CN101989675A

CN101989675A - 半同轴谐振器及滤波器装置

Info

Publication number: CN101989675A
Application number: CN2009102612228A
Authority: CN
Inventors: 国村真
Original assignee: Tamagawa Electronics Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-03-23
Also published as: JP2011035792A; JP5320207B2; KR20110014072A

Abstract

本发明提供一种不会降低Q值而能抑制由于温度变化引起的谐振频率的变动的半同轴谐振器及滤波器装置。在被盖体(8)封闭的壳体(1)的底面设置直径从基部向与盖体(8)相面对的顶端部逐渐减少且顶端部具有圆部的谐振体(3)。从输入连接器(4)通过耦合板(5)向谐振体(3)输送电波，将由谐振体(3)激励的电波从耦合板(7)、输出连接器(6)输出。壳体(1)、盖体(8)的线膨胀系数比谐振体(3)的线膨胀系数大。谐振体(3)的表皮电流从基部到顶部相同，所以Q值不会降低。由于顶端部的圆部，即使由于温度变化使盖体(8)和谐振体(3)的顶部的间隙变窄，顶端电容也不会变大，因此能抑制由于温度变化引起的谐振频率的变动。

Description

半同轴谐振器及滤波器装置

技术领域

本发明涉及一种用于移动通信基站装置的滤波器装置等的半同轴谐振器及滤波器装置。

背景技术

近几年，在移动通信系统中必需确保高灵敏度的收发信号性能和优良的通话性能，因此在用于该系统的基站装置、终端设备的滤波器装置中，要求确保几乎不会使信号成分变差的较高的Q值(quality factor)特性和在严酷的温度条件下也稳定的通过特性。除此之外，对于廉价的要求也极为严格。

在上述基站装置的滤波器装置中使用的谐振器，大多使用电介质谐振器。这种谐振器的谐振元件(谐振体)是陶瓷制的。为了制造陶瓷谐振体，需要经过筹备合适的材料、制作精巧的模具、控制烧制温度等困难的制造工序，因此陶瓷谐振体成为了昂贵的元件。因此在价格竞争激烈的近来，存在对它的使用有顾虑的状况。

因此，代替以电介质作为谐振体的谐振器，正在对用金属制的谐振体作为内导体及将用于设置谐振体的金属制的壳体作为外导体的半同轴谐振器进行重新评估。

半同轴谐振器是这样一种谐振器：在由铝等金属做成的壳体(外导体)内设置用黄铜等金属做成且顶部平坦的圆柱状的谐振体(内导体)，谐振体顶部(开放端)和壳体的壁之间形成电容(顶端电容)，由内导体的电抗成分和顶端电容引起谐振。因为全部由金属做成，所以有价廉且容易加工的优点，相反也有因为由温度变化引起的内导体的延长和收缩而使谐振频率容易变动的缺点。

作为这种谐振器，以往公知有以下这种半同轴谐振器(以下，称为以往技术1)，其由2种线膨胀系数不同的零件构成用于形成内导体的谐振体，通过改变这2种零件的长度的比率来抵消内导体的长度因线膨胀系数而在外观上发生的变化，且补偿由温度变化引起的谐振频率的变动(参考专利文献1)。

专利文献1：日本特开平11-298213号公报

采用以往技术1，虽然能够对由温度变化及谐振体的线膨胀系数引起的谐振频率的变动进行补偿，但是，为此必须用精密的机械调整机构来组合这些线膨胀系数不同的2种零件，且能够改变这些线膨胀系数不同的2种零件的长度比率。因此，存在结构变得复杂且制造成本较大等的问题。

而且，由于谐振体以谐振体与壳体壁呈直角的方式安装在壳体壁上，因此存在谐振体的表皮电流集中在谐振体的从壳体壁竖立的角落部且Q值降低的问题。另外，若为了使谐振器小型化而将谐振体和壳体壁的间隙变窄，则顶端电容增大，因此为了维持规定的谐振频率就不得不缩短谐振体的长度，因此存在作为谐振器的Q值降低的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的实际情况而做成的，其第1目的在于，能够以简单的结构、低制造成本抑制由于温度变化引起的谐振频率的变动，其第2目的在于，此时能够不降低谐振器的Q值。另外，其第3目的在于能够实现小型化。

(1)技术方案1所述的发明是一种半同轴谐振器，其特征在于，其具有壳体和谐振体，该壳体由金属制成，且构成封闭空间，该谐振体设置在上述壳体内，其为金属制的圆柱状，并且是从基部到顶端部附近逐渐减小直径而使得纵截面形成为锥形，从顶端部附近到顶端部以其纵截面侧边为曲线地改变直径。

(2)技术方案2所述的发明是根据技术方案1所述的半同轴谐振器，其特征在于，上述壳体具有从壳体内表面以纵截面侧边是曲线状竖立的、与壳体成为一体的谐振体的安装台座。

(3)技术方案3所述的发明是根据技术方案1或2所述的半同轴谐振器，其特征在于，上述壳体的线膨胀系数大于谐振体的线膨胀系数。

(4)技术方案4所述的发明是一种滤波器装置，其特征在于，其具有构成封闭空间的金属制的壳体、用隔壁将壳体分隔成多个谐振室而成的各谐振室和设置在上述各谐振室内的上述技术方案1～3中任一项所述的所述谐振体，且在与各谐振体顶部相面对的位置处具有频率调整用微调电容器，在与各壁的顶部相面对的位置处具有耦合用调整微调电容器。

(5)技术方案5所述的发明是根据技术方案4所述的滤波器装置，其特征在于，上述频率调整用微调电容器及耦合用调整微调电容器都能够相对于上述壳体自由地插入和拔出。

采用本发明，能够以简单的结构和低制造成本抑制由于温度变化引起的谐振频率的变动。此时，谐振器的Q值不会降低，而且能够实现小型化。

附图说明

图1是本发明的实施方式的半同轴谐振器的中央部分的侧面剖视图。

图2是谐振体3的详细结构的说明图。

图3是本发明其他实施方式的半同轴谐振器的中央部分的侧面剖视图。

图4是用于设置谐振体3的台座9a的说明图。

图5是本发明的实施方式的5级式带通滤波器的结构图。

具体实施方式

第一实施方式

参照附图说明本发明的实施方式的半同轴谐振器。图1是本发明的实施方式的半同轴谐振器的中央部分的侧面剖视图。在图1中半同轴谐振器10包括：由铝、铜等金属构成的截面为コ型的壳体1；由与壳体1相同的金属构成且用螺丝2设置在壳体1的底面的谐振体3；设置在壳体1的侧面的输入连接器4；设置在输入连接器4的芯线部和壳体1的底面之间、且用于使输入电波与谐振体3耦合的耦合板5；在壳体1的与设置有输入连接器4的侧壁相面对的侧壁设置的输出连接器6；设置在输出连接器6的芯线部和壳体1的底面之间、且用于耦合由谐振体3激励的电波并使之输出的耦合板7；用于封闭壳体1的开放部的盖体8。

图2是谐振体3的详细结构的说明图。在图2中，d表示盖体8和谐振体3的间隙宽度，h表示谐振体3在高度方向上的尺寸(长度)，c表示由盖体8和谐振体3构成的电容(顶端电容)。纵截面是指包含谐振体的中心线的截面。另外，谐振体3形成为纵截面呈圆锥形的圆柱形状，其直径从与壳体1的底面相接触的基部向与盖体8相对的顶端部逐渐减小，并且谐振体3的顶端部的直径以使顶端部的角部的截面呈半径为规定半径R的圆形状的方式减小。另外，将高度h的尺寸设定为，在将谐振体3设想为半同轴线路时，与在半同轴线路产生的驻波波长λ的1/4相同或比在半同轴线路产生的驻波波长λ的1/4略小。通过设定为这样的尺寸能够构成这样一种谐振器，该谐振器通过基于高度h的尺寸的、电抗成分和形成于顶端部的电容(顶端电容)c来以规定的中心频率共振。

在图1及图2中，在用盖体8封闭壳体1的状态下，当从输入连接器4输入高频信号时，该高频信号通过耦合板5与谐振体3耦合。通过该耦合，谐振体3激励规定的谐振频率的高频信号，激励的高频信号从耦合板7通过输出连接器6被输出。

若以同轴线路说明上述高频信号的激励原理，则如下所述：当通过耦合环等将高频信号与一侧接地且另一侧开放的长度为λ/4的同轴线路耦合时，该信号在开放端侧发生同相位反射，在接地端侧发生反相位的反射，由于同轴路线的传送损失，该信号稍微衰减着往返于两端而变成驻波。由于以电流和电压的相位保持错开90度的状态，接地侧的电压被固定为零，所以电压在开放侧成为最大值，电流在接地侧成为最大值。因为一次激励的信号能量几乎不怎么衰减地往返于两端，所以会发生高频信号的激励，也就是说，作为谐振器发挥作用。

基于同样的原理，由于谐振体3形成为其直径从与壳体1底面相接触的基部向与盖体8相对的顶端部逐渐减小的、纵截面呈圆锥形的圆柱形状，因此，在圆柱的周围的表皮流动的电流路径的截面面积越接近顶端部变得越小。因此，谐振体3周围的表皮电流在从基部到顶端部的范围内均匀分布，由此能获得Q值良好的谐振。图2中右侧的图表示在谐振体3的高度方向分布的电流的状态。

另外，有时由于需要抑制滤波器装置的由温度变化引起的谐振频率的变动和满足小型化的要求，要尽量的缩小谐振器的纵、横、高度的尺寸，特别是要尽量缩小高度的尺寸即间隙宽度d。此时，在以往技术1所示的形成为完全的圆柱状且顶端部平坦的谐振体中，若缩小间隙宽度d则顶端电容c变大，因此，如果要维持相同的谐振频率，则必须缩短谐振体自身的长度，为此，不得不成为Q值显著下降的谐振体。根据本实施方式的谐振体3，由于顶端部以使其角部的截面呈半径为规定半径R的圆形状的方式减小直径，因此，即使缩小间隙宽度d，顶端电容c也不会像以往技术1所示的谐振体那样增大。因此，无需缩短谐振体3的长度，谐振器的Q值也不会下降。并且，由于顶端部没有角部，因此，在用于卫星通信装置的发送装置等时输入有高功率的高频信号的情况下，即使间隙宽度d窄也不用担心发生放电现象。

第二实施方式

接着，说明本发明的其他实施方式的半同轴谐振器。图3是本发明的其他实施方式的半同轴谐振器的中央部分的侧面剖视图。在图3中，谐振器20的特征在于，由铝、铜等金属构成的、截面呈コ字形的壳体9的底面具有台座9a，该台座9a与壳体9形成为一体且用于设置实施方式1所示的谐振体3。另外，图中对与图1相同的结构部分标注了相同的附图标记，并省略了说明。

图4是用于设置谐振体3的台座9a的说明图。在图中，在以纵截面形状看台座9a时，台座9a的截面侧边呈从壳体9底面以较大的半径r竖立的曲线状，该台座9a与壳体9形成为一体。并且用螺丝2将谐振体3设置在台座9a之上。另外，谐振体3被切削加工成使谐振体3的与台座9a接合的接合底面在圆周周围构成安装肋条部3a。

如在实施方式1中所述，通过将谐振体3做成其直径从与壳体的底面相接触的基部到与盖体相对的顶端部逐渐减小的、纵截面呈圆锥形的圆柱形状，且顶端部以其角部呈半径为规定半径R的圆形状，从而能够获得Q值良好的谐振器。但是，由于谐振体3的从壳体1的底面竖立的竖立部陡峭，无法避免在该部分集中表皮电流的倾向，因此，该电流成为使Q值降低的主要原因。因此，通过将谐振体3设置于与壳体9形成为一体、且从壳体9的底面以纵截面形状为较大的半径r的曲线状竖立的台座9a上，表皮电流就不会集中在设置部，因而Q值降低的主要原因也消失。

另外，由于安装肋条部3a与台座9a接触，即使台座9a的安装表面没有加工成完全的水平面，连接部分也不会出现空隙，所以不会弄乱表皮电流的分布。图4中右侧的图表示在谐振体3的高度方向上的电流分布从谐振体3的顶部至基部相同。

第三实施方式

接着说明实施方式1、2的半同轴谐振器的、对由温度变化引起的谐振频率的偏差的抑制。本实施方式的半同轴谐振器的特征在于，在实施方式1、2的半同轴谐振器中，将具有比谐振体3的线膨胀系数大的线膨胀系数的材料用作构成壳体1、9及盖体8的材料。

谐振体3的大小与谐振频率的关系为，如果，

ω…角频率

c…顶端电容

Z_O…谐振体的特性阻抗

θ…谐振体的长度(电气长(Electrical Length)·相位角其中，θ＜90°)

d…间隙宽度

S…谐振体顶部的平面部的面积

ε…介电常数

那么，

ω＝d/(εS Z_O Tanθ)

＝1/(c Z_O Tanθ)

因此，如果顶端电容c变小，还有若谐振体的长度θ变短，则谐振频率会变高。

例如，如果壳体1、盖体8用铝制成，则铝的线膨胀系数为23ppm/℃左右，假如在室温下以谐振频率1000MHz进行共振，则在谐振器的内部温度上升了50℃的情况下，谐振频率会下降1.15MHz，成为998.5MHz。这样，通常有随着温度上升谐振频率下降的倾向。

因此在本实施方式中，在实施方式1、2的半同轴谐振器中，将具有比谐振体3的线膨胀系数大的线膨胀系数的材料用作构成壳体1、9及盖体8的材料。通过使用这样的材料，在能缩小谐振体3和盖体8之间的间隙宽度d的谐振器10和20中，随着温度的上升间隙宽度d变大，进而使顶端电容c变小，所以能抑制由温度变化引起的谐振频率的偏差。

第四实施方式

继续接着说明使用实施方式1、2、3的半同轴谐振器的多段式带通滤波器。

图5是表示本发明的实施方式的5段式带通滤波器的结构的图。在图中，壳体90具有与壳体90形成为一体的隔壁90b(4处)，该隔壁90b用于将壳体90分隔为多个例如5个谐振室21、22、23、24、25。隔壁90b的高度比壳体90的高度低，例如有壳体90的高度的一半左右。盖体80的基本结构与盖体8相同，但是，在本实施方式中，在各谐振室21～25的与谐振体3的顶部相面对的位置处具有能够自由地插入和拔出的频率调整用微调电容器11(5处)，在与各隔壁90b顶部相面对的位置处具有能够自由地插入和拔出的耦合用调整微调电容器12(4处)。在此，与图1、图4相同的结构部分标注了相同的附图标记，并省略了说明。

用盖体80封闭壳体90，当将高频信号从输入连接器4输入到谐振室21时，该高频信号通过耦合板5与谐振体3耦合并以所述谐振频率进行激励。此时，用频率调整用微调电容器11调整成为所述谐振频率。该激励的高频信号被发送到谐振室22并与谐振室22的谐振体3耦合，以接近所述谐振频率的频率激励。此时，再一次用频率调整用微调电容器11调整成为所述谐振频率。并且，用耦合用微调电容器12调整谐振室21、22的高频信号的耦合位置关系，调整的结果，激励的高频信号成为具有2个谐振频率峰值的频率响应。

通过对谐振室23、24、25进行相同的频率调整和耦合调整，成为有5个谐振频率峰值的频率响应，经过耦合板7及输出连接器6输出，所以能构成宽带的带通滤波器。由于各谐振室的谐振体3的Q值较高，所以能做成质量较好的宽带通滤波器。根据实机试验，将中心频率设为2GHz时候，频带宽度是20MHz。

Claims

1.一种半同轴谐振器，其特征在于，

其具有壳体和谐振体，该壳体由金属制成，且构成封闭空间，该谐振体设置在壳体内，其为金属制的圆柱状，从其基部到顶端部附近直径逐渐减小而使纵截面构成锥形，从顶端部附近到顶端部以其纵截面的侧边构成曲线的方式改变直径。

2.根据权利要求1所述的半同轴谐振器，其特征在于，

上述壳体具有用于安装谐振体的安装台座，该安装台座从壳体内表面以纵截面的侧边为曲线状竖立并与壳体成为一体。

3.根据权利要求1或2所述的半同轴谐振器，其特征在于，上述壳体的线膨胀系数大于谐振体的线膨胀系数。

4.一种滤波器装置，其特征在于，

其具有构成封闭空间的金属制的壳体、用隔壁将壳体分隔成多个谐振室而成的各谐振室和设置在上述各谐振室内的上述权利要求1～3中任一项所述的所述谐振体，在与各谐振体顶部相面对的位置处具有频率调整用微调电容器，在与各壁的顶部相面对的位置处具有耦合用调整微调电容器。

5.根据权利要求4所述的滤波器装置，其特征在于，

上述频率调整用微调电容器及耦合用调整微调电容器都能够相对于上述壳体自由地插入和拔出。