CN1305650A - 介质谐振器的调谐设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种介质谐振器(20),它包括一个介质谐振器本体(30,40,50,60,70,80),谐振器本体至少包括两个共振件(25,26),其中通过改变介质谐振器本体的形状,可调整介质谐振器中的共振频率(fr)。相对于另一个元件转动一个元件来实现谐振器本体的形状改变,转动时通过连接装置使得上述各元件在任何时间至少在一个位置上作机械接触。
Description
发明领域
本发明涉及了一种谐振器的调谐设备，更确切地说，本发明涉及了一种包括一个谐振器本体的谐振器，其中本体形状可以改变，从而改变共振频率。
有关技术的描述
在各种高频和微波谐振器的结构中，所谓的介质谐振器目前已变得日益重要，因为它们与常规谐振器结构相比有以下优点：较小的线路尺寸，较高的组装水平，较高的效率和较低的制造成本。由具有低介电损耗和高介电常数材料制成的几何形状简单的任何元件均可用作高Q介质谐振器。由于制造技术原因，介质谐振器通常为圆柱形，如圆盘形。
介质谐振器的共振频率主要决定于谐振器本体的尺寸。影响共振频率的另一个因素是谐振器的环境。在谐振器附近引入金属表面或任何其它导电表面可以故意影响电场或磁场，因而影响共振频率。为了调整介质谐振器的共振频率，普通的办法是调整导电金属表面与谐振器平面之间的距离。调整机构可以是装在包围谐振器的外壳上的调整螺钉。或者是，也可把另一个电介质物体引入谐振器本体附近来替代导电的调整物体。根据介质板作调整的这类先前技术设计如图1所示。
但是，在这类调整方法中，通常共振频率作为调整距离的函数进行非线性变化。由于非线性和陡峭的调整斜度，共振频率的精确调整是困难的，并要求高的精度，特别是在控制范围的极端处是如此。根据高精度的机械运动来作频率调整，调整的斜度还很陡。原则上，减小金属或介质调整平面的尺寸可以增加调整运动的长度，因而增加调整的精度。
但是，由于上述调整技术的非线性，所达到的优点很小，因为不能利用在调整运动开始或结束处的太陡峭或太平坦的调整曲线区域。结果是，采用这些办法的介质谐振器共振频率调整对频率调整机构规定了极高的要求，从而增加了材料和生产成本。此外，频率调整设备的机械运动必须作得很小，因此调整较慢。
在Sarkka的US 5,703,548中，引入一个包括许多介质调整平面的介质谐振器来解决上述问题。这得到了改进的频率调整线性度和较长的调整距离，它们均改进了调整的精度。
在Delaballe等的US 4,459,570中，引入一种谐振器，使得调整板的介电常数为谐振器盘介电常数值的一半，由此解决了相似的问题。
在Sarkka的US 5,315,274中，采用一种介质谐振器来达到共振频率的调谐，它包括两个相互叠放的圆盘，相互可沿径向移动，由此改变了谐振器的形状。
发明概述
本发明的基本思想是利用调整曲线的线性部分，尽管曲线陡峭而难以调整和保持稳定。
本发明的目的是一种介质谐振器，其中在陡峭斜度范围内能够比先前技术更精确地调整共振频率。
按照本发明，用一种创新的介质谐振器来达到这个目的，它包括一个介质谐振器本体，谐振器本体至少包括两个共振件，其中，改变介质谐振器本体的形状可调整上述介质谐振器的共振频率。谐振器本体形状的改变是这样实现的：通过连接装置，上述元件在任何时间至少在一个位置上作机械接触。可通过一个互连件来建立这种接触。介质谐振器本体还包括一个装置，用于至少使谐振器本体的第一共振件至少相对于第二共振件作运动，从而改变上述本体的形状。由第一元件绕轴线转动来实现这个运动。
介质谐振器本体还可包括用于连接上述第一和第二元件的连接装置，上述第一元件的转动可引起上述第一元件相对于上述第二元件沿转动轴线方向的位移。
谐振器还包括由机械导向装置作位移调整的附加装置。这些调整装置可结合在连接装置中，由此共振元件至少在一个位置上相互接触。
共振件也可以是圆柱形，沿着中心在上述转轴上的圆形或部分圆形路线来提供连接装置。
本发明第一个优点是对于两个元件之间的相对位移和振动，可达到最大的稳定性。
第二个优点是易于实现一个温度补偿的谐振器结构。
第三个优点是可得到紧凑的谐振器结构。
第四个优点是可得到共振频率对位移的高灵敏度。
第五个优点是这种类型的介质谐振器本体可在高功率环境中工作。
以下将参照附图以举例方式更详细地说明本发明。
附图简述
图1a表示了先前技术介质谐振器的侧向剖视图。
图1b表示了共振频率相对于位移的曲线图。
图2表示了本发明介质谐振器的分解透视图。
图3a表示了本发明的两件式谐振器本体的分解透视图，它包括具有双斜面调整装置的两个共振件。
图3b表示了图3a实施例的侧视图。
图3c表示了本发明供替代的两件式谐振器本体的分解透视图，它包括了两个共振件，具有与跟踪装置结合的单斜面调整装置。
图3d表示了图3c实施例的侧视图。
图4a表示了本发明的三件式谐振器本体的分解透视图，它包括了具有双斜面调整装置的两个谐振件和第一类型的互连件。
图4b表示了图4a实施例的侧视图。
图4c表示了本发明供替代的三件式谐振器本体的分解透视图，它包括了两个共振件和第一类型的互连件，具有与跟踪装置结合的单斜面调整装置。
图4d表示了图4c实施例的侧视图。
图5a表示了本发明的三件式谐振器本体的分解透视图，它包括了两个共振件和第二类型的互连件，具有与跟踪装置结合的不重叠导轨。
图5b表示了图5a实施例的侧视图。
图5c表示了本发明三件式谐振器本体的分解透视图，它包括了两个共振件和第二类型的互连件，具有与跟踪装置结合的重叠导轨。
图5d表示了图5c实施例的侧视图。
实施例详述
图1a表示了先前技术介质盘状谐振器的侧向剖视图，如前所述，它包括电感连接环路1(输入和输出)，安装在金属壳体3内并由介质支架4支承的介质谐振器盘2，以及装在金属壳体3上的频率控制器，包括一个调整螺钉5和一个介质调整板6。按照图1b的曲线图，谐振器的共振频率与位移L有关。
如图1b所示，共振频率fr作为距离L的非线性函数7而变化。结合金属壳体3的尺寸适当选择谐振器盘2和调整板6的材料和尺寸，可在高灵敏度区9得到一个希望的近似线性的频率范围A-B。当调整位移L时，谐振器频率可在这个范围内调谐。如果希望高的灵敏度，这种构造的问题是线性频率范围通常相应于极小的位移L，从而可引起稳定性和精度的问题。
在先前技术的设备中，利用低灵敏度区8，而不是本发明目标所在的高灵敏度线性区9。
图2表示了一个创新的介质谐振器20的分解透视图。谐振器包括一个外壳，它具有底壁22、顶壁23和形成空腔21的侧壁24，一个介质谐振器本体，一个支架27，一个衬套28和一个调整杆29。在这个例子中，介质谐振器本体包括第一活动元件25和第二元件26。谐振器20还具有装在上述空腔21上的输入和输出装置(图中未示)。
在顶壁23中形成一个开孔23′，衬套28位于其中。用螺钉、铆钉、胶粘剂之类的固定方式把衬套28固定到顶壁23上，调整杆29可滑动地设置在衬套开孔28′内。调整杆29的第一端29′插入第一元件25上的中心连接区25′中。杆29的第二端29"设置在上述空腔21之外。依靠作用在上述杆29第二端29"上的转动装置，第一元件25相对于空腔21作转动。
用螺钉、铆钉、胶粘剂之类的固定方式把支架27固定到底壁22上，然后把第二元件26装在支架上，相对于空腔21固定了上述元件26。
第一元件25和第二元件26被设置成这样：至少在一个位置上，最好是在三个位置上使它们对着的表面部分地相互接触。为了保证稳定的接触，调整杆29受到沿轴向偏压的某种方式的弹簧加载(图中未示)，以便在元件25和26之间产生压力。
谐振器本体的第二元件25相对于第一元件26的位置决定了谐振器的共振频率fr。根据在谐振器本体中作出的机械导向装置(这将在以下更详细描述)，调整机构相对于第二元件26转动第一元件25来调整频率。
图3a和3b表示了两件式谐振器本体30的实施例，它包括第一介质共振件31和第二介质共振件32。两件均为具有大致相同外径d1的圆柱形，其中环形棱31′、32′沿圆周设置在每个元件对着的表面34和35上，每个棱具有基本相同的厚度t。一个中心连接区36设在第一元件31上，上述连接区具有槽37，用于固定已如图2所示的转动调整杆(图中未示)。
在这个例子中，每个棱31′、32′分成三个分开的接触区38。每区具有基本上相同的尺寸和形状，包括起始点38′，终止点38"和它们之间沿轴向升高的斜面。因此相对于第二元件32转动第一元件31，可改变谐振器本体30的形状，使谐振器本体30的高度改变，从而改变共振频率fr。
图3c和3d表示了两件式谐振器本体40的供替代实施例，它相似于图3a和3b中描述的实施例，但第一元件的形状不同。这个两件式谐振器本体的供替代实施例包括了一个具有外径d2的供替代的第一元件41，上述直径小于第二元件外径d1减去棱厚t的两倍(d2＜d1-2t)。相应于在第二元件32上棱32′的接触区38数目，从第一元件41的周边沿径向伸出许多销42。当销42沿周向均匀隔开时达到最佳的性能，此时在第二元件32上设置了相同的棱区38′，其角度a等于120度。
转动第一元件41来实现元件的位移，同时如前面图2中所描述那样，由于受弹簧装置的偏压，每个销42与每个接触区38的表面接触。
图4a和4b表示了三件式谐振器本体50的实施例，它包括了如先前图3a所示的第一介质共振件31、第二介质共振件52，以及由棱形成的互连件51。第一和第二元件31和52为圆柱形，互连件51为管状，它们均具有大致相同的外径d1，其中第一环形棱31′沿圆周设置在第一元件31表面34的周边上。第二棱51′设置在由棱形成的管状互连件51上，上述互连件的厚度t等于第一棱31′的厚度。一个中心连接区36设置在第一元件31上，上述连接区具有槽37，用于如先前图2所示方式来固定一个转动调整杆(图中未示)。
至少用一个止动装置53来把互连件51固定到第二元件52上。在这个例子中，三个止动装置设在上述互连件51上，上述止动装置放在上述第二元件52的相应槽54中。
在这个例子中，每个棱31′、51′分成三个分开的接触区，如先前图3a-3b所示。因而相对于固定在第二元件52上的互连件51，转动第一元件31可改变谐振器本体50的形状，使谐振器本体50的高度变化，从而改变共振频率fr。
图4c和4d表示了三件式谐振器本体60的供替代实施例，它与图4a和4b所示的实施例相似，但互连件的形状不同。这个三件式谐振器本体的供替代实施例包括一个供替代的互连件61，它具有外径d2，上述直径小于第一元件外径d1减去棱厚t的两倍(d2＜d1-2t)。相应于在第一元件31上棱31′的接触区38数目，从互连件61的周边沿径向伸出许多销62。当销62沿周向均匀隔开时达到最佳的性能，如上所述，此时在第一元件31上设置了相同的棱31′接触区，其角度a等于120度。
在互连件61上的止动装置63和在第二元件65上相应的槽64设置成把互连件61径向固定在第二元件65上。
转动第一元件31来实现元件的位移，同时如前面图2中所描述那样，由于受弹簧装置的偏压，每个销62与第一棱31′的表面接触。
图5a和5b表示了三件式谐振器本体70的实施例，它包括了第一介质共振件71、第二介质共振件72，以及由狭槽形成的互连件71。第一和第二元件71和72为圆柱形，具有大致相同的外径d1，互连件73为管状，具有大于上述外径d1的内径d3(d3＞d1)。一个中心连接区36设置在第一元件71上，上述连接区具有槽37，用于如先前图2所示方式来固定转动调整杆(图中未示)。
互连件73具有许多设置在管壁中沿轴向延伸的狭槽74。每条狭槽设置成为销75提供沿轴向升高的导轨，其中上述销从第一元件71的周边沿径向伸出。当销75沿周向均匀隔开时达到最佳的性能，此时在互连件73上设置了相同的狭槽74，其角度a等于120度。
采用如胶粘剂之类的固定方式把互连件73装在第二元件72上，用于把互连件73固定到第二元件72。
转动第一元件71来实现元件的位移，同时每个销75沿着每条狭槽74运行。如先前图2所描述那样，利用弹簧装置所产生的压力可增加这个实施例的精度。
图5c和5d表示了三件式谐振器本体80的一个实施例，它相似于图5a-5b的实施例，但狭槽81在互连件82管壁中的设置方式不同。在这个例子中狭槽为重叠形式，而上述实施例中狭槽是不重叠的。
由于引入重叠的狭槽，可以降低第一元件71的转动灵敏度，能够得到较高的精度。
在上述附图中棱和狭槽的斜度是线性的，但不应该把本发明限于这一点。如果协调地调整相对着表面上的跟踪装置，可以采用任何类型的斜度增加方式。
上述由狭槽形成的互连件的一个供替代实施例(图中未示)是管状互连件，其中狭槽由内螺纹替代。销75设置成配合在螺纹中，可达到与图5a-5d相同的功能。
当然可作出上述机械导向装置的其它组合，并应该包括在本发明范围之内。
互连件51,61,73和82可用电介质材料、玻璃、氧化铝和其它材料制成。可用任意特性的电介质材料制成共振元件31,32,41,51,52,65,71和72。
根据上述实施例中共振元件的设置，不管具有或没有互连件，均可达到稳定的设计。另外，由于弹簧加载装置迫使共振件牢固地接触，设计对温度变化不敏感。与空气击穿电压Emax有关(大约Emax=3000v/mm)，谐振器的最大功率控制能力由谐振器最大容许的贮能所规定。最大贮能直接正比于最大峰值功率。上述实施例提供了较高的灵敏度(Mhz/mm)，并在计算机模拟中发现能够控制更大的功率。
Claims (25)
1．一种介质谐振器包括：-限定一个空腔(21)的壁(23,24,25)，-装在上述空腔上的输入和输出装置，-位于上述空腔内的至少一个介质谐振器本体(30,40,50,60,70,80)，可在频率范围内作调整，
其特征在于：上述介质谐振器本体至少包括两个介质共振件(25,26)，由此可改变谐振器本体的共振形状来调整共振频率(fr)，由于上述谐振器本体的至少第一元件(25)相对于上述谐振器本体的至少第二共振件(26)的运动，可调整上述谐振器本体的共振形状，由至少第一元件绕轴线的转动来实现上述运动，上述元件相互接触。
2．按照权利要求1的介质谐振器，其特征在于：上述谐振器本体还包括用于连接上述第一(25)和第二(26)元件的连接装置。
3．按照权利要求1-2的介质谐振器，其特征在于：上述转动引起上述第一元件相对于上述第二元件沿转动轴线方向的位移。
4．按照权利要求3的介质谐振器，其特征在于：上述谐振器本体包括调整装置(31′,32′,42′)，用于调整上述第一元件(25)的上述位移。
5．按照权利要求4的介质谐振器，其特征在于：上述调整装置结合了至少在两个元件上的机械导向装置(31′,32′；32′,42′；31′,51′；31′,62；74,75；75,81)，由此在转动时由上述机械导向装置来控制位移。
6．按照权利要求2-5中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述连接装置至少在一个位置上建立了上述共振件之间的接触。
7．按照权利要求6的介质谐振器，其特征在于：上述共振件是圆柱形，并且沿着中心在上述转动轴线上的圆形或部分圆形路线，结合了上述连接装置。
8．按照权利要求6-7中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述谐振器还包括用于上述第一元件相对于上述第二元件转动的装置(36,37)，上述转动用的装置作用在上述位移的上述调整装置上，由此改变了位移。
9．按照权利要求1-8中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述谐振器本体还包括管状的互连件(51,61,73,82)。
10．按照权利要求9的介质谐振器，其特征在于：上述互连件固定到上述至少一个共振件上。
11．按照权利要求10的介质谐振器，其特征在于：上述互连件固定到上述第二共振件(32,52,65,72)上。
12．按照权利要求5-11中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述机械导向装置包括：
-位于至少一个元件(31,32)上第一表面(34,35)周边的第一环形棱(31′,32′)，上述棱分成至少一个基本上等长度的接触区(38)，每区具有基本上相同的形状，
-位于至少一个元件(31,32)上第二表面(34,35)周边的跟踪装置(31′,32′,42′)，上述第二表面对着上述第一表面，上述装置分成各部分的数目至少相应于上述第一棱上的上述区数，
由此在上述第一棱的每个接触区内达到元件之间的接触。
13．按照权利要求12的介质谐振器，其特征在于：每个接触区的上述形状是在上述圆形路线中的沿轴向升高的斜面，包括基本上相同的轴向起始点和基本上相同的轴向终止点。
14．按照权利要求12-13中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述跟踪装置包括沿径向伸出的突出装置(42′,62′)。
15．按照权利要求12-13中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述跟踪装置位于上述活动元件(31,41)之一上。
16．按照权利要求12-13中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述跟踪装置形成了位于上述第二表面周边上的第二环形棱(32′,51′)，上述跟踪装置的每个部分具有与第一棱每个接触区相一致的形状，由此沿着上述第一和第二棱的距离达到接触。
17．按照权利要求12-16中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述第一棱位于上述第一元件(31)上，上述跟踪装置位于固定在上述第二元件(52,65)的上述互连件(51,61)上。
18．按照权利要求12-17中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述第一棱分成三个接触区。
19．按照权利要求9-11中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述机械导向装置(74,75,81)包括：
-上述管状互连件(73,82)的内径(d3)大于上述转动件(71)的直径(d1)，
-上述互连件的管壁沿轴向延伸，
-导轨(74,81)设置在上述管壁中，上述导轨至少分成一个分开的沿轴向升高的导向部分，
-一个跟踪装置(75)位于上述转动件(71)的周边上，上述装置分成数个跟踪部分，上述数目至少相应于在互连件上上述导向部分的数目，上述跟踪装置由上述导轨支承，
由此当上述转动件(71)转动而上述跟踪装置(75)沿上述导轨(64,81)运行时，上述位移改变。
20．按照权利要求19的介质谐振器，其特征在于：上述跟踪装置的每个跟踪部分是沿径向伸出的突出装置(75)。
21．按照权利要求19-20中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述导轨的每个导向部分为均匀的形状，具有基本上相同的轴向起始点和基本上相同的轴向终止点。
22．按照权利要求19-21中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述导轨分成三个跟踪部分。
23．按照权利要求19-21中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述导轨包括一个内螺纹，其中上述跟踪装置设置成带螺纹部分。
24．按照以上权利要求中任一条的介质谐振器，其特征在于：上述谐振器还包括弹性装置，它至少作用在上述元件之一上，以达到上述共振件之间的接触。
25．按照以上权利要求中任一条的介质谐振器，其特征在于：它包括：
-上述壁，包括形成开口(23′)的顶壁(23)和与上述顶壁对着的底壁(22)，
-调谐杆(29)，在上述顶壁的上述开口中伸出，至少把第一共振件(25)连接到上述调谐杆上，以及
-一个电介质支架(27)，从上述底壁(22)伸出，至少相对于空腔(21)固定第二共振件(26)，
其中上述共振件(25,26)至少从上述壁之一上得到支承，其特征在于：上述调谐杆(29)被弹性偏压而产生一个力，保证上述共振件(25,26)之间的上述接触。
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