CN1269913A - 多模式介质谐振装置、介质滤波器、复合介质滤波器、合成器、分配器和通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种包含多级的小尺寸谐振器的介质谐振装置和具有高的Qo值的多模式介质谐振装置。在大致上成平行六面体形状的腔体的中心部分设置大致成平行六面体形状的介质芯,以诸如TM01δ－x、TM01δ－y和TM01δ－z以及TE01δ－x、－y、－z等模式的多模式谐振,以利用这些谐振模式。

Description

多模式介质谐振装置、介质滤波器、复合 介质滤波器、合成器、分配器和通信装置

技术领域

本发明涉及一种电子元件，本发明尤其涉及一种介质谐振装置、介质滤波器、复合介质滤波器、合成器、分配器和包含它们的通信装置，其中每一种都以多模式工作。

背景技术

一种介质谐振器作为一种尺寸小，无载Q(Qo)高的谐振器，其中，电介质中的电磁波重复地全部自电介质和空气之间的边界反射，以同相地返回到其原来的位置，由此产生谐振。作为介质谐振器的模式，已知TE模式和TM模式，它在将具有圆形或矩形截面的电介质杆切割为在电介质杆中传播的TE模式或TM模式的长度s·λg/2(λg表示波导波长，s是整数)时得到。当截面的模式是TM01模式，上述的s＝1时，得到TM01δ模式的谐振器。当截面的模式是TE01模式，并且s＝1时，得到TE01δ模式介质谐振器。

在这些介质谐振器中，将柱状的TM01δ模式介质芯或TE01δ模式介质芯安排在圆形波导或矩形波导中作为腔体，这干扰了介质谐振器的谐振频率，如图26所示。

图27说明了介质谐振器的上述两个模式的电磁场分布。这里，实线表示电场，虚线表示磁场。

在具有多级的介质谐振装置由包含这种介质芯的介质谐振器形成的情况下，将多个介质芯安排在腔体中。在图26所示的例子中，将(A)中所示的TM01δ模式介质芯沿轴向安排，或将(B)中所示的TE01δ模式介质芯安排在相同的平面内。

但是，在这样的传统的介质谐振器中，为了提供多级谐振器，需要以高度的精密度放置和固定多个介质芯。相应地，产生的问题是难以得到均匀特性的介质谐振装置。

另外，传统的，已经使用TM模式介质谐振器，它们都具有柱状或十字形介质芯，整体地设置在腔体中。在这种类型的介质谐振装置中，TM模式可以在限定的空间内多路传输，从而可以得到小型化、多级的介质谐振装置。但是，电磁场能量在磁心上的浓度低，并且有真实的电流流过形成在腔体上的导体薄膜。相应地，有一个问题，即，通常无法达到可以和TE模式介质谐振器相比的高的Qo。

发明揭示

本发明的一个目的是提供一种包含小尺寸的，具有多级的谐振器的介质谐振装置和具有高Qo的多模式介质谐振装置。

另外，本发明的另一个目的是提供介质滤波器、复合介质滤波器、合成器、分配器和通信装置，每一种都包含上述的多模式介质谐振器。

在本发明的多模式介质谐振装置中，如权利要求1所述，将大致上平行六面体形状的介质芯安排在大致上平行六面体形状的腔体的中心，并产生磁场在平行于X、Y、Z直角坐标的Y-Z平面的平面中旋转的TM01δ-x模式和磁场在平行于X-Z平面的平面内旋转的TM01δ-y模式。另外，如权利要求2所述，产生磁场在平行于X、Y、Z直角坐标的Y-Z平面的平面中旋转的TM01δ-x模式、磁场在平行于X-Z平面的平面内旋转的TM01δ-y模式和磁场在平行于X-Y平面的平面内旋转的TM01δ-z模式。如上所述，由于将大致上平行六面体形状的介质芯设置在大致上平行六面体形状的腔体的大致上的中心，增强了电磁场能量在介质芯上的集中程度，并且使流过腔体的真实电流变细。相应地，可以增强Qo。另外，虽然介质芯和腔体分别是单个的，但是可以使用两个或三个TM模式，并且可以整体地实现小型化。

在本发明的多模式介质谐振器装置中，如权利要求3所述，将大致上平行六面体形状的介质芯安排得大致上在平行六面体形状的腔体的中心，并产生磁场在平行于X、Y、Z直角坐标的Y-Z平面的平面中旋转的TM01δ-x模式和磁场在平行于X-Z平面的平面内旋转的TE01δ-y模式。另外，如权利要求4所述，产生磁场在平行于X、Y、Z直角坐标的Y-Z平面的平面中旋转的TE01δ-x模式、磁场在平行于X-Z平面的平面内旋转的TE01δ-y模式和磁场平行于X-Y平面的平面内旋转的TE01δ-z模式。如此，虽然是TE模式，但是可以进行多路传输，即，双重或三重，并且可以使整体小型化。

在本发明的多模式介质谐振装置中，如权利要求5所述，上述双重或三重TM模式和双重或者三重TE模式分别由单个的介质芯和腔体产生。相应地，可以得到使用TM模式和TE模式的介质谐振装置。另外，由于介质谐振器装置具有多模式，即至少四个模式，故它可以整体地小型化。当独立地使用上述多路复用的谐振模式，而各个谐振模式不相互耦合时，可以通过使用单个的介质芯形成包含诸如带阻滤波器、合成器、分配器等等多个谐振器的电路，从而其尺寸较小。

本发明的多模式介质谐振器装置中，如权利要求6所述，通过耦合如权利要求1到5的任意一条所述的介质谐振装置的各个模式的预定模式使谐振器实现多级。由此，形成一种谐振器装置，其中多个介质谐振器连接成多级。例如，可以得到具有带通型滤波器特性的介质谐振装置。另外，通过相继耦合多个谐振模式中的一些谐振模式，并将其它的谐振模式设置得独立，可以形成其中组合了带通滤波器和带阻滤波器的滤波器。

根据本发明，如权利要求7所述，通过设置用于外部耦合介质谐振装置的预定模式的外部耦合装置形成介质滤波器。

根据本发明，如权利要求8所述，形成一种复合介质滤波器，它包含多个介质滤波器，并具有至少三个端口。

根据本发明，如权利要求9所述，一种合成器包含外部耦合装置，用于分别独立地外部耦合到介质谐振装置的多个预定模式，还有公共外部耦合装置，用于公共地外部耦合到多模式介质谐振装置的多个预定模式，其中，公共外部耦合装置是输出端，多个独立的外部耦合装置是输入端。

根据本发明，如权利要求10所述，一种分配器，包含独立的外部耦合装置，用于分别独立地外部耦合到介质谐振装置的预定的模式，还有公共的外部耦合装置，用于公共地外部耦合到介质谐振装置的多个预定的模式，其中公共外部耦合装置是输入端，多个独立的外部耦合装置是输出端。

另外，根据本发明，如权利要求11所述，一种通信装置由设置在高频部分的上述复合介质滤波器、合成器和分配器形成。

附图概述

图1是透视图，示出根据第一实施例的多模式介质谐振器的基本部分。

图2由几个截面图构成，示出在上述谐振装置的各个模式中的电磁场分布。

图3由几个截面图构成，示出在上述谐振器的各个模式中的电磁场分布。

图4由几个截面图构成，示出上述谐振装置的各个模式中的电磁场分布。

图5是透视图，示出根据第二实施例的多模式介质谐振器的基本部分。

图6说明制造上述谐振装置的过程的例子。

图7是曲线图，示出当谐振装置部分的尺寸变化时各个模式的谐振频率产生的变化。

图8是曲线图，示出当谐振装置部分的尺寸改变时，各个模式的谐振频率产生的变化。

图9是透视图，示出根据第三实施例的多模式介质谐振装置的介质芯部分的构成。

图10是曲线图，示出当上述谐振装置的凹槽的深度改变时，各个模式的谐振频率发生的变化。

图11是透视图，示出一个介质芯部分，它用于描述用于耦合根据第四到第六实施例的每一种多模式谐振装置的各个谐振模式的耦合装置。

图12当根据第四实施例的多模式介质谐振装置的两个TM模式相互耦合时引起的电磁场分布的例子。

图13由几个透视图构成，示出上述谐振装置的两个谐振模式的磁场分布的例子。

图14说明耦合孔的构成，它用于耦合上述谐振装置的两个谐振模式。

图15说明了根据第五实施例的多模式介质谐振装置的电磁场分布和耦合调节孔(coupling-conditioning hole)。

图16说明了根据第六实施例的多模式介质谐振装置中各个模式的电磁场分布。

图17说明了图16所示的a-a部分截面中的两个模式的电磁场分布。

图18说明了在图16所示的第一级和第二级谐振模式的耦合调节孔的配置。

图19说明了图16所示的b-b部分的截面中电场分布。

图20说明了用于耦合图16所示的第二级和第三级谐振模式的凹槽配置。

图21说明了图16所示的a-a部分的截面中的电场分布。

图22说明了图16所示的第三级和第四级谐振模式的耦合调节的凹槽的配置。

图23说明图16所示的b-b部分的截面中的电场分布。

图24说明用于调节图16所示的第四级和第五级谐振模式的耦合的凹槽的配置。

图25由几个透视图构成，示出根据第七实施例的多模式介质谐振装置的主要部分的构成的例子。

图26由部分分解透视图构成，每一个示出一种传统的介质谐振装置的构成的例子。

图27说明了传统的单个模式介质谐振器中的电磁场分布的例子；

图28是透视图，示出根据第八实施例的多模式介质谐振装置的基本部分。

图29由几个截面图构成，示出上述谐振装置中各个模式的电磁场分布。

图30由几个截面图构成，示出在上述谐振装置中各个模式的电磁场分布。

图31由几个截面图构成，示出上述谐振装置中各个模式的电磁波分部。

图32由几个图构成，示出上述谐振装置的介质芯的厚度和各个模式的谐振频率之间的关系。

图33说明了介质滤波器的配置。

图34说明了另一个介质滤波器的配置。

图35说明了发送—接收共用装置的配置。

图36说明了通信装置的配置。

实施本发明的最佳例子

下面将参照图1到4描述根据第一实施例的多模式介质谐振装置的配置。

图1是透视图，示出多模式介质谐振装置的基本构成部分的透视图。在该图中，标号1、2和3指大致上为平行六面体的介质芯、有棱角的管状的腔体和用于将介质芯1大致地支持在腔体2的中心的支持件。在腔体2的外部的周围表面上形成导体薄膜。在这两个开口的表面上，分别设置具有导体薄膜的介质板或金属板，从而，形成基本上为平行六面体的屏蔽空间。另外，使腔体2的开口面和另一个腔体的开口面相对，从而预定的谐振模式的电磁场被耦合，提供了多级。

通常，图1所示的支持件3(由介电常数低于介质芯1的陶瓷材料制成)设置在介质芯1和腔体2的内壁之间，并烧结以结合在一起。

在图2到4中说明由图1所示的介质芯1引起的谐振模式。在这些附图中，x，y，z表示图1所示的三维坐标轴。图2到4示出沿各个二维平面取得的截面。图2到4中，实线的箭头表示电场矢量，虚线箭头表示磁场矢量。标号“·”和“X”分别表示电场方向和磁场方向。图2到4示出总共六个谐振模式的，即沿三个方向，x，y，z方向的TM01δ模式，沿如上所述三个相同的方向的TE01δ模式。实际上，还存在更高级的谐振模式。在平常的情况下，使用这些基本模式。

下面，将参照图5到8描述根据第二实施例的多模式介质谐振装置。

图5是透视图，示出多模式谐振装置的基本构成部分。在该附图中，标号1、2和3指基本上为平行六面体形状的介质芯、有棱角的管状腔体和用于将介质芯1大致上支持在腔体2的中心内的支持件。在凸起2的外部周围表面上形成导体薄膜。在这个例子中，分别将两个支持件3设置在腔体的四个内壁的每一个内壁上。其它的配置和第一实施例的相同。

图6示出用于生产图5所示的多模式介质谐振装置的过程的例子。首先，如图(A)所示，介质芯1与腔体2整体模制，它们处于这样的状态，即，介质芯1和腔体2通过连接部分1’连接。这里，用于模制的模子沿腔体2的轴向，通过有棱角的管装的腔体2的开口面开口。接着，如图(B)所示，支持件3暂时和处于膏状态的玻璃釉结合(相邻于连接部分1’，并位于相应于介质芯1的各个角上的部分的位置)。另外，将银膏提供给腔体2的外部周围表面。此后，烘焙支持件3，以结合到介质芯1和腔体2的内壁上(用玻璃釉结合)，与此同时烘焙电极薄膜。此后，刮掉连接部分1’，以产生这样的结构，即，将介质芯1安装在腔体2的中心，如同一图的(c)中所示。在这种情况下，对于介质芯1和腔体2使用ZnO2-SnO2-TiO2型介质陶瓷材料，其εr＝37，tanδ＝1/20,000。对于支持件3，使用低介电常数的2MgO-SiO2型陶瓷材料，其εr＝6，tanδ＝1/2,000。两种都具有近乎相等的线性膨胀系数。当环境温度变化时，没有过度的应力施加在支持件和介质芯或腔体之间的结合表面上。

在上述各个实施例中，解释单个的支持件作为例子。可以将支持件和介质芯或腔体，或所有支持件、腔体和介质芯整体地结合。

图7示出当介质芯1沿Z轴方向的厚度和支持件3的截面面积发生变化时，TEO1δ-x、TE01δ-y和TE01δ-z模式的谐振频率的变化。如上所述，当介质芯沿Z轴的厚度改变时，TE01δ-x和TE01δ-y模式的谐振频率更为减小。另外，当每一个支持件的截面面积增加时，TE01δ-z模式的谐振频率更为显著地减小。通过利用这些关系，适当地设计介质芯1沿Z轴的厚度和每一个支持件3的截面面积，可以使TE01δ-X、TE01δ-Y、TE01δ-Z三个模式的谐振频率相互一致。由此，可以通过将预定的谐振模式相互耦合，实现多级。

图8示出，当腔体2的壁厚、介质芯1沿Z轴的厚度和每一个支持件3的截面面积(如图5所示)改变时上述三个TM模式的谐振频率的变化。当仅仅使腔体的厚度变厚时，TM01δ-x和TM01δ-y模式的谐振频率和TM01δ-z模式的谐振频率相比更为显著的减小。当介质核沿着Z轴方向的厚度变厚时，TM01δ-z模式的谐振频率和TM01δ-x、TM01δ-y模式的谐振频率相比，更为显著的减小。当每一个支持件的截面面积增加时，TM01δ-x、TM01δ-y模式的谐振频率和TM01δ-z模式的谐振频率相比更为显著地减小。通过利用这些关系，三个模式的谐振频率可以在特征点处相互一致，所述特征点由例如在图中P1和P2表示。

图9是透视图，示出根据第三实施例的多模式介质谐振装置的介质芯部分的配置。如已经参照图2到4描述的，在TE01δ模式中，电场成份集中在各个截面附近，将介质芯范围分为八个部分。另一方面，在TM01δ模式中不发生这种集中现象，因此，如图9所示，通过在介质芯的每一个表面中形成十字形凹槽，并且每一个凹槽穿过表面的中心，使TE01δ模式的谐振频率选择性地增加。

图10是一个曲线图，示出凹槽深度和两个模式的谐振频率的变化之间的关系。当不设置凹槽时，通常TE01δ模式的谐振频率要低于TM01δ模式的谐振频率。在提供凹槽g的情况下，随着深度变深，TM01δ模式的谐振频率增加，并且在一点处和TE01δ模式的谐振频率一致。另外，在凹槽的深度恒定，并且凹槽的宽度变宽的情况下，可以随着凹槽更宽，使TE01δ模式的谐振频率选择性地增加。在TE01δ模式的谐振频率低于TM01δ模式的谐振频率的情况下，由于介质芯、腔体和支持件的各自的尺寸，以及各个部分的相对的介电常数等等，在不设置上述凹槽的条件下，可以通过如上所述地在介质芯中形成凹槽，使TE01δ模式和TM01δ模式的谐振频率相互一致。通过使两个模式的谐振频率相互一致，并且耦合这两个模式，可以实现多级。

下面，将参照图11到14，描述其中TM01δ模式相互耦合的多模式介质谐振装置的配置。

图11是透视图，示出介质芯部分。在该图中，标号h0到h4表示用于调节在预定的模式之间得到的耦合系数的孔。

图12说明了各个模式的电磁场分布。这里，实线箭头表示电场，虚线的箭头表示磁场。在(A)中描述的是两个要耦合的主要模式(即TE01δ-(X-Y)模式和TE01δ-(X+Y)模式)的各自电磁场分布。在(B)中，描述的是耦合模式的奇数模式和偶数模式的电磁场分布。在这个例子中，奇数模式可以由TM01δ-y模式表示，偶数模式由TM01δ-x模式表示。

图13由几个透视图构成，它示出上述主要模式的各个磁场分布。当奇数模式的谐振频率由fo表示，而偶数模式的由fe表示时，两个模式的耦合系数k12由下面的公式表示。

k12∝2(fo-fe)/(fo+fe)

相应地，主要模式，即通过在fo，fe之间提供差别，使TE01δ-(X-Y)和TE01δ-(X+Y)模式耦合。相应地，如图14所示，在介质芯的中心上的孔ho沿Y轴方向延长。即，通过形成平行于TM01δ-y模式的电场方向，并垂直于TM01δ-x的电场方向延长的凹槽，得到关系fe＞fo。相反，通过形成沿x轴向的孔ho，得到关系fe＜fo。在这两种情况下，可以在相应于fo，fe的耦合系数处得到耦合。

在上述例子中，TE01δ-(X-Y)和TE01δ-(x+Y)模式是主要模式，TM01δ-y模式和TM01δ-x模式是耦合模式。相反，TM01δ-y模式和TM01δ-x模式可以是主要模式，TM01δ-(X-Y)模式和TM01δ-(X+Y)模式可以是耦合模式。在这种情况下，图14所示的孔ho的内部直径可以沿对角线方向延长。

图15描述了TM模式和TE模式相互耦合的情况，并且特别地，作为例子，三个模式相继地相互耦合。介质芯的配置和图11所示的相同。图15中，在图(A)中，说明的是三个模式，即，TM01δ-(X-Y)、TE01δ-Z和TM01δ-(X+Y)模式的各自电磁场分布。实线箭头表示电场，虚线表示磁场。在(B)中，说明的是上述TE模式和其它两个TM模式之间的耦合关系。(B)的左手侧显示的图示出TM01δ-(X-Y)模式的电场分布，以及相互重叠的TM01δ-z模式的电场分布。通过打破点A和B处的电场强度的平衡，能量从TE01δ-(X-Y)模式传递到TE01δ-z模式。相应地，如在相同的图的(C)左手侧中显示的图中所示，通过使孔h2的内部直径展宽来调节耦合系数K12，以在孔h2和孔h1之间提供差别。

类似地，(B)的右手侧显示的图中示出TE01δ-z模式的电场分布，以及相互重叠的TM01δ-(X+Y)模式的电场分布。在这种情况下，通过打破点C和D处的电场强度的平衡，使能量从TE01δ-z模式传递到TM01δ-(X+Y)模式。相应地，如相同的图的(C)右手侧表示的图中显示的，通过使孔h4的内部直径展宽来调节耦合系数K23，以在孔h4和孔h3之间提供差别。

图16说明了相继耦合五个谐振模式的例子，它被用作五级谐振器。介质芯的配置和图11所示的相同。在图16中，实线表示电场分布，虚线表示磁场分布。

首先，讨论TM01δ-(X-Y)和TE01δ-(X+Y)的耦合。图17说明了上述两个模式在通过图16的a-a部分取得的截面中的电磁场分布。在图(B)中，说明的是相互重叠的两个模式的电磁场分布。通过打破TM01δ-(X-Y)和TE01δ-(X+Y)在a-a截面中的电场强度的平衡，将能量从TM01δ-(X-Y)模式传递到TE01δ-(X+Y)模式。相应地，如图18所示，孔的尺寸在a-a面的上侧和下侧是不同的。在该图所示的例子中，在介质芯1的上侧设置沿X+Y轴方向延伸的凹槽g。

下面，将讨论TE01δ-(X+Y)模式和E TE01δ-z模式的耦合。图19(A)说明了上述两个模式沿介质芯的b-b部分的截面的电场分布。另外，在(B)中，说明了作为耦合模式的偶数模式和奇数模式的电场分布。当上述两个模式相互耦合时，建议在偶数模式和奇数模式的谐振频率之间设置差别。为此，如图20所示，打破了b-b部分的截面相对于对角线方向的对称。在这个例子中，分别在孔h2的上侧的开口部分附近以及孔h1的下侧的开口附近形成凹槽g。由此，图19(B)所示的偶数模式的谐振频率fe高于奇数模式的谐振频率fo。TE01δ-(X+Y)和TE01δ-z模式以相应于差别的耦合系数耦合。

下面，将讨论图16所示的三级和四级的耦合，即TE01δ-z模式和TE01δ-(X-Y)模式的耦合。图21说明了上述两个模式在介质芯的a-a部分的截面中的电场分布。在(B)中，说明的是偶数模式和奇数模式的电场分布，两个模式是耦合模式。当上述两个模式耦合时，建议在偶数模式的谐振频率fe和奇数模式的谐振频率fo之间给出差别。为此，如图22所示，打破了a-a部分的截面相对于对角线方向的对称。在这个例子中，分别在孔h3的上侧的开口附近和孔h4的下侧的开口附近形成凹槽g。由此，图21(B)所示的奇数模式的谐振频率fo高于偶数模式的谐振频率fe。TE01δ-Z和TE01δ-(X-Y)模式以相应于差别的耦合系数耦合。

下面，将讨论如图16所示的TE01δ-(X-Y)和TE01δ-(X+Y)模式的耦合。图23(A)描述了图16的b-b部分的截面中，上述两个模式的电磁场分布。图(B)中，说明的是相互重叠的两个模式的电磁场分布。通过打破TE01δ-(X-Y)和TE01δ-(X+Y)模式电场强度在b-b截面中的平衡，如上所述，使能量从TE01δ-(Z-Y)模式传递到TE01δ-(X+Y)模式。相应地，如图24所示，使孔在b-b截面中的上侧和下侧处的孔的尺寸不同。在该图所示的例子中，在介质芯1的上侧设置了沿X-Y轴方向延伸的凹槽。

在上述实施例中，未描述用于将介质芯的各个谐振模式耦合到外部电路的耦合装置。例如，如果使用耦合回路，则可以通过沿要耦合的模式的磁场通过的方向设置耦合回路得到外部耦合，这将在下面描述。

在上述例子中，相继耦合多个谐振模式。但是，下面将参照图25描述一个使用独立的，不相互耦合各自的谐振模式的多个谐振模式的例子。

在图25中，点划线表示设置有介质芯1的腔体。省略了用于介质芯1的支持结构。在该图的(A)中说明了形成带阻滤波器的例子。标号4a、4b和4c都表示耦合回路。耦合回路4a被耦合到沿平行于Y-Z平面的平面的磁场(TM01δ-x模式的磁场)，耦合回路4b耦合到沿平行于X-Z平面的平面的磁场(TM01δ-y模式磁场)，而耦合回路4c耦合到沿平行于X-Y平面的平面的磁场(TM01δ-z模式磁场)，耦合回路4a、4b和4c的每一个的一端都接地。耦合回路4a和4b，还有耦合回路4b和4c的另一端都通过传输线5相互连接，传输线5的电气长度分别等于λ/4或λ/4的奇数倍。耦合回路4a、4c的另一端用作信号输入—输出端。通过这样的安排，得到一种带阻滤波器，其中将三个谐振器的相邻的谐振器连接到一根传输线，其相位差为π/2。

类似地，如果需要，可以通过耦合回路、传输线耦合预定的谐振模式形成带通滤波器。

图25(B)说明了一个形成合成器或分配器的例子。这里，标号4a，4b，4c和4d表示耦合回路。耦合回路4a耦合到沿平行于Y-Z平面的平面的磁场(TM01δ-x模式磁场)。耦合回路4b耦合到平行于X-Z平面的平面中的磁场(TM01δ-y模式磁场)。耦合回路4c耦合到平行于X-Y平面的平面中的磁场(TM01δ-z模式磁场)。对于耦合回路4d，回路平面倾斜到Z-Y平面、X-Z平面和X-Y平面中的任何一个平面，并分别耦合到上述三个模式的磁场。这些耦合回路的一端分别接地，另一端用作信号的输入或输出端。特别地，当将这种装置用作合成器时，信号通过耦合回路4a，4b，4c输入，并从耦合回路4d输出。当将装置用作分配器时，信号通过耦合回路4d输入，并从耦合回路4a，4b和4c输出。相应地，得到一种合成器，它具有三个输入端和一个输出端，或得到一种分配器，它具有一个输入端和三个输出端。

在上述例子中，独立地利用三个谐振模式。至少可以利用四个模式。另外，可以通过相继地耦合多个谐振模式，以形成带通滤波器，并使其它谐振模式独立而形成带阻滤波器，由此形成复合滤波器，其中组合有带通滤波器和带阻滤波器。

下面，参照图28到32描述三重模式的介质谐振装置。

图28是透视图，示出三重模式介质谐振装置的基本结构部分。在该图中，标号1表示方形板形状介质芯，其两侧具有大致上相等的长度，其另一侧比两侧都短。标号2和3分别表示有棱角的管状腔体和用于将介质芯2大致上支持在腔体2的中心的支持件。在腔体2的外部周围表面上形成导体薄膜。每一个上都形成有导体薄膜的介质生片或金属板设置在两个开口表面上，以构成大致上平行六面体形状的屏蔽空间。另外，使另一个腔体的开口端和腔体2的开口面相对，从而预定谐振模式的电磁场相互耦合实现多级。

图28所示的支持件3(由介电常数低于介质芯1的陶瓷材料制成)被设置在介质芯1和腔体2的内壁之间，并烧结以成一体。

图29到31示出了由图28所示的介质芯引起的谐振模式。在这些附图中，x，y和z分别表示图28所示的三维方向的坐标轴。图29到31示出分别沿二维平面看到的截面。在图29到31中，实线箭头表示电场矢量，虚线箭头表示磁场矢量，标号“·”和“X”表示电场方向和磁场方向。在图29到31中，示出沿Y方向TE01δ模式(TE01δ-y模式)、沿着X方向的TM01δ模式(TM01δ-x)和沿Z方向的TM01δ模式(TM01δ-z)模式。

图32示出介质芯的厚度和六个模式的谐振频率之间的关系。在(A)中，将谐振频率表示成纵坐标。在(B)中，将以TM01δ-x模式为根据的谐振频率比表示成纵坐标。在(A)和(B)中，将介质芯的厚度(表示为扁度)表示成横坐标。TE01δ-z模式和TE01δ-x模式是对称的。白色的三角标号表示TE01δ-z模式，黑色三角标号表示相互重叠的TE01δ-x模式。类似地，TM01δ-z模式和TM01δ-x模式对称。白色圆圈标号表示TM01δ-z模式，黑色圆圈标号表示相互重叠的TM01δ-x模式。

类似地，当介质芯的厚度变薄(扁度减小)时，TE01δ-y模式、TM01δ-x模式和TM01δ-z模式的谐振频率和TM01δ-y模式、TE01δ-x模式、TE01δ-z模式的谐振频率具有更大的差别。

在这样的安排下，通过利用上述关系，并使用TE01δ-Y、TM01δ-x和TM01δ-z模式，设置介质芯的厚度。其它模式，即TM01δ-y，TE01δ-X和TE01δ-z模式的频率设置得更加远离上述模式的频率，以便不影响它们。

下面，参照图33描述包含上述三重模式介质谐振装置的介质滤波器的例子。在图33中，标号1a，1d表示棱形的介质芯，并用作TM单个模式介质谐振器装置。标号1b，1c表示方形板形的介质芯，其中两侧具有大致上相等的长度，另一侧分别比这两侧更短，并用作上述三重模式介质谐振器装置。三重模式由TM01δ-(X-Y)，TE01δ-z模式和TE01δ-(X+Y)三个模式构成，如图15所示。

标号4a到4e分别表示耦合回路。耦合回路4a的一端连接到腔体2，另一端连接到例如同轴连接器(图中未示)的心导体。耦合回路4a安排在由介质芯1a引起的单个模式磁场(磁力线)通过耦合回路4a的回路平面的方向，从而耦合回路4a磁场耦合到由介质芯1a引起的TM单个模式。耦合回路4b的一端附近沿其磁场耦合到磁心1a的TM单个模式的方向延长，而另一端沿其磁场耦合到介质芯1b的TE01δ-(X-Y)模式的方向延长。将耦合回路4b的两端连接到腔体2。耦合回路4b的一端附近沿其磁场耦合到磁心1a的TM单个模式的方向延长，而其另一端沿耦合到介质芯1b的TE01δ-(X-Y)模式的方向延长。耦合回路4b的两端都连接到腔体2。耦合回路4c的一端附近沿其磁场1a耦合到磁心的TE01δ-(X+Y)模式的方向延长，而其另一端沿其磁场耦合到介质芯1b的TE01δ-(X-Y)模式的方向延长。将耦合回路4c的两端连接到腔体2。另外，耦合回路4d的一端沿其磁场耦合到磁心1c的TE01δ-(X+Y)模式的方向延长，而其另一端沿其磁场耦合到介质芯1d的TM单个模式的方向延长。将耦合回路4d的两端连接到腔体2。耦合回路4e沿其磁场耦合到磁心1d的TM单个模式的方向安排。耦合回路4e的一端连接到腔体2，而其另一端连接到同轴连接器(图中未示)的心导体。

在由介质芯1b形成的三重模式介质谐振器装置和由介质芯1c形成的三重模式介质谐振器装置中分别形成耦合调节孔h2，h4。如图15所示，通过耦合调节孔h2，将能量从TM01δ-(X-Z)模式传递到TE01δ-y模式。通过耦合调节孔h4，将能量从TE01δ-z模式传递到TM01δ-(X+Y)模式。由此，介质芯1b、1c形成谐振器电路，其中分别纵向地连接三级谐振器，并用作一种介质滤波器，它包含八级谐振器(1+3+3+1)，它们一起纵向地相连。

下面，将参照图34，描述包含上述三重模式介质谐振装置的另一种介质谐振器。在图33所示的例子中，设置耦合到由相邻的介质芯引起的各个谐振模式的耦合回路。但是，可以独立地为每一个介质芯设置一个介质谐振装置。图34中，标号6a，6b，6c和6d分别指介质谐振器装置。这些相应于由图33所示的各个介质芯引起的谐振器，并且它们是相互分离的。将介质谐振装置放置得尽可能相互分开，从而为各个介质谐振装置所提供的耦合回路避免了相互干扰。标号4a，4b1，4b2，4c1，4c2，4d1，4d2和4e表示各个耦合回路。每一个耦合回路的一端在腔体的内部接地，另一端通过焊接或填缝，连接到同轴电缆的心导体。将同轴电缆的外部导体通过焊接等方法连接到腔体。对于介质谐振器6d，为了方便说明，分别显示了示出耦合回路d2的图和示出耦合回路4e的图。

分别将耦合回路4a，4b1耦合到介质芯。将耦合回路4b2耦合到介质芯1b的TM01δ-(X-Z)。将耦合回路4c1耦合到介质芯1b的TM01δ-(x+z)。类似地，将耦合回路4c2耦合到介质芯1c的TM01δ-(X-Z)。将耦合回路4d1耦合到介质芯1c的TM01δ-(X+Z)。将耦合回路4d2和4e耦合到介质芯1d。

相应地，通过同轴电缆连接耦合回路4b1和4b2，通过同轴电缆连接耦合回路4c1和4c2，另外，通过同轴电缆连接耦合回路4d1和4d2，由此，用作介质滤波器的装置(包含纵向相连的八级(1+3+3+1)谐振器)整体和图34所示的类似。

下面，将在图35中示出发送—接收共用装置的配置的例子。于是，发送滤波器和接收滤波器都是带通滤波器，每一种都包含上述介质滤波器。发送滤波器使发送信号的频率通过，接收滤波器使接收信号的频率通过。发送滤波器的输出端和接收滤波器的输入端连接的部分具有这样的关系，即连接点和发送滤波器的最后级的谐振器的等效短路平面之间的电气长度是具有接收信号频率的波长的1/4的奇数倍，上述连接点和接收滤波器的最后级谐振器的等效短路平面之间的电气长度是具有发送信号频率的波长的1/4的奇数倍。由此，可以安全地将发送信号和接收信号分开。

如上所述，类似地，通过在公用端口和各个端口之间设置多个介质滤波器，可以形成双工或者多路复用器。

图36是方框图，示出一种通信装置的配置，它包含上述发送—接收共享装置(双工器)。通过将发送电路连接到发送滤波器的输入端，将接收电路连接到接收滤波器的输出端，并将天线连接到双工器的输入—输出端，形成通信装置的高频部分。

另外，通过使用诸如上述由多模式介质谐振装置形成的双工器、多路复用器、合成器、分配器之类的电路元件，可以形成尺寸小，具有高频的通信装置。

如上所述，根据权利要求1、2，将大致上为平行六面体的介质芯设置在大致上为平行六面体的腔体的大致中心部分。由此，增加了电磁场能量在介质芯上的集中程度(虽然它处于TM模式)，并且穿过腔体的真实电流变细，Qo可以增加。另外，虽然介质芯和腔体分别是单个的，但是，这样可以使它整体的小型化。按照本发明权利要求3和4中所述，可以进行多路传输，即双重或三重，从而实现整体的小型化。

根据本发明权利要求5所述，可以得到使用两个模式，即TM模式和TE模式的介质谐振装置。介质谐振装置具有多模式，即四重模式或更高，从而可以实现进一步的小型化。

当独立地使用上述各个多路的谐振模式，而非相互耦合，可以形成例如含有诸如带阻滤波器、合成器、分配器等等的多个谐振器的电路，以便通过使用单个的介质芯使尺寸较小。

根据本发明的权利要求6所述的，形成了一种谐振器装置，它含有多个介质谐振器，它们连接成堆积。可以得到具有带通滤波器特性的小型介质谐振装置。通过使用相继耦合多个中的一些谐振模式的谐振器，和分别将其它一些谐振模式用作独立的谐振器，可以形成其中组合了带通滤波器和带阻滤波器的滤波器。

根据本发明的权利要求7所述，可以得到具有高Q滤波器特性和小尺寸的介质滤波器。

根据本发明的权利要求8所述，可以得到尺寸小，具有低损耗的复合介质滤波器。

根据本发明的权利要求9所述，可以得到尺寸小，具有低损耗的合成器。

根据本发明的权利要求10所述，可以得到尺寸小，具有低损耗的分配器。

根据本发明的权利要求11所述，可以得到尺寸小，具有高效率的通信装置。

工业应用

如上所述，根据本发明的介质谐振装置、介质滤波器、复合介质滤波器、分配器和包含它们的通信装置(以多模式工作)可以广泛用于电子设备中，例如在移动通信系统的基站中。

Claims (11)

1.一种多模式介质谐振装置，包含大致上平行六面体形状，并大致设置在大致上平行六面体形状的腔体的中心的介质芯，其特征在于，产生磁场在平行于X、Y、Z直角坐标的Y-Z平面的平面中旋转的TM01δ-x模式和磁场在平行于X-Z平面的平面内旋转的TM01δ-y模式。

2.一种多模式介质谐振装置，包含大致上平行六面体形状，并且大致设置在大致上平行六面体形状的腔体的中心的介质芯，其特征在于，产生磁场在平行于X、Y、Z直角坐标的Y-Z平面的平面中旋转的TM01δ-x模式、磁场在平行于X-Z平面的平面内旋转的TM01δ-y模式和磁场在平行于X-Y平面的平面内旋转的TM01δ-z模式。

3.一种多模式介质谐振装置，包含大致上平行六面体形状，并且大致设置在大致上平行六面体形状的腔体的中心的介质芯，其特征在于，产生电场在平行于X、Y、Z直角坐标的Y-Z平面的平面中旋转的TE01δ-x模式和电场在平行于X-Z平面的平面内旋转的TE01δ-y模式。

4.一种多模式介质谐振装置，包含大致上平行六面体形状，并且安排得大致上在大致上平行六面体形状的腔体的中心的介质芯，其特征在于，产生电场在平行于X、Y、Z直角坐标的Y-Z平面的平面中旋转的TE01δ-x模式、电场在平行于X-Z平面的平面内旋转的TE01δ-y模式和电场在平行于X-Y平面的平面内旋转的TE01δ-z模式。

5.一种多模式介质谐振装置，其特征在于，通过单个的介质芯和腔体产生如权利要求1或2确定的各个模式和由权利要求3或者4确定的各个模式。

6.一种介质谐振装置，其特征在于，耦合如权利要求1到5中任意一条所述的介质谐振装置的各个模式的预定模式，从而谐振器具有多级。

7.一种介质滤波器，其特征在于，包含如权利要求1到6任意一条所述的介质谐振装置，以及用于外部耦合到介质谐振装置的预定模式的外部耦合装置。

8.一种复合介质滤波器，其特征在于，包含如权利要求7所述的介质滤波器，所述介质滤波器设置在单个或多个公用的端口和分别单独使用的多个端口之间。

9.一种合成器，其特征在于，独立地包含如权利要求1到6的任意一条所述的介质谐振装置，用于分别独立地外部耦合到介质谐振装置的多个预定模式的外部耦合装置，以及用于公共地外部耦合到介质谐振装置的多个预定模式的公用的外部耦合装置，其中公共的外部耦合装置是输出端口，多个独立的外部耦合装置是输入端口。

10.一种分配器，其特征在于，包含如权利要求1到6所述的任意一条的介质谐振装置、用于分别独立地外部耦合到介质谐振装置的多个预定模式的独立的外部耦合装置、用于公共地外部耦合到介质谐振装置的多个预定模式的公共外部耦合装置，其中公共的外部耦合装置是输入端口，而多个独立的外部耦合装置是输出端口。

11.一种通信装置，其特征在于，包含设置在其高频部分的，如权利要求8所述的复合介质滤波器、如权利要求9所述的合成器、或如权利要求10所述的分配器。

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