JP2001203513A - 高周波誘電体共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振周波数及び無負荷Ｑ値を変えることなく
寸法を小型化できる高周波誘電体共振器を提供する。 【解決手段】 ＴＥＭモードで共振するλ／４誘電体共
振器であって、上平面、下平面及び４つの側面を有する
矩形誘電体ブロックと、上平面にコーティングされた第
１の金属層と、下平面にコーティングされた第２の金属
層と、４つの側面のうちの１つの側面にコーティングさ
れた第３の金属層とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来の誘電体共振
器に比して高い無負荷Ｑ値を有している低背型ＴＥＭモ
ード高周波誘電体共振器に関する。本発明の共振器は、
例えば、フィルタ、電圧制御発振器（ＶＣＯ）及び移動
通信用のアンテナにおいて使用可能である。

【０００２】

【従来の技術】公知の文献として、（１）アルン・チャ
ンドラ・クンデュ及びイクオ・アワイ、「矩形誘電体デ
ィスク共振器を用いた低背型デュアルモードＢＰＦ」、
電気・情報関連学会中国支部連合大会会報、第２７２
頁、１９９７年１０月、広島、（２）アルン・チャンド
ラ・クンデュ及びイクオ・アワイ、「円形誘電体ディス
ク共振器における分布結合及び低背型デュアルモードＢ
ＰＦを形成するための矩形誘電体ディスク共振器へのそ
の応用」、１９９８ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ ダイジェス
ト、第８３７頁〜第８４０頁、１９９８年６月、米国メ
リーランド州が存在する。

【０００３】本願の発明者の１人であるアルン・チャン
ドラ・クンデュは、これら文献（１）及び（２）におい
て、以下のごとき構成を有する新しいタイプのＴＥＭデ
ュアルモード誘電体ディスク共振器及びその共振器を用
いたバンドパスフィルタを提案している。

【０００４】この誘電体共振器は、５ｍｍ×５ｍｍの正
方形の平面形状を有するデュアルモード共振器であり、
その上面及び下面は、銀層によってコーティングされて
いる。上面側の銀層はフローティングされており、下面
側の銀層は接地されている。これら２つの銀層に挟まれ
る内側には、比誘電率ε_ｒ＝９３の誘電体材料が充填さ
れている。ディスク共振器の全ての側面は、空中に露出
する開放面となっている。従って、これら開放面を通っ
て放射が容易に発生し、このディスク共振器は半波長共
振器として動作する。電界は共振器の電気的壁において
最大となり、共振器の対称面において最小となる。それ
ゆえ、この種の共振器は、半波長（λ／２）誘電体ディ
スク共振器と呼ばれる。

【０００５】図１は、このディスク共振器に関してその
厚さと無負荷Ｑ値との関係を理論的及び実験的に確認し
た結果を示す特性図であり、同様のものが文献（１）に
記載されている。同図から明らかのように、このディス
ク共振器は、比誘電率ε_ｒ＝９３の誘電体材料を用いた
場合、その厚さが１ｍｍのときに無負荷Ｑ値が最大（≒
２５０（実験値））となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近の移動電話機等は
大幅に小型化されており、内部に用いられる誘電体共振
器もその小型化に対応してさらなる低背化及び小型化が
要求されている。しかしながら、誘電体共振器の性能を
維持しつつその寸法をさらに小型化することは、誘電体
材料としてより高い誘電率を有するものを用いること以
外、非常に難しい。

【０００７】従って本発明の目的は、共振周波数及び無
負荷Ｑ値を変えることなく寸法を小型化できる高周波誘
電体共振器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＴＥＭ
モードで共振するλ／４誘電体共振器であって、上平
面、下平面及び４つの側面を有する矩形誘電体ブロック
と、上平面にコーティングされた第１の金属層と、下平
面にコーティングされた第２の金属層と、４つの側面の
うちの１つの側面にコーティングされた第３の金属層と
を備えた高周波誘電体共振器が提供される。

【０００９】図２は、一般的なλ／２誘電体共振器の構
成を示しており、図３は、本発明のλ／４誘電体共振器
の基本的構成を示す斜視図である。

【００１０】図２において、２０は矩形の平面形状を有
する誘電体ブロック、２１は誘電体ブロック２０の上面
上にコーティングされた金属層、２２は誘電体ブロック
２０の下面上にコーティングされた金属層をそれぞれ示
している。上面の金属層２１はフローティングされてお
り、下面の金属層２２は接地されている。誘電体ブロッ
ク２０の４つの側面は、全て開放面となっている。図２
においては、λ／２誘電体共振器の長さがａ、厚さがｔ
で示されている。

【００１１】このλ／２誘電体共振器において、ｚ軸方
向のＴＥＭモードを想定すると、同図の矢印２３で示す
ように、負の最大電界はｚ＝０の平面にあり、正の最大
電界はｚ＝ａの平面にある。最小（ゼロ）電界は、明ら
かに、共振器の対称面であるｚ＝ａ／２の平面２４内に
ある。

【００１２】このようなλ／２誘電体共振器をこの対称
面２４に沿って切断し、切断面に導体を設ければ、２つ
のλ／４誘電体共振器を得ることができる。

【００１３】図３はこのようにして得たλ／４誘電体共
振器であり、同図において、３０は直方体形状の誘電体
ブロック、３１は誘電体ブロック３０の上面上にコーテ
ィングされた金属層、３２は誘電体ブロック３０の下面
上にコーティングされた金属層をそれぞれ示している。
上面の金属層３１はフローティングされており、下面の
金属層３２は接地されている。誘電体ブロック３０の１
つの側面は金属層３４でコーティングされた、金属層３
１及び３２の短絡面となっており、他の３つの側面は開
放面となっている。なお、同図において、矢印３３は電
界、矢印３５は電流をそれぞれ示している。

【００１４】図３のλ／４誘電体共振器及び図２のλ／
２誘電体共振器は、原理的には同じ共振周波数を有して
いる。誘電体がε_ｒ＝９３という比較的高い比誘電率を
有しているために、電磁界閉じ込め特性は十分に強く、
しかも、λ／４誘電体共振器の電磁界分布は、λ／２誘
電体共振器の場合とさほど異なることはない。即ち、λ
／４誘電体共振器及びλ／２誘電体共振器の電磁界分布
は、ほぼ同じである。図２及び図３に示すように、λ／
４誘電体共振器の容積はλ／２誘電体共振器の半分であ
る。その結果、λ／４誘電体共振器の総エネルギ量もλ
／２誘電体共振器の半分となる。それにもかかわらず、
エネルギ損失がλ／２誘電体共振器の５０％に減少する
ため、λ／４誘電体共振器の無負荷Ｑ値は、λ／２誘電
体共振器の場合の半分となる。即ち、λ／４誘電体共振
器は、共振周波数及び無負荷Ｑ値を変えることなく、寸
法を大幅に小型化することができる。

【００１５】矩形誘電体ブロックが、セラミック誘電体
ブロックであることが好ましい。

【００１６】第３の金属層がコーティングされた側面と
は異なる１つの側面の一部に共振器の励振電極である金
属パターンが形成されていることが好ましい。この場
合、金属パターンが、第３の金属層がコーティングされ
た側面に対向する側面上、又は第３の金属層がコーティ
ングされた側面と直交する１つの側面上に形成されてい
るかもしれない。

【００１７】金属パターンは、好ましくは、略矩形であ
るが、これに限定されることなく、任意の形状とするこ
とができる。この金属パターンが、上平面上の第１の金
属層及び下平面上の第２の金属層から離隔していること
も好ましい。

【００１８】金属パターンが、外部回路との結合に適し
た寸法を有していることがより好ましい。

【００１９】下平面上に、外部Ｑ値を調整するための金
属パターン延長部が設けられていることも好ましい。

【００２０】上平面上の第１の金属層に、周波数調整用
の狭いスリットが設けられていることが好ましい。この
スリットが励振方向とは異なる方向に沿って設けられて
いることがより好ましい。

【００２１】本発明の誘電体共振器は、フィルタのみな
らず、電圧制御発振器（ＶＣＯ）及び移動通信用のアン
テナへ適用することが可能である。

【００２２】

【発明の実施の形態】図４ａは本発明の一実施形態にお
けるλ／４誘電体共振器の構成を概略的に示す斜視図で
あり、図４ｂはこの実施形態におけるＰＥＣ面での磁界
のリンクを説明する斜視図である。

【００２３】図４ａにおいて、４０は矩形の平面形状を
有する誘電体ブロック、４１は誘電体ブロック４０の上
面上にコーティングされた金属層、４２は誘電体ブロッ
ク４０の下面上にコーティングされた金属層をそれぞれ
示している。下面の金属層４２は接地されている。１つ
の側面の金属層４４は、λ／２共振器の完全な電気導体
（ＰＥＣ）に相当し、上面の金属層４１と下面の金属層
４２とを短絡しており、他の３つの側面は開放面となっ
ている。誘電体ブロック４０の、金属層４４でコーティ
ングされた側面と対向する側面には、略矩形の金属パタ
ーンからなる励振電極４６が形成されている。なお、接
地されている下面の金属層４２の一部には、励振電極４
６と金属層４４とを離隔するための切り欠き４２ａが設
けられている。

【００２４】本実施形態において、誘電体ブロック４０
はε_ｒ＝９３という比較的高い比誘電率の誘電体材料で
形成されており、金属層４１、４２及び４４並びに励振
電極４６は銀で形成されている。

【００２５】以下、共振周波数について説明する。

【００２６】前述した文献（２）に記載されている共振
周波数を算出する理論的概念は、本実施形態のごとき矩
形誘電体共振器の場合に適用することができ、以下、約
２ＧＨｚの共振周波数を有する誘電体共振器について考
察する。

【００２７】この文献（２）に記載されている理論を用
いると、λ／２誘電体共振器の寸法は、２ＧＨｚの共振
周波数においては、８．５ｍｍ×８．５ｍｍ×１．０ｍ
ｍとなる。この値は、実験的に確認されている。

【００２８】図２及び図３に関連して説明したように、
このλ／２誘電体共振器を電界（ｚ軸）方向の対称面に
沿って切断すると、２つのλ／４誘電体共振器が得ら
れ、各々の寸法は、８．５ｍｍ×４．２５ｍｍ×１．０
ｍｍとなる。両方のλ／４誘電体共振器とも、１つの短
絡面を有している。これは、上述したように金属層４４
でコーティングされている。λ／２誘電体共振器の場合
は対称面が仮想の電気的壁として動作するが、単一のλ
／２誘電体共振器から２つの実際のλ／４誘電体共振器
を形成する場合、この仮想の電気的壁は図４ａ及び図４
ｂに示すごとき金属層４４でコーティングされた壁とな
る。

【００２９】図４ｂに示すように、λ／４誘電体共振器
の磁界４８は、この金属層４４による短絡面の部分で最
大となり、金属層４４をリンクすることによって付加的
な直列インダクタンスの影響を共振周波数に与えること
となる。従って、通常、λ／４誘電体共振器の共振周波
数は、λ／２誘電体共振器の共振周波数よりやや低くな
る。なお、図４ｂにおいて、４３は電界を示している。

【００３０】その結果、本実施形態のごとき構成のλ／
４誘電体共振器は、その寸法を低減するための２つの効
果を同時に得ることができる。１つはλ／４誘電体共振
器の概念によるものであり、もう１つはλ／２誘電体共
振器の場合に比してλ／４誘電体共振器の短絡面４４に
よる周波数の低下によるものである。

【００３１】８．５ｍｍ×４．２５ｍｍ×１．０ｍｍの
λ／４誘電体共振器の実験的に得られた共振周波数は
１．９４５ＧＨｚであり、これは８．５ｍｍ×８．５ｍ
ｍ×１．０ｍｍのλ／２誘電体共振器の共振周波数より
５５ＭＨｚも低くなっている。

【００３２】以下、無負荷Ｑ値について説明する。

【００３３】共振器の性能又は質を評価するための数値
はＱ値である。無負荷Ｑ値Ｑ_０は以下のように定義され
る。

【００３４】Ｑ_０＝ω_０×（共振回路に蓄えられたエネ
ルギ）／（共振回路での電力損失） ただし、ω_０は共振角周波数である。

【００３５】図２に示すλ／２誘電体共振器は、３つの
損失係数を有している。それらは、金属コーティングに
よる導体損、誘電体材料による誘電体損、誘電体材料が
空気に開放されていることによる輻射損である。

【００３６】λ／２誘電体共振器の無負荷Ｑ値Ｑ_０は以
下の式を用いて算出できる。

【００３７】 １／Ｑ_０＝１／Ｑ_ｃ＋１／Ｑ_ｄ＋１／Ｑ_ｒ ここで、Ｑ_ｃは導体損に基づくＱ値、Ｑ_ｄは誘電体損に
基づくＱ値、Ｑ_ｒは輻射損に基づくＱ値である。

【００３８】Ｑ値が損失に反比例するので、このＱ値が
大きければ大きいほど電力損失が小さくなる。

【００３９】誘電体損に基づくＱ値Ｑ_ｄ×共振周波数
（ＧＨｚ）＝Ａ（定数）である。ただし、Ａは誘電体材
料の損失係数であり、ある範囲の周波数帯域において周
波数に依存しない。２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数帯域
においてかつ比誘電率がε_ｒ＝９３の誘電体材料におい
て、本出願人の測定によれば、Ａ＝７５００（ＧＨｚ）
である。

【００４０】前述したように、λ／４共振器の共振周波
数がλ／２誘電体共振器の共振周波数よりもやや低いの
で、誘電体損に基づくＱ値Ｑ_ｄはやや大きくなる。

【００４１】図３及び図２からも明らかのように、λ／
４誘電体共振器は、その開放面の面積がλ／２誘電体共
振器の場合の半分であるため、輻射損もほぼ半分とな
る。

【００４２】λ／４誘電体共振器では、さらに、金属で
コーティングされている部分（完全な電気導体の平面を
除く）の面積も半分となるので、導体損もほぼ半分とな
る。

【００４３】λ／４誘電体共振器における付加的な損失
源は、完全な電気導体平面のみである。しかしながら、
この平面は小さく、かつ誘電体損によって一部補償され
る。

【００４４】λ／４誘電体共振器の容積がλ／２誘電体
共振器の場合の半分でありかつ全体の損失係数がほぼ半
分であるため、無負荷Ｑ値は、λ／４誘電体共振器及び
λ／２誘電体共振器の両方においてほぼ等しい。

【００４５】８．５ｍｍ×８．５ｍｍ×１．０ｍｍのλ
／２誘電体共振器の実験的に得られた無負荷Ｑ値は２６
０であり、８．５ｍｍ×４．２５ｍｍ×１．０ｍｍのλ
／４誘電体共振器の場合は２５０である。このわずかな
差は、短絡面における導体損によるものである。

【００４６】以上述べたように、λ／４誘電体共振器の
容積がλ／２誘電体共振器の場合の半分であるが、共振
器の２つの重要なパラメータである共振周波数及び無負
荷Ｑ値はほぼ同じであるということができる。

【００４７】以下、共振器寸法の最適化について説明す
る。

【００４８】本実施形態のλ／４誘電体共振器の最低次
モード（ＴＥＭモード）における共振周波数は、共振器
の長さに完全に依存し（ｗ＜λｇ／２、ただしλｇは管
内波長）、その幅には依存しない。１．９４５ＧＨｚの
共振周波数の場合、λ／４誘電体共振器の長さは４．２
５ｍｍであり、これは一定である。本実施形態における
λ／４誘電体共振器の厚さは、文献（１）に記載されて
いるように１．００ｍｍに最適化されている。

【００４９】従って、λ／４誘電体共振器の寸法を最適
化するための残された１つのパラメータは、この共振器
の幅ｗである。

【００５０】図５ａは、λ／４誘電体共振器のｗに対す
る無負荷Ｑ値Ｑ_０の特性図である。

【００５１】同図より、無負荷Ｑ値は、ｗ＝３．０ｍｍ
まで急激に増大し、その後はほぼ一定値となっているこ
とが分かる。従って、ｗ＝３．０ｍｍ、即ち、３．０ｍ
ｍ×４．２５ｍｍ×１．０ｍｍが、無負荷Ｑ値Ｑ_０≒２
４０を有するλ／４ＴＥＭモード誘電体共振器の最適化
寸法となる。ｗ＞３．０ｍｍの場合、共振器の内部エネ
ルギがこの共振器の損失にほぼ比例して無負荷Ｑ値は増
大しない。このλ／４誘電体共振器は、例えば、移動通
信システム用のフィルタに使用して非常に有効である。

【００５２】共振器の幅の減少によって電気導体（ＰＥ
Ｃ）の面積が減少し、付加される磁界リーケージが減少
する。よって直列インダクタが減少して共振周波数が上
昇する。

【００５３】実験結果より、λ／４誘電体共振器の幅が
ｗ＝８．５ｍｍから３．０ｍｍまで減少した場合（共振
器の長さ及び厚さはそれぞれ４．２５ｍｍ及び１．００
ｍｍに維持）、ＴＥＭモードの共振周波数は１．９４５
ＧＨｚから２．１３３ＧＨｚに上昇した。

【００５４】同様に、図５ｂに示すように、１ＧＨｚ及
び３ＧＨｚの各共振周波数における共振器の幅の最適化
を行った。同図より、１ＧＨｚにおいては、最適幅はｗ
≒６ｍｍであり、３ＧＨｚにおいては、最適幅はｗ≒２
ｍｍであった。共振器の他のパラメータ（共振器の厚
さ、誘電率等）が一定に保たれていれば、共振周波数が
２倍になれば共振器の最適幅は半分となるといえる。

【００５５】図６は、本発明の他の実施形態におけるλ
／４誘電体共振器の構成を概略的に示す斜視図である。

【００５６】同図において、６０は矩形の平面形状を有
する誘電体ブロック、６１は誘電体ブロック６０の上面
上にコーティングされた金属層、６２は誘電体ブロック
６０の下面上にコーティングされた金属層をそれぞれ示
している。下面の金属層６２は接地されている。１つの
側面の金属層６４は、λ／２共振器の完全な電気導体
（ＰＥＣ）に相当し、上面の金属層６１と下面の金属層
６２とを短絡しており、他の３つの側面は開放面となっ
ている。誘電体ブロック６０の、金属層６４でコーティ
ングされた側面と直交する側面の１つには、略矩形の金
属パターンからなる励振電極６６が形成されている。な
お、接地されている下面上に形成された金属層６２の一
部には、励振電極６６と金属層６４とを離隔するための
切り欠き６２ａが設けられている。

【００５７】本実施形態において、誘電体ブロック６０
はε_ｒ＝９３という比較的高い比誘電率の誘電体材料で
形成されており、金属層６１及び６２並びに励振電極６
６は銀で形成されている。

【００５８】本実施形態の構成は、励振電極６６が短絡
面と直交する側面の１つに設けられていることを除いて
図４ａの実施形態の構成と同じであり、その作用効果も
図４ａの実施形態の場合とほぼ同様である。

【００５９】図７は、本発明のさらに他の実施形態にお
けるλ／４誘電体共振器の構成を概略的に示す斜視図で
ある。

【００６０】同図において、７０は矩形の平面形状を有
する誘電体ブロック、７１は誘電体ブロック７０の上面
上にコーティングされた金属層、７２は誘電体ブロック
７０の下面上にコーティングされた金属層をそれぞれ示
している。下面の金属層７２は接地されている。１つの
側面の金属層７４は、λ／２共振器の完全な電気導体
（ＰＥＣ）に相当し、上面の金属層７１と下面の金属層
７２とを短絡しており、他の３つの側面は開放面となっ
ている。誘電体ブロック７０の、金属層７４でコーティ
ングされた側面と対向する側面には、略矩形の金属パタ
ーンからなる励振電極７６が形成されている。なお、接
地されている下面の金属層７２の一部には、励振電極７
６と金属層７４とを離隔するための切り欠き７２ａが設
けられている。

【００６１】本実施形態において、誘電体ブロック７０
はε_ｒ＝９３という比較的高い比誘電率の誘電体材料で
形成されており、金属層７１、７２及び７４並びに励振
電極７６は銀で形成されている。

【００６２】以下、外部Ｑ値の制御について説明する。

【００６３】外部Ｑ値は、励振電極７６の寸法を変える
ことによって制御可能である。本実施形態は、励振電極
７６の寸法を外部Ｑ値を制御するための最適値に設定す
るものである。

【００６４】図８は、本実施形態における励振電極７６
の幅ｂの変化に対する外部Ｑ値及び無負荷Ｑ値の変化を
示す特性図である。

【００６５】励振電極７６の高さを０．８ｍｍという一
定値に維持した状態でその幅ｂを増大させると、この幅
ｂが増大するにつれてこの励振電極７６によるキャパシ
タンスが増大し、外部回路との結合が増大する。従って
図８に示すように、外部Ｑ値が減少する。この外部Ｑ値
の変化は、同じく図８に示すように、無負荷Ｑ値Ｑ_０に
は何等重大な影響を与えるものではない。

【００６６】図９は、本実施形態における励振電極７６
の幅ｂの変化に対する共振周波数の変化を示す特性図で
ある。

【００６７】励振電極７６によるキャパシタンスは、共
振器のキャパシタンスと並列である。従って図９に示す
ように、励振電極７６の幅ｂが増大するにつれて、即ち
励振電極７６によるキャパシタンスが増大するにつれ
て、共振周波数は減少する。これは、特に広帯域の利用
分野において、共振器の小型化を助けることとなる。た
だし、励振電極によるキャパシタンスが共振器のキャパ
シタンスに比してかなり小さいため、共振周波数の変化
はかなり小さい。

【００６８】本実施形態の構成は、励振電極７６の寸法
が外部Ｑ値を制御するための最適値に設定されているこ
とを除いて図４ａの実施形態の構成と同じである。ま
た、その他の作用効果も図４ａの実施形態の場合とほぼ
同様である。

【００６９】図１０は、本発明のまたさらに他の実施形
態におけるλ／４誘電体共振器の構成を概略的に示した
斜視図であり、同図（Ａ）は共振器の上部から見た図、
同図（Ｂ）は共振器の下面のみを示した図である。

【００７０】同図において、１００は矩形の平面形状を
有する誘電体ブロック、１０１は誘電体ブロック１００
の上面上にコーティングされた金属層、１０２は誘電体
ブロック１００の下面上にコーティングされた金属層を
それぞれ示している。下面の金属層１０２は接地されて
いる。１つの側面の金属層１０４は、λ／２共振器の完
全な電気導体（ＰＥＣ）に相当し、上面の金属層１０１
と下面の金属層１０２とを短絡しており、他の３つの側
面は開放面となっている。誘電体ブロック１００の、金
属層１０４でコーティングされた側面と対向する側面に
は、略矩形の金属パターンからなる励振電極１０６が形
成されている。接地されている下面上の金属層１０２の
一部には、切り欠き１０２ａが設けられており、その切
り欠き１０２ａ内に励振電極１０６の延長部１０６ａが
形成されている。このように励振電極１０６を接地面内
まで広げることによっても、外部Ｑ値を制御することが
できる。このことは実験的に確かめられている。

【００７１】本実施形態において、誘電体ブロック１０
０はε_ｒ＝９３という比較的高い比誘電率の誘電体材料
で形成されており、金属層１０１及び１０２並びに励振
電極１０６及びその延長部１０６ａは銀で形成されてい
る。

【００７２】本実施形態の構成は、励振電極１０６の延
長部１０６ａが下面に設けられていることを除いて図４
ａの実施形態の構成と同じである。また、その他の作用
効果も図４ａの実施形態の場合とほぼ同様である。

【００７３】図１１は、本発明のさらに他の実施形態に
おけるλ／４誘電体共振器の構成を概略的に示す斜視図
であり、図１２は、図１１の実施形態における誘電体共
振器の上面を示す平面図である。

【００７４】これらの図において、１１０は矩形の平面
形状を有する誘電体ブロック、１１１は誘電体ブロック
１１０の上面上にコーティングされた金属層、１１２は
誘電体ブロック１１０の下面上にコーティングされた金
属層をそれぞれ示している。下面の金属層１１２は接地
されている。１つの側面の金属層１１４は、λ／２共振
器の完全な電気導体（ＰＥＣ）に相当し、上面の金属層
１１１と下面の金属層１１２とを短絡しており、他の３
つの側面は開放面となっている。誘電体ブロック１１０
の、金属層１１４でコーティングされた側面と対向する
側面には、略矩形の金属パターンからなる励振電極１１
６が形成されている。

【００７５】接地されている下面の金属層１１２の一部
には、励振電極１１６と金属層１１４とを離隔するため
の切り欠き１１２ａが設けられている。

【００７６】上面の金属層１１１には、１つのスリット
１１７が設けられている。このスリット１１７は、本実
施形態では、電流１１５の流れる方向、即ち励振方向
（図１２）と垂直方向に伸長する幅の狭い、例えば約
０．２ｍｍ幅の、スリットで構成されている。

【００７７】本実施形態において、誘電体ブロック１１
０はε_ｒ＝９３という比較的高い比誘電率の誘電体材料
で形成されており、金属層１１１及び１１２並びに励振
電極１１６は銀で形成されている。

【００７８】以下、このスリット１１７による周波数調
整について説明する。

【００７９】図１２に示すように、励振方向に対しての
垂直方向のスリット１１７は、誘電体共振器の金属層１
１１上の電流１１５の一部の流れを妨げる。この狭いス
リット１１７は、共振器に直列のインダクタンスとして
動作するので、共振周波数はスリット１１７の長さが長
くなるにつれて低くなる。本実施形態では、スリット１
１７の幅を約０．２ｍｍと非常に狭くしているため、こ
のスリット１１７を介する輻射を低減することができ
る。

【００８０】図１３は、周波数調整用スリットの長さに
対する共振周波数及び無負荷Ｑ値の特性図である。

【００８１】同図に示すように、実験によれば、スリッ
ト１１７の長さｌ（励振方向と垂直方向の長さ）が０．
０ｍｍから１．５ｍｍへ変化するのに伴って、共振周波
数は２．１５２ＧＨｚから２．０７９ＧＨｚに低下して
いる。このように、電流の流れを妨げることにより導電
損が増大し、スリット１１７の長さｌを長くするにつれ
て無負荷Ｑ値がやや低減する。

【００８２】なお、この周波数調整用スリットは、上面
の金属層１１１上の中央部及び縁端部を含むどの位置に
あっても良いし、また、その伸長方向は励振方向と異な
る方向であればどの方向であっても良い。さらに、スリ
ットの数は１つに限定されるものではなく複数であって
も良い。

【００８３】本実施形態の構成は、上面の金属層１１１
にスリット１１７が設けられていることを除いて図４ａ
の実施形態の構成と同じである。また、その他の作用効
果も図４ａの実施形態の場合とほぼ同様である。

【００８４】次に、スプリアスモードについて説明す
る。

【００８５】図１４は、上述した実施形態のλ／４誘電
体共振器における反射損失及び通過損失の周波数特性を
実際に測定した特性図である。同図から明らかのよう
に、この共振器のスプリアスモードは、使用されるモー
ドから約３．９ＧＨｚ離れている６．０ＧＨｚに存在す
る。従って、使用されるモードがスプリアスモードの影
響を全く受けないことが分かる。

【００８６】次に、上述した本発明の誘電体共振器の電
圧制御発振器（ＶＣＯ）への応用について説明する。

【００８７】ＶＣＯの性能、即ちキャリア対ノイズ（Ｃ
／Ｎ）比は、使用される誘電体共振器の無負荷Ｑ値に依
存する。移動通信端末に用いられる最近のＶＣＯは、そ
のＣ／Ｎを向上させるために、高い無負荷Ｑ値を有しか
つ非常に薄い誘電体共振器を要求している。ＶＣＯに用
いられる従来の誘電体共振器は、プリント基板の一部を
使用しており、その上の約０．１６ｍｍの厚さの金属層
を用いていた。このような構造の従来の誘電体共振器
は、約０．２ｍｍの厚さの絶縁材料でコーティングされ
ている。従って、誘電体共振器の総厚は、０．３６ｍｍ
となっていた。２．０ｍｍ×４．２５ｍｍ×０．３６ｍ
ｍという寸法を有するこのような共振器の無負荷Ｑ値
は、２ＧＨｚにおいてたった２０であった。

【００８８】これに対して、本発明によるλ／４誘電体
共振器の寸法を２ＧＨｚにおいて２．０ｍｍ×４．２５
ｍｍ×０．３６ｍｍとなるように減少させれば、無負荷
Ｑ値は１２０となり、これは従来の誘電体共振器の６倍
となる。本発明の一実施形態における誘電体共振器で
は、共振器本体の厚さが０．３ｍｍ、コーティングされ
る金属層の厚さが０．０６ｍｍとなる。

【００８９】次に、上述した本発明の誘電体共振器のア
ンテナへの応用について説明する。

【００９０】アンテナに誘電体共振器を用いる目的は、
ＶＣＯ及びフィルタの場合と反対である。ＶＣＯ及びフ
ィルタにおいては、Ｑ値を、即ちＶＣＯ及びフィルタの
性能を向上させるために損失を最小化することにあっ
た。

【００９１】しかしながら、アンテナにおける目的は、
できるだけ多くのエネルギを放射することにある。本発
明の誘電体共振器は、放射のための３つの開放面を有し
ている。この誘電体共振器の誘電率を低下させれば、共
振器内部の電界閉じ込め特性が弱くなり開放面を通る放
射が増大する。従って、本発明の誘電体共振器は、必要
に応じて誘電体材料の比誘電率を低減することにより、
誘電率を低下させるか又は厚みを増大させることにより
同じ周波数への適用において誘電体共振器の寸法が増大
するもののアンテナに適用することができる。

【００９２】上述した各実施形態における誘電体ブロッ
ク及び金属層の構成材料は単なる一例であり、これに限
定されるものでないことは明らかである。また、励振電
極の形状も、略矩形に限定されるものではなく、いかな
るパターン形状であってもよいことも明らかである。

【００９３】以上述べた実施形態は全て本発明を例示的
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。

【００９４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、矩形誘電体ブロックと、その上平面にコーティング
された第１の金属層と、下平面にコーティングされた第
２の金属層と、４つの側面のうちの１つの側面にコーテ
ィングされた第３の金属層とを備えたＴＥＭモードで共
振するλ／４誘電体共振器を構成しているので、共振周
波数及び無負荷Ｑ値を変えることなく、寸法を大幅に小
型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知文献に記載されたディスク共振器に関して
その厚さと無負荷Ｑ値との関係を理論的及び実験的に確
認した結果を示す特性図である。

【図２】一般的なλ／２誘電体共振器の構成を示す斜視
図である。

【図３】本発明のλ／４誘電体共振器の基本的構成を示
す斜視図である。

【図４ａ】本発明の一実施形態における誘電体共振器の
構成を概略的に示す斜視図である。

【図４ｂ】図４ａの実施形態におけるＰＥＣ面での磁界
のリンクを説明する斜視図である。

【図５ａ】共振器の幅ｗに対する無負荷Ｑ値Ｑ_０の特性
図である。

【図５ｂ】１、２及び３ＧＨｚの共振周波数における共
振器幅の最適化を行うための、共振器の幅ｗに対する無
負荷Ｑ値Ｑ_０の特性図である。

【図６】本発明の他の実施形態におけるλ／４誘電体共
振器の構成を概略的に示す斜視図である。

【図７】本発明のさらに他の実施形態におけるλ／４誘
電体共振器の構成を概略的に示す斜視図である。

【図８】図７の実施形態における励振電極の幅ｂの変化
に対する外部Ｑ値及び無負荷Ｑ値の変化を示す特性図で
ある。

【図９】図７の実施形態における励振電極の幅ｂの変化
に対する共振周波数の変化を示す特性図である。

【図１０】本発明のまたさらに他の実施形態におけるλ
／４誘電体共振器の構成を概略的に示した斜視図であ
り、同図（Ａ）は共振器の上部から見た図、同図（Ｂ）
は共振器の下面のみを示した図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施形態におけるλ／４
誘電体共振器の構成を概略的に示す斜視図である。

【図１２】図１１の実施形態における誘電体共振器の上
面を示す平面図である。

【図１３】図１１の実施形態における周波数調整用スリ
ットの長さに対する共振周波数及び無負荷Ｑ値の特性図
である。

【図１４】上述した実施形態のλ／４誘電体共振器にお
ける反射損失及び通過損失の周波数特性を実際に測定し
た特性図である。

【符号の説明】

２０、３０、４０、６０、７０、１００、１１０ 誘電
体ブロック ２１、２２、３１、３２、３４、４１、４２、４４、６
１、６２、６４、７１、７２、７４、１０１、１０２、
１０４、１１１、１１２、１１４ 金属層 ２３、３３、４３ 電界 ２４ 対称面 ３５、１１５ 電流 ４２ａ、６２ａ、７２ａ、１０２ａ、１１２ａ 切り欠
き ４６、６６、７６、１０６、１１６ 励振電極 １０６ａ 延長部 １１７ スリット

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＴＥＭモードで共振するλ／４誘電体共
   振器であって、上平面、下平面及び４つの側面を有する
   矩形誘電体ブロックと、前記上平面にコーティングされ
   た第１の金属層と、前記下平面にコーティングされた第
   ２の金属層と、前記４つの側面のうちの１つの側面にコ
   ーティングされた第３の金属層とを備えたことを特徴と
   する高周波誘電体共振器。
2. 【請求項２】 前記矩形誘電体ブロックが、セラミック
   誘電体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。
3. 【請求項３】 前記第３の金属層がコーティングされた
   側面とは異なる１つの側面の一部に形成された金属パタ
   ーンをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に
   記載の誘電体共振器。
4. 【請求項４】 前記金属パターンが、前記第３の金属層
   がコーティングされた側面に対向する側面に形成されて
   いることを特徴とする請求項３に記載の誘電体共振器。
5. 【請求項５】 前記金属パターンが、前記第３の金属層
   がコーティングされた側面と直交する１つの側面に形成
   されていることを特徴とする請求項３に記載の誘電体共
   振器。
6. 【請求項６】 前記金属パターンが、略矩形であること
   を特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の誘
   電体共振器。
7. 【請求項７】 前記金属パターンが、該共振器の励振電
   極であることを特徴とする請求項３から６のいずれか１
   項に記載の誘電体共振器。
8. 【請求項８】 前記金属パターンが、前記上平面上の前
   記第１の金属層及び前記下平面上の前記第２の金属層か
   ら離隔していることを特徴とする請求項３から７のいず
   れか１項に記載の誘電体共振器。
9. 【請求項９】 前記金属パターンが、外部回路との結合
   に適した寸法を有していることを特徴とする請求項３か
   ら８のいずれか１項に記載の誘電体共振器。
10. 【請求項１０】 前記下平面に設けられており、外部Ｑ
    値を調整するための金属パターン延長部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項３から９のいずれか１項に記載
    の誘電体共振器。
11. 【請求項１１】 前記上平面の前記第１の金属層に、周
    波数調整用の狭いスリットが設けられていることを特徴
    とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の誘電体
    共振器。
12. 【請求項１２】 前記スリットが励振方向とは異なる方
    向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１１
    に記載の誘電体共振器。
13. 【請求項１３】 請求項１から１２のいずれか１項に記
    載の高周波誘電体共振器を用いたことを特徴とする高周
    波フィルタ。
14. 【請求項１４】 請求項１から１２のいずれか１項に記
    載の高周波誘電体共振器を用いたことを特徴とする電圧
    制御発振器。
15. 【請求項１５】 請求項１から１２のいずれか１項に記
    載の高周波誘電体共振器を用いたことを特徴とするアン
    テナ。