CN105048052A - 一种可调谐的介质谐振器及介质滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调谐的介质谐振器及介质滤波器，介质谐振器包括主体介质块和介质调谐片，主体介质块上设有第一保护面，介质调谐片上设有第二保护面，介质调谐片设于主体介质块上，且第一保护面被第二保护面部分覆盖或全部覆盖。介质滤波器包括两个或两个以上的介质谐振器，各介质谐振器拼接组成介质滤波器。本介质谐振器及介质滤波器具有结构紧凑、体积较小、损耗也小等优点。通过改变主体介质块上和介质调谐片上两个保护面之间的重合面积，可实现对谐振腔进行微扰，实现谐振频率的调谐，使用灵活而方便，同时适用范围也较广。

Description

一种可调谐的介质谐振器及介质滤波器

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，特别涉及一种可调谐的介质谐振器及介质滤波器。

背景技术

随着通信技术的发展，腔体滤波器的小型化、低损耗化、高功率化成为各大通信设备商的追求。微波介质陶瓷材料拥有低损耗、高介电常数、可承受高功率等特性，而陶瓷介质滤波器实现了小型化、可承受高功率、温度特性稳定等优点而倍受欢迎。介质滤波器利用介质陶瓷材料的特点设计制作的，由数个长型谐振器纵向多级串联或并联的梯形线路构成。其中介质谐振器的谐振频率是由介质块的尺寸和介电常数共同决定的，而在实际生产过程中，介质材料的介电常数并不能保证在不同时间段(即不同时间)生产的产品和在同一时间段不同设备或者同设备不同位置点(即不同空间)生产的产品的一致性足够精确。而介质产品的后续加工存在一定的公差，就决定了介质谐振器的谐振频率的存在一定的偏差，在使用这些谐振器制备特定频率的滤波器之前就必须对谐振器的谐振频率进行微小调整(调频)。

在目前的实际应用中，一般根据腔壁微扰原理对腔体谐振器的谐振频率进行微调。腔壁微扰调频原理是：在腔内引入金属调谐螺钉，压缩、扩大腔壁或放入介质等方法，使腔内场分布收到微小扰动，从而引起谐振频率相应的变化，如图1和图2所示的腔壁微扰示意图，其中，图1为未扰时的腔壁示意图，图2为微扰时的腔壁示意图。

微扰前后的场量应满足麦克斯韦方程和相应的边界条件。

如图1所示，微扰前：

$\▿\×\stackrel{\→}{E_0}=-{\mathrm{j\ω}}_0\mathrm{\μ}\stackrel{\→}{H_0}$

$\▿\×\stackrel{\→}{H_0}={\mathrm{j\ω}}_0\mathrm{\ϵ}\stackrel{\→}{E_0}$

$\stackrel{\→}{n}\×\stackrel{\→}{E_0}=0$

其中，是微扰前的电场，是微扰前的磁场，ω₀是微扰前的角频率，μ是磁介质常数，ε是电介质常数，是场的法向分量。

如图2所示，微扰后：

$\▿\×\stackrel{\→}{E}=-j\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}\stackrel{\→}{H}$

$\▿\×\stackrel{\→}{H}=j\mathrm{\ω}\mathrm{\ϵ}\stackrel{\→}{E}$

$\stackrel{\→}{n}\×\stackrel{\→}{E}=0$

其中，是微扰后的电场，是微扰后的磁场，ω是微扰后的角频率，μ是磁介质常数，ε是电介质常数，是场的法向分量。

可以由麦克斯韦方程组得到：

$\frac{\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0}{{\mathrm{\ω}}_0}\≈\frac{{\∫}_{\mathrm{\Δ}V}(\mathrm{\μ}{\left|\stackrel{\→}{H_0}\right|}^2-\mathrm{\ϵ}{\left|\stackrel{\→}{E_0}\right|}^2)dV}{{\∫}_V(\mathrm{\μ}{\left|\stackrel{\→}{H_0}\right|}^2-\mathrm{\ϵ}{\left|\stackrel{\→}{E_0}\right|}^2)dV}$

或

$\frac{\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0}{{\mathrm{\ω}}_0}\≈\frac{{\mathrm{\ΔW}}_m-{\mathrm{\ΔW}}_e}{W}$

其中，ΔV表示微扰变化的体积，V表示微扰后的体积，ΔW_m是微扰后磁场能量变化量，ΔW_e是微扰后电场能量变化量，W是总的电磁场能量。

由此可看出，受微扰的频率变化与腔体变形的位置有关。

当腔壁内表面或其一部分朝内推入时，如果微扰部分的磁场较强，则频率升高；如果电场较强，则频率降低。腔壁向外拉出时，其效果正好相反。如果微扰部分的磁场较强，则频率降低；如果电场较强，则频率升高。

介质材料的特性决定了谐振器的调频并不容易，目前调频已经成为制作介质滤波器的瓶颈。

现有介质谐振器的调频方案之一是在介质谐振器里埋一个金属杆，通过金属杆进行频率调谐，但这样会增大介质滤波器的体积，同时由于金属的损耗较大，将使得介质滤波器的损耗增加。

现有介质谐振器的调频方案之二是通过使用一定的工具对介质谐振器的表面进行打磨来实现频率调谐，但这样会破坏金属层，增加损耗，而且打磨的精度难以控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、体积较小、损耗也小的可调谐的介质谐振器。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述介质谐振器组合形成的可调谐的介质滤波器。

本发明的技术方案为：一种可调谐的介质谐振器，包括主体介质块和介质调谐片，主体介质块上设有第一保护面，介质调谐片上设有第二保护面，介质调谐片设于主体介质块上，且第一保护面被第二保护面部分覆盖或全部覆盖。

为了方便安装，所述介质调谐片的厚度一般小于主体介质块。

作为一种优选方案，所述介质调谐片为薄片结构，主体介质块为块体结构。

所述主体介质块表面包括第一金属化区域和第一非金属化区域，第一金属化区域内设有金属覆盖层，形成屏蔽体，从而形成一个谐振腔，第一非金属化区域为第一保护面。

所述介质调谐片表面包括第二金属化区域和第二非金属化区域，第二金属化区域内设有金属覆盖层，第二非金属化区域为第二保护面。

作为一种优选方案，所述主体介质块上和介质调谐片上的金属覆盖层均可为银层。

所述介质调谐片相对于主体介质块可移动，根据实际情况，其移动方式可为平移或旋转。介质调谐片相对于主体介质块移动后，改变第一保护面和第二保护面的重合面积，从而对谐振腔进行微扰，通过微扰来改变整个谐振器的谐振频率。介质调谐片与主体介质块之间通过现有的工装工艺进行压紧即可。

所述介质调谐片设于主体介质块的顶面或侧面。

所述主体介质块为长方体、正方体、圆柱体或棱柱体；第一保护面的形状为长方形、正方形、圆形、半圆形、椭圆形、三角形或梯形；介质调谐片的形状为长方形、正方形、圆形、半圆形、椭圆形、三角形或梯形；第二保护面的形状为长方形、正方形、圆形、半圆形、椭圆形、三角形或梯形。根据实际需要，主体介质块、第一保护面、介质调谐片和第二保护面的形状均不局限于上述形状，可根据实际需要进行设计。

由介质谐振器可组成可调谐的介质滤波器，介质滤波器包括两个或两个以上的介质谐振器，各介质谐振器拼接组成介质滤波器，各介质谐振器之间可通过焊接、嵌接或螺纹连接等方式进行固定。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本介质谐振器及介质滤波器具有结构紧凑、体积较小、损耗也小等优点。通过改变主体介质块上和介质调谐片上两个保护面之间的重合面积，可实现对谐振腔进行微扰，实现谐振频率的调谐，使用灵活而方便，同时适用范围也较广。可避免破坏金属层，减少介质滤波器的损耗。

附图说明

图1为现有腔壁微扰调频方法中未扰时的腔壁示意图。

图2为现有腔壁微扰调频方法中微扰时的腔壁示意图。

图3为实施例1介质谐振器的结构示意图。

图4为图3中介质谐振器拆分后各部件的结构示意图。

图5为实施例1介质谐振器的仿真曲线示意图。

图6为实施例2介质滤波器的结构示意图。

图7为实施例3介质谐振器的结构示意图。

图8为图7中介质谐振器拆分后各部件的结构示意图。

图9为实施例3介质谐振器的仿真曲线示意图。

图10为实施例4介质滤波器的结构示意图。

其中，图1和图2中，E₀是微扰前的电场，H₀是微扰前的磁场，V₀是微扰前的体积，S₀是微扰前的面积，是场的法向分量，E是微扰后的电场，H是微扰后的磁场，V是微扰后的体积，S是微扰后的体积，ΔS是微扰变化的面积，ΔV是微扰变化的体积。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种可调谐的介质谐振器，如图3或图4所示，包括主体介质块1和介质调谐片2，主体介质块的顶面设有第一保护面1-1，介质调谐片上设有第二保护面2-1，介质调谐片设于主体介质块上，且第一保护面被第二保护面部分覆盖或全部覆盖(覆盖面积可调节)。介质调谐片的厚度一般小于主体介质块。

介质调谐片为薄片结构，主体介质块为块体结构。主体介质块为长方体结构，但不限于长方体；介质调谐片为长方形薄片结构，但不限于长方形；第一保护面和第二保护面均为长方形，但不限于长方形。

主体介质块表面包括第一金属化区域和第一非金属化区域，第一金属化区域内设有金属覆盖层，形成屏蔽体，从而形成一个谐振腔，第一非金属化区域为第一保护面。

介质调谐片表面包括第二金属化区域和第二非金属化区域，第二金属化区域内设有金属覆盖层，第二非金属化区域为第二保护面。

主体介质块上和介质调谐片上的金属覆盖层均为银层。

主体介质块和介质调谐片组合成可调谐频率的谐振器。组合的方式是主体介质块上的第一保护面正对介质调谐片上的第二保护面，第一保护面和第二保护面紧密接触，主体介质块和介质调谐片紧密结合，介质调谐片与主体介质块之间通过现有的工装工艺进行压紧即可；通过主体介质块和介质调谐片的相对移动，移动方式可以是旋转、平移等，改变两个保护面之间的重合面积大小，对谐振腔进行微扰，通过微扰来改变整个谐振器的谐振频率。本实施例中，第一保护面与第二保护面的重合面积越大，谐振器的谐振频率越高，仿真曲线如图5所示。

实施例2

本实施例一种可调谐的介质滤波器，由实施例1所述的介质谐振器组合形成，如图6所示，采用2个介质谐振器拼接后，通过焊接、嵌接或螺纹连接等方式进行固定即可，形成高性能的介质滤波器。

实施例3

本实施例一种可调谐的介质谐振器，如图7或图8所示，包括主体介质块1和介质调谐片2，主体介质块的侧面设有第一保护面1-1，介质调谐片上设有第二保护面2-1，介质调谐片设于主体介质块上，且第一保护面被第二保护面部分覆盖或全部覆盖(覆盖面积可调节)。介质调谐片的厚度一般小于主体介质块。

介质调谐片为薄片结构，主体介质块为块体结构。主体介质块为长方体结构，但不限于长方体；介质调谐片为长方形薄片结构，但不限于长方形；第一保护面和第二保护面均为长方形，但不限于长方形。

主体介质块表面包括第一金属化区域和第一非金属化区域，第一金属化区域内设有金属覆盖层，形成屏蔽体，从而形成一个谐振腔，第一非金属化区域为第一保护面。

介质调谐片表面包括第二金属化区域和第二非金属化区域，第二金属化区域内设有金属覆盖层，第二非金属化区域为第二保护面。

主体介质块上和介质调谐片上的金属覆盖层均为银层。

主体介质块和介质调谐片组合成可调谐频率的谐振器。组合的方式是主体介质块上的第一保护面正对介质调谐片上的第二保护面，第一保护面和第二保护面紧密接触，主体介质块和介质调谐片紧密结合，介质调谐片与主体介质块之间通过现有的工装工艺进行压紧即可；通过主体介质块和介质调谐片的相对移动，移动方式可以是旋转、平移等，改变两个保护面之间的重合面积大小，对谐振腔进行微扰，通过微扰来改变整个谐振器的谐振频率。本实施例中，第一保护面与第二保护面的重合面积越大，谐振器的谐振频率越低，仿真曲线如图9所示。

实施例4

本实施例一种可调谐的介质滤波器，由实施例3所述的介质谐振器组合形成，如图10所示，采用2个介质谐振器拼接后，通过焊接、嵌接或螺纹连接等方式进行固定即可，形成高性能的介质滤波器。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，包括主体介质块和介质调谐片，主体介质块上设有第一保护面，介质调谐片上设有第二保护面，介质调谐片设于主体介质块上，且第一保护面被第二保护面部分覆盖或全部覆盖。

2.根据权利要求1所述一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，所述介质调谐片的厚度小于主体介质块。

3.根据权利要求2所述一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，所述介质调谐片为薄片结构，主体介质块为块体结构。

4.根据权利要求1所述一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，所述主体介质块表面包括第一金属化区域和第一非金属化区域，第一金属化区域内设有金属覆盖层，第一非金属化区域为第一保护面。

5.根据权利要求1所述一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，所述介质调谐片表面包括第二金属化区域和第二非金属化区域，第二金属化区域内设有金属覆盖层，第二非金属化区域为第二保护面。

6.根据权利要求4或5所述一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，所述金属覆盖层为银层。

7.根据权利要求1所述一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，所述介质调谐片相对于主体介质块的移动方式为平移或旋转。

8.根据权利要求1所述一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，所述介质调谐片设于主体介质块的顶面或侧面。

9.根据权利要求1所述一种可调谐的介质谐振器，其特征在于，所述主体介质块为长方体、正方体、圆柱体或棱柱体；第一保护面的形状为长方形、正方形、圆形、半圆形、椭圆形、三角形或梯形；介质调谐片的形状为长方形、正方形、圆形、半圆形、椭圆形、三角形或梯形；第二保护面的形状为长方形、正方形、圆形、半圆形、椭圆形、三角形或梯形。

10.由权利要求1～9任一项所述介质谐振器组成可调谐的介质滤波器，其特征在于，介质滤波器包括两个或两个以上的介质谐振器，各介质谐振器拼接组成介质滤波器。