DE4304842C2 - Method for adjusting the resonance frequency of ceramic resonators for setting the center frequency of microwave ceramic filters - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich der Resonanzfrequenz von Keramikresonatoren für die Einstellung der Mittenfrequenz von Mikrowellen-Keramikfil­ tern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method for Adjustment of the resonance frequency of ceramic resonators for the Setting the center frequency of microwave ceramic fil tern according to the preamble of claim 1.

Anhand einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Mikro­ wellen-Keramikfilters nach Fig. 1 werden zunächst die an sich bekannten Teile eines derartigen Keramikfilters erläu­ tert. Ein solches Mikrowellen-Keramikfilter 1 wird durch mehrere, im vorliegenden Falle zwei mit einander gekoppelte Keramikresonatoren 2 und 3 gebildet. In den Keramikkörpern der Keramikresonatoren 2 und 3 ist jeweils eine Resonator­ bohrung 5 vorgesehen. Die Keramikkörper sind einschließlich der Innenfläche der Resonatorbohrung 5 abgesehen von einer teilweise nicht metallisierten Fläche für eine Verkürzungs­ kapazität und einem ein Aperturfenster bildenden Flächenteil allseitig metallisiert. Die teilweise nicht metallisierte Fläche für die Verkürzungskapazität ist in Fig. 1 gesehen die Fläche an der Oberseite der Keramikkörper der Resonato­ ren 2 und 3. An diesen Flächen ist jeweils eine sogenannte Verkürzungskapazität vorgesehen, welche schematisch durch ein mit 6 bezeichnetes Metallisierungsrechteck gegeben ist, das mit der Metallisierung auf der Innenseite der jeweiligen Resonatorbohrung 5 verbunden ist. Based on an embodiment of a micro wave ceramic filter according to the invention of FIG. 1, the known parts of such a ceramic filter are first tertu explained. Such a microwave ceramic filter 1 is formed by several, in the present case two ceramic resonators 2 and 3 coupled to one another. In the ceramic bodies of the ceramic resonators 2 and 3 , a resonator bore 5 is provided. The ceramic body including the inner surface of the resonator bore 5 apart from a partially non-metallized surface for a shortening capacity and a surface part forming an aperture window metallized on all sides. The partially non-metallized area for the shortening capacity is seen in FIG. 1 the area on the top of the ceramic body of the resonators 2 and 3 . A so-called shortening capacitance is provided on each of these surfaces, which is given schematically by a metallization rectangle designated 6 , which is connected to the metallization on the inside of the respective resonator bore 5 .

Die Kopplung der einzelnen Resonatoren 2 und 3 erfolgt über Aperturfenster 4 auf einander zugekehrten Resonatorflächen. In diesen Aperturfenstern 4 ist die Metallisierung auf der jeweiligen sie enthaltenden Fläche der Keramikkörper der Resonatoren entfernt.The individual resonators 2 and 3 are coupled via aperture windows 4 on mutually facing resonator surfaces. In these aperture windows 4 , the metallization on the surface of the ceramic bodies of the resonators containing them is removed.

Mikrowellen-Keramikfilter der vorstehend generell erläuter­ ten Art sind beispielsweise aus "IEEE Transactions on Micro­ wave Theory and Techniques", Vol. MTT-34, Nr. 9, September 1986, Seiten 972 bis 976 bekannt. Aus dieser Druckschrift ist insbesondere auch die Art der Kopplung der einzelnen Resonatoren im Filter bekannt. Liegen die Aperturfenster im Bereich der teilweise nicht metallisierten die Verkürzungs­ kapazität enthaltenden Flächen der Keramikresonatoren 2 und 3 (Oberseite in Fig. 1), so ergibt sich eine kapazitive Kopplung, während sich ein induktive Kopplung ergibt, wenn die koppelnden Aperturfenster im Bereich der den teilweise nicht metallisierten Flächen gegenüberstehenden metallisier­ ten Flächen der Keramikresonatoren 2 und 3 (Unterseite in Fig. 1) liegen.Microwave ceramic filters of the type generally explained above are known, for example, from "IEEE Transactions on Micro wave Theory and Techniques", Vol. MTT-34, No. 9, September 1986, pages 972 to 976. From this publication, in particular, the type of coupling of the individual resonators in the filter is known. If the aperture windows are in the region of the partially non-metallized surfaces of the ceramic resonators 2 and 3 containing the shortening capacitance (top side in FIG. 1), there is a capacitive coupling, while an inductive coupling results if the coupling aperture windows are in the region of the partially non-metallized surfaces opposite metallized surfaces of the ceramic resonators 2 and 3 (bottom in Fig. 1).

Das Filter wird schließlich noch durch in den Resonatorboh­ rungen 5 vorgesehene elektrische Anschlüsse 7 vervollstän­ digt.The filter is finally completed by provided in the Resonatorboh stanchions 5 electrical connections 7 .

Zur Einstellung der Mittenfrequenz von Mikrowellen-Keramik­ filtern der vorstehend erläuterten Art muß die Resonanzfre­ quenz der gekoppelten Einzelresonatoren abgeglichen werden. Die Mittenfrequenz ergibt sich dabei aus der Resonanzfre­ quenz der Einzelresonatoren sowie weiterer induktiver und kapazitiver Komponenten, beispielsweise der elektrischen Anschlüsse 7 und des Filtergehäuses. To adjust the center frequency of microwave ceramic filter of the type described above, the resonance frequency of the coupled individual resonators must be compared. The center frequency results from the resonance frequency of the individual resonators and further inductive and capacitive components, for example the electrical connections 7 and the filter housing.

Der Abgleich der Resonanzfrequenz eines Keramikresonators kann in an sich bekannter Weise generell folgendermaßen erfolgen: Es werden die geometrischen Abmessungen des Reso­ natorkeramikkörpers, der Wert der Verkürzungskapazität und eine Lage des Aperturfensters festgelegt. Unter Berücksich­ tigung der Prozeßbedingungen bei der Herstellung der Ein­ zelresonatoren ergibt sich dann eine Ist-Resonanzfrequenz, welche für eine Charge in einem bestimmten Frequenzbereich streut. Dieser Sachverhalt ist im Diagramm nach Fig. 2 durch eine Verteilungskurve 10 dargestellt, aus der ersicht­ lich ist, daß die Ist-Resonanzfrequenz der einzelnen Resona­ toren der Charge um eine bestimmte Ist-Resonanzfrequenz f₁ streut.The adjustment of the resonance frequency of a ceramic resonator can generally be carried out in a manner known per se as follows: the geometric dimensions of the resonator ceramic body, the value of the shortening capacity and a position of the aperture window are determined. Taking into account the process conditions in the manufacture of the individual resonators, an actual resonance frequency then results, which scatters for a batch in a specific frequency range. This fact is shown in the diagram of FIG. 2 by a distribution curve 10 , from which it is ersicht Lich that the actual resonance frequency of the individual resonators of the batch scatters by a certain actual resonance frequency f 1.

Für ein durch eine Vielzahl von Einzelresonatoren gebildetes Mikrowellenfilter sei nun die für die vorgesehene Filtermit­ tenfrequenz notwendige Resonanzfrequenz der einzelnen Reso­ natoren durch eine Frequenz f₀ gemäß dem Diagramm nach Fig. 2 gegeben. Zur Realisierung dieser Resonanzfrequenz f₀ kann nun in an sich bekannter Weise ein mechanischer Abgleich der Einzelresonatoren erfolgen, so daß die sich aus den Prozeß­ bedingungen ergebende Ist-Resonanzfrequenz f₁ gleich der Resonanzfrequenz f₀ wird. Ein solcher mechanischer Abgleich kann etwa durch Abschleifen der Resonatorkeramikkörper auf kleinere geometrische Abmessungen, insbesondere eine klei­ nere Länge und/oder durch mechanische Veränderung des Wertes der Verkürzungskapazität erfolgen.For a microwave filter formed by a large number of individual resonators, the resonance frequency of the individual resonators required for the provided filter center frequency is now given by a frequency f₀ according to the diagram in FIG. 2. To implement this resonance frequency f₀, mechanical balancing of the individual resonators can now take place in a manner known per se, so that the actual resonance frequency f₁ resulting from the process conditions becomes equal to the resonance frequency f₀. Such a mechanical adjustment can take place, for example, by grinding the resonator ceramic body to smaller geometric dimensions, in particular a smaller length, and / or by mechanically changing the value of the shortening capacity.

Mit zunehmendem Abstand zwischen Ist-Resonanzfrequenz f₁ und Resonanzfrequenz f₀ wird jedoch ein derartiger mechanischer Abgleich zunehmend zeitaufwendiger und damit fertigungstech­ nisch immer ungünstiger.With increasing distance between the actual resonance frequency f₁ and However, resonance frequency f₀ becomes such a mechanical one  Alignment increasingly time-consuming and thus manufacturing-related niche increasingly unfavorable.

Aus HANO, Kazunori; KOHRIYAMA, Hiroaki; SAWAMOTO, Ken-ichi: A Direct-Coupled λ/4-Coaxial Resonator Bandpass Filter for Land Mobile Communications. In: IEEE Transactions on MTT, Vol. MTT-34, No. 9, September 1986, S. 972 bis 976 sind keramische Frequenzfilter bekannt, die aus gekoppelten Einzelresonatoren bestehen. Das Einstellen der Resonanzfrequenz des Filters er­ folgt durch mechanische Veränderung der Länge der Einzelreso­ natoren.From HANO, Kazunori; KOHRIYAMA, Hiroaki; SAWAMOTO, Ken-ichi: A Direct-Coupled λ / 4-Coaxial Resonator Bandpass Filter for Land Mobile communications. In: IEEE Transactions on MTT, Vol. MTT-34, No. 9, September 1986, pp. 972 to 976 are ceramic Frequency filter known from coupled individual resonators consist. Setting the resonance frequency of the filter follows the mechanical resonance of the length of the individual resonance nators.

Aus JP 2-50 502 A sind keramische Frequenzfilter bekannt, bei denen zwischen den Einzelresonatoren Zwischenwände angeordnet sind, in denen sich Koppelfenster befinden.Ceramic frequency filters are known from JP 2-50 502 A, at which are arranged between the individual resonators are in which there are coupling windows.

Aus JP 4-307 801 A ist es bekannt, zum Einstellen der Reso­ nanzfrequenz von keramischen Frequenzfiltern Material der leitfähigen Schicht an entsprechenden Oberflächen zu entfer­ nen.From JP 4-307 801 A it is known to adjust the reso frequency of ceramic frequency filters material of to remove conductive layer on corresponding surfaces nen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für einen zeitlich weniger aufwendigen und damit fertigungstechnisch günstigeren Resonanzfrequenzabgleich anzugeben.The present invention has for its object a Possibility for a less time-consuming and therefore cheaper resonance frequency adjustment in terms of production technology specify.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is carried out in a method of the type mentioned at the beginning Art according to the invention by the features of the characteristic Part of claim 1 solved.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unter­ ansprüchen.Further developments of the invention are the subject of sub claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels gemäß den bereits erläuterten Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained below with reference to a game Ausführungsbei according to the already explained FIGS . 1 and 2 of the drawing.

Wie oben bereits ausgeführt, hängt die Art der Kopplung der Einzelresonatoren, im Ausführungsbeispiel der Keramikresona­ toren 2 und 3 nach Fig. 1 von der Lage der koppelnden Aper­ turfenster, im Ausführungsbeispiel des Aperturfensters 4 ab. Dieser Sachverhalt wird erfindungsgemäß zum Abgleich der Resonanzfrequenz der Einzelresonatoren ausgenutzt.As already stated above, the type of coupling of the individual resonators, in the embodiment of the ceramic resonators 2 and 3 according to FIG. 1, depends on the position of the coupling aperture window, in the embodiment of the aperture window 4 . This fact is used according to the invention to adjust the resonance frequency of the individual resonators.

Die Ist-Resonanzfrequenz der Einzelresonatoren, d. h. die Frequenz f₁ gemäß dem Diagramm nach Fig. 2 wird unter Berücksichtigung der Herstellungsprozeßbedingungen in Abhängigkeit von einer virtuellen Lage des Aperturfensters 4 festgelegt. Unter "virtueller" Lage wird hier eine Lage des Aperturfensters verstanden, in der es nach Fertigstellung der Einzelresonatoren bei den vorgegebenen Herstellungspro­ zeßbedingungen angebracht werden müßte, damit sich für das aus zwei verkoppelten Einzelresonatoren bestehende Filter nach Abgleich dieser Resonatoren die für die Filterfunktion bedeutende Filtermittenfrequenz, die in der Regel system­ bedingt festliegt, ergibt. Diese "virtuelle" Lage ist für den nachfolgenden an sich bekannten mechanischen Abgleich der oben erläuterten Art in aller Regel eine Lage im induk­ tiven Kopplungsbereich. Durch den an sich bekannten mechani­ schen Abgleich erfolgt eine Verschiebung der Ist-Resonanz­ frequenz f₁ zu höheren Frequenzen.The actual resonance frequency of the individual resonators, ie the frequency f 1 according to the diagram in FIG. 2, is determined taking into account the manufacturing process conditions as a function of a virtual position of the aperture window 4 . "Virtual" position is understood here to mean a position of the aperture window in which it would have to be attached after the completion of the individual resonators under the specified manufacturing process conditions, so that after filtering these resonators, the filter center frequency, which is important for the filter function, for the filter consisting of two coupled individual resonators, which is usually determined by the system. This “virtual” position is generally a position in the inductive coupling area for the subsequent mechanical adjustment of the type explained above, which is known per se. Due to the mechanical calibration known per se, the actual resonance frequency f 1 is shifted to higher frequencies.

Erfindungsgemäß wird nun für den Abgleich auf die Resonanz­ frequenz f₀ gemäß Fig. 2 das Aperturfenster 4 gemäß Fig. 1 zur Änderung der Kopplung zwischen den Einzelresonatoren aus der virtuellen Lage verschoben. Im Ausführungsbeispiel ist dies eine Verschiebung des koppelnden Aperturfensters aus dem Bereich induktiver Kopplung in Richtung auf den Bereich kapazitiver Kopplung, was in Fig. 1 durch einen nach oben weisenden Pfeil 8 dargestellt ist. Damit ergibt sich bei sonst gleichen Herstellungsprozeßbedingungen eine Verschie­ bung der Soll-Resonanzfrequenz f₀ bei rein induktiver Kopp­ lung gemäß Fig. 2 von der Frequenz f₀ auf eine hier als neue Soll-Frequenz bezeichnete größere Frequenz f₀₁. Nunmehr ist es nur noch erforderlich, diese Soll-Frequenz f₀₁ durch den mechanischen Abgleich der oben erläuterten Art auf die Resonanzfrequenz f₀ zu verschieben. Da die Differenz zwi­ schen den Frequenzen f₁ und f₀₁ kleiner als die Differenz zwischen der Frequenz f₀ und der Frequenz f₁ ist, wird der Aufwand für den mechanischen Abgleich zeitlich und damit auch kostenmäßig günstiger. Die "Verschiebung" des Apertur­ fensters 4 stellt keinen zusätzlichen Aufwand dar, da dieses Fenster ohnehin hergestellt werden muß und die Verschiebung an sich nur eine Verschiebung aus einer "virtuellen" bzw. gedachten Lage ist.According to the invention, the aperture window 4 according to FIG. 1 is now shifted from the virtual position for the adjustment to the resonance frequency f₀ according to FIG. 2 to change the coupling between the individual resonators. In the exemplary embodiment, this is a displacement of the coupling aperture window from the area of inductive coupling in the direction of the area of capacitive coupling, which is shown in FIG. 1 by an arrow 8 pointing upward. This results in the same manufacturing process conditions shifting the target resonance frequency f indu with purely inductive coupling according to FIG. 2 from the frequency f₀ to a larger frequency f₀₁ referred to here as the new target frequency. Now it is only necessary to shift this target frequency f₀₁ to the resonance frequency f₀ by the mechanical adjustment of the type explained above. Since the difference between the frequencies f₁ and f₀₁ is smaller than the difference between the frequency f₀ and the frequency f₁, the effort for the mechanical adjustment is temporally and thus also cheaper. The "shift" of the aperture window 4 does not represent any additional effort, since this window has to be produced anyway and the shift itself is only a shift from a "virtual" or imaginary position.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße virtu­ elle Verschiebung des Aperturfensters nicht auf eine Ver­ schiebung aus dem Bereich induktiver Kopplung in den Bereich kapazitiver Kopplung beschränkt ist. Es ist im Prinzip auch möglich, die Bedingungen insgesamt so zu wählen, daß eine Verschiebung aus dem Bereich kapazitiver Kopplung in den Bereich induktiver Kopplung in Frage kommt.It should be noted that the virtu not shift the aperture window to a ver shift from the area of inductive coupling to the area capacitive coupling is limited. In principle, it is too possible to choose the overall conditions so that a Shift from the area of capacitive coupling to the Area of inductive coupling comes into question.

Claims (3)

1. Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenzen von Einzelresonatoren, die durch Kopplung über Fenster zu einem Mikrowellen-Keramikfilter zusammengefügt werden, wobei die Soll-Resonanzfrequenz der Einzelresonatoren aus der vorgegebenen- Gesamtfilter-Mittenfrequenz abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelresonatoren ohne Aperturfenster gefertigt und bezüglich ihrer Istresonanzfrequenz vermessen werden, daß in den nach dem Zusammenfügen aufeinanderzugekehrten Einzelresonator-Außenflächen sodann je ein Fenster an einer Stelle freigelegt wird, die sowohl die Kopplungsart als auch die gemessene Ist-Resonanzfrequenz berücksichtigt, so daß der Einzelresonator mit Fenster im wesentlichen auf der Soll- Resonanzfrequenz schwingt.1. A method for adjusting the resonance frequencies of individual resonators, which are assembled by coupling via windows to a microwave ceramic filter, the target resonance frequency of the individual resonators being derived from the predetermined overall filter center frequency, characterized in that the individual resonators are manufactured without an aperture window and be measured with regard to their intrinsic resonance frequency, that in the individual resonator outer surfaces that face each other after joining, a window is then exposed at a location that takes into account both the type of coupling and the measured actual resonance frequency, so that the individual resonator with window is essentially on target - resonance frequency oscillates. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelresonatoren zusätzlich durch Abmessungsänderungen abgeglichen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the Individual resonators additionally due to dimensional changes be compared. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorgabe der Sollresonanzfrequenz der Einzelresonatoren eine Verkürzungskapazität berücksichtigt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when specifying the target resonance frequency Individual resonators take into account a shortening capacity becomes.