DE2723040A1

DE2723040A1 - Dielektrischer resonator

Info

Publication number: DE2723040A1
Application number: DE19772723040
Authority: DE
Inventors: Youhei Ishikawa; Toshio Nishikawa; Sadahiro Tamura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-05-21
Publication date: 1977-12-15
Also published as: JPS52157734U; GB1557093A; US4142164A

Description

Dielektrischer Resonator

Die Erfindung betrifft einen dielektrischen Resonator mit einem Block aus dielektrischem Material, und insbesondere einen dielektrischen Resonator zur Verwendung in einem Mikrowellenfilter, dessen Resonanzfrequenz sehr genau eingestellt werden soll.

Es sind Mikrowellen-Bandpaiifilter bekannt, die einen oder mehrere Resonatoren aus dielektrischem Material enthalten. Bei der Herstellung solcher Filter mit dielektrischen Resonatoren weichen die Resonanzfrequenzen der einzelnen Resonatoren aus dielektrischem Material, beispielsweise aus Keramik aus Titanoxiden, leicht um einen gewissen Grad voneinander ab, beispielsweise um 1 %, was auf unerwünschte Streuungen der Resonatorabmessungen zurückzuführen ist. Zur Beseitigung dieser Nachteile sind verschiedene Verfahren bekannt, von denen eines darin besteht, über dem dielektrischen Material gemäß Fig. 1 ein leitfähiges Material anzuordnen.

Fig. 1 zeigt ein Mikrowellenfilter bekannter Art mit mehreren Resonatoren, im vorliegenden Falle drei, die mit A bezeichnet sind. Jeder Resonator steht auf einem Sockel B, auf dem er befestigt ist. Das leitfähige Material hat im vorliegenden Falle die Form einer Schraube C, die über dem jeweiligen Resonator A angeordnet ist. Durch Drehen der Schraube C wird die Resonanzfrequenz des Resonators A verändert, um sie an die erforderliche Resonanzfrequenz anzugleichen.

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Es hat sich jedoch erwiesen, daß das genannte Verfahren den Nachteil hat, daß die Schraube beim Gebrauch des Filters unbeabsichtigt, beispielsweise durch Schütteln oder durch Vibration, gedreht werden kann, so daß die Resonanzfrequenz sich unerwünschterweise verstellt.

Außerdem ist die Einstellung nur dann erfolgreich, wenn das Filter so ausgebildet ist, daß der Resonator in dem Filtergehäuse fest angeordnet ist. Dies bedeutet, daß die Verstellung durch Kombination des Resonators und der Schraube erfolgt, wobei die eingestellte Relation zwischen bei-

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den Teilen nur dann beibehalten wird, wenn der Resonator in dem Gehäuse absolut feststeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten dielektrischen Resonator zu schaffen, der bei Verwendung in einem Mikrowellenfilter exakt auf eine geforderte Resonanzfrequenz eingestellt werden kann, ohne daß in dem Filter zusätzliche Komponenten in Form von Schrauben oder dgl. verwendet werden müßten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß auf den Block aus dielektrischem Material ein synthetisches Harz, das im wesentlichen aus dielektrischem Material besteht, aufgebunden ist, um die geforderte Resonanzfrequenz des Blocks in der Weise genau einzustellen, daß durch Erhöhung der Masse des synthetischen Harzes die Resonanzfrequenz verringert und durch Verringerung der Masse des synthetischen Harzes die Resonanzfrequenz erhöht wird.

Der erfindungsgemäße Resonator hat eine einfache Konstruk-

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tion, er ist stabil in seiner Funktion und kann mit geringen Kosten hergestellt werden.

Da das synthetische Harz leichter zu verarbeiten ist, d.h. seine Masse kann leichter vergrößert oder verkleinert werden, als der dielektrische Resonator selbst, kann die Feineinstellung der Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators durch Zugabe oder Entfernung eines Teils des synthetischen Harzes zu oder von dem Resonator erfolgen. Nach dem Aufbringen des synthetischen Harzes auf den Resonator in der erforderlichen Menge erhält der Resonator die geforderte Resonanzfrequenz. Es ist daher nicht nötig, die Resonanzfrequenz noch einmal zu justieren. Im Falle einer erforderlichen Änderung der Resonanzfrequenz des Resonators kann diese leicht durch Zugabe oder Entfernung eines Teils des Harzes zu oder von dem Resonator erfolgen.

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Im folgenden werden ein bekanner dielektrischer Resonator sowie bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Resonators unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1, auf die oben schon Bezug genommen wurde, zeigt einen Längsschnitt durch ein konventionelles Mikrowellen filter mit dielektrischen Resonatoren.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des dielektri schen Resonators nach der Erfindung, teilweise aufgebrochen,

Fig. 3(a) zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie III(a)-III(a) der Fig. 2,

Fig. 3 (b) zeigt einen Querschnitt entlang der Linie III(b)-III(b) der Fig. 3(a),

Fig. 4(a) und 4(b) zeigen ähnliche Ansichten wie Fig. 3(a) und 3(b), jedoch bei einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 5 zeigt ausschnittsweise eine Draufsicht des dielek trischen Resonators der Fig. 3(a) und 3(b), und

Fig. 6 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwi schen der Menge des synthetischen Harzes und des Grades der Änderung der Resonanzfrequenz.

In der nachfolgenden Beschreibung sind jeweils gleiche Tei le durchgehend durch alle Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen.

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Das Mikrowellen-Bandpaßfilter der Fig. 2 besitzt ein Gehäuse 10, das im wesentlichen kastenförmig ausgebildet ist und aus Metall, beispielsweise Messing, besteht. Das Gehäu se 10 besitzt eine Deckelwand 10a, eine Bodenwand 10b, zwei Seitenwände 10c und 10d und zwei Stirnwände 10e und 10f.

Obwohl die Wände 10a bis 10f so dargestellt sind, als wären sie einstückig durch Bearbeitung eines starren Metallblocks entstanden, können sie auch aus metallischen Platten bestehen, die jeweils starr, beispielsweise unter Verwendung von Schrauben, miteinander verbunden sind.

Im Inneren des Gehäuses 10 ist mindestens ein Resonator angeordnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Resonatoren vorhanden, die mit 11a, 11b, 11c bezeichnet sind und an der Bodenplatte 10b auf Abstandhaltern 12a, 12b und 12c befestigt sind. Die Resonatoren sind mit gegenseitigen Abständen nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Die Abstandhalter 12a bis 12c bestehen aus einem elektrisch isolierenden Material mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante. Auf der flachen Oberseite und der flachen Unterseite eines jeden zylindrischen Resonators 11a, 11b und 11c befindet sich eine Anhäufung aus synthetischem Harz, nämlich die Harzkuppen 13a, 13b und 13c, die fest an der jeweiligen Fläche angebracht sind. Die Beziehung zwischen den zylindrischen Resonatoren und den Harzkuppen wird später detailliert beschrieben. Zunächst werden der Aufbau des Gehäuses 10 und das Verfahren zur Anbringung der Resonatoren 11a bis 11c an der Bodenplatte 10b mit den jeweiligen Abstandhaltern 12a bis 12c erläutert.

Eine der beiden Seitenwände 10c besitzt in der Nähe der Stirnwände Koppler 15a und 15b, die jeweils zum Anschluß

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von Koaxialkabeln für den Eingang und den Ausgang von Mikrowellenübertragungsleitungen (nicht dargestellt) bestimmt sind. Die Koppler 15a und 15b haben axiale Anschlüsse, die jeweils mit Stangen oder Sonden 16a und 16b aus elektrisch leitfähigem Material oder aus dielektrischem Material verbunden sind. Die Sonden 16a und 16b verlaufen im Falle von Fig. 2 parallel zu den Stirnwänden 1Oe und 10f und liegen jeweils zwischen der Stirnwand 10e und dem äußeren Resonator 11a und zwischen der Stirnwand 10f und dem äußeren Resonator 11c. Das dem entsprechenden Koppler 15a bzw. 15b abgewandte Ende einer jeden Sonde 16a und 16b ist an der betreffenden Seitenwand 1Öb mit einem Befestigungsstück 17a bzw. 17b aus isolierendem Material, wie Polytetrafluoäthylen, befestigt. Die Abmessung des Gehäuses 10, insbesondere der Gehäuseinnenseite, ist so gewählt, daß sich eine bestimmte Grenzfrequenz ergibt.

In den Fig. 3(a) und 3(b) sind die Einzelheiten der dielektrischen Resonatoren 11a, 11b und 11c nach der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung erfolgt nachfolgend insbesondere anhand des ersten Resonators 11a, der in Fig. 2 links angeordnet ist. Die anderen Resonatoren 11b und 11c sind jedoch in derselben Weise ausgebildet und haben den gleichen Aufbau wie der Resonator 11a. Der dielektrische Resonator 11a besteht aus einem zylindrischen Block aus bekanntem dielektrischen Material, beispielsweise aus Keramik von Titandioxiden, während das Harz 13a, das auf der flachen Oberseite und der flachen Unterseite des Blocks befestigt wird, ebenfalls aus dielektrischem Material, beispielsweise einem Bindemittel vom Epoxydharztyp besteht-. Die Abmessungen des dielektrischen zylindri-

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sehen Blocks sind so gewählt, daß sein Durchmesser einige Zentimeter beträgt, bei einem Ausführungsbeispiel 1,45 cm. Seine Höhe T ist etwa 0,4 mal so groß wie der Durchmesser D und wird von der Resonanzfrequenz bestimmt. Ein solcher Resonator, wie er oben beschrieben wurde, ist fest auf dem zylindrischen Abstandhalter 12a angeordnet und fest mit diesem verbunden. Der Abstandhalter ist seinerseits fest mit der Bodenplatte 10b verbunden. Der Grund für die Anwendung des Harzes wird nachfolgend beschrieben.

Bevor das Harz aufgebracht wird, wird der zylindrische Resonator so vorgefertigt, daß seine Resonanzfrequenz geringfügig größer ist als die geforderte Resonanzfrequenz. Durch das Aufbringen der erforderlichen Harzmenge auf den zylindrischen Resonator verringert sich dessen Resonanzfrequenz bis zum Erreichen der gewünschten Frequenz. Da das Harz leichter zu verarbeiten und aufzutragen ist als eine Bearbeitung des dielektrischen Materials durchzuführen, kann die Resonanzfrequenz des Resonators auf diese Weise leicht auf die geforderte Resonanzfrequenz gebracht werden.

Wenn beispielsweise die Resonanzfrequenz erhöht werden soll, kann man das überschüssige Harz, das auf den zylindrischen Resonator aufgebracht ist, entfernen oder abschneiden, während andererseits bei einer erforderlichen Verringerung der Resonanzfrequenz das fehlende Harz leicht hinzugefügt werden kann. Die erforderliche Harzmenge, die auf den Resonator aufgetragen und mit diesem verbunden werden muß, bestimmt sich durch den Prozentsatz, um die die Frequenz verringert werden soll. Ein Beispiel der Frequenzverringerung in Beziehung zur Harzmenge wird in Verbindung mit dem Resonator der Fig. 4(a) bis 5 gegeben.

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In den Fig. 4(a) und 4(b) ist eine Modifizierung des oben beschriebenen Resonators dargestellt, bei der das Harz 13a nicht an der Oberseite und der Unterseite des zylindrischen Resonators, sondern an der gekrümmten Seitenwand an vier in gleichmäßigem Abstand voneinander befindlichen Stellen angebracht ist. Die in Fig.5 gezeigte Draufsicht des Reso nators zeigt die Anordnung der einzelnen Harzanhäufungen klarer.

Nach den durchgeführten Tests hat der zylindrische Harzkörper, der für dieses spezielle Ausführungsbeispiel ver wendet wird, einen Durchmesser von 6 nun, seine Dicke be trägt 2,4 mm und die Dielektrizitätskonstante £ beträgt 3,5. Der entsprechend diesem Ausführungsbeispiel ausgebil dete zylindrische Resonator hat eine Resonanzfrequenz von 10 GHz. Die vier Harzstücke 13a sind an ihrer dicksten Stelle 1 mm stark und erstrecken sich über eine Strecke von 2 mm auf der Umfangsflache. Die Dielektrizitätskonstante £ des Harzes 13a, das bei diesem Ausführungsbeispiel verwen det wird, beträgt 4,0. Wenn vier Harzstücke vorgesehen sind, beträgt die Verringerung der Resonanzfrequenz an nähernd 0,065 % und wenn eines der Stücke abgetragen wird, beträgt die Verringerung der Resonanzfrequenz etwa 0,05 %. Diese Beziehung ist in Fig. 6 dargestellt, wo auf der Abszisse die Anzahl der Harzstücke und auf der Ordinate der Prozentsatz des Abfalls der Resonanzfrequenz aufgetragen sind. Wie sich aus der Kurve ergibt, ist die Bezie hung so, daß die Menge des auf den zylindrischen Resona tor aufgeklebten Harzes proportional zur prozentualen Frequenzänderung ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Menge des auf den zylindrischen Resonator aufzubringenden oder von diesem abzunehmenden Harzes nicht notwendigerweise

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in einem Harzstück gleichzeitig aufgebracht oder entfernt werden muß, sondern auch in kleinen Dosen aufgetragen oder abgenommen werden kann, so daß die Resonanzfrequenz sehr genau eingestellt werden kann.

Das Harz kann mit Partikeln aus dielektrischem Material, vorteilhafterweise aus dem dielektrischen Material,aus dem der zylindrische Resonator hergestellt ist, versetzt sein, um den Änderungsgrad der Resonanzfrequenz in bezug auf die Harzmenge zu vergrößern.

Der Temperaturkoeffizient des Harzes und/oder der Partikel aus dielektrischem Material kann so gelegt werden, daß zur Verbesserung der Temperaturcharakteristik des Resonators ein geänderter Temperaturkoeffizient entsteht.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen von den obigen Ausführungsbeispielen möglich. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Resonator nicht nur in Mikrowellen-Bandpaßfiltern, auf die oben Bezug genommen wurde, verwendet werden, sondern auch in anderen beliebigen Mikrowellenfiltern, wie Mikrostreifenfiltern und Wellenleiterfiltern, in denen dielektrische Resonatoren verwendet werden. Zusätzlich kann bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 der dielektrische Resonator so modifiziert werden, daß er eine andere als die kubische Form hat oder eine öffnung aufweist. Ferner kann der dielektrische Resonator so verändert werden, daß das Harz an jeder gewünschten Stelle um den Resonatorblock herum anklebt.

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Claims

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

Murata Manufacturing Co., Ltd. Dr-In₉. Th. Meyer, Köln

16, Nishijin-Cho, Kaiden, Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu, ^!'rJ^T * . *-i

, Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, Köln

Sg-Is 5 KÖLN 1 20. Mai 1977

DEICHMANNHAUS AM HAUPTCAMNHOF

Ansprüche

\1.1 Dielektrischer Resonator mit einem Block aus dielektrischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Block (11a, 11b, 11c) aus dielektrischem Material ein synthetisches Harz (13a), das im wesentlichen aus dielektrischem Material besteht, aufgebunden ist, um die geforderte Resonanzfrequenz des Blocks in der Weise genau einzustellen, daß durch Erhöhung der Masse des synthetischen Harzes die Resonanzfrequenz verringert und durch Verringerung der Masse des synthetischen Harzes die Resonanzfrequenz erhöht wird.
2. Dielektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (11a, 11b, 11c) aus dielektrischem Material aus Keramik, im wesentlichen von Titanoxiden, besteht.
3. Dielektrischer Resonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Harz mit Partikeln aus dielektrischem Material versetzt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Dielektrischer Resonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus demselben Material bestehen wie der Block aus dielektrischem Material.
5. Dielektrischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus dielektrischem Material scheibenförmig ausgebildet ist.
6. Dielektrischer Resonator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Harz auf mindestens einer der einander gegenüberliegenden Flachseiten der Scheibe angeordnet ist.
7. Dielektrischer Resonator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Harz auf der gekrümmten Fläche der Scheibe angebracht ist.

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