CN1121080C

CN1121080C - 谐振腔的温度补偿结构

Info

Publication number: CN1121080C
Application number: CN98806882.6A
Authority: CN
Inventors: T·M·卢卡里拉
Original assignee: REYMICK Oy
Current assignee: Intel Corp; Powerwave Technologies Inc; P Wave Holdings LLC
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2003-09-10
Anticipated expiration: 2018-06-17
Also published as: EP0990274A1; DE69810927T2; US5905419A; ATE231655T1; CN1261987A; DE69810927D1; WO1998058419A1; AU8149798A; EP0990274B1

Abstract

一种与各种类型的调节无线电信号的装置一起使用的温度补偿空腔谐振器，它包括一个可实用且有效的组件。谐振器包括：空腔谐振器外壳，它具有一个封闭板，用来在顶部边缘处封闭外壳、底座和从顶部边缘延伸到底座的环绕壁；位于顶部边缘下方并位于环绕壁处的第一、第二相对的护圈；中央支柱，它具有一个由外壳的底座支承的底座端并具有朝向外壳顶部边缘的自由端面的；以及一个温度补偿、基于金属的板组件，它包括从第一相对的护圈延伸到第二相对的护圈并位于顶部边缘下方一定距离处的上带状物，并且包括下带状物，它具有与上带状物处汇合的端部并具有安排在自由端面上方且位于距上带状物一定距离处的中央部分，所述距离随温度而变，以对通过空腔谐振器外壳的能量保持要求的效果。

Description

谐振腔的温度补偿结构

(1)技术领域

本发明总的涉及电子谐振器，尤其涉及金属补偿结构位于谐振器空腔内的空腔谐振器的温度补偿。

(2)背景技术

射频(RF)设备采用各种方法和结构在选择的频带中接收和发射无线电波。通常情况下，采用滤波结构来维持分配给特定带的频带中合适的通信。所采用的滤波结构的类型通常取决于所要求的用途以及无线电设备的技术参数。例如，通常采用绝缘同轴谐振器滤波器来对某些频带中的电磁能量滤波，如用于蜂窝和PCS通信的频带的电磁能量。

某些谐振器的谐振频率，即人们所知道的低功率因数同心导体传输线谐振器，部分地取决于内导体的伸出部分的长度，它随温度的变化而变。为使导线的谐振频率稳定而不随温度的变化而变化，通过其他尺寸的变化来平衡或抵消因温度引起的长度变化。人们已经有许多种方法来抵消尺寸的变化。例如，如果将铜板做成杯形壁，使之位于谐振器中心导体的顶部，那么温度的变化会引起中心导体自由端与铜板之间的距离的变化。这种变化会影响谐振频率，并且可以用来使谐振器对温度稳定。

另一种温度补偿方案也采用这种通用的方法，在谐振器空腔上方面向中心导体的一端，将一个稳定带固定在顶板(或盖子)上。将稳定带固定在顶板上是一件很费力的事情，会使谐振器调谐出现失调。另外，由于稳定带是固定在顶板上的，这是一个相对的固定点，在相邻的谐振器中谐振器分支的长度差异会产生谐振器分支上端和顶板之间的距离不同。这些差值通常在毫米的数量级上，因而会对不同的谐振器产生显著不同的补偿要求。针对这些不同的要求，对谐振器采用单个的稳定带会产生较差的温度补偿。为了改进温度补偿，这种方法通常包含对每一空腔的稳定带尺寸的重新设计，这样就增加了复杂性，并使制造成本提高。

(3)发明内容

本发明的一个实施例是提供一种温度补偿空腔谐振器。该谐振器包括一个空腔谐振器外壳。空腔谐振器外壳有一个封闭板，用于在顶部边缘处使外壳封闭、一个底座和一个从顶部边缘延伸到底板的环绕壁；位于顶部边缘下面并在环绕壁处的第一和第二相对的护圈(retainer)；具有由外壳的底板支承并具有一个朝向外壳的顶部边缘的自由端面的中央支柱(post)；以及一个温度补偿的基于金属的板组件。在这方面，术语“基于金属”是指并且包括金属以及其他具有金属涂层，具有类似的信号反射特征的材料。板组件包括从第一相对的护圈延伸到第二相对的护圈并且位于顶部边缘下面某一距离处的上带状物(strip)。空腔谐振器外壳还包括一个下带状物，它的端部与上带状物汇合，它有一个位于自由端表面上方并相距上带状物一定距离的中央部分，所述距离随温度而变，对通过空腔谐振器外壳的能量保持所要求的效果。

本发明另一个特定的实施例是制造温度补偿空腔谐振器的方法。该方法包括提供一个空腔谐振器外壳，该外壳有一个顶部边缘、一个底座和一个从顶部边缘延伸到底座的环绕壁。外壳还具有位于顶部边缘下方并位于环绕壁处的第一和第二相对的凹陷护圈，和一个中央支柱。中央支柱从外壳的底座延伸到由外壳的顶部边缘限定的平面下方的自由端面处。该方法还包括提供一个温度补偿的基于金属的板组件，它包括一个上带状物和由从第一相对的护圈延伸到第二相对的护圈并位于顶部边缘下方一定距离之处的长度所限定的端部。板组件包括一个下带状物，它的端部固定在上带状物上，并且具有一个中央部分它构筑并且安排在距上带状物一定距离处。这一距离随温度而变。将温度补偿的基于金属的底板组件置于自由端面上方，从而板组件的端部固定在第一和第二相对的凹陷护圈内。顶将板置于外壳上方，封闭空腔。

不是用本发明的上述概述来描述所揭示的本发明的每个实施例。这是下面的附图以及详述的目的。

(4)附图说明

下面在结合附图对本发明作了详细描述以后，读者将会清楚地理解本发明的其他方面和优点。

图1是按照本发明的特定实施例的具有滤波器结构的无线电的示例图；

图2是按照本发明的一个实施例的另一种滤波器结构的截面透视图；

图3是按照本发明的另一个特定实施例的温度补偿空腔谐振器的侧视图；以及

图4是图3中所示温度补偿空腔谐振器的顶视图。

尽管可以对本发明作各种修改，也可以采用其他的形式，但附图中举例给出了本发明的特定实施例，下面将详述这些实施例。但是，应当理解，这些详细描述并非是对本发明限制在所揭示的特定形式。相反，本发明包含所有的修改形式、等效形式和变异形式。这些形式都落在本发明权利要求所定义的精神和范围内。

(5)具体实施方式

相信本发明可以应用于各种射频(RF)应用场合，其中保持空腔谐振器相应于其操作频带的操作需要进行温度补偿并从其得益。已经发现本发明还特别适用于和有利于无线电信号调节应用，如RF数据和/或话音通信应用，而这些应用都易受温度变化引起的频率变化的影响。最好通过特定的例子如蜂窝通信来理解本发明。

现在来看附图，图1描述的是蜂窝无线电装置10或基站，其中，含有一对按照本发明的特定实施例的滤波器结构12a和12b。无线电装置10的描述是一般化的，以广泛地代表各种安排和结构。所描述的无线电装置10包括基于CPU分别用于发射和接收信令的。声频和数据信号处理电路16和18、用于发射信令的功率放大器20，以及同轴电缆24。同轴电缆24中携带有无线电装置10和天线30之间的发射和接收两种信号。滤波器12a和12b的用途是确保接收(RX)频带中的信号不会与相邻的发射(TX)频带中的信号重叠。

图2是去掉了全封闭外壳盖子(未图示)以后以截面透视图的形式示出的滤波器12a和12b中每一个的滤波器结构的例子。滤波器结构包括封闭在导体外壳50中的几个谐振器空腔。图2描绘的是封闭相邻的用作同轴谐振器的空腔52和54的导体外壳50。有一个壳壁将相邻的谐振器隔开，并且该壳壁上有一个小孔，用来耦合从相邻谐振器中的一个到相邻谐振器中的另一个的能量。

提供陷波滤波器的空腔52无需位于图中的第一个位置处，但可以安排在沿能量路径的任何位置。导体壁56将空腔52与54分开。可以用分开插入或制造作为外壳50一部分来实现导体壁56。在图2所示的特定的实施例中，壁56形成每一个空腔52和54的一部分。

谐振器分支58位于空腔52内，使得这种结构有陷波滤波器的作用。滤波器的谐振频率fr可以用下面的等式来近似：

f = \frac{c}{2 π \sqrt{ϵ_{r}}} [al (\frac{a}{2 d} - \frac{2}{π} \ln \frac{0.765}{\sqrt{l^{2} + (b - a)^{2}}}) \ln \frac{b}{a}]^{1 / 2}

式中，a是谐振器分支58的半径，b是空腔52的半径，l是空腔52的高度，d是谐振器分支58的顶部与空腔52顶部之间的间隙或距离。这些尺寸随温度变化而变，会影响滤波器的谐振频率fr。例如，a、b或l的增加会引起fr的降低。相反，fr会随d的增加而增加。其他类似的关系与用作确定其他滤波器操作的空腔结构如带通、低通和高通滤波器是类似的。

为了补偿热膨胀的影响，形成图2中所示结构的材料具有不同的热膨胀特征。例如，按照图2所示陷波滤波器的本发明的一个方面，谐振器分支58是用如钢这样的材料形成的，它具有比导体外壳50更小的线性热膨胀系数(CLTE)αr。所以，间隙αd的CLTE可以用下面的等式表述：

a_{d} = \frac{{la}_{1} - (1 - d) a_{r}}{d}

这里，αl是形成导体外壳50的材料的CLTE，而l是空腔52的高度。

按照本发明的另一个方面，空腔谐振器含有一个稳定器带状物，用以调节谐振器分支58的顶部与空腔52顶部之间的距离。

图3和4分别按照本发明的一个特定实施例的补偿热膨胀的空腔谐振器的侧视图和顶视图。由例如铝形成的导体外壳100限定了一个空腔102。固定在导体外壳100上的板104确定空腔102的顶部。应当注意，图4绘出的空腔谐振器中是去掉了板104的。在空腔谐振器内部，谐振器分支106从导体外壳100的底部延伸到空腔102内。谐振器分支106和导体外壳100由相同的材料，如铝，形成。由相同的材料形成谐振器分支和导体外壳100使得无需在将谐振器分支106装到导体外壳100上时采用螺丝或其他的紧固装置。这就简化了组装过程，并减小了制造滤波器的成本。然而，由于无需采用紧固装置，谐振器既可以垂直放置，也可以水平放置，从而可以使滤波器设计小型化。

在图3和图4中用标号108表示的稳定器带状物位于护圈110内，该护圈110位于沿导体外壳100的顶部的位置上。护圈110在图3和图4中是以凹槽或凹陷出现的。稳定器带状物可以通过如摩擦力或焊接固定在护圈110内。也可以采用其他固定稳定器带状物的技术。

稳定器带状物108由带状物组件组成。在图3和图4所示的实施例中，板组件包括上带状物112和下带状物114。上带状物112由与导体外壳100相同的材料形成。下带状物114由具有与上带状物112和导体主体100不同的CLTE的材料形成。例如，下带状物114可以由铜形成。

下带状物114相对于上带状物112呈曲线形，使得下带状物114的中央部分与上带状物112分开一个距离。因为上、下带状物112和114是用具有不同CLTE的材料形成的，所以该距离是温度的函数。具体说来，如果下带状物114的CLTE低于上带状物112的CLTE，该距离会随温度的增加而降低。这一降低会使中央部分116从谐振器分支106的顶部退缩。中央部分116的宽度可以具有不同的尺寸。例如，中央部分116的尺寸可以等于限定导体支柱或谐振器分支116的自由端面的尺寸。选择形成下带状物114的材料，使得在温度增加时，中央部分16的退缩比谐振器分支106的伸长更快。例如，如果谐振器分支106是用铝形成的，下带状物114可以用铜形成。上带状物112和下带状物114或其一部分也可以用其他的基于金属的材料形成。由于中央部分116的退缩比谐振器分支106的伸长更快，谐振器分支106的顶部和中央部分116之间的距离随温度的增加而增加。这种距离的增加使谐振频率增加，使得因其他与温度相关的尺寸变化而造成的谐振频率的降低得以补偿。

上述本发明示例实施例的描述仅为示例和说明的目的。并非是将本发明无遗漏地限制在所揭示的明确的形式。采用上述原理，还可以有许多种修改和变异形式。例如，与稳定器带状物相似的结构可以用来补偿其他的尺寸变化，如空腔高度的变化。并且通过将绝缘材料插入谐振腔内，可以提高绝缘谐振器的性能。本发明的范围并非仅限于该详细描述，本发明的保护范围由权利要求书所限定。

作为另一种实施例，下带状物114可以如此安排使得在将该带状物组件放置在空腔顶部之前，将其端部与上带状物112相连。在本实施的连接中，下带状物114的端部是在空腔侧壁内部连接起来的，而不是由空腔侧壁支承的。下带状物114可以用各种传统的方法(包括例如焊接、化学粘结、扣接和铆接)与上带状物112相连。这种结构的一个显著的优点是由于带状物组件可以当作一个装置而不是两个装置，因而可以便于组装。

Claims

1.一种温度补偿基于金属的板组件，用于在温度补偿的空腔谐振器内使用并作为其一部分，具有由一外壳限定的空腔，所述外壳具有顶部、底座和从所述顶部延伸到所述底座的环绕壁，其特征在于，所述组件包含：

上带状物，构造和安排成从所述环绕壁的第一侧延伸到所述环绕壁的第二相对侧，并具有第一和第二端部，形成和安排成相对应于第一、第二相对的护圈互锁，所述第一、第二相对的护圈分别位于所述环绕壁的第一和第二侧；以及

可弯曲的金属下带状物，它具有一个安排在距所述顶端板一定距离处的中央部分，所述顶端板随温度而变，所述可弯曲的金属下带状物还具有第一、第二相对的端部，构成能固定在所述上带状物的第一和第二端部上，使得所述上、下带状物形成一个整体的组件。

2.如权利要求1所述的温度补偿基于金属的板组件，其特征在于，构造和安排所述下带状物和上带状物，使之紧固在所述空腔谐振器外壳内的凹槽护圈内。

3.如权利要求2所述的温度补偿基于金属的板组件，其特征在于，构造和安排所述下带状物和上带状物，使之相互固定，同时置于所述凹槽护圈内。

4.如权利要求1所述的温度补偿基于金属的板组件，其特征在于，所述下带状物由铜构成。

5.如权利要求1所述的温度补偿基于金属的板组件，其特征在于，所述上、下带状物是通过摩擦力相互固定的。

6.一种温度补偿的谐振器，其特征在于，它包含：

空腔谐振器外壳，它具有一个封闭板，用来在顶部边缘封闭外壳、底座和从所述顶部边缘延伸到所述底座的环绕壁；

位于所述顶部边缘下方并且在所述环绕壁处的第一和第二相对的护圈；

具有由所述外壳支承的底座端部并具有面向所述外壳顶部边缘的自由端面的中央支柱；以及

按照权利要求1-5中任一项所述的温度补偿的基于金属的带状物组件，它从所述第一相对的护圈延伸到所述第二相对的护圈并且位于所述空腔谐振器外壳顶部边缘下面的一定距离处。

7.如权利要求6所述的温度补偿谐振器，其特征在于，所述第一和第二相对的护圈包含在所述空腔谐振器中从所述顶部边缘起向下延伸的凹槽。

8.如权利要求6所述的温度补偿谐振器，其特征在于，将所述上、下带状物固定在所述凹槽内。

9.如权利要求6所述的温度补偿谐振器，其特征在于，当将所述下带状物固定到所述上带状物时将它装配到所述凹槽内。

10.如权利要求6所述的温度补偿谐振器，其特征在于，所述上、下带状物通过摩擦力固定在所述凹槽内。

11.如权利要求6所述的温度补偿谐振器，其特征在于，所述上、下带状物通过焊接固定在所述凹槽内。

12.一种滤波器，构造和安排成对无线电信号进行滤波，其特征在于，它包含：

温度补偿的谐振器，所述谐振器是按照权利要求6-11中的任何一项的温度补偿谐振器；

与所述谐振器同时形成并位于其邻近处的另外的多个谐振器；以及

侧壁，它将相邻的谐振器隔开，并包括一个将相邻的谐振器中的一个的能量耦合到其他相邻的谐振器的小孔。

13.如权利要求12所述的滤波器，其特征在于，所述中央部分有一个宽度尺寸，它等于限定所述导体支柱自由端面的尺寸。

14.一种无线电装置，其特征在于，它包含：

发射机；

接收机；

与所述发射机和接收机耦合的天线；以及

按照权利要求12的滤波器。

15.一种制造温度补偿的谐振器的方法，其特征在于，它包含：

提供一个空腔谐振器外壳，它具有一个顶部边缘、底座以及从所述顶部边缘延伸到所述底座的环绕壁，具有位于所述顶部边缘下方并位于所述环绕壁处的第一和第二相对的凹槽护圈，并具有中央支柱，它从所述外壳的底座延伸到所述外壳的顶部边缘下方为止的自由端面；

提供一个按照权利要求1-5中任何一个中所述的温度补偿基于金属的板组件；

将所述温度补偿基于金属的板组件放置在所述自由端面上，从而所述板组件的端部固定在所述第一、第二相对的凹槽护圈内；以及

将所述顶板放置在所述外壳上，将所述空腔封闭。