(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の表面，裏面に電極が設けられ表面側の電極が略円形電極となったＴＭ０１０モード共振器と、該ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面が対向した状態で面実装される外部基板と、該外部基板に設けられ前記ＴＭ０１０モード共振器に接続される信号線路とを備えた誘電体共振器装置において、
前記ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には、前記信号線路に接続されて当該ＴＭ０１０モード共振器と磁界結合するための磁界結合部を設け、
前記磁界結合部は、前記誘電体基板の裏面に位置して前記略円形電極と対向した位置を通って前記誘電体基板の端部側に向けて延び、前記外部基板の信号線路に対してその両端が電気的に接続される結合線路によって構成し、
前記誘電体基板の裏面に設けられた前記裏面電極は、該結合線路の幅方向両側に位置して該結合線路との間に隙間を形成する構成としたことを特徴とする誘電体共振器装置。
【請求項２】
前記結合線路は、前記略円形電極の中心軸を通る構成としてなる請求項１に記載の誘電体共振器装置。
【請求項３】
前記結合線路は、その幅寸法に応じて前記ＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としてなる請求項１に記載の誘電体共振器装置。
【請求項４】
前記結合線路と裏面電極との間の隙間は、その間隔寸法に応じて前記ＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としてなる請求項１に記載の誘電体共振器装置。
【請求項５】
前記外部基板には、前記ＴＭ０１０モード共振器の結合線路と対向する位置を除いて信号線路とグランド電極とを設け、
前記信号線路はバンプを用いて前記ＴＭ０１０モード共振器の結合線路の端部に接続し、前記グランド電極はバンプを用いて前記ＴＭ０１０モード共振器の裏面電極に接続する構成としてなる請求項１に記載の誘電体共振器装置。
【請求項６】
誘電体基板の表面，裏面に電極が設けられ表面側の電極が略円形電極となったＴＭ０１０モード共振器と、該ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面が対向した状態で面実装される外部基板と、該外部基板に設けられ前記ＴＭ０１０モード共振器に接続される信号線路とを備えた誘電体共振器装置において、
前記ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には、前記信号線路に接続されて当該ＴＭ０１０モード共振器と磁界結合するための磁界結合部を設け、
前記誘電体基板の裏面に設けられた前記裏面電極は、前記略円形電極と対向して配置し、
前記磁界結合部は、該裏面電極に設けた開口に短絡点が挟まれた結合電極によって構成し、該結合電極は前記外部基板の信号線路に対して１箇所で電気的に接続される構成としたことを特徴とする誘電体共振器装置。
【請求項７】
前記裏面電極にはコ字状の開口を設け、前記結合電極は、先端側が該コ字状の開口に取囲まれて前記外部基板の信号線路に接続され、基端側が前記裏面電極に接続されて短絡点となる構成としてなる請求項６に記載の誘電体共振器装置。
【請求項８】
前記結合電極は、前記ＴＭ０１０モード共振器の磁界が強い位置と短絡点との距離に応じて前記ＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としてなる請求項６に記載の誘電体共振器装置。
【請求項９】
前記開口は、前記結合電極の短絡点を挟んで両側に配置された部位の間隔寸法に応じて前記ＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としてなる請求項６に記載の誘電体共振器装置。
【請求項１０】
前記ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には他の磁界結合部を設け、
該他の磁界結合部は、前記裏面電極に設けた開口に短絡点が挟まれた結合電極によって構成してなる請求項１に記載の誘電体共振器装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の誘電体共振器装置を用いた発振器装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の誘電体共振器装置を用いた送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波の電磁波を発振する誘電体共振器装置並びに該誘電体共振器装置を用いた発振器装置および送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、誘電体共振器装置として、誘電体基板の表面に円形電極が形成された共振器と、該共振器の端部近傍に位置して誘電体基板に設けられた給電線とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、誘電体共振器装置を用いた発振器装置として、誘電体基板上に所定の発振周波数の信号を発振する発振回路部と前記発振周波数を設定するＴＭ０１０モード共振器等からなる誘電体共振器部とを設ける構成としたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このような発振器装置では、発振回路部と誘電体共振器部とを別々の誘電体基板を用いて構成すると共に、これらの誘電体基板の誘電率と厚みをそれぞれの回路部に適した値に設定していた。これにより、例えば発振回路部の基板は誘電率の低いものを用いることによって相対的な寸法精度を高めることができ、誘電体共振器部の基板は誘電率が高く厚みの大きなものを用いることによってＱ（Quality factor）値を高めることができると共に、これらを組合せることによって発振器装置全体の量産性を高めていた。【０００４】
また、略直方体状の誘電体ブロックからなる導波管型の誘電体共振器も知られている（例えば、特許文献３参照）。このような誘電体共振器では、誘電体ブロックの実装面に対してグランド電極に接続された短絡点を有する入出力電極を設け、該入出力電極を用いて誘電体共振器を励振する構成としていた。【０００５】
【特許文献１】特開平７−３３６１０６号公報
【特許文献２】特開平１１−２３４００９号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００２／０７８１１９号パンフレット
【０００６】
ところで、上述した特許文献１に記載された従来技術では、給電線と共振器とを強く結合させるために、給電線とグランドとの間隔を共振器とグランドとの間隔よりも大きくする構成としていた。このとき、給電線の周囲でグランドとの間隔を広げるために例えば誘電体基板の厚さ方向に対して大きな空間が必要となるから、誘電体共振器装置の厚さ寸法が大きくなる傾向があった。また、給電線を共振器の外側に配置するから、誘電体共振器装置の面積も大きくなる傾向があり、装置全体が大型化するという問題があった。【０００７】
また、特許文献２に記載された従来技術では、誘電体共振器部の誘電体基板に発振周波数を制御するための周波数制御回路や終端抵抗等を設ける構成としていた。このとき、誘電体共振器部に用いる誘電体基板は高い誘電率を有するために高価になり易いのに対し、この誘電体基板の面積が大きくなるから、発振器装置全体の製造コストが高くなるという問題があった。【０００８】
さらに、特許文献３に記載された従来技術では、導波管型の誘電体共振器を用いるから、誘電体ブロックの長さ寸法、幅寸法に応じて共振器の電気特性が決まる構成となっている。このとき、誘電体ブロックの加工方法として、射出成形後に焼成する方法、誘電体の焼成後にダイシングによって切出す方法等が考えられてるが、このような加工方法では製造誤差が大きく、所望の寸法精度が得られない。このため、誘電体ブロックの形成後に再度研磨等を施して長さ寸法、幅寸法の精度を高める必要があり、製造コストが高くなる傾向がある。また、このような高精度な外形加工が必要な誘電体ブロックに対して、さらに入出力電極を形成するから、誘電体ブロックと入出力電極との相対位置が僅かに位置ずれしたときでも、誘電体共振器と入出力電極との間の結合量が変化してしまう。この結果、個々の誘電体共振器毎に入出力電極との結合量にばらつきが生じ易く、共振器の電気特性のばらつきが大きいという問題がある。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電気特性を安定化させることができ、小型で製造コストの低減が可能な誘電体共振器装置、発振器装置および送受信装置を提供することにある。
【００１０】
上述した課題を解決するために請求項１の発明は、誘電体基板の表面，裏面に電極が設けられ表面側の電極が略円形電極となったＴＭ０１０モード共振器と、該ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面が対向した状態で面実装される外部基板と、該外部基板に設けられ前記ＴＭ０１０モード共振器に接続される信号線路とを備えた誘電体共振器装置において、前記ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には、前記信号線路に接続されて当該ＴＭ０１０モード共振器と磁界結合するための磁界結合部を設け、前記磁界結合部は、前記誘電体基板の裏面に位置して前記略円形電極と対向した位置を通って前記誘電体基板の端部側に向けて延び、前記外部基板の信号線路に対してその両端が電気的に接続される結合線路によって構成し、前記誘電体基板の裏面に設けられた前記裏面電極は、該結合線路の幅方向両側に位置して該結合線路との間に隙間を形成する構成としたことを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には、信号線路に接続された磁界結合部を設けたから、磁界結合部に生じる磁界をＴＭ０１０モード共振器内の磁界と一致させて磁界結合部をＴＭ０１０モード共振器に磁界結合させることができる。これにより、磁界結合部を用いてＴＭ０１０モード共振器と信号線路との間を接続することができ、信号線路を伝搬する高周波信号によってＴＭ０１０モード共振器を励振することができる。
【００１２】
また、磁界結合部はＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面に設けた電極によって構成することができるから、磁界結合部をなす電極は、ＴＭ０１０モード共振器を構成する裏面電極と同時（一緒）に形成することができる。このため、ＴＭ０１０モード共振器と磁界結合部との間の結合量のばらつきを少なくすることができ、ＴＭ０１０モード共振器毎の電気特性をほぼ一定に維持することができる。さらに、磁界結合部は略円形電極と対向した位置に配置することができるから、略円形電極よりも外側で結合する電界結合に比べて、ＴＭ０１０モード共振器を小型化することができる。
【００１３】
また、ＴＭ０１０モード共振器では共振器を構成する略円形電極と裏面電極および誘電体基板の厚み寸法によって共振器の電気特性が決まる構成となっている。従って、磁界結合部を共振器を構成する裏面電極と同時に形成することができるため、安定した結合特性を容易に得ることができる。この結果、高精度の加工が難しい導波管型の誘電体共振器の場合に比べて、製造コストを低減することができる。さらに、磁界結合部はＴＭ０１０モード共振器に対して安定した結合特性を得ることができるから、周波数制御回路等はＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板に設ける必要がなく、外部基板側に設けることができる。このため、誘電体基板から周波数制御回路等を省くことができ、ＴＭ０１０モード共振器を小型化することができる。
【００１４】
また、請求項１の発明では、前記磁界結合部は、前記誘電体基板の裏面に位置して前記略円形電極と対向した位置を通って前記誘電体基板の端部側に向けて延び、前記外部基板の信号線路に対してその両端が電気的に接続される結合線路によって構成し、前記誘電体基板の裏面に設けられた前記裏面電極は、該結合線路の幅方向両側に位置して該結合線路との間に隙間を形成する構成としている。
【００１５】
略円形電極と対向した位置を通る結合線路を用いて磁界結合部を構成し、結合線路の両端を外部基板の信号線路にそれぞれ接続した場合には、外部基板の信号線路側の回路に対してＴＭ０１０モード共振器を並列に接続したことになる。このとき、結合線路に共振周波数の高周波信号を伝搬させることによって、結合線路の周囲には誘電体基板の内部に位置してＴＭ０１０モード共振器の磁界と同じ向きの磁界を発生させることができる。これにより、結合線路とＴＭ０１０モード共振器とを磁界結合させることができるから、結合線路の両端のうち一方から伝わる高周波信号は、ＴＭ０１０モード共振器によって反射され、反作用形の共振器を構成することができる。
【００１６】
請求項２の発明では、前記結合線路は、前記略円形電極の中心軸を通る構成としている。
【００１７】
本発明によれば、結合線路は略円形電極の中心軸を通る構成としたから、他の位置に結合線路を設けた場合に比べて、結合線路による損失を低減することができる。即ち、ＴＭ０１０モード共振器が共振状態となったときには、略円形電極の中心軸に向って放射状に共振電流が流れる。このとき、結合線路を略円形電極の中心軸と異なる位置を通る構成とした場合には、結合線路の両脇に設けた隙間によって共振電流を遮断するから、ＴＭ０１０モード共振器の損失が大きくなる。これに対し、本発明では、結合線路は略円形電極の中心軸を通るから、共振電流を結合線路の両脇に設けた隙間によって遮ることがなく、結合線路による損失を低減することができる。
【００１８】
請求項３の発明では、前記結合線路は、その幅寸法に応じて前記ＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としている。
【００１９】
本発明によれば、結合線路の幅寸法に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としたから、結合線路の幅寸法を大きくすることによって結合線路周囲の磁界を広げて結合量を増加させることができ、結合線路の幅寸法を小さくすることによって結合線路周囲の磁界を狭めて結合量を減少させることができる。この結果、結合線路の幅寸法に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を所望量に調整することができ、設計自由度を高めることができる。
【００２０】
請求項４の発明では、前記結合線路と裏面電極との間の隙間は、その間隔寸法に応じて前記ＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としている。
【００２１】
本発明によれば、結合線路と裏面電極との間の隙間の間隔寸法に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としたから、隙間の間隔寸法を大きくすることによって結合線路周囲の磁界を広げて結合量を増加させることができ、隙間の間隔寸法を小さくすることによって結合線路周囲の磁界を狭めて結合量を減少させることができる。この結果、隙間の間隔寸法に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を所望量に調整することができ、設計自由度を高めることができる。
【００２２】
請求項５の発明では、前記外部基板には、前記ＴＭ０１０モード共振器の結合線路と対向する位置を除いて信号線路とグランド電極とを設け、前記信号線路はバンプを用いて前記ＴＭ０１０モード共振器の結合線路の端部に接続し、前記グランド電極はバンプを用いて前記ＴＭ０１０モード共振器の裏面電極に接続する構成としている。
【００２３】
本発明によれば、外部基板にはＴＭ０１０モード共振器の結合線路と対向する位置を除いて信号線路とグランド電極とを設けたから、外部基板にＴＭ０１０モード共振器を実装したときには、結合線路の周囲に外部基板のグランド電極等が配置されることがなくなる。このため、バンプを用いて外部基板の信号線路、グランド電極に対してＴＭ０１０モード共振器の結合線路、裏面電極をそれぞれ接続した場合に、バンプの高さ寸法にばらつきが生じても、結合線路の周囲に生じる磁界に対して外部基板のグランド電極等が影響することがなくなる。この結果、バンプの高さ寸法にばらつきが生じた場合でも、ＴＭ０１０モード共振器と結合線路との間の結合量を一定に保持することができ、結合量を安定化させることができる。
【００２４】
また、請求項６の発明は、誘電体基板の表面，裏面に電極が設けられ表面側の電極が略円形電極となったＴＭ０１０モード共振器と、該ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面が対向した状態で面実装される外部基板と、該外部基板に設けられ前記ＴＭ０１０モード共振器に接続される信号線路とを備えた誘電体共振器装置において、前記ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には、前記信号線路に接続されて当該ＴＭ０１０モード共振器と磁界結合するための磁界結合部を設け、前記誘電体基板の裏面に設けられた前記裏面電極は、前記略円形電極と対向して配置し、前記磁界結合部は、該裏面電極に設けた開口に短絡点が挟まれた結合電極によって構成し、該結合電極は前記外部基板の信号線路に対して１箇所で電気的に接続される構成としたことを特徴としている。
【００２５】
このように構成した場合、外部基板の信号線路側の回路に対してＴＭ０１０モード共振器を直列に接続したことになる。これにより、１個の結合電極をもつＴＭ０１０モード共振器では反射形共振器として動作し、２個の結合電極をもつＴＭ０１０モード共振器では通過形共振器として動作する。通過形のＴＭ０１０モード共振器では、外部基板の信号線路から一方の結合電極に伝わる高周波信号は、ＴＭ０１０モード共振器の共振周波数において共振器を通過し、他の周波数において共振器で反射することができる。
【００２６】
請求項７の発明では、前記裏面電極にはコ字状の開口を設け、前記結合電極は、先端側が該コ字状の開口に取囲まれて前記外部基板の信号線路に接続され、基端側が前記裏面電極に接続されて短絡点となる構成としている。
【００２７】
このように構成することによって、開放端となる結合電極の先端側には高周波信号を入力することができ、短絡点となる結合電極の基端側はその周囲に強い磁界を発生させてＴＭ０１０モード共振器と磁界結合することができる。
【００２８】
請求項８の発明では、前記結合電極は、前記ＴＭ０１０モード共振器の磁界が強い位置と短絡点との距離に応じて前記ＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としている。
【００２９】
本発明によれば、ＴＭ０１０モード共振器の磁界が強い位置と短絡点との距離に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としたから、短絡点の位置を共振器内部の磁界が強い位置に近付けることによって結合量を増加させることができ、短絡点の位置を共振器内部の磁界が強い位置から遠ざけることによって結合量を減少させることができる。この結果、短絡点の位置に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を所望量に調整することができ、設計自由度を高めることができる。
【００３０】
請求項９の発明では、前記開口は、前記結合電極の短絡点を挟んで両側に配置された部位の間隔寸法に応じて前記ＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としている。
【００３１】
本発明によれば、開口の間隔寸法に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を設定する構成としたから、開口の間隔寸法を大きくすることによって短絡点周囲の磁界を広げて結合量を増加させることができ、開口の間隔寸法を小さくすることによって短絡点周囲の磁界を狭めて結合量を減少させることができる。この結果、開口の間隔寸法に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を所望量に調整することができ、設計自由度を高めることができる。
【００３２】
請求項１０の発明では、前記ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には他の磁界結合部を設け、該他の磁界結合部は、前記裏面電極に設けた開口に短絡点が挟まれた結合電極によって構成している。
【００３３】
本発明によれば、ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には他の磁界結合部を設け、該他の磁界結合部は、前記裏面電極に設けた開口に短絡点が挟まれた結合電極によって構成したから、例えば結合線路（一の磁界結合部）によって反作用形共振器を構成した状態で、短絡点を有する結合電極（他の磁界結合部）に周波数制御回路部を接続することによって、周波数制御回路部を用いて反射形共振器の反射帯域を制御することができる。このため、結合線路に発振回路を接続すると共に、短絡点を有する結合電極に周波数制御回路部を接続することによって、反作用形の電圧制御発振器を構成することができる。
【００３４】
また、請求項１１の発明のように、本発明の誘電体共振器装置を用いて発振器装置を構成してもよく、請求項１２の発明のように、本発明の誘電体共振器装置を用いて送受信装置を構成してもよい。
【００３５】
このとき、誘電体共振器装置は小型で、結合の安定した特性が得られるから、これを用いた発振器装置、送受信装置全体も小型化できると共に、その特性を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態による誘電体共振器装置を示す斜視図である。
【図２】図２は図１中のＴＭ０１０モード共振器と外部基板とを分解した状態で示す分解斜視図である。
【図３】図３は図１中のＴＭ０１０モード共振器を単体で示す斜視図である。
【図４】図４は図３中の矢示IV−IV方向からみたＴＭ０１０モード共振器を示す断面図である。
【図５】図５は図３中のＴＭ０１０モード共振器を示す平面図である。
【図６】図６は図３中のＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図７】図７は図１中の矢示VII−VII方向からみた誘電体共振器装置を示す断面図である。
【図８】図８は図１中の誘電体共振器装置を示す等価回路図である。
【図９】図９は第１の実施の形態による誘電体共振器装置の反射量と周波数との関係を示す特性線図である。
【図１０】図１０は第１の実施の形態による誘電体共振器装置の反射量と規格化周波数との関係を示す特性線図である。
【図１１】図１１は第１の変形例によるＴＭ０１０モード共振器を示す平面図である。
【図１２】図１２は第２の変形例によるＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図１３】図１３は第２の実施の形態による誘電体共振器装置をＴＭ０１０モード共振器と外部基板とを分解した状態で示す分解斜視図である。
【図１４】図１４は図１３中のＴＭ０１０モード共振器を示す平面図である。
【図１５】図１５は図１３中のＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図１６】図１６は第２の実施の形態による誘電体共振器装置の通過量と周波数との関係を示す特性線図である。
【図１７】図１７は第２の実施の形態による誘電体共振器装置の通過量と規格化周波数との関係を示す特性線図である。
【図１８】図１８は第３の変形例によるＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図１９】図１９は第４の変形例によるＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図２０】図２０は第５の変形例によるＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図２１】図２１は第６の変形例によるＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図２２】図２２は第７の変形例によるＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図２３】図２３は第３の実施の形態による発振器装置を示す回路図である。
【図２４】図２４は図２３中のＴＭ０１０モード共振器と発振回路基板とを分解した状態で示す分解斜視図である。
【図２５】図２５は図２３中のＴＭ０１０モード共振器を示す平面図である。
【図２６】図２６は図２３中のＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図２７】図２７は第８の変形例によるＴＭ０１０モード共振器を示す底面図である。
【図２８】図２８は第４の実施の形態によるレーダ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２１，４３  ＴＭ０１０モード共振器
２，２２，４４  誘電体基板
３，３′，２３，４５  略円形電極
５，４７  結合線路
７，２５，２５′，４９  裏面電極
９，５０  隙間
１０  外部基板
１１  信号線路
１３，３９  グランド電極
１５，５３  バンプ
２７，２７′，２７″，５１  結合電極
２８，２８′，２８″，５２  開口
３１  発振回路基板（外部基板）
３２  発振回路部
３４，４１  マイクロストリップ線路（信号線路）
４０  周波数制御回路部
６１  レーダ装置（送受信装置）
６２  発振器装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の好ましい実施の形態による誘電体共振器装置、発振器装置および送受信装置を、添付図面を参照して詳細に説明する。【００３９】
ここで、図１ないし図８は第１の実施の形態による誘電体共振器装置を示し、図において、ＴＭ０１０モード共振器１は、後述する誘電体基板２、略円形電極３および裏面電極７によって構成されている。【００４０】
誘電体基板２は、誘電体材料を用いて平板状（小片状）に形成されている。そして、誘電体基板２は、例えば２６程度の比誘電率εr1（例えばεr1＝２６）をもったセラミックス材料等を用いて形成されている。また、誘電体基板２は、例えば図２、図５中のＸ方向（縦方向）とＹ方向（横方向）に対していずれも長さ寸法Ｌ1を有すると共に、Ｚ方向（厚さ方向）に厚さ寸法Ｔ1を有した略正方形の平板によって形成されている。【００４１】
略円形電極３は、誘電体基板２の表面２Ａに設けられている。そして、略円形電極３は、誘電体基板２の中央部に位置して金属材料等の導電性薄膜を用いて形成されると共に、その直径寸法Ｄが誘電体基板２内の共振周波数に応じた値に設定されている。【００４２】
また、略円形電極３には、放射状をなす例えば４本の切欠き４が設けられている。このとき、これら４本の切欠き４は周方向に対して等間隔に配置されると共に、該各切欠き４は、細長い溝状をなして略円形電極３の半径方向に沿って延びており、他の共振モード（例えばＴＭ２１０モード、ＴＭ３１０モード等）の共振周波数の設定に使用される。【００４３】
結合線路５は、磁界結合部を構成している。そして、結合線路５は、図６に示すように誘電体基板２の裏面２Ｂに位置して略円形電極３と対向した位置を通って誘電体基板２の端部側（端面２Ｃ側）に向けて延びている。また、結合線路５は、略円形電極３の中心軸Ｏを通って略円形電極３の直径に沿って直線状に延びると共に、一定の幅寸法Ｗ1を有している。一方、結合線路５の両端には、後述する信号線路１１との接続を容易にするために、幅寸法Ｗ1よりも大きな幅寸法Ｗ2をもった広幅の接続部６が形成されている。そして、接続部６は幅寸法Ｗ2を同じ長さ寸法Ｌ2をもって例えば略正方形状に形成され、後述する外部基板１０の信号線路１１に接続されている。【００４４】
２個の裏面電極７は、誘電体基板２の裏面２Ｂに位置して結合線路５の幅方向両側にそれぞれ設けられている。そして、これら２個の裏面電極７は、誘電体基板２の端面２Ｃ近傍を除いて誘電体基板２の裏面２Ｂ全体を覆い、誘電体基板２を挟んで略円形電極３と対向している。そして、各裏面電極７と誘電体基板２の端面２Ｃとの間には、間隔寸法δ0をもった縁取り部８が形成され、該縁取り部８では誘電体基板２が露出している。【００４５】
隙間９は、裏面電極７と結合線路５との間に形成されている。そして、該隙間９は間隔寸法δ1をもって結合線路５に沿って直線状に延びると共に、裏面電極７と結合線路５との間を絶縁している。また、裏面電極７と接続部６との間では、隙間９の間隔寸法はδ2に設定されている。【００４６】
外部基板１０には、ＴＭ０１０モード共振器１が実装されている。ここで、該外部基板１０は、例えば後述の誘電体基板２に比べて低い誘電率（例えば比誘電率εr0＝１０程度）をもったセラミックス材料、樹脂材料等を用いて形成され、図１および図２に示すように、一定の厚さ寸法Ｔ0をもった平板状に形成されている。そして、外部基板１０の表面には、誘電体基板２の裏面２Ｂが対向した状態でＴＭ０１０モード共振器１が面実装されている。また、外部基板１０の表面には、ＴＭ０１０モード共振器１の結合線路５と対向する位置を除いて後述の信号線路１１とグランド電極１３とが設けられている。【００４７】
２本の信号線路１１は、外部基板１０の表面に設けられている。これらの信号線路１１は、ＴＭ０１０モード共振器１の結合線路５と対向する位置とは異なる位置に配置され、結合線路５の延長線上に沿って直線状に延びている。また、信号線路１１のうち結合線路５の接続部６と対向する端部には接続部１２が設けられている。そして、信号線路１１の接続部１２は、結合線路５の接続部６と重なり合って互いに後述のバンプ１５を用いて接続されている。【００４８】
２個のグランド電極１３は、信号線路１１と絶縁された状態で外部基板１０の表面に設けられている。これら２個のグランド電極１３は、ＴＭ０１０モード共振器１の結合線路５と対向した位置を挟んで幅方向に離間して設けられ、２個の裏面電極７とそれぞれ対向している。また、グランド電極１３は、ビアホール１４を通じて外部基板１０の裏面に形成されたグランド電極（図示せず）に接続されている。そして、グランド電極１３は、ＴＭ０１０モード共振器１の裏面電極７に対して後述のバンプ１５を用いて接続されている。【００４９】
バンプ１５は、外部基板１０とＴＭ０１０モード１との間を接続している。該バンプ１５は、直径寸法Φと高さ寸法ｈとをもって略円柱状に形成され、信号線路１１の接続部１２と結合線路５の接続部６との間を接続すると共に、グランド電極１３と裏面電極７との間を接続している。これにより、バンプ１５は、外部基板１０の表面上に浮いた状態でＴＭ０１０モード共振器１を支持している。【００５０】
本実施の形態による誘電体共振器装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。【００５１】
まず、ＴＭ０１０モード共振器１が共振した場合には、図３ないし図５に示すように、誘電体基板２の内部には略円形電極３と裏面電極７との間に厚さ方向に向う電界Ｅが形成されると共に、略円形電極３の同心円に沿ってＸＹ平面内で回転する円形の磁界Ｈが形成される。このとき、磁界Ｈは、略円形電極３の中心軸Ｏ付近と外周端縁付近で弱く、中心軸Ｏと外周端縁との中間位置（半径方向の中間位置）で強くなる。【００５２】
これに対し、外部基板１０の信号線路１１に高周波信号を入力すると、該高周波信号は、図５に示すように信号線路１１を通じてＴＭ０１０モード共振器１の結合線路５を伝搬すると共に、結合線路５の周囲に対して結合線路５を中心にＹＺ面内で回転する磁界Ｈ0を発生する。【００５３】
このとき、高周波信号の周波数がＴＭ０１０モード共振器１の共振周波数になるときには、高周波信号による磁界Ｈ0の回転方向が半波長毎に逆方向となるから、ＴＭ０１０モード共振器１の磁界Ｈの強い位置と高周波信号による磁界Ｈ0の強い位置とが一致すると共に、これらの磁界Ｈと磁界Ｈ0のＹ方向のベクトル成分が一致する。この結果、結合線路５は信号線路１１に対して磁界結合するから、結合線路５を用いてＴＭ０１０モード共振器１を励振することができる。【００５４】
以上の結果より、本実施の形態による誘電体共振器装置は図８に示す等価回路で表すことができるから、結合線路５がストリップ線路として動作し、ＴＭ０１０モード共振器１と磁界結合する。このため、結合線路５の一端側を終端することによって、反作用形共振器を形成することができる。そこで、本実施の形態による誘電体共振器装置を用いた反作用形共振器について、電磁界シミュレーションを用いてその反射特性を解析した。その結果を図９に示す。【００５５】
なお、図９の結果は、結合線路５の両端うち一方を終端した状態で、他方からＴＭ０１０モード共振器１を見たときの反射量の周波数特性を計算したものである。また、この電磁界シミュレーションでは、誘電体基板２の長さ寸法Ｌ1を１．９４ｍｍ、厚さ寸法Ｔ1を０．３０ｍｍ、比誘電率εr1を２６とし、略円形電極３の直径寸法Ｄを１．５６ｍｍとすると共に、切欠き４の溝幅寸法δpを０．０４ｍｍ、長さ寸法Ｌpを０．３５ｍｍとした。また、結合線路５の幅寸法Ｗ1を０．０８ｍｍ、接続部６の幅寸法Ｗ2と長さ寸法Ｌ2とをいずれも０．１５ｍｍとした。さらに、隙間９のうち結合線路５と裏面電極７との間の間隔寸法δ1を０．０３０ｍｍ、隙間９のうち接続部６と裏面電極７との間の間隔寸法δ2を０．０２５ｍｍとすると共に、縁取り部８の間隔寸法δ0を０．０５ｍｍとした。一方、外部基板１０の厚さ寸法Ｔ0は０．２０ｍｍ、比誘電率εr0を１０、特性インピーダンスＺ0を５０Ωとし、バンプ１５の直径寸法Φを０．０９ｍｍ、高さ寸法ｈを０．０４ｍｍとした。【００５６】
図９の結果より、共振周波数となる３８ＧＨｚ周辺帯域でＴＭ０１０モード共振器１の反射量が大きく、他の周波数帯域では反射量が小さいことが分かる。これにより、本実施の形態による誘電体共振器装置を用いてＴＭ０１０モード共振器１の共振周波数の周辺帯域で反射量が大きくなる反作用形共振器を構成できることが確認できた。【００５７】
かくして、本実施の形態によれば、ＴＭ０１０モード共振器１の誘電体基板２の裏面２Ｂには、信号線路１１に接続された結合線路５を設けたから、結合線路５に生じる磁界Ｈ0をＴＭ０１０モード共振器１内の磁界Ｈと一致させて結合線路５をＴＭ０１０モード共振器１に磁界結合させることができる。これにより、結合線路５を用いてＴＭ０１０モード共振器１と信号線路１１との間を接続することができ、信号線路１１を伝搬する高周波信号によってＴＭ０１０モード共振器１を励振することができる。【００５８】
また、誘電体基板２の裏面２Ｂには磁界結合部としての結合線路５を設けたから、バンプ１５等を用いて外部基板１０に対してＴＭ０１０モード共振器１を容易に面実装することができる。さらに、ＴＭ０１０モード共振器１の誘電体基板２の裏面２Ｂには磁界結合部としての結合線路５を設けたから、例えば磁界結合部を外部基板１０側に設けた場合に比べて、ＴＭ０１０モード共振器１と結合線路５との間の結合量のばらつきを少なくすることができ、ＴＭ０１０モード共振器１毎の電気特性をほぼ一定に維持することができる。そして、結合線路５は略円形電極３と対向した位置に配置することができるから、略円形電極３よりも外側に給電線を設けた場合に比べて、ＴＭ０１０モード共振器１を小型化することができる。【００５９】
また、磁界結合部は誘電体基板２の裏面２Ｂに設けた結合線路５によって構成したから、結合線路５は、ＴＭ０１０モード共振器１を構成する裏面電極７と同時（一緒）に形成することができる。このため、ＴＭ０１０モード共振器１と結合線路５との間の結合量のばらつきを少なくすることができ、ＴＭ０１０モード共振器１毎の電気特性をほぼ一定に維持することができる。さらに、結合線路５は略円形電極３と対向した位置に配置することができるから、略円形電極３よりも外側で結合する電界結合に比べて、ＴＭ０１０モード共振器１を小型化することができる。【００６０】
また、ＴＭ０１０モード共振器１では共振器１を構成する略円形電極３と裏面電極７および誘電体基板２の厚み寸法Ｔ1によって共振器１の電気特性が決まる構成となっている。従って、結合線路５を共振器１を構成する裏面電極７と同時に形成することができるため、安定した結合特性を容易に得ることができる。この結果、高精度の加工が難しい導波管型の誘電体共振器の場合に比べて、製造コストを低減することができる。さらに、結合線路５はＴＭ０１０モード共振器１に対して安定した結合特性を得ることができるから、周波数制御回路等はＴＭ０１０モード共振器１の誘電体基板２に設ける必要がなく、外部基板１０側に設けることができる。このため、誘電体基板２から周波数制御回路等を省くことができ、ＴＭ０１０モード共振器１を小型化することができる。【００６１】
特に、本実施の形態では、略円形電極３と対向した位置を通る結合線路５を用いて磁界結合部を構成し、結合線路５の両端を外部基板１０の信号線路１１にそれぞれ接続する構成とした。このため、外部基板１０の信号線路１１側の回路に対して、ＴＭ０１０モード共振器１を並列に接続したことになる。このとき、例えば結合線路５に共振周波数の高周波信号を伝搬させることによって、結合線路５の周囲には誘電体基板２の内部に位置してＴＭ０１０モード共振器１の磁界Ｈと同じ向きの磁界Ｈ0を発生させることができる。これにより、結合線路５とＴＭ０１０モード共振器１とを磁界結合させることができるから、結合線路５の両端のうち一方から伝わる高周波信号は、ＴＭ０１０モード共振器１によって反射することができる。この結果、反作用形の共振器を形成することができ、例えば発振器装置等の設計自由度を高めることができる。【００６２】
また、結合線路５は略円形電極３の中心軸Ｏを通る構成としたから、他の位置に結合線路５を設けた場合に比べて、結合線路５による損失を低減することができる。即ち、ＴＭ０１０モード共振器１が共振状態となったときには、図６に示すように、略円形電極３の中心軸Ｏに向って放射状に共振電流Ｉが流れる。このとき、結合線路５を略円形電極３の中心軸Ｏと異なる位置を通る構成とした場合には、結合線路５の両脇に設けた隙間９によって共振電流Ｉを遮断するから、ＴＭ０１０モード共振器１の損失が大きくなる。これに対し、本実施の形態では、結合線路５は略円形電極３の中心軸Ｏを通るから、共振電流Ｉを隙間９によって遮ることがなく、結合線路５による損失を低減することができる。【００６３】
また、外部基板１０にはＴＭ０１０モード共振器１の結合線路５と対向する位置を除いて信号線路１１とグランド電極１３とを設けたから、外部基板１０にＴＭ０１０モード共振器１を実装したときには、結合線路５の周囲に外部基板１０のグランド電極１３等が配置されることがなくなる。このため、バンプ１５を用いて外部基板１０の信号線路１１、グランド電極１３に対してＴＭ０１０モード共振器１の結合線路５、裏面電極７をそれぞれ接続した場合に、バンプ１５の高さ寸法ｈにばらつきが生じても、結合線路５の周囲に生じる磁界Ｈ0に対して外部基板１０のグランド電極１３等が影響することがなくなる。この結果、バンプ１５の高さ寸法ｈにばらつきが生じた場合でも、ＴＭ０１０モード共振器１と結合線路５との間の結合量を一定に保持することができ、結合量を安定化させることができる。【００６４】
また、本実施の形態では、結合線路５の幅方向両側には隙間９を設けたから、該隙間９の間隔寸法δ1に応じて結合線路５の周囲に形成される磁界Ｈ0が変化し、結合線路５とＴＭ０１０モード共振器１との間の結合量も変化する。そこで、本実施の形態による誘電体共振器装置を用いた反作用形共振器について、隙間９の間隔寸法δ1を種々の値に設定し、図９と同様に電磁界シミュレーションを用いてその反射特性を解析した。その結果を図１０に示す。【００６５】
なお、この電磁界シミュレーションでは、隙間９の間隔寸法δ1は０．０２ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０４ｍｍにそれぞれ設定した場合について計算した。また、隙間９の間隔寸法δ1以外のパラメータは、図９の結果を得た場合と同じ値とし、図１０の横軸は共振周波数で規格化した規格化周波数を用いて表した。【００６６】
図１０の結果より、隙間９の間隔寸法δ1が小さいときにはＴＭ０１０モード共振器１の反射量が小さく、隙間９の間隔寸法δ1が大きいときにはＴＭ０１０モード共振器１の反射量が大きくなることが分かる。この理由は、隙間９の間隔寸法δ1が大きくなるに従って、誘電体基板２内の磁界Ｈ0がＹ方向に広がり、結合のＱ値（Ｑe）が小さくなってＴＭ０１０モード共振器１との結合が強くなるためである。【００６７】
この結果、隙間９の間隔寸法δ1を大きくすることによって結合線路５周囲の磁界Ｈ0を広げて結合量を増加させることができ、隙間９の間隔寸法δ1を小さくすることによって結合線路５周囲の磁界Ｈ0を狭めて結合量を減少させることができる。これにより、隙間９の間隔寸法δ1に応じて結合線路５とＴＭ０１０モード共振器１との結合量を所望量に調整することができ、設計自由度を高めることができる。【００６８】
なお、前記第１の実施の形態では、隙間９の間隔寸法δ1に応じて結合線路５とＴＭ０１０モード共振器１との結合量を所望量に設定する構成としたが、結合線路５の幅寸法Ｗ1に応じて結合線路５とＴＭ０１０モード共振器１との結合量を所望量に設定する構成としてもよい。この場合、結合線路５の幅寸法Ｗ1を大きくすることによって結合線路５周囲の磁界を広げて結合量を増加させることができ、結合線路５の幅寸法Ｗ1を小さくすることによって結合線路５周囲の磁界を狭めて結合量を減少させることができる。【００６９】
また、前記第１の実施の形態では、略円形電極３に他の共振モードとの共振周波数を調整する切欠き４を設ける構成としたが、図１１に示す第１の変形例のように、切欠きを省いた略円形電極３′を用いる構成としてもよい。また、略円形電極３は、円形状に限らず、楕円形状に形成してもよい。【００７０】
また、前記第１の実施の形態では、結合線路５の両端側には幅寸法の広い接続部６を設ける構成としたが、図１２に示す第２の変形例のように、接続部を省いて結合線路５をそのまま延長する構成としてもよい。【００７１】
また、前記第１の実施の形態では、２個の裏面電極７は誘電体基板２の裏面２Ｂ全体を覆って四角形状に形成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、裏面電極は例えば円形状、楕円形状等の他の形状に形成してもよい。【００７２】
また、前記第１の実施の形態では、ＴＭ０１０モード共振器１の結合線路５と外部基板１０の信号線路１１との間を直接接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば結合線路５と信号線路１１との間を整合回路を介して接続する構成としてもよい。この場合、整合回路は誘電体基板２と外部基板１０とのうちいずれか一方に設ける構成としてもよく、両方に設ける構成としてもよい。【００７３】
次に、図１３ないし図１５は本発明による第２の実施の形態による誘電体共振器装置を示し、本実施の形態の特徴は、ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には、略円形電極を覆う裏面電極を設けると共に、該裏面電極に設けた開口に短絡点が挟まれた結合電極によって磁界結合部を構成し、結合電極と外部基板の信号線路とを１箇所で接続したことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。【００７４】
ＴＭ０１０モード共振器２１は、第１の実施の形態によるＴＭ０１０モード共振器１と同様に後述する誘電体基板２２、略円形電極２３および裏面電極２５によって構成されている。【００７５】
誘電体基板２２は、比誘電率εr1の誘電体材料を用いて平板状に形成されている。該誘電体基板２２は、Ｘ方向（縦方向）とＹ方向（横方向）に対していずれも長さ寸法Ｌ1を有すると共に、Ｚ方向（厚さ方向）に厚さ寸法Ｔ1を有した略正方形の平板によって形成されている。【００７６】
略円形電極２３は、誘電体基板２２の表面２２Ａに設けられている。該略円形電極２３は、誘電体基板２２の中央部に位置して導電性薄膜を用いて形成され、その直径寸法Ｄが誘電体基板２２内の共振周波数に応じた値に設定されている。また、略円形電極２３には、第１の実施の形態による略円形電極３と同様に、放射状をなす例えば４本の切欠き２４が設けられている。【００７７】
裏面電極２５は、誘電体基板２２の裏面２２Ｂに設けられている。該裏面電極２５は、誘電体基板２２の端面２２Ｃ近傍を除いて誘電体基板２２の裏面２２Ｂ全体を覆い、誘電体基板２２を挟んで略円形電極２３と対向している。また、裏面電極２５と誘電体基板２２の端面２２Ｃとの間には、間隔寸法δ0をもった縁取り部２６が形成され、該縁取り部２６では誘電体基板２２が露出している。そして、裏面電極２５は、例えばバンプ１５を用いて外部基板１０のグランド電極１３に接続されている。【００７８】
２個の結合電極２７は、磁界結合部を構成している。これら２個の結合電極２７は、略円形電極２３と対向した位置で裏面電極２５のＸ方向両端側に配置されている。また、結合電極２７は、裏面電極２５の端部に形成されたコ字状の開口２８（切欠き）によって取囲まれ、一定の幅寸法Ｗ3をもった帯状（舌状）に形成されている。そして、結合電極２７は、裏面電極２５の中央部から端部に向けて略円形電極２３の半径方向に沿って延びている。また、結合電極２７の先端側は、コ字状の開口２８に取囲まれて開放端となり、結合電極２７の基端側は、裏面電極２５に接続されて短絡点Ｓ1となっている。そして、結合電極２７の先端側（開放端側）は、例えばバンプ１５を用いて外部基板１０の信号線路１１に接続されている。【００７９】
ここで、短絡点Ｓ1は、例えばＴＭ０１０モード共振器２１との結合が強い位置としてＴＭ０１０モード共振器２１の磁界が強い位置の近傍に配置されている。このため、短絡点Ｓ1は、略円形電極２３の中心軸Ｏと外周端縁との中間位置（半径方向の中間位置）の近傍に配置されている。また、開口２８は、一定の間隔寸法δ3をもって結合電極２７の幅方向両側を延び、結合電極２７の短絡点Ｓ1を幅方向両側から挟んでいる。【００８０】
本実施の形態による誘電体共振器装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。【００８１】
まず、外部基板１０の信号線路１１に高周波信号を入力すると、該高周波信号は、信号線路１１を通じてＴＭ０１０モード共振器１の結合電極２７を伝搬すると共に、結合電極２７の周囲に対して結合電極２７を中心にＹＺ面内で回転する磁界を発生する。【００８２】
このとき、高周波信号の周波数がＴＭ０１０モード共振器２１の共振周波数になるときには、短絡点Ｓ1で磁界が強くなり、略円形電極２３の外周端縁付近で磁界が弱くなる。この結果、ＴＭ０１０モード共振器１の磁界の強い位置と高周波信号による磁界の強い位置とが一致すると共に、ＴＭ０１０モード共振器１の磁界の弱い位置と高周波信号による磁界の弱い位置とが一致する。また、短絡点Ｓ1の周囲では２つの磁界のＹ方向のベクトル成分が互いに一致する。この結果、結合線路５は信号線路１１に対して磁界結合するから、結合電極２７を用いてＴＭ０１０モード共振器２１を励振することができる。【００８３】
この結果、結合電極２７がＴＭ０１０モード共振器１と磁界結合するから、２個の結合電極２７の間に帯域通過形共振器を形成することができる。そこで、本実施の形態による誘電体共振器装置を用いた帯域通過形共振器について、電磁界シミュレーションを用いてその通過特性を解析した。その結果を図１６に示す。【００８４】
なお、この電磁界シミュレーションでは、誘電体基板２２の長さ寸法Ｌ1を１．９４ｍｍ、厚さ寸法Ｔ1を０．３０ｍｍ、比誘電率εr1を２６とし、略円形電極２３の直径寸法Ｄを１．５６ｍｍとすると共に、切欠き２４の溝幅寸法δpを０．０４ｍｍ、長さ寸法Ｌpを０．３５ｍｍとした。また、結合電極２７の幅寸法Ｗ3を０．１５ｍｍとした。さらに、短絡点Ｓ1の幅方向両側での開口２８の間隔寸法δ3を０．０７５ｍｍ、縁取り部８の間隔寸法δ0を０．０５ｍｍとした。一方、外部基板１０の厚さ寸法Ｔ0は０．２０ｍｍ、比誘電率εr0を１０、特性インピーダンスＺ0を５０Ωとし、バンプ１５の直径寸法Φを０．０９ｍｍ、高さ寸法ｈを０．０４ｍｍとした。【００８５】
図１６の結果より、共振周波数となる３８ＧＨｚ周辺帯域でＴＭ０１０モード共振器２１の通過量が大きく、他の周波数帯域では通過量が小さいことが分かる。これにより、本実施の形態による誘電体共振器装置を用いてＴＭ０１０モード共振器２１の共振周波数の周辺帯域で通過量が大きくなる帯域通過形共振器を構成できることが確認できた。【００８６】
かくして、本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、裏面電極２３に設けた開口２８によって短絡点Ｓ1が挟まれた結合電極２７によって磁界結合部を構成し、該結合電極２７の端部（先端側）を外部基板１０の信号線路１１に接続する構成としたから、外部基板１０の信号線路１１側の回路に対してＴＭ０１０モード共振器２１を直列に接続したことになる。これにより、２個の結合電極２７をもつＴＭ０１０モード共振器２１では通過形共振器として動作し、帯域通過形共振器を形成することができる。この結果、ＴＭ０１０モード共振器２１は、外部基板１０の信号線路１１から一方の結合電極２７に伝わる高周波信号を、ＴＭ０１０モード共振器２１の共振周波数において通過させ、他の周波数において反射することができる。【００８７】
また、本実施の形態では、結合電極２７の先端側はコ字状の開口２８に取囲まれて外部基板１０の信号線路１１に接続され、結合電極２７の基端側は裏面電極２５に接続されて短絡点Ｓ1となる構成としている。このため、開放端をなる結合電極２７の先端側には高周波信号を入力することができ、短絡点Ｓ1となる結合電極２７の基端側はその周囲に強い磁界を発生させてＴＭ０１０モード共振器２１と磁界結合させることができる。【００８８】
また、本実施の形態では、結合電極２７の短絡点Ｓ1の幅方向両側を開口２８によって挟む構成としたから、短絡点Ｓ1近傍の開口２８の間隔寸法δ3に応じて短絡点Ｓ1の周囲に形成される磁界Ｈ0が変化し、結合電極２７とＴＭ０１０モード共振器２１との間の結合量も変化する。そこで、本実施の形態による誘電体共振器装置を用いた帯域通過形共振器について、開口２８の間隔寸法δ3を種々の値に設定し、図１６と同様に電磁界シミュレーションを用いてその通過特性を解析した。その結果を図１７に示す。【００８９】
なお、この電磁界シミュレーションでは、開口２８の間隔寸法δ3は０．０７５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．１２５ｍｍにそれぞれ設定した場合について計算した。また、開口２８の間隔寸法δ3以外のパラメータは、図１６の結果を得た場合と同じ値とし、図１７の横軸は共振周波数で規格化した規格化周波数を用いて表した。【００９０】
図１７の結果より、開口２８の間隔寸法δ3が小さいときにはＴＭ０１０モード共振器２１の通過量が小さく、開口２８の間隔寸法δ3が大きいときにはＴＭ０１０モード共振器２１の通過量が大きくなることが分かる。この理由は、開口２８の間隔寸法δ3が大きくなるに従って、誘電体基板２２内の磁界がＹ方向に広がり、結合のＱ値（Ｑe）が小さくなってＴＭ０１０モード共振器２１との結合が強くなるためである。【００９１】
この結果、開口２８の間隔寸法δ3を大きくすることによって短絡点Ｓ1周囲の磁界を広げて結合量を増加させることができ、開口２８の間隔寸法δ3を小さくすることによって短絡点Ｓ1周囲の磁界を狭めて結合量を減少させることができる。これにより、開口２８の間隔寸法δ3に応じて結合電極２７とＴＭ０１０モード共振器２１との結合量を所望量に調整することができ、設計自由度を高めることができる。【００９２】
なお、前記第２の実施の形態では、開口２８の間隔寸法δ3は結合電極２７の全長に亘ってほぼ等しいものとした。しかし、本発明はこれに限らず、図１８に示す第３の変形例のように、開口２８の間隔寸法は結合電極２７のうち短絡点Ｓ1の周囲だけ大きく形成し、開口２８の先端部分に広幅部２８Ａを設ける構成としてもよい。この場合、広幅部２８Ａの間隔寸法に応じて結合量を設定することができる。【００９３】
また、前記第２の実施の形態では、開口２８の間隔寸法δ3に応じて結合電極２７とＴＭ０１０モード共振器２１との結合量を所望量に設定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、ＴＭ０１０モード共振器２１の磁界が強い位置（例えば略円形電極２３の中心軸Ｏと外周端縁との中間位置）と結合電極２７の短絡点Ｓ1との距離に応じて結合電極２７とＴＭ０１０モード共振器２１との結合量を所望量に設定する構成としてもよい。この場合、短絡点Ｓ1の位置を共振器２１の内部の磁界が強い位置に近付けることによって結合量を増加させることができ、短絡点Ｓ1の位置を共振器２１の内部の磁界が強い位置から遠ざけることによって結合量を減少させることができる。この結果、短絡点Ｓ1の位置に応じてＴＭ０１０モード共振器との結合量を所望量に調整することができ、設計自由度を高めることができる。【００９４】
また、前記第２の実施の形態では、開口２８は裏面電極２５の端部から中央部に向けて延びる切欠き状に形成する構成とした。しかし、開口２８は必ずしも裏面電極２５の端部に設ける必要はなく、図１９に示す第４の変形例のように、裏面電極２５の端部よりも中央部側に開口２８′を設けて結合電極２７′を形成し、該開口２８′の周囲を裏面電極２５で取囲む構成としもよい。【００９５】
また、前記第２の実施の形態では、裏面電極２５にコ字状の開口２８を設けることによって、基端側が裏面電極２５に接続された短絡点Ｓ1となり、先端側が開放端となった結合電極２７を形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、図２０に示す第５の変形例のように、裏面電極２５に例えば四角形の枠状をなす開口２８″を設け、該開口２８″内に長さ方向両端が開放端となり、長さ方向中間部が仮想的な短絡点Ｓ1となった結合電極２７″を形成する構成としてもよい。この場合、結合電極２７″の長さ方向に対して短絡点Ｓ1と裏面電極２５との距離寸法Ｌは、誘電体基板２２内での共振周波数の波長λgに対して例えばλg／４程度の値（Ｌ≒λg／４）に設定するものである。【００９６】
また、前記第２の実施の形態では、裏面電極２５は誘電体基板２２の裏面２２Ｂ全体を覆って四角形状に形成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、図２１に示す第６の変形例のように、裏面電極２５′は例えば円形状、楕円形状等の他の形状に形成してもよい。【００９７】
さらに、前記第２の実施の形態では、誘電体基板２２の裏面２２Ｂには２個の結合電極２７を設ける構成としたが、例えば１個の結合電極２７を設ける構成としてもよく、図２２に示す第７の変形例のように、３個以上の結合電極２７を設ける構成としてもよい。【００９８】
また、前記第２の実施の形態では、略円形電極２３に他の共振モードとの共振周波数を調整する切欠き２４を設ける構成としたが、切欠きを省く構成としてもよい。また、略円形電極２３は、円形状に限らず、楕円形状に形成してもよい。【００９９】
次に、図２３ないし図２６は本発明の第３の実施の形態による発振器装置を示し、本実施の形態の特徴は、ＴＭ０１０モード共振器の誘電体基板の裏面には、磁界結合部をなす結合線路の幅方向両側に２個の裏面電極を設けると共に、いずれか一方の裏面電極には開口に短絡点が挟まれた結合電極によって他の磁界結合部を設け、ＴＭ０１０モード共振器装置を用いて発振器装置を構成したことにある。【０１００】
外部基板としての発振回路基板３１は、誘電体材料によって形成されている。該発振回路基板３１には、後述する発振回路部３２、周波数制御回路部４０等が設けられると共に、ＴＭ０１０モード共振器４３が面実装されている。【０１０１】
発振回路部３２は、発振回路基板３１の表面に設けられている。該発振回路部３２は、電界効果トランジスタ３３（以下、ＦＥＴ３３という）、マイクロストリップ線路３４等によって構成されている。そして、発振回路部３２は、電源端子３１Ａを通じて電源電圧が供給され、後述するＴＭ０１０モード共振器４３によって設定された所定の発振周波数の信号を発振すると共に、この信号を出力端子３１Ｂを通じて出力している。【０１０２】
ここで、ＦＥＴ３３のゲート端子Ｇは、マイクロストリップ線路３４の基端側に接続されている。また、ＦＥＴ３３のソース端子Ｓは、バイアス抵抗３５とスタブ３６とに接続されている。一方、ＦＥＴ３３のドレイン端子Ｄは、電源端子３１Ａに接続されると共に、直流成分を遮断するためのカップルドライン３７を介して出力端子３１Ｂに接続されている。【０１０３】
さらに、マイクロストリップ線路３４は、信号線路を構成すると共に、ＴＭ０１０モード共振器４３を挟んで２本設けられている。また、これら２本のマイクロストリップ線路３４は、ＴＭ０１０モード共振器４３の結合線路４７と対向する位置を除いて設けられ、互いに直線状に並んで配置されている。そして、これら２本のマイクロストリップ線路３４は結合線路４７を用いて互いに接続されると共に、マイクロストリップ線路３４の先端側には終端抵抗３８が接続されている。【０１０４】
２個のグランド電極３９は、第１の実施の形態によるグランド電極１３とほぼ同様にマイクロストリップ線路３４の幅方向両側に設けられている。これら２個のグランド電極３９は、ＴＭ０１０モード共振器４３の結合線路４７と対向した位置を挟んで幅方向に離間して設けられ、２個の裏面電極４９とそれぞれ対向している。また、グランド電極３９は、例えばビアホールを通じて発振回路基板３１の裏面に形成されたグランド電極（いずれも図示せず）に接続されている。【０１０５】
周波数制御回路部４０は、発振回路基板３１の表面に設けられている。該周波数制御回路部４０は、信号線路としてのマイクロストリップ線路４１と変調素子としての可変容量ダイオード４２（バラクタダイオード）とによって大略構成されている。そして、マイクロストリップ線路４１は、その一端側が後述するＴＭ０１０モード共振器４３の結合電極５１に接続され、他端側が可変容量ダイオード４２に接続されている。また、可変容量ダイオード４２は、そのカソード端子がマイクロストリップ線路４１に接続されると共に、アノード端子がグランドに接続されている。【０１０６】
そして、周波数制御回路部４０は、制御入力端子３１Ｃに印加される制御電圧に応じて可変容量ダイオード４２の静電容量を変化させて、発振周波数（共振周波数）を制御している。【０１０７】
ＴＭ０１０モード共振器４３は、発振回路部３２と周波数制御回路部４０とにそれぞれ接続されている。該ＴＭ０１０モード共振器４３は、誘電体基板４４、略円形電極４５および裏面電極４９を備え、発振回路基板３１の表面側に積み重ねた状態で取付けられている。【０１０８】
ここで、誘電体基板４４は、略正方形の平板状に形成されている。また、略円形電極４５は、誘電体基板４４の中央部に位置して誘電体基板４４の表面４４Ａに設けられている。さらに、略円形電極４５は、導電性薄膜を用いて形成され、その直径寸法が誘電体基板４４内の共振周波数に応じた値に設定されている。また、略円形電極４５には、第１の実施の形態による略円形電極３と同様に、放射状をなす例えば４本の切欠き４６が設けられている。【０１０９】
結合線路４７は、第１の磁界結合部を構成している。該結合線路４７は、第１の実施の形態による結合線路５とほぼ同様に、誘電体基板４４の裏面４４Ｂに位置して略円形電極４５と対向した位置を通って誘電体基板４４の端部側（端面４４Ｃ側）に向けて延びている。また、結合線路４７は、略円形電極４５の中心軸Ｏを通って略円形電極４５の直径に沿って直線状に延びている。一方、結合線路４７の両端には、発振回路部３２のマイクロストリップ線路３４が接続される広幅の接続部４８が形成されている。【０１１０】
２個の裏面電極４９は、誘電体基板４４の裏面４４Ｂに位置して結合線路４７の幅方向両側にそれぞれ設けられている。これら２個の裏面電極４９は、誘電体基板４４の裏面４４Ｂ全体を覆い、誘電体基板４４を挟んで略円形電極４５と対向すると共に、発振回路部３２のグランド電極３９に接続されている。そして、結合線路４７と裏面電極４９との間には、一定の間隔寸法をもった隙間５０が形成されている。【０１１１】
結合電極５１は、第２の磁界結合部を構成している。該結合電極５１は、第２の実施の形態による結合電極２７とほぼ同様に、略円形電極４５と対向した位置で結合線路４７の幅方向一側に配置されている。また、結合電極５１は、裏面電極４９の端部に形成されたコ字状の開口５２（切欠き）によって取囲まれ、帯状（舌状）に形成されている。そして、結合電極５１は、裏面電極４９の中央部から端部に向けて略円形電極４５の半径方向に沿って延びている。また、結合電極５１の先端側は、コ字状の開口５２に取囲まれて開放端となり、結合電極５１の基端側は、裏面電極４９に接続されて短絡点Ｓ1となっている。このとき、短絡点Ｓ1は、幅方向両側から開口５２に挟まれている。また、短絡点Ｓ1は、ＴＭ０１０モード共振器４３との結合が強い位置としてＴＭ０１０モード共振器４３の磁界が強い位置の近傍に配置されている。【０１１２】
そして、ＴＭ０１０モード共振器４３の結合線路４７の両端側（接続部４８）は、バンプ５３を用いて発振回路部３２のマイクロストリップ線路３４に接続され、裏面電極４９は、バンプ５３を用いて発振回路部３２のグランド電極３９に接続されている。また、ＴＭ０１０モード共振器４３の結合電極５１は、バンプ５３を用いて周波数制御回路部４０のマイクロストリップ線路４１に接続されている。【０１１３】
本実施の形態による発振器装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。【０１１４】
電源端子３１Ａに駆動電圧が印加されると、ＦＥＴ３３のゲート端子Ｇには、ＴＭ０１０モード共振器４３の共振周波数に応じた信号が入力される。これにより、発振回路部３２とＴＭ０１０モード共振器４３とは反作用形発振回路を構成するから、ＦＥＴ３３は、ＴＭ０１０モード共振器４３の共振周波数に応じた信号を増幅し、出力端子３１Ｂを通じて外部に向けて出力する。【０１１５】
また、ＴＭ０１０モード共振器４３には可変容量ダイオード４２からなる周波数制御回路部４０が接続されているから、制御入力端子３１Ｃに印加する制御電圧の値に応じて、ＴＭ０１０モード共振器４３の共振周波数を可変に設定することができる。これにより、発振器装置全体は電圧制御発振器（ＶＣＯ）として機能する。【０１１６】
かくして、本実施の形態では、ＴＭ０１０モード共振器４３には略円形電極４５の中心軸Ｏを通って誘電体基板４４を横切る結合線路４７に加えて、結合線路４７の幅方向一側に位置する裏面電極４９には結合電極５１を設ける構成としている。このため、第１の実施の形態と同様に、結合線路４７を用いてＴＭ０１０モード共振器４３を反作用形共振器として動作させることができるのに加え、結合電極５１を周波数制御回路部４０に接続することによって、ＴＭ０１０モード共振器４３の共振周波数を外部から制御することができる。この結果、ＴＭ０１０モード共振器４３を用いて電圧制御発振器を構成することができる。【０１１７】
また、ＴＭ０１０モード共振器４３の誘電体基板４４に対して結合線路４７および結合電極５１を設けたから、例えば結合線路等を発振回路基板３１に設けた場合に比べて、ＴＭ０１０モード共振器４３と結合線路４７、結合電極５１との間の結合量のばらつきを少なくすることができ、発振器装置毎の特性をほぼ一定に維持することができる。また、ＴＭ０１０モード共振器４３の誘電体基板４４から周波数制御回路部４０や終端抵抗３８を省くことができるから、高価な高い誘電率をもった誘電体基板４４を小型化することができる。従って、特性ばらつきの低減によって発振器装置の量産性を高めることができると共に、小型の誘電体基板４４を用いることによって製造コストを低減することができる。【０１１８】
なお、第３の実施の形態では、１個の結合電極５１を結合線路４７の幅方向一側に設け、該結合電極５１を変調素子（可変容量ダイオード４２）を含む周波数制御回路部４０に接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、図２７に示す第８の変形例のように、例えば２個の結合電極５１を結合線路４７の幅方向両側にそれぞれ設け、一方の結合電極５１を周波数制御回路部４０（変調素子）に接続し、他方の結合電極５１を周波数調整用のスタブに接続する構成としてもよい。【０１１９】
また、前記第３の実施の形態で用いたＴＭ０１０モード共振器４３は、第１の実施の形態によるＴＭ０１０モード共振器１と第２の実施の形態によるＴＭ０１０モード共振器２１とを組み合わせる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１ないし第７の変形例によるＴＭ０１０モード共振器１，２１を適宜組み合わせて、発振器装置用のＴＭ０１０モード共振器を構成してもよい。【０１２０】
次に、図２８は本発明の第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、本発明の誘電体共振器装置を備えた発振器装置を用いて送受信装置としてのレーダ装置を構成したことにある。【０１２１】
レーダ装置６１は、後述の発振器装置６２、カプラ６４、ミキサ６７、信号処理回路６９等を用いて構成され、例えばミリ波レーダモジュールをなしている。【０１２２】
ここで、発振器装置６２は、例えば第３の実施の形態のように本発明の誘電体共振器装置を用いたＶＣＯによって構成され、アイソレータ６３、カプラ６４およびサーキュレータ６５を介してアンテナ６６に接続されている。これにより、発振器装置６２から出力された高周波信号はアンテナ６６を通じて外部に送信される。【０１２３】
一方、アンテナ６６は、サーキュレータ６５を介してミキサ６７に接続されると共に、ミキサ６７の出力側は、低雑音増幅器６８（以下、ＬＮＡ６８という）を介して信号処理回路６９に接続されている。これにより、アンテナ６６から受信された高周波信号は、ミキサ６７によって中間周波信号にダウンコンバートされ、信号処理回路６９によって処理されるものである。【０１２４】
本実施の形態によるレーダ装置６１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。【０１２５】
まず、発振器装置６２から出力された高周波信号は、アイソレータ６３、カプラ６４、サーキュレータ６５を介してアンテナ６６に供給される。このとき、アンテナ６６は、ミリ波信号を鋭いビームとして放射し、外部に送信する。そして、ミリ波信号が車両等の物標に当ったときには、車両等からの反射波がアンテナ６６に入射される。このとき、アンテナ６６は、この反射による受信信号をサーキュレータ６５を介してミキサ６７に導く。これにより、ミキサ６７には受信信号が入力されると共に、カプラ６４からの送信信号の一部であるローカル信号が入力されるから、ミキサ６７は、これらの信号の差の発振周波数信号であるビート信号を中間周波信号として出力する。この中間周波信号は、ＬＮＡ６８によって増幅され、信号処理回路６９に入力される。このとき、信号処理回路６９は、中間周波信号をディジタルデータ列変換すると共に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して、ビート信号の発振周波数スペクトルを求める。この結果、信号処理回路６９へ与えた変調信号と中間周波信号との関係から、物標までの距離および相対速度を検知することができる。【０１２６】
かくして、本実施の形態によれば、本発明の誘電体共振器装置を備えた発振器装置６２を用いて通信機装置を構成するから、レーダ装置６１毎の電気特性のばらつきを低減できると共に、製造コストを低減することができる。【０１２７】
なお、前記第４の実施の形態では、本発明による誘電体共振器装置を用いた発振器装置６２をレーダ装置６１に適用した場合を例を挙げて説明したが、例えば通信装置等に適用してもよい。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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