TW468288B - Arrangement and method relating to microwave devices - Google Patents

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/f Β 8 288 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（i ) - 技術領域 本發明關於一種配置，用以耦合電磁波進入/離開一微波 裝置*其包含至少一電介質共振器。電介質共振器包含具 有153電介質常數之非線性電介質基板與一耗合回路（14) ，且經過耦合回路提供耦合。 本發明依然更進一步關於耦合微波信號進入/離開一微波 裝置之一種方法，包括至少具有一高電介質常數非線性電 介質基板之電介質共振器。 技術狀態 使用任何形狀的電介質盤例如.圓形之電介質與平行板共 振器與微波頻率之濾波器已屬習知，例如Vendik等人所 著El. Lett.，vol· 31，p. 654, 1995，其合併在此供為參 考。平行板共振器包含具有一極高電介質常數之非線性電 介質物質’例如鐵電物質或一非鐵電物質，具有小尺寸， 且可用以提供非常緊密的濾波器在05_3.〇 GHz之頻帶内 ’其中頻帶係今日操作最先進的微波通訊系統。非線性電 介質物質例如可為STO(鈦酸锶），其在液氮溫度具有約 2000之電介質常數且在室溫具有約3〇 〇Κ之電介質常數。 例如’根據溫度與應用之直流偏壓，具有1〇 mm直徑與 0.5 mm厚度之圓形平行板盤共振器之共振頻率係在0.2-2.0 GHz之範圍内。在這些頻率，微波信號之波長係在約 150-15 cm之範圍内，其係大於共振器本身之尺寸很多。 已知如何藉簡單探測針或回路以激勵電介質與平行板共 振器，在最實用範例中，平行板共振器之厚度小於微波波 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐> (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 經濟部中央標準局員工消費合作社印f- /1 6 8 28 8 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) 長’為了使共振器祇提供最低次序TM-模式，且為了保持 直流電壓’其需要具有非線性電介質充填共振器之電力調 諸’儘可能地低。此係討論於Gevorgian**等人之 ” YBCO/STO/YBCO圓盤共振器之低序模式” IEEE Trans微波理論與技術，第44冊，199<5年10月1〇日。此文 件亦合併在此供為參考。 惟’ 一些微波裝置’例如通頻濾波器，經常需要強的 (即近臨界的或過臨界的）輸入/輸出耦合。為了達成這樣強 的耦合在共振器或建立在薄盤乎行板共振器之裝置上，特 別是具有一極高電介質常數，例如STO，大致上不可能使 用已知之耦合配置，例如回路或探測針耦合器’例如討論 於Kajfez，Guillon :電介質共振器，199〇年，第8章， 及282頁，第6.6章。 探測針耦合，其係一主要耦合至電場，效率不張，因為 幾乎所有微波電力係從共振器壁反射。因為共振器壁之極 高電介質常數’例如ST〇 ’作為接近良好具有反射係數接 近1之磁性壁其依循一簡單之關係式： r =(V ε -1)/(V e +1) Γ係反射係數，£係電介質常數β 此外，已知之回路耦合（耦合至磁場）亦效率不張，在祇 具有ΤΜ之-模式之薄平行板共振器中，磁場線係平行共振 器平心因為共振器小厚度抵是一小量外部傳統麵合回路 之磁場線係配合共振器内側之磁場冑，且此配合無法藉增 大耦合回路面積而增加。 ---- I Γ— H Γ- n —l· - n I (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

•1T • HH II 1 ΐ纸張尺度適财8)國家^57^ ) Α4^ (2ωχ297公^ )-- 28 8 A7 B7 五、發明説明（ T. Hayashi等人之"超導電盤共振器之耦合結構，E1.

Letters，” ’ 第 30冊，第 17號，1424-1425 頁，1994 年， 已建議一加強形電容耦合配置以達成強的輸入/輸出耦合 在建立於微條平行板共振器之濾波器内。此配置因此有效 於電介質共振器’其中電介質具有一低電介質常數，大約 在10-20之間。這樣的共振器對許多應用係非常大。況且 其祇對TM 110-模式有效。

Bethe， ” Uber Das Mikro welienverhalten Nichtlinearer Dielektrika'1，Philips Res.報告，1970 年提供’第2號’ 44頁顯示矩形導波，用於高電介質常數 平行板共振器之TM 110-模式輸入/輸出柄合，例如st〇 。惟’耦合配置係巨形’且根本不適合小尺寸應用。需要 一額外直流偏壓配置’其係不利的，因為其導引電抗進入 微波電路’其造成全體品質因數退化與減低。 經濟部中央樣準局負工消費合作社印裝 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁)

Vendik等人之電子文字，第31冊，654頁，1995年， 揭示同軸導波，用於共振器之TM 020-模式輸入/輸出耦 合’包含具有高電介質常數之基板耦合，然後經同轴電纜 線之中心線應用。為了調諧目地而使用外部偏向T字。此 裝置之耦合配置係巨形的，且大致上亦不適合小的共振器 或小的裝置。而且偏向配置亦導引電抗進入微波電路，造 成效率退化。 高電介質常數平行板共振器，例如包含ST◦之電介質， 具有高模式密度。此造成傳統探測針的使用與回路耦合配 置不利’因為它們大約為所有模式提供相同耦合。在一些 t紙張从適用中國囡家標準（CNS)从祕（2[()><297公 ~ 6 — 46 8 28 8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 範例中’抵有一模式應激勵。在狹窄頻帶濾波器中，當其 他模式產生偽造的傳輸在駁回頻帶時，祇有—模式需求， 因此降級濾波器之全體效率β為了避免此問題，需要模式 選擇輪入/輸出耦合配置。 習知配置之另一缺點係電力式可調諧的平行板共振器建 立於非線性電介質上，例如ST0 ,需要直流偏壓（以歐姆 接觸之形式至共振器之金屬板），為了控制共振頻率。如 知典專利申凊’藉相同申請，9502138-2與9502137-4， 經過導引一額外的配置進入共麥器設計提供直流偏壓。像 這樣的配置影響共振頻率’而且其可能降低共振器之品質 因數（Q)。 最後，習知之一些共振器，其係建立於鐵磁共振。共振 頻率然後以使用物質之微視性質決定，例如鐵磁共振、防 鐵磁共振、電子磁共振等等共振器尺寸無法以微波信 號之波長頻率得知），在這樣的共振器中，最低共振頻率 係受物質性質限制，且使用在共振器内之物質尺寸大致上 製成任意地小，且無關微波信號之波長。設計使用在這樣 的共振器之磁性耦合回路，為了在亞鐵鹽中提供均勻磁場 分佈。一模式選擇則係不可能。在像這樣具有相關耦合配 置之遽波器上之範例係例如揭示在197 517號宰 eUS-A-4 197 324號案亦顯示在像這樣的濾波器上之範 例。 發明概述 因此一種配置係所需求，用於耦合電磁波，特別是微波 本纸張尺度適用中國囿家標準（CNS ) A4規格（2丨Ox297公着） --------------裝-- (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁)

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28B A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（ ，進入/離開一微波裝置，其具有小尺寸，且其可使用在 頻帶中，其中大多數加強微波通訊系統操作，且其具有一 高效率β特別是需要一配置與一裝置，其中促使模式選擇 在—有效與可靠的方法β 特別是一配置需要經過可選擇與激勵之模式，而無配置 全體效率退化’且經其特別是可獲得希望之耦合強度β特 別是一配置需要其包含一模式選擇性輸入/輸出耦合配置 ’用於具有一極高電介質常數物質之基板的薄平行板（共 面）共振器。 另更特別是一配置需要經過可-提供之一強輸入/輸出耗合i ’且依然更特別是一配置需要經過可提供之調諧與直流偏I 壓，大致上無共振器Q值（品質因數）退化。 另一方法需要經過可耦合之電磁波，特別是微波，進入/ 離開一微波裝置’例如在一有效方法之共振器，且其中叙 合至一或多個可選擇的模式。 特别是一配置需要其容許耦合在一寬廣範園強度之控制 ，和一配置對一選擇的模式（或气過一選擇的模式）經過可 提供之非常強的耦合》特別是一方法需要其促使直流偏壓 應用，而無微波裝置Q值退化，更特別是不需要分離使用 或額外的調諧方法，影響在負感裝置之效率。 因此提供如赉考以上之一配置，其中共振器尺寸與耦合 回路係與共振器之共振頻率相互關連，且其中耦合回路具 有像這樣的幾何，且如此與共振器關連地配置以致磁場線 配合共振器至少一模式之内部場分配，為了只有選擇的模 私紙張尺度適用中国國家標準（CNS) Α4規格（21〇χ297公楚 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -專 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製

46B 28B A7 f______B7 五、發明説明（6) 式激勵，且叙合提供只為這樣的模式。輕合回路之線性尺 寸係可比較’或大於共振器尺寸。因為£高（或甚至非常 高），共振器尺寸係小的。 特別是提供一配置，其中耦合回路具有像這樣的幾何， 且以這樣的方式配置激勵方位角地退化模式，為了共振器 操作在一多模式。特別是共振器包含一薄平行板共振器。 在一有利實例中，非線性電介質t質包含一極高電介質常 數之電介質’例如一鐵電/非鐵電物質，甚至更特別是 STO。有利的是’共振器之共振頻率係在〇 5 _3 〇 GHz之 間’即劃分式通訊系統之頻率區_域》 在一有利實例中’耦合回路包含一同轴線，特別是一同 轴電規線之中心線。有利的是，如一實例，柄合回路至少 部分圍繞共振器在幅射方向》如不同的實例，例如激勵 TM 110-或TM 020-模式。耦合回路長度係比自由空間内 激勵之微波波長較短很多。在一特殊實例中，森合回路， 例如一同軸電纜線之中心線，製成一些圈數圍繞共振器， 其中園繞共振器之圈數（從共振器之距離）提供耦合強度。 此麵合強度則可控制；簡言之，更多的圈數可有較強的耦 合。 在另一實例中’耦合回路配置為了形成一 i/2圈圍繞共 振器。在那範例中’耦合強度係以從共振器手尨（面對回 ! 路之平面）至耦合回路之垂直距離得知。因起，在跑範例 中’耦合強度可以從耦合回路至共振器平面i距離控制。 如不同的實例’共振器係園形的，方形的，矩形的/三

__________ - Q 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS > A4規格（210x297公釐） ---i--一---^--β------訂------泉 (請先閱tWc面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榇準局員工消費合作社印製 R Β 28 8 at _____Β7 五'發明说明（7) 角形的’等等；對每一個具有特殊場分配之模式而言，耗 合回路提供以促使耦合祇至選擇的模式。 在一有利實例中，其中選擇TM 110-模式，一同轴電境 線之中心線係配置一些圈數圍繞共振器，其例如係一圓形 共振器。另外’回路包含一同軸電纜線之中心線，且其形 成一1/2圈回路圍繞共振器一半。有利地是提供近臨界的 或過臨界的搞合。 在一最有利實例t’耦合回路之一末端係連接至其中之 一共振器平板，其他共振器乎板係連接至地面，且—直流 偏壓係應用經過耦合回路，因此促使共振器之電力調諧。 直流偏壓係藉外部標準偏向T形應用至未顯示在圖中之回 路。經過耦合配置於是提供模式選擇，直流調諧與耦合強 度控制經過其一且相同配置之使用，即耦合配置本身，且 因此不需要額外的直流偏壓配置，其連接至共振器，其係 極有利的。 在一特殊實例中’在製成一些圈數圍繞共振器之後，耦 合回路係連接至一圓形平行板共振器其中之一平板之中點 ’因此激勵TM 110_模式》提供直流偏壓電路（未顯示）， 其係連接至同轴電纜線。 如另一實例，激勵TM 020-模式，且共振器包含一半圓 盤共振器。耦合回路則係延著半圓盤共振器直徑連接至中 點’且一直流偏壓信號亦在此範例中可應用經過耦合回路 。如另一實例’其中激勵TM 020-模式，耦合回路延伸， 且垂直連接至圓形共振器其中之一共振器平板，且同轴電 --------J----裝------訂------泉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j ϋ張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0父297公^ " S 28 8 A7 _ ______B7 五、發明説明（8 ) - 纜線之中心線長度提供耦合強度β亦在此範例中因此促使 直流偏壓。在另一實例中，其中亦選擇ΤΜ 〇2〇模式，共 振器包含一半圓盤，且耦合回路包含連接至其中之一共振 器平板直徑中點之一 1/4回路，因此亦在此範例中，經過 耦合回路促使直流偏壓。無論激勵及因此選擇哪個模式， 一耦合回路可以不同的方式配置，或是否連接至其中之一 共振器平板，因此經過耦合回路促使或非促使直流偏壓β 惟，應注意經過連接耦合回路至其中之一共振器平板，因 為它們耦合三個特性，提供極有利實例，即耦合強度控制 在一寬廣範圍内，有效的模式選擇與直流偏壓。 如另一實例，耦合回路包含一薄膜條，其可包含一直條 或一模型條》—模型條可如此設計是為了激勵方位角地退 化模式，以致共振器操作在一多模式。若使用—薄膜條， 耦合強度係以條寬之厚度提供。但主要以配置在標準導電 平板頂部之電介質間隔層高度β 在一有利實例中，電介質基板包含一電介質巨形物質。 在本發明其他實例中，電介質基板包含一薄膜，例如一 經濟部中夹標準局員工消費合作社印製 鐵電物質°在一這樣的實例中，共振器係矩形的且包含- 共面導波。大致上這樣的共振器之選擇模式係_模 式。 在一特殊實例中，必要時可額外地提供光調諧及/或溫度 調諳，即若不提供直流偏壓或其耦合。 亦提供如參考以上之一方法，其包含步驟：選擇激勵共 振器之模式（另外可有超過一個的選擇模式）；配置一耦合 本纸張认適规格(210>^^------------— 麵濟部中夬榡準局員工消Λ合作社印褽 6 8 28 8 A7 . _______B7 五、發明説明（9 ) - 回路，其長度至少係可與共振器尺寸比較，以像這樣的方 式’圍繞搞合回路之磁場線配合模式之内部場分配，或激 勵模式；耦合一微波信號進入/離開一微波裝置。有利地 是該方法亦包含提供一直流偏壓信號經過耦合回路至共振 器’耦合回路係電力式連接至共振器。 圖式簡單說明 本發明將在以下以一非限定方式在參考隨附圖式進—步 描述，其中： 圖1圖式說明較低次序模式，分佈，用於一圓形平行板 共振器， - 圖2顯示一實例，包含TM 110-模式之一耦合配置， 圖3顯示另一實例，包含TM 110 -模式之一耦合配置， 使用一半圈回路， 圖4係一圖式顯示耦合係數對圖3耦合配置在從耦合回路 至共振器距離上之相互關係， 圖5說明一實例，包含具直流偏壓TM 020-模式之一耦 合配置， 圖6係具直流偏壓TM 020—耦合配置之另一實例， 圖7依然係不具直流偏壓TM 020 —耦合配置之另一實 例， 圖8係顯示一薄膜條狀耦合配置，及 圖9係顯示一薄膜裝置之一耦合配置。 發明詳細說明 圖1係為了說明目地，說明用於一圓形平行板共振器之 ______-19- __ 紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ ΓΤ1 装

*1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 /L 6 3 28 Β Α7 Β7 五、發明说明（10) 較低次序TMnmp模式場分佈’即TM 010-、TM 110-、 TM 210- ' TM 020-、TM 310-與 TM 410-模式。實線 指示電流’虛線指示磁場’而點與十字說明電場。其假設 p = 0 ’即盤狀厚度小於微波長度—半，且共振器祇支揮 TMnmo模式β 在圖2係顯示耦合微波進入與射出一薄平行板微波共振 器之一配置。這裡薄度意謂其與自由空間微波信號之波長 比較更薄，λ〇，且更特別是 h < λ 名/2， h係共振器厚度與Ag係共振器内之波長β平行板微波共 振器包含一電介質基板11 ’具有一高電介質常數例如STO 。電介質基板11這裡包含一圓形盤，且共振器係以該高電 介質常數基板11形成’且二個膜板13，13'安置在圊形盤 其中一側，因此形成一平行板共振器。平板可包含一標準 金屬諸如金、銀等等。在一有利實例中，示於圖2，超導 電層12 ’ 12'係安置在電介質基板11與薄膜板13，13,之 間。特別是’超導電膜12 ’ 12'包含高溫度超導電物質， 例如YBCO。惟’超導電層不必要為本發明功能，但它們 全然關於有利實例》因為電介質基板Π極高電介質常數， 例如STO，操作在0,5-2.0 GHz間頻帶之共振器尺寸係小 的。在像這樣的圓形盤共振器之共振頻率f之半徑r係由關 係式得知 r=C〇Knm/2 ^ fV £ C〇係自由空間内光速，Knm係m :序列η貝索函數之微 _ __- 1 V - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ^^^1' ^^^1 ^^^^1 ^^^1 ^^^1 ^^^1 —^n fl^lv am In (請先E讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 ^ 6 B 28 8 A7 _______B7 五、發明説明（） 11 为零值，e係電介質常數。如示於圖2之STO圓盤狀共振 器’其操作在100Κ以下，半徑大致上小於1 cm，其比在 此頻率裰波信號之自由空間波長小很多’其大約係6〇_15 cm ° 和迄今已知的耦合對照’本發明耦合配置做成介於自由 空間波長與共振器尺寸間該大差異之使用，或更特別是， _合回路之線性尺寸係可相容或較大於共振器本身尺寸。 因為對一高的（非常高的）ε可由以上公式推論，r會非常 小。在大約0.5-3,0 GHz頻率，共振器尺寸，例如半徑， 係比λ 〇小很多，且特別是耦合-回路之長度係小於λ 〇/(8_ 10) »此建議耦合回路係一塊狀元件，如一感應器。因為 ε非常高’又〇比共振器尺寸大很多。回路之長度係小於 λ〇。而且’共振器係一分佈電路或元件。共振器内侧之 係比例於；1〇/々ε vAg因此相容至共振器尺寸，且共 振器出現長，且分佈的。 在已知配置中，其中使用附有一低電介質常數之電介質 基板之一共振器，回路係比λ 〇小很多，且回路係小於共 振器尺寸。 在圖2之實例中，搞合配置包含一耦合回路14，其包含 一同軸電纜線之中心線。耦合回路，即同轴電规線之中心 線形成一回路圍繞平行板共振器，以提供近臨界或過臨界 耦合。經過幾何與方法，耦合回路係配置於關連之圓形盤 共振器激勵ΤΜ 110 -模式。耗合回路14係在此情況比激勵 微波之自由空間波長短很多，且示於圖2之實例中，麵合 "\ ψ - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（2丨0X297公釐） ------^ 士衣 -----II---訂I- -------------------^ (請先E讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 28 8 Α7 Β7 五、發明説明（12) 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 ---^--Γ---„--慕------if (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁〕 回路14係纏繞共振器且製成一2圈回路圍繞它。耦合回路 14作為從外部微波電路看之一塊狀感應器，即同軸輸入線 15。耦合回路14之末端16係電力連接至（或有一歐姆接觸 至）共振器平板13*其中之一的中點。其亦假設同轴線14之 外部線係連接至地面和其他共振器平板13一樣，或它們係 電力連接β因為磁場線圍繞耦合回路14，即同軸線15之 _心線’具有如平行板共振器基本110-模式之磁場線相同 模式，如已經參考以上與耦合強度，包括高度過耦合情況 這裡係以圍繞共振is搞合回路14之圈數決定，且以從回 路至共振器平板之距離；簡言之，更多圈數，較高的耦合 強度。因此耦合強度可藉改變圍繞共振器圈數以控制或調 整。若希望一已知大小的耦合強度，可獲得適當的圈數且 輕合回路係配置在隨其協議内。當直流偏壓使用於具有非 線性電介質基板平行板共振器之電力圈數時，如示於圖1 内之一協議10特別有效。直流偏壓係在此情況中經耦合回 路之末端16應用至共振器。此意謂可提供直流偏壓而非必 須使用一額外的直流偏壓協議。在圖2中說明耦合回路之 磁場線與平行板共振器。直流偏壓係藉連接至輸入線15之 一標準偏向T形（未顯示）應用經過一外部電力供應器。 在圖3中說明另一配置20，其中經過一 1/2圏耗合回路 24之使用提供耦合至ΤΜ 110-模式。而且在此情況中，薄 平行板共振器包含具有高電介質常數之一電介質基板21， 例如STO，在配置薄膜板23，23,之每一侧上。可配置在 電介質基板21與薄膜板例如金、銀或相似薄超導膜板22 本纸張尺度適用中囷國家標準（CMS ) Α4规格（210X297公釐） 經濟部中央樣準局員工消費合作社印裝 1Α. i 6 B 2B Q A7 _____B7 五、發明説明（13) - ’ 221之間。如在前述範例中，字母不必為本發明之功能 。惟’在一特別有利實例中，可包含高溫度超導膜。耦合 回路24係以同轴電规線25之中心線形成。惟，在此情況 中，耦合回路形成一 1/2圈回路，且圍繞中心線24之磁場 線具有如圍繞共振器之磁場線相同式樣。因其具有如圖2 之相同式樣，故未說明在圖中。 在圖3中’耦合回路24不連接至共振器而連接至一平板 27 ’其可為超導且在配置之共振器上。同轴電纜線25之 外部線係連接至地面和配置共振器上之超導平板27—樣， 或它們以電力連接。如參考以上，而且在此情況中激勵 TM 110-模式《共振器與耦合回路24間之耦合強度係以在 共振器間之距離；120得知’或特別是共振器平板係鄰近耦 合回路24 ’因此耦合強度可藉改變在耦合回路24與上部 導板23'(在此範例中）間之距離控制。在圖3配置中不可能 提供直流偏壓經過耦合回路。藉光調諧或溫度調諧可提供 例如調諧替代。其次當然另外可提供直流偏壓方法。 在圖4中’顯示在耦合回路與共振器間之距離上耦合強 度之相互關係，H30為釐米圖3範例係說明在77K。 在圖5中顯示一實例，其中選擇TM 110·模式激勵。平 行板共振器包含具有高電介質常數電介質基板31之一®形 盤’例如以STO製成，在配置薄膜板33，33·之每一側上 ’其可為一標準導電物質。在一有利實例中，超導膜配置 在電介質基板31與薄膜33，33’之間，特別是高溫度超導 膜。惟，在此範例中該超導膜不必為本發明之功能。平行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2ίΟΧ2Μ公釐） 1--^--r---<——裝------訂------象 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 趣濟部中央樣準局貝Η消費合作衽印製 A68 2SS A7 _______B7_ 五、發明説明（14) 板共振器配置在一較佳超導平板37上。耦合回路34包含 一同軸電纜線35之外部線，且其係以一垂直方式連接在平 行板共振器上部導板33’之中點36，為了提供一良好配合 在同轴電纜線34中心線34之磁場線與共振器τμ 020·模 式之間。因此完成一緊密且選擇的耦合。在介於〇 2_6 〇 GHz間之頻帶中祇有ΤΜ 020-模式激勵在像這樣的配置β 在此實例中’耦合強度係以在圖中之距離Η3〇得知，其標 記耦合回路34之長度。因為耦合回路34更係電力連接至 共振器’即至上部共振器導疼33' ’直流偏壓促使經過輕 合回路34 ’且因此無需要額外的調諳方法β 在圖6中係另一配置60，用以說明ΤΜ 020-模式之選擇 的耦合。平行板共振器包含一半圓形平行板共振器，其包 含一電介質基板41在配置薄膜板43，43·之其一側上，如 前述實例中，其可為一標準導電物質諸如金、銀等等。在 此範例中，超導膜42，42,配置在標準導電膜43，43·與電 介質基板之間，雖然這些不必為本發明之功能，但只不過 說明一特別有利實例。耦合回路包含一 1 /4回路44，亦係 同轴電纜線45中心線。平行板共振器配置在一較佳超導平 板47上。其係連接至地面且同轴電纜線45係同樣地連接 至地面。同轴電纜線45中心線，即耦合回路44，係連接 至半圓形盤共振器直徑上之中點。因為其連接至共振器其 中之一平板’促使直流偏壓。在圖6中，圍繞同轴電纜線 45申心線44之磁場線具有如共振器磁場線相同式樣，其 亦說明，其造成ΤΜ 020-模式激勵。耦合強度係以距離 ______-17-_____ 本纸伕尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4洗格（210X297公釐） ---^--r---„--裝------訂------泉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 B7 Λ68 28Β 五、發明説明（15) D4〇得知，其耦合回路從連接點突出，或從共振器至回路 之距離》 在圖7中係說明另一配置50，其中TM 〇2〇_模式係選擇 性激勵。共振器包含半圓形盤，其中一電介質基板51，例 如sTO ’提供在配置薄膜板53，53,之其一側上，如前述 實例_，例如其包含一標準導電金屬。薄超導膜52,52· 配置在電介質基板51與標準導電膜板5 3，53,之間，雖然 亦在此範例中之超導膜非必要為本發明之功能β耦合回路 54包含同軸電纜線55中心線54，其中同軸電纜外部線係 連接至地面。平行板共振器配置在其係連接至地面之一較 佳超導平板57上》 耦合回路54包含一 1/2圈回路，其連接至標準導電平板 57在接近平行板共振器本身直徑上之中點之一點β因為麵 合回路54不連接至平行板共振器本身，不提供直流偏壓如 南5與6範例。惟’調諧可提供在任何希望的方法，例如藉 分離的偏向方法或藉光調諧或溫度調諧係已知或特別描述 在瑞典專利申請中參考較早由相同申請者申請領域内，且 其隨後係藉參考合併於此。輕合強度係以從.回路5 4至鄰近 共振器平板53’之垂直距離D50與以從回路至共振器平末 端之垂直距離D50二者得知。 在圖8中係說明一配置60，其中共振器包含一圓形盤。 電介質基板61包含具有高電介質常數物質，例如ST〇 β薄 超導膜（例如；HTS-膜）配置在薄標準導電膜板63，63'之 間，雖然亦在此範例中之超導膜不必要為本發明之功能》 ...........- IS -__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） .......... .1 I - - I , ! _ - - - m I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 訂 泉 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 0 Β 28 8 Α7 Β7 經濟部中央樟準局員工消費合作社印製 五、發明説明（16) - 平行板共振器配置在其係連接至地面之一較佳超導平板6 7 上》一額外的薄電介質膜69係配置在接觸層63,上。在此 電介質層69頂部上至少限定一薄膜耦合條68，例如藉照 相平版印刷或經過任何其他已知方法。薄_合條68如此 配置是為了延著直徑因此橫越圊形平行板共振器，且薄骐 耦合條68連接至同軸電纜線65中心線64，外部線係連接 至地面〇例如；一薄膜耦合條68對立地相對末端即末端 相對此點，其中其連接至同軸電纜線中心線，係連接至超 導平板67。經過此配置，提供—一特別高耦合係數且其更 精密空間性地（幾何性地）限定如同轴電纜線回路比較，如 揭示於經圖2 ’ 3，5-7說明之實例中β在一特別有利實例 中，耦合條係模式以提供一特別高的選擇性與一高的（低 的）耦合強度。ΤΜ 110-模式之耦合選擇性與耦合強度主 要係以額外的薄電介質層69厚度得知，其亦係標記一 ^隔 層且以耦合條68寬度至一些範圍。為了避免任何可能退化 模式之激勵，耦合配置之對稱性很重要，且對範例而言， 其中此係一主要的關切，耦合條之一照相平版印刷模式係 特別有利》 在另一實例中，耦合條可設計以特別激勵方位角地退化 模式。因此以這樣方式設計係使共振器操作在一多模式組 織，例如在雙模式或在參模式等等。 本發明耦合配置之原理可應用至巨形平行板共振器，和 薄鐵電膜裝置一樣》 在圖9中係說明一配置70，其中一共面波導共振器係提 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格< 210Χ297公後} -Τ'- I I I - -I It II I 丁 • . 、-α (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A6B 28 8 ____B7__ 五、發明説明（17) - 供在一鐵電膜/基板73頂部。共面波導共振器包含一中心 條71與另一條72，二者較好為一超導物質，在一特別有 利實例中係HTS物質。在圖9中，1係共振器長度之1/2, 於是提供共振器頻率。共振器以耦合回路74激勵，其係以 同轴電纜線75中心線形成，外部線係連接至地面6平板 72(標準導電或超導電）’即外部接觸層，亦係連接至地面 。耦合回路74係連接至中心標準導電或超導電平板（條）或 接觸層71。在圖中之H70提供耦合強度，其於是可控制。 因為耦合回路74係連接至其气之一接觸層，偏向係經耦合 回路本身促使’因為一共面波導大致上係（類似）TME模式 激勵。 雖然衹有一有限數量的實例已明確地顯示在圊2_9中， 應可明瞭經由選擇適當的共振器與適宜特殊模式之耦合配 置’不僅TM 110-與TM 020-模式可選擇且以此方法激勵 ’而且可選擇任何模式激勵β 平行板共振器之形狀不僅不必為任何明確地說明在圖中 之形狀’而且它們亦可有其他形狀，諸如矩形，三角形等 等。 此外’亦可用如本發明之配置，若使用共振頻率之溫度 調諧’即藉改變電介質常數之溫度及/或超導電膜之表面 阻抗’其可配置在電介質基板與接觸層之間，例如標準導 電平面。而且可使用共振頻率之光學感應調諧，例如利用 超導膜之光學照明。 此係介於其他亦討論於參考較早在此申請中的瑞典專利 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 装- 、-· 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 冢紙張尺度適财關家轉（(：叫八4胁（21()\297公：^ " 4 6 8 28 Α7 ____ Β7 五、發明説明（） 18’ 申請，其合併在本申請内。本發明亦不極限於超導體之使 用β 亦在其他數項内容中，本發明可變化於許多的方式而不 脫離申請專利範圍》 本發明優點係另外促使有效之模式選擇，耦合回路可用 以控制搞合強度。在特殊實例中亦可一直流偏壓應用經過 回路，其係極有利。如本發明之耦合配置提供最有效的小 尺寸、高效率裝置。 (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .装. 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) Α4規格（2丨0*乂297公备)

Claims (1)

1. -. yT 經濟部辛央揉率局員工消费合作社印製 ?.:wt更原實質内¾. bB28a 第86112640號專利申請案 八8 中文申請專利範圍修正本（的年7月）C| 六_、申請專^^^ 一 I補充 一種配置（10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70)，用於耦 合電磁波’特別是微波，進入及/或離開一微波裝置 ’包含至少一具有高電介質常數之非線性電介質基板 (11 ;21 ;31 ;41 ; 51 ; 61 ; 73)，該配置包含一耦 合回路（14 ; 24 ; 34 ; 44 ; 54 ; 64 ; 74)， 其特徵在於 共振器與耦合回路（14 ; 24 ; 34 ; 44 : 54 ; 64 ; 74) 之尺寸·係與共振器之共振頻率相互關連，且在耦合回 路（14 ; 24 ; 34 ; 44 ; 54 ; 64 ; 74)内具有像這樣的 -幾何’且與共振器相對地配置以使圍繞耦合回路（14 ;24 I 34 ; 44 ; 54 ; 64 ; 74)之磁場線配合共振器 至少一模式之内部場分配，以使該至少一模式被激勵 ’且^供耗合係為了此模式，且耦合回路（14 ; 24 ; 34 ’ 44 ; 54 ; 64 : 74)之長度係比較，或大於共振 器尺寸’且其特徵在於 該輕合回路（丨4 ; 24 ; 34 ; 44 ; 54 ; 64 ; 74)至少部 分圍繞共振器。 如申請專利範圍第1項之配置， 其特徵在於 該轉合回路（14 ; 24 ; 34 ; 44 ; 54 ; 64 ; 74)係配置 以使方位角地退化模式被激勵，且使共振器以多模式 操作。 如申請專利範圍第1或2項之配置， m In m I I - - 1 4— n ΐ· 夺 、-* (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) ΜΛ張ΑΛϋ财辟（CNS) ( 210X297公釐 經濟部t央揉窣局β：工消費合作社印装 d68 2BB A8 B8 C8 六、申;圍. -- 其特徵在於 非線性電介質物質包含一鐵電/非鐵電物質，如ST〇 0 4·如申請專利範圍第1項之配置， 其特徵在於 共振器之共振頻率係在〇·5-3.0 GHz之間’較好係在 0-2-2.0 GHz之間。 5*如申請_專利範圍第4項之配置， 其特徵在於 回路長度係小於約λ 0/8- λ 〇 1 〇，入〇係自由空間微 波之波長。 6·如申請專利範圍第1項之配置（1〇 ; 20 ; 30 ; 40 ; 50 ;60 ; 70)， .其特徵在於 該輕合回路（14 ; 24 ; 34 ; 44 ; 54 ; 64 ; 74)包含一 同軸電纜線。 7·如申請專利範圍第6項之配置， 其特徵在於 該搞合回路（14 ; 24 : 34 ; 44 ; 54 ; 64 ; 74)包含一 同軸電規線之中心線’且輪合回路長度係比自由空間 内激勵之微波波長較短很多β 8.如中清專利範圍第1 ’ 6或7項之配置， 其特徵在於 -2 - 本紙浪尺度速用中圃S家揉準（CNS > Α4说格（2t〇X29^f]-------- --li i^i I - «^ϋ Is- — - - - ί I rj (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 d6 8 2BB 8 8 8 8 ABCD 經濟部中央榡準局貝工消費合作社中製 κ、申請專利範圍 該耦合回路（14 ; 24 ; 34 ; 44 ; 54 ; 64 ; 74)形成許 多圈數在0—輻射方向圍繞共振器。 9_如申請專利範圍第7項之配置， 其特徵在於 圍繞共振器之圈數及/或從耦合回路至共振器之距離 提供耦合強度，且耦合強度因此可經過配置適當圈數 圍繞共振器控制及/或變化在耦合回路與共振器間之 距離。 瓜如申請專利範圍第6或7項之配置（20 ; 5〇)， 其特徵在於 耦合回路（24 ; 54)形成一丨/2圈圍繞共振器，且耦合 強度係以從共振器平面至耗合回路之距離得知。 U.如申請專利範圍第6或7項之配置， .其特徵在於 共振器之ΤΜ 110-模式被激勵且選擇。 12·如申請專利範圍第1項之配置， 其特徵在於 提供近-或過臨界耦合。 α如申請專利範圍第丨項之配置（10 ; 30 ; 40 ; Μ ; 70)， ’ 其特徵在於 耦合回路之一末端係連接至其中之一共振器平板，其 他共振器平板係連接至地面，且直流偏壓係應用經過 _____ -3 - …賴 2]〇謂公釐)~------ (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈 A h 3 2B 8 A8 B8 C8 D8 夂、申請專利範圍 '^〜-— 輕合回路，以提供共振器之電力調譜。 Μ·如申請專利範圍第13項之配置（10)， 其特徵在於 耗合回路（14)形成至少一圈圍繞共振器，且連接至一 圓形共振器平板之中點，且TM 11Q‘模式被激勵。 15·如申請專利範圍第1〇項之配置， 其特徵在於 TM 〇g〇_模式被激勵，且共振器包含一半圓盤共振 器。 " 16，如申請專利範圍第1 5項之配置， 其特徵在於 輕合回路係延著共振器直徑連接至中點，且一直流偏 壓信號係被供以經過耦合回路。 口.如申請專利範圍第！項之配置（60)， 其特徵在於 Μ合回路（64)包含一薄且直膜條（68) » 18_如申請專利範圍第17項之配置， 經濟部中央揉準局貝工消f合作社印裝 其特徵在於 條（68)包含一模型條^ 19·如申請專利範圍第丨8項之配置， 其特徵在於 條（68)係被配置以激勵方位角地退化模式，共振器因 此以一多模式操作。 -4 - 本紙張^*·適用中家棣率（CNS) ( 210X297公釐） 經濟部t央橾準局負工消費合作社印装 C8 D8六、申請專利範圍 20. 如申請專利範圍第1 7項之配置， 其特徵在於 耦合強度係以條寬之厚度提供。 21. 如申請專利範圍第1項之配置（1〇 ; 20 ; 30 ; 40 ; 50 ;60 ; 70)， 其特徵在於 電介質基板包含一電介質巨形物質。 22. 如申逯專利範圍第1項之配置， 其特徵在於 電介質基板包含一鐵電物質之薄膜。 23. 如申請專利範圍第1項之配置（10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 50 ;60 ; 70)， 其特徵在於 共振器係一薄平行板共振器。 24. 如申請專利範圍第23項之配置， 其特徵在於 超導膜，如 HTS-膜（12，12_ ; 22，22,；.....）係配 置在電介質基板與導電平板（13，13' ; 23，23’ ； ..)之間。 25. 如申請專利範圍第22項之配置（70)， 其特徵在於 共振器係一共面共振器。 26. —種耦合微波信號進入/離開一微波裝置之方法，包 -5 - ^^^1 ^^^1 n^i i n^i i·^— I-i l ^^^1 ϋ— IK ^^^1 Ti J 身 --¾ (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙张尺度逍用中®國家橾率（CNS > A4規名· ( 210X297公釐） ^B288 A8 BS C8 -------D8 六、申請專利範圍 ——~~ 含至少具有一高電介質常數非線性電介質基板之電介 質共振器，包含以下步驟： _選擇激勵之一共振器模式， -配置-辑合回路’其長度係比較，或大於共振器尺 寸以像逆樣的方式，圍繞耦合回路之磁場線配合選 擇激勵模式之内部場分配， _耦合一微波信號進入振器β 27，如申誚:專利範圍第26項 其特徵在於 1¾¾. 更包含以下步驟： -電力式連接耦合回路至共振器， •提供一電力信號經過耦合回路用以共振器之電力調 猎。 ^------'ΤΓ <請先«讀背面之注意事項再填寫本I) 經濟部中央棣準局員工消費合作社印I 本紙張尺度逍用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐）