DE102005020326B4 - Ring resonator antenna - Google Patents

Ring resonator antenna Download PDF

Info

Publication number
DE102005020326B4
DE102005020326B4 DE102005020326.4A DE102005020326A DE102005020326B4 DE 102005020326 B4 DE102005020326 B4 DE 102005020326B4 DE 102005020326 A DE102005020326 A DE 102005020326A DE 102005020326 B4 DE102005020326 B4 DE 102005020326B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ring resonator
ring
resonator according
unit cell
unit cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102005020326.4A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102005020326A1 (en
Inventor
Andreas Rennings
Christophe Caloz
Simon Otto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otto Simon De
Rennings Andreas Dr-Ing De
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102005020326.4A priority Critical patent/DE102005020326B4/en
Publication of DE102005020326A1 publication Critical patent/DE102005020326A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102005020326B4 publication Critical patent/DE102005020326B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/08Strip line resonators
    • H01P7/082Microstripline resonators

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Ring-Resonator, welcher als Antenne verwendet wird (10; 60) – umfassend wenigstens zwei in Reihe geschaltete Einheitszellen in Form von Zweitoren mit jeweils einem Eingangstor und einem Ausgangstor, – wobei jede Einheitszelle wenigstens zwei voneinander unabhängige magnetische sowie wenigstens zwei voneinander unabhängige elektrische Energiespeicher bereitstellt und – wobei jede Einheitszelle eine Reihenschaltung eines ersten elektrischen Speichers und eines ersten magnetischen Speichers in der ersten Leitung (12) und eine Parallelschaltung eines zweiten elektrischen Speichers und eines zweiten magnetischen Speichers zwischen der ersten Leitung (12) und der zweiten Leitung (14) aufweist. dadurch gekennzeichnet, daß – die Einheitszellen derart hintereinander in einer Ringstruktur angeordnet und gekoppelt sind, daß jede Einheitszelle jeweils mit einer in Ringrichtung vorangehenden und einer in Ringrichtung nachfolgenden Einheitszelle gekoppelt ist, wobei jeweils erste Leitungen (12) und jeweils zweite Leitungen (14) der gekoppelten Einheitszellen miteinander verbunden sind, – wobei genau zwei Resonanzverteilungen angeregt werden, bei denen die Resonanzfrequenzen {fse, fsh} unterschiedlich oder gleich und nicht von der Anzahl der Einheitszellen im Ring abhängig sind, wobei bei der durch die Serienresonanz fse bestimmten Stromverteilung ein konstanter Strom (ungleich 0) zwischen alle Toren fließt, und wobei bei der durch die Parallelresonanz fsh bestimmten Spannungsverteilung eine konstante Spannung (ungleich 0) an jedem Tor anliegt, – wobei genau zwei weitere Resonanzverteilungen angeregt werden, wobei eine Resonanzfrequenz f+1 > max{fse, fsh} und eine Resonanzfrequenz f–1 < min{fse, fsh} dieselbe örtliche Strom-/Spannungsverteilung entlang der Tore der Einheitszellen in der Ringanordnung erzeugen.Ring resonator, which is used as an antenna (10; 60) - comprising at least two series-connected unit cells in the form of two ports, each with an input port and an output port, - each unit cell having at least two independent magnetic and at least two independent electrical energy stores and - wherein each unit cell is a series connection of a first electrical memory and a first magnetic memory in the first line (12) and a parallel connection of a second electrical memory and a second magnetic memory between the first line (12) and the second line (14) having. characterized in that - the unit cells are arranged and coupled one behind the other in a ring structure such that each unit cell is coupled to a unit cell preceding in the ring direction and a unit cell following in the ring direction, with first lines (12) and second lines (14) in each case coupled unit cells are connected to each other, - exactly two resonance distributions are excited, at which the resonance frequencies {fse, fsh} are different or the same and do not depend on the number of unit cells in the ring, with the current distribution determined by the series resonance fse a constant current (not equal to 0) flows between all gates, and with the voltage distribution determined by the parallel resonance fsh, a constant voltage (unequal to 0) is applied to each gate, - exactly two further resonance distributions are excited, with a resonance frequency f + 1> max {fse , fsh} and a resonance frequency f– 1 <min {fse, fsh} generate the same local current / voltage distribution along the gates of the unit cells in the ring arrangement.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft einen Ring-Resonator für elektromagnetische Energie, welcher als Antenne verwendet wird und der aus wenigstens zwei zu einer Ringanordnung verbundenen Einheitszellen gebildet wird.The invention relates to a ring resonator for electromagnetic energy, which is used as an antenna and which is formed from at least two unit cells connected to a ring arrangement.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Es ist bekannt, Resonatoren aus sogenannten Einheitszellen aufzubauen. Unter dem Begriff ”Einheitszellen” werden dabei allgemein aus einem Eingangstor und einem Ausgangstor bestehende Zweitore verstanden, wobei jede Einheitszelle Energiespeicher bereitstellt. Unter dem Begriff ”Energiespeicher” werden hier allgemein alle Arten von Strukturen verstanden, die in der Lage sind, ein elektrisches oder magnetisches Feld auszubilden und somit Energie zu speichern. Ein Energiespeicher in diesem Sinne kann also z. B. eine Spule oder ein Kondensator sein, im einfachsten Fall aber auch nur ein Stück Leitung.It is known to construct resonators from so-called unit cells. The term "unit cells" is understood to mean generally consisting of an input port and an exit port existing two ports, each unit cell provides energy storage. The term "energy storage" is understood here to mean in general all types of structures that are capable of forming an electric or magnetic field and thus to store energy. An energy store in this sense can thus z. B. a coil or a capacitor, in the simplest case, but only a piece of pipe.

Das tatsächliche physikalische Verhalten einer Einheitszelle kann durch eine sogenannte Ersatzschaltung nachgebildet werden. Eine solche Ersatzschaltung ist ein lineares Netzwerk bestehend aus konzentrierten Elementen wie Kapazitäten und Induktivitäten und/oder verteilten Leitungen, welche die Energiespeicher der physikalischen Realisierung modellieren und das Hochfrequenzverhalten zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangstor der Einheitszelle beschreiben. Die Topologie der Ersatzschaltung einer solchen Einheitszelle weist gemeinhin einen sogenannten Längszweig und einen sogenannten Querzweig auf.The actual physical behavior of a unit cell can be simulated by a so-called equivalent circuit. Such an equivalent circuit is a linear network consisting of concentrated elements such as capacitances and inductances and / or distributed lines, which model the energy stores of the physical realization and describe the high-frequency behavior between the input and the output gates of the unit cell. The topology of the equivalent circuit of such a unit cell commonly has a so-called longitudinal branch and a so-called shunt branch.

Es ist ferner bekannt, Resonatoren aus sogenannten ”Metamaterialien”, auch als ”linkshändige Materialien” oder kurz ”LH-Materialien” bezeichnet, aufzubauen (siehe z. B. A. Sanada, et al., "novel zeroth-order resonance in composite right/left-handed transmission line resonators”, Asia-Pacific Microwave Conference, Vol. 3, S. 1588–1592, Seoul, Nov. 2003).It is also known to construct resonators of so-called "metamaterials", also referred to as "left-handed materials" or "LH materials" for short (see, for example, Sanada, et al., "Novel zeroth-order" in composite right / left -handed transmission line resonators ", Asia-Pacific Microwave Conference, Vol. 3, pp. 1588-1592, Seoul, Nov. 2003).

Unter dem Begriff ”Metamaterialien” werden dabei Strukturen verstanden, die besondere, ungewöhnliche elektromagnetische Eigenschaften, sogenannte ”linkshändische” Eigenschaften, oft kurz als ”LH-Eigenschaften” bezeichnet, aufweisen. Insbesondere können derartige Strukturen unter geeigneten Bedingungen gleichzeitig negative Permittivität und negative Permeabilität zeigen, was zu antiparallelen (gegengerichteten) Gruppen- und Phasengeschwindigkeiten der die Materialien durchlaufenden elektromagnetischen Wellen führt.The term "metamaterials" are understood to mean structures which have special, unusual electromagnetic properties, so-called "left-handed" properties, often referred to for short as "LH properties". In particular, under suitable conditions, such structures may simultaneously exhibit negative permittivity and negative permeability, resulting in antiparallel (counteracting) group and phase velocities of the electromagnetic waves passing through the materials.

Durch solche Metamaterialien realisierte elektrische Schaltungsanordnungen verhalten sich anders als herkömmliche Schaltungsanordnungen aus üblichen sog. ”rechtshändigen” (RH) Materialien, deren Eigenschaften als ”rechtshändisch” oder kurz ”RH-Eigenschaften” bezeichnet werden und bei denen die Gruppen- und Phasengeschwindigkeiten der die Materialien durchlaufenden elektromagnetischen Wellen gleichgerichtet sind.Electrical circuit arrangements realized by such metamaterials behave differently from conventional so-called "right-handed" (RH) materials, whose properties are referred to as "right-handed" or "RH properties" for short, and in which the group and phase velocities of the materials are rectified by continuous electromagnetic waves.

Aufgrund parasitärer Effekte (die durchaus erwünscht sein können), können Metamaterialen sowohl LH-Eigenschaften als auch RH-Eigenschaften aufweisen. Diese Arten der Materialien werden dann als CRLH-(Composite-Right-Left-Handed)-Materialien bezeichnet.Due to parasitic effects (which may be desirable), metamaterials can have both LH properties and RH properties. These types of materials are then referred to as CRLH (Composite Right-Left-Handed) materials.

Unter Ausnutzung beider Arten von Eigenschaften (linkshändisch, rechtshändisch) sind auf dem Gebiet der Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik Konzeptionen und Realisierungen neuartiger Einrichtungen und Geräte möglich.Utilizing both types of properties (left-handed, right-handed), concepts and realizations of novel devices and devices are possible in the field of high-frequency and microwave technology.

Bei der Untersuchung und dem Vergleich von realisierten Schaltungen mit Modellrechnungen hat es sich gezeigt, daß reine Metamaterialien und insbesondere auch CRLH-Materialien sinnvoll mit Hilfe einer erweiterten Leitungstheorie analysiert und modelliert werden können. Dazu werden Ersatzschaltungen verwendet, die einzelne Einheitszellen modellieren. Damit kann dann das Verhalten eines aus realen Einheitszellen aufgebauten Netzwerkes mit gängigen Verfahren und Hilfsmitteln berechnet werden (siehe C. Caloz und T. Itoh, ”Application of the Transmission Line Theory of Left-Handed (LH) Materials to the Realization of a Microstrip LH Transmission Line”, IEEE APS Int'l Symp., Vol. 2, S. 412–415, San Antonio, TX, Juni 2002).In the investigation and comparison of realized circuits with model calculations, it has been shown that pure metamaterials and in particular also CRLH materials can be usefully analyzed and modeled with the help of an extended theory of conduct. For this purpose, equivalent circuits are used which model individual unit cells. In this way, the behavior of a network built up from real unit cells can be calculated using common methods and tools (see C. Caloz and T. Itoh, "Application of the Transmission Line Theory of Left-Handed (LH) Materials to the Realization of a Microstrip LH Transmission Line ", IEEE APS Int'l Symp., Vol. 2, pp. 412-415, San Antonio, TX, June 2002).

Auch im Bereich der Funktechnik werden Metamaterialien verwendet. Der allgemein zunehmende Einsatz von Funktechnologien im Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich insbesondere bei Konsumentenanwendungen wie z. B. WLAN oder BluetoothTM erfordert immer bessere Sende- und Empfangsantennen für verschiedene Frequenzen.Also in the field of radio technology metamaterials are used. The generally increasing use of radio technology in the high-frequency and microwave range, especially in Consumer applications such. B. WLAN or Bluetooth TM requires ever better transmitting and receiving antennas for different frequencies.

Bei entsprechenden Geräten sind jedoch bislang relativ aufwendige und/oder mehrere Antennenanordnungen erforderlich, um eine qualitativ hochwertige Verbindung in verschiedenen Frequenzbändern bereitzustellen.In the case of corresponding devices, however, relatively expensive and / or multiple antenna arrangements have hitherto been required in order to provide a high-quality connection in different frequency bands.

Ein Hochfrequenz-Volumenresonator für magnetische Kernresonanz ist aus der Patentschrift EP 0 554 388 B1 mit der Bezeichnung „A RADIO FREQUENCY VOLUME RESONATOR FOR NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE” bekannt. Die Erfindung betrifft einen Radiofrequenz-Resonator für die Verwendung bei magnetischer Kernresonanz mit einem inneren Aufbau, der zwei koaxiale innere Hochfrequenzringstromwege hat, die entlang der durch sie definierten Achse voneinander beabstandet sind, und mit zumindest vier Verbindungswegen für Hochfrequenzstrom, die die inneren Ringstromwege miteinander verbinden. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator weiterhin zwei äußere Ringstromwege für Hochfrequenzstrom aufweist, die zu den inneren Ringstrompfaden koaxial und radial außerhalb derselben angeordnet sind, zumindest vier weitere Verbindungsstrompfade für Hochfrequenzstrom aufweist, die jedes Paar von axial benachbarten inneren und äußeren Ringstrompfaden miteinander verbinden, Schleifen zwischen einem äußeren Ringstrompfad und einem inneren Ringstrompfad, welche dieselben einschließen und einen äußeren Aufbau definieren und zumindest einen diskreten Kondensator, der in jeder Stromschleife in jedem äußeren Aufbau angeordnet ist und diese unterbricht, wodurch in Verbindung mit der Induktivität in jeder Schleife einschließlich der den elektrischen Leitern der Strompfade innewohnenden Induktivität jede Schleife in dem äußeren Aufbau ausschließlich derart resonant ist, dass kein Teil des inneren Aufbaus einen Kondensator aufweist, so dass es in dem inneren Aufbau allein keine Schleife gibt, die Resonanz zeigt.A high-frequency nuclear magnetic resonance resonator is known from the patent EP 0 554 388 B1 known as "A RADIO FREQUENCY VOLUME RESONATOR FOR NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE". The invention relates to a radio frequency resonator for use in nuclear magnetic resonance with an internal structure having two coaxial internal high-frequency annular flow paths spaced along the axis defined by them and having at least four high frequency current connection paths interconnecting the inner annular flow paths , It is characterized in that the resonator further comprises two outer high frequency current ring current paths coaxial with, and radially outward of, the inner ring current paths having at least four other high frequency current connection current paths connecting each pair of axially adjacent inner and outer ring current paths, Loops between an outer ring current path and an inner ring current path, which enclose them and define an outer structure, and at least one discrete capacitor arranged in and interrupting each outer loop in each current loop, thereby providing, in conjunction with the inductance in each loop including the electrical conductors of the current paths intrinsic inductance, each loop in the external structure is exclusively resonant such that no part of the internal structure has a capacitor, so that in the internal structure all into no loop that shows resonance.

Ein Temperatur Kompensier-Mechanismus für einen mikromechanischen Ring-Resonator ist in der Patentanmeldungsschrift EP 1 313 216 A2 mit der Bezeichnung „Temperature compensation mechanism for a micromechanical ring resonator” beschrieben. Diese Erfindung betrifft eine Zeitbasis, also ein Bauteil mit einem Resonator und einer elektronischen Schaltung, um diesen Resonator zusammen mit einem Oszillator zu betreiben, der in einer Zeitbasis benutzt werden kann. Dabei liegt das Schwergewicht der Erfindung auf Mechanismen, um den Einfluss der Temperatur auf die Oszillatorfrequenz zu kompensieren. Dabei werden interdigitale Topologien und ringförmige mikromechanische Strukturen für den Resonator verwendet.A temperature compensation mechanism for a micromechanical ring resonator is disclosed in the patent application EP 1 313 216 A2 described as "temperature compensation mechanism for a micromechanical ring resonator". This invention relates to a time base, that is to say a component having a resonator and an electronic circuit for operating this resonator together with an oscillator which can be used in a time base. The emphasis of the invention is on mechanisms to compensate for the influence of temperature on the oscillator frequency. Interdigital topologies and annular micromechanical structures are used for the resonator.

Aus der internationalen Veröffentlichung von Sanada et al mit dem Titel: ”Novel Zeroth-Order Resonance in Composite Right/Left-Handed Transmission Line Resonators Arbitrary”, veröffentlicht in: 2003 Asia-Pacific Microwave Conference Vol. 03, 2003, Seoul, Seite 1588–1591 sind geradlinige, lineare Leitungsresonatoren bekannt, welche ebenfalls mit CRLH-Material aufgebaut sind. Diese Resonatoren können entweder mit offenem oder mit kurzgeschlossenem Ende betrieben werden und haben dem entsprechend eine konstante Spannungsverteilung beziehungsweise Stromverteilung über die gesamte Leitungsstruktur. Zur Ankopplung der Signale werden ebenfalls Kapazitäten mit interdigitalen Strukturen verwendet.From the international publication of Sanada et al entitled: "Novel Zeroth Order Resonance in Composite Right / Left-Handed Transmission Line Resonators Arbitrary", published in: 2003 Asia-Pacific Microwave Conference Vol. 03, 2003, Seoul, page 1588 -1591 linear straight line resonators are known, which are also constructed with CRLH material. These resonators can be operated either with open or short-circuited end and accordingly have a constant voltage distribution or current distribution over the entire line structure. Capacitors with interdigital structures are also used to couple the signals.

Ein ringförmiger Resonator ist aus der Druckschrift JP 02 060206 A mit der Bezeichnung „RING TYPE RESONATOR” bekannt. Die Erfindung betrifft einen speziellen Ringresonator, in dem eine interdigitale Kapazität seriell integriert ist. Dabei beträgt die Länge der Fingerstrukturen der interdigitalen Kapazität hier eine viertel Wellenlänge und die Gesamtlänge der ringförmigen Transmissionsleitung des Resonators beträgt eine ganze oder eine halbe Wellenlänge. Durch diese Kombination wirkt die gesamte Anordnung sowohl als frequenzbestimmender Resonator als auch gleichzeitig als ein Filter, wodurch Nebenwellen, die sogenannten „Spurious”, wirksam unterdrückt werden.An annular resonator is from the document JP 02 060206 A known as "RING TYPE RESONATOR". The invention relates to a special ring resonator in which an interdigital capacitance is serially integrated. Here, the length of the finger structures of the interdigital capacitance is here a quarter wavelength and the total length of the annular transmission line of the resonator is a whole or a half wavelength. By this combination, the whole arrangement acts both as a frequency-determining resonator and at the same time as a filter, whereby spurious waves, the so-called "spurious", are effectively suppressed.

Aus der internationalen Veröffentlichung von Lin et al mit dem Titel: ”Arbitrary dual-band components using composite right/left-handed transmission lines”, veröffentlicht in: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.52, No.4, Seite 1142–1149, April 2004, doi: 10.1109/TMTT.2004.825747 sind ringförmige Koppler bekannt, welche ebenfalls mit CRLH-Material aufgebaut sind. Diese als Kopplerstrukturen verwendeten Bauteile ermöglichen einen Betrieb als Ringkoppler bei zwei unterschiedlichen Frequenzen. Dabei sind die jeweiligen galvanisch verbundenen Anschlüsse, die verwendeten konzentrierten Bauelemente und die Transmissionsleitungen so konstruiert, dass eine möglichst verlustarme gezielte Verteilung der eingespeisten Leistung auf die jeweiligen Ausgangstore erfolgt.From Lin et al International Publication entitled "Arbitrary dual-band components using composite right / left-handed transmission lines", published in: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.52, No.4, page 1142 -1149, April 2004, doi: 10.1109 / TMTT.2004.825747 annular couplers are known, which are also constructed with CRLH material. These components used as coupler structures allow operation as a ring coupler at two different frequencies. In this case, the respective galvanically connected terminals, the used concentrated components and the transmission lines are constructed so that a low-loss targeted distribution of the power fed to the respective output ports.

Bei den in dieser Veröffentlichung präsentierten ringförmigen Koppler-Topologien finden sich daher stets sowohl ein galvanisch mit der Ringstruktur verbundenes Eingangstor zur Einspeisung der zu verteilenden Leistung, als auch zwei galvanisch mit der Ringstruktur verbundene Ausgangstore sowie ein ebenfalls galvanisch mit der Ringstruktur verbundenes sogenanntes Isolationstor, welches zur Absorption eventuell fehlerhaft geführter Leistungsanteile stets mit einem angepassten Abschlusswiderstand versehen ist.In the presented in this publication annular coupler topologies are therefore always both an electrically connected to the ring structure input gate for feeding the power to be distributed, as well as two galvanically connected to the ring structure output ports and a likewise Galvanically connected to the ring structure so-called Isolationstor, which is always provided for the absorption of possibly erroneously performed performance shares with an adapted terminating resistor.

Im Gegensatz zu der in dieser Veröffentlichung beschriebenen Ringkoppler-Struktur, welche für den bestimmungsgemäßen Betrieb des ringförmigen Kopplers hier stets vier mit der Ringstruktur verbundene Anschlüsse benötigt, kommt eine ringförmige Antenne dagegen lediglich mit einem einzigen Anschluss zur Einspeisung der elektromagnetischen Leistung aus, weil die eingespeiste Leistung bei einer Antenne nicht auf diverse Tore verteilt, sondern bestimmungsgemäß in den umgebenden Freiraum abgestrahlt werden soll.In contrast to the ring coupler structure described in this publication, which always requires four connections connected to the ring structure for the intended operation of the annular coupler, an annular antenna only has a single connection for feeding in the electromagnetic power, because the injected one Power at an antenna not distributed to various goals, but intended to be emitted in the surrounding space.

Wegen der Verwendung von CRLH-Material, der ringförmigen Topologie und wegen der Möglichkeit des Betriebes bei unterschiedlichen Frequenzen zeigt die in dieser Veröffentlichung beschriebene Kopplerstruktur Ähnlichkeiten zu der hier beschriebenen Antenne und stellt somit den am nächsten kommenden Stand der Technik dar.Because of the use of CRLH material, the annular topology, and the ability to operate at different frequencies, the coupler structure described in this publication is similar to the antenna described herein, and thus represents the closest prior art.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität von Hochfrequenz- bzw. Mikrowellenverbindungen zu verbessern. Ein Aspekt der Erfindung ist insbesondere die Verbesserung der Kommunikationsqualität von Hochfrequenz- bzw. Mikrowellenverbindungen durch Ermöglichen eines Dual-Band Betriebs einer Antenne mit einer flexiblen und vielfachen Polarisierbarkeit (horizontal, vertikal, zirkular und Mischformen) bei zwei unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen.The invention has the object to improve the quality of high-frequency or microwave connections. In particular, one aspect of the invention is to improve the communication quality of radio frequency (RF) links by enabling dual band operation of an antenna with flexible and multiple polarizability (horizontal, vertical, circular, and hybrid) at two different operating frequencies.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Ring-Resonator gemäß Anspruch 1.This object is achieved with a ring resonator according to claim 1.

Bei solchen Ring-Resonatoren weist das Zusammenwirken der magnetischen und elektrischen Energiespeicher im Längszweig der Ersatzschaltung der Einheitszelle zwischen Ein- und Ausgangstor ein Reihenschwingkreis-Verhalten auf, während das Zusammenwirken der magnetischen und elektrischen Energiespeicher im Querzweig der Ersatzschaltung der Einheitszelle ein Parallelschwingkreis-Verhalten aufweist.In such ring resonators, the interaction of the magnetic and electrical energy storage in the longitudinal branch of the equivalent circuit of the unit cell between input and output port on a series resonant behavior, while the interaction of the magnetic and electrical energy storage in the transverse branch of the equivalent circuit of the unit cell has a parallel resonant behavior.

Durch das Verbinden der Einheitszellen zu einer geschlossenen Ringstruktur (oder anders ausgedrückt zu einer Kette, wobei betont sei, daß die Ringstruktur nicht notwendigerweise kreisförmig sein muß) lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Ring-Resonator periodische Randbedingungen in nahezu idealer Weise erfüllen. Dadurch können die Eigenschaften eines Metamaterials hervortreten, so daß ein Resonatortyp entsteht, der dann mit Hilfe der CRLH-Leitungstheorie an gewünschte Anforderungen angepaßt werden kann.By connecting the unit cells to a closed ring structure (or in other words to a chain, it being understood that the ring structure does not necessarily have to be circular), periodic boundary conditions can be fulfilled in a nearly ideal manner with the ring resonator according to the invention. As a result, the properties of a metamaterials can emerge, so that a resonator type is created, which can then be adapted to desired requirements by means of the CRLH conduction theory.

Zum Anpassen eines solchen Ring-Resonators an gegebene Anforderungen wird für die die Einheitszellen repräsentierende Ersatzschaltung mit den konzentrierten Elementen CL, LR, CR und LL folgende Dispersionsrelation verwendet:

Figure DE102005020326B4_0002
wobei
Figure DE102005020326B4_0003
For adapting such a ring resonator to given requirements, the following dispersion relation is used for the equivalent circuit representing the unit cells with the lumped elements C L , L R , C R and L L :
Figure DE102005020326B4_0002
in which
Figure DE102005020326B4_0003

Die Dispersionsrelation zeigt bei geeigneter Wahl der Parameter eine Bandlücke. Diese Bandlücke trennt einen ersten Frequenzbereich von einem zweiten Frequenzbereich (siehe hierzu auch 2) mit jeweils kontinuierlicher Dispersionsrelation. In dem einen (in 2 unteren) Frequenzbereich (als LH-Frequenzbereich bezeichnet) dominieren die LH-Eigenschaften des Metamaterials (Phasenkonstante β < 0).The dispersion relation shows a band gap if the parameters are suitably chosen. This band gap separates a first frequency range from a second frequency range (see also 2 ), each with a continuous dispersion relation. In the one (in 2 lower) frequency range (referred to as the LH frequency range) dominate the LH properties of the metamaterial (phase constant β <0).

In dem anderen (in 2 oberen) Frequenzbereich (als RH-Frequenzbereich bezeichnet) dominieren die RH-Eigenschaften des Metamaterials (β > 0). Dadurch ermöglicht der erfindungsgemäße Ring-Resonator einen Dual-Frequenz-Betrieb, wobei unter Ausnutzung der unterschiedlichen Eigenschaften des Metamaterials in den unterschiedlichen Frequenzbereichen für zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen, von denen jeweils eine in dem LH-Frequenzbereich und eine in dem RH-Frequenzbereich liegt, eine stehende Resonanzverteilung (sog. λ-Feldverteilung) erreicht wird. Dies ermöglicht bei beiden Frequenzen ein völlig äquivalentes Verhalten und somit bei beiden Frequenzen eine hocheffektive Abstrahlung und Polarisierung.In the other (in 2 upper) frequency range (referred to as RH frequency range) dominate the RH properties of the metamaterial (β> 0). Thereby, the ring resonator according to the invention enables a dual-frequency operation, taking advantage of the different properties of the metamaterials in the different frequency ranges for two different resonant frequencies, one of which is in the LH frequency range and one in the RH frequency range, a standing resonance distribution (so-called λ field distribution) is achieved. This allows a completely equivalent behavior at both frequencies and thus a highly effective radiation and polarization at both frequencies.

Der Ring-Resonator ist in einem LH-Frequenzbereich und einem RH-Frequenzbereich anregbar, wobei nach einer beide Frequenzbereiche zumindest partiell umfassenden Anregung mit elektromagnetischer Energie durch die Länge der Ringanordnung bestimmte Resonanzmoden mit einer allgemein auch als n·λ-Verteilung bezeichneten Feldverteilung entlang des Ringes (wobei n ∈ N+, N+ = Menge der positiven natürlichen Zahlen, λ = Wellenlänge des Resonanzmodes) im RH-Frequenzbereich und gleichzeitig Resonanzmoden mit der gleichen n·λ-Verteilung im LH-Bereich ausgebildet werden. The ring resonator is excitable in an LH frequency range and an RH frequency range, wherein after a two frequency ranges at least partially comprehensive excitation with electromagnetic energy through the length of the ring assembly certain resonance modes with a generally also referred to as n · λ distribution field distribution along the Ring (where n ∈ N + , N + = set of positive natural numbers, λ = wavelength of the resonance mode) in the RH frequency range and simultaneously resonant modes are formed with the same n · λ distribution in the LH range.

Vorteilhaft ist der Ring-Resonator so ausgebildet, daß nach der Anregung gleichzeitig zu den Resonanzmoden auch ein Strommode nullter Ordnung ausbreitungsfähig ist, der durch einen zugehörigen entlang des Ringes örtlich konstanten Strom und eine zugehörige Spannung, die entlang des Ringes überall gleich null ist, beschrieben ist.Advantageously, the ring resonator is designed so that after excitation simultaneously to the resonant modes and a zeroth order current mode is propagatable, which is described by an associated along the ring locally constant current and an associated voltage, which is everywhere equal to zero along the ring is.

Vorteilhaft ist der Ring-Resonator so ausgebildet, daß nach der Anregung gleichzeitig zu den Resonanzmoden und ggf. auch gleichzeitig zu dem Strommode nullter Ordnung ein Spannungsmode nullter Ordnung ausbreitungsfähig ist, der durch eine zugehörige entlang des Ringes örtlich konstante Spannung und einen zugehörigen Strom, der entlang des Ringes überall gleich null ist, beschrieben ist.Advantageously, the ring resonator is designed so that after excitation simultaneously to the resonant modes and possibly also simultaneously to the zero-order current mode, a zeroth-order voltage mode is capable of propagation, by an associated along the ring locally constant voltage and an associated current, the along the ring is zero everywhere is described.

Eine Speisung des Ring-Resonators kann über einen oder mehrere an den Ring aus Einheitszellen gekoppelte Speiseanschlüsse erfolgen. Je nach Speisestrategie bildet sich dann ein Spannungs- oder ein Strommaximum am Speisepunkt aus.A feed of the ring resonator may be via one or more coupled to the ring of unit cells feeder connections. Depending on the feed strategy, a voltage or maximum current then forms at the feed point.

Eine Entkopplung von zwei Speisepunkten kann bei um 90° versetzten Speisepunkten mit gleicher Speisung (Spannungsmaximum-Spannungsmaximum) oder (Strommaximum-Strommaximum) und bei um 180° versetzen Speisepunkten mit unterschiedlicher Speisung (Spannungmaximum-Strommaximum) erreicht werden.A decoupling of two feed points can be achieved at 90 ° offset feed points with the same supply (maximum voltage maximum) or (maximum current maximum) and 180 ° offset feed points with different supply (voltage maximum current maximum).

Die den Ring bildende Kette von gekoppelten Einheitszellen kann je nach Anforderungen kreisförmig, oval oder beliebig anders geformt sein. Bei Verwendung des Ring-Resonators als Antenne können durch gleichzeitige Speisung (ggf. mit einem Phasenversatz) an mehreren geeignet gewählten Speisepunkten des Ringes verschiedenste Polarisationen des Signals erreicht werden. So kann ein und derselbe Ring-Resonator verwendet werden, um bei zwei unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen horizontal, vertikal, 45°-gerichtet und rechtshändig- bzw. linkshändig-zirkular polarisierte Strahlung zu erzeugen. Eine Ausnutzung dieser verschiedenen Polarisationen auf Sender- und Empfängerseite verbessert die Verbindungsqualität bei Hochfrequenz- bzw. Mikrowellen-Funkverbindungen erheblich (siehe hierzu auch P. S. Neelakanta, et al., ”Making of a robust indoor Microwave Wireless Link: A novel scheme of polarization-sense diversity”, Microw. J., Aug. 2004).The chain of coupled unit cells forming the ring may be circular, oval or any other shape as required. When using the ring resonator as an antenna can be achieved by simultaneous feeding (possibly with a phase shift) at several suitably selected feed points of the ring a variety of polarizations of the signal. Thus, one and the same ring resonator can be used to generate horizontal, vertical, 45 ° -directed, and right-handed or left-handed circularly polarized radiation at two different operating frequencies. Utilization of these different polarisations on the transmitter and receiver side considerably improves the connection quality in high-frequency or microwave radio links (see also PS Neelakanta, et al., "Making a Robust Indoor Microwave Wireless Link: A novel scheme of polarization-sense diversity ", Microw J., Aug. 2004).

Vorzugsweise sind die Einheitszellen in zwei Dimensionen verteilt angeordnet. Diese Ausführung begünstigt einerseits die Symmetrie des Ring-Resonators, wie auch eine Vorzugsrichtung der Abstrahlung bei Verwendung des erfindungsgemäßen Ring-Resonators als Antenne. Ein derartiger Ring-Resonator kann ferner wegen der guten Zugänglichkeit aller Einheitszellen einfach gefertigt werden.Preferably, the unit cells are arranged distributed in two dimensions. This embodiment on the one hand favors the symmetry of the ring resonator, as well as a preferred direction of the radiation when using the ring resonator according to the invention as an antenna. Such a ring resonator can also be easily manufactured because of the good accessibility of all unit cells.

Eine besonders flexible und leistungsfähige Ausführung des erfindungsgemäßen Ring-Resonators wird erzielt, wenn die Energiespeicher, also Leitungen, Induktivitäten und/oder Kapazitäten, in einer Mehrlagenstruktur (Multilager) ausgebildet sind. In diesem Fall stehen verschiedenste Möglichkeiten zur Realisierung der Kapazitäten und Induktivitäten der Einheitszelle zur Verfügung.A particularly flexible and efficient embodiment of the ring resonator according to the invention is achieved when the energy storage, ie lines, inductors and / or capacitances, in a multi-layer structure (multilayer) are formed. In this case, various possibilities for realizing the capacities and inductances of the unit cell are available.

Die Kapazitäten können als Plattenkondensatoren innerhalb der Mehrlagenstruktur aufgebaut sein. Die Induktivitäten können als dreidimensionale Strukturen, z. B. als Helix-Spulen ausgebildet sein, womit große Induktivitätswerte realisiert werden können. Vorteilhaft ist wenigstens ein magnetischer und/oder elektrischer Energiespeicher als Hochfrequenzübertragungsleitung ausgebildet.The capacitances can be constructed as plate capacitors within the multilayer structure. The inductors can be used as three-dimensional structures, for. B. be designed as helical coils, which can be realized with high inductance values. Advantageously, at least one magnetic and / or electrical energy store is designed as a high-frequency transmission line.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mehrlagenstruktur als keramischer Verdrahtungsträger im Mehrlagenaufbau, gemeinhin als ”LTCC” bezeichnet (Low Temperature Cofired Ceramic), realisiert ist. Die Vorteile der LTCC-Technologie ermöglichen es, den erfindungsgemäßen Ring-Resonator in rascher und günstiger Weise, bei gleichzeitiger hervorragender Kontrolle der einzelnen Lagen zu fertigen.It is particularly advantageous if the multilayer structure is realized as a ceramic wiring carrier in multilayer construction, commonly referred to as "LTCC" (Low Temperature Cofired Ceramic). The advantages of the LTCC technology make it possible to manufacture the ring resonator according to the invention in a quick and favorable manner while at the same time providing excellent control of the individual layers.

Bei einem besonders einfachen Aufbau des Ring-Resonators ist vorgesehen, daß die Leitungen, Induktivitäten und Kapazitäten der Einheitszellen als Streifenleiter (Microstrip) auf einem Substrat ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform können alle bekannten und üblichen Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen angewandt werden.In a particularly simple structure of the ring resonator is provided that the lines, inductances and capacitances of the unit cells are formed as a strip conductor (microstrip) on a substrate. In this embodiment, all known and conventional methods for producing printed circuits can be used.

Auf einem Substrat, wie z. B. einer Leiterplatte, können die Streifenleiter derart aufgebracht werden, daß die Kapazität CL von einer geeigneten flächigen Streifenleiteranordnung gebildet ist. On a substrate, such. As a circuit board, the strip conductors can be applied such that the capacitance C L is formed by a suitable flat stripline assembly.

Die Induktivität LL kann als länglicher Streifenleiter bzw. als Stichleitung ausgebildet sein. Dabei sind die Kapazität CL und die Induktivität LL für das LH-Verhalten, und dementsprechend eine Kapazität CR und eine Induktivität LR für das RH-Verhalten einer Einheitszelle verantwortlich. Die Kapazität CR und die Induktivität LR können dann durch die Kapazität zwischen den Streifenleitern und einer Masselage bzw. durch den von dem Stromfluß in der Kapazitätsstruktur CL verursachten magnetischen Fluß hervorgerufen werden.The inductance L L may be formed as an elongated strip conductor or as a stub. In this case, the capacitance C L and the inductance L L are responsible for the LH behavior, and accordingly a capacitance C R and an inductance L R are responsible for the RH behavior of a unit cell. The capacitance C R and the inductance L R can then be caused by the capacitance between the strip conductors and a ground layer or by the caused by the current flow in the capacitance structure C L magnetic flux.

Vorzugsweise sind die Einheitszellen auf dem Substrat innerhalb einer Kreisfläche angeordnet, wobei jede Einheitszelle einen einer gleichmäßigen Aufteilung der Kreisfläche unter den Einheitszellen entsprechenden Kreisausschnitt belegt.Preferably, the unit cells are arranged on the substrate within a circular area, each unit cell occupying a circular area corresponding to a uniform distribution of the circular area under the unit cells.

Die Kreisfläche eines Substrates kann symmetrisch in n (n ∈ N+) gleiche Kreisausschnitte bzw. Flächensegmente unterteilt werden, wobei n die Anzahl der Einheitszellen ist. Jedes Segment wird dann mit einer Streifenleiteranordnung belegt, die gemäß der oben stehenden Beschreibung im Zusammenwirken mit dem Substrat und einer Masse-Ebene jeweils die konzentrierten Elemente einer Einheitszelle realisiert. In diesem Fall ist die Ringanordnung der Einheitszellen kreisrund, wobei ein Höchstmaß an Symmetrie zwischen den Einheitszellen erreicht wird.The circular area of a substrate can be subdivided symmetrically into n (n ∈ N + ) identical circular sections or area segments, where n is the number of unit cells. Each segment is then covered with a stripline arrangement which, in accordance with the above description, in cooperation with the substrate and a ground plane, respectively realizes the lumped elements of a unit cell. In this case, the ring arrangement of the unit cells is circular, whereby a maximum of symmetry between the unit cells is achieved.

Vorteilhaft kann eine der Kapazitäten (CR, CL) jeder Einheitszelle als Interdigitalkondensator ausgebildet sein. Ein derartiger Kondensator ist bei der Herstellung gedruckter Schaltungen leicht zu realisieren. Eine Kammstruktur von Leitungen ragt mit ihren Leitungs-Fingern in die Zwischenräume einer entsprechenden Gegenstruktur, ohne diese zu kontaktieren. Ein durchgehender Zwischenraum-Pfad trennt die Kammstrukturen voneinander, wobei der Zwischenraum-Pfad vorzugsweise mäanderförmig ausgebildet ist.Advantageously, one of the capacitances (C R , C L ) of each unit cell can be formed as an interdigital capacitor. Such a capacitor is easy to realize in the manufacture of printed circuits. A comb structure of lines protrudes with their line fingers in the interstices of a corresponding counter-structure, without contacting them. A continuous gap path separates the comb structures from one another, wherein the gap path is preferably meander-shaped.

Vorzugsweise ist wenigstens eine der Induktivitäten (LR, LL) jeder Einheitszelle als Stichleitung ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Stichleitungen derart sternförmig um ein Zentrum angeordnet sind, daß in dem Zentrum eine Kopplung zwischen den Stichleitungen besteht.Preferably, at least one of the inductors (L R , L L ) of each unit cell is formed as a stub. It is particularly advantageous if these stub lines are arranged in a star shape around a center in such a way that there is a coupling between the stubs in the center.

Die Ausbildung der Induktivität als Stichleitung ist die konzeptionell und herstellungstechnisch einfachste Realisierung einer Induktivität. Ein Aufeinandertreffen der Stichleitungen in einem Zentrum, in dem zwischen den Leitungen eine Kopplung besteht, begünstigt wiederum die Symmetrie der einzelnen Einheitszellen, da keine separate Kopplung jeder einzelnen Stichleitung erforderlich ist und eine damit verbundene potentielle Abweichung einzelner Kopplungspunkte ausgeschlossen ist. Die Art der Kopplung der Stichleitungen kann beliebig sein und beispielsweise in einer einfachen leitenden Verbindung bestehen.The formation of the inductance as spur line is the conceptually and manufacturing technically simplest realization of an inductance. A meeting of the stubs in a center in which there is a coupling between the lines, in turn favors the symmetry of the individual unit cells, since no separate coupling of each individual stub is required and an associated potential deviation of individual coupling points is excluded. The type of coupling of the stubs can be arbitrary and, for example, consist in a simple conductive connection.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Zentrum eine Durchkontaktierung (ein sog. ”Via-Hole”) der Stichleitungen zu einer Masse-Ebene ausgebildet. Die Stichleitungen nutzen dann die gemeinsame Durchkontaktierung, wodurch mögliche Symmetriestörungen durch einzelne Durchkontaktierungen der Stichleitungen vermieden werden.In a preferred embodiment, a through-hole (a so-called "via hole") of the branch lines to a ground plane is formed in the center. The stub lines then use the common via, whereby possible symmetry disturbances are avoided by individual vias of the stubs.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung ist statt der gemeinsamen Durchkontaktierung ein Varaktor im gemeinsamen Zentrum der Stichleitungen vorgesehen. Auf diese Weise kann auf die Resonanzfrequenz durch Veränderung der Kapazität des Varaktors Einfluß genommen werden, wodurch wird eine Abstimmbarkeit des Ring-Resonators erreicht wird.In another advantageous embodiment, a varactor in the common center of the stubs is provided instead of the common via. In this way, the resonance frequency can be influenced by changing the capacitance of the varactor, whereby a tunability of the ring resonator is achieved.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung.Further details and advantages of the invention will become apparent from the following purely exemplary and non-limiting description of two embodiments in conjunction with the drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt sowohl eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ring-Resonators aus acht Einheitszellen als auch eine Ersatzschaltung einer solchen Einheitszelle. 1 shows both a schematic representation of a ring resonator according to the invention of eight unit cells and an equivalent circuit of such a unit cell.

2 zeigt in einem Diagramm eine Auftragung der Dispersionsrelation des erfindungsgemäßen Ring-Resonators gemäß 1. 2 shows in a diagram a plot of the dispersion relation of the ring resonator according to the invention 1 ,

3 zeigt schematisch das Layout der gedruckten Streifenleiter des aus Mikrostreifen auf einem Substrat aufgebauten, acht Einheitszellen umfassenden Ring-Resonators gemäß 1. 3 Fig. 12 schematically illustrates the layout of the printed strip conductors of the ring cavity resonator constructed of microstrips on a substrate, comprising eight unit cells 1 ,

4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines vier Einheitszellen umfassenden Ring-Resonators. 4 shows a schematic perspective view of a four-unit cell comprising ring resonator.

5(a) zeigt die Strom- und die Spannungsverteilung entlang des Ring-Resonators gemäß 4 im sogenannten Spannungs- und im Strommode. 5 (a) shows the current and the voltage distribution along the ring resonator according to 4 in the so-called voltage and current mode.

5(b) zeigt eine Ersatzschaltung eines aus N (N ∈ N+) Einheitszellen bestehenden erfindungsgemäßen Ring-Resonators. 5 (b) shows an equivalent circuit of a ring resonator according to the invention consisting of N (N ∈ N + ) unit cells.

5(c) zeigt schematisch die dem Spannungsmode äquivalenten Ersatzschaltungen. 5 (c) schematically shows the voltage mode equivalent equivalent circuits.

5(d) zeigt schematisch die dem Strommode äquivalenten Ersatzschaltungen. 5 (d) schematically shows the current mode equivalent equivalent circuits.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Im folgenden werden unter Bezug auf die Zeichnungen rein beispielhaft und nicht beschränkend zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ring-Resonatoren beschrieben.In the following, two exemplary embodiments of ring resonators according to the invention will be described with reference to the drawings purely by way of non-limiting example.

Die schematische Darstellung des in 1 in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneten Ring-Resonators zeigt acht Einheitszellen, die zu einem kreisförmigen Ring angeordnet sind. Jede Einheitszelle belegt ein Achtel der Kreisfläche des gesamten Ring-Resonators.The schematic representation of in 1 in its entirety with 10 designated ring resonator shows eight unit cells, which are arranged in a circular ring. Each unit cell occupies one eighth of the circular area of the entire ring resonator.

Gemäß der Beschreibung des Ring-Resonators durch die CRLH-Leitungstheorie sind zwei zentralsymmetrische Leitungsringe aus jeweils acht Leitungen 12 und 14 dargestellt, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden und die mit ihren jeweils acht Kopplungspunkten 16 bzw. 18, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls jeweils nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden, die Einheitszellen bilden. Die Kopplungspunkte 16 und 18 sind an den Enden der Leitungen 12 und 14 vorgesehen und dienen der Kopplung jede Einheitszelle mit einer nachfolgenden bzw. einer vorhergehenden Einheitszelle.According to the description of the ring resonator by the CRLH-line theory, two centrally symmetric line rings are each made of eight lines 12 and 14 are shown, for reasons of clarity, only a few were provided with reference numerals and with their eight coupling points 16 respectively. 18 of which, for reasons of clarity, only a few have been provided with reference numerals which form unit cells. The coupling points 16 and 18 are at the ends of the pipes 12 and 14 provided and serve the coupling each unit cell with a subsequent or a previous unit cell.

Im Inneren der 1 ist eine Einheitszelle als Ersatzschaltung mit konzentrierten Elementen LR, CR, LL und CL dargestellt. Die in der Leitung 12 in Serie wirkende Induktivität LR und Kapazität CL sind dabei durch entsprechende Schaltsymbole als Kondensator bzw. Spule dargestellt. Zwischen die Leitungen 12 und 14 sind die Induktivität LL und Kapazität CR gekoppelt, die zueinander parallel geschaltet sind.Inside the 1 For example, a unit cell is shown as an equivalent circuit with lumped elements L R , C R , L L and C L. The in the line 12 in series acting inductance L R and capacitance C L are shown by corresponding symbols as a capacitor or coil. Between the lines 12 and 14 are the inductance L L and capacitance C R coupled, which are connected in parallel.

Die Länge p der zu einer Einheitszelle gehörenden Leitung 12 und 14 entspricht der Länge des Kreisbogens des entsprechenden Kreisausschnitts.The length p of the line belonging to a unit cell 12 and 14 corresponds to the length of the circular arc of the corresponding circular section.

Die zu dem in 1 gezeigten Ring-Resonator mit Hilfe der CRLH-Leitungstheorie berechneten Werte der Dispersionsrelation sind in dem Diagramm der 2 graphisch dargestellt. Die Dispersionsrelation für eine Anzahl von N (im vorliegenden Fall N = 8) Einheitszellen und den Modenindex n folgt dem Ausdruck:

Figure DE102005020326B4_0004
wobei
Figure DE102005020326B4_0005
The to the in 1 in the diagram of the ring resonator calculated using the CRLH-line theory, the values of the dispersion relation are shown in the diagram of FIG 2 shown graphically. The dispersion relation for a number of N (in this case N = 8) unit cells and the mode index n follows the expression:
Figure DE102005020326B4_0004
in which
Figure DE102005020326B4_0005

Die bei diesem Ausführungsbeispiel realisierten Werte für die konzentrierten Elemente der Einheitszelle betragen CL = 0,7 pF, LR = 3,4 nH, CR = 1,0 pF und LL = 4,2 nH. Auf den im Diagramm aufgetragenen Ästen 22 und 24 der Dispersionsrelation sind die vom Ring-Resonator unterstützten Resonanzen durch Punkte markiert, wobei die Frequenz (frequency) in 2 in GHz angegeben ist. Die Resonanzen sind äquidistant über die β-Achse des Diagramms verteilt, entsprechend der Resonanzbedingung βn = (2πn)/l, wobei l die Länge des Umfangs des Ring-Resonators ist.The values for the unit cell concentrated elements realized in this embodiment are C L = 0.7 pF, L R = 3.4 nH, C R = 1.0 pF, and L L = 4.2 nH. On the branches applied in the diagram 22 and 24 In the dispersion relation, the resonances supported by the ring resonator are marked by dots, with the frequency in 2 in GHz. The resonances are distributed equidistantly over the β-axis of the diagram, corresponding to the resonance condition β n = (2πn) / l, where l is the length of the circumference of the ring resonator.

Wie ausgeführt, zeigt der Ring-Resonator Eigenschaften eines Metamaterials. Der untere Ast 22 der Dispersionsrelation entspricht dem LH-Verhalten dieses Metamaterials und liegt dementsprechend bei niedrigeren Frequenzen. Der obere Ast 24 überstreicht den RH-Bereich bei höheren Frequenzen. As stated, the ring resonator exhibits properties of a metamaterial. The lower branch 22 The dispersion relation corresponds to the LH behavior of this metamaterial and is correspondingly at lower frequencies. The upper branch 24 sweeps the RH range at higher frequencies.

Wie bereits erwähnt trennt eine Bandlücke 26 den LH- von dem RH-Bereich.As mentioned earlier, a band gap separates 26 the LH of the RH area.

Das Layout der gedruckten Streifenleiter des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ring-Resonators 10 ist in 3 gezeigt. Als Leitermaterial ist dabei Kupfer verwendet worden. Acht Stichleitungen 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 und 44 sind sternförmig auf einem Substrat aus RT/Duroid 5880® aufgebracht, wobei sich alle Stichleitungen im Zentrum 46 der sternförmigen Anordnung treffen und benachbarte Stichleitungen jeweils einen Winkel von 45° einschließen.The layout of the printed stripline of the in 1 shown embodiment of a ring resonator according to the invention 10 is in 3 shown. Copper has been used as the conductor material. Eight stubs 30 . 32 . 34 . 36 . 38 . 40 . 42 and 44 are star-shaped on a substrate made of RT / Duroid 5880 ® , with all stubs in the center 46 meet the star-shaped arrangement and adjacent stubs each include an angle of 45 °.

Der vom Zentrum 46 zum Ende jeder der Stichleitungen 32 bis 44 gemessene Radius der sternförmigen Anordnung beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 15,30 mm. Jede Stichleitung hat eine Breite von 2,00 mm.The from the center 46 to the end of each stub line 32 to 44 measured radius of the star-shaped arrangement is in this embodiment 15.30 mm. Each stub has a width of 2.00 mm.

Bei dieser Ausführungsform kann auf eine Durchkontaktierung des gemeinsamen Zentrums der Stichleitungen zu einer Masse-Ebene verzichtet werden, da wegen des symmetrischen Aufbaus des Ring-Resonators bis auf eine Schwingungsmode nullter Ordnung des Ring-Resonators keine Schwingungsmode einen Stromfluß in der Durchkontaktierung erzeugte.In this embodiment, a via of the common center of the stub lines to a ground plane can be dispensed with because, due to the symmetrical design of the ring resonator except for a zero-order oscillation mode of the ring resonator, no oscillation mode generated a current flow in the via.

Zwischen den Stichleitungen sind jeweils Interdigitalkondensatoren 48 ausgebildet, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden. Die Finger der Interdigitalkondensatoren gehen jeweils von einer Stichleitung aus und sind durch einen mäanderförmigen Zwischenraum von den angrenzenden Kondensator-Fingern einer benachbarten Stichleitung getrennt. Der vom Zentrum 46 bis zu den äußeren Begrenzungen der Interdigitalkondensatoren gemessene Abstand beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 13,80 mm.Between the stubs are each interdigital capacitors 48 formed, for reasons of clarity, only a few have been provided with reference numerals. The fingers of the interdigital capacitors each start from a stub line and are separated by a meander-shaped gap from the adjacent capacitor fingers of an adjacent stub line. The from the center 46 Distance measured to the outer boundaries of the interdigital capacitors is 13.80 mm in this embodiment.

An der Stichleitungen 30 ist ein weiterer Interdigitalkondensator 50 mit einer Kapazität CC = 0,16 pF ausgebildet, der der Kopplung des Ring-Resonators 10 mit einer Anpassungsschaltung dient und der in dem strichpunktierten Oval A in 3 in Vergrößerung dargestellt ist.At the stubs 30 is another interdigital capacitor 50 formed with a capacitance C C = 0.16 pF, the coupling of the ring resonator 10 is used with a matching circuit and in the dash-dot oval A in 3 is shown in magnification.

Eine Übertragungsleitung 52 mit einer Länge von 9 mm und einer Breite von 0,4 mm ist mit dem Kondensator verbunden. Für die Speisung des Ring-Resonators 10 ist am anderen Ende der Leitung 52 ein (hier nicht weiter gezeigter) 50-Ω-Anschluß vorgesehen.A transmission line 52 with a length of 9 mm and a width of 0.4 mm is connected to the capacitor. For feeding the ring resonator 10 is at the other end of the line 52 a (not further shown here) 50 Ω connection provided.

Der gezeigte Ring-Resonator 10 arbeitet bei zwei Resonanzfrequenzen f–1 = 1,93 GHz und f+1 = 4,16 GHz, die in 2 durch gestrichelte Linien gekennzeichnet sind. Die Feldverteilung auf dem Ring-Resonator 10 ist bei beiden Frequenzen identisch, so daß identisch geformte Abstrahlungsmuster erzeugt werden. Diese Besonderheit wird durch die bei dem erfindungsgemäßen Ring-Resonator realisierte Ausnutzung der LH- und der RH-Eigenschaften in unterschiedlichen Frequenzbereichen möglich.The ring resonator shown 10 operates at two resonant frequencies f -1 = 1.93 GHz and f + 1 = 4.16 GHz, which in 2 are indicated by dashed lines. The field distribution on the ring resonator 10 is identical at both frequencies, so that identically shaped radiation patterns are generated. This feature is made possible by the utilization of the LH and RH properties in different frequency ranges realized in the ring resonator according to the invention.

Da die Speisung des Ring-Resonators 10 über einen Anschluß erfolgt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Polarisation der Abstrahlung nicht veränderbar. Sofern jedoch bei dem beschriebenen Ring-Resonator zwei um 90° versetzte Stichleitungen mit Anpassungsschaltungen und Speisepunkten versehen werden, kann die Abstrahlung unterschiedlich polarisiert erfolgen. Dazu erfolgt die Speisung des Ring-Resonators entweder ausschließlich an einem der Anschlüsse (horizontale oder vertikale Polarisation), oder an beiden Anschlüssen mit identischer Phase (45° Polarisation) oder mit einem Phasenversatz (zirkulare oder elliptische Polarisation).Because the feeding of the ring resonator 10 takes place via a connection, the polarization of the radiation is not changeable in this embodiment. However, if in the described ring resonator two staggered by 90 ° stubs are provided with matching circuits and feed points, the radiation can be done differently polarized. For this purpose, the supply of the ring resonator takes place either exclusively at one of the terminals (horizontal or vertical polarization), or at both terminals with identical phase (45 ° polarization) or with a phase offset (circular or elliptical polarization).

In 4 ist eine stark schematisierte perspektivische Ausschnittansicht eines vier Einheitszellen umfassenden Ring-Resonator 60 gezeigt, der hier in Form einer auf einem plattenförmigen Träger 61 ausgebildeten Mehrlagenstruktur realisiert ist.In 4 is a highly schematic perspective cutaway view of a four-unit cell ring resonator comprehensive 60 shown here in the form of a on a plate-shaped carrier 61 trained multi-layer structure is realized.

Die oberste Lage bilden kreuzförmig angeordnete Stichleitungen 62, 64, 66 und 68. Im Bereich der freien Enden der Stichleitungen gehen von jeder Stichleitung kreisbogenartig in Richtung der beiden jeweils benachbarten Stichleitungen jeweils vier kreisbogenartige Finger 70 aus, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden. Von jeder Stichleitung zweigen also im ganzen acht Finger 70 ab. Diese Finger bilden, wie oben im Zusammenhang mit 3 beschrieben, Interdigitalkondensatoren. Zur Speisung dient eine Mikrostreifen-Speiseleitung 72, die die mittlere Lage bildet.The uppermost layer is formed by cross-shaped stubs 62 . 64 . 66 and 68 , In the region of the free ends of the stub lines go from each stub arc-like in the direction of the two adjacent stubs each four circular arc-like fingers 70 of which, for reasons of clarity, only a few have been provided with reference numerals. From each stub branch in total eight fingers 70 from. These fingers form as related above 3 described, interdigital capacitors. To feed a microstrip feed line is used 72 which forms the middle position.

Eine Besonderheit sind die beiden zusätzlichen Moden nullter Ordnung, die eine konstante Spannungs- bzw. Stromverteilung entlang des Ring-Resonators zeigen. Der Spannungsmode entspricht dabei einer entlang des Ringes gleichverteilten Spannung, während der zugehörige Strom null ist. Der Strommode entspricht einem entlang des Ringes gleichverteilten Strom, während die zugehörige Spannung null ist. Die Ringstruktur ermöglicht dabei die gleichzeitige Existenz beider Moden nullter Ordnung. A special feature are the two additional zero-order modes, which show a constant voltage or current distribution along the ring resonator. The voltage mode corresponds to an equally distributed voltage along the ring, while the associated current is zero. The current mode corresponds to an equally distributed current along the ring, while the associated voltage is zero. The ring structure allows the simultaneous existence of both zeroth order modes.

Durch kombinierte elektrische/magnetische Kopplung kann ein Dual-Band-Betrieb beider Moden nullter Ordnung erreicht werden. Die Anpassung kann dabei durch die Speiseleitung 72 in der mittleren Lage erfolgen, die elektrisch (Spannungsmodeanregung) und magnetisch (Strommodeanregung) mit der Ringstruktur auf der oberen Lage koppelt.By combined electrical / magnetic coupling, a dual band operation of both zeroth order modes can be achieved. The adaptation can be done by the feed line 72 in the middle position, which couples electrically (voltage mode excitation) and magnetic (current sense excitation) to the ring structure on the top layer.

Im in 4 gezeigten Beispiel sind die Stichleitungen 62, 64, 66 und 68 im Zentrum des von den Einheitszellen gebildeten Ringes durchkontaktiert – es befindet sich dort ein sog. ”Via-Hole” 74. Durch Verwendung einer veränderbaren Kapazität (eines sog. Varaktors) anstelle des Via-Holes 74 kann die Resonanzfrequenz des Spannungsmodes einstellbar gemacht werden, ohne dadurch die Resonanzfrequenz des Strommodes zu beeinflussen.Im in 4 example shown are the stubs 62 . 64 . 66 and 68 through-contacted in the center of the ring formed by the unit cells - there is a so-called. "Via-Hole" 74 , By using a variable capacitance (a so-called varactor) instead of the via-hole 74 For example, the resonant frequency of the voltage mode can be made adjustable without affecting the resonant frequency of the current mode.

Die Fernfeldcharakteristik eines solchen Ring-Resonators kann im Spannungsmode durch einen elektrischen Monopol modelliert werden, während der Ring-Resonator im Strommode wie ein magnetischer Dipol über Masse abstrahlt.The far-field characteristic of such a ring resonator can be modeled in voltage mode by an electrical monopole, while the ring resonator in the current mode radiates over ground like a magnetic dipole.

Die Eigenschaften des in 4 gezeigten Ring-Resonators 60, sind in 5 schematisch zusammengefaßt, wobei die 5(a) die Strom- und die Spannungsverteilung entlang des Ring-Resonators einmal im Spannungsmode (in 5 als ”voltage mode” bezeichnet) und einmal im Strommode (in 5 als ”current mode” bezeichnet) zeigt. Die strichpunktierte Linie gibt dabei die Spannung (in 5 als ”voltage” bezeichnet), die gestrichelte Linie und den Strom (in 5 als ”current” bezeichnet) an.The properties of in 4 shown ring resonator 60 , are in 5 summarized schematically, the 5 (a) the current and the voltage distribution along the ring resonator once in the voltage mode (in 5 referred to as "voltage mode") and once in the current mode (in 5 as "current mode") shows. The dotted line indicates the voltage (in 5 referred to as "voltage"), the dashed line and the current (in 5 referred to as "current").

5(b) zeigt ein Ersatzschaltbild eines aus N (N ∈ N+) Einheitszellen bestehenden Ring-Resonators. 5 (b) shows an equivalent circuit of a consisting of N (N ∈ N + ) unit cell ring resonator.

In der Nähe der Resonanzfrequenz des Spannungsmodes kann der Ring-Resonator durch die in 5(c), in der Nähe der Resonanzfrequenz des Strommodes durch die 5(d) gezeigte Ersatzschaltung modelliert werden.In the vicinity of the resonance frequency of the voltage mode, the ring resonator can by the in 5 (c) , near the resonant frequency of the current mode through the 5 (d) Replacement circuit shown are modeled.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen möglich. So kann der Ring-Resonator mit verschiedensten bekannten Techniken und Methoden realisiert werden, wie z. B. auch mit Methoden der Oberflächenmontagetechnik, sofern der gewünschte Frequenzbereich dies erlaubt. Außerdem können die zur Realisierung des Einheitszellen-Netzwerks erforderlichen Kapazitäten und Induktivitäten auf beliebige Weise, als zwei- oder dreidimensionale Strukturen realisiert werden. Auch die Form des Ringes der Einheitszellen ist unter Berücksichtigung der gewünschten Anwendung frei wählbar. Wesentlich ist lediglich, daß die Einheitszellen in der beschriebenen Weise aufgebaut, d. h. das beschriebene Verhalten zeigen, und miteinander zu einer geschlossenen Kette bzw. zu einem Ring verbunden sind. Die Verwendung entsprechender Ring-Resonatoren zum Senden und/oder Empfangen ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.Within the scope of the inventive concept, numerous modifications are possible. Thus, the ring resonator can be realized by a variety of known techniques and methods, such. B. also with methods of surface mounting technology, if the desired frequency range allows. In addition, the capacities and inductances required to realize the unit cell network can be realized in any manner, as two- or three-dimensional structures. The shape of the ring of the unit cells is freely selectable taking into account the desired application. It is only essential that the unit cells constructed in the manner described, d. H. show the behavior described, and are connected together to form a closed chain or a ring. The use of corresponding ring resonators for transmitting and / or receiving is likewise provided by the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Ring-ResonatorRing Resonator
1212
Leitungmanagement
1414
Leitungmanagement
1616
Kopplungspunktcoupling point
1818
Kopplungspunktcoupling point
2222
Astbranch
2424
Astbranch
2626
Bandlückebandgap
3030
Stichleitungstub
3232
Stichleitungstub
3434
Stichleitungstub
3636
Stichleitungstub
3838
Stichleitungstub
4040
Stichleitungstub
4242
Stichleitungstub
4444
Stichleitungstub
4646
Zentrumcenter
5050
InterdigitalkondensatorInterdigital capacitor
5252
Übertragungsleitungtransmission line
6060
Ring-ResonatorRing Resonator
6161
Trägercarrier
6262
Stichleitungstub
6464
Stichleitungstub
6666
Stichleitungstub
6868
Stichleitungstub
7070
Fingerfinger
7272
Mikrostreifen-SpeiseleitungMicrostrip feed line
7474
Via-HoleVia hole

Claims (28)

Ring-Resonator, welcher als Antenne verwendet wird (10; 60) – umfassend wenigstens zwei in Reihe geschaltete Einheitszellen in Form von Zweitoren mit jeweils einem Eingangstor und einem Ausgangstor, – wobei jede Einheitszelle wenigstens zwei voneinander unabhängige magnetische sowie wenigstens zwei voneinander unabhängige elektrische Energiespeicher bereitstellt und – wobei jede Einheitszelle eine Reihenschaltung eines ersten elektrischen Speichers und eines ersten magnetischen Speichers in der ersten Leitung (12) und eine Parallelschaltung eines zweiten elektrischen Speichers und eines zweiten magnetischen Speichers zwischen der ersten Leitung (12) und der zweiten Leitung (14) aufweist. dadurch gekennzeichnet, daß – die Einheitszellen derart hintereinander in einer Ringstruktur angeordnet und gekoppelt sind, daß jede Einheitszelle jeweils mit einer in Ringrichtung vorangehenden und einer in Ringrichtung nachfolgenden Einheitszelle gekoppelt ist, wobei jeweils erste Leitungen (12) und jeweils zweite Leitungen (14) der gekoppelten Einheitszellen miteinander verbunden sind, – wobei genau zwei Resonanzverteilungen angeregt werden, bei denen die Resonanzfrequenzen {fse, fsh} unterschiedlich oder gleich und nicht von der Anzahl der Einheitszellen im Ring abhängig sind, wobei bei der durch die Serienresonanz fse bestimmten Stromverteilung ein konstanter Strom (ungleich 0) zwischen alle Toren fließt, und wobei bei der durch die Parallelresonanz fsh bestimmten Spannungsverteilung eine konstante Spannung (ungleich 0) an jedem Tor anliegt, – wobei genau zwei weitere Resonanzverteilungen angeregt werden, wobei eine Resonanzfrequenz f+1 > max{fse, fsh} und eine Resonanzfrequenz f–1 < min{fse, fsh} dieselbe örtliche Strom-/Spannungsverteilung entlang der Tore der Einheitszellen in der Ringanordnung erzeugen.Ring resonator, which is used as an antenna ( 10 ; 60 Each unit cell providing at least two mutually independent magnetic and at least two mutually independent electrical energy stores, each unit cell having a series connection of a first electrical storage unit and at least two series-connected unit cells in the form of two-ported ones; a first magnetic memory in the first line ( 12 ) and a parallel connection of a second electrical memory and a second magnetic memory between the first line ( 12 ) and the second line ( 14 ) having. CHARACTERIZED IN THAT - the unit cells are arranged and coupled in a ring structure one behind the other in such a way that each unit cell is in each case coupled to a unit cell preceding in the direction of the ring and a unit cell following in the direction of the ring, in each case first lines ( 12 ) and in each case second lines ( 14 ) of the coupled unit cells are connected to each other, - exactly two resonant distributions are excited, in which the resonance frequencies {f se , f sh } are different or equal and not dependent on the number of unit cells in the ring, wherein the by the series resonance f se a constant current (not equal to 0) flows between all gates, and wherein at the voltage distribution determined by the parallel resonance f sh a constant voltage (not equal to 0) is applied to each gate, - exactly two further resonant distributions are excited, a resonant frequency f +1 > max {f se , f sh } and a resonant frequency f -1 <min {f se , f sh } generate the same local current / voltage distribution along the gates of the unit cells in the ring assembly. Ring-Resonator (10; 60) für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 1, gebildet aus einer Mehrzahl jeweils durch eine Ersatzschaltung mit konzentrierten Elementen in Form von Kapazitäten und Induktivitäten darstellbarer identischer Einheitszellen, – wobei die magnetischen Energiespeicher die Induktivitäten und die elektrischen Energiespeicher die Kapazitäten sind.Ring resonator ( 10 ; 60 ) for electromagnetic waves according to claim 1, formed from a plurality each representable by an equivalent circuit with lumped elements in the form of capacitances and inductances identical unit cells, - wherein the magnetic energy storage, the inductors and the electrical energy storage are the capacitances. Ring-Resonator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Resonator in einem LH-Frequenzbereich, in dem die Gruppen- und Phasengeschwindigkeiten einer den Resonator durchlaufenden elektromagnetischen Wellen entgegengesetzt gerichtet sind, und in einem RH-Frequenzbereich, in dem die Gruppen- und Phasengeschwindigkeiten einer den Resonator durchlaufenden elektromagnetischen Wellen gleichgerichtet sind, angeregt werden, wobei nach einer beide Frequenzbereiche zumindest partiell umfassenden Anregung mit elektromagnetischer Energie durch die Länge der Ringanordnung bestimmte Resonanzmoden mit einer n·Lambda-Verteilung entlang des Ringes (n ∈ N+, Lambda = Wellenlänge des Resonanzmodes) im RH-Frequenzbereich und gleichzeitig Resonanzmoden mit der gleichen n·Lambda-Verteilung im LH-Bereich ausgebildet werden.A ring resonator according to claim 1 or 2, wherein the resonator is in an LH frequency range in which the group and phase velocities of an electromagnetic wave passing through the resonator are oppositely directed, and in an RH frequency range in which the group and phase velocities of a After the electromagnetic energy propagating through the resonator are excited by the length of the ring arrangement, certain resonant modes with an n · lambda distribution along the ring (n ∈ N +, lambda = wavelength of the resonance mode ) in the RH frequency range and at the same time resonant modes with the same n · lambda distribution in the LH range are formed. Ring-Resonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ring-Resonator nach der beide Frequenzbereiche zumindest partiell umfassenden Anregung mit elektromagnetischer Energie gleichzeitig zu den Resonanzmoden mit n·Lambda-Verteilung eine Resonanzmode nullter Ordnung (Strommode) angeregt wird, die durch einen zugehörigen entlang des von den Einheitszellen gebildeten Ringes örtlich konstanten Strom und eine zugehörige an den Toren anliegende Spannung, die entlang des Ringes überall gleich null ist, beschrieben ist.Ring resonator according to claim 3, characterized in that simultaneously to the resonance modes with n x lambda distribution a resonant zero-order mode (power mode) is excited in the ring resonator at least partially full after both frequency ranges excitation with electromagnetic energy passing through a associated locally along the formed by the unit cell ring locally constant current and an associated voltage applied to the gates, which is everywhere along the ring is zero, is described. Ring-Resonator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ring-Resonator nach der beide Frequenzbereiche zumindest partiell umfassenden Anregung mit elektromagnetischer Energie gleichzeitig zu den Resonanzmoden und ggf. gleichzeitig dem Strommode ein Spannungsmode nullter Ordnung angeregt wird, der durch eine zugehörige entlang des von den Einheitszellen gebildeten Ringes örtlich an den Toren konstante Spannung und einen zugehörigen Strom, der entlang des Ringes überall gleich null ist, beschrieben ist. Ring resonator according to claim 3 or 4, characterized in that in the ring resonator after the two frequency ranges at least partially comprehensive excitation with electromagnetic energy simultaneously to the resonant modes and possibly simultaneously the current mode a zero-order voltage mode is excited by an associated along the ring formed by the unit cells locally at the gates constant voltage and an associated current, which is equal to zero along the ring, is described. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheitszelle in zwei Dimensionen verteilt angeordnet ist.Ring resonator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the unit cell is arranged distributed in two dimensions. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen und magnetischen Energiespeicher, wie insbesondere Leitungen, Kapazitäten und Induktivitäten, der Einheitszelle in einer Mehrlagenstruktur ausgebildet sind.Ring resonator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the electrical and magnetic energy stores, in particular lines, capacitances and inductances, of the unit cell are formed in a multilayer structure. Ring-Resonator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrlagenstruktur ein LTCC-Keramiksubstrat aufweist.Ring resonator according to claim 7, characterized in that the multilayer structure comprises an LTCC ceramic substrate. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen und magnetischen Energiespeicher, wie insbesondere Leitungen, Kapazitäten und Induktivitäten, der Einheitszelle als gedruckte Strukturen (Microstrip) auf einem Substrat ausgebildet sind.Ring resonator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the electrical and magnetic energy stores, in particular lines, capacitances and inductances, of the unit cell are designed as printed structures (microstrip) on a substrate. Ring-Resonator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheitszellen auf dem Substrat innerhalb einer Kreisfläche angeordnet sind, wobei jede Einheitszelle, einen der gleichmäßigen Aufteilung der Kreisfläche unter der Einheitszellen entsprechenden Kreisausschnitt belegt.Ring resonator according to Claim 9, characterized in that the unit cells are arranged on the substrate within a circular area, each unit cell occupying a circular area corresponding to the uniform distribution of the circular area under the unit cells. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elektrischer und/oder magnetischer Energiespeicher einer Einheitszelle als interdigitale Fingerstruktur ausgebildet ist.Ring resonator according to one of Claims 1 to 10, characterized in that at least one electrical and / or magnetic energy store of a unit cell is designed as an interdigitated finger structure. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jede Einheitszelle zwei Kapazitäten (CR, CL) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Kapazitäten (CR, CL) jeder Einheitszelle als Interdigitalkondensator ausgebildet ist.Ring resonator according to one of claims 1 to 11, wherein each unit cell comprises two capacitances (C R , C L ), characterized in that at least one of the capacitances (C R , C L ) of each unit cell is formed as an interdigital capacitor. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei jede Einheitszelle zwei Induktivitäten (LR, LL) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Induktivitäten (LR, LL) jeder Einheitszelle als Stichleitung ausgebildet ist.Ring resonator according to one of claims 1 to 12, wherein each unit cell comprises two inductors (L R , L L ), characterized in that at least one of the inductors (L R , L L ) of each unit cell is formed as a stub. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elektrischer oder magnetischer Energiespeicher als mäandrierte- oder helixförmige Leitungsstruktur ausgebildet ist.Ring resonator according to any one of claims 1 to 13, characterized in that an electrical or magnetic energy storage is formed as mäandrierte- or helical line structure at least. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein magnetischer und/oder elektrischer Energiespeicher als Hochfrequenzübertragungsleitung ausgebildet ist.Ring resonator according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least one magnetic and / or electrical energy store is designed as a high-frequency transmission line. Ring-Resonator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzübertragungsleitung an einem Ende mit Masse verbunden ist und eine kurzgeschlossene Stichleitung bildet.Ring resonator according to claim 15, characterized in that the high-frequency transmission line is connected at one end to ground and forms a short stub. Ring-Resonator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzübertragungsleitungen sternförmig um ein Zentrum angeordnet sind und eine Kopplung in Form einer galvanischen Verbindung zwischen den Leitungen besteht.Ring resonator according to claim 15, characterized in that the high-frequency transmission lines are arranged in a star shape around a center and there is a coupling in the form of a galvanic connection between the lines. Ring-Resonator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum über eine Durchkontaktierung (Via-Hole) mit Masse verbunden ist.Ring resonator according to claim 17, characterized in that the center is connected via a via (via hole) to ground. Ring-Resonator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum keine Durchkontaktierung und keine Masseverbindung aufweist.Ring resonator according to claim 17, characterized in that the center has no via hole and no ground connection. Ring-Resonator nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum über ein steuerbares Bauelement, insbesondere einen Varaktor oder Transistor, mit Masse verbunden ist.Ring resonator according to Claim 17, characterized in that the center is connected to ground via a controllable component, in particular a varactor or transistor. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, da zwischen benachbarten Hochfrequenzübertragungsleitungen jeweils ein eine Anzahl von Leitungsfingern umfassender Interdigitalkondensator angeordnet ist, wobei von jeder Hochfrequenzübertragungsleitung Leitungsfinger eines Interdigitalkondensators ausgehen. Ring resonator according to one of Claims 17 to 20, characterized in that a respective interdigital capacitor comprising a number of line fingers is arranged between adjacent high-frequency transmission lines, wherein line fingers of an interdigital capacitor emanate from each high-frequency transmission line. Ring-Resonator nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elektrischer oder magnetischer Energiespeicher mit einem oder mehreren diskreten steuerbaren aktiven Bauelementen, insbesondere einem Transistor oder Varaktor, realisiert ist.Ring resonator according to Claims 1 to 21, characterized in that at least one electrical or magnetic energy store is realized with one or more discrete controllable active components, in particular a transistor or varactor. Ring-Resonator nach Anspruch 22, wobei der Ring-Resonator auf einem Halbleiter-Substrat aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine aktive Bauelement auf dem Substrat integriert ist.The ring resonator of claim 22, wherein the ring resonator is constructed on a semiconductor substrate, characterized in that the at least one active device is integrated on the substrate. Ring-Resonator nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speisetor zur magnetischen, elektrischen oder galvanischen Einkopplung von Leistung vorgesehen ist.Ring resonator according to claim 1 to 23, characterized in that a feed gate for magnetic, electrical or galvanic coupling of power is provided. Ring-Resonator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei unterschiedliche Einkopplungspunkte zur Einspeisung von Leistungssignalen gleicher und/oder unterschiedlicher Amplitude und Phase vorgesehen sind.Ring resonator according to claim 24, characterized in that at least two different injection points are provided for feeding power signals of equal and / or different amplitude and phase. Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 13 oder 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Stichleitung bzw. einer Hochfrequenzübertragungsleitung eine Anpassungsschaltung mit einem Speiseanschluß vorgesehen ist.Ring resonator according to one of Claims 13 or 15 to 21, characterized in that a matching circuit with a supply connection is provided on at least one stub line or a high-frequency transmission line. Ring-Resonator nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens zwei um jeweils 90° versetzten Stichleitungen bzw. Hochfrequenzübertragungsleitungen Anpassungsschaltungen mit jeweils einem Speiseanschluß vorgesehen sind.Ring resonator according to Claim 26, characterized in that adaptation circuits each having a feed connection are provided on at least two stub lines or high-frequency transmission lines offset by 90 ° in each case. Verfahren zum Senden und Empfangen hochfrequenter Energie mit einem Ring-Resonator nach einem der Ansprüche 1–27.A method of transmitting and receiving high frequency energy with a ring resonator according to any of claims 1-27.
DE102005020326.4A 2005-02-27 2005-04-30 Ring resonator antenna Expired - Fee Related DE102005020326B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005020326.4A DE102005020326B4 (en) 2005-02-27 2005-04-30 Ring resonator antenna

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005009331.0 2005-02-27
DE102005009331 2005-02-27
DE102005020326.4A DE102005020326B4 (en) 2005-02-27 2005-04-30 Ring resonator antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102005020326A1 DE102005020326A1 (en) 2006-09-07
DE102005020326B4 true DE102005020326B4 (en) 2014-08-21

Family

ID=36848229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005020326.4A Expired - Fee Related DE102005020326B4 (en) 2005-02-27 2005-04-30 Ring resonator antenna

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005020326B4 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5212450A (en) * 1990-10-25 1993-05-18 Fox Chase Cancer Center Radio frequency volume resonator for nuclear magnetic resonance
IL149397A0 (en) * 1999-11-02 2002-11-10 Ebauchesfabrik Eta Ag Time base comprising an integrated micromechanical ring resonator

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Caloz, C.; Itoh, T., "Application of the transmission line theory of left-handed (LH) materials to the realization of a microstrip 'LH line'", Antennas and Propagation Society International Symposium, 2002. IEEE , Vol. 2, S. 412-415 2002, doi: 10.1109/APS.2002.1016111
I-Hsiang Lin; DeVincentis, M.; Caloz, C.; Itoh, T., "Arbitrary dual-band components using composite right/left-handed transmission lines", Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on , Vol.52, No.4, S.1142-1149, April 2004, doi: 10.1109/TMTT.2004.825747
NEELAKANTA, P. S.; PREEDALUMPABUT, W.; MORGERA, S. Making of a robust indoor microwave wireless link: "A novel scheme of polarization-sense diversity", Microwave Journal, 2004, 47. Jg., Nr. 8, S. 84-86.
Sanada et al: Novel Zeroth-Order Resonance in composite Right/Left-handed Transmission Line Resonators. In: 2003 Asia-Pacific Microwave Conference Vol.3, 203, Seoul, Korea, S.1588-1591

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005020326A1 (en) 2006-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10319093B3 (en) antenna device
DE60118449T2 (en) Surface mounted antenna and communication device with such an antenna
DE10247543B4 (en) loop antenna
DE69724469T2 (en) NARROW-BAND COUPLED DIRECTIONAL COUPLER IN A MULTILAYER PACK
DE60034042T2 (en) FRAME ANTENNA WITH FOUR RESONANCE FREQUENCIES
DE112009001935B4 (en) Antenna and radio communication device
DE10248477B4 (en) LC high-pass filter circuit device, LC laminated high-pass filter device, multiplexer and radio communication device
DE60308599T2 (en) Highly efficient interdigital filters
DE60104756T2 (en) Surface mounted antenna, method of adjusting and adjusting the two-frequency resonance of the antenna and communication device with such an antenna
DE102006061141B4 (en) High frequency filter with blocking circuit coupling
EP1759438B1 (en) Antenna
DE10140804A1 (en) Antenna device for portable telephone, has LC parallel resonance circuit which resonates at frequency equal to center frequency in lower frequency band
DE2656729C3 (en) Broadband dipole antenna
DE112017004788T5 (en) ANTENNA DEVICE AND ELECTRONIC EQUIPMENT
EP2991159B1 (en) Feed network for antenna systems
DE102015009221A1 (en) Improved dual-band tunable bandpass filter
DE102006008500A1 (en) Transmitting circuit, antenna duplexer and high-frequency switch
DE10065510C2 (en) Resonator, filter and duplexer
DE602005001762T2 (en) Microwave bandpass filter
WO2004109842A1 (en) High-frequency filter, particularly provided in the style of a duplex filter
DE102005020326B4 (en) Ring resonator antenna
DE202010016850U1 (en) RF power coupler
DE102014220640B4 (en) Switchable frequency filter
DE69828389T2 (en) ANTENNA AND DINING FOR THIS
DE19723286A1 (en) Device for filtering high-frequency signals

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R082 Change of representative

Representative=s name: CBDL PATENTANWAELTE, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: OTTO, SIMON, DE

Free format text: FORMER OWNER: UNIVERSITAET DUISBURG-ESSEN, 45141 ESSEN, DE

Effective date: 20120626

Owner name: RENNINGS, ANDREAS, DR.-ING., DE

Free format text: FORMER OWNER: UNIVERSITAET DUISBURG-ESSEN, 45141 ESSEN, DE

Effective date: 20120626

R082 Change of representative

Representative=s name: CBDL PATENTANWAELTE, DE

Effective date: 20120626

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: RENNINGS, ANDREAS, DR.-ING., DE

Free format text: FORMER OWNERS: OTTO, SIMON, DR., 45468 MUELHEIM, DE; RENNINGS, ANDREAS, DR.-ING., 47652 WEEZE, DE

Effective date: 20130228

Owner name: OTTO, SIMON, DE

Free format text: FORMER OWNERS: OTTO, SIMON, DR., 45468 MUELHEIM, DE; RENNINGS, ANDREAS, DR.-ING., 47652 WEEZE, DE

Effective date: 20130228

Owner name: OTTO, SIMON, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIMON OTTO,ANDREAS RENNINGS, , DE

Effective date: 20130228

Owner name: RENNINGS, ANDREAS, DR.-ING., DE

Free format text: FORMER OWNER: SIMON OTTO,ANDREAS RENNINGS, , DE

Effective date: 20130228

R082 Change of representative

Representative=s name: CBDL PATENTANWAELTE, DE

Effective date: 20130228

R082 Change of representative
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20141101