DE69319382T2

DE69319382T2 - Zweifachmodus Streifenleitungsringresonator und Bandpassfilter mit solchen Resonatoren

Info

Publication number: DE69319382T2
Application number: DE69319382T
Authority: DE
Inventors: Munenori Miyamatsu-Ryo 14587-1 Sadowara-Cho Miyazaki-Gun Miyazaki-Ken Fujimura; Makoto Setagaya-Ku Tokyo Hasegawa; Mitsuo Asahi-Ku Yokohama Makimoto; Kazuaki Miyamae-Ku Kawasaki Takahashi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2013-04-30
Also published as: DE69332249D1; EP0730318A3; EP0571777B1; EP0730318A2; EP0731521A1; EP0730318B1; US5369383A; US5623238A; DE69319382D1; DE69332250T2; US5703546A; US5497131A; EP0731521B1; EP0571777A1; DE69332249T2; DE69332250D1

Description

1. ERFINDUNGSGEBIET:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Streifenleitungsringresonator, der zum Anregen von Wellen in zwei verschiedenen Moden (Zweifachmodus) in Frequenzbändern im Bereich von einem UHF-Band (Ultra High Frequency) bis zu einem SHF-Band (Super High Frequency) verwendet wird, und auf ein aus einer Reihe von Resonatoren aufgebautes Bandpaßfilter, das als Übertragungs- oder Meßausrüstung verwendet wird.

2. BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK:

Im allgemeinen werden Halbwellen-Streifenleitungsringresonatoren vom Typ mit offenem Ende zum Anregen von Mikrowellen im Bereich des UHF-Bands bis zum SHF-Band verwendet. Auch wurde ein Ganzwellen-Streifenleitungsringresonator vor kurzem bekannt. Bei dem Ganzwellen-Streifenleitungsringresonator ist kein offenes Ende zum Reflektieren der Mikrowellen erforderlich, da die elektrische Länge des Streifenleitungsringresonators einer Wellenlänge der Mikrowellen entspricht. Daher werden die Mikrowellen effizient angeregt, da die elektrische Energie der angeregten Mikrowellen nicht an dem offenen Ende verlorengeht.
Darüber hinaus ist bei einem aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Streifenleitungsringresonatoren gebildeten Bandpaßfilter ein als zweistufiges Filter dienender Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator erforderlich, um die Mikrowellen in dem Bandpaßfilter wirksam zu filtern.

2-1. BISHER VORGESCHLAGENER STAND DER TECHNIK:

Es folgt eine Beschreibung eines ersten bekannten Resonators.
Fig. 1A zeigt eine Draufsicht auf einen Ganzwellen-Streifenleitungsringresonator, bei dem kein offenes Ende vorgesehen ist. Fig. 1B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie I-I gemäß Fig. 1A. Jeder Bestandteil des in Fig. 1A gezeigten Ringresonators ist in Fig. 1B dargestellt.
Gemäß Fig. 1A umfaßt ein üblicherweise verwendeter Ganzwellen-Streifenleitungsringresonator 11 eine Eingangsstreifenleitung 12, über die Mikrowellen übertragen werden, eine geschlossene ringförmige Streifenleitung 13, in der die von der Eingangsstreifenleitung 12 übertragenen Mikrowellen zur Resonanz angeregt werden, und eine Ausgangsstreifenleitung 14, zu der die in dem Streifenleitungsring 13 angeregten Mikrowellen übertragen werden.
Gemäß Fig. 1B bestehen die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitungen 12, 14 und die ringförmige Streifenleitung 13 jeweils aus einer leitenden Streifenplatte 15, einem die leitende Streifenplatte 15 umgebenden dielektrischen Substrat 16 und einem Paar leitender Substrate 17a, 17b, zwischen denen sich das dielektrische Substrat 16 befindet.
Die ringförmige Streifenleitung 13 weist eine einer Wellenlänge der Mikrowellen entsprechende elektrische Länge auf. Die elektrische Länge der ringförmigen Streifenleitung 13 wird durch Korrigieren einer physikalischen Länge der ringförmigen Streifenleitung 13 anhand einer relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r des dielektrischen Substrats 16 bestimmt.
Die Eingangsstreifenleitung 12 ist an einer Seite des Streifenrings 13 angeordnet und mit der ringförmigen Streifenleitung 13 über eine kapazitive Kopplung gekoppelt. D. h., bei der Übertragung der Mikrowellen über die Eingangsstreifenleitung 12 wird ein elektrisches Feld in einem Zwischenraum zwischen der Eingangsstreifenleitung 12 und der ringförmigen Streifenleitung 13 induziert. Daher wird auch die Stärke des elektrischen Felds in der ringförmigen Streifenleitung 13 an einem neben der Eingangsstreifenleitung 12 befindlichen Kopplungspunkt P1 auf einen Maximalwert erhöht.
Die Ausgangsstreifenleitung 14 ist an einer gegenüberliegenden Seite des Streifenrings 13 angeordnet. Mit anderen Worten, die Ausgangsstreifenleitung 14 ist um eine elektrische Länge von 180 Grad (einer Halbwellenlänge der Mikrowellen) von der Eingangsstreifenleitung 12 beabstandet. In diesem Fall ist die Stärke des elektrischen Felds in der ringförmigen Streifenleitung 13 an einem neben der Ausgangsstreifenleitung 14 befindlichen Kopplungspunkt P2 maximiert, da die Ausgangsstreifenleitung 14 in ihrer elektrischen Länge um 180 Grad von der Eingangsstreifenleitung 12 beabstandet ist. Daher ist die Ausgangsstreifenleitung 14 mit der ringförmigen Streifenleitung 13 in einer kapazitiven Kopplung elektrisch gekoppelt.
Bei dem vorgenannten Aufbau wird durch die Mikrowellen ein elektrisches Feld in einem Lückenabschnitt zwischen der Eingangsstreifenleitung 12 und dem ringförmigen Streifenleiter 13 induziert, wenn Mikrowellen über die Eingangsstreifenleitung 12 übertragen werden. Daher wird die Stärke des elektrischen Felds in dem ringförmigen Streifenleiter 13 an dem neben der Eingangsstreifenleitung 12 befindlichen Kopplungspunkt P1 maximiert. Daher breitet sich das an dem Kopplungspunkt P1 induzierte elektrische Feld als Wanderwellen in der ringförmigen Streifenleitung 13 aus. Mit anderen Worten werden die Mikrowellen von der Eingangsstreifenleitung 12 zu der ringförmigen Streifenleitung 13 übertragen. In diesem Fall wird ein Teil der Wanderwellen im Uhrzeigersinn und ein verbleibender Teil der Wanderwellen im Gegenuhrzeigersinn übertragen. Falls die Wellenlänge der Mikrowellen der elektrischen Länge des ringförmigen Streifenleiters 13 entspricht, werden die Mikrowellen in dem ringförmigen Streifenleiter 13 zur Resonanz angeregt. Daher wird die Intensität der Mikrowellen in dem ringförmigen Streifenleiter 13 verstärkt.
Danach wird die Stärke des elektrischen Felds in dem ringförmigen Streifenleiter 13 an dem neben der Ausgangsstreifenleitung 14 befindlichen Kopplungspunkt P2 maximiert, da die Ausgangsstreifenleitung 14 um eine elektrische Länge von 180 Grad von der Eingangsstreifenleitung 12 beabstandet ist. Daher wird ein elektrische Feld an einem Zwischenraum zwischen der ringförmigen Streifenleitung 13 und der Ausgangsstreifenleitung 14 induziert. Als Resultat werden die in dem ringförmigen Streifenleiter 13 angeregten Mikrowellen zu der Ausgangsstreifenleitung 14 übertragen.
Dementsprechend arbeitet der Streifenleitungsringresonator 11 als Resonator für die Mikrowellen.
In diesem Fall können die Mikrowellen in dem Streifenring 13 auch dann angeregt werden, wenn die elektrische Länge der ringförmigen Streifenleitung ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der Mikrowellen beträgt.
Der Streifenleitungsringresonator 11 wird häufig zum Schätzen des dielektrischen Substrats 16 verwendet, da eine Resonanzfrequenz (oder eine Mittenfrequenz) der Mikrowellen entsprechend einer physikalischen Form des dielektrischen Substrats 16 und der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r des dielektrischen Substrats 16 verschoben wird.
Der Streifenleitungsringresonator 11 ist im einzelnen in der Literatur "Resonant Microstrip Ring Aid Dielectric Material Testing", Microwaves & RF, Seiten 95-102, April 1991 beschrieben.

2-2. WEITERER BISHER VORGESCHLAGENER STAND DER TECHNIK:

Es folgt eine Beschreibung eines zweiten bekannten Resonators.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator, der als zweistufiges Filter dient.
Gemäß Fig. 2 umfaßt ein üblicherweise verwendeter Zweifachmodus-Streifenleiterringresonator 21 eine Eingangsstreifenleitung 22, über die Mikrowellen übertragen werden, einen Ganzwellen-Streifenring 23, der mit der Eingangsstreifenleitung 22 in einer kapazitiven Kopplung elektrisch gekoppelt ist, und eine Ausgangsstreifenleitung 24, die mit dem Streifenring 23 in einer kapazitiven Kopplung elektrisch gekoppelt ist.
Die Eingangsstreifenleitung 22 ist über einen Spaltkondensator 25 mit dem Streifenring 23 gekoppelt, und die Ausgangsstreifenleitung 24 ist über einen Spaltkondensator 26 mit dem Streifenring 23 gekoppelt. Darüber hinaus ist die Ausgangsstreifenleitung 24 in einer elektrischen Länge von 90 Grad (oder einer Viertelwellenlänge der Mikrowellen) von der Eingangsstreifenleitung 22 beabstandet.
Der Streifenring 23 weist eine Stichleitung 27 mit offenem Ende auf, in der die Mikrowellen reflektiert werden. Die Stichleitung 27 mit offenem Ende ist um eine elektrische Länge von 135 Grad (oder einer 3/8-wellenlänge der Mikrowellen) von der Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 22, 24 beabstandet.
Bei dem vorgenannten Aufbau wird die Funktion des Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonators 21 qualitativ anhand eines Wanderwellenkonzepts beschrieben.
Werden Wanderwellen über die Eingangsstreifenleitung 22 übertragen, so wird ein elektrisches Feld in dem Spaltkondensator 25 induziert. Daher ist die Eingangsstreifenleitung 22 mit dem Streifenring 23 in einer kapazitiven Kopplung gekoppelt, so daß ein elektrisches Feld hoher Stärke an einem neben der Eingangsstreifenleitung 22 befindlichen Punkt P3 des Streifenrings 23 induziert wird. D. h., die Wanderwellen werden zu dem Kopplungspunkt P3 des Streifenrings 23 übertragen. Danach zirkulieren die Wanderwellen in dem Streifenring 23, um das in den Streifenring 23 stark induzierte elektrische Feld auszubreiten. In diesem Fall wird ein Teil der Wanderwellen im Uhrzeigersinn und ein verbleibender Teil der Wanderwellen im Gegenuhrzeigersinn übertragen.
Zunächst wird eine Wirkungsweise der im Gegenuhrzeigersinn übertragenen Wanderwellen beschrieben.
Erreichen die im Gegenuhrzeigersinn übertragenen Wanderwellen einen neben der Ausgangsleitung 24 befindlichen Kopplungspunkt P4 des Streifenrings 23, so ist die Phase der Wanderwellen um 90 Grad verschoben. Daher ist die Stärke des elektrischen Felds an dem Kopplungspunkt P4 minimiert. Dementsprechend ist die Ausgangsstreifenleitung 24 nicht mit dem Streifenring 23 gekoppelt, so daß die Wanderwellen nicht zu der Ausgangsstreifenleitung 24 übertragen werden.
Erreichen die Wanderwellen danach die Stichleitung 27 mit offenen Ende, so ist die Phase der Wanderwelle im Vergleich zur Phase der dem Kopplungspunkt P4 erreichenden Wanderwelle um weitere 135 Grad verschoben. Da die Stichleitung 27 mit offenem Ende einem unterbrochenen Abschnitt des Streifenrings 23 entspricht, wird ein Teil der Wanderwellen an der Stichleitung 27 mit offenem Ende reflektiert, um reflektierte Wellen zu bilden, und ein verbleibender Teil der Wanderwellen wird nicht an der Stichleitung 27 mit offenem Ende reflektiert, um nicht-reflektierte Wellen zu bilden.
Die nicht-reflektierten Wellen werden zu dem Kopplungspunkt P3 übertragen. In diesem Fall wird die Stärke des elektrischen Felds an dem Kopplungspunkt P3 maximiert, da die Phase der zu dem Kopplungspunkt P3 übertragenen nicht-reflektierten Wellen im Vergleich zu der der von der Eingangsstreifenleitung 22 zu dem Kopplungspunkt P3 übertragenen Wanderwellen um insgesamt 360 Grad verschoben ist. Daher ist die Eingangsstreifenleitung 22 mit dem Streifenring 23 gekoppelt, so daß ein Teil der nicht-reflektierten Wellen zu der Eingangsstreifenleitung 22 zurückkehrt. Ein verbleibender Teil der nichtreflektierten Wellen zirkuliert wiederum im Gegenuhrzeigersinn, so daß die zu dem Streifenring 23 übertragenen Mikrowellen angeregt werden.
Im Gegensatz dazu kehren die reflektierten Wellen zu dem Kopplungspunkt P4 zurück. In diesem Fall ist die Phase der reflektierten Wellen an dem Punkt P4 im Vergleich zu den reflektierten Wellen an der Stichleitung 27 mit offenem Ende um weitere 135 Grad verschoben. D. h., die Phase der reflektierten Welle ist an dem Punkt P4 im Vergleich zu der der von der Eingangsstreifenleitung 22 zu dem Kopplungspunkt P3 übertragenen Wanderwellen um insgesamt 360 Grad verschoben. Daher ist die Stärke des elektrischen Felds an dem Kopplungspunkt P4 maximiert, so daß die Ausgangsstreifenleitung 24 mit dem Streifenring 23 gekoppelt ist. Als Resultat wird ein Teil der reflektierten Welle zu der Ausgangsstreifenleitung 24 übertragen. Ein verbleibender Teil der reflektierten Welle zirkuliert wiederum im Uhrzeigersinn, so daß die zu dem Streifenring 23 übertragenen Mikrowellen angeregt wird.
Als nächstes werden die im Uhrzeigersinn übertragenen Wanderwellen beschrieben.
Ein Teil der im Uhrzeigersinn übertragenen Wanderwellen wird an der Stichleitung 27 mit offenem Ende reflektiert, um reflektierte Wellen zu bilden, wobei sich die Phase der Wanderwellen um 135 Grad verschiebt. Aus einem verbleibenden Teil der Wanderwellen gebildete nicht-reflektierte Wellen erreichen den Kopplungspunkt P4. Die Phase der nicht-reflektierten Wellen verschiebt sich um insgesamt 270 Grad, so daß die Stärke des durch die nicht-reflektierten Wellen induzierten elektrischen Felds minimiert wird. Daher werden die nichtreflektierten Wellen nicht zu der Ausgangsstreifenleitung 24 übertragen. D. h., ein Teil der nicht-reflektierten Wellen wird in gleicher Weise von dem Kopplungspunkt P3 zu der Eingangsstreifenleitung 22 übertragen, und ein verbleibender Teil der nicht-reflektierten Wellen zirkuliert wiederum im Uhrzeigersinn, so daß die zu dem Streifenring 23 übertragene Mikrowelle angeregt wird.
Dagegen kehren die reflektierten Wellen zu dem Kopplungspunkt P3 zurück. In diesem Fall wird die Stärke des durch die re flektierten Wellen induzierten elektrischen Felds minimiert, da die Phase der reflektierten Wellen an dem Kopplungspunkt P3 um insgesamt 270 Grad verschoben ist, so daß die reflektierten Wellen nicht zu der Eingangsstreifenleitung 22 übertragen werden. Daher erreichen die reflektierten Wellen den Kopplungspunkt P4. In diesem Fall wird die Stärke des durch die reflektierten Wellen induzierten elektrischen Felds maximiert, da die Phase der reflektierten Wellen an dem Kopplungspunkt P4 um insgesamt 360 Grad verschoben ist. Daher wird ein Teil der reflektierten Wellen zu der Ausgangsstreifenleitung 24 übertragen, und ein verbleibender Teil der reflektierten Wellen zirkuliert wiederum im Gegenuhrzeigersinn, so daß die zu dem Streifenring 23 übertragenen Mikrowellen angeregt werden.
Dementsprechend arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 21 als Resonator und Filter, da die Mikrowellen unter der Bedingung, daß eine Wellenlänge der Mikrowellen der elektrischen Länge des Streifenrings 23 entspricht, in dem Streifenring 23 zur Resonanz angeregt werden.
Darüber hinaus werden die von der Eingangsstreifenleitung 22 übertragenen Mikrowellen zunächst in dem Streifenleitungsringresonator 23 als nicht-reflektierte Wellen übertragen, und die Mikrowellen werden nochmals in dem Streifenleitungsringresonator 23 als die im Vergleich zu den nicht-reflektierten Wellen um 90 Grad verschobenen reflektierten Wellen übertragen. Mit anderen Worten koexistieren zwei durch die nichtreflektierten Wellen und die reflektierten Wellen gebildete orthogonale Moden unabhängig in dem Streifenleitungsringresonator 23. Daher arbeitet das Zweifachmodus-Streifenleitungsfilter 21 als Zweifachmodusfilter. D. h., die Funktion des Zweifachmodus-Streifenleitungsfilters 21 entspricht einem Paar seriell angeordneter Einfachmodusfilter.
Darüber hinaus ändert sich das Intensitätsverhältnis zwischen den reflektierten Wellen und den nicht-reflektierten Wellen proportional zur Länge der in radialer Richtung des Streifenleitungsringresonators 23 projizierten Stichleitung 27 mit offenem Ende. Daher kann die Intensität der zu der Ausgangsstreifenleitung 24 übertragenen reflektierten Mikrowellen durch Trimmen der Stichleitung 27 mit offenem Ende eingestellt werden.
Der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 21 wird von J. A. Curtis "International Microwave Symposium Digest", IEEE, Seiten 443-446 (N-1), 1991 vorgeschlagen.

2-3. DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM:

Der Streifenleitungsresonator 11 weist allerdings viele Nachteile auf. D. h., die Herstellung eines Streifenleitungsringresonators 11 mit geringen Abmessungen ist problematisch, da ein von der ringförmigen Streifenleitung 13 umgebener Mittelabschnitt einen toten Raum darstellt. Darüber hinaus kann die elektrische Länge des ringförmigen Streifenleiters 13 nach der Herstellung des ringförmigen Streifenleiters 13 entsprechend feinem Fotoätzprozeß oder dergleichen nicht genau eingestellt werden. In diesem Fall ist die Resonanzfrequenz der Mikrowellen von der elektrischen Länge der ringförmigen Streifenleitung 13 abhängig. Daher ist die Resonanzfrequenz der Mikrowellen nicht genau einstellbar. Darüber hinaus ist es problematisch, die ringförmigen Streifenleiter 13 im Falle einer Reihenschaltung einer Vielzahl von Streifenleitungsringresonatoren 11 zur Bildung eines Bandpaßfilters miteinander zu koppeln, da die ringförmigen Streifenleitungen 13 gekrümmt sind.
Auch der Streifenleitungsringresonator 21 weist viele Nachteile auf. D. h., eine Mittenfrequenz der in dem Streifenleitungsringresonator 21 gefilterten Mikrowellen ist nicht genau einstellbar, da die Mittenfrequenz der Mikrowellen von der sich in einer Umfangsrichtung des Streifenrings 23 erstreckenden Breite der Stichleitung 27 mit offenem Ende abhängig ist. Daher stimmt die hergestellte Mittenfrequenz der Mikrowellen häufig nicht mit einer Entwurfs-Mittenfrequenz überein. Als Resultat wird der Ertrag des Streifenleitungsringresonators 21 herabgesetzt.
Darüber hinaus kann die Resonanzbreite nicht vergrößert werden, da eine Resonanzbreite (oder eine Gesamtbreite bei halben Maximum, Halbwertsbreite) lediglich durch Trimmen der Länge der Stichleitung 27 mit offenem Ende eingestellt werden kann. Mit anderen Worten verschiebt sich die Phase der die Ausgangsstreifenleitung 24 erreichenden reflektierten Wellen in unerwünschter Weise, falls die Breite der Stichleitung 27 mit offenem Ende in der Umfangsrichtung zum Vergrößern der Resonanzbreite verbreitert wird. Als Resultat wird die Intensität der zu der Ausgangsstreifenleitung 24 übertragenen Mikrowellen bei der Mittenfrequenz der angeregten Mikrowellen verringert. Dementsprechend ist das Filter auf ein Schmalbandfilter beschränkt, falls eine Vielzahl von Streifenleitungsringresonatoren 21 zur Bildung eines Bandpaßfilters in Reihe geschaltet werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter angemessener Berücksichtigung der Nachteile eines solchen bekannten Streifenleitungsringresonators, einen Zweifachmodus- Streifenleitungsschleifenresonator bereitzustellen, bei dem die Mittenfrequenz der Mikrowelle genau eingestellt und die Resonanzbreite verbreitert ist, und ein aus den Resonatoren aufgebautes Bandpaßfilter.
Darüber hinaus besteht eine zweite Aufgabe darin, einen Zweifachmodus-Streifenleitungsschleifenresonator mit geringer Abmessung bereitzustellen, bei dem die Resonanzfrequenz auf einfache Weise und genau einstellbar und die Resonanzbreite schmal ist, und ein aus den Resonatoren aufgebautes Bandpaßfilter.
Die vorgenannten Aufgaben werden durch Bereitstellen eines Streifenleitungsringresonators gemäß Patentanspruch 1 und eines Bandpaßfilters gemäß Patentanspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN

Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A eine Draufsicht auf einen bekannten Ganzwellen- Streifenleitungsringresonator ohne offenes Ende;
Fig. 1B eine Schnittansicht entlang der Linie I-I gemäß Fig. 1A;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen bekannten Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator als zweistufiges Filter;
Fig. 3A eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines ersten Konzepts;
Fig. 3B eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der Linie III-III gemäß Fig. 3A entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3C eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der Linie III-III gemäß Fig. 3A entsprechend einer Abwandlung des ersten Konzepts;
Fig. 4 Frequenzcharakteristiken der in dem in Fig. 3 gezeigten Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gefilterten Mikrowellen;
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Konzepts;
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des ersten Konzepts;
Fig. 7 Frequenzcharakteristiken der in dem in Fig. 6 gezeigten Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator angeregten Mikrowellen;
Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Bandpaßfilter, bei dem zwei in Fig. 3 gezeigte Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonatoren seriell angeordnet sind, entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel des ersten Konzepts;
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines zweiten Konzepts;
Fig. 10A zeigt eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der Linie X-X gemäß Fig. 9;
Fig. 10B eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der Linie X-X gemäß Fig. 9 entsprechend einer Abwandlung des zweiten Konzepts;
Fig. 11 eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des zweiten Konzepts;
Fig. 12 eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des zweiten Konzepts;
Fig. 13 eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des zweiten Konzepts;
Fig. 14 eine Draufsicht auf ein Bandpaßfilter, bei dem drei in Fig. 9 gezeigte Zweifachmodus-Streifenleitungsringresona toren seriell angeordnet sind, gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel des zweiten Konzepts.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele eines Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonators bzw. eines Streifenleitungsringresonators, der eine Mikrowelle in zwei verschiedenen Moden anregt, und eines aus den Resonatoren aufgebauten Bandpaßfilters gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Fig. 3A zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines ersten Konzepts. Fig. 3B zeigt eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der Linie III-III gemäß Fig. 3A.
Gemäß Fig. 3A umfaßt ein Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 31 einen Eingangsstreifenleitung 32, über die Mikrowellen übertragen werden, eine schleifenförmige Streifenleitung 33 mit gleichmäßiger Leitungsimpedanz, in der die von der Eingangsstreifenleitung 32 übertragenen Mikrowellen zur Resonanz angeregt werden, eine Ausgangsstreifenleitung 34, zu der die in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 angeregten Mikrowellen übertragen werden, einen Eingangskoppelkondensator 35 zum Koppeln der Eingangsstreifenleitung 32 mit der schleifenförmigen Streifenleitung 33 in einer kapazitiven Kopplung, um die Mikrowellen von der Eingangsstreifenleitung 32 zu der schleifenförmigen Streifenleitung 33 zu Übertragen, und einen Ausgangskoppelkondensator 36 zum Koppeln der schleifenförmigen Streifenleitung 33 mit der Ausgangsstreifenleitung 34 in einer kapazitiven Kopplung, um die Mikrowellen von der schleifenförmigen Streifenleitung 33 zu der Ausgangsstreifenleitung 34 zu Übertragen.
Gemäß Fig. 3B umfaßt die schleifenförmige Streifenleitung 33 eine leitende Streifenplatte 37, ein die leitende Streifen platte 37 umgebendes dielektrisches Substrat 38 mit einer relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r und ein Paar leitender Substrate 39a, 39b, zwischen denen sich das dielektrische Substrat 38 befindet. Daher wird ein elektromagnetisches Feld bei der Übertragung der Mikrowellen durch die schleifenförmige Streifenleitung 33 in dem dielektrischen Substrat 38 zwischen der leitenden Streifenplatte 37 und den leitenden Substraten 39a, 39b induziert. D. h., die schleifenförmige Streifenleitung 33 ist als symmetrische Streifenleitung ausgebildet.
Auch die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitungen 32, 34 bestehen aus der leitenden Streifenplatte 37, dem dielektrischen Substrat 38 und den leitenden Substraten 39a, 39b in derselben Weise wie die schleifenförmige Streifenleitung 33.
Das erste Konzept ist nicht auf die symmetrische Streifenleitung beschränkt. D. h., die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 32, 34 und die schleifenförmige Streifenleitung 33 können jeweils aus einer in Fig. 3C gezeigten Mikrostrip-Leitung gebildet sein. Gemäß Fig. 3C umfaßt jede der Streifenleitungen 32, 33 und 34 eine leitende Streifenplatte 37m, ein die leitende Streifenplatte 37m tragendes dielektrisches Substrat 38m und ein das dielektrische Substrat 38m tragendes leitendes Substrat 39 m.
Eine elektrische Länge der schleifenförmigen Streifenleitung 33 entspricht einer Resonanzwellenlänge λ&sub0;, und die elektrische Länge der schleifenförmigen Streifenleitung 33 wird durch Korrektur einer physikalischen Länge der schleifenförmigen Streifenleitung 33 anhand der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r des dielektrischen Substrats 38 korrigiert. In dieser Beschreibung, wird die der Resonanzwellenlänge λ&sub0; entsprechende Länge der schleifenförmigen Streifenleitung 33 aus Einfachheitsgründen als elektrische Länge von 360 Grad bezeichnet, da die Mikrowellen in der Streifenleitung 33 angeregt werden, falls die Mikrowellen eine der Resonanzwellenlänge λ&sub0; entsprechende Resonanzwinkelgeschwindigkeit ω&sub0; aufweisen.
Die schleifenförmige Streifenleitung 33 weist ein Paar geradliniger, zueinander parallel angeordneter Streifenleitungen 33a, 33b auf. Darüber hinaus weist die schleifenförmige Streifenleitung 33 eine Breite W und eine Höhe H auf. Die geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b sind durch einen Abstand S voneinander beabstandet. Daher sind die geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b miteinander in einer elektromagnetischen Kopplung entsprechend einer relativen Breite W/H und einem relativen Abstand S/H miteinander gekoppelt. Mit anderen Worten beeinflussen sich ein durch die über die geradlinige Streifenleitung 33a übertragenen Mikrowellen induziertes erstes elektromagnetisches Feld und ein durch die über die geradlinige Streifenleitung 33b übertragenen Mikrowellen induziertes zweites elektromagnetisches Feld gegenseitig. Dementsprechend unterscheidet sich der Wellenwiderstand der schleifenförmigen Streifenleitung 33 von dem einer ringförmigen Streifenleitung, bei der keine parallel angeordneten geradlinigen Streifenleitungen vorhanden sind.
Der Eingangs- und Ausgangskoppelkondensator 35, 36 werden jeweils aus einem Plattenkondensator mit einer konzentrierten Kapazität von Cc gebildet. Ein Ende des Eingangskoppelkondensators 35 ist mit einem Eingangspunkt A der geradlinigen Streifenleitung 33a verbunden und ein Ende des Ausgangskoppelkondensators 36 mit einem Ausgangspunkt B der geradlinigen Streifenleitung 33b. Der Ausgangspunkt B ist in einer elektrischen Länge von 90 Grad (oder einer Viertelwellenlänge der Mikrowellen) von dem Eingangspunkt A entfernt, wobei der Eingangs- und Ausgangspunkt A, B bezüglich einer zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b befindlichen Mittellinie M zueinander symmetrisch angeordnet sind.
Bei dem vorgenannten Aufbau wird ein elektrisches Feld in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 neben der Eingangsstreifenleitung 32 stark und lokal induziert, wenn Mikrowellen mit verschiedenen Wellenlängen in der Nähe der Resonanzwellenlänge λ&sub0; über die Eingangsstreifenleitung 32 übertragen werden, da ein konzentriertes elektrisches Feld durch die Mikrowellen in dem Eingangskoppelkondensator 35 induziert wird. Daher werden die Mikrowellen in der Eingangsstreifenleitung 32 zu der Streifenleitung 33 übertragen.
Danach werden die Mikrowellen zum Verteilen des lokal induzierten elektrischen Felds in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn über die Streifenleitung 33 mit der gleichmäßigen Leitungsimpedanz übertragen. In diesem Fall wird ein Teil der Mikrowellen in den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b reflektiert, um reflektierte Wellen zu bilden, da die geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b der Streifenleitung 33 in der elektromagnetischen Kopplung miteinander gekoppelt sind. Die reflektierten Wellen zirkulieren in der Streifenleitung 33 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn. Falls die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt, werden die Mikrowellen entsprechend dem Wellenwiderstand der Streifenleitung 33 zur Resonanz angeregt. Der Wellenwiderstand der Streifenleitung wird entsprechend der gleichmäßigen Leitungsimpedanz der Streifenleitung 33 und der elektromagnetischen Kopplung zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b der Streifenleitung 33 bestimmt. Stimmt die Wellenlänge der Mikrowellen dagegen nicht mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; überein, so verschwinden die Mikrowellen in der Streifenleitung 33 bzw. werden ausgelöscht. Die Resonanzwellenlänge λ&sub0; wird durch die elektrische Länge der Streifenleitung 33 selbst bestimmt.
In diesem Fall wird eine Resonanzbreite (oder eine Gesamtbreite bei, halben Maximum, Halbwertsbreite) der in der Streifenleitung 33 angeregten Mikrowellen durch Verändern des Kopplungsgrads zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b eingestellt. Der Kopplungsgrad ist von der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r des dielektrischen Substrats 38, der relativen Breite W/H und dem relativen Abstand S/H abhängig.
Danach wird die Stärke des elektrischen Felds in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 neben der Ausgangsstreifenlei tung 34 durch die reflektierten Wellen maximiert. Daher werden die Mikrowellen in der Streifenleitung 33 zu der Ausgangsstreifenleitung 34 übertragen, da die Streifenleitung 33 mit der Ausgangsstreifenleitung 34 entsprechend der kapazitiven Kopplung gekoppelt ist.
Dementsprechend arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsschleifenresonator 31 als Resonator und Filter, da die Mikrowellen unter der Bedingung, daß die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt, in der Streifenleitung 33 zur Resonanz angeregt werden.
Darüber hinaus werden die von der Eingangsstreifenleitung 32 übertragenen Mikrowellen anfangs als nicht-reflektierte Wellen in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 übertragen, und die Mikrowellen werden in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 nochmals als die gegenüber den nicht-reflektierten Wellen um 90 Grad verschobenen reflektierten Wellen in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 übertragen. Mit anderen Worten koexistieren zwei aus den nicht-reflektierten Wellen und den reflektierten Wellen gebildete orthogonale Moden unabhängig in dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 31. Daher arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 31 als zweistufiges Filter in gleicher Weise wie der bekannte Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 21.
Es folgt eine Beschreibung der Frequenzcharakteristiken der in der Streifenleitung 33 gefilterten Mikrowellen, um ein Verhältnis zwischen der Resonanzbreite der in der Streifenleitung 33 angeregten Mikrowellen und dem relativen Abstand S/H aufzuzeigen.
Fig. 4 zeigt Frequenzcharakteristiken der in dem in Fig. 3 gezeigten Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 31 gefilterten Mikrowellen.
Gemäß Fig. 4 ändert sich die Intensität der in dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 31 gefilterten Mikrowel len in Abhängigkeit einer Frequenz F (GHz) der Mikrowellen. Darüber hinaus ändert sich die Resonanzbreite Δω der Mikrowellen in Abhängigkeit der Form des Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonators 31 und der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r des dielektrischen Substrats 38. Die Form wird durch den relativen Abstand S/H und die relative Breite W/H spezifiziert.
Im Falle einer relativen Dielektrizitätskonstanten &epsi;r = 10 und einer relativen Breite W/H = 1,0 ist die Mittenfrequenz ω&sub0; (oder eine der Resonanzwellenlänge λ&sub0; entsprechende Resonanzfrequenz ω&sub0;) der Mikrowellen auf 2 GHz festgelegt. Darüber hinaus wird die Resonanzbreite Δω der Mikrowellen proportional zur Verringerung des relativen Abstands S/H verkleinert.
Beispielsweise reicht eine durch ein Verhältnis zwischen der Resonanzbreite Δω und der Mittenfrequenz ωo definierte relative Bandbreite Δω/Δ&sub0; von 0,02 bis 0,1, wenn der relative Abstand S/H von S/H = 5 bis S/H = 1 geändert wird.
Dementsprechend kann die Resonanzbreite Δω der Mikrowellen in geeigneter Weise durch Ändern der durch den relativen Abstand S/H und die relative Breite W/H spezifizierten Form des Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonators 31 eingestellt werden.
Es folgt eine Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels des ersten Konzepts der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Konzepts.
Gemäß Fig. 5 umfaßt ein Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 51 die Eingangsstreifenleitung 32, eine rechteckförmige Streifenleitung 52, in der die von der Eingangsstreifenleitung 32 übertragenen Mikrowellen zur Resonanz angeregt werden, die Ausgangsstreifenleitung 34, den Eingangskoppelkondensator 35 und den Ausgangskoppelkondensator 36.
Teile der vier Ecken der rechteckförmigen Streifenleitung 52 sind abgeschnitten. Daher weist jede der vier Ecken in Abhängigkeit der Form der vier abgeschnittenen Ecken die Funktion eines Parallelkondensators, einer gleichmäßigen Leitung oder einer Serieninduktivität auf.
Bei dem vorgenannten Aufbau werden die Mikrowellen in dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 51 in gleicher Weise wie in dem in Fig. 3 gezeigten Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonators 31 zur Resonanz angeregt und gefiltert.
Dementsprechend kann die Resonanzbreite der Mikrowellen durch Ändern der Form der vier Ecken eingestellt werden.
Es folgt eine Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels des ersten Konzepts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des ersten Konzepts.
Gemäß Fig. 6 umfaßt ein Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 61 die Eingangsstreifenleitung 32, die schleifenförmige Streifenleitung 33 mit den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b, die Ausgangsstreifenleitung 34, den Eingangskoppelkondensator 35, den Ausgangskoppelkondensator 36 und einen Rückkopplungskondensator 62 zum Ändern des Wellenwiderstands der schleifenförmigen Streifenleitung 33.
Der Rückkoppelkondensator 62 weist eine konzentrierte Kapazität Cw auf. Ein Ende des Rückkopplungskondensators 62 ist in einem ersten Anschlußpunkt C mit der geradlinigen Streifenleitung 33a verbunden und das andere Ende des Rückkopplungskondensators 62 mit einem zweiten Anschlußpunkt D der geradlinigen Streifenleitung 33b. Der Anschlußpunkt C ist durch eine elektrische Länge von 90 Grad (oder eine Viertelwellenlänge der Mikrowellen) von dem Eingangspunkt A entfernt, in dem der Eingangskoppelkondensator 35 mit der geradlinigen Streifenleitung 33a verbunden ist. Darüber hinaus ist der Anschlußpunkt D durch eine elektrische Länge von 90 Grad von dem Ausgangspunkt B entfernt, in dem der Ausgangskoppelkondensator 36 mit der geradlinigen Streifenleitung 33b verbunden ist.
Bei dem vorgenannten Aufbau werden Mikrowellen mit verschiedenen Wellenlängen im Bereich der Resonanzwellenlänge λ&sub0; in derselben Weise wie in dem in Fig. 3 gezeigten Resonator 31 zu der Streifenleitung 33 übertragen.
Danach werden die Mikrowellen zum Verteilen des in die schleifenförmige Streifenleitung 33 lokal induzierten elektrischen Felds im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn über die Streifenleitung 33 mit gleichmäßiger Leitungsimpedanz übertragen. In diesem Fall wird ein Teil der Mikrowellen in den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b reflektiert, um reflektierte Wellen zu bilden, da die geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b der Streifenleitung 33 in der elektromagnetischen Kopplung miteinander gekoppelt sind. Die reflektierten Wellen zirkulieren in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn.
Darüber hinaus wird die Stärke des elektrischen Felds in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 durch den in den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b nicht-reflektierten verbleibenden Teil der Mikrowellen an dem Anschlußpunkt D maximiert, da der Anschlußpunkt D um eine elektrische Länge von 180 Grad (oder einer Halbwellenlänge der Mikrowellen) von dem Eingangspunkt A entfernt ist. Daher wird die Stärke des elektrischen Felds in dem Anschlußpunkt C maximiert, da die Anschlußpunkte C, D über den Rückkoppelkondensator 62 miteinander verbunden sind. Als Resultat werden in dem Anschlußpunkt C Rückkopplungswellen erzeugt. Die Rückkopplungswellen zirkulieren in dem schleifenförmigen Streifenleiter 33 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn. Falls die Wellenlänge der Mikro wellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt, werden die durch die reflektierten Wellen und die Rückkopplungswellen gebildeten Mikrowellen entsprechend dem Wellenwiderstand der Streifenleitung 33 in der Streifenleitung 33 zur Resonanz angeregt. Der Wellenwiderstand der Streifenleitung 33 wird entsprechend der gleichförmigen Leitungsimpedanz der Streifenleitung 33, der elektromagnetischen Kopplung zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b der Streifenleitung 33 und der konzentrierten Kapazität Cw des Rückkopplungskondensators 62 bestimmt. Stimmt dagegen die Wellenlänge der Mikrowellen nicht mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; überein, so verschwinden die Mikrowellen in der Streifenleitung 33.
In diesem Fall wird eine Resonanzbreite (oder eine Gesamtbreite bei halbem Maximum, Halbwertsbreite) der in der Streifenleitung 33 angeregten Mikrowellen durch Verändern des Grads der elektromagnetischen Kopplung zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b oder der konzentrierten Kapazität Cw des Rückkopplungskondensators 62 eingestellt. Der Grad der elektromagnetischen Kopplung ist von der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r des dielektrischen Substrats 38, der relativen Breite W/H und dem relativen Abstand S/H abhängig.
Danach wird die Stärke des elektrischen Felds in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 durch die reflektierten Wellen neben der Ausgangsstreifenleitung 34 maximiert. Darüber hinaus wird die Stärke des elektrischen Felds in der schleifenförmigen Streifenleitung 33 neben der Ausgangsstreifenleitung 34 durch die Rückkopplungswellen maximiert, da der Ausgangspunkt B um eine elektrische Länge von 180 Grad von dem Anschlußpunkt C entfernt ist.
Daher werden die Mikrowellen in der Streifenleitung 33 zu der Ausgangsstreifenleitung 34 übertragen, da die Streifenleitung 33 in der kapazitiven Kopplung mit der Ausgangsstreifenleitung 34 gekoppelt ist.
Dementsprechend kann die Resonanzbreite Δω selbst bei fester relativer Breite W/H und festem relativen Abstand S/H des Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonators 61 durch Ändern der konzentrierten Kapazität Cw des Rückkopplungskondensators 62 eingestellt werden.
Es folgt eine Beschreibung der Frequenzcharakteristik der in dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 61 angeregten Mikrowellen.
Fig. 7 zeigt Frequenzcharakteristiken der in dem in Fig. 6 gezeigten Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 61 zur Resonanz angeregten Mikrowellen.
Gemäß Fig. 7 ist die Intensität der in dem Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator 61 angeregten Mikrowellen von einer Frequenz F (GHz) der Mikrowellen abhängig. D. h., im Falle einer relativen Dielektrizitätskonstanten &epsi;r = 10, einer relativen Breite W/H = 1,0 und eines relativen Abstands S/H = 1 beträgt die Mittenfrequenz ω&sub0; (oder eine der Resonanzwellenlänge λ&sub0; entsprechende Resonanzfrequenz) der Mikrowellen 2 GHz. Darüber hinaus ist die Resonanzbreite Δω der Mikrowellen in dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 61 im Vergleich zum Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 31 verringert, da die Mikrowellen von der schleifenförmigen Streifenleitung 33 durch die Wirkung des Rückkopplungskondensators 62 zu der Ausgangsstreifenleitung 34 übertragen werden.
Darüber hinaus ist die Resonanzbreite Δω der Mikrowellen im Falle eines relativen Abstands S/H = 3 (nicht gezeigt) und im Falle eines relativen Abstands S/H = 5 (nicht gezeigt) im Vergleich zum Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 31 verringert.
Darüber hinaus wird die Resonanzbreite Δω der Mikrowellen durch Verändern der konzentrierten Kapazität Δω des Rückkopplungskondensators 62 verbreitert.
Dementsprechend kann die Resonanzbreite Δω der Mikrowellen durch Hinzufügen des Rückkopplungskondensators 62 in geeigneter Weise eingestellt werden.
Es folgt eine Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels des ersten Konzepts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf ein Bandpaßfilter, bei dem zwei Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonatoren 31 gemäß Fig. 3 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel des ersten Konzepts in Serie geschaltet sind.
Gemäß Fig. 8 umfaßt ein Bandpaßfilter 81 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel die Eingangsstreifenleitung 32, den Eingangskoppelkondensator 35, die in einer ersten Stufe angeordnete schleifenförmige Streifenleitung 33, einen Zwischenstufenkoppelkondensator 82, zu dem Mikrowellen von der erststufigen schleifenförmigen Streifenleitung 33 übertragen werden, eine Zwischenstufenstreifenleitung 83, einen Zwischenstufenkoppelkondensator 84, zu dem Mikrowellen von dem Kondensator 82 über die Streifenleitung 83 übertragen werden, die in einer zweiten Stufe angeordnete schleifenförmige Streifenleitung 33, den Ausgangskoppelkondensator 36 und die Ausgangsstreifenleitung 34.
Bei dem vorgenannten Aufbau dient jede der schleifenförmigen Streifenleitungen 33 als Resonator und Filter in den Zweifachmodus, wobei die schleifenförmigen Streifenleitungen 33 seriell geschaltet sind. Daher arbeitet das Bandpaßfilter 81 als vierstufiges Filter.
Dementsprechend kann eine von dem Filter 81 eingenommene Fläche minimiert werden, da ein innerer Hohlabschnitt eines jeden der Resonatoren 33 minimiert ist und da der mittlere Hohlabschnitt wirksam zum Koppeln der geradlinigen Streifenleitungen 33a, 33b genutzt wird.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel werden zwei Resonatoren 31 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zur Herstellung des Filters 81 im wesentlichen seriell geschaltet. Die Anzahl von Resonatoren 31 ist jedoch nicht auf zwei beschränkt. Ebenso können verschiedene aus den Resonatoren 31, 51 und 61 gewählte Resonatorarten vorzugsweise kombiniert werden.
Darüber hinaus umfaßt das Filter 81 vorzugsweise Mehrfachschichtresonatoren, bei denen eine Vielzahl von Resonatoren 31, 51 oder 61 in einer Dreischichtstruktur (Tri-Plate) angeordnet sind.
Bei dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel des ersten Konzepts wurden die Streifenleitungen (oder symmetrischen Streifenleitungen) zur Herstellung der Resonatoren 31, 51 und 61 und des Filters 81 verwendet. Vorzugsweise können allgemein verwendete Mikrostrip-Leitungen zur Herstellung der Resonatoren 31, 51 und 61 und des Filters 81 verwendet werden.
Es folgt eine Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels eines zweiten Konzepts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines zweiten Konzepts. Fig. 10A zeigte eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der Linie X-X gemäß Fig. 9.
Gemäß Fig. 9 umfaßt ein Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91 eine Eingangsstreifenleitung 92, über die Mikrowellen übertragen werden, eine schleifenförmige Streifenleitung 93 mit gleichmäßiger Leitungsimpedanz, in der die von der Eingangsstreifenleitung 92 übertragenen Mikrowellen zur Resonanz angeregt werden, eine Ausgangsstreifenleitung 94, zu der die in der schleifenförmigen Streifenleitung 93 angeregten Mikrowellen übertragen werden, einen Eingangskoppelkondensator 95 zum Koppeln der Eingangsstreifenleitung 92 mit der schleifenförmigen Streifenleitung 93 in einer kapazitiven Kopplung, um die über die Eingangsstreifenleitung 92 übertragenen Mikrowellen zu der schleifenförmigen Streifenleitung 93 zu Übertragen, einen Ausgangskoppelkondensator 96 zum Koppeln der schleifenförmigen Streifenleitung 93 mit der Ausgangs streifenleitung 94 in einer kapazitiven Kopplung, um die in der schleifenförmigen Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregten Mikrowellen zu der Ausgangsstreifenleitung 94 zu übertragen, einen Leitungskoppelkondensator 97 mit einer konzentrierten Kapazität Cw zum Ändern eines Wellenwiderstands der schleifenförmigen Streifenleitung 93, und einen veränderbaren Kondensator 98 mit einer veränderbaren konzentrierten Kapazität Cf zum Ändern des Wellenwiderstands der schleifenförmigen Streifenleitung 93 im Zusammenwirken mit dem Leitungskoppelkondensator 97.
Gemäß Fig. 10A umfaßt die schleifenförmige Streifenleitung 93 eine leitende Streifenplatte 101, ein die leitende Streifenplatte 101 umgebendes dielektrisches Substrat 102 mit einer relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r und ein Paar leitender Substrate 103a, 103b, zwischen denen sich das dielektrische Substrat 102 befindet. Daher wird ein elektromagnetisches Feld in dem dielektrischen Substrat 102 zwischen der leitenden Streifenplatte 101 und den leitenden Substraten 103a, 103b induziert, wenn die Mikrowellen über die schleifenförmige Streifenleitung 93 übertragen werden. D. h., die schleifenförmige Streifenleitung 93 ist als symmetrische Streifenleitung ausgebildet.
Darüber hinaus bestehen die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 92, 94 aus der leitenden Streifenplatte 101, dem dielektrischen Substrat 102 und den leitenden Substraten 103a, 103b, in derselben Weise wie die schleifenförmige Streifenleitung 93.
Das zweite Konzept ist nicht auf die symmetrische Streifenleitung beschränkt. D. h., die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 92, 94 und die schleifenförmige Streifenleitung 93 können jeweils als eine in Fig. 10B Mikrostrip-Leitung ausgebildet sein. Gemäß Fig. 10B umfaßt jede der Streifenleitungen 92, 93 und 94 eine leitende Streifenplatte 101m, ein die leitende Streifenplatte 101m tragendes dielektrisches Substrat 102m und ein das dielektrisches Substrat 102m tragendes leitendes Substrat 103m.
Die elektrische Länge der schleifenförmigen Streifenleitung 93 ist von der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r des dielektrischen Substrats 102 abhängig, und die elektrische Länge der Streifenleitung 93 entspricht einer Resonanzwellenlänge λ&sub0;. Daher weist die Streifenleitung 93 eine elektrische Länge von 360 Grad auf.
Die schleifenförmige Streifenleitung 93 weist ein Paar zueinander parallel angeordneter geradliniger Streifenleitungen 93a, 93b auf. Daher sind die geradlinigen Steifenleitungen 93a, 93b miteinander in einer elektromagnetischen Kopplung gekoppelt. Mit anderen Worten üben ein durch die über die geradlinige Streifenleitung 93a übertragenen Mikrowellen induziertes erstes elektromagnetisches Feld und ein durch die über die geradlinige Streifenleitung 93b übertragenen Mikrowellen induziertes zweites elektrisches Feld eine gegenseitige Beeinflussung aus, in gleicher Weise wie in dem in Fig. 3 gezeigten Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 31.
Der Eingangs- und Ausgangskoppelkondensator 95, 96 sind jeweils aus einem Plattenkondensator mit einer konzentrierten Kapazität Cc gebildet. Ein Ende des Eingangskoppelkondensators 95 ist mit einem auf der geradlinigen Streifenleitung 93a befindlichen Eingangspunkt A verbunden, und ein Ende Ausgangskoppelkondensators 96 mit einem Ausgangspunkt B der geradlinigen Streifenleitung 93b. Der Ausgangspunkt B ist um eine elektrische Länge von 90 Grad (oder einer Viertelwellenlänge der Mikrowellen) von dem Eingangspunkt A entfernt, und der Eingangs- und Ausgangspunkt A, B sind bezüglich einer zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b angeordneten Mittellinie M zueinander symmetrisch angeordnet.
Der Leitungskoppelkondensator 97 besteht aus einem Plattenkondensator oder einem Chipkondensator, und der veränderbare Kondensator 98 aus einem Plattenkondensator. Beide Ende des Kondensators 97 sind mit den geradlinigen Leitungen 93a, 93b an Anschlußpunkten C, D verbunden, die von dem Eingangs- und Ausgangspunkt A, B durch θ1 Grad beabstandet sind. Der Winkel q1 liegt in seiner elektrischen Länge im Bereich bis 135 Grad (oder einer 3/8-Wellenlänge der Mikrowellen). Ein Ende des Kondensators 98 ist an einem Anschlußpunkt E mit der Streifenleitung 93 verbunden, der in gleichen Intervallen (oder 135 Grad elektrischer Länge) von dem Eingangs- und Ausgangspunkt A, B entfernt ist, und das andere Ende des Kondensators 98 ist mit Masse verbunden. Die veränderbare konzentrierte Kapazität Cf des veränderbaren Kondensators 98 kann durch Abschneiden der Platten des variablen Kondensators 98 nach der Herstellung des Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonators 91 genau eingestellt werden.
Bei dem vorgenannten Aufbau wird ein elektrisches Feld in der geradlinigen Streifenleitung 93a neben der Eingangsstreifenleitung 92 stark und lokal induziert, wenn Mikrowellen mit verschiedenen Wellenlängen im Bereich Resonanzwellenlänge λ&sub0; über die Eingangsstreifenleitung 92 übertragen werden, da die Mikrowellen ein konzentriertes elektrisches Feld in dem Kondensator 95 induzieren. Daher werden die Mikrowellen in der Eingangsstreifenleitung 92 zu der Streifenleitung 93 übertragen.
Danach werden die Mikrowellen zum verteilen des lokal induzierten elektrischen Felds in der schleifenförmigen Streifenleitung 93 mit der gleichmäßigen Leitungsimpedanz im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn übertragen. In diesem Fall wird ein Teil der Mikrowellen in den geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b reflektiert, um reflektierte Wellen zu bilden, da die geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b der Streifenleitung 93 in der elektromagnetischen Kopplung miteinander gekoppelt sind. Die reflektierten Wellen zirkulieren in der Streifenleitung 93 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn. Falls die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt, werden die Mikrowellen in der Streifenleitung 93 entsprechend dem Wellenwiderstand der Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregt. Der Wellenwiderstand der Streifenleitung 93 wird entsprechend der gleichmäßigen Leitungsimpedanz der Streifenleitung 93, der elektromagnetischen Kopplung zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b, der konzentrierten Kapazität Cw des Leitungskondensators 97 und der konzentrierten Kapazität Cf des veränderbaren Kondensators 98 bestimmt. Mit anderen Worten wird ein nicht in den geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b reflektierter verbleibender Teil der Mikrowellen an dem veränderbaren Kondensator 98 reflektiert, oder die Phase des verbleibenden Teils der Mikrowellen wird durch den Leitungskondensator 97 verändert. Dagegen verschwinden die Mikrowellen in der Streifenleitung 93, falls die Wellenlänge der Mikrowellen nicht der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt.
In diesem Fall wird eine Mittenfrequenz ω&sub0; (oder eine der Resonanzwellenlänge entsprechende Resonanzfrequenz) der in der Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregten Mikrowellen durch Verändern der konzentrierten Kapazität Cw des Leitungskondensators 97 und der konzentrierten Kapazität Cf des veränderbaren Kondensators 98 eingestellt. Darüber hinaus wird eine Resonanzbreite der angeregten Mikrowellen durch Verändern entweder der konzentrierten Kapazität Cw des Leitungskondensators 97 oder konzentrierten Kapazität Cf des veränderbaren Kondensators 98 eingestellt.
Danach wird die Stärke des elektrischen Felds in der schleifenförmigen Streifenleitung 93 neben der Ausgangsstreifenleitung 94 durch die reflektierten Wellen maximiert. Daher werden die Mikrowellen in der Streifenleitung 93 zu der Ausgangsstreifenleitung 94 übertragen, da die Streifenleitung 93 mit der Ausgangsstreifenleitung 94 entsprechend der kapazitiven Kopplung gekoppelt ist.
Dementsprechend arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91 als Resonator und Filter, da die Mikrowellen in der Streifenleitung 93 unter der Bedingung zur Resonanz angeregt werden, daß die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt.
Darüber hinaus werden von der Eingangsstreifenleitung 92 übertragenen Mikrowellen anfangs in der Streifenleitung 93 als nicht-reflektierte Wellen übertragen, und die Mikrowellen werden in der Streifenleitung 93 nochmals als die gegenüber dem nicht-reflektierten Wellen um 90 Grad verschobenen reflektierten Wellen übertragen. Mit anderen Worten koexistieren zwei aus den nicht-reflektierten Wellen und den reflektierten Wellen gebildete orthogonale Moden in dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91. Daher arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91 als zweistufiges Filter in gleicher Weise wie der bekannte Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 21.
Darüber hinaus kann die Mittenfrequenz der zur Resonanz angeregten Mikrowellen durch Verändern der konzentrierten Kapazität Cw des Leitungskondensators 97 und der konzentrierten Kapazität Cf des veränderbaren Kondensators 98 eingestellt werden. Des weiteren kann die Mittenfrequenz der zur Resonanz angeregten Mikrowellen durch Verändern der konzentrierten Kapazität Cf des veränderbaren Kondensators 98 nach der Herstellung des Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonators 91 genau eingestellt werden.
Die Resonanzbreite kann auch vergrößert werden, da die Resonanzbreite der angeregten Mikrowellen durch Verändern entweder der konzentrierten Kapazität Cw des Leitungskondensators 97 als zwischen den elektromagnetisch gekoppelten Streifenleitungen angeordnetes Koppelelement oder der konzentrierten Kapazität Cf des veränderbaren Kondensators 98 eingestellt werden kann.
Darüber hinaus kann der Wellenwiderstand der Streifenleitung 93 verändert werden, obwohl die geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b miteinander über einen konzentrierten Kondensator wie beispielsweise der Leitungskoppelkondensator 97 mit der konzentrierten Kapazität Cw gekoppelt sind.
Darüber hinaus können die Mikrowellen zwischen der Streifenleitung 93 und der Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 92, 94 übertragen werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 92, 94 in der kapazitiven Kopplung über Impedanze lemente wie beispielsweise den Eingangs- und Ausgangskoppelkondensator 95, 96 mit jeweils konzentrierter Impedanz mit der Streifenleitung 93 gekoppelt sind.
Ferner kann eine Ertragsrate des Resonators 91 erhöht werden, da die Mittenfrequenz und die Resonanzbreite der angeregten Mikrowellen nach der Herstellung des Resonators 91 eingestellt werden können.
Es folgt eine Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels des zweiten Konzepts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des zweiten Konzepts.
Gemäß Fig. 11 umfaßt ein Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 111 eine Eingangsstreifenleitung 112, über die Mikrowellen übertragen werden, eine schleifenförmige Streifenleitung 113 mit gleichmäßiger Leitungsimpedanz, in der die von der Eingangsstreifenleitung 112 übertragenen Mikrowellen zur Resonanz angeregt werden, eine Ausgangsstreifenleitung 114, in der die in der schleifenförmigen Streifenleitung 113 angeregten Mikrowellen übertragen werden, einen Eingangsspaltkondensator 115 mit einer verteilten Kapazität Cc zum Koppeln der Eingangsstreifenleitung 112 mit der schleifenförmigen Streifenleitung 113 in einer kapazitiven Kopplung, einen Ausgangsspaltkondensator 116 mit der verteilten Kapazität Cc zum Koppeln der schleifenförmigen Streifenleitung 113 mit der Ausgangsstreifenleitung 114 in einer kapazitiven Kopplung, einen Leitungsspaltkondensator 117 mit einer verteilten Kapazität Cw zum Verändern eines Wellenwiderstands der schleifenförmigen Streifenleitung 113, und eine Stichleitung 118 mit offenem Ende zum Verändern des Wellenwiderstands der schleifenförmigen Streifenleitung 113 im Zusammenspiel mit dem Leitungsspaltkondensator 117.
Die elektrische Länge der schleifenförmigen Streifenleitung 113 stimmt mit einer Resonanzwellenlänge λ&sub0; überein, und die schleifenförmige Streifenleitung 113 weist ein Paar zueinander parallel angeordneter geradliniger Streifenleitungen 113a, 113b auf. Daher sind die geradlinigen Streifenleitungen 113a, 113b miteinander in derselben Weise wie die geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b in einer elektromagnetischen Kopplung gekoppelt. Zu dem erstrecken sich gegenüberliegenden, aus den geradlinigen Streifenleitungen 113a, 113b hervortretende Abschnitte 113c, 113d nach innen, um einen Leitungsspaltkondensator 117 zu bilden. Da der Abstand zwischen den hervorstehenden Abschnitten 113c, 113d geringer ist als der zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 113a, 113b, sind die hervorstehenden Abschnitte 113c, 113d miteinander entsprechend der kapazitiven Kopplung gekoppelt.
Der Eingangsspaltkondensator 115 wird durch Annähern der Eingangsstreifenleitung 112 an die geradlinige Streifenleitung 113a gebildet.
Der Ausgangsspaltkondensator 116 wird durch Annähern der Ausgangsstreifenleitung 114 an die geradlinige Streifenleitung 113b gebildet.
Ein Koppelabschnitt A der geradlinigen Streifenleitung 113a neben der Eingangsstreifenleitung 113 ist um eine elektrische Länge von 90 Grad von einem Koppelabschnitt B der geradlinigen Streifenleitung 113b neben der Ausgangsstreifenleitung 114 entfernt. Die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 112, 114, sind bezüglich einer zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 113a, 113b befindlichen Mittellinie M zueinander symmetrisch angeordnet.
Die offene Stichleitung 118 ist in gleichen Intervallen (oder 135 Grad elektrischer Länge) von den Koppelabschnitten A, B der geradlinigen Streifenleitungen 113a, 113b angeordnet. Bei dem vorgenannten Aufbau werden Mikrowellen verschiedener Wellenlängen in der Nähe der Resonanzwellenlänge λ&sub0; von der Eingangsstreifenleitung 112 zu der schleifenförmigen Streifenleitung 113 übertragen, da die Eingangsstreifenleitung 112 durch die Wirkung des Spaltkondensators 115 mit der Streifenleitung 113 gekoppelt ist. In der Streifenleitung 113 werden die Mikrowellen in den geradlinigen Streifenleitungen 113a, 113b, den hervorstehenden Abschnitten 113c, 113d und der offenen Stichleitung 118 reflektiert, um reflektierte Wellen zu bilden. Daher wird der Wellenwiderstand der Streifenleitung 113 entsprechend der gleichmäßigen Leitungsimpedanz der Streifenleitung 113, der elektromagnetischen Kopplung zwischen den geradlinigen Streifenleitungen 113a, 113b, der verteilten Spaltkapazität Cw des Leitungsspaltkondensators 117 und einer sich außen erstreckenden Länge der offenen Stichleitung 118 bestimmt.
Danach zirkulieren die reflektierten Wellen in der schleifenförmigen Streifenleitung 113. Falls die Wellenlänge der Mikrowellen mit der elektrischen Länge der Streifenleitung 113 übereinstimmt, so werden die reflektierten Wellen in der Streifenleitung 113 zur Resonanz angeregt. Fall die Wellenlänge der Mikrowellen dagegen nicht der elektrischen Länge der Streifenleitung 113 übereinstimmt, verschwinden die reflektierten Wellen in der Streifenleitung 113.
In diesem Fall verändert sich die Intensität der in der offenen Stichleitung 118 reflektierten Mikrowellen durch Trimmen der offenen Stichleitung 118. Darüber hinaus ist die Intensität der in dem Leitungsspaltkondensator 117 reflektierten Mikrowellen sowohl von einem Spaltabstand zwischen den hervorstehenden Abschnitten 113c, 113d als auch von einer Spaltbreite der hervorstehenden Abschnitte 113c, 113d abhängig.
Danach wird die Stärke des elektrischen Felds in der Streifenleitung 113 in der Nähe der Ausgangsstreifenleitung 114 durch die in der Streifenleitung 113 angeregten Mikrowellen maximiert. Daher werden die angeregten Mikrowellen zu der Ausgangsstreifenleitung 114 übertragen.
Dementsprechend kann der Wellenwiderstand der Streifenleitung 113 geändert werden, obwohl die geradlinigen Streifenleitungen 113a, 113b über ein verteiltes Impedanzelement wie bei spielsweise der Leitungsspaltkondensator 117 mit einer verteilten Konstanten miteinander verbunden sind.
Darüber hinaus können die Mikrowellen zwischen der Streifenleitung 113 und der Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 112, 114 übertragen werden, da die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 112, 114 in der kapazitiven Kopplung mit der Streifenleitung 113 gekoppelt sind.
Auch die Resonanzbreite der angeregten Mikrowellen kann durch Trimmen der offenen Stichleitung 118 eingestellt werden.
Darüber hinaus kann nicht nur die Resonanzbreite der angeregten Mikrowellen sondern auch die Mittenfrequenz der angeregten Mikrowellen durch Trimmen der offenen Stichleitung 118 und der hervorstehenden Abschnitte 113c, 113d eingestellt werden.
Es folgt eine Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels des zweiten Konzepts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des zweiten Konzepts.
Gemäß Fig. 12 umfaßt ein Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 121 eine Eingangsstreifenleitung 122, über die Mikrowellen übertragen werden, die schleifenförmige Streifenleitung 93, in der die von der Eingangsstreifenleitung 122 übertragenen Mikrowellen zur Resonanz angeregt werden, eine magnetisch gekoppelte Eingangsleitung 123, die parallel zu der Streifenleitung 93 angeordnet ist, zum Koppeln der Eingangsstreifenleitung 122 an die Streifenleitung 93 in einer magnetischen Kopplung (oder induktiven Kopplung) durch Induzieren eines magnetischen Felds in diese, eine Ausgangsstreifenleitung 124, zu der die in der schleifenförmigen Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregten Mikrowellen übertragen werden, eine magnetisch gekoppelte Ausgangsleitung 125, die parallel zu der Streifenleitung 93 angeordnet ist, zum Kop peln der Ausgangsstreifenleitung 124 zu der Streifenleitung 93 in einer magnetischen Kopplung (oder induktiven Kopplung) durch Induzieren eines magnetischen Felds in diese, und eine Leitungskopplungsspule 126 mit einer konzentrierten Induktivität Lw zum Ändern des Wellenwiderstands der schleifenförmigen Streifenleitung 93.
Ein Koppelabschnitt A der geradlinigen Streifenleitung 93a neben der magnetisch gekoppelten Eingangsleitung 123 ist um eine elektrische Länge von 90 Grad von einem Koppelabschnitt B der geradlinigen Streifenleitung 93b neben der magnetisch gekoppelten Ausgangsleitung 124 entfernt.
Ein Ende der magnetisch gekoppelten Eingangsleitung 123 ist mit der Eingangsstreifenleitung 122 verbunden und ein anderes Ende der magnetisch gekoppelten Eingangsleitung 123 ist mit Masse verbunden. Eine Leitungsbreite der magnetisch gekoppelten Eingangsleitung 123 ist schmal, so daß ein dominierendes magnetisches Feld um die magnetisch gekoppelte Eingangsleitung 123 induziert wird, wenn die Mikrowellen darüber übertragen werden. Daher ist die Eingangsstreifenleitung 122 mit der schleifenförmigen Streifenleitung 93 in der magnetischen Kopplung gekoppelt.
Ebenso ist ein Ende der magnetisch gekoppelten Ausgangsleitung 125 mit der Ausgangsstreifenleitung 124 verbunden, und das andere Ende der magnetisch gekoppelten Ausgangsleitung 125 mit Masse. Eine Leitungsbreite der magnetisch gekoppelten Ausgangsleitung 123 ist schmal, so daß ein dominantes magnetisches Feld um die magnetisch gekoppelte Ausgangsleitung 123 induziert wird, wenn ein durch die Mikrowellen induziertes magnetisches Feld an dem Koppelabschnitt B erhöht wird. Daher ist die Ausgangsstreifenleitung 124 mit der schleifenförmigen Streifenleitung 93 in der magnetischen Kopplung gekoppelt.
Beide Enden der Leitungskoppelspule 126 sind mit den geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b an Anschlußpunkten C, D verbunden. Der Anschlußpunkt C ist um eine elektrische Länge von θ1 Grad von dem Koppelabschnitt A entfernt. In derselben Wei se ist der Anschlußpunkt D um eine elektrische Länge von θ1 Grad von dem Koppelabschnitt D entfernt.
Bei dem vorgenannten Aufbau ist die magnetisch gekoppelte Eingangsleitung 123 mit der schleifenförmigen Streifenleitung 93 in der magnetischen Kopplung gekoppelt, wenn Mikrowellen mit verschiedenen Wellenlängen im Bereich der Resonanzwellenlänge λ&sub0; über die Eingangsstreifenleitung 122 übertragen werden. D. h., in der schleifenförmigen Streifenleitung 93 wird ein magnetisches Feld neben der magnetisch gekoppelten Eingangsleitung 123 lokal induziert. Daher werden die Mikrowellen zu der schleifenförmigen Streifenleitung 93 übertragen. Danach werden Mikrowellen zum Verteilen des in die Streifenleitung 93 lokal induzierten magnetischen Felds in der Streifenleitung 93 entsprechend dem Wellenwiderstand der Streifenleitung 93 übertragen. Der Wellenwiderstand wird durch die gleichförmige Leitungsimpedanz der Streifenleitung 93, die elektromagnetische Kopplung der geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b und die Leitungskoppelspule 126 bestimmt. Daher werden die Mikrowellen an den geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b und der Leitungskopplungsspule 126 reflektiert, um reflektierte Wellen zu bilden.
Danach zirkulieren die reflektierten Wellen in der Streifenleitung 93 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn. In diesem Fall werden die Mikrowellen in der Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregt, wenn die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt. Darüber hinaus wird die Stärke des magnetischen Feld in der Streifenleitung 93 neben der magnetisch gekoppelten Ausgangsleitung 127 durch die reflektierten Wellen maximiert, unter der Bedingung, daß die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt. Daher wird die Streifenleitung 93 neben der magnetisch gekoppelten Ausgangsleitung 125 mit der Ausgangsstreifenleitung 124 durch die Wirkung der magnetisch gekoppelten Ausgangsleitung 125 in der magnetischen Kopplung gekoppelt. D. h., die Mikrowellen der Streifenleitung 93 werden zu der Ausgangsstreifenleitung 125 übertragen.
Dementsprechend arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 121 als Filter und Resonator, da die Mikrowellen in der Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregt werden, falls die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt.
Darüber hinaus arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 121 als zweistufiges Filter in gleicher Weise wie der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91, da zwei aus den nicht-reflektierten Wellen und den im Vergleich zu den nicht-reflektierten Wellen um 90 Grad verschobenen reflektierten Wellen gebildete orthogonale Moden unabhängig in dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 93 koexistieren.
Darüber hinaus können die Mikrowellen zwischen der Streifenleitung 93 und der Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung 122, 124 übertragen werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung in der magnetischen Kopplung mit der Streifenleitung 113 gekoppelt sind.
Darüber hinaus kann der Wellenwiderstand der Streifenleitung 93 geändert werden, obwohl die geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b miteinander über eine konzentrierte Spule wie beispielsweise die Leitungskoppelspule 126 mit der konzentrierten Induktivität Lw verbunden sind.
Darüber hinaus kann die Resonanzbreite der angeregten Mikrowellen eingestellt werden, obwohl der Wellenwiderstand durch Verändern der konzentrierten Induktivität Lw der Leitungskoppelspule 126 eingestellt wird.
Es folgt eine Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels des zweiten Konzepts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 zeigt eine Draufsicht auf einen Zweifachmodus- Streifenleitungsringresonator gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des zweiten Konzepts.
Gemäß Fig. 13 umfaßt ein Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 131 eine Eingangskoppelleitung 132, über die Mikrowellen übertragen werden, die schleifenförmige Streifenleitung 93, in der die von der Eingangskoppelleitung 132 übertragenen Mikrowellen zur Resonanz angeregt werden, einen Spaltkondensator 133 mit einer verteilten Kapazität Cc zum Koppeln der Eingangskoppelleitung 132 mit der Streifenleitung 93 in einer kapazitiven Kopplung, die Leitungskoppelspule 126, eine Ausgangskoppelleitung 134, zu der die in der schleifenförmigen Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregten Mikrowellen übertragen werden, und eine magnetisch gekoppelte Leitung 135, die parallel zu der Streifenleitung 93 angeordnet ist, zum Koppeln der Ausgangskoppelleitung 134 mit der Streifenleitung 93 in einer magnetischen Kopplung.
Der Spaltkondensator 133 wird durch Annähern der Eingangskoppelleitung 132 an die schleifenförmige Streifenleitung 93 gebildet.
Ein Koppelabschnitt A der geradlinigen Streifenleitung 93a neben der Eingangskoppelleitung 132 ist um eine elektrische Länge von 180 Grad (eine Halbwellenlänge der Mikrowellen) von einem Koppelabschnitt B der geradlinigen Streifenleitung 113b neben der magnetisch gekoppelten Ausgangsleitung 135 entfernt.
Ein Ende der Leitungskoppelspule 126 ist an einem Anschlußpunkt C mit der geradlinigen Streifenleitung 93a verbunden, und das andere Ende der Leitungskoppelspule 126 ist an dem Koppelabschnitt B mit der geradlinigen Streifenleitung 93b verbunden. Der Anschlußpunkt C ist um eine elektrische Länge von 90 Grad von dem Koppelabschnitt A entfernt.
Bei dem vorgenannten Aufbau wird die Stärke des elektrischen Felds an der Streifenleitung 93 durch die Wirkung des Spaltkondensators 133 neben der Eingangskoppelleitung 132 maximiert, wenn Mikrowellen mit verschiedenen Wellenlängen in der Nähe der Resonanzwellenlänge λ&sub0; über die Eingangskoppelleitung 132 übertragen werden. Daher werden die Mikrowellen zu der Streifenleitung 93 übertragen. Danach werden die Mikrowellen zum Verteilen des elektrischen Felds im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn übertragen. In diesem Fall wird der Wellenwiderstand der Streifenleitung 93 entsprechend der gleichmäßigen Leitungsimpedanz der Streifenleitung 93, der elektromagnetischen Kopplung der geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b und der Leitungskoppelspule 126 bestimmt. Daher werden die Wanderwellen an den geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b und der Leitungskoppelspule 126 reflektiert, um reflektierte Wellen zu bilden. Die reflektierten Wellen zirkulieren in der Streifenleitung 93 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn.
Falls die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt, werden die durch die reflektierten Wellen gebildeten Mikrowellen in der Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregt, und die Stärke des durch die reflektierten Wellen induzierten Magnetfelds wird an dem Koppelabschnitt B maximiert. Daher ist die Ausgangskoppelleitung 134 durch die Wirkung der magnetischen Koppelleitung 135 mit der Streifenleitung 93 in der magnetischen Kopplung gekoppelt, so daß die in der Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregten Mikrowellen zu der Ausgangskoppelleitung 134 übertragen werden.
Dementsprechend arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 131 als Filter und Resonator, da die Mikrowellen in der Streifenleitung 93 zur Resonanz angeregt werden, falls die Wellenlänge der Mikrowellen mit der Resonanzwellenlänge λ&sub0; übereinstimmt.
Darüber hinaus arbeitet der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 131 als zweistufiges Filter in derselben Weise wie der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91, da zwei durch die nicht-reflektierten Wellen und die im Vergleich zu den nicht-reflektierten Wellen um 90 Grad verschobenen reflektierten Wellen gebildete orthogonale Moden in dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 93 unabhängig koexistieren.
Darüber hinaus können die Mikrowellen zwischen der Streifenleitung 131 und der Eingangs- und Ausgangskoppelleitung 132, 134 übertragen werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangskoppelleitung 132, 134 mit der Streifenleitung 93 in verschiedenen Impedanzkoppelarten wie beispielsweise der kapazitiven Kopplung und der magnetischen Kopplung gekoppelt sind.
Es folgt eine Beschreibung eines fünften Ausführungsbeispiels des zweiten Konzepts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf ein Bandpaßfilter, bei dem drei Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonatoren 91 gemäß Fig. 9 entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel des zweiten Konzepts in Reihe geschaltet sind.
Gemäß Fig. 14 umfaßt ein Bandpaßfilter 141 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel eine Reihenschaltung aus drei Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonatoren 91. D. h., der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91 in einer ersten Stufe ist mit dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91 in einer zweiten Stufe über einen Zwischenstufenkoppelkondensator 142 verbunden. Ebenso ist der Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91 in der zweiten Stufe mit dem Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonator 91 in einer dritten Stufe über einen Zwischenstufenkoppelkondensator 143 verbunden.
Bei dem vorgenannten Aufbau dient jede der Streifenleitungen 93 in den Zweifachmodus-Streifenleitungsringresonatoren 91 als Resonator und Filter im Zweifachmodus bzw. zwei verschiedenen Moden. Daher arbeitet das Bandpaßfilter 141 als sechstufiges Filter.
Dementsprechend kann eine von dem Filter 141 eingenommene Fläche minimiert werden, da die mittleren Hohlabschnitte der Resonatoren 91 minimiert sind und da die mittleren Hohlschnitte wirksam zum Koppeln der geradlinigen Streifenleitungen 93a, 93b verwendet werden.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel werden drei Resonatoren 91 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zur Herstellung des Filters 141 verwendet. Die Anzahl der Resonatoren 91 ist jedoch nicht auf drei beschränkt. Vorzugsweise werden auch eine Vielzahl von Resonatoren 111, 121 oder 131 zur Herstellung eines Bandpaßfilters in Serie geschaltet. Es ist auch bevorzugt, verschiedene aus den Resonatoren 91, 111, 121 und 131 gewählte Resonatorarten zu kombinieren.
Ebenso weist das Filter 141 vorzugsweise Mehrfachschichtresonatoren auf, wobei eine Vielzahl von Resonatoren 91, 111, 121 oder 131 in einer Dreischichtstruktur (Tri-Plate) angeordnet sind.
Bei dem ersten und fünften Ausführungsbeispiel wurden Streifenleitungen (oder symmetrische Streifenleitungen) zur Herstellung der Resonatoren 91, 111, 121 und 131 und des Filters 141 verwendet. Vorzugsweise können jedoch auch Mikrostrip- Leitungen zur Herstellung der Resonatoren 91, 111, 121 und 131 und des Filters 141 verwendet werden.

Claims

1. Streifenleitungsringresonator mit:

einer schleifenförmigen Streifenleitung (33, 52, 93, 113) zum Anregen einer Mikrowelle zur Resonanz in zwei verschiedenen Moden, wobei die elektrische Leitungslänge der schleifenförmigen Streifenleitung einer Wellenlänge der Mikrowelle entspricht, um die in der Streifenleitung zirkulierenden Mikrowelle entsprechend der Leitungsimpedanz der schleifenförmigen Streifenleitung zur Resonanz anzuregen;

einer Eingangsstreifenleitung (32, 92, 112, 123, 132, 152), die mit einem Eingangspunkt auf der schleifenförmigen Streifenleitung elektromagnetisch gekoppelt ist, zum Eingeben der Mikrowelle in den Eingangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung; und

einer Ausgangsstreifenleitung (34, 94, 114, 125, 135, 154), die mit einem Ausgangspunkt auf der schleifenförmigen Streifenleitung elektromagnetisch gekoppelt ist, zum Ausgeben der in der schleifenförmigen Streifenleitung angeregten Mikrowelle an einem Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung,

dadurch gekennzeichnet, daß

die schleifenförmige Streifenleitung ein paar elektromagnetisch gekoppelter geradliniger Streifenleitungsabschnitte (33a; 33b, 93a; 93b, 113a; 113b) umfaßt, die parallel zueinander angeordnet sind, um die elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen der schleifenförmigen Streifenleitung miteinander elektromagnetisch zu koppeln, wobei die Leitungsimpedanz der schleifenförmigen Streifenleitung von der elektromagnetischen Kopplung zwischen den Koppelteilleitungen abhängig ist.

2. Resonator nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Koppelelement (62, 97, 113c; 113d, 126), das zwischen den elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen der schleifenförmigen Streifenleitung angeordnet ist, zum Verändern der Leitungsimpedanz der schleifenförmigen Streifenleitung, wobei eine erste elektrische Leitungslänge zwischen dem Eingangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung und einem mit einer der elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Steifenleitungen verbundenen Ende des Koppelelements mit einer zweiten elektrischen Leitungslänge zwischen dem Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung und dem mit der anderen elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitung verbundenen Ende des Koppelelements übereinstimmt, und wobei der Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung um ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowellen von dem Eingangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung entfernt ist.

3. Resonator nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite elektrische Leitungslänge einem Viertel der Wellenlänge der Mikrowellen entsprechen.

4. Resonator nach Anspruch 1, wobei die schleifenförmige Streifenleitung eine rechteckige Form aufweist und vier Ecken der schleifenförmigen Streifenleitung abgeschnitten sind.

5. Resonator nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Kondensator (98) mit einer veränderbaren Kapazität zum Verändern der Leitungsimpedanz der schleifenförmigen Streifenleitung, wobei ein Ende des Kondensators mit einem Anschlußpunkt (E) der schleifenförmigen Streifenleitung verbunden ist, der 3/8 der Wellenlänge der Mikrowelle von dem Eingangs- (A) und Ausgangspunkt (B) der schleifenförmigen Streifenleitung entfernt ist, daß andere Ende des Kondensators (98) mit Masse verbunden ist, und der Ausgangspunkt (B) der schleifenförmigen Streifenleitung um ein Viertel der Wellenlänge (90 Grad) der Mikrowelle von dem Eingangspunkt (A) der schleifenförmigen Streifenleitung entfernt ist.

6. Resonator nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Stichleitung (118) mit offenem Ende zum Reflektieren der Mikrowelle, um die Leitungsimpedanz der schleifenförmigen Streifenleitung zu ändern, wobei die Streifenleitung mit offenem Ende um Dreiachtel der Wellenlänge der Mikrowelle von dem Eingangs- und Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung entfernt ist, und der Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung um ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowelle von dem Eingangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung entfernt ist.

7. Resonator nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Eingangskoppelkondensator (35, 95) zum Koppeln der Eingangsstreifenleitung mit der schleifenförmigen Streifenleitung in einer kapazitiven Kopplung, und einen Ausgangskoppelkondensator (36, 96) zum Koppeln der Ausgangsstreifenleitung mit der schleifenförmigen Streifenleitung in einer kapazitiven Kopplung.

8. Resonator nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine magnetisch gekoppelte Eingangsleitung (123) zum Koppeln der Eingangsstreifenleitung mit der schleifenförmigen Streifenleitung in einer magnetischen Kopplung, und einen magnetisch gekoppelten Ausgangskondensator (125) zum Koppeln der Ausgangsstreifenleitung mit der schleifenförmigen Streifenleitung in einer magnetischen Kopplung.

9. Resonator nach Anspruch 2, wobei das Koppelelement ein Kondensator (62, 97) mit einer konzentrierten Kapazität ist.

10. Resonator nach Anspruch 2, wobei das Koppelelement ein Koppelkondensator (113c; 113d) mit einer verteilten Kapazität ist.

11. Resonator nach Anspruch 2, wobei das Koppelelement eine Spule (126) mit einer konzentrierten Induktivität ist.

12. Resonator nach Anspruch 1, wobei die schleifenförmige Streifenleitung und die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung jeweils eine Mikrostrip sind.

13. Resonator nach Anspruch 1, wobei die schleifenförmige Streifenleitung und die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitung jeweils eine symmetrische Streifenleitung sind.

14. Resonator nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Koppelelement (126), das zwischen den elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen der schleifenförmigen Streifenleitung angeordnet ist, zum Verändern der Leitungsimpedanz der schleifenförmigen Streifenleitung, wobei ein mit einer der elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen verbundenes Ende des Koppelelements um ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowellen von dem Eingangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung entfernt ist, und das mit der anderen der elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen verbundene Ende des Koppelelements an dem Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung positioniert ist, und wobei der Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung eine halbe Wellenlänge der Mikrowelle von dem Eingangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung entfernt ist.

15. Bandpaßfilter zum Filtern einer Mikrowelle, mit:

einer Vielzahl von seriell angeordneten schleifenförmigen Streifenleitungen (33, 52, 93, 113), wobei jede der schleifenförmigen Streifenleitungen einen Eingangspunkt, einen Ausgangspunkt aufweist und ein paar elektromagnetisch gekoppelter geradliniger Streifenleitungsabschnitte (33a; 33b, 93a; 93b, 113a; 113b) umfaßt, die zueinander parallel angeordnet sind, wobei die elektrische Leitungslänge einer jeden der schleifenförmigen Streifenleitungen einer Wellenlänge der Mikrowelle entspricht, um die in jeder der schleifenförmigen Streifenleitungen zirkulierende Mikrowelle entsprechend einer Leitungsimpedanz einer jeden der schleifenförmigen Streifenleitungen zur Resonanz anzuregen, wobei die elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen einer jeden der schleifenförmigen Streifenleitungen miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind, wobei die Leitungsimpedanz einer jeden der schleifenförmigen Streifenleitungen von der elektromagne tischen Kopplung zwischen den elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen abhängig ist, und wobei der Ausgangspunkt einer jeden der schleifenförmigen Streifenleitungen um ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowelle von deren Eingangspunkt entfernt ist;

einer Eingangsstreifenleitung (32, 92, 112, 123, 132, 152) zum Eingeben der Mikrowelle in den Eingangspunkt der in einer ersten Stufe angeordneten schleifenförmigen Streifenleitung durch elektromagnetische Kopplung;

eine Vielzahl von Zwischenstufenkoppelelementen (142, 143) die jeweils zwischen einem benachbarten Paar schleifenförmiger Streifenleitungen einer höheren und niedrigeren Stufe angeordnet sind, wobei ein Ende eines jeden der Zwischenstufenkoppelelemente mit dem Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung der höheren Stufe verbunden ist, und das gegenüberliegende Ende eines jeden der Zwischenstufenkoppelelemente mit dem Eingangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung der unteren Stufe verbunden ist; und

einer Ausgangsstreifenleitung zum Ausgeben der in der schleifenförmigen Streifenleitung zur Resonanz angeregten Mikrowelle von dem Ausgangspunkt der in einer letzten Stufe angeordneten schleifenförmigen Streifenleitung durch elektromagnetische Kopplung.

16. Resonator nach Anspruch 1, wobei die schleifenförmige Streifenleitung weiterhin umfaßt ein Koppelelement (62, 97, 113c; 113d, 126), das zwischen den elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen der schleifenförmigen Streifenleitung angeordnet ist, zum Ändern der Leitungsimpedanz der schleifenförmigen Streifenleitung, wobei eine erste elektrische Leitungslänge zwischen dem Eingangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung und einem mit einer der elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen verbundenen Ende des Koppelelements mit einer zweiten elektrischen Länge zwischen dem Ausgangspunkt der schleifenförmigen Streifenleitung und dem mit der anderen der elektromagnetisch gekoppelten geradlinigen Streifenleitungen verbundenen Ende des Koppelelements übereinstimmt.