CN104885293B - 谐振器、滤波器、双工器、多工器及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种谐振器，包括具有一谐振腔及一开口端的谐振腔体，覆盖所述开口端并与所述谐振腔体相连接的盖板，位于所述谐振腔内的谐振管，所述谐振器还包括填充于所述谐振腔内的介电常数大于1的介质材料，所述谐振管包括谐振管本体以及与所述谐振管本体相结合的弹性结构，所述介质材料填充于所述谐振腔内的电容区域，所述弹性结构提供沿所述谐振管轴向方向的弹性压力，使所述介质材料的上下端面分别与所述盖板的下表面及所述谐振管的上表面紧密接触。本发明提供的谐振器可减少导体损耗，提升功率容量且成本较低，本发明还提供采用该谐振器的滤波器、双工器、多工器及通信设备。

Description

谐振器、滤波器、双工器、多工器及通信设备

技术领域

本发明涉及通信设备领域，尤其涉及一种谐振器、滤波器、双工器、多工器及通信设备。

背景技术

无线通信宽带化发展趋势，要求基站射频前端双工器具有更小体积、更大功率容量、更低成本的同时能够维持损耗等性能基本不变。空腔(即充满空气的同轴谐振腔)滤波器是基站双工器的传统技术，技术成熟，成本低廉。空腔滤波器通常包括盖板及多个腔体，每个腔体中设有多个谐振管。每个腔体的功能相当于一个电子振荡电路，当滤波器被调谐到所接收信号的适当波长时，所述振荡电路可表示为包括电感部分和电容部分的并联振荡电路，通过调整电感部分或电容部分，即可对滤波器的谐振频率进行调整。

对电容调整的一种方法是调节谐振管到盖板之间的间距，所述间距的调整通常通过调谐螺丝旋进或旋出于盖板上的螺丝孔来实现。随着单腔体积不断减小，其表面电流密度上升，损耗不断增大；体积减小也使单腔内部导体表面之间的距离减小，导致电场强度增大从而超过空气击穿阈值，使功率容量变小。因此，空腔滤波器体积越小，损耗越大，功率容量越小，不能满足更小体积并维持性能不变的要求。

空腔滤波器通常采用金属谐振器，即腔体、谐振管等均采用金属材料或者至少内表面金属化的制成，在与空腔滤波器单腔体积相同的情况下，TM(transverse magnetic)模介质滤波器因采用高性能陶瓷谐振器替代金属谐振器，当其减小的导体损耗大于其带来的介质损耗时，可以实现更小的插损。并且由于TM模介质滤波器电场最强的地方集中在介质内部，介质材料的击穿场强远远高于空气，也可以极大提升功率容量。但高性能陶瓷材料往往含有稀土，由于稀土资源的全球稀缺性，其价格昂贵。

发明内容

本发明提供一种可减少导体损耗且成本较低的谐振器，以及采用该谐振器的滤波器、双工器、多工器及通信设备。

第一方面，提供了一种谐振器，包括谐振腔体，该谐振腔体具有一谐振腔及一开口端，该谐振器还包括覆盖所述开口端并与所述谐振腔体相连接的盖板，位于所述谐振腔内的谐振管，其特征在于，所述谐振器还包括填充于所述谐振腔内的介电常数大于1的介质材料，所述谐振管包括谐振管本体以及与所述谐振管本体相结合的弹性结构，所述介质材料填充于所述谐振腔内的电容区域，所述电容区域包括所述谐振管与所述盖板之间的区域；所述弹性结构用于提供沿所述谐振管轴向方向的弹性压力，使所述介质材料的上下端面分别与所述盖板的下表面及所述谐振管的上表面紧密接触。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述谐振器还包括调谐螺钉，所述调谐螺钉与所述盖板连接并伸入所述谐振管围成的空间中。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述电容区域还包括：所述调谐螺钉与所述调谐管内壁之间的区域，或者所述谐振管的外缘与所述谐振腔的腔壁之间的区域中的至少一个。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述弹性结构与所述谐振管本体焊接固定或者与所述谐振管成型为一体。

在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述弹性结构设置于所述谐振管的顶部、中部或者底部。

在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述弹性结构开设缺口以增强弹性。

在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述弹性结构为金属片。

在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述介质材料的品质因子Qf大于1000。

在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述填充的介质材料分别与所述盖板及所述谐振管压接。

在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述介质材料的一面与所述盖板及所述谐振管中的一个粘结或焊接，相对的另一面通过弹性结构提供的弹力压力与所述盖板及所述谐振管中的另一个紧密接触。

在第一方面的第十种可能的实现方式中，所述介质材料包括：陶瓷、单晶石英、或者氧化铝。

第二方面，提供一种滤波器，包括至少一个上述第一方面所提供的谐振器。

第三方面，提供一种双工器，包括发射通道滤波器和接收通道滤波器，所述发射通道滤波器和接收通道滤波器采用上述第二方面所提供的滤波器进行滤波。

第四方面，提供一种多工器，包括多个发射通道滤波器和多个接收通道滤波器，所述发射通道滤波器和接收通道滤波器采用第二方面所提供的滤波器进行滤波。

第五方面，提供一种通信设备，其特征在于，包括至少一个上述第一方面所提供的谐振器。

根据各种实施方式提供的第一方面的谐振器，通过在谐振腔内填充介电常数大于空气介电常数的介质材料，可减小谐振器的体积，并提升谐振器功率容量，因其填充的介质材料体积较小，所以相对成本较低；同时通过在谐振管上设置弹性结构，所述弹性结构用于提供沿所述谐振管轴向方向的弹性压力，使所述介质材料的上下端面分别与所述盖板的下表面及所述谐振管的上表面紧密接触，从而确保介质材料同时与盖板及谐振管紧密接触，有效地解决了结构制造误差和装配公差带来的问题，使得各种介质材料都能与盖板及谐振管紧密接触，强化了谐振器功率容量提升和体积减小的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施方式提供的谐振器的剖视图；

图2是本发明第二实施方式提供的谐振管的剖视图；

图3是本发明第三实施方式提供的谐振管的剖视图；

图4是本发明第四实施方式提供的谐振管的剖视图；

图5是本发明第五实施方式提供的谐振管的剖视图；

图6是本发明第六实施方式提供的谐振管的剖视图；

图7是本发明第七实施方式提供的滤波器的结构示意图；

图8是本发明第七实施方式提供的滤波器的立体分解图；

图9是本发明第八实施方式提供的双工器的示意图；

图10是本发明第九实施方式提供的多工器的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明第一实施方式提供的一种谐振器100的剖视图。所述谐振器100包括：谐振腔体11、盖板12和谐振管13。进一步的，该谐振器100还可以包括调谐螺钉14。

所述谐振腔体11为一金属腔体，所述谐振腔体11可以整体为金属材料或者为至少内表面金属化的腔体，其具有一谐振腔112及一开口端113。所述盖板12覆盖所述开口端113，并与所述谐振腔体11连接，该盖板12与所述谐振腔体11的连接方式可以为螺钉连接等。所述盖板12可以为独立的部件，也可以为PCB(printed circuit board)板，当PCB板与所述谐振腔体11安装固定并覆盖所述开口端113时，所述PCB板作为盖板12。

所述谐振管13位于所述谐振腔112内。在本实施方式中，所述谐振管13可以与所述谐振腔体11一体形成，即该谐振管13一体形成于所述谐振腔体11的底部的内侧面。在其他实施方式中，所述谐振管13也可以是独立设置的部件，并与所述谐振腔体11通过固定元件进行固定连接。

所述调谐螺钉14与所述盖板12连接并伸入所述谐振管13内，通过旋转调谐螺钉14，改变调谐螺钉14伸入谐振管13内的长度，可进行频率的调节。本实施方式中，所述调谐螺钉14与所述谐振管13同轴设置。所述盖板12上固定设置锁紧螺母121，所述调谐螺钉14与所述锁紧螺母121螺纹连接。

所述谐振器100还包括填充于所述谐振腔112内的介电常数大于1的介质材料17。所述介质材料17填充于谐振腔112内的电容区域。

所述电容区域具体可包括：所述谐振管13与所述盖板12之间的区域；还可以包括所述调谐螺钉14与所述调谐管13内壁之间的区域，或者所述谐振管13的外缘区域与所述谐振腔112的腔壁之间的区域中的至少一个。这些区域具有较强的电场强度。

所述谐振管13包括谐振管本体131以及与所述谐振管本体131相结合的弹性结构132。所述弹性结构132提供沿所述谐振管13轴向方向的弹性压力，使所述介质材料17的上下端面分别与所述盖板12的下表面及所述谐振管13的上表面紧密接触。所述弹性结构132可以设置于所述谐振管13的顶部、中部或者底部。

所述介质材料17包括但不限于：陶瓷、单晶石英或者氧化铝。

在一实施方式中，所述介质材料17压接于所述盖板12与所述谐振管13之间。其实现方式可以是，适当设置介质材料17的厚度，当所述盖板12固定安装至所述谐振腔体11时，该盖板12挤压所述介质材料17，将该介质材料17紧密压接于所述盖板12与谐振管13之间。

在一实施方式中，所述介质材料17的一面与所述盖板12及所述谐振管13中的一个粘结或焊接，相对的另一面通过弹性结构132提供的弹力压力与盖板12及所述谐振管13中的另一个紧密接触。

进一步地，所述介质材料17的品质因子Qf大于1000，以降低介质损耗。其中，通常情况下，Qf为1000是介质材料为塑料还是陶瓷的分界线。所述品质因子为所述介质材料17的介质损耗的倒数。由于可以填充低损耗的介质材料17，本实施方式的谐振器100与SIR谐振器(阶梯阻抗谐振器，Stepped Impedance Resonator)在谐振腔体积相同的情况下，介质材料17的损耗可以更低，从而可以使填充的介质材料带来的介质损耗的增加小于导体损耗的减小，因此本发明实施例提供的谐振器100其损耗较SIR技术更小。

本发明实施方式的谐振器100产生的有益效果如下：

(1)本发明实施方式的谐振器100，其填充的介质材料17的介电常数大于空气介电常数，介质材料17的介电常数越大则等效电容越大，所述谐振管13与所述盖板12之间的电容较空腔时变大，使所述谐振腔112可以工作在更低频率，或在使用相同谐振频率的单腔时，较完全采用空气填充的谐振腔，本实施方式的谐振器100的体积更小，从而本发明实施例可以达到减小谐振器体积的效果。

(2)本发明实施方式的谐振器100，在所述谐振腔112内电场强度较强区域填充所述介质材料17，而填充的介质材料17的介电常数大于1，其击穿场强往往高于空气的击穿场强数倍至数十倍，所以本发明实施方式相对于采用空气填充的谐振腔，可以提升谐振器功率容量。

(3)本发明实施方式的谐振器100，通过在谐振管13上设置弹性结构132。所述弹性结构132提供沿所述谐振管13轴向方向的弹性压力，使所述介质材料17的上下端面分别与所述盖板12的下表面及所述谐振管13的上表面紧密接触，从而确保介质材料17同时与盖板12及谐振管13紧密接触，有效地解决了结构制造误差和装配公差带来的问题，并使得各种介质材料17都能与盖板12及谐振管13紧密接触，提高了适应性，最大程度使得上述(1)、(2)方面的效果得到充分发挥。

(4)本发明实施方式的谐振器100中，仅在所述谐振腔112内电场强度较强的地方局部填充少量介质材料17，填充的介质材料17体积较小，成本较低。谐振管13的弹性结构132，其制造和安装成本也较低，同时兼容传统空腔谐振器低成本、频率调节可靠的优点。

请参见图2，为本发明第二实施方式提供的一种谐振管13的结构图，所述谐振管13包括谐振管本体231以及设置于所述谐振管本体231顶部的弹性结构232。

所述弹性结构232采用具有弹性的材料制成，例如金属片。所述弹性结构232包括一底板2321以及从所述底板2321周缘垂直延伸出的周壁2323。底板2321与谐振管本体231的顶部连接，并向谐振管231的外侧延伸。周壁2323顶部与介质材料抵接。这样，当周壁2323受到轴向的压力时，所述弹性结构232的底板2321可沿轴向产生弹性形变，从而提供使所述介质材料的上下端面分别与盖板的下表面及谐振管23的上表面紧密接触的弹性压力。通过设置周壁2323可增加弹性结构232的变形量，从而提高提供的弹性压力。底板2321与谐振管本体231可以是一体成型，也可以通过焊接固定。此外，进一步的，如图2所示，在本实施方式中，所述周壁2323的顶部进行倒圆角的设计，但并不对此进行限定。

请参见图3，为本发明第三实施方式提供的一种谐振管13的结构图，所述谐振管13包括谐振管本体331以及设置于所述谐振管本体331顶部的弹性结构332。

所述弹性结构332采用具有弹性的材料制成，例如金属片。所述弹性结构332包括一碗口部3321以及从所述碗口部3321顶部周缘垂直延伸出的周壁3323。所述碗口部3321的底部与谐振管本体331连接。碗口部3321在远离所述谐振管本体331的轴向方向上，口径逐渐增大。周壁3323与介质材料抵接。这样，当周壁3323受到轴向的压力时，所述弹性结构332的碗口部3321可向外扩张而产生弹性形变，从而提供使所述介质材料的上下端面分别与盖板的下表面及谐振管33的上表面紧密接触的弹性压力。通过设置碗口部3321可增加弹性结构332的变形量，从而提高提供的弹性压力。碗口部3321与谐振管本体331可以是一体成型，也可以通过焊接固定。此外，进一步的，如图2所示，在本实施方式中，所述碗口部3321的顶部进行倒圆角的设计，但并不对此进行限定。

请参见图4，为本发明第四实施方式提供的一种谐振管13的结构图，所述谐振管13包括谐振管本体431以及设置于所述谐振管本体431顶部的弹性结构432。

所述弹性结构432采用具有弹性的材料制成，例如金属片。所述弹性结构432形成一沿谐振管43径向向外凸出的鼓形结构。所述弹性结构432的下端面与谐振管本体431的顶部连接，上端面与介质材料抵接。这样，当弹性结构受到轴向的压力时，所述弹性结构332通过其鼓形结构的弹性形变，提供使所述介质材料的上下端面分别与盖板的下表面及谐振管43的上表面紧密接触的弹性压力。在其他实施方式中，所述鼓形结构也可以沿谐振管43的径向向内凹，鼓形结构的数量可以是一个，也可以是多个。弹性结构432与谐振管本体431可以是一体成型，也可以通过焊接固定。

请参见图5，为本发明第五实施方式提供的一种谐振管的结构图，所述谐振管的弹性结构532开设有若干缺口5321，以增强其弹性。如图5所示，可以在弹性结构532的周缘开设沿谐振管径向的若干缺口5321，图中示出6个，这样，在弹性结构532受到轴向力时，这些缺口5321形成的间隙可增加弹性结构532变形的空间，增强弹性，同时由于谐振器内特殊的电流分布，该结构对电性能没有影响。

请参见图6，为本发明第六实施方式提供的一种谐振管的结构图，所述谐振管13包括谐振管本体631以及设置于所述谐振管本体631中部的弹性结构632。

所述谐振管本体631包括位于弹性结构632两端的第一本体部6312和第二本体部6314。弹性结构632的两端分别与第一本体部6312和第二本体部6314相连接。弹性结构632呈鼓形，并沿谐振管63的径向内凹(或外凸)。第一本体部6312顶部设置有抵接部6319，所述抵接部6319与介质材料抵接。所述抵接部6319包括向外延伸的底板6315以及由所述底板6315的周缘垂直延伸的周壁6316。在抵接部6319受到轴向的压力时，弹性结构632产生弹性形变，从而提供使所述介质材料的上下端面分别与盖板的下表面及谐振管63的上表面紧密接触的弹性压力。

所述弹性结构632的形状不局限于鼓形，也可以采用实施方式二至五任意一项的结构，例如碗口形等等。

以上各实施方式的弹性结构可以采用金属片制造，当然也可以采用其他具有弹性的材料，例如可弹性形变的合金材料等。

弹性结构与谐振管本体的连接方式可以是焊接，或者弹性结构与谐振管成型为一体。

弹性结构的具体形态不限于上述具体实施方式提供的方式，其具体结构的设计以可以产生弹性形变以提供使所述介质材料的上下端面分别与盖板的下表面及谐振管的上表面紧密接触的弹性压力即可。

请参见图7及图8，分别为本发明第七实施方式提供的滤波器700的组装状态的立体剖视图和立体分解图。所述滤波器700采用谐振器进行组合构造而成，其中，所述谐振器中的至少一个采用上述的谐振器的结构。一般情况下，滤波器700中各个谐振器的盖板合并为该滤波器的盖板，N个谐振器的谐振腔称为该滤波器的N个谐振腔(N为不小于1的整数)。所述滤波器700包括一盒体71，以及覆盖所述盒体71的盖板72。所述盒体71为金属盒体，所述盖板72为金属盖板，所述盒体71可以为整体为金属材料或者至少内表面金属化的腔体，所述金属盖板72可以整体为金属材料或者至少下表面金属化的板体。

在本实施方式中，所述滤波器700为三腔滤波器。所述盒体71具有一开口端以及三个谐振腔712。所述盖板72覆盖所述开口端。每个谐振腔712内设置一谐振管73，以及对应于所述谐振腔712的调谐螺钉74。至少一个谐振腔712内在电场强度较强区域填充介质材料77。

至少一个所述谐振管73采用上述实施方式中任意一种的结构。

可以理解的是，本发明实施例提供的滤波器中的至少一个谐振腔中在电场强度较强区域填充介电常数大于1的介质材料77，所述介质材料77填充于谐振腔712内形成的电容区域。所述电容区域具体可包括：所述谐振管73与所述盖板72之间的区域；还可以包括所述调谐螺钉74与所述调谐管73内壁之间的区域，或者所述谐振管73的外缘区域与所述谐振腔712的腔壁之间的区域中的至少一个。这些区域具有较强的电场强度。而且，在前述的至少一个谐振腔内的谐振管可以采用上述实施例方式中任意一种结构，如图1至图6所对应的实施例的描述。而对于该滤波器中的其他部分的结构可以参考现有技术中的滤波器的结构，在此不予赘述，也不予限定(即可以与未来的一些滤波器的结构相结合使用)。

请参见图9，为本发明第八实施方式提供的双工器801的结构示意图，所述双工器801包括：发射通道滤波器8011和接收通道滤波器8012，所述发射通道滤波器8011和接收通道滤波器8012采用上述滤波器500进行滤波。发射通道滤波器8011用于处理发射机的发射信号，接收通道滤波器8012用于处理接收机的接收信号。

请参见图10，为本发明第九实施方式提供的多工器902的结构示意图，所述多工器902包括：包括多个发射通道滤波器9021和多个接收通道滤波器9022，所述发射通道滤波器9021和接收通道滤波器9022采用上述的滤波器700进行滤波。图中示出两个发射通道滤波器9021和两个接收通道滤波器9022，其他实施方式还可以为3个或者3个以上。发射通道滤波器9021用于处理发射机的发射信号，接收通道滤波器9022用于处理接收机的接收信号。

可以理解的是，以上实施例提供的滤波器，双工器或多工器，可以应用于通信系统，如一种通信设备(比如基站或终端)中，也可以应用于雷达系统，在此可以不予限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种谐振器，包括谐振腔体，该谐振腔体具有一谐振腔及一开口端，所述谐振器还包括覆盖所述开口端并与所述谐振腔体相连接的盖板，位于所述谐振腔内的谐振管，其特征在于，所述谐振器还包括填充于所述谐振腔内的介电常数大于1的介质材料，所述谐振管包括谐振管本体以及与所述谐振管本体相结合的弹性结构，所述谐振管本体包括第一本体部和第二本体部，所述弹性结构的两端分别与所述第一本体部和所述第二本体部相连接，所述弹性结构呈鼓形，并沿所述谐振管的径向内凹或向外凸出，所述第一本体部顶部设置有抵接部，所述抵接部与所述介质材料抵接；所述介质材料填充于所述谐振腔内的电容区域，所述电容区域包括所述谐振管与所述盖板之间的区域；所述弹性结构用于提供沿所述谐振管轴向方向的弹性压力，使所述介质材料的上下端面分别与所述盖板的下表面及所述谐振管的上表面紧密接触。

2.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器还包括调谐螺钉，所述调谐螺钉与所述盖板连接并伸入所述谐振管围成的空间中。

3.如权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述电容区域还包括：所述调谐螺钉与所述调谐管内壁之间的区域，或者所述谐振管的外缘与所述谐振腔的腔壁之间的区域中的至少一个。

4.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述弹性结构与所述谐振管本体焊接固定或者与所述谐振管成型为一体。

5.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述弹性结构设置于所述谐振管的中部。

6.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述弹性结构开设缺口以增强弹性。

7.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述弹性结构为金属片。

8.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述介质材料的品质因子Qf大于1000。

9.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述填充的介质材料分别与所述盖板及所述谐振管压接。

10.如权利要求1至8任意一项所述的谐振器，其特征在于，所述介质材料的一面与所述盖板及所述谐振管中的一个粘结或焊接，相对的另一面通过弹性结构提供的弹力压力与所述盖板及所述谐振管中的另一个紧密接触。

11.如权利要求1至9任意一项所述的谐振器，其特征在于，其特征在于，所述介质材料包括：陶瓷、单晶石英、或者氧化铝。

12.一种滤波器，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至11任意一项所述的谐振器。

13.一种双工器，其特征在于，包括发射通道滤波器和接收通道滤波器，所述发射通道滤波器和接收通道滤波器采用权利要求12所述的滤波器进行滤波。

14.一种多工器，其特征在于，包括多个发射通道滤波器和多个接收通道滤波器，所述发射通道滤波器和接收通道滤波器采用权利要求12所述的滤波器进行滤波。

15.一种通信设备，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至11任意一项所述的谐振器。