DE19907966A1

DE19907966A1 - Dielektrische Resonanzvorrichtung

Info

Publication number: DE19907966A1
Application number: DE19907966A
Authority: DE
Inventors: Koichi Sakamoto; Takatoshi Kato; Kenichi Iio; Sadao Yamashita
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: DE19907966C2; CA2262357A1; JPH11239021A; CN1146074C; KR100322658B1; CN1236198A; FR2778025B1; US6204739B1; CA2262357C; FR2778025A1; KR19990072850A; TW418553B

Abstract

Elektroden sind an jeweiligen zwei Hauptoberflächen eines dielektrischen Blatts gebildet, wobei jede Elektrode eine Öffnung aufweist, die an einer Position gebildet ist, die der Position der Öffnung entspricht, die in der anderen Elektrode gebildet ist. Der Teil, der durch die Öffnungen definiert ist, dient als dielektrischer Resonator. Kopplungsleitungen sind direkt in der Elektrodenöffnung gebildet. Übertragungsleitungen sind an einer Schaltungsplatine gebildet. Die Kopplungsleitungen und die entsprechenden Übertragungsleitungen sind über Bonddrähte miteinander verbunden. Diese Struktur ermöglicht es, das äußere Q einer Resonanzleitung unter Verwendung des dielektrischen Resonators zu minimieren. Wenn ein Oszillator unter Verwendung dieser Resonanzschaltung erzeugt wird, ist es möglich, eine große Frequenzmodulationsbreite und ein großes Ausgangssignal zu erreichen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dielektri sche Resonanzvorrichtung und insbesondere auf eine dielek trische Resonanzvorrichtung zur Anwendung im Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Bereich.

Ein dielektrischer Resonator mit einem niedrigen Phasenrau schen und einer hohen Stabilität der Resonanzfrequenz wird als ein Resonator oder in einem Oszillator im Hochfrequenz bereich, wie z. B. dem Mikrowellen- oder Millimeterwellen- Bereich, verwendet.

Bei der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 8- 265015 hat die Bevollmächtigte der vorliegenden Anmeldung ein Modul gezeigt, bei dem Elektroden auf beiden Hauptober flächen eines dielektrischen Blatts angeordnet sind, um ei nen dielektrischen Resonator auf einem Teil des Blatts zu bilden. Die Elektroden, die auf dem dielektrischen Blatt angeordnet sind, dienen als Massepotentiale, und ein Mikro streifen, der auf einem weiteren dielektrischen Blatt ange ordnet ist, ist auf das dielektrische Blatt gestapelt. Diese Anordnung wird in einem Hochfrequenzmodul, wie z. B. einem VCO, verwendet.

Zusätzlich wurde ein ähnlicher Typ eines Hochfrequenzmoduls in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 8-294087 und der ebenfalls anhängenden U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 08/965,464 gezeigt. Die Fig. 19 und 20 stellen die Struktur des Hochfrequenzmoduls dar. Es sei bemerkt, daß dieses Hoch frequenzmodul nicht der Öffentlichkeit zu dem Zeitpunkt des Einreichens der Japanischen Anmeldung Nr. 10-42017, auf der die vorliegende Anmeldung basiert, offengelegt war. Folglich betrachten die Erfinder das Hochfrequenzmodul der Fig. 19 bis 20 als Stand der Technik hinsichtlich der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 19 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein dielektrisches Blatt. Eine Elektrode ist auf jeder der zwei Hauptoberflä chen des dielektrischen Blatts 1 gebildet. Jede Elektrode weist eine Öffnung auf, die an einer Position gebildet ist, die der Position der Öffnung der anderen Elektrode (Bezugs ziffer 4 bezeichnet eine Öffnung) entspricht. Der Teil, der durch die Elektrodenöffnungen definiert ist, dient als ein dielektrischer Resonator. Eine Schaltungsplatine 6 auf einer Oberfläche, aus der eine Schaltung, die Mikrostreifenlei tungen umfaßt, gebildet ist, ist auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Blatts 1 plaziert. An der Schaltungspla tine 6 sind ferner Kopplungsleitungen 11 und 12 bei Posi tionen vorgesehen, die es den Kopplungsleitungen 11 und 12 ermöglichen, mit dem dielektrischen Resonator gekoppelt zu werden, der in der Elektrodenöffnung 4 gebildet ist.

Bei dem in Fig. 20 gezeigten Beispiel sind Elektroden, die jeweils eine Öffnung aufweisen, die an Positionen gebildet sind, die einander entsprechen (die Bezugsziffer 5 be zeichnet eine Öffnung, die in einer Elektrode gebildet ist), auf zwei jeweiligen Hauptoberflächen eines dielektrischen Blatts 1 derart angeordnet, daß der Teil, der durch die Elektrodenöffnungen definiert ist, als ein dielektrischer Resonator dient. Das dielektrische Blatt 1 ist auf einer Schaltungsplatine 6 derart plaziert, daß der dielektrische Resonator mit einer Übertragungsleitung gekoppelt ist, die auf der Schaltungsplatine 6 gebildet ist. Ein Beabstandungs stück ist zwischen dem dielektrischen Blatt 1 und der Schal tungsplatine 6 derart angeordnet, daß die Elektroden an der unteren Oberfläche des dielektrischen Blatts 1 in Fig. 20 von den Elektroden an der oberen Oberfläche der Schaltungs platine 6 isoliert sind.

Bei den dielektrischen Resonatoren des Typs, der oben be schrieben ist, bei dem Elektroden, die jeweils eine Öffnung aufweisen, die bei Positionen gebildet sind, die einander entsprechen, auf zwei jeweiligen Hauptoberflächen eines dielektrischen Blatts angeordnet sind, ist fast das gesamte elektromagnetische Feld in dem Teil begrenzt, der durch die Elektrodenöffnungen definiert ist, und folglich ist die elektromagnetische Energie in diesem Teil konzentriert. Da her kann eine starke Kopplung durch Plazieren der Kopplungs leitung bei einer ordnungsgemäßen Position erreicht werden. Folglich kann der dielektrische Resonator verwendet werden, um beispielsweise einen Oszillator mit einer großen Oszil lationsfrequenzmodulationsbreite und/oder einer großen Aus gangsleistung zu realisieren.

Bei den Oszillatoren, die in Fig. 19 und 20 gezeigt sind, variiert die Frequenzmodulation abhängig von dem Äußeren Q (Qe2) der Resonanzschaltung (Kopplungsleitung 12), wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Es ist aus Fig. 16 sichtbar, daß es möglich ist, stark die Frequenzmodulationsbreite durch Reduzieren des Äußeren Q (Qe2) zu erhöhen.

Fig. 17 stellt die Beziehung zwischen dem Reflexionskoeffi zienten der Resonanzschaltung und dem Äußeren Q (Qe1) des dielektrischen Resonators und der Bandreflexionskopplungs leitung 11 dar. Aus Fig. 17 ist sichtbar, daß sich der Reflexionskoeffizient der Resonanzschaltung erhöht, wenn das Äußere Q (Qe1) reduziert wird. Da das Ausgangssignal mit der Erhöhung des Reflexionskoeffizienten der Resonanzschaltung zunimmt, ist es möglich, das Ausgangssignal durch Reduzieren des Äußeren Q (Qe1) zu erhöhen.

Fig. 2 stellt eine elektromagnetische Feldverteilung in ei nem dielektrischen Resonator des Typs dar, bei dem der Re sonator auf einem dielektrischen Blatt auf die Art und Weise gebildet ist, die in Fig. 19 oder 20 definiert ist. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugsziffern 2 und 3 Elektroden, die auf jeweiligen Hauptoberflächen des dielektrischen Blatts 1 ge bildet sind. Der Teil, der in den kreisförmigen Öffnungen 4 und 5 der jeweiligen Elektroden 2 bzw. 3 definiert ist, dient als ein dielektrischer TE010-Modus-Resonator. Bei der herkömmlichen Resonanzschaltung zur Anwendung in einem Oszillator sind die Kopplungsleitungen 11 und 12 bei Posi tionen angeordnet, die wenig abseits von den Oberflächen der Elektrodenöffnungen 4 und 5 (auf die hierin im folgenden als Elektrodenöffnungsebenen Bezug genommen wird) sind, die den dielektrischen Resonatorteil bilden. Wenn der Abstand zwi schen den Kopplungsleitungen und der Elektrodenöffnungsebene erhöht wird, nimmt daß elektromagnetische Feld, das an die Kopplungsleitungen angelegt ist, stark ab, wie es aus Fig. 1 sichtbar ist. Dies bedeutet, daß der Grad des Koppelns stark mit der Zunahme des Abstandes zwischen den Kopplungsleitun gen und der Elektrodenöffnungsebene abnimmt.

Fig. 18 stellt das Oszillationsausgangssignal als eine Funktion des Abstandes zwischen den Kopplungsleitungen und der Elektrodenöffnungsebene (wobei der Abstand in einer Richtung senkrecht zu der Elektrodenöffnungsebene gemessen ist) dar. Wie es aus Fig. 18 sichtbar ist, nimmt dann, wenn der Abstand zwischen den Kopplungsleitungen und der Elektro denöffnungsebene reduziert wird, das Äußere Q ab, und das Ausgangssignal nimmt zu.

Bei der dielektrischen Resonanzvorrichtung, die in den Fig. 19 oder 20 gezeigt ist, ist es jedoch unmöglich, den Abstand zwischen den Kopplungsleitungen und der Elektrodenöffnungen auf einen Wert zu reduzieren, der kleiner ist als eine prak tische Grenze. Das heißt, daß bei dem Beispiel, das in Fig. 19 gezeigt ist, es erforderlich ist, die Dicke der Schal tungsplatine 6 zu verringern, um den Abstand von der Elek trodenöffnungsebene der Elektrodenöffnung 4 zu den Kopp lungsleitungen 11 und 12 zu verringern, da die Kopplungs leitungen 11 und 12 auf der oberen Oberfläche der Schal tungsplatine 6 angeordnet sind. Die Reduktion der Dicke der Schaltungsplatine 6 ist jedoch auf einen praktisch möglichen Minimalwert begrenzt. Bei dem in Fig. 20 gezeigten Beispiel ist es erforderlich, die Dicke des Abstandstücks zu reduzie ren. Das Abstandsstück weist jedoch ebenfalls eine minimale mögliche Dicke auf. Außerdem führt die Reduktion der Dicke des Abstandsstücks zu einem weiteren Problem, durch das es unmöglich wird, eine gewünschte Charakteristik zu erhalten, da die Reduktion der Dicke des Abstandstücks eine große Än derung der charakteristischen Impedanz der Leitungen 11 und 12 erzeugt.

Ein weiteres Problem ist die Positioniergenauigkeit der Kopplungsleitungen relativ zu dem Resonator. Im Millimeter bereich führt eine sehr kleine Änderung der Position der Kopplungsleitungen relativ zu der Position des Resonators zu einer großen Änderung der Charakteristik. Daher ist eine ho he Positioniergenauigkeit erforderlich. Bei der herkömmli chen dielektrischen Resonanzvorrichtung werden jedoch der Resonator und die Kopplungsleitung getrennt durch unter schiedliche Prozesse erzeugt, und daher ist es schwierig, eine erforderliche hohe Positionsgenauigkeit zu erreichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine dielektrische Resonanzvorrichtung zu schaffen, die ein re duziertes Äußeres Q aufweist und eine hohe Positionsgenauig keit zwischen einem Resonator und einer Kopplungsleitung be sitzt.

Diese Aufgabe wird durch eine dielektrische Resonanzvorrich tung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß dieselbe eine dielektrische Resonanzvorrichtung vorsieht, die eine Resonanzschaltung, die einen dielektrischen Resonator ver wendet, mit einem reduzierten Äußeren Q umfaßt, derart, daß die dielektrische Resonanzvorrichtung beispielsweise verwen det werden kann, um einen Oszillator mit einer großen Fre quenzmodulationsbreite und einem großen Ausgangssignal zu realisieren.

Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß dieselbe eine dielektrische Resonanzvorrichtung mit einer hohen Positionsgenauigkeit zwischen einem Resonator und ei ner Kopplungsleitung und folglich mit einer kleinen charak teristischen Variation vorsieht.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine di elektrische Resonanzvorrichtung vorgesehen, die einen di elektrischen Resonator umfaßt, der Elektroden umfaßt, die auf jeweiligen zwei Hauptoberflächen eines dielektrischen Blatts gebildet sind, wobei jede Elektrode eine Öffnung auf weist, die an einer Position gebildet ist, die der Position der Öffnung entspricht, die in der anderen Elektrode gebil det ist, wobei die dielektrische Resonanzvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Kopplungsleitung, die mit dem dielektrischen Resonator gekoppelt ist, in mindestens einer der Öffnungen angeordnet ist, die bei Positionen gebildet sind, die einander derart entsprechen, daß der Abstand zwi schen der Elektrodenöffnungsebene und der Kopplungsleitung ordnungsgemäß reduziert ist; und daß eine Übertragungslei tung außerhalb der oben beschriebenen mindestens einen der Öffnungen gebildet ist, und die Übertragungsleitung mit der Kopplungsleitung elektrisch verbunden ist.

Bei diesem Aufbau ist die Kopplungsleitung direkt in der Elektrodenöffnungsebene gebildet, und daher ist es möglich, eine starke Kopplung zwischen der Kopplungsleitung und dem dielektrischen Resonator zu realisieren.

Wenn die Übertragungsleitung in der Form einer koplanaren Leitung unter Verwendung einer der Elektroden, die auf dem dielektrischen Blatt gebildet sind, als eine Masseelektrode aufgebaut sind, ist es möglich, gleichzeitig die Übertra gungsleitung, die Kopplungsleitung und die Elektroden an dem dielektrischen Blatt zu bilden, derart, daß der dielektri sche Resonatorteil an demselben gebildet wird, ohne daß ein zusätzliches Substrat verwendet werden muß.

Auf der Oberfläche des oben beschriebenen Blatts kann ein weiteres dielektrisches Blatt oder ein dielektrischer Film angeordnet sein, auf dem eine Mikrostreifenleitung, die als die oben beschriebene Übertragungsleitung dient, gebildet ist. Bei diesem Aufbau ist es, wenn die Übertragungsleitun gen anders als die Kopplungsleitung in die Struktur der Mi krostreifenleitungen gebildet werden, möglich eine starke Kopplung zwischen der Kopplungsleitung und dem dielektri schen Resonator zu erreichen.

Die Verbindung zwischen der Übertragungsleitung und der Kopplungsleitung kann über einen Leiter realisiert werden, der auf einem Verbindungsbauglied gebildet ist, das auf der Oberfläche des dielektrischen Blatts angeordnet ist, wobei der Leiter, der auf dem Verbindungsbauglied gebildet ist, von der Elektrode an der Hauptoberfläche des dielektrischen Blatts isoliert ist. Bei dieser Struktur kann die Verbindung zwischen der Übertragungsleitung und der Kopplungsleitung ohne weiteres durch Anbringen des Verbindungsbauglieds an der Oberfläche des dielektrischen Blatts auf eine ähnliche Art und Weise erreicht werden, die verwendet wird, um andere chipförmige Komponenten anzubringen.

Wenn die Kopplungsleitung und die Übertragungsleitung an dem dielektrischen Blatt gebildet sind, kann der Mittelleiter der koplanaren Leitung derart gebildet sein, daß der Mittel leiter der koplanaren Leitung und die Kopplungsleitung aus einer einzigen Leitung gebildet sind. Bei dieser Struktur ist keine zusätzliche Verbindung für die Verbindung zwischen der Kopplungsleitung und der Übertragungsleitung erforder lich.

Ferner können zwei Masseelektroden, die an beiden Seiten des Mittelleiters der koplanaren Leitung positioniert sind, mit einander über einen Leiter verbunden sein, der sich über den Mittelleiter ausdehnt. In diesem Fall ist es möglich, die Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators durch Ein stellen der Position des Leiters zu variieren, durch den die zwei Masseelektroden miteinander verbunden sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils eines VCO gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer elektromagnetischen Feldverteilung in einem dielek trischen Resonator zeigt;

Fig. 3 ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des VCO;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel ei nes Aufbaus eines Hauptteils der dielektrischen Resonanzvorrichtung unter Verwendung einer kopla naren Übertragungsleitung darstellt;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Bei spiel eines Aufbaus eines Hauptteils einer dielek trischen Resonanzvorrichtung unter Verwendung einer koplanaren Übertragungsleitung darstellt;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel eines Aufbaus eines Hauptteils einer di elektrischen Resonanzvorrichtung unter Verwendung einer koplanaren Übertragungsleitung darstellt;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Bei spiel eines Aufbaus eines Hauptteils einer dielek trischen Resonanzvorrichtung unter Verwendung einer koplanaren Übertragungsleitung darstellt;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel ei nes Aufbaus eines Hauptteils eines VCO unter Ver wendung einer Übertragungsleitung in der Form einer koplanaren Übertragungsleitung darstellt;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Bei spiel eines Aufbaus eines Hauptteils eines VCO un ter Verwendung einer Übertragungsleitung in der Form einer koplanaren Übertragungsleitung dar stellt;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel eines Aufbaus eines Hauptteils eines VCO unter Verwendung einer Übertragungsleitung in der Form einer koplanaren Übertragungsleitung dar stellt;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel ei nes Aufbaus eines VCO unter Verwendung einer Über tragungsleitung in der Form einer Mikrostreifenlei tung darstellt;

Fig. 12 eine perspektivische Teilansicht, die die Struktur eines Verbindungsteils zwischen einer Kopplungs leitung und einer Mikrostreifenleitung darstellt;

Fig. 13 eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel des Aufbaus einer Kopplungsleitung darstellt;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils einer dielektrischen Resonanzvorrichtung unter Verwendung eines dielektrischen PDTL-Modus-Resonators;

Fig. 15 ein Beispiel einer elektromagnetischen Feldvertei lung in einem PDTL-Modus;

Fig. 16 einen Graph, der die Beziehung zwischen der Fre quenzmodulationsbreite eines Oszillators und dem Kopplungsgrad darstellt;

Fig. 17 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Refle xionskoeffizienten einer Resonanzschaltung und dem Äußeren Q darstellt;

Fig. 18 ein Graph, der die Abhängigkeit des Ausgangssignals eines Oszillators von dem Abstand zwischen einer Elektrodenöffnungsebene und einer Kopplungsleitung darstellt;

Fig. 19 eine perspektivische Teilansicht, die ein Beispiel des Aufbaus eines herkömmlichen VCO darstellt; und

Fig. 20 eine perspektivische Teilansicht, die ein weiteres Beispiel des Aufbaus eines herkömmlichen VCO dar stellt.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 3 ist im folgenden ein er stes Ausführungsbeispiel eines spannungsgesteuerten Oszil lators (auf den im folgenden als VCO (= Voltage Controlled Oscillator) Bezug genommen wird) gemäß der vorliegenden Er findung beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Teilansicht eines VCO-Mo duls. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein dielek trisches Blatt. Die Elektroden 2 und 3 sind an den jeweili gen zwei Hauptoberflächen des dielektrischen Blatts 1 gebil det. Jede Elektrode 2, 3 weist eine Öffnung auf, die bei ei ner Position gebildet ist, die der Position der Öffnung der anderen Elektrode entspricht. In Fig. 1 bezeichnet die Be zugsziffer 4 eine Öffnung, die in der Elektrode gebildet ist, die auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Blatts 1 angeordnet ist. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Schal tungsplatine in der Form eines dielektrischen Blatts mit einer Öffnung, die bei einer Position gebildet ist, die der Elektrodenöffnug 4 entspricht. Verschiedene Schaltungen sind an der oberen Oberfläche der Schaltungsplatine 6, wie es im folgenden beschrieben ist, gebildet. Dieselben umfassen eine Übertragungsleitung 11', die mit einer Kopplungsleitung 11 verbunden ist, die in der Elektrodenöffnung 4 gebildet ist, und eine Übertragungsleitung 12', die mit einer Kopplungs leitung 12 verbunden ist, die in der Elektrodenöffnung 4 ge bildet ist. Ein Abschlußwiderstand 13 ist zwischen der Über tragungsleitung 11' und einer Masseelektrode 14 vorgesehen. Auf der anderen Seite ist eine Varaktordiode 16 zwischen der Übertragungsleitung 12' und einer Masseelektrode 17 ange ordnet. Ferner ist eine Vorspannschaltung (Bias-Schaltung) 23 mit einem Ende der Übertragungsleitung 12' verbunden.

Es ist ferner eine Serienrückkopplungsleitung 20 vorgesehen, an der ein FET 15 angebracht ist. Die Bezugsziffer 24 be zeichnet eine Ausgangsschaltung. Das Gate des FET 15 ist mit einem Ende der Übertragungsleitung 11' verbunden. Die Drain und die Source des FET 15 sind mit der Serienrückkopplungs leitung 20 bzw. der Ausgangsschaltung 24 verbunden. Eine Vorspannschaltung 22 ist mit der Serienrückkopplungsleitung 20 verbunden, und eine Vorspannschaltung 28 ist mit der Aus gangsschaltung 24 verbunden. Außerdem ist ein Chipwiderstand 25 zwischen dem Ende der Vorspannschaltung 21 und der Masse elektrode angeordnet.

Da sich die Rückseitenoberfläche der Schaltungsplatine 6 in einem Kontakt mit der Masseelektrode befindet, die an der oberen Oberfläche des dielektrischen Blatts 1 gebildet ist, sind Mikrostreifenleitungen zwischen den jeweiligen Über tragungsleitungen, die oben beschrieben sind, und der Masse elektrode, gebildet. Alternativ kann eine Masseelektrode über im wesentlichen den gesamten Bereich der Rückseiten oberfläche (die hin zu dem dielektrischen Blatt 1 gerichtet ist) der Schaltungsplatine 6 gebildet sein.

Die Kopplungsleitungen 11 und 12 sind an der oberen Oberflä che des dielektrischen Blatts 1 in einem Bereich, der durch die Elektrodenöffnung freigelegt ist, gebildet. Die Kopp lungselektroden 11 und 12 sind über Bonddrähte mit den Elek troden 11' bzw. 12', die an der Schaltungsplatine 6 gebildet sind, verbunden.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine elektromagne tische Feldverteilung in dem Resonatorteil darstellt. Wie im vorhergehenden beschrieben, sind die Elektroden 2 und 3, die kreisförmige Elektrodenöffnungen 4 und 5 aufweisen, die an Positionen gebildet sind, die einander entsprechen, auf bei den Hauptoberflächen des dielektrischen Blatts 1 derart an geordnet, daß der Teil, der durch die Öffnungen 4 und 5 de finiert ist, als ein dielektrischer TE010-Modus-Resonator dient. In dem TE010-Modus ist die Intensität des elektro magnetischen Feldes größer an Positionen, die näher zu der Oberfläche des dielektrischen Blatts in der Nähe der Elek trodenöffnungen 4 und 5 liegen.

Fig. 3 stellt eine äquivalente Schaltung des oben beschrie benen VCO dar. Bei dieser Figur bezeichnet R den dielektri schen Resonator. Der FET 15 bildet eine Schaltung mit nega tivem Widerstand. Die Schaltung mit negativem Widerstand, die Kopplungsleitung 11 und der dielektrische Resonator R, der mit der Kopplungsleitung 11 gekoppelt ist, bilden einen Bandreflexionsoszillator. Die Oszillationsfrequenz ändert sich gemäß der Kapazität der Varaktordiode 16, die mit der Kopplungsleitung 12 verbunden ist, die mit dem dielektri schen Resonator R gekoppelt ist.

Durch Bilden der Kopplungsleitung direkt in der Elektro denöffnungsebene auf die oben beschriebene Art und Weise ist es möglich, eine starke Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator und der Kopplungsleitung zu erreichen. Da die Elektrodenöffnung, die den dielektrischen Resonator bildet, und die Kopplungsleitung auf dem gleichen einzigen dielek trischen Blatt gebildet sind, ist es außerdem bei dieser Technik möglich, ohne weiteres eine hohe Positionsgenauig keit zwischen dem dielektrischen Resonator und der Kopp lungsleitung zu erreichen. Als ein Resultat ist es möglich, ohne weiteres dielektrische Resonanzvorrichtungen mit ge ringeren charakteristischen Variationen zu erzeugen.

Obwohl bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Übertragungs leitungen in die Mikrostreifenleitungsstruktur gebildet sind, können dieselben ferner in die koplanare Leitungs struktur gebildet sein. Fig. 4 stellt ein Beispiel dar, bei dem eine koplanare Leitung verwendet wird. In Fig. 4 ist von den Elektroden, die in der Elektrodenöffnung gebildet sind, lediglich eine Kopplungsleitung 11 gezeigt. In Fig. 4 ist eine Elektrode 2, die eine kreisförmige Öffnung 4 aufweist, und eine koplanare Übertragungsleitung, die einen Mittellei ter 11' umfaßt, an der oberen Oberfläche des dielektrischen Blatts 1 gebildet. Der Mittelleiter 11' der koplanaren Über tragungsleitung und die Kopplungsleitung 11 sind miteinander durch einen Bonddraht verbunden. Wenn die Übertragungs leitungen in die Form von koplanaren Übertragungsleitungen auf die oben beschriebene Art und Weise erzeugt sind, wird die Schaltungsplatine 6, wie z. B. dieselbe, die in Fig. 1 gezeigt ist, zumindest für die Übertragungsleitungen un nötig. Da die Masseelektrode, die Übertragungsleitungen und die Kopplungsleitungen alle auf dem dielektrischen Blatt gebildet werden können, wird der erforderliche Erzeugungs prozeß einfacher. Außerdem kann eine hohe Positionsgenauig keit zwischen dem dielektrischen Resonator und der Kopp lungsleitung ohne weiteres erreicht werden.

Anstelle des Verwendens des Bonddrahts, der in Fig. 4 ge zeigt ist, kann die Verbindung ferner unter Verwendung eines Banddrahts, wie in Fig. 5 gezeigt ist, erreicht werden.

Wie in Fig. 6 gezeigt, kann alternativ ein Verbindungsbau glied, das einen Leiter 28 umfaßt, zwischen der Kopplungs leitung 11 und dem Ende der koplaneren Übertragungsleitung derart angeordnet sein, daß der Mittelleiter 11' der kopla naren Übertragungsleitung mit der Kopplungsleitung 11 über den Leiter 28 verbunden ist.

Weiterhin kann, wie in Fig. 7 gezeigt, die Kopplungsleitung 11 alternativ mit dem Mittelleiter 11' der koplanaren Über tragungsleitung über eine Luftbrücke 26 verbunden sein.

Fig. 8 stellt ein Beispiel eines VCO dar, der unter Verwen dung der Übertragungsleitungen in der Form von koplanaren Übertragungsleitungen aufgebaut ist. In Fig. 8 bezeichnet die Bezugsziffer 30 eine Resonanzschaltungsplatine, die ein dielektrisches Blatt 1 umfaßt, bei dem die Elektroden 2 und 3, die Öffnungen aufweisen, die an Positionen gebildet sind, die einander entsprechen, an den jeweiligen zwei Hauptober flächen des dielektrischen Blatts 1 derart positioniert sind, um einen dielektrischen TE010-Modus-Resonatorteil zu bilden. Außerdem sind die Kopplungsleitungen 11 und 12 und verschiedene Übertragungsleitungen, die die Übertragungslei tungen 11' und 12' in der Form von koplanaren Übertragungs leitungen umfassen, auf der oberen Oberfläche des dielek trischen Blatts 1 gebildet. Die Bezugsziffer 31 bezeichnet eine Schaltungsplatine mit negativem Widerstand. Eine Masse elektrode ist über im wesentlichen dem gesamten Bereich der unteren Oberfläche eines dielektrischen Blatts gebildet. Ei ne Schaltung mit negativem Widerstand, die einen FET 15 um faßt, ist an der oberen Oberfläche des dielektrischen Blatts gebildet. Diese Schaltung mit negativem Widerstand ist auf eine ähnliche Art und Weise wie die Schaltung mit negativem Widerstand aufgebaut, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Bei der Resonanzschaltungsplatine 30 ist ein Abschlußwider stand 13 an der oberen Oberfläche des dielektrischen Blatts 1 derart angeordnet, daß die Übertragungsleitung 11' über den Abschlußwiderstand 13 mit der Elektrode 2 verbunden ist, die als die Masseelektrode dient. Außerdem ist eine Varak tordiode 16 zwischen der Übertragungsleitung 12' und der Masseelektrode angeordnet. Die Übertragungsleitung 12' ist ferner mit einer Vorspannschaltung 23 verbunden. Wenn sowohl die koplanaren Leitungen als auch die Mikrostreifenleitungen verwendet werden, wie es bei diesem Beispiel der Fall ist, können die Resonanzschaltungsplatinen und die Schaltungspla tine mit negativem Widerstand getrennt erzeugt werden, und die Übertragungsleitungen an den zwei Platinen können über einen Bonddraht verbunden sein.

Fig. 9 stellt ein weiteres Beispiel eines VCO, der unter Verwendung von Übertragungsleitungen in der Form von kopla naren Übertragungsleitungen aufgebaut ist, dar. Eine Schal tungsplatine mit negativem Widerstand 31 ist ähnlich zu der selben, die in Fig. 8 gezeigt ist. Eine Resonanzschaltungs platine 30 unterscheidet sich von derselben, die in Fig. 8 gezeigt ist, dahingehend, daß die Kopplungsleitungen 11 und 12 in einen äußeren Bereich von dem Inneren einer Elektro denöffnung 4 derart ausgedehnt sind, daß die ausgedehnten Teile als koplanare Übertragungsleitung wirken. Mit anderen Worten sind die Mittelleiter der koplanaren Übertragungslei tungen und die Kopplungsleitungen aus den gleichen durch gehenden Leitungen gebildet. Bei dieser Struktur wird der Bonddraht für die Verbindung zwischen den Kopplungsleitungen und den Übertragungsleitungen unnötig. Wie bei der Verbin dung zwischen der Übertragungsleitung an der Resonanzschal tungsplatine 30 und derselben an der Schaltungsplatine mit negativem Widerstand 31 können die Übertragungsleitungen unter Verwendung von Lot oder dergleichen ohne Verwenden eines Bonddrahts direkt verbunden sein.

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel eines VCO darstellt, der unter Verwendung von Über tragungsleitungen in der Form von koplanaren Übertragungs leitungen aufgebaut ist. In Fig. 10 bezeichnet die Bezugs ziffer 26 Luftbrücken, die sich über Mittelleiter von kopla naren Übertragungsleitungen und von den Kopplungsleitungen 11 und 12 derart ausdehnen, daß zwei Masseelektroden (Elektroden 2) an beiden Seiten der Mittelelektroden über die Luftbrücken miteinander verbunden sind. Durch Anordnen von Luftbrücken 26 um den Umfang der Elektrodenöffnung 4 derart, daß die resultierende Struktur äquivalent zu der Struktur ist, die in Fig. 8 gezeigt ist, bei der die Elektrodenöffnung durch einen durchgehenden Masseleiter um geben ist, wird sichergestellt, daß eine Oszillation bei einer inhärenten Resonanzfrequenz auftritt. Wenn die Po sitionen der Luftbrücken 26 weit weg von dem Umfang der Elektrodenöffnung 4 verschoben werden, ändert sich die elektromagnetische Feldverteilung nahe dem Umfang der Elek trodenöffnung und folglich ändert sich die Resonanzfrequenz (nimmt ab). Dieser Effekt ermöglicht es, daß die Resonanz frequenz eingestellt oder durch die Positionen der Luft brücken 26 eingestellt wird.

Anstelle der Luftbrücken 26, die in Fig. 10 gezeigt sind, können Bonddrähte oder Banddrähte verwendet werden, um Ver bindungen zwischen den Masseelektroden an beiden Seiten der Mittelleiter der koplanaren Übertragungsleitungen zu bilden. Alternativ können die Brücken unter Verwendung einer Zwei- Schicht-Verbindungstechnik gebildet sein.

Obwohl koplanare Übertragungsleitungen bei den Beispielen verwendet werden, die in den Fig. 8 bis 10 gezeigt sind, kann die Schaltung ferner in zwei Module aufgeteilt sein, d. h. eine Resonanzschaltungsplatine 30 und eine Schaltungs platine mit negativem Widerstand 31, wie in Fig. 11 gezeigt, wenn die Übertragungsleitungen unter Verwendung von Mi krostreifenleitungen erzeugt werden. In Fig. 11 sind ein di elektrischer Resonator, der in den Resonanzschaltungselek trodenöffnungen 4 gebildet ist, Kopplungsleitungen 11 und 12, die mit dem dielektrischen Resonator gekoppelt sind, und Übertragungsleitungen 11' und 12', die mit den jeweiligen Kopplungsleitungen 11 und 12 verbunden sind, alle ähnlich zu denselben, die in Fig. 1 gezeigt sind, obwohl es Unterschie de bezüglich der Positionen gibt. Eine Schaltungsplatine mit negativem Widerstand 31 ist ähnlich zu derselben, die in Fig. 8 gezeigt ist. Durch Teilen der Schaltung in das Reso nanzschaltungsmodul und das Schaltungsmodul mit negativem Widerstand, wie oben beschrieben, wird es ermöglicht, ge trennt diese zwei Module zu erzeugen und einzustellen.

Fig. 12 stellt eine weitere Technik dar, um eine Mikro streifenleitung, die an einer Schaltungsplatine 6 gebildet ist, mit einer Kopplungsleitung zu verbinden, die an einem dielektrischen Blatt in einer Elektrodenöffnung gebildet ist. Bei diesem Beispiel umfaßt die Schaltungsplatine 6 eine Öffnung, die an einer Position gebildet ist, die der Elek trodenöffnung 4 entspricht, die an dem dielektrischen Blatt gebildet ist, und die Schaltungsplatine 6 steht teilweise in die Öffnung derart vor, daß das Ende des vorstehenden Teils ein Ende der Kopplungsleitung 11 erreicht, die in der Elek trodenöffnung gebildet ist. Die Übertragungsleitung 11' in der Mikrostreifenleitungsform und die Kopplungsleitung 11 sind miteinander an dem vorstehenden Teil über Lot oder der gleichen verbunden. Anstelle des Verwendens von Lot kann die Verbindung ferner über eine Kapazität zwischen der Übertra gungsleitung 11' und der Kopplungsleitung 11 erreicht wer den.

Bei den obigen Beispielen sind die Kopplungsleitungen ein fach an der Oberfläche des dielektrischen Blatts 1 in der Elektrodenöffnung gebildet. Alternativ kann jede Kopplungs leitung in eine Grabenstruktur gebildet sein, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Eine derartige Grabenkopplungsleitung kann durch Bilden eines Grabens bei einer Position, bei der eine Kopplungsleitung gebildet werden soll, und dann durch Bilden einer Elektrode an der inneren Oberfläche des Grabens erhal ten werden. Durch Verwenden einer derartigen Elektroden struktur ist es möglich, den Leiterverlust zu reduzieren und folglich das Qo des dielektrischen Resonators zu erhöhen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine kreisförmige Elektrodenöffnung gebildet, um einen dielektri schen TE010-Modus-Resonator zu bilden. Alternativ kann eine rechteckige Elektrodenöffnung derart gebildet sein, um einen rechteckigen Schlitz-Modus-Resonator zu realisieren, wie es in Fig. 14 gezeigt ist. Bei diesem Modus wirkt eine planare dielektrische Übertragungsleitung als ein Resonator, und folglich kann dieser Modus ein PDTL-Modus genannt werden.

Fig. 15 stellt eine elektromagnetische Feldverteilung in dem dielektrischen PDTL-Modus-Resonator dar. Durch Anordnen der Kopplungsleitung 11, die in Fig. 14 gezeigt ist, in einer Richtung, die die Richtung des Magnetfelds in dem PDTL-Modus kreuzt, ist es möglich, den dielektrischen Resonator mit der Kopplungsleitung magnetisch zu koppeln.

Claims

1. Dielektrische Resonanzvorrichtung, die einen dielektri schen Resonator aufweist, der Elektroden (2, 3) auf weist, die an jeweiligen zwei Hauptoberflächen eines dielektrischen Blatts (1) gebildet sind, wobei jede der Elektroden (2) eine Öffnung (4) aufweist, die an einer Position gebildet ist, die der Position der Öffnung (5) entspricht, die in der anderen Elektrode (3) gebildet ist, wobei die dielektrische Resonanzvorrichtung fol gende Merkmale aufweist:
eine Kopplungsleitung (11, 12), die mit dem dielek trischen Resonator gekoppelt ist und in mindestens einer der Öffnungen (4, 5) angeordnet ist, die an Positionen gebildet sind, die einander entsprechen; und
eine Übertragungsleitung (11', 12'), die außerhalb der mindestens einen der Öffnungen (4, 5) gebildet ist, wo bei die Übertragungsleitung (11', 12') mit der Kopp lungsleitung (11, 12) elektrisch verbunden ist.

2. Dielektrische Resonanzvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Übertragungsleitung (11', 12') in der Form einer koplanaren Leitung aufgebaut ist, die eine der Elektroden (2), die an dem dielektrischen Blatt (1) gebildet sind, als eine Masseelektrode verwendet.

3. Dielektrische Resonanzvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der
an der Oberfläche des dielektrischen Blatts (1) ein weiteres dielektrisches Blatt oder ein dielektrischer Film angeordnet ist; und
eine Mikrostreifenleitung an dem weiteren dielektri schen Blatt oder dielektrischen Film derart gebildet ist, daß die Mikrostreifenleitung als die Übertragungs leitung (11', 12') dient.

4. Dielektrische Resonanzvorrichtung gemäß einem beliebi gen der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Übertragungslei tung (11', 12') und die Kopplungsleitung (11, 12) über einen Leiter (28) miteinander elektrisch verbunden sind, der an einem Verbindungsbauglied (27) gebildet ist, das auf der Oberfläche des dielektrischen Blatts (1) angeordnet ist, wobei der Leiter von der Elektrode (2) an der Hauptoberfläche des dielektrischen Blatts (1) isoliert ist.

5. Eine dielektrische Resonanzvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der der Mittelleiter der koplanaren Leitung und die Kopplungsleitung (11, 12) in der Form einer einzi gen Leitung aufgebaut sind.

6. Dielektrische Resonanzvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 5, bei der die zwei Masseelektroden (2), die an beiden Seiten des Mittelleiters der koplanaren Leitung posi tioniert sind, über einen Leiter (26) miteinander ver bunden sind, der sich über den Mittelleiter erstreckt.