CN101252215A - 带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种射频和微波无源系统技术领域的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，包括外导体腔、电容加载圆盘、内导体，所述内导体上设有刻槽，内导体一端与外导体腔壁连接，内导体另一端接有电容加载圆盘，电容加载圆盘与外导体腔的顶盖保持平行，外导体腔上还可以插有金属调谐杆。本发明采用了刻槽的内导体结构，使得同尺寸的微波谐振腔的谐振频率下降1倍以上，从而达到大幅度减小谐振腔体积的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波技术领域的微波谐振腔，是一种带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔。
背景技术
微波谐振腔广泛地应用于微波技术领域，作为选频元件常用于微波滤波器、双工器中。微波谐振器的种类有很多，典型结构型式有矩形波导谐振腔，圆波导谐振腔，同轴谐振腔，微带谐振腔和各种介质谐振腔。这类谐振腔谐振频率由它们的几何尺寸、边界条件和材料特性决定，谐振频率对应于相应的特征模式。其中金属波导谐振腔的Q值较高，功率容量较大，常用于设计选择性高、插损小、功率容量大的各种滤波器或双工器。但它们体积相对较大。采用电容加载同轴谐振腔可以明显的减少谐振腔体积，结构比较稳定，被广泛的应用在微波通讯领域。镀银时的Q值的典型值为3千左右。现行GSM通信系统工作在900MHz左右频率范围。在GSM900通信系统基站内双工器中滤波器的设计通常使用的是电容加载同轴谐振腔。在不明显降低其它技术指标的前提下缩小谐振腔体积、从而减少滤波器或双工器整体体积是很有价值的。
经对现有技术的文献检索发现，由Powerwave Technologies公司所拥有的美国专利7096565：Flanged inner conductor coaxial resonators(具有法兰结构内导体的微波谐振腔)中提出了在内导体一端加上法兰结构以增加负载电容的做法，该技术能缩小微波谐振腔的体积，但由于其只考虑到了增加电容效应，而没有考虑利用电感效应，因此其在缩小体积方面仍需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，使微波谐振腔的体积得以进一步的缩小，用于缩小滤波器或双工器的尺寸。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括外导体腔、电容加载圆盘、内导体，所述内导体上设有刻槽，内导体一端与外导体腔壁连接，内导体另一端接有电容加载圆盘，电容加载圆盘与外导体腔的顶盖保持平行。本发明是在现有常用的电容加载同轴型谐振腔基础上，在内导体上引入刻槽，改变内导体上的电流的分布。适当形式的刻槽结构可以增加腔体内导体的电感量，从而降低了谐振频率，达到缩小体积的目的。刻槽越长，电感量越大，体积缩减越多。其中，内导体和电容加载圆盘采用一体化结构进行加工；外导体腔则分成顶盖和腔身两部分进行加工；内导体固定于外导体腔的中心。本发明在必要时，还可以在外导体腔上插入金属调谐杆。
所述内导体仍然采用中空的导体圆筒结构，但在内导体的侧面加入螺旋形状的刻槽。槽缝的宽度要小于槽缝之间的间距，这样既能达到引入电感量的目的，又能保持内导体结构的机械强度与稳定度。
所述内导体一端接有电容加载圆盘，电容加载圆盘的内径等于内导体圆筒的内径，外径可以适当选择以增加容量，圆盘厚度与内导体圆筒的厚度相同；内导体的另一端和外导体腔的底部通过螺纹连接固定。
所述电容加载圆盘与外导体腔的顶盖保持平行，并留有1mm以上的距离，以确保较高的功率容量。圆盘与外导体腔顶部的距离越小，圆盘的面积越大，电容加载的效应就越明显，整个腔体的谐振频率就下降越多，同一频率谐振腔的体积就下降越多。
所述外导体腔顶盖开有小孔，用于插入金属调谐杆，必要时作为调整腔体的谐振频率。
所述外导体腔的内表面和内导体的内、外表面以及圆盘的上、下表面皆采用镀银的结构以降低损耗。
本发明由于在谐振腔内导体上引入了螺旋刻槽结构，因而增加了内导体所具有的电感量，从而有效降低了谐振腔的谐振频率。比如，在无线通信系统中常用的900MHz频段，采用刻槽结构内导体的谐振腔体积将会比目前常用的电容加载谐振腔的体积缩小近四分之三。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的剖视图；
图3是本发明的调谐频率特性曲线；
图4是本发明的调谐Q值特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、图2所示，本实施例包括内导体1、电容加载圆盘2、外导体腔3。所述内导体1上设有刻槽，内导体1一端与外导体腔3壁连接，内导体1另一端接有电容加载圆盘2，电容加载圆盘2与外导体腔3的顶盖保持平行。
所述内导体1为侧面带有螺旋刻槽5的中空圆筒结构，圆筒内径6mm，外径8mm；侧面刻槽5宽度1mm，刻槽5的间距大于刻槽5的宽度以保证所需的机械强度；内导体底部6封闭，厚1mm，上部开放。
所述内导体1的上部和去心圆盘即电容加载圆盘2直接相连，电容加载圆盘2内径和内导体1的内径相同，为6mm；电容加载圆盘2外径可适当选择以改变电容大小，本实例中取16mm；厚度为1mm。
所述外导体腔3为中空长方体结构，其横截面内缘为边长25mm的正方形，高为15mm，导体腔厚度可适当选择，只要能保证一定的机械强度即可。外导体腔3由顶盖7及腔身8构成，两者通过第二螺纹11进行连接。
所述内导体1置于外导体腔3的底部中心位置，两者通过第一螺纹10进行连接固定。
所述电容加载圆盘2与外导体腔顶盖7之间平行，并留有1-2mm的间距以保证一定的功率容量，本实例中该间距取为2mm。
本实施例还可以包括金属调谐杆4，外导体腔3顶盖开有小孔9，该小孔9位于外导体腔3顶盖的中心，金属调谐杆4通过该小孔9深入到外导体腔3内部，实现对腔体的调谐。金属调谐杆4直径为2mm，小孔的直径略大于2mm。
所有结构均采用黄铜制成，并且除了外导体腔3的外表面以外，其余各表面处均进行镀银处理，以减小损耗。
将上述各部件组合起来，就形成所发明的微波谐振腔。
当电磁波能量进入微波谐振腔时，电磁波将沿竖直轴方向进行传播；并在外导体腔3的顶盖和底部处反射，形成振荡。电容加载圆盘2的存在使得电磁场的分布改变，使得谐振腔的谐振频率降低，达到缩小谐振腔体积的目的，而本发明所引入的螺旋刻槽结构则改变了内导体上的电流分布，增加了腔体的电感，使得谐振频率进一步降低，这也就达到了进一步缩小微波谐振腔尺寸的目的。通过控制调谐金属杆4插入腔体的深度，可以在一定程度上影响电磁场的分布，达到对谐振频率微调的目的。
本发明的性能可以通过如下仿真结果进一步说明。
图3给出了以专业软件仿真的，按上述尺寸设计的微波谐振腔谐振频率随金属杆插入长度变化的特性曲线，从图中可以看出，插入长度的变化范围为0.2mm到6mm，对应的谐振频率则从914MHz单调递减到866MHz。这表明在引入螺旋刻槽结构以后，该尺寸的谐振腔完全可以工作在无线通信系统中常用的900MHz频段，而对于传统的电容加载同轴谐振腔，要达到900MHz的谐振频率，其体积为该尺寸的4倍左右。
图4是谐振腔空载Q值随金属杆插入长度变化的特性曲线，从图中可以看出，Q值都能保证在500以上，基本能满足目前使用的需要。
Claims (9)
1.一种带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，包括外导体腔、电容加载圆盘、内导体，其特征在于，所述内导体上设有刻槽，内导体一端与外导体腔壁连接，内导体另一端接有电容加载圆盘，电容加载圆盘与外导体腔的顶盖保持平行。
2.如权利要求1所述的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，其特征是，所述内导体为中空的导体圆筒结构，内导体的侧面设有螺旋形状的刻槽。
3.如权利要求2所述的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，其特征是，所述螺旋形状的刻槽，其槽缝的宽度小于槽缝之间的间距。
4.如权利要求1所述的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，其特征是，所述电容加载圆盘的内径等于内导体圆筒的内径，圆盘厚度与内导体圆筒的厚度相同。
5.如权利要求1所述的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，其特征是，所述电容加载圆盘与外导体腔的顶盖之间留有1mm以上的距离。
6.如权利要求1所述的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，其特征是，所述内导体固定于外导体腔的中心。
7.如权利要求1所述的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，其特征是，所述外导体腔顶盖中心开有小孔。
8.如权利要求7所述的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，其特征是，所述外导体腔，其小孔中插入金属调谐杆，金属调谐杆通过该小孔深入到外导体腔内部。
9.如权利要求1所述的带有螺旋刻槽结构内导体的微波谐振腔，其特征是，所述外导体腔的内表面和内导体的内、外表面以及圆盘的上、下表面皆有镀银的结构。
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