介質諧振器的製作方法

2023-05-12 10:31:36 1

專利名稱：介質諧振器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種介質諧振器，包括一具有兩個平面的介質諧振器圓盤和一頻率控制器，該頻率控制器包括一調節機構和導電調節平面，該平面與介質諧振器圓盤的一個平面基本平行，並且藉助於調節機構可相對於該諧振器圓盤沿垂直方向移動，以便通過改變調節平面和介質諧振器盤的所述諸平面之一之間的距離調節諧振頻率，以及還包括一導電的外殼。
近來，這種介質諧振器在高頻和微波領域中得到了越來越廣泛的重視和使用，這歸功於它相對於傳統的諧振器結構的過人之處；電路尺寸小，集成度高，性能優良和製造成本低。任何具有簡單幾何形狀的物體，並且其材料具有低介質提耗和高的相對介電常數，均可用作具有高品質因數Q值的介質諧振器。從製造工藝考慮，介質諧振器通常製成圓柱形，例如圓柱形盤。
關於介質諧振器的結構和操作公開在下列文章中〔1〕「用於高穩振蕩器的陶瓷諧振器」，Gundolf Kuchler，西門子元器件雜誌1989年第5期，第180-183頁。
〔2〕「微波介質諧振器」，5，Jerry Fiedziuszko，微波月刊，1986年9月，第189-189頁。
〔3〕「柱面介質諧振器和在橫向電磁波(TEM)線路微波電路中的應用」，Marian W.Pospieszalski，IEEE微波理論和技術會刊，第MTT-27卷，1979年3月，第233-238頁。
介質諧振器的諧振頻率一般是由諧振器本身的尺寸所決定的。另一個影響諧振頻率的因素是諧振器的環境。如果將一金屬的或任何其它導體的表面放到諧振器的附近，能夠故意地影響諧振器的電或磁場，從而引起諧振頻率的變化。在常用的調節諧振器諧振頻率的方法中，從諧振器的平面到導電金屬材料表面的距離是可調的。

圖1中展示了這樣一種已有的介質濾波器，其中諧振器包括感性耦連迴路5(輸入和輸出)，安裝在金屬外殼4中由一絕緣棒6支撐的介質諧振器圓盤3，和連到金屬殼4上的頻率調節器，它包括一調節螺杆1和一金屬板2。這個諧振器的諧振頻率取決於在諧振盤3和金屬板2之間的距離L，這種函數關係示於圖2曲線中。
當然，還可以用其它絕緣體取代導電可調物體放在諧振器附近。圖3展示了這樣一種基於介質平板調節的已有的濾波器，其中諧振器包括感性耦連迴路35(輸入和輸出)，一介質諧振器圓盤33通過一介質棒36支撐安裝在金屬外殼34內，還包括連到金屬殼34上的一頻率調節器，它包括一調節螺杆31和一介質金屬平板32。這個諧振器的諧振頻率取決於在諧振器盤33和金屬平板32之間的可調距離L，這種函數關係示於圖4的曲線中。
如圖2和4所示，在這兩個調節技術中，諧振頻率隨這個可調距離非線性變化。由於這種非線性和調節斜率的突變，使諧振頻率很難準確調節，這就要求較高的精確度，尤其在控制範圍的上限處，頻率調節與高精度機械運動有關，其調節斜率K也較陡。從原理上講，這兩種諧振器的調節運動的長度及精度可通過減小金屬或介質調節平板的尺寸而得到增加。但是由於上述調節技術的非線性，能得到的好處非常小，特別是在調節運動的開始或結束時，調節曲線的相應部分太陡或太平，不能使用。當諧振頻率較高時，例如達到1500-2000MHZ或更高時，這種介質濾波器的基本組件如諧振器體或調節機構的尺寸應大大減小。結果，這種已有的介質諧振器對於頻率調節機構提出了極高的要求，其次，增加了材料消耗和製造成本。此外，由於頻率調節裝置的機械運動必須很小，則使調節速度降低。
本發明的目的是提供一種具有高精確度和線性化的頻率控制的介質諧振器。
本發明的介質諧振器具有以下區別特徵頻率控制器還包括一介質可調平板，它與介質諧振圓盤諸平面的另一個平面基本平行，並且連接到與所述導電可調平板共用的同一調節機構上，使得這個介質可調平板相應於所述諸平面的另一平面沿垂直方向運動，用於改變在該介質可調平板和介質諧振圓盤的第二平面的另一平面之間的距離，同時相對於在導電可調平板和所述一個平面之間的距離作同樣程度的反向運動。
導電可調平板和介質可調平板具有相對於調節斜率基本相同但反向的頻率調節曲線，從而使頻率控制器得到的組合調頻斜率基本上是線性的。
本發明還涉及具有以下特徵的介質諧振器頻率控制器包括至少一個介質調節體，它與所述導電可調平面共同形成一複式結構，並且與同一調節機構相連接，使這個複式結構可相應於所述介質諧振器盤的平面整體地沿垂直方向運動，以改變在該複式結構和該平面之間的間距，導電可調平面和所述至少一個介質調節體相應於調節斜率具有大致相同，但卻反向的頻率調節曲線，使頻率控制器得到的組合頻率調節斜率基本上是線性的。
在本發明中，諧振器頻率調節與該介質可調平板有關，並且與該導電可調平板有關，它們的非線性調節曲線具有反向的調節斜率，它們組合形成一具有線性調節曲線的雙調節機構或複式調節機構。本發明的優點在於使調頻線性化和加大了調節距離，二者都有助於提高調節精度。
下面，將參照附圖詳細描述本發明的實施例。其中圖1是已有技術的介質諧振器的截面側視圖，圖2是表示圖1的諧振器的諧振頻率作為距離L的函數的曲線圖，圖3是已有技術另一種介質諧振器的截面側視圖，圖4是表示圖3的諧振器的諧振頻率作為距離L的函數的曲線圖，圖5是本發明的介質諧振器的截面側視圖，圖6是表示圖5的諧振器的諧振頻率作為距離L的函數的曲線圖，圖7是本發明的又一介質諧振器的截面側視圖，圖8是表示圖7的諧振器的諧振頻率作為距離L的函數的曲線圖。
前述文章〔1〕、〔2〕和〔3〕公開的關於介質諧振器的結構、運行和陶瓷製造材料的內容可結合作為本發明的現有技術。在下面的說明中，只著重說明本發明特有的介質諧振器的基本結構部分。
這裡所用的介質諧振器術語一般指具有合適的幾何形狀、其材料具有低介質損耗和高相對介電常數的任何物體。從製造工藝上考慮，介質諧振器常採用圓柱形狀，例如圓柱形圓盤。最常用的材料是陶瓷材料。
介質諧振器的電磁場擴展到諧振體外面，它易於與諧振電路的其餘部分以各種方式相電磁耦合，這隨應用要求的不同而不同，例如用位於諧振器附近的微波傳送帶導體、感應耦合迴路或直導線等實現。
介質諧振器的諧振頻率首先由介質諧振器體的尺寸決定。另一個影響諧振頻率的因素是諧振器的環境。將金屬或任何其他導電體表面、或其他介質物體(稱為可調物體)放到諧振器附近，可以影響諧振器的電或磁場，因此影響諧振頻率。
本發明的諧振頻率調節的方法採用介質調節平板和導電調節平板，它們的調節曲線關於調節斜率是非線性的和反向的，將它們組合形成一雙調節結構(見圖5的實施例)或一聯合調節結構(見圖7)，則得到更線性的調節曲線，本發明的優點在於增加了調節距離和線性化程度，從而提高了調節精確度。
圖5表示根據本發明製成的具有雙調節結構的介質諧振器。該諧振器包括一介質的最好為圓柱面形或圓盤形的諧振體53，裝在一用導電材料(如金屬)製成的外殼56內，所述體通過一個或數個絕緣支架由其周邊表面支撐在金屬外殼54的中部。箱54與地電位連接。圖5中示出用電感耦連迴路55實現與諧振器的連接的例子，迴路55提供諧振器的輸入和輸出端。
這種雙調節結構包括一由金屬板56製成的導電可調平板和一由陶瓷板57製成的介質可調平板。金屬板56放置在外殼54內的諧振器盤53之上的空間60中，與諧振器盤的上表面平行，陶瓷可調平板57放置在外殼54內的諧振器盤53下面的空間61中，與諧振器盤53的下表面平行，調節機構帶動可調平板56和57，它帶有一可調螺杆51，通過螺紋安裝到位於外殼54頂蓋中的絕緣套管上。可調螺杆51的下端形成一銷釘58，它從諧振器盤53的中心軸孔59穿過伸到諧振器盤53下面的空間61內。金屬可調平板56裝到可調螺釘杆51的銷釘58的上端部，陶瓷可調平板57安裝銷釘58的下端部。可調螺杆51帶動介質可調平板57相對於底表面移動，帶動金屬可調平板56相對於諧振器53的上表面移動，這是通過同時改變它們與諧振器盤53對應平面的間距到相同的程度、只是方向相反來實現的。當金屬可調平板處於最遠離諧振器盤53的可調範圍L的最遠端時，陶瓷可調平面57正處於最靠近諧振器盤53的可調範圍端部。這與圖5所示的位置一致。頻率調節器的第二個極限位置用點劃線表示，即可調板56處於最貼近諧振盤53之處，而可調板57處於與諧振盤最遠之處。
從圖6的曲線可看出，金屬可調平板56和介質可調平板57具有頻率調節曲線A和B，它們具有大致相同的形狀，但相對於調節斜率是反向的，因此頻率控制器的組合的調頻斜率C基本上是線性的。
圖7表示本發明的又一介質諧振器，採用混合調節結構。這個諧振器包括一介質、最好為柱面的諧振器盤73，位於導電材料如金屬制的外殼74內，所述諧振盤最好是陶瓷製的，與外殼74的底面間隔一固定間距位於合適的絕緣或導電材料的支柱76上。外殼74接到地電極。圖7舉例表示利用電感耦連迴路75耦合於諧振器的實例，該迴路作為諧振器的輸入和輸出端。
混合調節結構包括一個由一個金屬板72構成的導電可調平板，和安裝到該導電可調板的底面上的介質可調體77，所述底面對著諧振器圓盤73的上表面，因此形成了一個混合結構，它位於外殼74內的諧振器圓盤73以上的空間內，並且平行於諧振器圓盤73的上表面。這種組合，例如可用粘接實現。這個混合調節器72，77安裝到一個調節機構上，該機構包括一個可調螺杆71，它通過螺紋連接到外殼74的套管上，使這個混合結構72，77相對於諧振器圓盤73的平面整體垂直運動，從而改變該混合結構和所述平面之間的距離。
金屬可調平面72和介質可調平面77的頻率調節曲線形狀大致相同，但相對於調節斜率方向相反，因此如圖8所示，這個混合調節器的頻率調節曲線D基本上為線性。
這裡的附圖和解釋僅僅用於說明上述發明。本發明的諧振器可以在所附的權利要求範圍以內作出各種改進和完善。
權利要求
1.一種介質諧振器，包括一個具有兩個平面的介質諧振器圓盤(53)，一個頻率控制器，包括一個調節機構(51)和一個導電可調平板(56)，它基本平行於介質諧振器盤(53)諸平面中的一個平面，並且由調節機構(51)驅動相對於該諧振器盤沿垂直方向運動，通過改變可調平板和介質諧振器盤的所述諸平面之一之間的距離實現諧振頻率的調節，以及一個導電的外殼(54)，其特徵在於，所述頻率控制器還包括一個介質可調平板(57)，它與介質諧振器盤(53)諸平面的另一個平行，並且與所述導電可調平板(56)一樣連接到相同的調節機構(51，58)，使得介質可調平板(56)相對於所述諸平面的另一個沿垂直方向運動以改變介質可調平板(57)和介質諧振器盤(53)諸平面的所述另一個之間的間距，同時以相同量沿反向改變在導電可調平板(56)和所述一個平面之間的間距，導電可調平板(56)和介質可調平板(57)的頻率調節曲線相對於調節斜率具有類似的形狀，但方向相反，使頻率控制器的組合頻率調節斜率基本上為線性。
2.根據權利要求1的介質諧振器，其特徵在於介質諧振器盤(53)的邊緣支承在外殼(54)上，並且具有一個軸心孔(59)，頻率調節機構包括一根穿過所述孔(59)的可調螺杆(51，58)，導電可調平板(56)連接到在諧振器圓盤(53)一側上的可調螺杆(51，58)上，介質可調平板(57)連接到在諧振器圓盤的另一側上的可調螺杆(51，58)上。
3.一種介質諧振器，包括一個具有兩個平面的介質諧振器圓盤(73)，一個頻率控制器，包括一個調節機構(71)和一個導電可調平板(72)，它平行於介質諧振器盤(73)諸平面的一個，並且由節機構(71)驅動相對於該諧振器盤沿垂直方向運動，通過改變可調平板和介質諧振器盤諸平面的所述一個之間的距離，實現諧振頻率的調節，以及，一個導電的外殼(74)，其特徵在於頻率控制器還包括至少一個介質可調體(77)，它與所述導電可調平板(72)混合構成一組合結構，並且共同連接到同一調節機構(71)上，使得混合結構(72，77)可以相對於所述諧振器盤(73)諸平面的所述一個沿垂直方向整體移動，用於改變混合結構和所述平面之間的距離，導電可調平板(77)和所述至少一個介質可調體(72)具有形狀類似的頻率調節曲線，但關於其調節斜率方向相反，使該混合控制器的頻率調節的合成斜率基本上為線性。
4.根據權利要求3所述的介質諧振器，其特徵在於，介質可調體(77)是一種裝到金屬可調平板(72)表面上的介質圓盤，其表面面向諧振器圓盤(73)的所述平面。
5.根據權利要求4或5的介質諧振器，其特徵在於所述組合調節器包括多個安裝到該導電可調平板上的介質可調體。
全文摘要
本發明涉及一種介質諧振器，包括一個諧振器圓盤(53)和一個頻率控制器，它由一個導電可調平板(56)和一個介質可調體(57)構成，它們由調節機構(51)驅動相對於諧振器盤(53)的一或兩個平面運動。在本發明的一個實施例中，導電可調平板(56)和介質可調平板(57)布置在諧振器盤(53)的兩側。在另一個實施例中，將一個或多個介質可調體裝到導電可調平板上，形成一個複式結構。在兩種情況下，導電可調平板(56)和介質可調板(57)的尺寸應如下選擇它們的頻率調節曲線相對於它們的調節斜率形狀大致相同，但方向相反，從而使頻率控制器的頻率調節綜合曲線基本為線性。
文檔編號H01P7/10GK1136862SQ95191000
公開日1996年11月27日 申請日期1995年10月4日 優先權日1994年10月5日
發明者韋李-馬銻·薩卡 申請人:諾基亞電信公司