CN102113168B - 射频滤波器中的介质谐振器及其装配方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种射频滤波器中的介质谐振器，其中将介质谐振元件固定在由盖子和外壳构成的容纳空间的中心，在外壳的底部形成引导槽，允许介质谐振元件插入其中，金属板插在盖子和外壳之间，介质固定螺钉在对应于介质谐振元件的上端部分的位置通过螺纹与盖子接合，用于通过按压介质谐振元件的上端部分来固定介质谐振元件。

Description

射频滤波器中的介质谐振器及其装配方法

技术领域

本发明通常涉及一种射频(RF)滤波器。尤其，本发明涉及一种射频滤波器中的介质谐振器。

背景技术

射频滤波器(比如介质谐振器(DR)滤波器、空腔滤波器、波导滤波器等)具有用于在射频或超射频共振的一种电路筒状结构。由于很大的辐射损耗，典型的蛇管冷凝器谐振电路并不适合用于产生超射频。射频滤波器具有多个谐振器，每个谐振器形成一个覆盖有导电材料的金属圆柱形或矩形腔体，并且在腔体中提供介质谐振元件或者配置成金属谐振杆的谐振元件。因此产生仅在单一频率的电磁场能够产生超射频谐振。

射频滤波器可以根据其谐振器的结构分类为横磁(TM)模式、横电磁(TEM)模式和横电(TE)模式。由Takehiko Yamakawa等申请的，发明名称为“介质谐振器、介质滤波器和支持介质谐振元件的方法”，并于2006年9月12日授权的美国专利号为NO.7106152的申请公开了一种具有良好品质因数(Q)特征的典型的横磁模式谐振器。

与传统的横电磁(TEM)模式谐振器(腔体滤波器结构)相比，由于横磁模式谐振器具有高Q值，从而在相同尺寸情况下其具有提高40％的Q特性。由于这些特性，横磁模式谐振器滤波器可以设计得更小，同样尺寸情况下可以有更少的插入损耗，并且与横电磁模式谐振器滤波器相比有更好的衰减特性。

虽然TE01δ模式谐振器滤波器具有高于横电磁模式谐振器滤波器三倍的Q值，但是需要高出几倍的制造成本和巨大的体积。这就是为什么TE01δ模式谐振器滤波器限于用在基站(BS)大功率滤波器的原因。因此，TE01δ模式谐振器滤波器用于小尺寸的产品是不可行的。

图1说明了传统横磁模式谐振器的结构。参照图1，传统的横磁模式谐振器在容纳空间的中心具有介质谐振元件5，该容纳空间由金属盖3和外壳4确定的。特别的是，介质谐振元件5的两端表面与容纳空间内部的上下表面紧密接触。为了频率调谐，在介质谐振元件5的的上端部分形成一个调谐槽，并且在与调谐槽对应的位置安装了调谐螺钉1和固定螺母2。

在这个结构中，非常值得注意的是装配介质谐振元件5，从而介质谐振元件5的两端表面与容纳空间的内部上下表面紧密接触。如果没有可靠的安装，横磁模式谐振器的特征会随着温度的变化而急剧变化，从而不可能将横磁模式谐振器应用在商业产品中。

为了避免这个问题，如图2所示的，通常在介质谐振元件5的两端形成金属涂层6，然后通过焊接、或粘合剂、或其他方法将外壳4和盖子3与介质谐振元件5结合起来。

可以通过采用金属板和代替金属涂层的其他附加物制造横磁模式谐振器。然而，由于介质谐振元件和外壳的处理误差，采用相同的强度装配射频滤波器的所有介质谐振元件是困难的，从而造成制造上的困难。特别是，由于介质谐振元件和外壳具有不同的热膨胀系数，从而由于随温度改变它们的收缩和膨胀，介质谐振元件的固定和连接状况变差，并且滤波特性发生改变。

发明内容

本发明示例性实施例的一个方面是用于指出至少问题和/或不足，并且提供至少如下描述的优势。从而，本发明示例性实施例的一个方面是提供具有相对温度变化具有稳定特性的、具有良好Q值并且结构稳定的介质谐振器，及其装配方法。

根据本发明示例性实施例的另一个方面，提供一种射频滤波器中的介质谐振器的装配方法，其中，将杆状介质谐振元件固定地插入到形成于容纳空间中心的外壳的底部的引导槽中，该容纳空间由盖子和外壳构成，将金属板插入到盖子和外壳之间，使盖子和外壳接合，以预定转矩拧紧介质固定螺钉，介质固定螺钉在相应于介质谐振元件的上端部分的位置与盖子螺纹接合，从而通过金属板按压介质谐振元件的上端部分，并且在预定温度实施退火预定时间。

如果将介质谐振元件的两端都金属化后，以上述方式装配介质谐振元件，退火不是必须的。在这种情况下，便于处理，并且无需焊接，特性能够保持稳定。

如上述说明所述，根据本发明的用于射频滤波器的介质谐振器与传统的横磁模式谐振器相比具有稳定的温度特性。该介质谐振器对于外部的影响性能稳健，从而以低成本性能最优化。

由于固定的介质和金属外壳的热膨胀系数谐振器的整个温度特性难于调整，在这种情况下，通过改变介质固定螺丝的材料和预定转矩，能够获得期望的温度特性。

附图说明

本发明的某些示例性实施例的上述和其他目标、特征和优点会在随后的细节描述中结合附图进行更多说明：

图1和图2图解说明传统横磁模式谐振器的示例性结构；

图3图解说明根据本发明实施例的一种横磁模式谐振器的结构；

图4图解说明图3所示的横磁模式谐振器的示例性修改；

图5是图3所示的横磁模式谐振器的分解透视图；

图6图解说明形成于图3所示的介电谐振元件的上下表面的金属涂层的细节结构；

图7A和7B图解说明根据本发明示例性实施例在介质谐振元件和上面金属涂层之间的接触部分的放大的局部；

所有附图中，相同的附图标记代表相同的元件、特征和结构。

具体实施方式

说明书中说明的例如详细结构和元件用于帮助充分理解本发明示例性实施例。因而，本领域普通技术人员可以意识到在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以对这里描述的实施例的进行不同变化和修改。另外，为了清楚和简明，省略了公知的功能和结构的描述。

图3图解说明根据本发明的实施例的一种横磁模式谐振器的结构，图4图解说明图3所示的横磁模式谐振器的示例性修改，图5是图3所示的横磁模式谐振器的分解透视图。

参见图3、图4和图5，根据本发明的横磁模式谐振器具有位于金属盖3和外壳4构成的容纳空间中心的杆状介质谐振元件5，介质谐振元件5的两端表面与容纳空间的内部上下表面紧密接触，就如同传统的横磁模式谐振器一样。

与传统的横磁模式谐振器相比，将介质谐振元件5插入到外壳4的底部，形成一个引导槽9用于保护介质谐振元件5的装配部分以避免侧面碰撞。另外，将一个金属板7插入到外壳4和盖子3之间。金属板7采用一种软金属制成，例如铝或铜族。盖子3设有介质固定螺钉8，用于在介质谐振元件5的上端部分的预定位置与介质谐振元件5螺纹接合，通过金属板7按压介质谐振元件5的上端部分固定介质谐振元件5。

根据本发明的一个示例性的实施例，可以通过例如电镀方式在介质谐振元件5的上下表面形成银的金属涂层或图5中的52和54。

介质固定螺钉8构造成与调谐螺钉1螺纹接合，用于在与形成于介质谐振元件5的上端部分的调谐槽相应的位置进行频率调谐，并且调谐螺钉1通过固定螺母2固定。在金属板7的预定位置形成一个孔，从而可以将调谐螺钉1穿过金属板7插入到介质谐振元件5的调谐槽中。

同时，如图4所示，位于外壳4底部的引导槽9可以通过另外形成的空气缝隙槽10形成双槽结构。空气缝隙槽10防止由于处理公差导致的差的平面或粗糙的处理表面，从而造成介质谐振元件5的下端表面的不均匀接触。相当于，空气缝隙槽10保证了介质谐振元件5的下端表面的稳定接触。

对于具有上述结构的介质谐振器的装配，将介质谐振元件5首先插入到位于由盖子3和外壳4形成的容纳空间中心的引导槽9，金属板7安装在介质谐振元件5上，盖子3通过拧紧等方式与外壳4接合，介质固定螺钉8以适当的转矩拧紧。

根据本发明示例性实施例的上述谐振器结构可以允许谐振器的装配无需焊接。因此便于处理，并且能够减少焊接引起的额外的公差的产生和例如特性的变化和失败的问题。在上述结构中，插在介质谐振元件5和介质固定螺钉8之间的薄金属板7起了重要的作用。如果不用金属板7，通过拧紧介质固定螺钉8来压紧介质谐振元件5的话，介质谐振元件5可能随着介质固定螺钉8的旋转而旋转，导致介质谐振元件5的损坏。另外，没有金属板7时在介质固定螺钉8和盖子3之间可能存在的不连续的表面降低了谐振器的特性。因此金属板7的使用防止了容纳空间中不连续的表面的影响。

作为本发明的另一个示例性的实施例可以进一步预期，金属涂层52和54不是形成在介质谐振元件5的上下表面。在这种情况下，介质固定螺钉8的安装扭矩更加重要，并且决定了谐振器的温度特性。从而，应当根据介质谐振元件5和外壳4之间的相关性适当调整扭矩。

由于形成外壳4的金属的热膨胀系数很不同于通常由电介质陶瓷形成的介质谐振元件5的热膨胀系数，外壳4随着温度变化而收缩或膨胀得更多，从而改变了谐振器的特性。因此，介质固定螺钉8应当以这样的方式来拧紧，即补偿由外壳4和盖子3的收缩和膨胀产生的可变尺寸。

也可以在这种情况下，在最后过程中已经完成装配的最终产品在预定的时间内(例如三个小时)和高的温度下(例如80到1200摄氏度)退火，然后以与常规滤波器相同的方式频率调谐。通常，金属可以承受由于在处理和装配过程中的金属压力而导致的特性改变。退火稳定了金属特性，从而谐振器的特性可以保持一致，避免了随着温度的变化外壳4和介质谐振元件5的收缩和膨胀。

一个滤波器的所有谐振器通常具有不同的谐振频率。为了补偿这些不同的谐振频率，通过调谐螺钉1实施频率调谐。如果使用调谐螺钉1补偿失败，通过在设计时使这些谐振器的长度和形状不同来调整谐振频率。根据本发明，可以通过使用形成于引导槽9中的空气缝隙槽10来条调整谐振频率。也就是说，通过改变空气缝隙槽10的面积或深度可以调整谐振频率。从而能够自由地设计每个介质谐振器。

图6图解说明形成于图3所示的介质谐振元件的上下表面的金属涂层的细节结构，图7A和7B图解说明根据本发明示例性实施例在介质谐振元件和上面金属涂层之间的接触部分的放大的局部。尤其是，图7A图解说明介质谐振元件的上表面没有覆盖金属涂层，图7B图解说明介质谐振元件的上表面覆盖有金属涂层52。

参见图6、图7A和7B，金属涂层52或54形成与在介质谐振元件5和金属板7之间或者介质谐振元件5和在外壳4的底部形成的引导槽9之间的接触部分一致的接触表面，从而避免特性的降低。为了便于说明，图7A和7B或多或少地夸张了些。正如图7A和7B所图解说明，因为由于实际的平坦度造成的好的公差介质谐振元件5的上表面和金属板7没有完美地紧密接触，因此在介质谐振元件5的上表面和金属板7之间的接触表面包括空气层62，从而导致特性降低。金属涂层52和54增加了接触表面的平坦度，极大地抑制了空气层62的产生。进一步，当将介质谐振元件5压制固定时，结合就更紧密了。

由于可以将金属涂层54形成在介质谐振元件5的整个下表面，从而将其形成如图6所示的环状线圈形状。采用这样形成的金属涂层54，可以调整谐振频率。也就是说，通过改变金属涂层54的空无空间的范围，可以调整谐振频率。

根据本发明的一个示例性的实施例，可以如上述描述的那样实现射频滤波器中的介质谐振器。虽然参考本发明某些示例性实施例展示和描述了本发明，但是在不脱离所附权利要求及其等价物定义的本发明的精神和范围的情况下，实现在形式和细节处的不同改变对于本领域技术人员是可以理解的。

Claims (6)

1.一种射频滤波器中的介质谐振器，包括：

固定在由盖子和外壳构成的容纳空间的中心的杆状的介质谐振元件；

在外壳的底部形成的引导槽，以允许介质谐振元件插入其中；

插在盖子和外壳之间的金属板；以及

在对应于介质谐振元件的上端部分的位置通过螺纹与盖子接合的介质固定螺钉，用于通过按压介质谐振元件的上端部分来固定介质谐振元件，

其中所述介质固定螺钉具有比所述介质谐振元件的直径大的直径，所述介质固定螺钉与所述金属板直接地接触并且按压金属板，从而通过金属板来按压所述介质谐振元件的面向所述介质固定螺钉的上表面，且

其中所述引导槽进一步包括空气缝隙槽，从而所述引导槽具有双槽结构，

其中所述介质固定螺钉的高度低于所述容纳空间的高度，并且在所述金属板上面通过所述介质固定螺钉作用的按压区域的直径大于所述介质谐振元件的直径，并且所述按压区域被安装以便通过所述介质固定螺钉被插入到所述容纳空间中。

2.2. 如权利要求1所述的介质谐振器，其中介质固定螺钉与调谐螺钉螺纹接合，用于在对应于在介质谐振元件的上端部分形成的调谐槽的位置进行频率调整，并且金属板在预定位置具有孔，从而将调谐螺钉插入到介质调谐元件的调谐槽中。

3.3. 如权利要求1所述的介质谐振器，其中介质调谐元件的至少一端被金属化。

4.4. 一种装配射频滤波器中的介质谐振器的方法，包括：

在由盖子和外壳构成的容纳空间的中心，将杆状介质谐振元件固定地插入到在外壳的底部形成的引导槽中，其中所述引导槽进一步包括空气缝隙槽，从而所述引导槽具有双槽结构；

将金属板插在盖子和外壳之间，并且将盖子和外壳接合；

以预定转矩拧紧介质固定螺钉，介质固定螺钉在对应于介质谐振元件的上端部分的位置与盖子螺纹接合，从而通过金属板按压介质谐振元件的上端部分，

所述介质固定螺钉具有比所述介质谐振元件的直径大的直径，所述介质固定螺钉与所述金属板直接地接触并且按压金属板，从而通过金属板来按压所述介质谐振元件的面向所述介质固定螺钉的上表面。

5.5. 如权利要求4所述的方法，其中介质调谐元件的至少一端被金属化。

6.6. 如权利要求4或5所述的方法，进一步包括在预定的高温实施退火预定的时间。