CN110268574A - 微波谐振器、微波滤波器和微波多路复用器 - Google Patents

Abstract

一种微波谐振器，包括：中空管，其包括限定管孔的导电管壁，所述管沿着长度轴线从第一端延伸到第二端；第一导电封闭板，其封闭管的第一端；第二导电封闭板，其封闭管的第二端；多个电介质谐振圆盘，每一个圆盘包括第一端面和第二端面以及在第一端面和第二端面之间延伸的侧壁，每一个圆盘的尺寸被设计使得其主导模式为双重简并模式；圆盘布置在管孔内，并且圆盘彼此间隔开且与封闭板间隔开，每一个圆盘被布置成使其端面垂直于长度轴线且以长度轴线为中心，并且使其侧壁抵靠管壁，使得在圆盘和管壁之间不存在从圆盘的一个端面延伸到另一个端面的空气间隙，与第一封闭板相邻的圆盘被称为输入圆盘；每一个圆盘通过耦合间隙与管孔中的相邻的圆盘分离，在每一个耦合间隙中布置有导电虹膜板，每一个虹膜板布置成与长度轴线垂直，每一个虹膜板包括从中延伸穿过的至少一个耦合狭槽；输入微波耦合器，其适于接收微波信号并将其提供给输入圆盘；每一个圆盘包括对称性破缺结构，用于修改简并模式中的一个简并模式相对于另一个简并模式的频率以及这两个模式之间的耦合。

Description

微波谐振器、微波滤波器和微波多路复用器

技术领域

本发明涉及一种微波谐振器。更特别但非排它地，本发明涉及一种微波谐振器，该微波谐振器包括：中空管，该中空管由导电管壁限定，该管在两端处由封闭板封闭；以及多个间隔开的电介质谐振圆盘，所述多个谐振圆盘布置在管中，每一个圆盘的尺寸被设计成以双重简并主导模式(doubly degenerate dominant mode)谐振，每一个圆盘包括对称性破缺结构，该对称性破缺结构用于修改一个简并模式相对于另一个简并模式的频率以及这两个模式之间的耦合。本发明还涉及一种包括多个这种微波谐振器的微波滤波器。本发明还涉及一种包括多个这种谐振器的微波多路复用器。

背景技术

微波谐振器是诸如微波滤波器和多路复用器的微波器件中的常见部件。这种微波谐振器通常必须满足许多要求。优选地，微波谐振器是很小的，以使微波器件的尺寸最小化。微波谐振器应具有高的Q因数，并且还应产生低的无源互调产物。优选地，微波谐振器应能够在接收高功率信号时操作。微波谐振器也应制造简单且成本低廉。

EP 0742603公开了一种用于微波滤波器的多模谐振器。该谐振器包括空腔和设置在空腔内的电介质谐振器元件。虽然在一些实施例中，电介质谐振器元件在多个间隔开的点处抵靠空腔，但在电介质谐振器元件和空腔之间存在从电介质谐振器元件的一端延伸到另一端的相当大的空气间隙。结果是，谐振器较大。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的问题。

因而，在第一方面，本发明提供了一种微波谐振器，其包括：

中空管，该中空管包括限定管孔的导电管壁，该管沿着长度轴线从第一端延伸到第二端；

第一导电封闭板，该第一导电封闭板封闭管的第一端；

第二导电封闭板，该第二导电封闭板封闭管的第二端；

多个电介质谐振圆盘，每一个圆盘包括第一端面和第二端面以及在第一端面和第二端面之间延伸的侧壁，每一个圆盘的尺寸被设计使得其主导模式为双重简并模式；

圆盘布置在管孔内，并且圆盘彼此间隔开且与封闭板间隔开，每一个圆盘被布置成使得其端面垂直于长度轴线且以长度轴线为中心，并且使得其侧壁抵靠管壁，从而在圆盘和管壁之间不存在从圆盘的一个端面延伸到另一个端面的空气间隙，与第一封闭板相邻的圆盘称为输入圆盘；

每一个圆盘通过耦合间隙与管孔中的相邻的圆盘分离，在每一个耦合间隙中布置有导电虹膜板，每一个虹膜板被布置成与长度轴线垂直，每一个虹膜板包括从中延伸穿过的至少一个耦合狭槽；

输入微波耦合器，该输入微波耦合器适于接收微波信号并将该微波信号提供给输入圆盘；

每一个圆盘包括对称性破缺结构，该对称性破缺结构用于修改该简并模式中的一个简并模式相对于另一个简并模式的频率以及这两个模式之间的耦合。

根据本发明的微波谐振器是高度紧凑的。该微波谐振器具有高Q值，并且还产生低的无源互调产物。该微波谐振器能够接收高功率微波信号。该微波谐振器的制造也很简单。特别地，在圆盘和管壁之间无空气间隙改变了圆盘的谐振特性，使得能够在不损失性能的情况下显著减小尺寸。

此外，根据本发明的微波谐振器是高度灵活的。通过简单地修改对称性破缺结构以改变模式之间的相对频率和耦合，能够显著改变谐振器的特性。

优选地，圆盘从一个端面到另一个端面全都具有相同的厚度。

优选地，每一个圆盘的尺寸被设计使得主导模式是双重简并H₁₁₁模式。

优选地，每一个圆盘的端面是圆形的。

优选地，圆盘被等距地间隔开。

优选地，第一封闭板和输入圆盘之间的间距在输入圆盘的厚度的0.25至0.75倍、更优选在输入圆盘的厚度的0.4至0.6倍之间。

优选地，每一个圆盘的侧壁涂覆有导电层，该导电层形成管壁的一部分。

优选地，每一个虹膜板的一部分形成管壁的一部分。

优选地，每一个虹膜板包括单个耦合狭槽。

可替代地，每一个虹膜板包括两个耦合狭槽，其中一个耦合狭槽垂直于另一个耦合狭槽。

优选地，微波谐振器仅包括两个圆盘，在所述两个圆盘之间布置有虹膜板。

优选地，输入圆盘的与第一封闭板相邻的面被称为输入面，输入微波耦合器包括布置在该输入面上的导电耦合条。

优选地，耦合条相对于所述至少一个耦合狭槽倾斜。

可替代地，输入微波耦合器包括：

(i)导电中央谐振器体，该导电中央谐振器体以大致垂直于长度轴线的方式从管壁延伸到管孔中；

(ii)导电指，该导电指从与中央谐振器体相对的管壁朝向中央谐振器体延伸，中央谐振器体和所述指布置在输入圆盘和第一封闭板之间的间隙中；以及

(iii)导电虹膜板，该导电虹膜板以垂直于长度轴线的方式布置在管孔中，且布置在中央谐振器体和输入圆盘之间。

可替代地，输入微波耦合器包括：导电虹膜板，该导电虹膜板以垂直于长度轴线的方式布置在管孔中，且布置在输入圆盘和第一封闭板之间，在该虹膜板中具有孔口；以及中央谐振器体，该中央谐振器体从虹膜板朝向第一封闭板延伸。

优选地，与第二封闭板相邻的圆盘被称为输出圆盘，微波谐振器还包括输出微波耦合器，该输出微波耦合器适应于从输出圆盘接收微波信号。

优选地，输出圆盘的与第二封闭板相邻的面被称为输出面，输出微波耦合器包括布置在该输出面上的导电条。

可替代地，输出微波耦合器包括：

(i)导电中央谐振器体，该导电中央谐振器体以大致垂直于长度轴线的方式从管壁延伸到管孔中；

(ii)导电指，该导电指从与中央谐振器体相对的管壁朝向中央谐振器体延伸，中央谐振器体和所述指布置在输出圆盘和第二封闭板之间的间隙中；以及

(iii)导电虹膜板，该导电虹膜板以垂直于长度轴线的方式布置在管孔中，且布置在中央谐振器体和输出圆盘之间。

可替代地，输出微波耦合器包括：导电虹膜板，该导电虹膜板以大致垂直于长度轴线的方式布置在管孔中，且布置在输出圆盘和第二封闭板之间，该虹膜板具有在该虹膜板中的孔口；以及中央谐振器体，该中央谐振器体从虹膜板朝向第二封闭板延伸。

优选地，至少一个圆盘的对称性破缺结构包括第一导电调节条，该第一导电调节条布置在该圆盘的面上，该调节条沿着穿过圆盘的中心的第一调节条轴线延伸。

优选地，对称性破缺结构还包括第二导电调节条，该第二导电调节条与第一导电调节条布置在圆盘的同一面上，第二导电调节条沿着穿过圆盘中心的第二调节条轴线延伸。

优选地，第一调节条轴线和第二调节条轴线以25至65度、更优选以在40至50度之间、更优选以在43至47度之间、更优选以45度的角度相交。

优选地，每一个调节条从管壁朝向圆盘面的中心延伸。

可替代地，每一个调节条从在管壁附近但与管壁间隔开的点朝向圆盘面的中心延伸。

优选地，至少一个圆盘的对称性破缺结构包括至少一个孔口，优选包括多个孔口，该孔口以平行于长度轴线但与长度轴线间隔开的方式从一个端面穿过圆盘延伸到另一个端面。

优选地，对于多个圆盘、优选对于每一个圆盘，对称性破缺结构包括至少一个孔口，优选包括多个孔口，该孔口以平行于长度轴线但与长度轴线间隔开的方式从一个端面穿过圆盘延伸到另一个端面。

优选地，对于至少一个圆盘，所述至少一个孔口与其余圆盘的孔口相比具有不同的直径或具有不同的距长度轴线的距离。

优选地，对于至少一个圆盘，对称性破缺结构包括沿着长度轴线从一个端面延伸到另一个端面的另一个孔口。

优选地，至少一个圆盘的对称性破缺结构包括在圆盘中的至少一个狭槽，所述至少一个狭槽布置在垂直于长度轴线的平面内且部分地处于圆盘的第一端面和第二端面之间。

优选地，狭槽布置在圆盘的第一端面和第二端面之间的中间位置处。

优选地，多个圆盘、优选每一个圆盘包括这种狭槽，至少一个圆盘的所述至少一个狭槽的尺寸与其余圆盘的狭槽的尺寸不同。

优选地，至少一个圆盘的对称性破缺结构包括至少一个孔口，所述至少一个孔口以垂直于长度轴线的方式从圆盘的侧壁延伸到圆盘中。

优选地，所述至少一个孔口布置在圆盘的端面之间的中间位置处。

优选地，多个圆盘、优选每一个圆盘包括至少一个这种孔口，所述至少一个圆盘的孔口的直径与其余圆盘的孔口的直径不同。

在另一方面，本发明提供了一种微波滤波器，该微波滤波器包括根据权利要求1至34中的任一项的多个微波谐振器。

在另一方面，本发明提供了一种微波多路复用器，该微波多路复用器包括根据权利要求1至34中的任一项的多个微波谐振器。

附图说明

现在将参考附图，以仅作为示例而非任何限制性意义的方式描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的微波谐振器的竖直截面；

图2示出了根据图1的微波谐振器的透视图；

图3示出了图2的微波谐振器的电响应；

图4示出了图2的微波谐振器的等效电路；

图5示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例的电响应；

图6示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例的电响应；

图7示出了根据图6的微波谐振器的输入圆盘的输入面；

图8示出了根据本发明的微波谐振器的替代实施例；

图9示出了根据本发明的微波谐振器的替代实施例的输入圆盘的输入面；

图10示出了图8的微波谐振器的电响应；

图11示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例的透视图；

图12示出了图11的微波谐振器的电响应；

图13示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例的竖直截面；

图14示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例；

图15示出了图14的微波谐振器的电响应；

图16示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例的一部分；

图17示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例；

图18示出了图17的微波谐振器的特性；

图19示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例；

图20示出了图19的微波谐振器的特性；

图21示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例；

图22示出了根据本发明的微波谐振器的特性；和

图23示出了根据本发明的微波谐振器的另一个实施例。

具体实施方式

图1中以竖直截面示出了根据本发明的微波谐振器1的实施例。本实施例的微波谐振器1是四极微波谐振器1。

微波谐振器1包括中空管2。中空管2包括导电管壁3，该导电管壁3限定管孔4。管孔4沿着长度轴线5从管2的第一端6延伸到管2的第二端7。本发明的该实施例的管孔4是圆形的且垂直于长度轴线5。

第一导电封闭板8封闭管2的第一端6。第二导电封闭板9封闭管2的第二端7。

在管孔4内布置有第一电介质谐振圆盘10和第二电介质谐振圆盘11。各个圆盘10、11包括第一端面12和第二端面13以及在第一端面12和第二端面13之间延伸的侧壁14。在该实施例中，各个圆盘10、11的端面12、13是圆形的。各个端面12、13的直径等于管孔4的直径，使得侧壁14在整个侧壁14上抵靠管孔4，使得在圆盘的侧壁14与管壁3之间不存在从圆盘10、11的一个端面12延伸到另一个端面13的空气间隙。换句话说，如果沿着管的孔4来看，则不能通过圆盘10、11和管壁3之间的间隙而越过圆盘10、11观察。实践中，将管2加热，引起其略微膨胀。然后将圆盘10、11插入管2，然后使管2冷却并收缩，以便夹紧圆盘10、11并将其保持就位。

与第一封闭板8相邻的圆盘10被称为输入圆盘。输入圆盘10的与第一封闭板8相邻的面12被称为输入面。与第二封闭板9相邻的圆盘11被称为输出圆盘。输出圆盘11的与第二封闭板9相邻的面13被称为输出面。

各圆盘10具有沿着长度轴线5从一个端面12到另一端面13测量的厚度。第一封闭板8与输入圆盘10的输入面12之间的间距通常在输入圆盘10的厚度的0.25至0.75倍之间，更优选在输入圆盘10的厚度的0.4至0.6倍之间。在该实施例中，第一封闭板8与输入面12之间的间距是输入圆盘10的厚度的0.5倍。

类似地，第二封闭板9与输出圆盘11的输出面13之间的间距通常在输出圆盘11的厚度的0.25至0.75倍之间，更优选在输出圆盘11的厚度的0.4至0.6倍之间。在该实施例中，第二封闭板9与输出圆盘11的输出面13之间的间距是输出圆盘11的厚度的0.5倍。

各个圆盘10、11的电介质的介电常数通常在10至80的范围内。更典型地，该介电常数具有值10、20、40和80中的任一值(在上下10％以内)。在以较低频率工作的谐振器中，使用较高的介电常数。

两个圆盘10、11是相同的。各个圆盘10、11的尺寸被设计使得其主导模式是双重简并模式，优选是H₁₁₁模式。

两个圆盘10、11通过在它们之间延伸的耦合间隙15而间隔开。在耦合间隙15内布置有导电虹膜板16。该实施例中的虹膜板16被布置成与两个圆盘10、11等距地间隔开。如图所示，虹膜板16被布置成垂直于长度轴线5。虹膜板16是圆形的，并且其直径等于管孔4的直径，使得虹膜板16的边缘围绕虹膜板16的边缘抵靠管孔4。

图2中示出了图1的微波谐振器的透视图。为清楚起见，未示出管2。

如图所示，虹膜板16包括两个耦合狭槽17，其中一个狭槽垂直于另一个狭槽。下面更详细地解释虹膜板16和耦合狭槽17的功能。

微波谐振器1还包括输入微波耦合器18。输入微波耦合器18适应于接收输入微波信号并将其提供给输入圆盘10。在该实施例中，输入微波耦合器18包括导电输入耦合条19，该导电输入耦合条19布置在输入圆盘10的输入面12上。如图所示，输入耦合条19相对于耦合狭槽17倾斜。

微波谐振器1还包括输出微波耦合器20，该输出微波耦合器20接收来自输出圆盘11的微波信号。输出微波耦合器20包括导电输出耦合条21，该导电输出耦合条21布置在输出圆盘11的输出面13上。输出耦合条21相对于耦合狭槽17倾斜。

各个圆盘10、11还包括对称性破缺结构22。对称性破缺结构22修改一个模式相对于另一个模式的频率，使得它们不再简并。对称性破缺结构22还修改两种模式之间的耦合。图2示出了布置在输入圆盘10的输入面12上的一个这种对称性破缺结构22的示例。对称性破缺结构22包括布置在输入圆盘10的输入面12上的第一导电调节条23和第二导电调节条24。第一调节条23和第二调节条24分别沿着第一调节条轴线和第二调节条轴线延伸。如图所示，两个轴线在圆盘10的中心处以约45度的角度相交。更一般地，该角度在25度至65度、更优选40度至50度、更优选43度至47度的范围内。在该实施例中，各个对称性破缺结构22都是相同的(在某种意义上，各个对称性破缺结构22以相同的方式修改两种模式的相对频率以及模式之间的相对耦合)。

在该实施例中，每一个调节条23、24从管壁3朝向圆盘面12的中心延伸(并且电连接到管壁3)。在替代实施例中，调节条23、24从在管壁3附近但与管壁3间隔开的点延伸朝向圆盘面12的中心延伸。

在使用时，微波信号被提供给输入耦合条19。该信号耦合到输入圆盘10的两个简并模式。微波信号穿过虹膜板16中的耦合狭槽17并激发输出圆盘11中的对应模式。输出圆盘11中的两个模式耦合到输出耦合条21，以便产生输出信号。输入圆盘10的两个简并模式与输出圆盘11的两个简并模式之间的相互作用导致微波谐振器1具有两个传输零点。图3示出了图1和图2的微波谐振器1的响应，其示出了两个传输零点。

能够参考图4中所示的等效电路来更详细地解释根据本发明的微波谐振器1的操作。每一个模式由节点表示。两个圆盘10、11中的每一个圆盘中的第一模式是M₁₁。两个圆盘10、11中的每一个圆盘中的第二模式是M₂₂。M₁₁和M₂₂表示该模式的频率与中心频率的偏差。一个圆盘10中的第一模式与另一个圆盘11中的第一模式之间的耦合是M₁₄。一个圆盘10中的第二模式与另一个圆盘11中的第二模式之间的耦合是M₂₃。每一个圆盘10、11中的两个模式之间的耦合是M₁₂。输入耦合条19与输入圆盘10中的两个模式之间的耦合(以及输出耦合条21与输出圆盘11中的两个模式之间的耦合)分别是M₀₁和M₀₂。在一个圆盘10中的模式与另一个圆盘11中的不同模式之间没有耦合。

回到图2，虹膜板16与圆盘10、11之间的距离确定了一个圆盘10中的模式与另一个圆盘11中的对应模式之间的耦合的大小。然而，这种耦合的强度由虹膜板16中的耦合狭槽17的面积所修改。一个狭槽17相对于另一个狭槽的面积确定了耦合M₂₃和M₁₄的相对强度。其结果是(对于第一近似)可以在不改变微波谐振器1的特性的情况下修改每一个耦合狭槽17的形状(例如通过减小其长度但增加其宽度来改变形状)，只要其面积不变即可。在极端情况下，可以将一个耦合狭槽17在长度上减小且在宽度上增大到使得该耦合狭槽17位于另一个耦合狭槽17内，因此导致虹膜板16仅具有一个耦合狭槽17。

对称性破缺结构22的作用更复杂。相对于虹膜板16的耦合狭槽17来设定第一调节条23和第二调节条24的位置。可以在不改变微波谐振器1的特性的情况下使圆盘面12上的第一调节条23和第二调节条24绕着圆盘10的中心旋转，只要对第一调节条23和第二调节条24的相对长度进行适当的校正改变即可。如果保持调节条23、24的位置不变并改变它们的相对长度，或者使调节条23、24旋转并进行并非适当改变的改变(或根本未进行改变)，则改变了圆盘10、11中的两个模式之间的耦合以及它们的相对频率M₁₁和M₂₂。可能的是，在本发明的一些实施例中，调节条23、24中的一个调节条的所需长度为零，在这种情况下，对称性破缺结构22仅包括一个调节条23、24。

对于给定的一组耦合和谐振频率，能够分析图4的等效电路的特性。然后能够调节这些耦合和谐振频率，以产生具有期望特性的微波谐振器1。然后，其能够被实现为具有图2的结构的微波谐振器1，其中适当地设定了圆盘10、11和虹膜板16之间的距离、虹膜板16中的耦合狭槽17的尺寸以及调节条23、24的位置和尺寸。

对微波谐振器1的设计的改变能够显著改变其特性。图5中示出了根据本发明的微波谐振器1的替代实施例的特性。除了已经改变了虹膜板16中的耦合狭槽17的相对面积从而改变了一个圆盘10中的模式与另一圆盘11中的对应模式之间的耦合之外，该实施例类似于图2的实施例。微波谐振器1现在是低通谐振器。

图6中示出了根据本发明的微波谐振器1的另一个实施例的特性。微波谐振器1的该实施例是高通谐振器。与图2的实施例相比，已经改变了第一调节条23和第二调节条24的尺寸，因此改变了圆盘10、11中的模式之间的耦合以及模式的相对频率。该微波谐振器1的输入圆盘10的输入面12在图7中示出，图7示出了调节条23、24。

对称性破缺结构22的替代形式是可能的。图8中示出了根据本发明的微波谐振器1的替代实施例。在该实施例中，每一个圆盘10、11的对称性破缺结构22包括孔口25，该孔口25以大致平行于长度轴线5的方式从一个端面12穿过圆盘10、11延伸到另一个端面13。通过适当设计孔口25的尺寸和位置，该孔口25执行与参考图1至图7描述的对称性破缺结构22等效的功能。

更典型地，对称性破缺结构22包括两个孔口25。图9中示出了包括两个这种孔口25的圆盘10的端面12。孔口25不必具有相同的尺寸。在该实施例中，一个孔口25具有比另一个孔口25大的面积。在孔口25之间绘制的线26通常穿过圆盘面2的中心。如图所示，该线26与轴线27以约45度的角度相交，输入耦合条19沿着轴线27延伸。图10中示出了图8的微波谐振器1的实施例的特性。

图11中示出了根据本发明的微波谐振器1的另一个实施例的透视图。该实施例是八极微波谐振器，其包括四个圆盘10a、10b、11a、11b。在每一个圆盘10a、10b、11a、11b之间的耦合间隙15中布置有虹膜板16，每一个虹膜板16包括两个耦合狭槽17。每一个圆盘包括对称性破缺结构22，该对称性破缺结构22包括延伸穿过圆盘10a、10b、11a、11b的两个孔口25。

除了存在能够在设计阶段调节的更大数量的自由度之外，这种微波谐振器1的操作与前面描述的微波谐振器1非常相似。这种谐振器1的典型特性如图12中所示。该微波谐振器1具有四个传输零点。

图13中示出了根据本发明的微波谐振器1的另一个实施例的竖直截面。如前所述，微波谐振器1包括第一圆盘10和第二圆盘11。每一个圆盘10、11涂覆有金属薄膜28(以阴影线示出)。每一个圆盘10、11的端部连接到虹膜板16，以制造微波谐振器1。金属薄膜28和虹膜板16的周边一起形成导电管壁3。

如图所示，为了确保圆盘10、11的端面12、13与虹膜板16和封闭板8、9之间的正确间距，每一个圆盘10、11具有轴环部29，该轴环部29从圆盘10、11的每一个端面12、13延伸。在实践中，圆盘10、11被制造成宽盘，然后在每一端中形成宽的凹进，以形成轴环29。然后，圆盘10、11被涂覆以金属薄膜28。

微波谐振器1的该实施例的制造比图2的实施例的制造简单。仅需要(通常通过焊接或类似方法)将每一个金属化圆盘10、11的端部连接到虹膜板16。不需要加热单独的金属管2以及将陶瓷圆盘10、11插入该管2中。

在所有上述实施例中，输入微波耦合器18都包括布置在输入圆盘10的输入面12上的导电耦合条19。在实践中，这可能难以实现。如果耦合条19没有沿着其全部长度连接到输入面12，则这可能影响微波谐振器1的特性。

图14中示出了根据本发明的微波谐振器1的另一个实施例。该实施例类似于图8的实施例，但该实施例采用不同形式的输入微波耦合器18和输出微波耦合器20。输入微波耦合器18包括导电中央谐振器体30，该导电中央谐振器体30从管壁3(并与该管壁3电接触)延伸到管孔4中。导电中央谐振器体30沿着大致垂直于长度轴线的方向延伸。导电指31从与中央谐振器体30相对的管壁3(并与该管壁3电接触)朝向中央谐振器体30延伸。中央谐振器体30是中空的。因而，导电指31能够延伸到中央谐振器体30中，但仍然与中央谐振器体30间隔开。如图所示，导电指31和中央谐振器体30被布置在第一封闭板8和输入圆盘10之间的间隙中。输入微波耦合器18还包括导电虹膜板32，该导电虹膜板32被布置成在中央谐振器体30和输入圆盘10之间的空间中且垂直于长度轴线5。单个狭槽33延伸穿过虹膜板32。

中央谐振器体30、指31和相邻的虹膜板32一起形成梳状线谐振器。沿着导线提供给中央谐振器体30的微波信号在梳状线谐振器内产生磁场。该磁场穿过虹膜板32中的狭槽33并激发输入圆盘10。

输出微波耦合器20的结构与输入微波耦合器18的结构相同。由输出圆盘11产生的磁场穿过虹膜板32中的狭槽33进入梳状线谐振器中，连接到中央谐振器体30的导线能够从梳状线谐振器引出该磁场。

图15中示出了这种微波谐振器1的电响应。

图16中示出了根据本发明的微波谐振器1的另一个实施例的输入圆盘10和输入微波耦合器18。为了清楚起见，未示出其余的圆盘和管。同样地，圆盘10包括对称性破缺结构22，该对称性破缺结构22包括延伸穿过圆盘10的孔口25。输入微波耦合器18包括导电虹膜板34，该导电虹膜板34被布置成与长度轴线5垂直并且与圆盘10间隔开。孔口35延伸穿过虹膜板34。中央谐振器体36从虹膜板34(并且与该虹膜板34电接触)朝向第一封闭板(未示出)延伸。中央谐振器体36是中空的。如图所示，指37穿过第一封闭板(并且与该第一封闭板电接触)朝向中央谐振器体36延伸且延伸进入中央谐振器体36中。同样地，指37、虹膜板34和中央谐振器体36形成梳状线谐振器。由沿其长度的一部分连接到中央谐振器体36的导线提供给中央谐振器体36的微波信号在梳状线谐振器内产生磁场。该磁场穿过虹膜板34中的孔口35并激发圆盘10。输出微波耦合器(未示出)具有与输入微波耦合器18相同的结构。

图17中示出了根据本发明的微波谐振器1的另一个实施例，并且其包括三个圆盘10a、10b、11。三个圆盘10a、10b、11的厚度略有不同，以提供谐振器1的期望特性。每一个圆盘10a、10b、11的对称性破缺结构22包括多个孔25，多个孔25以平行于长度轴线且与长度轴线间隔开的方式从圆盘10a、10b、11的一个端面12延伸到另一个端面13。

图18中示出了图17的微波谐振器1的特性。虽然电介质圆盘10a、10b，11的双重简并模式是H₁₁₁模式，但谐振器1整体上主要以HE₁₁₁模式谐振。示出了HE₁₁₁模式在1.7GHz左右。2.9GHz左右的乱真响应是耦合到双模谐振圆盘10a、10b、11中的HE₁₁₂模式中的结果。HE₁₁₂模式具有类似于HE₁₁₁模式的场结构。差异是圆盘10a、10b、11内的沿着长度轴线的附加变化。由于场结构非常类似，所以通过与HE₁₁₁模式相同的耦合方法来激发，即强耦合到HE₁₁₁模式的任何方案也将会强耦合到HE₁₁₂模式。较不明显的原因在于，输入梳状线谐振器和输出梳状线谐振器在基模下谐振，但在2.9GHz存在一些抑制。

期望减小这种乱真响应。

图19中示出了一种方案。在该实施例中，第一圆盘10a和第三圆盘11中的每一个圆盘的对称性破缺结构22包括一对孔口25。第一圆盘10a的孔口25与长度轴线的距离和孔口25的直径与第三圆盘11的不同。中央圆盘10b包括三个孔口25。除了与长度轴线间隔开的两个孔口25之外，中央圆盘10b还包括沿长度轴线延伸的第三孔口25。当与图17的实施例相比时，使孔口25远离长度轴线移动并增大孔口25的直径以及沿着中心轴线添加第三孔口改变了(通常增加了)圆盘10a、10b、11的谐振频率。为了对此进行补偿，改变(通常增加)圆盘10a、10b、11的厚度，以使HE₁₁₁模式回到其原始频率。然而，厚度的增加使HE₁₁₂模式相对于HE₁₁₁模式的变化下降更大的比率。因而，通过遵循这种方案，能够在不分离HE₁₁₁模式的情况下使HE₁₁₂模式彼此分离。

图20示出了图19的微波谐振器的特性。能够看出，HE₁₁₂模式是分离的，因此减少了乱真响应。

替代方案是抑制谐振器1内的正交HE₁₁₂模式之间的耦合。图21中示出了根据本发明的微波谐振器1的替代实施例。每一个圆盘10a、10b、11的对称性破缺结构22包括狭槽38。每一个狭槽38布置在垂直于长度轴线的平面内并且位于其圆盘10a、10b、11的端面12、13之间的中间位置处。如图所示，每一个狭槽38部分地围绕其圆盘10a、10b、11的侧壁14延伸。每一个狭槽38具有不同的尺寸。

每一个圆盘10a、10b、11在其端面12、13之间的中间位置处的平面是HE₁₁₂模式中的低场区域。因此，与对HE₁₁₁模式的影响相比，减少了狭槽38对谐振器1的HE₁₁₂模式的影响。模式仍将从外部强耦合，但双模乱真谐振的带宽将减小，这简化了来自多个双模谐振圆盘10a、10b、11的HE₁₁₂模式的分离。

图22中示出了图21的微波谐振器1的特性。

图23中示出了根据本发明的微波谐振器1的另一个实施例。除了用孔口39代替狭槽38之外，该实施例与图21类似。孔口39以垂直于长度轴线的方式从圆盘10a、10b、11的侧壁4延伸到圆盘10a、10b、11中。每一个孔口39布置在其圆盘10a、10b、11的端面12、13之间的大致中间位置处。与图21的实施例一样，孔口39对HE₁₁₂模式的影响小于对HE₁₁₁模式的影响。同样地，调节圆盘10a、10b、11的长度，以补偿孔口39对HE₁₁₁模式的频率的影响。

前述的所有微波谐振器1都可以被用在更大的结构中。可以将其用在包括多个这种谐振器1的滤波器中。谐振器1可以以并联或级联方式连接在一起。谐振器1也可以被用在多路复用器中(广泛使用该术语“多路复用器”，以涵盖多路复用器和多路分解器)。多路复用器通常将采用多个这种谐振器1。

Claims (36)

1.一种微波谐振器，包括：

中空管，所述中空管包括限定管孔的导电管壁，所述管沿着长度轴线从第一端延伸到第二端；

第一导电封闭板，所述第一导电封闭板封闭所述管的所述第一端；

第二导电封闭板，所述第二导电封闭板封闭所述管的所述第二端；

多个电介质谐振圆盘，每一个圆盘包括第一端面和第二端面以及在所述第一端面和所述第二端面之间延伸的侧壁，每一个圆盘的尺寸被设计使得其主导模式为双重简并模式；

所述圆盘布置在所述管孔内，并且所述圆盘彼此间隔开且与所述封闭板间隔开，每一个圆盘布置成使得其端面垂直于所述长度轴线且以所述长度轴线为中心，并且使得其侧壁抵靠所述管壁，从而在所述圆盘和所述管壁之间不存在从所述圆盘的一个端面延伸到另一个端面的空气间隙，与所述第一封闭板相邻的所述圆盘称为输入圆盘；

每一个圆盘通过耦合间隙与所述管孔中的相邻的圆盘分离，在每一个耦合间隙中布置有导电虹膜板，每一个虹膜板布置成与所述长度轴线垂直，每一个虹膜板包括从中延伸穿过的至少一个耦合狭槽；

输入微波耦合器，所述输入微波耦合器适于接收微波信号并将所述微波信号提供给所述输入圆盘；

每一个圆盘包括对称性破缺结构，所述对称性破缺结构用于修改所述简并模式中的一个简并模式相对于另一个简并模式的频率以及两个模式之间的耦合。

2.根据权利要求1所述的微波谐振器，其中所述圆盘从一个端面到另一个端面全都具有相同的厚度。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的微波谐振器，其中所述圆盘中的每一个圆盘的尺寸被设计使得所述主导模式是双重简并H₁₁₁模式。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的微波谐振器，其中每一个圆盘的所述端面是圆形的。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的微波谐振器，其中所述圆盘被等距地间隔开。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的微波谐振器，其中所述第一封闭板和所述输入圆盘之间的间距在所述输入圆盘的厚度的0.25至0.75倍之间，更优选在所述输入圆盘的厚度的0.4至0.6倍之间。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的微波谐振器，其中每一个圆盘的所述侧壁涂覆有导电层，所述导电层形成所述管壁的一部分。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的微波谐振器，其中每一个虹膜板的一部分形成所述管壁的一部分。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的微波谐振器，其中每一个虹膜板包括单个耦合狭槽。

10.根据权利要求1至8中的任一项所述的微波谐振器，其中每一个虹膜板包括两个耦合狭槽，所述两个耦合狭槽中的一个狭槽垂直于另一个狭槽。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的微波谐振器，所述微波谐振器仅包括两个圆盘，在所述两个圆盘之间布置有虹膜板。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的微波谐振器，所述输入圆盘的与所述第一封闭板相邻的面被称为输入面，所述输入微波耦合器包括布置在所述输入面上的导电耦合条。

13.根据权利要求12所述的微波谐振器，其中所述耦合条相对于所述至少一个耦合狭槽倾斜。

14.根据权利要求1至11中的任一项所述的微波谐振器，其中所述输入微波耦合器包括：

(i)导电中央谐振器体，所述导电中央谐振器体以大致垂直于所述长度轴线的方式从所述管壁延伸到所述管孔中；

(ii)导电指，所述导电指从与所述中央谐振器体相对的所述管壁朝向所述中央谐振器体延伸，所述中央谐振器体和所述指布置在所述输入圆盘和所述第一封闭板之间的间隙中；以及

(iii)导电虹膜板，所述导电虹膜板以垂直于所述长度轴线的方式布置在所述管孔中，且布置在所述中央谐振器体和所述输入圆盘之间。

15.根据权利要求1至11中的任一项所述的微波谐振器，其中所述输入微波耦合器包括：导电虹膜板，所述导电虹膜板以大致垂直于所述长度轴线的方式布置在所述管孔中且布置在所述输入圆盘和所述第一封闭板之间，在所述虹膜板中具有孔口；以及中央谐振器体，所述中央谐振器体从所述虹膜板朝向所述第一封闭板延伸。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的微波谐振器，其中与所述第二封闭板相邻的所述圆盘被称为输出圆盘，所述微波谐振器还包括输出微波耦合器，所述输出微波耦合器适于从所述输出圆盘接收微波信号。

17.根据权利要求16所述的微波谐振器，其中所述输出圆盘的与所述第二封闭板相邻的面被称为输出面，所述输出微波耦合器包括布置在所述输出面上的导电条。

18.根据权利要求16所述的微波谐振器，其中所述输出微波耦合器包括：

(i)导电中央谐振器体，所述导电中央谐振器体以大致垂直于所述长度轴线的方式从所述管壁延伸到所述管孔中；

(ii)导电指，所述导电指从与所述中央谐振器体相对的所述管壁朝向所述中央谐振器体延伸，所述中央谐振器体和所述指布置在所述输出圆盘和所述第二封闭板之间的间隙中；以及

(iii)导电虹膜板，所述导电虹膜板以垂直于所述长度轴线的方式布置在所述管孔中，且布置在所述中央谐振器体和所述输出圆盘之间。

19.根据权利要求16所述的微波谐振器，其中所述输出微波耦合器包括：导电虹膜板，所述导电虹膜板以大致垂直于所述长度轴线的方式布置在所述管孔中，且布置在所述输出圆盘和所述第二封闭板之间，在所述虹膜板中具有孔口；以及中央谐振器体，所述中央谐振器体从所述虹膜板朝向所述第二封闭板延伸。

20.根据权利要求1至19中的任一项所述的微波谐振器，其中至少一个圆盘的所述对称性破缺结构包括布置在所述圆盘的面上的第一导电调节条，所述调节条沿着穿过所述圆盘的中心的第一调节条轴线延伸。

21.根据权利要求20所述的微波谐振器，其中所述对称性破缺结构还包括第二导电调节条，所述第二导电调节条与所述第一导电调节条布置在所述圆盘的同一面上，所述第二导电调节条沿着穿过所述圆盘的中心的第二调节条轴线延伸。

22.根据权利要求21所述的微波谐振器，其中所述第一调节条轴线和所述第二调节条轴线以25至65度、更优选以在40至50度之间、更优选以在43至47度之间、更优选以45度的角度相交。

23.根据权利要求20至22中的任一项所述的微波谐振器，其中每一个调节条从所述管壁朝向所述圆盘面的中心延伸。

24.根据权利要求20至22中的任一项所述的微波谐振器，其中每一个调节条从在所述管壁附近但与所述管壁间隔开的点朝向所述圆盘面的中心延伸。

25.根据权利要求1至22中的任一项所述的微波谐振器，其中至少一个圆盘的所述对称性破缺结构包括至少一个孔口，优选包括多个孔口，所述孔口以平行于所述长度轴线但与所述长度轴线间隔开的方式从一个端面穿过所述圆盘延伸到另一个端面。

26.根据权利要求25所述的微波谐振器，其中对于多个圆盘、优选对于每一个圆盘，所述对称性破缺结构包括至少一个孔口，优选包括多个孔口，所述孔口以平行于所述长度轴线但与所述长度轴线间隔开的方式从一个端面穿过所述圆盘延伸到另一个端面。

27.根据权利要求26所述的微波谐振器，其中对于至少一个圆盘，所述至少一个孔口与其余圆盘的所述孔口相比具有不同的直径或者具有不同的距所述长度轴线的距离。

28.根据权利要求25至27中的任一项所述的微波谐振器，其中对于至少一个圆盘，所述对称性破缺结构包括沿着所述长度轴线从一个端面延伸到另一个端面的另一个孔口。

29.根据权利要求1至22中的任一项所述的微波谐振器，其中至少一个圆盘的所述对称性破缺结构包括在所述圆盘中的至少一个狭槽，所述至少一个狭槽布置在垂直于所述长度轴线的平面内，且部分地处于所述圆盘的所述第一端面和所述第二端面之间。

30.根据权利要求29所述的微波谐振器，其中所述狭槽布置在所述圆盘的所述第一端面和所述第二端面之间的中间位置处。

31.根据权利要求29或30所述的微波谐振器，其中多个圆盘、优选每一个圆盘包括所述狭槽，至少一个圆盘的所述至少一个狭槽的尺寸与其余圆盘的所述狭槽的尺寸不同。

32.根据权利要求1至22中的任一项所述的微波谐振器，其中至少一个圆盘的所述对称性破缺结构包括至少一个孔口，所述至少一个孔口以垂直于所述长度轴线的方式从所述圆盘的所述侧壁延伸到所述圆盘中。

33.根据权利要求32所述的微波谐振器，其中所述至少一个孔口布置在所述圆盘的所述端面之间的中间位置处。

34.根据权利要求32或33所述的微波谐振器，其中多个圆盘、优选每一个圆盘包括至少一个所述孔口，至少一个圆盘的所述孔口的直径与其余圆盘的所述孔口的直径不同。

35.一种微波滤波器，包括以并联或级联方式连接在一起的根据权利要求1至34中的任一项所述的多个微波谐振器。

36.一种微波多路复用器，包括根据权利要求1至34中的任一项所述的多个微波谐振器。