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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit
dielektrischem Resonator, die im Mikrowellenbereich als Filter
oder Oszillator verwendet werden kann.
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In Fig. 1 wird eine herkömmliche Vorrichtung eines
dielektrischen Resonators gezeigt, in dem ein dielektrisches
Resonatorelement A auf einem Träger oder Sockel C an einer
Basisinnenwand B1 eines Abschirmgehäuses B angebracht ist. Das
Resonatorelement A ist mit Hilfe einer Klebeschicht D mit dem oberen
Ende des Trägers C verbunden. Der Träger C ist durch eine
Klebeschicht E mit der Basiswand B1 verbunden. Diese herkömmliche
Anordnung hat den Nachteil, daß die Klebeschichten D und E
nicht immer einen ausreichenden Halt für den Resonatoraufbau
bieten können.
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Um die Montagefestigkeit des Resonators zu verbessern,
wurde neuerdings eine andere Anordnung vorgeschlagen, die in
Fig. 2 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung sind das
Resonatorelement A und der Träger C entlang der jeweiligen Achse mit
Innenbohrungen A1 und C1 versehen. In die Innenbohrungen A1 und C1
ist ein Befestigungsbolzen F eingesetzt. Der Bolzen F hat einen
Kopfteil F1, der auf der oberen Fläche des Resonatorelements A
aufsitzt, und einen Schraubgewindeteil F2, der durch ein
Durchgangsloch ragt, das in der Basiswand B1 vorgesehen ist. Durch
Aufschrauben einer Mutter G auf den Schraubgewindeteil F2
werden das Resonatorelement A und der Träger C aneinander und an
die Basiswand B1 befestigt. Weitere Anordnungen von
Vorrichtungen dielektrischer Resonatoren sind in FR-A-2.284.200
beschrieben.
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In den Anordnungen, die in Fig. 1 und 2 dargestellt sind,
wird das Resonatorelement A durch seine Resonanz selbst
erhitzt, wenn die Resonator-Vorrichtung betrieben wird. Besonders
wenn der Resonator mit höherer Leistung betrieben wird, ist die
Wärmeabgabemenge in dem Resonatorelement um so größer, je höher
die Arbeitsfrequenz ist. Da beide oben erwähnten Anordnungen
schlechte Wärmeableitfähigkeit besitzen, haben sie den
Nachteil, daß sich die Resonanzfrequenz des Resonators leicht
ändern kann. Wenn der Resonator zum Beispiel mit einer
RF-Leistung von 50 Watt Eingangsleistung und der Resonanzfrequenz von
870 MHz betrieben wird, wird an der Außenfläche des Resonators
eine Temperaturerhöhung bis zu 125ºC und in dem Inneren des
Resonators eine Temperaturerhöhung bis zu 200ºC gemessen. Dies
führt dazu, daß sich die Resonanzfrequenz des Resonators um
ungefähr 10% verringert.
Zusammenfassung der Erfindung
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung eines dielektrischen Resonators zu schaffen, die eine
ausgezeichnete Wärmeableitung besitzt, um jegliches Ansteigen
der Temperatur während der Funktion zu vermeiden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung
eines dielektrischen Resonators geschaffen worden, die folgendes
aufweist: einen aus dielektrischem Keramikmaterial
hergestellten Körper eines dielektrischen Resonators mit einer
Innenbohrung, die entlang der Achse des Resonators vorgesehen ist,
einen Sockel mit einer Innenbohrung, die entlang der Achse des
Sockels vorgesehen ist, ein Abschirmgehäuse zum Aufnehmen des
Resonatorkörpers und des Sockels und zum Festlegen einer
Basiswand, und eine Befestigungseinrichtung, die in die
Innenbohrungen des Resonatorkörpers und des Sockels zum Befestigen und
Fixieren des Resonatorkörpers und des Sockels an der Basiswand
des Abschirmgehäuses eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abschirmgehäuse und die Befestigungseinrichtung mit
öffnungen für das Durchleiten von Kühlgas versehen sind, so daß
im Gebrauch durch eine der Öffnungen Kühlgas in das
Abschirmgehäuse eingeleitet und durch eine andere Öffnung abgeleitet
werden kann, um den Resonatorkörper und den Sockel zu kühlen.
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Vorzugsweise der Resonatorkörper und der Sockel können aus
dem gleichen Material in einem Stück hergestellt werden.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die
Befestigungseinrichtung einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist
als der Innendurchmesser der Innenbohrungen des
Resonatorkörpers
und des Sockels, um so einen Kühlgasdurchlaß zwischen der
Außenfläche der Befestigungseinrichtung und der Innenwand der
Bohrungen zu definieren.
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Der Kühlgasdurchlaß kann mit der in der
Befestigungseinrichtung vorgesehenen Öffnung durch eine Einrichtung von
zumindest einem seitlichen Loch, das sich am unteren Ende befindet,
eine Verbindung bilden, und kann am oberen Ende mit dem
Innenraum des Gehäuses eine Verbindung bilden.
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Die Innenbohrungen können einen Absatz haben, auf dem ein
Kopfteil der Befestigungseinrichtung aufsitzen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren
zum Betrieb einer Vorrichtung eines dielektrischen Resonators
vorgesehen, die einen aus dielektrischem Keramikmaterial
hergestellten Körper eines dielektrischen Resonators aufweist und
eine Innenbohrung besitzt, die entlang einer Achse des
Resonatorkörpers vorgesehen ist, sowie einen Sockel mit einer
Innenbohrung, die entlang einer Achse des Sockels vorgesehen ist,
ein Abschirmgehäuse, das den Resonatorkörper und den Sockel
aufnimmt und eine Basiswand definiert, und eine
Befestigungseinrichtung, die in die Innenbohrungen des Resonatorkörpers und
des Sockels zum Befestigen und Fixieren des Resonatorkörpers
und des Sockels an der Basiswand des Abschirmgehäuses
eingesetzt ist, wobei das Verfahren durch die Schritte
gekennzeichnet ist, das Abschirmgehäuse und die Befestigungseinrichtung
mit Öffnungen zu versehen und durch eine der Öffnungen in das
Abschirmgehäuse ein Kühlgas einzuleiten und das Kühlgas durch
eine andere Öffnung abzuleiten, um den Resonatorkörper und den
Sockel zu kühlen.
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Das eingeleitete Kühlgas kann an der Innenwand jeder
Bohrung und an der Außenfläche des Resonatorkörpers
entlangströmen. Dadurch kann der Resonatorkörper wirksam gekühlt werden,
um während des Betriebs der Resonatorvorrichtungjegliche
Temperaturerhöhung zu vermeiden.
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Nun werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche
Vorrichtung eines dielektrischen Resonators in einer adhäsiven
Befestigungsart schematisch zeigt;
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die eine weitere
herkömmliche Vorrichtung eines dielektrischen Resonators mit einer
Bolzen-Befestigungsart schematisch zeigt;
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die eine Vorrichtung eines
dielektrischen Resonators gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die eine Vorrichtung eines
dielektrischen Resonators gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Ausführliche Beschreibung
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In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung eines
dielektrischen Resonators gezeigt. Die Resonatorvorrichtung
besteht aus einem dielektrischen Resonatorkörper 1 in einer
zylindrischen Form, die aus dielektrischem Keramikmaterial
bestehen kann, das eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen
geringen Dielektrizitätsverlust hat, wie z. B. TiO&sub2;, BaO-TiO&sub2;.
Dieser Resonatorkörper 1 hat eine Innenbohrung la und ist auf
einen Sockel 2 montiert, der mit einer Innenbohrung 2a versehen
und aus Isoliermaterial, wie z. B. Aluminiumoxid oder
Forstent, hergestellt ist. Der Sockel 2 hat ebenfalls eine
zylindrische Form, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der des
Resonatorkörpers 1. Die Innenbohrung 2a des Sockels hat den
gleichen Durchmesser wie die Innenbohrung 1a des Resonatorkörpers
1. Der Resonatorkörper 1 und der Sockel 2 sind in einem
Abschirmgehäuse 3 enthalten. Das Gehäuse 3 weist eine Basiswand 4
auf, an die die Baugruppe aus Resonatorkörper 1 und Sockel 2
mit einem Befestigungsbolzen 5 und einer Mutter 6 befestigt
ist. Der Bolzen 5 ist in die Innenbohrungen 1a und 2a
eingesetzt, und sein Ende oder Kopf 5a sitzt auf der oberen
Innenkante des Resonatorkörpers 1, und das andere Ende oder der
Schraubgewindeteil 5b reicht durch ein Durchgangsloch 4a
hindurch, das in der Basiswand 4 vorgesehen ist. Durch
Aufschrauben der Mutter G auf den Schraubgewindeteil 5b wird die
Baugruppe
aus Resonatorkörper 1 und Sockel 2 gegenseitig fest
fixiert und an der Basiswand 4 befestigt.
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Der Bolzen 5 ist hohl und hat eine Öffnung 7, die sich
entlang seiner zentralen Achse erstreckt, und ist außerdem mit
zwei seitlichen Löchern 7a, die sich in der Nähe des
Schraubgewindeteils 5b befinden, und Schlitze 8 (von denen in Fig. 3
nur einer gezeigt ist) beim Kopf 5a versehen. Der Hohlbolzen 5
hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der
Innendurchmesser der Innenbohrungen 1a und 2a, so daß dazwischen ein
ringförmiger Zwischenraum 9 gebildet wird. Das Gehäuse 3 weist
eine Vielzahl von Öffnungen 10 auf, von denen in Fig. 3 nur
zwei gezeigt sind.
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In der gezeigten Anordnung wird ein Kühlgas, z. B.
Kühlluft, von einem Gebläse oder einem Entlüfter (nicht gezeigt)
erzeugt und in die Öffnung 7 des Bolzens 5 eingeleitet. Wie in
Fig. 3 durch Pfeile gezeigt ist, strömt ein Teil der
eingeleiteten Kühlluft durch beide seitlichen Löcher 7a in den
ringförmigen Zwischenraum 9, und folglich werden die Innenflächen des
Resonatorkörpers 1 und des Sockels 2 wirkungsvoll gekühlt.
Daraufhin strömt die Kühlluft von dem ringförmigen Zwischenraum 9
durch den Schlitz 8 in das Gehäuse 3. Der restliche Teil der
Kühlluft strömt entlang der Öffnung 7 des Bolzens 5 in das
Gehäuse 3. Die in den Innenraum des Gehäuses 3 eingeleitete
Kühlluft strömt entlang der Außenflächen des Resonatorkörpers 1 und
des Sockels 2, um diese zu kühlen, und wird durch die Öffnungen
10 abgeleitet. Auf diese Weise werden der Resonatorkörper 1 und
der Sockel 2 an den Innen- und Außenflächen durch die strömende
Kühlluft gekühlt, und somit kann der Resonator auf einer
konstanten und einheitlichen Temperatur gehalten werden, so daß
der Resonator betrieben werden kann, während die
Resonanzcharakteristik stabil gehalten wird.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel können der Bolzen
und/oder die Innenbohrungen des Resonators und des Sockels so
konstruiert werden, daß der Bolzen in die Innenbohrungen genau
eingepaßt wird. In diesem Fall wird die an den Innenflächen des
Resonators und des Sockels entstehende Wärmeenergie direkt auf
den Bolzen übertragen und durch den Kühlluftstrom über die
Öffnung des Bolzens abgeführt.
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In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung gezeigt, das eine Einheit aus einem
Resonatorkörper und einem Sockel verwendet.
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Der Resonatorkörper 11 und der Sockel 12 sind aus dem
gleichen Material in einem Stück geformt, um so eine
kreisförmige, einstückige Einheit zu bilden, und in einem
Abschirmgehäuse 13 eingeschlossen.
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Der Resonatorkörper 11 und der Sockel 12 sind mit einer
Innenbohrung 11a bzw. einer Innenbohrung 12a versehen. Die
Innenbohrung 12a hat einen kleineren Durchmesser als die
Innenbohrung 11a, und daher ist dazwischen ein kreisförmiger Absatz
12b ausgebildet. Das Gehäuse 13 weist eine Basiswand 14 mit
einem Durchgangsloch 14a auf. Ein Befestigungsbolzen 15, der hohl
ist, ist in die Innenbohrungen 11a und 12a eingesetzt, und sein
Ende oder Kopf 15a sitzt auf dem Absatz 12b auf; das andere
Ende oder der Schraubgewindeteil 15b reicht durch das Loch 14a
der Basiswand 14 hindurch. Auf dem Schraubgewindeteil 15b ist
eine Mutter 16 festgeschraubt, wie in der Zeichnung gezeigt
ist, und somit ist die Einheit aus dem Resonatorkörper 11 und
dem Sockel 12 an der Basiswand 14 des Gehäuses 13 befestigt.
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Der Bolzen 15 hat eine Öffnung 17, die sich entlang der
zentralen Achse des Bolzens erstreckt. Diese Öffnung 17 ist an
eine geeignete Kühlluftversorgung (nicht gezeigt)
angeschlossen, um Kühlluft in das Gehäuse 13 einzuführen.
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Das Gehäuse 13 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 20
versehen, von denen in Fig. 4 nur zwei gezeigt sind, um die
eingeführte Kühlluft aus dem Gehäuse 13 abzuführen.
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Es sollte erkannt werden, daß die in Fig. 4 gezeigte
Anordnung die Montage oder Fertigung der Resonatorvorrichtung
erleichtert, weil der Resonatorkörper 11 und der Sockel 12 als
Einheit aus einem Stück gebildet sind und somit die Anzahl der
Komponenten verringert ist. Darüber hinaus ist es nicht wie bei
der Anordnung von Fig. 3 notwendig, in dem Bolzen 15
irgendeinen seitlichen Luftdurchlaß vorzusehen, da die Kühlluft mit der
Innenbohrung 11a des Resonatorkörpers 11 in Kontakt kommt.
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Bei den gezeigten Anordnungen kann anstelle der Bohrung 4a
oder 14a die Basiswand 4 oder 14 mit einem Gewindeloch versehen
werden, in welches der Bolzen 5 oder 15 eingeschraubt wird. In
diesem Fall kann die Mutter 6 oder 16 weggelassen werden.
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Außerdem können die gezeigten Anordnungen auf die Weise
verändert werden, daß die Kühlluft durch die an der Basiswand
des Gehäuses vorgesehenen Öffnungen eingeführt und durch die in
dem Bolzen vorgesehenen Öffnungen aus dem Gehäuse abgeführt
werden kann.
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Außerdem sind in den gezeigten Anordnungen der
Resonatorkörper und der Sockel kreisformig, aber die vorliegende
Erfindung kann gleichermaßen für jeden anders geformten Resonator
gelten wie z. B. einen rechtwinklig oder polygonal geformten.
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Es sollte auch so verstanden werden, daß gewünscht wird,
die Kühlluft nach dem Passieren eines Trockners und/oder eines
Filters in das Gehäuse einzuleiten, weil die Resonanzfrequenz
des Resonators durch Feuchtigkeit oder Staub in der Kühlluft
wahrscheinlich verändert werden kann.
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Da die Resonatorbaugruppe in einen Kühlgas-Kreislauf
einbezogen wird, kann der Resonatorkörper, wie oben gezeigt und
beschrieben wurde, gemäß den Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung wirkungsvoll gekühlt und somit auf einer
gewünschten Temperatur konstant gehalten werden, um zu
verhindern, daß die Resonanzfrequenz der Resonatorvorrichtung
verändert wird. Deshalb kann die Resonatorvorrichtung der
vorliegenden Erfindung sicher eine stabilisierte Resonanzcharakteristik
gewährleisten.
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Ferner hat ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung des mit dem Sockel
integrierten Resonatorkörpers einen Vorteil, weil es möglich
ist, die Anzahl der für den Zusammenbau der
Resonatorvorrichtung nötigen Teile zu verringern und die Fertigung bezüglich
Montageablauf zu vereinfachen.