CN116031602A - 一种介质波导谐振器和多模介质波导谐振器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种介质波导谐振器和多模介质波导谐振器，包括：介质谐振腔，所述介质谐振腔包括介质本体和包裹所述介质本体的外表面的金属镀层；金属加载界面，所述金属加载界面设置于所述介质本体内，且与所述金属镀层相接；所述金属加载界面与所述介质谐振腔的本征电场方向相交，以降低所述介质谐振腔的主模频率。本申请的实施例提供一种介质波导谐振器和多模介质波导谐振器，通过在介质波导谐振器的介质本体中增加金属加载界面，在保持介质波导谐振器的尺寸、频率、无载Q值不变的情况小，推远了高次模谐波，降低了低通滤波器性能，提升了损耗。

Description

一种介质波导谐振器和多模介质波导谐振器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种介质波导谐振器和多模介质波导谐振器。

背景技术

介质波导滤波器常用的谐振器单元有两种：标准矩形波导TE10模式和加载了盲孔的准TEM模式。

其中，标准矩形波导TE10模式的介质波导滤波器具有功率容量大、无载Q值大的优点，但是其高次模频率接近主模频率，通道带宽窄。

而加载了盲孔的准TEM模式的介质波导滤波器虽然推远了高次模频率，展宽了通道带宽，但是其无载Q值降低。而为了弥补结构带来的损失，必然需要提高介质波导滤波器的体积，导致滤波器的尺寸和参数无法兼顾。

发明内容

本申请实施例提供一种介质波导谐振器和多模介质波导谐振器，通过在介质波导谐振器的介质本体中增加金属加载界面，在保持介质波导谐振器的尺寸、无载Q值不变的情况下，降低了波导谐振器的主模频率，提高了高次模频率与主频频率之间的带宽，降低了低通滤波器性能，提升了损耗。

本申请实施例提供一种介质波导谐振器，包括：

介质谐振腔，所述介质谐振腔包括介质本体和包裹所述介质本体的外表面的金属镀层；

金属加载界面，所述金属加载界面设置于所述介质本体内，且与所述金属镀层相接；

所述金属加载界面与所述介质谐振腔的本征电场方向相交，以降低所述介质谐振腔的主模频率。

在一个实施例中，进一步包括：

盲孔，所述盲孔自介质本体的表面向内凹进，所述盲孔的位于所述介质本体内的底面为所述金属加载界面，所述盲孔的轴向方向与所述介质谐振腔的本征电场方向一致。

在一个实施例中，所述盲孔包括第一盲孔和第二盲孔，所述第一盲孔和第二盲孔分别自所述介质本体的一对相对的表面向内凹进，所述一对相对的表面垂直于所述介质谐振腔的本征电场方向；

所述第一盲孔的位于所述介质本体内的底面为第一金属加载界面，所述第二盲孔的位于所述介质本体内的底面为第二金属加载界面，所述第一金属加载界面和所述第二金属加载界面之间具有一间距、且至少部分地相互重叠。

在一个实施例中，所述第一金属加载界面和所述第二金属加载界面的直径不同。

在一个实施例中，所述第一金属加载界面和所述第二金属加载界面的中心相互对准。

在一个实施例中，所述间距关联于所述高次模频率。

在一个实施例中，所述第一盲孔和第二盲孔中的至少一个为阶梯孔。

在一个实施例中，所述阶梯孔的截面尺寸沿着自介质本体的表面向内的方向逐渐减小。

本发明的另一实施例还提供了一种多模介质波导谐振器，包括：

多个如上所述的介质波导谐振器；

相邻的两个介质波导谐振器之间通过耦合窗耦合。

在一个实施例中，相邻的两个介质波导谐振器的金属加载界面的形状不同。

在本实施例中，介质谐振腔的本征电场方向为连接于介质本体的一对相对的表面之间的方向。而金属加载界面则为位于该对相对的表面之间的一个金属表面，其与介质谐振腔的本征电场方向相交，且位于介质谐振腔的主模最强的位置，以使介质谐振腔内的电(磁)波在金属加载界面和该对相对的表面之间的一个表面之间振荡，而非在该对相对的表面之间振荡，从而缩小了电(磁)波的振荡空间，在介质谐振腔形成一电容加载结构。金属加载界面的存在不仅改变电(磁)波的振荡距离、还可以改变局部电场的方向，其降低了介质谐振腔的主模频率。

本实施例的金属加载界面加载于介质谐振腔的主模最强的位置，由于金属加载界面的设置并未影响介质本体的尺寸和结构，因此对于介质谐振腔自身的尺寸和无载Q值并不产生影响，但是由于降低了主模频率，因此拉远了主模频率和高次模频率之间的距离，而实现了带宽的扩展，从而降低了低通滤波器性能，提升了损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的介质波导谐振器的结构示意图。

图2a和图2b为本发明的介质波导谐振器的主模频率电场矢量图和高次模频率电场矢量图。

图3为本发明的介质波导谐振器的第一实施例的结构示意图。

图4为图3的介质波导谐振器的电场方向矢量图。

图5为本发明的介质波导谐振器的第二实施例的结构示意图。

图6为本发明的介质波导谐振器的第三实施例的结构示意图。

图7为本发明的多模介质波导谐振器的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参考附图详细地描述本申请的示例实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例性实施例的限制。

本申请实施例提供一种介质波导谐振器和多模介质波导谐振器，通过在介质波导谐振器的介质本体中增加金属加载界面，在保持介质波导谐振器的尺寸、频率、无载Q值不变的情况小，推远了高次模谐波，降低了低通滤波器性能，提升了损耗。

图1为本发明的介质波导谐振器的结构示意图。图2a和图2b为本发明的介质波导谐振器的主模频率电场矢量图和高次模频率电场矢量图。

如图1至图2b所示，本发明的一个实施例提供了一种介质波导谐振器1，其特征在于，包括：

介质谐振腔10，介质谐振腔10包括介质本体11和包裹介质本体11的外表面的金属镀层12；

金属加载界面20，金属加载界面20设置于介质本体11内，且与金属镀层12相接；

金属加载界面20与介质谐振腔10的本征电场方向相交，以降低介质谐振腔10的主模频率。

在图1所示的实施例中，介质谐振腔10的本征电场方向为连接于介质本体11的一对相对的表面(如图2a中向下的箭头方向所示)之间的方向。而金属加载界面20则为位于该对相对的表面之间的一个金属表面，其与介质谐振腔10的本征电场方向相交，且位于介质谐振腔10的主模最强的位置(通常为该对表面的中心位置)，以使介质谐振腔10内的电(磁)波在金属加载界面20和该对相对的表面之间的一个表面之间振荡，而非在该对相对的表面之间振荡，从而缩小了电(磁)波的振荡空间，在介质谐振腔10形成一电容加载结构。金属加载界面20的存在不仅改变电(磁)波的振荡距离、还可以改变局部电场的方向，如图2a所示，其降低了介质谐振腔10的主模频率。

本实施例的金属加载界面20加载于介质谐振腔10的主模最强的位置，由于金属加载界面20的设置并未影响介质本体11的尺寸和结构，因此对于介质谐振腔10自身的尺寸和无载Q值并不产生影响，但是由于降低了介质谐振腔10的主模频率，从而推远了高次模频率和主模频率之间的距离，因此实现了带宽的扩展，从而降低了低通滤波器性能，提升了损耗。

在一个具体实施例中，介质谐振器10进一步包括：

盲孔30，盲孔30自介质本体11的表面向内凹进，盲孔30的表面覆盖金属镀层，盲孔30的位于介质本体11内的底面为金属加载界面20，盲孔30的轴向方向与介质谐振腔10的本征电场方向一致。

盲孔30是在介质本体11内形成金属加载界面20的一种实施方式，盲孔30在介质谐振腔10的本征电场方向上并不贯穿介质本体11，而是与其所凹进的表面相对的一侧表面之间形成一间距，该间距小于该对表面之间的距离(例如介质本体的长、宽、高等尺寸)，于是形成了一个减小的振荡空间，从而改变主模频率的位置。

盲孔30的轴向方向可与介质谐振腔10的本征电场方向一致，其底面、也就是盲孔30的截面形状可以选择为圆形、椭圆形、矩形、方形等。图1中示出为圆形的形状。盲孔30的轴向方向的长度(例如高度)可关联于介质谐振腔10的主模频率的位置。

介质本体11内的金属加载界面可不仅仅只有一个，介质本体11内可具有多个相对的金属加载界面，以调节介质本体11内的电场振荡空间。

在如图3所示的第一实施例中，盲孔30包括第一盲孔30a和第二盲孔30b，第一盲孔30a和第二盲孔30b分别自介质本体11的一对相对的表面向内凹进，一对相对的表面垂直于介质谐振腔10的本征电场方向；

第一盲孔30a的位于介质本体11内的底面为第一金属加载界面20a，第二盲孔30b的位于介质本体11内的底面为第二金属加载界面20b，第一金属加载界面20a和第二金属加载界面20b之间具有一间距、且至少部分地相互重叠，以在第一金属加载界面20a和第二金属加载界面20b之间形成电场振荡空间。

本实施例与图1所示的实施例相比，将一个盲孔分解为分别自一对相对的表面内凹的一对盲孔，能够在实现相同的电场振荡空间的情况下，大幅缩小单个盲孔的高度，从而提高了介质谐振腔10的调节范围、且降低了本实施例的介质波导滤波器的加工难度。

在如图3所示的实施例中，第一金属加载界面20a和第二金属加载界面20b的直径不同。在一个优选实施例中，第一金属加载界面20a和第二金属加载界面20b的中心相互对准，其可与介质本体11的该对相对表面的中心点重合。

如图4所示，这种尺寸不同的金属加载界面可在第一金属加载界面20a和第二金属加载界面20b的边缘之间形成与本征电场方向(即主模方向)具有一夹角的电场方向，在对该电场方向进行正交分解后可方向，其有助于增强主模方向分量和推远高次模频率。

在本实施例中，一对金属加载界面之间的间距关联于主模频率的位置。例如，一对金属加载界面之间的间距越小，高次模频率的位置距离主模频率的位置越远。

盲孔30的截面形状可以选择为如图1和图3所示的沿着盲孔30的轴向方向尺寸(直径)不变，或者可以选择为沿着盲孔30的轴向方向尺寸阶梯性或者渐进性变化。盲孔30的截面尺寸会对介质谐振腔10的无载Q值产生影响，为了避免盲孔的开设减小了介质谐振腔10的无载Q值，可通过使盲孔30的截面尺寸的局部减小而减小该影响。

例如如图5和图6所示的，第一盲孔30a和第二盲孔30b中的至少一个为阶梯孔。

在图5所示的实施例中，第一盲孔30a为阶梯孔，而第二盲孔30b为截面尺寸不变的柱形孔。而在图6所示的实施例中，第一盲孔30a和第二盲孔30b均为阶梯孔。

其中，出于加工的便利性以及盲孔的截面尺寸对于无载Q值的影响考虑，阶梯孔的截面尺寸沿着自介质本体11的表面向内的方向(主模方向)逐渐减小。

当盲孔为阶梯孔时，其金属加载界面为位于该盲孔的底端的、尺寸最小的那个截面。可以想象的，如图1所示的具有单个盲孔的情况下，该盲孔也可实现为阶梯孔的形式。

在图5和图6所示的第二和第三实施例中可以看到，通过盲孔的数量、截面尺寸、截面形状等多个不同参数的组合，本发明的介质波导谐振器可同时实现对于主模频率的降低和对于高次模频率的推远，且调节的方式多样化可导致调节参数范围扩大化，从而在介质谐振腔尺寸不变的情况下实现最优的性能。也可想到的，通过本发明的介质波导谐振器也可在性能相同的情况下大幅减小谐振腔的尺寸。

如图7所示，本发明的另一实施例还提供了一种多模介质波导谐振器100，包括：

多个如图1、图3至图6中任一图片所示的介质波导谐振器1，其中，相邻的两个介质波导谐振器1之间通过耦合窗2耦合。

在一个具体实施例中，相邻的两个介质波导谐振器1的介质本体11可一体成型，其外表面覆盖连接为一体的金属镀层。耦合窗2开设于相邻的两个介质波导谐振器1之间，其可为自介质本体11的表面内凹的窗口。在一个优选实施例中，耦合窗2开设的表面与盲孔30开设的表面不同或相同。

在一个优选实施例中，相邻的两个介质波导谐振器1的类型不同，具体地，可实现为其金属加载界面20的形状不同，即盲孔30的截面形状不同。

例如，在图7所示的示例中，其中一个介质波导谐振器1具有一对阶梯盲孔30a和30b，其金属加载截面的形状为矩形，而另一个介质波导谐振器1具有一对阶梯盲孔30a'和30b'，其金属加载截面的形状为圆形。

可选地，相邻的两个介质波导谐振器1的类型不同，也可实现为其金属加载界面20的数量不同，例如，其中一个介质波导谐振器1具有一个金属加载界面，而另一个介质波导谐振器1具有一对金属加载界面。

可选地，相邻的两个介质波导谐振器1的类型不同，也可实现为其金属加载界面20的尺寸不同，等等。

相邻的两个介质波导谐振器1的类型不同可避免两个介质波导谐振器1的主模频率的耦合。

在本发明的介质波导谐振器和多模介质波导谐振器中，介质谐振腔的本征电场方向为连接于介质本体的一对相对的表面之间的方向。而金属加载界面则为位于该对相对的表面之间的一个金属表面，其与介质谐振腔的本征电场方向相交，且位于介质谐振腔的主模最强的位置，以使介质谐振腔内的电(磁)波在金属加载界面和该对相对的表面之间的一个表面之间振荡，而非在该对相对的表面之间振荡，从而缩小了电(磁)波的振荡空间，在介质谐振腔形成一电容加载结构。金属加载界面的存在不仅改变电(磁)波的振荡距离、还可以改变局部电场的方向，其降低了介质谐振腔10的主模频率。

本实施例的金属加载界面加载于介质谐振腔的主模最强的位置，由于金属加载界面的设置并未影响介质本体的尺寸和结构，因此对于介质谐振腔自身的尺寸和无载Q值并不产生影响，但是由于降低了介质谐振腔10的主模频率，而推远了高次模频率和主模频率之间的距离，因此实现了带宽的扩展，从而降低了低通滤波器性能，提升了损耗。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种介质波导谐振器(1)，其特征在于，包括：

介质谐振腔(10)，所述介质谐振腔(10)包括介质本体(11)和包裹所述介质本体(11)的外表面的金属镀层(12)；

金属加载界面(20)，所述金属加载界面(20)设置于所述介质本体(11)内，且与所述金属镀层(12)相接；

所述金属加载界面(20)与所述介质谐振腔(10)的本征电场方向相交，以降低所述介质谐振腔(10)的主模频率。

2.根据权利要求1所述的介质波导谐振器(1)，其特征在于，进一步包括：

盲孔(30)，所述盲孔(30)自介质本体(11)的表面向内凹进，所述盲孔(30)的位于所述介质本体(11)内的底面为所述金属加载界面(20)，所述盲孔(30)的轴向方向与所述介质谐振腔(10)的本征电场方向一致。

3.根据权利要求2所述的介质波导谐振器(1)，其特征在于，所述盲孔(30)包括第一盲孔(30a)和第二盲孔(30b)，所述第一盲孔(30a)和第二盲孔(30b)分别自所述介质本体(11)的一对相对的表面向内凹进，所述一对相对的表面垂直于所述介质谐振腔(10)的本征电场方向；

所述第一盲孔(30a)的位于所述介质本体(11)内的底面为第一金属加载界面(20a)，所述第二盲孔(30b)的位于所述介质本体(11)内的底面为第二金属加载界面(20b)，所述第一金属加载界面(20a)和所述第二金属加载界面(20b)之间具有一间距、且至少部分地相互重叠。

4.根据权利要求3所述的介质波导谐振器(1)，其特征在于，所述第一金属加载界面(20a)和所述第二金属加载界面(20b)的直径不同。

5.根据权利要求3所述的介质波导谐振器(1)，其特征在于，所述第一金属加载界面(20a)和所述第二金属加载界面(20b)的中心相互对准。

6.根据权利要求3所述的介质波导谐振器(1)，其特征在于，所述间距关联于所述高次模频率。

7.根据权利要求3所述的介质波导谐振器(1)，其特征在于，所述第一盲孔(30a)和第二盲孔(30b)中的至少一个为阶梯孔。

8.根据权利要求7所述的介质波导谐振器(1)，其特征在于，所述阶梯孔的截面尺寸沿着自介质本体(11)的表面向内的方向逐渐减小。

9.一种多模介质波导谐振器(100)，其特征在于，包括：

多个如权利要求1至8中任一权利要求所述的介质波导谐振器(1)；

相邻的两个介质波导谐振器(1)之间通过耦合窗(2)耦合。

10.根据权利要求9所述的多模介质波导谐振器(100)，其特征在于，相邻的两个介质波导谐振器(1)的金属加载界面(20)的形状不同。

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