一種諧振腔、濾波器件及電磁波設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種諧振腔，包括腔體、位于所述腔體內的諧振子，其特征在于，所述諧振子包括介質本體，所述介質本體表面上開設有凹孔，所述凹孔內設置有導電材料構成的導電層，所述諧振子底部通過螺紋配合與所述腔體底面鎖緊連接。由于采用具有導電層的諧振子，可獲得一個諧振頻率較低的模式，有利于降低具有該諧振子的諧振腔的諧振頻率，從而大大縮小諧振腔的體積，具有該諧振腔的濾波器件和電磁波設備的體積也會隨之明顯減小。
【專利說明】一種諧振腔、濾波器件及電磁波設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻元器件及其設備，更具體地說，涉及一種諧振腔、濾波器件及電磁波設備。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)金屬諧振子濾波器體積小且可實現(xiàn)較低頻率的諧振，但是體積小會導致無法承受較高的功率。傳統(tǒng)的介質諧振子濾波器可以承受高功率，但是如果要實現(xiàn)低頻諧振，則介質諧振子的體積以及金屬腔的體積會比較大，不滿足濾波器小型化的需求。如何設計出一種諧振頻率低、體積小且耐高功率的諧振子及其濾波器，是需要解決的一個問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種諧振頻率低、體積小且耐高功率的諧振腔、濾波器件及電磁波設備。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種諧振腔，包括腔體、位于所述腔體內的諧振子，所述諧振子包括介質本體，所述介質本體表面上開設有凹孔，所述凹孔內設置有導電材料構成的導電層，所述諧振子底部通過螺紋配合與所述腔體底面鎖緊連接。
[0005]進一步地，所述諧振子底部設置有內螺紋或外螺紋，所述腔體底面上設置有直接與之適配的外螺紋或內螺紋。
[0006]進一步地，所述腔體底部設置有凸臺，所述諧振子通過與所述凸臺上設置的內螺紋或外螺紋配合而固定。
[0007]進一步地，所述諧振子底部焊接或粘接有金屬塊，所述金屬塊底部設置有外螺紋或內螺紋，所述腔體底面上設置有與之適配的內螺紋或外螺紋。
[0008]進一步地，所述諧振子底部設有金屬鍍層，通過與所述金屬塊熱壓熔融而焊接在一起。
[0009]進一步地，所述導電層直接附著在所述凹孔內壁上。
[0010]進一步地，所述導電層通過連接媒介固定在所述凹孔內壁的側面或底面上。
[0011]進一步地，所述介質本體由介電常數(shù)大于I的材料制成。
[0012]進一步地，所述凹孔為盲孔或通孔。
[0013]進一步地，所述凹孔為圓形孔、方形孔、圓臺形孔、方臺形孔、錐形孔或不規(guī)則形狀的孔。
[0014]進一步地，所述導電層覆蓋在所述凹孔內壁的側面或底面上，或者所述導電層覆蓋在凹孔內壁的整個內壁表面上。
[0015]進一步地，所述導電層的導電材料為金屬。
[0016]進一步地，所述導電材料為銀、銅或金，或者為含有銀、銅或金中一種或兩種或三種的合金。[0017]進一步地，所述導電層的導電材料為導電的非金屬。
[0018]進一步地，所述導電材料為導電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅。
[0019]進一步地，所述諧振腔還包括裝在所述腔體上并伸入所述腔體腔內起調諧所用的調諧桿，所述調諧桿與所述凹孔相向設置。
[0020]進一步地，所述介質本體上設有至少兩個凹孔，與每個凹孔相對的位置均設有一個調諧桿。
[0021]進一步地，所述調諧桿為介電常數(shù)大于I的非金屬材料制成的螺桿或者為金屬螺桿。
[0022]本發(fā)明還涉及一種濾波器件，包括一個或多個諧振腔，至少一個諧振腔為上述諧振腔。
[0023]進一步地，所述濾波器件為濾波器或雙工器。
[0024]進一步地，所述濾波器件包括多個諧振腔，每個諧振腔內設置有一個所述諧振子，每個諧振子的凹孔對應設置有一個調諧桿。
[0025]進一步地，所述濾波器件的諧振腔與諧振腔之間為開窗耦合，且每個開窗位置均設置有耦合桿。
[0026]本發(fā)明還涉及一種電磁波設備，包括信號發(fā)射模塊、信號接收模塊以及濾波器件，所述濾波器件的輸入端與所述信號發(fā)射模塊連接，輸出端與信號接收模塊連接，所述濾波器件為上述任一項所述的濾波器件。
[0027]進一步地，所述電磁波設備為飛機、雷達、基站或者衛(wèi)星。
[0028]實施本發(fā)明，具有以下有益效果:本發(fā)明由于采用具有導電層的諧振子，可獲得一個諧振頻率較低的模式，有利于降低具有該諧振子的諧振腔的諧振頻率，從而大大縮小諧振腔的體積，具有該諧振腔的濾波器件和電磁波設備的體積也會隨之明顯減小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0030]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的諧振子的俯視圖；
[0031]圖2是圖1所示諧振子的半剖主視圖；
[0032]圖3是一實施例中的諧振腔的半剖俯視圖；
[0033]圖4是圖3所示諧振腔的半剖主視圖；
[0034]圖5是一實施例中的濾波器件的B-B剖面圖；
[0035]圖6是圖5所示濾波器件的A-A剖面圖；
[0036]圖7為本發(fā)明的電磁波設備為基站時的局部結構示意圖。
【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明涉及一種諧振腔、濾波器件和電磁波設備，該諧振腔具有非常低的諧振頻率，因而與相同諧振頻率的傳統(tǒng)諧振腔相比體積要小得多，可以有效減小由諧振腔構成的濾波器件以及具有該濾波器件的電磁波設備的體積和重量。
[0038]諧振腔如圖3、圖4所示，包括腔體5、諧振子和調諧桿4。其中，腔體5開口端上裝有腔蓋，腔體和腔蓋圍合成一個封閉空間，諧振子即位于所述封閉空間內。腔體5或腔蓋上裝有調諧桿4，調諧桿4末端伸入封閉空間內并至少部分地伸入諧振子的凹孔2內。
[0039]調諧桿4通常為金屬螺桿，通過螺母裝在腔蓋上，且伸入腔內的長度可調，從而在小范圍內調節(jié)諧振腔的諧振頻率。調諧桿4也可以有陶瓷材料制成，或者是在一低損耗材料制成的桿外表面包裹金屬或陶瓷或其他高介電常數(shù)材料。本發(fā)明不對調諧桿4的材料和形狀做任何限定，只要其伸入腔體5內能微擾腔內電磁場分布從而影響諧振頻率即可。調諧桿4也可以為非金屬材料制成，只要其介電常數(shù)大于I即可，當然優(yōu)選介電常數(shù)更高的材料。
[0040]諧振子如圖1、圖2所示，包括介質本體1，介質本體I外表面上開設有向介質本體I內部凹陷的凹孔2，凹孔2內壁的全部表面或部分表面上附著有導電材料構成的導電層3。
[0041]介質本體I可以為任意介電常數(shù)大于I的材料，例如聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、F4B、FR4材料等，但介電常數(shù)越高、損耗角正切越小的材料更有利于電磁諧振并降低諧振頻率，現(xiàn)有技術中優(yōu)選陶瓷材料，例如氧化鋁，當然只要是具有較高的介電常數(shù)和較低的損耗(通常介電常數(shù)大于30，損耗角正切小于0.01)的材料均可，優(yōu)選微波介質陶瓷例如BaTi409、Ba2Ti902(l、MgTiO3-CaTiO3、BaO-Ln2O3-TiO2 系、Bi2O3-ZnO-Nb2O5 系等。
[0042]如圖1所示，本實施例的介質本體I為矩形方柱，且四條棱倒圓角。當然諧振子不限于這種形狀，本發(fā)明的介質本體I可以是現(xiàn)有任意一種諧振子所具有的形狀，例如圓柱形、方片形、圓臺形、方形梯臺，或其他任意規(guī)則或不規(guī)則形狀，這都不影響到本發(fā)明的諧振子的特性，本文不作限制。
[0043]圖2所示的凹孔2為通孔，即該凹孔2從介質本體I的一個表面穿透到另一個表面。本實施例的通孔為圓柱形孔，且優(yōu)選該圓柱形孔的中心線位于介質本體I的中心軸上，可以使得當諧振子放在諧振腔中央時腔體內的電磁場的對稱分布。通孔也可以圓柱形、方柱形、圓臺形、方形梯臺、錐形或其他規(guī)則或不規(guī)則的形狀，或者是與介質本體I的外輪廓共形從而使介質本體I成等厚結構。
[0044]當然，該凹孔2不一定為通孔，也可以是盲孔，即沒有穿透至另一表面的孔。例如，該盲孔可以為與上述通孔的任一種形狀相同、只是高度較短的形狀，也可以為其他形狀如半球形、四面體形等，本文不作限制。
[0045]在凹孔2的內壁表面上附著有導電層3，導電層3由可以導電的材料構成，優(yōu)選金屬，例如銀、銅或金，或者為含有銀、銅或金中一種或兩種或三種的合金，也可以是其他金屬材料或其他金屬合金。導電材料也可以是能導電的非金屬，例如導電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅。導電層3可以是如上所述直接附著在凹孔2內壁上，也可通過連接媒介而設置在凹孔2內部，例如采用粘膠粘接，或者連接桿一端與導電層3連接，另一端與凹孔2內壁固定，使得導電層3與凹孔2內壁之間隔有空氣層，或者在二者之間添加其他低損耗、低介電的材料固定二者。
[0046]導電層3所覆蓋的范圍，可以為整個凹孔2內壁表面，可以為凹孔2內壁的部分表面，例如只覆蓋凹孔2內壁的側面，也即與凹孔2開口端面連接的內壁部分；也可只覆蓋凹孔2的底面，即與凹孔2開口端面相對的不與該開口端連接的內壁部分；又或者，同時覆蓋有側面的部分區(qū)域以及底面的部分區(qū)域。
[0047]當凹孔2為通孔時，介質本體I的與腔體5接觸的底面可以設置導體連接層，所述導體連接層為與上述導電層3相同或者不同的導體材料制成，且與通孔內壁上的導電層3連接起來。此時該導體連接層可以通過熱壓或焊接或其他公知的連接技術與腔體5固連為一體。
[0048]為了增強降頻效果，介質本體I上可以設有兩個或多于兩個的凹孔2，至少其中一個凹孔2上對應有一個調諧桿4，當然為了增大微擾量，可以在每個凹孔2相對的位置均設置一個調諧桿4。
[0049]通過對上述諧振腔進行HFSS仿真可知，該諧振腔的第一模式的電場是經介質本體I中心軸徑向向外的，磁場則是以該中心軸為圓心周向環(huán)繞的，該模式具有很低的諧振頻率，因此該諧振頻率對應的模式將成為諧振腔的第一模式也即主要模式,介質本體I自身產生的TE模、TM模、高次模以及腔體5自身的高次模對應的頻率都遠高于前述第一模式的頻率，可以通過低通濾波器濾掉。
[0050]為了增強諧振子與諧振腔5之間的固定，諧振子底部通過螺紋配合與腔體底面鎖緊連接。螺紋配合是通過內螺紋和外螺紋的直接裝配來實現(xiàn)鎖緊固定，具有連接牢固、拆裝方便、適用性廣的優(yōu)點。
[0051]具體的螺紋連接方式有多種，一種是直接連接，另一種是間接連接。
[0052]其中，直接連接是諧振子底部直接設置內螺紋或外螺紋、腔體5底面上設置相應適配的外螺紋或內螺紋、二者直接裝配來連接固定。例如，在腔體5底部設置有凸臺，凸臺的直徑小于諧振子介質本體I的外徑，凸臺上設置具有內螺紋的螺紋孔，也可以是凸臺外圓柱面上設置有外螺紋。諧振子底部設置有相應的外螺紋或內螺紋，與之裝配而鎖緊固定。由于凸臺外徑小于介質本體I的外徑，可以防止介質本體I底部的邊緣磕碰腔體底部而破損。
[0053]另一種間接連接，是指諧振子或腔體上連接其他部件，依靠該部件上設置的內螺紋或外螺紋來實現(xiàn)諧振子、腔體之間的連接。如圖4所示實施例中，諧振子底部通過粘膠粘有一個金屬塊20，一螺栓10穿過該金屬塊20與腔體I底部凸臺上的相適配的內螺紋孔裝配連接。也可在諧振子底部鍍上金屬鍍層，金屬塊10與具有金屬鍍層的一面熱壓熔融而與諧振子焊接在一起。
[0054]下面將通過具體實驗數(shù)據(jù)來說明本發(fā)明的諧振腔的優(yōu)勢。以一個具有純陶瓷介質諧振子的單腔諧振腔為對比例，該陶瓷介質諧振子采用微波介質陶瓷，尺寸為外徑24mm、內徑8mm、高19mm、內徑對應通孔的圓柱體，實驗測得具有該諧振子的諧振腔的諧振頻率為
1.642GHz。采用相同的腔體和諧振子(上述純陶瓷介質諧振子作為本例中諧振子的介質本體)，并在該諧振子的通孔(即本例中的凹孔)鍍上銀(即本例中的導電層)，實驗測得具有該諧振子的諧振腔的諧振頻率降至0.875GHz。由此可見，采用本發(fā)明的諧振子，可將諧振頻率降低約800MHz，基本上為原來諧振頻率的一半，相應意味著，當制備相同諧振頻率的諧振腔時，腔體體積將大幅度減小。
[0055]基于上述單腔的諧振腔的特點，本發(fā)明還涉及一種濾波器件，可以為濾波器例如帶通濾波器、帶阻濾波器、高通濾波器、低通濾波器或多頻段濾波器等，也可以為雙工器或者其他具有濾波功能的器件，其包括至少一個諧振腔，而其中至少一個諧振腔為上述諧振腔。
[0056]以圖5、圖6所示的多腔濾波器為例，圖5所示的濾波器為具有六個諧振腔的濾波器。腔體5兩端分別裝有輸入端8和輸出端9。如圖6所示，諧振子的介質本體I與腔體5采用直接連接的方式，腔體5底部設置有外螺紋柱30，與介質本體I底部的內螺紋直接裝配連接成一體。諧振子的體積尺寸應滿足該介質本體I可以在腔體5內繞該外螺紋柱30旋轉鎖緊。
[0057]為了增強耦合，腔和腔之間完全互通，沒有設置隔擋，也可以理解為腔與腔之間為開窗耦合且開窗到底；同時，多個諧振子如圖5所示依次通過橋接部分7連接成一體。所述橋接部分7可以是與介質本體I相同的材料制成，也可以是不同材料制成，直接橋接的方式能夠增強耦合。進一步地，每個開窗位置還設置有耦合桿6，通過耦合桿6伸入腔內的長度也可以調節(jié)耦合強弱。
[0058]由圖5可知，每個諧振子都如上文所述，具有凹孔2和附著在凹孔2內壁上的導電層3，且每個凹孔2都對應設有一個調諧桿4插入凹孔2內。通過HFSS仿真可知，該濾波器第一模式的電場是沿諧振子周向徑向向外的，磁場為沿圓周向環(huán)繞，此模式的頻率低，可用作濾波器的通帶頻率。介質本體I產生的TE模、TM模、高次模以及腔體5自身的高次模都離第一模式的頻率較遠，可以通過低通濾波器濾掉。
[0059]進而，本發(fā)明還保護一種具有上述濾波器件的電磁波設備，該電磁波設備可以是任何一種需要用到濾波器件的設備，例如飛機、雷達、基站、衛(wèi)星等。這些電磁波設備會接收和發(fā)送信號，并在接收之后或發(fā)送之前進行濾波，以使所接收或發(fā)送的信號滿足需求，因此電磁波設備至少還包括與濾波器件的輸入端連接的信號發(fā)射模塊、與濾波器件的輸出端連接的信號接收模塊。
[0060]例如，如圖7所示，電磁波設備為基站，基站包括作為濾波器件的雙工器，雙工器包括發(fā)信帶通濾波器和收信帶通濾波器。發(fā)信帶通濾波器的輸入端連接發(fā)信機，輸出端連接基站天線；收信帶通濾波器的輸入端連接基站天線，輸出端連接收信機。
[0061]則對于發(fā)信帶通濾波器，其信號發(fā)射模塊為發(fā)信機，信號接收模塊為基站天線。而對于收信帶通濾波器，其信號發(fā)射模塊為基站天線，信號接收模塊為收信機。
[0062]本發(fā)明由于采用具有導電層3的諧振子，可獲得一個諧振頻率較低的模式，有利于降低具有該諧振子的諧振腔的諧振頻率，從而大大縮小諧振腔的體積，具有該諧振腔的濾波器件和電磁波設備的體積也會隨之明顯減小。
[0063]上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內。
【權利要求】
1.一種諧振腔，包括腔體、位于所述腔體內的諧振子，其特征在于，所述諧振子包括介質本體，所述介質本體表面上開設有凹孔，所述凹孔內設置有導電材料構成的導電層，所述諧振子底部通過螺紋配合與所述腔體底面鎖緊連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的諧振腔，其特征在于，所述諧振子底部設置有內螺紋或外螺紋，所述腔體底面上設置有直接與之適配的外螺紋或內螺紋。
3.根據(jù)權利要求2所述的諧振腔，其特征在于，所述腔體底部設置有凸臺，所述諧振子通過與所述凸臺上設置的內螺紋或外螺紋配合而固定。
4.根據(jù)權利要求1所述的諧振腔，其特征在于，所述諧振子底部焊接或粘接有金屬塊，所述金屬塊底部設置有外螺紋或內螺紋，所述腔體底面上設置有與之適配的內螺紋或外螺紋。
5.根據(jù)權利要求4所述的諧振腔，其特征在于，所述諧振子底部設有金屬鍍層，通過與所述金屬塊熱壓熔融而焊接在一起。
6.根據(jù)權利要求1所述的諧振子，其特征在于，所述導電層直接附著在所述凹孔內壁上。
7.根據(jù)權利要求1所述的諧振子，其特征在于，所述導電層通過連接媒介固定在所述凹孔內壁的側 面或底面上。
8.根據(jù)權利要求1所述的諧振腔，其特征在于，所述凹孔為盲孔或通孔。
9.根據(jù)權利要求1所述的諧振腔，其特征在于，所述導電層覆蓋在所述凹孔內壁的側面或底面上，或者所述導電層覆蓋在凹孔內壁的整個內壁表面上。
10.根據(jù)權利要求1所述的諧振腔，其特征在于，所述導電層的導電材料為金屬。
11.根據(jù)權利要求10所述的諧振腔，其特征在于，所述導電材料為銀、銅或金，或者為含有銀、銅或金中一種或兩種或三種的合金。
12.根據(jù)權利要求1所述的諧振腔，其特征在于，所述導電層的導電材料為導電的非金屬。
13.根據(jù)權利要求12所述的諧振腔，其特征在于，所述導電材料為導電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅。
14.根據(jù)權利要求1所述的諧振腔，其特征在于，所述諧振腔還包括裝在所述腔體上并伸入所述腔體腔內起調諧所用的調諧桿，所述調諧桿與所述凹孔相向設置。
15.根據(jù)權利要求14所述的諧振腔，其特征在于，所述介質本體上設有至少兩個凹孔，與每個凹孔相對的位置均設有一個調諧桿。
16.根據(jù)權利要求1所述的諧振腔，其特征在于，所述調諧桿為介電常數(shù)大于I的非金屬材料制成的螺桿或者為金屬螺桿。
17.—種濾波器件，包括一個或多個諧振腔，其特征在于，至少一個諧振腔為如權利要求I至16任意一項所述的諧振腔。
18.根據(jù)權利要求17所述的濾波器件，其特征在于，所述濾波器件為濾波器或雙工器。
19.根據(jù)權利要求17所述的濾波器件，其特征在于，所述濾波器件包括多個諧振腔，每個諧振腔內設置有一個所述諧振子，每個諧振子的凹孔對應設置有一個調諧桿。
20.根據(jù)權利要求19所述的濾波器件，其特征在于，所述濾波器件的諧振腔與諧振腔之間為開窗耦合，且每個開窗位置均設置有耦合桿。
21.根據(jù)權利要求17所述的腔體濾波器，其特征在于，所述濾波器件為帶通濾波器、帶阻濾波器、高通濾波器、低通濾波器或多頻段濾波器。
22.一種電磁波設備，包括信號發(fā)射模塊、信號接收模塊以及濾波器件，所述濾波器件的輸入端與所述信 號發(fā)射模塊連接，輸出端與信號接收模塊連接，其特征在于，所述濾波器件為如權利要求17至21任意一項所述的濾波器件。
23.根據(jù)權利要求22所述的電磁波設備，其特征在于，所述電磁波設備為飛機、雷達、基站或者衛(wèi)星。
【文檔編號】H01P1/208GK103840239SQ201310001439
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年1月4日 優(yōu)先權日:2012年11月20日
【發(fā)明者】劉京京, 劉若鵬, 徐冠雄, 任玉海, 許寧 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司