JP2001160704A - 球形誘電体共振器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造の対称性を高めて一つの共振ピークのみ
が得られるようにした球形誘電体共振器とその製造方法
を提供する。 【解決手段】 この球形誘電体共振器100は、立方体形
状の空間を有する金属製キャビティ２と、このキャビテ
ィ２内空間の中心位置に配置された球形の誘電体セラミ
ックス１と、キャビティ２壁面に取付けられその先端部
が誘電体セラミックス１の近傍に配置されると共に共振
エネルギーを取出すための金属製出力プローブ５と、誘
電体セラミックス１を中央にして出力プローブ５と反対
側のキャビティ２壁面に取付けられその中心軸が出力プ
ローブ５の中心軸と同一上に設定されると共に共振周波
数を調整するための金属製周波数調整ネジ４と、キャビ
ティ２内空間を満たすように充填されかつ球形の誘電体
セラミックス１を固定・支持するフッ素系樹脂３とでそ
の主要部が構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯にお
けるフィルタや共振器等に適用される球形誘電体共振器
とその製造方法に係り、特に、構造の対称性を高めて一
つの共振ピークのみが得られるようにした球形誘電体共
振器とその製造方法の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の球形誘電体共振器として、例え
ば、図４に示すように立方体形状の空間を有する金属製
キャビティ２と、このキャビティ２内空間の中心位置に
固定された球形の誘電体セラミックス１と、この誘電体
セラミックス１を支持するフッ素系樹脂製の棒状支持台
６と、上記キャビティ２壁面に取付けられその先端部が
上記誘電体セラミックス１の近傍に配置されると共に共
振エネルギーを取出すための棒状出力端子（出力プロー
ブ）５と、上記誘電体セラミックス１を中央にして棒状
出力端子５と反対側のキャビティ２壁面に取付けられそ
の中心軸が上記出力端子５の中心軸と同一上に設定され
た周波数調整ネジ４とでその主要部が構成されるものが
知られている。

【０００３】この球形誘電体共振器においては、ＴＥ１
０１モードと呼ばれる共振モードが最低次モードとな
り、この共振モードが工業的に最も使用し易い。例え
ば、中北等の文献（１９８９年電子情報通信学会春季全
国大会講演論文集、分冊２−ｐ５４６、中北久雄、今井
一夫著「ミリ波球形誘電体共振器」）によれば、直径
１．６ｍｍ、比誘電率２４の球形誘電体セラミックスを
用いてＴＥ１０１モードの３８ＧＨｚ帯帯域阻止フィル
タを実現している。

【０００４】そして、この種の球形誘電体共振器は、従
来から広く使用されている円柱形誘電体共振器と較べて
セラミックスに角部がないため、高い無負荷Ｑ値を実現
できるという特徴を有している。更に、ミリ波帯におい
ては球形セラミックの加工が円柱形セラミックの加工に
較べて容易なためミリ波帯での応用が有利である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、球形誘電体
共振器は、それぞれ直交する３軸に対してその構造が対
称であるため、ＴＥ１０１モードを始めとする多くの共
振モードが３重の縮退モードとなる。従って、直交する
各３軸に対して少しでも非対称な構造があると３重の縮
退モードが解けてしまい、３つの独立した共振ピークを
生じてしまう。

【０００６】特に、この現象は、図４に示したように球
形誘電体セラミックス１を金属製キャビティ２に支持す
る機構により生ずることが多い。すなわち、図４に示し
たように一方向から棒状支持台６によって球形誘電体セ
ラミックス１を支持する機構では他の直交する２軸と非
対称な構造となるため、これが原因となって縮退してい
た一本の共振ピークが２つ以上の共振ピークに分離して
しまい、共振器としての特性を劣化させてしまう問題点
を有していた。

【０００７】本発明はこの様な問題点に着目してなされ
たもので、その課題とするところは、構造の対称性を高
めて一つの共振ピークのみが得られるようにした球形誘
電体共振器とその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、立方体形状の空間を有するキャビティと、こ
のキャビティ内空間の中心位置に固定された球形の誘電
体セラミックスと、上記キャビティ壁面に取付けられそ
の先端部が上記誘電体セラミックスの近傍に配置される
と共に共振エネルギーを取出すための棒状出力端子と、
上記誘電体セラミックスを中央にして棒状出力端子と反
対側のキャビティ壁面に取付けられその中心軸が上記出
力端子の中心軸と同一上に設定された周波数調整ネジと
を備える球形誘電体共振器を前提とし、球形の上記誘電
体セラミックスが、キャビティ内空間を満たすように充
填されたフッ素系樹脂により固定されていることを特徴
とするものである。

【０００９】そして、請求項１記載の発明に係る球形誘
電体共振器によれば、球形の誘電体セラミックスがキャ
ビティ内空間を満たすように充填されたフッ素系樹脂に
より固定されていることから、上述した構造の対称性を
阻害する棒状支持台の組込みが必要なくなるため、３重
モードの縮退が解かれることに伴う共振ピークの分離を
生じさせることなく一つの共振ピークのみを得ることが
可能となる。

【００１０】次に、請求項２、請求項３および請求項４
に係る発明は請求項１に係る球形誘電体共振器の製造方
法を特定した発明に関する。

【００１１】すなわち、請求項２に係る発明は、請求項
１記載の球形誘電体共振器の製造方法を前提とし、対向
する一対のキャビティ壁面に、各中心軸が同一軸上に設
定されるように上記棒状出力端子に対応する第一支持用
ネジと周波数調整ネジをそれぞれ取付け、かつ、キャビ
ティ内空間の中心位置に球形の誘電体セラミックスが配
置されるように上記第一支持用ネジと周波数調整ネジの
各先端部にて上記誘電体セラミックスを挟持する工程
と、上記キャビティ内空間を満たすように未硬化のフッ
素系樹脂を充填しかつこれを硬化させて上記誘電体セラ
ミックスを固定する工程と、上記第一支持用ネジを引き
抜いてその部位に棒状出力端子を取付ける工程、の各工
程を具備することを特徴とし、請求項３に係る発明は、
請求項１記載の球形誘電体共振器の製造方法を前提と
し、対向する一対のキャビティ壁面に、各中心軸が同一
軸上に設定されるように上記棒状出力端子に対応する第
一支持用ネジと周波数調整ネジに対応する第二支持用ネ
ジをそれぞれ取付け、かつ、キャビティ内空間の中心位
置に球形の誘電体セラミックスが配置されるように上記
第一支持用ネジと第二支持用ネジの各先端部にて上記誘
電体セラミックスを挟持する工程と、上記キャビティ内
空間を満たすように未硬化のフッ素系樹脂を充填しかつ
これを硬化させて上記誘電体セラミックスを固定する工
程と、上記第一支持用ネジと第二支持用ネジを引き抜い
て各部位に対応する棒状出力端子と周波数調整ネジをそ
れぞれ取付ける工程、の各工程を具備することを特徴と
するものである。

【００１２】また、請求項４に係る発明は、請求項２ま
たは請求項３記載の球形誘電体共振器の製造方法を前提
とし、誘電体セラミックスを挟持する工程において上記
第一支持用ネジと周波数調整ネジの各先端部または上記
第一支持用ネジと第二支持用ネジの各先端部に加えて他
のキャビティ壁面に取付けられた追加支持用ネジの先端
部とで上記誘電体セラミックスを挟持し、かつ、誘電体
セラミックスの固定後、他のキャビティ壁面に取付けら
れた上記追加支持用ネジを引き抜いてその孔部に未硬化
のフッ素系樹脂を注入しかつこれを硬化させて上記孔部
を閉止することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は上面側壁面の図示を省略して金属製
キャビティ内が透視されるように表示した本発明に係る
球形誘電体共振器の構造を示す概略斜視図である。

【００１５】すなわち、この球形誘電体共振器１００
は、図１に示すように立方体形状の空間を有する金属製
キャビティ２と、このキャビティ２内空間の中心位置に
配置された球形の誘電体セラミックス１と、キャビティ
２壁面に取付けられその先端部が上記誘電体セラミック
ス１の近傍に配置されると共に共振エネルギーを取出す
ための金属製出力プローブ５と、誘電体セラミックス１
を中央にして出力プローブ５と反対側のキャビティ２壁
面に取付けられその中心軸が上記出力プローブ５の中心
軸と同一上に設定されると共に共振周波数を調整するた
めの金属製周波数調整ネジ４と、上記キャビティ２内空
間を満たすように充填されかつ球形の誘電体セラミック
ス１を固定・支持するフッ素系樹脂３とでその主要部が
構成されている。

【００１６】そして、この球形誘電体共振器１００によ
れば、球形の誘電体セラミックス１がキャビティ２内空
間を満たすように充填されたフッ素系樹脂３により固定
・支持されていることから、構造の対称性を阻害する棒
状支持台の組込みが不要となり、これに伴い構造の対称
性が高まるため共振ピークの分離を生じさせることなく
一つの共振ピークのみを得ることが可能となる利点を有
する。

【００１７】ところで、この球形誘電体共振器１００に
おいては球形の誘電体セラミックス１がキャビティ２内
空間の中心位置に固定されることを要するため、次のよ
うな手順により誘電体セラミックス１の固定がなされ
る。

【００１８】まず、図２に示すように対向する一対のキ
ャビティ２壁面に孔部（図示せず）を設け、その一方の
孔部には出力プローブ５に対応する第一支持用ネジ５０
を挿入すると共に他方の孔部には周波数調整ネジ４を挿
入し、かつ、キャビティ２内空間の中心位置に球形の誘
電体セラミックス１が配置されるように上記第一支持用
ネジ５０と周波数調整ネジ４の各先端部で上記誘電体セ
ラミックス１を挟み込む（請求項２）。尚、上記孔部に
ついては、第一支持用ネジ５０と周波数調整ネジ４の各
中心軸が同軸上に設定されるように予め設けられてい
る。

【００１９】次に、上記キャビティ２内空間を満たすよ
うに未硬化のフッ素系樹脂［例えば、ポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレン共重合体（ＰＦＥＰ）、テトラ
フルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体（ＰＦＡ）等］を充填しかつこれを硬化させ
る。尚、未硬化のフッ素系樹脂を充填する場合、キャビ
ティ２壁面の一つ（但し、第一支持用ネジ５０と周波数
調整ネジ４を取付ける壁面は除く）を開放し、その開放
部からフッ素系樹脂を充填した後、その開放部を閉止す
る方法を採ってもよいし、あるいは、キャビティ２壁面
の一つに注入用の開口部を開設し、その開口部からフッ
素系樹脂を充填した後、その開口部をキャビティ２と同
一材料により閉止する方法を採ってもよい。

【００２０】ここで、フッ素系樹脂は、硬化後は一般に
金属等とは接着されないことが知られている。従って、
フッ素系樹脂が硬化した後、上記誘電体セラミックス１
を挟み込んで支持していた上記第一支持用ネジ５０等を
回転させて抜き取ることができる。この結果、第一支持
用ネジ５０と周波数調整ネジ４があった部分を除き、他
の部分はフッ素系樹脂で完全に充填され、球形の誘電体
セラミックス１は金属製キャビティ２内空間の中心位置
に固定される。

【００２１】その後、抜き去った第一支持用ネジ５０の
孔部に出力プローブ５を取付け、かつ、上記周波数調整
ネジ４を回転させながら適宜移動させて最適位置に固定
し図１に示された球形誘電体共振器１００は製造され
る。

【００２２】尚、上記周波数調整ネジ４に代えて第二支
持用ネジを適用し、誘電体セラミックス１の固定後、第
二支持用ネジを抜き去ってその孔部に周波数調整ネジ４
を取付ける方法を取ってもよい（請求項３）。あるい
は、図３に示すように上記第一支持用ネジ５０と周波数
調整ネジ４に加えて他のキャビティ２壁面に追加支持用
ネジ５１、５２を取付け、これ等４本のネジ５０、４、
５１、５２で誘電体セラミックス１を挟み込んで保持す
る方法を採ってもよい（請求項４）。この場合、誘電体
セラミックス１の固定後、上記追加支持用ネジ５１、５
２が抜き去られた各孔部に未硬化のフッ素系樹脂を注入
しかつこれを硬化させて上記孔部を閉止することを要す
る。

【００２３】

【実施例】球形の誘電体セラミックスとして、直径１．
８ｍｍ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｔａの酸化物系セラミックス（比
誘電率２４）を用い、かつ、金属製キャビティとして、
内寸が５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの立方体形状の空間を有
すると共に表面に銀メッキが施された真ちゅうを用いて
球形誘電体共振器を試作した。尚、周波数調整ネジに
は、Ｍ１．６の真ちゅうに銀メッキを施したネジを用
い、出力プローブとして、直径０．５ｍｍの金属（ベリ
リウム銅合金）製の棒状プローブを使用し、また、上記
フッ素系樹脂としてＰＴＦＥを適用した。

【００２４】試作した球形誘電体共振器は、約３７．５
ＧＨｚで共振することが確認された。その際、上記出力
プローブおよび周波数調整ネジを設けたことで、３重モ
ードの内の一つの共振モードが分離して、２つの共振ピ
ークが生じてしまったが、上記周波数調整ネジの作用に
より元の共振周波数に戻すことができ、結果的に一つの
共振ピークを得ることができた。

【００２５】

【発明の効果】請求項１記載の発明に係る球形誘電体共
振器によれば、球形の誘電体セラミックスがキャビティ
内空間を満たすように充填されたフッ素系樹脂により固
定されていることから、構造の対称性を阻害する棒状支
持台の組込みが必要なくなるため、３重モードの縮退が
解かれることに伴う共振ピークの分離を生じさせること
なく一つの共振ピークのみが得られる効果を有する。

【００２６】また、請求項２〜４記載の発明に係る球形
誘電体共振器の製造方法によれば、請求項１に係る球形
誘電体共振器を簡便かつ容易に製造できる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る球形誘電体共振器の構造を示す概
略斜視図。

【図２】本発明に係る球形誘電体共振器の製造方法の一
工程を示す概略斜視図。

【図３】本発明の変形例に係る球形誘電体共振器の製造
方法の一工程を示す概略斜視図。

【図４】従来の球形誘電体共振器の構造を示す概略斜視
図。

【符号の説明】

１ 球状の誘電体セラミックス ２ キャビティ ３ フッ素系樹脂 ４ 周波数調整ネジ ５ 出力プローブ １００ 球形誘電体共振器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立方体形状の空間を有するキャビティと、
   このキャビティ内空間の中心位置に固定された球形の誘
   電体セラミックスと、上記キャビティ壁面に取付けられ
   その先端部が上記誘電体セラミックスの近傍に配置され
   ると共に共振エネルギーを取出すための棒状出力端子
   と、上記誘電体セラミックスを中央にして棒状出力端子
   と反対側のキャビティ壁面に取付けられその中心軸が上
   記出力端子の中心軸と同一上に設定された周波数調整ネ
   ジとを備える球形誘電体共振器において、 球形の上記誘電体セラミックスが、キャビティ内空間を
   満たすように充填されたフッ素系樹脂により固定されて
   いることを特徴とする球形誘電体共振器。
2. 【請求項２】請求項１記載の球形誘電体共振器の製造方
   法において、 対向する一対のキャビティ壁面に、各中心軸が同一軸上
   に設定されるように上記棒状出力端子に対応する第一支
   持用ネジと周波数調整ネジをそれぞれ取付け、かつ、キ
   ャビティ内空間の中心位置に球形の誘電体セラミックス
   が配置されるように上記第一支持用ネジと周波数調整ネ
   ジの各先端部にて上記誘電体セラミックスを挟持する工
   程と、 上記キャビティ内空間を満たすように未硬化のフッ素系
   樹脂を充填しかつこれを硬化させて上記誘電体セラミッ
   クスを固定する工程と、 上記第一支持用ネジを引き抜いてその部位に棒状出力端
   子を取付ける工程、の各工程を具備することを特徴とす
   る球形誘電体共振器の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の球形誘電体共振器の製造方
   法において、 対向する一対のキャビティ壁面に、各中心軸が同一軸上
   に設定されるように上記棒状出力端子に対応する第一支
   持用ネジと周波数調整ネジに対応する第二支持用ネジを
   それぞれ取付け、かつ、キャビティ内空間の中心位置に
   球形の誘電体セラミックスが配置されるように上記第一
   支持用ネジと第二支持用ネジの各先端部にて上記誘電体
   セラミックスを挟持する工程と、 上記キャビティ内空間を満たすように未硬化のフッ素系
   樹脂を充填しかつこれを硬化させて上記誘電体セラミッ
   クスを固定する工程と、 上記第一支持用ネジと第二支持用ネジを引き抜いて各部
   位に対応する棒状出力端子と周波数調整ネジをそれぞれ
   取付ける工程、の各工程を具備することを特徴とする球
   形誘電体共振器の製造方法。
4. 【請求項４】誘電体セラミックスを挟持する工程におい
   て上記第一支持用ネジと周波数調整ネジの各先端部また
   は上記第一支持用ネジと第二支持用ネジの各先端部に加
   えて他のキャビティ壁面に取付けられた追加支持用ネジ
   の先端部とで上記誘電体セラミックスを挟持し、かつ、
   誘電体セラミックスの固定後、他のキャビティ壁面に取
   付けられた上記追加支持用ネジを引き抜いてその孔部に
   未硬化のフッ素系樹脂を注入しかつこれを硬化させて上
   記孔部を閉止することを特徴とする請求項２または３記
   載の球形誘電体共振器の製造方法。