CN1136862A - 介质谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种介质谐振器，包括一个谐振器圆盘(53)和一个频率控制器，它由一个导电可调平板(56)和一个介质可调体(57)构成，它们由调节机构(51)驱动相对于谐振器盘(53)的一或两个平面运动。在本发明的一个实施例中，导电可调平板(56)和介质可调平板(57)布置在谐振器盘(53)的两侧。在另一个实施例中，将一个或多个介质可调体装到导电可调平板上，形成一个复式结构。在两种情况下，导电可调平板(56)和介质可调板(57)的尺寸应如下选择：它们的频率调节曲线相对于它们的调节斜率形状大致相同，但方向相反，从而使频率控制器的频率调节综合曲线基本为线性。

Description

介质谐振器

本发明涉及一种介质谐振器，包括一具有两个平面的介质谐振器圆盘和一频率控制器，该频率控制器包括一调节机构和导电调节平面，该平面与介质谐振器圆盘的一个平面基本平行，并且借助于调节机构可相对于该谐振器圆盘沿垂直方向移动，以便通过改变调节平面和介质谐振器盘的所述诸平面之一之间的距离调节谐振频率，以及还包括一导电的外壳。

近来，这种介质谐振器在高频和微波领域中得到了越来越广泛的重视和使用，这归功于它相对于传统的谐振器结构的过人之处；电路尺寸小，集成度高，性能优良和制造成本低。任何具有简单几何形状的物体，并且其材料具有低介质提耗和高的相对介电常数，均可用作具有高品质因数Q值的介质谐振器。从制造工艺考虑，介质谐振器通常制成圆柱形，例如圆柱形盘。

关于介质谐振器的结构和操作公开在下列文章中：

〔1〕“用于高稳振荡器的陶瓷谐振器”，Gundolf Kuchler，西门子元器件杂志1989年第5期，第180-183页。

〔2〕“微波介质谐振器”，5，Jerry Fiedziuszko，微波月刊，1986年9月，第189-189页。

〔3〕“柱面介质谐振器和在横向电磁波(TEM)线路微波电路中的应用”，Marian W.Pospieszalski，IEEE微波理论和技术会刊，第MTT-27卷，1979年3月，第233-238页。

介质谐振器的谐振频率一般是由谐振器本身的尺寸所决定的。另一个影响谐振频率的因素是谐振器的环境。如果将一金属的或任何其它导体的表面放到谐振器的附近，能够故意地影响谐振器的电或磁场，从而引起谐振频率的变化。在常用的调节谐振器谐振频率的方法中，从谐振器的平面到导电金属材料表面的距离是可调的。图1中展示了这样一种已有的介质滤波器，其中谐振器包括感性耦连回路5(输入和输出)，安装在金属外壳4中由一绝缘棒6支撑的介质谐振器圆盘3，和连到金属壳4上的频率调节器，它包括一调节螺杆1和一金属板2。这个谐振器的谐振频率取决于在谐振盘3和金属板2之间的距离L，这种函数关系示于图2曲线中。

当然，还可以用其它绝缘体取代导电可调物体放在谐振器附近。图3展示了这样一种基于介质平板调节的已有的滤波器，其中谐振器包括感性耦连回路35(输入和输出)，一介质谐振器圆盘33通过一介质棒36支撑安装在金属外壳34内，还包括连到金属壳34上的一频率调节器，它包括一调节螺杆31和一介质金属平板32。这个谐振器的谐振频率取决于在谐振器盘33和金属平板32之间的可调距离L，这种函数关系示于图4的曲线中。

如图2和4所示，在这两个调节技术中，谐振频率随这个可调距离非线性变化。由于这种非线性和调节斜率的突变，使谐振频率很难准确调节，这就要求较高的精确度，尤其在控制范围的上限处，频率调节与高精度机械运动有关，其调节斜率K也较陡。从原理上讲，这两种谐振器的调节运动的长度及精度可通过减小金属或介质调节平板的尺寸而得到增加。但是由于上述调节技术的非线性，能得到的好处非常小，特别是在调节运动的开始或结束时，调节曲线的相应部分太陡或太平，不能使用。当谐振频率较高时，例如达到1500-2000MHZ或更高时，这种介质滤波器的基本组件如谐振器体或调节机构的尺寸应大大减小。结果，这种已有的介质谐振器对于频率调节机构提出了极高的要求，其次，增加了材料消耗和制造成本。此外，由于频率调节装置的机械运动必须很小，则使调节速度降低。

本发明的目的是提供一种具有高精确度和线性化的频率控制的介质谐振器。

本发明的介质谐振器具有以下区别特征：

频率控制器还包括一介质可调平板，它与介质谐振圆盘诸平面的另一个平面基本平行，并且连接到与所述导电可调平板共用的同一调节机构上，使得这个介质可调平板相应于所述诸平面的另一平面沿垂直方向运动，用于改变在该介质可调平板和介质谐振圆盘的第二平面的另一平面之间的距离，同时相对于在导电可调平板和所述一个平面之间的距离作同样程度的反向运动。

导电可调平板和介质可调平板具有相对于调节斜率基本相同但反向的频率调节曲线，从而使频率控制器得到的组合调频斜率基本上是线性的。

本发明还涉及具有以下特征的介质谐振器：

频率控制器包括至少一个介质调节体，它与所述导电可调平面共同形成一复式结构，并且与同一调节机构相连接，使这个复式结构可相应于所述介质谐振器盘的平面整体地沿垂直方向运动，以改变在该复式结构和该平面之间的间距，

导电可调平面和所述至少一个介质调节体相应于调节斜率具有大致相同，但却反向的频率调节曲线，使频率控制器得到的组合频率调节斜率基本上是线性的。

在本发明中，谐振器频率调节与该介质可调平板有关，并且与该导电可调平板有关，它们的非线性调节曲线具有反向的调节斜率，它们组合形成一具有线性调节曲线的双调节机构或复式调节机构。本发明的优点在于使调频线性化和加大了调节距离，二者都有助于提高调节精度。

下面，将参照附图详细描述本发明的实施例。其中：

图1是已有技术的介质谐振器的截面侧视图，

图2是表示图1的谐振器的谐振频率作为距离L的函数的曲线图，

图3是已有技术另一种介质谐振器的截面侧视图，

图4是表示图3的谐振器的谐振频率作为距离L的函数的曲线图，

图5是本发明的介质谐振器的截面侧视图，

图6是表示图5的谐振器的谐振频率作为距离L的函数的曲线图，

图7是本发明的又一介质谐振器的截面侧视图，

图8是表示图7的谐振器的谐振频率作为距离L的函数的曲线图。

前述文章〔1〕、〔2〕和〔3〕公开的关于介质谐振器的结构、运行和陶瓷制造材料的内容可结合作为本发明的现有技术。在下面的说明中，只着重说明本发明特有的介质谐振器的基本结构部分。

这里所用的介质谐振器术语一般指具有合适的几何形状、其材料具有低介质损耗和高相对介电常数的任何物体。从制造工艺上考虑，介质谐振器常采用圆柱形状，例如圆柱形圆盘。最常用的材料是陶瓷材料。

介质谐振器的电磁场扩展到谐振体外面，它易于与谐振电路的其余部分以各种方式相电磁耦合，这随应用要求的不同而不同，例如用位于谐振器附近的微波传送带导体、感应耦合回路或直导线等实现。

介质谐振器的谐振频率首先由介质谐振器体的尺寸决定。另一个影响谐振频率的因素是谐振器的环境。将金属或任何其他导电体表面、或其他介质物体(称为可调物体)放到谐振器附近，可以影响谐振器的电或磁场，因此影响谐振频率。

本发明的谐振频率调节的方法采用介质调节平板和导电调节平板，它们的调节曲线关于调节斜率是非线性的和反向的，将它们组合形成一双调节结构(见图5的实施例)或一联合调节结构(见图7)，则得到更线性的调节曲线，本发明的优点在于增加了调节距离和线性化程度，从而提高了调节精确度。

图5表示根据本发明制成的具有双调节结构的介质谐振器。该谐振器包括一介质的最好为圆柱面形或圆盘形的谐振体53，装在一用导电材料(如金属)制成的外壳56内，所述体通过一个或数个绝缘支架由其周边表面支撑在金属外壳54的中部。箱54与地电位连接。图5中示出用电感耦连回路55实现与谐振器的连接的例子，回路55提供谐振器的输入和输出端。

这种双调节结构包括一由金属板56制成的导电可调平板和一由陶瓷板57制成的介质可调平板。金属板56放置在外壳54内的谐振器盘53之上的空间60中，与谐振器盘的上表面平行，陶瓷可调平板57放置在外壳54内的谐振器盘53下面的空间61中，与谐振器盘53的下表面平行，调节机构带动可调平板56和57，它带有一可调螺杆51，通过螺纹安装到位于外壳54顶盖中的绝缘套管上。可调螺杆51的下端形成一销钉58，它从谐振器盘53的中心轴孔59穿过伸到谐振器盘53下面的空间61内。金属可调平板56装到可调螺钉杆51的销钉58的上端部，陶瓷可调平板57安装销钉58的下端部。可调螺杆51带动介质可调平板57相对于底表面移动，带动金属可调平板56相对于谐振器53的上表面移动，这是通过同时改变它们与谐振器盘53对应平面的间距到相同的程度、只是方向相反来实现的。当金属可调平板处于最远离谐振器盘53的可调范围L的最远端时，陶瓷可调平面57正处于最靠近谐振器盘53的可调范围端部。这与图5所示的位置一致。频率调节器的第二个极限位置用点划线表示，即可调板56处于最贴近谐振盘53之处，而可调板57处于与谐振盘最远之处。

从图6的曲线可看出，金属可调平板56和介质可调平板57具有频率调节曲线A和B，它们具有大致相同的形状，但相对于调节斜率是反向的，因此频率控制器的组合的调频斜率C基本上是线性的。

图7表示本发明的又一介质谐振器，采用混合调节结构。这个谐振器包括一介质、最好为柱面的谐振器盘73，位于导电材料如金属制的外壳74内，所述谐振盘最好是陶瓷制的，与外壳74的底面间隔一固定间距位于合适的绝缘或导电材料的支柱76上。外壳74接到地电极。图7举例表示利用电感耦连回路75耦合于谐振器的实例，该回路作为谐振器的输入和输出端。

混合调节结构包括一个由一个金属板72构成的导电可调平板，和安装到该导电可调板的底面上的介质可调体77，所述底面对着谐振器圆盘73的上表面，因此形成了一个混合结构，它位于外壳74内的谐振器圆盘73以上的空间内，并且平行于谐振器圆盘73的上表面。这种组合，例如可用粘接实现。这个混合调节器72，77安装到一个调节机构上，该机构包括一个可调螺杆71，它通过螺纹连接到外壳74的套管上，使这个混合结构72，77相对于谐振器圆盘73的平面整体垂直运动，从而改变该混合结构和所述平面之间的距离。

金属可调平面72和介质可调平面77的频率调节曲线形状大致相同，但相对于调节斜率方向相反，因此如图8所示，这个混合调节器的频率调节曲线D基本上为线性。

这里的附图和解释仅仅用于说明上述发明。本发明的谐振器可以在所附的权利要求范围以内作出各种改进和完善。

Claims (5)

1.一种介质谐振器，包括：

一个具有两个平面的介质谐振器圆盘(53)，

一个频率控制器，包括一个调节机构(51)和一个导电可调平板(56)，它基本平行于介质谐振器盘(53)诸平面中的一个平面，并且由调节机构(51)驱动相对于该谐振器盘沿垂直方向运动，通过改变可调平板和介质谐振器盘的所述诸平面之一之间的距离实现谐振频率的调节，以及

一个导电的外壳(54)，其特征在于，

所述频率控制器还包括一个介质可调平板(57)，它与介质谐振器盘(53)诸平面的另一个平行，并且与所述导电可调平板(56)一样连接到相同的调节机构(51，58)，使得介质可调平板(56)相对于所述诸平面的另一个沿垂直方向运动以改变介质可调平板(57)和介质谐振器盘(53)诸平面的所述另一个之间的间距，同时以相同量沿反向改变在导电可调平板(56)和所述一个平面之间的间距，

导电可调平板(56)和介质可调平板(57)的频率调节曲线相对于调节斜率具有类似的形状，但方向相反，使频率控制器的组合频率调节斜率基本上为线性。

2.根据权利要求1的介质谐振器，其特征在于：

介质谐振器盘(53)的边缘支承在外壳(54)上，并且具有一个轴心孔(59)，

频率调节机构包括一根穿过所述孔(59)的可调螺杆(51，58)，

导电可调平板(56)连接到在谐振器圆盘(53)一侧上的可调螺杆(51，58)上，介质可调平板(57)连接到在谐振器圆盘的另一侧上的可调螺杆(51，58)上。

3.一种介质谐振器，包括：

一个具有两个平面的介质谐振器圆盘(73)，

一个频率控制器，包括一个调节机构(71)和一个导电可调平板(72)，它平行于介质谐振器盘(73)诸平面的一个，并且由节机构(71)驱动相对于该谐振器盘沿垂直方向运动，通过改变可调平板和介质谐振器盘诸平面的所述一个之间的距离，实现谐振频率的调节，以及，

一个导电的外壳(74)，其特征在于：

频率控制器还包括至少一个介质可调体(77)，它与所述导电可调平板(72)混合构成一组合结构，并且共同连接到同一调节机构(71)上，使得混合结构(72，77)可以相对于所述谐振器盘(73)诸平面的所述一个沿垂直方向整体移动，用于改变混合结构和所述平面之间的距离，

导电可调平板(77)和所述至少一个介质可调体(72)具有形状类似的频率调节曲线，但关于其调节斜率方向相反，使该混合控制器的频率调节的合成斜率基本上为线性。

4.根据权利要求3所述的介质谐振器，其特征在于，介质可调体(77)是一种装到金属可调平板(72)表面上的介质圆盘，其表面面向谐振器圆盘(73)的所述平面。

5.根据权利要求4或5的介质谐振器，其特征在于：所述组合调节器包括多个安装到该导电可调平板上的介质可调体。

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