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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Schaltungselement wie einen Resonator, ein
Filter oder dergleichen, wie dieses für Hochfrequenz-Signalprozessoren
in Kommunikationssystemen usw. zum Einsatz kommt.
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Ein
Hochfrequenz-Schaltungselement wie ein Resonator, Filter oder dergleichen
ist eine wesentliche Komponente in Hochfrequenz-Kommunikationssystemen.
Als hauptsächliche
Beispiele für
derzeit eingesetzte Hochfrequenz-Schaltungselemente wie Resonatoren,
Filter oder dergleichen sind diejenigen zu nennen, die sich eines
dielektrischen Resonators, einer Leitungsstruktur (Mikrostreifen-
oder Streifenleitungsstruktur) und eines akustischen Oberflächenwellenelements
bedienen. Von diesen sind die Elemente in Leitungstechnik klein
und für
Frequenzen bis hin zum Mikro- oder Milliwellenbereich einsetzbar.
Weiter besitzen sie eine zweidimensionale Struktur auf einem Substrat
und sind sie problemlos mit anderen Schaltungselementen kombinierbar,
so dass sie weitgehende Anwendung finden. Nach dem Stand der Technik
wird ein Halbwellenresonator mit Übertragungsleitung für diese
Resonatorausführung benutzt.
Auch wird durch Koppeln mehrerer dieser Halbwellenresonatoren ein
Hochfrequenz-Schaltungselement wie ein Filter oder dergleichen gebildet (Minute
Explanation Examples/Exercises Microwaves Circuit Tokyo Electrical
Engineering College Publishing Office).
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Zu
den weiteren konventionellen Beispielen einer Leitungsstruktur gehören diejenigen
mit planarer Schaltungstechnik. Im Rahmen repräsentativer Beispiele werden
verschiedene Hochfre quenzschaltungen unter Einsatz von Scheibenresonatoren
gebildet (Veröffentlichungen
des Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan,
72/8 Vol. 55-B No. 8, Analysis of Microwave Planar Circuit' Tanroku MIYOSHI;
Takaaki OOKOSHI).
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In
einem Resonator mit Übertragungsleitungsstruktur
wie ein Halbwellenresonator oder dergleichen wird jedoch Hochfrequenzstrom
teilweise in einem Teil des Leiters konzentriert. Deshalb ist der durch
den Leiterwiderstand bedingte Verlust relativ hoch mit dem Ergebnis,
dass der Q-Wert im Resonator eine Beeinträchtigung erfährt und
bei der Bildung eines Filters ein weiterer Verlust zu verzeichnen
ist. Auch ist bei Verwendung eines Halbwellenresonators mit der üblicherweise
eingesetzten Mikrostreifenstruktur die Auswirkung von Verlusten,
die durch Abstrahlung aus einer Schaltung in den Raum entstehen,
ein Problem.
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Die
SU 1679570-A1 offenbart einen mit entsprechenden Ein- und Ausgangsleitungen
gekoppelten Mehrleiter-Ringresonator.
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Beim
Einsatz eines runden Resonators oder dergleichen als Resonator in
einem planaren Schaltungssystem ist es schwierig, einen hohen Kopplungsgrad
zu erzielen, der einem Filter-Auslegungs-parameter
in einem Kopplungsbereich zwischen einer Eingangs-/Ausgangsleitung
und dem Resonator entspricht. Als Verfahren zur Sicherstellung eines
hohen Grades an Eingangs-Ausgangskopplung
(12 und 13) wird
die nachstehend beschriebene Technik vorgeschlagen: Das heißt, dass
wie aus 12 ersichtlich eine Kerbe 30a in
einem Teil des Resonators 30 ausgebildet und die Spitze
einer Eingangs-/Ausgangsleitung 31 in
diese Kerbe 30a eingebracht wird. Hierdurch lässt sich
der Grad der Eingangs-/Ausgangskopplung durch Erhöhung der
Koppelkapazität
vergrößern (T.
Hayashi et al, Electronic Letters, Vol. 30, No. 17 pp. 1424). Gemäß 13 wird
die Leitungsbreite an der Spitze 31a einer Eingangs- /Ausgangsleitung 31 vergrößert und
die Spitze 31a mit der größeren Leitungsbreite dem Umfang
des Resonators 30 zugewandt angeordnet. Somit wird durch
Erhöhung
der Koppelkapazität
der Grad der Eingangs-/Ausgangskopplung vergrößert.
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Bei
der Anwendung dieser Verfahren sind der Erhöhung des Grades der Eingangs-/Ausgangskopplung
jedoch Grenzen gesetzt. Da bei dem ersteren Verfahren (12)
die Kerbe 30a in einem Teil des Resonators 30 ausgebildet
ist, wird der Strom in eben diesem Teil konzentriert und dadurch
ein größerer Verlust
verursacht. Andererseits wird bei dem letzteren Verfahren (13)
eine unregelmäßige Impedanz
durch Vergrößerung der
Leitungsbreite an der Spitze 31a der Eingangs-/Ausgangsleitung 31 bewirkt.
Ist umgekehrt die Leitungsbreite der Spitze 31a zu groß, so nimmt
der Grad der Eingangs-/Ausgangskopplung ab.
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Mit
der vorliegenden Erfindung sollen die vorbeschriebenen Probleme
des Stands der Technik ausgeschaltet werden. Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung eines Hochfrequenz-Schaltungselements,
bei dem ein hoher Grad an Eingangs-/Ausgangskopplung erreicht werden kann,
ohne dass ein größerer Verlust
und eine größere Unregelmäßigkeit
bei der Impedanz verursacht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch das in den beiliegenden Ansprüchen definierte Hochfrequenz-Schaltungselement
gelöst.
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Nach
einem Aspekt ist ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schaltungselement
mit wenigstens einem Resonator in Planartechnik und wenigstens einer
Eingangs-/Ausgangsleitung versehen und dadurch gekennzeichnet, dass
die Eingangs-/Ausgangsleitung eine Seitenkante aufweist und ein
Teil der Seitenkante entlang einem Kopplungsbereich auf dem Umfang
des Resonators angeordnet sowie über einen
Lückenbereich
vom Resonator abgesetzt ist. Nach diesem Aspekt des Hochfrequenz-Schaltungselements
lässt sich
eine verteilte Kopplung herstellen, indem ein Teil der Seitenkante
der Eingangs-/Ausgangs leitung entlang dem Kopplungsbereich auf dem
Umfang des Resonators platziert und über den Lückenbereich von diesem abgesetzt
wird. Dies hat zur Folge, dass anders als bei einem Hochfrequenz-Schaltungselement
nach dem Stand der Technik ein hoher Grad an Eingangs-/Ausgangskopplung
erreicht werden kann, ohne dass die Umfangsform des Resonators und
die Breite der Eingangs-/Ausgangsleitung im Koppelbereich ein Änderung
erfährt,
d. h. ohne dass eine größerer Verlust und
eine unregelmäßige Impedanz
verursacht werden.
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Bei
dem vorbeschriebenen Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements weist
die Eingangs-/Ausgangsleitung vorzugsweise eine im Wesentlichen
gleichmäßige Breite
auf.
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Nach
dem vorbeschriebenen Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements
kann der in einer planaren Schaltung eingesetzte Resonator in jeder
beliebigen Form, beispielsweise rund, elliptisch, polygonal oder ähnlich,
vorgesehen sein.
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Bei
dem vorbeschriebenen Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements bestimmt
die Länge
des Koppelbereichs den Winkel relativ zur Mitte des Resonators.
Vorzugsweise sollte der Winkel im Bereich zwischen 5° und 30° betragen.
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Nach
dem vorbeschriebenen Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements
wird der Abstand zwischen dem Koppelbereich auf dem Umfang des Resonators
und der Eingangs-/Ausgangsleitung
(Lückenbereich)
zwischen 10 μm
und 500 μm
eingestellt.
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Vorzugsweise
weist das vorbeschriebene Hochfrequenz-Schaltungselement eine Mikrostreifen-
oder Streifenleitungsstruktur auf. Die Mikrostreifenstruktur ist
einfach aufgebaut und hat eine gute Kohärenz mit anderen Schaltungen.
Mit der Streifenleitungsstruktur lässt sich ein verlustarmes Hochfrequenz- Schaltungselement
herstellen, da der Strahlungsverlust sehr gering ist.
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Nach
dem vorbeschriebenen Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements
werden vorzugsweise ein elliptischer Resonator in einer planaren
Schaltung eingesetzt und zwei Eingangs-/Ausgangsleitungen mit dem
Resonator gekoppelt, wobei die Koppelbereiche in der Nähe der Schnittpunkte
des Resonatorumfangs mit der Haupt- bzw. Nebenachse der Ellipse
liegen und relativ zum Mittelpunkt des Resonators um etwa 90° zueinander versetzt
angeordnet sind. Dieses bevorzugte Beispiel ist als Bandpassfilter
einsetzbar. Es versteht sich, dass durch Kopplung zwischen zwei
Resonanzformen des elliptischen Resonators ein Einsatz als Filter mit
Zweistufenresonator-Kopplung
möglich
ist.
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Nach
dem vorbeschriebenen Aspekt des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements
wird vorzugsweise ein Supraleiter als Material für den Resonator verwendet.
Mit diesem bevorzugten Beispiel lässt sich ein verlustarmes Hochfrequenz-Schaltungselement
mit hervorragenden Dauerleistungseigenschaften herstellen.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schaltungselement
in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
Querschnittsansicht auf der Linie II-II in 1;
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3 ein
Diagramm der Reflexionscharakteristiken eines Hochfrequenz-Schaltungselements gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Draufsicht auf das erfindungsgemäße Hochfrequenz-Schaltungselement
der ersten Ausführungsform
nach einem weiteren Aspekt;
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5 ein
Diagramm der Reflexionseigenschaften eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements
der ersten Ausführungsform
nach einem weiteren Aspekt;
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6 ein
Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen
der Länge
des Koppelbereichs und dem Grad der Eingangs-/Ausgangskopplung des
erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements der
ersten Ausführungsform
nach einem weiteren Aspekt hervorgeht;
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7(a) und (b) Draufsichten,
die zusätzliche
Aspekte eines Hochfrequenz-Schaltungselements zeigen, wobei 7(b) nicht Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist;
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8 eine
Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schaltungselement
in einer zweiten Ausführungsform;
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9 ein
Diagramm der Eingangs-/Ausgangscharakteristiken eines Hochfrequenz-Schaltungselements
in der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10 ein
Diagramm der Einfügungsdämpfungscharakteristiken
relativ zur Eingangsleistung in einem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselement
der zweiten Ausführungsform;
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11 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements in
Streifenleitungstechnik;
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12 eine
Draufsicht auf ein Beispiels eines Hochfrequenz-Schaltungselements
nach dem Stand der Technik;
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13 eine
Draufsicht auf ein weiteres Beispiel eines Hochfrequenz-Schaltungselements
nach dem Stand der Technik; und
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14 ein
Diagramm eines Vergleichsbeispiels des Verhältnisses zwischen der Länge des Koppelbereichs
und dem Grad der Eingangs-/Ausgangskopplung in einem Hochfrequenz-Schaltungselement.
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Es
folgt eine weitergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung
anhand konkreter Ausführungsformen.
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schaltungselement
in einer ersten Ausführungsform. 2 zeigt
eine Querschnittsansicht auf der Linie II-II in 1.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich,
ist ein runder Resonator 2 aus Leiterschichtmaterial in
der Mitte eines Substrats 1 aus einem dielektrischen Monokristall
oder dergleichen beispielsweise durch Vakuumverdampfung und Ätzung ausgebildet.
Eine aus Leiterschichtmaterial bestehende Eingangs-/Ausgangsleitung 3 ist
auf der gleichen Oberfläche
des Substrats 1 wie der Resonator 2 beispielsweise
durch Vakuumverdampfen und Ätzen
vorgesehen. In diesem Falle weist die Eingangs-/Ausgangsleitung 3 eine
Seitenkante und eine gleichmäßige Breite
auf. Weiter ist ein Teil der Seitenkante der Eingangs-/Ausgangsleitung 3 entlang
einem Koppelbereich 4 auf dem Umfang des Resonators 2 angeordnet
und über
einen Lückenbereich
5 vom Resonator abgesetzt. Eine Erdungsebene 6 aus Leiterschichtmaterial
ist beispielsweise durch Vakuumverdampfen auf der gesamten Rückseite
des Substrats 1 vorgesehen. Hiermit lässt sich ein Hochfrequenz-Schaltungselement
in Mikrostreifentechnik herstellen.
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Als
Material für
die Leiterschicht kann ein Hochtemperaturoxid-Supraleiter aus der
Familie der Yttrium-Supraleiter (Y) wie YBa2Cu3Ox oder dergleichen,
aus der Familie der Bismut-Supraleiter
(Bi) wie Bi2Sr2Ca2Cu3Ox oder
dergleichen, aus der Familie der Thallium-Supraleiter (Tl) wie Tl2Ba2CaCu2Ox oder dergleichen, oder ein Supraleiter
aus Metall wie Nb oder dergleichen bzw. einem Metall wie Gold, Kupfer usw.
eingesetzt werden.
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Bei
Eingabe eines Hochfrequenzsignals aus einem Anschlussteil 7 der
Eingangs-/Ausgangsleitung 3 eines Hochfrequenz-Schaltungselements
mit der vorbeschriebenen Struktur koppelt das Hochfrequenzsignal
im Koppelbereich 4 am Resonator 2 an, so dass
der Resonanzbetrieb angeregt wird. In diesem Falle lässt sich
die einer Resonanzschaltung eigene Eigenschaft, dass eine hohe Absorption
bei der Resonanzfrequenz des Resonators 2 stattfindet,
erzielen, wie dies die 3 zeigt.
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Wie
in 12 und 13 dargestellt,
bedient sich ein konventionelles Hochfrequenz-Schaltungselement
allein der Wirkung der kapazitiven Kopplung in Abhängigkeit
von der Kapazität
im Koppelbereich. Bei dem Hochfrequenz-Schaltungselement der erfindungsgemäßen Ausführungsform
jedoch kommt die Wirkung einer verteilten Kopplung durch ein Magnetfeld
hinzu. Dies hat zur Folge, dass sich gegenüber einem konventionellen Hochfrequenz-Schaltungselement
ein höherer
Kopplungsgrad erzielen lässt.
Das heißt,
dass in der vorliegenden Ausführungsform
die verteilte Kopplung durch Anordnen eines Teils der Seitenkante
der Eingangs-/Ausgangsleitung 3 entlang dem Koppelbereich 4 auf
dem Umfang des Resonators 2 und im Abstand hiervon über den
Lückenbereich 5 erreicht
werden kann. Im Ergebnis lässt
sich ein höherer
Kopplungsgrad für
die Eingangs-/Ausgangsleitung erzielen, ohne die Umfangsform des
Resonators 2 im Koppelbereich 4 und die Breite
der Eingangs-/Ausgangsleitung 3 zu verändern oder anders ausgedrückt ohne
einen größeren Verlust
und eine größere Unregelmäßigkeit
der Impedanz wie bei dem konventionellen Hochfrequenz-Schaltungselement
gemäß 12 und 13 zu
verursachen.
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Es
folgt eine detailliertere Beschreibung der vorliegenden Erfindung
anhand von Beispielen der vorliegenden Ausführungsform.
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4 ist
eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Schaltungselement
nach einem weiteren Aspekt der ersten Ausführungsform. Wie aus 4 ersichtlich,
ist ein runder Resonator 2 aus einem Hochtemperaturoxid-Supraleiter
auf Thallium-Basis mit einer Dicke von 0,7 μm in der Mitte eines Substrats 1 aus
einem Lanthan-Aluminiumoxid-Monokristall (La AlO3)
mit einer Dicke von 0,5 mm ausgebildet. In diesem Falle liegt der
Radius des Resonators 2 bei 9,53 mm. Eine ebenfalls aus
einem Hochtemperaturoxid-Supraleiter auf Thallium-Basis mit einer
Dicke von 0,7 μm
und einer Leitungsbreite von 0, 175 mm hergestellte Eingangs-/Ausgangsleitung 3 ist
auf der gleichen Oberfläche
des Substrats 1 wie der Resonator 2 ausgebildet.
Ein Teil der Seitenkante der Eingangs-/Ausgangsleitung 3 ist
entlang des Koppelbereichs 4 auf dem Umfang des Resonators 2 und über den
Lückenbereich 5 vom
Resonator abgesetzt angeordnet. In diesem Falle beträgt der Abstand
zwischen dem Koppelbereich auf dem Umfang des Resonators und der
Eingangs-/Ausgangsleitung
(der Lückenbereich 5)
20 μm. Die
Länge des
Koppelbereichs 4 ist auf die Mitte des Resonators 2 gesehen
durch den Winkel θ bezeichnet. Eine
ebenfalls aus einem Hochtemperaturoxid-Supraleiter auf Thallium-Basis
mit einer Dicke von 0,7 μm
hergestellte Erdungsebene (in der Figur nicht dargestellt) befindet
sich auf der gesamten Rückseite des
Substrats 1.
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5 zeigt
die Reflexionskurve im Falle von θ = 10°. Aus 5 ist ersichtlich,
dass bei der einer Resonanzschaltung eigenen Charakteristik eine
große
Absorption bei der Resonanzfrequenz des Resonators 2 erzielbar
ist.
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6 zeigt
die Änderung
des Grades der Eingangs-/Ausgangskopplung bei einer Veränderung des
Winkels θ.
Es wird ein umso größerer Grad
an Eingangs-/Ausgangskopplung erreicht, je kleiner der äußere Q-Wert
der Resonanzschaltung wird. Wie aus 6 für den Fall θ = 20° ersichtlich,
wird ein äußerer Q-Wert von ca. 120
erzielt. Es ist erkennbar, dass bei einer Vergrößerung des Winkels bis auf
ca. θ =
30° die
Eingangs-/Ausgangskopplung
zunimmt. Zum Vergleich ist die Änderung
des Grades der Eingangs-/Ausgangskopplung in dem konventionellen Hochfrequenz-Schaltungselement 13 in 14 dargestellt.
In diesem Falle ist der Öffnungswinkel
der Spitze einer Eingangs-/Ausgangsleitung 31 durch
einen Winkel ϕ relativ zur Mitte eines Scheibenresonators 30 gesehen
bezeichnet. Der Abstand zwischen der Spitze der Eingangs-/Ausgangsleitung 31 und dem
Scheibenresonator 30 (der Lückenbereich) ist wie in 4 mit
20 μm gewählt. Die
Struktur ist mit Ausnahme des Eingangs-/Ausgangs-Koppelbereichs die gleiche
wie in 4. Wie aus 14 ersichtlich,
wird bei einer Vergrößerung des
Winkels ϕ in dem konventionellen Hochfrequenz-Schaltungselement
gemäß 13 der
höchste
Grad an Eingangs-/Ausgangskopplung (ein äußerer Q-Wert von ca. 450) bei
etwa 20° erreicht.
Bei Wahl eines größeren Winkels ϕ wird
hingegen der äußere Q-Wert
höher.
Das heißt,
dass der Grad der Eingangs-/Ausgangskopplung bei einem Winkel ϕ von
mehr als 20° geringer
wird. Hierdurch ergibt sich, dass der Grad der Eingangs-/Ausgangskopplung
bei einer Vergrößerung des
Winkels ϕ bis zu einem gewissen Grade gering wird, da sich
die Eigenimpedanz der Eingangs-/Ausgangsleitung 31 schnell
verändert,
wenn die Breite der Spitze der Eingangs-/Ausgangsleitung 31 groß und damit
ein Eingangs-Ausgangssignal reflektiert wird. Bei einem Vergleich
unter gleichen Bedingungen besteht also die Möglichkeit, den äußeren Q-Wert
in der Struktur eines Hochfrequenz-Schaltungselements der vorliegenden
Ausführungsform bis
auf ca. 100 zu verringern, doch ist es unmöglich, einen hohen Grad an
Eingangs-/Ausgangskopplung bei einem äußeren Q-Wert von 450 oder weniger
in der Struktur des in 13 dargestellten konventionellen
Hochfrequenz-Schaltungselements
zu erreichen.
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Wie
vorbeschrieben, wird es möglich,
mit der Struktur eines Hochfrequenz-Schaltungselements in der vorliegenden
Ausführungsform
einen so hohen Grad an Eingangs-/Ausgangskopplung zu erzielen, wie
er im Falle der konventionellen Struktur bisher nicht zu erreichen
war. Die Struktur der vorliegenden Aus führungsform ist sehr effektiv,
da generell ein relativ hoher Grad an Eingangs-/Ausgangskopplung
in Resonator koppelnden Hochfrequenzfiltern erforderlich ist.
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Die
vorliegende Ausführungsform
wurde anhand eines Beispiels beschrieben, in dem ein runder Resonator 2 als
Resonator in einer planaren Schaltung eingesetzt ist. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht ausschließlich auf diese Konfiguration
beschränkt.
Ein Resonator in einer planaren Schaltung kann jede beliebige Form
aufweisen, wobei zum Beispiel außer einem runden auch ein elliptischer
Resonator wie in 7(a) dargestellt
eingesetzt werden kann. Aus den vorbeschriebenen Gründen ist
ein Hochfrequenz-Schaltungselement mit einem Resonator in dieser
Form ebenfalls wirksam.
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Die
vorliegende Ausführungsform
wurde anhand des Beispiels eines Hochfrequenz-Schaltungselements
mit einem Resonator 2 und einer Eingangs-/Ausgangsleitung 3 beschrieben.
Die Erfindung ist jedoch nicht ausschließlich auf diese Konfiguration
beschränkt.
So ist die vorliegende Erfindung beispielsweise auf ein Hochfrequenz-Schaltungselement
wie ein Mehrstufenfilter mit mehreren Resonatoren und mehreren Eingangs-/Ausgangsleitungen sowie
ein Hochfrequenz-Schaltungselement mit einem Resonator und einer
Eingangs-/Ausgangsleitung als Bestandteil desselben anwendbar, wobei
die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
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Zweite Ausführungsform
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8 ist
eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements.
Wie aus 8 ersichtlich, ist ein aus Leiterschichtmaterial
bestehender elliptischer Resonator 9 in der Mitte eines
aus einem dielektrischen Monokristall oder dergleichen hergestellten
Substrats beispielsweise durch Vakuumverdampfen und Ätzen ausgebildet.
Die Länge
der Hauptachse 12 und der Nebenachse 13 des elliptischen
Resonators 9 sind mit 19,07 mm bzw. 18,93 mm festgelegt.
Beispielsweise durch Vakuumverdampfen und Ätzen werden Eingangs-/Ausgangsleitungen 10a und 10b aus
Leiterschichtmaterial auf der gleichen Oberfläche des Substrats 8,
auf der auch der Resonator 9 angeordnet ist, vorgesehen.
In diesem Falle weisen die Eingangs-/Ausgangsleitungen 10a und
10b Seitenkanten sowie gleichmäßige Leitungsbreiten
auf. Weiterhin ist ein Teil der Seitenflanken der Eingangs-/Ausgangsleitungen 10a und 10b entlang
den Koppelbereichen 11a und 11b auf dem Umfang
des Resonators 9 und über
die Lückenbereiche 14a bzw. 14b von
diesem abgesetzt vorgesehen. In diesem Falle liegen die Koppelbereiche 11a und 11b in
der Nähe
der Schnittpunkte des Umfangs des Resonators 9 mit der
Hauptachse 12 bzw. der Nebenachse 13 und in Positionen,
die auf die Mitte des Resonators 9 gesehen um 90° gegeneinander
versetzt sind. Beide Längen
der Koppelbereiche 11a und 11b sind von der Mitte
des Resonators 9 aus gesehen einem Winkel von 18° entsprechend
gewählt. Auf
der gesamten Rückseite
des Substrats 8 ist eine Erdungsebene (in der Figur nicht
dargestellt) aus Leiterschichtmaterial beispielsweise durch Vakuumverdampfen
und Ätzen
vorgesehen. Damit wird ein Hochfrequenz-Schaltungselement in Mikrostreifentechnik
bereitgestellt.
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9 zeigt
die Eingangs-Ausgangs-Kurven eines Hochfrequenz-Schaltungselements
mit der vorbeschriebenen Struktur. Wie aus 9 ersichtlich,
ergibt sich in diesem Element eine flache Übertragungscharakteristik in
der Nähe
von 1,9 GHz. Damit lässt
sich feststellen, dass das Element als Bandpassfilter arbeitet.
Dies zeigt, dass das Element als über Zweistufenresonator gekoppeltes
Filter betrieben werden kann, indem eine Kopplung zwischen zwei
Resonanzformen eines elliptischen Resonators benutzt wird. Bei dieser
Filterausführung
ist der Umfang des elliptischen Resonators sehr glatt und ist die Wirkung
der Stromkonzentration im Resonator gering. Damit ist bei Verwendung
eines gewöhnlichen Metalls
als Material für
den Resonator der Verlust geringer als bei der Ausführung nach
dem Stand der Technik.
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10 zeigt
die Abhängigkeit
der Einfügungsdämpfung von
der Eingangsleistung in einem Durchgangsband eines wie vorbeschrieben
aufgebauten Hochfrequenz-Schaltungselements. Ein Impuls-Hochfrequenz-Netzwerkanalysatorsystem
des Typs HP85108A Hewlett Packard wurde für die Messung benutzt. In diesem
Falle erfolgte die Messung mit einem Impulsstromsignal mit einer
Impulsbreite von 2 μsec,
um eine Beeinträchtigung
durch Wärmebildung
in einem Kabel zur Eingabe/Ausgabe von Signalen in das bzw. aus
dem Element zu vermeiden. Die Umgebungstemperatur betrug 20 Kelvin.
Wie aus 10 ersichtlich, wurde keine
eindeutige Veränderung
der Einfügungsdämpfung bei
Eingangsleistungen bis zu +50 dBm (100 W) festgestellt. In konventionell
aufgebauten supraleitenden Filtern geht die Supraleitfähigkeit
bereits bei Eingangssignalen mit einem Pegel im Zehner-mW-Bereich (ca. +15 dBm)
verloren, so dass die Funktionsfähigkeit
nicht mehr gegeben ist. Damit lässt
sich feststellen, dass die Dauerleistungskapazität des vorliegenden Hochfrequenz-Schaltungselements
extrem gut ist. Dies wird aus folgenden Gründen erreicht: bei dem vorliegenden
Hochfrequenz-Schaltungselement
wird die Stromkonzentration im Eingangs-/Ausgangsleitungsbereich sowie im Resonatorbereich
auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten; da der Verlust im gesamten
Element sehr gering ist, ist die Wirkung einer Wärmebildung entsprechend dem
Verlust sehr klein; usw. Dies zeigt klar die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselements.
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Andererseits
ist bei Verwendung der in 13 dargestellten
konventionellen Eingangs-/Ausgangs-Koppelstruktur als Koppelbereich in
dem Hochfrequenz-Schaltungselement der vorliegenden Ausführungsform
der erforderliche Grad an Eingangs- /Ausgangs-Kopplung (äußerer Q-Wert = ca. 130) nicht
erreichbar. Dies hat zur Folge, dass die in 9 dargestellten
Eingangs-Ausgangs-Kurven nicht erzielt werden können. Dies ist leicht verständlich beim
Vergleich von 6 mit 14. Bei
Einsatz der in 12 aufgezeigten Eingangs-/Ausgangs-Koppelstruktur erfährt der
Umfang des Resonators eine abrupte Veränderung mit dem Ergebnis, dass
eine örtliche
Stromkonzentration stattfindet und dadurch eine Verlustzunahme verursacht
wird.
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Aufgrund
der vorbeschriebenen Ergebnisse lässt sich feststellen, dass
der Aufbau des Hochfrequenz-Schaltungselements der vorliegenden
Ausführungsform
gemäß 8 sehr
effektiv ist.
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Der
vorbeschriebenen Ausführungsform
liegt ein Hochfrequenz-Schaltungselement in Mikrostreifentechnik
zugrunde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht ausschließlich auf
Hochfrequenz-Schaltungselemente dieser Art anwendbar. So ist beispielsweise
die Konfiguration gemäß der vorliegenden
Erfindung auch bei Hochfrequenz-Schaltungselementen in Streifenleitungstechnik
wie in 11 dargestellt wirksam. In 11 bezeichnen
die Bezugsziffern 15a und 15b jeweils ein Substrat,
die Bezugsziffer 16 einen Resonator und die Bezugsziffern 17a und 17b jeweils
eine Erdungsebene. Die Streifenleitungsstruktur ist gegenüber der
Mikrostreifentechnik sehr komplex. Der Strahlungsverlust wird jedoch
gering, so dass die Charakteristiken des Elements verbessert werden
können.
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Die
vorstehende Ausführungsform
wurde anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem gewöhnliches
Metall als Material für
den Resonator eingesetzt wurde, doch ist neben gewöhnlichen
Metallen auch ein Supraleiter einsetzbar. Bei Verwendung eines Supraleiters
als Resonatormaterial lässt
sich ein Hochfrequenz-Schaltungselement mit geringem Verlust und
hervorragenden Dauerleistungseigenschaften herstellen. Andererseits führt die
Verwendung eines Supraleiters als Material für den Resonator und der in 12 dargestellten
herkömmlichen
Eingangs-/Ausgangs-Koppelstruktur zu einer Beeinträchtigung
der Dauerleistungseigenschaften.
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Ein
Material auf Metallbasis (beispielsweise auf Pb-Basis wie Pb, PbIn
oder dergleichen, und auf Nb-Basis wie Nb, NbN, Nb3Ge
oder dergleichen) ist als Supraleiter verwendbar. Im praktischen
Einsatz sollte jedoch ein Hochtemperaturoxid-Supraleiter (beispielsweise Ba2YCu3O7)
eingesetzt werden, dessen Temperaturzustand relativ gemäßigt ist.
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Bei
Verwendung eines Supraleiters als Material für den Resonator ist jedoch
eine Supraleitung von Strom über
dem Wert der kritischen Stromdichte nicht möglich. Bei der Handhabung eines
Hochfrequenzsignals von größerer Stärke jedoch
führt dies zu
einem Problem. In einem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Schaltungselement
wird ein Resonator in planarer Schaltungstechnik benutzt, der effektiv die
Konzentration von Hochfrequenzstrom im Umfangbereich des Resonator,
wo bei der konventionellen Struktur eine äußerst extreme Stromkonzentration
zu verzeichnen ist, mindert. Weiterhin lässt sich ein hoher Grad an
Eingangs-/Ausgangskopplung ohne Veränderung der Umfangsform erreichen.
Deshalb wird die maximale elektrische Stromdichte bei der Handhabung
eines Hochfrequenzsignals gleicher Stärke kleiner als beim Stand
der Technik. Dementsprechend wird mit dem erfindungsgemäß unter
Verwendung eines Supraleiters mit der gleichen kritischen Stromdichte
hergestellten Hochfrequenz-Schaltungselement die Handhabung eines Hochfrequenzsignals
mit weiter höherer
Stärke
ermöglicht.
Damit ist die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung äußerst hoch.
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Bei
Verwendung eines Hochfrequenz-Schaltungselements mit der erfindungsgemäßen Konfiguration
kann im Vergleich zu einem Element nach dem Stand der Technik ein
höherer
Grad an Eingangs-Ausgangs-Kopplung für den Resonator in planarer
Schal tungstechnik erreicht werden und wird der Freiheitsgrad bei
der Auslegung einer Hochfrequenzschaltung größer, also ein Hochfrequenz-Schaltungselement
im Hochleistungsbereich bereitgestellt.