｙモードとＴＥ０１δｘ−ｙモードの電界に対して不均衡な摂動が生じて、上記２つの共振モード同士が結合する。
【００２２】
仮に穴１５を（Ａ）に示すように仮想面ＶＳ２の位置に設けた場合には、この穴１５はＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードの電界に対して等量に作用するため、この２つの共振モードの共振周波数は等しく上昇する。
【００２３】
一方、図７の（Ｂ）に示したように、穴１５を仮想面ＶＳ２からずれた位置に設けると、２つの共振モードの電界に対する影響度に差が生じる。この例では穴１５はＴＥ０１δｙモードの電界強度の比較的低い部分に存在し、ＴＥ０１δｘモードの電界強度の比較的高い部分に存在するので、ＴＥ０１δｘモードの電界に対する実効誘電率が低下し、ＴＥ０１δｘモードの共振周波数がＴＥ０１δｙモードの共振周波数より相対的に高くなる。
【００２４】
図７の（Ｃ）は穴１５の位置を２つの仮想面に対する位置関係で示している。穴１５が誘電体共振器１０の中心（２つの仮想面ＶＳ１，ＶＳ２の交差する直線）ｏから仮想面ＶＳ２に沿った方向の距離Ｄが大きくなるほど、２つの結合モードの周波数差が大きくなるので結合量が増大する。また、その仮想面ＶＳ２からのずれ量ｄが大きくなるほど、２つの共振モードの共振周波数の差が大きくなる。更に、穴１５の内径および深さにより定まる容積が大きくなるほど、上記作用が顕著となる。従って穴１５の位置と大きさによって、２つの共振モードの共振周波数と結合量を任意に定めることができる。
【００２５】
次に、第２の実施形態に係る誘電体共振器について図８・図９を基に説明する。
図８は誘電体共振器の斜視図である。第１の実施形態で示した誘電体共振器と異なり、２つの穴１５，１５′を設けている。
【００２６】
図９はこの誘電体共振器の上面図である。２つの穴１５，１５′を図９の（Ａ）に示すように仮想面ＶＳ２の位置に設けた場合には、この穴１５，１５′はＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードの電界に対して等量に作用するため、この２つの共振モードの共振周波数は等しく上昇する。
【００２７】
一方、図９の（Ｂ）に示したように、穴１５，１５′が仮想面ＶＳ２からずれた位置に設けると、２つの共振モードの電界に対する影響度に差が生じる。この例では穴１５，１５′はＴＥ０１δｙモードの電界強度の比較的低い部分に存在し、ＴＥ０１δｘモードの電界強度の比較的高い部分に存在するので、ＴＥ０１δｘモードの共振周波数がＴＥ０１δｙモードの共振周波数より相対的に高くなる。
【００２８】
図９の（Ｃ）は、穴１５，１５′の位置を２つの仮想面に対する位置関係で示している。穴１５，１５′が誘電体共振器１０の中心（２つの仮想面ＶＳ１，Ｓ２の交差する直線）ｏから仮想面ＶＳ２に沿った方向の距離Ｄ，Ｄ′が大きくなるほど、２つの結合モードの周波数差が大きくなるので結合量が増大する。また、その仮想面ＶＳ２からのずれ量ｄ，ｄ′が大きくなるほど、２つの共振モードの共振周波数の差が大きくなる。更に、穴１５，１５′の内径および深さにより定まる容積が大きくなるほど、上記作用が顕著となる。従って穴１５，１５′の位置と大きさによって、２つの共振モードの共振周波数と結合量を任意に定めることができる。
【００２９】
このように２つの穴１５，１５′を設けるようにすれば、例えば結合量と共振周波数の調整時の第１段階で穴１５を所定位置に所定深さだけ設け、誘電体共振器の特性を測定した後、所定の特性値からのずれ分を補正するために、もう一方の穴１５′を所定位置に所定深さ分だけ設けるようにすれば、粗調整と微調整を組み合わせて、短時間に特性調整が完了する。
【００３０】
図１０は第３の実施形態に係る誘電体共振器の斜視図である。第１・第２の実施形態では、３つの共振モードのうち２つの共振モードについて結合量と共振周波数を定める例について示したが、第２と第３の共振モードについても結合量と共振周波数の調整を行うためには、図１０に示すように、誘電体共振器１０の直交する２つの外面にそれぞれ穴を設ければよい。図１０に示す例では、穴１５，１５′によってＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードの結合量とそれぞれの共振周波数を定め、穴１６，１６′によってＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｚモードの結合量とそれぞれの共振周波数を定めることができる。
【００３１】
図１１は第４の実施形態に係る誘電体共振器の上面図である。この例では粗調整のために穴１５ａ，１５ａ′を設け、微調整のために穴１５ｂ，１５ｂ′を設ける。微調整用の穴１５ｂ，１５ｂ′は粗調整用の穴１５ａ，１５ａ′近傍の仮想面ＶＳ２とは異なった、直交するもう１つの仮想面ＶＳ１の近傍に設ける。例えば穴を設ける前の２つの共振モードの結合量が０（結合係数ｋ＝０％）、２つの共振モードの共振周波数がｆ１，ｆ２であったとして、穴１５ａ，１５ａ′を設けたことにより結合量（例えば結合係数ｋ′＝２％）になり、共振周波数がそれぞれｆ１′，ｆ２′に変化したなら、その後、所定の結合量（例えば結合係数ｋ″＝１％）に下げるために、微調整用の穴１５ｂ，１５ｂ′を設ける。これにより２つの共振周波数もｆ１″，ｆ２″に変化する。したがって、この微調整時の共振周波数の変化分を見越して、上記ｆ１″，ｆ２″が目標の共振周波数となるように、且つ結合係数ｋ″が目標の結合係数となるように微調整用の穴１５ｂ，１５ｂ′の位置と大きさを定めるようにすればよい。
【００３２】
なお、このように対角位置の関係に各穴を設けることによって、調整範囲が広くなるだけでなく、調整量を増しても、誘電体共振器１０の構造上の対称性が大きく崩れず、スプリアスモードの発生が抑えられる効果がある。
【００３３】
次に、第５の実施形態に係る誘電体共振器について図１２・図１３を基に説明する。
図１２は誘電体共振器の斜視図である。（Ａ）の例では、誘電体共振器１０の所定の面の中央部ｏから離れた位置で、且つ稜Ｅ４に対して平行に延びるように所定深さの溝１１を設けている。（Ｂ）に示す例では、同様にして２つの溝１１，１１′を設けている。
【００３４】
図１３はこの誘電体共振器の結合させるべき２つの共振モードの電界分布と溝との位置関係を示す上面図である。このように溝１１，１１′を所定面の中央部から離れた位置で且つ稜に対して平行に延びるように設けたことにより、２つの共振モード（ＴＥ０１δｘモード，ＴＥ０１δｙモード）による２つの結合モードの周波数に差が生じて２つの共振モード同士が結合する。また、結合する２つの共振モードの電界ベクトルが通る部分についての実効誘電率に差が生じて、その２つの共振モードの共振周波数に差が生じる。
【００３５】
溝１１，１１′の位置を図１３の（Ｃ）に示すように、稜Ｅ１，Ｅ３からの距離Ｓ，Ｓ′で表すと、この距離Ｓ，Ｓ′を小さくするほど２つの結合モードの電界に対する摂動が大きくなって結合量が増す。またＳ，Ｓ′を大きくするほど２つの共振モードの電界に対する影響の差が大きくなって共振周波数の差が大きくなる。また、溝１１，１１′の幅と深さの比によっても結合量と共振周波数差に与える影響が変化する。
【００３６】
このように溝１１，１１′の位置によって結合量と２つの共振周波数の差が共に変化するので両者を完全に独立に定めることはできないが、溝１１，１１′の幅と深さも合わせて調整することによって、ある程度の自由度で２つの共振モードの共振周波数とその結合量を定めることができる。例えば、溝１１を粗調整のために設け、溝１１′を微調整のために設ければ、２つの共振モードの共振周波数とその結合量をさらに高精度に定めることができる。
【００３７】
また、微調用の溝を、１１″で示すように仮想面ＶＳ１境として１１′とは反対面側に設ければ、２つの共振モードの共振周波数差の変化を減少方向に作用させることができる。
【００３８】
図１３の（Ｄ）に示す例は、粗調整用として溝１１ａ，１１ａ′を設け、微調整のために溝１１ｂ，１１ｂ′を設ける。微調整用の溝１１ｂ，１１ｂ′は粗調整用の溝１１ａ，１１ａ′近傍の仮想面ＶＳ１とは異なった、直交するもう１つの仮想面ＶＳ２の近傍に設ける。このように対角位置の関係に各溝を設けることによって、調整範囲が広くなるだけでなく、調整量を増しても、誘電体共振器１０の構造上の対称性が大きく崩れず、スプリアスモードの発生が抑えられる効果がある。
【００３９】
次に、第６の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を図１４を基に説明する。図１４はキャビティ内における誘電体共振器およびそれに結合する結合ループとの位置関係を示している。この誘電体共振器１０は図１０に示した誘電体共振器と同一である。図中キャビティは省略している。結合ループＫｙ，Ｋｚはそれぞれの一端を、キャビティに取り付けた同軸コネクタの中心導体に接続していて、他端をキャビティの内面にそれぞれ接続している。結合ループＫｙはそのループ面をｘ−ｚ面に向けている。結合ループＫｚはそのループ面をｘ−ｙ面に向けている。従って結合ループＫｙはＴＥ０１δｙモードに磁界結合し、結合ループＫｚはＴＥ０１δｚモードに磁界結合する。
【００４０】
図１０を用いて既に説明したように、ＴＥ０１δｘモードはＴＥ０１δｙモードと結合し、同時にＴＥ０１δｚモードとも結合するので、２つの結合ループＫｙ，Ｋｚ間に、ＴＥ０１δｙモード共振器→ＴＥ０１δｘモード共振器→ＴＥ０１δｚモード共振器の順に結合した３つの共振器が等価的に存在する。これにより３段の共振器から成る帯域通過フィルタ特性を有するフィルタを構成することができる。
【００４１】
次に、第７の実施形態に係る複合誘電体フィルタおよび通信装置の構成を図１５に示す。
ここで、デュプレクサは送信フィルタと受信フィルタとから構成している。この送信フィルタと受信フィルタは、いずれも、前述した構成のフィルタである。送信フィルタの出力ポートと受信フィルタの入力ポートとの間は、送信信号が受信フィルタ側へ回り込まないように、また、受信信号が送信フィルタ側へ回り込まないように、位相調整を行っている。このデュプレクサの送信信号入力ポートには送信回路を、受信信号出力ポートには受信回路をそれぞれ接続している。また、アンテナポートにはアンテナを接続している。このようにして、この発明に係る誘電体共振器を備えた通信装置を構成する。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば、互いに平行且つ対角位置関係にある、略直方体形状の誘電体共振器の２つの稜を含む第１・第２の仮想面から異なった位置に穴を設けたことにより、２つの共振モード同士を結合させ、且つその２つの共振モードの共振周波数に差をもたせることができる。
【００４３】
また、この発明によれば、誘電体共振器外面の中央部から離れ且つ該面に含まれる稜から離れた位置を通り、所定深さで前記稜に対して平行に延びる溝を形成したことにより、２つの共振モード同士を結合させ、且つその２つの共振モードの共振周波数に差をもたせることができる。
【００４４】
また、この発明によれば、上記の誘電体共振器装置と、それに外部結合する外部結合手段を備えて、所望のフィルタ特性を有する誘電体フィルタおよび複合誘電体フィルタが容易に得られる。
【００４５】
また、この発明によれば、上記誘電体フィルタまたは複合誘電体フィルタを高周波回路部に備えて、小型・低コストな通信装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る誘電体共振器の基本的な構造を示す斜視図
【図２】ＴＥ０１δｘモードの電磁界分布を示す図
【図３】ＴＥ０１δｙモードの電磁界分布を示す図
【図４】ＴＥ０１δｚモードの電磁界分布を示す図
【図５】２つの共振モードとその結合モードの電界の向きを示す図
【図６】誘電体共振器の斜視図
【図７】結合させる２つの共振モードの電界分布と穴の位置関係を示す図
【図８】第２の実施形態に係る誘電体共振器の斜視図
【図９】２つの共振モードとその結合モードの電界の向きを示す図
【図１０】第３の実施形態に係る誘電体共振器の斜視図
【図１１】第４の実施形態に係る誘電体共振器の結合させる２つの共振モードの電界分布と穴の位置関係を示す図
【図１２】第５の実施形態に係る誘電体共振器の斜視図
【図１３】２つの共振モードとその結合モードの電界の向きを示す図
【図１４】第６の実施形態に係る誘電体フィルタの主要部の構成を示す斜視図
【図１５】第７の実施形態に係る複合誘電体フィルタおよび通信装置の構成を示す図
【符号の説明】
１０−誘電体共振器
１１，１１′，１１ａ，１１ａ′，１１ｂ，１１ｂ′−溝
１５，１５′，１５ａ，１５ａ′，１５ｂ，１５ｂ′−穴
ＶＳ１，ＶＳ２−仮想面
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４−稜
【図１】
2004312288.tif 000003
【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】
2004312288.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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