微波空腔谐振器的制作方法

本发明涉及根据权利要求1前序部分的微波空腔谐振器。

背景技术：

这种微波空腔谐振器包括形成空腔的空腔壳体，空腔壳体包括第一壳体壁和与第一壳体壁相对的第二壳体壁。谐振器元件设置在空腔中，沿纵轴线纵向延伸。沿纵轴线观察时，谐振器元件包括连接到第一壳体壁上的第一端和与第一端相对的第二端，第二端设置在与第二壳体壁相隔一定距离的位置处。

这种微波空腔谐振器例如可用于多路转接器或另外的射频(RF)装置中的微波滤波器(如，带通滤波器或带阻滤波器)中。

从美国专利第US 6,735,766号中可获知一种包括多个空腔谐振器的微波滤波器。布置在空腔谐振器的空腔内的谐振器元件在此通过其第一端附接到空腔壳体的底壁上，其第二端设置在离与底壁相对的壳体盖一定距离的位置处。谐振器元件的第二端因此代表未连接到壳体盖上的敞开端。

在这种空腔谐振器内，谐振器元件的电气长度在空腔谐振器的谐振频率下为四分之一波长。这对这类空腔谐振器的尺寸构成限制，与小型化和降低生产成本的要求相反。

已经有人提出，将电容器元件布置在谐振器元件的第二敞开端，以增加谐振器元件的第二敞开端与环绕的空腔壳体之间的电容。从而可缩短谐振器元件。

在欧洲专利文献第EP 1 118 134 B1号中，描述了一种空腔谐振器，在该空腔谐振器中，圆盘布置在谐振器元件的第二敞开端附近，圆盘与空腔壳体上的板以电子方式相互作用，以增加谐振器元件的第二敞开端和空腔壳体之间的电容。

希望进一步增加谐振器元件的第二敞开端和环绕的空腔壳体之间的电容。在此，通过公知的解决方案，需要相对于环绕的壳体设置谐振器元件的第二端，使得谐振器元件的第二端与壳体的一个或多个壳体壁之间形成相对较小的间隙。这种设置对误差敏感，有时会在操作温度范围内机械性能和电学性能不稳定。

从美国专利第US 3,448,412号中，将能了解到一种小型化可调谐谐振器，在该谐振器中，可移动的组件与圆柱形构件一起形成一种结构，这种结构类似于折叠的同轴线，因此类似于空腔内的谐振器。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种微波空腔谐振器，其可减小空腔谐振器的尺寸，同时呈现出稳定的机械性能和电学性能，并具有高品质(Q)因数。

通过包括权利要求1的特征的微波空腔谐振器可实现该目的。

因此，谐振器元件在其第二端处包括至少一个第一电容器元件，空腔壳体包括至少一个伸入空腔的第二电容器元件，沿垂直于纵轴线的方向观察，第二电容器元件设置在与所述至少一个第一电容器元件间隔一定距离处，使得在所述至少一个第一电容器元件和所述至少一个第二电容器元件之间形成间隙。

本发明来自于“将一个或多个第一电容器元件设置在谐振器元件的第二敞开端处”的思路。位于谐振器元件的第二端上的这类第一电容器元件与空腔谐振器壳体上的一个或多个第二电容器元件相关联，使得在所述一个或多个第一电容器元件和所述一个或多个第二电容器元件之间形成电容。

通过增加谐振器元件的第二敞开端和空腔壳体之间的电容，能将谐振器元件的长度缩短至小于四分之一波长谐振器中所要求的四分之一波长的电气长度。谐振器元件的物理长度因此可降至小于四分之一波长，同时保持谐振器元件的电气长度为四分之一波长。

谐振器元件的与第一端相对的第二端可包括一个或多个第一电容器元件，谐振器元件通过第一端连接到第一壳体壁上，例如连接到空腔壳体的底部处。所述一个或多个第一电容器元件在此绕纵轴线周向延伸，有利地，相对于纵轴线同轴设置。最内侧的第一电容器元件绕开口延伸，例如，在一个实施例中，调谐装置(如，与第二壳体壁连接的调谐螺钉)伸入所述开口中。在与最内侧的第一电容器元件相隔一定距离的位置处，另外的第一电容器元件可设置在谐振器元件的第二端处，并绕最内侧的第一电容器元件(同轴)延伸。

所述至少一个第一电容器元件(其设置在谐振器元件的第二敞开端)和所述至少一个第二电容器元件(其设置在壳体上)相对于彼此布置，使得在电容器元件之间形成间隙。在此，所述的至少一个第一电容器元件和所述的至少一个第二电容器元件在垂直于纵轴线的方向上相对于彼此布置，谐振器元件沿所述纵轴线延伸。具体而言，所述的至少一个第一电容器元件和所述的至少一个第二电容器元件可相对于彼此同轴移位，使得设置在壳体上的第二电容器元件绕纵轴线周向包围设置在谐振器元件的第二敞开端上的第一电容器元件。

谐振器元件的第一电容器元件以及壳体的第二电容器元件通常为壳状，例如相互间隔一定距离同轴布置。电容器元件因此绕纵轴线以壳状形式延伸。

所述的至少一个第一电容器元件与谐振器元件的轴不同。最内侧的第一电容器元件(如果在谐振器元件处仅存在一个第一电容器元件，那么其可为仅有的第一电容器元件)可轴向邻接谐振器元件的轴，绕谐振器元件的内侧开口延伸，例如调谐装置可插入该开口中。或者，最内侧的第一电容器元件可在一定径向距离处绕谐振器元件的轴延伸。

所述的至少一个第一电容器元件和所述的至少一个第二电容器元件例如可以是具有环形截面的圆柱形形状，其中，所述的至少一个第一电容器元件和所述的至少一个第二电容器元件相对于彼此同轴布置。多个第一电容器元件在此可与多个第二电容器元件相交错(intermesh)，使得电容器元件相互交错地布置。

但是，所述的至少一个第一电容器元件和所述的至少一个第二电容器元件的形状并不局限于截面为环形的圆柱形形状。所述的至少一个第一电容器元件和所述的至少一个第二电容器元件也可以是正方形或矩形(从垂直于纵轴线的横截平面中的横截面观察)。

具体而言，当多个第一电容器元件与多个第二电容器元件相交错时，一个第二电容器元件在空间上设置在两个第一电容器元件之间，一个第一电容器元件在空间上设置在两个第二电容器元件之间。当从垂直于纵轴线的方向观察，因此，连接到壳体上的第二电容器元件紧随连接到谐振器元件的第二敞开端上的第一电容器元件之后，连接到谐振器元件的第二敞开端上的第一电容器元件又紧随上述第二电容器元件之后，依此类推。间隙形成在不同的电容器元件之间，使得电容器元件之间提供电容。

所述的至少一个第二电容器元件在一个实施例中可设置在第二壳体壁上。所述的至少一个第二电容器元件因此连接到空腔壳体的与第一壳体壁相对的第二壳体壁上，谐振器元件通过其第一端连接到第二壳体壁上。所述的至少一个第二电容器元件从第二壳体壁延伸，沿纵轴线伸入空腔中，使得第二壳体壁上的所述至少一个第二电容器元件和谐振器元件的第二敞开端上的所述至少一个第一电容器之间形成间隙。

在另一实施例中，所述的至少一个第二电容器元件可设置在在第一壳体壁和第二壳体壁之间延伸的空腔壳体的侧壁上。所述的至少一个第二电容器元件从侧壁伸入空腔中，其中，所述的至少一个第二电容器元件例如可通过基底连接到侧壁上，使得所述至少一个第二电容器元件相对于谐振器元件同轴布置，与空腔壳体的侧壁相隔一定距离。

在一个实施例中，多个第一电容器元件通过在垂直于纵轴线的平面中延伸的第一基底连接到谐振器元件的第二敞开端上。第一基底在谐振器元件的第二敞开端附近附接到谐振器元件上，并承载多个第一电容器元件，其中，所述多个第一电容器元件相对于彼此同轴布置。

在另一实施例中，多个第一电容器元件可通过沿垂直于纵轴线的平面延伸的第一基底相互连接，其中，例如，通过最内侧的第一电容器元件，而非基底，实现到谐振器元件上的所述连接。

多个第一电容器元件可从第一基底朝第二壳体壁和/或朝第一壳体壁延伸。如果所述多个第一电容器元件相对于彼此同轴布置，例如，多个第一电容器元件的背离第二壳体壁的侧部可通过第一基底相互连接，这种情况下，所述多个第一电容器元件从基底朝第二壳体壁延伸。或者，基底可设置在第一电容器元件的面向第二壳体壁的侧部处，这种情况下，所述多个第一电容器元件从基底指第一壳体壁延伸。

也可构想到，至少一个第一电容器元件的一部分从第一基底朝第二壳体壁延伸，而所述至少一个第一电容器元件的第二部分从第一基底朝第一壳体壁延伸。所述至少一个第一电容器元件的第一部分因此设置在基底上，以朝第二壳体壁伸出，而第二部分朝向第一壳体壁，从而，指向相反方向。

在一个实施例中，多个第二电容器元件通过沿垂直于纵轴线的平面延伸的第二基底相互连接。连接到壳体上的多个第二电容器元件因此被共同的第二基底承载。通过第二基底，第二电容器元件例如可连接到壳体的侧壁或第二壳体壁上。

在一个实施例中，调谐装置设置在第二壳体壁处，调谐装置具有沿纵轴线延伸入空腔的轴。轴相对于谐振器元件同轴布置，其位置可沿纵轴线调节，以调谐微波空腔谐振器。调谐装置例如可实施为调谐螺钉，调谐螺钉的轴可拧紧到空腔中或从空腔旋出，使得可调节轴伸入空腔的长度。具体而言，调谐装置的轴可相对于所述至少一个第一电容器元件和所述至少一个第二电容器元件同轴设置，其中，所述至少一个第一电容器元件和所述至少一个第二电容器可定位在轴的径向外侧并绕轴延伸。

空腔壳体例如可由第一金属材料(如，铝)制成。相反，谐振器元件例如可由不同的第二材料(如，黄铜)制成，其中，也可构想到，由非金属材料(如，陶瓷材料)形成谐振器元件。

也可构想到，由金属化塑料材料(如，具有金属涂层的塑料)生产空腔壳体和/或谐振器元件。

随后将针对附图中所示的实施例更详细描述以本发明为基础的思想。

附图说明

图1A示出了沿图1B中的线II-II的微波空腔谐振器的截面图；

图1B示出了沿图1A中的线I-I的微波空腔谐振器的截面图；

图1C示出了微波空腔谐振器的改进实施例的截面图；

图2示出了微波空腔谐振器的不同实施例的截面图；

图3A示出了微波空腔谐振器的另一实施例的截面图；

图3B示出了沿图3A的线III-III的截面图；

图4A示出了微波空腔谐振器的另一实施例的截面图；和

图4B示出了沿图4A的线IV-IV的截面图；

图5示出了包括多个空腔谐振器的微波滤波器的示意图。

具体实施方式

图5示意性所示的微波滤波器2包括多个空腔谐振器1A,1B,1C,1D，它们布置在共同的空腔壳体10中。每个空腔谐振器1A,1B,1C,1D包括空腔11，谐振器元件12位于空腔11中。空腔壳体10包括壳体壁103,104和壳体盖101，并完全封闭多个空腔谐振器1A,1B,1C,1D的空腔11。

图5示意性所示的微波滤波器2例如可在无线通讯设备中使用，例如可具体实施为带通滤波器或带阻滤波器。包括多个空腔谐振器1A,1B,1C,1D的这类微波滤波器2通常会呈现出高品质(Q)因数，从而导致插入损耗小。此外，这类微波滤波器2将会机械性能和电学性能稳定，可在宽的温度范围内操作。

这类微波滤波器2中，射频(RF)信号被馈送给输入口20，穿过微波滤波器2，到达输出口21。根据微波滤波器2的设计，预定频带中的RF信号通过(带通滤波器)或被抑制(带阻滤波器)。

为纵向延伸杆形状的谐振器元件12布置在单个空腔谐振器1A,1B,1C,1D的空腔11内，空腔谐振器1A,1B,1C,1D例如通过它们的空腔11之间的内壳体壁中的开口以电磁方式适当地联接。这类谐振器元件12通过第一端120(例如，参见图1A)连接到壳体10的第一底壳体壁100上，沿纵轴线L朝第二顶壳体壁101在相关空腔11内延伸；第二顶壳体壁101由壳体盖形成，与第一壳体壁100相对。谐振器元件12与形成空腔11的空腔壳体10一起形成四分之一波长谐振器，谐振器元件12的电气长度为四分之一波长(在特定谐振频率下)。

与谐振器元件12的第一端120相对的第二端121在此未连接到第二壳体壁101上，因此是电开路状态。

为了缩短谐振器元件12的物理长度至小于为四分之一波长的电气长度，在图1A的实施例中，为圆柱环(参见图1B)或正方形或矩形元件(参见图1C)形状的电容器元件123,124设置在第二端121处，与附接到空腔壳体10的第二顶壳体壁101上的电容器元件106相互交错。谐振器元件12的电容器元件123,124以及第二壳体壁101的电容器元件106绕纵轴线L周向延伸，相对于纵轴线L相互同轴布置。附接到第二壳体壁101上的电容器元件106在此伸入形成在谐振器元件12的电容器元件123,124之间的开口中，使得间隙G形成在谐振器元件12的电容器元件123,124与第二壳体壁101的电容器元件106之间。

谐振器元件12的第二端121与空腔壳体10的第二上端壳体壁101间隔距离D，使得谐振器元件12的第二端121未电连接到第二壳体壁101上，其中电容器元件123,124设置在第二端121上。由于电容器元件123,124,106的表面可较大，因此，谐振器元件12的第二端121和环绕的壳体10(即，侧壁102,103,104,105和顶壁101)之间具有相当大的电容。

因为谐振器元件12的第二端121和环绕的壳体10之间的电容可为较大，因此，谐振器元件12的物理长度可大大缩短，使得空腔谐振器1的整体尺寸可能减小，同时可让相应的微波滤波器2的Q因数高，插入损耗低。

通过文中所述的设计，一方面可选择第二顶壳体壁101的电容器元件106和内电容器元件123之间的间隙G，另一方面可选择电容器元件106和谐振器元件12的外电容器124之间的间隙G，使得谐振器1在较宽的操作温度范围内可达到稳定的机械性能，从而达到稳定的电学性能。具体而言，由于可选择相对大的间隙G(例如，在1mm范围内)，因此谐振器1对误差不敏感，从而，可容易制造谐振器，而不需特别注意紧的误差。

谐振器元件12的电容器元件123,124和第二壳体壁101的电容器元件106绕纵轴线L以环形同轴方式延伸。电容器元件123,124在此被共同的基底126承载，并通过基底126附接到谐振器元件12的轴128上。基底126设置在电容器元件123,124的与第二壳体壁101相对的一侧处，并与电容器元件123、124一起形成槽状开口，设置在第二壳体壁101上的电容器元件106延伸入该槽状开口中。

电容器元件123,124可与谐振器元件12一体形成，例如可由黄铜制成。

第二壳体壁101的电容器元件106可与第二壳体壁101一体形成，例如可由铝制成为整个壳体10。

谐振器元件12的径向最内侧电容器元件123形成内侧中央开口122，为调谐螺钉形状的调谐装置13的轴131延伸入该中央开口122中。调谐装置13设置在第二壳体壁101上。轴131伸入第二壳体壁101中，可绕纵轴线L旋转，使得可调节轴131沿纵轴线L延伸入空腔谐振器1的空腔11中的长度。轴131被旋拧到布置在壳体壁101上的螺母132中，通过使用如螺丝刀等工具可接近轴131的在空腔11外侧的一端130。轴131例如可由金属材料，如，铝或黄铜制成。

如图1B所示，电容器元件106,123,124可以是绕纵轴线L延伸并同轴布置的圆柱形结构。

但是，电容器元件106,123,124可以是不同的形状，如，正方形或矩形(从垂直于纵轴线L的横截面观察)，如图1C所示。

图2中示出了谐振器元件1的另一实施例。在该实施例中，谐振器元件12承载基底126，三个同轴的电容器元件123,124,125附接到基底126上，电容器元件123,124,125相互同轴布置，并绕纵轴线L周向延伸，谐振器元件12沿纵轴线L延伸。两个电容器元件106,107布置在壳体10的第二壳体壁101上，电容器元件106,107与谐振器元件12的电容器元件123,124,125相交错，使得间隙G形成在相邻的电容器元件106,107,123,124,125之间。

可以构想到，一方面进一步增加谐振器元件12的电容器元件123,124,125的数量，另一方面，进一步增加壳体10的电容器元件106,107的数量。因此，谐振器元件12的多个电容器元件123,124,125可被设置成与壳体10的多个电容器元件106,107相交错。当从径向方向(垂直于纵轴线L)观察，谐振器元件12的电容器元件123,124,125和壳体10的电容器元件106,107在此交错布置。

图3A,3B中示出了谐振器元件1的另一实施例。在该实施例中，绕谐振器元件12的纵轴线L周向延伸的两个电容器元件123,124设置在谐振器元件12的第二端121处，其中，在电容器元件123,124的面向第二壳体壁101的一侧，外电容器元件124通过基底127连接到内电容器元件123上。电容器元件123,124从基底127朝第一底壳体壁100延伸。通过内电容器元件123，基底127连接到谐振器元件12的轴128上。

谐振器元件12的电容器元件123,124之间形成槽状开口，壳体10的电容器元件106延伸入该槽状开口中。电容器元件106通过周向基底108连接到壳体10的侧壁102,103,104,105上，因此，被壳体10的侧壁102,103,104,105(参见图3B)承载。基底108在垂直于纵轴线L的平面上延伸，电容器元件106从基底108朝第二壳体壁101向上延伸入槽状开口中，其中该槽状开口形成在谐振器元件12的第二端121上的电容器元件123,124之间。基底108形成开口109，谐振器元件12通过形成在其第二端121上的电容器元件123穿过该开口109。

图4A,4B中示出了空腔谐振器1的另一实施例。在图4A,4B的实施例中，两个电容器元件123,124设置在谐振器元件12的第二端121上。电容器元件123,124通过基底127相互连接，基底127在垂直于谐振器元件12的纵轴线L的平面中以环状方式延伸，如图4B所示。

在图4A,4B的实施例中，基底127将谐振器元件12的电容器元件123,124分成两部分123A,123B,124A,124B。即，每个电容器元件123,124的上部分123A,124A从基底127朝第二壳体壁101延伸，形成绕纵轴线L周向延伸的槽状开口，连接到第二壳体壁101上的电容器元件106延伸入该槽状开口中，这与针对图1A，1B和1C所述的类似。此外，每个电容器元件123,124的下部分123B,124B从基底127朝第一壳体壁100延伸，从而朝空腔11的底部延伸，其中，通过内电容器元件123的下部分123B，基底127连接到谐振器元件12的轴128上。

通过谐振器元件12的外电容器元件124，在第二敞开端121附近，谐振器12的第二敞开端121与壳体10的环绕的侧壁102-105之间的电容(增加)。即，外电容器元件124的上、下部分124A,124B面向壳体10的侧壁102,103,104,105，它们之间的间隙G接近或等于第二壳体壁101的电容器元件106和电容器元件123,124之间的间隙G。

可以构想出上述实施例的改进形式。

例如，在图4A,4B的实施例中，壳体10的另外的电容器元件可通过基底连接到侧壁102,103,104,105上(与图3A，3B中所示的类似)，并可伸入形成在谐振器元件12的电容器元件123,124的下部分123B,124B之间的开口中。

另外还可构想出，在谐振器元件12和壳体10上使用不同数量的电容器元件。谐振器元件12和壳体10的多个电容器元件在此被设置成相互交错，使得从相对于纵轴线L成径向的径向方向观察，间隙G形成在相邻的电容器元件之间。

以本发明为基础的构想并不局限于上述实施例，但是可以完全不同的方式通过完全不同的实施例来实施。

参考数字标记

1,1A-1D 微波空腔谐振器

10 空腔壳体

100,101 壳体壁

102-105 侧壁

106,107 电容器元件

108 基底

109 开口

11 空腔

12 谐振器元件

120,121 端

122 中央开口

123-125 电容器元件

123A,123B,124A,124B 部分

126,127 基底

128 轴

13 调谐装置

130 端

131 轴

132 螺母

2 微波滤波器

20 输入口

21 输出口

D 距离

G 间隙

L 纵轴线