DE4203937C2 - Resonator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Resonator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Allgemein befaßt sich die Erfindung mit einem Resonator für Resonanzfrequenzen zwischen einigen hundert MHz und einigen GHz, wie er in einem tragbaren Radio oder einem ähnlichen elektronischen Gerät eingesetzt wird, und insbesondere auf einen Resonator des dielektrisch-laminierten Types.

Bekannte Resonatoren können in Resonatoren in Streifen­ leitungstechnik und in Resonatoren mit einer Spulenstruktur eingeteilt werden.

Als Resonator in Streifenleitungstechnik ist ein Resonator bekannt, der eine Leitung mit einer halben Wellenlänge hat, die an ihren entgegengesetzten Enden offen ist, der hier in den Fig. 34 und 35 gezeigt ist. Ferner ist ein Resonator mit einer Leitung mit einer viertel Wellenlänge bekannt, welcher an einem Ende offen und an dem anderen Ende kurzgeschlossen ist, der in Fig. 36 dargestellt ist.

Ein bekannter Resonator mit Spulenstruktur ist in Fig. 37 dargestellt. Dieser Resonator umfaßt eine spiralenförmige Spulenstruktur 201 und eine Masse-Struktur 203, die auf den beiden Seiten einer dielektrischen Schicht 202 ausgebildet sind, welche zwischen diesen Strukturen eingeschlossen ist.

Jedoch treten bei diesen bekannten Resonatoren die nachfol­ gend erläuterten Probleme auf:

1) Resonator mit einer Streifenleitung

• a) Ein Resonator mit einer Resonanzfrequenz von 2-3 GHz hat erhebliche Abmessungen.
• Die Längen L₁ und L₂ der Streifenleitung werden gemäß den nachfolgenden Gleichungen 1 und 2 für einen Resonator mit einer halben Wellenlänge bzw. einen Resonator mit einer viertel Wellenlänge ermittelt.
• Hierbei bezeichnen Lambda die Wellenlänge und Epsilon die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen, laminierten Schicht.
• Gegenwärtig kann die Dielektrizitätskonstante einer dielektrisch laminierten Schicht, die gleichzeitig mit Silber oder Kupfer gebrannt werden kann und gute Temperaturcharakteristika hat, nicht beliebig hoch gewählt werden und liegt bei ungefähr 10. Daher ergibt sich aus den Gleichungen 1 bzw. 2 für eine Dielektrizitätskonstante Epsilon=10 die Länge L₁= 15,8 mm bzw. die Länge L₂=7,9 mm. Diese Abmessungen sind erheblich und bewirken eine große Bauweise des Resonators.
• b) Bei Resonatoren und ähnlichen elektronischen Geräten ist es wünschenswert, die Impedanz an das Gerät anzupassen, in die es eingebaut werden soll (es soll eine derartige Einstellung vorgenommen werden, daß eine Anpassung der Impedanzen des Resonators und des Gerätes erfolgt). Je­ doch ist es im Falle des Streifenleitungstypes aufgrund des speziellen, festliegenden Wertes der Impedanz für jede Streifenleitung nicht möglich, eine Einstellung oder Anpassung vorzunehmen, selbst wenn man eine Ab­ griffsposition ändert.

2) Resonator mit Spulenstruktur

Da die Spulenstruktur spiralförmig ist, beeinflussen sich die magnetischen Flüsse zwischen benachbarten Strukturen gegenseitig. Daher wird der elektrische Stromfluß behindert. Hieraus ergibt sich ein erheblicher Anstieg des Widerstandswertes, so daß die Güte Q des Resonators vermindert wird.

Da bei der Ausführungsform gemäß Fig. 37 der elektrische Strom jeweils in die mit dem Bezugszeichen A bezeichnete Richtung sowohl in dem Strukturabschnitt 201a als auch in dem Strukturabschnitt 201b fließt, heben sich die magneti­ schen Felder gegeneinander auf, wodurch es zu einer Vergrö­ berung des magnetischen Flusses kommt, so daß der elektri­ sche Stromfluß gestört wird und ein erheblicher Anstieg des Widerstands auftritt.

Die Resonanzfrequenz des Resonators hängt von der Dimension der Streifenleitung oder der Spulenstruktur ab, so daß nach Erzeugung der Struktur die Resonanzfrequenz nicht mehr ein­ gestellt werden kann. Wenn daher die Dimension der Struktur fehlerhaft ist, verschiebt sich die Resonanzfrequenz des Re­ sonators gegenüber einem vorbestimmten Wert, so daß das be­ treffende Produkt unbrauchbar wird.

Bei dem Gegenstand der US-A-4,916,582 werden durch die erste Elektrode konkrete Induktivitäten und konkrete, also räumlich begrenzte Kapazitäten festgelegt. Zwischen den miteinander koppelnden induktiven und kapazitiven Strukturelementen unterschiedlicher Schichtlagen befindet sich bei der Ausführungsform der Fig. 10 bis 12 lediglich ein Dielektrikum. Eine Abschirmebene dient der Abschirmung nach außen hin. Diese Abschirmelektrode ist nicht geerdet und nicht mit irgendeinem Teil der ersten Elektroden verbunden.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Resonator zu schaffen, der eine hohe Güte Q hat, mit kleinen Abmessungen hergestellt werden kann und dessen Impedanz und Resonanzfrequenz wunschgemäß eingestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch einen Resonator gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die Erfindung schafft einen Resonator, der folgende Merkmale aufweist: eine erste Elektrode, die schleifenförmig ausgebildet ist; eine zweite Elektrode, die in einer ebenen Form an dem gegenüberliegenden Teil der ersten Elektrode ausgebildet ist, wobei eine Platte aus dielektrischem Material zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist; einen Masse-Anschluß, der von der ersten Elektrode in Richtung auf einen Endabschnitt der Platte herausgeführt ist; einen Herausführungsanschluß, der von der ersten Elektrode in Richtung auf den Endabschnitt der Platte in einer Entfernung mit einer vorbestimmten Impedanz gegenüber dem Masse-Anschluß herausgeführt ist; und einen weiteren Masse-Anschluß, der von der zweiten Elektrode zu dem Endabschnitt der Platte herausgeführt ist.

Bei dem Resonator können zweite Elektroden auf entgegen­ gesetzten Abschnitten der ersten Elektrode ausgebildet sein, wobei die Platten zwischen der ersten und den zweiten Elek­ troden angeordnet sind.

Wenigstens eine Elektrode der zweiten Elektroden kann derart ausgebildet sein, daß sie eine etwas größere Gestalt als die erste Elektrode hat.

Bei dem Resonator kann zwischen der ersten Elektrode und wenigstens der zweiten Elektroden eine dritte Elektrode mit der gleichen Form wie die erste Elektrode ausgebildet sein.

Ferner kann bei dem Resonator eine Trimm-Elektrode in Schleifenform oder in Form einer Teilschleife in einer Entfernung von der zweiten Elektrode ausgebildet sein, wobei die Platte zwischen der Trimm-Elektrode und der zweiten Elektrode liegt, und mit der ersten Elektrode verbunden sein.

Bei dem Resonator können eine Mehrzahl von Trimm-Elektroden bandförmig an einem inneren Teil der zweiten Elektrode ausgestaltet sein und mit der zweiten Elektrode verbunden sein.

Bei der obigen Bauweise kann aufgrund der sogenannten Streifenleitungstechnik, in der die erste Elektrode und die zweite Elektrode an entgegengesetzten Seiten angeordnet sind, sowie aufgrund der Tatsache, daß Strukturabschnitte der ersten Elektrode nicht benachbart zueinander als spiralförmige Spulenstruktur angeordnet sind, eine Erhöhung oder Absenkung eines Spitzenwertes des Dämpfungsfaktors als stark ab- und zunehmende Charakteristik realisiert sein, während diese Charakteristik in den übrigen Frequenzbe­ reichen flach wird. Als Ergebnis hiervon kann die Güte Q erheblich verbessert werden. Da weiterhin die erste Elek­ trode eine Schleifenform hat, kann die Elementegröße redu­ ziert werden. Da ferner die Impedanz durch einfaches Ein­ stellen einer Entfernung zwischen dem Herausführungsanschluß und dem Masse-Anschluß der ersten Elektrode eingestellt werden kann, ist es einfach, die Impedanz anzupassen oder einzustellen.

Die potentialfreie Kapazität zwischen der Trimm-Elektrode und der zweiten Elektrode wird durch Trimmen der Trimm-Elektrode geändert. Ferner wird die Resonanzfrequenz des Resonators hierdurch geändert.

Der Abschirmungseffekt gegenüber magnetischen Feldern wird durch Einschneiden der Trimm-Elektroden, die an dem inneren Teil der zweiten Elektrode ausgebildet sind, geändert. Daher ändert sich der magnetische Fluß des Resonators, so daß sich dessen Resonanzfrequenz ändert.

Daher schafft die Erfindung einen hochqualitativen Resonator mit kleinen Abmessungen und hoher Güte Q, dessen Impedanz und Resonanzfrequenz wahlweise eingestellt werden können.

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

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen dielektrischen Resonator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des di­ elektrischen Resonators gemäß dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine dielektrische Schicht, die bei der Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 4 eine Draufsicht eines Zustandes, bei dem eine Spu­ len-Elektrodenstruktur auf der dielektrischen Schicht gemäß Fig. 3 ausgebildet ist;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Masse-Elektrodenstruktur, die auf der dielektrischen Schicht gemäß Fig. 3 aus­ gebildet ist;

Fig. 6 eine Vorderansicht des laminierten Zustandes der di­ elektrischen Schicht;

Fig. 7 eine Seitenansicht des laminierten Zustandes der di­ elektrischen Schichten;

Fig. 8 eine Vorderansicht des gepreßten Laminates;

Fig. 9 eine Vorderansicht nach der Ausbildung größerer Elektroden;

Fig. 10 ein Ersatzschaltbild des in Fig. 1 gezeigten dielektrischen Resonators;

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakte­ ristika des in Fig. 1 gezeigten dielektrischen Reso­ nators;

Fig. 12 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines abgeän­ derten Ausführungsbeispiels des dielektrischen Reso­ nators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines anderen, abgewandelten Ausführungsbeispieles des im Zusam­ menhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten dielektrischen Resonators;

Fig. 14 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines dielek­ trischen Resonators gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung;

Fig. 15 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines abge­ änderten Ausführungsbeispiels des dielektrischen Resonators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 16 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines anderen abgewandelten Ausführungsbeispiels des dielektri­ schen Resonators gemäß dem zweiten Ausführungsbei­ spiel;

Fig. 17 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiels des dielektri­ schen Resonators gemäß dem zweiten Ausführungsbei­ spiel;

Fig. 18 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakte­ ristika des in Fig. 14 gezeigten dielektrischen Resonators;

Fig. 19 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines dielek­ trischen Resonators gemäß einem dritten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 20 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakte­ ristika des in Fig. 19 gezeigten dielektrischen Resonators;

Fig. 21 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Resonators gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 22 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakte­ ristika des in Fig. 21 gezeigten dielektrischen Resonators;

Fig. 23 eine perspektivische Explosionsdarstellung des di­ elektrischen Resonators gemäß dem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 24 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakte­ ristika des in Fig. 23 gezeigten dielektrischen Resonators;

Fig. 25 eine perspektivische Explosionsdarstellung des di­ elektrischen Resonators gemäß dem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 26 eine graphische Darstellung der Frequenzcharak­ teristika des in Fig. 25 gezeigten dielektrischen Resonators;

Fig. 27 eine perspektivische Explosionsdarstellung des di­ elektrischen Resonators gemäß einem fünften Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 28 eine perspektivische Darstellung des dielektrischen Resonators gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 29 eine Draufsicht auf den dielektrischen Resonator ge­ mäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 30 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 31 eine Draufsicht auf ein abgewandeltes Ausführungs­ beispiel des Resonators gemäß Fig. 30;

Fig. 32 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Re­ sonators gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 33 eine Draufsicht auf einen Zustand des Schneidens ei­ ner Trimm-Elektrode bei dem in Fig. 32 gezeigten Resonator;

Fig. 34 eine zur Erläuterung dienende Darstellung eines be­ kannten dielektrischen Resonators vom Streifenlei­ tungstyp;

Fig. 35 eine zur Erläuterung dienende Darstellung eines an­ deren bekannten dielektrischen Resonators vom Strei­ fenleitungstyp;

Fig. 36 eine zur Erläuterung dienende Darstellung wiederum eines weiteren bekannten dielektrischen Resonators vom Streifenleitungstyp;

Fig. 37 eine zur Erläuterung dienende Darstellung eines wei­ teren bekannten dielektrischen Resonators vom Spu­ lenstrukturtyp.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 13 erläutert. Die Fig. 1 und 2 sind Darstellungen einer Bauweise eines dielektrischen Resonators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1 eine Draufsicht und Fig. 2 eine perspektivische Explo­ sionsdarstellung ist, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine bei der Erfindung eingesetzte dielektrische Schicht, Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Zustand, bei dem eine Spulen- Elektrodenstruktur auf der in Fig. 3 gezeigten dielektri­ schen Schicht ausgebildet wird, Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Zustand, bei dem eine Masse-Elektrodenstruktur auf der dielektrischen Schicht gemäß Fig. 3 ausgebildet wird, Fig. 6 und 7 Darstellungen sind, die den laminierten Zustand der dielektrischen Schichten darstellen, wobei Fig. 6 eine Vorderansicht und Fig. 7 eine Seitenansicht ist, Fig. 8 eine Vorderansicht des gepreßten Laminats ist, Fig. 9 eine Vorderansicht nach Erzeugung der äußeren Elektroden darstellt, Fig. 10 ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Resonators zeigt, Fig. 11 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristika des dielektrischen Resonators wiedergibt und Fig. 12 und 13 Draufsichten wesentlicher Teile abgewandelter Ausführungsformen wiedergeben.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt der dielektrische Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung eine dielektrische Schicht 1, die aus einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten 101, . ., und Schutzschichten 2, 3 besteht, welche an der oberen Seite und der unteren Seite der dielektrischen Schicht angeordnet sind.

Auf einer Fläche 101a der dielektrischen Schicht 101, welche die Oberseite der dielektrischen Schichten 101, . ., ist, ist eine U-förmige Spulen-Elektrodenstruktur (erste Elektrode) 4 ausgebildet. Diese Teile werden gemeinsam gebrannt und integriert. Eine spezielle Bauweise der Spulen-Elektrodenstruktur liegt darin, daß Strukturab­ schnitte 4a, 4b, die jeweils linear sind und an entgegen­ gesetzten Seiten angeordnet sind, durch einen linearen Strukturabschnitt 4c verbunden sind, der mit einem Ende der Strukturabschnitte 4a, 4b (d. h. in Form einer Schleife) verbunden ist. Die Bauweise ist derartig, daß eine Gesamtlänge L₃ der Spulen-Elektrodenstruktur 4 die Länge gemäß Gleichung 3 ergibt, und daß eine Masse-Anschluß­ struktur 6 und eine Herausführungsanschlußstruktur 7, deren Endabschnitte sich bis zu einer Seitenfläche A des dielektrischen Resonators erstrecken, mit dem Struktur­ abschnitt 4a verbunden sind.

In dieser Gleichung bezeichnen Lambda die Wellenlänge und Epsilon die dielektrische Konstante.

An einer Fläche 3a der Schutzschicht 3 auf der Seite der dielektrischen Schicht 1 ist eine Masse-Elektrodenstruktur (zweite Elektrode) 5 ausgebildet, welche sich im wesent­ lichen über die Fläche 3a derart erstreckt, daß die Fläche oder Größe der Masse-Elektrodenstruktur größer ist als diejenige einer Peripherie der Spulen-Elektrodenstruktur 4. Gleichfalls ist in einer Lage auf der Fläche 3a entsprechend der Masse-Anschlußstruktur 6 eine Masse-Anschlußstruktur (weiterer Masse-Anschluß) 8 ausgebildet, deren eines Ende mit der Masse-Elektrodenstruktur 5 verbunden ist und deren anderes Ende sich zu einer Seitenfläche A des dielektrischen Resonators erstreckt. Eine Masse-Anschlußstruktur 6 und eine Masse-Anschlußstruktur 8 sind mit einer äußeren Masse- Elektrode 9 verbunden, die auf einer Seitenfläche des Resonators ausgebildet ist und einen U-förmigen Querschnitt hat. Eine Herausführungsanschlußstruktur 7 ist mit einer äußeren Herausführungselektrode 10 verbunden, die auf der Seitenfläche des Resonators ausgebildet ist und einen U-förmigen Querschnitt hat.

Der dielektrische Resonator mit der obigen Bauweise wurde durch das nachfolgend beschriebene Verfahren hergestellt.

Zunächst wird auf eine Fläche der dielektrischen Schicht 101 (die eine Dicke von einigen zehn µm hat), welche in Fig. 3 gezeigt ist, eine Kupferpaste oder dergleichen aufgeschich­ tet, um eine Struktur 12 gemäß Fig. 4 zu bilden, wobei diese Struktur der Struktur der Spulen-Elektrodenstruktur 4 und der Anschlußstrukturen 6, 7 entspricht. Parallel hierzu wird auf eine Fläche einer Schutzschicht 11 mit der gleichen Konfiguration wie die dielektrische Schicht 101 (aber gegebenenfalls mit anderer Dicke) die Kupferpaste oder dergleichen aufgebracht, um eine Struktur 13 gemäß Fig. 15 zu erzeugen (die gleiche Struktur wie diejenige der Masse- Elektrodenstruktur 5 und der Masse-Anschlußstruktur 8).

Als nächstes wird, wie es in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, eine Schutzschicht 2, eine Schichtlage 16 und die Schutzschicht 11 (mit der gleichen Bauweise wie die Schutzschicht 2) auflaminiert, so daß die Struktur 12 und die Struktur 13 an entgegengesetzten Seiten der Schichtlage 16 angeordnet sind, welche die dielektrischen Schichten 101 umfaßt, woraufhin eine Pressung zur Erzeugung eines Laminates 15 durchgeführt wird. Hierauf wird an Orten (die Orte, die als äußere Masse-Elektrode 9 und als äußere Herausführungselektrode 10 dienen) entsprechend der freigelegten Abschnitte 17, 18, 19 eine Pastenschicht in der in Fig. 8 gezeigten Art, die Kupferpaste oder dergleichen aufgedruckt oder aufgebracht, um die Pastenschichten 20, 21 gemäß Fig. 9 zu erzeugen. Dann werden die dielektrischen Schichten durch Brennen des Laminates integriert, wodurch die Herstellung des dielektrischen Resonators abgeschlossen ist. Ebenfalls kann das Laminat durch einen Prozeß gebrannt werden, der von dem Brennen der Pastenschichten 20, 21 getrennt ist.

Obwohl keine Kondensatorstruktur auf dem dielektrischen Resonator ausgebildet ist, der mit der obigen Bauweise hergestellt worden ist, ergibt sich das in Fig. 10 gezeigte Ersatzschaltbild. Die Gründe hierfür werden nachfolgend erläutert.

• 1) Die Spulen-Elektrodenstruktur 4 hat das gleiche Potential (d. h. den geerdeten Zustand) wie die Masse- Elektrodenstruktur 5.
• 2) Da die dielektrische Schicht 1 zwischen der Spulen-Elektrodenstruktur 4 und der Masse-Elektroden­ struktur 5 angeordnet ist, wird eine potentialfreie Kapazität hergestellt.

Die obige potentialfreie Kapazität wird nicht nur zwischen der Spulen-Elektrodenstruktur 4 und der Masse-Elektroden­ struktur 5 hergestellt, sondern auch zwischen den Struktur­ abschnitten 4a, 4b der Spulen-Elektrodenstruktur 4. Jedoch wird sie im wesentlichen zwischen der Spulen-Elektroden­ struktur und den Masse-Elektrodenstrukturen 5 erzeugt. Daher kann durch weites Beabstanden der beiden Strukturen 4, 5 ein Kapazitätswert eines Kondensators geändert werden, um die Resonanzfrequenz zu ändern. Insbesondere kann durch Annähern der beiden Strukturen 4, 5 (durch Reduktion der Dicke der dielektrischen Schichten 101) die Resonanzfrequenz abgesenkt werden, da der Kapazitätswert des Kondensators ansteigt, während eine Erhöhung der Entfernung der beiden Strukturen 4, 5 (eine Erhöhung der Dicke der dielektrischen Schichten 101) zu einer Anhebung der Resonanzfrequenz auf­ grund des abfallenden Kapazitätswertes des Kondensators führt. Gleichfalls ist es möglich, die potentialfreie Kapa­ zität durch Änderung der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht oder der Größe der Spulen-Elektro­ denstruktur 4 zu ändern. Wenn beispielsweise eine Breite L₇ der Spulen-Elektrodenstruktur 4 angehoben wird, kann die potentialfreie Kapazität erhöht werden und die Resonanz­ frequenz abgesenkt werden. Jedoch ist es nicht wünschens­ wert, die Breite L₇ der Spulen-Elektrodenstruktur 4 unnötig anzuheben, da hierdurch die Signalform negativ beeinträch­ tigt wird, wenn die Entfernung zwischen den Strukturab­ schnitten 4a, 4b zu gering wird.

Bei dem beschriebenen dielektrischen Resonator kann die Impedanz auf jeden gewünschten Wert durch Ändern der Entfernung L₄ zwischen der Masse-Anschlußstruktur 6 und der Herausführungsanschlußstruktur 7 eingestellt werden.

Es wurde experimentell bestätigt, daß die Resonatorfrequenz zwischen einigen hundert MHz bis einigen GHz durch Einstellen der Dielektrizitätskonstante und der Dicke der dielektrischen Schicht 1 oder einer Fläche der Spulen-Elektrodenstruktur 4 eingestellt werden kann. Ein Beispiel ist in dem nachfolgenden Experiment wiedergegeben.

Experiment

Frequenzcharakteristika des dielektrischen Resonators mit der obigen Bauweise wurden untersucht, wobei die Untersuchungsergebnisse in Fig. 11 dargestellt sind.

Wie man aus der Fig. 11 entnimmt, hat der beschriebene dielektrische Resonator einen Spitzenwert eines Resonanz­ punktes bei zwei GHz mit stark ansteigenden bzw. abfallenden Charakteristika. Der Verlauf der Übertragungsfunktion ist in den übrigen Frequenzbereichen flach. Hieraus folgt, daß die Güte Q des Resonators erheblich gesteigert worden ist.

Es wird angenommen, daß im wesentlichen die nachfolgenden beiden Gründe für dieses Verhalten verantwortlich sind.

• 1) Der die Streifenleitungsbauweise betreffende Grund
  Der dielektrische Resonator gemäß der Erfindung hat eine sogenannte Streifenleitungsbauweise, bei der die Spulen-Elektrodenstruktur 4 und die Masse-Elektroden­ struktur 5 gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
• 2) Der Grund, daß die Strukturabschnitte der Spulen- Elektrodenstruktur 4 nicht benachbart zueinander angeordnet sind, wie z. B. die spiralenförmige Spulenstruktur.

Die Spulen-Elektrodenstruktur 4 des dielektrischen Resonators ist U-förmig ausgebildet, so daß der jeweilige magnetische Fluß benachbarter Spulen-Elektrodenstrukturen 4 sich nicht gegenseitig stört, so daß es zu keiner Störung des elektrischen Stromflusses kommt. Hierdurch wird ein wesentlicher Anstieg des Widerstandswertes verhindert und eine hohe Güte Q erzielt.

Weitere Bezüge

• 1) Die Form der Spulen-Elektrodenstruktur 4 ist nicht auf die bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigte Form beschränkt, sondern kann jegliche Gestalt haben, solange diese schleifenförmig ist. Beispielsweise kann sie die in Fig. 12 gezeigte Kreisform haben, oder die in Fig. 13 gezeigte U-Form. Jedoch muß bei der Spulen-Elektrodenstruktur 4 gemäß Fig. 12 ein Winkel Θ innerhalb des Bereiches von πΘ2π.
• 2) Der erfindungsgemäße Resonator kann eingebaut und eingelötet werden, während die Elektroden auf einer gedruckten Schaltungsplatine mit der äußeren Masse-Elektrode 9 und der äußeren Herausführungs­ elektrode 10 ausgerichtet sind. Da die Außenseiten mit Schutzschichten 2, 3 bedeckt sind, sind die Spulen-Elektrodenstruktur 4 und die Masse-Elektroden­ struktur 5 gegenüber Beschädigungen geschützt.
• 3) Die dielektrische Schicht 1 ist nicht auf eine Bauweise beschränkt, bei der mehrere dünne Schichten 101 laminiert sind. Gleichfalls kann eine dielektrische Schicht, die vorab mit einer vorbestimmten Dicke erzeugt ist, verwendet werden.
• 4) Der erfindungsgemäße Resonator muß nicht einzeln hergestellt werden, sondern kann in der Weise hergestellt werden, daß eine Mehrzahl von Spulen- Elektrodenstrukturen 4 auf einer dielektrischen Schicht mit ausreichend großen Abmessungen erzeugt werden, wobei die gleiche Anzahl von Masse-Elektrodenstrukturen 5 auf einer ähnlichen dielektrischen Schicht erzeugt werden, wobei die Resonatoren nach dem Laminieren in diesem Zustand vereinzelt werden können, bevor das Backen bzw. Brennen durchgeführt wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach­ folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 18 erläutert. Fig. 14 ist eine Draufsicht auf wesentliche Teile des dielektrischen Resonators gemäß dem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung, während die Fig. 15 bis 17 Drauf­ sichten von wesentlichen Teilen abgewandelter Ausführungs­ formen sind und Fig. 18 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristika des in Fig. 14 gezeigten dielek­ trischen Resonators ist. Teile mit der gleichen Funktion wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so daß deren Beschreibung entfal­ len kann. Dies gilt gleichfalls für die nachfolgenden Aus­ führungsbeispiele.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, hat der Resonator nach dem zwei­ ten Ausführungsbeispiel die gleiche Bauweise wie derjenige nach dem ersten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Tat­ sache, daß die Form der Spulen-Elektrodenstruktur 4 und ein Anschlußort der Masse-Elektrodenstruktur 6 sowie der Heraus­ führungselektrodenstruktur 7 geringfügig abweichen. Eine spezielle Form der Spulen-Elektrodenstruktur 4 ist derart ausgestaltet (d. h. schleifenförmig), daß ein offenes Ende eines Strukturabschnittes 4b sich in Richtung zu einem Strukturabschnitt 4a erstreckt, so daß er parallel mit einem Strukturabschnitt 4c liegt, um einen Strukturabschnitt 4d festzulegen. Eine Entfernung L₇ zwischen dem Strukturab­ schnitt 4d und dem Strukturabschnitt 4a ist vorzugsweise ebenso groß oder geringer als die Breite L₈ der Struktur­ abschnitte 4a bis 4d.

Experiment

Frequenzcharakteristika des dielektrischen Resonators mit der obigen Bauweise wurden untersucht, wobei die Ergebnisse in Fig. 18 aufgeführt sind.

Wie man aus Fig. 18 entnimmt, hat der dielektrische Resonator einen spitzen Wert des Resonanzpunktes bei zwei GHz mit steilen ansteigenden bzw. abfallenden Charakte­ ristika und einem flachen Verlauf der Charakteristik für andere Frequenzbereiche. Aus diesem Ergebnis kann man ableiten, daß die Güte Q erheblich gesteigert worden ist. Ferner hat der vorliegend behandelte dielektrische Resonator verglichen mit dem des ersten Ausführungsbeispieles einen Spitzendämpfungsfaktor, der erheblich höher liegt.

Es wird angenommen, daß der Grund hierfür darin zu sehen ist, daß Lecke des magnetischen Flusses reduziert werden können, da die Entfernung L₇ zwischen dem Strukturabschnitt 4d und Strukturabschnitt 4a sehr gering ist, so daß im wesentlichen ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet wird.

Weitere Gesichtspunkte

Die Bauweise der Spulen-Elektrodenstruktur 4 ist nicht auf die oben geschilderte Bauweise beschränkt, sondern es kommen auch die in den Fig. 15 bis 17 gezeigten schleifenförmigen Bauweisen in Betracht. Insbesondere kann die Bauweise gemäß Fig. 15 vorliegen, bei der der Strukturabschnitt 4a verkürzt ist und der Strukturabschnitt 4d weiter verlängert ist, oder die Bauweise gemäß Fig. 16 gewählt werden, bei der der Strukturabschnitt 4a weiter verkürzt und der Strukturabschnitt 4d noch weiter verlängert wird, oder die Bauweise gemäß Fig. 17 gewählt werden, bei der die Masse-Anschlußstruktur 6 und die Herausführungsanschluß­ struktur 7 umgekehrt angeordnet sind.

Ebenfalls sind in diesen Fällen die Entfernungen L₉, L₁₀ und L₁₁ zwischen den Strukturabschnitten vorzugsweise gleich oder kleiner verglichen mit der Breite L₈ der Struktur­ abschnitte 4a, 4b, 4c und 4d. Auch für diesen Fall wurde experimentell bestätigt, daß die Frequenzcharakteristika des dielektrischen Resonators im wesentlichen den Frequenz­ charakteristika der oben beschriebenen Bauweise entsprechen.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 erläutert. Fig. 19 ist eine Draufsichtdarstellung wesentlicher Teile des dielektrischen Resonators gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, während Fig. 20 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristika des dielektrischen Resonators gemäß Fig. 19 ist.

Wie in Fig. 19 gezeigt ist, hat der Resonator nach dem dritten Ausführungsbeispiel die gleiche Bauweise wie der dielektrische Resonator gemäß Fig. 14 des zweiten Ausführungsbeispiels mit Ausnahme der Tatsache, daß der Endteil des Strukturabschnittes 4d mit einem Endteil des Strukturabschnittes 4a verbunden ist.

Experiment

Die Frequenzcharakteristika des dielektrischen Resonators mit der obigen Bauweise wurden untersucht, wobei die Ergebnisse in Fig. 20 angegeben sind.

Man erkennt aus Fig. 20, daß der obige dielektrische Resonator einen Spitzenwert des Resonanzpunktes bei ungefähr 4 GHz hat, wobei er steile Anstiege und Abfälle in der Frequenzcharakteristik zeigt und einen flachen Verlauf der Frequenzcharakteristik in den übrigen Frequenzbereichen aufweist. Hieraus folgt, daß die Güte Q des Resonators erheblich verbessert worden ist.

Der Grund für die Verbesserung der Güte Q ist der gleiche wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel. Der Grund dafür, daß ein Spitzenwert des Resonanzpunktes bei 4 GHz liegt, ist vermutlich die Verbesserung des Charakters als Streifen­ leitung verursacht durch die Verbindung des Endabschnittes des Strukturabschnittes 4d mit dem Endabschnitt des Strukturabschnittes 4a.

Viertes Ausführungsbeispiel

Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 21 bis 26 erläutert. Die Fig. 21, 23 und 25 sind perspektivische Explosionsdarstellungen des dielektrischen Resonators gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 22, 24 und 26 sind graphische Darstellungen der jeweiligen Frequenzcharakteristika der dielektrischen Resonatoren, die in den Fig. 21, 23, und 25 dargestellt sind.

Wie in den Fig. 21, 23 und 25 gezeigt ist, haben die dortigen Resonatoren jeweils die gleiche Bauweise wie die ersten bis dritten Ausführungsbeispiele mit Ausnahme der Tatsache, daß die dielektrische Schicht 1 und die Masse-Elektrodenstrukturen 5 der Reihe nach nicht nur auf einer Fläche, sondern auf beiden Flächen der Spulen-Elektro­ denstruktur 4 angeordnet sind.

Experiment

Frequenzcharakteristika der dielektrischen Resonatoren mit der obigen Bauweise wurden untersucht, wobei die Untersu­ chungsergebnisse in den Fig. 22, 24 und 26 wiedergegeben sind.

Wie man aus den Fig. 22, 24 und 26 erkennt, haben auch die dort beschriebenen dielektrischen Resonatoren ebenso wie die Resonatoren nach dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel einen steilen Anstieg bzw. Abfall des Spitzenwertes des Dämpfungsfaktors und weisen im übrigen einen flachen Dämpfungsverlauf für andere Frequenzbereiche auf. Jedoch erkennt man, daß der Frequenzspitzenwert etwas geringer ausfällt.

Der Grund hierfür liegt vermutlich in dem Anstieg des Kapazitätswertes eines Kondensators des dielektrischen Resonators, da eine potentialfreie Kapazität nicht nur auf einer Seite, sondern auf beiden Seiten der Spulen-Elektro­ denstruktur 4 erzeugt wird.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 27 erläutert. Fig. 27 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines dielektrischen Resonators nach dem fünften Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 27 gezeigt ist, hat der Resonator die gleiche Bauweise wie der in Fig. 23 gezeigte dielektrische Resonator nach dem vierten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Tatsache, daß eine potentialfreie Elektrodenstruktur (dritte Elektrode) 11 mit der gleichen Form wie die Spulen- Elektrodenstruktur 4 auf der dielektrischen Schicht 101 benachbart zu einer dielektrischen Schicht 101 ausgebildet ist, auf der die Spulen-Elektrodenstruktur 4 erzeugt ist.

Obwohl dies nicht gezeigt ist, wurde experimentell bestätigt, daß ein Spitzenwert des Resonanzpunktes viel niedriger ist, als derjenige des in Fig. 23 gezeigten dielektrischen Resonators nach dem vierten Ausführungsbei­ spiel, wobei dies durch diese Bauweise bewirkt ist.

Es wird angenommen, daß diese Abweichung durch die Erhöhung des Kapazitätswertes eines Kondensators des dielektrischen Resonators bewirkt ist, da eine potentialfreie Kapazität zwischen der Spulen-Elektrodenstruktur 4 und der potential­ freien Elektrodenstruktur 11 gebildet ist.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 28 und 29 beschrieben.

Die Fig. 28 und 29 zeigen einen Resonator gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 28 eine perspektivische Explosionsdarstellung und Fig. 29 eine Draufsicht ist.

Wie in den Fig. 28 und 29 gezeigt ist, hat dieser Resonator die gleiche Bauweise wie der in Fig. 23 gezeigte Resonator des vierten Ausführungsbeispieles mit Ausnahme der Tatsache, daß die Form einer Masse-Elektrodenstruktur 5 (der oberen Struktur in Fig. 28) abweichend ausgeführt ist. Insbesondere ist diese so aufgebaut, daß die Masse-Elektrodenstruktur 5 eine größere Abmessung als die Spulen-Elektrodenstruktur 4 hat, und daß die Masse-Elektrodenstruktur 8 mit der Masse-Elektrodenstruktur 5 verbunden ist.

Durch diese Bauweise ist es möglich, auf einfache Weise die Frequenz einzustellen, da die potentialfreie Kapazität durch einfaches Schneiden eines Teiles (z. B. des Teiles, welcher durch die einfach gepunktete Kettenlinie B in Fig. 29 gezeigt ist) der Masse-Elektrodenstruktur 5 entsprechend des Strukturteiles 4d eingestellt werden kann.

Obwohl die obige Einstellung gleichfalls für die Masse- Elektrodenstrukturen (welche weitgehend extensiv ausgebildet sind) des ersten bis fünften Ausführungsbeispieles möglich sind, wenn die Frequenz eingestellt wird, ist die Bauweise des vorliegenden Ausführungsbeispieles als bevorzugt anzu­ sehen, da die Schnittlängen der Masse-Elektrodenstrukturen des ersten bis fünften Ausführungsbeispieles lang sind.

Ferner ist die Masse-Elektrodenstruktur dieses Ausführungs­ beispieles nicht auf den Resonator mit der in Fig. 23 gezeigten Bauweise des vierten Ausführungsbeispieles beschränkt, sondern kann auch auf die Resonatoren der anderen Ausführungsbeispiele angewendet werden.

Siebtes Ausführungsbeispiel

Ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 30 erläutert. Fig. 30 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Resonators gemäß dem siebten erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsbeispiel.

Bei dem Resonator nach dem siebten Ausführungsbeispiel wird eine schleifenförmige Trimm-Elektrode 60 zwischen der Erd-Elektrodenstruktur (einer oberen Struktur in Fig. 30) und der Schutzschicht 2 ausgebildet. Die Trimm-Elektrode 60 liegt an der entgegengesetzten Seite der Spulen-Elektroden­ struktur 4 bezüglich der dielektrischen Schicht 101, wobei die Masse-Elektrodenstruktur 5 hier zwischen angeordnet ist. Eine Verbindungsanschlußstruktur 66 ist an der Trimm- Elektrode 60 ausgebildet und mit der Anschluß-Elektroden­ struktur 66 verbunden, welche von der Spulen-Elektroden­ struktur 4 bis zu einer Seite der dielektrischen Schicht 101 herausgezogen ist. Die Verbindungsanschlußstruktur 66 der Trimm-Elektrode 60 ist mit der Verbindungsanschlußstruktur 66 der Spulen-Elektrodenstruktur 4 über eine äußere Verbindungs-Elektrode 68 verbunden.

Bei dem Resonator nach dem siebten Ausführungsbeispiel ändert sich die potentialfreie Kapazität zwischen der Trimm-Elektrode 60 und der Masse-Elektrodenstruktur 5 durch Trimmen der Trimm-Elektrode 60, wie dies durch die einfach gepunktete Kettenlinie in Fig. 30 dargestellt ist, wofür beispielsweise ein Laser-Trimmverfahren angewendet werden kann. Entsprechend ändert sich die Resonanzfrequenz des Resonators.

Die Form der Trimm-Elektrode 60 ist nicht auf die Schleifenform beschränkt, sondern kann auch ein Teil einer Schleifenform sein, wie dies in Fig. 31 gezeigt ist. Im Falle der Verwendung dieser Form ändert sich die Trimm- Kapazität durch Trimmen, so daß sich die Resonanzfrequenz des Resonators ändert.

Achtes Ausführungsbeispiel

Ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 32 erläutert. Fig. 32 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Resonators gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem Resonator gemäß dem achten Ausführungsbeispiel ist eine Trimm-Elektrodengruppe 70 an dem inneren Teil einer Masse-Elektrodenstruktur (der oberen Struktur in Fig. 32) ausgebildet. Die Trimm-Elektrodengruppe 70 umfaßt band­ förmige Trimm-Elektroden 70a, 70b, 70c. Die Trimm-Elektroden 70a, 70b, 70c sind mit der Masse-Elektrodenstruktur 5 verbunden.

Bei dem Resonator nach dem achten Ausführungsbeispiel wird der Abschirmeffekt für Magnetfelder reduziert, indem die Trimm-Elektroden gemäß Fig. 33 beispielsweise mittels eines Laser-Trimmverfahrens eingeschnitten werden. Dies bewirkt eine Verstärkung des magnetischen Feldes des Resonators, so daß sich die Resonanzfrequenz des Resonators ändert. Im vorliegenden Fall kann die Änderungsrate der Resonanz­ frequenz durch Änderung der Schnittzahl der Trimm-Elektroden eingestellt werden.

Aufgrund der sogenannten Streifenleitungsbauweise sowie aufgrund der Tatsache, daß Abschnitte der ersten Elektrodenstruktur nicht benachbart zueinander angeordnet sind, ist es möglich, die Güte Q des Resonators erheblich zu verbessern.

Da die erste Elektrode eine Schleifenform hat, kann die Elementegröße vermindert werden.

Da die Impedanz einfach durch Einstellen einer Entfernung zwischen dem Herausführungsanschluß und dem Masse-Anschluß der ersten Elektrode eingestellt werden kann, ist die Impedanzeinstellung problemlos.

Ferner kann die Resonanzfrequenz des Resonators durch Trimmen der Trimm-Elektrode eingestellt werden, die an dem inneren Teil der Masse-Elektrodenstruktur angeordnet ist oder mit der Spulen-Elektrodenstruktur verbunden ist. Die vorbestimmte Resonanzfrequenz kann erhalten werden, indem der Resonator eingestellt oder angepaßt wird, dessen Resonanzfrequenz von dem vorbestimmten Wert verschoben ist. Daher kann die Anzahl minderwertiger Produkte reduziert werden, die bei der Resonatorherstellung auftreten.

Unter diesen Gesichtspunkten schafft die Erfindung einen sehr hochqualitativen Resonator mit geringen Abmessungen, dessen Güte Q hoch ist und dessen Impedanz und Resonanz­ frequenz wunschgemäß eingestellt werden können.

Claims (6)

1. Resonator, mit folgenden Merkmalen:
einer ersten Elektrode (4);
einem Herausführungsanschluß (7) für die erste Elektrode (4);
einer zweiten Elektrode (5), die in flächiger Form auf der entgegengesetzten Seite der erste Elektrode (4) bezüglich einer Platte (101) angeordnet ist, welche aus dielektrischem Material besteht und zwischen der ersten Elektrode (4) und der zweiten Elektrode (5) angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Elektrode (4) zur Bildung einer Streifenleitung mit der zweiten Elektrode (5) als schleifenförmig verlaufender Streifen ausgebildet ist,
daß die Teilabschnitte des Streifens der ersten Elektrode (4) derart angeordnet sind, daß sie nicht in paralleler Weise eng benachbart zu anderen Teilabschnitten der ersten Elektrode (4) liegen;
daß ein Masseanschluß (6) vorgesehen ist, der von einem Teilabschnitt (4a) des Streifens der ersten Elektrode (4) in Richtung auf einen Endabschnitt (A) der Platte (101) herausgeführt ist;
daß der Herausführungsanschluß (7) von der ersten Elektrode (4) in Richtung auf den Endabschnitt (A) der Platte (101) in einer Entfernung gegenüber dem Masseanschluß (6), welcher eine vorbestimmte Impedanz festlegt, herausgeführt ist; und
daß ein weiterer Masseanschluß (8) vorgesehen ist, der von der zweiten Elektrode (5) in Richtung auf den Endabschnitt (A) der Platte (101) herausgeführt ist und mit dem Masseanschluß (6) der ersten Elektrode (4) verbunden ist.

2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Elektroden (5) der ersten Elektrode (4) gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Platten (101) zwischen der ersten Elektrode (4) und den zweiten Elektroden (5) angeordnet sind.

3. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektrode der zweiten Elektroden (5) derart ausgestaltet ist, daß sie eine etwas größere Form als die erste Elektrode (4) hat.

4. Resonator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Elektrode mit im wesentlichen der gleichen Form, in der die erste Elektrode (4) ausgebildet ist, zwischen der ersten Elektrode (4) und wenigstens einer der zweiten Elektroden (5) ausgebildet ist.

5. Resonator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Trimm-Elektroden (60, 70) schleifenförmig oder in Form einer Teilschleife in einer Entfernung von der zweiten Elektrode (5) angeordnet sind, wobei die Platte (101) zwischen der Trimm-Elektrode (60, 70) und der zweiten Elektrode (5) angeordnet ist und wobei die Trimm-Elektrode (60, 70) ferner mit der ersten Elektrode (4) verbunden ist.

6. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Trimm-Elektroden (60, 70) bandförmig an dem inneren Teil der zweiten Elektrode (5) ausgebildet sind und mit der zweiten Elektrode (5) verbunden sind.