DE4236769C2

DE4236769C2 - Dielektrisches Resonatorbauelement

Info

Publication number: DE4236769C2
Application number: DE4236769A
Authority: DE
Inventors: Yukio Higuchi; Hirotsugu Abe; Shigeyuki Mikami
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2012-10-31
Also published as: US5311160A; GB9222734D0; ITTO920884A0; IT1257174B; JPH0543606U; GB2261556A; GB2261556B; ITTO920884A1; DE4236769A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches Reso natorbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In den letzten Jahren wurden dielektrische Resonatoren, die in dem TE₀₁_δ-Modus schwingen, als Lokaloszillatoren für Ab wärtswandler zum Umwandeln von Hochfrequenzsignalen, die von einem Satellit ausgesendet und durch eine Antenne empfangen werden, in ein Signal von niedriger Frequenz verwendet. Ein Beispiel eines bekannten dielektrischen Resonators dieser Art ist in Fig. 3 dargestellt.

Der dielektrische Resonator 1 ist zylindrisch und besteht aus dielektrischem Material mit einer hohen Dielektrizitäts konstanten. Der dielektrische Resonator 1 ist mittels Kunst stoff oder Glas an einem Tragteil 2 angeklebt, das aus einer Keramik mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten be steht. Der dielektrische Resonator 1 und das Tragteil 2 sind in einem Metallgehäuse 3 aufgenommen, welches den Lokalos zillator des Abwärtswandlers eines nicht dargestellten Sa tellitensendeempfängers aufnimmt.

Zusätzlich zu der Funktion des Tragens des dielektrischen Resonators 1 schwingt das Tragteil 2 des dielektrischen Re sonators 1 in dem TE₀₁_δ-Modus in dem Metallgehäuse 3 und stellt die Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator 1 und (nicht dargestellten) Schaltungen ein, die den Oszilla tor des Abwärtswandlers bilden.

Die Resonanzfrequenz f₀ des dielektrischen Resonators 1 wird durch Parameter bestimmt, wie beispielsweise durch die re lative Dielektrizitätskonstante (ε_r) des dielektrischen Ma teriales, aus dem der dielektrische Resonator 1 besteht, dessen Abmessung, die Halterungslage des dielektrischen Re sonators 1 innerhalb des Metallgehäuses 3 und den Innen durchmesser des Metallgehäuses 3.

Jedoch weichen diese Parameter bei der Herstellung des Os zillators des Abwärtswandlers für den Satellitenempfänger von Sollwerten ab, wodurch sich Abweichungen der Resonanz frequenz f₀ des dielektrischen Resonators 1 ergeben.

Der dielektrische Resonator 1 hat den nachfolgend beschrie benen Aufbau zur Einstellung der Resonanzfrequenz f₀ derart, daß diese auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann.

Ein Durchgangsloch 4 ist in der oberen Wand des Metallgehäu ses 3 gegenüber der Oberfläche des dielektrischen Resonators 1 gebildet, wobei eine Metallabstimmschraube 5 in das Loch 4 eingesetzt ist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Reso nanzfrequenz f₀ wird auf einen gleichmäßigen Wert einge stellt, indem die Einschraubtiefe bzw. Einsatztiefe (d) der Abstimmschraube 5 innerhalb des Loches 4 verändert wird.

Dieser bekannte Mechanismus zum Einstellen der Resonanzfre quenz des dielektrischen Resonators hat jedoch ein Problem dahingehend, daß bei einem kleinen Abstand zwischen der Ab stimmschraube 5 und dem dielektrischen Resonator 1 bei dem Einsetzen der Abstimmschraube 5 in Richtung auf den dielek trischen Resonator 1 die Abstimmschraube 5 in einen Bereich eintritt, in dem die Intensität des elektrischen Feldes, welches von dem dielektrischen Resonator 1 umschlossen ist, sowie in der Nähe desselben bezüglich des Metallgehäuses 3 einen großen Wert annimmt. Daher nehmen Leitungsverluste zu, wodurch die unbelastete Güte Q (Qu) des dielektrischen Reso nators 1 abfällt.

Die EP-399770 A1 zeigt in ihrer Fig. 2 ein dielektrisches Resonatorelement, welches in dem TE₀₁_δ-Modus betrieben werden kann, mit einem dielektrischen Resonator mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, wobei dieser Resonator ein Loch 7 aufweist, das sich von dessen oberer Fläche zu des sen unterer Fläche längs seiner Achse erstreckt, und ferner eine Abstimmstange hat, die aus einem dielektrischen Mate rial besteht. Die Abstimmstange dient zum Abstimmen der Re sonanzfrequenz des dielektrischen Resonators durch Einstel len ihrer Lage in der axialen Richtung des Resonators. Die Abstimmstange wird lose in das Loch des Resonatorkörpers eingesetzt wird und ist bezüglich ihrer Höhe einstellbar.

Die JP-A-61-251207 bezieht sich auf ein dielektrisches Reso natorelement mit einem Aufbau, der mit Ausnahme der Tatsache mit dem Aufbau des Resonatorelementes nach der EP-399770 A1 übereinstimmt, daß die Abstimmstange gemäß der EP-399770 A1 durch eine zylindrische Abstimmeinheit ersetzt ist, die in ihrer axialen Position mittels einer Innenschraube einge stellt werden kann. Der Resonator hat eine hohe Dielektrizi täts-Konstante, während das Tragteil eine niedrige Dielek trizitäts-Konstante hat.

Die JP-A-59-15304 zeigt einen dielektrischen Resonator mit einer Abstimmschraube für die Feineinstellung der Resonanz frequenz des Resonators durch Hereinschrauben oder Heraus schrauben der Schraube in ein Gewinde, das an der Innen fläche des metallischen Zylinders gebildet ist, der an dem offenen Ende des Leiters befestigt ist. Das Abstimmen dieses Resonators wird durch Veränderung der Kapazität bewirkt, die durch den Spalt festgelegt ist, der zwischen dem Deckteil und der Oberfläche der Schraube definiert ist. Mit anderen Worten zeigt diese Entgegenhaltung keinen Abstimmeffekt, der auf der Relativlage eines Teiles mit niedriger Dielektrizi täts- Konstante bezogen auf die Lage eines Resonatorkörpers mit hoher Dielektrizitäts-Konstante beruht. Im Gegenteil zeigt diese Schrift lediglich einen abstimmbaren Konden sator, wobei der veränderliche Kondensatorspalt zwischen den Kondensator- Elektroden durch das Deckteil und die obere Fläche der Schraube gebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dielektrisches Resonatorbauelement zu schaffen, das eine einfache Abstim mung der Resonanzfrequenz erlaubt, wobei sich die unbelastete Güte nur zu einem geringen Prozentsatz in Abhängigkeit von der Einstellung der Resonanzfrequenz ändern soll und wobei der Resonator eine mehr lineare Abhängigkeit der Resonanz frequenz von der Positionsänderung der Abstimmvorrichtung haben soll.

Diese Aufgabe wird durch ein dielektrisches Resonatorbauele ment nach Anspruch 1 gelöst.

Da bei dieser Bauweise der Abstimmstab aus einem dielektri schen Material mit niedrigem Verlust besteht und innerhalb des dielektrischen Resonators vorgesehen ist, welcher das elektromagnetische Feld und das starke elektrische Feld um schließt, ist selbst dann der Energieverlust gering, wenn der Abstimmstab sich in den dielektrischen Resonator hinein bewegt. Daher kann eine Absenkung der unbelasteten Güte Q des dielektrischen Resonators verhindert werden, wobei er reicht wird, daß sich die Resonanzfrequenz des dielektri schen Resonators in linearer Weise bezogen auf die Posi tionsänderung des Abstimmstabes ändert. Daher ermöglicht der Oszillator eine genaue Einstellung der Resonanzfrequenz, wo bei der Oszillator auf einfache Weise gebildet werden kann, indem der Mechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Abwärtswandler einer Empfangsantenne zur Verwendung bei Satellitenrundfunk oder Satellitenkommunikation einge setzt wird.

Ferner bilden der Abstimmstab und der dielektrische Resona tor einen Mechanismus zur Einstellung der Resonanzfrequenz. Daher ist es bei Einsatz des Mechanismus in einem Abwärts wandler eine Empfangsantenne nicht erforderlich, die Kon struktion eines Werkzeuges zur Herstellung eines Metallge häuses zu ändern, das den dielektrischen Resonator aufnimmt, selbst wenn die Befestigungsposition des dielektrischen Re sonators aufgrund der Konstruktionsänderung einer an den dielektrischen Resonator anzuschließenden Schaltungsstruktur zu ändern ist.

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

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines Mechanismus zum Einstellen der Resonanzfrequenz eines dielektri schen Resonators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Änderung der Reso nanzfrequenz und der unbelasteten Güte Q des Me chanismus gemäß Fig. 1 sowie des bekannten Mecha nismus, wobei diese Größen durch Variation der Lage eines Abstimmstabes bzw. derjenigen einer Abstimm schraube gemessen wurden; und

Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung eines bekannten Mecha nismus zum Einstellen der Resonanzfrequenz eines dielektrischen Resonators.

Vor der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles sei angemerkt, daß entsprechende Teile mit gleichen Bezugs zeichen in sämtlichen Zeichnungen bezeichnet sind.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Fig. 1 zeigt einen Mechanismus zum einfachen Einstellen der Resonanzfrequenz eines dielektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Er findung.

Ein dielektrischer Resonator 11, der zylindrisch ist, be steht aus einem dielektrischen Material mit einer großen Dielektrizitätskonstanten. Der dielektrische Resonator 11 hat einen TE₀₁_δ-Modus als Betriebsartmodus in Gegenwart eines elektromagnetischen Feldes. Der dielektrische Resona tor 11 wird von einem Metallgehäuse getragen, welches diesen oder ein Tragteil 13 aufnimmt, welches an einem flachen elektrischen Leiter 12, wie beispielsweise der elektrischen Leiterstruktur eines Schaltungssubstrates, befestigt ist.

Das Tragteil 13 besteht aus einer Keramik mit einer niedri gen Dieletrizitätskonstanten, die an dem dielektrischen Re sonator 11 mittels Kunststoff oder Glas angeklebt ist. Das Tragteil 13, das an dem elektrischen Leiter 12 befestigt ist, bewirkt eine Schwingung des dielektrischen Resonators 11 in dem TE₀₁_δ-Modus und bewirkt eine Einstellung der Kopp lung zwischen dem dielektrischen Resonator 11 und den Schal tungen.

Der dielektrische Resonator 11 hat ein Loch 14, das sich längs seiner Achse erstreckt, einen Abstimmstab 15, der aus einem dielektrischen Material mit niedrigem Verlust besteht und eine männliche Schraube 15a umfaßt, die an dessen peri pherer Oberfläche ausgebildet ist, und eine weibliche Schraube 14a (ein Gewinde 14a), wobei die weibliche Schraube 14a bzw. das Gewinde 14a in der Wand des Loches 14 ausgebil det ist.

Die Resonanzfrequenz f₀ des dielektrischen Resonators 11 wird durch Einschrauben des Abstimmstabes 15 in das Loch 14 eingestellt, wobei die Klinge eines Einstellschraubenzie hers, welcher nicht dargestellt ist, in eine Kerbe 16 ein gesetzt wird, die auf dem Abstimmstab 15 vorgesehen ist, wie dies durch die Pfeile A1 und A2 gezeigt ist.

Fig. 2 zeigt die Änderung der Resonanzfrequenz f₀ und der unbelasteten Güte Q (Qu) des dielektrischen Resonators gemäß Fig. 1 sowie die entsprechenden Werte des bekannten dielek trischen Resonators 1 gemäß Fig. 3 in Abhängigkeit von der Lageänderung des Abstimmstabes 15 bzw. in Abhängigkeit von der Lageänderung der Abstimmschraube 5.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, zeigen eine Kurve f₀(1) und Qu(1) jeweils die Änderung der Resonanzfrequenz f₀ bzw. der unbelasteten Güte Q (Qu) in Abhängigkeit von der Entfernung D (mm) zwischen dem Boden des dielektrischen Resonators 11 und der Unterseite des Abstimmstabes 15 bei Veränderung der Lage desselben.

Gleichfalls sind in Fig. 2 eine Kurve f₀(3) und eine Kurve Qu(3) dargestellt, die die Änderung der Resonanzfrequenz f₀ und der unbelasteten Güte Q (Qu) zeigen, wenn die Entfernung d (mm) zwischen der inneren oberen Fläche 3a des Metallge häuses 3 gemäß Fig. 3 und der Unterseite der Abstimmschraube 5 geändert wird.

Wie in Fig. 2 als Vergleich mit dem Mechanismus des in Fig. 1 gezeigten dielektrischen Resonators 11 zu sehen ist, ist der Abstimmbereich der Resonanzfrequenz f₀ des bekannten dielektrischen Resonators 1 groß, wobei jedoch die unbe lastete Güte Q (Qu) mit ansteigender Resonanzfrequenz extrem abfällt. Insbesondere ist im Falle des dielektrischen Reso nators 1 die Änderungsrate (ΔQu/_Qu) der unbelasteten Güte Q ungefähr 3%, wenn die Änderungsrate (Δf/f₀) der Mitten frequenz 0,45% beträgt.

Im Falle des dielektrischen Resonators 11 ändert sich die unbelastete Güte Q in einem geringen Ausmaß bezogen auf die Änderung der Resonanzfrequenz f₀. Insbesondere beträgt im Falle des dielektrischen Resonators 11 die Änderungsrate (ΔQu/_Qu) der unbelasteten Güte Q ungefähr 0,9%, wenn die Änderungsrate (Δf/f₀) der Mittenfrequenz 0,40% beträgt. Die Änderung der Resonanzfrequenz f₀ kann als lineare Größe verglichen mit derjenigen des dielektrischen Resonators 1 ausgedrückt werden. Daher kann bei dem dielektrischen Reso nator 11 die Resonanzfrequenz f₀ leicht eingestellt werden.

Claims

Dielektrisches Resonatorbauelement, das einen TE₀₁_δ-Modus als Betriebsmodus in Gegenwart eines elektromagnetischen Feldes aufweist, mit
- - einem dielektrischen Resonator (11) mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und einem Loch (14), das sich längs der Achse des dielektrischen Resonators (11) von dessen oberer Oberfläche zu dessen unterer Oberfläche erstreckt,
- - Trageteil (13), und
- - einer Abstimmvorrichtung (15) aus einem dielektrischen Material mit niedrigem Verlust zum Einstellen der Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonatorbauelements wobei die Abstimmvorrichtung (15) innerhalb des Lochs (14) längs der Achse des Resonators (11) hin- und herbewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Trageteil (13) eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist,
- - daß das Trageteil (13) und der dielektrische Resonator zweistückig ausgeführt sind,
- - daß der Resonator (11) im Bereich seines Lochs (14) ein Innengewinde (14a) aufweist, und
- - daß die Abstimmvorrichtung (15) als eine Schraube (15a) ausgebildet ist, wobei das Innengewinde (14a) des Lochs (14) die Schraube (15a) der Abstimmvorrichtung (15) in Eingriff nimmt.