DE3506471A1

DE3506471A1 - Verfahren zur abstimmung eines dielektrischen resonators

Info

Publication number: DE3506471A1
Application number: DE19853506471
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Phys. 6901 Gaiberg Berthold; Heinz-Peter Dipl.-Ing. 6704 Mutterstadt Feldle; Werner Prof. Dr.-Ing. Dr. 7538 Keltern Wiesbeck
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1985-02-23
Filing date: 1985-02-23
Publication date: 1986-08-28

Description

Verfahren zur Abstimmung eines dielektrischen Resonators
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abstimmung eines dielektrischen Resonators. Resonatoren sind in der Mikrowellentechnik angewendete frequenzbestimmende Bauelemente, insbesondere für Filter und Oszillatoren. Anstelle der bisher als Resonatoren eingesetzten Leitungsbauelemente, z.B. bestimmte Koaxialleiter-, Hohlleiter- oder Streifenleitungsausführungen, werden seit einigen Jahren zunehmend dielekrische Resonatoren verwendet.
Dielektrische Resonatoren und ihre Anwendungen sind u.a.
bekannt aus H. Abe, Y. Takayama, A. Higashisaka und H. Takamizawa, "A Highly Stabilized Low-Noise GaAsFET Integrated Oscizllator with a Dielectric Resonator in the C Band", IEEE Trans. Microwave Theory a. Tech., vol.
MTT-26, S. 156 bis 162, März 1978 (Druckschrift 1) und W. Wersing und G. Wolfram, "Dielektrische Resonatoren und hochdielektrische Substrate für Mikrowellenschaltungens, NTG-Fachberichte 1981, "Rundfunk-SatellitensystemeT?, 19. bis 21.10.1982, S. 244 bis 251 (Druckschrift 2). Solche dielektrische Resonatoren sind Körper aus einem Dielektrikum mit hoher Dielektrizitätszahl, d.h.
aus einer dielektrischen Keramik. Aufgrund der hohen Differenz zwischen der Dielektrizitätszahl des Reaonators und derjenigen seiner Umgebung können sich bei entsprechender Anregung im Resonator stehende elektromagnetische Wellen ausbilden. Die elektrischen und magnetischen Felder dielektrischer Resonatoren haben ähnliche Konfigurationen wie diejenigen von Hohlraumresonatoren.
Innerhalb des dielektrischen Resonators sind die Felder hochkonzentriert. Ueber die schwächeren äußeren magnetischen Felder können Resonatoren untereinander oder an Leitungsstücke gekoppelt werden. Durch Beeinflussung der sauberen magnetischen oder elektrischen Felder können dielektrische Resonatoren auch bezüglich ihrer Resonanzfrequenz abgestimmt werden.
Bei dem aus vorgenannten Druckschriften 1 und 2 bekannten Verfahren zur Abstimmung der dielektrischen Resonatoren sind metallische Abstimmittel in Form von Stiften oder Platten vorgesehen, die an einem Bügel oder an einem Gehäusedeckel befestigt sind und bezüglich ihres Abstandes von der Oberfläche, und zwar der Oberseite des dielektrischen Resonators z.B. mit einer Stellschraube veränderbar sind. Diese Abstimmittel berühren also den Resonator nicht, sondern werden lediglich in das den Resonator umgebende Feld (Streufeld) eingetauchc. Solche Anordnungen sind dargestellt in Druckschrift 1, Fig. 2 und Druckschrift 2, Fig. 8.
Die Abstimmung nach dem bekannten Verfahren macht es erforderlich, die Abstimmittel sehr nahe (einige Zehntel Millimeter bis einige Millimeter) an den Resonator heranzubringen und dort während des Betriebs mit hoher Genauigkeit zu halten. Dadurch ist ein hoher mechanischer Aufwand notwendig zur Fixierung der Abstimmittel in der Nähe des Resonators, wobei die Schock- und Vibrationsempfindlichkeit bzw. der Temperaturgang der einzelnen Teile zu berücksichtigen ist. Die Feinabstimmung über Stellschrauben erschwert eine Automatisierung des Abstimmvorganges.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Abstimmung eines dielektrischen Resonators anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Im Unterschied zum bekannten Verfahren werden dabei die Abstimmittel nicht in der Nähe des Resonators, sondern direkt auf der Oberfläche des Resonators angeordnet. Das Abstimmverfahren erlaubt eine kostengünstige, auch automatisierte Abstimmung und ermöglicht die Herstellung von Mikrowellenschaltungen mit geringer Empfindlichkeit gegenüber mechanischen und thermischen Einflüssen. Alternative Verfahren sind in den Ansprüchen 7 und 8 angegeben.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Es zeigen: Fig. 1 verschiedene Formen einer metallischen Beschichtung auf der Oberseite eines dielektrischen Resonators, Fig. 2 beschichteter dielektrischer Resonator mit Metallflügel zur Feinabstimmung, Fig. 3a,b dielekrischer Resonator mit aufgeklebtem me-und 4a,b tallbeschichtetem Substrat.
Fig. 1 zeigt drei dielektrische Resonatoren 1 mit einer in einem ersten Verfahrensschritt aufgedampften metallischen Beschichtung 2. Mit Hilfe von Masken können dabei metallisierte Flächen unterschiedlicher Form hergestellt werden. Selbstverständlich kann die Metallisierung auch auf andere Weise, z.B. durch Aufkleben einer Metallfolie, z.B. aus Aluminium oder Kupfer, aufgebracht werden.
Ein Feinabgleich auf die gewünschte Resonanzfrequenz kann in einer Meßanordnung für den dielektrischen Resonator 1 allein oder nach dem Einbau in eine endgültige Mikrowellenschaltung erfolgen. In diesem zweiten Verfahrensschritt wird die Fläche der Beschichtung 2 verändert.
Wenn im ersten Schritt grundsätzlich eine zu grobe Flache beschichtet wird, kann im zweiten Schritt allein durch Entfernen eines Teiles der Beschichtung 2 abgestimmt werden. Dies kann z.B. mit Hilfe eines Laserstrahls erfolgen, mit dem Teile der Beschichtung 2 durch Verdampfen entfernt werden können. Dieser Abstimmvorgang kann auch automatisiert werden, wobei der Laserstrahl durch die Meßeinrichtung gesteuert wird.
Eine zu kleine Fläche der Beschichtung 2 kann durch Aufbringen eines geeigneten Metalls, z.B. von Leitsilber vergröbern werden.
Das erfindungsgemåbe Verfahren läbt sich kostengünstig durchführen, da keine speziellen Materialien mit geringer Wärmeausdehnung für Abstimmittel erforderlich sind.
Die konstruktive Gestaltung von Gehäusen einer Mikrowelleneinrichtung mit dielektrischen Resonatoren 1 wird vereinfacht, da keine über Abstimmschrauben bewegliche Teile vorgesehen werden müssen. Durch den Wegfall solcher temperatur- und erschütterungsempfindlicher Teile ist die Frequenzstabilität besser bzw. die Frequenz driftet geringer als bei nach bekannten Verfahren abgestimmten dielektrischen Resonatoren 1.
Es ist zu beachten, daX durch das Anbringen von Metallschichten auf der Resonatoroberfläche die Verluste im Resonator steigen und somit die Güte sinkt. Deshalb sollten möglichst kleine Flöhen für den Feinabgleich vorgesehen werden.
Fig. 2 zeigt einen zylindrischen dielektrischen Resonator 1 mit einer Beschichtung 2. Ein solcher dielektrischer Resonator 1 kann in verschiedenen Moden schwingen, wobei die Resonanzfrequenz der Moden von den Abmessungen bzw. dem Verhältnis von Länge zu Radius abhängt. Eine konzentrische Bohrung im Resonator beeinflubt die Feldverteilung des Grundmodus praktisch nicht, da im Zentrum das elektrische Feld nahezu Null ist. Deshalb kann, wie in Fig. 2 dargestellt, ohne Schaden eine konzentrische Bohrung 3 mit Gewinde hergestellt werden zur Aufnahme einer Schraube 4, mit der ein Metallflügel 5 auf der Oberseite des dielektrischen Resonators 1 befestigt wird. Der Metallflügel 5 kann so angeordnet werden, dab er die Beschichtung 2 teilweise überdeckt. Mit dieser Anordnung kann die gesamte metallische Fläche in bestimmten Grenzen und damit die Resonanzfrequenz verändert werden. Die Bohrung 3 im dielektrischen Resonator 1 verändert zwar kaum den Grundmodus, jedoch die Feldverteilung des nächsthöheren Modus. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise der Frequenzabstand zwischen diesen Moden erhöht werden. Außerdem kann nach diesen Verfahren sehr einfach und kostengünstig gefertigt und abgestimmt werden.
Die Fig. 3a, 3b, 4a und 4b zeigen eine weitere Möglichkeit zur Abstimmung dielektrischer Resonatoren. Dabei wird entweder ein erstes Substratstück 6 verwendet, das beidseitig metallisiert ist, oder ein zweites Substratstück 8, das auf einer Seite mteallisiert ist. Das erste Substratstück 6 wird mit einer der metallisierten Seiten, bzw. das zweite Substratstück 8 mit der nichtmetallisierten Seite auf die Oberseite des dielektrischen Resonators 1 aufgelegt. Während des Abstimmvorganges wird das Substratstück 6, 8 soweit verschoben - auch über den Rand des dielektrischen Resonators 1 hinaus -bis die gewünschte Resonanzfrequenz erreicht ist. Danach wird das Substratstück 6, 8 mit einem Kleber fixiert.
Die Figuren 3a und 3b bzw. 4a und 4b zeigen verschiedene Ansichten des dielektrischen Resonators 1 mit dem aufgeklebten Substratstück 6 bzw. 8. In Fig. 3a bzw. 4a ist außerdem ein Trägersubstrat 7 dargestellt, auf dem dielektrische Resonatoren 1 in der Regel angeordnet sind. Das Trägersubstrat 7 hat auf der Unterseite eine durchgehende Metallisierung 9 und auf der Oberseite eine entsprechend der benötigten Schaltung strukturierte Metallisierung 9.1. Der Resonator 1 kann auf einer metallisierten Fläche oder auf einem nichtmetallisierten Teil der Oberseite des Trägersubstrats 7 angeordnet sein.
Besonders bei kleinen Fertigungsstückzahlen kann die Verwendung eines Substratstücks 6, bzw. 8 günstiger sein als die Herstellung einer Beschichtung 2 durch Bedampfung des dielektrischen Resonators 1.
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Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Abstimmung eines dielektrischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daX in einem ersten Schritt die Oberseite des dielektrischen Resonators zumindest teilweise mit einer metallischen Beschichtung (2) versehen wird und in einem zweiten Schritt ein Feinabgleich durch änderung der durch die Beschichtung (2) abgedeckten Oberfläche des dielektrischen Resonators (1) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung t2) durch Abscheidung von Metall aus der Dampfphase hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab die Beschichtung durch Aufkleben einer Metallfolie erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Feinabgleich ein Teil der Beschichtung (2) mittels Laserstrahl entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das zum Feinabgleich ein geeignetes Material, z.B. Leitsilber, zusätzlich zur Beschichtung (2) auf die Oberfläche des dielektrischen Resonators (1) aufgebracht und gegebenenfalls teilweise wieder entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinabgleich mit Hilfe eines Metallflügels (5) erfolgt, der mit einer Schraube (4) in einer konzentrischen, mit Gewinde versehenen Bohrung (3) im dielektrischen Resonator (1) befestigt ist, wobei der Metallflügel (5) teils die beschichtete Fläche und teils die nicht beschichtete Fläche der Oberseite des dielektrischen Resonators (1) überdeckt.
7. Verfahren zur Abstimmung eines dielektrischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daX im ersten Schritt ein wenigstens einseitig metallisiertes Substratstück (6) mit einer metallisierten Seite auf die Oberseite des dielektrischen Resonators (1) gelegt wird und im zweiten Schritt so weit - auch über den Rand des dielektrischen Resonators (1) hinaus - verschoben wird, bis die gewünschte Resonanzfrequenz erreicht ist und danach eine Fixierung des Substratstücks (6) mit einem Kleber erfolgt.
8. Verfahren zur Abstimmung eines dielektrischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daX im ersten Schritt ein einseitig metallisiertes Substratstück (8) mit der nichtmetallisierten Seite auf die Oberseite des dielektrischen Resonators (1) gelegt wird und im zweiten Schritt so weit - auch über den Rand des dielektrischen Resonators (1) hinaus - verschoben wird, bis die gewünschte Resonanzfrequenz erreicht ist und danach eine Fixierung des Substratstücks (6) mit einem Kleber erfolgt.