Ringresonator, Verfahren zum Trennen orthogonaler Reso- nanzmoden und Verfahren zum Abgleich eines Ringresona- tors Die Erfindung betrifft einen Ringresonator zur Verwen- dung bei Mikrowellensystemen, in dem sich orthogonale Resonanzmoden ausbilden und bei dem geometrische Merkma- le wenigstens eine der orthogonalen Resonanzmoden beein- flussen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Trennen orthogonaler Resonanzmoden in einem Ringresona- tor, bei dem wenigstens eine der orthogonalen Resonanz- moden durch geometrische Merkmale beeinflusst wird. Wei- terhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abgleich eines Ringresonators.

Stand der Technik Planare Ringresonatoren werden im Rahmen zahlreicher Anwendungen genutzt, beispielsweise als Kerbfilter, Bandpassfilter und Oszillatoren. Im Vergleich zu anderen bekannten Resonatoren sind sie in besonders einfacher Weise herzustellen, beispielsweise unter Verwendung von Dünnschichttechniken auf Aluminiumoxid-Keramiken. Wei- terhin haben sie im Vergleich zu anderen planaren Reso- natoren im Allgemeinen eine hohe Güte Q.

Aufgrund der symmetrischen Struktur des Ringresonators und der unterschiedlichen Kopplungsmechanismen der Mik- rowellen gibt es stets zwei orthogonale Resonanzmoden.

Diese unterscheiden sich im Allgemeinen geringfügig in ihrer Frequenz. Für einige Anwendungen, beispielsweise für Filter, werden beide Resonanzmoden gezielt ausge- nutzt. Bei anderen Anwendungen ist es jedoch erforder- lich, eine Mode zu unterdrücken. Dies gilt insbesondere für Oszillatoranwendungen, wo die Oszillatorresonanzfre- quenz eindeutig festzulegen ist.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Ringresonatoren durch geometrische Merkmale im Hinblick auf ihre Reso- nanzmoden zu beeinflussen, indem nämlich eine Lücke in den Ringresonator eingebracht wird. Dies ist beispiels- weise beschrieben in Lu, Shih-Lin and Ferendeci, A. M. : "Varactor tuned ring resonator microwave oscillator", Electronics Letters, Vol. 32, Nr. 1, 1996, Seiten 46-48.

Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass sie zu ei- ner Vergrößerung von Strahlungsverlusten führt, wodurch die Güte des Resonators abnimmt. Ein anderer Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass zusätzlich zu harmoni- schen Resonanzmoden (zum Beispiel 2 X, 3 , 4 ,...) weiterhin Resonanzmoden bei Bruchteilen (zum Beispiel 1,5 X, 2,5 A, 3,5 auftreten können.

Vorteile der Erfindung Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Ringresonator dadurch auf, dass die geometrischen Merkmale wenigstens eine Ausnehmung umfassen, die den Resonator in radialer

Richtung teilweise unterbricht, so dass die Frequenz von wenigstens einer der orthogonalen Resonanzmoden beein- flusst wird. Zum Bereitstellen einer eindeutigen Reso- nanzfrequenz in einem Ringresonator ist es daher bei- spielsweise für Oszillatoranwendungen nicht erforder- lich, die unerwünschte Resonanzmode vollständig zu un- terdrücken. Vielmehr ist es ausreichend, die beiden or- -thogonalen Moden im Hinblick auf ihre Resonanzfrequenzen um einen gewissen Betrag voneinander zu trennen. Auf diese Weise kann ein eindeutiger Betrieb bei der ge- wünschten Resonanzfrequenz basierend auf nur einer Reso- nanzmode bereitgestellt werden.

Der erfindungsgemäße Ringresonator ist in besonders vor- teilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Anord- nung der wenigstens einen Ausnehmung in Abhängigkeit der Position von wenigstens einer Kopplungsleitung so ge- wählt wird, dass die Position der wenigstens einen Aus- nehmung im Bereich eines Strommaximums der zu beeinflus- senden Resonanzmode liegt. Die Ausnehmungen, die auch als Kerben bezeichnet werden können, liegen an den geo- metrischen Positionen oder in der Nähe der geometrischen Positionen, an denen das Strommaximum einer der Reso- nanzmoden auftritt. Auf diese Weise wird die Resonanz- frequenz dieser Mode zu niedrigeren Frequenzen verscho- ben. Aufgrund der Orthogonalität der beiden Resonanzmo- den in dem Ringresonator besteht eine minimale Beein- flussung der jeweils anderen Mode. Es lässt sich somit eine zufriedenstellende Trennung der Resonanzfrequenzen erreichen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ringresonators ist vorgesehen, dass zwei diametral gegenüberliegende Ausnehmungen vorgesehen sind. Handelt es sich bei dem Ringresonator um einen Resonantor der Länge X, so werden durch zwei diametral gegenüberliegende Ausnehmungen die Strommaxima einer Mode vollständig erfasst. Bei einem 2X-Ring sind bei zwei diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen zwei von vier möglichen Positionen erfasst, bei einem 3X-Ring zwei von sechs möglichen Positionen und so weiter.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass vier Ausnehmungen vorgesehen sind, welche sich paarweise diametral gegenü- berliegen. Bei einem Ring mit einer Länge von 2 X sind somit alle Positionen mit maximalen Strom durch Ausneh- mungen besetzbar. Ebenfalls ist es denkbar, dass mehr als vier Ausnehmungen vorgesehen sind, insbesondere bei Ringresonatoren, die eine Länge haben, welche ein Mehr- faches der Wellenlänge beträgt.

Besonders nützlich ist es, dass die wenigstens eine Aus- nehmung am inneren Radius des Ringresonators angeordnet ist. Da der Strom durch die Ringstruktur im Allgemeinen am inneren Radius des Ringresonators konzentriert ist, ist eine Ausnehmung am inneren Radius des Ringrandes besonders effizient. Daher ist mit einer Ausnehmung am inneren Radius eine Frequenzverschiebung einer Mode er- reichbar, die größer ist als mit. einer Ausnehmung der- selben Größe am äußeren Radius des Ringresonators.

Gleichwohl kann ebenfalls nützlich sein, dass die we- nigstens eine Ausnehmung am äußeren Radius des Ringreso-

nators angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich die Frequenzverschiebung gezielt durch die Positionierung der Ausnehmung beeinflussen.

Aus dem gleichen Grund kann es nützlich sein, den erfin- dungsgemäßen Ringresonator in der Weise weiterzubilden, dass die wenigstens eine Ausnehmung zwischen dem inneren Radius und dem äußeren Radius des Ringresonators ange- ordnet ist. Neben den unterschiedlichen Positionierungen der Ausnehmungen ist es ebenfalls möglich, die Wirkung der Ausnehmungen durch eine Formgebung zu beeinflussen.

Beispielsweise können die Ausnehmungen im Wesentlichen rechteckige Begrenzungen aufweisen. Allerdings ist auch denkbar, dass die Begrenzung eine abgerundete Form ohne Ecken beschreibt.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren zum Trennen orthogonaler Resonanzmoden in einem Ringresona- tor dadurch auf, dass die geometrischen Merkmale wenigs- tens eine Ausnehmung umfassen, die den Resonator in ra- dialer Richtung teilweise unterbricht, so dass die Fre- quenz von wenigstens einer der orthogonalen Resonanzmo- den beeinflusst wird. Zum Bereitstellen einer eindeuti- gen Resonanzfrequenz in einem Ringresonator ist es daher beispielsweise für Oszillatoranwendungen nicht erforder- lich, die unerwünschte Resonanzmode vollständig zu un- terdrücken. Vielmehr ist es ausreichend, die beiden or- thogonalen Moden im Hinblick auf ihre Resonanzfrequenzen um einen gewissen Betrag voneinander zu trennen. Auf diese Weise kann ein eindeutiger. Betrieb bei der ge- wünschten Resonanzfrequenz basierend auf nur einer Reso- nanzmode bereitgestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in besonders vorteil- hafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Anordnung der wenigstens einen Ausnehmung in Abhängigkeit der Po- sition von wenigstens einer Kopplungsleitung so gewählt wird, dass die Position der wenigstens einen Ausnehmung im Bereich eines Strommaximums der zu beeinflussenden Resonanzmode liegt. Die Ausnehmungen, die auch als Ker- ben bezeichnet werden können, liegen an den geometri- schen Positionen oder in der Nähe der geometrischen Po- sitionen, an denen das Strommaximum einer der Resonanz- moden auftritt. Auf diese Weise wird die Resonanzfre- quenz dieser Mode zu niedrigeren Frequenzen verschoben.

Aufgrund der Orthogonalität der beiden Resonanzmoden in dem Ringresonator besteht eine minimale Beeinflussung der jeweils anderen Mode. Es lässt sich somit eine zu- friedenstellende Trennung der Resonanzfrequenzen errei- chen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die zwei Ausnehmungen diametral gegenüberliegend angeordnet werden. Handelt es sich bei dem Ringresonator um einen Resonantor der Länge A, so werden durch zwei diametral gegenüberliegende Ausnehmungen die Strommaxima einer Mode vollständig erfasst. Bei einem 2-Ring sind bei zwei diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen zwei von vier möglichen Positionen erfasst, bei einem 3-Ring zwei von sechs möglichen Positionen und so weiter.

Ebenfalls kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass vier Ausnehmungen paarweise diametral gegenüberlie-

gend angeordnet werden. Bei einem Ring mit einer Länge von 2 X sind somit alle Positionen mit maximalen Strom durch Ausnehmungen besetzbar. Ebenfalls ist es denkbar, dass mehr als vier Ausnehmungen vorgesehen sind, insbe- sondere bei Ringresonatoren, die eine Länge haben, wel- che ein Mehrfaches der Wellenlänge beträgt.

Besonders nützlich ist es, dass im Rahmen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens die wenigstens eine Ausnehmung am inneren Radius des Ringresonators angeordnet wird. Da der Strom durch die Ringstruktur im Allgemeinen am inne- ren Radius des Ringresonators konzentriert ist, ist eine Ausnehmung am inneren Radius des Ringrandes besonders effizient. Daher ist mit einer Ausnehmung am inneren Radius eine Frequenzverschiebung einer Mode erreichbar, die größer ist als mit einer Ausnehmung derselben Größe am äußeren Radius des Ringresonators.

Gleichwohl kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfah- rens ebenfalls nützlich sein, dass die wenigstens eine Ausnehmung am äußeren Radius des Ringresonators angeord- net wird. Auf diese Weise lässt sich die Begrenzver- schiebung gezielt durch die Positionierung der Ausneh- mung beeinflussen.

Aus dem gleichen Grund kann es nützlich sein, das erfin- dungsgemäße Verfahren in der Weise weiterzubilden, dass die wenigstens eine Ausnehmung zwischen dem inneren Ra- dius und dem äußeren Radius des Ringresonators angeord- net wird. Neben den unterschiedlichen Positionierungen der Ausnehmungen ist es. ebenfalls möglich, die Wirkung der Ausnehmungen durch eine Formgebung zu beeinflussen.

Beispielsweise können die Ausnehmungen im Wesentlichen rechteckige Begrenzungen aufweisen. Allerdings ist auch denkbar, dass die Begrenzung eine abgerundete Form ohne Ecken beschreibt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstel- len eines abgestimmten Ringresonators, bei dem von einem Laser wenigstens eine Ausnehmung in den Ringresonator eingebracht wird, die den Ringresonator in radialer Richtung teilweise unterbricht. Durch die Verwendung eines Lasers während des Abgleichprozesses des Ringreso- nators zum Einbringen der Ausnehmungen lassen sich be- sonders präzise Strukturen verwirklichen, wodurch auch ein Ringresoantor mit einer präzisen Abstimmung bereit- gestellt werden kann.

Insbesondere ist es nützlich, dass das erfindungsgemäße Abgleichverfahren während des Betriebs des Ringresona- tors durchgeführt wird. Es kann somit während des Ein- bringens der Ausnehmung beobachtet werden, in welcher Weise sich die Resonanzfrequenz der betreffenden Mode verschiebt, so dass letztlich eine wunschgemäße Fre- quenzaufspaltung zur Verfügung gestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für eine zuverlässige Funktion von Ringresonatoren, bei de- nen eine eindeutige Resonanzfrequenz erforderlich ist, nicht erforderlich ist, die unerwünschte Mode vollstän- dig zu unterdrücken. Es ist daher nicht notwendig, eine Lücke in den Ringresonator einzubringen, und so die er- wähnten Nachteile im Zusammenhang mit Strahlungsverlus- ten in Kauf zu nehmen. Vielmehr gelingt eine Frequenz-

aufspaltung der beiden orthogonalen Moden durch die er- findungsgemäße Bereitstellung von Ausnehmungen bezie- hungsweise Kerben im Ringresonator.

Zeichnungen Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen bei- spielhaft erläutert.

Dabei zeigt : Figur 1 einen Ringresonator mit einer benachbarten Kopplungsleitung ; Figur 2 eine erste Anordnung von Kopplungsleitung und Ringresonator mit zwei Ausnehmungen ; Figur 3 eine zweite Anordnung von Kopplungsleitung und Ringresonator mit zwei Ausnehmungen ; Figur 4 eine erste Anordnung von Kopplungsleitung und Ringresonator mit vier Ausnehmungen ; Figur 5 eine zweite Anordnung von Kopplungsleitung und Ringresonator mit vier Ausnehmungen ; Figur 6 einen Ringresonator mit unterschiedlich positi- onierten und geformten Ausnehmungen ;

Figur 7 eine Anordnung aus Ringresonator und zwei Kopp- lungsleitungen ; und Figur 8 eine weitere Anordnung aus Ringresonator und zwei Kopplungsleitungen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt einen Ringresonator 10 mit einer benach- barten Kopplungsleitung 28. Bei der dargestellten Anord- nung aus Ringresonator 10 und Kopplungsleitung 28 liegt eine im Wesentlichen induktive Kopplung vor. Eine solche induktiv gekoppelte Anordnung wird in den nachfolgenden Erläuterungen von bevorzugten Ausführungsformen erfin- dungsgemäßer Ringresonatoren beispielhaft herangezogen.

Figur 2 zeigt eine erste Anordnung von Kopplungsleitung 28 und Ringresonator 10 mit zwei Ausnehmungen 12. Durch die Ausnehmungen 12 kann eine Resonanzmode in dem Ringresonator 10 bezüglich ihrer Frequenz verschoben werden. Hat der Ringresonator 10 eine Länge von A, so haben die Ausnehmungen 12 für eine der Moden (Mode A) die beiden möglichen Positionen, die den Strommaxima entsprechen. Bei einem Resonanzring 10 der Länge 2 nehmen die beiden Ausnehmungen 12 zwei von vier mögli- chen Positionen für die Mode A ein. Für einen Resonanz- ring 10 der Länge 3 nehmen die Ausnehmungen 12 zwei von sechs möglichen Positionen ein. Für Ringe einer Län- ge von weiteren Mehrfachen der Wellenlänge X gilt ent- sprechendes.

Figur 3 zeigt eine zweite Anordnung von Kopplungsleitung 28 und Ringresonator 10 mit zwei Ausnehmungen 14. Hier ist der Ringresonator 10 mit den Ausnehmungen 14 bezüg- lich der Kopplungsleitung 28 so angeordnet, dass eine Frequenzverschiebung der zur Mode A aus Figur 2 orthogo- nalen Mode B erfolgt. Für einen Ringresonator 10 der Länge X befinden sich die Ausnehmungen 14 an zwei von zwei möglichen Positionen zur Verschiebung der Resonanz- frequenz der Mode B. Für einen Ringresonator 10 der Län- ge 2 X befinden sich die Ausnehmungen 14 an zwei von vier möglichen Positionen zur Verschiebung der Resonanz- frequenz der Mode B. Bei einem Ring der Länge 3 X sind zwei von sechs möglichen Positionen für die Ausnehmungen 14 bei einer Verschiebung der Resonanzfrequenz der Mode B dargestellt. Bei größeren Vielfachen der Wellenlänge gilt entsprechendes.

Figur 4 zeigt eine erste Anordnung von Kopplungsleitung 28 und Ringresonator 10 mit vier Ausnehmungen 16. Hier ist die relative Anordnung von Ringresonator 10 und Kopplungsleitung 28 so gewählt, dass sich die vier Aus- nehmungen 16 in dem Ringresonator 10 an Positionen be- finden, so dass für die Mode A bei einem Ringresonator 10 der Länge 2 , eine Frequenzverschiebung erfolgt, wo- bei bei der genannten Länge des Ringresonator 10 alle vier möglichen Positionen für die Ausnehmungen 16 ausge- schöpft sind. Bei Ringresonatoren 10 mit einer größeren Länge sind durch die gezeigten Positionen der Ausnehmun- gen 16 nicht alle möglichen Positionen erfasst.

Figur 5 zeigt eine zweite Anordnung von Kopplungsleitung 28 und Ringresonator 10 mit vier Ausnehmungen 18. Hier

ist die relative Anordnung von Ringresonator 10 und Kopplungsleitung 28 so gewählt, dass sich die vier Aus- nehmungen 18 in dem Ringresonator 10 an Positionen be- finden, so dass für die Mode B bei einem Ringresonator 10 der Länge 2 eine Frequenzverschiebung erfolgt, wo- bei bei der genannten Länge des Ringresonator 10 alle vier möglichen Positionen für die Ausnehmungen 18 ausge- schöpft sind. Bei Ringresonatoren 10 mit einer größeren Länge sind durch die gezeigten Positionen der Ausnehmun- gen 18 nicht alle möglichen Positionen erfasst.

Figur 6 zeigt einen Ringresonator 10 mit unterschiedlich positionierten und geformten Ausnehmungen 20,22, 24 und 26. Die Ausnehmung 20 ist am inneren Radius 30 des Ringresonators 10 angeordnet. Eine solche Anordnung führt zu einer großen Frequenzverschiebung, da der Strom auf den inneren Radius 30 des Ringresonators 10 konzent- riert ist. Es ist aber auch möglich zum Zwecke einer geringeren Frequenzverschiebung, eine Ausnehmung 22 vor- zusehen, die am äußeren Radius 32 des Ringresonators 10 angeordnet ist. Ebenso ist es möglich, eine Ausnehmung 24 zwischen dem inneren Radius 30 des Ringresonators 10 und dem äußeren Radius 32 des Ringresonators 10 anzuord- nen. Weiterhin ist eine Ausnehmung 26 am äußeren Radius 32 des Ringresonators 10 dargestellt, die sich in ihrer Form von den Ausnehmungen 20,22 und 24 unterscheidet.

Im Gegensatz zu den Ausnehmungen 20,22, 24, die im We- sentlichen rechteckige Gestalt haben, hat die Ausnehmung 26 eine abgerundete Form. Eine Ausnehmung mit abgerunde- ter Form so wie die Ausnehmung 26, muss nicht am äußeren Radius 32 des Ringresonators 10 liegen. Sie kann viel- mehr ebenfalls am inneren Radius 30 sowie zwischen dem

inneren Radius 30 und dem äußeren Radius 32 des Ringre- sonators 10 angeordnet sein.

Figur 7 zeigt eine Anordnung aus Ringresonator 10 und zwei Kopplungsleitungen 34. Hier ist eine Ausführungs- form dargestellt, bei der eine im Wesentlichen kapaziti- ve Kopplung zwischen dem Ringresonator 10 und den Kopp- lungsleitungen 34 vorliegt. Die im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 6 erläuterten Merkmale der vorliegenden Erfindung können gleichermaßen für die in Figur 7 darge- stellte Kopplungsstruktur verwendet werden.

Figur 8 zeigt eine weitere Anordnung aus Ringresonator 10 und zwei Kopplungsleitungen 36. Ebenfalls für eine solche Anordnung mit zwei Kopplungsleitungen 36, die im Wesentlichen induktiv mit dem Ringresonator 10 koppeln, gelten die vorstehend erläuterten Prinzipien der vorlie- genden Erfindung.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustra- tiven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.