CN111010888B - 一种谐振器及腔体滤波器 - Google Patents

Abstract

一种谐振器(101)及腔体滤波器。该谐振器(101)包括谐振腔(102)、容置于谐振腔(102)内的加载介质(103)及谐振杆(104)、调频杆(105)，其中，谐振腔(102)包括盖板(106)、侧壁(107)及底壁(108)；谐振杆(105)包括谐振柱(109)及加载盘(110)，谐振柱(109)的一端设置于底壁(108)上，加载盘(110)设置于谐振柱(109)的另一端，且加载介质(103)的上表面与盖板(106)连接，加载介质(103)的下表面与加载盘(110)连接，加载介质(103)设有第一通孔(201)；调频杆(105)的一端贯穿盖板(106)，并延伸至第一通孔(201)内。通过这种方式，能够在保证谐振器(101)小型化的前提下，有效的提高谐振器(101)的Q值及功率容量。

Description

一种谐振器及腔体滤波器

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种谐振器及腔体滤波器。

背景技术

随着通信技术的发展，对通信设备的规格尺寸要求越来越严格，在能满足通信设备性能的基础上，希望尽可能减小通信设备的重量及体积。

谐振器作为一种选频和抑制信号的通信设备，在通信射频领域具有重要作用。

本申请的发明人在长期的研发工作中发现，传统的低频谐振器，为获取低频，所需谐振杆盘径较大，为保证谐振器规格尺寸要求，谐振杆离谐振器盖板较近，从而导致谐振器较敏感，其品质因数(Q值)及功率容量得不到提高。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种谐振器及腔体滤波器，以提高其Q值及功率容量。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种谐振器，该谐振器包括：谐振腔，谐振腔包括盖板、侧壁及底壁；容置于所述谐振腔内的加载介质及谐振杆，其中，谐振杆包括一体成型的谐振柱及加载盘，加载介质的上表面与盖板连接，谐振杆柱的一端设置于底壁上，加载盘设置于谐振柱杆的另一端，加载介质的下表面与加载盘连接，加载介质设有第一通孔；调频杆，调频杆的一端贯穿盖板，并延伸至第一通孔内。

其中，加载介质、加载盘、谐振柱及调频杆均为圆柱形结构，且均同轴设置。

其中，第一通孔的内径大于调频杆的外径。

其中，谐振杆靠近加载介质的一端设置有中空内腔，中空内腔的内径大于调频杆的外径。

其中，加载介质的外径大于加载盘的外径。

其中，加载盘的外径大于谐振柱的外径。

其中，谐振器进一步包括固定螺柱，固定螺柱的一端固定于谐振腔的底壁上，另一端设置谐振柱。

其中，加载介质的介电常数范围为20-60。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种腔体滤波器，该腔体滤波器包括：N个依次连接的第一谐振器，第一谐振器为上述谐振器。

其中，腔体滤波器进一步包括多个耦合筋，相邻的两个第一谐振器间设置有第一窗口，相邻的两个第一谐振器的谐振杆通过耦合筋沿第一窗口连接。

其中，腔体滤波器进一步包括多个调节螺杆，调节螺杆设置于第一窗口，且与耦合筋一一对应设置。

其中，腔体滤波器进一步包括：交叉耦合飞杆，在N个第一谐振器中的第n个第一谐振器和第n+2个第一谐振器间、第n+4个第一谐振器和第n+6个第一谐振器间均设置有第二窗口，第n个第一谐振器和第n+2个第一谐振器通过设置于第二窗口的交叉耦合飞杆连接，第n+4个第一谐振器和第n+6个第一谐振器通过设置于第二窗口的所述交叉耦合飞杆连接；交叉耦合螺杆，在N个第一谐振器中的第n+2个第一谐振器和第n+4个第一谐振器间、第n+6个第一谐振器和第n+8个第一谐振器间均设置有第三窗口，第n+4个第一谐振器和第n+6个第一谐振器通过设置于第三窗口的交叉耦合螺杆连接，第n+6个第一谐振器和第n+8个第一谐振器通过设置于第三窗口的交叉耦合螺杆连接。

其中，腔体滤波器进一步包括：第二谐振器及输入端子；其中，第二谐振器与第n个第一谐振器间设置有第四窗口，第二谐振器与第n-1个第一谐振器间设置有第五窗口；第二谐振器通过耦合筋沿第四窗口与第n个第一谐振器连接，第二谐振器通过耦合筋沿第五窗口与第n-1个第一谐振器连接，且第二谐振器与输入端子连接。

其中，腔体滤波器进一步包括第三谐振器及输出端子；其中，第三谐振器与第n+8个第一谐振器间设置有第六窗口；第三谐振器通过耦合筋沿第六窗口与第n+8个第一谐振器连接，且第三谐振器与输出端子连接。

其中，N为10，n为2，第2个第一谐振器与第4个第一谐振器通过交叉耦合飞杆连接，第6个第一谐振器与第8个第一谐振器通过交叉耦合飞杆连接。

其中，第4个第一谐振器与第6个第一谐振器通过交叉耦合螺杆连接，第8个第一谐振器与第10个第一谐振器通过交叉耦合螺杆连接。

其中，第二谐振器、10个第一谐振器及第三谐振器依次成W形排布。

其中，谐振腔为方形谐振腔。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请实施例该谐振器包括谐振腔、容置于谐振腔内的加载介质及谐振杆、调频杆，其中，谐振腔包括盖板、侧壁及底壁；谐振杆包括谐振柱及加载盘，谐振柱的一端设置于底壁上，加载盘设置于谐振柱的另一端，且加载介质的上表面与盖板连接，加载介质的下表面与加载盘连接，加载介质设有第一通孔；调频杆的一端贯穿盖板，并延伸至第一通孔内。本申请实施例谐振器通过在加载盘与盖板之间加载加载介质，随着加载介质的介电常数的增加，谐振器的频率明显降低，因此，在保证谐振器小型化的前提下，能够保证谐振杆与盖板间的距离，因此能够提高谐振器的Q值及功率容量。

附图说明

图1是本申请谐振器第一实施例的结构示意图；

图2是图1中谐振器沿A-A’的剖面结构示意图；

图3是图1中谐振器的拆解示意图；

图4是本申请谐振器第二实施例的剖面结构示意图；

图5是本申请谐振器第三实施例的剖面结构示意图；

图6是本申请谐振器的加载介质又一实施例的结构示意图；

图7是本申请谐振器第六实施例的剖面结构示意图；

图8是图1实施例一性能仿真结果图；

图9是传统的金属谐振器一性能仿真结果图；

图10是本申请腔体滤波器一实施例的结构示意图；

图11是图10实施例的拆解示意图；

图12是图10实施例的性能仿真结果图；

图13是图10实施例另一性能仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请进行详细说明。

本申请首先提出一种谐振器，如图1-3所示，图1是本申请谐振器第一实施例的结构示意图；图2是图1中谐振器沿A-A’的剖面结构示意图，图3是图1中谐振器的拆解示意图。本实施例谐振器101包括谐振腔102及加载介质103、谐振杆104及调频杆105，且加载介质103及谐振杆104容置于谐振腔102内；其中，谐振腔102包括盖板106、侧壁107及底壁108；谐振杆104包括一体成型的谐振柱109及加载盘110，谐振柱109的一端设置于底壁上，加载盘110设置于谐振柱109的另一端，加载介质103的上表面与盖板106连接，加载介质103的下表面与加载盘110连接；加载介质103设有第一通孔201，调频杆105的一端贯穿盖板106，并延伸至第一通孔201内。

本实施例的加载介质103与盖板106紧密接触，在将加载介质103设置于加载盘110上后，将盖板106直接压接于加载介质103上，以使加载介质103的上表面与盖板106短路连接及加载介质103的下表面与加载盘110短路连接。

谐振器101是一种产生谐振频率的电子元件，其具有稳定，抗干扰性能良好的特点，广泛应用于各种电子设备中。本实施例通过调频杆104调节谐振器101的谐振频率。

其中，本实施例的加载介质103为非金属介质，具体可以是陶瓷材料等材料。

区别于现有技术，本实施例谐振器101通过在加载盘110与盖板106之间加载加载介质103，随着介电常数的增加，谐振器101的频率明显降低，且稳定性好，因此，能够在保证谐振器101小型化的前提下，有效的提高谐振器101的Q值及功率容量。

可选地，本实施例的加载介质103的介电常数范围为20-60。

其中，谐振器101的品质因素Q的大小与谐振腔102的尺寸大小有关。例如，谐振腔102的直径为34mm、高度为23mm时，谐振器101的Q值可以为2662.5，而传统的金属谐振器在谐振腔的直径为34mm、高度为23mm时，其Q值为2394.3，显然，在相同谐振腔尺寸下，本申请的谐振器能获得更高的Q值。

其中，本实施例谐振器101可实现TM谐振模式；本实施例谐振器101的加载介质103、加载盘110、谐振柱109及调频杆105均为圆柱形结构，且均同轴设置。这种同轴谐振器101结构具有损耗低、功率容量高的优点。

本实施例谐振器101的加载介质103与谐振腔102形状一致，也为圆柱形。

可选地，如图2所示，本实施例谐振器101的第一通孔201的内径大于调频杆105的外径。

本申请不限定调频杆105与加载介质103间的间隙的大小。

可选地，如图2所示，谐振杆104靠近加载介质103的一端设置有中空内腔202，中空内腔202的内径大于调频杆105的外径。在本实施例中，中空内腔202并未贯穿谐振柱109的另一端，在另一实施例中，如图4所示，图4是本申请谐振器第二实施例的剖面结构示意图。本实施例谐振器401的中空内腔402贯穿谐振杆403。

可选地，如图2所示，本实施例的加载介质103的外径大于加载盘110的外径。当然，在另一实施例中，还可以采用图5所示的结构实现加载介质502的外径大于加载盘503的外径。

可选地，如图2所示，本实施例的加载盘110的外径大于谐振柱109的外径。

当然，在其它实施例中，可以根据谐振器设计的具体要求调整上述第一通孔的内径与中空内腔的内径的大小关系，及上述加载介质外径、加载盘外径及谐振柱外径间的大小关系。

可选地，本申请还可以对加载盘进行倒角结构设置，具体如图6所示，图6是本申请谐振器的加载介质一实施例的结构示意图。本实施例加载介质601靠近盖板(图未示)的一端及靠近加载盘(图未示)的一端均设置有倒角结构。

上述实施例中所述谐振腔体、谐振杆、加载盘和加载介质为一体结构，其中，谐振腔体和谐振杆采用车、铣和压铸等方式制成，其内壁外表面采用导电氧化、镀银、镀铜或镀金等方式处理，用以提高腔体表面的导电率，减小插入损耗。

可选地，如图7所示，图7是本申请谐振器第四实施例的剖面结构示意图。本实施例谐振器701进一步包括固定螺柱702，固定螺柱702的一端固定于谐振腔(图未标)的底壁703上，另一端设置谐振柱704。

在一个应用场景中，如图8所示，图8是图1实施例一性能仿真结果图。图8的仿真条件包括：谐振器101的谐振频率为736MHz，谐振腔102的外径为34mm，谐振腔102的高度为23mm，加载介质103为陶瓷材质，加载介质103的介电常数为45。从图8中仿真结果可以看出，本实施例谐振器101的Q值(Q值定义为Q＝2π*(平均储能/谐振器一周内消耗功率)为2.6625e-005，即2662.5，能承受最大的电场强度为5.71e+08v/m，v/m越大，谐振器101的功率容量越小。

在相同的仿真条件下，如图9所示，图9是传统的金属谐振器一性能仿真结果图，传统的金属谐振器的Q值2.3943e-003，即2394.3，能承受最大的电场强度为8.22e+08v/m。

从上述仿真结果可知，本实施例谐振器101比传统的金属谐振器具有更高的Q值，更大的功率容量。

本申请进一步提出一种腔体滤波器，如图10及图11所示，图10是本申请腔体滤波器一实施例的结构示意图，图11是图10实施例的拆解示意图。本实施例腔体滤波器1001包括N个依次连接的第一谐振器1002，其中，本实施例的第一谐振器1002采用上述实施例的谐振器结构，详细的结构、工作原理及扩展这里不赘述。

可选地，本实施例腔体滤波器1001进一步包括多个耦合筋1003，相邻的两个第一谐振器1002间设置有第一窗口1004，相邻的两个第一谐振器1002通过耦合筋1003沿第一窗口1004连接。

本实施例的第一窗口1004用于实现相邻的相邻两个第一谐振器1002间耦合，耦合筋1003用于加强相邻两个第一谐振器1002间耦合，耦合筋1003两端分别与相邻两个第一谐振器1002的谐振杆(图未标)连接。当然，在其它实施例中，相邻两个第一谐振器1002间可以仅设置第一窗口1004。

可选地，本实施例的腔体滤波器1001进一步包括多个调节螺杆1005，调节螺杆1005设置于第一窗口1004，且与耦合筋1003一一对应设置，调节螺杆1005用于加强相邻两个第一谐振器1002间耦合。

可选地，本实施例腔体滤波器1001进一步包括交叉耦合飞杆1006、交叉耦合飞杆1007、交叉耦合螺杆1008及交叉耦合螺杆1009，在N个第一谐振器1002中的第n个第一谐振器1002和第n+2个第一谐振器1002间、第n+4个第一谐振器1002和第n+6个第一谐振器1002间均设置有第二窗口1010，第n个第一谐振器1002和第n+2个第一谐振器1002通过设置于第二窗口1010的交叉耦合飞杆1006连接，第n+4个第一谐振器1002和第n+6个第一谐振器1002通过设置于第二窗口1010的交叉耦合飞杆1007连接；第n+2个第一谐振器1002和第n+4个第一谐振器1202间、第n+6个第一谐振器1002和第n+8个第一谐振器1002间设置有第三窗口1011，第n+2个第一谐振器1002和第n+4个第一谐振器1002通过设置于第三窗口1011的交叉耦合螺杆1008连接，第n+6个第一谐振器1002和第n+8个第一谐振器1002通过设置于第三窗口1011的交叉耦合螺杆1009连接，交叉耦合飞杆1006/1007、交叉耦合螺杆1008/1009用于增加非相邻的两个第一谐振器1002间的耦合强度。

具体地，交叉耦合飞杆1006/1007两端悬空于非相邻的第一谐振器1002的谐振腔内。

本申请实施例中所述的相邻是指依次连接，非相邻指不存在依次连接关系。

可选地，本实施例腔体滤波器1001进一步包括第二谐振器1012及输入端子1013，其中，第二谐振器1012与第n个第一谐振器1002间设置有第四窗口1014，第二谐振器1012与第n-1个第一谐振器1002间设置有第五窗口1015；第二谐振器1012通过耦合筋1003沿第四窗口1014与第n个第一谐振器1002连接，第二谐振器1012通过耦合筋1003沿第五窗口1005与第n-1个第一谐振器1002连接，且第二谐振器1012与输入端子1013连接。

可选地，本实施例腔体滤波器1001进一步包括第三谐振器1016及输出端子1017；其中，第三谐振器1016与第n+8个第一谐振器1002间设置有第六窗口1018；第三谐振器1016通过一耦合筋1003沿第六窗口1008与第n+8个第一谐振器1002连接，且第三谐振器1016与输出端子1017连接。

其中，第二谐振器1012和/或第三谐振器1016为加载金属的滤波器。当然，在其它实施例中，第二谐振器1012和/或第三谐振器1016也可以为第一滤波器1002。

可选地，本实施例的N为10，n为2，第2个第一谐振器1002与第4个第一谐振器1002通过交叉耦合飞杆1006连接，第6个第一谐振器1002与第8个第一谐振器1002通过交叉耦合飞杆1007连接。第4个第一谐振器1002与第6个第一谐振器1002通过交叉耦合螺杆1008连接，第8个第一谐振器1002与第10个第一谐振器1002通过交叉耦合螺杆1009连接。

其中，第二谐振器1012、10个第一谐振器1002及第三谐振器1016依次成W形排布。谐振腔为方形谐振腔。在其它实施例中，谐振腔还可以是圆形或其它形状。

接收天线接收的信号依次交替经过级联的第二谐振器1012、10个第一谐振器1002及第三谐振器1016，在各个谐振器、耦合筋1003及调节螺杆1005等的共同作用下形成腔体滤波器1001所需的频响曲线。如图12及图13所示，图12是图10实施例的性能仿真结果图，图13是图10实施例另一性能仿真结果图。图12示出了腔体滤波器1201在不同温度下频带曲线，图13为不同温度下带外抑制曲线，其中，S(1，2)及S(1，1)代表常温下频带曲线，S(3，4)及S(3，3)代表高温下频带曲线，S(5，6)及S(5，5)代表低温下频带曲线，m1-m3分别上述三种温度下的第一测试频点，m10-m12分别上述三种温度下的第二测试频点，m4-m5分别上述三种温度下的第三测试频点。

从图12可以看出，在全温测试中，与常温(m10：freq＝824.610MHz)相比，高温(m11：freq＝824.530MHz)时的频率向底端偏移了0.08MHz，低温(m12：freq＝824.910MHz)时的频率向高端偏移约0.3MHz；与常温(m1：dB(S(1，2)＝-96.992)相比，高温(m3：dB(S(3，4)＝-98.382)时的带外抑制波峰波动约1.5dB，低温(m12：dB(S(5，6)＝-97.170)时的带外抑制波峰波动1.0dB左右；从图13可以看出，在全温测试中，与常温(m4：dB(S(1，1))＝-22.633)高温(m5：dB(S(3，3)＝-22.197)时的回波损耗恶化约0.5dB，低温(m6：dB(S(5，5))＝-20.400)时的回波损耗恶化约2.0dB。由上述测试结果可知，本实施例腔体滤波器1201性能较稳定。

在全温测试中，高温向低端偏移了0.08MHz，，回损恶化0.5dB左右；低温向高端偏移了0.3MHz，带外抑制波峰波动1.0dB左右，回损恶化2.0dB左右，其较为稳定。

其中，常温测试环境：温度为25℃，压强为101kpa；高温测试环境：温度为90℃，压强为101kpa；低温测试环境：温度为-40℃，压强为101kpa。

区别于现有技术，本申请实施例腔体滤波器的谐振器通过在加载盘与盖板之间加载具加载介质，随着介电常数的增加，谐振器的频率明显降低，因此，能够在保证谐振器小型化的前提下，有效的提高谐振器的Q值及功率容量，因此能够提高滤波器的稳定性，且腔体滤波器性能稳定。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种谐振器，其特征在于，所述谐振器包括：

谐振腔，所述谐振腔包括盖板、侧壁及底壁；

容置于所述谐振腔内的加载介质及谐振杆，其中，所述谐振杆包括一体成型的谐振柱及加载盘，所述谐振柱的一端设置于所述底壁上，所述加载盘设置于所述谐振柱的另一端，且所述加载介质的上表面与所述盖板连接，所述加载介质的下表面与所述加载盘连接，所述加载介质设有第一通孔；

调频杆，所述调频杆的一端贯穿所述盖板，并延伸至所述第一通孔内；

其中，所述加载介质、所述加载盘、所述谐振柱及所述调频杆均为圆柱形结构，且所述加载介质的外径大于所述加载盘的外径，并延伸至所述加载盘背离调频杆的侧边；

其中，所述调频杆与所述加载介质间隔设置，所述调频杆在所述侧壁上的投影与所述谐振杆在所述侧壁上的投影沿所述谐振杆的轴向间隔设置。

2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述加载介质、所述加载盘、所述谐振柱及所述调频杆均同轴设置。

3.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述第一通孔的内径大于所述调频杆的外径。

4.根据权利要求3所述的谐振器，其特征在于，所述谐振杆靠近所述加载介质的一端设置有中空内腔，所述中空内腔的内径大于所述调频杆的外径。

5.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述加载盘的外径大于所述谐振柱的外径。

6.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述谐振器进一步包括固定螺柱，所述固定螺柱的一端固定于所述谐振腔的底壁上，另一端设置所述谐振柱。

7.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述加载介质的介电常数范围为20-60。

8.一种腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器包括：N个依次连接的第一谐振器，所述第一谐振器为权利要求1-7任一项所述的谐振器。

9.根据权利要求8所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器进一步包括多个耦合筋，相邻的两个所述第一谐振器间设置有第一窗口，所述相邻的两个所述第一谐振器的谐振杆通过所述耦合筋沿所述第一窗口连接。

10.根据权利要求9所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器进一步包括多个调节螺杆，所述调节螺杆设置于所述第一窗口，且与所述耦合筋一一对应设置。

11.根据权利要求10所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器进一步包括：

交叉耦合飞杆，在所述N个第一谐振器中的第n个第一谐振器和第n+2个第一谐振器间、第n+4个第一谐振器和第n+6个第一谐振器间均设置有第二窗口，所述第n个第一谐振器和所述第n+2个第一谐振器通过设置于所述第二窗口的所述交叉耦合飞杆连接，所述第n+4个第一谐振器和所述第n+6个第一谐振器通过设置于所述第二窗口的所述交叉耦合飞杆连接；

交叉耦合螺杆，在N个第一谐振器中的第n+2个第一谐振器和第n+4个第一谐振器间、第n+6个第一谐振器和第n+8个第一谐振器间均设置有第三窗口，第n+4个第一谐振器和所述第n+6个第一谐振器通过设置于所述第三窗口的所述交叉耦合螺杆连接，所述第n+6个第一谐振器和所述第n+8个第一谐振器通过设置于所述第三窗口的所述交叉耦合螺杆连接。

12.根据权利要求11所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器进一步包括：第二谐振器及输入端子；

其中，所述第二谐振器与第n个第一谐振器间设置有第四窗口，所述第二谐振器与所述第n-1个第一谐振器间设置有第五窗口；

所述第二谐振器通过所述耦合筋沿所述第四窗口与所述第n个第一谐振器连接，所述第二谐振器通过所述耦合筋沿所述第五窗口与所述第n-1个第一谐振器连接，且所述第二谐振器与所述输入端子连接。

13.根据权利要求12所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器进一步包括第三谐振器及输出端子；

其中，所述第三谐振器与第n+8个第一谐振器间设置有第六窗口；

所述第三谐振器通过所述耦合筋沿所述第六窗口与所述第n+8个第一谐振器连接，且所述第三谐振器与所述输出端子连接。

14.根据权利要求13所述的腔体滤波器，其特征在于，所述N为10，所述n为2，第2个第一谐振器与第4个第一谐振器通过所述交叉耦合飞杆连接，第6个第一谐振器与第8个第一谐振器通过所述交叉耦合飞杆连接。

15.根据权利要求14所述的腔体滤波器，其特征在于，第4个第一谐振器与第6个第一谐振器通过所述交叉耦合螺杆连接，第8个第一谐振器与第10个第一谐振器通过所述交叉耦合螺杆连接。

16.根据权利要求14所述的腔体滤波器，其特征在于，所述第二谐振器、所述10个第一谐振器及所述第三谐振器依次成W形排布。

17.根据权利要求8所述的腔体滤波器，其特征在于，所述谐振腔为方形谐振腔。

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