DE2152857A1 - Mikrowellen Resonator - Google Patents

Description

PATENTANWALT

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741ReUiUOg / WOrtt.
Hindenburgsir. 65 - Telefon 34718

P 1598

Anmeldort Firma

Lignes Telegraphiques et

Tölephoniques,

89» rue de la Faisanderie

Parie/Prankreich

Die jt'jrfladung betrifft ©iuen Mikrowslloa-ReBonator, sog-snannten Bandleifcer-llösoiiator, mit einer Isolationsplatt» als GxiAndkörpnr, deren ein© Seita vollotändlg t-iit üiiner Metallaöhicht bodackt ist, und die einen auf metallisierten Leiter aufweist, der einen Teil der anderen Seite der Isolationsplatte badeokt, sowie Generatoren, in denen solche Resonatoren verwendet sind.

Bs aind bereits aolohe Bandleiter-Reaonatoren (Mieroirtrip-Resonatoren) für Mikrowellen bekannt, die eine Platte der Stärke e aufweisen, die einen Grundkörper bildet und auf der einen Seite m&feallieiert und auf 'Ifiv anderen Seite alt einem Metali be lag vereehen ist, die Form öinßö Kreises vom Durohmosaer D hat und

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silt einem Bandleiter Ober zwei Zwischenräume kapazitiv gekoppelt ist. Die Mittenresonanzfrequenz F des auf diese Welse gebildeten Resonators ergibt sich aus folgender Gleichung:

F * ... ^{c K<}

in welcher c die Lichtgeschwindigkeit und c*ff M durch die Ausdrücke

ι/fr *

definiert sind» Dabei bedeuten Z r und Uf· die Dielektrizitätskonstante und die magnetische Permeabilität des Grundkörpers, und q ist ein Faktor, der Filiifaktor genannt wird und eine Funktion von D ist. Anderseits ist K* eine Funktion von D in der H§he von Eins.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Resonatoren so auszubilden, daß sie günstigere Eigenschaften als die bekannten Kreisresonatoren bezüglich der Resonanzfrequenz und des Gütefaktors bei gleichen Abmessungen haben.

Diese Aufgabe wird erfindung^gmäß dadurch gelöst, daß bei einem Mikrowellen-Resonator der genannten Art der

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Schaltkreis Ringfora hat, und daß ein lfikrowellen-Bandleiter nit diese« aufmetallisierten Ring kapasitiv gekoppelt ist.

Die Erfindung umfaßt außerdem einen Mikrowellen-Generator, der ein metalliaohes Gehäuse aufweist, das einen Hohlraum bildet, dessen Resonanzfrequenz klar oberhalb der Generatorfrequens liegt, «ladestens gleich der doppelten Frequenz 1st» und der gekennzeichnet 1st durch die Verwendung eines Bandleiter-Ringresonators im Innern des Hohlraumes, dessen Grundplatte in Innern des aufmetallisierten Ringes «it einer öffnung versehen ist, in weloher eine Gunn-Effekt-Diode als Oszillator alt festem Zustand angeordnet und «it dem Ring verbunden ist, und bei welchem ein Ausgangsansohlufi das Gehäuse durchläuft und mit diesem Ring kapazitiv gekoppelt ist, und eine Polarisationsverbindung vorhanden ist, die durch einen mit dem Boden des Gehäuses befestig tea zylindrischen. Stab gebildet wird, der entlang der Achse des aufmetallieierten Ringes angeordnet ist und in Eontakt mit der Diode steht.

Gegenstand der Erfindung sind also Bandlelter-Resonatoren für Mikrowellen, in denen der Resonator nicht kreis« förmig ist, sondern eine Ringform mit einem AuBendurohmesser D und einem Innendurchmesser d hat.

Bei solchen Resonatoren lautet die Formel für die Re-

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worin alle bereits in der Gleichung (1) enthaltenen Bezeichnungen die gleichen Größen betreffen und in welcher K" eine Funktion von d und D ist.

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Die Ringform der Resonatoren hat den Vorteil, dafi duroh sie eine öffnung im Grundkörper im Innern deo Ringes angebracht und darin ein Ossillator mit einen festen Zustand, beispielsweise eine Gunn-Effekt-Diode, sowie Mittel zum Polarisieren oder mim Speisen dieser Diode angeordnet werden können.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Bingreeonator des vorstehend erwähnten Typs, bei welchem die Grundkurperplatte magnetisch und einer Einrichtung rugeord-" net ist, die diese Platte einem magnetischen Gleichfeld mit einer regelbaren Stärke aussetzt, un die Resonanzfrequenz des Resonators sru ändern.

Die Erfindung betrifft eohlieSlioh einen Bandleiter» Ringresonator, bei welchem die Grundplatte eine öffnung im Innern des metallischen oder aufmetallisierten RIn-

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gea aufweist, wobei diese öffnung entweder frei oder von. einem Metalletal) durchdrungen eein kann.

Einzelheiten der Erfindung ergeben eich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung·

Im einzelnen zeigent

Mg. 1 einen kreisförmigen Bandleiter-Resonator bekannter Art;

Fig* 2 bis 15 Diagramms mit Kurven des Resonanzfrequenzwertes eines Resonators nach Fig·' als Funktion verschiedener geometrischer Parameter des Aufbaus des Resonators und der magnetischen Feldstärke, welcher er ausgesetzt werden kann* wenn die Grundplatte magnetisch ist}

Fig. 6 einen Bandleiter-Ringresonator gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ein Diagramm mit Kurven für die Verhältniswerte D/e, F/F_o (Resonanzfrequenz F des Ringresonators zur Resonanzfrequenz F_Q eines Ereisresonators mit dem gleichen Wert D) als Funktion von d/Dj

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fig. θ ein Diagram Bit Kurven, ««lohe dl« Terfinderung des Gütefaktors eines Ringreeönators in Abhängigkeit von den Verbaltni a d/D in Falle eines durchbrochenen Bingresonators darstellt, dessen öffnung entweder frei oder von einem Metallstab durchdrungen, ist;

flg. 9 ein Diagram mit Kurren, die für Bandleiter . Kreisresonatoren und Ringresonatoren die

" Änderung der Besonansfrequenjs in Punktion

der Stärke eines angewandten Gleiohmagnet-

feldes angebeni

Pig. 10 einen Schnitt durch einen erflndungsgeeäfi auegebildeten Hikrowellen-eeaerator mit fester Trequens;

Fig. 11 eine Draufsicht auf einen Generator nach KLg. 10 bei abgenommenem Gehfiueedeokelf

Hg. 12 einen Schnitt durch einen Mikrowellen-Generator gemäß der Erfindung mit veränderlicher frequenz;

Fig. 13 ein Diagramm, das die inderung der frequenz eines Generators gemfiS fig. 11 In Abhängigkeit -von der Hone des Gehäuses seigtf

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Pig. 14 oiu Diagram, das Al« Änderung der

eines Generators gemäß Tig. 12 in Abhängigkeit von der Stärke dee auf die Grundplatte ausgeübten Hagnetfeldes zeigt.

Ber in 7ig.1 dargestellte bekannte Kreisresanator weist eine Grundplatte c «it der Stärke e auf. Bas Grundmaterial dieser Platte, die isolierend, magnetisch oder unraagnetisch sein kann« kann Aluminium, ein Ferrit, ein Granat o.dgl. sein· In den nachfolgend beschriebenen Beispielen besteht diese Platte aus YIG, also aus eine« ffer-YttriuK-Granat. (Solche Granate werden von der Anme? darin unter der Bezeichnung IM 6 901 und von der Firma Transtech unter der Bezeichnung G 113 hergestellt und vertrieben). Eine der Seiten der Grundplatte 10 ist «it einer aufoetallisierten Schicht 11 aus Gold bedeokt, und auf der anderen Seite des Grundkörpers 10 ist ebenfalls auo Gold eine kreisförmige Metallschicht 12 mit dem Durchmesser D angeordnet, die mit einem Bandleiter 13, 13' gekoppelt ist. Öle Besonansfrequens des auf dieee Weise gebildeten Resonators ist durch die vorstehend aufgeführte Gleiohimg (1) gegeben.

Das Diagramm in Pig.2 zeigt den Wert der Resonanzfrequenz F_Q in GBs des In Fig.1 dargestellten Kreiaresonansskurpers als Funktion des Durchmessers des Resonators in mm für einen GrundkOrper von der Stärke e»1mm.

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Dae Diagramm dar fig.3 eeigt die Resonanzfrequenz in GHb des in Fig.1 dargestellten Kreisresonators als Funktion der Stärke e der Grundplatte in mm bei einem Durchmesser

Fig.4 zeigt ein Diagramm der Resonanzfrequenz in GBe des in Fig 1 dargestellten Kreisreaonators in Abhängigkeit von der Stärke eines magnetischen Polarisationsfeldee, ausgedruckt in Amperewindungen pro Meter. Von den beiden Kurven zeigt eine die Werte bei einem Burohmesser von 4,40mm und einer Stärke von 1mm_f und die andere die Werte bei einem Durohmesser ron 6mm und einer Stärke von 1,6mau

Das Diagramm der Fig.5 zeigt den Gütefaktor Q in Abhängigkeit von der Stärke e der Grundplatte, ausgedrückt in

Aus den Diagrammen der Figuren 2 bis 5 läßt sich die Resonanzfrequenz und der Gütefaktor ermitteln» wenn die Abmessungen e und D des Resonators bekannt sind, und, bei einem magnetischen Grundkörper, die Stärke des magnetischen Polarisationef eldee bekannt ist.

Der in Fig.6 dargestellte Resonator «eist eine Grund» platte 20 mit der Stärke e auf. Die Grundplatte 20 ist auf der einen Seite mit einem Metallbelag 21 versehen,

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der eine Kasseebene bildet. Auf der anderen! Seite ist ein Ringresonator 22 mit einem äußeren Durchmesser D und einem inneren Durchmesser d ausgebildet. Dieser Resonator ist mit einem Mlkrobandleiter 23t 23* gekoppelt. Die Resonanzfrequenz des Resonators ergibt sich aus der eingangs angegebenen Gleichung (2).

Das Innere des Ringes 22 ist unter Bildung einer öffnung 24 ausgebrochen. Diese Öffnung dient zur Anordnung eines Oszillators mit einem festen Zustand oder zur Anordnung eines Stabes oder Verbindungsleiters wie dies nachfolgend noch beschrieben wird.

In dem Diagramm der Fig.7 zeigen die Kurren 71 und 72 für die beiden Werte 5 und 7 des Verhältnisses D/e die Änderung von F/Fq in Abhängigkeit von d/D bei einem Resonator gemäß Pig.6. Man ersieht daraus» daß bei einem Verhältnis d/D von kleiner als 0,7 die Resonanzfrequenz F des mit einer zentralen öffnung versehenen Ringresonators sich um mehr als 20$ von der Resonanzfrequenz F₀ eines Kreisresonators entfernt.

D^e Kurven 81 und 82 in dem Diagramm nach fi.g*% zeigen die Änderungen des Gütefaktors des Resonators in Abhängigkeit von dem Verhältnis d/D, einmal im Falle einei lediglich mit einer öffnung versehenen Ringresonators und zum anderen für den Fall, daß der gleiche Resonator

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■it einen leitenden Stab versehen 1st» der durch diese öffnung hlndurohgefUhrt 1st und eine beliebige JMnge hat, die größer 1st ale die Starke der Grundplatte.

In dem Diagramm der Pig.9 zeigen die Kurren 91 und 92 die änderung der Resonanzfrequenz bei einem Kreisresonator und bei einem Ringresonator In Abhängigkeit von der Stärke eines Polarlsatlonsmagnetfeldes.

Aus den dargestellten Kurven 1st ersichtlich, daß die Änderung der Frequenz in Abhängigkeit τοη der Magnetstarke im Falle eines Ringresonator weniger bedeutend ist, da der Verlust hinsichtlich des Gütefaktors relatlT gering ist» wenn man von einem Kreisprofil auf ein Ringprofil übergeht. Das "übereinstimmungsband" (bande d'accord) des Ringresonator durch Veränderung des Magnetfeldes ist al se saJsüfttoher als. dasjenige des Kreiere· senator». Statt dessen bleibt die relative Stärke dieses Übereinstlnsungsbandes größer alB 15£» was zu praktisch interessanten Resonatoren führt, die leicht Oszillatoren mit festem Sustand zugeordnet werden kennen.

Ringresonatoren gemäß der Erfindung können also in Reihe und parallel angeordnet werden» um Bandpafifllter für Mikrowellen zu bilden.

In den Pig 10 und 11 ist ein Oszillator dargestellt, der ein Metallgehäuse 101 aufweist» das beispielsweise

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aue Kupfer gefertigt und mit einem Deckel 102 und Kühlrippen 103 versehen let. Der Deckel und das Gehäuse sind mit Hilfe einer Xeolationaeehloht 104 voneinander isoliert. Im Innern des Gehäuses 101 ist eine Isolationeplatte 105 angeordnet, die magnetisch oder unmagnetisoh sein kann« und die auf ihrer in Kontakt mit dem Gehäuse stehenden Seite 106 metallisiert ist, während sie auf ihrer Oberseite einen aufaetalliaierten Ring 107 aufweist, der mit einem Kikrobandlelter 108 über kapazitätive Abstände 109 gekoppelt ist. Dieser Kikrobandleiter ist mit dem inneren Leiter eines Koaxialleitungsansohlusses 110 verbunden.

Die Platte 105 und der Körper des Gehäuses 101 sind koaxial zum Hing 107 mit einer Öffnung 111 versehen, deren Innendurchmesser gleich dem Innendurchmesser des Ringes ist. In der Öffnung 111 ist eine Gunn-Effekt« Diode 112 angeordnet (beispielsweise eine von der amerikanischen Firma Microwave Associates unter der Beeeichnung MA. 49 114 vertriebene Gunn-Effekt-Diode).

Die Diode 112 weist einen Keramikkörper 113 und swei Metallanschlüsse 114 und 115 auf. Der Hetallanschlufi 114 ist in der Öffnung 111 angeordnet und steht in Kontakt mit dom Gehäuse 101. Der Anschluß 115 steht in Kontakt mit einem Stab 116, der vom Deckel ins Innere des Gehäuses absteht. Der Deckel und das Gehäuse weisen zwei Anschlüsse 117 und 118 auf, Ewischen welohe eine

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Spannung in der GrWenordinmg τοη 12 Volt gelegt wird.

Zm Fall© eines Generators mit fester Trequens ist die Platte 105 «Magnetisch.

Ia Falle eines Generators «it einer Teräuderlichen Frequenz wird geaäS Wg. 12 die ganze Einrichtung in den luftspalt eines Elektromagneten 119 eingesetet, dessen Polsehuhe 120 und 121 die Platte 109 gewisser«» maßen einrahmen. In diesem falle ist die Platte 105 aus einen Magnetischen Isolationsmaterlal gefertigt, beispielsweise aus eine« Ferrit oder einem Granat, beispielsweise einem Ter-Tttriun-Granat TIG. Zur Änderung der Resonansfrequnes des Bingresonators wird die Stärke des duroh die Yloklung 122 des Elektromagneten fliesenden Stromes geändert.

Vm das Polarisationsmagnetfeld der Platte 105 bu rer~ gröBern, ragt der Polsohuh 121 duroh eine öffnung im Deckel in das Gehäuse hinein und steht in elektrischem Eontakt mit diesem Deckel. Der Polsohuh 121 tragt in diesem lall den Stab 116 für die Polarisation der Diode 112.

Aus dem Diagramm der Pig. 15 ist der Einfluß der Hohe A des Gehäuses auf den Gütefaktor und die Einftt«ungedampfung des Resonators ersichtlich, deesen Platte aus TIG gefertigt ist (entweder aus einem τοη der Anmelderin

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unter der Bezeichnung LTT 6 901 oder aus einen von der Firma Transtech unter der Bezeichnung G 113 hergestellten Material).

Die Fig. 14 zeigt eine Kurve über die Änderung der Resonanzfrequenz in GHs des Resonators dee Generators in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke bei einem Ringresonator mit einem Außendi rotamesser von 4_t4i und einem Innendurchmesser von 2,2mm.

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Claims (1)

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   Patantaaaprttohe

   Iflkrowelbn-Resonator, nit einer Isolationsplatte als Grundkürper, deren eine Seite Yollst&ndlg ■it einer Metallschicht bedeckt ist, und alt einem aufnetallisierten Leiter, der einen !Teil der anderen Seite der Isolatlonsplatte bedeckt, dadurch gekennzeichnet» daß dieser Leiter eine Ringform hat, und daß ein Mikrowellen-Band leiter alt diesem acuimetallislerten RingxapazitlT gekoppelt ist.

   2. Eeeonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Grundplatt eunmagnetisoh ist.

   3· Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Grundplatte magnetisch 1st und einer Einrichtung sur Brseugung eines Yeranderlichen PolariBetioneeagnetfeldee sug«ordti«t ist·

   4· Resonator nach Ansprach 1, dadurch gekenneeicbnet, daß die Orundplatteiiit eineröffnungTersehen 1st, die innerhalb dee Rlngesllegt, inabeaondere den niohtmetallisierten Innenbereich.des Ringes bildet.

   5' Kikrowellen-Generator mit einem Ringresonator

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   iwoh Anspruch 1, «it eine« Metallgehäuse, tea •inen Hohlraum bildet, dessen Resonatusf requeue klar oberhalb der Arbeitsfrequene des Mikrowellen-Generators liegt, wobei der Ringresonator ie Innern dieses Hohlraumes angeordnetist, daduroh gekennzeichnet, daß die Grundplatte des Resonators in Innern des Ringes «it einer Öffnung versehen ist, daß in dieser Öffnung ein Oszillatorelement 1*β) mit eine« festen Zustand angeordnet und mit dem Ring verbunden 1st, daßdieeer Generator einen AusgangsansohluSf Kittel'zur kapazitiven Kopplung des Ausgangsansohlusses mit dem Ring und eine Polarleationsverbindung aufweist, der aus eine« «it den GehBnsedeokelverbundenen zylindrischen besteht, der entlang der Achse des «etallisierten Ringes angeordnet ist und «it den Ossillatoreleaent Kontakt hat.

   6. Mikrowellen-Generator nach Anspruch 5# daduroh gekennzeichnet, daß das Osslllatorelement «it feste« Sustand eine Gunn-Bffekt-DiodeJ.st.

   7· Mikrowellen-Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel sur kapazitiven Kopplung des AusgangsansohluBsee mit dem metallieierten Ring des Resonators aus einem Mikrowellen-Bandleiter besteht, der auf der gleichen Grundplatte wie der Ring angeordnet und mit diese« Ring kapael-

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   tiT gekoppelt ist.

   8. Mikrowellen-Generator nach Anspruch 5_t vit regulierbarer irequenSff dadurch gekennzeichnet, daß der

   Ringresonator in de« luftspalt swieohen den PoI-(00,4M) fat) *^

   schuhen eines Magneten angeordnet ist, der ein Hagnetfeld «it regulierbarer Starke erseugt.

   9· Mikrowellen-Generator nach Anspruch 5» alt einer regulierbaren Trequens. dadurch gekennseiohnet, daB einer der Poleohuhe dea Megnetenaurch eine Öffnung in Oehfiueedeokel in das Gehäuee hineinragt.

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   Le e rs e i te