(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状又は多角形状の外部導体と、
前記外部導体の略中心部に配置された誘電体共振素子と、
電気信号入力部及び電気信号出力部とを具え、
前記誘電体共振素子の一部に、導入された複数の電気信号に対する結合係数がピークを示すような位置及び大きさで切欠きを形成したことを特徴とする誘電体共振器。
【請求項２】
前記誘電体共振素子が円状，楕円状，または多角形状の断面を有する柱状または板状であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体共振器。
【請求項３】
前記切欠きは、前記誘電体共振素子を高さ方向に沿って垂直に研削して形成し、前記誘電体共振素子は、前記切欠きに起因した高さ方向の垂直な断面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体共振器。
【請求項４】
前記切欠きは少なくとも２つの切欠きであって、この２つの切欠きは前記誘電体共振素子の相対する面において形成され、前記誘電体共振素子は、前記２つの切欠きに起因した高さ方向に垂直であって、互いに平行な２つの断面を有することを特徴とする請求項３に記載の誘電体共振器。
【請求項５】
円筒状又は多角形状の外部導体と、前記外部導体の略中心部に配置された誘電体共振素子とを具える誘電体共振器の作製方法であって、
前記誘電体共振素子の一部に、導入された複数の電気信号に対する結合係数がピークを示すような位置及び大きさで切欠きを形成することを特徴とする誘電体共振器の作製方法。
【請求項６】
前記誘電体共振素子が円状，楕円状，または多角形状の断面を有する柱状または板状であることを特徴とする請求項５に記載の誘電体共振器の作製方法。
【請求項７】
前記切欠きは、前記誘電体共振素子が、前記切欠きに起因した高さ方向の垂直な断面を有するようにして、前記誘電体共振素子を高さ方向に沿って垂直に研削して形成することを特徴とする請求項５または６に記載の誘電体共振器の作製方法。
【請求項８】
前記切欠きは少なくとも２つの切欠きであって、前記誘電体共振素子が、前記２つの切欠きに起因した高さ方向に垂直であって、互いに平行な２つの断面を有するように、前記誘電体共振素子の相対する面において形成することを特徴とする請求項７に記載の誘電体共振器の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体共振器、及び誘電体共振器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報端末や通信端末に代表される電子機器では、高機能化及び小型化がめざましい。これら携帯情報端末や通信端末には共振器フィルタが組み込まれており、上述した携帯情報端末などの小型化に伴って、前記共振器フィルタにおいても小型化が要求され、その結果、誘電体共振器が用いられるようになってきている。
【０００３】
上記誘電体共振器としては、例えば特許文献１に記載されているように、空洞共振器内に誘電体共振器素子を配置するとともに、前記空洞共振器において、前記誘電体共振器素子に向けて金属ねじを設け、共振結合モードを行うことによって、複数の周波数に対応した多重モード誘電体共振器が開示されている。しかしながら、このような誘電体共振器においては、共振器内に金属ねじが存在するために、共振に供する電気信号の伝送ロスが大きくなってしまうという問題がある。
【０００４】
上記問題を解決すべく、特許文献２には、誘電体共振器素子に対して円柱状の穴を開けて共振結合モードを行い、複数の周波数に対応した多重モード誘電体共振器が開示されている。しかしながら、これらの誘電体共振器は切削などの加工を伴うために製造コストが増大し、また、十分な共振結合モードを行うことができず、実用に足る複数の周波数に対応した多重モードの共振器を実現することができないでいた。
【特許文献１】特開昭５７−１９４６０３号公報
【特許文献２】特開昭６２−２０４６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電気信号の伝送ロスがなく、多重モードに対応した簡易な構成の誘電体共振器、及びこの誘電体共振器の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明は、
円筒状又は多角形状の外部導体と、
前記外部導体の略中心部に配置された誘電体共振素子と、
電気信号入力部及び電気信号出力部とを具え、
前記誘電体共振素子の一部に、導入された複数の電気信号に対する結合係数がピークを示すような位置及び大きさで切欠きを形成したことを特徴とする誘電体共振器に関する。
【０００７】
また、本発明は、
円筒状又は多角形状の外部導体と、前記外部導体の略中心部に配置された誘電体共振素子とを具える誘電体共振器の作製方法であって、
前記誘電体共振素子の一部に、導入された複数の電気信号に対する結合係数がピークを示すような位置及び大きさで切欠きを形成することを特徴とする誘電体共振器の作製方法に関する。
【０００８】
本発明によれば、外部導体内に円柱状又は多角形状の誘電体共振素子を設けるという従来類似の基本構成に対し、前記誘電体共振素子に切欠きを形成するようにしている。また、前記切欠きの形成位置及び大きさは、誘電体共振器内に導入された複数の電気信号における結合モードがピークを取るようにして形成している。したがって、従来のように、結合モード（共振状態）を制御するに際し、金属ねじなどを用いないために、共振に供すべき電気信号の伝送ロスなどを生じることがなく、さらには、誘電体共振素子の加工など煩雑な工程を用いることなく、上述のような結合モード（共振状態）を最適な状態となるように制御した誘電体共振器を簡易に得ることができる。
【０００９】
なお、上記のようにして、誘電体共振器の結合モード（共振状態）が変化する理由は、誘電体共振器内に導入された電気信号に対するインダクタンス及び／又は結合容量が変化するためと考えられる。
【００１０】
本発明の一態様において、前記切欠きは、前記誘電体共振素子を高さ方向に沿って垂直に研削して形成し、前記誘電体共振素子は、前記切欠きに起因した高さ方向の垂直な断面を有するようにして形成することができる。これによって、上記誘電体共振器の結合モード（共振状態）のピーク状態をより簡易に実現することができる。
【００１１】
また、本発明の他の態様において、前記切欠きは少なくとも２つの切欠きであって、この２つの切欠きは前記誘電体共振素子の相対する面において形成され、前記誘電体共振素子は、前記２つの切欠きに起因した高さ方向に垂直であって、互いに平行な２つの断面を有するようにすることができる。このような２つの切欠きを形成することによって、上記誘電体共振器の結合モード（共振状態）のピーク状態をより簡易に実現することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、電気信号の伝送ロスがなく、多重モードに対応した簡易な構成の誘電体共振器、及びその作製方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態における誘電体共振器の平面図であり、図２は、図１に示す誘電体共振器の側面図である。また、図３は、図１及び２に示す誘電体共振器の等価回路である。
【００１５】
図１及び２に示すように、本実施形態における誘電体共振器１０は、円筒状の外部導体１１と、外部導体１１の略中心部Ｏに配置された円柱状の誘電体共振素子１２と、外部導体１１の円周面上において互いに９０度の角度をなすようにして配置された電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５とを具えている。なお、誘電体共振素子１２は、図示しない、例えばアルミナなどから構成される支持台上に配置されている。また、誘電体共振素子１２は、外部導体１１の略中心部Ｏに配置されていることから、前記略中心部Ｏは誘電体共振素子１２の中心とも共通する。
【００１６】
また、誘電体共振素子１２には、誘電体共振器１０に設けられた電気信号入力部１４及び電気信号出力部１５と相対向しないようにして、誘電体共振素子１２を高さ方向に沿って垂直に研削してなる一対の切欠き１２Ａ及び１２Ｂが形成されている。この結果、誘電体共振素子１２は、２つの切欠き１２Ａ及び１２Ｂに起因した高さ方向に垂直であって、互いに平行な２つの断面を有することになる。
【００１７】
なお、図３におけるＣ１は、電気信号入力部１４と誘電体共振器１０の共振回路とを容量結合する容量結合回路であり、Ｃ５は、電気信号出力部１５と誘電体共振器１０の共振回路とを容量結合する容量結合回路である。また、Ｃ２及びＬ１並びにＣ４及びＬ２は、誘電体共振器１０の共振回路を構成する容量結合回路及びインダクタンスである。さらに、Ｃ３は、切欠き１２Ａ及び１２Ｂによって形成される断間結合容量である。
【００１８】
図３における容量結合回路Ｃ１及びＣ５は、それぞれ電気信号入力部１４、電気信号出力部１５を構成する材料、並びにそれらの大きさなどによって変化する。また、図３における容量結合回路Ｃ２、Ｃ４及びインダクタンスＬ１、Ｌ２は、切欠き１２Ａ、１２Ｂ及び外部導体１１を構成する材料などによって変化する。
【００１９】
本実施形態においては、特に切欠き１２Ａ及び１２Ｂを設けることによって、容量結合回路Ｃ２及びＣ４、並びにＣ３の値が変化するとともに、インダクタンスＬ１及びＬ２の値が変化して、共振状態(結合モード)が変化するものと考えられる。
【００２０】
図４は、本実施形態における誘電体共振器１０の、切欠き１２Ａ及び１２Ｂの大きさ（深さＨ）と、誘電体共振器１０内に導入した２つのＥＨモード（ＥＨ１及びＥＨ２）の結合係数との相関を調べた図である。図４から明らかなように、切欠き１２Ａ及び１２Ｂの深さＨ、すなわち研削量が１．５−３ｍｍの間において前記結合係数はピークを示すことが分かる。すなわち、図１に示す誘電体共振器１０においては、切欠き１２Ａ及び１２Ｂの深さＨを１．５−３ｍｍの範囲に設定することによって、誘電体共振器１０内に導入した２つのＥＨモード（ＥＨ１及びＥＨ２）の結合係数がおおよそ最大となり、所定の共振状態が実現されることが分かる。
【００２１】
なお、図４に示すグラフを得る前提として、誘電体共振素子１２の直径は３７ｍｍとした。
【００２２】
Ａ．変形例１
第１の実施形態において，切欠き１２Ａを誘電体共振素子１２の軸方向の溝形状とした場合（変形例１）につき説明する。図５は，変形例１に係る誘電体共振素子１２を表す平面図である。変形例１では，切欠き１２Ａは，１の底面および２つの側面を有する略直方体形状の溝であり，誘電体共振素子１２の軸方向に配置される。図６は、変形例１において誘電体共振器２０の切欠き１２Ａの高さＨを変化させた場合における、周波数と電気信号の減衰状態との対応関係を示すグラフである。グラフＧ１１〜Ｇ１７それぞれにおいて，幅Ｄが５ｍｍで，高さＨが２．５，５．０，７．５，１０．０，１２．５，１５．０，１７．５ｍｍである。図７は，高さＨと，共振周波数ｆｋ，結合係数ｋの関係を表すグラフである。高さＨを増加させると共振周波数ｆｋが増大する一方，結合係数ｋはピークを有する（飽和する）。
【００２３】
Ｂ．変形例２
第１の実施形態において，切欠き１２Ａを誘電体共振素子１２の径方向の溝形状とした場合（変形例２）につき説明する。図８は，変形例３に係る誘電体共振素子１２を表す平面図である。変形例２では，切欠き１２Ａは，１の底面および２つの側面を有する略直方体形状の溝であり，誘電体共振素子１２の径方向に配置される。図９は、変形例２において誘電体共振器２０の切欠き１２Ａの高さＨを変化させた場合における、周波数と電気信号の減衰状態との対応関係を示すグラフである。グラフＧ２１〜Ｇ２５それぞれにおいて，厚さＴが２ｍｍで，高さＨが２．５，５．０，７．５，１０．０，１２．５ｍｍである。図１０は，高さＨと，共振周波数ｆｋ，結合係数ｋの関係を表すグラフである。高さＨを増加させると共振周波数ｆｋが増大する一方，結合係数ｋはピークを有する（飽和する）。
【００２４】
Ｃ．変形例３
第１の実施形態において，切欠き１２Ａを誘電体共振素子１２の側面上の溝形状（円柱状）とし，かつ誘電体共振素子１２の中心に向かう径方向の溝形状とした場合（変形例３）につき説明する。図１１は，変形例３に係る誘電体共振素子１２を表す上面図および側面図である。変形例３では，切欠き１２Ａは，円状の側面を有する円柱状の溝であり，誘電体共振素子１２の中心に向かう径方向に配置される。図１２は、変形例３において誘電体共振器２０の切欠き１２Ａの高さＨおよび径Ｄを変化させた場合における、周波数と電気信号の減衰状態との対応関係を示すグラフである。グラフＧ３１〜Ｇ３７それぞれにおいて，径Ｄが２ｍｍ，高さＨが２．５，５．０，７．５，１０．０，１２．５ｍｍである。図１３は，高さＨと，共振周波数ｆｋ，結合係数ｋの関係を表すグラフである。高さＨを増加させると共振周波数ｆｋが増大する一方，結合係数ｋはピークを有する（飽和する）。
【００２５】
Ｄ．変形例４
第１の実施形態において，誘電体共振素子１２の形状を正８角形状とした場合（変形例８）につき説明する。図１４は，変形例８に係る誘電体共振素子１２を表す上面図である。変形例８では，誘電体共振素子１２は正８角状の柱状であり，その１辺に沿って切欠き１２Ａが配置される。図１５は、変形例４において切欠き１２Ａの高さＨを変化させた場合における、周波数と電気信号の減衰状態との対応関係を示すグラフである。グラフＧ４１〜Ｇ４７それぞれにおいて，高さＨが３，５，７，９，１１，１３，１５ｍｍである。図１６は，高さＨと，共振周波数ｆｋ，結合係数ｋの関係を表すグラフである。高さＨを増加させると共振周波数ｆｋが増大する一方，結合係数ｋはピークを有する（飽和する）。
【００２６】
（ピークの発生原因）
結合係数ｋがピークを有する理由を説明する。図１７，図１８はそれぞれＨ＝２．５，５．０での誘電体共振器１０内の電界分布を表す模式図である。図１７，図１８の（１），（２）はそれぞれ，誘電体共振素子１２の径方向での２つのモードでの電界分布を表す。高さＨ（研削量）の増大により電界分布，即ち，共振モードが変化していることが判る。この変化が結合係数ｋのピークの発生の原因となっていると考えられる。
【００２７】
以上、本発明について具体例を挙げながら詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００２８】
既述のように，誘電体共振器および切欠きには種々の形状が適用できる。上記実施形態に示したように，誘電体共振器として，円柱，正８角柱を利用できる。これに加えて，これらの中間的な形状，例えば，楕円柱，４角柱を利用できる。柱状以外に板状も利用できる。上記実施形態に示したように，切欠きとして，平板状，溝形状等種々の形状を利用できる。
【００２９】
上記具体例では、誘電体共振素子１２において一対の切欠き１２Ａ及び１２Ｂを形成するようにしているが、少なくとも１つの切欠き、例えば切欠き１２Ａ及び１２Ｂの一方のみを形成することによっても本発明の作用効果を得ることができる。しかしながら、上記具体例に従って、誘電体共振素子１２の相対向する位置に切欠き１２Ａ及び１２Ｂを設けることによって、誘電体共振器１０における２つのＥＨモードの結合係数をより簡易に制御して、ピーク値を得ることができるようになる。
【００３０】
また、当然に３以上の切欠きを設けることもでき、切欠きの形状なども種々の形状とすることができる。
【００３１】
また、上記具体例は、数々のシミュレーションやそれに基づいて実施した実験結果に基づくものであって、実際に誘電体共振素子における切欠きの位置及び大きさをどの程度に調節するかなどの具体的な指針は、誘電体共振器の構成によって異なる。例えば、誘電体共振器の電気信号入力部及び電気信号出力部の位置関係や、これらと切欠きとの位置関係などによって、結合係数のピークとなる切欠きの深さは異なるとともに、前記結合係数と前記切欠きの深さとの関係も異なるようになる。
【００３２】
なお、誘電体共振器における結合係数は、外部導体に対する、誘電体共振素子の大きさ（高さ及び直径）の選択が基本となることは従来と同様である。
【００３３】
また、上記具体例では、誘電体共振器を円筒状の外部導体から構成する場合についてのみ示したが、多角形状の外部導体から構成した場合についても同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
さらに、本発明においては、本発明の切欠きによる作用効果を阻害しない範囲において、従来のように、金属ねじや樹脂製ねじを誘電体共振素子に向けて外部導体に設けることを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態における誘電体共振器の平面図である。
【図２】図１に示す誘電体共振器の側面図である。
【図３】図１及び２に示す誘電体共振器の等価回路である。
【図４】本発明の実施形態における、誘電体共振器の、切欠きの深さと誘電体共振器内に導入した２つのＥＨモード（ＥＨ１及びＥＨ２）の結合係数との相関を調べた図である。
【図５】変形例１における誘電体共振器の平面図である。
【図６】変形例１における誘電体共振器の電気信号の減衰状態を示すグラフである。
【図７】変形例１における誘電体共振器の共振周波数および結合係数の、切欠き深さ依存性を表すグラフである。
【図８】変形例２における誘電体共振器の平面図である。
【図９】変形例２における誘電体共振器の電気信号の減衰状態を示すグラフである。
【図１０】変形例２における誘電体共振器の共振周波数および結合係数の、切欠き深さ依存性を示すグラフである。
【図１１】変形例３における誘電体共振器の平面図である。
【図１２】変形例３における誘電体共振器の電気信号の減衰状態を示すグラフである。
【図１３】変形例３における誘電体共振器の共振周波数および結合係数の、切欠き深さ依存性を示すグラフである。
【図１４】変形例４における誘電体共振器の平面図である。
【図１５】変形例４における誘電体共振器の電気信号の減衰状態を示すグラフである。
【図１６】変形例４における誘電体共振器の共振周波数および結合係数の、切欠き深さ依存性を示すグラフである。
【図１７】誘電体共振器内の電界分布を表す模式図である。
【図１８】誘電体共振器内の電界分布を表す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  誘電体共振器
１１  外部導体
１２  誘電体共振素子
１２Ａ、１２Ｂ  切欠き
１４  電気信号入力部
１５  電気信号出力部
【図１】
0004819857.tif 000002
【図２】
0004819857.tif 000003
【図３】
0004819857.tif 000004
【図４】
0004819857.tif 000005
【図５】
0004819857.tif 000006
【図６】
0004819857.tif 000007
【図７】
0004819857.tif 000008
【図８】
0004819857.tif 000009
【図９】
0004819857.tif 000010
【図１０】
0004819857.tif 000011
【図１１】
0004819857.tif 000012
【図１２】
0004819857.tif 000013
【図１３】
0004819857.tif 000014
【図１４】
0004819857.tif 000015
【図１５】
0004819857.tif 000016
【図１６】
0004819857.tif 000017
【図１７】
0004819857.tif 000018
【図１８】
0004819857.tif 000019