CN1136861A - 介质谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种介质谐振器，该谐振器包括一个圆柱形谐振体(35)，该谐振体包括一个同心的圆柱形凹坑，一个谐振频率调节器包括一个调节机构(31)和一个圆柱形介电调节体(32)，借助于该调节机构该调节体在谐振体的凹坑(43)内可轴向运动以便调节谐振频率。本发明的频率调节器还包括一个安装到调节机构(31)上并布置在调节体(32)内的介电微调体(33)，因此通过调节机构的运动可以调节微调体(33)在谐振体中的凹坑(43)内调节体(32)的端部处的伸出。因而，该频率调节器具有两个调节频率，借此由于是两个调节体(32、33)的运动所以调节迅速，并且由于微调功能所以调节也非常精确，当较小的调节体(33)单独运动时实现微调功能。

Description

介质谐振器

本发明涉及一种介质谐振器，该谐振器包括一个带有同心圆柱形凹坑的圆柱形介电谐振体，一个频率调节器，它包括一个调节螺杆和一个第二圆柱形介电调节体，该调节体借助于该调节螺杆在谐振体中的凹坑内可轴向移动以便调节谐振频率；及一个导电外壳。

最近，所谓的介质谐振器在高频率和微波范围结构方面已变得越来越有兴趣，因为它们比起常规的谐振器结构来提供了如下优点：电路尺寸较小、集成化程度较高、性能得到改进并且制造成本较低。任何具有简单几何形状的、且其材料表现出低介质损耗和高相对介电常数的物体都可以起到具有高Q值的介质谐振器的作用。考虑到制造技术方面的原因，介质谐振器通常为圆柱形状，如圆柱形的盘。

例如，在下列文章中公开了介质谐振器的结构和操作：

〔1〕“用于高稳定振荡器的陶瓷谐振器”，Gundolf kuchler，西门子元件(Sienmens Components XXIV(1989)No.5，180-183页。〔2〕“微波介质谐振器”，S.Jerry Fiedziuszko，微波杂法(Microwave Journal)，1986年9月，189-189页。

〔3〕“圆柱形介质谐振器及其在TEM线路(TEM Line)微波电路中的应用”，Marian W.Pospieszalski，IEEE(电气与电子工程师协会)关于微波理论和技术的会刊，VOL.MTT-27，No.3，1979年3月，233-238页。

介质谐振器的谐振频率主要由谐振体的尺寸确定。对谐振频率有影响的另一个因素是谐振器的工作环境。通过把金属的或某种导电的表面带到谐振器的附近，能够有意影响谐振器的电场或磁场，并由此影响谐振频率。用于调节谐振器的谐振频率的典型方法是调节一个导电金属表面同谐振器平表面的距离。谐振频率作为调节频率的非线性函数而变化。由于这种非线性和陡的调节斜率，难以精确调节谐振频率，并且要求高的精度。而且，无载Q值作为导电平面距离的函数而变化。

通过把另一个介电体而不是导电调节平面带到谐振体的附近，能够在较宽范围内保持Q值不变和实现较好的线性频率调节。在这种情况下，调节曲线仍然很陡。在图1中表示了一种现有技术的这种介质滤波器结构，其中谐振器包括电感耦合环5(输入和输出)、一个在金属壳体4中并由介电或绝缘支架6支承的介质谐振体3，该谐体3包括一个同心圆柱形凹坑7。该谐振器还包括一个频率调节机构，该机构包括一个调节螺杆1和一个介电圆柱形调节体2，该调节体2借助于调节螺杆1在谐振体3的凹坑7中可轴向移动以调节谐振频率。根据图2中的曲线，谐振器的谐振频率取决于在谐振体3的凹坑7的底部与调节体2的底面之间的距离。

从图2可以看到，频率调节基于高度精确的机械运动，调节斜度K也很陡。当谐振频率变得较高时，例如，达到范围1500-2000MHz或更高，就要减小介质滤波器基本元件的尺寸，如谐振体3或调节机构1、2的尺寸。结果，用现有技术的解决办法调节介质谐振器的谐振频率，对频率调节机构的要求很高，同样增加了材料和生产成本。此外，由于必须使频率调节装置的机械运动非常小，所以调节就比较慢。

本发明的目的在于提供一种较高调节精度和速度的介质谐振器。

这可以利用一种介质谐振器来实现，根据本发明该介质谐振器的特征在于：

第二圆柱形调节体包括一个介电微调谐振体，该介电微调谐振体连接到调节螺杆上并安装在第二谐振器内部，从而利用调节螺杆的运动，能够调节微调谐振体在第一谐振体凹坑内的谐振体端部的伸出。

本发明谐振器的频率控制器包括一对结合的介电调节体，它们相互机械地啮合，从而在一次调节运动期间其彼此之间以及与谐振体的相对运动提供了两个调节阶段。在调节运动的开始，较小的调节体，即所谓的微调体相对于较大的调节体和谐振体运动预定的距离，而较大的调节体由于特定的摩擦表面保持静止。一旦较小的调节体已经运动了所述距离，较大的调节体也开始与调节运动一致地运动。因而，实现了一种其频率调节器具有两种调节斜度的介质谐振器，借此由于两个调节体的运动所以调节迅速，并且由于微调功能所以调节也非常精确，当较小的调节体单独运动时微调功能得以实现。借助于本发明，调节精度可以提高十倍之多，因而当频率增加时不必更严格地要求调节机构的精度，甚至对当今使用的频率也是适合的。

下面，参照附图利用实例更详细地揭示本发明，在附图中：

图1表示一种现有技术的介质谐振器的剖面侧视图；

图2表示曲线图，说明在图1中所示的谐振器的谐振频率是距离L的函数，

图3表示本发明介电谐振器的剖面侧视图，

图4表示曲线图，说明在图3中所示的谐振器的谐振频率是距离L的函数，及

图4a表示在图4中曲线图的放大细节。

介质谐振器的结构，操作和陶瓷制造材料已被公开，例如，在上述的文章〔1〕、〔2〕和〔3〕中，通过参考此处得以体现。在如下描述中，仅揭示在介质谐振振器的结构中对本发明来说是必需的零件。

术语介电谐振体，正如此处使用的那样，通常指任何具有适当几何形状的、且其制造材料表现出低介质损耗和高相对介电常数的物体。由于制造技术方面的原因，介质谐振器通常为圆柱形，如圆柱形的盘。最常使用的材料是陶瓷材料。

图3表示本发明的介质谐振器，该介质谐振器在外壳36中包括一个介电的、最好为圆柱形的谐振体35，壳体36用导电材料制成，如金属，所述谐振体最好是陶瓷的并且离开壳体36的底部一个固定距离安装在适当的介电或绝缘材料的支架38上。壳体36与地电位耦合。

介质谐振器的电磁场延伸到谐振体以外，因此易于取决于用途用各种方法与谐振电路的其他部分进行电磁耦合，例如，利用在谐振器附近的微波传输带导体、一根弯曲的同轴电缆、一根普通直导线等。图3通过实例表示利用电感耦合环37耦合到谐振器上，该电感耦合环提供了谐振器的输入和输出。

介质谐振器的谐振频率主要由介电谐振体的尺寸确定。对谐振频率有影响的另一个因素是介电谐振体的工作环境。通过把金属的或某些其他导电的表面带到谐振体的附近，能够有意地影响谐振器的电场或磁场，并因而影响谐振频率。在本发明谐振器的调节中使用的介电调节元件包括一对结合的介电调节体32和33，这对调节体相互机械地啮合，因此其相互之间和相对于陶瓷物体的运动在一次调节运动中提供了两个调节阶段。在调节运动开始时，较小的调节平面33，或所谓的微调体，相对于较大的调节平面32和介电谐振体35运动预定的距离L2，而较大的调节体32由于特定的摩擦表面保持停止。一旦较小的调节平面已运动了所述距离L2，较大的调节体33也开始根据调节运动而运动。

作为更详细的描述，谐振频率调节器包括一个介电的(最好是陶瓷的)圆柱形介电调节体33，该调节体33借助于调节机构在位于谐振体35顶面上的圆柱形凹坑43内可在轴向运动，以便调节谐振频率。该调节机构包括一个调节螺杆31和一个套筒42，或另一个适当的调节机构。该谐振频率调节器还包括一个连接到调节机构31上并安装在调节体33内的微调体32，因此利用位于谐振体35的凹坑43内的调节体33端部的调节机构31的运动，可以调节微调体32的伸出。在谐振体35的凹坑43与调节体32之间的接触表面是摩擦表面34，当借助于调节机构移动微调体时，该摩擦表面34保持调节体33在谐振体35内静止不动。

在图3中所示的实施例中，圆柱形调节体32包括一个纵向的I形中心孔41，该中心孔从顶面到底面穿过调节体32沿轴向延伸。微调体33在纵向是I形的，并且它的臂(细的中部)比调节体32中心孔的较细的中部长，因此，在I形微调体33的上端或下端台肩(较宽的端部)接触调节体32的I形中心孔41上端或下端开口(中心孔的较宽开口)的底部前，允许在中心孔41中的微调体33在调节体32内有一个预定的轴向运动范围L2。由此导致一种经微调体33传递调节机构1的运动的卡紧，从而也使调节体32沿轴向运动，其补偿了摩擦表面34的摩擦力；调节体32所允许的运动范围是L1。因而，实现了其频率调节器具有两种调节斜率的介质谐振器，借此，当调节体32和33都运动时调节是迅速的，而当较小的微调体33单独运动时调节较慢但非常精确。在图4中的曲线图表示本发明谐振器的谐振频率f0是调节平面的运动L的函数。在图4a中，曲线A描述了当调节体32和33都运动时的调节，例如，调节K1的斜率是5.5MHz/mm。在用虚线标出的圆圈处，只利用调节体33的运动进行微调，这可通过改变调节螺杆31的转动方向来实现。在图4a中表示了曲线A对应于微调位置的一部分曲线的放大，从中可见微调的调节斜率K2明显低于K1，例如K2为0.54MHz/mm。调节斜率的关系K2/K与调节体32和33的面积关系直接成正比。换句话说，通过选择适当的面积能够选择适当的调节斜率。

与此有关的图和解释仅打算来说明以上发明。在附属的权利要求书的范围内在细节上可以改变本发明的谐振器。

Claims (7)

1.一种介质谐振器，包括：

一个圆柱形介电谐振体(35)，其包括一个同心的圆柱形凹坑(43)；及

一个频率调节器，其包括一个调节机构(31)和一个圆柱形介电调节体(32)，该调节体借助于该调节机构在谐振体中的凹坑(43)内可在轴向运动，及

一个导电外壳(36)，该介质谐振器的特征在于：

该圆柱形调节体(32)包括一个连接到调节机构(31)上并安装在调节体(32)内的介电微调体(33)，因此通过调节机构的运动能够调节微调体(33)在谐振体(35)中的凹坑(43)内调节体端部的伸出。

2.根据权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于：

微调体(33)和调节体(32)装有卡紧装置，在微调体与调节体之间的卡紧之前，该卡紧装置允许微调体在调节体内进行预定的轴向运动，用于把调节机构的运动变换成调节体的轴向运动。

3.根据权利要求1或2的介质谐振器，其特征在于，圆柱形调节体(32)包括一个纵向I形的中心孔(41)，并且微调体(33)是纵向I形的且比所述中心孔(41)长，因此，在I形微调体(33)的一个端部台肩接触调节体的I形中心孔(41)的一个端部开口底部而导致一种卡紧之前，允许微调体(33)在调节体内的特定轴向运动；该卡紧把调节机构(31)的运动进行传递，因此也导致调节体的轴向运动。

4.根据权利要求1、2或3所述的介质谐振器，其特征在于：当用调节机构运动微调体时，装置(34)保持调节体在谐振体内静止。

5.根据权利要求4所述的介质谐振器，其特征在于：谐振体的凹坑与调节体之间的接触表面是摩擦表面(34)，当借助于调节机构(31)运动微调体时，该摩擦表面保持调节体在谐振体(35)内静止。

6.根据前面权利要求的任一项所述的一种陶瓷滤波器，其特征在于：

在调节体(32)和微调体(33)的共同运动过程中，频率调节具有第一调节斜率，并且当微调体(33)单独运动时，频率调节具有明显低于每一调节斜率的第二调节斜率。

7.根据前面权利要求的任一项所述的介质谐振器，其特征在于：调节机构包括一个安装到外壳上的调节螺杆。

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