EP0973227B1 - Dual-Mode Ringresonator - Google Patents

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EP0973227B1
EP0973227B1 EP99105634A EP99105634A EP0973227B1 EP 0973227 B1 EP0973227 B1 EP 0973227B1 EP 99105634 A EP99105634 A EP 99105634A EP 99105634 A EP99105634 A EP 99105634A EP 0973227 B1 EP0973227 B1 EP 0973227B1
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conductor
line
resonator
dual
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Martin Schallner
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    • 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
    • H01P7/082—Microstripline resonators

Definitions

  • the present invention relates to a dual-mode ring resonator, which is arranged as a planar line ring on a substrate to which an input and an output line are coupled, according to the features of the preamble of claim 1.
  • a dual-mode ring resonator is known from EP 0 844 682 A1 known.
  • Dual-mode ring resonators in which two degenerate resonant modes are excited on one line ring, are made of " EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF DUAL MODE MICROSTRIP RING RESONATORS ", 20th European Microwave Conference 1990, pages 901-906 and from IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol. 5, May 1996, pages 723-729 known.
  • Such dual-mode ring resonators are used, for example, as band-pass filters, which should have the lowest possible transmission attenuation in their passband and the highest possible stopband attenuation in their stopband.
  • a relatively small transition region between the transmission and blocking regions is desirable; That is, it is a band-pass filter to realize, which has as steep a filter edge between fürlledge- - and blocking area.
  • a filter characteristic with steep edges can be realized with the help of a dual-mode ring resonator, because this type of resonator Sperrpole in the field of Filter edges generated.
  • the known dual-mode resonators are usually operated at their fundamental frequency. Such a fundamental frequency operation is present when the length of the line ring corresponds approximately to the simple wavelength of the desired resonance frequency.
  • the required for the basic frequency operation relatively short length of the line ring has a small bending radius of the line ring result, resulting in a higher emission of electromagnetic energy.
  • the burden of the coupling of the input and output line is very high. These properties greatly reduce the quality of the filter. A further reduction of the filter quality is due to the fact that for coupling between the two modes inhomogeneities are required on the line ring, as can be seen from the above cited documents.
  • the resonant frequency depends strongly on the distance of the ring resonator from the lid of a housing in which the microwave circuit is housed with the ring resonator from. By varying the distance of the housing cover from the ring resonator - caused by thermal expansion of the housing or by mechanical vibrations - the resonance frequency is subject to undesirable changes.
  • the invention has for its object to provide a dual-mode ring resonator of the type mentioned, which has the highest possible Resonatorgüte and thus a low attenuation in the passband.
  • the conduit ring has the shape of a square with rounded corners and that the length of the Line ring is dimensioned so that the resonator is operated at one of its odd harmonics.
  • the length of the line ring can be twice, four times, six times, ... as long as if it were operated at its fundamental.
  • the bending radius of the line ring is larger overall, and the coupling of the input and output line loads the resonator less, which significantly reduces its radiation. As a result, its quality increases, and the distance between the ring resonator and the housing cover has less effect on the resonant frequency.
  • the larger dimension of the pipe ring also has the advantage that it is less sensitive to manufacturing tolerances.
  • the input and the output line are coupled to opposite, straight line sections of the line ring.
  • the position of the poles above and below the passband on the filter edges can be set in the desired manner.
  • the input and the output line may have line tapers or widening whose length and width are dimensioned so that the lines are coupled to the line ring with as little reflection as possible.
  • the single figure shows a dual-mode ring resonator to be operated at one of its odd harmonics. It consists of a line ring 1, which has a double, four times, six times, ... as long as a ring resonator, which is operated at its fundamental frequency because of the harmonic operation.
  • the conduit ring 1 has a square shape, with its four corners 2, 3, 4 and 5 are rounded. By this square shape with the rounded corners 2, 3, 4 and 5 of the line ring 1, the known additional inhomogeneities for coupling between the two modes on the line ring can be omitted. The absence of inhomogeneities reduces the radiation of the line ring and thus increases the quality of the ring resonator.
  • an input line 8 and an output line 9 are coupled, which are designed as the line ring 1 in stripline technology.
  • the coupling of the input and output line 8 and 9 to the line ring 1 is predominantly inductive.
  • the degree of inductive coupling which is determined by the distance of the input and output line 8, 9 with respect to the line sections 6 and 7 of the line ring 1, has an influence on the position of the poles above and below the passband in the region of the filter edges.
  • About the coupling of the input and output line 8 and 9 to the line ring 1 can thus be set in a simple manner, a desired position of the poles.
  • the input line 8 and the output line 9 are each provided with a line taper 10, 11.
  • a line taper 10 By suitable choice of the length and width of the line tapers 10 and 11, the coupling of the input and output line 8, 9 to make the line ring 1 very low reflection.
  • a line broadening may be required, as indicated by the dashed lines in the drawing.
  • the line ring 1 and the input line 8 and output line 9 coupled thereto are applied, for example, to an AL 2 O 3 ceramic substrate 12 whose thickness is 0.381 mm. Both the line ring 1 and the input and output lines 8 and 9 have a conductor width of 0.34 mm. At a resonance frequency of 19 GHz, the average line length of the line ring 1 is about 10.6 mm, the line tapers 10, 11 are about 1.1 mm long and about 0.05 mm wide, and the coupling distance between the input and Output line 8, 9 and the line ring 1 is about 0.13 mm.

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dual-Mode Ringresonator, der als planarer Leitungsring auf einem Substrat angeordnet ist, an den eine Eingangs- und eine Ausgangsleitung angekoppelt sind, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein derartiger Dual-Mode Ringresonator ist aus der EP 0 844 682 A1 bekannt.
  • Dual-Mode Ringresonatoren, bei denen auf einem Leitungsring zwei entartete Resonanzmoden angeregt werden, sind aus "EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF DUAL MODE MICROSTRIP RING RESONATORS", 20th European Microwave Conference 1990, Seite 901-906 und aus IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol. 44, No. 5, May 1996, Seite 723-729 bekannt. Solche Dual-Mode Ringresonatoren werden zum Beispiel als Bandpaßfilter eingesetzt, die in ihrem Durchlaßbereich eine möglichst geringe Durchlaßdämpfung und in ihrem Sperrbereich eine möglichst hohe Sperrdämpfung aufweisen sollen. Dabei ist oft ein relativ kleiner Übergangsbereich zwischen dem Durchlaß- und dem Sperrbereich wünschenswert; das heißt es ist ein Bandpaßfilter zu realisieren, das zwischen Durchlaß- - und Sperrbereich eine möglichst steile Filterflanke aufweist. Eine Filtercharakteristik mit steilen Flanken läßt sich mit Hilfe eines Dual-Mode Ringresonators realisieren, weil dieser Resonatortyp Sperrpole im Bereich der Filterflanken erzeugt. Die bekannten Dual-Mode Resonatoren werden üblicherweise bei ihrer Grundfrequenz betrieben. Ein solcher Grundfrequenzbetrieb liegt vor, wenn die Länge des Leitungsringes etwa der einfachen Wellenlänge der gewünschten Resonanzfrequenz entspricht. Die für den Grundfrequenzbetrieb erforderliche relativ geringe Länge des Leitungsringes hat einen kleinen Biegeradius des Leitungsringes zur Folge, wodurch es zu einer höheren Abstrahlung an elektromagnetischer Energie kommt. Außerdem ist die Belastung durch die Ankopplung der Eingangs- und Ausgangsleitung sehr hoch. Diese Eigenschaften verringern die Filtergüte sehr stark. Eine weitere Verringerung der Filtergüte kommt dadurch zustande, daß zur Kopplung zwischen den beiden Moden Inhomogenitäten am Leitungsring benötigt werden, wie aus den oben zitierten Druckschriften hervorgeht. Wegen der hohen Abstrahlung des Ringresonators hängt die Resonanzfrequenz stark vom Abstand des Ringresonators gegenüber dem Deckel eines Gehäuses, in dem die Mikrowellenschaltung mit dem Ringresonator untergebracht ist, ab. Durch Variationen des Abstandes des Gehäusedeckels gegenüber dem Ringresonator - verursacht durch thermische Ausdehnung des Gehäuses oder durch mechanische Schwingungen - ist die Resonanzfrequenz unerwünschten Änderungen unterworfen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dual-Mode Ringresonator der eingangs genannten Art anzugeben, der eine möglichst hohe Resonatorgüte und damit verbunden eine geringe Dämpfung im Durchlaßbereich aufweist.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Leitungsring die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken hat und daß die Länge des Leitungsringes so dimensioniert ist, daß der Resonator bei einer seiner ungeradzahligen Oberwellen betrieben wird. Dadurch kann die Länge des Leitungsringes doppelt, viermal, sechsmal,... so lang sein als wenn er bei seiner Grundwelle betrieben würde. Der Biegeradius des Leitungsringes wird insgesamt größer, und die Ankopplung der Eingangs- und Ausgangsleitung belastet den Resonator weniger, wodurch sich seine Abstrahlung deutlich vermindert. Als Folge davon nimmt seine Güte zu, und es wirkt sich der Abstand zwischen dem Ringresonator und dem Gehäusedeckel weniger stark auf die Resonanzfrequenz aus. Die größere Abmessung des Leitungsringes hat zudem den Vorteil, daß er unempfindlicher gegen Fertigungstoleranzen ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Danach sind die Eingangs- und die Ausgangsleitung an gegenüberliegenden, gerade verlaufenden Leitungsabschnitten des Leitungsringes angekoppelt. Durch eine induktive Ankopplung läßt sich die Lage der Pole ober- und unterhalb des Durchlaßbereiches an den Filterflanken in gewünschter Weise einstellen.
  • Die Eingangs- und die Ausgangsleitung können Leitungsverjüngungen oder -verbreiterungen aufweisen, deren Länge und Breite so dimensioniert sind, daß die Leitungen möglichst reflexionsarm an den Leitungsring angekoppelt sind.
    • Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt einen Dual-Mode Ringresonator, der bei einer seiner ungeradzahligen Oberwellen betrieben werden soll. Er besteht aus einem Leitungsring 1, der wegen des Oberwellenbetriebs eine doppelt, viermal, sechsmal,... so große Länge hat wie ein Ringresonator, der bei seiner Grundfrequenz betrieben wird. Der Leitungsring 1 hat eine quadratische Form, wobei seine vier Ecken 2, 3, 4 und 5 abgerundet sind. Durch diese quadratische Form mit den abgerundeten Ecken 2, 3, 4 und 5 des Leitungsringes 1 können die an sich bekannten zusätzlichen Inhomogenitäten zur Kopplung zwischen den beiden Moden auf dem Leitungsring entfallen. Der Verzicht auf Inhomogenitäten verringert die Abstrahlung des Leitungsringes und erhöht damit die Güte des Ringresonators. Aufgrund der Symmetrie des Resonators bildet sich der eine Mode entlang der geraden Seiten und der andere Mode über die abgerundeten Ecken des Leitungsringes aus. Dadurch entstehen für die beiden Moden des Resonators zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen und das Filter zeigt ein Zweikreisverhalten. Somit kann ein vergleichsweise ebener Durchlaßbereich des Filters erreicht werden. Durch die Gestaltung der abgerundeten Ecken 2, 3, 4 und 5 läßt sich die Bandbreite des Filters sehr einfach einstellen. Je stärker die Ecken abgerundet sind, um so geringer ist die Differenz zwischen den Resonanzfrequenzen der beiden Moden und um so kleiner ist die Bandbreite des Filters. Im Grenzfall, wenn also die quadratische Form in eine Kreisform übergeht, fallen die beiden Resonanzfrequenzen aufeinander.
  • An zwei einander gegenüberliegenden, gerade verlaufenden Leitungsabschnitten 6 und 7 des Leitungsringes 1 sind eine Eingangsleitung 8 und eine Ausgangsleitung 9 angekoppelt, die wie der Leitungsring 1 in Streifenleitungstechnik ausgeführt sind. Die Ankopplung der Eingangs- und Ausgangsleitung 8 und 9 an den Leitungsring 1 ist überwiegend induktiv. Der Grad der induktiven Ankopplung, der sich durch den Abstand der Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 8, 9 gegenüber den Leitungsabschnitten 6 und 7 des Leitungsringes 1 bestimmt, hat einen Einfluß auf die Lage der Pole ober- und unterhalb des Durchlaßbereichs im Bereich der Filterflanken. Über die Ankopplung der Eingangs- und Ausgangsleitung 8 und 9 an den Leitungsring 1 läßt sich also auf einfache Art und Weise eine gewünschte Lage der Pole einstellen.
  • Die Eingangsleitung 8 und die Ausgangsleitung 9 sind jeweils mit einer Leitungsverjüngung 10, 11 versehen. Durch geeignete Wahl der Länge und Breite der Leitungsverjüngungen 10 und 11 läßt sich die Ankopplung der Eingangs- und Ausgangsleitung 8, 9 an den Leitungsring 1 sehr reflexionsarm gestalten. Für die Anpassung kann aber auch eine Leitungsverbreiterung erforderlich sein, wie durch die strichlierten Linien in der Zeichnung angedeutet.
  • Der Leitungsring 1 und die daran angekoppelte Eingangsleitung 8 und Ausgangsleitung 9 sind beispielsweise auf einem AL2O3-Keramiksubstrat 12, dessen Dicke 0,381mm beträgt, aufgebracht. Sowohl der Leitungsring 1 als auch die Eingangs- und Ausgangsleitung 8 und 9 besitzen eine Leiterbreite von 0,34mm. Bei einer Resonanzfrequenz von 19 Ghz beträgt die mittlere Leitungslänge des Leitungsringes 1 ca. 10,6 mm, die Leitungsverjüngungen 10, 11 sind ca. 1,1 mm lang und ca. 0,05 mm breit, und der Koppelabstand zwischen der Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 8, 9 und dem Leitungsring 1 beträgt ca. 0,13 mm.

Claims (4)

  1. Dual-Mode Ringresonator, der als planarer Leitungsring (1) auf einem Substrat (12) angeordnet ist, an den eine Eingangs- und eine Ausgangsleitung (8, 9) angekoppelt sind, wobei der Leitungsring (1) die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken (2, 3, 4, 5) hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Leitungsringes (1) so dimensioniert ist, dass der Resonator bei einer seiner ungeradzahligen Oberwellen betrieben wird, wobei die Länge des Leitungsringes (1) n-mal so lang ist, als wenn der Resonator bei seiner Grundwelle betrieben würde, wobei n = 2, 4, 6,... ist.
  2. Dual-Mode Ringresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- (8) und die Ausgangsleitung (9) an gegenüberliegenden, gerade verlaufenden Leitungsabschnitten (6, 7) des Leitungsringes (1) angekoppelt sind.
  3. Dual-Mode Ringresonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- (8) und die Ausgangsleitung (9) induktiv an den Leitungsring (1) angekoppelt sind.
  4. Dual-Mode Ringresonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- (8) und die Ausgangsleitung (9) Leitungsverjüngungen (10, 11) oder - verbreiterungen aufweisen, deren Länge und Breite so dimensioniert sind, daß die Leitungen (8, 9) möglichst reflexionsarm an den Leitungsring (1) angekoppelt sind.
EP99105634A 1998-07-11 1999-03-19 Dual-Mode Ringresonator Expired - Lifetime EP0973227B1 (de)

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