多面耦合的同軸諧振器的製作方法

2023-05-09 13:22:06 2

專利名稱：多面耦合的同軸諧振器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序中所述的諧振器，該諧振器特別適用於無線裝置(radio device)中的雙向濾波器的一構件。
背景技術：
諧振器是作為製造振蕩器和濾波器的主要構件。諧振器的重要特性包括如(Q值)，體積，可調諧性，在諧振頻率處的振蕩趨勢，機械穩定性，溫度和溼度的穩定性以及製造成本。
至今為止已知的諧振器結構如下1)由分立元件，如電容器和電感器組成的諧振器。
此類諧振器必然伴有元件內耗的缺點，因此與其它類型相比，其Q值顯著降低。
2)微波傳輸帶諧振器微波傳輸帶諧振器是例如在線路板表面上的導體區域形成。其缺點是開路結構導致發射損耗，因此Q值較低。
3)饋線諧振器在饋線諧振器中，振蕩器由一定長度的類型合適的饋線組成。當採用非同軸雙芯電纜或同軸電纜時，其缺點是損耗較高並且穩定性較差。當採用波導管時，可能改善穩定性，但由於管端敞口時發射，其損耗仍然較高。另外，其結構尺寸之大可能不實用。被認作為空腔諧振器的一種封閉式的較短的波導管諧振器，該諧振器將在下文中敘述。
4)同軸諧振器此類諧振器的結構不僅僅是一條同軸電纜，而且是最初用作諧振器的裝置。

圖1顯示一種同軸諧振器。該諧振器其中包括相互空氣絕緣的一內導管101和一外導管102，以及與外導管相聯接的一導電蓋103。採用此結構可能達到較好的效果。該諧振器的長度l至少是其中有效可變區段波長的四分之一，λ/4，當以縮小尺寸為目的時，這將是一弊端。減小外導管壁的尺寸D和內導管直徑d可以減小其寬度。但是這將導致電阻功耗增加。此外，由於結構的厚度減小，可能務必用一種介電材料製造的零件107支承內導管，這將產生以介電損耗形式的大量額外的功耗並增加製造成本。另外，現有同軸諧振器的一缺點是易於在基本頻率的三次諧振頻率處振蕩。該額外組份(傳送信號時的頻譜)是非常之強，務必採用一單獨的濾波器將其除去。
5)螺旋形諧振器此類諧振器是同軸諧振器的改型，其中用一螺旋導管代替筒形內導管。因此，減小了諧振器的尺寸，但其缺陷是顯著增加了功耗。該功耗是由於內導管導線直徑總體上很小而引起的。
6)空腔諧振器此類諧振器是導電材料製造的中空件，在此可以產生電磁振蕩。該諧振器可以是矩形，圓筒形或球形。採用空腔諧振器是可以達到很低的功耗。然而，當以構件體積最小化為目的時，上述諧振器的尺寸則是一個缺陷。此外，大部分空腔的調諧性很差。
7)介電諧振器在介電件表面形成同軸電纜或一封閉的導電錶面。其優點是可以製成很小的體積。還可以達到較低的功耗。另一方面，介電諧振器的缺點是製造成本較高。
8)帶蓋的諧振器在Makimoto申請的美國專利US4,292,610中所述的同軸諧振器的一小類，在此稱之謂為帶蓋的諧振器。此類諧振器是如上述的一種空腔諧振器，在其波導管的敞口端設有一直徑大于波導管的附加盤。其優點是諧振器可以製造得很緊湊。可以達到較低的功耗。盤面以及距諧振器壁的間隔尺寸的確定，應使因盤和空腔之間產生電容，與未設附加盤的諧振器相比，該諧振器尺寸可以顯著減小。
發明概述本發明的目的在於儘量消除現有技術的上述缺點。按照本發明的一種同軸諧振器，其特徵在獨立權利要求中闡明。本發明的一些較佳實施例在從屬權利要求中闡明。
本發明的基本構想如下其結構是一同軸諧振器，其一端敞口並且比四分之一波長諧振器短。藉助於諧振器敞口端的機械構件，在內外導管之間和內導管與諧振器蓋之間產生附加的空氣絕緣電容，使諧振器縮短。
本發明的優點是藉助增加電容，與現有技術的四分之一波長諧振器相比，其尺寸顯著減小，該諧振器具有相同Q值。上述的改進還可以部分用節省空間，部分用維持一比設有一單獨的頂部電容、如一調諧螺絲的諧振器Q值更高的Q值來體現。
另外，與上述現有諧振器結構相比，按照本發明的一較小諧振器的優點，是對於一指定頻率而言，允許空腔體積可以明顯減小。
此外，本發明的優點是本發明諧振器在基本頻率的三次諧振頻率處不產生振蕩。五次諧振頻率是首先值得注意的雜波，而且濾除它象濾除高次諧波一樣，比濾除現有技術中出現的三次諧波簡單得多。
此外，本發明的優點在於當諧振器縮短時，它結構上變短，而且因此就其電器性能而言，也更加穩定。在此諧振器中也無須設置增加功耗的支承件。
另外，本發明的優點在於，還可將增加電容的構件用於調節諧振器並與其它電路元件相聯接，從而減小完成上述功能所需的元件數量。
本發明的優點還在於諧振器的製造成本較低。
附圖的簡單說明下文中將參照附圖詳述本發明，附圖包括圖1a是現有技術同軸諧振器的垂直剖面；圖1b是圖1a同軸諧振器的水平剖面；圖1c是圖1a同軸諧振器電流強度和電壓的變化曲線圖；圖2a是本發明諧波器的示意圖；
圖2b是圖2a諧波器的電流強度和電壓的變化曲線圖；圖3顯示本發明諧波器實施例的垂直和側邊剖面圖；圖4顯示本發明諧波器另一實施例的垂直和側邊剖面圖；圖5顯示本發明包括三個諧振器的濾波器。
優選實施例上文中結合現有技術的說明已概述了圖1所示的同軸諧振器。如果所討論的諧振器用於900MHz頻率，諧振器長度l大約為8cm。外導管的側壁D和內導管的直徑d可以根據所允許的功耗值選定。不過，對於D/d比值而言，有一最佳值，大約為3，如果波形為橫向電磁波(TEM)該最佳值將使Q值達到最大。在圖1a和1b中，兩片薄金屬片105、106還與內導管相固定，藉此金屬片實現與諧振器和頂部的電容聯接。該聯接也可以是感應的，此時該聯接應在該諧振器的低端進行。通常是藉助於固定在諧振器蓋上的螺絲進行圖1所示諧振器的調諧。該螺絲與內導管形成小的可調電容。
圖1c顯示在諧振器導管中運行的交流電流I和導管之間的交流電壓U是其位置S的函數。在短路端N電流I達最高值，而在其相反端P處，電流I為零。在敞口端處電壓U最大，而在短路端自然是零。在每一點處，電壓比電流超前90°。(該相位在圖中未示)，並因此就其全長而言，諧振器是感應體。
圖2a和2b顯示本發明的縮短的同軸諧振器的原理。附加電容C配置在諧振器的敞口端P。與此相似，有另一種諧振器，由於另一端N短路，該諧振器是感應體(inductive)。附加電容C對於諧振頻率具有一衰減效應。為了不改變諧振頻率，其電感務必相應小於對應的常規四分之一波長的諧振器。當構件長度l比四分之一波長λ/4的長度減小時，電感將減小。這是由於當從λ/4距離移向短路端或N端時，電壓和電流絕對值的比值U/I減小，這意味著電感降低。圖2b顯示電壓U和電流I是縮短的諧振器中位置S的函數。在諧振器附加電容的P端，電壓U最高，而當移至短路端N時，電壓也降至零。在附加電容P端，電流I具有一定值，該值取決於附加電容的大小。電容迫使電壓和電流產生90°的相位差(電壓在電流之後)。當移向短路端時，在點O處電流降低至零，然後沿相反的相位增至一定值。由於電流的相位倒置，在短路端，電壓U超前電流I 90°。如上所述，在間隔NO之間，諧振器是電感器(induetive)，而在間隔OP之間是電容器(Capacitive)。點O距諧振器P端越遠，附加電容值越高，也就是說，諧振器縮短得越多。
圖3和4顯示本發明的較佳實施例。圖3顯示一種結構，其中，導板304與內導管301的端部相固定，該導板包括向下折的折片305、306a和306b。板304實質上具有比內導管橫斷面更大的表面積，並且因此它將與諧振器的蓋303均勻地構成電容。此外，板304與外導管302的上部302y構成一電容。折片305與諧振器外導管的一側壁302c近手平行，折片306a與壁302a近乎平行，折片306b與壁302b近乎平行。折片305，306a和306b共同與諧振器的外導管構成電容。板304的面積和與諧振器壁相距間隔的確定應使由於所構成的電容導致諧振器可以顯著減小。
在圖3結構中，折片305還可用於經外導管壁302c的開口307與諧振器外部的信號電容耦合。因此無須僅用於耦合的單獨元件。折片306a和306b還用於調節諧振器二者或其中之一一點點彎曲，直至諧振頻率恰好正確為止。因此無須單獨的機構調節諧振器。在圖3的實例中，藉助一條電纜308，使信號與諧振器電感耦合。
圖4顯示具有另一形狀的折片405、406a和406b及板404的本發明實施例。這些替換的折片和板的形狀是月牙形而且較平滑，由於邊緣周圍的電磁場較弱，功耗較低，所以改善諧振器的特性。與圖3所示實施例相比，該特點增加了Q值。
在圖3和4中所示的板和折片可以用一單片的金屬薄板製造，在此主件是板，折片是由薄板的彎曲部分製成。折片彎曲，以便與板形成近乎直角。
圖5顯示按照本發明包括若干諧振器的一濾波器500。該濾波器還包括輸入裝置501和輸出裝置502。各諧振器依次包括一內導管503，一共用的外導管504和一與內導管敞口端固定的適用的導板505、506、507。
各導板包括兩類折片，第一類折片508用於調節諧振器的頻率，第二類折片509用於與另一諧振器的信號耦合。外導管分成多腔，其中每一腔內配置一內導管。
信號經上述輸入裝置501與一諧振器相聯接。上述第一諧振器的503有一第一板505，該板依次至少包括一調節折片508和一耦合折片509。耦合折片509配置在第一和第二相鄰空腔之間的一第一開孔510的旁側。
第二諧振器的內導管503包括一第二板506，它依次包括至少一塊調節折片508和兩塊耦合折片509。第一耦合折片509配置在第一板505耦合折片509的對側，因此經上述第一開孔510形成一通路，用於上述的電容耦合。第二耦合折片509配置在靠近第二和第三相鄰空腔之間的第二開孔511。
上述的第三諧振器的內導管503有一第三板507，它依次包括至少一塊調節折片508和一塊耦合折片509，耦合折片509配置在第二板506上耦合折片509的對側，因此藉助上述第二開孔511形成一通路，用於上述電容耦合。然後信號與輸出裝置502相接。
經外導管504上的開孔(圖中未示)將各調節折片的角度，分別調至各諧振器的精確頻率。
在圖3、4和5的結構中顯而易見，利用諧振器上部區間的方法將使三次諧波頻率元件不存在。在這些結構中，除因電容增加諧振器縮短之外，內導管的擴展部分意味著在擴展的內導管端電阻耗散。
上文已敘述完成一種本發明諧振器的某些方法。本發明不僅限於已述的方案；而且在不偏離所附權利要求限定的範圍內，相同的發明構思也可適用於其它方式。
權利要求
1.一種同軸諧振器，其電長度為四分之一波長，包括一內導管(301)，一外導管(302)和一導電蓋(303)，所述內導管(301)與所述外導管(302)和所述導電蓋(303)基本是空氣絕緣並呈斷路關係，上述的外導管依次包括至少一外壁(302a，302b，302c，302d)，上述外導管(302)的第一端與上述內導管(301)的第一端是短路聯接並且上述外導管(302)的第二端由上述的導電蓋(303)蓋著，該導電蓋(303)與外導管(302)導電聯接，其特徵在於內導管(301)在與其上述第一端相對的一敞口端有一基本平行於導電蓋(303)的擴展部分(304)，該擴展部分與導電蓋(303)基本均勻地形成附加電容，上述的板至少包括基本平行於外導管(302)外壁(302a，302b，302c，302d)的兩凸片(305，306a，306b)，而且至少上述凸片之一與外導管(302)的上部(302y)形成附加電容，其中至少上述凸片之一(305)是一電容耦合元件，用於諧振器的外部耦合；和至少上述凸片之一(306a)是諧振器的調諧元件。
2.如權利要求1所述的諧振器，其特徵在於各凸片的自由端基本是朝外導管所述第一端的方向延伸。
3.如權利要求1或2所述的諧振器，其特徵在於上述的擴展部分(304)的表面積實際上大於內導管(301)的橫斷面。
4.如權利要求1至3中任一項所述的諧振器，其特徵在於上述的擴展部分(304)與內導管(301)固定，該擴展部分(304)比較薄。
5.如權利要求4所述的諧振器，其特徵在於所述的擴展部分(304)和凸片(305，306a，306b)是用一片金屬薄板製成，在此，上述各凸片是該薄板的折件。
6.如權利要求5所述的諧振器，其特徵在於各凸片基本為月牙形。
7.如權利要求3至6中任一項所述諧振器，其特徵在於上述擴展部分是一導電板(304)。
8.如前述權利要求中任一項所述的諧振器，其特徵在於至少上述外導管(302)壁(302a，302b，302c，302d)之一設有至少一個開口用於調節上述凸片(305，306a，306b)。
9.如前述權利要求中任一項所述的諧振器，其特徵在於該諧振器的上述內外導管(301，302)是自行支撐。
10.一種同軸諧振器，其電長度是四分之一波長，基本上是空氣絕緣，其一端是短路，而另一端是敞口，並且其中敞口端由導電蓋(303)蓋著，該導電蓋(303)與外導管(302)電聯接，其特徵在於該內導管(301)在諧振器的敞口端有一擴展部分(304)，該擴展部分與整個諧振器蓋(303)和外導管(302)的上部(302y)基本均勻地形成附加電容，內導管(301)的擴展部分是基本平行於蓋(303)的較薄的板(304)，該薄板至少包括與諧振器外壁(302a，302b，302c，302d)相平行的兩凸片(305，306a，306b)，至少上述凸片之一(305)也是一電容耦合元件，用於諧振器的外部耦合，至少上述凸片之一(306a)還是該諧振器的調諧元件。
11.一種濾波器，包括輸入裝置和輸出裝置，其特徵在於上述濾波器還包括如權利要求1至10中任一項所述的一個以上的諧振器，至少在兩相鄰的外導管之間設有一開口(307)，形成一通路，用於從第一諧振器至第二諧振器的所述電容耦合。
全文摘要
本發明涉及一種空氣絕緣的同軸諧振器,該諧振器特別適於用作雙向濾波器中的一構件。該諧振器有一在其一端擴展的內導管(301),從而它與外導管的上部(302y)和諧振器的蓋(303)形成附加電容。由於附加電容,就一定頻率而言,該諧振器短於一相當於四分之一波長的諧振器。因此,在機械上它還更加堅固,而且在其性能上更穩定。內導管的擴展部分和結構的縮短還具有降低功耗的效果。擴展部分(304,305,306a,306b)還可用於調節諧振器以及與相鄰電路元件耦合。在本發明結構中,基本頻率成份中將不出現三次諧波,這在濾波器的製造中是一明顯的優點。
文檔編號H01P1/205GK1272967SQ98809706
公開日2000年11月8日 申請日期1998年8月26日 優先權日1997年9月30日
發明者杜莫·拉蒂, 安提·卡內爾沃 申請人:奧根公司