CN103117443A - 一种谐振腔、滤波器件及电磁波设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种谐振腔，所述谐振腔包括腔体、设置在所述腔体内的谐振子，所述谐振腔腔体外表面附有防潮胶。本发明还涉及具有该谐振腔的滤波器件及电磁波设备。防潮胶涂覆到谐振腔外表面上，尤其是调节杆和固定调谐杆的固定孔之间的缝隙处，可以防潮、防盐雾、防腐蚀，延长谐振腔的使用寿命，具有该谐振腔的滤波器件和电磁波设备也会延长其使用寿命。

Description

一种谐振腔、滤波器件及电磁波设备

技术领域

本发明涉及射频元器件及其设备，更具体地说，涉及一种谐振腔、滤波器件及电磁波设备。

背景技术

目前的滤波器的谐振腔都是由金属材料尤其是铝制成，虽然具有很好的防潮、防盐雾等特性，但虽然调谐杆与螺纹孔之间的间隙或者连接腔盖与腔体的螺钉与螺钉孔之间的间隙会使谐振腔内受潮，降低谐振腔的性能。

中国发明专利（申请号为201210061804.3、申请日为2012.03.09、公布日为2012.08.01）所涉及的一种腔体滤波器、连接器及相应的制造工艺，包括腔体、盖板以及设置在腔体或盖板上的连接器，连接器一端连接滤波器的内部器件，另一端连接外部通信器件，连接器包括同轴设置的内导体、金属外壳以及设置于金属外壳和内导体之间的绝缘介质，金属外壳的外周面设置有非金属层，通过在连接器的金属外壳的外周面设置非金属层增强连接器以及腔体滤波器的防潮、防盐雾、防霉能力及可靠性。该发明专利只涉及连接器的防潮等能力，并没有涉及腔体连接孔处的防潮能力。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种防潮、防盐雾、防腐蚀、延长使用寿命的谐振腔、滤波器件及电磁波设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种谐振腔，所述谐振腔包括：腔体、设置在所述腔体内的谐振子，所述谐振腔腔体外表面附有防潮胶。

在本发明所述的谐振腔中，所述腔体外表面上涂满或部分涂覆防潮胶。

在本发明所述的谐振腔中，所述腔体包括上腔盖和下腔室，所述上腔盖和下腔室围合出封闭空间，所述谐振子位于所述封闭空间内。

在本发明所述的谐振腔中，所述上腔盖和下腔室的接触缝上附着有防潮胶。

在本发明所述的谐振腔中，所述谐振腔还包括穿过所述上腔盖而进入所述封闭空间内的调谐杆，所述上腔盖上开设有便于所述调谐杆穿过的第一固定孔。

在本发明所述的谐振腔中，所述防潮胶覆盖在所述调谐杆和第一固定孔之间的缝隙处。

在本发明所述的谐振腔中，所述谐振腔还包括穿过所述上腔盖并与所述下腔室固定连接的紧固件，所述上腔盖上开设有便于所述紧固件穿过的第二固定孔。

在本发明所述的谐振腔中，所述防潮胶覆盖在所述紧固件和第二固定孔之间的缝隙处。

在本发明所述的谐振腔中，所述谐振子为金属谐振子。

在本发明所述的谐振腔中，所述谐振子为介质谐振子。

在本发明所述的谐振腔中，所述介质谐振子为TE模谐振子或TM模谐振子。

在本发明所述的谐振腔中，所述介质谐振子由介电常数大于1、损耗角正切值小于0.1的材料制成。

在本发明所述的谐振腔中，所述介质谐振子由介电常数大于10、损耗角正切小于0.01的材料制成。

在本发明所述的谐振腔中，所述介质谐振子材料由介电常数大于30、损耗角正切小于0.001的材料制成。

在本发明所述的谐振腔中，所述介质谐振子的材料是陶瓷。

在本发明所述的谐振腔中，所述谐振子为超材料谐振子。

在本发明所述的谐振腔中，所述超材料谐振子为TE模超材料谐振子。

在本发明所述的谐振腔中，所述TE模超材料谐振子包括多个堆叠成一体的介质片，至少一所述介质片的表面上设有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。

在本发明所述的谐振腔中，所述TE模超材料谐振子还包括连接相邻两介质片的粘结层，所述粘结层覆盖在介质片表面上除所述人造微结构以外的表面区域上。

在本发明所述的谐振腔中，所述粘结层的厚度与所述人造微结构的厚度相等。

在本发明所述的谐振腔中，所述超材料谐振子为TM模超材料谐振子。

在本发明所述的谐振腔中，所述TM模超材料谐振子为中空的套筒，所述套筒的内表面或外表面为圆柱面，所述圆柱面上附着有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。

在本发明所述的谐振腔中，所述TM模超材料谐振子包括共中心轴且依次从内向外套设的至少两个套筒，至少其中一个套筒的外表面或内表面为圆柱形，所述圆柱面上有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。

本发明还涉及一种滤波器件，包括一个或多个谐振腔，至少一个谐振腔包括腔体、设置在所述腔体内的谐振子，所述谐振腔腔体外表面附有防潮胶。

在本发明所述的滤波器件中，所述滤波器件为滤波器或双工器。

在本发明所述的滤波器件中，所述滤波器件为带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、低通滤波器或多频段滤波器。

本发明还涉及一种电磁波设备，包括信号发射模块、信号接收模块以及滤波器件，所述滤波器件的输入端与所述信号发射模块连接，输出端与信号接收模块连接，所述滤波器件包括一个或多个谐振腔，至少一个谐振腔包括腔体、设置在所述腔体内的谐振子，所述谐振腔腔体外表面附有防潮胶。

在本发明所述的电磁波设备中，所述电磁波设备为基站。

在本发明所述的电磁波设备中，所述基站包括双工器，所述双工器包括发信带通滤波器和收信带通滤波器，所述发信带通滤波器和收信带通滤波器中至少一个为所述滤波器件。

在本发明所述的电磁波设备中，所述电磁波设备为飞机或雷达。

实施本发明，具有以下有益效果：防潮胶涂覆到谐振腔腔体外表面上，尤其是调谐杆和紧固件分别与腔体接触的缝隙处，可以防潮、防盐雾、防腐蚀，延长谐振腔的使用寿命，具有该谐振腔的滤波器件和电磁波设备也会延长其使用寿命的体积也会随之明显减小。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明第一实施例的谐振腔的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的谐振腔的结构示意图；

图3是实施例中涂有防潮胶的谐振腔湿热实验的测试结果图；

图4是实施例中涂有防潮胶的谐振腔未加湿的测试结果图；

图5是实施例中未涂防潮胶的谐振腔湿热实验的测试结果图；

图6为本发明的电磁波设备为基站时的局部结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种防潮、防盐雾、防腐蚀、延长寿命的谐振腔、滤波器件及电磁波设备。

本发明的谐振腔包括腔体和位于腔体内的谐振子，由于谐振子需要置于腔体内，所以腔体必然包括相盖合而围成一个封闭空间来容纳谐振子，因此，如图1、图2所示，腔体通常包括上腔盖1和下腔室6，二者围合出一个内部的封闭空间，谐振子5即位于该封闭空间内。

本发明的发明点在于，在腔体外表面上附有防潮胶。这样设置的优点在于，由于水汽、空气等从腔体上的各个孔隙进入封闭空间内，会对谐振子5的工作产生影响，尤其是水蒸气和腐蚀性气体进入，会直接影响谐振子5和滤波器的使用寿命。因此，在腔体外表面上附着防潮胶，能有效减少该这种情况的发生。

腔体外表面可完全涂满防潮胶以充分杜绝水汽和空气的进入，为了节省材料和针对性防止，也可只涂覆在腔体外表面上有孔隙的位置上。

本发明中，腔体外表面的孔隙主要包括上腔盖1上安装调谐杆2而开设的第一固定孔3、为方便紧固件20固定连接上腔盖1和下腔室6而在上腔盖1上开设的第二固定孔和下腔室6上开设的第三固定孔，还包括上腔盖1和下腔室6扣合的接触缝。

如图1所示的谐振腔，谐振子5位于上腔盖1和下腔室6围成的封闭空间内，谐振子5中间设有通孔，调谐杆2穿过上腔盖1并伸入封闭空间内起调谐作用，上腔盖1上开设有便于调谐杆2穿过的第一固定孔3。其中调谐杆2可以部分的裸露在腔体外，另一部分伸入腔体内。

如图2所示的谐振腔，不仅包括调谐杆2，还包括固定连接上腔盖1和下腔室6的紧固件20，紧固件20通常为长杆螺栓或其他螺纹紧固件。为了安装紧固件20，在上腔盖1上开设有第二固定孔（图中未示出），在下腔室6的对应位置上开设有第三固定孔（图中未示出），紧固件20依次插入第二固定孔和第三固定孔，从而使上腔盖1固定在下腔室6上；图2的示例中，显示防潮胶4涂满上腔盖1的方式，当然，优选只在紧固件20与第二固定孔之间的缝隙处涂覆有防潮胶4。

在另一实施例中，还可再上腔盖1和下腔室3的接触缝外表面涂覆防潮胶4，以防止水汽从该接触缝进入腔体的内部空间，影响谐振子5的电气性能。

如果希望得到较厚防潮胶，可以通过两层或多层涂覆较薄的防潮胶来获得，在涂完第一层防潮胶完全干燥后再依次涂覆其他几层防潮胶，可得到性能更好的谐振腔。

本发明的谐振腔并限定其采用的谐振子的种类，因此，谐振子可以是金属谐振子，也可以是介质谐振子，介质谐振子可以是TE模谐振子，也可以是TM模谐振子，或TEM模谐振子或其他模式的谐振子。通常介质谐振子都采用介电常数大于空气（空气介电常数基本为1）、损耗角正切值小于0.1的材料，优选介电常数大于10、损耗角正切小于0.01，最佳地是介电常数大于30、损耗角正切小于0.001。满足这种指标要求的材料常用的为陶瓷，例如氧化铝，也可以是微波介质陶瓷，例如BaTi₄O₉、Ba₂Ti₉O₂₀、MgTiO₃-CaTiO₃、BaO-Ln₂O₃-TiO₂或Bi₂O₃-ZnO-Nb₂O₅等，都可用在本发明的谐振腔中。

本发明的谐振子也可以是超材料谐振子，超材料谐振子主要有两类，一类是TE模超材料谐振子，一类是TM模超材料谐振子。

TE模超材料谐振子是指其应用在谐振腔中使得该谐振腔的第一模式为TE模式的超材料谐振子，包括多个堆叠成一体的介质片，至少其中一个介质片的表面上设有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。相邻两介质片之间依靠粘接剂形成的粘接层来连接，当相邻两介质片之间的接触面上设有人造微结构时，粘接层覆盖两介质片的接触面上的除人造微结构以外的区域中的部分或全部。因此，粘接层的厚度与人造微结构的厚度相等或者大于人造微结构的厚度。

粘结层的粘结剂的介电常数应尽量低，损耗角正切值也应尽可能小，优选介电常数为1~5，损耗角正切值为0.0001~0.1，最佳介电常数优选为1~3，损耗优选为0.0001~0.01的粘结剂。

介质片的材料与介质谐振子所用的材料相同，也都需要介电常数大于空气（空气介电常数基本为1）、损耗角正切值小于0.1，优选介电常数大于10、损耗角正切小于0.01，最佳地是介电常数大于30、损耗角正切小于0.001。满足这种指标要求的材料常用的为陶瓷，例如氧化铝，也可以是微波介质陶瓷，例如BaTi₄O₉、Ba₂Ti₉O₂₀、MgTiO₃-CaTiO₃、BaO-Ln₂O₃-TiO₂或Bi₂O₃-ZnO-Nb₂O₅等，当然，其他材料如聚四氟乙烯、环氧树脂等也是可行的。

制成人造微结构的导电材料可以是金属，例如金、银、铜，或者含有金、银或铜的合金。导电材料也可以是其他导电性能好、为良导体的非金属材料，例如铟锡氧化物、掺铝氧化锌或导电石墨等。

人造微结构为平面结构，通常为电镀或蒸镀后蚀刻得到的几何图案，可以为方片形、圆片状、圆环形、“工”字形、“十”字形、开口谐振环等其他任意形状。

由于现有的谐振子都是不带人造微结构的整块介质，所以不存在介质片的粘结问题；而本实施例中，依靠介质片上附着人造微结构，可以提高谐振子的介电常数，降低谐振腔的谐振频率，从而减小谐振腔的体积；多个介质片制成一体必然需要粘接，而直接在介质片上涂满粘接剂、覆盖在人造微结构会大大降低谐振子的Q值，不利于达到谐振腔的性能指标；而本发明中，人造微结构上不涂覆粘接剂的粘接层，引入的损耗小，Q值高，有利于谐振腔的性能要求。

TM模超材料谐振子是指其应用在谐振腔中使得谐振腔的第一模式为TM模式的超材料谐振子。TM模超材料谐振子具有圆柱面，且在该圆柱面上设置有沿该圆柱面贴附的扁平人造微结构。TM模超材料谐振子可以为一个中空的套筒，套筒的内表面或外表面为圆柱面，该圆柱面上附着有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。另一种实施例是，TM模超材料谐振子包括共中心轴且依次从内向外套设的至少两个套筒，至少其中一个套筒的外表面或内表面为圆柱形，在该一个或多个圆柱面上有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。

这里的套筒的材料选择与TE模超材料谐振子的介质片可完全相同，参照前文对介质片的材料即可。同样，人造微结构的材料选择、形状都可与TE模超材料谐振子的有关人造微结构的描述相同，只是TE模超材料谐振子的平面的人造微结构在TM模式中沿圆柱面弯曲成弧形。

下面通过具体实验来说明本发明的谐振腔的优势。

将涂有防潮胶的谐振腔和未涂防潮胶的谐振腔分别做湿热实验，谐振腔内为介质谐振子，防潮胶按照图2所示的方式涂满上腔盖，在25℃和55℃温度下加湿95%，各两个小时循环一次，在频率为2110MHz、2170MHz下测试结果如图3、5所示，涂有防潮胶未加湿的测试结果如图4，表明涂了防潮胶的谐振腔相对于未涂防潮胶的谐振腔的S21参数基本不变，2110MHz下S21参数的对比测试结果表明涂有防潮胶的谐振腔其插损和回损基本没有变化，而未涂防潮胶的其插损将增加0.3dB，回损减小3dB。因此涂有防潮胶的谐振腔能够防潮、防盐雾、防腐蚀、延长使用寿命。

因此，本发明还保护一种具有上述谐振腔的滤波器件，该滤波器件可以是滤波器，例如带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、低通滤波器或多频段滤波器，也可以是双工器，还可以是其他起滤波功能、且具有一个或多个谐振腔的滤波器件，该一个或多个谐振腔中，至少一个谐振腔包括腔体或设置在腔体内的谐振子，且该腔体外表面附着有防潮胶，该防潮胶至少附着在该腔体外表面上有孔隙的位置上，优选防潮胶涂覆在上腔盖上调谐杆和第一固定孔之间的缝隙处以及紧固件与第二固定孔之间的缝隙处。这里的谐振腔及其谐振子的所有特征均与上述相应内容的描述相同，下文不再赘述。

进而，本发明还保护一种具有上述滤波器件的电磁波设备，该电磁波设备可以是任何一种需要用到滤波器件的设备，例如飞机、雷达、基站、卫星等。这些电磁波设备会接收和发送信号，并在接收之后或发送之前进行滤波，以使所接收或发送的信号满足需求，因此电磁波设备至少还包括与滤波器件的输入端连接的信号发射模块、与滤波器件的输出端连接的信号接收模块。

例如，如图6所示，电磁波设备为基站，基站包括作为滤波器件的双工器，双工器包括发信带通滤波器和收信带通滤波器。发信带通滤波器的输入端连接发信机，输出端连接基站天线；收信带通滤波器的输入端连接基站天线，输出端连接收信机。所述发信带通滤波器和收信带通滤波器中至少有一个为上述滤波器件。其他电磁波设备包括飞机、雷达、卫星等也可采用上述滤波器件，来改善滤波器件的寿命，减少该电磁波设备的零部件更换速率，延长使用寿命并降低维护成本。

综上，采用本发明的谐振腔，将谐振腔外表面设置防潮胶，尤其涂覆在调谐杆和紧固件等部件分别与腔体接触的缝隙处，可以有效防止因水分和腐蚀性气体进入腔体内，影响谐振腔的电气性能。而具有该谐振腔的滤波器件和电磁波设备也因此可大大延长使用寿命，减少维护和保养成本。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (30)

1.一种谐振腔，所述谐振腔包括：腔体、设置在所述腔体内的谐振子，其特征在于，所述谐振腔腔体外表面附有防潮胶。

2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述腔体外表面上涂满或部分涂覆防潮胶。

3.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述腔体包括上腔盖和下腔室，所述上腔盖和下腔室围合出封闭空间，所述谐振子位于所述封闭空间内。

4.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述上腔盖和下腔室的接触缝上附着有防潮胶。

5.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振腔还包括穿过所述上腔盖而进入所述封闭空间内的调谐杆，所述上腔盖上开设有便于所述调谐杆穿过的第一固定孔。

6.根据权利要求5所述的谐振腔，其特征在于，所述防潮胶覆盖在所述调谐杆和第一固定孔之间的缝隙处。

7.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振腔还包括穿过所述上腔盖并与所述下腔室固定连接的紧固件，所述上腔盖上开设有便于所述紧固件穿过的第二固定孔。

8.根据权利要求7所述的谐振腔，其特征在于，所述防潮胶覆盖在所述紧固件和第二固定孔之间的缝隙处。

9.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振子为金属谐振子。

10.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振子为介质谐振子。

11.根据权利要求10所述的谐振腔，其特征在于，所述介质谐振子为TE模谐振子或TM模谐振子。

12.根据权利要求10所述的谐振腔，其特征在于，所述介质谐振子由介电常数大于1、损耗角正切值小于0.1的材料制成。

13.根据权利要求10所述的谐振腔，其特征在于，所述介质谐振子由介电常数大于10、损耗角正切小于0.01的材料制成。

14.根据权利要求10所述的谐振腔，其特征在于，所述介质谐振子材料由介电常数大于30、损耗角正切小于0.001的材料制成。

15.根据权利要求10所述的谐振腔，其特征在于，所述介质谐振子的材料是陶瓷。

16.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振子为超材料谐振子。

17.根据权利要求16所述的谐振腔，其特征在于，所述超材料谐振子为TE模超材料谐振子。

18.根据权利要求17所述的谐振腔，其特征在于，所述TE模超材料谐振子包括多个堆叠成一体的介质片，至少一所述介质片的表面上设有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。

19.根据权利要求18所述的谐振腔，其特征在于，所述TE模超材料谐振子还包括连接相邻两介质片的粘结层，所述粘结层覆盖在介质片表面上除所述人造微结构以外的表面区域上。

20.根据权利要求19所述的谐振腔，其特征在于，所述粘结层的厚度与所述人造微结构的厚度相等。

21.根据权利要求16所述的谐振腔，其特征在于，所述超材料谐振子为TM模超材料谐振子。

22.根据权利要求21所述的谐振腔，其特征在于，所述TM模超材料谐振子为中空的套筒，所述套筒的内表面或外表面为圆柱面，所述圆柱面上附着有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。

23.根据权利要求21所述的谐振腔，其特征在于，所述TM模超材料谐振子包括共中心轴且依次从内向外套设的至少两个套筒，至少其中一个套筒的外表面或内表面为圆柱形，所述圆柱面上有由导电材料制成的具有几何图形的人造微结构。

24.一种滤波器件，包括一个或多个谐振腔，其特征在于，至少其中一个谐振腔为权利要求1至23任一项所述的谐振腔。

25.根据权利要求24所述的滤波器件，其特征在于，所述滤波器件为滤波器或双工器。

26.根据权利要求25所述的滤波器件，其特征在于，所述滤波器件为带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、低通滤波器或多频段滤波器。

27.一种电磁波设备，其特征在于，包括信号发射模块、信号接收模块以及如权利要求24至26任一项所述的滤波器件，所述滤波器件的输入端与所述信号发射模块连接，输出端与信号接收模块连接。

28.根据权利要求27所述的电磁波设备，其特征在于，所述电磁波设备为基站。

29.根据权利要求28所述的电磁波设备，其特征在于，所述基站包括双工器，所述双工器包括发信带通滤波器和收信带通滤波器，所述发信带通滤波器和收信带通滤波器中至少一个为所述滤波器件。

30.根据权利要求27所述的电磁波设备，其特征在于，所述电磁波设备为飞机或雷达或卫星。

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