(57)【要約】電界の回る面が直交関係にある２つのＴＥモード同士を、その同じ直交関係にある向きにそれぞれ電界が向く２つのＴＭモード間の結合とは独立して結合させる。ＴＭ０１δ−ｘモード，ＴＭ０１δ−ｙモード，ＴＥ０１δ−ｘモード，ＴＥ０１δ−ｙモードの４つのモードが生じる多重モード誘電体共振器装置において、誘電体コア（１）の上層部（Ｌａ）と下層部（Ｌｃ）に膨出部（Ｐｅ１），（Ｐｅ２）を設けてＴＥ結合モードの偶モードと奇モードの電束が通るそれぞれの部分の実効誘電率に差を持たせる。また誘電体コア（１）の中層部ＬｂにＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの電束が通る部分の実効誘電率が略等しくなるように膨出部（Ｐｃ）を形成する。これによりＴＭ０１δ−ｘモード−ＴＭ０１δ−ｙモードの結合を抑制しつつ、ＴＥ０１δ−ｘモード−ＴＥ０１δ−ｙモードの結合を図る。
2004066430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ内に誘電体コアを配置し、第１方向に電界が向く第１のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード、第１方向に直交する第２方向に電界が向く第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード、第１方向に垂直な面に沿って電界が回る第１のＴＥ０１δモード、第２方向に垂直な面に沿って電界が回る第２のＴＥ０１δモードがそれぞれ生じる多重モード誘電体共振器装置において、
第１・第２のＴＥ０１δモードによるＴＥ結合モードの偶モードと奇モードの電束が通るそれぞれの誘電体コア部分の実効誘電率に差を持たせ、且つ第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードによるＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの電束が通るそれぞれの誘電体コア部分の実効誘電率を略等しくしたことを特徴とする多重モード誘電体共振器装置。
【請求項２】
前記ＴＥ結合モードの偶モードと奇モードについて、電束が通る誘電体コア部分の膨出量または陥没量に差をもたせ、且つ該膨出量または陥没量の差による、前記ＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの周波数変化を打ち消す陥没部または膨出部を前記ＴＥ結合モードの電束密度が相対的に低い誘電体コア部分に設けた請求項１に記載の多重モード誘電体共振器装置。
【請求項３】
前記第１・第２のＴＭ０１δモードまたは第１・第２のＴＭ０１１モードの電束密度分布の中心を前記第１・第２のＴＭ０１δモードまたは第１・第２のＴＭ０１１モードの電界の向く方向に垂直な面に沿って上方向または下方向にずらせて、第１・第２のＴＥ０１δモードを第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードにそれぞれ結合させることによって、第１のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード、第１のＴＥ０１δモード、第２のＴＥ０１δモード、第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードが順に結合した４段の共振器を備えた多重モード誘電体共振器装置。
【請求項４】
請求項３に記載の多重モード誘電体共振器装置と、該多重モード誘電体共振器装置に構成した前記４段の共振器のうち初段および終段の共振器にそれぞれ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５】
請求項３に記載の誘電体フィルタを２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６】
請求項４に記載の誘電体フィルタ、または請求項５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】
【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装置、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。
【背景技術】  従来、キャビティ内に誘電体コアを配置し、複数のＴＭモードおよびＴＥモードを利用するようにした多重モード誘電体共振器装置が特開平１１−１４５７０４号公報に開示されている。
この多重モード誘電体共振器装置は、誘電体コアの形状によって所定のモード間の結合をとる場合、結合すべきモードの電界の集中する部分に溝または孔を設けて電磁界に対する摂動をかけて共振モード間のエネルギーをやり取りさせることによって結合をとるようにしている。
ところが、従来の多重モード誘電体共振器装置においては、ＴＥモードとＴＥモードとの間で結合をとる場合、単に結合させるべき２つのモードの電界の集中する部分にのみ着目して誘電体コアの形状を定めても、それと同時にＴＭモードとＴＭモードとの間でも結合が生じてしまうという問題があった。
例えば、ｘ、ｙ，ｚ直交座標系で、ｘ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δ−ｘモードと、ｙ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δ−ｙモードを結合させる場合、両モードの結合モードである偶モードと奇モードの電束が通る部分に溝や孔を設けて偶モードと奇モードの共振周波数に差を持たせ、そのことによって上記２つのＴＥモード同士を結合させることができる。
しかし上記溝や孔はｘ方向に電界が向くＴＭ０１δ−ｘモードと、ｙ方向に電界が向くＴＭ０１δ−ｙモードとの間にも摂動を生じさせて、この２つのＴＭモード同士も結合してしまう。すなわちＴＭモードとＴＥモードの両方を利用する多重モード誘電体共振器においては、ＴＥモード−ＴＥモード間の結合を行う場合に、ＴＭモード−ＴＭモード間の結合も同時に生じてしまい、ＴＥモード−ＴＥモード間の結合量を独立して定めることが困難であった。
また、ＴＥモード−ＴＥモード間の結合をとるために誘電体コアに結合用の溝を設けるか一部を突出させる形状にすると、その影響により電束密度分布の形状が乱れて、基本モードの周波数が上昇または下降してしまう。そのため、複数の共振モードを順に結合させてフィルタを構成した場合のそのフィルタ特性の調整の難易度が増すという問題があった。
そこで、この発明の目的は、電界の回る面が直交関係にある２つのＴＥモード同士を、その同じ直交関係にある向きにそれぞれ電界が向く２つのＴＭモード間の結合とは独立して結合させるようにした多重モード誘電体共振器装置を提供することにある。
また、この発明の他の目的は、上記関係のＴＭモード同士の結合を回避してＴＥモード同士の結合を行い、一方のＴＭモード−ＴＥモード間の結合および他方のＴＭモード−ＴＥモード間の結合を行って、ＴＭモード−ＴＥモード−ＴＥモード−ＴＭモードの４段の共振器を備えた多重モード誘電体共振器装置、更に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を提供することにある。
【発明の開示】
この発明は、キャビティ内に誘電体コアを配置し、第１方向に電界が向く第１のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード、第１方向に直交する第２方向に電界が向く第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード、第１方向に垂直な面に沿って電界が回る第１のＴＥ０１δモード、第２方向に垂直な面に沿って電界が回る第２のＴＥ０１δモードがそれぞれ生じる多重モード誘電体共振器装置において、
第１・第２のＴＥ０１δモードによるＴＥ結合モードの偶モードと奇モードの電束が通るそれぞれの誘電体コア部分の実効誘電率に差を持たせ、且つ第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードによるＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの電束が通るそれぞれの誘電体コア部分の実効誘電率を略等しくしたことを特徴としている。
このことにより第１・第２のＴＥ０１δモードによる２つの結合モードである偶モードと奇モードの周波数に差が生じて、第１・第２のＴＥ０１δモードが結合し、且つ第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードによる２つの結合モードである偶モードと奇モードの周波数に差が生じなくて、第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード同士が結合しない。すなわち第１・第２のＴＥ０１δモード同士の結合を独立して定められるようになる。
また、この発明は、前記ＴＥ結合モードの偶モードと奇モードについて、電束が通る誘電体コア部分の膨出量または陥没量に差をもたせ、且つ該膨出量または陥没量の差による、前記ＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの周波数変化を打ち消す陥没部または膨出部を前記ＴＥ結合モードの電束密度が相対的に低い誘電体コア部分に設けたことを特徴としている。
この構造により、ＴＥ結合モードの電束密度の高い位置に設けた誘電体コアの膨出量または陥没量の差によって生じるＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの周波数変化が打ち消されて、第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード同士の結合が回避できる。
また、この発明は、前記第１・第２のＴＭ０１δモードまたは第１・第２のＴＭ０１１モードの電束密度分布の中心を第１・第２のＴＭ０１δモードまたは第１・第２のＴＭ０１１モードの電界の向く方向に垂直な面に沿って上方向または下方向にずらせて、第１・第２のＴＥ０１δモードを第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードにそれぞれ結合させることによって、第１のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード、第１のＴＥ０１δモード、第２のＴＥ０１δモード、第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード４段の共振器を備えたことを特徴としている。
このように第１・第２のＴＭ０１δモードまたは第１・第２のＴＭ０１１モードの電束密度分布の中心を第１・第２のＴＭ０１δモードまたは第１・第２のＴＭ０１１モードの電界の向く方向に垂直な面に沿って上方向または下方向にずらせることによって、第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードと第１・第２のＴＥ０１δモードとがそれぞれ結合する。その際、第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード同士では結合が生じないので、第１のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード  →  第１のＴＥ０１δモード  →  第２のＴＥ０１δモード  →  第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード、が順に結合した４段の共振器として作用する。
また、この発明は、上記４段の共振器として作用する多重モード誘電体共振器装置と、その４段の共振器のうち初段および終段の共振器にそれぞれ外部結合する外部結合手段とを備えて誘電体フィルタを構成したことを特徴としている。
これにより、４段の共振器を備えた帯域通過特性を備えたフィルタとして作用する。
また、この発明は、上記誘電体フィルタを２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て複合誘電体フィルタを構成したことを特徴としている。
例えば一方のフィルタを送信フィルタ、他方のフィルタを受信フィルタ、共用した外部結合手段をアンテナポートとして用いることによって、送受共用器として作用する。
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。
【図面の簡単な説明】  図１は、第１の実施形態に係る多重モード誘電体共振器装置の４つの共振モードの電束および磁束の向きを示す図である。図２は、同多重モード誘電体共振器の各モードの電束の通る向きを示す図である。図３は、誘電体コア１をキャビティ２の内面に当接させた状態での各モードの電束の通る向きを示す図である。図４は、４つの共振モードにおける電束密度の分布例を示す図である。図５は、４つの共振モードの結合順序を示す図である。図６は、キャビティ内における誘電体コアの各層での断面形状を示す図である。図７は、ＴＥ結合モードおよびＴＭ結合モードに対するＴＥ結合用膨出部の与える影響を示す図である。図８は、誘電体コア１に設ける膨出部Ｐの膨出量と各モードの共振周波数および結合係数の関係を示す図である。図９は、誘電体コア１に設ける膨出部Ｐの膨出量と陥没部Ｓの陥没量と各モードの共振周波数および結合係数の関係を示す図である。図１０は、誘電体フィルタの構成を示す図である。図１１は、第２の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。図１２は、第３の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。図１３は、第３の実施形態に係る別の誘電体フィルタの構成を示す図である。図１４は、第４の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。図１５は、第４の実施形態に係る別の誘電体フィルタの構成を示す図である。図１６は、第５の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。図１７は、第５の実施形態に係る別の誘電体フィルタの構成を示す図である。図１８は、第６の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。図１９は、第７の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。図２０は、第８の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。図２１は、第９の実施形態に係る複合誘電体フィルタの構成を示す図である。図２２は、第１０の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】  第１の実施形態に係る多重モード誘電体共振器装置について図１〜図１０を参照して説明する。
この第１の実施形態を含む各実施形態で示す装置に設ける誘電体コアは、装置の使用周波数帯域に応じてその材料を選定する。例えば、チタン酸ジルコニウム−チタン酸錫系化合物、希土類チタン酸バリウム系化合物、チタン酸バリウム系化合物、亜鉛タンタル酸バリウム系化合物、マグネシウムタンタル酸バリウム系化合物、アルミニウム酸希土類−チタン酸カルシウム系化合物、チタン酸マグネシウム−チタン酸カルシウム系化合物からなる群より選択する。このときの比誘電率は２０〜１３０の任意の値をとる。この第１の実施形態およびそれ以降に示すその他の実施形態では、比誘電率が３８のチタン酸ジルコニウム−チタン酸錫系化合物を用いた。
図１はキャビティ内に配置する誘電体コアと、利用する４つの共振モードの形を表す斜視図である。図中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。（Ａ）は第１のＴＭ０１δモードであるＴＭ０１δ−ｘモード、（Ｂ）は第１のＴＥ０１δモードであるＴＥ０１δ−ｙモード、（Ｃ）は第２のＴＥ０１δモードであるＴＥ０１δ−ｘモード、（Ｄ）は第２のＴＭ０１δモードであるＴＭ０１δ−ｙモードについて、それぞれ電気力線および磁力線によって電磁界分布を表している。
また、図２はキャビティも含めて４つのモードについて電束密度分布を示している。ここで（Ａ）はｚ軸方向から見た図、（Ｂ）はｙ軸方向から見た図である。また実線の矢印は電気力線を表している。このように誘電体コア１を略立方体形状のキャビティ２の内部に配置している。
ＴＭ０１δ−ｘモードはｘ方向に電界が向き、ｙ−ｚ面に平行な面に沿って磁界が回る。このＴＭ０１δ−ｘモードは、主として誘電体コアのｘ方向部分１ｘ部分に電界が集中する。ＴＭ０１δ−ｙモードはＴＭ０１δ−ｘモードをｚ軸を中心として９０°回転させた関係にある。すなわちｙ方向に電界が向き、それに垂直な面であるｘ−ｚ面に平行な面に沿って磁界が回る。このＴＭ０１δ−ｙモードは、主として誘電体コアのｙ方向部分１ｙ部分に電界が集中する。
ＴＥ０１δ−ｙモードはｙ方向に垂直な面沿って電界が回る。このＴＥ０１δ−ｙモードは、主として誘電体コアのｘ方向部分１ｘ部分に電界が集中する。ＴＥ０１δ−ｘモードはＴＥ０１δ−ｙモードをｚ軸を中心として９０°回転させた関係にある。すなわちｘ方向に垂直な面沿って電界が回る。このＴＥ０１δ−ｘモードは、主として誘電体コアのｙ方向部分１ｙ部分に電界が集中する。
誘電体コア１のＰｍで示す部分は誘電体コア１からキャビティ２の内面方向へ突出させた突出部である。この誘電体コア突出部Ｐｍの端面とキャビティ２の内面との間に生じる容量部分に主としてＴＭモードの電束が通ることになる。すなわちこの誘電体コア突出部Ｐｍの端面とキャビティ２の内面との間に生じる容量によってＴＭモードの共振周波数を定めるとともに、誘電体コア１内部を通るＴＭモードの電束の独立性を高めている。
後に詳述するように、ＴＥ０１δ−ｙモードとＴＥ０１δ−ｘモードとを結合させようとすると、それに符合してＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモード同士の結合も同時に生じてしまう。
図４は上記４つの共振モードについての電束密度をシミュレーションによって求めた例を示している。このようにＴＭ０１δ−ｘモードは誘電体コアのｘ方向部分１ｘの一方の端部に近接するキャビティの内面から他方の端面に近接するキャビティの内面にかけて電束がはしる。
図３は、別の誘電体コア１を用いた例である。ここで（Ａ）はｚ軸方向から見た図、（Ｂ）はｙ軸方向から見た図である。図２および図４に示した例では、誘電体コア１の四方の端面をキャビティ２の内面から離間させてＴＭ０１δ−ｘモードおよびＴＭ０１δ−ｙモードを生じさせたが、この図３に示すように、誘電体コア１の四方の端面をそれぞれキャビティ２の内面に当接させればＴＭ０１１ｘモードおよびＴＭ０１１ｙモードとして作用させることができる。
図５は上記４つの共振モードの結合順を示している。この例では、ＴＭ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードとを結合させ、ＴＥ０１δ−ｙモードとＴＥ０１δ−ｘモードとを結合させ、更にＴＥ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとを結合させる。また、これと同時にＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとの結合が生じないようにする。
次に、ＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとの結合を生じさせることなくＴＥ０１δ−ｙモードとＴＥ０１δ−ｘモードとを結合させるための構造を図６に示す。ここで（Ｄ）はｙ軸方向を見た側面図、（Ａ）はそのＡ−Ａ部分の断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ部分の断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ部分の断面図である。誘電体コア１は基本的に三層構造を成し、（Ａ）は上層Ｌａ、（Ｂ）は中層Ｌｂ、（Ｃ）は下層Ｌｃのそれぞれの層部分での断面図である。上層Ｌａ部分では（Ａ）に示すようにｘ＋ｙ方向（ｘ方向を０度としたときの４５度方向）に、および−（ｘ＋ｙ）方向（ｘ方向を０度としたときの−１３５度方向）に膨出する誘電体コアの膨出部Ｐｅ１を、誘電体コア１のｘ方向部分１ｘとｙ方向部分１ｙとの交差部に形成している。また下層Ｌｃ部分には（Ｃ）に示すように同方向に膨出部Ｐｅ２を形成している。中層Ｌｂ部分には（Ｂ）に示すようにｙ−ｘ方向（ｘ方向を０度としたときの１３５度方向）およびｘ−ｙ方向（ｘ方向を０度としたときの−４５度方向）にそれぞれ膨出する膨出部Ｐｃを形成している。
図７の（Ａ），（Ｂ）は、図６に示した構造の誘電体コア１を用いた時のＴＥ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードによる２つの結合モード（ＴＥ結合モード）の電束密度分布を示している。図７の（Ａ）は偶モードの電束密度分布、（Ｂ）は奇モードの電束密度分布をそれぞれ示している。この場合、誘電体コアの膨出部Ｐｅ１は偶モードの電束が通る部分の実効誘電率を高めるように作用する。このことは図６に示した下層の膨出部Ｐｅ２が与える作用についても当てはまる。その結果、偶モードの共振周波数が低下し、奇モードの共振周波数とに差が生じてＴＥ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードとが結合することになる。
一方、図７の（Ｃ）はＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードによる２つの結合モード（ＴＭ結合モード）の電束密度分布を示している。（Ｃ）はその偶モードの電束密度分布、（Ｄ）は奇モードの電束密度分布をそれぞれ示している。ここで、膨出部Ｐｅ１は奇モードの電束が通る部分の実効誘電率を高めるように作用する。このことは下層に設けた膨出部Ｐｅ２が与える作用についても当てはまる。そのため奇モードの共振周波数が低下し、偶モードの共振周波数とに差が生じて、ＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとが結合することになる。
ところが、図６に示した誘電体コア１の中層部分には膨出部Ｐｃを設けている。この膨出部Ｐｃは、上層と下層の膨出部Ｐｅ１，Ｐｅ２の膨出方向に対して、ｚ軸を中心として９０°異なった方向に膨出させている。この膨出部Ｐｃは図７の（Ｃ），（Ｄ）に示した場合とは逆に、ＴＭ結合モードの偶モードの共振周波数を低下させる方向に作用する。その結果、膨出部Ｐｅ１，Ｐｅ２およびＰｃの量を定めることによって、ＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの共振周波数は等しくすることができる。すなわちＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとの結合を抑制できる。上記誘電体コア１の膨出部ＰｃはＴＥ結合モードに対してもある程度影響を与えるが、ＴＥ結合モードの電束密度が誘電体コアの中層部より上層部および下層部で相対的に高いため、ＴＭ結合モードに対する影響度より低い。したがって上記膨出部ＰｃはＴＥ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードとの結合量に殆ど影響を与えない。
この作用を利用して、誘電体コア１の膨出部Ｐｅ１，Ｐｅ２およびＰｃの膨出量を定めることによって、ＴＭ０１δ−ｘモード−ＴＭ０１δ−ｙモード間の結合とは独立してＴＥ０１δ−ｘモード−ＴＥ０１δ−ｙモード間の結合量を定めることができる。
ここで、誘電体コア１のｘ方向部分とｙ方向部分の交差部に設ける膨出部の膨出量を変化させた時の各共振モードの共振周波数および結合係数の変化の例を図８・図９に示す。図８の（Ｃ）は誘電体コア１の上層・中層・下層の何れの部分においても図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように、同一方向に誘電体コアの膨出部Ｐを形成し、その膨出量を変化させた時の例である。ここでＫＭはＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモード間の結合係数、ＫＥはＴＥ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモード間の結合係数、ＴＥｏはＴＥ結合モードの奇モードの周波数、ＴＥｅはＴＥ結合モードの偶モードの周波数、ＴＭｏはＴＭ結合モードの奇モードの周波数、ＴＭｅはＴＭ結合モードの偶モードの周波数をそれぞれ示している。
このように膨出部Ｐの長さ（膨出量を辺の長さで表している）を大きくするに伴って、ＴＥモード同士の結合量が増し、同時にＴＭモード同士の結合量も増す。
図８の（Ｄ）は誘電体コア１の上層部と下層部において図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように膨出部Ｐを同方向に膨出させるとともに、ＫＭが略０となるように誘電体コア１の中層部において９０°向きの異なった方向に膨出部Ｐを形成した場合の特性を示している。（Ｃ）では誘電体コア１の膨出部Ｐの膨出量を増すとともにＴＥｘ，ＴＥｙ，ＴＭｘ，ＴＭｙの何れもその共振周波数が低下するのに対し、（Ｄ）ではＴＭｏとＴＭｅの周波数は殆ど一定となる。すなわちＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとは結合しない。
図９に示す例は、誘電体コア１を（Ａ）から（Ｂ）に示すようにｚ軸（紙面に垂直な向き）を中心とする誘電体コア１の１８０°回転対称位置に膨出部Ｐを設けるとともに、上記ｚ軸を中心として９０°回転位置に陥没部Ｓを設けた場合について示している。図９の（Ｃ）は誘電体コア１の上層・中層・下層の何れにおいても同一方向において膨出部Ｐと陥没部Ｓを設けた場合、（Ｄ）は誘電体コア１の上層部と下層部において膨出部Ｐを同方向に膨出させ、陥没部Ｓを同方向に陥没させるとともに、誘電体コア１の中層部において９０°向きの異なった方向に膨出部Ｐと陥没部Ｓを設けるとともに、ＫＭが略０となるように中層部における膨出部Ｐの膨出量と、陥没部Ｓの陥没量を定めた場合の特性をそれぞれ示している。
このように膨出部とともに陥没部を形成することによって、（Ｄ）に示すようにＫＥを大きくすることができ、しかもＴＥｏが上昇するに伴いＴＥｅは下降する。従って基本モード（ＴＥ０１δ−ｘモードおよびＴＥ０１δ−ｙモード）の周波数をそれぞれ略一定にしたまま両モードの結合係数を定めることができる。このため共振周波数とは独立して結合係数のみを調整することが容易となる。
図１０は上記４つの共振モードを利用して４段の共振器からなる誘電体フィルタを構成した例である。（Ａ）はキャビティの上面を取り除いた状態での平面図、（Ｂ）はキャビティ２の手前の壁面を取り除いたものとして表した正面図である。図１０において誘電体コア１はキャビティ２の底面中央部に対して低誘電率の支持台３を介して接着固定している。これにより誘電体コア１をキャビティ２の略中央部に配置している。キャビティ２には同軸コネクク５ａ，５ｂを取り付けていて、それらの中心導体を入出力プローブ４ａ，４ｂとしてキャビティ２の内部へ突出させている。プローブ４ａは、誘電体コア１の主にｘ方向に電束が通るＴＭ０１δ−ｘモードと電界結合する。プローブ４ｂは、誘電体コア１の主にｙ方向に電束が通るＴＭ０１δ−ｙモードと電界結合する。
図５に示したＴＭ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードとの結合、およびＴＥ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとの結合は、誘電体コア１のＴＭモードの電束密度の高い中層部Ｌｂの高さを中央の高さから上方向または下方向にずらせることによって行う。すなわちＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードの上下方向での電界強度のバランスが崩れてＴＭ０１δ−ｘモードからＴＥ０１δ−ｙモードへエネルギーが移り、両モード間で結合が生じる。同様にＴＥ０１δ−ｘモードからＴＭ０１δ−ｙモードへエネルギーが移り、両モード間で結合が生じる。
このようにして４段の共振器を備えた帯域通過特性を有する誘電体フィルタとして作用する。
なお、図１０に示したプローブ４ａ，４ｂの高さ方向（ｚ軸方向）の位置を誘電体コア１の中央高さから上下いずれかの方向にずらせることによっても、ＴＭ０１δ−ｘモード，ＴＭ０１δ−ｙモードの電束密度の分布中心を上下方向にずらせることができるので、それによってもＴＥ０１δ−ｙモード，ＴＥ０１δ−ｘモードとの結合をとることができる。
次に、第２の実施形態に係る誘電体フィルタの構造を図１１に示す。ここでは誘電体コア１のＴＥ結合用膨出部Ｐｅ１，Ｐｅ２としてフィレット形状としている。またＴＭ結合抑制用の膨出部Ｐｃについてもフィレット形状にしている。なお、積極的に膨出させない部分（Ｐｅ１，Ｐｅ２，Ｐｃのｚ軸を中心とする９０°回転位置）においてもフィレット形状にして、誘電体コア１にクラックが入りにくくしている。その他の部分については第１の実施形態に示したものと同様である。従って第１の実施形態の場合と同様に４段の共振器から成る帯域通過特性を備えたフィルタとして作用する。
図１２・図１３は第３の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。図１２の（Ａ）はキャビティ２内部の誘電体コア１の平面図、（Ｂ）は同誘電体コア１の正面図である。この誘電体コア１は、丁度図１０に示した誘電体コア１の中層部Ｌｂを最も下方へずらせて下層部Ｌｃを無くし、上層部Ｌａと下層部Ｌｂ′の２層構造にしたものに等しい。これにともない、プローブ４ａ，４ｂも誘電体コア１の下層部Ｌｂ′の中央部に配置している。このような２層構造としても、ＴＥ結合用膨出部Ｐｅの膨出に伴ってＴＥ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードとを結合させることができ、ＴＭ結合抑制用膨出部Ｐｃの膨出によって、上記膨出部ＰｅによるＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとの間の結合を抑制することができる。従って、この場合も４段の共振器から成る帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
図１２に示した例では、誘電体コア１にＴＭ０１δモード用に突出部Ｐｍを設けたが、図１３に示すようにこの誘電体コア突出部Ｐｍを設けなくても、ＴＭ０１δモードの励振および外部結合をとることができる。その際、図１３に示すように、プローブ４ａ，４ｂ側に誘電体コア１に対向する平面部を設けることによって、誘電体コア１を通るＴＭ０１δモードの電束の誘電体コア１内部での独立性を高めることができる。
図１４・図１５は第４の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示している。何れの図においても（Ａ）はキャビティ２内部での誘電体コア１の平面図、（Ｂ）はその正面図である。この第４の実施形態に係る誘電体フィルタで用いる誘電体コア１はその全体の外形が立方体形状を成し、その上層部Ｌａに陥没部Ｓｅ、下層部Ｌｂ′に陥没部Ｓｃをそれぞれ形成している。誘電体コア１の上層部Ｌａに形成した陥没部ＳｅはＴＥ結合モードの偶モードと奇モードの共振周波数に差を生じさせるので、この陥没部ＳｅによってＴＥ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードとが結合する。また、下層部Ｌｂに形成した陥没部Ｓｃは上記陥没部Ｓｅの存在によるＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの周波数のずれを抑制するように作用する。したがって、陥没部ＳｅとＳｃをバランスさせることによってＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとの結合を抑制することができる。
図１５に示す例は、図１４において誘電体コア１に形成しているＴＭ０１δモード用の突出部Ｐｍを無くしたものである。このような誘電体コアを用いても、同様に４段の共振器が順に結合した帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
図１６・図１７は第５の実施形態に係る誘電体フィルタの構造を示す図である。この誘電体フィルタで用いる誘電体コア１は図１４に示した誘電体コア１を丁度円柱形状にしたものに等しい。すなわち誘電体コア１は全体に略円柱形状を成し、上層部ＬａにＴＥ結合用陥没部Ｓｅを形成し、下層部Ｌｂ′にＴＭ結合抑制用陥没部Ｓｃを形成している。また図１７は図１６における誘電体コア突出部Ｐｍを取り除いたものに等しい。このような形状によっても４段の共振器から成る帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
図１８は第６の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。この例では、誘電体コア１は、その平面形状が十字型であり、その上層部ＬａにＴＥ結合用陥没部Ｓｅを形成し、下層部Ｌｂ′にＴＭ結合抑制用陥没部Ｓｃを形成している。陥没部ＳｅはＴＥ結合モードの偶モードと奇モードの共振周波数に差を生じさせるので、この陥没部ＳｅによってＴＥ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードとが結合する。また、下層部Ｌｂに形成した陥没部Ｓｃは、上記陥没部Ｓｅの存在によるＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの周波数のずれを抑制するように作用する。したがって、陥没部ＳｅとＳｃをバランスさせることによってＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとの結合を抑制することができる。
このような誘電体コアを用いても、同様に４段の共振器が順に結合した帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
図１９は第７の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。この例では、誘電体コア１の上層部にＴＥ結合用孔Ｈｅを形成し、下層部にＴＭ結合抑制用孔Ｈｃをそれぞれ形成している。このようにＴＥ結合モードの偶モードと奇モードの電束が通るそれぞれの部分の実効誘電率に差を持たせ、且つＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの電束が通るそれぞれの部分の実効誘電率を略等しくすることができ、それによってＴＭ０１δ−ｘモードとＴＭ０１δ−ｙモードとを結合させることなくＴＥ０１δ−ｘモードとＴＥ０１δ−ｙモードとを結合させることができる。
図２０は第８の実施形態に係る誘電体フィルタの構成を示す図である。ここで用いる誘電体コア１は図１２に示した誘電体コア１と同様である。ただしキャビティ２の内部において、誘電体コア１の向きをｚ軸を中心として４５°回転させた状態に配置している。またそれに伴ってプローブ４ａプローブ４ａを誘電体コアのｘ方向部分１ｘの端部付近に配置し、プローブ４ｂを誘電体コアのｙ方向部分１ｙの端部付近に配置している。但し、誘電体コアの１ｘ，１ｙで示す部分はそれぞれｘ方向とｙ方向を向いていないが、図１２に示した符号と対応させるために同符号を用いている。ここで誘電体コア１の主に１ｘ部分に電束が通るＴＭモードをＴＭ０１δ（ｘ＋ｙ）、誘電体コアの主に１ｙ部分に電束が通るＴＭモードをＴＭ０１δ（ｘ−ｙ）モードとし、更に１ｘ部分に電界が回るＴＥモードをＴＥ０１δ（ｘ＋ｙ）モード、１ｙ部分に電界が回るＴＥモードをＴＥ０１δ（ｘ−ｙ）モードと呼ぶことができる。
ＴＥ結合用膨出部Ｐｅの膨出に伴ってＴＥ０１δ（ｘ＋ｙ）モードとＴＥ０１δ（ｘ−ｙ）モードとを結合させることができ、ＴＭ結合抑制用膨出部Ｐｃの膨出によって、上記膨出部ＰｅによるＴＭ０１δ（ｘ＋ｙ）モードとＴＭ０１δ（ｘ−ｙ）モードとの間の結合を抑制することができる。従って、この場合も４段の共振器から成る帯域通過特性を有するフィルタとして作用する。
次に、第９の実施形態として複合誘電体フィルタの構成を図２１に示す。ここでＲｔｘ，Ｒｒｘで示す部分に図２０に示した誘電体フィルタをそれぞれ構成している。プローブ４ｔｘ，４ｒｘは共振器Ｒｔｘ，Ｒｒｘの一方のＴＭ０１δモードに電界結合する。またプローブ４ａｎｔは共振器Ｒｔｘ，Ｒｒｘの他方のＴＭ０１δモードにそれぞれ電界結合する。ここで、プローブ４ａｎｔ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。ここで、同軸コネクタ５ｔｘを送信信号入力部、５ｒｘを受信信号出力部、５ａｎｔをアンテナ接続部とし、Ｒｔｘを送信フィルタ、Ｒｒｘを受信フィルタとして各共振モードの周波数を定めることによって、全体が送受共用器として作用する。
次に、第１０の実施形態に係る通信装置の構成をブロック図として図２２に示す。
ここで、デュプレクサには図２１に示した送受共用器を用いる。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、この発明に係る多重モード誘電体共振器装置を備えた通信装置を構成する。
この発明によれば、第１・第２のＴＥ０１δモードによる２つの結合モードである偶モードと奇モードの周波数に差が生じて、第１・第２のＴＥ０１δモードが結合し、且つ第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードによる２つの結合モードである偶モードと奇モードの周波数に差が生じなくて、第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード同士が結合しない。すなわち第１・第２のＴＥ０１δモード同士の結合を独立して定められるようになる。
また、この発明によれば、ＴＥ結合モードの偶モードと奇モードについて、電束が通る誘電体コア部分の膨出量または陥没量に差をもたせ、且つ該膨出量または陥没量の差による、ＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの周波数変化を打ち消す陥没部または膨出部を前記ＴＥ結合モードの電束密度が相対的に低い誘電体コア部分に設けたことにより、ＴＥ結合モードの電束密度の高い位置に設けた誘電体コアの膨出量または陥没量の差によって生じるＴＭ結合モードの偶モードと奇モードの周波数変化が打ち消されて、第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード同士の結合が回避できる。
また、この発明によれば、第１・第２のＴＭ０１δモードまたは第１・第２のＴＭ０１１モードの電束密度分布の中心を第１・第２のＴＭ０１δモードまたは第１・第２のＴＭ０１１モードの電界の向く方向に垂直な面に沿って上方向または下方向にずらせることによって、第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モードと第１・第２のＴＥ０１δモードとがそれぞれ結合する。その際、第１・第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード同士では結合が生じないので、第１のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード  →  第１のＴＥ０１δモード  →  第２のＴＥ０１δモード  →  第２のＴＭ０１δまたはＴＭ０１１モード、が順に結合した４段の共振器として作用する。
また、この発明によれば、上記４段の共振器として作用する多重モード誘電体共振器装置と、その４段の共振器のうち初段および終段の共振器にそれぞれ外部結合する外部結合手段とを備えることにより、小型の帯域通過フィルタとして用いることができる。
また、この発明によれば、上記誘電体フィルタを２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することにより、例えば一方のフィルタを送信フィルタ、他方のフィルタを受信フィルタ、共用した外部結合手段をアンテナポートとする小型の送受共用器として用いることができる。
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ることによって、所定の高周波回路特性を備えた小型の通信装置を構成することができる。
【図１】
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【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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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