CN103855454A

CN103855454A - 一种谐振腔、滤波器件及电磁波设备

Info

Publication number: CN103855454A
Application number: CN201310364333.8A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN103855454B

Abstract

本发明涉及一种谐振腔，包括腔体、位于所述腔体内的谐振子，所述腔体两端分别装有输入端和输出端，所述谐振子包括介质本体，所述介质本体表面上开设有凹孔，所述凹孔内壁上附着有导电材料构成的导电层；所述输入端和输出端轴线垂直于所述谐振子的侧壁。本发明还涉及具有该谐振腔的滤波器件及电磁波设备。由于采用具有导电层的谐振子，有利于降低具有该谐振子的谐振腔的谐振频率，从而大大缩小谐振腔的体积，具有该谐振腔的滤波器件和电磁波设备的体积也会随之明显减小。

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

传统金属谐振子滤波器体积小且可实现较低频率的谐振，但是体积小会导致无法承受较高的功率。传统的介质谐振子滤波器可以承受高功率，但是如果要实现低频谐振，则介质谐振子的体积以及金属腔的体积会比较大，不满足滤波器小型化的需求。如何设计出一种谐振频率低、体积小且耐高功率的谐振子及其滤波器，是需要解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种谐振频率低、体积小且耐高功率的谐振腔、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：构造一种谐振腔，包括腔体、位于所述腔体内的谐振子，所述腔体两端分别装有输入端和输出端，所述谐振子包括介质本体，所述介质本体表面上开设有凹孔，所述凹孔内壁上附着有导电材料构成的导电层；所述输入端和输出端轴线垂直于所述谐振子的侧壁。

在本发明所述的谐振腔中，所述导电层直接附着在所述凹孔内壁上。

在本发明所述的谐振腔中，所述导电层通过连接媒介固定在所述凹孔内壁的侧面或底面上。

在本发明所述的谐振腔中，所述介质本体由介电常数大于1的材料制成。

在本发明所述的谐振腔中，所述介质本体由陶瓷材料制成。

在本发明所述的谐振腔中，所述导电层为金属筒，所述介质本体为筒状且套设在所述金属筒外。

在本发明所述的谐振腔中，所述凹孔为盲孔或通孔。

在本发明所述的谐振腔中，所述凹孔为圆形孔、方形孔、圆台形孔、方台形孔、锥形孔或不规则形状。

在本发明所述的谐振腔中，所述导电层覆盖所述凹孔内壁的侧面或底面或覆盖所述凹孔的整个内壁表面。

在本发明所述的谐振腔中，所述导电层的导电材料为金属。

在本发明所述的谐振腔中，所述导电材料为银、铜或金，或者为含有银、铜或金中一种或两种或三种的合金。

在本发明所述的谐振腔中，所述导电层的导电材料为导电的非金属。

在本发明所述的谐振腔中，所述导电材料为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。

在本发明所述的谐振腔中，所述谐振腔还包括装在所述腔体上并伸入所述腔体内起调谐所用的调谐杆，所述调谐杆与所述凹孔相向设置。

在本发明所述的谐振腔中，所述介质本体上设有至少两个凹孔，与每个凹孔相对的位置均设有一个调谐杆。

在本发明所述的谐振腔中，所述调谐杆为介电常数大于1的非金属材料制成的螺杆或者为金属螺杆。

在本发明所述的谐振腔中，所述凹孔为通孔，与所述通孔相连接的介质本体表面上附着有导体连接层。

在本发明所述的谐振腔中，所述导体连接层与所述谐振腔的内壁通过焊接或热压或螺纹配合或粘接的方式固定连接为一体。

本发明还涉及一种滤波器件，包括一个或多个谐振腔，至少一个谐振腔为上述谐振腔。

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，所述谐振子的导电层与所述谐振腔接触以接地。

在本发明所述的滤波器件中，所述滤波器件包括多个谐振腔，每个谐振腔内设置有一个所述谐振子，每个谐振子的凹孔对应设置有一个调谐杆。

在本发明所述的滤波器件中，所述滤波器件的谐振腔与谐振腔之间为开窗耦合，且每个开窗位置均设置有耦合杆。

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，包括上述的滤波器件。

在本发明所述的电磁波设备中，所述电磁波设备为飞机、雷达、基站或者卫星。

实施本发明，具有以下有益效果：本发明由于采用具有导电层的谐振子，有利于降低具有该谐振子的谐振腔的谐振频率，从而大大缩小谐振腔的体积，具有该谐振腔的滤波器件和电磁波设备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是本发明优选实施例的谐振子的俯视图；

图2是图1所示谐振子的半剖主视图；

图3是另一实施例的谐振子的结构示意图；

图4是一实施例中的谐振腔的半剖俯视图；

图5是图4所示谐振腔的半剖主视图；

图6是一实施例中的滤波器件的B-B剖面图；

图7是图6所示滤波器件的A-A剖面图；

图8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

本发明涉及具有一种谐振子的谐振腔、滤波器件和电磁波设备，该谐振子使得谐振腔具有非常低的谐振频率，因而与相同谐振频率的传统谐振腔相比体积要小得多，可以有效减小由谐振腔构成的滤波器件以及具有该滤波器件的电磁波设备的体积和重量。

其中一实施例的谐振子如图1、图2所示，包括介质本体1，介质本体1外表面上开设有向介质本体1内部凹陷的凹孔2，凹孔2内壁的全部表面或部分表面上附着有导电材料构成的导电层3。

介质本体1可以为任意介电常数大于1的材料，例如聚四氟乙烯、环氧树脂、FR4材料等，但介电常数越高、损耗角正切越小的材料更有利于电磁谐振并降低谐振频率，现有技术中优选陶瓷材料，例如氧化铝，也可以是微波介质陶瓷例如BaTi₄O₉、Ba₂Ti₉O₂₀、MgTiO₃-CaTiO₃、BaO-Ln₂O₃-TiO₂系、Bi₂O₃-ZnO-Nb₂O₅系等。当然介质本体1只要是具有较高的介电常数和较低的损耗（通常介电常数大于30，损耗角正切小于0.01）的材料制成均可。

如图1所示，本实施例的介质本体1为矩形方柱，且四条棱倒圆角。当然谐振子不限于这种形状，本发明的介质本体1可以是现有任意一种谐振子所具有的形状，例如圆柱形、方片形、圆台形、方形梯台，或其他任意规则或不规则形状，这都不影响到本发明的谐振子的特性，本文不作限制。

图2所示的凹孔2为通孔，即该凹孔2从介质本体1的一个表面穿透到另一个表面。本实施例的通孔为圆柱形孔，且优选该圆柱形孔的中心线位于介质本体1的中心轴上，可以使得当谐振子放在谐振腔中央时腔体内的电磁场的对称分布。通孔也可以圆柱形、方柱形、圆台形、方形梯台、锥形或其他规则或不规则的形状，或者是与介质本体1的外轮廓共形从而使介质本体1成等厚结构。

当然，该凹孔2不一定为通孔，也可以是盲孔，即没有穿透至另一表面的孔。例如，该盲孔可以为与上述通孔的任一种形状相同、只是高度较短的形状，也可以为其他形状如半球形、四面体形等，本文不作限制。

在凹孔2的内壁表面上附着有导电层3，导电层3由可以导电的材料构成，优选金属，例如银、铜或金，或者为含有银、铜或金中一种或两种或三种的合金，也可以是其他金属材料或其他金属合金导电材料也可以是能导电的非金属，例如导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。

导电层3可以是如上所述直接附着在凹孔2内壁上，也可通过连接媒介而设置在凹孔2内部，例如采用粘胶粘接，或者连接杆一端与导电层3连接，另一端与凹孔2内壁固定，使得导电层3与凹孔2内壁之间隔有空气层，或者在二者之间添加其他低损耗、低介电的材料固定二者，等等。

图3所示的实施例中，介质本体1为均匀等厚的圆筒形，中间的凹孔为通孔。导电层3为具有一定厚度的金属筒，且底部设有凸缘，介质本体1套在导电层3外且底面可刚好放在凸缘上。当然，金属筒并不一定具有凸缘，可以仅具有圆筒形结构，通过粘接或其他方式与谐振腔底部固定。优选谐振子的导电层直接与谐振腔底部电连接而接地。

导电层3所覆盖的范围，可以为整个凹孔2内壁表面，可以为凹孔2内壁的部分表面，例如只覆盖凹孔2内壁的侧面，也即与凹孔2开口端面连接的内壁部分；也可只覆盖凹孔2的底面，即与凹孔2开口端面相对的不与该开口端连接的内壁部分；又或者，同时覆盖有侧面的部分区域以及底面的部分区域。

下面将结合谐振子的具体应用环境——谐振腔来说明该谐振子的优势以及其与现有介质陶瓷谐振子的区别。

谐振腔如图4、图5所示，包括腔体5、谐振子和调谐杆4。其中，腔体5的开口端上装有腔盖，腔体和腔盖围合成一个封闭空间，上述谐振子即位于所述封闭空间内，其底部可以通过一个低损耗材料（如氧化铝等）制成的支承座将谐振子支撑起来。腔体或腔盖上装有调谐杆4，调谐杆4末端伸入封闭空间内并至少部分地伸入谐振子的凹孔2内。

调谐杆4通常为金属螺杆，通过螺母装在腔盖上，且伸入腔内的长度可调，从而在小范围内调节谐振腔的谐振频率。调谐杆4也可以由陶瓷材料制成，或者是在一低损耗材料制成的杆外表面包裹金属或陶瓷或其他高介电常数材料。调谐杆4也可以为非金属材料制成，只要其介电常数大于1即可，当然优选介电常数更高的材料。本发明不对调谐杆4的材料和形状做任何限定，只要其伸入腔体5内能微扰腔内电磁场分布从而影响谐振频率即可。调谐杆4末端可以与凹孔2内壁或导电层3直接接触。

当凹孔2为通孔时，介质本体1的与腔体5接触的底面可以设置导体连接层，所述导体连接层为与上述导电层3相同或者不同的导电材料制成，且与通孔内壁上的导电层3连接起来。此时该导体连接层可以通过热压或焊接或其他公知的连接技术与腔体5固连为一体。

为了增强降频效果，介质本体1上可以设有两个或多于两个的凹孔2，至少其中一个凹孔2上对应有一个调谐杆4，当然为了增大微扰量，可以在每个凹孔2相对的位置均设置一个调谐杆4。

下面将通过具体实验数据来说明本发明的谐振腔的优势。以一个具有纯陶瓷介质谐振子的单腔谐振腔为对比例，该谐振腔腔体为方柱形，该陶瓷介质谐振子采用圆柱形微波介质陶瓷，尺寸为外径24mm、内径8mm、高19mm，内径对应为通孔，实验测得具有该介质谐振子的谐振腔的谐振频率为1.642GHz，该谐振腔的平均功率为275W。

采用相同的腔体和介质谐振子（上述纯陶瓷介质谐振子作为本例中谐振子的介质本体），并在该谐振子的通孔（即本例中的凹孔）镀上银（即本例中的导电层），实验测得具有该谐振子的谐振腔的谐振频率降至0.875GHz，平均功率为335W。

由此可见，采用本发明的谐振子，相对于单纯的介质谐振子，可将谐振频率降低约800MHz，基本上为原来谐振频率的一半，相应意味着，当制备相同谐振频率的谐振腔时，腔体体积将大幅度减小，而对功率的影响不大。

而采用相同的腔体，将介质谐振子更换为形状、体积相同的金属谐振子，即金属谐振子为外径24mm、内径8mm、高19mm的圆筒形，且材质为纯铜。实验测得具有该金属谐振子的谐振腔的谐振频率为1.569GHz，平均功率为54W。

由此可见，采用本发明的谐振子，相对于单纯的金属谐振子，仍能提供基本相近的谐振频率，而平均功率则大大提高了。

综上所述，可知采用本发明的谐振子，即具有介质谐振子的耐高功率的优点，同时兼有金属谐振子的谐振频率低、体积小的优点，可以大大拓宽现有技术的谐振腔、滤波器件的应用范围。

基于上述单腔的谐振腔的特点，本发明还涉及一种滤波器件，可以为滤波器、双工器或者其他具有滤波功能的器件，其包括至少一个谐振腔，而其中至少一个谐振腔为上述谐振腔。

以图6、图7所示的多腔滤波器为例。图6所示的滤波器为具有六个谐振腔的滤波器。腔体5两端分别装有输入端8和输出端9。

为了增强耦合，腔和腔之间为开窗耦合且开窗到底；同时，多个谐振子如图6所示依次通过桥接部分7连接成一体。所述桥接部分7可以是与介质本体1相同的材料制成，也可以是不同材料制成。进一步地，每个开窗位置还设置有耦合杆6，通过耦合杆6伸入腔内的长度也可以调节耦合强弱。当然，传统滤波器的腔体之间的电耦合或磁耦合方式都可应用在本发明中，例如圆盘耦合、金属杆耦合等。

由图6可知，每个谐振子都如上文所述，具有凹孔2和附着在凹孔2内壁上的导电层3，且每个凹孔2都对应设有一个调谐杆4插入凹孔2内。

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8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。

则对于发信带通滤波器，其信号发射模块为发信机，信号接收模块为基站天线。而对于收信带通滤波器，其信号发射模块为基站天线，信号接收模块为收信机。

本发明由于采用具有导电层3的谐振子，有利于降低具有该谐振子的谐振腔的谐振频率，从而在实现相同谐振频率时可大大缩小谐振腔的体积；介质本体的存在又使得整个谐振子能够耐受高功率。因此具有该谐振腔的滤波器件和电磁波设备的体积也会随之明显减小，且耐高功率。

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

1.一种谐振腔，包括腔体、位于所述腔体内的谐振子，其特征在于，所述腔体两端分别装有输入端和输出端，所述谐振子包括介质本体，所述介质本体表面上开设有凹孔，所述凹孔内壁上附着有导电材料构成的导电层；所述输入端和输出端轴线垂直于所述谐振子的侧壁。

2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述导电层直接附着在所述凹孔内壁上。

3.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述导电层通过连接媒介固定在所述凹孔内壁的侧面或底面上。

4.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述介质本体由介电常数大于1的材料制成。

5.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述介质本体由陶瓷材料制成。

6.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述凹孔为盲孔或通孔。

7.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述导电层为金属筒，所述介质本体为筒状且套设在所述金属筒外。

8.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述导电层覆盖在所述凹孔内壁的侧面或底面上，或者所述导电层覆盖在凹孔内壁的整个内壁表面上。

9.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述导电层的导电材料为金属。

10.根据权利要求9所述的谐振腔，其特征在于，所述导电材料为银、铜或金，或者为含有银、铜或金中一种或两种或三种的合金。

11.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述导电层的导电材料为导电的非金属。

12.根据权利要求11所述的谐振腔，其特征在于，所述导电材料为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。

13.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振腔还包括装在所述腔体上并伸入所述腔体腔内起调谐所用的调谐杆，所述调谐杆与所述凹孔相向设置。

14.根据权利要求13所述的谐振腔，其特征在于，所述介质本体上设有至少两个凹孔，与每个凹孔相对的位置均设有一个调谐杆。

15.根据权利要求13所述的谐振腔，其特征在于，所述调谐杆为介电常数大于1的非金属材料制成的螺杆或者为金属螺杆。

16.根据权利要求14所述的谐振腔，其特征在于，所述凹孔为通孔，与所述通孔相连接的介质本体表面上附着有导体连接层。

17.根据权利要求16所述的谐振腔，其特征在于，所述导体连接层与所述谐振腔的内壁通过焊接或热压或螺纹配合或粘接的方式固定连接为一体。

18.一种滤波器件，包括一个或多个谐振腔，其特征在于，至少一个谐振腔为如权利要求1至17任意一项所述的谐振腔。

19.根据权利要求18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。

20.根据权利要求18所述的滤波器件，其特征在于，所述谐振子的导电层与所述谐振腔接触以接地。

21.根据权利要求18所述的滤波器件，其特征在于，所述滤波器件包括多个谐振腔，每个谐振腔内设置有一个所述谐振子，每个谐振子的凹孔对应设置有一个调谐杆。

22.根据权利要求21所述的滤波器件，其特征在于，所述滤波器件的谐振腔与谐振腔之间为开窗耦合，且每个开窗位置均设置有耦合杆。

23.根据权利要求18所述的腔体滤波器，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。

24.一种电磁波设备，其特征在于，包括如权利要求18至23任意一项所述的滤波器件。

25.根据权利要求24所述的电磁波设备，其特征在于，所述电磁波设备为飞机、雷达、基站或者卫星。