專利名稱：凹腔諧振腔和制造這種凹腔諧振腔的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及凹腔(re-entrant)諧振腔和制造這種凹腔諧振腔的方法。本發(fā)明更具體地但不專門涉及使用表面安裝技術制造的凹腔諧振腔和多諧振器濾波器裝置。
背景技術：
諧振腔是一種具有由導電表面界定的封閉體積的器件，且其中所述封閉體積可承受振蕩電磁場。諧振腔例如可以被用于濾波器，并且具有極好的功率操作能力和低能耗。幾個諧振腔可以耦合在一起，以獲得復雜的頻率選擇性能。
諧振腔通常由金屬銑成或由金屬鑄造而成。工作頻率決定所需腔的尺寸，而且在微波范圍內(nèi)，尺寸和重量是重要的。在凹腔諧振腔內(nèi)，在腔體積內(nèi)的電磁場的電部分和磁部分在幾何結構方面基本分離，從而相對于具有相同諧振頻率的圓柱形腔的尺寸相比能夠使腔的尺寸減小。
因為諧振腔的幾何結構形狀決定諧振頻率，所以要求高機械精確度，并且此外，或者可選地，施加制造前調諧(post-production tuning)。例如，可以提供調諧機構，如凸出到腔體積內(nèi)可變量并被手動調節(jié)的調諧螺釘。圖l示意性地圖示了包括手動調節(jié)的調諧機構的凹腔諧振腔l。腔l具有封閉體積2，所述封閉體積由圓柱形外壁3、端壁4和5、和從端壁中的一個端壁4延伸的凹腔短柱(stub) 6限定。電場集中在短柱6的端面8與面對所述端面的腔壁5的部分9之間的電容間隙7內(nèi)。端面8包括與短柱6的縱向軸線X-X對齊的盲孔IO。調諧螺釘11從端壁5凸出到孔10內(nèi)。能量耦合到諧振腔內(nèi)，并且操作者監(jiān)控當他相對于端面8在軸向方向上移動調諧螺釘H (如箭頭所示)從而改變電容間隙的電容值時對諧振頻率的影響。這能夠將腔的諧振頻率調節(jié)到所需值。
減小腔的重量的一個已知方法是用塑料制造腔，并用薄金屬膜覆蓋腔表面。如果使用銑削形成塑料形狀，則難以獲得足夠的精確度，并且表面 粗糙度是個問題。模制是另一種方法，但是工具昂貴，尤其是當腔組合在 一起作為濾波器時。在典型的多諧振器濾波器中，例如，所包含的諧振器 中的大多數(shù)的諧振頻率彼此不同。濾波器在功能性方面需要稍微不同的諧 振頻率，并因此對于諧振器需要稍微不同的幾何結構。因此，如果使用模
制技術，例如，塑料注模，則單個模巢(molding form)必須被構造成限 定所有諧振器。這種復雜的模巢難以制造成具有足夠的精確度，并因此產(chǎn) 生大的成本。
2003年費城電氣和電子工程師協(xié)會國際微波討論會會刊第1089-1092 頁T丄Mueller(T丄Mueller , "SMD-type 42 GHz waveguide fliter，， ， Proc, IEEE Intern. Microwave Symp., Philadelphia, 2003, pp. 1089-1092)的"SMD-type 42 GHz waveguide fliter"說明了使用表面安裝焊接制造波導濾波器，其 中，U形金屬濾波器部分焊接到印刷電路板(PCB)上，使用鍍金屬的所 述板限定波導壁中的一個。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種凹腔諧振腔的制造方法，所述凹腔 諧振腔包括導電表面，所述導電表面限定體積并包括延伸到體積內(nèi)并具有 縱向軸線和端面的凹腔短柱，在端面與表面的面對部分之間具有電容間
隙，所述方法包括以下步驟提供第一腔部分，所述第一腔部分包括凹腔 短柱；提供第二腔部分，所述第二腔部分包括面對部分；構造短柱與面對 部分，使得在短柱與面對部分之間繞縱向軸線的相對轉動改變電容間隙的 輪廓(profile),以為至少一個相對轉動位置提供間隙電容，所述間隙電容 與另外的相對轉動位置的間隙電容相比不同；以及相對于彼此定位第一和 第二腔部分，以獲得提供所需的間隙電容的間隙輪廓。
通過使用本發(fā)明，可以選擇諧振頻率，例如，在放置第一和第二腔部 分期間通過定位所述第一和第二腔部分以獲得適當?shù)慕俏灰?。如果所述?一和第二腔部分以足夠的精確度被制造和定位，這足以整個消除對制造前 調諧(post-productiontuning)的需要，雖然如果需要可以包括額外的調諧 機構。此外，本發(fā)明適于自動制造，從而減少或消除了在設定諧振頻率中對手動干涉的需要。
凹腔短柱和面對部分被構造成所述凹腔短柱和所述面對部分的有效 重疊隨它們的相對角位置變化。凹腔短柱和面對部分的表面可以具有許多 可能形狀，隨著凹腔短柱和面對部分的相對轉動，凹腔短柱和面對部分的 表面將表現(xiàn)間隙電容的期望變化。 一些形狀比其它形狀在角位置上產(chǎn)生更 大的電容變化，所述更大的電容變化對應于大頻率范圍?？梢酝ㄟ^減小間 隙距離，S卩，通過使間隙更小而得到更大的電容變化。當在平行板電容器 中，電容與間隙距離成反比。
第一腔部分可以是鍍金屬的塑料制成或者通過模制形成。第二腔部分 可以被基板(例如，印刷電路板(PCB))承載，并不與所述基板成一體。 在PCB的表面上的鍍金屬可以限定腔的表面。第二腔部分也可以由模制的 鍍金屬的塑料制成，雖然第二腔部分可選地可完全由金屬制成。所述方法 可以涉及將鍍金屬的塑料部件焊接到適當?shù)奈恢玫谋砻姘惭b技術。在此技 術的放置和焊接階段可以調節(jié)它們各個腔的諧振頻率。因此，例如，第二
腔部分可以表面安裝焊接到鍍金屬的PCB，而第一腔部分也使用表面安裝 技術安裝在PCB上。由PCB或其它基板提供的特征可以用作用于限定第一 和第二腔部分的角位置的定位裝置。在第一和第二腔部分借助于銷或類似 物被定位的情況下，例如，PCB可以提供銑削孔。諸如銷的特征可以通過 以幾乎零成本修改模巢(molding form)增加到模制部件。銑削孔的位置 在零增加成本下可以被制成對于濾波器的每一個諧振器不同，從而使用相 同的諧振器部分獲得不同的諧振頻率。代替使用銑削孔，或者除所述銑削 孔之外，PCB可以包括蝕刻特征，或者第一腔部分的腳印(footprint)可 以是橢圓形，或者其它非圓形，從而產(chǎn)生對角位置敏感的裝置。
在可選的方法中，第二腔部分與腔壁整體地形成，在完成的腔內(nèi)所述 腔壁與短柱的端面位置相對。然而，當更大的部件需要相對于第一腔部分 可定位在不同的角位置以為不同的電容間隙輪廓提供所需的選擇時，這卻 導致了更少的設計靈活性。
在根據(jù)本發(fā)明的另一方法中，通過在基板(例如，PCB基板)上的金 屬鍍層形成圖案限定第二部分。
通過使用本發(fā)明，相同的第一腔部分可以包括在具有不同諧振頻率的
6各個凹腔諧振腔內(nèi)。當數(shù)量大于每一個諧振頻率需要一個單獨的模巢的情 況時，這能夠使整個加工成本降低。在多個凹腔諧振腔在濾波器裝置中組 合時，這尤其便利。而且，相同的第二腔部分可以類似地用于需要具有不 同諧振頻率的腔內(nèi)。因此， 一組凹腔諧振腔可以使用僅用于第一和第二腔 中的每一個的單個形狀而被制造成具有大范圍的諧振頻率，并且在模制、 焊接和放置期間可以保持提供精確度，而不需要制造前手動調諧。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，凹腔諧振腔包括導電表面，所述導電表面限 定體積并包括具有縱向軸線和端面的凹腔短柱，在端面與表面的面對部分 之間具有電容間隙，短柱和面對部分被構造成在短柱與面對部分之間繞縱 向軸線的相對轉動改變間隙的輪廓，以為至少一個相對轉動位置提供間隙 電容，所述間隙電容不同于另外的相對轉動位置的間隙電容。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，濾波器裝置包括多個凹腔諧振腔，所述多個 凹腔諧振腔中的至少一些包括導電表面，所述導電表面限定體積并包括 具有縱向軸線和端面的凹腔短柱，在端面與表面的面對部分之間具有電容 間隙，短柱和面對部分被構造成在短柱與面對部分之間繞縱向軸線的相對 轉動改變間隙的輪廓，以為至少一個相對轉動位置提供間隙電容，所述間 隙電容不同于另外的相對轉動位置的間隙電容。腔可以安裝在共用基板 上。例如，通過蝕刻可以使基板上的鍍金屬形成圖案，以限定第二腔部分， 從而提供緊湊而又耐用的裝置。


以下以示例的方式并參照

根據(jù)本發(fā)明的一些方法和實施例， 其中
圖l示意性地圖示了目前已知的凹腔諧振腔；
圖2示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的凹腔諧振腔和凹腔諧振腔制造方
法；
圖3更詳細地示意性地圖示了圖2的凹腔諧振腔的部分； 圖4 (a)和4 (b)示意性地圖示了在圖2的方法的步驟； 圖5示意性地圖示了包括多個凹腔諧振腔的濾波器裝置；以及 圖6-ll示出了根據(jù)本發(fā)明的另一濾波器裝置的部件，其中，第二腔部分由被基板承載的平坦的鍍金屬限定。
具體實施例方式
參照圖2，凹腔微波諧振腔12包括圓柱形壁13，圓柱形壁13在每一端 處分別具有第一和第二端壁14和15以在所述第一和第二端壁之間限定體 積16。短柱17從第一端壁14延伸到體積16內(nèi)，所述短柱17沿圓柱形壁13的 縱向軸線X-X定位。圓柱形壁13、第一端壁14以及短柱17整體地形成為單 個模制塑料部件18，所述模制塑料部件的內(nèi)部表面被鍍銀層。第二端壁15 由被印刷電路板基板19承載的金屬鍍層限定。圓柱形壁13在制造器件期間 在表面安裝焊接過程中通過放下的焊料20連接到金屬鍍層。
短柱17的端面21限定在所述端面與第二端壁15的面對部分23之間的 間隙22。第二端壁15的面對部分23由突起部(rostrum) 24形成，在本實施 例中，所述突起部的直徑基本與短柱17的直徑相同。突起部24是鍍金屬的 模制塑料件，所述鍍金屬的模制塑料件沒有與腔12的其它部分成一體，而 是被焊接在基板19上的適當位置。圖3更詳細地示出了凹腔短柱17的下端 和突起部24。短柱17的端面21被構造成部分21a位于一個平面內(nèi)，而另一 部分21b位于不同的平行的平面內(nèi)，且部分21a與部分21b之間的界限跨越 端面21b的直徑。突起部24的面對部分23也位于不同的平面內(nèi)。中心部分 23a位于一個平面內(nèi)，而側部分23b(在圖3中只能看到側部分23b中的一個) 位于不同的平面內(nèi)。
腔12具有經(jīng)由基板19內(nèi)的銅軌跡25用于信號能量的輸入和經(jīng)由另一 銅軌跡26的輸出。這些用于將能量耦合進和耦合出腔體積16，并允許腔12 容易地耦合到其它類似地腔以形成例如濾波器。
在腔的制造中，首先使用注模制造包括短柱17、圓柱形壁13和端壁14 的單個模制塑料部件18。對在完成的器件中將在腔的內(nèi)部的表面施加鍍金 屬處理。通過噴鍍施加鍍金屬處理，雖然其它方法也可以實現(xiàn)用于電目的 的充足完全涂布。突起部24也被注模和鍍金屬。突起部24然后位于由鍍金 屬的基板19承載的焊料焊盤上。突起部24相對于短柱17的端面21的角位置
被選擇，以在所述突起部與所述端面之間的間隙中提供所需的電容。因此， 如果短柱17如圖3中所示定向，則突起部24可以相對于短柱17如圖4 (a)或圖4 (b)中所示被定位。在圖4 (a)中所示的角對準中，突起部24和短 柱17相對被定位成在電容間隙處提供最大電容，而當突起部24如圖4 (b) 中所示被定位時，相對位置則提供最小電容。其它中間位置提供在最大值 與最小值之間的間隙電容。
參照圖5，濾波器包括多個凹腔諧振腔27,每一個諧振腔都類似于圖l 中所示的諧振腔，并經(jīng)由在共用基板29中的導電軌跡28連接。腔包括相同 的模制部件18和相同的突起部24。每一個突起部都在其底表面處包括至少 一個定位銷30。印刷電路板基板29包括多個孔，定位銷與所述多個定位孔 相互接合。在制造期間，每一個突起部在使用表面安裝技術被焊接到適當 位置之前通過孔的位置被定位在所需的角定向中。因此，在使用相同的腔 部分時，腔的諧振頻率可以被制成不同。
在根據(jù)本發(fā)明的用于制造濾波器的其它方法中，不同的突起部結構可 以與包括短柱的相同的第一腔部分一起使用。雖然仍舊獲得了能夠使用相 同的、更復雜的第一腔部分這樣的益處，但是制造不同形狀的可利用的突 起部可以增加利用第一腔部分的形狀可獲得的頻率范圍。而且，不是包括 在濾波器內(nèi)的所有諧振腔必需為本發(fā)明所涉及的類型。
參照圖6，濾波器裝置31包括凹腔諧振腔32、 33和34，且每一個分別 具有圓柱形壁35、 36和37以及分別居中定位的凹腔短柱38、 39和40。每一 個腔還包括端壁，為了清楚起見，所述端壁在圖6中被省略。在每一個腔 內(nèi)，圓柱形壁、短柱和結合所述圓柱形壁和所述短柱的端壁形成為通過模 制制造的鍍金屬的單個塑料部件。如圖6中所示，每一個短柱具有位于多 于一個平面并且非圓形對稱的端面，并且它們在同一方向上被定向。圓柱 形壁35、 36和37安裝在PCB基板41上，所述PCB基板具有在介電層43上的 金屬鍍層42，且圓柱形壁35、 36和37焊接到金屬鍍層42。圖7是類似于圖6 的圖，除了圓柱形壁被省略以更清楚地展現(xiàn)金屬鍍層42的圖案。
圖8示出了PCB基板41。金屬鍍層42被蝕刻以清除金屬區(qū)域44、 45和 46，同時留下非圓形金屬片47、 48和49。非圓形金屬片47、 48和49在完成 的濾波器裝置31中分別為腔35、 36和37的第二腔部分。片47、 48和49被定 向在不同的角位置中，使得與它們各自的短柱38、 39和40組合產(chǎn)生不同的 間隙電容，并因此對腔32、 33和34產(chǎn)生不同的諧振頻率。圖9僅示出了基板41的上金屬層42。圖10示出了在金屬鍍層42的下方 的基板41的介電層43內(nèi)的金屬填充孔50的圖案?？?0使被蝕刻的金屬鍍層 42與在介電層43的另一側上的第二金屬層51連接。第二金屬層51限定導電 腔表面的部分，所述導電腔表面限定體積，在每一個腔工作期間，電磁場 在所述體積內(nèi)建立。如圖ll中所示，第二金屬層51是連續(xù)的。然而，第二 金屬層51可以包括開口，以允許信號耦合進和耦合出腔。PCB基板41可以
包括另外的層，從而例如包括嵌入在多層介電結構中的耦合銅軌跡。
本發(fā)明在不脫離其本質特征的情況下可以以其它具體形式實施，并通 過其它方法實現(xiàn)。在所有方面，所述實施例和方法被認為僅作為示例而不 是限制。因此，本發(fā)明的保護范圍由所附權利要求指定，而不是由前面的 描述指定。在權利要求等價物的意思和范圍內(nèi)的所有改變都包括在本發(fā)明 的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種制造凹腔諧振腔的方法，所述凹腔諧振腔包括導電表面，所述導電表面限定體積和延伸到所述體積內(nèi)并具有縱向軸線和端面的凹腔短柱，在所述端面與所述表面的面對部分之間具有電容間隙，所述方法包括以下步驟提供第一腔部分，所述第一腔部分包括所述凹腔短柱；提供第二腔部分，所述第二腔部分包括所述面對部分；構造所述短柱與所述面對部分，使得所述短柱與所述面對部分之間的繞著所述縱向軸線的相對轉動改變所述電容間隙的輪廓，以為至少一個相對轉動位置提供間隙電容，所述間隙電容與另外的相對轉動位置的間隙電容相比不同；以及相對于彼此定位所述第一和第二腔部分，以獲得提供所需的間隙電容的間隙輪廓。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其中，所述第一腔部分由鍍金屬的塑 料制成，并且所述方法包括通過模制形成所述第一腔部分的步驟。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述第一腔部分是整體模 制的鍍金屬的塑料部件，所述部件包括圓柱形壁、所述短柱和第一端壁， 所述短柱被所述圓柱形壁包圍，并在沿所述圓柱形壁的所述縱向軸線的方 向上從所述第一端壁延伸。
4. 根據(jù)權利要求l-3中任一項所述的方法，其中，所述第二腔部分由 基板承載。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，所述基板包括用于角定位所述 第二腔部分的定位裝置。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的方法，其中，所述基板是鍍金屬的基板， 并且所述第二腔部分通過使鍍金屬形成圖案而限定。
7. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述短柱的所述端 面位于兩個平行的平面內(nèi)。
8. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的方法，包括步驟 制造多個凹腔諧振腔并將所述多個凹腔諧振腔連接在一起以形成濾波器裝置。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述多個凹腔諧振腔中的至少一些諧振腔每一個均包括相同的第一腔部分并且具有不同的諧振頻率。
10. —種凹腔諧振腔，所述凹腔諧振腔包括導電表面，所述導電表面 限定體積并包括具有端面和縱向軸線的凹腔短柱，在所述端面和所述表面 的面對部分之間具有電容間隙，所述短柱與所述面對部分被構造成使所述 短柱與所述面對部分之間的繞著所述縱向軸線的相對轉動將改變所述間 隙的輪廓，以為至少一個相對轉動位置提供間隙電容，所述間隙電容與另 外的相對轉動位置的間隙電容相比不同。
11. 一種濾波器裝置，所述濾波器裝置包括多個凹腔諧振腔，所述多 個凹腔諧振腔中的至少一個諧振腔包括導電表面，所述導電表面限定體積 并包括具有端面和縱向軸線的凹腔短柱，在所述端面和所述表面的面對部 分之間具有電容間隙，所述短柱與所述面對部分被構造成使得所述短柱與 所述面對部分之間的繞著所述縱向軸線的相對轉動將改變所述間隙的輪 廓，以為至少一個相對轉動位置提供間隙電容，所述間隙電容與另外的相 對轉動位置的間隙電容相比不同。
12. 根據(jù)權利要求ll所述的濾波器裝置，其中，所述多個凹腔諧振腔 中的至少一些諧振腔包括部件，所述部件包括凹腔短柱并且對于各個不同 的諧振腔形成相同的形狀，并且所述凹腔短柱和與其對應的面對部分處于 不同的角關系，使得所述至少一些諧振腔提供各個不同的間隙電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凹腔諧振腔及其制造方法和一種濾波器裝置。凹腔諧振腔(12)包括第一鍍金屬的模制塑料部件(18)，部件包括凹腔短柱(17)、端壁(14)和圓柱形側壁(13)。部件(18)被表面安裝焊接在鍍金屬的PCB基板(19)上。突起部(24)被定位成面對短柱(17)的端面(21)，以利用其限定電容間隙(22)。短柱(17)的端面(21)和突起部(24)被構造成所述短柱與所述面對部分之間相對轉動改變間隙(22)的輪廓，并因此改變間隙電容。通過在制造期間適當?shù)囟ㄎ粌蓚€部件，基于短柱(17)與突起部(24)的相對角位置可以選擇具體的電容，以從可利用的旋轉提供期望的諧振頻率。在另一腔中，突起部被印刷電路板的被蝕刻的金屬鍍層代替。
文檔編號H01P11/00GK101517822SQ200780034919
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月10日 優(yōu)先權日2006年9月20日
發(fā)明者簡·黑塞爾巴斯 申請人:朗訊科技公司