一種諧振腔、濾波器件及電磁波設備的製作方法
2023-12-01 17:39:01 2
專利名稱：一種諧振腔、濾波器件及電磁波設備的製作方法
技術領域：
本實用新型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：
傳統金屬諧振子濾波器體積小且可實現較低頻率的諧振，但是體積小會導致無法承受較高的功率。傳統的介質諧振子濾波器可以承受高功率，但是如果要實現低頻諧振，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濾波器及該種濾波器的埠耦合方式是需要解決的一個問題。
實用新型內容本實用新型的目的在於，針對現有技術的上述缺陷，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。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:一種諧振腔，包括腔體、腔體兩端的埠和位於腔體內的諧振子，所述諧振子包括介質本體、開設在所述介質本體表面上的凹孔，所述凹孔內設置有導電材料構成的導電層；所述埠裝在所述腔體上並伸入腔體內，且所述埠的末端為自由端。所述埠的自由端還連接一金屬杆或一金屬片。
所述埠通過所述金屬杆或所述金屬片與所述諧振子形成電耦合。所述導電層直接附著在所述凹孔內壁上。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腔。所述介質本體由介電常數大於I的材料製成。所述介質本體由陶瓷材料製成。所述凹孔為盲孔或通孔。所述導電層為金屬筒，所述介質本體為筒狀且套設在所述金屬筒外。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。所述導電層的導電材料為金屬。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。所述導電層的導電材料為導電的非金屬。所述導電材料為導電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅。所述諧振腔還包括裝在所述腔體上並伸入所述腔體內起調諧所用的調諧杆，所述調諧杆與所述介質本體上的凹孔相向設置。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杆。所述調諧杆為介電常數大於I的非金屬材料製成的螺杆或者為金屬螺杆。[0021]所述凹孔為通孔，與所述通孔相連接的介質本體表面上附著有導體連接層。所述導體連接層與所述諧振腔的內壁通過焊接或熱壓或螺紋配合或粘接的方式固定連接為一體。一種濾波器件，包括一個或多個諧振腔，至少一個所述的諧振腔為上述所述的諧振腔。所述濾波器件為濾波器或雙工器。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杆。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杆。—種電磁波設備包括信號發射模塊、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所述的濾波器件。所述電磁波設備為飛機、雷達、基站或者衛星。實施本實用新型，具有以下有益效果:本實用新型由於採用具有導電層的諧振子，可獲得一個諧振頻率較低的模式，有利於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；並且濾波器件的埠設計成電耦合的方式，電耦合時耦合天線越靠近開路端耦合越強，載Q值越低；天線距離諧振子越近耦合越強。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:圖1是本實用新型第一種實施例諧振腔的剖視俯視圖；圖2是圖1所示諧振腔的剖視主視圖；圖3是本實用新型第二種實施例諧振腔的剖視俯視圖；圖4是圖3所示諧振腔的剖視主視圖；圖5是本實用新型諧振子的俯視圖；圖6是圖5所示諧振子的剖視主視圖；圖7是第一種實施例的濾波器件的剖面圖；圖8是第二種實施例的濾波器件的剖面圖；圖9為本實用新型的電磁波設備為基站時的局部結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型涉及一種諧振腔、濾波器件和電磁波設備，使用本實用新型的諧振子能使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，並且濾波器件的埠設計成電耦合的方式。本實用新型實施例的諧振腔如圖1、2所示，包括腔體5、腔體5兩端的埠(輸入端8和輸出端9)、裝 在腔體開口端的腔蓋、位於腔體5內的諧振子和調諧杆4。其中，腔體和腔蓋圍合成一個封閉空間，上述諧振子即位於所述封閉空間內，其底部可以通過一個低損耗材料製成的支承座將諧振子支撐起來，使其位於封閉空間的正中央。埠裝在腔體5上並伸入腔體內，且埠的末端為自由端，埠的自由端還連接一金屬杆10，埠通過金屬杆10與諧振子形成電耦合；如圖3、4所示，為埠的另一種連接方式的諧振腔，埠的自由端還連接一金屬片11，埠通過金屬片11與諧振子形成電耦合。電耦合時耦合天線越靠近開路端耦合越強，載Q值越低；天線距離諧振子越近耦合越強。其中本實用新型實施例的諧振子如圖5、6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設置有導電材料構成的導電層3。介質本體I可以為任意介電常數大於I的材料，例如聚四氟乙烯、環氧樹脂、FR4材料等，但介電常數越高、損耗角正切越小的材料更有利於電磁諧振並降低諧振頻率，現有技術中優選陶瓷材料，例如氧化鋁，也可以是微波介質陶瓷例如BaTi409、Ba2Ti9O20,MgTiO3-CaTiO3> BaO-Ln2O3-TiO2系、Bi2O3-ZnO-Nb2O5系等。當然介質本體I只要是具有較高的介電常數和較低的損耗(通常介電常數大於30，損耗角正切小於0.01)的材料製成均可。如圖5所示，本實施例的介質本體I為矩形方柱，且四條稜倒圓角。當然諧振子不限於這種形狀，本實用新型的介質本體I可以是現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，或其他任意規則或不規則形狀，這都不影響到本實用新型的諧振子的特性，本文不作限制。圖6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，且優選該圓柱形孔的中心線位於介質本體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、錐形或其他規則或不規則的形狀，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。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。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。這些金屬或金屬合金可以通過電鍍、蒸鍍、製成箔片後熱壓、液體熔液澆填等方式附著在凹孔2內壁上。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。這些非金屬材料可以利用現有的對應工藝例如電子束蒸發、物理氣相沉積、濺射沉積等來附著在凹孔2內壁上。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，例如採用粘膠粘接，或者連接杆一端與導電層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 者，等等。本實施例中，介質本體I為均勻等厚的圓筒形，中間的凹孔為通孔。導電層3為具有一定厚度的金屬筒，且底部設有凸緣，介質本體I套在導電層3外且底面可剛好放在凸緣上。這種諧振子結構簡單，無需採用電鍍等複雜工藝來形成導電層3，在導電層3底部凸緣的中心設孔可便於螺釘等連接件穿過從而與諧振腔底部接觸連接從而接地，同時還可固定諧振子。當然，金屬筒並不一定具有凸緣，可以僅具有圓筒形結構，通過粘接或其他方式與諧振腔底部固定。優選諧振子的導電層直接與諧振腔底部電連接而接地。這裡的金屬筒要能獨立成為一定強度的部件，優選壁厚大於0.05mm以上，通過壓鑄、拉深等工藝製得。導電層3所覆蓋的範圍，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域以及底面的部分區域。另外，調諧杆4裝在腔體或腔蓋上，調諧杆4末端伸入封閉空間內並至少部分地伸入諧振子的凹孔2內。調諧杆4通常為金屬螺杆，通過螺母裝在腔蓋上，且伸入腔內的長度可調，從而在小範圍內調節諧振腔的諧振頻率。調諧杆4也可以有陶瓷材料製成，或者是在一低損耗材料製成的杆外表面包裹金屬或陶瓷或其他高介電常數材料。調諧杆4也可以為非金屬材料製成，只要其介電常數大於I即可，當然優選介電常數更高的材料。本實用新型不對調諧杆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。調諧杆4末端可以與凹孔2內壁或導電層3直接接觸。當導電層3不與調諧杆4接觸而是位於腔體內部、調諧杆4外表面之間，分別與二者形成電容效應，從而增強降頻調諧效果。優選凹孔2的側面和底面分別與調諧杆4伸入凹孔2的部分的側面和底面相平行，使得調諧杆4對凹孔2產生影響的有效面積增大，提高調頻範圍。另外，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製成，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。為了增強降頻效果，介質本體I上可以設有兩個或多於兩個的凹孔2，至少其中一個凹孔2上對應有一個調諧杆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杆4。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繞的，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於前述第一模式的頻率，可以通過低通濾波器濾掉。調諧杆4插入凹孔2中還可以增加電容和電感值，對第一模式的諧振頻率進行小範圍調節。下面將通過具體實驗數據來說明本實用新型的諧振腔的優勢。以一個具有純陶瓷介質諧振子的單腔諧振腔為對比例，該諧振腔腔體為方柱形，該陶瓷介質諧振子採用圓柱形微波介質陶瓷，尺寸為外徑24mm、內徑8mm、高19mm，內徑對應為通孔，實驗測得具有該介質諧振子的諧振腔的諧振頻率為1.642GHz，該諧振腔的平均功率為275W。採用相同的腔體和介質諧振子(上述純陶瓷介質諧振子作為本例中諧振子的介質本體)，並在該諧振子的通孔(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，平均功率為335W。由此可見，採用本 實用新型的諧振子，相對於單純的介質諧振子，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，當製備相同諧振頻率的諧振腔時，腔體體積將大幅度減小，而對功率的影響不大。而採用相同的腔體，將介質諧振子更換為形狀、體積相同的金屬諧振子，實驗測得具有該金屬諧振子的諧振腔的諧振頻率為1.569GHz，平均功率為54W。由此可見，採用本實用新型的諧振子，相對於單純的金屬諧振子，仍能提供基本相近的諧振頻率，而平均功率則大大提高了。綜上所述，可知採用本實用新型的諧振子，即具有介質諧振子的耐高功率的優點，同時兼有金屬諧振子的諧振頻率低、體積小的優點，可以大大拓寬現有技術的諧振腔、濾波器件的應用範圍。基於上述單腔的諧振腔的特點，本實用新型還涉及一種濾波器件，可以為濾波器、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。以圖7或圖8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5兩端分別裝有埠(輸入端8和輸出端9)，如圖7所示，埠通過金屬杆10與諧振子形成電耦合；如圖8所示，埠通過金屬片11與諧振子形成電耦合。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7或圖8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相同的材料製成，也可以是不同材料製成，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杆6，通過耦合杆6伸入腔內的長度也可以調節耦合強弱。由圖7或圖8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杆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。進而，本實用新型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、衛星等。這些電磁波設備會接收和發送信號，並在接收之後或發送之前進行濾波，以使所接收或發送的信號滿足需求，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射模塊、與濾波器件的輸出端連接的信號接收模塊。例如，如圖9所示，電磁波設備為基站，基站包括作為濾波器件的雙工器，雙工器包括發信帶通濾波器和收信帶通濾波器。發信帶通濾波器的輸入端連接發信機，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。則對於發信帶通濾波器，其信號發射模塊為發信機，信號接收模塊為基站天線。而對於收信帶通濾波器，其信號發射模塊為基站天線，信號接收模塊為收信機。本實用新型由於採用具有導電層3的諧振子，可獲得一個諧振頻率較低的模式，有利於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。上面結合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型並不局限於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實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可做出很多 形式，這些均屬於本實用新型的保護之內。
權利要求1.一種諧振腔，包括腔體、腔體兩端的埠和位於腔體內的諧振子，其特徵在於，所述諧振子包括介質本體、開設在所述介質本體表面上的凹孔，所述凹孔內設置有導電材料構成的導電層；所述埠裝在所述腔體上並伸入腔體內，且所述埠的末端為自由端。
2.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述埠的自由端還連接一金屬杆或一金屬片。
3.根據權利要求2所述的諧振腔，其特徵在於，所述埠通過所述金屬杆或所述金屬片與所述諧振子形成電耦合。
4.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述導電層直接附著在所述凹孔內壁上。
5.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，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腔。
6.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述介質本體由介電常數大於I的材料製成。
7.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述介質本體由陶瓷材料製成。
8.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述凹孔為盲孔或通孔。
9.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述導電層為金屬筒，所述介質本體為筒狀且套設在所述金屬筒外。
10.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，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。
11.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述導電層的導電材料為金屬。
12.根據權利要求11所述的諧振腔，其特徵在於，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。
13.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述導電層的導電材料為導電的非金屬。
14.根據權利要求13所述的諧振腔，其特徵在於，所述導電材料為導電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅。
15.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述諧振腔還包括裝在所述腔體上並伸入所述腔體內起調諧所用的調諧杆，所述調諧杆與所述介質本體上的凹孔相向設置。
16.根據權利要求15所述的諧振腔，其特徵在於，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杆。
17.根據權利要求15所述的諧振腔，其特徵在於，所述調諧杆為介電常數大於I的非金屬材料製成的螺杆或者為金屬螺杆。
18.根據權利要求1所述的諧振腔，其特徵在於，所述凹孔為通孔，與所述通孔相連接的介質本體表面上附著有導體連接層。
19.根據權利要求18所述的諧振腔，其特徵在於，所述導體連接層與所述諧振腔的內壁通過焊接或熱壓或螺紋配合或粘接的方式固定連接為一體。
20.一種濾波器件，包括一個或多個諧振腔，其特徵在於，至少一個所述的諧振腔為權利要求f 19所述的諧振腔。
21.根據權利要求20所述的濾波器件，其特徵在於，所述濾波器件為濾波器或雙工器。
22.根據權利要求21所述的濾波器件，其特徵在於，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杆。
23.根據權利要求21所述的濾波器件，其特徵在於，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杆。
24.一種電磁波設備包括信號發射模塊、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射模塊連接，輸出端與信號接收模塊連接，其特徵在於，所述濾波器件為如權利要求20至23所述的濾波器件。
25.根據權利要求24所述的電磁波設備，其特徵在於，所述電磁波設備為飛機、雷達、基站或者衛 星。
專利摘要本實用新型涉及一種諧振腔，包括腔體、埠和位於腔體內的諧振子，所述諧振子包括介質本體、開設在所述介質本體表面上的凹孔，所述凹孔內設置有導電材料構成的導電層；所述埠裝在所述腔體上並伸入腔體內，且所述埠的末端為自由端。採用具有導電層的諧振子，有利於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，還涉及具有該諧振腔的濾波器件和電磁波設備其體積也會隨之明顯減小；並且濾波器件的埠設計成電耦合的方式，電耦合時耦合天線越靠近開路端耦合越強，載Q值越低；天線距離諧振子越近耦合越強。
文檔編號H01P1/207GK203119076SQ201320002530
公開日2013年8月7日 申請日期2013年1月4日 優先權日2012年11月20日
發明者劉京京, 劉若鵬, 徐冠雄, 任玉海, 許寧 申請人:深圳光啟創新技術有限公司