DE2152857B2 - Mikrowellen-Resonator - Google Patents

Description

4. Resonator nach Anspruch I, dadurch gekenn- ta j_n welcher c die Lichtgeschwindigkeit und £_en und zeichnet, daß die Grundplatte (20) mn einer _μ^ durch die Ausdrücke

öffnung (27) versehen ist, die oberhalb des Ringes

(28) liegt, insbesondere den nichtmetallisierten _fr3 -- ι f q(_f, - \)

Innenbereich des Ringes bildet.

5. Mikrowellen-Generator mit einem Ring- »5 j/»„ \ \ q\ -1)
resonator nach Anspruch 1, mit einem Metall- ' V-' I
gehäuse, das einen Hohlraum bildet, dessen Re-

sonanzfreqi.-r.z klar oberhalb der Arbeitsfrequenz definiert sind. Dabei bedeuten r_r und μ_Γ die Dielekdes Mikrowellen-Generators liegt, wobei der Ring- trizitätskonstante und die magnetische Permeabilität resonator im Innern dieses Hohlraumes angeord- 30 des Grundkörpers, und q ist ein Faktor, der Füllfaktor net ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Grund- genannt wird und eine Funktion von D ist. Andererplatte (105) des Resonators im Innern des Ringes seits ist K' eine Funktion von />/<? in der Nähe von Eins. (107) mit einer öffnung (111) versehen ist, daß in Die bekannten Resonatoren (französische Patentdieser öffnung ein Os/iilatorelement (112) mit schrift 876 523) sind aus einer Induktivität und einer einem festen Zustund angeordnet und mit dem 35 Kapazität gebildet, die physikalisch getrennt vonein-Ring verbunden ist, daß dieser Generator einen ander ausgebildet sind. Der aufmetallisierte Ring Ausgangsanschluß. Mittel (108, 109) zur kapa- wird als Induktivität verwendet und ist aus diesem zitiven Kopplung de«i Ausgangsanschlusses mit Grunde nicht geschlossen. An der Trennstelle des dem Ring und eine Polarisationsverbindung auf- Ringes sind die beiden Anschlüsse der Kapazität anweist, der aus einem mi: dem Gehäusedeckel (102) 40 gebracht. Eine solche Konstruktion hat den Nachteil, verbundenen zylindrischen Stab (116) besteht, der daß der Hauptteil des Magnetflusses der Induktivität, entlang der Achse des metallisierten Ringes (107) die durch den offenen metallischen Ring gebildet angeordnet ist und mit dem Oszillatorelement wird, durch die zentrale öffnung dieses Ringes fließt. Kontakt hat. In dem Ringraum können also keine magnetfeld-

6. Mikrowellen-Generator nach Anspruch 5, 45 empfindlichen Schaltungsteile angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Oszillatorelement Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Metallmit festem Zustand eine Gunn-Effekt-Diode (112) beschichtungen des Grundkörpers in senkrecht zuist, einander verlaufenden Ebenen ausgebildet sind. Da-

7. Mikrowellen-Generator nach Anspruch 5, da- durch ergeben sich ebenfalls ungünstige Magnetfelddurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur kapa- 50 Verteilungen.

zitiven Kopplung des Ausgangsanschlusses (110) Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dermit dem metallisierten Ring (107) des Resonators artige Resonatoren so auszubilden, daß sie günstigere aus einem Mikrowellen-Bandleiter(l08) besteht, Eigenschaften als die bekannten Kreisresonatoren der auf der gleichen Grundplatte (105) wie der bezüglich ihres Aufbaues und ihrer Wirkungsweise, Ring angeordnet und mit diesem Riiif: kapazitiv 55 insbesondere der Resonanzfrequenz und des Gütegekoppelt ist. faktors, bei gleichen Abmessungen haben.

8. Mikrowellen-Generator nach Anspruch 5, Die gestellte Aufgabe wird bei einem Mikrowellenmit regulierbarer Frequenz, dadurch gekenn- Resonator der eingangs genannten Art erfindungszeichnet, daß der Ringresonator in dem Luftspalt gemäß dadurch gelöst, daß die andere Seite der Isozwischen den Polschuhen (120, 121) eines Ma- 60 lationsplatte vollständig von einer Metallschicht begneten(119) angeordnet ist, der ein Magnetfeld deckt ist, und daß ein Mikrowellen-Bandleiter mit mit regulierbarer Stärke erzeugt. dem aufmetallisierten ringförmigen Stromleiter kapa-

9. Mikrowellen-Generator nach Anspruch 5, zitiv gekoppelt ist.

mit einer regulierbaren Frequenz, dadurch gekenn- Die Erfindung umfaßt außerdem einen Mikrozeichnet, daß einer der Polschuhe (121) des Ma- 65 wellen-Generator, der ein metallisches Gehäuse aufgneten(119) durch eine Öffnung im Gehäuse- weist, das einen Hohlraum bildet, dessen Resonanzdeckel in das Gehäuse hineinragt. frequenz klar oberhalb der Generatorfrequenz liegt, mindestens gleich der doppelten Frequenz ist, und

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der gekennzeichnet ist durch die Verwendung eines Veränderung des Gütefaktors eines Ringresonators

Bandleiter-Ringresonators im Innern des Hohlraumes, in Abhängigkeit von dem Verhältnis J D im Falle

dessen Grundplatte im Innern des aufmetallisierten eines durchbrochenen Ringresonators darstellt, dessen

Ringes mit einer öffnung versehen ist, in welcher öffnung entweder frei oder von einem Metallstab

eine Gunn-Effekt-Diode als Oszillator mit festem 5 durchdrungen ist.

Zustand angeordnet und mit dem Ring verbunden ist, F i g. 9 ein Diagramm mit Kurven, die für Band-

und bei uilchem ein AusgangsanschluG das Gehäuse leiter Kreisresonatoren und Ringresonatoren die

durchläuft und mit diesem Ring kapazitiv gekoppelt Änderung der Resonanzfrequenz in Funktion der

ist. und eine Polarisationsverbindung vorhanden ist, Stärke eines angewandten Gleichmagnetfeldes an-

die durch einen mit dem Boden des Gehäuses be- ίο geben,

festigten zylindrischen Stab gebildet wird, der entlang F i g. 10 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß der Achse des auf metallisierten Ringes angeordnet ausgebildeten Mikrowellen-Generator mit fester Freist und in Kontakt mit der Diode steht. quenz.

Gegenstand der Erfindung sind also Bandleiter- F i g. 11 eine Draufsicht auf einen Generator nach

Resonatoren für Mikrowellen, in denen der Resonator 15 Fig. 10 bei abgenommenem Gehäusedeckel,

nicht kreisförmig ist, sondern eine Ringform mit F i g. 12 einen Schnitt durch einen Mikrowellen-

einem Außendurchmesser D und einem Innendurch- Generator gemäß der Erfindung mit veränderlicher

messer d hat. Frequenz,

Bei solchen Resonatoren lautet die Formel für die Fig. 13 ein Diagramm, das die Änderung der

Resonanzfrequenz: ao Frequenz eines Generators gemäß Fig.il in Ab

hängigkeit von der Höhe des Gehäuses zeigt,

j __£»( " . D \| (2) fig. 14 ein Diagramm, das die Änderung der

\D e /I Frequenz eines Generators gemäß Fig. 12 in Ab-

. " " · hängigkeit von der Stärke des auf die Grundplatte

2D]/teti· μίη as ausgeübten Magnetfeldes zeigt.

Der in F i g. 1 dargestellte bekannte Kreisresonator

worin alle bereits in der Gleichung(I) enthaltenen Be- weist eine Grundplatte < mit der Stärke e auf Das

zeichnungen die gleichen Größen betreffen und in Grundmaterial dieser Platte, die isolierend, magne-

welcher K" eine Funktion von d/D und D/e ist. tisch oder unmagnetisch sein kann, kann Aluminium,

Die Ringform der Resonatoren hat den Vorteil, 30 ein Ferrit, ein Granat od. dgl. sein In den nachdaß durch sie eine öffnung im Grundkörper im Innern folgend beschriebenen Beispielen besteht diese Platte des Ringes angebracht und darin ein Oszillator mit aus YIG, also aus einem Fer-Yttiium-Granat. (Solche einem festen Zustand, beispielsweise eine Gunn- Granate werden von der Anmelderin unter der BeEffekt-Diode, sowie Mittel zum Polarisieren oder zeichnung LTT 6 901 und von der Firma Transtech zum Speisen dieser Diode angeordnet werden können. 35 unter der Bezeichnung Gl !3 hergestellt und ver-

Die Erfindung betrifft außerdem einen Ring- trieben). Eine der Seiten der Grundplatte 10 ist mit

resonator des vorstehend erwähnten Typs, bei welchem einer aufmetallisierten Schicht Il aus Gold bedeckt,

die Grundkörperplatte magnetisch und einer Einrieb- und auf der anderen Seite des Grundkörpers 10 ist

tung zugeordnet ist, die dit^e Platte einem magne- ebenfalls aus Gold eine kreisförmige Metallschicht 12

tischen Gleichfeld mit einer regelbaren Stärke aus- 4<> mit dem Durchmesser D angeordnet, die mit einem

setzt, um die Resonanzfrequenz des Resonators zu Bandleiter 13,13' gekoppelt ist. Die Resonanzfrequenz

ändern. des auf diese Weise gebildeten Resonators ist durch

Die Erfindung betrifft schließlich einen Bandleiter- die vorstehend aufgeführte Gleichung (1) gegeben.

Ringresonator, bei welchem die Grundplatte eine Das Diagramm in F i g. 2 zeigt den Wert der Re-

Öffnung im Innern des metallischen oder aufmetalli- 45 sonanzfrequenz F₀ in Gigahertz des in Fig. 1 dar-

sierten Ringes aufweist, wobei diese öffnung entweder gestellten Kreisresonanzkörpers als Funktion des

frei oder von einem Metallstab durchdrungen sein Durchmessers des Resonators in Millimete^r für einen

kann. Grundkörper von der Stärke e 1 mm.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dei Das Diagramm der F i g. 3 zeigt die Resonanznachfolgende! 1 Beschreibung in Verbindung mit der 5" frequenz in Gigahertz des in Fig. 1 dargestellten Zeichnung. Kreisresonators als Funktion der Starke c der Grund-

Im einzelnen zeigt platte in Millimeter bei einem Durchmesser D - 6mm.

F i g. 1 einen kreisförmigen Bandleiter-Resonator F i g 4 zeigt ein Diagramm der Resonanzfrequenz

bekannter Art, in Gigahe .ζ des in Fig. 1 dargestellten Kreisreso

F i g. 2 bis 5 Diagramme mit Kurven des Resonanz- 55 nators in Abhängigkeit von de; Stärke eines magnefrequenzwertcs eines Resonators nach Fig.] als tischen Polarisationsfeldes, ausgedrückt in Ampere-Funktion verschiedener geometrischer Parameter des windungen pro Meter. Von den beiden Kurven zeigt Aufbaus des Resonators und der magnetischen Feld- eine die Werte bei einem Durchmesser von 4,40 mm stärke, welcher er ausgesetzt werden kann, wenn die und einer Stärke von 1 mm, und die andere die Werte Grundplatte magnetisch ist, 60 bei einem Durchmesser von 6 mm und einer Stärke

F i g. 6 einen Bandleiter-Ringresonator gemäß der von 1,6 mm.

Erfindung, Das Diagramm der F i g. 5 zeigt den Gütefaktor (J

F i g. 7 ein Diagramm mit Kurven für die Verhält- in Abhängigkeit von der Stärket' der Grundplatte,

niswerte Dje, FjF₀ (Resonanzfrequenz F des Ring- ausgedrückt in Millimeter.

resonators zur Resonanzfrequenz F₀ eines Kreis- 65 Aus den Diagrammen der F i g. 2 bis 5 läßt sich die

resonators mit dem gleichen Wert D) als Funktion Resonanzfrequenz und der Gütefaktor ermitteln,

von cljD\ wenn die Abmessungen e und D des Resonators ne-

F i g. 8 ein Diagramm mit Kurven, welche die kannt sind. und. bei einem majinetischcn Gmnd-

körper, die Stärke des magnetischen Polarisations- Gehäuse sind mit Hilfe einer Isolationsschicht 104 feldes bekannt ist. ■ voneinander isoliert. Im Innern des Gehäuses 101 ist

Der in F i g. 6 dargestellte Resonator weist eine eine Isolationsplatlc 105 angeordnet, die magnetisch Grundplatte20 mit der Stärket· auf. Die Grund- oder unmagnetisch ssin kann, und die auf ihrer in platte 20 ist auf der einen Seite mit einer.c Metall- 5 Kontakt mit dem Gehäuse stehenden Seite 106 mebelag 21 versehen, der eine Masseebene bildet. Auf tallisicrl ist, während sie auf ihrer Oberseite einen aufder anderen Seite ist ein Ringresonator 22 mit einem metallisierten Ring 107 aufweist, der mit einem Mikroäußeren Durchmesser D und einem inneren Durch- bandleiter 108 über kapazilative Abstände 109 gemesser (I ausgebildet. Dieser Resonator ist mit einem koppelt ist. Dieser Mikrobandleitcr ist mit dem Mikrobandleiter 23, 23' gekoppelt. Die Resonanz- io inneren Leiter eines Koaxiallcitungsanschlusscs 110 frequenz des Resonators ergibt sich aus der eingangs verbunden,
angegebenen Gleichung (2). Die Platte 105 und der Körper des Gehäuses 101

Das Innere des Ringes 22 ist unter Bildung einer sind koaxial zum Ring 107 mit einer öffnung 111 ver-Öffnung24 ausgebrochen. Diese Öffnung dient zur sehen, deren Innendurchmesser gleich dem Innen-Anordnung eines Oszillators mit einem festen Zustand 15 durchmesser des Ringes ist. In der Öffnung 111 ist eine oder zur Anordnung eines Stabes oder Verbindungs- Gunn-Effekt-Diode 112angeordnet (beispielssveise eine leiters wie dies nachfolgend noch beschrieben wird. von der amerikanischen Firma Microwave Associates

In dem Diagramm der F i g. 7 zeigen die Kurven 71 unter der Bezeichnung MA 49 114 vertriebene Gtinn- und 72 für die beiden Werte 5 und 7 des Verhältnisses Effekt-Diode).

De die Änderung von FIF₀ in Abhäigigkeit von d,D 20 Die Diode 112 weist einen Keramikkörper 113 und bei einem Resonator gemäß F i g. 6. Man ersieht zwei Metallanschlüsse 114 und 115 auf. Der Mctalldaraus, daß bei einem Verhältnis JD von kleiner als anschluß 114 ist in der Öffnung 111 angeordnet und 0,7 die Resonanzfrequenz F des mit einer zentralen steht in Kontakt mit dem Gehäuse 101. Der AnÖffnung versehenen Ringresonators sich um mehr als schluiJ 115 steht in Kontakt mit einem Stab 116, der 2()°'_o von der Resonanzfrequenz F₀ eines Kreisreso- as vom Deckel ins Innere des Gehäuses absteht. Der nators entfernt. Deckel und das Gehäuse weisen zwei Anschlüsse 117

Die Kurven 81 und 82 in dem Diagramm nach und 118 auf, zwischen welche eine Spannung in der F i g. 8 zeigen die Änderungen des Gütefaktors des Größenordnung von 12 Volt gelegt wird.
Resonators in Abhängigkeit von dem Verhältnis djD, Im Falle eines Generators mit fester Frequenz ist

einmal im Falle einer lediglich mit einer Öffnung ver- 3° die Platte 105 unmagnetisch.

scheuen Ringresonators und zum anderen für den Im Falle eines Generators mit einer veränderlichen

Fall, daß der gleiche Resonator mit einem leitenden Frequenz wird gemäß Fig. 12 die ganze Einrichtung Stab versehen ist, der durch diese Öffnung hindurch- in den Luftspalt eines Elektromagneten 119 eingegcführt ist und eine beliebige Länge hat, die größer setzt, dessen Polscluihe 120 und 121 die Platte 105 ist als die Stärke der Grundplatte. 35 gewissermaßen einrahmen. In diesem Falle ist die

In dem Diagramm der F i g. 9 zeigen die Kurven 91 Platte 105 aus einem magnetischen Isolationsmaterial und 92 die Änderung der Resonanzfrequenz bei einem gefertigt, beispielsweiFe aus einem Ferrit oder einem Kreisresonator und bei einem Ringresonator in Ab- Granat, beispielsweise einem Fer-Yttrium-Granat hängigkeit von der Stärke eines Polansationsmagnet- YIG. Zur Änderung det Resonanzfrequenz des Ringfeldes. 40 resonators wird die Stärke des durch die Wicklung 122

Aus den dargestellten Kurven ist ersichtlich, daß des Elektromagneten fließenden Stromes geändert, die Änderung der Frequenz in Abhängigkeit von der Um das Polarisationsmagnetfeld der Platte 105 zu

Magnetstärke im Falle eines Ringresonator weniger vergrößern, ragt der Polschuh 121 durch eine Öffnung bedeutend ist, da der Verlust hinsichtlich des Güte- im Deckel in das Gehäuse hinein und steht in elekfaktors relativ gering ist. wenn man von einem Kreis- 45 trischem Kontakt mit diesem Deckel. Der Polschuh 121 profil auf ein Ringprofil übergeht. Das »Uberein- trägt in diesem Fall den Stab 116 für die Polarisation Stimmungsband« (bande d'accord) des Ringresona- der Diode 1'2.

tors durch Veränderung des Magnetfeldes ist also Aus dem Diagramm der F i g. 13 ist der Einfluß

schwächer als dasjenige des Kreisresonators. Statt de- Höhe A des Gehäuses auf den Gütefaktor und dessen bleibt die relative Stärke dieses Übereinstim- 50 die Einfügungsdämpfung des Resonators ersichtlich, mungsbandes größer als 15°/₀, was zu praktisch dessen Platte aus YIG gefertigt ist (entweder aus einem interessanten Resonatoren führt, die leicht Oszilla- von der Anmelderin unter der Bezeichnung LTT 6901 toren mit festem Zustand zugeordnet werden können. oder aus einem von der Firma Transtech unter dei

Ringresonatoren gemäß der Erfindung können also Bezeichnung G 113 hergestellten Material),
in Reihe und parallel angeordnet werden, um Band- 55 Die F i g. 14 zeigt eine Kurve über die Ändemnj paPfilter für Mikrowellen zu bilden. der Resonanzfrequenz in Gigahertz des Resonator

In den F i g. 10 und 11 ist ein Oszillator dargestellt, des Generators in Abhänigkeit von der Magnetfeld der ein Metallgehäuse 101 aufweist, das beispielsweise stärke bei einem Ringresonator mit einem Außen aus Kupfer gefertigt und mit einem Deckel 102 und durchmesser von 4,4 mm und einem Innendurch Kühlrippen 103 versehen ist. Der Deckel und das 60 messer von 2,2 m.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι 2 .. . Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Reso- patentansprutne: ^^ sogcnannten ßandleiter-Resonator, mit einer

1. Mikrowellen-Resonator mit einer Isolations- Isolationsplatte als Grundkörper, deren eine Seite platte als Grundkörper, deren eine Seite durch durch einen aufmetallisierten Stromleiter in Form einen aufmetallisierten Stromleiter in Form eines 5 eines Ringes teilweise bedeckt ist.

Ringes teilweise bedeckt ist, dadurch ge- Es sind bereits Bandleiter-Resonatoren (Microkennzeichnet, daß die andere Seite der strip-Resr latoren) für Mikrowellen bek: nnt, die eine Isolationspla'.te (20) vollständig von einer Metall- Platte der St« rke e auf weisen, die einen Grundkörper schicht (II) bedeckt ist und daß ein Mikrowellen- bildet und auf der einen Seite metallisiert und auf der Bandleiter (23. 23') mit dem aufmetallisierten io anderen Seht mit einem Metallbelag versehen ist, der ringförmigen Stromleiter kapazitiv gekoppelt ist. die Form eines Kreises vom Durchmesser D hat und

2. Resonator nach Anspruch I, dadurch gekenn- mit einem Bandleiter über zwei Zwischenräume kapazeichnet, daß seine Grundplatte (20) unmagnetisch zitiv gekoppelt ist. Die Mittenresonanzfrequenz F₀ ist. des auf diese Weise gebildeten Resonators ergibt sich

3. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekcrui- 15 aus folgender Gleichung: zeichnet, daß seine Grundplatte magnetisch ist _cK>

und ei.wr Einrichtung /ur Erzeugung eines ver- t'_a ·- (1)

iinderlichu. Polarisationsmagnetfeldes zugeordnet 2D\'t*n· μ*Β