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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Resonator, insbesondere einen Hochfrequenzresonator, sowie ein Filter, das einen solchen Resonator aufweist.
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HINTERGRUND
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Resonatoren und Filter können ein Dielektrikum nutzen, dessen Permittivität angepasst werden kann, um eine Resonanzfrequenz oder Mittenfrequenz im Resonator vorzugeben. Hierbei wird ein elektrisches Steuerfeld verwendet, welches mittels einer auf LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) über Widerstandsschichten aufgebrachten Elektrodenstruktur erzeugt wird. Die LTCC und damit die Elektrodenstrukturen werden an Begrenzungswänden des Hohlraumresonators angebracht.
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Werden solche Resonatoren in Satelliten eingesetzt, so unterliegen die Resonatoren im Weltraum teilweise großen Temperaturschwankungen von 100 K oder noch mehr. Diese Temperaturschwankungen führen dazu, dass die genutzten Komponenten sich auf Grund ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten möglicherweise unterschiedlich stark ausdehnen oder kontrahieren. Diese Unterschiede können beispielsweise über ein Kompensationsvolumen ausgeglichen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Ausgleich für Volumenschwankungen von Komponenten in einem einstellbaren Resonator bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Resonator für ein Filter angegeben. Der Resonator weist ein Resonatorgehäuse, einen Behälter mit einem Flüssigkristall und ein Kompensationselement auf. In dem Resonatorgehäuse ist ein Resonatorraum ausgebildet. Der Behälter weist eine Kavität auf, in der ein Flüssigkristall aufgenommen ist, wobei der Behälter zumindest teilweise in dem Resonatorraum angeordnet ist. Das Kompensationselement ist in der Kavität des Behälters angeordnet. Das Kompensationselement hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher niedriger ist als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Flüssigkristalls.
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Der Behälter muss nicht vollständig in dem Resonatorraum angeordnet sein. Vielmehr ist es ausreichend, wenn nur ein Teil des Behälters in dem Resonatorraum angeordnet ist. Der Behälter ist dabei insbesondere so angeordnet, dass sich zumindest ein Teil des Flüssigkristalls in dem Resonatorraum befindet. Der Behälter bildet somit ein Dielektrikum, welches die Resonanzfrequenz des Resonators beeinflusst.
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Das Resonatorgehäuse kann beispielsweise einen Bodenabschnitt aufweisen, der einstückig mit den Resonatorraum begrenzenden Seitenwänden ausgebildet ist, so dass das Resonatorgehäuse zumindest teilweise becherförmig ausgebildet ist. Das offene Ende dieses Aufbaus kann durch einen Deckel verschlossen werden, der dann einen Teil des Resonatorgehäuses bildet. Die genannten Elemente des Resonatorgehäuses können aus dem gleichen Material, beispielsweise einem Metall, hergestellt sein. Das Resonatorgehäuse kann Gewindebohrungen aufweisen, in die Montageschrauben zum Befestigen des Deckels eingeschraubt werden können.
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Der Resonatorraum kann eine Innenwand, beispielsweise eine zylindrische Innenwand, aufweisen, welche den Resonatorraum zumindest abschnittsweise begrenzt und sich um den Resonatorraum herum erstreckt. Die Innenwand kann durch zwei Blendenöffnungen unterbrochen sein oder es können Blendenöffnungen in der Innenwand vorgesehen sein.
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Eine Elektrodenkonfiguration zum Erzeugen eines elektrischen Steuerfelds kann an dem Behälter angeordnet sein.
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Flüssigkristallmaterialien haben eine Dielektrizitätszahl, die sich steuern lässt. Damit kann ein Filter z.B. auf einem Satellit im All in der Mittenfrequenz verstimmt werden, wenn die Resonatoren (teils) mit Flüssigkristallmaterial gefüilt sind. Dies ist sehr vorteilhaft. Dabei muss aber mit zusätzlichen Maßnahmen die Eigenschaft des Flüssigkristalls, dass er über Temperatur eine erhebliche Volumenausdehnung zeigt, kompensiert werden.
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Der Behälter ist aus einem bestimmten Material gefertigt und dieses Material hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Ebenso hat der Flüssigkristall einen bestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Typischerweise unterscheiden sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Behälters und des Flüssigkristall. Dies führt dazu, dass sich der Behälter und der Flüssigkristall bei hohen Temperaturschwankungen unterschiedlich stark ausdehnen oder kontrahieren. Typischerweise hat der Flüssigkristall einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher höher ist als der thermische Ausdehnungskoeffizienten des Behälters. Bei Erwärmung hat der Flüssigkristall beispielsweise eine thermisch bedingte Längenausdehnung von 200 ppm/K. Weiterhin ist Flüssigkristall inkompressibel. Das Material des Behälters hat beispielsweise eine thermisch bedingte Längenausdehnung von 70 ppm/K. Dies führt dazu, dass bei steigenden Temperaturen der Druck in dem Behälter signifikant steigen kann. Um eine Beschädigung des Behälters zu vermeiden, kann eine Ausgleichsvorrichtung mit variablem Volumen vorgesehen sein, wobei die Ausgleichsvorrichtung mit der Kavität des Behälters so verbunden ist, dass Flüssigkristall aus der Kavität des Behälters in die Ausgleichsvorrichtung fließen kann oder umgekehrt, wenn sich das Volumen des Flüssigkristalls aufgrund thermischer Einflüsse verändert.
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Eine Ausgleichsvorrichtung erfordert einen bestimmten Installationsraum und muss darüber hinaus auch fluiddicht mit der Kavität des Behälters verbunden werden. Um die mit der Ausgleichsvorrichtung einhergehenden Aspekte zu beseitigen, wird vorliegend vorgeschlagen, den Ausgleich resultierend aus unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Behälters und des Flüssigkristalls mit dem Kompensationselement zu kompensieren.
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Der Behälter ist aus einem Material gefertigt, welches transparent für hochfrequente elektromagnetische Felder ist und welches niedrige Verluste für hochfrequente elektromagnetische Felder hat und sich ebenso durch niedrige Ausgasraten für Raumfahrtanwendungen auszeichnet. Ein solches Material kann ein vernetztes Polystyrol sein, welches beispielsweise unter dem Namen Rexolite vertrieben wird.
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Das Kompensationselement ist wie der Flüssigkristall in der Kavität des Behälters angeordnet. Daneben hat das Kompensationselement einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher niedriger oder sogar deutlich niedriger ist als der thermische Ausdehnungskoeffizienten des Flüssigkristalls. Wenn der Flüssigkristall sich also bei steigenden Temperaturen ausdehnt und mehr Volumen beansprucht, dehnt sich das Kompensationselement in einem geringeren Maße aus. Hierdurch kann ein entstehender Innendruck in dem Behälter auf einem geringeren Wert gehalten werden.
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Das Kompensationselement beansprucht ein gewisses Volumen in der Kavität des Behälters. Hierdurch kann zusätzlich die Menge des Flüssigkristalls reduziert werden. Weiterhin wird die Menge des benötigten Flüssigkristalls dadurch reduziert, dass auf eine Ausgleichsvorrichtung, welche ebenfalls mit Flüssigkristall gefüllt sein müsste, verzichtet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kompensationselements niedriger ist als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Behälters.
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Dies bedeutet zunächst, dass sich der Behälter bei steigenden Temperaturen ausdehnt, wodurch das Volumen der Kavität sich ebenfalls vergrößert. Der Flüssigkristall dehnt sich bei steigenden Temperaturen aber ebenfalls aus, allerdings hat das Kompensationselement einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher niedriger ist als der thermische Ausdehnungskoeffizienten des Behälters und des Flüssigkristalls. Das von dem Kompensationselement beanspruchte Volumen in der Kavität des Behälters kann über einen großen Temperaturbereich nahezu gleich bleiben oder sich nur geringfügig verändern. Das durch die Ausdehnung des Behälters vergrößerte Volumen der Kavität kann nun alleine von dem Flüssigkristall genutzt werden. Hierdurch werden unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Behälters und des Flüssigkristalls kompensiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Behälter stabförmig ausgebildet und so in dem Resonatorgehäuse angeordnet, dass der Behälter ausgehend von einer Innenwand des Resonatorgehäuses in den Resonatorraum hineinragt, wobei das Kompensationselement in der Kavität des Behältes so angeordnet ist, dass es sich außerhalb des Resonatorraums befindet.
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In anderen Worten soll sich der Flüssigkristall in dem Resonatorraum befinden, um die Frequenz des Resonatorraum einstellen zu können und das Kompensationselement soll sich nicht in dem Resonatorraum befinden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Behälter einen ersten Längsabschnitt und einen zweiten Längsabschnitt auf, wobei der zweite Längsabschnitt sich an eine Öffnung des Behälters anschließt und der erste Längsabschnitt sich an den zweiten Längsabschnitt anschließt, wobei ein Durchmesser des ersten Längsabschnitts geringer ist als ein Durchmesser des zweiten Längsabschnitts.
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Der Behälter ist zylinderförmig oder stabförmig ausgebildet und die Kavität ist eine Vertiefung in Längsrichtung des Behälters ausgehend von einer Stirnfläche in Richtung der anderen Stirnfläche. Die Kavität ist also ein Sackloch mit einer Öffnung an einer Stirnfläche des Behälters. Ausgehend von dieser Öffnung in Richtung des Bodens der Kavität bzw. in Richtung der anderen Stirnfläche ist die Kavität in zwei Längsabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern unterteilt. Der erste Längsabschnitt verläuft in dem Resonatorraum des Resonators.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Kompensationselement in dem zweiten Längsabschnitt angeordnet.
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Somit ist das Kompensationselement außerhalb des Resonatorraums angeordnet. Umgekehrt ist innerhalb des Resonatorraums derjenige Längsabschnitt des Behälters angeordnet, welcher lediglich mit Flüssigkristall gefüllt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Längsabschnitt vollständig außerhalb des Resonatorraums angeordnet.
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Dies bedeutet, dass derjenige Längsabschnitt des Behälters, welcher sich in den Resonatorraum hinein erstreckt, über die Ausdehnung des Resonatorraums einen konstanten Durchmesser der Kavität hat.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Kompensationselement einen größeren Durchmesser als der erste Längsabschnitt.
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Somit kann sich das Kompensationselement nicht in den ersten Längsabschnitt bewegen, selbst wenn das Kompensationselement in der Kavität des Behälters frei beweglich ist.
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Das Kompensationselement kann ein zylinderförmiger Körper sein. Allerdings kann das Kompensationselement auch andere Formen haben, beispielsweise würfelförmig oder quaderförmig.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Kompensationselement einen kleineren Durchmesser als der zweite Längsabschnitt.
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Damit kann sich das Kompensationselement in dem zweiten Längsabschnitt der Kavität frei bewegen und übt keinen Druck auf eine Innenwand des Behälters aus. Das Kompensationselement kann so bemessen sein, dass der Durchmesser des zweiten Längsabschnitts (Innendurchmesser der Kavität) selbst dann größer ist als der Durchmesser des Kompensationselements (Außendurchmesser), wenn der Behälter bei der niedrigsten zu erwartenden Temperatur auf seine geringste Größe geschrumpft ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Behälter einen Deckel auf, wobei das Kompensationselement an einer Innenseite des Deckels angeordnet ist und in die Kavität des Behälters hineinragt.
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Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Kompensationselement unbeweglich in der Kavität angeordnet ist. Beispielsweise kann das Kompensationselement so an dem Deckel angeordnet sein, dass es mittig mit Bezug zu einer Längsachse der Kavität des Behälters ist.
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Das Kompensationselement kann an der Innenseite des Deckels geklebt oder sonst wie befestigt sein. Beispielsweise kann das Kompensationselement über eine Steckverbindung, Klemmverbindung oder Schraubverbindung mit dem Deckel mechanisch verbunden sein. Alternativ kann das Kompensationselement auch an der Innenwand der Kavität angeordnet oder befestigt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Deckel aus dem gleichen Materiel gefertigt wie der Behälter.
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Der Deckel dient dazu, den Behälter fluiddicht zu verschließen und ein Austreten oder Auslaufen des Flüssigkristalls zu vermeiden. Nachdem die Kavität des Behälters mit dem Flüssigkristall und dem Kompensationselement befüllt wurde, wird die Kavität des Behälters mit dem Deckel verschlossen. Weil der Behälter und der Deckel aus dem gleichen Material gefertigt sind, kann eine einfache Verbindungstechnik genutzt werden. In anderen Worten müssen also an dieser Stelle keine unterschiedlichen Materialien miteinander verbunden werden, wie das beispielsweise bei der Verwendung einer Ausgleichsvorrichtung der Fall sein könnte.
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Der Behälter und der Deckel können beispielsweise materialschlüssig mit oder ohne Hilfsstoff (Schweißen, Löten, Kleben) miteinander verbunden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Kompensationselement Quarzglas auf.
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Das Kompensationselement kann vollständig aus Quarzglas bestehen. Quarzglas hat eine sehr geringe thermische Längenausdehnung. Diese kann im Bereich von 1 ppm/K liegen.
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Ein alternatives Material wäre das Metall Invar mit einem Ausdehnungskoeffizienten von immer noch kleiner als 2ppm/K. Es ist auch denkbar, dass in dem Kompensationselement zwei oder mehr Materialien kombiniert werden.
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Der hierin beschriebene Ansatz kann in anderen Worten wie folgt zusammengefasst werden:
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Es ist vorgesehen, dass in einen mit Flüssigkristall gefüllten Behälter ein Kompensationselement (auch: Körper, beispielsweise ein frei beweglicher oder schwimmender Körper oder ein mit einem Teil des Behälters verbundener Körper) eingebracht wird, der eine sehr kleine thermische Längenausdehnung hat. Durch eine Stufe oder eine Veränderung des Innendurchmessers des Behälters wird sichergestellt, dass das Kompensationselement nicht in Bereiche des Behälters gelangt, wo es die Hochfrequenzeigenschaften des Resonators stören kann. Der Körper kann beispielsweise aus Quarzglas sein. Quarzglas hat eine sehr geringe thermische Längenausdehnung von circa 1 ppm/K. Es ist ein in der Raumfahrt bekanntes Material. Bei Erwärmung dieser Anordnung wird vom Fiüssigkristail signifikant weniger zusätzliches Volumen beansprucht, da das absolute Volumen des Flüssigkristalls verringert ist um das Volumen des schwimmenden Körpers. Außerdem beansprucht das Kompensationselement selbst aufgrund seiner sehr kleinen thermischen Ausdehnung fast kein zusätzliches Volumen bei Temperaturerhöhung. Bei geeigneter Auslegung (Einstellen des Volumens des schwimmenden Körpers bei gegebenem Innenvolumen des Behälters und bei gegebenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Behälters, des Flüssigkristalls und des Kompensationselements) ist es möglich, das System so einzustellen, dass bei Temperaturänderung kein Überdruck oder Unterdruck entsteht. Dann ist es auch nicht mehr erforderlich, einen flexiblen Metallbalg (Ausgleichsvorrichtung) zur Verfügung zu stellen. Vielmehr kann der Behälter an der Seite, an der der Metallbalg angebracht war, durch eine einfache Wand (Deckel) abgeschlossen werden. Wird diese Wand auch aus dem gleichen Material wie der Behälter gemacht, dann wird die Verbindungstechnik vereinfacht, da jetzt nur noch gleichartige Materialien miteinander verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Filter angegeben, welches mindestens einen Resonator wie hierin beschrieben aufweist.
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Das Filter kann ein Imux-Filter für eine Kommunikationsanlage eines Kommunikationssatelliten sein. Das Filter kann im Hochfrequenzbereich verwendet werden, beispielsweise im Bereich von mehreren GHz bis mehreren 10 GHz bzw. in den für die Satellitenkommunikation üblichen Frequenzbändern.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Resonators gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Behälters für einen Resonator gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Behälters für einen Resonator gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Behälters für einen Resonator gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Behälters für einen Resonator gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Filters gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Dabei ist zu beachten, das gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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1 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines Resonators 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schnittdarstellung ist dabei so gewählt, dass der Resonator in etwa vertikal mittig geschnitten ist. Die Darstellung ist jedoch nur schematisch und dient der Erklärung der Ausgestaltung des Resonators 2.
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Der in 1 gezeigte Resonator 2 weist ein Resonatorgehäuse 4 auf, welches in sich einen Resonatorraum 6 aufweist, in dem die Resonanzfrequenz einstellbar sein soll. Der Resonatorraum 6 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Bodenfläche 30 begrenzt und ist darüber hinaus so aufgebaut, dass das obere Ende des Resonatorraums 6 durch einen geeigneten Deckel (nicht gezeigt) verschlossen werden kann. Zu diesem Zweck sind in dem Resonatorgehäuse 4 mehrere Gewindebohrungen 36, 38, 40, 42 vorgesehen, in denen Montageschrauben zur Befestigung des Deckels auf dem Resonatorgehäuse 4 aufgenommen werden können. Des Weiteren ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Resonatorraum 6 durch eine zylindrische Innenwand 14 begrenzt, die sich um den Resonatorraum 6 herum erstreckt und lediglich durch zwei Blenden 32, 34 unterbrochen ist. Diese beiden Blenden 32, 34 qualifizieren den Resonator 2 gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel für die Verwendung in einem Filter. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu erwähnen, dass der Aufbau des Resonatorgehäuses 4 nicht auf den hier gezeigten Aufbau beschränkt ist. Je nach Einsatzbereich des Resonators kann das Resonatorgehäuse auch ohne die Blenden 32 bzw. 34 und in einer anderen Form ausgebildet sein. Anders gesagt muss der Resonatorraum nicht, wie beispielsweise in 1 gezeigt, im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein.
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Um die Resonanzfrequenz des Resonators 2 einstellen zu können, weist der Resonator 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein elektrisch einstellbares Dielektrikum 7 auf, welches im beschriebenen Fall in Form eines Behälters 8 vorgesehen ist, in welchem ein Flüssigkristall 10 aufgenommen ist. Der Behälter 8 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel stabförmig ausgebildet. Anders gesagt weist der Behälter 8 eine Form auf, die in der Art eines geraden Kreiszylinders ausgeformt ist. Des Weiteren ist der Behälter 8 aus einem dielektrischen Material hergestellt.
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Wie es in 1 gezeigt ist, erstreckt sich der Behälter 8 in im Wesentlichen horizontaler Richtung und dabei insbesondere parallel zu der Bodenfläche 30 des Resonatorgehäuses 4. Des Weiteren ist der Behälter 8 so angeordnet, dass er im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der beiden Blenden 32, 34 orientiert ist. Demgemäß erstreckt sich eine Längsachse des Behälters 8 im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der beiden Blenden 32, 34 und parallel zu der Bodenfläche 30 des Resonatorgehäuses 4. Die Längsachse des Behälters 8 fällt dabei mit einer Kreiszylinderachse zusammen. Dabei ist zu beachten, dass der Behälter 8 nicht vollständig kreiszylindrisch ausgebildet sein muss. Vielmehr kann der Behälter 8 beispielsweise auf der rechten Seite in 1, also außerhalb des Resonatorgehäuses 4, auch eine von der Kreiszylinderform abweichende Form aufweisen. Auch muss der Behälter 8 im Inneren des Resonatorgehäuses 4 nicht in der Form eines geraden Kreiszylinders ausgebildet sein, sondern kann jede erdenkliche Form aufweisen, welche eine Funktion des elektrisch einstellbaren Dielektrikums 7 sicherstellt.
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Um das elektrisch einstellbare Dielektrikum 7 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise anzuordnen, hat das Resonatorgehäuse 4 in dessen Innenwand 14 eine Öffnung 28, in welcher das elektrisch einstellbare Dielektrikum 7, insbesondere der Behälter 8, so eingesetzt und befestigt ist, dass das vordere Ende des elektrisch einstellbaren Dielektrikums 7 von der Innenwand 14 vorsteht und in den Innenraum 6 des Resonators 2 hineinragt. Die Öffnung 28 hat dabei eine Form, die korrespondierend zu der Form des Außenumfangs des elektrisch einstellbaren Dielektrikums 7 bzw. des Behälters 8 ausgebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform ist die Öffnung 28 kreiszylindrisch ausgebildet, wobei die Erstreckungsachse der Öffnung 28 wie die Erstreckungsachse des Behälters 8 parallel zu der Bodenfläche 30 und im Wesentlichen senkrecht zu den Erstreckungsachsen der Blenden 32, 34 orientiert ist. Des Weiteren ist die Öffnung 28 in einem vorbestimmten Abstand von der Bodenfläche 30 angeordnet, wodurch der Behälter 8 bei dem in 1 gezeigten Aufbau von der Bodenfläche 30 beabstandet ist. Obwohl dies in 1 nicht dargestellt ist, ist die Öffnung 28 auch mit einem vorbestimmten Abstand von einem oberen Ende der Innenwand 14 angeordnet, so dass das elektrisch einstellbare Dielektrikum 7 bzw. dessen Behälter 8 auch mit einem vorbestimmten Abstand von dem oberen Ende des Resonatorgehäuses 4 und damit mit einem vorbestimmten Abstand von einem Deckel (nicht gezeigt) angeordnet ist, welcher zum Verschließen des Resonatorgehäuses 4 verwendet wird. Insgesamt ragt der Behälter 8 somit derart von der Innenwand 14 in den Resonatorraum 6, dass der im Resonatorraum 6 befindliche Teil des Behälters 8 von zumindest der Bodenfläche 30 und dem Deckel (nicht gezeigt) beabstandet ist. Neben dem zuletzt beschriebenen bevorzugten Aufbau kann jedoch auch eine abweichende Anordnung des Behälters in dem Resonatorgehäuse 4 erfolgen, solange eine solche Anordnung eine Änderung der Resonanzfrequenz im Inneren des Resonators 2 ermöglicht.
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Wie es ferner in 1 gezeigt ist, hat das elektrisch steuerbare Dielektrikum 7 neben dem bereits beschriebenen Behälter 8 den Flüssigkristall 10, der in einer Kavität 26 des Behälters 8 aufgenommen ist. Der Flüssigkristall 10 ist durch ein elektrisches Steuerfeld ansteuerbar. Genauer gesagt kann durch Anlegen eines elektrischen Feldes die Permittivität des Flüssigkristalls 10 beeinflusst werden. Die Kavität 26 des Behälters 8 ist ebenfalls kreiszylindrisch ausgebildet, genauer gesagt derart, dass die Zylinderachsen von den Behälter 8 und der Kavität 26 zusammenfallen. Der Behälter 8 hat somit zumindest abschnittsweise die Form eines Hohlzylinders.
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Der Vollständigkeit halber wird vorliegend eine Elektrodenstruktur 12 mit Elektroden 18, 22 gezeigt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Elektrodenstruktur und das davon erzeugte elektrische Steuerfeld mit der Funktion des Kompensationselements nicht in funktionalem Zusammenhang steht. Das elektrische Steuerfeld kann auch in einer anderen als der hier beschriebenen Weise erzeugt werden, ohne dass dies einen Einfluss auf die Kompensation der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten durch das Kompensationselement hat.
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Letztlich ist in der Kavität 16 des Behälters 8 ein Kompensationselement 50 gezeigt. Das Kompensationselement 50 ist so in der Kavität 16 positioniert, dass es nicht in dem Längsabschnitt des Behälters 8 ist, welcher in den Resonatorraum 6 hineinragt. In anderen Worten befindet sich das Kompensationselement 50 außerhalb oder hinter der Innenwand 14.
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Im Falle von Temperaturschwankungen dehnen sich die Materialien der gezeigten Komponenten aus. Der Behälter 8 und der Flüssigkristall 10 haben aufgrund ihrer Materialeigenschaften unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten. Das Kompensationselement 50 hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher niedriger ist als die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Behälters 8 und auch des Flüssigkristalls 10. Hierdurch kann die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Behälter 8 und Flüssigkristall 10 kompensiert werden, ohne dass eine Ausgleichsvorrichtung genutzt wird.
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Wie der 1 entnommen werden kann ist der Behälter stabförmig und die Kavität 16 erstreckt sich in Längsrichtung des Behälters 8. Insbesondere ist die Kavität 16 kreiszylindrisch ausgebildet. Der Behälter 8 ist aus einem dielektrischen Material hergestellt.
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Insgesamt sind somit ein verbessertes elektrisch steuerbares Dielektrikum und ein verbesserter Resonator geschaffen, der insbesondere für Hochfrequenzanwendungen im All geeignet ist. Beispielsweise kann der hier geschaffene Resonator als Hochfrequenzresonator Anwendung in einem Imux-Filter finden.Weiterhin kann der Behälter 8 in einem geschlossenen Zustand verwendet werden, da die Kompensation von temperaturbedingter Ausdehnung über das Kompensationselement 50 erfolgt.
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2 zeigt eine schematische isometrische Darstellung des Behälters 8. Der Behälter 8 ist mit einem Deckel 81 verschlossen. Der Deckel 81 und der Behälter 8 sind bevorzugt aus dem gleichen Material gefertigt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Behälters 8 mit Bezug zu dem Resonatorgehäuse 4 (gestrichelt gezeichnet). Der Behälter 8 weist in seinem Inneren eine Kavität 16 auf, welche sich von rechts nach links entlang der Längsrichtung des Behälters 8 erstreckt. Die Kavität 16 kann eine Bohrung ausgehend von einer Stirnfläche (in diesem Beispiel rechts) in Richtung der entgegengesetzten Stirnfläche (in diesem Beispiel links) sein. Somit gibt es auf der rechten Seite eine Öffnung 87. Über diese Öffnung 87 kann der Flüssigkristall in die Kavität 16 eingefüllt werden. Ebenfalls in der Kavität 16 ist das Kompensationselement 50 angeordnet.
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Der Behälter 8 ist mit Bezug zu dem Resonatorraum 6 so angeordnet, dass ein Abschnitt des Behälters 8 in den Resonatorraum 6 hineinragt (dies ist der Abschnitt links von der Innenwand 14). Ein weiterer Abschnitt des Behälters 8 erstreckt sich durch das Resonatorgehäuse 4 (dies ist der Abschnitt rechts von der Innenwand 14). Das Kompensationselement 50 befindet sich in dem Abschnitt des Behälters 8, welcher rechts von der Innenwand 14 ist. In anderen Worten befindet sich das Kompensationselement 50 außerhalb von dem Resonatorraum 6.
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In dem gezeigten Beispiel hat die Kavität 16 ein Volumen von einigen Kubikmillimetern. Auch wenn in 3 der Deckel 81 (2) nicht gezeigt ist, so ist der Deckel Bestandteil von diesem und auch von anderen Ausführungsbeispielen.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Behälters 8. Die Kavität 16 ist in einen ersten Längsabschnitt 83 mit einem Innendurchmesser 84 und einen zweiten Längsabschnitt 85 mit einem Innendurchmesser 86 unterteilt. Der zweite Längsabschnitt 85 grenzt unmittelbar an die Öffnung 87. An dem Übergang zwischen dem zweiten Längsabschnitt 85 und dem ersten Längsabschnitt 83 gibt es eine Abstufung 82 bzw. einen Sprung, weil sich der Innendurchmesser an diesem Übergang verkleinert.
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Der zweite Längsabschnitt 85 befindet sich außerhalb des Resonatorraums 6 hinter der Innenwand 14. Sowohl der erste Längsabschnitt 83 als auch der zweite Längsabschnitt 85 haben in Längsrichtung (von links nach rechts) einen gleich bleibenden oder konstanten Innendurchmesser. Je nach Anforderung des Resonators kann der Innendurchmesser des ersten Längsabschnitts und/oder des zweiten Längsabschnitts in Längsrichtung auch variieren.
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Das Kompensationselement 50 ist in dem zweiten Längsabschnitt 85 rechts von der Innenwand 14 und außerhalb des Resonatorraums 6 angeordnet. Die Abstufung 82 hat die Funktion, das Kompensationselement 50 daran zu hindern, sich in den ersten Längsabschnitt 83 der Kavität 16 bzw. in den Resonatorraum 6 zu bewegen.
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Die Abstufung 82 hat von rechts gesehen eine Auflagefläche, auf welcher das Kompensationselement 50 aufliegen kann. Es mag vorkommen, dass das Kompensationselement 50 den ersten Längsabschnitt 83 der Kavität 16 verschließt, weil das Kompensationselement 50 auf der Auflagefläche der Abstufung 82 liegt. Wenn in einem solchen Fall die Temperatur sinkt und der Flüssigkristall in der Kavität 16 sein Volumen reduziert, kann es in dem ersten Längsabschnitt 83 zu einem Unterdruck kommen, wenn eine Fließbewegung des Flüssigkristalls aus dem zweiten Längsabschnitt 85 in den ersten Längsabschnitt 83 blockiert wird. Um dies zu verhindern, kann die Auflagefläche der Abstufung 82 Vertiefungen oder Oberflächenunebenheiten aufweisen, welche als Fließkanäle für den Flüssigkristall dienen können und eine Fließbewegung des Flüssigkristalls zwischen dem ersten Längsabschnitt 83 und dem zweiten Längsabschnitt 85 unter allen Umständen ermöglichen.
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5 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines Behälters 8. Die Kavität 16 ist mit einem Deckel 81 verschlossen. An einer Innenfläche des Deckels 81 ist das Kompensationselement 50 angeordnet oder befestigt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Filters 100. Das Filter 100 weist mehrere in Reihe geschaltete Resonatoren an 2 auf. Jeder Resonator 2 kann auf eine individuelle Resonanzfrequenz eingestellt sein. Ein solches Filter kann in einem Übertragungspfad eines Kommunikationssatelliten verwendet werden.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ oder „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und dass „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele oder Ausgestaltungen beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele oder Ausgestaltungen verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Resonator
- 4
- Resonatorgehäuse
- 6
- Resonatorraum
- 7
- einstellbares Dielektrikum
- 8
- Behälter
- 10
- Flüssigkristall
- 12
- Elektrodenstruktur
- 14
- Innenwand
- 16
- Kavität
- 18
- Elektrode
- 22
- Elektrode
- 26
- Kavität
- 28
- Öffnung
- 30
- Bodenfläche
- 32
- Blende
- 34
- Blende
- 36
- Gewindebohrung
- 38
- Gewindebohrung
- 40
- Gewindebohrung
- 42
- Gewindebohrung
- 50
- Kompensationskörper
- 81
- Deckel
- 82
- Abstufung
- 83
- erster Längsabschnitt
- 84
- Durchmesser
- 85
- zweiter Längsabschnitt
- 86
- Durchmesser
- 87
- Öffnung
- 100
- Filter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016107955 A1 [0004]
- EP 3240102 A1 [0004]
