多模式介電諧振器和調節該諧振器的方法
2023-06-13 00:31:51
專利名稱：多模式介電諧振器和調節該諧振器的方法
技術領域：
本發明涉及一種在諧振腔中提供有組合介電塊的多模式介電諧振器和調節這種介電諧振器特性的方法。
圖23示出了一種使用橫向磁場(TM)雙模式的傳統介電諧振器的結構。在下面所要參考的其它圖中，細點劃線表示其上形成導體的部分。
如圖23所述，介電諧振器具有用做波導的腔體1和由兩個組合成交叉形狀的介電元件2a和2b形成並與腔體1形成為一個整體和置於所述腔體內部的的組合介電塊2。腔體1和組合介電塊2由介電陶瓷製成。在腔體1的外部周圍表面形成諸如Ag的導體3。用於放置這個介電諧振器的導電板(未示出)或金屬殼被附著到圍繞腔體1兩個開口的開口端表面上。
圖23所示具有兩個其中的每一個都工作於TM110模式的介電元件2a和2b的介電諧振器，用做TM雙模式介電諧振器。但是，上述傳統TM雙模式介電諧振器只能夠被用做兩個獨立的諧振器或具有兩個彼此耦合的諧振器的兩級諧振器。當三個諧振器形成一個介電諧振器單元時，已經建議了通過形成具有彼此相互垂直的三個介電元件的組合介電塊將TM三模式介電諧振器設計成三個TM110諧振模式。但是，這樣一種傳統的TM三模式介電諧振器的整個結構非常複雜和如果使用普通的製造技術將需要很高的製造成本。
本發明申請人所申請的日本專利申請No.21394/1996建議了一種介電諧振器，它具有由兩個組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊，和它被設計成使用三個諧振模式。
另一方面，在例如由諸如圖23所示使用兩種TM110模式的TM雙模式介電諧振器形成帶通濾波器的情況下，當使用腔體外部尺寸和介電塊的剖面結構的特殊組合時，在帶通濾波器的衰減範圍內可能發生TM111模式的諧振。由於這個原因，使得很難獲得所希望的衰減特性。
從這個情況的觀點出發，本發明的目的是提供其中在前述在前申請中使用的三個諧振模式或較多種數量諧振模式中的每一種模式的諧振頻率被確定的一種多模式介電諧振器，或其中預定諧振模式之間的耦合程度被確定的介電諧振器。
本發明的另一個目的是通過設置彼此相關的TM111模式的諧振頻率和TM110模式的諧振頻率提供一種被設計成能夠容易獲得具有所希望特性的介電濾波器的介電諧振器，和提供以這種方式調節所述諧振器特性的方法。
根據本發明的第一方面，在具有由一個導體環繞的區域和由多個介電元件形成的組合介電塊被組合成交叉形狀並且組合介電塊被置於由所述導體環繞的區域內的多模式介電諧振器中，以下述方式確定沿由所述多個介電元件中的兩個元件規定的平面的三個諧振模式中預定的一種諧振模式的諧振頻率，所述方式是與第一到第三諧振模式的其他兩個比較在最後一個區域中具有較高程度電場分布密度的第一到第三諧振模式中的一種模式被設置成諧振頻率設置目標，和第一和第三諧振模式由兩個具有對稱電場分布的不同線的偽TM110模式組成，和第二諧振模式由偽TM111模式組成，和在部分與具有較高電場分布密度的區域對應的組合介電塊中形成介介電切割部分，或介電材料被應用於與同一區域對應的組合介電塊部分。
與其他兩種諧振模式比較，被設置為諧振頻率設置目標的一個諧振模式的諧振頻率可以具有相對較大的變化，因此能夠脫離其他兩種諧振模式的諧振頻率單獨確定。
根據本發明的第二方面，與第一到第三諧振模式的其它兩個相比較在最後一個區域中不具有電場分布密度或密度較低的第一到第三諧振模式中的一種模式被設置為諧振頻率沒置目標，第一和第三諧振模式由兩個具有對稱電場分布的不同線的偽TM110模式組成，第二諧振模式由偽TM111模式組成。在與沒有電場分布密度或電場分布密度較低的區域對應的部分組合介電塊中形成介電切割部分，或介電材料被應用到與這個區域對應的部分組合介電塊上。因此，除諧振頻率沒置目標以外的兩種諧振模式的諧振頻率可以改變，藉此，使得被設置為諧振頻率設置目標的一種諧振諧振模式的諧振頻率可以相對於其它兩種諧振模式的諧振頻率被確定。
根據本發明的第三方面，以在所述組合介電塊的至少一個預定部分上形成介電切割部分或介電材料被施加到所述組合介電塊的至少一個預定部分上的方式確定在三個諧振模式的兩個諧振模式之間的耦合程度，藉此，減少圍繞平行於第一諧振模式電場對角線的組合介電塊對稱程度。如果對稱程度減少，在第一和第二諧振模式之間發生耦合。所述耦合程度是由所述預定部分的切割量或施加到所述預定部分上的介電材料的量確定的。
根據本發明的第四方面，假定具有不同電場分布對稱線的兩個偽TM110模式被用做第一和第三模式和假定一個偽TM111模式被用做第二諧振模式。在組合介電塊的至少一個預定部分上形成介電切割部分，或將介電材料施加到所述組合塊的至少一個預定部分上，藉此，使多個介電元件中兩個元件之間的形狀差規定一個平面，這個形狀差涉及諧振頻率特性。藉此使第一諧振模式和第三諧振模式彼此耦合。這個耦合的程度取決於預定部分中的切割量或施加到所述預定部分上的介電材料的量。
根據本發明的第五方面，在具有不同電場分布對稱線的兩個偽TM110的基礎上，在其中在偽TM110模式和偽TM111模式之間電場分布密度存在差別的至少一個區域中的組合介電模式中形成一個介電切割部分或將介電材料施加到同一區域的部分組合介電塊上，藉此確定彼此相關的偽TM110模式和偽TM111模式的諧振頻率。在這種方式下，在利用TM110模式形成介電濾波器的過程中，用做偽模式的TM111模式的諧振頻率可以根據TM110模式的諧振頻率確定而不會改變TM110模式的諧振頻率。
根據本發明的第六方面，在兩個具有不同電場分布對稱線的偽TM110模式和一個偽TM111模式的基礎上，在其中偽TM110模式的電場分布密度高於偽TM111模式電場分布密度的至少一個區域中的組合介電塊中形成介電切割部分，藉此，使偽TM110模式的諧振頻率接近偽TM111模式的諧振頻率並引起偽TM110模式和偽TM111模式之間的耦合。在這種方式下，可以形成由多個介電級形成的介電諧振諧振器裝置。
根據本發明的第七方面，在兩個具有不同電場分布對稱線的偽TM110模式和一個TM111模式的基礎上，介電材料被施加到其中偽TM111模式的電場分布密度高於偽TM110模式電場分布密度的至少一個區域中的組合介電塊上，藉此，使偽TM111模式的諧振頻率接近於偽TM110模式的諧振頻率，從而使偽TM110模式和偽TM111模式相耦合。在這種方式下，可以形成由多個介電諧振級形成的介電諧振器裝置。
根據本發明的第八方面，上述多模式介電諧振器被提供有能夠耦合到多模式介電諧振器諧振模式中的預定模式上的輸入和輸出耦合裝置。利用這種方式，所述多模式介電諧振器被設計成用做具有多個諧振級的介電濾波器。
根據本發明的第九方面，與根據本發明第八方面對應的多個多模式介電諧振器被提供有其中的每個部分被用做輸入部分或輸出部分之一的至少三個部分，藉此以形成用於雙工器或多路傳輸器等共享輸入和輸出部分的輸入和輸出裝置。
圖1的透視圖示出了根據本發明第一實施例的多模式介電諧振器；圖2A和2B的平面圖示出了圖1所示介電諧振器中三個諧振模式的電場分布；圖3A、3B和3C的平面圖示出了根據本發明第二實施例的多模式介電諧振器以及三個諧振模式的電場分布；圖4A、4B和4C的平面圖示出了根據本發明第三實施例的多模式介電諧振器以及三個諧振模式的電場分布；圖5的透視圖示出了根據本發明第四實施例的多模式介電諧振器；圖6A、6B和6C的平面圖示出了圖5所示介電諧振器中三個諧振模式的電場分布；圖7的透視圖示出了根據本發明第五實施例的多模式介電諧振器；圖8A、8B和8C的平面圖示出了圖7所示介電諧振器中三個諧振模式的電場分布；圖9A、9B和9C的平面圖示出了根據本發明第六實施例的多模式介電諧振器，以及三個諧振模式的電場分布；圖10的透視圖示出了根據本發明第七實施例的多模式介電諧振器；圖11A、11B和11C的平面圖示出了圖10所示介電諧振器中三個諧振模式的電場分布；圖12A和12B示出了根據本發明第七實施例所述多模式介電諧振器中的耦合模式；圖13A、13B和13C的平面圖示出了根據本發明第八實施例的多模式介電諧振器以及三個諧振模式的電場分布；圖14A和14B的平面圖分別示出了圖13A、13B和13C所示多模式介電諧振器的剖面，它示出了其中被附著有導電板的一個狀態；圖15A和15B示出了本發明第九實施例的介電濾波器的一個剖面；
圖16的透視圖示出了根據本發明第十實施例的多模式介電諧振器；圖17A和17B的透視圖和曲線分別示出了根據本發明第十一實施例的多模式介電諧振器，所述曲線表示諧振頻率的變化特性；圖18A和18B的透視圖和曲線分別示出了根據本發明第十二實施例的多模式介電諧振器，所述曲線表示諧振頻率的變化特性；圖19A和19B的透視圖和曲線分別示出了根據本發明第十三實施例的多模式介電諧振器，所述曲線表示諧振頻率的變化特性；圖20A和20B的透視圖和曲線分別示出了根據本發明第十四實施例的多模式介電諧振器，所述曲線表示諧振頻率的變化特性；圖21A和21B的透視圖和曲線分別示出了根據本發明第十五實施例的多模式介電諧振器，所述曲線表示諧振頻率的變化特性；圖22A和22B的透視圖和曲線分別示出了根據本發明第十六實施例的多模式介電諧振器，所述曲線表示諧振頻率的變化特性；和圖23的透視圖示出了傳統的TM雙模式介電諧振器。
下面，參考圖1和2描述本發明第一實施例的多模式介電諧振器。
在下面所參考的圖中，與上述傳統介電諧振器對應或等效的功能由相同的標號指出。如示出所述多模式介電諧振器的圖1所示，由兩個組合成交叉形狀的介電元件2a和2b組成的組合介電塊2與腔體1組合成一體並置於所述腔體1內。在連接到腔體1的介電元件2a和2b的每一個端表面的中心，在腔體1的外表面內形成孔4a並延伸到介電元件2a或2b的內部，在每個孔4a的內表面上形成導體3a。這個導體3a連接到在腔體1四周表面形成的導體3上。在組合介電塊2的四個交叉角部分的兩個對角部分被截斷以形成介電切割部分5a和5b(諸如在此後被稱之為「十字交叉槽」的介電切割部分5a和5b的部分)。第一諧振模式的諧振頻率被如下確定。
圖2A、2B和2C的平面視圖示出了圖1所示的多模式介電諧振器，它分別簡要地示出了第一、第二和第三諧振模式的電場分布。第一和第三諧振模式是偽TM110模式，而第二諧振模式是偽TM111模式。如圖2a到2c所示，在第一諧振模式集中的地方形成十字交叉槽5a和5b，而第二和第三諧振模式的電場分布基本沒有被集中。特別是，在以平行於第一諧振模式電場分布的對角線對稱的位置(即在在平行於第三諧振模式電場的對角線上的位置)和在組合介電塊2的的四個交叉角部分中的兩個對角部分處形成十字交叉槽5a和5b。通過在垂直於圖2a到2c平面方向上選擇十字交叉槽5a和5b的深度或在平行於所述平面的方向上選擇這些槽的深度，第一諧振模式的諧振頻率相對於其它兩個諧振模式的諧振頻率具有較大的變化，藉此，基本獨立的確定第一諧振模式的諧振頻率。
上述十字交叉槽5a和5b可以與腔體1和組合介電塊2的整體同時形成以將第一諧振模式的諧振頻率調節成設計階段予置的值。另外，可以在腔體1和介電塊2形成整體之後通過利用開槽機等進行切割形成十字交叉槽5a和5b以將諧振頻率調節成目標值。
圖3A、3B和3C的平面圖示出了本發明第二實施例的多模式介電諧振器，這些圖分別示出了第一、第二和第三諧振模式的電場分布。這個介電諧振器中第一諧振模式的諧振頻率是通過在圖1和2(在形成階段的)配置中預先形成與十字交叉槽5a和5b對應的槽和通過施加具有較大介電常數和具有到所述槽內部表面部分的黏結特性的合成樹脂確定的。這個合成樹脂被表示為介電部分8a和8b。例如，如果在形成介電部分8a和8b之前的狀態下，第一諧振模式的諧振頻率被設計的高於其它兩個諧振模式的諧振頻率，那麼，通過增加介電部分8a和8b的材料量可以將第一諧振模式的諧振頻率調節到較低頻率，並且，可以通過將介電部分8a和8b的材料量設定成某個數量將第一諧振模式的諧振頻率調節到近似等於其它兩個諧振模式的諧振頻率。還可以通過增加介電部分8a和8b的材料量相對於其它兩個諧振模式的的諧振頻率減少第一諧振模式的諧振頻率。
介電材料可以被施加到所述十字交叉槽或如圖3A到3C所示沒有預先形成槽的介電塊的交叉角附近的部分上，藉此，使第一諧振模式的諧振頻率能夠被調節到低於其它兩個諧振模式諧振頻率的頻率上。
圖4A、4B和4C示出了根據本發明第三實施例的多模式介電諧振器，它們分別示出了第一、第二和第三諧振模式的電場分布。在這個實施例中，與圖2A到2C所示的關係相反，在以平行於第三諧振模式的電場分布的對角線對稱的位置(即平行於第一諧振模式電場的對角線的位置)和在組合介電塊2的四個交叉角部分的兩個對角部分處形成十字交叉槽5a和5b。在第三諧振模式的電場分布集中而其它兩個諧振模式的電場基本不集中的位置處選擇性的去除部分組合介電塊2，藉此，使第三諧振模式的諧振頻率能夠被基本獨立地確定。
另外，在這個實施例中，十字交叉槽5a和5b可以與腔體1和組合介電塊2的整體同時形成，以將第三諧振模式的諧振頻率調節成在設計階段預先設置的值。另外，可以在腔體和組合介電塊整體形成之後通過利用開槽機等進行切割形成十字交叉槽5a和5b以便調節所述諧振頻率到較大值。
下面參考圖5和6描述本發明第四實施例的多模式介電諧振器。
參看圖5，該圖示出了所述諧振器的透視圖。由兩個被組合成交叉形狀的介電元件2a和2b組成的組合介電塊2與腔體1整體組成並置於所述腔體1內，和在組合介電塊2的中央部分作為介電切割部分6形成的具有在垂直於組合介電塊2主板部分的方向上的軸的一個通孔。在組合介電塊2中央部分中的這樣一個通孔此後將被稱之為「中心孔」。在腔體1的四周表面形成導體3。由此，在組合介電塊2的中心部分形成中心孔6與確定第二諧振模式的諧振頻率，如上所述。
圖6A、6B和6C的平面圖簡要地示出了三個諧振模式的電場分布。如果組合介電塊的中心部分被部分地去除掉以形成具有預定直徑的中心孔6，第二諧振模式的諧振頻率可以被單獨確定。即與第一和第三諧振模式的電場分布相比較，在組合介電塊中央處第二諧振模式的電場分布很稀少。因此，如果中心孔6的尺寸增加，第一和第三諧振模式的諧振頻率中的每一個頻率變的較高，但第二諧振模式的諧振頻率變化不大。結果是第二諧振模式的諧振頻率可以根據第一和第三諧振模式的諧振頻率確定。
上述中心孔6可以與腔體1和組合介電塊的整體同時形成以將第二諧振模式的諧振頻率調節成設計階段予置的值。另外，中心孔6可以在腔體和組合介電塊的整體形成之後通過開槽機等形成，以將所述諧振頻率調節到目標值。
作為根據圖5和圖6A所示實施例的通孔已經描述了中心孔6。但是，中心孔6也可以是一端開放、另一端封閉的孔。
在圖5和圖6所示的實施例中，通過增加被祛除介電材料的數量使第二諧振模式的諧振頻率朝增加方向調節。但是，所述配置還可以是通孔或與該通孔6對應的具有封閉底部的孔被預先在圖5和圖6所示組合介電塊中心部分形成，和介電材料被施加到通孔或具有封閉底部的孔的內部以便在減少方向上同時改變第一和第三諧振模式的諧振頻率，由此，相對確定第二諧振模式的諧振頻率。
下面參考圖7和8描述本發明第五實施例的多模式介電諧振器。
參看圖7，該透視圖示出了所述諧振器，由兩個被組合成交叉形狀的介電元件2a和2b形成的組合介電塊2與腔體1整體形成並置於所述腔體1內部。在連接到腔體1的介電元件2a和2b的每個端表面的中心處，在所述腔體1的外表面中形成一個孔4a，並延伸到介電元件2a和2b的內部，在每個孔4a的內表面上形成導體3a。導體3a被連接到在腔體1四周表面上形成的導體3上。組合介電塊2四個交叉角部分中預定的一個被平行切割以形成十字交叉槽5a。利用這個裝置使第一和第二諧振模式相互耦合併如上所述地確定這個耦合的程度。
圖8A、8B和8C的平面視圖分別示出了圖7所示多模式介電諧振器中三個諧振模式的電場分布。在第三諧振模式電場分布的對稱線上和只在沿第一諧振模式電場分布對角線相對側兩個位置中的一處形成十字交叉槽5a以避免以與這個對角線相應的線對稱。如果沒有形成十字交叉槽5a，那麼，就平行於與組合介電塊的對角線對應的對稱線的電場方向而言，第一諧振模式的電場分布是唯一的，而就第一諧振模式電場分布對稱線的方向而言，第二諧振模式的電場分布與之相反。如果組合介電塊正恰好以第一諧振模式的電場分布的對稱線對稱，那麼，與對稱平面相反的相位將使由第一諧振模式的電場形成的第二諧振模式的激勵被取消，因此，第二諧振模式不會產生諧振。在形成十字交叉槽5a的情況下，組合介電塊的對稱性被減少，通過第一諧振模式的電場激勵第二諧振模式產生諧振從而使第一諧振模式和第二諧振模式相互耦合。兩個模式之間的耦合程度由十字交叉槽5a確定。在此期間，在第二諧振模式和第三諧振模式之間的關係方面，雖然形成了十字交叉槽5a，但還是保持了圍繞與平行於第三諧振模式電場分布的對角線對應的一個線的組合介電塊的對稱。因此，在第二諧振模式和第三諧振模式之間沒有耦合發生。
上述十字交叉槽5a可以和腔體1和組合介電塊2的整體同時形成以將第一和第二諧振模式之間的耦合調節成預先沒定的設計值。另外，十字交叉槽5a可以在腔體1和組合介電塊2整體形成之後通過利用開槽機等進行切割形成以便將耦合程度調節到目標值。
可以執行另一種處理，在這種處理中，在形成階段在與圖7和8所示結構中十字交叉槽5a對應的部分內預先形成一個槽，並將介電材料施加到所述槽的內部以確定第一和第二諧振模式之間的耦合程度。
圖9的平面圖示出了本發明第六實施例的多模式介電諧振器。在該實施例中，與圖7和8所示實施例相反，在第一諧振模式點成分布的對稱線上和只在沿第三諧振模式電場分布對角線上的兩部分中的一個處形成十字交叉槽5c以避免圍繞與這個對角線對應的一個線的對稱，藉此，以和第五實施例相同的方式確定第二和第三諧振模式之間的耦合程度。
所述十字交叉槽5c與腔體和組合介電塊的整體同時形成以將第二和第三諧振模式之間的耦合程度調節成設計階段預先設置的值。另外，十字交叉槽5c可以在腔體和組合介電塊的整體形成之後利用開槽機等進行切割形成以便將耦合程度調節成目標值。
下面結合圖10到12描述本發明第七實施例的多模式介電諧振器。
參看圖10，該透視圖示出了所述多模式介電諧振器。在腔體側壁兩個位置處的介電元件2b中形成介電切割部分7a和7b。在腔體側壁上的這個孔下面稱之為「側壁中心孔」。如下面所述，利用這個裝置，可以確定第一和第三諧振模式之間的耦合程度。
圖11A、11B和11C的平面圖分別示出了圖10所示多模式介電諧振器中三個諧振模式的電場分布。如果第一諧振模式和第三諧振模式彼此相互疊加，可以導致如圖12A所示電場分布在長度方向上的TMY110模式和如圖12B所示電場分布在橫向方向上的TMX110模式。即；TMY110模式和TMX110模式分別對應於圖11A和11C所示第一和地撒諧振模式電場分布方向的(第一諧振模式+第三諧振模式)和(第一諧振模式-第三諧振模式)。如果TMY110模式的諧振頻率是「flon」和TMX110模式的諧振頻率是「flat」，那麼，第一和第三諧振模式之間的耦合係數k由下式所示k＝2|flon-flat|/(flon+flat)如圖12所示，由於在這個實施例中側壁中心孔7a和7b是在長度方向上在介電元件2b中形成的，所以，「flon」相對於「flat」增加以引起兩個頻率之間的差別，藉此使能第一和第三模式之間的耦合。可以通過選擇側壁中心孔7a和7b的尺寸確定耦合程度。
上述側壁中心孔可以和腔體1和介電元件2的整體同時形成以將第一和第三諧振模式之間的耦合程度調節到在設計階段預先設置的值。另外，所述側壁中心孔7a和7b可以在腔體1和介電元件2的整體形成之後通過開槽機等進行切割形成以便將耦合程度調節到目標值。
還可以執行另一種處理，在該處理中，在與圖10到12所示側壁中心孔7a和7b對應的部分中預先形成通孔或一端封閉的孔，介電材料被施加到所述通孔或一端封閉的孔的內表面以確定第一和第三諧振模式的耦合程度。
在圖10所示的實施例中，以介電元件2a和2b相對端表面對應的腔體1的外表面是平坦的。但是，這種配置也可以是在腔體1的每個外表面中與連接到腔體1的介電元件2a和和2b相應端表面的中心處形成一個孔並擴展到介電元件2a和2b的內部，和在每個孔的內表面形成一個導體。
下面結合圖13和14描述本發明第八實施例的多模式接諧振器。
參看圖13A、13B和13C，這些平面圖簡要示出了三個諧振模式的電場分布。在由兩個彼此交叉的介電元件形成的組合介電塊四角部分中預定兩個彼此相鄰並不處於對角關係的兩個角部分中形成十字交叉槽5a和5c。
十字交叉槽5a和5c分別具有與圖8所示十字交叉槽5a和圖9所示十字交叉槽5c相同的功能。即十字交叉槽5a使能第一和第二諧振模式之間的耦合，而十字交叉槽5c使能第二和第三諧振模式之間的耦合。三個諧振模式之間的耦合按照第一諧振模式→第二諧振模式→第三諧振模式的順序或以和這個順序相反的順序連續發生。十字交叉槽5a和5c對等地影響兩個耦合模式，如圖12A、12B和12C所示，這些圖示出了第一和第三諧振模式的結果，因此，在TMY110模式和TMM110諧振頻率之間不會發生差異。因此，在第一和第三諧振模式之間不會發生耦合。
上述十字交叉槽5a和5c可以與腔體1和組合介電塊2的整體同時形成以將第一和第二諧振模式之間的耦合程度和第二和第三諧振模式之間的耦合程度調節到設計階段預先設置的值。另外，可以在腔體1和組合介電塊2的整體形成之後利用開槽機等進行切割形成十字交叉槽5a和5c以將耦合橫渡調節到目標值。
圖14A和14B示出了由三級諧振器組成的帶通濾波器，該帶通濾波器是通過將一個外部耦合迴路和一個共軸連接器附著到上述多模式介電諧振器上構成的。圖14A的平面圖示出了導電板被附著到腔體開口端部分之前的狀態，圖14B是從前面看的縱剖面圖。共軸連接器14和15被附著到用於覆蓋腔體1上、下開口的導電板10和11的外表面，而耦合迴路12和13被附著到導電板10和11的內表面上。配置耦合迴路12和13使其與組合介電塊的每個介電元件成450角，如圖14A所示。因此，如從圖13A和13C可以看到的，通過磁場耦合使耦合迴路13耦合到第一諧振模式上，同時通過磁場耦合使耦合迴路12耦合到第三諧振模式上。然後，在共軸連接器14和15之間形成由具有圖13A到圖13C所示三個諧振模式的三級諧振器形成並具有帶通濾波器特性的介電濾波器。
下面結合圖15A和15B描述本發明第九實施例的天線共享設備的結構。當在圖14所示配置中通過準備一個組合介電塊形成由三級諧振器形成並具有帶通濾波器特性的介電諧振器時，在第九實施例中使用兩個介電元件形成天線共享設備。平面圖15A示出了導電板被附著到腔體開口端部分之前的狀態，圖15B是從前端看的縱剖面圖。共軸連接器14a、14b和15被附著到用於覆蓋腔體上、下開口1a和1b的導電板10和11的外表面上，同時，耦合迴路12a、12b、13a和13b被附著到導電板10和11的內表面上。這些耦合迴路被配置的與組合介電塊的每個介電元件成450角，如圖15A所示。在這個結構中，形成每一個的結構如圖14A和14B所示的介電濾波器。例如，圖15A或15B左手側上的一個這種濾波器被用做發射濾波器，和右手側的其它濾波器被用做接收濾波器。
如圖15B所示，耦合迴路13a的一端和耦合迴路13b的一端彼此連接和共軸連接器15的內核導體被連接到用於在預定中間部分處連接耦合迴路13a和13b的導體上。共軸連接器15中心內核連接點和耦合迴路13a和13b之間導電部分的每個長度被設置的使從分支點看發射濾波器或接收濾波器的阻抗足夠大。
如此構成的設備可以被用做天線共享設備，該設備具有用做發射信號輸入端的共軸連接器14a、用做接收信號輸出端的共軸連接器14b和用做天線連接端的共軸連接器15。
在圖15A和15B所示的實施例中，提供了其中的每一個都是由三級介電諧振器形成的發射濾波器和接收濾波器。但是，可以連續連接多個介電諧振器以形成由大量介電設備級形成的天線共享設備。
再有，具有至少三個、其中的每一個都被用做輸入或輸出部分的輸入和輸出共享設備被以相同的方式和上述天線共享設備構成。
下面參看圖16描述本發明第十實施例的多模式介電諧振器。本發明上述實施例中的每一個都是具有在兩個組成交叉形狀的介電元件上形成的組合介電塊並使用兩個TM110和一個TM111模式的三個模式的介電諧振器。在下面將要描述的第十實施例中，使用了由三個組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊。
如圖16所示，由被組合成交叉形狀的三個介電元件2a、2b和2c形成的組合介電塊2被與腔體1整體形成並被置於所述腔體1內。介電元件2a和2b的每個端表面的中心被連接到腔體1，在腔體1的外表面形成孔4a並延伸到介電元件2a或2b的內部，在每個孔4a的內表面形成導體3a。導體3a連接到在腔體四周表面上形成的導體3上。腔體1的上、下開口端表面由介電板20和21覆蓋。在介電板20和21的表面上形成當該介電板20和21被附著到腔體1的開口端表面上時形成外表面的導體3。在介電板20和21與腔體開口端表面接觸的部分上也形成導體3。在介電板20和21與介電元件2c端表面相對的部分中形成一個孔並沿著介電元件2c的軸向向內延伸。在這個孔的內表面上也形成導體3a。每個孔4a中的導體3a都被連接到在介電板20和21上形成的導體3上。介電板20和21中的每一個被連接到利用鋁塗料和背襯或通過焊接等形成的腔體開口端表面上。
如果如上所述地提供由三個組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊，兩個TM110模式(TM110X模式和TM110Y)由介電元件2a和2b形成，一個TM111模式(TM111XY模式)沿由介電元件2a和2b規定的平面形成。類似的，兩個TM110(TM110Z模式和TM110Y模式)由兩個介電元件2a和2c構成，和一個TM111(TM110YZ模式)模式沿介電元件2a和2c規定的平面構成。另外，沿介電元件2b和2c規定的平面由兩個介電元件2b和2c引起兩個TM110(TM110X和TM110Z)模式和一個TM111模式(TM111XZ模式)。因此，這個介電諧振器被用做六倍介電諧振器。根據沿由三個介電元件中的兩個規定的平面的三個諧振模式(兩個TM110模式和一個TM111模式)，每個諧振器諧振頻率的設置和諧振器之間的耦合可以以和第八實施例所述的相同方式執行。但是，六個諧振模式諧振頻率的每一個不能獨立於其他頻率設置和諧振器不能一個接一個的耦合。因此，例如，六個諧振器中預定的一個諧振器可以被陸續耦合到由多級諧振器形成的帶通濾波器上，和其他的諧振器可以被直接作為陷波器。在這種方式下，在預定頻率處具有衰減極點的帶通濾波器可以形成。
下面參照附圖17到22描述用於相對改變兩個TM110模式和一個TM111模式的諧振頻率以獲得所希望諧振頻率的設計或調節方法的例子。
圖17A的透視圖示出了根據本發明第十一實施例的多模式介電諧振器的結構。圖17B示出了所述多模式介電諧振器的諧振頻率變化特性。如圖17A所示，由兩個組合成交叉形狀的介電元件2a和2b形成的組合介電塊2以腔體1整體形成並被置於所述腔體1內。在連接到腔體1的介電元件2a和2b的每個端表面中心處，在腔體1的外表面內形成孔4a，並延伸到介電元件2a和2b的內部，在每個孔4a的內表面形成代替3a。在組合介電塊2的中心部分形成中心孔6，和在介電元件2a和2b中形成側壁中心孔7a、7b、7c和7d。
圖17B示出了TM110和TM111的諧振頻率相對於具有用做參數的側壁中心孔7a到7d的內徑的中心孔6的內徑變化的變化。如果中心孔的內徑增加，每個模式的諧振頻率變高。在組合介電塊2的中心，TM110模式電場分布的集中程度高於TM111模式電場分布的集中程度。因此，TM110模式諧振頻率相對於中心孔內徑變化的變化速度高於TM111。另一方面，TM110模式和TM111模式的諧振頻率根據側壁中心孔7a到7d內徑的變化基本以相同的速率變化。因此，當所述中心孔6的內徑和所述側壁中心孔7a到7d的的內徑改變以使TM110的諧振頻率變成如雙點劃線所示的常數時，TM111模式的諧振頻率不是常數和其變化如所述曲線表示。使用這種關係，TM110模式的諧振頻率和TM111模式的諧振頻率可以彼此相對確定。例如，如果使用兩個(具有一個被處理成偽模式的TM111模式的)TM110模式，則TM111模式的諧振頻率可以根據TM110模式的諧振頻率確定以便獲得所希望的衰減特性。關於在TM110模式和TM111模式之間的耦合，中心孔6或中心孔6和側壁中心孔7a到Td使得TM110模式的諧振頻率能夠接近TM模式的諧振頻率，從而使兩個模式的諧振頻率近似彼此相等。
圖18A示出了本發明第十二實施例的多模式介電諧振器的結構，圖18B的曲線示出了該多模式介電諧振器的諧振頻率的變化特性。如圖18A所示，由兩個組合成交叉形狀的介電元件2a和2b形成的組合介電塊2與腔體1整體形成並被置於腔體1內，在組合介電塊2的中心部分形成中心孔6。
圖18B示出了TM110模式和TM111模式相對於具有被用做參數的組合介電塊的厚度(由圖18A中箭頭指出的高度和寬度方向的尺寸，此後稱之為核心厚度)的中心孔6內徑的變化而引起諧振頻率的變化。如果中心孔6的內徑增加，每個模式的諧振頻率增加。但是，由於TM110模式的電場分布在組合介電塊2中心處的集中程度高於TM111模式電場分布的集中程度，所以，TM110模式諧振頻率相對於中心孔6內徑變化的變化速率高於TN111模式。另一方面，TM110模式和TM111模式的諧振頻率相對所述核心厚度的變化以基本相同的速率變化。因此，當中心孔6的內徑和所述核心厚度被改變從而使TM110模式的諧振頻率變成如雙點劃線所示的常數時，TM111模式的諧振頻率不是常數，其變化如所述曲線所示。使用這種關係，TM110模式的諧振頻率和TM111模式的諧振頻率可以彼此相對確定。
圖19A的透視圖示出了本發明第十三實施例的多模式介電諧振器的結構，圖19B的曲線示出了該多模式介電諧振器的諧振頻率變化特性。如圖19A所示，由兩個組合成交叉形狀的介電元件2a和2b形成的組合介電塊2與腔體1整體形成並被置於該腔體1內。在連接到腔體1的介電元件2a和2b的每個端表面中心處，在腔體1的外表面形成孔4a並延伸到介電元件2a或2b的內部，在每個孔4a的內表面形成導體3a。在組合介電塊2中形成側壁中心孔7a、7b、7c和7d和槽9a、9b、9c和9d，所述槽被置於槽9a到9d之間配置所述側壁中心孔7a到7d處。這些槽下面將稱之為「側壁側向槽」。
圖19B示出了相對於具有用做參數的側壁中心孔7a到7d內徑的則壁側向槽9a到9d的尺寸變化的TM110模式和TM111模式諧振頻率的變化。如果側壁側向槽9a到9d的尺寸增加，每個諧振模式的諧振頻率變高。但是，由於在側壁側向槽9a到9d附近TM111模式的電場分布集中程度高於TM110模式的電場分布集中程度，所以，TM111模式諧振頻率的變化相對於側壁側向槽9a到9d尺寸的變化高於TM110模式。另一方面，TM110模式和TM111模式的諧振頻率相對於側壁中心孔7a到7d內徑的變化基本以相同的速率變化。因此，當側壁側向槽9a到9d和側壁中心孔7a到7d的尺寸被改變從而使TM110模式的諧振頻率變成如雙點劃線指出的常數時，TM111模式的諧振頻率不是常數和其變化如所述曲線所示。使用這種關係，TM110模式和TM111模式的諧振頻率古柯鹼彼此相對確定。例如，如果使用(具有一個被處理成偽模式的TM111模式的)兩個TM110模式形成帶通濾波器，TM111模式的諧振頻率可以根據TM110模式的諧振頻率確定，以便獲得所希望的衰減特性。為了使TM110模式和TM111模式彼此耦合，減少側壁側向槽9a到9d的尺寸以使TM111模式的諧振頻率接近TM110模式的諧振頻率，從而使兩個模式的諧振頻率近似相等。為達到這個效果，可以利用將介電材料施加到預先形成的側壁側向槽內部的方式減少側壁側向槽的尺寸。
圖20A的透視圖示出了本發明第十四實施例的多模式介電諧振器的結構，圖20B的曲線示出了該多模式介電諧振器諧振頻率的變化特性。如圖20A所示，由兩個組合成交叉形狀的介電元件2a和2b形成的組合介電塊2與腔體1形成整體並被置於所述腔體1內，在組合介電塊2內形成側壁側向槽9a到9d。
圖20B示出了TM110模式的諧振頻率相對於具有用做參數的組合介電塊核心厚度的側壁側向槽9a到9d的尺寸變化的變化。如果側壁側向槽9a到9d的尺寸增加，如上所述每個模式的諧振頻率變高。但是，由於在組合介電塊2側壁側向槽9a到9d附近TM111模式電場分布的集中程度高於TM110模式的電場分布集中程度，所以，TM111模式諧振頻率的變化相對於側壁側向槽尺寸的變化高於TM110模式。另一方面，相對於核心厚度的變化，TM110模式和TM111模式的諧振頻率基本以相同的速率變化。因此，當側壁側向槽的尺寸和所述核心厚度被改變從而使TM110模式的諧振頻率變成如雙點劃線指出的常數時，TM111模式的諧振頻率不是常數和其變化如所述曲線所示。使用這種關係，TM110模式和TM111模式的諧振頻率可以彼此相對確定。
圖21A的透視圖示出了本發明第十五實施例的多模式介電諧振器的結構，圖21B的曲線示出了該多模式介電諧振器的諧振頻率變化特性。如圖21A所示，由兩個組合成交叉形狀的介電元件2a和2b形成的組合介電塊2與腔體1形成整體並置於腔體1內。在連接到腔體1的介電元件2a和2b的每個端表面的中心處在腔體1的外表面上形成孔4a並延伸到介電元件2a或2b的內部，和在每個孔4a的內表面上形成導體3a。在組合介電塊2中，形成側壁中心孔7a、7b、7c和7d以及十字交叉槽5a、5b、5c和5d。
圖21B示出了相對於具有用做參數的側壁中心孔7a到7d內徑的十字交叉槽5a到5d的尺寸變化的TM110模式和TM111模式諧振頻率的變化。如果十字交叉槽5a到5d的尺寸增加，每個模式的諧振頻率變高。但是，由於在組合介電塊交叉角處TM111模式電場分布的集中程度高於TM110模式的電場分布，所以，TM111模式諧振頻率相對於十字交叉槽5a到5d尺寸變化的的變化速率高於TM110模式。另一方面，相對於側壁中心孔7a到7d內徑的變化，TM110模式和TM111模式的諧振頻率的變化速率基本相同。因此，當十字交叉槽5a到5d和側壁中心孔7a到7d的尺寸被改變從而使TM110模式的諧振頻率變成如雙點劃線指出的常數時，TM111模式的諧振頻率不是常數，其變化如所述曲線所示。使用這種關係，TM110模式的諧振頻率和TM111模式的諧振頻率可以彼此相對確定。
圖22A的透視圖示出了本發明第十六實施例多模式介電諧振器的結構，圖22B的曲線示出了該多模式介電諧振器的諧振頻率變化特性。如圖22A所示，由兩個被組合成交叉形狀的介電元件2a和2b形成的組合介電塊2與腔體1形成一個整體並被置於所述腔體1之內。在組合介電塊2內形成十字交叉槽5a、5b、5c和5d。
圖22B示出了TM110模式和TM111模式的諧振頻率相對於具有作為參數的核心厚度的十字交叉槽5a到5d的尺寸變化的變化。如果十字交叉槽5a到5d的尺寸增加，每個模式的諧振頻率如上所述變高。但是，由於在組合介電塊的交叉角處TM111模式電場分布的集中程度高於TM110模式電場分布的集中程度，所以，TM111模式諧振頻率相對於十字交叉槽5a大5d尺寸變化的變化速率高於TM110模式。另一方面，相對於核心厚度的變化TM110模式和TM111模式諧振頻率以基本相同的速率變化，因此，當所述核心厚度和十字交叉槽的尺寸變化使TM110模式的諧振頻率變成如雙點劃線指出的常數時，TM111模式的諧振頻率不是常數，其變化如所述曲線所示。使用這種關係，TM110模式的諧振頻率和TM111模式的諧振頻率可以彼此相關確定。
根據本發明的第一方面，沿著由多個介電元件中的兩個規定的平面引起的三個諧振模式、即兩個偽TM110模式和一個TM111模式中的一個被設置成諧振頻率設定目標，和這個諧振模式的諧振頻率可以獨立於其它兩個諧振模式的諧振頻率確定。
根據本發明的第二方面，在沿由多個諧振模式中的兩個規定的平面引起的三個諧振模式、即兩個偽TM110模式和一個TM111模式中的一個可以被設置成諧振頻率設置目標，且除所述諧振頻率設置目標以外的其它兩個諧振模式的諧振頻率可以改變以確定將被相對於這兩個諧振模式的諧振頻率被設置成諧振頻率設置目標的一個諧振模式的諧振頻率。
根據本發明的第三方面，與所述偽TM110模式對應的第一諧振模式和與所述偽TM111模式對應的第二諧振模式彼此耦合，其間的耦合程度由預定部分的切割量確定或由施加到該預定部分上的介電材料的量確定。
根據本發明的第四方面，與偽TM110模式對應的第一和第三諧振模式彼此耦合，這個耦合程度由預定部分的切割量確定或由施加到所述預定部分上的介電材料確定。
根據本發明的第五方面，形成使用兩個TM110模式的介電諧振器，被用做偽模式的TM111模式的諧振頻率可以根據兩個TM110模式的諧振頻率確定而不會改變兩個TM110模式的諧振頻率。
根據本發明的第六和第七方面，偽TM110模式和偽TM111模式彼此耦合，藉此形成具有多個介電諧振級的介電諧振器設備。
根據本發明的第八方面，可以形成具有多個介電諧振級並具有小尺寸和重量輕的介電濾波器。
根據本發明的第九方面，可以形成用於天線共用器、多路轉換器等共享輸入和輸出部分的小尺寸、輕重量的輸入和輸出設備。
權利要求
1.一種多模式介電諧振器，包括由一個導體環繞的區域；和由被組合成交叉形狀的多個介電元件形成的組合介電塊，所述組合介電塊被置於所述區域內，其中，與第一到第三諧振模式的其它兩個諧振模式相比較在至少一個區域內電場分布集中程度較高的第一到第三諧振模式中的一個被設置為諧振頻率設置目標，和第一和第三諧振模式包括沿由多個介電元件中的兩個規定的平面的兩個偽TM110模式，所述兩個偽TM110模式具有不同的電場分布對稱線，第二諧振模式包括一個沿相同平面的偽TM111模式，和其中，被設置成諧振頻率設置目標的諧振模式的諧振頻率通過在與具有電場分布高度集中區域對應的組合介電塊的一部分中至少形成一個介電切割部分和將介電材料施加到與電場分布高度集中的區域對應的所述組合介電塊的一部分上加以確定。
2.一種多模式介電諧振器，包括由一個導體圍繞的區域；和由多個組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊，所述組合介電塊被置於所述區域內，其中，與第一到第三諧振模式中的其它兩個模式相比較在至少一個區域內不具有電場集中或集中程度較低的第一到第三諧振模式中的一個被設置成諧振頻率設置目標，第一和第三諧振模式由沿所述多個介電元件中的兩個規定的平面的兩個TM110模式組成，兩個偽TM110模式具有不同的電場分布對稱線，第二諧振模式由一個沿相同平面的偽TM111模式組成，和其中，通過在與沒有電場分布集中或電場分布集中程度較低的區域對應的所述組合介電塊的區域中形成至少一個介電切割部分和將介電材料施加到與沒有電場集中或集中程度較低的區域對應的所述組合介電塊的部分上，被設置成諧振頻率設置目標的諧振模式的諧振頻率根據其它兩個諧振模式的諧振頻率確定。
3.一種多模式介電諧振器，包括由一個導體環繞的區域；和由多個被組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊，所述組合介電塊被置於所述區域內，其中，通過在所述組合介電塊的至少一個預定部分內形成至少一個介電切割部分和將介電材料施加到所述組合介電塊的至少一個預定部分上以減少所述組合介電塊圍繞平行於第一諧振模式電場的對角線的對稱程度來確定在第一到第三諧振模式中的第一和第二諧振模式之間的耦合程度，所述第一和第三諧振模式由沿所述多個介電模式中的兩個規定平面的兩個偽TM110模式組成，所述兩個偽TM110模式具有不同的電場分布對稱線，第二諧振模式由沿相同平面的一個偽TM111模式組成。
4.一種多模式介電諧振器，包括由一個導體圍繞的區域；和由多個組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊，所述的組合介電塊被置於所述區域內，其中，通過在所述組合介電塊的至少一個預定區域內形成至少一個介電切割部分和將介電材料施加到所述組合介電塊的至少一個預定區域上以根據諧振頻率特性引起所述多個介電元件中的兩個的形狀差形成所述組合介電塊來確定第一到第三諧振模式中第一和第三諧振模式之間的耦合程度，第一和第三諧振模式由沿所述多個介電元件中的兩個規定平面的兩個偽TM110的模式組成，兩個偽TM110模式具有不同的電場分布對稱線，第二諧振模式由沿相同平面的一個偽TM111模式組成。
5.一種多模式介電諧振器，包括由一個導體圍繞的區域；和由多個組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊，所述的組合介電塊被置於所述區域內，其中，就沿所述多個介電元件中的兩個所規定平面的兩個偽TM110模式和一個偽TM111模式而言，兩個偽TM110模式具有不同的電場分布對稱線，通過在所述組合介電塊中至少一個其中在偽TM110模式和偽TM111模式之間存在電場分布差的區域中形成至少一個介電切割部分和將介電材料施加到其中在偽TM110模式和偽TM111模式之間存在電場分布差的至少一個區域中的所述組合介電塊的一部分上，偽TM110模式和偽TM111模式的諧振頻率被彼此相關地確定。
6.一種多模式介電諧振器，包括由一個導體圍繞的區域；和由多個組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊，所述的組合介電塊被置於所述區域內，其中，就沿所述多個介電元件中的兩個所規定平面的兩個偽TM110模式和一個偽TM111模式而言，兩個偽TM110模式具有不同的電場分布對稱線，通過在所述組合介電塊中其中偽TM110模式的電場分布密度高於偽TM111模式電場分布密度的至少一個區域中形成一個介電切割部分以使能偽110模式和偽TM111模式之間耦合使偽TM110模式的諧振頻率被引入到接近偽TM111模式的諧振頻率。
7.一種多模式介電諧振器，包括由一個導體圍繞的區域；和由多個組合成交叉形狀的介電元件形成的組合介電塊，所述的組合介電塊被置於所述區域內，其中，就沿所述多個介電元件中的兩個所規定平面的兩個偽TM110模式和一個偽TM111模式而言，兩個偽TM110模式具有不同的電場分布對稱線，通過施加介電材料到其中偽TM111模式的電場分布密度高於偽TM110模式的電場分布密度的至少一個區域中的組合介電塊上以使能偽TM110模式和TM111模式之間的耦合使偽TM111模式的諧振頻率接近於偽TM110模式的諧振頻率。
8.包括根據權利要求1所述多模式介電諧振器的介電濾波器，其特徵是包括能夠耦合到所述多模式介電諧振器諧振模式中預定諧振模式上的輸入和輸出耦合裝置。
9.一種共享輸入或輸出部分的輸入和輸出裝置，所述輸入和輸出裝置包括根據權利要求8所述的多個多模式介電諧振器；和至少三個其中的每一個被用做一個輸入和輸出部分的部分。
10.一種用於調節多模式介電諧振器特性的方法，包括如下步驟設計一種多模式介電諧振器，在該多模式介電諧振器中，被組合成交叉形狀的多個介電元件形成的組合介電塊被置於由一個導體圍繞的區域內，所述多模式介電諧振器具有沿多個介電元件中的兩個規定的平面的兩個偽TM110模式和一個偽TM111模式，兩個偽TM110模式具有不同的電場分布對稱線；和通過在組合介電塊中至少一個其中在偽TM110模式和偽TM111模式之間存在電場分布密度差的區域中形成至少一個介電切割部分和將介電材料施加到在至少一個其中在偽TM110模式和偽TM111模式之間存在電場分布密度差的的區域中的組合介電塊的一部分上來彼此相對地確定偽TM110模式和偽TM111模式的諧振頻率。
全文摘要
一種多模式介電諧振器,其中,由組合成交叉形狀的多個介電元件形成的組合介電塊被用於引起沿由兩個所述介電元件規定的平面的三個諧振模式,其中,確定每個諧振模式的諧振頻率,或一種多模式介電諧振器,其中,確定預定諧振模式之間的耦合程度。如果第一和第三諧振模式是兩個具有不同電場分布對稱線的TM110模式和如果第二模式是TM11模式,在組合介電塊中例如第一諧振模式電場分布集中而第二和第三諧振模式電場分布不集中處形成介電切割部分,藉此以選擇性地確定第一諧振模式的諧振頻率。
文檔編號H01P1/208GK1197305SQ9810643
公開日1998年10月28日 申請日期1998年2月3日 優先權日1997年2月3日
發明者慄棲徹, 阿部真 申請人:株式會社村田製作所