專利名稱：同軸空腔諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由權(quán)利要求1前序部分定義的同軸空腔諧振器，該同軸空腔諧振器尤其適于作為無線電裝置內(nèi)的濾波器的結(jié)構(gòu)件。
諧振器是振蕩器和濾波器的制造中的主要結(jié)構(gòu)件。諧振器的重要特性包括Q值、尺寸、機械穩(wěn)定性、溫度和濕度穩(wěn)定性以及制造成本。
迄今已知的諧振器結(jié)構(gòu)包括以下幾種1)由分立元件如電容、電感等編輯成的諧振器這種諧振器必然有元件內(nèi)部損耗(dissipation)的缺點，因此與其它類型的諧振器相比，它的Q值明顯更低。
2)微帶諧振器微帶諧振器例如是在線路板表面的導體區(qū)域內(nèi)形成。其缺點是由于開結(jié)構(gòu)而導致輻射損耗，因此Q值較低。
3)傳輸線諧振器在傳輸線諧振器中，諧振器包括一定長度的合適類型的傳輸線。當采用雙芯電纜或同軸電纜時，其缺點是較高的損耗和較差的穩(wěn)定性。當采用波導管時，穩(wěn)定性能提高，但是損耗仍然較高，因為當管末端開路時有輻射。該結(jié)構(gòu)也可能大到不實用。封閉且較短的波導管諧振器可以看成是空腔諧振器，下面將介紹空腔諧振器。
4)同軸空腔諧振器這種類型的諧振器的結(jié)構(gòu)不僅僅是一個同軸電纜，而是一開始就是作為諧振器的單元。它包括彼此通過空氣絕緣的內(nèi)導體和外導體；以及與外導體相連的導體覆蓋層。這種結(jié)構(gòu)能夠獲得較好的結(jié)果。該諧振器的長度至少是作用在其上的可變場的波長的大約四分之一，即λ/4，這在希望尺寸減至最小時就成為其缺點。通過減小外導體的側(cè)面和內(nèi)導體的直徑，能夠減小其寬度。不過，這樣導致電阻損耗增加。此外，因為減小了該結(jié)構(gòu)的厚度，必須由一個電介質(zhì)材料件支承內(nèi)導體，這導致了相當大的介質(zhì)損耗形式的額外損耗，并增加了制造成本。
5)螺旋諧振器這種類型是同軸諧振器的一種變化形式，其中，柱形內(nèi)導體由螺旋形導體取代。因此，該諧振器的尺寸減小，但是缺點是明顯增加了損耗。損耗是由于內(nèi)導體的直徑小。
6)空腔諧振器這種類型的諧振器是由導體材料制成的空心件，能夠在該諧振器中激勵產(chǎn)生電磁振蕩。該諧振器可以是矩形、柱形或球形?？涨恢C振器可以獲得非常低的損耗。不過，它的尺寸在希望使其結(jié)構(gòu)減至最小時是一個缺點。
7)電介質(zhì)諧振器同軸電纜或一閉合傳導表面形成于電介質(zhì)件的表面上。優(yōu)點是該結(jié)構(gòu)能作成較小的尺寸。也能獲得較低的損耗。但是，電介質(zhì)諧振器的缺點是制造成本較高。
8)帽式諧振器(hat resonator)這里稱為帽式諧振器的是同軸空腔諧振器的一個子類，它在授予Makimoto的美國專利No.4292610中進行了詳細說明，如

圖1所示。如前所述，這種類型的諧振器是一種在波導管的開路端有一附加的盤的同軸空腔諧振器，該盤的直徑大于波導管。優(yōu)點是該結(jié)構(gòu)能作成很小。也能獲得較低的損耗。該盤的表面區(qū)域和到諧振器的壁面的距離作成這樣的尺寸，即由于盤和空腔之間產(chǎn)生的額外電容，該諧振器能明顯作得更小。
Kawahashi等的美國專利No.3496498和Mitsubishi的JP57-136804介紹了帽式諧振器的另一種發(fā)展形式，其中，沿諧振器桿的整個長度，有多個盤或槽布置在諧振器桿上。通過增加與空腔壁面的耦合電容，導電體的物理長度能夠減小。這種類型的多盤諧振器的缺點是該諧振器的Q值比帽式諧振器的Q值低。
E.C.Johnson的美國專利No.3448412介紹了另一種小尺寸的同軸空腔諧振器，其中，導電體和空腔內(nèi)部有相互纏結(jié)(intermeshing)的同心管狀件，該同心管狀件類似于折疊的同軸線。通過在導電體頂部和殼體內(nèi)部之間產(chǎn)生電容耦合，能夠進一步減小該諧振器的尺寸，例如上述的帽式諧振器。由于導電體的設(shè)計，盡管這種諧振器減小了尺寸，但是它的尺寸仍然相當大，而且當該空腔容積減小時又有機械穩(wěn)定性差的缺點。
本發(fā)明的目的是提供一種尺寸小、機械穩(wěn)定性好且與上述現(xiàn)有技術(shù)相比Q值較高的同軸空腔諧振器。
本發(fā)明的同軸空腔諧振器是一種介紹過的帽式諧振器，其特征如獨立權(quán)利要求所述。本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例由從屬權(quán)利要求說明。
本發(fā)明的基本思想如下其結(jié)構(gòu)是包括至少一個導電體的同軸空腔諧振器，該導電體一端開路并從四分之一波長的諧振器上截短。該導電體包括一主桿和一主盤，該主桿的一端裝在空腔壁上，該主盤裝在主桿的自由端。該空腔還包括一個或多個位于主盤和側(cè)壁之間的導體板，該導體板在主盤的第一面?zhèn)绕洳⒉慌c主盤導電接觸，從而通過板在主盤和空腔壁之間產(chǎn)生額外的電容耦合。也可以在主桿上裝有附加的盤。通過由導體板在諧振器空腔壁和導電體開路端的機械結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生空氣絕緣的額外電容，從而可以縮短長度。
本發(fā)明的優(yōu)點是，由于增加了電容，該諧振器能夠作得明顯小于現(xiàn)有技術(shù)的四分之一波長的諧振器，并有相同的Q值。所獲得的改進也可以部分用于節(jié)約空間，部分用于保持與有單個頂部電容的諧振器相當?shù)母逹值，例如調(diào)諧螺釘。
而且，本發(fā)明的較小諧振器還有這樣的優(yōu)點，即與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，對于特定頻率，能使空腔容積顯著減小。
此外，本發(fā)明還有這樣的優(yōu)點，即當諧振器變短時，相對于其電性能，它的機械強度更強，因此也更穩(wěn)定。因此，在該諧振器中也不需要使損耗增加的支承件。
下面將參考附圖詳細介紹本發(fā)明圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的同軸空腔諧振器。
圖2a和2b分別是本發(fā)明實施例的同軸空腔諧振器的俯視圖和側(cè)視圖。
圖3所示為本發(fā)明的另一實施例。
圖4所示為本發(fā)明的第三實施例。
圖5a和5b分別是根據(jù)本發(fā)明的空腔內(nèi)的板的一種可選連接方法的垂直剖視圖和側(cè)視圖。
圖6所示為圖2a和2b中的同軸空腔諧振器的主板的可選實施例。
圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的帽式諧振器10。其中，它包括一位于空腔12內(nèi)的導電體11。該空腔12有側(cè)壁13、頂壁14和底壁15。該導電體11包括一導體桿16和主導體盤17。桿16的末端16a與主盤17的第一面17a相連。導體桿16的自由端16b與空腔12的底壁15短路連接。主盤17的與第一面17a相對的第二面17b相對于所述空腔12的頂壁14是開路的。在盤17與空腔12的頂壁14和側(cè)壁13之間的電容耦合18縮短了該導電體11在特定頻率下工作所需的長度L1。
圖2a和2b所示為本發(fā)明的帽式諧振器20的一種改進實施例，其中在空腔12內(nèi)有一個或多個板21。板21位于主盤17的第一面17a和底壁15之間。必須的是該板21與空腔壁13電連接，同時并不與導電體11接觸，因為與導電體11接觸將使導電體(或至少導電體的局部)短路，從而改變了同軸空腔諧振器20的功能。該電連接優(yōu)選是短路連接，但是也可以如圖5所示是電容耦合。
板21優(yōu)選是布置在基本平行于主盤17的同一平面上。這樣，在盤17和各板21之間獲得附加的電容耦合22。電容耦合的增加導致物理長度L2的減小，即L1＞L2，這又可以在特定頻率工作時采用更小的空腔12。盤21可以彼此疊置，但是必須布置成導體桿16能夠通過各板自由延伸。
圖3所示為基于圖2a中實施例的本發(fā)明的另一實施例30，其中，導電體31還包括一附加的盤32，該盤32與主盤17平行地連接到導體桿16上，并位于主板21和空腔12的底壁15之間。
總的電容耦合可以由在導電體31與壁13之間的第一電容耦合18和在導電體與主板21之間的第二電容耦合22示意表示，并增加了在附加的盤32與主板21之間的第一附加電容耦合34和在附加的盤32和側(cè)壁13之間的第二附加電容耦合33。還會出現(xiàn)其它的電容耦合，例如在板21附近與桿16之間。與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，本發(fā)明的上述電容耦合說明電場能更均勻的分布在導電體的頂部區(qū)域。
圖4所示為基于圖3中實施例的本發(fā)明的第三實施例40，其中在空腔12中有一個或多個附加的板41。該附加的板41位于該附加的盤32與所示空腔15的底壁之間。必須的是該主板21和附加的板41都與空腔壁13電連接，同時并不與導電體31接觸，因為與導電體31接觸將使該導電體(或至少該導電體的局部)短路，從而改變該同軸空腔諧振器40的功能。
導電體31與壁13、14以及主板21之間的總電容耦合增加了附加的盤32與附加的板41之間的附加電容耦合42。
圖5a和5b所示為以一種可選方式在空腔12中放置一個或多個板51以便在板51和空腔壁13之間獲得電容耦合52的同軸空腔諧振器50。該板通過將其裝在由電介質(zhì)材料制成的支承件53上來放置在預定位置。該支承件再固定安裝在導電體31的合適位置。
可以有更多的附加盤以類似方式連接到導體桿上，也可以有更多套的板裝在空腔內(nèi)，從而增加在導電體和空腔壁之間的電容耦合。
主盤和附加盤以及主板和附加板可以有調(diào)諧裝置，以便調(diào)節(jié)諧振器的諧振頻率。該調(diào)諧裝置可以包括一個或幾個可彎曲的導電舌片，優(yōu)選是布置在所示板上，如圖6所示。
圖6所示為圖2a和2b所示的同軸空腔諧振器的一種可選實施例的側(cè)視圖，其中主板21由具有舌片23狀調(diào)諧裝置的單塊板22取代。該舌片23可沿線24彎曲，這樣，各舌片可以彎曲靠近或遠離主盤17。這樣就可以調(diào)節(jié)諧振頻率。
盤17、32可以以任意方式安裝在主桿上，但是優(yōu)選是以同軸方式安裝。
盤可以是任意厚度，當然也可以有其它不同于圓盤的形狀。導電體上的盤也可以有不同形狀，例如，當該同軸空腔諧振器將對一特定頻率調(diào)諧時，主盤可以具有比一個或多個附加盤更大的直徑。
用于增加電容耦合的板也可以有任意形狀和厚度。
明顯如優(yōu)選實施例的附圖所示，附加盤32布置于靠近導電體31的開路端并距離該導電體31的開路端17b一定距離處，所述距離小于導電體31的長度L2的一半。
板21、41、51位于主盤17的第一面17a與空腔12的底壁15之間，并足夠靠近導電體的11、31的盤17、32，以便主要在板和相鄰盤之間產(chǎn)生電容耦合。而且，如圖所示，板在離底壁15一定距離處與至少一個空腔壁13連接，所示距離至少是導電體11、31的長度L2的一半。
這樣布置的原因是為了使主桿底部與空腔壁之間的電容耦合減至最小，并使電容耦合集中在導電體的開路部分與相應的空腔上部之間。由此可以獲得對于特定頻率的較高Q值，同時減小諧振器的尺寸。
權(quán)利要求
1．一種同軸空腔諧振器，包括界定空腔(12)的壁面，該空腔(12)有側(cè)壁(13)、頂壁(14)和與所述頂壁相對的底壁(15)；在所述空腔(12)中的至少一個柱形導電體，該導電體包括一導體桿(16)和一主導體盤(17)；所述導體桿(16)的一端(16a)與所述主盤(17)的第一面(17a)連接；所述導體桿(16)的自由端(16b)與所述空腔(12)的所述底壁(15)短路連接；以及所述主盤(17)的與所述第一面(17a)相對的第二面(17b)與所述空腔(12)的所述頂壁(14)開路；其特征在于所述空腔(12)還包括一個或多個導體主板(21、51)，該導體主板(21、51)與所述側(cè)壁(13)電連接且并不與導電體(11、31)導電連接；以及所述主板(21、51)位于主盤(17)和所述側(cè)壁(13)之間，在主盤(17)第一面(17a)的一側(cè)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述板(21、51)位于離所述空腔(12)的底壁(15)一定距離處，所述距離至少是導電體(11、31)的長度(L2)的一半。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述導電體(31)還包括至少一個附加的導體盤(32)，該附加的導體盤(32)基本平行于主盤(17)地與所述導體桿(16)相連，并在主板(21、51)和主盤(17)之間；以及所述空腔(12)還包括一個或多個附加的板(41、51)，該附加的板(41、51)位于至少兩個相鄰的盤(17、32)之間，且并不與導電體(11、31)接觸。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述導電體(31)還包括至少一個附加的導體盤(32)，該附加的導體盤(32)基本平行于主盤(17)地與所述導體桿(16)相連，并在主板(21、51)和所述空腔(12)的底壁(15)之間。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述空腔(12)還包括一個或多個附加的板(41、51)，該附加的板(41、51)位于至少兩個相鄰的附加盤(32)之間。
6．根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述盤(17、31)的直徑基本相等。
7．根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一個所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述板(21、41)裝在所述空腔(12)的至少一個所述側(cè)壁(13)的內(nèi)側(cè)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一個所述的同軸空腔諧振器，其特征在于至少一個所述板(51)與所述空腔(12)的至少一個所述側(cè)壁(13)的內(nèi)側(cè)電容耦合。
9．根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求所述的同軸空腔諧振器，其特征在于板(21、41、51)布置成基本平行于所述主盤(17)。
10．根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述盤(17、32)同軸地與所述桿(16)連接。
11．根據(jù)權(quán)利要求3-10中任意一個所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述各附加盤(32)布置在桿(16)的離主盤(17)的第二面(17b)一定距離處，所述距離小于導電體(31)的長度(L2)的一半。
12．根據(jù)前述任意一個權(quán)利要求所述的同軸空腔諧振器，其特征在于至少一個所述板(22)有調(diào)諧裝置(23)，通過該調(diào)節(jié)裝置(23)可調(diào)節(jié)諧振頻率。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的同軸空腔諧振器，其特征在于所述調(diào)諧裝置包括至少一個可彎曲的導體舌片(23)。
全文摘要
同軸空腔諧振器(20、30、40、50)的結(jié)構(gòu)包括至少一個導電體(11、31),該導電體一端開路并比四分之一波長的諧振器短。該導電體包括一主桿(16)和一主盤(17),該主桿的一端裝在空腔壁(15)上,該主盤裝在主桿(16)的自由端。該空腔還包括一個或多個位于主盤(17)和側(cè)壁(13)之間的導體板(21、41、51),該導體板在主盤的第一面(17a)側(cè)且并不與主盤(17)導電接觸。通過由導體板在諧振器空腔壁和導電體開路端的機械結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生空氣絕緣的額外電容,可以縮短長度。
文檔編號H01P7/04GK1311906SQ99809270
公開日2001年9月5日 申請日期1999年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月12日
發(fā)明者托莫·拉蒂, 安蒂·卡那沃 申請人:奧根公司