特許 5966238 マルチモード共振器、マルチモードフィルタ及び無線通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5966238

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】マルチモード共振器、マルチモードフィルタ及び無線通信装置

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/208 20060101AFI20160728BHJP

   H01P 1/202 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   H01P1/208 A

   H01P1/202

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-187082(P2012-187082)

(22)【出願日】2012年8月27日

(65)【公開番号】特開2014-45389(P2014-45389A)

(43)【公開日】2014年3月13日

【審査請求日】2015年8月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】514235905

【氏名又は名称】石崎 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100121337

【弁理士】

【氏名又は名称】藤河 恒生

(72)【発明者】

【氏名】石崎 俊雄

【審査官】 宮田 繁仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０８５９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６４５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６７７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５８５８５２１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｐ１／２０−１／２１９、 ７／００−７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも４個の共振モードを縮退させたマルチモード共振器であって、
筒状の周壁部の両端を第１端部及び第２端部により閉塞した箱状の外部導体と、
前記外部導体の内部に配され、一端が前記外部導体の第１端部に短絡されて他端が開放された柱状の第１の中心導体と、
前記外部導体の内部に配され、一端が前記外部導体の第２端部に短絡されて他端が開放された柱状の第２の中心導体と、を備え、
前記少なくとも４個の共振モードは、ＴＥＭモード２個とＴＥモード２個を含み、
前記第１の中心導体と前記第２の中心導体の長手方向の長さは、略同一であることを特徴とするマルチモード共振器。

【請求項2】

前記第１の中心導体と前記第２の中心導体の間を、導体の細いリード線で接続したことを特徴とする請求項１に記載のマルチモード共振器。

【請求項3】

前記リード線のインダクタンス成分が前記第１の中心導体と前記第２の中心導体の間の容量と並列共振回路を構成し、前記２個のＴＥＭモードの共振周波数で前記並列共振回路を共振させることを特徴とする請求項２に記載のマルチモード共振器。

【請求項4】

前記外部導体の周壁部の内壁に、内壁から中心に向かい、かつ長手方向に延びる凸部を複数形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチモード共振器。

【請求項5】

前記形成された凸部は、４個であることを特徴とする請求項４に記載のマルチモード共振器。

【請求項6】

前記外部導体の内部空間は、空気が満たされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチモード共振器。

【請求項7】

前記外部導体の内部空間は、高誘電率の誘電体で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチモード共振器。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載のマルチモード共振器を１個用いた構成又は複数用いた多段構成にしたことを特徴とするマルチモードフィルタ。

【請求項9】

請求項８に記載のマルチモードフィルタを組み込んでいることを特徴とする無線通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の共振モードを縮退させたマルチモード共振器、そのマルチモード共振器を用いたマルチモードフィルタ、及び、そのマルチモードフィルタを用いた無線通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯電話基地局などの多くの場所で、マイクロ波などの高周波信号で無線通信を行う無線通信装置が使用されている。これらの無線通信装置には、所望の共振周波数を中心とした帯域の電磁界を得るために、その共振周波数で共振する共振器を複数結合させて多段構成にした高周波フィルタが組み込まれている。高周波フィルタがＮ段構成の場合は、典型的には、１個のモードで共振する共振器が順にＮ個結合したものが用いられる。これに対し、高周波フィルタをＮ段よりも少ない段数の共振器で構成して小型化できるように、共振周波数を略同一にして複数の共振モードを縮退させたマルチモード共振器を用いるものが提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、４個もの共振モードを縮退させたマルチモード共振器が記載されている。図１１〜図１４は、特許文献１に記載されたものと同様のマルチモード共振器１０１の構成及び電界分布を示すものである。図１１〜図１４では、外部導体１０２の内部の部材を示すために、それらの部材よりも手前の外部導体１０２の部分は透過して示している。また、電界を実線の矢印で示している。磁界は、図示を省略しているが、電界に対しそれを周回するように分布する。

【0004】

このマルチモード共振器１０１は、箱状の外部導体（キャビティ）１０２の中に、特殊形状（略八角柱形状）の高誘電率の誘電体コア１０５が設けられている。誘電体コア１０５の中には、高誘電率による波長短縮効果によって波長が短くなった電磁界が偏在して共振する。ここでは、２つのＴＭモード（ＴＭ０１δｘモード、ＴＭ０１δｙモード）と１つのＴＥモード（ＴＥ０１δモード）の３個の共振モードが縮退する。２つのＴＭモードは、図１１と図１２に示すように、電界がそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向に走り、電磁界が２分の１波長でもって共振するモードである。ＴＥモードは、図１３に示すように、電界が誘電体コア１０５の中心軸周りの円周方向に走り、電磁界が１波長でもって共振するモードである。

【0005】

そして、更に、共振モードの数を１つ増加させるために、一端が外部導体１０２に短絡した柱状の中心導体１０３が、誘電体コア１０５の中心軸に形成された中央孔に挿通するようにして付加されている。この構成により、いわゆる半同軸共振器の共振モードが得られる。半同軸共振器の共振モードは、図１４に示すように、電界が中心導体１０３から外部導体１０２に向けて放射状に走り、電磁界が中心導体１０３に沿って分布して４分の１波長でもって共振するＴＥＭモードである。このＴＥＭモードの共振周波数は、中心導体１０３から外部導体１０２までの間隙距離について、中心導体１０３の開放端１０３ｂ側に比べて短絡端１０３ａ側が短くなるように、例えば中心導体１０３の外径を異ならせるようにして、上記の２つのＴＭモード及びＴＥモードの共振周波数に揃えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−３４９９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このように、特許文献１ではマルチモード共振器１０１の構成により、４個もの共振モードを縮退させることができるとしている。しかし、このマルチモード共振器１０１は、誘電体共振器として働く誘電体コア１０５が必須の部材であり、所望の特性の誘電体コア１０５を作りあげるためのコストは非常に大きい。また、マルチモード共振器１０１は、ＴＥＭモードと他のモードとは多くの場所で電磁界を共有していないという点から、マルチモード共振器１０１が占有する空間の利用効率が高いとは言えない。

【0008】

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくとも４個の共振モードを縮退させたもので、誘電体の部材を必ずしも必要とせず、かつ、占有空間の利用効率が高いマルチモード共振器を提供することにあり、また、そのマルチモード共振器を用いた高周波フィルタであるマルチモードフィルタ、及びそのマルチモードフィルタを用いて低コストで小型化した無線通信装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、請求項１に記載のマルチモード共振器は、少なくとも４個の共振モードを縮退させたマルチモード共振器であって、筒状の周壁部の両端を第１端部及び第２端部により閉塞した箱状の外部導体と、前記外部導体の内部に配され、一端が前記外部導体の第１端部に短絡されて他端が開放された柱状の第１の中心導体と、前記外部導体の内部に配され、一端が前記外部導体の第２端部に短絡されて他端が開放された柱状の第２の中心導体と、を備え、前記少なくとも４個の共振モードは、ＴＥＭモード２個とＴＥモード２個を含み、前記第１の中心導体と前記第２の中心導体の長手方向の長さは、略同一であることを特徴とする。

【0010】

請求項２に記載のマルチモード共振器は、請求項１に記載のマルチモード共振器において、前記第１の中心導体と前記第２の中心導体の間を、導体の細いリード線で接続したことを特徴とする。

【0011】

請求項３に記載のマルチモード共振器は、請求項２に記載のマルチモード共振器において、前記リード線のインダクタンス成分が前記第１の中心導体と前記第２の中心導体の間の容量と並列共振回路を構成し、前記２個のＴＥＭモードの共振周波数で前記並列共振回路を共振させることを特徴とする。

【0012】

請求項４に記載のマルチモード共振器は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチモード共振器において、前記外部導体の周壁部の内壁に、内壁から中心に向かい、かつ長手方向に延びる凸部を複数形成したことを特徴とする。

【0013】

請求項５に記載のマルチモード共振器は、請求項４に記載のマルチモード共振器において、前記形成された凸部は、４個であることを特徴とする。

【0014】

請求項６に記載のマルチモード共振器は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチモード共振器において、前記外部導体の内部空間は、空気が満たされていることを特徴とする。

【0015】

請求項７に記載のマルチモード共振器は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチ
モード共振器において、前記外部導体の内部空間は、高誘電率の誘電体で形成されている
ことを特徴とする。

【0016】

請求項８に記載のマルチモードフィルタは、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマルチモード共振器を１個用いた構成又は複数用いた多段構成にしたことを特徴とする。

【0017】

請求項９に記載の無線通信装置は、請求項８に記載のマルチモードフィルタを組み込んでいることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、上記構成の外部導体と第１の中心導体と第２の中心導体を備えることにより、少なくとも４個の共振モードを縮退させ、誘電体コアのような誘電体の部材を必ずしも必要とせず占有空間の利用効率が高いマルチモード共振器を提供できる。また、そのマルチモード共振器を用いることによりマルチモードフィルタ、及びそのマルチモードフィルタを用いることにより低コストで小型化した無線通信装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態に係るマルチモード共振器１の構成を示すものであって、（ａ）は長手方向の断面図、（ｂ）はＡ−Ａ（及びＢ−Ｂ）の位置での長手方向に直交する断面図である。

【図2】同上のマルチモード共振器１の構成の変形例を示すＡ−Ａ（及びＢ−Ｂ）の位置での長手方向に直交する断面図である。

【図3】同上のマルチモード共振器１の構成の変形例を示す長手方向の断面図である。

【図4】同上のマルチモード共振器１の一つのＴＥモードの電界分布を模式的に示すものであって、（ａ）は長手方向の断面図、（ｂ）はＡ−Ａ（及びＢ−Ｂ）の位置での長手方向に直交する断面図である。

【図5】同上のマルチモード共振器１のもう一つのＴＥモードの電界分布を模式的に示すものであって、（ａ）は長手方向の断面図、（ｂ）はＡ−Ａ（及びＢ−Ｂ）の位置での長手方向に直交する断面図である。

【図6】同上のマルチモード共振器１の一つのＴＥＭモードの電界分布を模式的に示すものであって、（ａ）は長手方向の断面図、（ｂ）はＡ−Ａの位置での長手方向に直交する断面図、（ｃ）はＢ−Ｂの位置での長手方向に直交する断面図である。

【図7】同上のマルチモード共振器１のもう一つのＴＥＭモードの電界分布を模式的に示すものであって、（ａ）は長手方向の断面図、（ｂ）はＡ−Ａの位置での長手方向に直交する断面図、（ｃ）はＢ−Ｂの位置での長手方向に直交する断面図である。

【図8】同上のマルチモード共振器１についてのシミュレーション結果であって、（ａ）は２個のＴＥＭモードの共振周波数のリード線の直径に対する依存性、（ｂ）は各共振モードの共振周波数の凸部２ｃａの高さに対する依存性を示すものである。

【図9】無線通信装置の例を示すブロック図である。

【図10】同上のマルチモード共振器１の構成の変形例を示す長手方向の断面図である。

【図11】従来のマルチモード共振器１０１の構成及び一つのＴＭモードの電界分布を示すものであって、（ａ）は長手方向の外観図、（ｂ）は長手方向に直交する外観図である。

【図12】従来のマルチモード共振器１０１の構成及びもう一つのＴＭモードの電界分布を示すものであって、（ａ）は長手方向の外観図、（ｂ）は長手方向に直交する外観図である。

【図13】従来のマルチモード共振器１０１の構成及びＴＥモードの電界分布を示すものであって、（ａ）は長手方向の外観図、（ｂ）は長手方向に直交する外観図である。

【図14】従来のマルチモード共振器１０１の構成及びＴＥＭモードの電界分布を示すものであって、（ａ）は長手方向の外観図、（ｂ）は長手方向に直交する外観図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係るマルチモード共振器１は、図１に示すように、外部導体２と第１の中心導体３と第２の中心導体４とから構成されている。また、このマルチモード共振器１は、マイクロ波などの高周波の領域で用いられるものである。

【0021】

外部導体２は、金属材料製であり、筒状の周壁部２ｃの両端を第１端部２ａ及び第２端部２ｂにより閉塞した箱状のものである。本実施形態では、周壁部２ｃは円筒状のものとしている。

【0022】

外部導体２の周壁部２ｃの内壁には、中心に向かい、かつ長手方向に延びる凸部２ｃａが複数形成されている。凸部２ｃａの中心に向かう径方向の長さ（凸部２ｃａの高さ）（図１（ｂ）におけるＭ６）は、凸部２ｃａの先端と第１の中心導体３及び第２の中心導体４との間に所定の空隙を有するような長さである。凸部２ｃａが奏する効果のためには、この空隙の長さは、通常、後述する第１の中心導体と第２の中心導体の間の間隙Ｓｇの長さの５分の１以下とするのがよい。

【0023】

凸部２ｃａは、例えば、図示するように周方向に略等間隔に４個形成される。場合によっては、４個よりも多い偶数個形成されてもよい。凸部２ｃａの断面は、長方形状や台形状などが可能である。凸部２ｃａは、図１に示すように金属材料製の板状部材を円筒形の周壁部２ｃの内壁に接合して一体化しても、また、図２に示すように外部導体２を内方に凹ませて形成してもよい。

【0024】

第１の中心導体３と第２の中心導体４は、金属材料製であり、外部導体２の内部に対称的に配されている。第１の中心導体３は、一端３ａが外部導体２の第１端部２ａに短絡されて他端３ｂが開放されている。第２の中心導体４は、一端４ａが外部導体２の第１端部２ｂに短絡されて他端４ｂが開放されている。よって、第１の中心導体３の他端３ｂと第２の中心導体４の他端４ｂとは、所定の距離を有する長手方向の間隙Ｓｇを介して対向している。第１の中心導体３と第２の中心導体４の長手方向の長さ（図１（ａ）におけるＭ２とＭ３）は、略同一になっている。また、通常、第１の中心導体３と第２の中心導体４は、それらの中心軸が略一致し、外部導体２の中心軸とも略一致するようにして配される。また、本実施形態では、第１の中心導体３と第２の中心導体４は円柱状のものとしている。

【0025】

なお、第１の中心導体３と第２の中心導体４とは、中空部３ｄ、４ｄを有する柱状、すなわち、有底筒状のものにしてもよい。この場合、図３に示すように、他端３ｂ、４ｂのみに端面を有し、一端３ａ、４ａ側が外部導体２の外方に向かって開口するようにしてもよい。

【0026】

第１の中心導体３と第２の中心導体４の間は、導体の細いリード線５で接続している。

【0027】

以上の構成により、マルチモード共振器１は４個の共振モードを有することができる。以下、具体的な共振モード、すなわち、２個のＴＥモード（第１のＴＥモード、第２のＴＥモード）と２個のＴＥＭモード（第１のＴＥＭモード、第２のＴＥＭモード）について、図４〜図７を用いて説明する。なお、電磁界は、外部導体２の内部のうち第１の中心導体３と第２の中心導体４以外の部分である内部空間Ｓに生じ、図においては内部空間Ｓに生じる電界を実線の矢印で示している。また、磁界は、図示を省略しているが、電界に対しそれを周回するように分布する。また、マルチモード共振器１の長手方向をＺ軸方向、それと直交する方向における第１方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、かつ、第１方向に直交する方向である第２方向をＹ軸方向として説明する。

【0028】

第１のＴＥモードは、図４に示すように、電界が凸部２ｃａの先端と第１の中心導体３又は第２の中心導体４の間を第１方向（Ｘ軸方向）に走るものを中心に分布し、電磁界が外部導体２の両端部２ａ、２ｂ間で２分の１波長でもって共振する。第２のＴＥモードは、図５に示すように、電界が凸部２ｃａの先端と第１の中心導体３又は第２の中心導体４の間を第２方向（Ｙ軸方向）に走るものを中心に分布し、電磁界が外部導体２の両端部２ａ、２ｂ間で２分の１波長でもって共振する。これらの２個のＴＥモードは、外部導体２が構成する円筒空洞共振器の、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に電界が走るいわゆるＴＥ１１１モードに種別することができる。

【0029】

また、これらの２個のＴＥモードは、凸部２ｃａ以外の周壁部２ｃにおける電界は、ほとんど発生しないか或いは極めて小さい。また、これらの２個のＴＥモードは、第１の中心導体３と第２の中心導体４との間隙Ｓｇの位置では、後述するリード線５により電界が打ち消されることで、凸部２ｃａにおいても電界はほとんど発生しないか或いは極めて小さくなっている。

【0030】

第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードは、図６及び図７に示すように、電界が第１の中心導体３と外部導体２の周壁部２ｃの間、及び第２の中心導体４と外部導体２の周壁部２ｃの間を放射状に走るＴＥＭモードである。第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードは、電磁界が第１の中心導体３の一端３ａの位置（外部導体２の第１端部２ａの位置）と第１の中心導体３の他端３ｂの位置の間に連続して分布し、かつ、第１の中心導体３の周囲で４分の１波長でもって共振する。電界は、第１の中心導体３の他端３ｂの位置近傍で最大になり、磁界は第１の中心導体３の一端３ａの近傍で最大になる。また、第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードは、電磁界が第２の中心導体４の一端４ａの位置（外部導体２の第２端部２ｂの位置）と第２の中心導体４の他端４ｂの位置の間に連続して分布し、かつ、第２の中心導体４の周囲で４分の１波長でもって共振する。電界は、第２の中心導体４の他端４ｂの位置近傍で最大になり、磁界は第２の中心導体４の一端４ａの近傍で最大になる。また、これらの２個のＴＥＭモードは、凸部２ｃａ以外の周壁部２ｃにおける電界は、ほとんど発生しないか或いは極めて小さい。

【0031】

第１のＴＥＭモードは、第１の中心導体３と外部導体２の周壁部２ｃの間の電界の方向と、第２の中心導体４と外部導体２の周壁部２ｃの間の電界の方向とが同じ向きになるものである。第２のＴＥＭモードは、第１の中心導体３と外部導体２の周壁部２ｃの間の電界の方向と、第２の中心導体４と外部導体２の周壁部２ｃの間の電界の方向とが逆向きになるものである。

【0032】

対向している第１の中心導体３と第２の中心導体４は、それらの間隙Ｓｇの距離が長くないと、容量による結合が大きいものとなる。そうすると、第１の中心導体３の周囲の電磁界と第２の中心導体４の周囲の電磁界とは、第１の中心導体３と第２の中心導体４の間隙Ｓｇの距離に応じて干渉し合い、その干渉により、第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードの共振周波数は影響を受け易い。この干渉は、後述するように、リード線５によって極めて少なくすることができる。

【0033】

また、このような４個の共振モードの共振周波数は、第１のＴＥモードと第２のＴＥモードについては、外部導体２の両端部２ａ、２ｂ間の長さＭ１がほぼ２分の１波長になる周波数であり、第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードについては、第１の中心導体３の長さＭ２及び第２の中心導体４の長さＭ３がほぼ４分の１波長になる周波数である。第１のＴＥモードと第２のＴＥモードの波長は、円筒空洞共振器の管内波長とほぼ同じであるから、同じ周波数でも、第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードの波長よりも原理的に長くなり、よって、通常、第１のＴＥモード及び第２のＴＥモードの共振周波数は、第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードの共振周波数よりも高くなる。第１のＴＥモード及び第２のＴＥモードの共振周波数と第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードの共振周波数は、後述するように、凸部２ｃａによって近づけることができる。

【0034】

このようなマルチモード共振器１は、内部空間Ｓのどの場所においても、複数の共振モードが電磁界を共有しているので、その点から、マルチモード共振器１が占有する空間の利用効率が高い。また、上記の背景技術で示したような誘電体の部材を必ずしも必要としない。

【0035】

次に、リード線５と外部導体２の凸部２ｃａの作用について、本願発明者が行ったシミュレーション結果を参照しつつ、詳述する。リード線５と凸部２ｃａは、４個の共振モードの共振周波数を略一致させて、４個の共振モードを縮退させたマルチモード化を容易にするものである。

【0036】

なお、シミュレーション条件としては、外部導体２の両端部２ａ、２ｂ間の長さＭ１を１１２ｍｍ、第１の中心導体３の長さＭ２と第２の中心導体４の長さＭ３を３７．５ｍｍ、外部導体２の周壁部２ｃの直径Ｍ４を１００ｍｍとした。また、第１の中心導体３と第２の中心導体４の直径Ｍ５を４９ｍｍとした。

【0037】

先ず、リード線５の作用について説明する。このリード線５は、第１の中心導体３と第２の中心導体４の間の容量による結合により、第１のＴＥＭモードと第２のＴＥＭモードの共振周波数が影響を受けてスプリットする（離れる）現象を抑制するものである。

【0038】

リード線５は、長さをａ、直径をｂとすると、近似的に式（１）で示すインダクタンス値Ｌのインダクタンス成分を持つ。

【0039】

【数1】

【0040】

このインダクタンス成分が第１の中心導体３と第２の中心導体４の間の容量と並列共振回路を構成し、それが共振をすると、第１の中心導体３と第２の中心導体４の間では、電界結合が打ち消され、第１の中心導体３の周囲の電磁界と第２の中心導体４の周囲の電磁界の間の干渉が極めて少なくなる。よって、第１のＴＥＭモードと第２のＴＥＭモードの共振周波数でこの並列共振回路を共振させることで、第１のＴＥＭモードと第２のＴＥＭモードの共振周波数を略一致させることができる。なお、この並列共振回路が共振する周波数は、例えば、リード線５の直径を変えてインダクタンス値を制御することにより調整する。

【0041】

このようにリード線５により、第１の中心導体３と第２の中心導体４の間の容量による結合の影響を打ち消すことができるので、第１のＴＥＭモードと第２のＴＥＭモードの共振周波数を略一致させることができるとともに、第１の中心導体３と第２の中心導体４の間の間隙Ｓｇの距離も短くでき、例えば、このシミュレーション条件のように、第１の中心導体３と第２の中心導体４のいずれの長さよりも短くできる。

【0042】

図８（ａ）に示すのは、リード線５の直径を変化させてインダクタンス値を変化させたときの、第１のＴＥＭモードと第２のＴＥＭモードの共振周波数の変化を示すシミュレーション結果である。図によると、リード線５の直径に依存して共振周波数が変化し、直径が０．４ｍｍの近傍で、第１のＴＥＭモードの共振周波数と第２のＴＥＭモードの共振周波数が一致していることがわかる。なお、このシミュレーションは、凸部２ｃａを設けていない状態で行っている。

【0043】

次に、外部導体２の凸部２ｃａの作用について説明する。

【0044】

凸部２ｃａは、第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードの共振周波数よりも高いところに有る第１のＴＥモード及び第２のＴＥモードの共振周波数を降下させるものである。それは、外部導体２の一部である凸部２ｃａが第１の中心導体３及び第２の中心導体４との間に容量結合を形成するとともに、外部導体２の等価的な円周長が長くなって遮断周波数が低下することによる。第１のＴＥモード及び第２のＴＥモードの共振周波数を下げることにより、第１のＴＥモード及び第２のＴＥモードの共振周波数と第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードの共振周波数を近づけることができる。

【0045】

図８（ｂ）に示すのは、凸部２ｃａの高さＭ６を変化させたときの、４個の各共振モードの共振周波数の変化を示すシミュレーション結果である。図によると、凸部２ｃａの高さＭ６を増加させる程、第１のＴＥモード及び第２のＴＥモードの共振周波数が降下していることが分かる。また、凸部２ｃａは、その高さＭ６を増加させる程、第１のＴＥＭモード及び第２のＴＥＭモードの共振周波数を上げる傾向もみられた。なお、このシミュレーションは、リード線５の直径は、０．４ｍｍとした。

【0046】

次に、リード線５と凸部２ｃａにより、４個の共振モードの共振周波数を略一致させたシミュレーション結果を表１に示す。ここでは、リード線５の直径を０．２ｍｍとし、凸部２ｃａの高さＭ６を２５ｍｍとした。第１のＴＥＭモード、第２のＴＥＭモード、第１のＴＥモード、及び第２のＴＥモードの各共振周波数が略一致しており、４個の共振モードを縮退させたマルチモード共振器が可能である。

【0047】

【表1】

【0048】

また、この４個の共振モードの共振周波数が略一致している状態において、表２に示すような、第３のＴＥモード及び第４のＴＥモードがこの４個の共振モードの共振周波数の近傍に共振周波数を有して出現している。第３のＴＥモードは、電界が第１方向（Ｘ軸方向）に走るものを中心に分布し、第１の中心導体３が存在するＺ軸位置での電界の方向と第２の中心導体４が存在するＺ軸位置での電界の方向とが逆向きとなっているものである。第４のＴＥモードは、電界が第２方向（Ｙ軸方向）に走るものを中心に分布し、第１の中心導体３が存在するＺ軸位置での電界の方向と第２の中心導体４が存在するＺ軸位置での電界の方向とが逆向きとなっているものである。第３のＴＥモード及び第４のＴＥモードが出現しているのは、リード線５によって、第１の中心導体３と第２の中心導体４の間で、ＴＥモードにおいても電界が打ち消される傾向にあるためである。

【0049】

【表2】

【0050】

このシミュレーション結果では、第３のＴＥモード及び第４のＴＥモードの共振周波数は、上記の４個の共振モードの共振周波数から若干離れているが、広帯域のマイクロ波フィルタ用としてはマルチモード化でき、これらも含めると６個の共振モードを縮退させたマルチモード共振器が可能である。

【0051】

そして更に、この６個の共振モードの近傍に、表３に示すように、詳細は省略するが、断面の寸法で共振周波数が決まっているように見える共振モードが２個出現している。これらも、広帯域のマイクロ波フィルタ用としてはマルチモード化でき、これらも含めると８個の共振モードを縮退させたマルチモード共振器が可能である。

【0052】

【表3】

【0053】

以上、マルチモード共振器１について説明した。

【0054】

なお、外部導体２の適切な箇所に、入出力端子や周波数調整用部材などを取り付けることができる。入出力端子は、マルチモード共振器１と結合して信号の入出力を行うものであり、例えば、第１の中心導体３又は第２の中心導体４と結合する電極が内部側に接続される。周波数調整用部材は、各々の共振モードの周波数を調整するものである。これらの入出力端子や周波数調整用部材は、様々な公知の技術を適宜利用することができる。

【0055】

このように少なくとも４個の共振モードを縮退させたマルチモード共振器１は、各々の共振モードを互いに結合させることによりマルチモードフィルタとして用いることができる。この場合、結合調整用ねじなど公知の結合調整用部材を外部導体２の適切な箇所に取り付けるなどして、電磁界分布を非対称にして摂動を生じさせることによって、互いに結合させることができる。このマルチモードフィルタは、所望の特性に応じて、マルチモード共振器１を１個用いた構成又は複数個用いた多段構成にすればよい。また、このマルチモードフィルタを組み込んで、無線通信装置を低コストで小型化することが可能になる。例えば、図９に示すように、携帯電話基地局などの無線通信装置の送受共用器１０において、アンテナ１１にともに接続される送信用フィルタ１２と受信用フィルタ１３を共振周波数が異なるマルチモードフィルタとすれば、非常に低コストで小型化されたものとなる。

【0056】

以上、本発明の実施形態に係るマルチモード共振器について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載する事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、リード線５と凸部２ｃａは、少なくとも４個の共振モードの共振周波数を略一致させて、それらの共振モードを縮退させたマルチモード化を容易にするものであるが、場合によっては他の手段を用いたり、他の手段と組み合わせたりすることも可能である。

【0057】

また、外部導体２は、円筒状に限らず角筒状なども可能であり、また、第１の中心導体３と第２の中心導体４は円柱状に限らず、角柱状や大小の直径の柱を重ねた段付き形状なども可能である。

【0058】

また、マルチモード共振器１は誘電体の部材を必要とするものではなく、内部空間Ｓを満たしているのは空気であるが、図１０に示すように、内部空間Ｓをセラミックなどの高誘電率の誘電体Ｓ’で形成することもできる。この場合、外部導体２、第１の中心導体３、第２の中心導体４は、誘電体Ｓ’の周囲に同時に成膜することによって形成することも可能である。誘電体Ｓ’を用いると、高誘電率による波長短縮効果によって電磁界の波長が短くなり、マルチモード共振器１の更なる小型化が可能になる。

【符号の説明】

【0059】

１ マルチモード共振器
２ 外部導体
２ａ 外部導体２の第１端部
２ｂ 外部導体２の第２端部
２ｃ 外部導体２の周壁部
２ｃａ 周壁部２ｃの凸部
３ 第１の中心導体
３ａ 第１の中心導体３の一端
３ｂ 第１の中心導体３の他端
４ 第２の中心導体
４ａ 第２の中心導体４の一端
４ｂ 第２の中心導体４の他端
５ リード線
Ｓ 内部空間
Ｓｇ 第１の中心導体３と第２の中心導体４の間の間隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】