EP0957529B1 - Verfahren zum Abgleichen der Resonanzfrequenz eines Ringresonators - Google Patents

Verfahren zum Abgleichen der Resonanzfrequenz eines Ringresonators Download PDF

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EP0957529B1
EP0957529B1 EP99105635A EP99105635A EP0957529B1 EP 0957529 B1 EP0957529 B1 EP 0957529B1 EP 99105635 A EP99105635 A EP 99105635A EP 99105635 A EP99105635 A EP 99105635A EP 0957529 B1 EP0957529 B1 EP 0957529B1
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resonance frequency
strip line
stripline
points
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Willibald Konrath
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Marconi Communications GmbH
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/08—Strip line resonators
    • H01P7/082—Microstripline resonators
    • H—ELECTRICITY
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    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/2039—Galvanic coupling between Input/Output
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/08—Strip line resonators
    • H01P7/088—Tunable resonators

Definitions

  • the desired resonant frequency, on which the ring resonator is to oscillate for filtering out a narrow frequency range must be set very precisely.
  • Such printed ring resonators generally have variations in material and manufacturing tolerances, especially at higher frequencies, since the small dimensions of the ring resonator production tolerances have a greater impact. Therefore, a printed ring resonator usually does not have the exact desired resonance frequency after its production. It must therefore take place later a balance of the resonant frequency, although the quality of the resonator may only slightly deteriorate, because for the electrical properties of the oscillator and the filter as high as possible quality of the resonator is very important.
  • From DE-A-2 118 309 is a method for lowering the resonant frequency of microstrip resonators in microwave integrated filter circuits in which the width of the band conductor serving as a resonator is locally reduced by cutting slots in the band conductor with a laser.
  • the line material can be removed in any small portions. Because of this balancing method, it becomes possible to allow larger manufacturing tolerances and variations in the material parameters, whereby a significant cost reduction can be achieved. Due to the laser alignment, the geometric structure of the resonator is only slightly changed, which is why the resonator quality is reduced only insignificantly; because for use with oscillators and filters the highest possible quality is required. According to the invention, the width of the strip line coupled to the stripline ring is reduced by material removal at one or more points.
  • a laser additionally removes conductive material at one or more points of the stripline ring until the desired resonance frequency is reached.
  • line material is removed at points of the strip line ring where current maxima occur, when the resonance frequency is to be lowered, or at points at which current minima occur in order to increase the resonance frequency.
  • the conductor material is expediently removed in the form of a slot tapering the conductor width of the stripline ring, with a coarse adjustment being made over the depth of the slot and a fine adjustment of the resonance frequency over the width of the slot.
  • the stripline ring 1 of a ring resonator 1 is shown.
  • To tune the resonant frequency of this ring resonator is removed at the outer edge by means of a laser line material in the form of a slot 2.
  • the tapering of the conductor width caused by this slot 2 acts like a series inductance inserted in the resonant circuit.
  • the depth t of the slit 2 made by the laser has a larger influence on the resonance frequency than the width w of the slit 2. Therefore, a coarse adjustment is made over the depth t of the slit 2 and a fine tuning of the resonance frequency over the width w of the slit 2.
  • While the slot 2 is recessed on the outside of the stripline ring 1, a slot 3 can also be provided on the inside of the stripline ring 1.
  • a plurality of slots can also be provided on the inner and outer sides of the line ring 1. Placing the slit (s) in places of current maxima, this lowers the resonance frequency. If one chooses locations for the slit (s) at which current minima occur on the stripline ring 1, this leads to an increase in the resonant frequency.
  • the material removal for changing the stripline geometry can also have other shapes than laterally introduced slots 2, 3.
  • certain surface elements could be removed from the interior of the stripline ring 1.
  • the tuning of the resonant frequency of a ring resonator according to the invention is characterized in that with a stripline ring 4, a stripline 5 is coupled, whose width is changed at one or more points by a material removal with a laser.
  • the strip line 5 has been shortened by a piece 6 of length 1 or according to the invention has been narrowed by a slot 7 in the coupling region with the stripline ring 4.
  • material can also be removed at one or more points of the stripline ring 4 in order to match the resonant frequency of the ring resonator, as shown in FIG.
  • a varactor (capacitance) diode 8 is connected to stripline 5, then the resonator can be electronically detuned via a control voltage U.
  • the tuning slope can be achieved by targeted material removal e.g. be made constant at the points 6 and 7 of the strip line 5.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Es ist bekannt, z.B. aus U. Karacaoglu, I. D. Robertson and M. Guglielmi: An Improved Dual-Mode Microstrip Ring Resonator Filter with Simple Geometry, 24 th European Microwave Conference, 1994, Seite 442 - 447 und H. Yabuki, M. Sagawa, M. Matsuo und M. Makimoto: Stripline Dual-Mode Ring Resonators and Their Application to Microwave Devices, IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques, Vol. 44, No. 5, Mai 1996, Seite 723 - 729, als Streifenleitung ausgeführte Ringresonatoren z.B. zur Realisierung von schmalbandigen Filtern und zum Aufbau von Resonatoren für Mikrowellenoszillatoren einzusetzen. Dafür muss die gewünschte Resonanzfrequenz, auf der der Ringresonator zur Ausfilterung eines schmalen Frequenzbereichs schwingen soll, sehr exakt eingestellt werden. Solche gedruckten Ringresonatoren weisen in der Regel Materialschwankungen und Fertigungstoleranzen auf, insbesondere bei höheren Frequenzen, da sich durch die kleinen Abmessungen des Ringresonators Fertigungstoleranzen stärker auswirken. Deshalb weist ein gedruckter Ringresonator nach seiner Herstellung in der Regel nicht die exakt gewünschte Resonanzfrequenz auf. Es muss also nachträglich ein Abgleich der Resonanzfrequenz stattfinden, wobei sich allerdings die Güte des Resonators nur unwesentlich verschlechtern darf, denn für die elektrischen Eigenschaften des Oszillators bzw. des Filters ist eine möglichst hohe Güte des Resonators sehr wichtig.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein möglichst einfach durchführbares Verfahren zu einem sehr genauen Abgleich der Resonanzfrequenz eines Ringresonators, der als Streifenleitungsring ausgeführt ist, anzugeben.
  • Aus der DE-A-2 118 309 ist ein Verfahren zur Erniedrigung der Resonanzfrequenz von Microstrip-Resonatoren in integrierten Microwellen-Filterschaltungen bekannt, bei dem die Breite des als Resonator dienenden Bandleiters lokal verringert wird, indem in den Bandleiter mit einem Laser Schlitze eingeschnitten werden.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Mit diesem Verfahren lässt sich ein sehr genauer Abgleich der Resonanzfrequenz von in Streifenleitungstechnik ausgeführten Ringresonatoren durchführen, da mittels Laser das Leitungsmaterial in beliebig kleinen Portionen abgetragen werden kann. Wegen dieses Abgleichverfahren wird es möglich, größere Fertigungstoleranzen und Schwankungen der Materialparameter zuzulassen, wodurch eine erhebliche Kostenreduzierung erreicht werden kann. Durch den Laserabgleich wird die geometrische Struktur des Resonators nur geringfügig verändert, weshalb sich die Resonatorgüte auch nur unwesentlich verringert; denn für den Einsatz bei Oszillatoren und Filtern ist eine möglichst hohe Güte erforderlich. Erfindungsgemäß wird bei der mit dem Streifenleitungsring gekoppelten Streifenleitung durch Materialabtrag an ein oder mehreren Stellen deren Breite verjüngt.
  • Vorteilhaft wird mit einem Laser zusätzlich an ein oder mehreren Stellen des Streifenleitungsrings Leitungsmaterial soweit abgetragen, bis sich die gewünschte Resonanzfrequenz einstellt.
  • Dabei wird gemäß den Unteransprüchen Leitungsmaterial an Stellen des Streifenleitungsringes, an denen Strommaxima auftreten, abgetragen, wenn die Resonanzfrequenz erniedrigt werden soll, oder an Stellen, an denen Stromminima auftreten, um die Resonanzfrequenz zu erhöhen.
  • Das Leitungsmaterial wird zweckmäßigerweise in Form eines die Leiterbreite des Streifenleitungsringes verjüngenden Schlitzes abgetragen, wobei über die Tiefe des Schlitzes ein Grobabgleich und über die Breite des Schlitzes ein Feinabgleich der Resonanzfrequenz erfolgt.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Ringresonator, bestehend aus einem Streifenleitungsring und
    • Figur 2 einen Ringresonator, bestehend aus einem Streifenleitungsring und einer damit gekoppelten Streifenleitung.
  • In der Figur 1 ist der Streifenleitungsring 1 eines Ringresonators 1 dargestellt. Zur Abstimmung der Resonanzfrequenz dieses Ringresonators wird am äußeren Rand mittels eines Lasers Leitungsmaterial in Form eines Schlitzes 2 abgetragen. Die durch diesen Schlitz 2 verursachte Verjüngung der Leiterbreite wirkt wie eine in den Resonanzkreis eingefügte Serieninduktivität. Die mit dem Laser hergestellte Tiefe t des Schlitzes 2 hat einen größeren Einfluss auf die Resonanzfrequenz als die Breite w des Schlitzes 2. Deshalb wird über die Tiefe t des Schlitzes 2 eine Grobabstimmung und über die Breite w des Schlitzes 2 eine Feinabstimmung der Resonanzfrequenz vorgenommen. Während der Schlitz 2 auf der Außenseite des Streifenleitungsringes 1 eingelassen ist, kann auch ein Schlitz 3 an der Innenseite des Streifenleitungsringes 1 vorgesehen werden.
  • Im übrigen können abweichend von dem dargestellten Beispiel auch mehrere Schlitze an den Innen- bzw. Außenseiten des Leitungsringes 1 vorgesehen werden. Plaziert man den bzw. die Schlitze an Orten von Strommaxima, so wird dadurch die Resonanzfrequenz erniedrigt. Wählt man für den bzw. die Schlitze Orte, an denen Stromminima auf dem Streifenleitungsring 1 auftreten, so führt das zu einer Erhöhung der Resonanzfrequenz.
  • Um einen Abgleich der Resonanzfrequenz des Ringresonators zu erzielen, kann der Materialabtrag zur Veränderung der Streifenleitungsgeometrie auch andere Formen als seitlich eingebrachte Schlitze 2, 3 haben. Beispielsweise könnten gewisse Flächenelemente aus dem Inneren des Streifenleitungsringes 1 abgetragen werden.
  • Wie in Figur 2 dargestellt, erfolgt die Abstimmung der Resonanzfrequenz eines Ringresonators erfindungsgemäß dadurch, dass mit einem Streifenleitungsring 4 eine Streifenleitung 5 gekoppelt ist, dessen Breite an ein oder mehreren Stellen durch einen Materialabtrag mit einem Laser verändert wird. Beim in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Streifenleitung 5 um ein Stück 6 der Länge 1 verkürzt worden bzw. erfindungsgemäß durch einen Schlitz 7 im Koppelbereich mit dem Streifenleitungsring 4 verschmälert worden.
  • Zusätzlich zu der gekoppelten Streifenleitung 5 kann auch an ein oder mehreren Stellen des Streifenleitungsringes 4 Material abgetragen werden, um die Resonanzfrequenz des Ringresonators abzugleichen, wie es in Figur 1 dargestellt ist.
  • Der Abtrag des Leitungsmaterials am Streifenleitungsring 1, 4 bzw. an der Streifenleitung 5 erfolgt während des Messvorganges für die Resonanzfrequenz. So kann die Auswirkung des Materialabtrags auf die Resonanzfrequenz direkt beobachtet werden und soweit betrieben werden, bis die Resonanzfrequenz exakt erreicht ist.
  • Wird, wie in Figur 2 dargestellt, an die Streifenleitung 5 eine Varaktor (Kapazitäts-) Diode 8 angeschlossen, so kann der Resonator über eine Steuerspannung U elektronisch verstimmt werden. Die Abstimmsteilheit kann durch eine gezielte Materialabtragung z.B. an den Stellen 6 und 7 der Streifenleitung 5 konstant gemacht werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Abgleich der Resonanzfrequenz eines Ringresonators, der als Streifenleitungsring ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verjüngen der Breite einer mit dem Streifenleitungsring (4) gekoppelten Streifenleitung (5) an ein oder mehreren Stellen (6, 7) der Streifenleitung (5) mit einem Laser Leitungsmaterial soweit abgetragen wird, bis sich eine gewünschte Resonanzfrequenz einstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mit einem Laser an ein oder mehreren Stellen (2, 3) des Streifenleitungsringes (1) Leitungsmaterial soweit abgetragen wird, bis sich die gewünschte Resonanzfrequenz einstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an ein oder mehreren Stellen (2, 3) des Streifenleitungsringes (1), an denen Strommaxima auftreten, Leitungsmaterial abgetragen wird, um die Resonanzfrequenz zu erniedrigen.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an ein oder mehreren Stellen (2, 3) des Streifenleitungsringes (1), an denen Stromminima auftreten, Leitungsmaterial abgetragen wird, um die Resonanzfrequenz zu erhöhen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungsmaterial in Form eines die Leiterbreite des Streifenleitungsringes (1) verjüngenden Schlitzes (2, 3) abgetragen wird, wobei über die Tiefe (t) des Schlitzes (2) ein Grobabgleich und über die Breite (w) des Schlitzes (2) ein Feinabgleich der Resonanzfrequenz erfolgt.
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