DE2135566B2 - Elektromagnetischer Resonator - Google Patents

Description

tallschicht oder einem Block 16 angeordnet ist. Der trägt 10,16 mm (400 mils); das Substrat 14 ist Metallblock 16 hat direkt unterhalb der Scheibe 12 0,635 mm (25 mils) dick, und die Ausnehmung 17 hat eine Ausnehmung 17 für eine dielektrische Schicht eine Tiefe von 0,635 mm (25 mils) und einen Durch-18, die beispielsweise aus Luft bestehen kann. Der messer von 15,24 mm (600 mils). Die Spalten 24 Boden der Ausnehmung 17 bildet eine Grundebene 5 können zwischen 0,254 mm (10 mils) und 1,524 mm 20. Die Ausnehmung 17 ist im Durchmesser hin- (60 mils) breit sein; dies hängt von der Impedanz der reichend größer als die Scheibe 12, so daß alle elek- Schaltung ab, mit der sie verbunden sind,
trischen Feldlinien von der Scheibe 12 im wesent- Die Fig. 2, 3 und 4 erläutern andere Ausfüh-

lichen rechtwinklig zur Grundebene 20 verlaufen. rungsformen des elektromagnetischen Resonators. Auf dem Substrat 14 aufgebrachte Bandleitungen22 io Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann das Dielektrikum werden verwendet, um Signale in den Resonator 10 18 auch über der Scheibe 12 angeordnet sein, um und aus diesem herauszukoppeln. Die Spalten 24 die gewünschten Ergebnisse zu erreichen. Die F i g. 3 wirken als Kopplungskondensatoren zwischen den und 4 zeigen Dreiplatten-Anordnungen — statt Bandleitungen 22 und der Scheibe 12. Bandleitungen — mit anderen Anordnungen der Di-

Falls beispielsweise Gold für die Scheibe 12 ver- 15 elektrika.14 und 18, wie sie für die Bandleitungswendet und auf einem Quarzsubstrat 14 im Vakuum anordnungen in Fig. 1 und 2 dargestellt sind. In abgelagert wird, ändert sich der lineare thermische F i g. 2, 3 und 4 sind Wellenleitungen zum Ein- und Ausdehnungskoeffizient der Scheibe 12 von 14 Tei- Auskoppeln von Signalen des elektromagnetischen len pro Million pro Zentigrad (ppm/C⁰) bis zu Resonators nicht dargestellt

0,5ppm/C°. Somit können Änderungen in der Re- ao Fig. 5 zeigt die Verwendung eines elektromagnesonanzfrequenz auf Grund von Änderungen im Ra- tischen Resonators 10 hoher Stabilität in einem dius der Scheibe 12 stark herabgesetzt werden. Doppler-Radar 30 mit einer Anordnung 32 mit ne-

Die thermische Stabilität des Dielektrikums zwi- gativem Widerstand, beispielsweise einer »Gunn«- schen der Scheibe 12 und der Grundebene 20 kann Diode, einer »Impatt«-Diode oder einer Tunnelebenfalls verbessert werden, indem ein anderes Di- 25 Diode, um den elektromagnetischen Resonator bei elektrikuml8 zwischen dem Quarzsubstrat 14 und seiner Resonanzfrequenz anzuregen. Der Resonator der Grundebene 20 eingesetzt wird, welches eine 10 ist mit einem Richtungskoppler 34 verbunden, der Dielektrizitäts-Konstante aufweist, die entweder einen wiederum mit einem Anschluß eines Zirkulator 36 geringeren thermischen Koeffizienten oder einen ent- verbunden ist. Der zweite Anschluß des Zirkulator gegengesetzter Polarität (beispielsweise Luft) hat. 30 36 ist mit einer Antenne 38 und der dritte Anschluß Nimmt der Wert emes thermischen Koeffizienten bei durch den Richtungskoppler 34 mit dem Bandpaßzunehmender Temperatur ebenfalls zu, so spricht filter 42 verbunden. Das Bandpaßfilter 42 ist mit man von positiver Polarität; nimmt dieser Wert da- einem Detektor 44 verbunden, der wiederum an gegen bei runehmender Temperatur ab, so spricht einen Bildschirm 46 abschlössen ist Die Antenne man von negativer Polarität Falls ein Dielektrikum 35 38 strahlt ein Mikrowellensignal 48 aus Falls das mit emer Dielektrizitäts-Konstanten mit einem po- Signal 48 auf ein sich bewegendes Objekt 40 aufsiüven thermischen Koeffizienten mit einem solchen trifft wird ein Teil des Signals durch das sich bemit emem negativen thermischen Koeffizienten korn- wegende Objekt reflektiert und kehrt zur Antenne biniert wird, so kann die sich ergebende Kombina- 38 als Signal 50 zurück. Das Signal 50 ist in der Fretion derart bemessen werden, daß sie einen ther- 40 quenz von dem Signal 48 um einen Betrag versetzt, mischen Koeffizienten Null aufweist indem die er- welcher der Geschwindigkeit des sich bewegender forderliche Dicke jedes Dielektrikums ausgewählt Objektes 40 proportional ist (Dopplerverschicbung) wird. Das Herabsetzen des effektiven thermischen und gelangt dann durch den Zirkulator 36 in den Koeffizienten des Dielektrikums kann auch erreicht Richtungskoppler 34. Im Richtungskoppler 34 wird werden, indem zwischen dem Substrat 14 und einer 45 ein TeU des Signals vom Resonator 10 mit derselber Grundebene 20 ein Dielektrikum 18 eingesetzt wird, Frequenz wie das Signal 48 mit dem durch der dessen Dielektrikum einen kleineren thermischen Dopplereffekt verschobenen Signal 50 kombiniert Koeffizienten als das Substrat« hat, obwohl beide und das resultierende Zweiton-Signal gelangt durct Koeffizienten von der gleichen Polarität sind. Bei- das BandpaßfOter 42 und wird im Detektor 44 gespielsweise ist der betreffende thermische Koeffizient 50 mischt Der Ausgang des Detektors 44 ist gleich dei von Quarz +28ppm/C° und derjenige von Luft im Frequenzdifferenz zwischen den Signalen 48 und 50 wesentlichen NuU. Durch die Verwendung einer Diese Frequenzdifferenz kann verwendet werden rar Luftschicht mit emer Dicke, welche ungefähr gleich die Bildfläche 46 auszusteuern und die Geschwindigder Dicke des Substrates 14 für das Dielektrikum 18 keit des sich bewegenden Objektes 40 anzuzeigen ist kann der effektive thermische Koeffizient des ge- 55 oder sie dient als Überwachungssignal welches dit samten Dielektrikums zwischen der Scheibe 12 und Gegenwart eines sich bewegenden Objektes anzeigt der Grundebene 20 auf etwa 6ppm/C° herabgesetzt Der elektromagnetische Resonator hoher Stabüitä werden. Ein Resonator mit emer Frequenz von 10 GHz stellt sicher, daß die Frequenz eines Doppler-Radarwurde aus den vorgenannten Materialien gebaut und Satzes nicht in den Frequenzbereich emes anderer wies die folgenden Abmessungen auf, welche bei- 60 driftet und fehlerhafte Ablesungen ergibt und ei spielshalber wiedergegeben werden. Die Scheibe 12 wird ein hoher Grad an Meßgenauigkeit bezüglict ist 0,0127 mm (0,5 mil) dick, der Durchmesser be- der Geschwindigkeit erreicht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Metallschichten zwei Schichten dielektrischer Ma- Patentanspriiche: terialien mit entgegengesetzten Temperaturkoeffizienten des Dielektrikums eingebracht werden, so daß

1. Elektromagnetischer Resonator mit einer sich die Temperaturkoeffizienten kompensieren,
ersten metallischen Schicht, einer zweiten eine 5 Der gleiche Effekt kann gemäß britischer Patent-Grundplatte bildenden metallischen Schicht und schrift 598 817 erreicht werden, in welcher ein zueiner ersten dielektrischen Schicht, die mit der sammengesetzter Kondensator verwendet wird, der erster, metallischen Schicht starr verbunden ist, aus der Reihenschaltung zweier Einzelkondensatodadurch gekennzeichnet, daß die erste ren besteht, bei denen die sich bezüglich des Temdielektrische Schicht (14) einen kleineren, linea- io neratureinflusses kompensierenden Dielektrika durch ren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die metallische Schichten getrennt sind. Diese bekaanerste metallische Schicht (12) hat und eine zweite ten Kondensatoren sind jedoch lediglich bezüglich dielektrische Schicht (18) zwischen der ersten ihrer dielektrischen Eigenschaften temperaturstabilidielektrischen Schicht und der zweiten metalli- siert und sind nicht für den Einsatz in Resonatoren sehen Schicht angeordnet ist und einen thermi- 15 geeignet, bei denen es auch auf die thermische Formschen Koeffizienten der Dielektrizitäts-Konstan- Stabilität der das Schwingungsverhalten bestimmenten aufweist, der kleiner als oder von entgegen- den Schichten ankommt.

gesetzer Polarität wie derjenige der ersten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

dielektrischen Schicht ist. FrequenzstabUität eines elektromagnetischen Reso-

2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 nators in einfacher und wirksamer Weise zu erhöhen kennzeichnet, daß die erste dielektrische Schicht und hierzu sowohl die thermische Formstabilität als aus Quarz, die zweite dielektrische Schicht aus auch das Temperaturverhalten des Dielektrikums zu Luft und die erste metallische Schicht aus einer verbessern.

Metallscheibe besteht, die im Vakuum auf der Ausgehend von einem elektromagnetischen Re-

ersten dielektrischen Schicht abgelagert ist. 25 sonator der eingangs beschriebenen Gattung wird

3. Resonator nach Anspruch 2, dadurch ge- diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß kennzeichnet, daß er eine Bandleitungseinrich- die erste dielektrische Schicht einen kleineren, tung (22) zur Ein- und Auskopplung von Signa- linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als len gegenüber dem Resonator aufweist. die erste metallische Schicht hat und eine zweite

4. Verwendung eines Resonators nach An- 30 dielektrische Schicht neben der ersten dielektrischen spruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schicht und der zweiten metallischen Schicht ange-Resonator Teil eines Mikrowellen-Empfängers ordnet ist und einen thermischen Koeffizienten der (30) ist, der Resonator mit einer Einrichtung mit Dielektrizitäts-Konstanten aufweist, der kleiner als negativem Widerstand (32) und einem Richtungs- oder von entgegengesetzter Polarität wie derjenige koppler (34) verbunden ist, der Richtungskopp- 35 der ersten dielektrischen Schicht ist. Durch die erler mit einem Zirkulator (36), ein Detektor (44) findungsgemäße Kombination und Verbindung memit dem Richtungskoppler durch ein Bandpaß- tallischer und dielektrischer in ihren Temperaturverfilter (42) und eine Ausgangseinrichtung (46) mit halten aufeinander abgestimmten Schichten wird erdem Detektor verbunden sind. reicht, daß auch bei veränderlichen Temperaturein-

40 flüssen die Geometrie der ersten metallischen Schicht im wesentlichen erhalten bleibt, da diese mechanisch mit der dielektrischen Schicht mit einem geringen

thermischen Ausdehnungskoeffizienten verbunden

ist, und daß andererseits die thermische Abhängig-

45 keit der dielektrischen Eigenschaften dieser mit der

metallischen Schicht verbundenen dielektrischen

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schicht durch eine weitere dielektrische Schicht weit-Resonator mit einer ersten metallischen Schicht, gehend stabilisiert wird. Der effektive lineare thereiner zweiten eine Grundplatte bildenden metalli- mische Ausdehnungskoeffizient der ersten metallischen Schicht und einer ersten dielektrischen Schicht, 50 sehen Schicht oder Scheibe ist somit gleich demdie mit der ersten metallischen Schicht starr verbun- jenigen des mit dieser verbundenen Dielektrikums, den ist. Änderungen in der Resonanzfrequenz auf Grund von Ein elektromagnetischer Resonator kann aufge- Änderungen des Radius der Scheibe werden somit baut werden, indem ein Leiter parallel zu und iso- herabgesetzt.

liert von einer Grundebene angeordnet wird. Falls 55 Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsdieser Leiter die Form einer Scheibe hat, wird die formen der Erfindung an Hand der Zeichnungen erResonanzfrequenz der Anordnung durch den Radius läutert. Es zeigt

der Scheibe und die Dielektrizitäts-Konstante des Fig. 1 perspektivisch eine Schnittansicht eines

Materials zwischen der Scheibe und der Grund- elektromagnetischen Resonators nach der Erfindung,

ebene bestimmt. 60 F i g. 2 bis 4 zwei Schnittansichten anderer Aus-

Die Resonanzfrequenz derartiger Anordnungen führungsformen eines erfindungsgemäßen Resona-

kann durch TemperaUiränderungen beeinträchtigt tors,

werden, welche die Dielektrizitäts-Konstante des Ma- F i g. 5 die Verwendung eines elektromagnetischen

terials und damit die wirksame Kapazität ver- Resonators in einem Doppler-Radar,

ändern. 65 Gemäß Fig. 1 ist ein elektromagnetischer Reso-

Aus USA.-Patentschrift 2 156 056 ist es bekannt, nator 10 in einer Metallschicht oder Scheibe 12 ent-

das Dielektrikum eines Kondensators hinsichtlich der halten, welche mit einer dielektrischen Schicht oder

Temperatur zu stabilisieren, indem zwischen die einem Substrat 14 verbunden ist, das auf einer Me-