CN114335968A - 一种双模介质谐振器及滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双模介质谐振器及滤波器，双模介质谐振器包括顺次连接的第一腔、第二腔和第三腔，第二腔的横截面不小于第一腔的横截面、不小于第三腔的横截面；第一腔、第二腔和第三腔所形成的整体的外表面被第一金属层包围；双模介质谐振器还包括介质体，介质体设置于第二腔内，且与第二腔的腔壁紧密接触；介质体与第一金属层接触的区域均涂覆第二金属层；介质体外侧面形成有用于调节谐振频率的频率调试结构。将介质体放置于顺次连接的第一腔、第二腔、第三腔的第二腔，并与该第一腔、第二腔、第三腔形成一个整体，该整体被第一金属层包围，构成一完整的介质双模谐振器，使谐振器结构紧凑，体积小。

Description

一种双模介质谐振器及滤波器

【技术领域】

本发明涉及无线通信射频技术领域，尤其是涉及一种双模介质谐振器及应用该种双模介质谐振器的滤波器。

【背景技术】

随着无线通信事业的迅速发展以及无线电频谱资源的日益紧张，特别是高质量5G通信的迫切需要，无线通信器件迎来新的机遇与挑战。作为射频前端重要的组成部分，滤波器被用来在通带内低损耗的传输所需信号而在有限阻带内抑制不需要的信号，其性能的好坏直接影响通信系统的整体性能。

另外，无线通信系统节能减排的要求和系统小型化、高性能化等趋势要求，滤波器的小型化和高实现性能也需要跟上趋势。谐振器作为滤波器单元，也需要小型化和高性能，以满足滤波器的小型化和性能要求。

双模谐振器具有两个简并模，对应有两个谐振频率；相对于使用单模谐振器，使用双模谐振器的滤波器，减少了使用谐振器的个数，从而有效地减小了滤波器的体积，同时还使滤波器具有高Q值且性能指标好等高实现性的优点。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、小型化的双模介质谐振器及其滤波器。

本发明的第一方面提供一种双模介质谐振器，包括顺次连接的第一腔、第二腔和第三腔，所述第二腔的横截面不小于所述第一腔的横截面、不小于所述第三腔的横截面；所述第一腔、第二腔和第三腔所形成的整体的外表面被第一金属层包围；所述双模介质谐振器还包括介质体，所述介质体设置于所述第二腔内，且与所述第二腔的腔壁紧密接触；所述介质体与所述第一金属层接触的区域均涂覆第二金属层；所述介质体外侧面形成有用于调节谐振频率的频率调试结构。

作为优选的技术方案，所述双模介质谐振器还包括金属腔体，所述金属腔体的内壁形成所述第一腔、第二腔和第三腔；所述第一金属层涂覆在所述金属腔体的内壁。

作为优选的技术方案，所述介质体为陶瓷介质体，所述陶瓷介质体与所述金属腔体的内壁接触的表面涂覆所述第二金属层；所述第一腔、第二腔和第三腔为空气腔，所述陶瓷介质体与所述第一腔、第三腔连接的表面不涂覆所述第二金属层或第一金属层。

作为优选的技术方案，所述双模介质谐振器具有两个互相垂直的谐振方向，所述频率调试结构设置在所述介质体的与至少一个谐振方向对应的外侧面设置，且所述介质体在对应于所述频率调试结构的位置均涂覆所述第二金属层；所述金属腔体对应每个所述频率调试结构开设有辅助调试通孔。

作为优选的技术方案，所述频率调试结构为凹槽形式的频率槽，其高度与所述介质体的高度一致。

作为优选的技术方案，所述第一腔、第二腔、第三腔及介质体的形状分别为长方体形或正方体形。

作为优选的技术方案，所述频率槽分别设置在所述介质体的外侧面的中间区域。

作为优选的技术方案，所述频率调试结构为盲孔形式的频率孔，所述辅助调试通孔的尺寸比介质体的频率调谐孔的尺寸大。

作为优选的技术方案，还包括贯穿所述介质体高度方向开设的非金属化的耦合通槽，所述耦合通槽的内壁不涂覆所述第一金属层或第二金属层；所述耦合通槽用于改变耦合量。

作为优选的技术方案，所述耦合通槽以通孔形式位于所述介质体内，或者以凹槽形式形成在所述介质体外侧面。

作为优选的技术方案，所述耦合通槽为长方形通孔，所述长方形通孔的长边与所述谐振方向形成的夹角大于0度小于90度。

进一步地，所述金属腔体在所述第一腔的底部和第三腔的底部开设有用于能量传输的耦合窗口；所述金属腔体在对应于所述第一腔或第二腔的位置还开设有螺杆孔，所述螺杆孔内设置有用于调节耦合量的耦合调试螺杆。

本发明的第二方面提供一种滤波器，所述滤波器包括如上所述的双模介质谐振器。

本发明通过将将介质体放置于顺次连接的第一腔、第二腔、第三腔的第二腔，并与该第一腔、第二腔、第三腔形成一个整体，该整体被第一金属层包围，构成一完整的介质双模谐振器，使谐振器结构紧凑，体积小。

【附图说明】

图1为本发明一实施例提供的滤波器的示意图；

图2是图1所示滤波器使用的双模介质谐振器的剖面示意图；

图3是图1滤波器的双模介质谐振器的透视示意图；

图4是图3双模介质谐振器具有耦合通槽的透视示意图；

图5是图4所示双模介质谐振器的俯视透视示意图；

图6是图5所示双模介质谐振器的介质体的立体示意图；

图7是本发明另一个实施例提供的双模介质谐振器的俯视透视示意图；

图8是图7所示双模介质谐振器的俯视透视示意图；

图9是本发明另一个实施例提供的双模介质谐振器的立体示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例一：

参考图1，本发明提供一种滤波器100包括若干双模介质谐振器50，且多个双模介质谐振器50呈直线式级联排列，相邻的两个双模介质谐振器50之间通过耦合窗口60进行能量的耦合。双模介质谐振器50可设置耦合调试螺杆5用于调节耦合量。双模介质谐振器50可设置辅助调试通孔126方便调试。

参考图1、图2、图3和图6，双模介质谐振器包括金属腔体1和介质体2。金属腔体1的内壁涂覆第一金属层，使产品整体性能保持一致。金属腔体1包括形成在其内部顺次连接的第一腔11、第二腔12和第三腔13，具体地说，第一腔11、第二腔12和第三腔13为空气腔，第二腔12设置于第一腔11和第三腔13之间。顺次连接的第一腔11、第二腔12和第三腔13所形成的整体的外表面被所述第一金属层包围。第二腔12的横截面不小于第一腔11的横截面、不小于第三腔13的横截面，例如，第二腔12的长度不小于第一腔11的长度，也不小于第三腔13的长度；第二腔12的宽度不小于第一腔11的宽度，也不小于第三腔13的宽度。优选地，第一腔11和第三腔13的高度及尺寸一样，且第一腔11正对第三腔13。

介质体2设置于第二腔12内，且与第二腔12的腔壁紧密接触；介质体2与第二腔12腔壁接触的区域均涂覆第二金属层20(见图5)，可以理解地，介质体2与第一金属层接触的区域即为介质体2与第二腔12腔壁接触的区域；第二金属层20的金属材料优选选用银或金等；优选地，第一金属层与第二金属层20都选用使性能更优的相同材质。金属腔体1的金属材料一般选用铝或铜，将银或金材质的第一金属层电镀到金属腔体1内壁，既能保证和提高产品的接地性能，同时也能稳定和提高Q值。

可理解地，因为金属腔体1的内壁涂覆有第一金属层，所以，第一腔11、第二腔12和第三腔13这三者所形成的整体的外表面被第一金属层包围，具体地，第一腔11的四个侧面及其远离第二腔12的顶面、第三腔13的四个侧面及其远离第二腔12的底面、第二腔12的四个侧面及其顶面、底面中未被第一腔11和第三腔13覆盖的面积均被第一金属层包围。

在第二腔12的长度大于第一腔11的长度、大于第三腔13的长度以及第二腔12的宽度大于第一腔11的宽度、第三腔13的宽度的情况下，第二腔12与第一腔11、第三腔13的连接处会形成台阶，介质体2的顶面、底面中会有一部分区域与金属腔体1内壁的连接，介质体2顶面、底面中与金属腔体1内壁接触的区域也均涂覆第二金属层20。即，介质体2与金属腔体1内壁接触的区域均涂覆第二金属层20。介质体2与第二腔12腔壁(或金属腔体1的内壁)未接触的区域不涂覆第二金属层20，以裸露出介质本体。

本实施例中，金属腔体1由扣合在一起的两个半壳形成，其中一个半壳形成第一腔11以及第二腔12的一部分，另一个半壳形成第二腔12的一部分和第三腔13，即，第二腔12由两个半壳共同形成，方便装配介质体2。优选地，该两个半壳的尺寸完全相同，以增加零部件的复用率。在替换的方案中，其中一个半壳形成第一腔11的一部分、第二腔12的一部分以及第三腔13的一部分，另一个半壳形成第一腔11的剩余部分、第二腔12的剩余部分以及第三腔13的剩余部分，即，每一个腔均由两个半壳共同形成。

本实施例中，介质体2为陶瓷介质体，并且陶瓷介质体与金属腔体1内壁接触的区域均涂覆第二金属层20，陶瓷介质体与第一腔11、第三腔13连接的表面不涂覆第一金属层或第二金属层20。陶瓷介质体可靠性好，对温度的变化不敏感，同时耐腐蚀性能好。将陶瓷介质体装配在金属腔体1内，使介质体2与其紧密结合得到保护，也发挥了金属腔体1不易破损和介质体2可以小型化的各自优点。在生产和使用中，可以对金属腔体1的对应于第一腔11与第三腔13的腔壁的位置加厚，使三个腔的外壁(也就是金属腔体1的外侧面)看起来平齐，即，整个双模介质谐振器50具有相对平齐的表面(见图1)。

双模介质谐振器50的级联方向与第一腔11、第二腔12、第三腔13的排列方向相同。耦合窗口60开设在双模介质谐振器50的第一腔11的远离第二腔11的顶面和第三腔13的远离第二腔的底部，使能量可贯穿双模介质谐振器50，使双模介质谐振器50之间能量耦合。耦合调试螺杆5设置在双模介质谐振器50的与第一腔11或第三腔13对应的位置，用于调节耦合量。辅助调试通孔126设置在双模介质谐振器50的与第二腔12对应的位置。

参考图3，双模介质谐振器50能够产生两个谐振频率，具有两个谐振频率对应的两个互相垂直的谐振方向，即两个正交谐振模式(两个简并模)；具体地，两个正交谐振模式包括第一模式电场31和第二模式电场32，第一模式电场31的谐振方向与第二模式电场32的谐振方向互相垂直。

参考图3和图4，为了实现双模介质谐振器50的高Q值及提高滤波器100的性能，介质体2的外侧面形成有频率调试结构6，用于调节谐振频率；具体地，频率调试结构6对应两个互相垂直的谐振方向设置，优选地，每个谐振方向都设置有频率调试结构6，但也可以只在其中一个谐振方设置频率调试结构6。本实施例中，频率调试结构6为形成在介质体2的侧面的凹槽形式的频率槽21(见图6)，其高度与介质体2的高度一致。频率槽21的表面也涂覆第二金属层20。频率槽21的深度可以不一致，以满足实际的谐振频率调节需要。通过改变频率槽21的深度，可以调节谐振频率。

介质体2在对应于每个频率调试结构6的位置均涂覆第二金属层20，使产品整体性能保持一致并稳定Q值，并且避免两个简并模经频率调试结构6发生耦合效应；优选地，频率调试结构6设置在第一模式电场31和第二模式电场32的谐振最强最集中的区域(即两个互相垂直谐振方向的形成十字状的中间区域)，频率调试结构6设置介质体2的外侧面与十字状的中间区域的共线处时，调节谐振频率效果最明显；为了方便对频率调试结构6的调试，在金属腔体1对应每个频率调试结构6开设有辅助调试通孔126(见图1)。

可以理解的，辅助调试通孔126设置在第二腔12的腔壁，辅助调试通孔126设置的数量与频率调试结构6设置的数量相同，以方便对每个频率调试结构6调节具体需要的频率；且每个辅助调试通孔126的形状及尺寸根据每个频率调试结构6的形状及尺寸大小设置。可以理解地，为了方便生产及频率调试更简单方便，双模介质谐振器50内的频率调试结构6的形状尺寸保持一致。

本发明不对金属腔体1和介质体2的形状作限制，但在更优选的方案中，参考图1至图8，金属腔体1和介质体2的形状为长方体形或正方体形；频率槽21分别对应两个谐振方向设置在长方体形或正方体形的介质体2的外侧面；本实施例中，频率槽21分别对称地设置在介质体2的四个外侧面的中间区域。

参考图4、图5和图6，进一步的，在双模介质谐振器50应用于滤波器100时，双模介质谐振器50中，贯穿介质体2的上下表面开设有一个非金属化的耦合通槽22，用于传输能量，使能量从第一腔11与第三腔13之间传输，使两个简并模之间耦合。耦合通槽22的内壁不涂覆第二金属层20或第一金属层。耦合通槽22尺寸大小的改变，能够改变耦合量。

耦合通槽22设置的位置不限，例如，参考图5，可以设置在介质体2的中心，在本实施例中，参考图6，耦合通槽22开设在陶瓷介质体与第二腔体12内壁未接触的区域。

参考图4、图5和图6，优选地，耦合通槽22的形状为长方体通孔，长方形通孔的长边相对于两个垂直的谐振方向的任一谐振方向形成的夹角大于0度小于90度；长方形通孔的长度和宽度的改变，都能够改变耦合量。当然，通过改变长方形通孔的角度或改变其长度和宽度以改变其尺寸的其中一种方式，也能够改变耦合量。这样使本发明能够更灵活和多渠道地改变耦合量。

需要强调的是，耦合通槽22的耦合方向不能与互相垂直的第一模式电场31和第二模式电场32的任一电场的谐振方向重合，即耦合通槽22的耦合方向不能与第一模式电场31和第二模式电场32中的任一电场的谐振方向呈0度、90度、180度、270度及360度的方向的角度，从而避免耦合通槽22的耦合被电场影响。

参考图1，为了实现多渠道调节耦合量，使耦合调节更方便，金属腔体1的腔壁沿着耦合窗口的长度方向还进一步地开设有螺杆孔，螺杆孔为通孔，螺杆孔内设置有用于调节耦合量的耦合调试螺杆5。可以理解地，螺杆孔设置在第一腔或第三腔或上述两个腔的腔壁。

在本实施例中，频率槽21用于调试频率；耦合调试螺杆5用于调节耦合量，频率槽21与耦合调试螺杆5的调节互相不影响。本发明这样的设计，大幅降低了各性能调试的难度，且使调节更加简单和灵活。

实施例二：

参考图7和图8，该实施例与实施例一的主要区别在于，耦合通槽22不是设置在介质体2的中心，而是设置在其他位置，例如形成在介质体2的外侧面：设置在方形的介质体2的四个角中的任意一个角，即将介质体2的其中一个角及其金属层20切除掉一部分形成一个凹槽形式的通槽，且通槽内裸露出介质，通过改变该通槽的尺寸大小的改变，改变耦合量。

实施例三：

参考图9，该实施例与实施例一的主要区别在于，介质体2的频率调试结构6为频率调试孔28，频率调试孔28为盲孔，形成在介质体2的侧壁。第二腔12的辅助调试通孔126与介质体2的频率调谐孔28对应设置且辅助调试通孔126的尺寸要比频率调谐孔28的尺寸大。通过较大的辅助调试通孔126对较小的频率调谐孔28进行调节频率时，这样的结构设计，对频率调试孔28进行操作的空间足够大，使调节的角度和位置不受限制。

可以理解地，频率调试孔28为盲孔，频率调试孔28的孔壁涂覆第二金属层20，其涂覆的金属材料与介质体2和金属腔体1内壁涂覆的第一金属层的金属材料一致，使产品整体性能保持一致。

本实施例对频率调谐孔的形状不作限制，可以是圆形、椭圆形或方形等。

频率调试孔28用于调试频率；耦合调试螺杆5用于调节耦合量，频率调谐孔28与耦合调试螺杆5的调节互相不影响。这样的设计，大幅降低了各性能调试的难度，且使调节更加简单和灵活。

上述实施例一和实施例二的双模介质谐振器50的设计具有紧凑的结构，实现了体积的小型化的同时，还具有高Q值，使双模介质谐振器50使用到滤波器100中，不仅减少使用谐振器的个数，实现了小型化，同时双模介质谐振器50的小型化也更有效地实现了滤波器100的小型化，并且双模介质谐振器50还使滤波器100具有高Q值且性能指标好等高实现性的优点。

以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双模介质谐振器，其特征在于：包括顺次连接的第一腔、第二腔和第三腔，所述第二腔的横截面不小于所述第一腔的横截面、不小于所述第三腔的横截面；所述第一腔、第二腔和第三腔所形成的整体的外表面被第一金属层包围；所述双模介质谐振器还包括介质体，所述介质体设置于所述第二腔内，且与所述第二腔的腔壁紧密接触；所述介质体与所述第一金属层接触的区域均涂覆第二金属层；所述介质体外侧面形成有用于调节谐振频率的频率调试结构。

2.根据权利要求1所述的双模介质谐振器，其特征在于：所述双模介质谐振器还包括金属腔体，所述金属腔体的内壁形成所述第一腔、第二腔和第三腔；所述第一金属层涂覆在所述金属腔体的内壁。

3.根据权利要求2所述的双模介质谐振器，其特征在于：所述介质体为陶瓷介质体，所述陶瓷介质体与所述金属腔体的内壁接触的表面涂覆所述第二金属层；所述第一腔、第二腔和第三腔为空气腔，所述陶瓷介质体与所述第一腔、第三腔连接的表面不涂覆所述第二金属层或第一金属层。

4.根据权利要求2所述的双模介质谐振器，其特征在于：所述双模介质谐振器具有两个互相垂直的谐振方向，所述频率调试结构设置在所述介质体的与至少一个谐振方向对应的外侧面设置，且所述介质体在对应于所述频率调试结构的位置均涂覆所述第二金属层；所述金属腔体对应每个所述频率调试结构开设有辅助调试通孔。

5.根据权利要求4所述的双模介质谐振器，其特征在于：所述频率调试结构为凹槽形式的频率槽，其高度与所述介质体的高度一致。

6.根据权利要求5所述的双模介质谐振器，其特征在于：所述频率槽设置在所述介质体的外侧面的中间区域。

7.根据权利要求4所述的双模介质谐振器，其特征在于：所述频率调试结构为盲孔形式的频率孔，所述辅助调试通孔的尺寸比介质体的频率调谐孔的尺寸大。

8.根据权利要求1所述的双模介质谐振器，其特征在于：还包括贯穿所述介质体高度方向开设的非金属化的耦合通槽，所述耦合通槽的内壁不涂覆所述第一金属层或第二金属层；所述耦合通槽用于改变耦合量；所述耦合通槽以通孔形式位于所述介质体内，或者以凹槽形式形成在所述介质体外侧面。

9.根据权利要求2所述的双模介质谐振器，其特征在于：所述金属腔体在所述第一腔的远离所述第二腔的底部、第三腔的远离所述第二腔的底部的至少其中之一开设有用于能量传输的耦合窗口；所述金属腔体在对应于所述第一腔或第二腔的位置还开设有螺杆孔，所述螺杆孔内设置有用于调节耦合量的耦合调试螺杆。

10.一种滤波器，其特征在于：所述滤波器包括权利要求1-9任意一项所述的双模介质谐振器。

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