DE10311352A1

DE10311352A1 - Dielectric resonator oscillator for excitation in HE 21 Delta mode, where the height of the resonator is around 2,5 times the diameter

Info

Publication number: DE10311352A1
Application number: DE2003111352
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Nalezinski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-09-23
Also published as: WO2004082067A3; WO2004082067A2

Abstract

The resonator is preferably a high frequency resonator and is substantially cylindrical. The ratio of the height of the resonator to its diameter is between 2.3 and 2.7 and, preferably, 2.5. The resonator may be e.g. a dielectric resonator or a ceramic resonator. A device is preferably provided for stimulating the resonator in the HE 21 Delta Mode, e.g. a microstrip conductor. Independent claims also cover a method of assembling the resonator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzresonator.The invention relates to a high-frequency resonator.

DROs (Dielectric Resonator Oscillators) sind wichtige Komponenten in vielen Radarsensoren und in einigen Kommunikationssystemen. Sie werden als frequenzstabile Festfrequenz-Signalquellen verwendet, wobei als Frequenz bestimmendes Element der Oszillatoren ein sogenannter dielektrischer Resonator eingesetzt wird. Dielektrische Resonatoren sind in der Regel zylinderförmige Körper aus gesinterten Keramiken mit sehr hoher Dielektrizitätszahl. Die Keramiken bestehen typischerweise aus ZrTiO₄ oder SnTiO₄ jeweils mit einer Dielektrizitätszahl von 38 und BaZnTa-Oxyd mit einer Dielektrizitätszahl von 30. Durch den Sprung der Dielektrizitätszahl zwischen der Keramik und dem freien Raum wird eine im Innern des Resonators angeregte elektromagnetische Welle an den Grenzflächen zwischen dem freien Raum und der Keramik stark reflektiert. Es bildet sich im Inneren des Resonators also eine stehende Welle. Da die verwendeten Keramiken sehr verlustarm sind, besitzen die dielektrische Resonatoren üblicherweise sehr hohe Güten. Verglichen mit Hohlraumresonatoren sind dielektrische Resonatoren leichter herzustellen und besitzen kompaktere Abmessungen. Damit eignen sich dielektrische Resonatoren besonders gut zur Herstellung von Oszillatoren und Filtern im Frequenzbereich von wenigen GHz bis zu einigen zehn GHz.DROs (Dielectric Resonator Oscillators) are important components in many radar sensors and in some communication systems. They are used as frequency-stable fixed-frequency signal sources, a so-called dielectric resonator being used as the frequency-determining element of the oscillators. Dielectric resonators are generally cylindrical bodies made of sintered ceramics with a very high dielectric constant. The ceramics typically consist of ZrTiO ₄ or SnTiO _4, each with a dielectric constant of 38 and BaZnTa oxide with a dielectric constant of 30. Due to the jump in the dielectric constant between the ceramic and the free space, an electromagnetic wave excited inside the resonator becomes at the interfaces strongly reflected between the free space and the ceramic. A standing wave is thus formed inside the resonator. Since the ceramics used are very low loss, the dielectric resonators are usually of very high quality. Compared to cavity resonators, dielectric resonators are easier to manufacture and have more compact dimensions. This makes dielectric resonators particularly suitable for the manufacture of oscillators and filters in the frequency range from a few GHz to a few tens of GHz.

1 zeigt einen üblichen Resonator R, welcher in seinem Grundmode, der TE_01δ-Mode, angeregt wird. Die Anregung des Resonators erfolgt typischerweise über parallel am Resonator vorbei geführte Hochfrequenzleitungen M, z.B. planare Leitungen wie Mikrostreifenleitungen, die einen Bestandteil einer planaren Schaltung bilden, die auf einem geeigneten Substrat S realisiert sind. Der Resonator wird mit seiner Stirnfläche A_X auf das Substrat S aufgesetzt und in der Nähe der Mikrostreifenleitungen M positioniert. Die sich vom Resonator ausbreitenden Magnet- und elektrischen Felder werden jeweils mit H und E dargestellt. 1 shows a conventional resonator R, which is excited in its basic mode, the TE _01δ mode. The excitation of the resonator typically takes place via high-frequency lines M that run parallel to the resonator, for example planar lines such as microstrip lines, which form part of a planar circuit that are implemented on a suitable substrate S. The end face of the resonator A _{X is placed} on the substrate S and positioned in the vicinity of the microstrip lines M. The magnetic and electrical fields propagating from the resonator are represented by H and E, respectively.

Zur Realisierung einer Mikrowellenschaltung wird die oben genannte Anordnung z.B. in ein Gehäuse G eingefügt, welches in 2 dargestellt wird und aus [1] bekannt ist. Diese Anordnung könnte bei der Verwendung in einem Hochfrequenzoszillator mit einem Verstärker bzw. mit einem Transistor verbunden sein. Die Ankopplung zwischen dem Resonator R und den planaren Mikrostreifenleitungen M kann aufgrund der Montage nur über das Magnetfeld H erfolgen, da das Magnetfeld weiter aus dem Resonator herausragt als das elektrische Feld, sodass durch das Magnetfeld eine Ankopplung an die Mikrostreifenleitungen M möglich ist. Die Anregung des Resonators R erfolgt durch die entlang der Mikrostreifenleitungen M entstehenden Magnetfeldmaxima der durch die Mikrostreifenleitungen geleiteten elektromagnetischen Welle. Die Magnetfeldmaxima treten mit einer Periodizität von λ/2 entlang den Mikrostreifenleitungen auf. Die Mikrostreifenleitungen sind für die Messung der Resonatoreigenschaften üblicherweise an ein Messgerät verbunden.To implement a microwave circuit, the above-mentioned arrangement is inserted, for example, in a housing G, which in 2 is shown and is known from [1]. This arrangement could be connected to an amplifier or a transistor when used in a high-frequency oscillator. Due to the assembly, the coupling between the resonator R and the planar microstrip lines M can only take place via the magnetic field H, since the magnetic field protrudes further from the resonator than the electrical field, so that a coupling to the microstrip lines M is possible through the magnetic field. The excitation of the resonator R takes place through the magnetic field maxima arising along the microstrip lines M of the electromagnetic wave conducted through the microstrip lines. The magnetic field maxima occur with a periodicity of λ / 2 along the microstrip lines. The microstrip lines are usually connected to a measuring device for measuring the resonator properties.

Der Nachteil der Verwendung des Grundmodes gemäß dem obigen Stand der Technik besteht darin, dass der Grundmode sehr stark auf die Annäherung von Metall reagiert. Es wird daher vermieden, zufällige, metallische Strukturen in unmittelbare Nähe des Resonators zu bringen, die die Betriebsgüte des Resonanzkreises dadurch beeinträchtigen, dass die durch die Resonanz erzeugten Ströme im störenden Metall zu einen Verlust führen. In vielen Fällen wird eine Lösung wie in 2 dargestellt verwendet, bei der zwischen dem Resonator R und dem Substrat S ein zusätzlicher Abstandshalter AH bereitgestellt wird, um einen Abstand zur metallisierten Rückseite des Substrats S zu gewährleisten.The disadvantage of using the basic mode according to the above prior art is that the basic mode reacts very strongly to the approach of metal. It is therefore avoided to bring random, metallic structures in the immediate vicinity of the resonator, which impair the operational quality of the resonance circuit in that the currents generated by the resonance lead to a loss in the interfering metal. In many cases a solution like in 2 used, in which an additional spacer AH is provided between the resonator R and the substrate S in order to ensure a distance from the metallized rear side of the substrate S.

Die Beeinflussung der Resonatorfrequenz durch Annäherung von Metallen oder dielektrischen Materialien kann aber auch gezielt ausgenutzt werden, wie z.B. durch Einbringen und Befestigung einer Abstimmschraube SR in und am Gehäuse G, welche in der Regel metallische Anteile aufweist. Diese Beeinflussbarkeit kann aber zu Mikrophonieeffekten, wie z.B. bei der Vibration des Gehäusedeckels, führen. Die Schraube SR könnte ferner berührt und mechanisch verstellt werden, welches zu Ungenauigkeiten der Frequenzabstimmung des Resonators führen könnte. Eine mit der Abstimmschraube SR vorgenommenen Frequenzeinstellung hängt wiederum von der mechanischen Stabilität des Gehäuses G und z.B. von der Temperatur ab.Influencing the resonator frequency by approach of metals or dielectric materials can also be targeted exploited, such as by inserting and fastening a tuning screw SR in and on the housing G, which usually has metallic components. This influenceability but can lead to microphonic effects, e.g. with the vibration of the Housing cover, to lead. The screw SR could further touched and mechanically adjusted, which leads to inaccuracies of the Frequency tuning of the resonator could result. One with the tuning screw SR frequency setting again depends on the mechanical stability of the housing G and e.g. depending on the temperature.

Aus [2] ist bekannt, dass die Verwendung von höheren Resonatormoden wie z.B. der EH_11δ- oder EH_31δ-Mode geeignet ist, bei Resonatoren eine höhere Güte als im Betrieb mit dem Grundmode zu erreichen. Gemäß [2] und 2 wird ein zylinderförmiger dielektrischer Resonator auf seiner Mantelfläche, also seiner gekrümmten, nicht-stirnseitigen Fläche montiert, was allerdings eine ungünstige Montage darstellt. Darüber hinaus wird der Resonator aufgrund der hohen Modenordnung sehr groß. Die Ankopplung des dielektrischen Resonators an die Mikrostreifenleitungen kann auch hier aufgrund der Montage nur über das Magnetfeld erfolgen. Auch hier erfolgt die Anregung in der Regel in den Magnetfeldmaxima der anregenden Mikrostreifenleitungen, die mit einer Periodizität von λ/2 auftreten. Die Ausbreitung von Magnet- und elektrischen Feldern gemäß [2] wird in 3 dargestellt, wobei links ein EH_11δ- und rechts ein EH_21δ-Mode jeweils mit magnetischer Anregung dargestellt sind.It is known from [2] that the use of higher resonator _modes , such as, for example, the EH _11δ or EH _31δ mode, is suitable for achieving a higher quality in resonators than in operation with the basic mode. According to [2] and 2 a cylindrical dielectric resonator is mounted on its lateral surface, that is to say on its curved, non-frontal surface, which, however, represents an unfavorable installation. In addition, the resonator becomes very large due to the high mode order. The coupling of the dielectric resonator to the microstrip lines can also take place here only via the magnetic field due to the assembly. Here, too, the excitation usually takes place in the magnetic field maxima of the exciting microstrip lines, which occur with a periodicity of λ / 2. The spread of magnetic and electric fields according to [2] is described in 3 shown, with on the left an EH _11δ - and on the right an EH _21δ mode each with magnetic excitation.

Verfahren zur Frequenzabstimmung mit Metallisierungen sind in der Form, dass die Metallisierung auf dem Substrat unter dem Resonator aufgebracht ist, aus [3] bekannt. Die Metallisierung kann hier aber nicht nachträglich verändert werden, nachdem der Oszillator beispielsweise mit einem den die lektrischen Resonator umhüllenden Gehäuse gemäß 2 fertig hergestellt ist.Methods for frequency tuning with metallizations are such that the metallization is applied to the substrate under the resonator is known from [3]. However, the metallization cannot be changed here after the oscillator, for example with a housing that envelops the dielectric resonator 2 is finished.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie in einfacher Weise ein Resonator mit hoher Güte bereitgestellt werden kann.The invention is based on this the task of specifying how simple a resonator with high quality can be provided.

Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The task is carried out in the independent claims specified inventions solved. advantageous Refinements result from the dependent claims.

Dementsprechend ist ein Resonator, insbesondere ein Hochfrequenzresonator, in etwa zylinderförmig und weist ein Verhältnis seiner Höhe zu seinem Durchmesser 2,3 bis 2,7 auf, insbesondere 2,4 bis 2,6, weiter bevorzugt 2,45 bis 2,55 und noch weiter bevorzugt etwa 2,5.Accordingly, a resonator, in particular a high-frequency resonator, approximately cylindrical and shows a relationship its height to its diameter from 2.3 to 2.7, in particular from 2.4 to 2.6, more preferably 2.45 to 2.55, and even more preferably about 2.5.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Resonator im HE_21δ-Mode anregbar ist.This has the advantage that the resonator _{can be} excited in the HE _21δ mode.

Bei einer entsprechenden Anordnung mit einem Resonator und Mitteln zum Anregen eines Modes des Resonators ist der Resonator durch die Mittel zum Anregen des Resonators im HE_21δ-Mode anregbar. Von Anregbarkeit wird hier insofern gesprochen als der Resonator gezielt in diesem Mode als Hauptmode anregbar ist und nicht etwa unbeabsichtigt in einem höheren oder niedrigeren Mode schwingt.In a corresponding arrangement with a resonator and means for exciting a mode of the resonator, the resonator can be _excited by the means for exciting the resonator in the HE _21δ mode. The term excitability is used here insofar as the resonator can be specifically excited in this mode as the main mode and does not inadvertently vibrate in a higher or lower mode.

In einem Verfahren zum Anregen eines Resonators wird der Resonator in der HE_21δ-Mode angeregt.In a method for exciting a resonator, the resonator is excited in the HE _21δ mode.

Durch den Resonator, die Anordnung und das Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass aufgrund der Anregung der HE_21δ-Mode des Resonators der Resonator sowohl mit einer dielektrischen als auch mit einer teilweisen metallischen Oberfläche mit hoher Güte betrieben werden kann. Der Resonator kann liegend montiert werden und es wird kein Abstandhalter benötigt. Der Resonator kann mit guten Eigenschaften abstimmbar gestaltet werden.The resonator, the arrangement and the method result in the advantage that, due to the excitation of the HE _21δ mode of the resonator, the resonator can be operated with a high quality both with a dielectric and with a partial metallic surface. The resonator can be mounted horizontally and no spacer is required. The resonator can be designed to be tunable with good properties.

Die Erfindung wird anhand den folgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples explained in more detail.

Dabei zeigtIt shows

4 eine Anordnung mit einem Resonator und mit Mitteln zum Anregen eines Modes des Resonators, 4 an arrangement with a resonator and with means for exciting a mode of the resonator,

5 Metall- oder dielektrische Strukturen, welche auf die Stirnseite des dielektrischen Resonators aufgebracht sind und 5 Metal or dielectric structures which are applied to the end face of the dielectric resonator and

6 sowohl magnetische als auch elektrische Anregungen des Resonators in unterschiedlichen Positionen 6 both magnetic and electrical excitations of the resonator in different positions

4 zeigt eine Anordnung mit einem zylinderförmigen Resonator DR und mit Mitteln zum Anregen eines Modes des Resonators. Der Resonator DR ist mit einer Stirnfläche A₁ auf ein Trägermaterial S wie z.B. einen Substrat S oder auf eine Substratschicht S aufgebracht, insbesondere aufgelötet. Er weist eine zweite Stirnfläche A₂ auf welche mit Strukturen STR versehen werden kann und eine Mantelfläche A₃. Der Resonator ist vorzugsweise über die Maxima von den Mitteln zur Anregung des Resonators erzeugten Magnet- und/oder elektrischen Felder anregbar. 4 shows an arrangement with a cylindrical resonator DR and with means for exciting a mode of the resonator. The resonator DR is applied, in particular soldered, with an end face A ₁ to a carrier material S such as a substrate S or to a substrate layer S. It has a second end face A ₂ which can be provided with structures STR and an outer surface A ₃ . The resonator can preferably be excited via the maxima generated by the means for exciting the resonator magnetic and / or electric fields.

Die Mittel zum Anregen des Resonators DR weisen vorzugsweise eine Hochfrequenzleitung M, insbesondere eine Mikrostreifenleitung M und eine Substratschicht S auf. Dabei trägt die Substratschicht S die Hochfrequenzleitung M und den Resonator DR, wobei der Resonator DR durch die Hochfrequenzleitungen M direkt anregbar ist. Die Hochfrequenzleitungen M sind vorzugsweise planar auf der Substratschicht S angeordnet. Die Anordnung kann nach Bedarf auch einen Abstandhalter wie aus dem Stand der Technik gemäß 2 bekannt zwischen Substratschicht S und dem Resonator DR aufweisen und ein Gehäuse G. Die Mittel zum Anregen des Resonators können ferner einen Verstärker und ein Messgerät aufweisen.The means for exciting the resonator DR preferably have a high-frequency line M, in particular a microstrip line M and a substrate layer S. The substrate layer S carries the high-frequency line M and the resonator DR, the resonator DR being directly excitable by the high-frequency lines M. The high-frequency lines M are preferably arranged planar on the substrate layer S. If necessary, the arrangement can also be a spacer as in the prior art 2 known between substrate layer S and the resonator DR and a housing G. The means for exciting the resonator can further comprise an amplifier and a measuring device.

Um im Resonator DR eine HE_21δ-Mode wirksam anregen zu können, sind geeignete Proportionen, eine geeignete Geometrie und/oder geeignete Abmessungen des Resonators DR notwendig. Dieser weist deshalb ein Verhältnis von Höhe h zu Durchmesser D im Bereich zwischen 2,3 und 2,7 auf, insbesondere 2,5.In order to be able to effectively excite an HE _21δ mode in the resonator DR, suitable proportions, a suitable geometry and / or suitable dimensions of the resonator DR are necessary. This therefore has a ratio of height h to diameter D in the range between 2.3 and 2.7, in particular 2.5.

Das Verhältnis von Höhe h zu Durchmesser D von 2,5 kann in Abhängigkeit vom verwendeten Substrat S geringfügig variieren, d.h., je nach Material des Substrats sollte für eine Anregung im HE_21δ-Mode das genannte Verhältnis abgestimmt werden.The ratio of height h to diameter D of 2.5 can vary slightly depending on the substrate S used, ie, depending on the material of the substrate, the ratio mentioned should be coordinated for excitation in HE _21δ mode.

Es wird bevorzugt, dass der Resonator ein dielektrischer und/oder keramischer Resonator ist. Resonatoren aus Kunststoff sind dabei auch möglich.It is preferred that the resonator is a dielectric and / or ceramic resonator. resonators plastic are also possible.

Es wird auch bevorzugt, dass der Resonator ein Hochfrequenzresonator ist.It is also preferred that the Resonator is a high frequency resonator.

5 zeigt wie an den Stirnflächen A₁ und A₂ des Resonators metallische oder dielektrische Strukturen STR aufgebracht sein können. Die Strukturen dienen zur Abstimmung der Resonanzeigenschaften des Resonators. Aufgrund des genutzten HE_21δ-Modes führen sie auch nicht zur einer nennenswerten Degradation der Güte des Resonators. Das Aufbringen von Metallisierungen auf den Stirnflächen A₁ und A₂ eines im Grundmode betriebenen Resonators würde dagegen zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Güte des Resonators führen. 5 shows how metallic or dielectric structures STR can be applied to the end faces A ₁ and A _{2 of} the resonator. The structures serve to coordinate the resonance properties of the resonator. Because of the HE _21δ mode used, they do not lead to any significant degradation in the quality of the resonator. In contrast, the application of metallizations to the end faces A ₁ and A _{2 of} a resonator operated in basic mode would lead to a considerable impairment of the quality of the resonator.

Es können aber zur Abstimmung der Resonanzeigenschaften des Resonators metallische oder dielektrische Materialen nicht nur an/von den Stirnflächen aufgebracht/abgetragen werden, sondern grundsätzlich an/von der Oberfläche des Resonators. Die Oberfläche des Resonators wird also derart verändert, dass der Resonator für eine HE_21δ-Anregung optimal abgestimmt ist. Die Mantelfläche A₃ (4) des Resonators ist daher auch dafür geeignet, weitere dielektrische oder metallische Materialien aufzunehmen.However, in order to match the resonance properties of the resonator, metallic or dielectric materials can not only be applied / removed to / from the end faces, but also basically to / from the surface of the resonator. The surface of the resonator is therefore changed in such a way that the resonator is optimally tuned for HE _21δ excitation. The outer surface A ₃ ( 4 ) of the resonator is therefore also suitable for accommodating further dielectric or metallic materials.

Die obere Reihe von Strukturen STR der 5 stellt bevorzugte Formen der Strukturen für die Abstimmung der Resonanzeigenschaften des dielektrischen Resonators dar. Die untere Reihe von Strukturen stellt besonders günstige Formen für Metallflächen zum Zweck einer Lötmontage des Resonators auf ein Trägermaterial dar, da die Strukturen hier rotationssymmetrische Geometrien aufweisen und somit das Auftragen erleichtern. Die bevorzugten Formen sind dabei kreuzförmig, ringförmig oder Halbkreisflächen mit Unterbrechungen. Alle hier dargestellte Formen sind aber für eine gute Abstimmung des Resonators geeignet. Die Strukturen STR sind aber nicht auf die hier vorgestellten Formen beschränkt sondern können auch andere Formen aufnehmen um die gewünschten Resonanzeigenschaften zu erreichen.The top row of STR structures 5 represents preferred forms of the structures for tuning the resonance properties of the dielectric resonator. The lower row of structures represents particularly favorable forms for metal surfaces for the purpose of soldering the resonator to a carrier material, since the structures here have rotationally symmetrical geometries and thus facilitate application. The preferred shapes are cross-shaped, ring-shaped or semicircular surfaces with interruptions. However, all of the shapes shown here are suitable for a good tuning of the resonator. However, the structures STR are not limited to the shapes presented here, but can also take other shapes in order to achieve the desired resonance properties.

In einem dielektrischen Resonator streut stets ein Teil des im Resonator befindlichen EM-Feldes in seine Umgebung aus, so dass die übliche Ankopplung zu den Mikrostreifenleitungen stattfinden kann. Durch dieses EM-Streufeld liegt die Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators stets tiefer als die Resonanzfrequenz eines mit Metall ummantelten dielektrischen Resonators bei gleicher Abmessung und gleicher Dielektrizitätszahl. Durch das selektive Auf- und Abtragen von metallischen oder dielektrischen Strukturen STR des Resonators, beispielsweise bei der Abstimmung des Resonators während der Herstellung des Resonators oder der Anordnung mit den Mitteln zum Anregen des Resonators, kann das anregbare EM-Feld durch Metallisierungen partiell verdrängt oder verkleinert werden bzw. durch den Auftrag von dielektrischen Schichten partiell vergrößert werden. Für eine erhöhte Reso nanzfrequenz wird dabei bevorzugt, den Resonator mit metallischen Strukturen und für eine niedrigere Resonanzfrequenz den Resonator mit zusätzlichem dielektrischem Material zu versehen. Somit kann also durch kontrolliertes partielles Abtragen aufgebrachter Strukturen STR, oder partielles Aufbringen der Strukturen STR, beispielsweise anhand eines Lasers, eine Feinabstimmung des dielektrischen Resonators DR hinsichtlich seiner Resonanzmoden durchgeführt werden.In a dielectric resonator always scatters part of the EM field in the resonator its surroundings out, so the usual Coupling to the microstrip lines can take place. By this stray EM field is the resonance frequency of the dielectric Resonators always lower than the resonance frequency of one with metal encased dielectric resonators with the same dimensions and same dielectric constant. Through the selective application and removal of metallic or dielectric Structures STR of the resonator, for example when tuning of the resonator during the manufacture of the resonator or the arrangement with the means To excite the resonator, the excitable EM field can be metallized partially displaced or be reduced or by the application of dielectric Layers are partially enlarged. For one increased Resonance frequency is preferred, the resonator with metallic Structures and for a lower resonance frequency the resonator with additional dielectric To provide material. Thus, through controlled partial Removal of applied structures STR, or partial application the structures STR, for example using a laser, a fine tuning of the dielectric resonator DR with regard to its resonance modes be performed.

Bei der Herstellung des Resonators kann im montierten Zustand des Resonators, also beispielsweise in seinem auf dem Trägermaterial S bereits angeordneten Zustand, vorteilhafterweise die Struktur STR direkt auf die Seite A₂ des dielektrischen Resonators berührungslos erfolgen. Diese Methode setzt also direkt am Resonator DR selbst an und ist damit unabhängig von der Realisierung eines Gehäuses bzw. von einer in der Umgebung des Resonators angebrachten Abstimmstruktur.In the manufacture of the resonator, in the assembled state of the resonator, that is to say for example in its state already arranged on the carrier material S, the structure STR can advantageously take place without contact directly on the side A _{2 of} the dielectric resonator. This method therefore applies directly to the resonator DR itself and is therefore independent of the implementation of a housing or of a tuning structure attached in the vicinity of the resonator.

Bei dielektrischen Resonatoren wird der Resonator üblicherweise auf das Substrat aufgeklebt, welches aber bei einer SMD-Bestückung einen zusätzlichen, unerwünschten Prozessschritt darstellt. Löten ist in der Regel für dielektrische Resonatoren keine Alternative. Durch das Aufbringen von metallischen Strukturen in Form von Kontaktpads der Seite A₁ des dielektrischen Resonators DR wird der dielelektrische Resonator DR zu einem vorteilhaften, maschinell SMD (Surface Mount Device)-bestückbaren, lötbaren Bauelement. Durch Aufbringen von metallischen Strukturen, insbesondere der Kontaktpads, auf die Stirnflächen des dielektrischen Resonators kann aber der dielektrische Resonator in einem für eine SMD-Bestückung üblichen Reflow-Ofen an das Substrat bzw. an ein geeignetes Trägermaterial des Resonators wie bspw. ein Abstandhalter zu einem Substrat gelötet werden. Durch vorteilhafte Gestaltung der Kontaktpads kann beim Reflowlöten die Oberflächenspannung des Lots als Selbstzentrierungseffekt ausgenutzt werden, um eine sehr präzise Positionierung des dielektrischen Resonators im Verhältnis zu den ankoppelnden Hochfrequenzleitungen zu erreichen. Die aufgebrachten Strukturen bzw. Kontaktpads sind hinsichtlich einer toleranten Montage vorzugsweise rotationssymmetrisch auszuführen, da die Ausrichtung des dielektrischen Resonators dann unabhängig vom Winkel ist. Die für den Kontakt vorgesehene Seite A₁ sollte vorzugsweise derart gestaltet werden, dass sie einen kleinstmöglichen Einfluss auf die Ausbreitung der durch den dielektrischen Resonator erzeugten Resonanzmoden hat. Die Resonanzeigenschaften können auch durch selektives Abtragen und Auftragen von dielektrischen oder metallischen Materialien von bzw. auf der Mantelfläche des Resonators abgestimmt bzw. kompensiert werden.In the case of dielectric resonators, the resonator is usually glued onto the substrate, but this represents an additional, undesirable process step in the case of an SMD assembly. As a rule, soldering is not an alternative for dielectric resonators. By the application of metallic structures in the form of contact pads of the page A ₁ of the dielectric resonator DR dielelektrische the resonator DR is -bestückbaren at an advantageous, machine SMD (Surface Mount Device), solderable component. However, by applying metallic structures, in particular the contact pads, to the end faces of the dielectric resonator, the dielectric resonator can be attached to the substrate or to a suitable carrier material of the resonator, such as a spacer, for example, in a reflow oven customary for SMD assembly Substrate to be soldered. Due to the advantageous design of the contact pads, the surface tension of the solder can be used as a self-centering effect in reflow soldering in order to achieve a very precise positioning of the dielectric resonator in relation to the coupling high-frequency lines. The structures or contact pads applied are preferably rotationally symmetrical with regard to tolerant mounting, since the alignment of the dielectric resonator is then independent of the angle. The time allotted for the contact page A ₁ should preferably be designed such that it has the smallest possible impact on the spread of the resonant modes generated by the dielectric resonator. The resonance properties can also be tuned or compensated for by selective removal and application of dielectric or metallic materials from or on the outer surface of the resonator.

6 zeigt wie die Ankopplung zwischen dem Resonator DR und der Hochfrequenzleitung M im HE_21δ-Mode sowohl über die Maxima des Magnetfeldes H als auch über die Maxima des elektrischen Feldes E in vergleichbarer Stärke erfolgen können, wodurch sich eine Periodizität der möglichen Ankoppelpositionen des Resonators DR entlang der Länge der Planaren Leitung M von λ/4 ergibt. Wird dabei das Verhältnis zwischen Höhe und Durchmesser des Resonators merklich größer als 2,5 gewählt, steigt die Einfügedämpfung, d.h. die Ausbreitung der EM-Felder aus dem Resonator von einer Hochfrequenzleitung M auf die nächste. Bei kleinerem Verhältnis überlappt sich dagegen der genutzte HE_21δ-Mode mit anderen benachbarten Moden, welches zur Beeinträchtigung der Güte des Resonators führt. 6 shows how the coupling between the resonator DR and the high-frequency line M in the HE _21δ mode can _take place both via the maxima of the magnetic field H and via the maxima of the electric field E in a comparable strength, which results in a periodicity of the possible coupling positions of the resonator DR the length of the planar line M of λ / 4 results. If the ratio between the height and diameter of the resonator is chosen to be significantly greater than 2.5, the insertion loss increases, ie the spread of the EM fields from the resonator from one high-frequency line M to the next. With a smaller ratio, however, the HE _{21δ mode used} overlaps with other neighboring modes, which leads to an impairment of the quality of the resonator.

Durch die erfindungsgemäßen geometrischen Maße des dielektrischen Resonators ergibt sich also der Vorteil, dass auch die oben beschriebene elektrische Anregung des Resonators möglich ist, welche mit bisherigen Resonatoren des Standes der Technik nur mit aufwendigen Konstruktionen, wie z.B. mit hochkantig auf das Substrat montierte Hochfrequenzleitungen, erreichbar war.The geometric dimensions of the dielectric resonator according to the invention thus have the advantage that the electrical excitation of the resonator described above is also possible, which with previous resonators of the prior art could only be achieved with complex constructions, such as with high-frequency lines mounted on the substrate.

Im Rahmen dieses Dokuments sind folgende Dokumente zitiert worden:

[1] Khanna, A.P.S.: „Review of Dielectric Resonator Oscillator Technology, 41^st Annual Frequency Control Symposium, 1987, S. 478 – 486,
[2] DE 44 10 025 A1 ,
[3] US 5,208,567 .

The following documents have been cited in the context of this document:

[1] Khanna, APS: "Review of Dielectric Resonator Oscillator Technology, 41 ^st Annual Frequency Control Symposium, 1987, pp 478-486,
[2] DE 44 10 025 A1 .
[3] US 5,208,567 ,

Claims

Resonator (DR), in particular high-frequency resonator, which is approximately cylindrical, characterized in that the ratio of height (h) to diameter (D) of the resonator (DR) is 2.3 to 2.7, in particular 2.5.

Resonator (DR) according to claim 1, characterized in that the resonator (DR) is a dielectric resonator.

Resonator (DR) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the resonator (DR) is a ceramic Is resonator.

Resonator according to one of the preceding claims, characterized in that metallic and / or dielectric structures (STR) are applied to an end face (A ₂ ) of the resonator (DR).

Resonator according to one of the preceding claims, characterized characterized in that on the outer surface of the resonator (DR) metallic and / or dielectric structures (STR) are applied.

Resonator according to one of claims 4 or 5, characterized in that that the structures (STR) are designed so that they can be used to coordinate the Serve resonance properties of the resonator (DR).

Resonator according to one of the preceding claims, characterized in that contact pads are arranged on an end face (A ₁ ) of the resonator (DR).

Arrangement with a resonator (DR), in particular with a resonator (DR) according to one of claims 1 to 7, and means for exciting the resonator (DR), characterized in that the resonator (DR) by the means for exciting the resonator ( DR) _{can be} excited in HE _21δ mode.

Arrangement according to claim 7, characterized in that the means for exciting the resonator (DR) have a radio frequency line (M), in particular a microstrip line.

Arrangement according to one of claims 7 or 8, characterized in that that the resonator (DR) with one of its end faces on a substrate (S) is applied, in particular is soldered.

Arrangement according to one of claims 8 and 9, characterized in that that the resonator (DR) by one of the means for exciting the Resonators generated magnetic and / or electrical field can be excited is.

Arrangement according to claim 10, characterized in that the resonator (DR) over the maxima of the magnetic and / or electrical field can be excited.

Method for exciting a resonator, in particular a resonator (DR) according to one of Claims 1 to 7, in which the resonator (DR) is excited in the HE _21δ mode.

Method for exciting a resonator (DR) according to Claim 13, wherein the resonator (DR) is one of the means magnetic or electric field generated to excite the resonator is excited.

Procedure for tuning the resonance properties an arrangement according to one of claims 8 to 12, in which a face of the resonator (DR) by applying or removing dielectric or metallic material changed becomes.

The method of claim 14, wherein the outer surface of the Resonators (DR) by applying or removing dielectric or metallic material changed becomes.

Method for mounting a dielectric resonator (DR) according to one of claims 2 to 7 on a carrier material, in which an end face (A ₁ ) of the dielectric resonator (DR) is provided with a metallic structure and this structure in a reflow oven on the Means for exciting the resonator is soldered.

A method according to claim 16, in which as a metallic Structures contact pads are used.