專利名稱：懸掛電介質(zhì)梳狀線空腔濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于微波和射頻信號的梳狀線濾波器，并且更特別地涉及用于在空腔上懸掛陶瓷諧振器的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
同軸梳狀線濾波器廣泛用于無線通信系統(tǒng)之中。更具體地，這些設(shè)備常用于濾去不需要的頻率。在實施為帶通濾波器時，使用者可以調(diào)諧梳狀線濾波器來選擇被稱為通頻帶的期望頻率范圍，并丟棄來自頻率范圍中高于或低于期望范圍的信號。所述濾波器通常被稱為梳狀線濾波器，因為其包括與梳子上的梳齒相似的一系列并行結(jié)構(gòu)?？涨恢C振器將電磁輻射約束在固體結(jié)構(gòu)之內(nèi)，其通常形成為長方體。由于這一空腔起到波導(dǎo)的作用，因此電磁波的圖案限定在能夠與波導(dǎo)壁相適合的那些波上。波傳播的通常被稱為橫模式的這種受限模式，根據(jù)波傳播的方向，能夠以幾類進(jìn)行分析。橫電(TE，Transverse Electric)模式在傳播方向上不具有電場。與此相反，橫磁(TM, Transverse Magnetic)模式在傳播方向上不具有磁場。橫電磁(TEM, Transverse Electro-Magnetic)模式在傳播方向上既不具有電場也不具有磁場。TEM模式可以存在于電纜之中，而TE和TM模式則存在于受限波導(dǎo)，比如空腔諧振器中。盡管TEM模式在理論上可存在于具有理想傳導(dǎo)壁的波導(dǎo)之中，但真正的空腔諧振器具有有損耗的壁，因此其不能夠支持任何TEM模式信號。在設(shè)計空腔諧振器時，TM模式是特別有用的。為了在空腔諧振器中限定TM模式信號，電場沿著波導(dǎo)的中心傳播。由于駐波圖案，電場和磁場沿著諧振器的金屬壁趨近于零。 為了匯聚電場并允許使用者對其進(jìn)行調(diào)諧，在限定于濾波器壁內(nèi)的空心空間之中放置了空腔。如果梳狀線濾波器內(nèi)的中心諧振器是金屬的，那么通常被稱為Q因子的品質(zhì)因子將會較差。這一測量與諧振器的頻率除以其電導(dǎo)率的商成正比，因此如果所述諧振器是由諸如金屬之類的導(dǎo)電材料制成的話，那么無負(fù)載Q因子將會相對較低。因此，一些常規(guī)濾波器使用具有更高介電常數(shù)的陶瓷諧振器替代了金屬諧振器。在這樣的濾波器中，在波導(dǎo)的中心處的陶瓷材料非金屬棒允許對信號頻率的更加精確的調(diào)諧，而不產(chǎn)生金屬諧振器的典型的導(dǎo)電性損耗。在磁場圍繞圓柱形棒的圓周流通的同時，介電常數(shù)在諧振器表面上的不連續(xù)性允許在其內(nèi)部對駐波的支持。因此，電場將沿圓柱形諧振器的長軸流通。由于這樣的諧振器通常是空心的，因此可以在陶瓷中的孔洞內(nèi)插入調(diào)諧螺栓，從而允許對棒的諧振頻率的簡便調(diào)節(jié)。使用者可以逐漸地推進(jìn)調(diào)諧螺栓，仔細(xì)地監(jiān)測在頻率中引起的變化。插入的特定深度將關(guān)聯(lián)于可預(yù)知的諧振頻率。在傳統(tǒng)TM模式電介質(zhì)梳狀線濾波器中，濾波器的陶瓷諧振器中的電介質(zhì)必須與外殼電連接。這種連接往往需要使用復(fù)雜的技術(shù)。例如，導(dǎo)電金屬層，如銅層，可應(yīng)用在陶瓷諧振器的外部。但是，在這些實施中，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可能是困難的，因為其將容易受到機(jī)械振動的損害。而且，陶瓷和金屬材料可能具有不同的熱膨脹系數(shù)，因此加熱和冷卻可能會削弱陶瓷與金屬接合處的強(qiáng)度。由于銅在暴露于空氣之中時會發(fā)生氧化，因此往往要添加第二金屬層來保護(hù)銅。 通常，制造工藝涉及在銅層之上方添加鉛鈍化層或錫鈍化層。除了保護(hù)易受損的銅層之外， 這種金屬適合于將陶瓷組件體焊接到外殼之中。在使用這些金屬層涂鍍陶瓷諧振器之后， 應(yīng)用焊接，以將鍍層的諧振器耦合到金屬外殼。不幸的是，涂鍍和焊接步驟都涉及到使用復(fù)雜的冶金技術(shù)，其既昂貴又費(fèi)時。因此，存在對于能夠避免使用多個金屬層的諧振器的需要，從而簡化其制造所需的設(shè)備和工藝。此外，存在對于在不將諧振器直接連接到空腔的導(dǎo)電壁的情況下將諧振器置入空腔內(nèi)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
針對當(dāng)前對于在空腔中懸掛諧振器的需要，這里展示了各種示范實施例的簡要總結(jié)。在以下的總結(jié)中可能會做出一些簡化和省略，這是為了突出和介紹各種示范實施例的某些方面，而不是為了限制其范圍。在隨后的部分中將會對足以使本領(lǐng)域中的技術(shù)人員做出和使用本發(fā)明概念的優(yōu)選示范實施例做出詳細(xì)地描述。在各種示范實施例中，梳狀線濾波器在不需要使用焊料將諧振器連接到外殼的情況下實現(xiàn)了與常規(guī)梳狀線濾波器相同的性能。這大大簡化了結(jié)構(gòu)。因此，在各種示范實施例中，由安裝結(jié)構(gòu)在空腔內(nèi)支撐諧振器并且由懸掛結(jié)構(gòu)將其托舉于空腔之上方，而不是用金屬層來涂敷陶瓷諧振器以將其耦合到空腔。這種結(jié)構(gòu)安排消除了對于常規(guī)諧振器所必需的添加銅和錫-鉛層的復(fù)雜工藝的需要。相應(yīng)地，在各種示范實施例中，電介質(zhì)梳狀線空腔諧振器包括空腔，其具有至少一個導(dǎo)電壁，該導(dǎo)電壁限定了用于約束電磁波的空間；陶瓷諧振器棒，其具有為相對的第一和第二表面所限定的內(nèi)周長和外周長，其中棒在不接觸空腔的至少一個金屬壁的情況下被安置在空腔內(nèi)；調(diào)諧元件，其將空腔電磁地耦合到棒，所述調(diào)諧元件通過在其內(nèi)周長內(nèi)安裝而嚙合棒的第一表面；以及安裝結(jié)構(gòu)，其將棒懸掛在空腔內(nèi)。在各種示范實施例中，空腔可以是具有頂面、底面，以及四個側(cè)面的長方體。棒可以工作在橫磁(TM)模式之中。在各種示范實施例中，安裝結(jié)構(gòu)可以包括安裝元件，其通過在其內(nèi)徑內(nèi)安裝而嚙合棒的第二表面。安裝結(jié)構(gòu)還可以包括礬土層，其將空腔從棒的第二表面分離?？蛇x地，安裝結(jié)構(gòu)可以包括至少一個聚合物楔，其將棒緊固在空腔內(nèi)。安裝結(jié)構(gòu)還可以包括至少一個緊固元件，其將所述至少一個聚合物楔耦合到空腔。在各種示范實施例中，空腔的至少一個導(dǎo)電壁可以是金屬的?？蛇x地，所述至少一個導(dǎo)電壁可以由金屬化聚合物制成。在各種示范實施例中，帶通濾波器具有在選定的頻率范圍和中心頻率上的特定帶寬，濾波器包括多個懸掛梳狀線空腔諧振器，其中每個空腔諧振器包括空腔，其具有至少一個金屬壁，該金屬壁限定了用于約束電磁波的空間；陶瓷諧振器棒，其具有為相對的第一和第二表面而限定的內(nèi)周長和外周長，其中棒在不接觸空腔的至少一個金屬壁的情況下被安置在空腔內(nèi)；調(diào)諧元件，其將空腔電磁地耦合到棒，所述調(diào)諧元件通過在其內(nèi)周長內(nèi)安裝而嚙合棒的第一表面；以及安裝結(jié)構(gòu)，其將棒懸掛在空腔內(nèi)。在各種示范實施例中，每個空腔諧振器的安裝結(jié)構(gòu)可以包括安裝元件，其通過在其內(nèi)周長內(nèi)安裝而嚙合棒的第二表面。每個空腔諧振器的安裝結(jié)構(gòu)還可以包括礬土層，其將空腔從棒的第二表面分離。可選地，每個空腔諧振器的安裝結(jié)構(gòu)可以包括至少一個聚合物楔，其將棒緊固在空腔內(nèi)。每個空腔諧振器的安裝結(jié)構(gòu)還可以包括至少一個緊固元件，其將至少一個聚合物楔耦合到空腔。在各種示范實施例中，濾波器的空腔可以是具有頂面、底面以及四個側(cè)面的長方體。在各種示范實施例中，相同的空腔可以用于阻帶濾波器，其也被稱為帶阻或帶阻濾波器。與帶通濾波器相比，這樣的濾波器以相反的方式發(fā)揮作用。一般而言，阻帶濾波器會衰減選定頻帶內(nèi)的信號，但允許除此以外的信號自由地從其通過。


為了更好地理解各種示范實施例而對隨附的附圖做出了參考，其中圖1是示范懸掛TM模式電介質(zhì)梳狀線空腔的立體圖；圖2是示范空腔的剖視圖，其具有沿電介質(zhì)諧振器的軸截取的二維剖面；圖3是六極點(diǎn)懸掛電介質(zhì)梳狀線空腔濾波器的示范配置的立體圖；圖4示出圖3的示范濾波器的頻率響應(yīng)圖；并且圖5示出金屬梳狀線諧振器與懸掛電介質(zhì)梳狀線諧振器的組合。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，在其中相似編號指代相似組件或步驟，其公開了各種示范實施例的寬泛的方面。圖1是示范懸掛TM模式電介質(zhì)梳狀線空腔100的立體圖。在各種示范實施例中， 空腔100包括調(diào)諧元件110、諧振器120、支撐盤130，以及安裝元件140?？涨?00由至少一個導(dǎo)電壁所限定。在各種示范實施例中，這樣的壁可以是金屬的，或者由金屬化聚合物制成。在各種示范實施例中，空腔100具有長方體的形狀。因此，空腔100可以包括頂面、 底面以及四個側(cè)壁。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會明白的那樣，空腔諧振器可以被制造為除長方體以外的其它形狀，如球體或圓柱體等。在各種示范實施例中，調(diào)諧元件110從空腔100的頂面向下延伸到空腔100內(nèi)的圓柱形諧振器120。調(diào)諧元件110的頂部可以基本上位于空腔100的頂面的中間。使用者可以通過向上或向下移動調(diào)諧元件110而對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)可以成比例地改變空腔 100的諧振頻率。在各種示范實施例中，由于諧振器120具有空心圓柱體的形式，調(diào)諧元件110的移動可以將其插入到諧振器120的頂部上的孔洞中，或者將其從該孔洞移除。這樣，使用者能夠精確地調(diào)節(jié)諧振器120的頻率。備選地，諧振器120可具有剖面不為環(huán)形但仍然限定內(nèi)周長和外周長的形狀。在這種情況下，調(diào)諧元件110必須具有適當(dāng)?shù)男螤顏砥ヅ渲C振器120 的內(nèi)周長的配置。而且，雖然諧振器120被描繪為沿著空腔100的垂直軸，但是可以沿著空腔100內(nèi)的其它軸來安置諧振器120。例如，其可以沿著空腔100的水平軸來安置，并且調(diào)諧元件110 在其左側(cè)。無論其在空腔內(nèi)如何配置，諧振器120—般都可以被描述為具有為其相對兩側(cè)而限定的內(nèi)周長和外周長。調(diào)諧元件110嚙合一側(cè)的內(nèi)周長，而另一側(cè)則位于諧振器120 的對側(cè)。此外，在各種示范實施例中，陶瓷材料可用于諧振器120。這種陶瓷材料可具有遠(yuǎn)高于空氣的介電常數(shù)。在各種示范實施例中，諧振器120不是一直延伸到空腔100的底面。相反，支撐盤130將諧振器120的底面從空腔100的底面分離。因此，在這些實施例中，無需將諧振器 120焊接到空腔100的壁。在各種示范實施例中，支撐盤130由礬土制成。礬土，一種化學(xué)式為Al2O3的化合物，也被稱為氧化鋁。但是，應(yīng)當(dāng)清楚，可以使用任何具有適合于支撐諧振器120的等效屬性的材料。在各種示范實施例中，礬土層具有基本上為9. 8的介電常數(shù)。此外，在各種示范實施例中，層的損耗角正切基本上為0. 0005，確保了只有很少的功率耗散在支撐盤130中。為了實現(xiàn)這一介電常數(shù)以及損耗角正切，支撐盤130的制造可使用純度基本上為99. 5%的礬土。但是，應(yīng)當(dāng)清楚，可以使用具有適合于支撐諧振器120的不同屬性的材料。在各種示范實施例中，安裝元件140從支撐盤130的頂部突出。安裝元件140可位于調(diào)諧元件Iio對面，基本上在空腔100的底部之上方的支撐盤130的中間。由于安裝元件140向上延伸進(jìn)入諧振器120的底部上的孔洞中，其將諧振器120在空腔100內(nèi)鎖定入位。圖2是示范空腔200的剖視圖，其具有沿電介質(zhì)諧振器的軸截取的二維剖面。在各種示范實施例中，代替圖1中所示的安裝元件140，采用了第一和第二聚合物支架230、235用以將諧振器120鎖定入位。聚合物支架230、235可具有兩個三角形剖面， 位于諧振器220的任意側(cè)。第一和第二緊固元件M0、245可將第一和第二聚合物支架230、 235耦合到空腔200的底部。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，可以使用等效的結(jié)構(gòu)來緊固諧振器120，只要支架將諧振器120緊固在不會接觸到空腔200的壁的位置上。例如，支架 230,235可以由環(huán)繞諧振器120的外周長的單件所替代。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會清楚其它的配置。圖3是六極點(diǎn)懸掛電介質(zhì)梳狀線空腔濾波器300的示范配置的立體圖。濾波器 300包括六個單獨(dú)的空腔310、320、330、340、350和360。如圖3中所示，六極點(diǎn)濾波器300包括六個以上聯(lián)系圖1所描述類型的空腔。單獨(dú)的空腔310、320、330、340、350和360被安排在三乘二的陣列中，以仔細(xì)地調(diào)諧電磁波在空腔300內(nèi)的頻率響應(yīng)。在頂行中，虹膜將空腔310耦合到空腔320，并將空腔320耦合到空腔330。在類似的安排中，底行中的虹膜將空腔340耦合到空腔350，并將空腔350耦合到空腔360。最后的虹膜將來自空腔330與360的信號相結(jié)合。圖4示出圖3的空腔300的示范頻率響應(yīng)圖400。通過將以分貝(dB)表示的頻率響應(yīng)與以兆赫茲(MHz)表示的頻率相比較，這幅圖展示了圖3的空腔配置如何產(chǎn)生出六極點(diǎn)響應(yīng)。使用所述諧振器可以構(gòu)建出其它的濾波器功能，包括具有一個或幾個傳輸零點(diǎn)的響應(yīng)。圖5示出結(jié)合了金屬梳狀線諧振器510、520與懸掛電介質(zhì)梳狀線諧振器530540、550,560的濾波器500。在附圖的左側(cè)，信號由金屬梳狀線諧振器510、520所接收和發(fā)送。 第一虹膜對將金屬諧振器510耦合到電介質(zhì)諧振器530，并將金屬諧振器520耦合到電介質(zhì)諧振器M0。第二虹膜對將電介質(zhì)諧振器530耦合到電介質(zhì)諧振器550，并將電介質(zhì)諧振器 540耦合到電介質(zhì)諧振器560。最后的虹膜通過將電介質(zhì)諧振器550耦合到電介質(zhì)諧振器 560，而將來自頂部三個諧振器510、530、550的信號與來自底部三個諧振器520 540、560的信號相結(jié)合。根據(jù)前文所述，各種示范實施例描述了相比于常規(guī)梳狀線濾波器的顯著優(yōu)點(diǎn)。在各種示范實施例中，懸掛諧振器棒不直接接觸包圍諧振器棒的空腔壁，從而消除了對用于將棒焊接到外殼的復(fù)雜的冶金技術(shù)的需要。雖然特別參考其某些示范方面而詳細(xì)描述了各種示范實施例，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明能夠具有其它不同的實施例，并且其細(xì)節(jié)能夠在各種明顯的方面進(jìn)行修改。如對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言顯而易見的那樣，在保持在本發(fā)明的精髓與范圍中的同時可以實施變化和修改。相應(yīng)地，前述公開內(nèi)容、描述，以及附圖僅作示例說明用途，而絕不是以任何方式對本發(fā)明做出限制，本發(fā)明僅由權(quán)利要求所定義。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包括至少一個梳狀線空腔諧振器，所述至少一個空腔諧振器包括 至少一個空腔，其具有至少一個導(dǎo)電壁，該導(dǎo)電壁限定了用于約束電磁波的空間；陶瓷諧振器棒，其具有為相對的第一和第二表面限定的內(nèi)周長和外周長，其中所述棒在不與所述至少一個金屬壁相接觸的情況下安置在所述空腔內(nèi)；調(diào)諧元件，其將所述空腔電磁地耦合到所述棒，所述調(diào)諧元件通過在所述內(nèi)周長內(nèi)安裝而嚙合所述棒的所述第一表面；以及安裝結(jié)構(gòu)，其將所述棒懸掛在所述空腔內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述棒工作于橫磁(TM)模式之中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述至少一個導(dǎo)電壁是金屬的，或者由金屬化聚合物制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述裝置具有至少兩個梳狀線空腔諧振器，并且提供在選定頻率響應(yīng)上的特定帶通功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求4的裝置，其中所述空腔為長方體，其具有頂面、底面以及四個側(cè)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述裝置具有至少兩個梳狀線空腔諧振器，并且提供在選定頻率響應(yīng)上的特定帶阻功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求4或者權(quán)利要求6的裝置，其中所述安裝結(jié)構(gòu)包括安裝元件，其通過在所述內(nèi)周長內(nèi)安裝而嚙合所述棒的所述第二表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求4或者權(quán)利要求6的裝置，其中所述安裝結(jié)構(gòu)包括礬土層，其將所述空腔從所述棒的所述第二表面分離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求4或者權(quán)利要求6的裝置，其中所述安裝結(jié)構(gòu)包括至少一個聚合物楔，其將所述棒緊固在所述空腔內(nèi)。
10.一種濾波器，其包括至少一個金屬梳狀線空腔諧振器與至少一個懸掛電介質(zhì)梳狀線空腔諧振器的組合，以實現(xiàn)各種濾波功能，其中每個所述懸掛電介質(zhì)梳狀線空腔諧振器包括空腔，其具有至少一個導(dǎo)電壁，該導(dǎo)電壁限定了用于約束電磁波的空間； 陶瓷諧振器棒，其具有為相對的第一和第二表面限定的內(nèi)周長和外周長，其中所述棒在不與所述至少一個金屬壁相接觸的情況下安置在所述空腔內(nèi)；調(diào)諧元件，其將所述空腔電磁地耦合到所述棒，所述調(diào)諧元件通過在所述內(nèi)周長內(nèi)安裝而嚙合所述棒的所述第一表面；以及安裝結(jié)構(gòu)，其將所述棒懸掛在所述空腔內(nèi)。
全文摘要
一種梳狀線濾波器，其具有安置在至少一個空腔壁內(nèi)的陶瓷諧振器。由于所述諧振器被實施為空心棒，因此可以在所述棒的頂部上的開口處插入調(diào)諧元件，以調(diào)諧其頻率。插入到所述棒的底部上的開口處的安裝元件將在空腔諧振器內(nèi)緊固入位。所述諧振器被支撐在所述空腔諧振器的底部或側(cè)壁之上，而不是被焊接到所述濾波器的壁上。
文檔編號H01P1/208GK102165640SQ200980113124
公開日2011年8月24日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者H·R·塞爾希, T·M·盧卡里拉 申請人:阿爾卡特朗訊