CN1298077C - 介质谐振器装置、介质滤波器、复合介质滤波器和通信装置 - Google Patents

Abstract

在一种介质谐振器装置中，支持底部的外部形状大于与支持表面接触的介质核的下表面，且用支持柱将支持底部固定在腔的内下表面上的支持底部周边处。采用这种结构，可以在腔的内下表面和支持底部之间设置气隙。因此，增加了TMz模式的谐振频率，其中电场矢量垂直于支持底部的表面，从而显著地远离TE01δ多种模式的谐振频率。

Description

介质谐振器装置、介质滤波器、复合介质滤波器和通信装置

技术领域

本发明涉及以多模式工作的介质谐振器装置，还涉及介质滤波器、复合介质滤波器和具有上述类型的介质谐振器装置的通信装置。

背景技术

日本未审查的特许公开No.11-145704揭示了采用多个谐振模式的多模式介质谐振器装置，其中介质核置于腔内。

在上述公开的介质谐振器装置中，通常呈矩形平行管状物的介质核置于矩形平行管状腔的中间处。介电常数较低的支持底部通过玻璃上釉贴附到介质核上，它与腔形成一体，设置了临时的支持部件，随后将它们烧制。接着，除去临时的支持部件。在腔的中间处通过在介质核下设置支持底部来支持该介质核，该结构也是上述公开中所揭示的。

但是，在腔中通过设置临时支持部件来支持介质核的结构呈现以下问题：

(1)制作过程复杂；

(2)必需增加介质核、腔和支持底部的尺寸精度；和

(3)用于介质核和腔的模具很复杂。

由于上述问题，使得所得的介质谐振器装置的成本变得很高。

在腔中通过将支持底部置于其间来设置介质核的结构中，在电场垂直通过支持底部和介质核之间的接触面的方向上的有效介电常数由于支持底部的高度而增加，该支持底部用作介质部件，并因此降低了上述方向上谐振模式(TM模式)的谐振频率。如果TM模式是不需要的谐振模式，则这负面地影响了其它谐振模式所获得的特性，例如滤波器衰减特性。即使采用TM模式，必须考虑由于存在支持底部而引起的谐振频率降低来设计介质谐振器装置，由此降低了设计的灵活性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种廉价的介质谐振器装置，它不存在TM模式谐振频率降低引起的问题，并提供一种介质滤波器、复合介质滤波器和具有这种介质谐振器装置的通信装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种介质谐振器装置，它包括置于腔中的介质核；和介质核贴附其上的支持底部。支持底部固定在腔中并具有介质核与腔的内表面之间的气隙。其中，所述腔的第一组相对表面通过在x轴方向上穿过介质核中间的第一导体配线彼此连接，所述腔的第二组相对表面通过在y轴方向上穿过介质核中间的第二导体配线彼此连接，而所述腔的第三相对表面通过在z轴方向上穿过介质核中间的第三导体配线彼此连接。

采用这种结构，由于腔中由其间的支持底部间接地支持介质核，所以介质谐振器装置的成本变得低于由腔整体模制介质核的成本。降低了对垂直通过支持底部的电场的有效介电常数，从而可以增加了TM模式的谐振频率。

在前述介质谐振器装置中，支持底部的外部形状大于与支持底部接触的介质核下表面，而支持底部可以用支持柱固定在腔的内表面上，所述支持柱位于对应于不与介质核的下表面接触的支持底部周边的位置。采用这种配置，可以方便地进行腔的内表面上支持底部的安装，由此方便地形成支持底部和腔内表面之间的气隙。

在前述介质谐振器装置中，可以在对应于介质核的下表面的位置处的支持底部内形成小孔。采用这种配置，即使在支持底部直接固定到腔的内表面上时，也可以在介质核和腔之间方便地形成气隙。当用其间的支持柱将具有小孔的支持底部安装在腔的内表面上时，介质核与腔内表面之间的气隙甚至可以更大。

在前述介质谐振器装置中，腔的相对平行表面可以通过导体配线彼此连接，所述导体配线基本穿过介质核的中间。

本发明还提供了包括置于腔中的介质核的介质谐振器装置。腔的相对平行表面通过导体配线彼此连接，所述导体配线基本穿过介质的中间。其中，所述第一导体配线在z轴方向上穿过介质核的中间，所述腔的第二组相对表面通过在x轴方向上穿过介质核中间的第二导体配线彼此连接，而腔的第三组相对表面通过在y轴方向上穿过介质核中间的第三导体配线彼此连接。

采用这种结构，对于TM模式产生垂直穿过支持底部和介质核间接触表面的电场矢量，上述导体配线将等效LC并联谐振电路短路，从而TM模式的谐振频率可以明显远离TE016模式的频带。

本发明还提供了介质滤波器，它包括一个上述介质谐振器装置；和外耦合到介质谐振器装置的外部耦合单元。

本发明还提供了复合介质滤波器，它包括至少两个上述介质滤波器。一个介质滤波器的外部耦合单元用作复合介质滤波器的共用耦合单元。

例如，在具有两个介质滤波器的双工器中，一个滤波器用作发送滤波器，而另一个滤波器用作接收滤波器，而共用外部耦合单元用作天线端口。

采用这种结构，可以获得呈现在阻带中具有较大衰减的带通特性的介质滤波器或复合介质滤波器。

本发明还提供了一种通信装置，它包括上述介质滤波器或上述复合介质滤波器位于高频电路中。因此，可以形成廉价的通信装置。

附图说明

图1A和1B分别是透视图和剖视图，示出根据本发明第一实施例的介质谐振器装置的结构；

图2A和2B示出用于图1A和1B所示的介质谐振器装置中的介质核与支持底部之间的关系；

图3A和3B示出具有不同于图2A和2B所示的结构的介质核与支持底部之间的关系；

图4A和4B示出由于存在或缺少气隙引起的介质滤波器的带通特性的变化；

图5A和5B示出根据本发明第二实施例的介质谐振器装置中使用的支持底部的结构；

图6A和6B示出具有与图5A和5B所示不同的结构的介质核；

图7A、7B和7C示出由于存在或缺少气隙和由于存在或缺少支持底部中形成的小孔而引起的介质滤波器的带通特性的变化；

图8示出根据本发明第三实施例的介质谐振器装置的主要部分的结构；

图9A到9D示出在根据本发明第四实施例的介质谐振器装置中使用的支持底部上固定介质核的结构；

图10示出根据本发明第五实施例的介质谐振器装置的结构；

图11A和11B是等效电路图，示出TMz模式中图10所示的介质谐振器装置；

图12A和12B示出由于存在或缺少导体配线引起的介质滤波器的带通特性的变化；

图13示出根据本发明第六实施例的介质谐振器装置的结构；

图14A和14B示出根据本发明第七实施例的介质滤波器的结构；和

图15示出根据本发明第八实施例的通信装置的结构。

具体实施方式

以下结合附图通过较佳实施例的描述详细地描述本发明。

以下参考图1A-1B，2A-2B，3A-3B和4A-4B来描述根据本发明第一实施例构建的介质谐振器装置。

图1A和1B分别是分解透视图和剖视图，示出介质谐振器装置的主要部分的结构。在这种实施例中，结合到支持底部3上的基本呈立方体的介质核10置于腔1内以便形成介质谐振器装置。

图2A和2B分别示出结合支持底部3之前和之后的介质核30的结构。

使用陶瓷片作为支持底部3，其中陶瓷片的介电常数较小且线性膨胀系数与介质核10接近。通过粘合剂或玻璃釉烧制将介质核10结合到支持底部3上。

腔1较佳地是金属模制件并有导电膜，例如银电极位于内表面和外表面上。四个支持柱2置于腔1的内下表面上，而在腔1中通过支持柱2来支撑支持底部3。

如图1B所示，通孔形成于支持底部3的四个角和支持柱2处，而螺帽6固定在支持底部3的通孔上。在装配时，螺钉5从腔1的底部插入并旋转入螺帽6从而相对于腔1的内下表面固定支持底部3并有支持柱2位于其间。采用这种结构，气隙A设置在支持底部3和腔1的内下表面之间。

在图1A和1B所示的实例中，螺钉5从腔1的下部插入。可供选择地，支持柱2可以具有螺纹，且螺钉5可以从腔1的内部插入。更特别地，可以相对腔1的内下表面通过支持柱2按以下方式固定支持底部3。通过整体模制在腔1中整体形成支持柱2，并可以将螺纹设置在支持柱2内。随后，从支持底部3的上部将螺钉5旋转入支持柱2的螺纹。

当在角度φ、半径r和高度z的柱坐标系中以格式TEφrz表示TE谐振模式时，彼此垂直的三个TE01δ模式产生于图1A到2B所示的介质核10中。更特别地，产生三个谐振模式，即TE01δx模式，其中电场在垂直于x轴的平面内循环；TE01δy模式，其中电场在垂直于y轴的平面内循环；和TE01δz，其中电场在垂直于z轴的平面内循环。在介质核10中形成小孔或凹槽，从而在这三个TE01δ谐振模式中，两个谐振模式顺序地彼此耦合。因此，形成介质滤波器，其中三个谐振器顺序地和等效地彼此耦合。当在直角坐标系中以格式TMxyz表示TM谐振模式时，还产生TM11δz模式(以下简称为“TMz模式”)，其中电场垂直通过支持底部3。

图1B中所示的箭头表示TMz模式的电场矢量。TMz模式的电场在腔1中传播从而它在气隙A的厚度方向上穿过。因此，由于多数电场矢量分量穿过气隙A，所以降低了由TMz模式的电场影响的部分处的有效介电常数，并因此增加了TMz模式的谐振频率。

在图1A到2B所示的实例中，使用基本立方体的介质核10。但是，如图3A和3B所示，可以使用具有十字形状的介质核10，它通过结合彼此垂直的两个矩形平行管状物形成。

在图3A和3B所示的实例中，在介质核10中，TE01δz模式在x-y平面内产生，而TE01δx模式在y-z平面内产生。通过在两个矩形平行管状物的相交部分处设置凹槽g，可以彼此耦合两个谐振TE01δz和TE01δx模式，而介质核10用作TE01δ双模式谐振器。

图4A和4B示出由于存在和缺少气隙A引起的TMz模式的谐振频率移动。图4A和4B示出用具有图3A和3B所示结构的介质核10形成的介质滤波器的带通特性。在图4A和4B中，纵轴表示10dB到0dB增加的分贝的衰减。横轴表示从1800到2400MHz的线性标度中的频率。

图4A示出当支持底部3直接固定到腔1的内下表面上而没有支持柱2，即没有气隙时的带通特性。图4B示出当支持底部3固定到具有支持柱2的腔1上，即其间具有3.0mm的气隙时的带通特性。P0表示TE01δ双模式的谐振峰，而P1表示TMz模式的谐振峰。图4A示出，没有气隙，TMz模式的谐振峰P1出现在约2080MHz附近，靠近谐振峰P0出现的频带1900到1940MHz。但是，通过设置气隙，如图4B所示，TMz模式的谐振峰P1移动到较高的频率范围约2280MHz，相对远离了谐振峰P0。因此，可以避免TMz模式对TE01δ双模式的频带的影响，由此改善了较高频率范围中TE01δ双模式的谐振峰的衰减特性。

以下将参考图5A-5B，6A-6B和7A-7C描述根据本发明第二实施例构建的介质谐振器装置和介质滤波器。

在第一实施例中，用其间的支持柱2将支持底部3固定在腔1的内下表面上以设置支持底部3和腔1之间的气隙A。在第二实施例中，在支持底部3中形成小孔H，它是通孔或锪孔(spot facing)，如图5A所示。图5B示出介质谐振器装置，其中介质核10结合到支持底部3上。小孔H形成于结合介质核10的部分支持底部3中。虽然在图5A中只设置了一个小孔H，但也可以形成多个小孔H。

其上具有图5B所示的介质核10的支持底部3直接固定到腔1的内下表面上，或可以用其间的支持柱2固定到腔1上，如图1A和1B所示。

在图6A和6B中，使用类似于图3A和3B所示的介质核10。在这种情况中，小孔H形成于结合介质核10的部分支持底部3中。小孔H可以形成得足够大以便在将介质核10结合到支持底部3上时从介质核10部分伸出。由于TMz模式的电场特别集中在介质核10的y-z平面上，由于存在小孔H，TMz模式的电场矢量穿过部分的有效介电常数显著降低，由此增加TMz模式的谐振频率。

图7A、7B和7C示出由于存在和缺少支持底部3中形成的小孔H引起的TMz模式的谐振频率移动。图7A示出当没有小孔H的支持底部3直接固定到腔1的内下表面上时的带通特性，图7B示出当具有小孔H的质地底部3固定到腔1的内下表面上时的带通特性，而图7C示出当用图1A和1B所示的支持柱2将具有小孔H的支持底部3直接固定到腔1的内下表面上时的带通特性。图7A、7B和7C示出用具有图6A和6B所示结构的介质核10形成的介质滤波器的带通特性。图7A、7B和7C的纵轴和横轴的标度类似于图4A和图4B的。

图7A和7B示出，通过在支持底部3中设置小孔H，TMz模式的谐振峰P1从约2080MHz增加到2230MHz。图7C示出，通过在支持底部3和腔1之间通过支持柱2设置气隙，TMz模式的谐振峰P1增加到约2340MHz。因此，TMz模式的谐振峰P1显著地远离1900到1940MHz的频带到较高的频率范围，由此改善较高频率范围中TE01δ双模式的谐振峰的衰减特性。

图8示出根据本发明第三实施例构建的介质谐振器装置的主要部分的结构。使用类似于图3A和3B或6A和6B所示的介质核10。支持柱1p由对应于支持底部3的四个角的位置处的腔1的内下表面整体形成。通孔形成于支持底部3的四个角处，并从腔1的内部将螺钉5旋入腔1的支持柱1p，由此将支持底部3固定到腔1上。随后，将盖子置于腔1上部处的打开的表面上。

采用这种结构，气隙A可以设置在支持底部3和腔1的内下表面之间。取代允许支持柱1p从腔1的内下表面凸出，可以在对应于图8中气隙A的位置处在腔1中形成凹入部分，且这种凹入部分用作气隙A。

图9A到9D示出根据本发明第四实施例构建的用于介质谐振器装置的介质核和支持底部的结构。

图9A和9B分别是顶视图和前视图，示出图3A和3B或6A和6B所示的十字形状的介质核10。图9C和9D分别是顶视图和前视图，示出具有图1A和1B、2A和2B或5A和5B所示的基本立方体形状的介质核10。

在该实例中，在从上方观察时，介质核10的外部形状基本是正方形的，且介质核10结合到支持底部3使正方形形状的介质核10相对于支持底部3旋转45°。因此，在从上观察时，支持底部3的四个角从介质核10伸出。在用螺钉5将支持底部3固定到腔1的内下表面上时，可以从腔1内用诸如螺丝刀方便地进行螺旋而不受介质核10存在的影响。

以下将参考图10到12B描述根据本发明第五实施例构建的介质谐振器装置和介质滤波器。

图10是透视图，示出介质谐振器装置。将其上具有基本立方体介质核10的支持底部3固定在腔1的内下表面上。与图1A和1B所示的介质谐振器装置不同的是，在z轴方向上通过的垂直小孔VH形成于介质核10和支持底部3的中间。导体配线4通过穿过垂直小孔VH将腔1的内下表面和上表面电连接。

导体配线4沿其中TE01δx模式的电场循环的平面延伸，并沿其中TE01δy模式的电场循环的平面延伸。但是，由于导体配线4通过循环的电场矢量的中间，所以它是中性的而不影响TE01δx和TE01δy模式。还由于导体配线4垂直于其中TE01δz模式的电场循环的平面，所以它不影响TE01δz模式。

可以用其间的支持柱2将支持底部3固定到腔1的内下表面上，如图1A和1B所示。

图11A和11B是示出TMz模式中介质谐振器装置的等效电路图。图11A中的电路图表示没有导体配线4的介质谐振器装置。在图11A所示的集中常数(lumpedconstant)电路中，C表示其间具有介质核10的腔1的内下表面和上表面间的电容部分，而L表示由腔1的导体产生的电感部分。这种并联谐振电路确定TMz模式的谐振频率。相反，如图10所示，通过用穿过介质核10的导体配线4连接(短路)腔1的内下表面和上表面，由导体配线4产生的电感部分LS与电容部分C’并联，如图11B所示。通过设置导体配线4，图11A所示的电容部分C降低成很小的电容部分C’，从而显著地增加了TMz模式的谐振频率。

图12A和12B示出由于存在和缺少导体配线4引起的TMz模式的谐振频率的移动。图12A示出在介质谐振器装置没有导体配线4时的带通特性，而图12B示出在介质谐振器装置具有导体配线4时的带通特性。纵轴表示10dB到0dB的增加的分贝的衰减，如图4A和4B或图7A、7B和7C所示。横轴表示从1800到2800MHz的线性标度中的频率。

图12A示出，没有导体配线4，TMz模式的谐振峰P1出现在约2220MHz附近，靠近出现谐振峰P0的1920到2000MHz的频带。相反，图12B示出，具有导体配线4时，TMz模式的谐振峰P1增加到约2710MHz而明显远离TE01δ双模式的谐振峰P0到达较高的频率范围。结果，可以明显改善较高频率范围中TE01δ双模式的谐振峰的衰减特性。

以下将参考图13描述根据本发明第六实施例构建的介质谐振器装置。

图13中，将其上具有基本立方体介质核10的支持底部3固定到腔1的内下表面上。在z轴方向上穿过的小孔ZH形成于介质核10和支持底部3的中间。导体配线4z通过穿过小孔ZH而将腔1的内下表面和上表面电连接。与图10所示的介质谐振器装置不同的是，在介质核10的中间还形成在y轴方向上穿过的小孔YH和在x轴方向上穿过的小孔XH。导体配线4y通过穿过小孔YH将图13中腔1的左近侧表面和右远侧表面电连接。导体配线4x通过穿过小孔XH将图13中腔1的右近侧表面和左远侧表面电连接。

分别穿过小孔XH，YH，ZH的导体配线4x，4y和4z都可以通过在介质核1内(中间)彼此接触而处于导电状态，或可以通过彼此分开而处于非导电状态。

如上所述，不仅在z轴方向上，而且在y和x轴方向上，腔1的相对平行表面通过穿过介质核10中间的相应导体配线而彼此连接。因此，明显增加了TMy和TMx模式的谐振频率以及TMz模式的谐振频率。结果，可以明显改善较高频率范围中TE01δ双模式的谐振峰的衰减特性而不受TMz模式以及TMy模式和TMx模式的影响。

以下将参考图14A和14B描述根据本发明第七实施例构建的介质滤波器。

在腔1中，设置了四个谐振器R1，R23，R45和R6。示出腔1，其中除去了上部的盖子。类似于图3A和3B所示的介质核用于谐振器R23，以便形成两极谐振器。通过切割四个角以八边形的形状形成与x-y平面平行的介质核，如图14A所示。采用这种结构，可以从腔1内固定螺钉5而不受介质核的存在的影响。谐振器R45的配置类似于谐振器R23。

谐振器R1和R6是半同轴的谐振器，其中预定高度的中间导体11设置于腔1的内下表面上。同轴连接器12固定到腔1的外部表面上，而同轴连接器12的中间导体连接到谐振器R1和R6的中间导体11。

窗口W和W’设置在相应的相邻谐振器之间。谐振器R1的半同轴谐振模式耦合到谐振器R23的TE01δy模式。谐振器R23和谐振器R45的TE01δz模式彼此耦合。谐振器R45的TE01δy模式耦合到谐振器R6的半同轴谐振模式。谐振器R23和R45的TE01δy和TE01δz模式耦合到相应的模式。因此，六个谐振器顺序地彼此耦合在两个同轴连接器12间。因此，可以提供具有带通特性的滤波器。

以下将参考图15描述根据本发明的第八实施例构建的复合介质滤波器和通信装置。

在该复合介质滤波器或通信装置中，双工器(duplexer)由发送滤波器和接收滤波器形成，它们每个都是一个上述实施例的介质滤波器。在发送滤波器的输出端和接收滤波器的输入端之间进行相位调整，从而可以阻止发送信号进入接收滤波器并可以阻止接收信号进入发送滤波器。发送电路连接到发送滤波器的输入端，而接收电路连接到接收滤波器的输出端。天线连接到天线端口。采用这种结构，可以形成具有本发明的介质谐振器装置的通信装置。

虽然对于其特殊实施例描述了本发明，但许多其它变化和修改以及其它使用对于本技术领域内熟练的技术人员将变得明显。因此，较佳地，本发明不限于这里所特别揭示的，而仅由所附权利要求书限定。

Claims (15)

1.一种介质谐振器装置，其特征在于，包括：

腔；

介质核，置于所述腔中；和

支持底部，贴附到所述介质核，

其中所述支持底部相对于所述腔的内表面被固定，从而使气隙形成于所述介质核和所述腔的内表面之间，其中，所述腔的第一组相对表面通过在x轴方向上穿过介质核中间的第一导体配线彼此连接，所述腔的第二组相对表面通过在y轴方向上穿过介质核中间的第二导体配线彼此连接，而所述腔的第三相对表面通过在z轴方向上穿过介质核中间的第三导体配线彼此连接。

2.如权利要求1所述的介质谐振器装置，其特征在于，所述支持底部的外部形状大于与所述支持底部接触的所述介质核的下表面。

3.如权利要求1所述的介质谐振器装置，其特征在于，一小孔形成在所述支持底部上与所述介质核的下表面相对的位置处，以便形成介质核和腔的内表面之间的气隙。

4.如权利要求3所述的介质谐振器装置，其特征在于，还包括固定于所述腔的内表面上的支持柱，所述支持底部固定在所述支持柱上。

5.如权利要求1所述的介质谐振器装置，其特征在于，还包括固定在所述腔的内表面上的支持柱，所述支持底部固定在所述支持柱上以形成介质核和所述腔的内表面之间的气隙。

6.如权利要求5所述的介质谐振器装置，其特征在于，所述支持柱与腔的内表面整体成形。

7.如权利要求5所述的介质谐振器装置，其特征在于，所述支持柱沿所述支持底部的周边设置。

8.一种介质滤波器，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的介质谐振器装置；以及

外部耦合单元，它外耦合到所述介质谐振器装置上。

9.一种复合介质滤波器，其特征在于，包括：

至少两个如权利要求8所述的介质滤波器；

其中所述至少两个介质滤波器中的一个的外部耦合单元是复合介质滤波器的共用耦合单元。

10.一种通信装置，其特征在于，包括：

高频电路；和

设置在所述高频电路中的如权利要求8所述的介质滤波器。

11.一种介质谐振器装置，其特征在于，包括：

介质核，置于腔内，

其中所述腔的第一组相对表面通过穿过介质核中间的第一导体配线彼此连接，

其中，所述第一导体配线在z轴方向上穿过介质核的中间，所述腔的第二组相对表面通过在x轴方向上穿过介质核中间的第二导体配线彼此连接，而腔的第三组相对表面通过在y轴方向上穿过介质核中间的第三导体配线彼此连接。

12.一种介质滤波器，其特征在于，包括：

如权利要求11所述的介质谐振器装置；和

外部耦合单元，外耦合到所述介质谐振器装置上。

13.一种通信装置，其特征在于，包括：

高频电路；和

设置于高频电路中的如权利要求12所述的介质滤波器。

14.一种复合介质滤波器，其特征在于，包括：

至少两个如权利要求12所述的介质滤波器；

其中一个所述介质滤波器的外部耦合单元是复合介质滤波器的共用耦合单元。

15.一种通信装置，其特征在于，包括：

高频电路；和

设置在高频电路中的如权利要求14所述的复合介质滤波器。

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