NO300567B1 - Dielektrisk resonatorstruktur - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en dielektrisk resonator-struktur som omfatter en resonator laget av et dielektrisk materiale.

Blant høyfrekvens- og mikrobølge-resonatorstukturer, har såkalte dielektriske resonatorer i den senere tid blitt møtt med økende interesse ettersom de gir for eksempel følgende fordeler"i forhold til konvensjonelle resonator-strukturer: mindre kretsdimensjoner, høyere integrasjonsnivå, høyere effektivitet og lavere fremstillingsomkostninger. Ethvert element som har en enkel geometrisk form og som lages av et materiale med lave dielektriske tap og en høy relativ dielektrisitetskonstant, kan brukes som en dielektrisk resonator med høy Q. Av fremstillingstekniske grunner er den dielektriske resonatoren oftest sylindrisk, slik som en sylindrisk skive.

Strukturen og virkemåten til dielektriske resonatorer er for eksempel beskrevet i følgende artikler:

[1] Ceramic Resonators for Highly Stable Oscillators, Gundolf Kuchler, Siemens Components XXIV (1989) No. 5, p. 180-183.

[2] Microwave Dielectric Resonators, S. Jerry Fiedziuszko, Microwave Journal, September 1986, p. 189-191.

[3] Cylindrical Dielectric Resonators and their Applications in TEM Line Microwave Circuits, Marian W. Pospieszalski, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, VOL. MTT-27, No. 3, March 1979, p. 233-238.

Resonansfrekvensen til en dielektrisk resonator bestemmes hovedsakelig av resonatorelementets dimensjoner. Andre faktorer som påvirker resonansfrekvensen, er resonatorens omgivelser. Det elektriske eller magnetiske feltet til resonatoren, og dermed resonansfrekvensen, kan påvirkes med hensikt ved å innføre en metalloverflate eller en annen ledende overflate i nærheten av resonatoren. For å regulere resonansfrekvensen til den dielektriske resonatoren, er det vanlig praksis å justere avstanden mellom den ledende metalloverflaten og den plane overflaten til resonatoren. Justeringsmekanismen kan for eksempel være en justerings-skrue festet til det huset som omgir resonatoren.

Ved en justeringsmetode av denne typen er det imidlertid vanlig at resonansfrekvensen varierer ikke-lineært som en funksjon av justeringsavstanden. På grunn av ikke-lineariteten og justeringens stigning er det vanskelig og krever høy presisjon å justere resonansfrekvensen nøyaktig, spesielt i den øvre ende av justerings- eller regulerings-området." I tillegg varierer den ubelastede Q-faktor som en funksjon av avstanden mellom den ledende overflaten og resonatoren.

En konstant Q-faktor og mer lineær frekvensjustering kan oppnås innenfor et bredere område ved å erstatte den ledende reguleringsoverflate eller plate med en dielektrisk justeringsplate hvis avstand fra den plane overflaten til resonatoren blir justert. Figur 7 i den ovennevnte artikkel

[2] viser en såkalt dobbelt resonatorstruktur som en modifika-sjon av denne løsningen. I den dobbelte resonatorstrukturen blir to sylindriske, dielektriske resonatorskiver anbrakt koaksialt nær hverandre slik at avstanden mellom deres plane overflater kan reguleres ved å forskyve skivene i retning av deres felles akse. I dette tilfelle er også justeringskurven bratt, og i tillegg er den dobbelte resonatorstrukturen større og mer komplisert enn en konvensjonell struktur som benytter en justeringsplate. Formålet med oppfinnelsen er en dielektrisk resonator-struktur i hvilken resonansfrekvensen kan justeres mer nøyaktig enn tidligere. Dette blir oppnådd ved hjelp av den dielektriske resonator-strukturen ifølge oppfinnelsen, hvor resonatoren er understøttet mellom to bæreplater og kan forskyves i minst en retning mellom bæreplatene, idet minst en av bæreplatene er laget av et dielektrisk materiale slik at mengden av det dielektriske materiale i den dielektriske bæreplaten varierer i en forskyvningsretning for resonatoren. Den grunnleggende ide ved oppfinnelsen er at resonansfrekvensen blir justert ved å variere mengden med dielektrisk materiale i nærheten av resonatoren ved å bevege resonatoren istedenfor frekvensregulatoren. I den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen er resonatorskiven festet til og understøttet ved hjelp av dielektriske bæreplater av hvilke minst en omfatter en åpning med en forut bestemt form. Justeringen av resonanskretsens resonansfrekvens finner sted ved å bevege resonatoren i forhold til formåpningene til bæreplatene, slik at mengden med keramisk materiale som regulerer resonansfrekvensen, varierer i nærheten av resonatoren som en funksjon av justeringsbevegelsen. Oppfinnelsen tilveiebringer en enklere og mer kompakt struktur siden de separate frekvensjusterings- og bærestrukturene er utelatt. Ettersom alle strukturene kan lages av et dielektrisk materiale, vil temperaturkompensasjon bli lettet og Q-faktoren til resonatoren forblir konstant under frekvens-justeringen eller reguleringen. Ved egnet valg av størrelse/form på formåpningene, oppnås det en regulerings-eller justeringskurve for resonansfrekvensen som har en ønsket helning og linearitet. Den lineære justeringskurven med svak helning resulterer igjen i bedre nøyaktighet. I det følgende vil oppfinnelsen bli beskrevet mer detaljert ved hjelp av illustrerende utførelsesformer under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Fig. IA viser et sideriss i tverrsnitt av en resonator- struktur ifølge oppfinnelsen; Fig. IB og 1C viser snitt tatt henholdsvis langs linjene A-A

og B-B for resonator-strukturen på figur IA;

Fig.2A viser resonator-strukturen på figur IA når

resonatoren er blitt forskjøvet; og

Fig. 2B viser et snitt tatt langs linjen B-B på resonator-strukturen på figur 2A.

Uttrykket dielektrisk resonator slik det brukes her, refererer generelt til ethvert legeme eller element med en passende geometrisk form og laget av et materiale med lave dielektriske tap og med en høy relativ dielektrisitetskonstant. Av fremstillingstekniske grunner er den dielektriske resonatoren vanligvis sylindrisk, slik som en sylindrisk skive. Det mest vanlige brukte materiale er keramikk.

Strukturen, virkemåten og keramiske materialer for dielektriske resonatorer er for eksempel beskrevet i ovennevnte artikler [1], [2] og [3], som er inntatt i følgende søknad som referanse. I teksten nedenfor vil strukturen til den dielektriske resonatoren bli beskrevet bare i den utstrekning det er nødvendig for å forstå oppfinnelsen.

Figurene viser av en dielektrisk resonatorstruktur 1 ifølge den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen, omfattende et dielektrisk, sylindrisk resonator-element 3 anbrakt i et hulrom 5 avgrenset av et hus 2 laget av et elektrisk ledende materiale (slik som metall). Huset (2) er forbundet med jordpotensial. Det dielektriske resonatorelementet 3 som vanligvis er laget av et keramisk materiale, er understøttet mellom 2 parallelle bæreplater 4A og 4B i en fast avstand fra bunnen og toppen av huset 2. Den nedre overflate av den øvre bæreplaten 4A blir presset mot den øvre radielle, plane overflaten til den sylindriske resonatorskiven 3, mens den øvre overflaten av den nedre bæreplaten 4B tilsvarende blir presset mot den nedre, plane overflate av resonatorskiven 3, slik at resonatorskiven 3 kan forskyves radialt mellom bæreplatene 4A og 4B. De nedre og øvre overflatene til bæreplatene 4A og 4B er fortrinnsvis forsynt med fordypninger eller riller 7 som har en bredde lik diameteren til resonatorskiven 3. Resonator-skiven 3 er anbrakt i fordypningene eller rillene, som bestemmer bevegelsesretningen til skiven 3, som antydet ved hjelp av pilen 9.

De eletromagnetiske feltene til den dielektriske resonatoren strekker seg utenfor resonatorelementet og dermed kan resonatoren forbindes elektromagnetisk med en annen resonatorfrekvens på forskjellige måter, avhengig av anvendelsesområdet, slik som ved hjelp av en mikrostrimmel-leder, en bøyd koaksialleder, eller en konvensjonell rett leder anordnet nær den dielektriske resonatoren. I eksempelet på figur 2A er forbindelsen til resonatoren 3 tilveiebrakt ved hjelp av en bøyd indre leder 6A i en koaksialkabel 6.

Resonansfrekvensen til den dielektriske bestemmes hovedsakelig av dimensjonene til resonatorelementet. En annen faktor som påvirker resonansfrekvensen, er omgivelsene til resonatoren. Ved å innføre en metalloverflate eller en annen ledende overflate i nærheten av resonatoren, kan det elektriske eller magnetiske feltet til resonatoren og dermed også re sonansf rekvens en, påvirkes med hensikt. En lignende virkning blir frembrakt når et dielektrisk legeme blir brakt nær resonatoren, bortsett fra at den ubelastede Q-faktoren til resonatoren ikke varierer i dette tilfellet.

I resonator-strukturen 1 ifølge oppfinnelsen er minst en av bæreplatene 4A og 4B laget av et passende dielektrisk materiale, slik at det påvirker resonatorens 3 resonansfrekvens. Bæreplaten 4A er forsynt med en formåpning 8 hvis form og størrelse varierer i forskyvningsretningen til resonatorskiven 3. Formåpningen 9 forårsaker også at mengden av dielektrisk materiale i umiddelbar nærhet av resonator-skiven 3 varierer i forskyvningsretningen til resonator-skiven 3, som igjen varierer resonansfrekvensen. Ved egnet valg av størrelse og form på formåpningen 8, kan det oppnås en ønsket avhengighet mellom den lineære bevegelsen (posisjon i bevegelsesretningen) til resonatorskiven 3 og resonansfrekvensen. Figur 2A-2B viser resonator-strukturen når resonatorskiven er blitt forskjøvet i den retning som er antydet ved hjelp av pilen 9 til venstre fra den posisjonen som er vist på figur 1A-1C.

Alternativt kan bæreplatene 4A og 4B begge være keramiske, og begge kan omfatte formåpninger 8. Med hensyn til temperatur-kompensasjon blir det foretrukket at bæreplatene 4A og 4B begge er dielektriske.

Justeringsmekanismen kan for eksempel omfatte en reguleringsskrue eller stang 9 festet til kanten av resonator-skiven 3 ved hjelp av et isolerende avstandsstykke 9A, som vist på figur 2A.

Oppfinnelsen er ovenfor blitt beskrevet ved hjelp av et eksempel på en spesiell utførelsesform. På grunnlag av det ovenstående vil det imidlertid være klart for en fagmann at justeringsprinsippet ifølge oppfinnelsen kan anvendes på alle de elektriske resonator-strukturer istedenfor konvensjonelle justeringsmetoder. Et par eksempler på mulige strukturer er gitt i de ovennevnte artikler [1] - [3] .

Figurene og beskrivelsen av disse, er bare ment å illustrere foreliggende oppfinnelse. Når det gjelder detaljer kan resonator-strukturen ifølge oppfinnelsen variere innenfor rammen av de vedføyde krav.

Claims (7)

1. Dielektrisk resonator-struktur (3) omfattende en resonator (3) laget av et dielektrisk materiale, karakterisert ved at resonatoren (3) blir understøttet mellom to bæreplater (4A, 4B) og kan forskyves i minst en-retning mellom bæreplatene, idet minst en av bæreplatene er laget av et dielektrisk materiale slik at mengden av det dielektriske materiale i den dielektriske bæreplaten varierer i en forskyvningsretning (9) for resonatoren (3).

2. Resonator-struktur ifølge krav 1, karakterisert ved at den minst ene dielektriske bæreplate (4A) omfatter en formåpning (8), idet størrelsen av åpningen varierer i forskyvningsretningen (9) for resonatoren (3).

3. Resonator-struktur ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at hver av de to bæreplatene (4A, 4B) er laget av et dielektrisk materiale.

4. Resonator-struktur ifølge krav 3, karakterisert ved at hver av bæreplatene omfatter en formåpning, idet størrelsen av åpningen varierer i resonatorens forskyvningsretning.

5. Resonator-struktur ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at resonatoren (3) er anordnet i et hulrom avgrenset av et hus (2) som er laget av et elektrisk ledende materiale.

6. Resonator-struktur ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at det dielektriske materialet er keramisk.

7. Resonator-struktur ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at resonatoren er en sylindrisk resonator-skive (3).