DE69013878T2

DE69013878T2 - Haltevorrichtung für einen dielektrischen Resonator in einem Wellenleiter.

Info

Publication number: DE69013878T2
Application number: DE69013878T
Authority: DE
Inventors: Louis W Hendrick; David S Levinson
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1990-01-23
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2010-12-29
Also published as: JPH0795651B2; US5034711A; DE69013878D1; JPH04212504A; CA2033442C; EP0438807A2; EP0438807A3; EP0438807B1

Description

Hintergrund

Diese Erfindung bezieht sich auf dielektrische Resonatoren und insbesondere auf die Anbringung von dielektrischen Resonatoren in einem Wellenleiter.
Wellenleiter werden zum Übertragen von Frequenzen oberhalb von 1 GHz eingesetzt, da koaxiale Kabel zu verlustbehaftet werden. Ein Wellenleiter ist ein Rohr, das aus einem oder inehreren allgemein bekannten leitenden Metallen besteht, und wird üblicherweise in kreisförmiger oder rechteckförmiger Gestalt ausgebildet. Energie in der Form von elektromagnetischen Wellen wird durch den Wellenleiter übertragen, wobei außerhalb des Wellenleiters keine elektromagnetischen Effekte erkennbar sind.
Ein dielektrisches Filter ist in einem Wellenleiter durch Anbringung von einem oder mehreren dielektrischen Resonatoren in ihm vorgesehen. Ein Problem bei dielektrischen Resonatoren besteht in ihrer Abstützung in Wellenleitern. Es ist bekannt, dielektrische Resonatoren an einem Wellenleiter mit Hilfe eines Klebstoffs oder Klebmittels zu befestigen. Weiterhin ist es bekannt, dielektrische Resonatoren unter Einsatz von festen Stützen anzubringen. Diese beiden bekannten Methoden rufen Verluste hervor. Rlebmittel und Klebstoffe absorbieren Mikrowellen und bewirken einen nennenswerten Verlust selbst bei denjenigen Mengen, die zur Anbringung eines Resoflators in einem Wellenleiter eingesetzt werden. Feste Stützen dehnen sich bei Temperaturveränderungen aus und ziehen sich temperaturabhängig zusammen und können den dielektrischen Resonator bewegen oder ihn Belastungen unterwerfen. Die vorliegende Erfindung stellt eine einfache und kostengünstige Lösung bereit, mittels der dielektrische Resonatoren in ihren gewünschten Positionen gehalten werden können, ohne daß sie einer Beanspruchung ausgesetzt werden und ohne daß Verluste, die die Güte Q verringern, hervorgerufen werden.

Kurzfassung der Erfindung

Die Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 definiert. Eine Resonatoranordnung in Übereinstimmung mit dein Oberbegriff dieser Ansprüche ist aus der EP-A-328 948 bekannt.
In Übereinstimmung mit diesen und weiteren Merkmalen und Vorteilen der vorliegenden Erfindung wird ein System aus dielektrischen Resonatorstützen für einen kreisförmigen Wellenleiter bereitgestellt. Ein dielektrischer Resonator wird in seiner optimalen Position unter Einsatz einer Mehrzahl von Stützstäben oder Stangen gehalten, die aus einem geeigneten dielektrischen Material hergestellt und an dem Wellenleiter befestigt, jedoch lose in Löcher eingepaßt sind, die um den Umfang des dielektrischen Resonators herum vorgesehen sind. Die Stützen sind derart lose eingepaßt, daß sie sich temperaturbedingt ausdehnen können, ohne daß eine Belastung auf den dielektrischen Resonator ausgeübt wird, wodurch der dielektrische Resonator in seiner Position gehalten wird, ohne daß er an seiner Trägerstruktur befestigt ist. Dies stellt eine kostengünstige und einfache Lösung für ein komplexes Problem dar. Das Stützsystem ist selbstzentrierend und frei von jeglicher Beanspruchung. Weiterhin wird beim Stütz System eine minimale Menge von Stützmaterial eingesetzt, was die Realisierung des besten, unbelasteten Q erlaubt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Strukturelemente bezeichnen, noch einfacher verstehen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Äußeren eines Abschnitts eines kreisförmigen Wellenleiters, wobei in Phantomdarstellung ein dielektrischer Resonator dargestellt ist, der unter Einsatz der Grundzüge der vorliegenden Erfindung im Wellenleiter mittels eines Stützsystems angebracht ist;
Fig. 2 eine Endansicht bei Sichtrichtung in den Wellenleiter gemäß Fig. 1, wobei der darin angebrachte dielektrische Resonator gezeigt ist; und
Fig. 3 eine partielle Endansicht bei Betrachtung in Richtung zu der Wellenleiterwand, wobei ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stütze für einen dielektrischen Resonator dargestellt ist.

Detaillierte Beschreibung

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine perspektivische Ansicht eines kreisförmigen Wellenleiters 10 darstellt. Dort ist in Phantomdarstellung ein darin montierter dielektrischer Resonator 12 gezeigt. Der Wellenleiter 10 kann aus einem leitenden Metall wie etwa beispielsweise Aluminium bestehen und wird zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen bei oder oberhalb von 1 GHz eingesetzt. Mikrowellenfilter sind bekannt und arbeiten mit einein oder mehreren Resonanzelementen, um Bandpaß- oder Bandsperre-Filtereigenschaften bereitzustellen. Eines dieser Resonanzelemente, nämlich der dielektrische Resonator 12, ist gemäß der Darstellung in der Mitte des Wellenleiters 10 angebracht. Der dielektrische Resonator 12 ist "scheibenförmig" oder pillenförmig" ausgebildet und besteht aus einem geeigneten dielektrischen Material wie beispielsweise einer keramischen Materialverbindung mit einer Dielektrizitätskonstante nahe bei 35. Typischerweise sind die Abmessungen eines dielektrischen Resonators 12 in Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz festgelegt. Im Bereich von 4,0 bis 4,4 GHz besitzt ein dielektrischer Resonator 12 einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,55 Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) und eine Dicke von einem viertel Zoll. Üblicherweise kann der dielektrische Resonator 12 als ein Element eines Wellenleiter-Filters benutzt werden, um die durch den Wellenleiter 10 wandernden elektromagnetischen Wellen innerhalb eines gewünschten Bandpasses zu halten.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Dort ist eine Endansicht bei Betrachtungsrichtung in den Wellenleiter 10 und bei der ebenen kreisförmigen Oberfläche des dielektrischen Resonators 12 gezeigt. Der Umfang des dielektrischen Resonators 12 ist mit einer Mehrzahl von radialen Löchern 14 versehen, die in einem gegenseitigen Abstand von 90º angeordnet sind. Eine Mehrzahl von Stützstäben 11 ist durch die Wände des Wellenleiters 10 eingeführt und in den Löchern 14 angeordnet, die am Umfang des dielektrischen Resonators 12 angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Stützstäbe 11 an dein Wellenleiter 10 durch Einsatz eines Kelbmittels 13 wie etwa beispielsweise eines Klebstoffs befestigt, während sie mit Schlupf bzw. verschieblich in die am Umfang des dielektrischen Resonators 12 angeordneten Löcher 14 eingepaßt sind. Eine Toleranz 15 zwischen dem Durchmesser des Stabs 11 und dem Durchmesser des Lochs 14 kann kleiner als 0,001 Zoll in Abhängigkeit von dem dielektrischen Material des Resonators 12 und der Stützstäbe 11 sein. Die Stützstäbe 11 sind aus einem dielektrischen Material wie etwa Ultem 1000 hergestellt. Aufgrund dieser Toleranz 15 zwischen den Stützstäben 11 und den Löchern 14 können sich die Stützstäbe 11 aufgrund von Wärme ausdehnen, ohne daß der dielektrische Resonator 12 einer Beanspruchung ausgesetzt wird und ohne daß der Resonator 12 bewegt wird, so daß sie den dielektrischen Resonator 12 abstützen, ohne an ihm befestigt zu sein.
Die Stäbe 11 sind an einer Stelle außerhalb des Wellenleiters 10 befestigt, wobei jedoch keinerlei Bearbeitung im Inneren benötigt wird. Das Stützsystem ist selbstzentrierend und ruft keine Beanspruchungen hervor. Das Verbindungsmittel oder der Klebstoff 12 befindet sich auf der Außenseite des Wellenleiters 10, und es wird eine minimale Menge von Stützmaterial im Wellenleiter benutzt. Folglich wird die beste, belastungsfreie Güte Q erzielt, während der dielektrische Resonator 12 in seiner optimalen Position unabhängig von Temperaturveränderungen gehalten wird. Wie vorstehend angegeben, sind die Stäbe 11 an dem Wellenleiter 10 bef estigt, während sie in die Löcher 14 verschieblich eingepaßt sind, die am Umfang des dielektrischen Resonators 12 angeordnet sind. Die Stützstäbe 11 sind mit jeweiligen Intervallen bzw. Abständen von 90º um den Umfang des Wellenleiters 10 angeordnet sowie in den Löchern 14 positioniert, die in Intervallen bzw. Abständen von 90º am Umfang des dielektrischen Resonators 12 angeordnet sind. Es wird nun auf Fig. 3 der Zeichnungen Bezug genommen. Dort ist ein weiteres Beispiel einer Abstützung eines Resonators gezeigt, bei dem der Stützstab 11a an der Wand des Wellenleiters 10 mit Hilfe von Schraubgewinden anstelle eines Klebmittels befestigt ist.
Ein als Beispiel dienendes Filter, bei dem die erfindungsgemäße Stützanordnung für den dielektrischen Resonator eingesetzt wird, wurde unter Einsatz eines kreisförmigen Wellenleiters aufgebaut, der einen inneren Durchmesser von 1,065 Zoll besitzt. Das Filter war ein Bandpaßfilter, das bei 4,145 bis 4,175 GHz betrieben wurde und eine Dämpfung von 30 dB bei ±25 MHz von der Bandmitte bereitstellte. Das Filter enthielt vier dielektrische Resonatoren mit einem Durchmesser von 0,55 Zoll und einer Dicke von einem viertel Zoll, die aus Zircon-Zinn-Tetratitanat (ZrSn)TiO&sub4; hergestellt sowie in gleichen Abständen in einem Wellenleiter mit einer Länge von 6 Zoll beabstandet waren. Die Stützstäbe bestanden aus Ultem 1000 mit einer Länge von 3/4 Zoll und einem Durchmesser von einem achtel Zoll mit einem Gewinde an einem Ende. Die Löcher in dem Wellenleiter waren angezapft bzw. mit Anschluß versehen und die Löcher am Umfang des Resonators besaßen einen Durchmesser von 0,1251 Zoll. Die Toleranzen für die Anpassung der Stützstäbe in den Löchern betrug +0,0001/-0. Bei diesem Modell wurde ein Klebmittel an der Außenseite des Wellenleiters eingesetzt. Die einzige Vorsichtsmaßnahme, die beim Zusammenbau zur korrekten Zentrierung der Resonatoren in ihrer optimalen Position ergriffen wurde, bestand in der Sicherstellung, daß die Stäbe in den Löchern saßen, es wurde jedoch kein Drehmoment ausgeübt. Durch Analyse ergab sich, daß ein Drehmoment von 0,5 Zoll-Pfund ausgeübt werden konnte, ohne daß die Baugruppe beansprucht wurde. Das endbearbeitete Filter arbeitete entwurf sgemäß und besaß eine effektive lineare Frequenzverschiebung mit der Temperatur entsprechend einem Temperaturkoeffizienten von -1,06 ppm. Die Güte Q betrug 7000.
Foglich wurde ein neues und verbessertes Stützsystem für einen dielektrischen Resonator in einem Wellenleiter beschrieben. Diese billige und einfache Lösung hält dielektrische Resonatoren in ihren gewünschten Positionen, ohne daß sie einer Beanspruchung ausgesetzt werden. Ein dielektrischer Resonator wird in seiner optimalen Position unter Einsatz einer Mehrzahl von Stützstäben oder -Stangen gehalten, die aus geeignetem dielektrischen Material hergestellt und an dem Wellenleiter befestigt, jedoch lose in Löcher eingepaßt sind, die am Umfang des dielektrischen Resonators vorgesehen sind. Die Stützen sind derart lose eingepaßt, daß sie sich temperaturbedingt ausdehnen können, ohne daß eine Beanspruchung auf den dielektrischen Resonator ausgeübt wird, wodurch der dielektrische Resonator in seiner Position gehalten wird, ohne daß er an seinem Stützaufbau befestigt ist. Dies stellt eine kostengünstige und einfache Lösung für ein komplexes System bereit. Das Stützsystem ist selbstzentrierend und frei von jeglicher Beanspruchung. Weiterhin wird bei dem Stützsystem eine minimale Menge von Stützmaterial benutzt, das die Erzielung der besten, unbelasteten Güte Q erlaubt.
Es versteht sich, daß das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich für manche der vielen spezifischen Ausführungsbeispiele erläuternd ist, die die Anwendungen der Grundlagen der vorliegenden Erfindung repräsentieren. Es ist offensichtlich, daß zahlreiche und weitere Anordnungen vom Fachmann in einfacher Weise entwickelt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Wellenleiter-Resonatoranordnung mit:

einem Wellenleiter (10);

einem dielektrischen Resonator (12), der in dem Wellenleiter (10) angeordnet und im wesentlichen mittig mit diesem ausgerichtet ist; und

einer Mehrzahl von dielektrischen Stützstäben (11), die lediglich an dein Wellenleiter (10) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

die Stützstäbe (11) in Hohlräumen (14) auf einer Oberfläche des dielektrischen Resonators (12) angeordnet sind; wodurch der dielektrische Resonator (12) in dem Wellenleiter (10) durch die Mehrzahl von Stützstäben (11) gehalten wird.

2. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 1, wobei der dielektrische Resonator (12) eine Mehrzahl von Hohlräumen (14) besitzt, die um seine äußere Oberfläche angeordnet sind.

3. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 2, wobei die Stützstäbe (11) in den Hohlräumen (14) auf der äußeren Oberfläche des dielektrischen Resonators (12) angeordnet sind.

4. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 3, wobei die Stützstäbe (11) an dem Wellenleiter (10) befestigt sind.

5. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützstäbe (11) in die äußere Wand des Wellenleiters (10) eingeschraubt sind.

6. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützstäbe (11) größenmäßig derart bemessen sind, daß eine thermische Expansion möglich ist, wobei eine Bewegung in den Hohlräumen (14) möglich ist.

7. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenleiter (10) kreisförinig ist.

8. Wellenleiter-Resonatoranordnung mit:

einem kreisförmigen Wellenleiter (10);

einem kreisförmigen dielektrischen Resonator (12), der in dem kreisförmigen Wellenleiter (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

der Resonator (12) eine Mehrzahl von Hohlräumen (14) in gleich beabstandeten Intervallen um seine Außenfläche herum besitzt; und

eine Mehrzahl von dielektrischen Stützstäben (11) vorgesehen ist, die an dem Wellenleiter (10) befestigt und in die Hohlräume (16) des Resonators (12) eingefügt sind sowie ein derartiges Spiel haben, daß der Resonator selbstzentrierend ist und ohne feste Fixierung gehalten wird.

9. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Stützstäben (11) vier Stützstäbe aufweist.

10. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einein der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützstäbe (11) in dem dielektrischen Resonator (12) angeordnet und an dem kreisförmigen Wellenleiter (10) mit Intervallen von im wesentlichen 90º befestigt sind.