CN1039266C - 用于微波滤波器的可调谐振腔 - Google Patents
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Abstract
可调谐振器由包括圆柱形介质谐振器(DR)的圆柱谐振腔组成，该(DR)通过放置在螺钉和该DR之间并固定连接到后者的一圆柱形介质垫片连接到金属调谐螺钉。该调谐螺钉穿进在该谐振腔上壁中的轴向形成的孔中。在该孔的边缘上所说壁呈现朝向谐振腔的内部的环形延伸部分。就调谐而论，始于某一条件，其中，谐振器的谐振频率为最小，即当DR处于该谐振腔中心时，旋转金属调谐螺钉，将使DR接近环形延伸部分，由此引起fr的显著增加(图2)。也还描述了由多个谐振器组成的微波滤波器，它们通过膜片耦合在一起，也成为本发明的目的。
Description
本发明涉及微波谐振腔领域，特别涉及用于微波滤波器的可调谐振腔。
如人们所知，多数普通的微波谐振腔由金属壁包封的简单腔体所组成。随着低损陶瓷材料的出现，在该微波谐振腔中使用各种形式的介质体已经成为可能，而广泛使用的形式是圆柱体。以下也称为DR的介质谐振器的工作，基本上是基于当电磁波撞击在具有不同的介电常数的两种介质之间的分界面时，它将经受反射这种现象。
在理论上，由于激励模式的谐振频率基本上取决于该谐振器的几何形式和尺寸，因此先必将该介质谐振器包封在金属壁内。然而在实际中，为避免电磁能的辐射以及得到实际有用的器件，该DRs被放置在包封的金属腔体之中。为实现微波滤波器和振荡器，使用高介电常数的陶瓷材料的介质谐振器具有很大的优点。实际上，由于高的介电常数，该电磁场大多被倾向于限制在DRs内，这就有可能减小尺寸以及使电路更加小型化。此外，和使用普通谐振器的电路相比该陶瓷的低温度系数保证了更高的温度稳定性。考虑到上述情况，根据已知技术，使用介质谐振器提供的一种微波滤波器一般包括一个金属腔体，其中，放置一个或多个按适当方向排列的圆柱形介质谐振器。该滤波器和外电路之间的耦合是借助于例如同轴探针，环，膜片，波导段等各种装置加以实现的。它们的位置和方向的设计原则是对所使用的谐振模式而言具有最佳效率。
人们还知道，在滤波器的工业应用中，有能力用简单实施的调谐操作去改变单个介质谐振器的谐振频率，例如有能力恢复由制造容差所引起的谐振频率的变化，这通常将是最重要的。
已知两种用于介质谐振器的不同的方法便是为了这个目的。
第一方法包括在谐振模式的高密度处改进包含该介质谐振器的金属腔体的容积。在DR外产生的电磁场的变形将导致在该谐振器中激励的谐振模式的谐振频率的变化。根据理论知道，当谐振腔的容积减少dv时，谐振腔中一种电磁模式的谐振频率将增加，只要在该dv中电场的能量相对磁场而言占主导作用。而对于相反的情况，上述谐振频率将降低。该频率变化总量正比于dv和电磁场能量之间的差。这样，这个总量取决于考虑的模式和谐振腔变形的地方。
实际上，谐振腔容积的改变是通过将螺钉或板状的金属材料插入谐振腔来实现的，例如在专利US-A-5008640和GB-A-1520473中的谐振器，其中，调谐是通过将螺钉插入谐振腔的金属壁中来改变的。
该第一调谐方法的主要缺点在于这样一个事实，即为了达到充分的调谐，被调谐的模式的能量密度为最高的地方必须起作用。在一般性情况中，总是不那么容易有效的。第二个缺点是在插入谐振腔中的元件的表面上感应的电流将引起使用谐振模式的功率损耗。此外，在谐振腔中插入金属元件能产生不希望有的寄生响应。
第二个DR调谐方法包括改变该介质谐振器的容积。在这种方式中，在该介质谐振器中出现的所有谐振模式的谐振频率按这样一种方式显著地得到改进，即取决于容积改变处的介电常数以及容积改变的总量。
该第二种方法的第一个熟悉的应用包括改变在放置在同一谐振腔中的两个介质谐振器之间的相互距离。
该第二种调谐方法的第二个熟悉的应用包括使用在有一孔的圆柱体形的介质谐振器，在该轴向插入一金属调谐螺钉，例如像在US4630012专利中所描述的可调谐振器那样，或者在该轴向插入一小的介质圆柱，例如像在US4810984专利中所描述的可调谐振器那样。
该第二种调谐方法的主要缺点在于麻烦。确切地，在该方法的第一个应用情况中，有必要使用一第二个谐振器，而在该第二个应用中有必要对介质谐振器体进行精加工。
第三个调谐方法包括通过移动介质谐振器使其接近或离开谐振腔壁来改变该介质谐振器在谐振腔的位置。一个使用该最后调谐方法的例子在文献EP-A-0346806中公开的带通滤波器中给出。所说滤波器由包括沿该波导中心线对准的且间距固定的介质谐振器的波导所组成，其特征在于每个介质谐振器和穿进谐振腔的壁的用于改变该谐振器进入波导位置的介质螺钉构成整体，由此调整谐振器的谐振频率。
在可调谐振腔和使用移动DRs的滤波器情况下，它们也能显示出机械上的缺陷，特别是如果发生经受强压力的时候如在空间场发生的某种情况。这些缺陷主要包括DRs从它们的支撑脱落，而这是由于发生了机械振动的原因所致。
已知的两种调谐方法还被要求来保证一个谐振腔或滤波器的温度稳定性，据此，所述方法要仔细地进行选择组成谐振腔，介质谐振器及其支撑，以及移动调谐元件的材料。当然，所有这些元件的相互尺寸的变化都能显著地影响所说滤波器和谐振腔的谐振频率。
因此本发明的目的在于克服上述缺点，并且指出低成本的同时具有高的热和机械稳定性的电气上高效的用于微波滤波器的可调谐振腔。
为达到这些目的，本发明的一方面是说明一种可调微波谐振腔。本发明的可调谐振腔主要包括由壁限定的谐振腔，优选为圆柱形空心体，其中插入一个圆柱形介质谐振器(DR)，该DR通过一支撑坚固地连接到一调谐螺钉，该支撑具有低的介电常数，并放在该螺钉和该介质谐振器之间作为垫片。该调谐螺钉通过旋拧穿进到在所述空心体的壁中形成的一个孔中但并不需要进入该谐振腔。在该孔的边缘上，壁呈现朝向该谐振腔内部的环形的延伸部分，其外直径通常是近似地等于放在前面的介质谐振器的直径，或者比它稍大些，但也能稍小。调谐的改变是通过按一个方向或按另一个优选方向旋转调谐螺钉来实现，对于该优选方向，介质谐振器接近所说环形的延伸部分。
该可调谐振腔在谐振腔中还备有激励电磁场一个或多个谐振模式，以及使从所说场的谐振模式产生的电流，传送到一微波振荡器的有源元件的装置。
本发明的第二个方面是通过将预定数量的上述其腔壁在所说第一孔的边缘有延伸到腔内适当长度的环形延伸部分的可调微波谐振腔耦合在一起以获得一个微波滤波器。在上述滤波器中，所说可调谐振腔的谐振腔均以金属或介质材料体实现的，取这些材料作为该滤波器加工的基础部分，并且它们具有十分一般的排列方式。谐振腔间的耦合是由孔实现的，这些孔全部通过彼此分隔谐振腔的壁，并使它们耦合在一起。两个在该滤波器两端形成的所说孔，即第二、第三孔构成用于待滤波的并具有该滤波器调谐范围中心频率的一微波信号的输入口，或者该滤波器的输出口，在该输出口，经滤波的信号可以获得，这两个孔没有区别，而其它分隔壁间的孔为第四孔。
本发明的第三个方面是提供更普通情况的滤波器的第一种变型，其中谐振腔是相同的圆柱形谐振腔，这些谐振腔按各自圆柱形对称轴相互平行地排列，并处在相同的平面上。在分隔谐振腔之间的壁上的孔或者同外部耦合的孔都沿通过该圆柱形谐振腔的中心的轴对准。
本发明的第四个方面是提供更普通情况的滤波器的第二种变型。为本发明目的的该变型包括这样一个事实，即第一组的谐振腔具有其圆柱对称的相互平行的轴并处于公共平面，而第二组的谐振腔具有其圆柱形对称的相互平行的轴，但处于垂直于以上平面的公共平面。谐振腔之间的耦合是通过在分隔谐振腔之间的壁形成的孔或同外部耦合的孔实现的。
包括介质谐振器的微波滤波器也能够用矩形波导来提供，该矩形波导的截面积具有这样的尺寸，即，该波导的临界频率高于所用介质谐振器的谐振频率。
因此，本发明的第五个方面是更普通情况的滤波器的第三种变型，其中，该微波滤波器是由矩形波导提供的。连接到类似于在可调微波谐振腔中所使用的定位和调谐装置的圆柱形谐振器被插入所说波导，而这是本发明的目的。波导由壁在两端封闭，该壁在其中心有一开口，而所说开口构成该滤波器的第一输入口，用于待滤波的微波信号或者构成该滤波器的输出口，用于输出已被滤波的信号，这两个口是无区别的。
本发明的可调谐振腔和所有微波滤波器类型是紧凑的，并且结构简单，因此容易小型化，并显示出具有良好的温度稳定性的基本优点，而不必使用高级的昂贵的制造材料。
另一优点是由于这样一个事实，即不再需要确定在各个谐振腔中的DRs位置以及改变其调谐的不同的装置，这是由于在为本发明目的可调谐振腔和滤波器中，支持各个DRs的装置被用作改变调谐或谐振的装置。所说的装置是这样的，即它们对DRs提供机械稳定性；并且允许移动。
结合附图，本发明的进一步的目的和优点将在以下给出的实施例的详细说明中理解，但该实施例并非作为限制性的例子：
图1表示本发明的用于微波滤波器的可调谐振腔的轴侧视图；
图2表示沿图1可调谐振腔A-A剖面的剖面图；
图3表示包括若干类似于图2的那些调谐装置的微波滤波器的顶视图；
图4表示沿图3滤波器的B-B剖面的剖面图；
图5表示图3的微波滤波器的第二实施例的顶视图；以及
图6表示部分轴测视图，表示在一矩形波导中提供的第二种微波滤波器的局部的纵向半剖面，该滤波器包括若干类似于图2的那些调谐装置。
参照图1，标号1表示一个中空的圆柱形金属体，其底由金属板2包封。在该体1的圆柱谐振腔中放置一个在图1中看不见的，并连接到一金属调谐螺钉3的圆柱形介质谐振器，该螺钉旋进在该体1的上平壁1′中形成的孔中，并从该体1显露出来。在该体1的圆柱形侧壁1″中形成穿透一在各图中看不见的探针的孔4，该探针能在该谐振腔中激励一个或多个电磁场的谐振模式。
参照图2，在图2中，图1的相同元件用相同的标号表示，5表示圆柱形体1的谐振腔，而6表示放在该谐振腔5中的介质谐振器。后者为已知类型的高介电常数谐振器，在电波类型TE01δ的基本谐振模式中，其谐振频率为18.7GHZ。该调谐螺钉3的一端固定连接到低介电常数的圆柱形介质支撑7的一第一端，支撑7的第二端固定连接到该圆柱形介质谐振器6的平坦表面的中心地区。螺钉3，圆柱形介质谐振器6和圆柱形介质支撑7沿着与金属体1的圆柱形对称轴相一致的公共对称轴对准，而在上平壁1′中的孔用F表示。上平壁1′在孔F的边缘处有一个朝向谐振腔内侧的环形的延伸部分8。该环形延伸部分8的外直径通常大于该圆柱形介质谐振腔6的直径，但是可以等于甚至稍小于后者。其内直径当然是孔F。
环形延伸部分8延伸到谐振腔5的长度近似地为谐振腔5的内部高度的1/5和1/3之间，但优选为其1/4。
圆柱形介质支撑7，金属调谐螺钉3，以及圆柱形介质谐振器6之间的固定连接是由该圆柱形介质支撑7的两端的胶提供的，或者改变一种方式，使用轴向地通过圆柱形介质谐振器6和圆柱形介质支撑7，旋进并终止在金属调谐螺钉3的体内的细螺钉提供固定连接。
在图1和2的可调谐振腔的第一更迭的实例中，环形延伸部分8是由在其中心钻孔并粘接到谐振腔5的上平壁1′介质材料圆柱所替换，按这种方法，孔F和该钻孔的介质圆柱的中心孔相一致。所说圆柱的材料和用作圆柱形介质谐振器6的材料类型相同。
在图1和2的可调谐振腔的第二替换实施例中，谐振腔体1和包封平板2是介电材料，而在该情况下，甚至该环形延伸部分8和介质壁1′的材料相同。
在第三替换实施例中，谐振腔体1和金属包封平板2是介质材料，环形延伸部分8由在其中心钻孔并粘接到谐振腔5中的介质壁1′的金属圆柱所替换，结果孔F和被钻孔的金属圆柱的中心孔相一致。
图2还指出的几何参数，例如距离和高度，这在以下操作讨论中将是有用的。特别是S2表示DR6下表面到属于包封盖2的谐振腔5的内表面的距离。Hd是DR6的高度，Ht是环形延伸部分8的高度，以及Hs是介质支撑7的高度。标号S1表示DR6上表面到环形延伸部分8的距离，而Ha表示圆柱形谐振腔5的内部高度。
现在参照图1和2讨论可调谐振器的操作。作为分析的第一步骤，了解圆柱形介质谐振器6的谐振频率fr同其物理和几何参数以及接收该频率的谐振腔5的关系规律是有用的。应当指出孔F不是谐振腔5的部分，并且因此Ht的值必须相当小，以避免在孔中存在不希望有的谐振，特别是当金属调谐螺钉3处于对应调谐范围的上限位置时。
在标题为‘DIELECTRIC RESONATORS’的合订本中(作者DatkoKajfez和Pierre Guillon，1986由ARTECH HOUSE INC.公开)仔细分析了类似以上陈述的问题。该合订本3页上的公式1.1，给出例举的一种独立的圆柱形介质谐振器的频率对模式的近似关系。从该公式能看出，fr原则上赖于DR的几何尺寸，以及制作它的材料的介电常数。这样有可能得到具有希望的fr的DRs。在所说合订本的第4和第5章，113-241页，表示出更复杂的模式，据此模式有可能估计金属或介质壁对fr的进一步的邻近效应。据分析，显露出这样的基本数据，即一个介质谐振器的谐振频率fr随后者接近壁呈非线性方式增加。
在所述合订本163页上的图4.19表示出fr为PR和引入装有该DR的谐振腔的金属调谐板之间的相互距离的函数的倾向。该图指出，对夸大的距离，fr的增加很缓慢，直到到达某一距离为止，在该距离上所说的增加受到显著的加速。谐振腔的Q-品质因素具有相反的倾向，并指出对长距离它具有高的数值，直到到达某一距离为止，在该距离上它随距离增加下降很快。根据这些考虑，为了扩展调谐范围，使DR过于接近金属壁是不适当的。该距离范围的选择必须落在fr变化足够快，而同时Q品质因素并不受到显著的改变的地区中。由于以上说明，对于该例的情况，随着DR6接近谐振腔5的中心将得到最小的谐振频率fr。在该情况中介质支撑7的高度Hs是这样考虑的，即调谐螺钉3的该端不穿进谐振腔5，但是调谐螺钉3能穿进到同螺纹孔F相重合地区的环形延伸部分8的中心地区。从DR6的原始配置开始，按一个或另一个方向旋转该螺钉3将使DR朝着谐振腔5的上或下两壁中之一壁推进，两种情况中之任何一种情况都将使fr增加。在调谐操作期间，相应距离S1+S2和的Ho-Hd-Ht的值保持常数。
按这样一种方式下实施调谐确实可取，即旋转螺钉3使它逐渐地从孔F显露出来，即S1＜S2，而在该情况下，原则上由螺钉3表示的损耗材料，以及沿着圆柱形介质支撑7的小范围对fr以及介质谐振器6的谐振模式的影响十分小。该结构的机械稳定性也得到改善。
如果谐振腔5的形式不是圆柱形的，上述说明也可应用。但是这样一些形式是优选的，即它们至少显示出一个对称轴，沿该轴，谐振腔具有固定不变的部分，以及在这些情况中，上述对称轴和不同的调谐装置的元件相重合。当在谐振腔5激励出不同于基本的TE01δ谐振模式时，图1和2的谐振器也是可调的。
现在再考虑图1和2的可调谐振器的优点，以便根据进行的考虑给出推出它们的理由。
由于以上述及关于准备小型化的结构的紧凑性，根据结构该特征表现出谐振器简单的事实。如从图看到的那样，由于环形延伸部分8是圆柱形体1的部分，调谐装置的移动部分只包括一个螺钉和一个垫片。不再需要用于谐振腔5中的介质谐振器6的专门的支撑装置，这是由于它本身是完成该功能的调谐装置的移动部分。
由于以上述及关于在某些具体应用条件期间急剧降低由谐振器结构产生的机械振动，这可以通过这样一个事实来达到，即在整个调谐范围期间，介质谐振器6包含在由壁1′限定的谐振腔5的一半部分之中。在该情况下，包括调谐螺钉3和介质支撑7的移动单元的长度是小的。此外，环形延伸部分8给出一个限制上述移动单元的延伸的边界，并阻止其振动。
由于以上述及谐振频率fr随温度变化的影响不大，所说特性是由于这样一个事实，即由于产生影响S1的不同的热膨胀之间的一种补偿，主要影响谐振频率fr的距离S1并不随温度变化。为此目的，应当陈述该谐振腔的壁1′和1″的膨胀将引起包括金属调谐螺钉3，介质支撑7以及DR6的单元的刚性平移，但这并不改变S1。就调谐装置而言，介质支撑7的膨胀将引起DR6轻微下降，并接着引起S1的增加，而S1的增加又被仅由长度为Hs的环形延伸部分8的膨胀所引起的S1的减小的补偿。所说的补偿能依靠适当选择在上述替换实施例情况中制造介质支撑7和谐振腔5的壁，或者替换环形延伸部分8的被钻孔的圆柱体的材料而达到最佳的程度。为此目的，选择必须提取其热膨胀系数最适合于达到所说最佳补偿的那些材料。
参照图3，所看到的一个微波滤波器包括形如平行管道的金属体9，其中四个相同的圆柱谐振腔10沿垂直于所说谐振腔的圆柱对称轴的轴对准，并靠近其中心通过。这些圆柱形谐振器10安装有各自相同的圆柱介质谐振器，但并未在图中指出。金属体9的上壁相对着圆柱形腔体10的中心钻孔，以便通过许多金属调谐螺钉3。圆柱形谐振腔体10被放置在彼此用孔11进行电磁耦合的地方，该孔11称为膜片，在分隔谐振腔体的壁中形成。该孔11沿圆柱形谐振腔10的准直轴对准。放置在滤波器两端的由各自的壁形成的两孔11′和11″也对准在所说轴上。每一孔构成用于欲滤波的处于滤波器调谐范围的中心频段频率的微波信号的输入口，或构成该滤波器的一输出口，在该口上被滤波的信号可以使用。这两个孔没有区别。
在孔11，11′和11″中能见到螺杆12用于按已知方式调节相邻圆柱形谐振腔10之间以及输入输出口和外电路之间的电磁耦合。
参照图4，其中，和图3类似的元件用相同的符号表示。要指出的是，滤波器的金属体9实际上是由于该两部分9和9′由在图中看不见的螺钉固定连接在一起的结构需要而做成的。圆柱形谐振腔10按两半部分9和9′实现的，而孔11，11′和11″是铣出来的，并且只包括在部分9中。调谐螺钉3穿通到金属体9的上壁的孔F中，并固定地连接到由介质支撑7放置到谐振腔10中的介质谐振器6。在孔F的边缘处谐振腔10的内壁具有环形延伸部分8。表示调谐螺钉，介质支撑，介质谐振器以及环形延伸部分的标号的目的是为和图2可调谐振器的类似元件相一致，这是由于所说元件具有相同的电气和几何特性，并且因此所有以上进行的讨论也能应用到滤波器。
在操作状态下，在滤波器的输入口到达欲滤波的并具有一定频带范围的信号，所说信号通过具有频率为18.7GHZ在TE01δ模电磁谐振的谐振腔10，其相应于包含在其内的DRs的谐振。由于所说谐振以及谐振腔间的耦合而构成一种频率选择，这种选择限制了在滤波器输出口上出现的18.7GHZ信号频率周围的带宽。在设计图3和图4期间，有可能选择某些几何参数，它们影响谐振腔间的相互耦合或输入出口间的耦合，例如膜片11的尺寸乃是为获得很近似于所要求的响应形式的带通型频率响应。在上述情况下，所得带通响应近似于4阶的切别雪夫(Chebysher)函数，其中心频率为18.7GHZ，带宽为50MHZ，频带波动因子为0.1dB。
滤波器中心频带频率fo和输入信号的中心频带频率之间的微调操作是由金属调谐螺钉3进行的。为此目的，从滤波器的中心频带频率fo取在18.7GHZ的最小值的初始条件开始，从它们的孔F逐渐地提出调谐螺钉3产生等效的逐渐的频率fo的增加，直到到达19GHZ值。
参照图5，指出包括金属体13的一个微波滤波器，其中配置了四个相同的圆柱形谐振腔14、15、16和17。特别地，谐振腔14和15沿第一轴对准，而谐振腔15、16和17沿垂直于第一轴的第二轴对准。该两轴垂直于所有谐振腔的圆柱形对称轴，并通过各谐振腔的中心。
谐振腔14、15、16和17装有各自的但相同的圆柱形介质谐振器，但在图中看不见。金属体13的上壁对着所说谐振腔中心钻孔，以便通过用介质支撑固定连接到谐振腔内的介质谐振器的多个金属调谐螺钉3，介质谐振器在图中未示出。谐振腔14、15、16和17的内壁在穿进金属调谐螺钉3的孔的边缘显露一环形延伸部分，但后者在图中未示出。就螺钉3，介质谐振器，介质支撑和环形延伸部分的电气和几何特性而论，它们对于图2可调谐振器的类似元件是相同的，因此用相同标号表示，并且所有以上形成的标记继续应用。
配置的谐振腔14由孔18同谐振腔15进行电磁联络，该孔也称作膜片，在体13的壁中形成，它把谐振腔14和谐振腔15分隔开。所说配置的谐振腔通过孔18′同滤波器外界联络，孔18和18′沿着通过圆柱谐振腔14和15的中心的所说第一轴对准。配置的谐振腔16由孔19同谐振腔15和17进行电磁耦合，孔19也称为膜片，在体13的壁中形成，把谐振腔16和谐振腔15、17分隔开。配置的谐振腔17通过孔19′和滤波器的外界耦合。孔19和19′沿通过圆柱谐振腔15、16和17的中心的第二轴对准。从图可以看到，涉及谐振腔15的孔18和19的轴被彼此安排在右角上。
孔18′和19′同滤波器外界耦合，它形成一输入口，用于欲滤波的、且有在滤波器调谐范围内的中心频带频率的微波信号，或者，它形成滤波器的一输出口，在此，经滤波的信号能够利用，但这两个口没有区别。
类似于图3和图4，同样图5所说的滤波器，为了结构要求金属体13实际上由两半部组成，这在图中未表示出来，并且用螺钉固定联结在一起。因此谐振腔14、15、16和17以及孔18、18′、19和19′按两个半部分实现的。也备有穿进到所说孔的螺杆，为简化起见未表示出来，按已知方式调整相邻谐振腔之间和输入输出口和外电路之间的耦合。频率响应和图3的滤波器相同，正如中心频带频率的微调操作是类似的那样。
如果同图3和图4的滤波器相比，图5中所示微波滤波器变型显示出附加的优点，这是由于带外的干扰电平低。如人所知道的那样，当谐振腔中使用介质谐振器时，所说腔被激励，除基本谐振模式之外，还有某些介质谐振器的典型的模式。后者为混合谐振模式，即非完全的TE或TM波，通常与基本谐振模式相比出现在较高频率上，也有出现在较低频率上者。在图3和图5的滤波器中，例如，在频率fH上混合谐振模式呈现最大，频率fH能偏离中心频带频率fo 1-4GHZ。所说滤波器的频率响应是一个函数，这个函数在中心频带频率fo和频率fH之间连续变化。根据在图3和图5的滤波器上执行的测量，在两种情况下，fH到fo的距离是相等的。但是，对于图3滤波器，在fH测量的混合模式的功率同在fo测量的基本模式的功率相比衰减约20dB，对于图5变型的滤波器，类似的衰减是60-70dB。通过两个滤波器的频谱分析，可以看到，在所有超出频段的地区中，图5滤波器的干扰电平同图3滤波器的干扰电平相比，固定地保持低于40-50dB的电平。
对图3和图5滤波器的标号在各个谐振的谐振腔不是圆柱形的情况下也适用。但是优选形式是那样的，它们至少呈现一个对称轴，沿着该轴谐振腔保持不变的截面，并且在这些情况中，上述所说对称轴和调谐装置的不同元件的轴相重合。
参照图6，我们注意一种微波滤波器，它由在其两端由壁21包封的一段矩形波导20所组成，每端在其中心地区具有一个开口22，该开口构成一输入口，用于具有在滤波器调谐范围内的中心频带频率的欲滤波的微波信号，或者它构成滤波器的一输出口，在该输出口上，经滤波的信号能够利用，但这两个口没有区别。为结构上的要求，该矩形波导20包括两部分20′和20″，部分20″是包封盖的底。波导20的上壁在预定位置沿中心显露出许多用来插入金属螺钉3的螺纹孔，圆柱形介质谐振器6通过介质支撑7连接到该金属调谐螺钉3。表示以上所说元件的序号是为了和图2的可调谐振腔类似元件相一致，因为这些元件具有相同的电气和几体特性，因此所有上面形成的标志甚至对于滤波器继续应用。这里同样备有螺杆，它在DRs6的间隔中穿进波导20的谐振腔(因简化未示)，用于按已知的方式调整介质谐振器和波导间的耦合。
为正确操作滤波器，重要的是选择矩形波导，使其具有这种尺寸的截面积，即波导的截止频率大于所使用的介质谐振器的谐振频率fr。
在设计期间，有可能去选择某些影响耦合的尺寸，例如谐振器间的距离，以便得到相同于图3和图5的频率响应。频率fo的微调操作也是相同的。
图6的滤波器如果同以上滤波器相比较，结构上更简单，但另一方面，带外干扰的衰减是差的。对于该情况，最高的混合谐振模式仅离中心频带频率1GHZ。
图3、4、5和6的滤波器也可以通过所有对图1和图2的可调谐振腔描述的实施例得到。具体地，环形延伸部分8可以由粘接到各个金属壁的介质材料的钻孔的圆柱替换。金属体9和9′，13以及矩形波导20能由类似的介质材料体替换，而环形延伸部分8因此能和介质壁的材料相同，或者由中间钻孔并粘接到介质壁的金属圆柱替代。
不管各种实施例，对所有上述滤波器的其他的共同的优点是对整个调谐范围保持固定带宽和频率响应的形状。的确，当DR放置在波导或谐振腔的中心时得到DR中谐振模式和圆柱谐振腔中或者在使用低于其截止频率的波导中的谐振模式之间可能的最大耦合，从该位置的每一点偏移将导致耦合的减弱，由此涉及带宽和频响形状的变化。在上述谐振腔和滤波器中结果是最强耦合是对应fr min＝18.7GHZ，即在DRs处在波导20的各个圆柱谐振腔的中心的情况下，以及最弱耦合对fr mas＝19GHZ。
尽管已经据经验指出，在上述滤波器中，通过适当地选择高度Ht、Hd和Ho值，耦合的改变并不严重影响滤波器带宽。选择的值在任何情况下必须保持不改变对图2可调谐振器以上说明的优点，同时必须在整个调谐范围使DRs的位置靠近各个谐振腔或波导20的中心地区。最后这个条件意味着S1+Ht≌S2。
通过选择内部高度Ho不过大的谐振腔有可能满足所有上述条件，只要同另外起作用的几何参数相比较。关于Ht值，它必须指示在Ho的1/5和1/3之间，而优选1/4。由于在以上谐振腔和滤波器中存在环形延伸部分8，在这里有用的是直接综合优点。第一个优点是归因于谐振腔的fr以及滤波器的fo上的热效应的平衡。第二个优点是归因于在调谐操作期间显示的对滤波器带宽以及其频响形状的稳定效应。最后，第三个优点体现在强受力状态应用期间针对防止移动调谐装置中有害振动上升而放置的障碍物上。
Claims (18)
1、一种可调微波谐振腔，它是由壁(1′、1″、2)限定的一谐振(5)并包括由插入的介质支撑(7)固定连接到调谐螺钉(3)的圆柱形介质谐振器(6)，该支撑(7)起垫片作用，穿进在所说壁的第一壁(1′)中形成的孔(F)；所说可调谐振腔包含指定在谐振腔和介质谐振器中激励一种或多种电磁场谐振模式以及将由所说谐振模式感应的电流传送到腔外的装置，其特征在于所说第一壁(1′)在所说孔(F)的边缘处包含有延伸到所说谐振腔(5)内适当长度(Ht)的环形延伸部分(8)，所说环形延伸部分(8)减小热效应对谐振频率的影响，并增强机械稳定性。
2、根据权利要求1的可调微波谐振腔，其特征在于所说环形延伸部分(8)的外直径近似地等于所说圆柱形介质谐振器(6)的直径，而长度(Ht)为所说谐振腔(5)的所说第一壁和平行于第一壁的第二壁之间的间距(Ho)的1/5和1/3之间，但优选1/4。
3、根据权利要求1或2的可调微波谐振腔，其特征在于所说介质支撑(7)的长度(Hs)使得当所说调谐螺钉(3)处于其初始位置时，谐振频率为最小，而所说圆柱介质谐振器(6)因此被放置在接近所说谐振腔(5)的中心处，而所说调谐螺钉(3)不穿透到所说谐振腔中。
4、根据权利要求1或2的可调微波谐振腔，其特征在于当旋转引起所说可调微波谐振腔谐振频率由调谐范围的一端到另一端变化的所说调谐螺钉(3)时，所说圆柱形介质谐振器(6)沿其圆柱对称轴保持接近谐振腔(5)的中心实现一小的位移。
5、根据权利要求1的可调微波谐振腔，其特征在于所说壁(1′、1″、2)是金属的，而所说环形延伸部分(8)是由介质材料做成的，具有高的介电常数，固定连接到所说第一壁(1′)。
6、根据权利要求1的可调微波谐振腔，其特征在于所说壁(1′、1″、2)是介质材料做成的，而所说环形延伸部分(8)是金属材料做成的，并固定地连接到所说第一壁(1′)。
7、根据权利要求1、2、5或6任一权利要求的可调微波谐振腔，其特征在于，制作所说介质支撑(7)和所说环形延伸部分(8)的材料各自具有的热膨胀系数使它们的热伸张度近似相同。
8、根据权利要求1、2、5或6任一权利要求的可调微波谐振腔，其特征在于所说谐振腔(5)优选圆柱形。
9、一种微波滤波器，由一种金属或一种介质材料的中空体(9、9′)组成包含顺序配置的谐振腔(10)，其中包括通过许多调谐螺钉(3)和插入的介质支撑(7)放置在所说谐振腔(10)中的各自的介质谐振器(6)，该支撑(7)起垫片作用，并穿进到在谐振腔(10)的壁(9)中形成的第一孔(F)中；还包含用于欲滤波的微波信号的一输入端以及用于已滤波信号的一输出端，所说输出入端无区别地对向地处在按所说顺序分隔第一和最后一个谐振腔(10)与滤波器外界的壁(9)中形成的第二和第三孔(11′)、(11″)的地方，每个放置的谐振腔(10)通过在各自分隔壁中形成的第四孔(11)对所说顺序的前和后腔(10)进行电磁耦合，其特征在于所说谐振腔的壁(9)在所说第一孔(F)的边缘包含有延伸到腔(10)内适当长度(Ht)的环形延伸部分(8)，所说环形延伸部分(8)减小对通带中心频率的热影响，同时提高了机械稳定性。
10、根据权利要求9的微波滤波器，其特征在于所说延伸部分(8)的外直径近似等于所说圆柱形介质谐振器(6)的直径，而长度(Ht)在谐振腔(10)的高度(Ho)的1/5和1/3之间，但优选1/4。
11、根据权利要求9或10的微波滤波器，其特征在于所说介质支撑(7)的长度(Hs)使得当所说调谐螺钉(3)处于它们初始位置时，所说谐振腔(10)的谐振频率为最小，并且因此所说介质谐振器(6)处于接近该各个腔体(10)的中心，而所说调谐螺钉(3)的端部不穿进到所说腔(10)中。
12、根据权利要求9或10的微波滤波器，其特征在于所说环形延伸部分(8)的高度(Ht)具有一值，使得当旋转引起所说通带中心频率从滤波器调谐范围的一端到另一端变化的所说调谐螺钉(3)时，所说圆柱形介质谐振器(6)沿其圆柱对称轴保持接近所说谐振腔(10)中心实现一小位移。
13、根据权利要求9的微波滤波器，其特征在于所说中空体(9、9′)是金属的，而所说环形延伸部分(8)是用具有高介电常数的介质材料做成的，并固定地连接到所说体(9)。
14、根据权利要求9的微波滤波器，其特征在于所说中空体(9、9′)是介质材料做成的，而所说环形延伸部分(8)是金属材料做成的，并固定地连接到所说体(9)。
15、根据权利要求9、10、13或14任一权利要求的微波滤波器，其特征在于，制作所说介质支撑(7)和所说环形延伸部分(8)的材料各自具有的热膨胀系数使它们的热伸长率近似相同。
16、根据权利要求9、10、13或14任一权利要求的微波滤波器，其特征在于所说顺序配置的谐振腔(10)都是相同的谐振腔，并优选圆柱形，沿垂直于所说圆柱腔(10)的圆柱形对称轴的轴对准并接近其中心；所说第二(11′)、第三(11″)和第四孔(11)沿着所说圆柱形谐振腔对准的所说轴对准，所说第一孔(F)是对应所说谐振腔的圆柱形对称轴形成的。
17、根据权利要求9、10、13或14任一权利要求的微波滤波器，其特征在于：
--顺序配置的所说谐振腔(14、15、16、17)是相同的谐振腔，优选圆柱形；
--接近的谐振腔(14、15)属第一组，沿垂直于所说谐振腔的圆柱对称轴的轴对准，并通过第一组的所说谐振腔的中心；
--接近的谐振腔(15、16、17)属第二组，沿垂直于第一轴的第二轴，以及垂直于所说谐振腔的圆柱对称轴对准，而所说第二轴也通过第二组所说谐振腔的中心；
--谐振腔(14)，放置在所说第一组谐振腔的第一端，为所说顺序的第一谐振腔；
--谐振腔(17)，放置在所说第二组谐振腔的第一端，为所说顺序的最后一个谐振腔；
--所说第一和第二谐振组是接近的；
--放置在所说第一组的第二端的一谐振腔(15)与放置在所说第二组的第二端的一谐振腔重合；
--所说第一孔(18′)沿所说第一轴对准，所说第二孔(19′)沿所说第二轴对准，而所说第三孔(18、19)沿各自所说第一和第二轴对准；以及
--所说四孔对应各个谐振腔的圆柱形对称轴形成。
18、根据权利要求9、10、13或14任一权利要求的微波滤波器，其特征在于所说按顺序排列的谐振腔构成相应一矩形波导腔(20)的单个谐振腔，该矩形波导具有的截面尺寸使所说波导的截止频率高于所说介质谐振腔(6)的谐振频率；而所说四孔(F)相应所说矩形波导(20)的一壁(20′)的中心线形成，同时有一适当的预定的相互间距。
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