專利名稱：介質(zhì)諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)諧振器，該諧振器包括一個帶有同心圓柱形凹坑的圓柱形介電諧振體，一個頻率調(diào)節(jié)器，它包括一個調(diào)節(jié)螺桿和一個第二圓柱形介電調(diào)節(jié)體，該調(diào)節(jié)體借助于該調(diào)節(jié)螺桿在諧振體中的凹坑內(nèi)可軸向移動以便調(diào)節(jié)諧振頻率；及一個導(dǎo)電外殼。
最近，所謂的介質(zhì)諧振器在高頻率和微波范圍結(jié)構(gòu)方面已變得越來越有興趣，因為它們比起常規(guī)的諧振器結(jié)構(gòu)來提供了如下優(yōu)點(diǎn)電路尺寸較小、集成化程度較高、性能得到改進(jìn)并且制造成本較低。任何具有簡單幾何形狀的、且其材料表現(xiàn)出低介質(zhì)損耗和高相對介電常數(shù)的物體都可以起到具有高Q值的介質(zhì)諧振器的作用?？紤]到制造技術(shù)方面的原因，介質(zhì)諧振器通常為圓柱形狀，如圓柱形的盤。
例如，在下列文章中公開了介質(zhì)諧振器的結(jié)構(gòu)和操作〔1〕“用于高穩(wěn)定振蕩器的陶瓷諧振器”，Gundolf kuchler，西門子元件(Sienmens Components XXIV(1989)No.5，180-183頁?！?〕“微波介質(zhì)諧振器”，S.Jerry Fiedziuszko，微波雜法(Microwave Journal)，1986年9月，189-189頁。
〔3〕“圓柱形介質(zhì)諧振器及其在TEM線路(TEM Line)微波電路中的應(yīng)用”，Marian W.Pospieszalski，IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會)關(guān)于微波理論和技術(shù)的會刊，VOL.MTT-27，No.3，1979年3月，233-238頁。
介質(zhì)諧振器的諧振頻率主要由諧振體的尺寸確定。對諧振頻率有影響的另一個因素是諧振器的工作環(huán)境。通過把金屬的或某種導(dǎo)電的表面帶到諧振器的附近，能夠有意影響諧振器的電場或磁場，并由此影響諧振頻率。用于調(diào)節(jié)諧振器的諧振頻率的典型方法是調(diào)節(jié)一個導(dǎo)電金屬表面同諧振器平表面的距離。諧振頻率作為調(diào)節(jié)頻率的非線性函數(shù)而變化。由于這種非線性和陡的調(diào)節(jié)斜率，難以精確調(diào)節(jié)諧振頻率，并且要求高的精度。而且，無載Q值作為導(dǎo)電平面距離的函數(shù)而變化。
通過把另一個介電體而不是導(dǎo)電調(diào)節(jié)平面帶到諧振體的附近，能夠在較寬范圍內(nèi)保持Q值不變和實現(xiàn)較好的線性頻率調(diào)節(jié)。在這種情況下，調(diào)節(jié)曲線仍然很陡。在

圖1中表示了一種現(xiàn)有技術(shù)的這種介質(zhì)濾波器結(jié)構(gòu)，其中諧振器包括電感耦合環(huán)5(輸入和輸出)、一個在金屬殼體4中并由介電或絕緣支架6支承的介質(zhì)諧振體3，該諧體3包括一個同心圓柱形凹坑7。該諧振器還包括一個頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括一個調(diào)節(jié)螺桿1和一個介電圓柱形調(diào)節(jié)體2，該調(diào)節(jié)體2借助于調(diào)節(jié)螺桿1在諧振體3的凹坑7中可軸向移動以調(diào)節(jié)諧振頻率。根據(jù)圖2中的曲線，諧振器的諧振頻率取決于在諧振體3的凹坑7的底部與調(diào)節(jié)體2的底面之間的距離。
從圖2可以看到，頻率調(diào)節(jié)基于高度精確的機(jī)械運(yùn)動，調(diào)節(jié)斜度K也很陡。當(dāng)諧振頻率變得較高時，例如，達(dá)到范圍1500-2000MHz或更高，就要減小介質(zhì)濾波器基本元件的尺寸，如諧振體3或調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1、2的尺寸。結(jié)果，用現(xiàn)有技術(shù)的解決辦法調(diào)節(jié)介質(zhì)諧振器的諧振頻率，對頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的要求很高，同樣增加了材料和生產(chǎn)成本。此外，由于必須使頻率調(diào)節(jié)裝置的機(jī)械運(yùn)動非常小，所以調(diào)節(jié)就比較慢。
本發(fā)明的目的在于提供一種較高調(diào)節(jié)精度和速度的介質(zhì)諧振器。
這可以利用一種介質(zhì)諧振器來實現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明該介質(zhì)諧振器的特征在于第二圓柱形調(diào)節(jié)體包括一個介電微調(diào)諧振體，該介電微調(diào)諧振體連接到調(diào)節(jié)螺桿上并安裝在第二諧振器內(nèi)部，從而利用調(diào)節(jié)螺桿的運(yùn)動，能夠調(diào)節(jié)微調(diào)諧振體在第一諧振體凹坑內(nèi)的諧振體端部的伸出。
本發(fā)明諧振器的頻率控制器包括一對結(jié)合的介電調(diào)節(jié)體，它們相互機(jī)械地嚙合，從而在一次調(diào)節(jié)運(yùn)動期間其彼此之間以及與諧振體的相對運(yùn)動提供了兩個調(diào)節(jié)階段。在調(diào)節(jié)運(yùn)動的開始，較小的調(diào)節(jié)體，即所謂的微調(diào)體相對于較大的調(diào)節(jié)體和諧振體運(yùn)動預(yù)定的距離，而較大的調(diào)節(jié)體由于特定的摩擦表面保持靜止。一旦較小的調(diào)節(jié)體已經(jīng)運(yùn)動了所述距離，較大的調(diào)節(jié)體也開始與調(diào)節(jié)運(yùn)動一致地運(yùn)動。因而，實現(xiàn)了一種其頻率調(diào)節(jié)器具有兩種調(diào)節(jié)斜度的介質(zhì)諧振器，借此由于兩個調(diào)節(jié)體的運(yùn)動所以調(diào)節(jié)迅速，并且由于微調(diào)功能所以調(diào)節(jié)也非常精確，當(dāng)較小的調(diào)節(jié)體單獨(dú)運(yùn)動時微調(diào)功能得以實現(xiàn)。借助于本發(fā)明，調(diào)節(jié)精度可以提高十倍之多，因而當(dāng)頻率增加時不必更嚴(yán)格地要求調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的精度，甚至對當(dāng)今使用的頻率也是適合的。
下面，參照附圖利用實例更詳細(xì)地揭示本發(fā)明，在附圖中圖1表示一種現(xiàn)有技術(shù)的介質(zhì)諧振器的剖面?zhèn)纫晥D2表示曲線圖，說明在圖1中所示的諧振器的諧振頻率是距離L的函數(shù)，圖3表示本發(fā)明介電諧振器的剖面?zhèn)纫晥D，圖4表示曲線圖，說明在圖3中所示的諧振器的諧振頻率是距離L的函數(shù)，及圖4a表示在圖4中曲線圖的放大細(xì)節(jié)。
介質(zhì)諧振器的結(jié)構(gòu)，操作和陶瓷制造材料已被公開，例如，在上述的文章〔1〕、〔2〕和〔3〕中，通過參考此處得以體現(xiàn)。在如下描述中，僅揭示在介質(zhì)諧振振器的結(jié)構(gòu)中對本發(fā)明來說是必需的零件。
術(shù)語介電諧振體，正如此處使用的那樣，通常指任何具有適當(dāng)幾何形狀的、且其制造材料表現(xiàn)出低介質(zhì)損耗和高相對介電常數(shù)的物體。由于制造技術(shù)方面的原因，介質(zhì)諧振器通常為圓柱形，如圓柱形的盤。最常使用的材料是陶瓷材料。
圖3表示本發(fā)明的介質(zhì)諧振器，該介質(zhì)諧振器在外殼36中包括一個介電的、最好為圓柱形的諧振體35，殼體36用導(dǎo)電材料制成，如金屬，所述諧振體最好是陶瓷的并且離開殼體36的底部一個固定距離安裝在適當(dāng)?shù)慕殡娀蚪^緣材料的支架38上。殼體36與地電位耦合。
介質(zhì)諧振器的電磁場延伸到諧振體以外，因此易于取決于用途用各種方法與諧振電路的其他部分進(jìn)行電磁耦合，例如，利用在諧振器附近的微波傳輸帶導(dǎo)體、一根彎曲的同軸電纜、一根普通直導(dǎo)線等。圖3通過實例表示利用電感耦合環(huán)37耦合到諧振器上，該電感耦合環(huán)提供了諧振器的輸入和輸出。
介質(zhì)諧振器的諧振頻率主要由介電諧振體的尺寸確定。對諧振頻率有影響的另一個因素是介電諧振體的工作環(huán)境。通過把金屬的或某些其他導(dǎo)電的表面帶到諧振體的附近，能夠有意地影響諧振器的電場或磁場，并因而影響諧振頻率。在本發(fā)明諧振器的調(diào)節(jié)中使用的介電調(diào)節(jié)元件包括一對結(jié)合的介電調(diào)節(jié)體32和33，這對調(diào)節(jié)體相互機(jī)械地嚙合，因此其相互之間和相對于陶瓷物體的運(yùn)動在一次調(diào)節(jié)運(yùn)動中提供了兩個調(diào)節(jié)階段。在調(diào)節(jié)運(yùn)動開始時，較小的調(diào)節(jié)平面33，或所謂的微調(diào)體，相對于較大的調(diào)節(jié)平面32和介電諧振體35運(yùn)動預(yù)定的距離L2，而較大的調(diào)節(jié)體32由于特定的摩擦表面保持停止。一旦較小的調(diào)節(jié)平面已運(yùn)動了所述距離L2，較大的調(diào)節(jié)體33也開始根據(jù)調(diào)節(jié)運(yùn)動而運(yùn)動。
作為更詳細(xì)的描述，諧振頻率調(diào)節(jié)器包括一個介電的(最好是陶瓷的)圓柱形介電調(diào)節(jié)體33，該調(diào)節(jié)體33借助于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在位于諧振體35頂面上的圓柱形凹坑43內(nèi)可在軸向運(yùn)動，以便調(diào)節(jié)諧振頻率。該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一個調(diào)節(jié)螺桿31和一個套筒42，或另一個適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。該諧振頻率調(diào)節(jié)器還包括一個連接到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)31上并安裝在調(diào)節(jié)體33內(nèi)的微調(diào)體32，因此利用位于諧振體35的凹坑43內(nèi)的調(diào)節(jié)體33端部的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)31的運(yùn)動，可以調(diào)節(jié)微調(diào)體32的伸出。在諧振體35的凹坑43與調(diào)節(jié)體32之間的接觸表面是摩擦表面34，當(dāng)借助于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)移動微調(diào)體時，該摩擦表面34保持調(diào)節(jié)體33在諧振體35內(nèi)靜止不動。
在圖3中所示的實施例中，圓柱形調(diào)節(jié)體32包括一個縱向的I形中心孔41，該中心孔從頂面到底面穿過調(diào)節(jié)體32沿軸向延伸。微調(diào)體33在縱向是I形的，并且它的臂(細(xì)的中部)比調(diào)節(jié)體32中心孔的較細(xì)的中部長，因此，在I形微調(diào)體33的上端或下端臺肩(較寬的端部)接觸調(diào)節(jié)體32的I形中心孔41上端或下端開口(中心孔的較寬開口)的底部前，允許在中心孔41中的微調(diào)體33在調(diào)節(jié)體32內(nèi)有一個預(yù)定的軸向運(yùn)動范圍L2。由此導(dǎo)致一種經(jīng)微調(diào)體33傳遞調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1的運(yùn)動的卡緊，從而也使調(diào)節(jié)體32沿軸向運(yùn)動，其補(bǔ)償了摩擦表面34的摩擦力；調(diào)節(jié)體32所允許的運(yùn)動范圍是L1。因而，實現(xiàn)了其頻率調(diào)節(jié)器具有兩種調(diào)節(jié)斜率的介質(zhì)諧振器，借此，當(dāng)調(diào)節(jié)體32和33都運(yùn)動時調(diào)節(jié)是迅速的，而當(dāng)較小的微調(diào)體33單獨(dú)運(yùn)動時調(diào)節(jié)較慢但非常精確。在圖4中的曲線圖表示本發(fā)明諧振器的諧振頻率f0是調(diào)節(jié)平面的運(yùn)動L的函數(shù)。在圖4a中，曲線A描述了當(dāng)調(diào)節(jié)體32和33都運(yùn)動時的調(diào)節(jié)，例如，調(diào)節(jié)K1的斜率是5.5MHz/mm。在用虛線標(biāo)出的圓圈處，只利用調(diào)節(jié)體33的運(yùn)動進(jìn)行微調(diào)，這可通過改變調(diào)節(jié)螺桿31的轉(zhuǎn)動方向來實現(xiàn)。在圖4a中表示了曲線A對應(yīng)于微調(diào)位置的一部分曲線的放大，從中可見微調(diào)的調(diào)節(jié)斜率K2明顯低于K1，例如K2為0.54MHz/mm。調(diào)節(jié)斜率的關(guān)系K2/K與調(diào)節(jié)體32和33的面積關(guān)系直接成正比。換句話說，通過選擇適當(dāng)?shù)拿娣e能夠選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)斜率。
與此有關(guān)的圖和解釋僅打算來說明以上發(fā)明。在附屬的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)在細(xì)節(jié)上可以改變本發(fā)明的諧振器。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)諧振器，包括一個圓柱形介電諧振體(35)，其包括一個同心的圓柱形凹坑(43)；及一個頻率調(diào)節(jié)器，其包括一個調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(31)和一個圓柱形介電調(diào)節(jié)體(32)，該調(diào)節(jié)體借助于該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在諧振體中的凹坑(43)內(nèi)可在軸向運(yùn)動，及一個導(dǎo)電外殼(36)，該介質(zhì)諧振器的特征在于該圓柱形調(diào)節(jié)體(32)包括一個連接到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(31)上并安裝在調(diào)節(jié)體(32)內(nèi)的介電微調(diào)體(33)，因此通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動能夠調(diào)節(jié)微調(diào)體(33)在諧振體(35)中的凹坑(43)內(nèi)調(diào)節(jié)體端部的伸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)諧振器，其特征在于微調(diào)體(33)和調(diào)節(jié)體(32)裝有卡緊裝置，在微調(diào)體與調(diào)節(jié)體之間的卡緊之前，該卡緊裝置允許微調(diào)體在調(diào)節(jié)體內(nèi)進(jìn)行預(yù)定的軸向運(yùn)動，用于把調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動變換成調(diào)節(jié)體的軸向運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的介質(zhì)諧振器，其特征在于，圓柱形調(diào)節(jié)體(32)包括一個縱向I形的中心孔(41)，并且微調(diào)體(33)是縱向I形的且比所述中心孔(41)長，因此，在I形微調(diào)體(33)的一個端部臺肩接觸調(diào)節(jié)體的I形中心孔(41)的一個端部開口底部而導(dǎo)致一種卡緊之前，允許微調(diào)體(33)在調(diào)節(jié)體內(nèi)的特定軸向運(yùn)動；該卡緊把調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(31)的運(yùn)動進(jìn)行傳遞，因此也導(dǎo)致調(diào)節(jié)體的軸向運(yùn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的介質(zhì)諧振器，其特征在于當(dāng)用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動微調(diào)體時，裝置(34)保持調(diào)節(jié)體在諧振體內(nèi)靜止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的介質(zhì)諧振器，其特征在于諧振體的凹坑與調(diào)節(jié)體之間的接觸表面是摩擦表面(34)，當(dāng)借助于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(31)運(yùn)動微調(diào)體時，該摩擦表面保持調(diào)節(jié)體在諧振體(35)內(nèi)靜止。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求的任一項所述的一種陶瓷濾波器，其特征在于在調(diào)節(jié)體(32)和微調(diào)體(33)的共同運(yùn)動過程中，頻率調(diào)節(jié)具有第一調(diào)節(jié)斜率，并且當(dāng)微調(diào)體(33)單獨(dú)運(yùn)動時，頻率調(diào)節(jié)具有明顯低于每一調(diào)節(jié)斜率的第二調(diào)節(jié)斜率。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求的任一項所述的介質(zhì)諧振器，其特征在于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一個安裝到外殼上的調(diào)節(jié)螺桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)諧振器，該諧振器包括一個圓柱形諧振體(35)，該諧振體包括一個同心的圓柱形凹坑，一個諧振頻率調(diào)節(jié)器包括一個調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(31)和一個圓柱形介電調(diào)節(jié)體(32)，借助于該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)該調(diào)節(jié)體在諧振體的凹坑(43)內(nèi)可軸向運(yùn)動以便調(diào)節(jié)諧振頻率。本發(fā)明的頻率調(diào)節(jié)器還包括一個安裝到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(31)上并布置在調(diào)節(jié)體(32)內(nèi)的介電微調(diào)體(33)，因此通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動可以調(diào)節(jié)微調(diào)體(33)在諧振體中的凹坑(43)內(nèi)調(diào)節(jié)體(32)的端部處的伸出。因而，該頻率調(diào)節(jié)器具有兩個調(diào)節(jié)頻率，借此由于是兩個調(diào)節(jié)體(32、33)的運(yùn)動所以調(diào)節(jié)迅速，并且由于微調(diào)功能所以調(diào)節(jié)也非常精確，當(dāng)較小的調(diào)節(jié)體(33)單獨(dú)運(yùn)動時實現(xiàn)微調(diào)功能。
文檔編號H01P7/10GK1136861SQ95190988
公開日1996年11月27日 申請日期1995年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月5日
發(fā)明者韋李-馬銻·薩卡 申請人:諾基亞電信公司