DE3888456T2

DE3888456T2 - Dielektrischer Resonator.

Info

Publication number: DE3888456T2
Application number: DE3888456T
Authority: DE
Inventors: Shigeji Murata Manufac Arakawa; Youhei Murata Manufac Ishakawa; Shinichi Murata Manufa Kunioka; Kouichi Murata Manufa Takehara; Toru Murata Manufactu Tanizaki; Hidekazu Murata Manufactu Wada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2008-11-12
Also published as: US5049842A; DE3888456D1; JP2510137B2; JPH01130603A; EP0316813B1; EP0316813A3; EP0316813A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen dielektrischen Resonator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und insbesondere auf einen solchen, der den TE-Modus verwendet.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Beispiel eines konventionellen dielektrischen Resonators, welcher den Hintergrund der Erfindung bildet, ist beispielsweise in der Beschreibung des US-Patents Nr. 4,728,913 offenbart. Dieser konventionelle dielektrische Resonator ist mit einer dielektrischen Abstimmeinheit versehen, die in der Lage ist, eingeführt zu werden in oder herausgezogen zu werden aus einem Hohlraum eines zylindrischen hohlen dielektrischen Resonatorelementes.
In diesem konventionellen dielektrischen Resonator ist eine Änderungsrate einer Resonanzfrequenz vergleichsweise groß, doch ist ein größerer Bereich der Resonanzfrequenzeinstellung erforderlich.
Ein dielektrischer Resonator ist aus JP-A 62-166602 bekannt, worin ein Resonatorelement mit einem Hohlraum und einer verschiebbaren Abstimmeinheit in einem Leitergehäuse vorgesehen sind, wodurch die Einstellung der Resonanzfrequenz erlaubt ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen dielektrischen Resonator zur Verfügung zu stellen, dessen Resonanzfrequenz über einen breiteren Bereich als zuvor eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen dielektrischen Resonator mit den in Anspruch 1 enthaltenen Merkmalen gelöst. Ausführungsformen des dielektrischen Resonators gemäß der Erfindung sind in den anhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
In diesem dielektrischen Resonator wird, wenn die Abstimmeinheit aus dem Hohlraum des dielektrischen Resonatorelementes zurückgezogen wird, ein Teil des Weges des elektrischen Feldes am dielektrischen Resonatorelement durch die Ausnehmung unterbrochen. Daher vermindert sich die effektive Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Resonatorelementes im Vergleich mit dem der konventionellen Struktur, und dies führt im ganzen zu einem Anstieg in einer Variation einer effektiven Dielektrizitätskonstanten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Variation der effektiven Dielektrizitätskonstante als Ganzes im Vergleich mit der der konventionellen Struktur erhöht werden, weshalb die Resonanzfrequenz über einen breiteren Bereich als zuvor eingestellt werden kann.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile dieser Erfindung werden anhand der ausführlichen Beschreibung der folgenden Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A und 1B zeigen das Prinzip der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1A eine erläuterte Querschnittsansicht eines Resonators 10 und Fig. 1B eine erläuterte Vertikalschnittansicht desselben ist.
Fig. 2 ist eine erläuterte Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist eine erläuterte Querschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist eine erläuterte Querschnittsansicht, die eine Modifikation der Ausführungsform von Fig. 3 zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1A und 1B zeigen das Prinzip der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1A eine erläuterte Querschnittsansicht eines Resonators 10, und Fig. 1B eine erläuterte Vertikalschnittansicht derselben sind. Der dielektrische Resonator 10 umfaßt ein zylindrisches Hohlgehäuse 12, das beispielsweise aus Metall gebildet ist.
Ein zylindrischer hohler Ständer 14, der aus einem Material von einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten gebildet ist, ist auf einer Bodenplatte 12a des Gehäuses 12 nahe in der Mitte desselben vorgesehen. Weiterhin ist ein zylindrisches dielektrisches Resonatorelement 16, das aus einem Material von einer hohen Dielektrizitätskonstanten, wie beispielsweise Keramik, gebildet ist, auf dem Ständer 14 eingebracht. Dadurch wird das dielektrische Resonatorelement 16 fest innerhalb eines Gehäuses 12 gehalten und als Ganzes der dielektrische Resonator 10 gebildet, welcher den TE01δ-Modus verwendet.
In der Mitte dieses dielektrischen Resonatorelementes 16 ist ein säulenförmiger Raum gebildet, und in diesem Raum sind zwei Ausnehmungen 17 vorgesehen, von denen jeder Querschnitt eine U-Form aufweist, die in den entgegengesetzten Richtungen eines Durchmessers desselben sich erstreckt und miteinander in Verbindung stehen. Das bedeutet, daß ein Hohlraum 16a des dielektrischen Resonatorelementes 16 zwei Ausnehmungen 17 enthält, die sich in entgegengesetzten Richtungen des Durchmessers des dielektrischen Resonatorelements 16 erstrecken.
In dem Hohlraum 16a des dielektrischen Resonatorelements 16 ist eine zylindrische hohle Abstimmeinheit 18 eingesetzt, welche aus einem Material einer höheren Dielektrizitätskonstanten wie beispielsweise Keramik gebildet ist. Die äußere Form dieser Abstimmeinheit 18 ist kleiner als die innere Form des Hohlraums 16a des dielektrischen Resonatorelementes 16. Dadurch kann die Abstimmeinheit 18 in Richtung der Pfeile von Fig 1B bewegt werden, ohne daß sie die innere Umfangsfläche des Hohlraums 16a des dielektrischen Resonatorelements 16 berührt.
Eine unterstützende Achse 20, die aus einem Material mit einer relativ niedrigen Dielektrizitätskonstanten, wie beispielsweise Keramik, gebildet ist, wird in den Hohlraum der Abstimmeinheit 18 eingesetzt, an welchem Teil die unterstützende Achse 20 und die Abstimmeinheit 18 befestigt sind. Durch axiale Bewegung der unterstützenden Achse 20 wird die Abstimmeinheit 18 in den Richtungen, die durch Pfeile in Fig. 1B angezeigt sind, verschoben. Weiterhin sind die unteren und oberen Teile der unterstützenden Achse 20 jeweils an einem durchgehenden Loch der Bodenplatte 12a und einem durchgehenden Loch der Deckelplatte 12b des Gehäuses 12 durch Lager 22a und 22b angeordnet, die aus einem Harz mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten, wie beispielsweise Teflon (Warenzeichen) gebildet sind und so gestützt sind, daß die Achse 20 sanft in den Richtungen bewegt werden kann, die durch Pfeile in Fig. 1B angezeigt sind.
Die Bodenplatte 12a des Gehäuses 12 ist mit koaxialen Verbindungen 24a und 24b für Ein- und Ausgänge hierdurch verbunden. Weiterhin ist in dem Gehäuse 12 jedes Ende der schleifenförmigen Leiter 26a und 26b mit jedem inneren Leiter der koaxialen Verbinder 24a und 24b verbunden und jedes andere Ende ist mit dem Gehäuse mit Erde verbunden, so daß ein externer Schaltkreis magnetisch mit dem dielektrischen Resonatorelement 16 durch die Leiter 26a und 26b gekoppelt werden kann.
In diesem dielektrischen Resonator 10, wenn die unterstützende Achse 20 axial bewegt wird, wird die Abstimmeinheit 18, die aus dielektrischem Material gebildet ist, in die Richtungen verschoben, die durch die Pfeile in Fig. 1B angezeigt sind, um hinein in oder heraus aus dem Hohlraum 16a des dielektrischen Resonatorelements 16 geführt zu werden, was im Ergebnis zu einer Änderung der effektiven Dielektrizitätskonstanten im Ganzen führt, wodurch die Resonanzfrequenz verändert werden kann. Im Fall, daß die Abstimmeinheit 18 in den Hohlraum 16a des dielektrischen Resonatorelements 16 eingeführt wird, wird die effektive Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Resonators 10 im Ganzen erhöht, was zu einer Verminderung der Resonanzfrequenz führt. Auf der anderen Seite, wenn die Abstimmeinheit 18 aus dem Hohlraum 16a des dielektrischen Resonatorelementes 16 herausgezogen wird, wird ein Teil des Weges des elektrischen Feldes beim dielektrischen Resonatorelement 16 durch die zwei Ausnehmungen 17 unterbrochen. Dadurch sinkt die effektive Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Resonatorelementes 16, d.h. die effektive Dielektrizitätskonstante als Ganzes im Vergleich mit der des konventionellen Aufbaus, und dies führt zu einer Erhöhung einer Resonanzfrequenz. Das bedeutet, daß in dem dielektrischen Resonator 10 die Variation der effektiven Dielektrizitätskonstante im Ganzen erhöht werden kann im Vergleich mit der des konventionellen Aufbaus, weshalb die Resonanzfrequenz innerhalb eines breiteren Bereiches eingestellt werden kann.
Weiterhin ist die elektrische Feldverteilung beim dielektrischen Resonatorelement 16 am intensivsten nahe der Mitte des längsten Teils in Richtung des Durchmessers (Richtung der Dicke) des dielektrischen Resonatorelementes 16. Das bedeutet, die Verteilung ist am intensivsten bei der Mitte des Teils zwischen dem inneren und äußeren Durchmesser des dielektrischen Resonatorelementes 16. In diesem dielektrischen Resonator 10 kann, weil die Ausnehmungen 17 sich zum Zentrum erstrecken, die Variation der Resonanzfrequenz wirksam erhöht werden.
In den konventionellen Aufbauten ist die Abstimmeinheit nur ein achsensymmetrischer Zylinder, weshalb die elektrische Energie, die durch ein rotierendes elektrisches Feld erzeugt wird, dahin tendiert, sich in der Abstimmeinheit anzuhäufen. Im Ergebnis tendiert in den konventionellen Aufbauten, wenn die Abstimmeinheit aus dem Hohlraum des dielektrischen Resonatorelementes gezogen wird, die Energie aufgrund des elektrischen Feldes dahin, sich mehr an der Seite der Abstimmeinheit zu verteilen und daher tendiert auch das magnetische Feld dahin, sich mehr an diese Seite zu verteilen, was zu einem Anstieg des Joule-Verlustes der Gehäuseendflächen führt, wobei Q&sub0; leicht vermindert wird.
Jedoch in dem dielektrischen Resonator 10 ist die Abstimmeinheit 18 nicht einfach ein Zylinder, sondern hat eine nicht achsensymmetrische und zwei-rotations-symmetrische Form. Daher zeigt die elektrische Energie aufgrund des rotierenden elektrischen Feldes fast keine Tendenz, sich zu akkumuliern. Daher ist in dem dielektrischen Resonator 10, wenn die Abstimmeinheit 18 aus dem Hohlraum 16a des dielektrischen Resonators 16 zurückgezogen wird, die Energie aufgrund des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes dünn verteilt und Q&sub0; wird kaum vermindert.
Fig. 2 ist eine erläuterte Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform sind sechs Stücke einer Ausnehmung 17 mit nahezu U-förmigem Querschnitt ausgebildet, welche sich in den radialen Richtungen des dielektrischen Resonatorelements 16 erstrekken. Die äußere Form einer Abstimmeinheit 18 ist etwas kleiner ausgebildet, als die innere Form eines Hohlraums 16a des dielektrischen Resonatorelements 16. Das bedeutet, der Hohlraum 16a, der in dem dielektrischen Resonatorelement 16 ausgebildet ist, umfaßt die sechs Stücke einer Ausnehmung 17, welche sich radial erstrecken. Wenn eine Anzahl von Ausnehmungen 17 des dielektrischen Resonatorelementes 16 dadurch erhöht wird, wird eine Anzahl von Orten, bei welchen der Weg eines elektrischen Feldes des dielektrischen Resonatorelementes 16 unterbrochen wird, erhöht, wenn die Abstimmeinheit 18 aus dem Hohlraum 16a des dielektrischen Resonatorelementes 16 zurückgezogen wird. Im Ergebnis kann eine Variation der effektiven Dielektrizitätskonstanten als Ganzes und eine Variation der Resonanzfrequenz stärker ausgedehnt werden.
Fig. 3 ist eine erläuterte Querschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführunsform ist ein Hohlraum 16a eines dielektrischen Resonatorelementes 16 so gewählt, daß es einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist. Das bedeutet, der Hohlraum 16a des dielektrischen Resonatorelementes 16 umfaßt vier Stücke einer Ausnehmung 17 mit einem rechtwinkligen Querschnitt.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Abänderung der Ausführungsform von Fig. 3 zeigt. Im Vergleich mit der Ausführungsform von Fig. 3 sind in dieser Auführungsform acht Stücke einer Ausnehmung 17 mit einem rechtwinkligen Querschnitt gebildet, welche sich in die Radialrichtungen eines dielektrischen Resonatorelementes erstrecken.
Wie oben erwähnt ist, kann die Form und die Anzahl der Ausnehmung 17 verändert werden. In diesem Fall sollte die äußere Form der Abstimmeinheit 18 etwas kleiner ausgebildet sein als die innere Form des Hohlraums 16a des dielektrischen Resonanzelementes 16.
Weiterhin ist in jeder oben erwähnten Ausführungsform der dielektrische Resonator als ein Zylinder ausgebildet oder in Säulenform und der dielektrische Resonator ist für den TE01δ- Modus vorgesehen. Jedoch kann ein dielektrisches Resonatorelement oder ein Gehäuse mit einer polygonalen äußeren Form verwendet werden. In diesem Fall wird ein Resonanzbetrieb in dem TE01δ-Modus sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich erläutert und beschrieben wurde, ist dies klarerweise nur als Erläuterung und gegebenes Beispiel zu verstehen und nicht als eine Beschränkung, wobei der Rahmen der vorliegenden Erfindung nur durch die Ausdrücke der anhängenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Ein dielektrischer Resonator umfassend:

ein Gehäuse (12);

ein zylindrisches, hohles dielektrisches Resonatorelement (16), das in dem Gehäuse (12) gehalten und befestigt ist und einen axialen Hohlraum (16a) aufweist;

eine einheitliche dielektrische Abstimmeinheit (18), welche in der Lage ist, axial in den axialen Hohlraum (16a) des dielektrischen Resonatorelements (16) hineingeführt und aus diesem herausgezogen zu werden, und eine Querschnittsform aufweist, die im wesentlichen zu der Querschnittsform des axialen Hohlraums (16a) einschließlich der Ausnehmungen (17) paßt, wobei der axiale Hohlraum (16a) eine Querschnittsform aufweist, die durch einen zylindrischen Teil definiert ist, welcher einen Innenseitendurchmesser des Elementes definiert, gekennzeichnet durch mindestens drei radial gerichtete Ausnehmungen (17), die sich symmetrisch von dem zylindrischen Teil gegen einen Umfang des dielektrischen Elementes (16) erstrecken, und wobei die Ausnehmungen (17) sich radial auswärts von dem zylindrischen Teil um mehr als die halbe Strecke zum Umfang ausdehnen und dadurch in ein Gebiet von maximaler elektrischer Feldintensität innerhalb des dielektrischen Resonatorelementes (16) reichen.

2. Dielektrischer Resonator gemäß Anspruch 1, worin die Querschnittsform der dielektrischen Abstimmeinheit (18) im wesentlichen die gleiche, aber kleiner als die Querschnittsform des axialen Hohlraums einschließlich der Ausnehmungen (17) ist.

3. Dielektrischer Resonator gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Resonatorelement (16) zwei Enden aufweist, und wobei die Ausnehmungen (17) sich im wesentlichen zwischen diesen beiden Enden erstrecken.

4. Dielektrischer Resonator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin jede der Ausnehmungen (17) mit einem Querschnitt gebildet ist, der mindestens teilweise rechtwinklig ist.

5. Dielektrischer Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin jede der Ausnehmungen (17) mit einem Querschnitt gebildet ist, der mindestens teilweis U-förmig ist.

6. Dielektrischer Resonator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin vier radial gerichtete Ausnehmungen (17) vorgesehen sind, die im wesentlichen gleiche Winkel dazwischen definieren.

7. Dielektrischer Resonator nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, worin sechs radial gerichtete Ausnehmungen (17) vorgesehen sind, die im wesentlichen gleiche Winkel dazwischen definieren.

8. Dielektrisches Resonator gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die äußeren Enden der Ausnehmungen (17) am nächsten zum Umfang des Resonatorelementes (16) einen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen.

9. Dielektrischer Resonator nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, worin die fernen Enden der Ausnehmungen am nächsten zum Umfang des Resonatorelementes (16) einen runden Querschnitt aufweisen.

10. Dielektrischer Resonator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, der Eingangs- und Ausgangseinrichtungen (24a, 24b, 26a, 26b) auf dem Gehäuse (12) zum Ein- und Ausgeben von elektromagnetischer Energie aufweist.