专利名称：多模式介电谐振器和调节该谐振器的方法
技术领域：
本发明涉及一种在谐振腔中提供有组合介电块的多模式介电谐振器和调节这种介电谐振器特性的方法。
图23示出了一种使用横向磁场(TM)双模式的传统介电谐振器的结构。在下面所要参考的其它图中，细点划线表示其上形成导体的部分。
如图23所述，介电谐振器具有用做波导的腔体1和由两个组合成交叉形状的介电元件2a和2b形成并与腔体1形成为一个整体和置于所述腔体内部的的组合介电块2。腔体1和组合介电块2由介电陶瓷制成。在腔体1的外部周围表面形成诸如Ag的导体3。用于放置这个介电谐振器的导电板(未示出)或金属壳被附着到围绕腔体1两个开口的开口端表面上。
图23所示具有两个其中的每一个都工作于TM110模式的介电元件2a和2b的介电谐振器，用做TM双模式介电谐振器。但是，上述传统TM双模式介电谐振器只能够被用做两个独立的谐振器或具有两个彼此耦合的谐振器的两级谐振器。当三个谐振器形成一个介电谐振器单元时，已经建议了通过形成具有彼此相互垂直的三个介电元件的组合介电块将TM三模式介电谐振器设计成三个TM110谐振模式。但是，这样一种传统的TM三模式介电谐振器的整个结构非常复杂和如果使用普通的制造技术将需要很高的制造成本。
本发明申请人所申请的日本专利申请No.21394/1996建议了一种介电谐振器，它具有由两个组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块，和它被设计成使用三个谐振模式。
另一方面，在例如由诸如图23所示使用两种TM110模式的TM双模式介电谐振器形成带通滤波器的情况下，当使用腔体外部尺寸和介电块的剖面结构的特殊组合时，在带通滤波器的衰减范围内可能发生TM111模式的谐振。由于这个原因，使得很难获得所希望的衰减特性。
从这个情况的观点出发，本发明的目的是提供其中在前述在前申请中使用的三个谐振模式或较多种数量谐振模式中的每一种模式的谐振频率被确定的一种多模式介电谐振器，或其中预定谐振模式之间的耦合程度被确定的介电谐振器。
本发明的另一个目的是通过设置彼此相关的TM111模式的谐振频率和TM110模式的谐振频率提供一种被设计成能够容易获得具有所希望特性的介电滤波器的介电谐振器，和提供以这种方式调节所述谐振器特性的方法。
根据本发明的第一方面，在具有由一个导体环绕的区域和由多个介电元件形成的组合介电块被组合成交叉形状并且组合介电块被置于由所述导体环绕的区域内的多模式介电谐振器中，以下述方式确定沿由所述多个介电元件中的两个元件规定的平面的三个谐振模式中预定的一种谐振模式的谐振频率，所述方式是与第一到第三谐振模式的其他两个比较在最后一个区域中具有较高程度电场分布密度的第一到第三谐振模式中的一种模式被设置成谐振频率设置目标，和第一和第三谐振模式由两个具有对称电场分布的不同线的伪TM110模式组成，和第二谐振模式由伪TM111模式组成，和在部分与具有较高电场分布密度的区域对应的组合介电块中形成介介电切割部分，或介电材料被应用于与同一区域对应的组合介电块部分。
与其他两种谐振模式比较，被设置为谐振频率设置目标的一个谐振模式的谐振频率可以具有相对较大的变化，因此能够脱离其他两种谐振模式的谐振频率单独确定。
根据本发明的第二方面，与第一到第三谐振模式的其它两个相比较在最后一个区域中不具有电场分布密度或密度较低的第一到第三谐振模式中的一种模式被设置为谐振频率没置目标，第一和第三谐振模式由两个具有对称电场分布的不同线的伪TM110模式组成，第二谐振模式由伪TM111模式组成。在与没有电场分布密度或电场分布密度较低的区域对应的部分组合介电块中形成介电切割部分，或介电材料被应用到与这个区域对应的部分组合介电块上。因此，除谐振频率没置目标以外的两种谐振模式的谐振频率可以改变，借此，使得被设置为谐振频率设置目标的一种谐振谐振模式的谐振频率可以相对于其它两种谐振模式的谐振频率被确定。
根据本发明的第三方面，以在所述组合介电块的至少一个预定部分上形成介电切割部分或介电材料被施加到所述组合介电块的至少一个预定部分上的方式确定在三个谐振模式的两个谐振模式之间的耦合程度，借此，减少围绕平行于第一谐振模式电场对角线的组合介电块对称程度。如果对称程度减少，在第一和第二谐振模式之间发生耦合。所述耦合程度是由所述预定部分的切割量或施加到所述预定部分上的介电材料的量确定的。
根据本发明的第四方面，假定具有不同电场分布对称线的两个伪TM110模式被用做第一和第三模式和假定一个伪TM111模式被用做第二谐振模式。在组合介电块的至少一个预定部分上形成介电切割部分，或将介电材料施加到所述组合块的至少一个预定部分上，借此，使多个介电元件中两个元件之间的形状差规定一个平面，这个形状差涉及谐振频率特性。借此使第一谐振模式和第三谐振模式彼此耦合。这个耦合的程度取决于预定部分中的切割量或施加到所述预定部分上的介电材料的量。
根据本发明的第五方面，在具有不同电场分布对称线的两个伪TM110的基础上，在其中在伪TM110模式和伪TM111模式之间电场分布密度存在差别的至少一个区域中的组合介电模式中形成一个介电切割部分或将介电材料施加到同一区域的部分组合介电块上，借此确定彼此相关的伪TM110模式和伪TM111模式的谐振频率。在这种方式下，在利用TM110模式形成介电滤波器的过程中，用做伪模式的TM111模式的谐振频率可以根据TM110模式的谐振频率确定而不会改变TM110模式的谐振频率。
根据本发明的第六方面，在两个具有不同电场分布对称线的伪TM110模式和一个伪TM111模式的基础上，在其中伪TM110模式的电场分布密度高于伪TM111模式电场分布密度的至少一个区域中的组合介电块中形成介电切割部分，借此，使伪TM110模式的谐振频率接近伪TM111模式的谐振频率并引起伪TM110模式和伪TM111模式之间的耦合。在这种方式下，可以形成由多个介电级形成的介电谐振谐振器装置。
根据本发明的第七方面，在两个具有不同电场分布对称线的伪TM110模式和一个TM111模式的基础上，介电材料被施加到其中伪TM111模式的电场分布密度高于伪TM110模式电场分布密度的至少一个区域中的组合介电块上，借此，使伪TM111模式的谐振频率接近于伪TM110模式的谐振频率，从而使伪TM110模式和伪TM111模式相耦合。在这种方式下，可以形成由多个介电谐振级形成的介电谐振器装置。
根据本发明的第八方面，上述多模式介电谐振器被提供有能够耦合到多模式介电谐振器谐振模式中的预定模式上的输入和输出耦合装置。利用这种方式，所述多模式介电谐振器被设计成用做具有多个谐振级的介电滤波器。
根据本发明的第九方面，与根据本发明第八方面对应的多个多模式介电谐振器被提供有其中的每个部分被用做输入部分或输出部分之一的至少三个部分，借此以形成用于双工器或多路传输器等共享输入和输出部分的输入和输出装置。
图1的透视图示出了根据本发明第一实施例的多模式介电谐振器；图2A和2B的平面图示出了图1所示介电谐振器中三个谐振模式的电场分布；图3A、3B和3C的平面图示出了根据本发明第二实施例的多模式介电谐振器以及三个谐振模式的电场分布；图4A、4B和4C的平面图示出了根据本发明第三实施例的多模式介电谐振器以及三个谐振模式的电场分布；图5的透视图示出了根据本发明第四实施例的多模式介电谐振器；图6A、6B和6C的平面图示出了图5所示介电谐振器中三个谐振模式的电场分布；图7的透视图示出了根据本发明第五实施例的多模式介电谐振器；图8A、8B和8C的平面图示出了图7所示介电谐振器中三个谐振模式的电场分布；图9A、9B和9C的平面图示出了根据本发明第六实施例的多模式介电谐振器，以及三个谐振模式的电场分布；图10的透视图示出了根据本发明第七实施例的多模式介电谐振器；图11A、11B和11C的平面图示出了图10所示介电谐振器中三个谐振模式的电场分布；图12A和12B示出了根据本发明第七实施例所述多模式介电谐振器中的耦合模式；图13A、13B和13C的平面图示出了根据本发明第八实施例的多模式介电谐振器以及三个谐振模式的电场分布；图14A和14B的平面图分别示出了图13A、13B和13C所示多模式介电谐振器的剖面，它示出了其中被附着有导电板的一个状态；图15A和15B示出了本发明第九实施例的介电滤波器的一个剖面；
图16的透视图示出了根据本发明第十实施例的多模式介电谐振器；图17A和17B的透视图和曲线分别示出了根据本发明第十一实施例的多模式介电谐振器，所述曲线表示谐振频率的变化特性；图18A和18B的透视图和曲线分别示出了根据本发明第十二实施例的多模式介电谐振器，所述曲线表示谐振频率的变化特性；图19A和19B的透视图和曲线分别示出了根据本发明第十三实施例的多模式介电谐振器，所述曲线表示谐振频率的变化特性；图20A和20B的透视图和曲线分别示出了根据本发明第十四实施例的多模式介电谐振器，所述曲线表示谐振频率的变化特性；图21A和21B的透视图和曲线分别示出了根据本发明第十五实施例的多模式介电谐振器，所述曲线表示谐振频率的变化特性；图22A和22B的透视图和曲线分别示出了根据本发明第十六实施例的多模式介电谐振器，所述曲线表示谐振频率的变化特性；和图23的透视图示出了传统的TM双模式介电谐振器。
下面，参考图1和2描述本发明第一实施例的多模式介电谐振器。
在下面所参考的图中，与上述传统介电谐振器对应或等效的功能由相同的标号指出。如示出所述多模式介电谐振器的图1所示，由两个组合成交叉形状的介电元件2a和2b组成的组合介电块2与腔体1组合成一体并置于所述腔体1内。在连接到腔体1的介电元件2a和2b的每一个端表面的中心，在腔体1的外表面内形成孔4a并延伸到介电元件2a或2b的内部，在每个孔4a的内表面上形成导体3a。这个导体3a连接到在腔体1四周表面形成的导体3上。在组合介电块2的四个交叉角部分的两个对角部分被截断以形成介电切割部分5a和5b(诸如在此后被称之为“十字交叉槽”的介电切割部分5a和5b的部分)。第一谐振模式的谐振频率被如下确定。
图2A、2B和2C的平面视图示出了图1所示的多模式介电谐振器，它分别简要地示出了第一、第二和第三谐振模式的电场分布。第一和第三谐振模式是伪TM110模式，而第二谐振模式是伪TM111模式。如图2a到2c所示，在第一谐振模式集中的地方形成十字交叉槽5a和5b，而第二和第三谐振模式的电场分布基本没有被集中。特别是，在以平行于第一谐振模式电场分布的对角线对称的位置(即在在平行于第三谐振模式电场的对角线上的位置)和在组合介电块2的的四个交叉角部分中的两个对角部分处形成十字交叉槽5a和5b。通过在垂直于图2a到2c平面方向上选择十字交叉槽5a和5b的深度或在平行于所述平面的方向上选择这些槽的深度，第一谐振模式的谐振频率相对于其它两个谐振模式的谐振频率具有较大的变化，借此，基本独立的确定第一谐振模式的谐振频率。
上述十字交叉槽5a和5b可以与腔体1和组合介电块2的整体同时形成以将第一谐振模式的谐振频率调节成设计阶段予置的值。另外，可以在腔体1和介电块2形成整体之后通过利用开槽机等进行切割形成十字交叉槽5a和5b以将谐振频率调节成目标值。
图3A、3B和3C的平面图示出了本发明第二实施例的多模式介电谐振器，这些图分别示出了第一、第二和第三谐振模式的电场分布。这个介电谐振器中第一谐振模式的谐振频率是通过在图1和2(在形成阶段的)配置中预先形成与十字交叉槽5a和5b对应的槽和通过施加具有较大介电常数和具有到所述槽内部表面部分的黏结特性的合成树脂确定的。这个合成树脂被表示为介电部分8a和8b。例如，如果在形成介电部分8a和8b之前的状态下，第一谐振模式的谐振频率被设计的高于其它两个谐振模式的谐振频率，那么，通过增加介电部分8a和8b的材料量可以将第一谐振模式的谐振频率调节到较低频率，并且，可以通过将介电部分8a和8b的材料量设定成某个数量将第一谐振模式的谐振频率调节到近似等于其它两个谐振模式的谐振频率。还可以通过增加介电部分8a和8b的材料量相对于其它两个谐振模式的的谐振频率减少第一谐振模式的谐振频率。
介电材料可以被施加到所述十字交叉槽或如图3A到3C所示没有预先形成槽的介电块的交叉角附近的部分上，借此，使第一谐振模式的谐振频率能够被调节到低于其它两个谐振模式谐振频率的频率上。
图4A、4B和4C示出了根据本发明第三实施例的多模式介电谐振器，它们分别示出了第一、第二和第三谐振模式的电场分布。在这个实施例中，与图2A到2C所示的关系相反，在以平行于第三谐振模式的电场分布的对角线对称的位置(即平行于第一谐振模式电场的对角线的位置)和在组合介电块2的四个交叉角部分的两个对角部分处形成十字交叉槽5a和5b。在第三谐振模式的电场分布集中而其它两个谐振模式的电场基本不集中的位置处选择性的去除部分组合介电块2，借此，使第三谐振模式的谐振频率能够被基本独立地确定。
另外，在这个实施例中，十字交叉槽5a和5b可以与腔体1和组合介电块2的整体同时形成，以将第三谐振模式的谐振频率调节成在设计阶段预先设置的值。另外，可以在腔体和组合介电块整体形成之后通过利用开槽机等进行切割形成十字交叉槽5a和5b以便调节所述谐振频率到较大值。
下面参考图5和6描述本发明第四实施例的多模式介电谐振器。
参看图5，该图示出了所述谐振器的透视图。由两个被组合成交叉形状的介电元件2a和2b组成的组合介电块2与腔体1整体组成并置于所述腔体1内，和在组合介电块2的中央部分作为介电切割部分6形成的具有在垂直于组合介电块2主板部分的方向上的轴的一个通孔。在组合介电块2中央部分中的这样一个通孔此后将被称之为“中心孔”。在腔体1的四周表面形成导体3。由此，在组合介电块2的中心部分形成中心孔6与确定第二谐振模式的谐振频率，如上所述。
图6A、6B和6C的平面图简要地示出了三个谐振模式的电场分布。如果组合介电块的中心部分被部分地去除掉以形成具有预定直径的中心孔6，第二谐振模式的谐振频率可以被单独确定。即与第一和第三谐振模式的电场分布相比较，在组合介电块中央处第二谐振模式的电场分布很稀少。因此，如果中心孔6的尺寸增加，第一和第三谐振模式的谐振频率中的每一个频率变的较高，但第二谐振模式的谐振频率变化不大。结果是第二谐振模式的谐振频率可以根据第一和第三谐振模式的谐振频率确定。
上述中心孔6可以与腔体1和组合介电块的整体同时形成以将第二谐振模式的谐振频率调节成设计阶段予置的值。另外，中心孔6可以在腔体和组合介电块的整体形成之后通过开槽机等形成，以将所述谐振频率调节到目标值。
作为根据图5和图6A所示实施例的通孔已经描述了中心孔6。但是，中心孔6也可以是一端开放、另一端封闭的孔。
在图5和图6所示的实施例中，通过增加被祛除介电材料的数量使第二谐振模式的谐振频率朝增加方向调节。但是，所述配置还可以是通孔或与该通孔6对应的具有封闭底部的孔被预先在图5和图6所示组合介电块中心部分形成，和介电材料被施加到通孔或具有封闭底部的孔的内部以便在减少方向上同时改变第一和第三谐振模式的谐振频率，由此，相对确定第二谐振模式的谐振频率。
下面参考图7和8描述本发明第五实施例的多模式介电谐振器。
参看图7，该透视图示出了所述谐振器，由两个被组合成交叉形状的介电元件2a和2b形成的组合介电块2与腔体1整体形成并置于所述腔体1内部。在连接到腔体1的介电元件2a和2b的每个端表面的中心处，在所述腔体1的外表面中形成一个孔4a，并延伸到介电元件2a和2b的内部，在每个孔4a的内表面上形成导体3a。导体3a被连接到在腔体1四周表面上形成的导体3上。组合介电块2四个交叉角部分中预定的一个被平行切割以形成十字交叉槽5a。利用这个装置使第一和第二谐振模式相互耦合并如上所述地确定这个耦合的程度。
图8A、8B和8C的平面视图分别示出了图7所示多模式介电谐振器中三个谐振模式的电场分布。在第三谐振模式电场分布的对称线上和只在沿第一谐振模式电场分布对角线相对侧两个位置中的一处形成十字交叉槽5a以避免以与这个对角线相应的线对称。如果没有形成十字交叉槽5a，那么，就平行于与组合介电块的对角线对应的对称线的电场方向而言，第一谐振模式的电场分布是唯一的，而就第一谐振模式电场分布对称线的方向而言，第二谐振模式的电场分布与之相反。如果组合介电块正恰好以第一谐振模式的电场分布的对称线对称，那么，与对称平面相反的相位将使由第一谐振模式的电场形成的第二谐振模式的激励被取消，因此，第二谐振模式不会产生谐振。在形成十字交叉槽5a的情况下，组合介电块的对称性被减少，通过第一谐振模式的电场激励第二谐振模式产生谐振从而使第一谐振模式和第二谐振模式相互耦合。两个模式之间的耦合程度由十字交叉槽5a确定。在此期间，在第二谐振模式和第三谐振模式之间的关系方面，虽然形成了十字交叉槽5a，但还是保持了围绕与平行于第三谐振模式电场分布的对角线对应的一个线的组合介电块的对称。因此，在第二谐振模式和第三谐振模式之间没有耦合发生。
上述十字交叉槽5a可以和腔体1和组合介电块2的整体同时形成以将第一和第二谐振模式之间的耦合调节成预先没定的设计值。另外，十字交叉槽5a可以在腔体1和组合介电块2整体形成之后通过利用开槽机等进行切割形成以便将耦合程度调节到目标值。
可以执行另一种处理，在这种处理中，在形成阶段在与图7和8所示结构中十字交叉槽5a对应的部分内预先形成一个槽，并将介电材料施加到所述槽的内部以确定第一和第二谐振模式之间的耦合程度。
图9的平面图示出了本发明第六实施例的多模式介电谐振器。在该实施例中，与图7和8所示实施例相反，在第一谐振模式点成分布的对称线上和只在沿第三谐振模式电场分布对角线上的两部分中的一个处形成十字交叉槽5c以避免围绕与这个对角线对应的一个线的对称，借此，以和第五实施例相同的方式确定第二和第三谐振模式之间的耦合程度。
所述十字交叉槽5c与腔体和组合介电块的整体同时形成以将第二和第三谐振模式之间的耦合程度调节成设计阶段预先设置的值。另外，十字交叉槽5c可以在腔体和组合介电块的整体形成之后利用开槽机等进行切割形成以便将耦合程度调节成目标值。
下面结合图10到12描述本发明第七实施例的多模式介电谐振器。
参看图10，该透视图示出了所述多模式介电谐振器。在腔体侧壁两个位置处的介电元件2b中形成介电切割部分7a和7b。在腔体侧壁上的这个孔下面称之为“侧壁中心孔”。如下面所述，利用这个装置，可以确定第一和第三谐振模式之间的耦合程度。
图11A、11B和11C的平面图分别示出了图10所示多模式介电谐振器中三个谐振模式的电场分布。如果第一谐振模式和第三谐振模式彼此相互叠加，可以导致如图12A所示电场分布在长度方向上的TMY110模式和如图12B所示电场分布在横向方向上的TMX110模式。即；TMY110模式和TMX110模式分别对应于图11A和11C所示第一和地撒谐振模式电场分布方向的(第一谐振模式+第三谐振模式)和(第一谐振模式-第三谐振模式)。如果TMY110模式的谐振频率是“flon”和TMX110模式的谐振频率是“flat”，那么，第一和第三谐振模式之间的耦合系数k由下式所示k＝2|flon-flat|/(flon+flat)如图12所示，由于在这个实施例中侧壁中心孔7a和7b是在长度方向上在介电元件2b中形成的，所以，“flon”相对于“flat”增加以引起两个频率之间的差别，借此使能第一和第三模式之间的耦合。可以通过选择侧壁中心孔7a和7b的尺寸确定耦合程度。
上述侧壁中心孔可以和腔体1和介电元件2的整体同时形成以将第一和第三谐振模式之间的耦合程度调节到在设计阶段预先设置的值。另外，所述侧壁中心孔7a和7b可以在腔体1和介电元件2的整体形成之后通过开槽机等进行切割形成以便将耦合程度调节到目标值。
还可以执行另一种处理，在该处理中，在与图10到12所示侧壁中心孔7a和7b对应的部分中预先形成通孔或一端封闭的孔，介电材料被施加到所述通孔或一端封闭的孔的内表面以确定第一和第三谐振模式的耦合程度。
在图10所示的实施例中，以介电元件2a和2b相对端表面对应的腔体1的外表面是平坦的。但是，这种配置也可以是在腔体1的每个外表面中与连接到腔体1的介电元件2a和和2b相应端表面的中心处形成一个孔并扩展到介电元件2a和2b的内部，和在每个孔的内表面形成一个导体。
下面结合图13和14描述本发明第八实施例的多模式接谐振器。
参看图13A、13B和13C，这些平面图简要示出了三个谐振模式的电场分布。在由两个彼此交叉的介电元件形成的组合介电块四角部分中预定两个彼此相邻并不处于对角关系的两个角部分中形成十字交叉槽5a和5c。
十字交叉槽5a和5c分别具有与图8所示十字交叉槽5a和图9所示十字交叉槽5c相同的功能。即十字交叉槽5a使能第一和第二谐振模式之间的耦合，而十字交叉槽5c使能第二和第三谐振模式之间的耦合。三个谐振模式之间的耦合按照第一谐振模式→第二谐振模式→第三谐振模式的顺序或以和这个顺序相反的顺序连续发生。十字交叉槽5a和5c对等地影响两个耦合模式，如图12A、12B和12C所示，这些图示出了第一和第三谐振模式的结果，因此，在TMY110模式和TMM110谐振频率之间不会发生差异。因此，在第一和第三谐振模式之间不会发生耦合。
上述十字交叉槽5a和5c可以与腔体1和组合介电块2的整体同时形成以将第一和第二谐振模式之间的耦合程度和第二和第三谐振模式之间的耦合程度调节到设计阶段预先设置的值。另外，可以在腔体1和组合介电块2的整体形成之后利用开槽机等进行切割形成十字交叉槽5a和5c以将耦合横渡调节到目标值。
图14A和14B示出了由三级谐振器组成的带通滤波器，该带通滤波器是通过将一个外部耦合回路和一个共轴连接器附着到上述多模式介电谐振器上构成的。图14A的平面图示出了导电板被附着到腔体开口端部分之前的状态，图14B是从前面看的纵剖面图。共轴连接器14和15被附着到用于覆盖腔体1上、下开口的导电板10和11的外表面，而耦合回路12和13被附着到导电板10和11的内表面上。配置耦合回路12和13使其与组合介电块的每个介电元件成450角，如图14A所示。因此，如从图13A和13C可以看到的，通过磁场耦合使耦合回路13耦合到第一谐振模式上，同时通过磁场耦合使耦合回路12耦合到第三谐振模式上。然后，在共轴连接器14和15之间形成由具有图13A到图13C所示三个谐振模式的三级谐振器形成并具有带通滤波器特性的介电滤波器。
下面结合图15A和15B描述本发明第九实施例的天线共享设备的结构。当在图14所示配置中通过准备一个组合介电块形成由三级谐振器形成并具有带通滤波器特性的介电谐振器时，在第九实施例中使用两个介电元件形成天线共享设备。平面图15A示出了导电板被附着到腔体开口端部分之前的状态，图15B是从前端看的纵剖面图。共轴连接器14a、14b和15被附着到用于覆盖腔体上、下开口1a和1b的导电板10和11的外表面上，同时，耦合回路12a、12b、13a和13b被附着到导电板10和11的内表面上。这些耦合回路被配置的与组合介电块的每个介电元件成450角，如图15A所示。在这个结构中，形成每一个的结构如图14A和14B所示的介电滤波器。例如，图15A或15B左手侧上的一个这种滤波器被用做发射滤波器，和右手侧的其它滤波器被用做接收滤波器。
如图15B所示，耦合回路13a的一端和耦合回路13b的一端彼此连接和共轴连接器15的内核导体被连接到用于在预定中间部分处连接耦合回路13a和13b的导体上。共轴连接器15中心内核连接点和耦合回路13a和13b之间导电部分的每个长度被设置的使从分支点看发射滤波器或接收滤波器的阻抗足够大。
如此构成的设备可以被用做天线共享设备，该设备具有用做发射信号输入端的共轴连接器14a、用做接收信号输出端的共轴连接器14b和用做天线连接端的共轴连接器15。
在图15A和15B所示的实施例中，提供了其中的每一个都是由三级介电谐振器形成的发射滤波器和接收滤波器。但是，可以连续连接多个介电谐振器以形成由大量介电设备级形成的天线共享设备。
再有，具有至少三个、其中的每一个都被用做输入或输出部分的输入和输出共享设备被以相同的方式和上述天线共享设备构成。
下面参看图16描述本发明第十实施例的多模式介电谐振器。本发明上述实施例中的每一个都是具有在两个组成交叉形状的介电元件上形成的组合介电块并使用两个TM110和一个TM111模式的三个模式的介电谐振器。在下面将要描述的第十实施例中，使用了由三个组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块。
如图16所示，由被组合成交叉形状的三个介电元件2a、2b和2c形成的组合介电块2被与腔体1整体形成并被置于所述腔体1内。介电元件2a和2b的每个端表面的中心被连接到腔体1，在腔体1的外表面形成孔4a并延伸到介电元件2a或2b的内部，在每个孔4a的内表面形成导体3a。导体3a连接到在腔体四周表面上形成的导体3上。腔体1的上、下开口端表面由介电板20和21覆盖。在介电板20和21的表面上形成当该介电板20和21被附着到腔体1的开口端表面上时形成外表面的导体3。在介电板20和21与腔体开口端表面接触的部分上也形成导体3。在介电板20和21与介电元件2c端表面相对的部分中形成一个孔并沿着介电元件2c的轴向向内延伸。在这个孔的内表面上也形成导体3a。每个孔4a中的导体3a都被连接到在介电板20和21上形成的导体3上。介电板20和21中的每一个被连接到利用铝涂料和背衬或通过焊接等形成的腔体开口端表面上。
如果如上所述地提供由三个组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块，两个TM110模式(TM110X模式和TM110Y)由介电元件2a和2b形成，一个TM111模式(TM111XY模式)沿由介电元件2a和2b规定的平面形成。类似的，两个TM110(TM110Z模式和TM110Y模式)由两个介电元件2a和2c构成，和一个TM111(TM110YZ模式)模式沿介电元件2a和2c规定的平面构成。另外，沿介电元件2b和2c规定的平面由两个介电元件2b和2c引起两个TM110(TM110X和TM110Z)模式和一个TM111模式(TM111XZ模式)。因此，这个介电谐振器被用做六倍介电谐振器。根据沿由三个介电元件中的两个规定的平面的三个谐振模式(两个TM110模式和一个TM111模式)，每个谐振器谐振频率的设置和谐振器之间的耦合可以以和第八实施例所述的相同方式执行。但是，六个谐振模式谐振频率的每一个不能独立于其他频率设置和谐振器不能一个接一个的耦合。因此，例如，六个谐振器中预定的一个谐振器可以被陆续耦合到由多级谐振器形成的带通滤波器上，和其他的谐振器可以被直接作为陷波器。在这种方式下，在预定频率处具有衰减极点的带通滤波器可以形成。
下面参照附图17到22描述用于相对改变两个TM110模式和一个TM111模式的谐振频率以获得所希望谐振频率的设计或调节方法的例子。
图17A的透视图示出了根据本发明第十一实施例的多模式介电谐振器的结构。图17B示出了所述多模式介电谐振器的谐振频率变化特性。如图17A所示，由两个组合成交叉形状的介电元件2a和2b形成的组合介电块2以腔体1整体形成并被置于所述腔体1内。在连接到腔体1的介电元件2a和2b的每个端表面中心处，在腔体1的外表面内形成孔4a，并延伸到介电元件2a和2b的内部，在每个孔4a的内表面形成代替3a。在组合介电块2的中心部分形成中心孔6，和在介电元件2a和2b中形成侧壁中心孔7a、7b、7c和7d。
图17B示出了TM110和TM111的谐振频率相对于具有用做参数的侧壁中心孔7a到7d的内径的中心孔6的内径变化的变化。如果中心孔的内径增加，每个模式的谐振频率变高。在组合介电块2的中心，TM110模式电场分布的集中程度高于TM111模式电场分布的集中程度。因此，TM110模式谐振频率相对于中心孔内径变化的变化速度高于TM111。另一方面，TM110模式和TM111模式的谐振频率根据侧壁中心孔7a到7d内径的变化基本以相同的速率变化。因此，当所述中心孔6的内径和所述侧壁中心孔7a到7d的的内径改变以使TM110的谐振频率变成如双点划线所示的常数时，TM111模式的谐振频率不是常数和其变化如所述曲线表示。使用这种关系，TM110模式的谐振频率和TM111模式的谐振频率可以彼此相对确定。例如，如果使用两个(具有一个被处理成伪模式的TM111模式的)TM110模式，则TM111模式的谐振频率可以根据TM110模式的谐振频率确定以便获得所希望的衰减特性。关于在TM110模式和TM111模式之间的耦合，中心孔6或中心孔6和侧壁中心孔7a到Td使得TM110模式的谐振频率能够接近TM模式的谐振频率，从而使两个模式的谐振频率近似彼此相等。
图18A示出了本发明第十二实施例的多模式介电谐振器的结构，图18B的曲线示出了该多模式介电谐振器的谐振频率的变化特性。如图18A所示，由两个组合成交叉形状的介电元件2a和2b形成的组合介电块2与腔体1整体形成并被置于腔体1内，在组合介电块2的中心部分形成中心孔6。
图18B示出了TM110模式和TM111模式相对于具有被用做参数的组合介电块的厚度(由图18A中箭头指出的高度和宽度方向的尺寸，此后称之为核心厚度)的中心孔6内径的变化而引起谐振频率的变化。如果中心孔6的内径增加，每个模式的谐振频率增加。但是，由于TM110模式的电场分布在组合介电块2中心处的集中程度高于TM111模式电场分布的集中程度，所以，TM110模式谐振频率相对于中心孔6内径变化的变化速率高于TN111模式。另一方面，TM110模式和TM111模式的谐振频率相对所述核心厚度的变化以基本相同的速率变化。因此，当中心孔6的内径和所述核心厚度被改变从而使TM110模式的谐振频率变成如双点划线所示的常数时，TM111模式的谐振频率不是常数，其变化如所述曲线所示。使用这种关系，TM110模式的谐振频率和TM111模式的谐振频率可以彼此相对确定。
图19A的透视图示出了本发明第十三实施例的多模式介电谐振器的结构，图19B的曲线示出了该多模式介电谐振器的谐振频率变化特性。如图19A所示，由两个组合成交叉形状的介电元件2a和2b形成的组合介电块2与腔体1整体形成并被置于该腔体1内。在连接到腔体1的介电元件2a和2b的每个端表面中心处，在腔体1的外表面形成孔4a并延伸到介电元件2a或2b的内部，在每个孔4a的内表面形成导体3a。在组合介电块2中形成侧壁中心孔7a、7b、7c和7d和槽9a、9b、9c和9d，所述槽被置于槽9a到9d之间配置所述侧壁中心孔7a到7d处。这些槽下面将称之为“侧壁侧向槽”。
图19B示出了相对于具有用做参数的侧壁中心孔7a到7d内径的则壁侧向槽9a到9d的尺寸变化的TM110模式和TM111模式谐振频率的变化。如果侧壁侧向槽9a到9d的尺寸增加，每个谐振模式的谐振频率变高。但是，由于在侧壁侧向槽9a到9d附近TM111模式的电场分布集中程度高于TM110模式的电场分布集中程度，所以，TM111模式谐振频率的变化相对于侧壁侧向槽9a到9d尺寸的变化高于TM110模式。另一方面，TM110模式和TM111模式的谐振频率相对于侧壁中心孔7a到7d内径的变化基本以相同的速率变化。因此，当侧壁侧向槽9a到9d和侧壁中心孔7a到7d的尺寸被改变从而使TM110模式的谐振频率变成如双点划线指出的常数时，TM111模式的谐振频率不是常数和其变化如所述曲线所示。使用这种关系，TM110模式和TM111模式的谐振频率可卡因彼此相对确定。例如，如果使用(具有一个被处理成伪模式的TM111模式的)两个TM110模式形成带通滤波器，TM111模式的谐振频率可以根据TM110模式的谐振频率确定，以便获得所希望的衰减特性。为了使TM110模式和TM111模式彼此耦合，减少侧壁侧向槽9a到9d的尺寸以使TM111模式的谐振频率接近TM110模式的谐振频率，从而使两个模式的谐振频率近似相等。为达到这个效果，可以利用将介电材料施加到预先形成的侧壁侧向槽内部的方式减少侧壁侧向槽的尺寸。
图20A的透视图示出了本发明第十四实施例的多模式介电谐振器的结构，图20B的曲线示出了该多模式介电谐振器谐振频率的变化特性。如图20A所示，由两个组合成交叉形状的介电元件2a和2b形成的组合介电块2与腔体1形成整体并被置于所述腔体1内，在组合介电块2内形成侧壁侧向槽9a到9d。
图20B示出了TM110模式的谐振频率相对于具有用做参数的组合介电块核心厚度的侧壁侧向槽9a到9d的尺寸变化的变化。如果侧壁侧向槽9a到9d的尺寸增加，如上所述每个模式的谐振频率变高。但是，由于在组合介电块2侧壁侧向槽9a到9d附近TM111模式电场分布的集中程度高于TM110模式的电场分布集中程度，所以，TM111模式谐振频率的变化相对于侧壁侧向槽尺寸的变化高于TM110模式。另一方面，相对于核心厚度的变化，TM110模式和TM111模式的谐振频率基本以相同的速率变化。因此，当侧壁侧向槽的尺寸和所述核心厚度被改变从而使TM110模式的谐振频率变成如双点划线指出的常数时，TM111模式的谐振频率不是常数和其变化如所述曲线所示。使用这种关系，TM110模式和TM111模式的谐振频率可以彼此相对确定。
图21A的透视图示出了本发明第十五实施例的多模式介电谐振器的结构，图21B的曲线示出了该多模式介电谐振器的谐振频率变化特性。如图21A所示，由两个组合成交叉形状的介电元件2a和2b形成的组合介电块2与腔体1形成整体并置于腔体1内。在连接到腔体1的介电元件2a和2b的每个端表面的中心处在腔体1的外表面上形成孔4a并延伸到介电元件2a或2b的内部，和在每个孔4a的内表面上形成导体3a。在组合介电块2中，形成侧壁中心孔7a、7b、7c和7d以及十字交叉槽5a、5b、5c和5d。
图21B示出了相对于具有用做参数的侧壁中心孔7a到7d内径的十字交叉槽5a到5d的尺寸变化的TM110模式和TM111模式谐振频率的变化。如果十字交叉槽5a到5d的尺寸增加，每个模式的谐振频率变高。但是，由于在组合介电块交叉角处TM111模式电场分布的集中程度高于TM110模式的电场分布，所以，TM111模式谐振频率相对于十字交叉槽5a到5d尺寸变化的的变化速率高于TM110模式。另一方面，相对于侧壁中心孔7a到7d内径的变化，TM110模式和TM111模式的谐振频率的变化速率基本相同。因此，当十字交叉槽5a到5d和侧壁中心孔7a到7d的尺寸被改变从而使TM110模式的谐振频率变成如双点划线指出的常数时，TM111模式的谐振频率不是常数，其变化如所述曲线所示。使用这种关系，TM110模式的谐振频率和TM111模式的谐振频率可以彼此相对确定。
图22A的透视图示出了本发明第十六实施例多模式介电谐振器的结构，图22B的曲线示出了该多模式介电谐振器的谐振频率变化特性。如图22A所示，由两个被组合成交叉形状的介电元件2a和2b形成的组合介电块2与腔体1形成一个整体并被置于所述腔体1之内。在组合介电块2内形成十字交叉槽5a、5b、5c和5d。
图22B示出了TM110模式和TM111模式的谐振频率相对于具有作为参数的核心厚度的十字交叉槽5a到5d的尺寸变化的变化。如果十字交叉槽5a到5d的尺寸增加，每个模式的谐振频率如上所述变高。但是，由于在组合介电块的交叉角处TM111模式电场分布的集中程度高于TM110模式电场分布的集中程度，所以，TM111模式谐振频率相对于十字交叉槽5a大5d尺寸变化的变化速率高于TM110模式。另一方面，相对于核心厚度的变化TM110模式和TM111模式谐振频率以基本相同的速率变化，因此，当所述核心厚度和十字交叉槽的尺寸变化使TM110模式的谐振频率变成如双点划线指出的常数时，TM111模式的谐振频率不是常数，其变化如所述曲线所示。使用这种关系，TM110模式的谐振频率和TM111模式的谐振频率可以彼此相关确定。
根据本发明的第一方面，沿着由多个介电元件中的两个规定的平面引起的三个谐振模式、即两个伪TM110模式和一个TM111模式中的一个被设置成谐振频率设定目标，和这个谐振模式的谐振频率可以独立于其它两个谐振模式的谐振频率确定。
根据本发明的第二方面，在沿由多个谐振模式中的两个规定的平面引起的三个谐振模式、即两个伪TM110模式和一个TM111模式中的一个可以被设置成谐振频率设置目标，且除所述谐振频率设置目标以外的其它两个谐振模式的谐振频率可以改变以确定将被相对于这两个谐振模式的谐振频率被设置成谐振频率设置目标的一个谐振模式的谐振频率。
根据本发明的第三方面，与所述伪TM110模式对应的第一谐振模式和与所述伪TM111模式对应的第二谐振模式彼此耦合，其间的耦合程度由预定部分的切割量确定或由施加到该预定部分上的介电材料的量确定。
根据本发明的第四方面，与伪TM110模式对应的第一和第三谐振模式彼此耦合，这个耦合程度由预定部分的切割量确定或由施加到所述预定部分上的介电材料确定。
根据本发明的第五方面，形成使用两个TM110模式的介电谐振器，被用做伪模式的TM111模式的谐振频率可以根据两个TM110模式的谐振频率确定而不会改变两个TM110模式的谐振频率。
根据本发明的第六和第七方面，伪TM110模式和伪TM111模式彼此耦合，借此形成具有多个介电谐振级的介电谐振器设备。
根据本发明的第八方面，可以形成具有多个介电谐振级并具有小尺寸和重量轻的介电滤波器。
根据本发明的第九方面，可以形成用于天线共用器、多路转换器等共享输入和输出部分的小尺寸、轻重量的输入和输出设备。
权利要求
1.一种多模式介电谐振器，包括由一个导体环绕的区域；和由被组合成交叉形状的多个介电元件形成的组合介电块，所述组合介电块被置于所述区域内，其中，与第一到第三谐振模式的其它两个谐振模式相比较在至少一个区域内电场分布集中程度较高的第一到第三谐振模式中的一个被设置为谐振频率设置目标，和第一和第三谐振模式包括沿由多个介电元件中的两个规定的平面的两个伪TM110模式，所述两个伪TM110模式具有不同的电场分布对称线，第二谐振模式包括一个沿相同平面的伪TM111模式，和其中，被设置成谐振频率设置目标的谐振模式的谐振频率通过在与具有电场分布高度集中区域对应的组合介电块的一部分中至少形成一个介电切割部分和将介电材料施加到与电场分布高度集中的区域对应的所述组合介电块的一部分上加以确定。
2.一种多模式介电谐振器，包括由一个导体围绕的区域；和由多个组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块，所述组合介电块被置于所述区域内，其中，与第一到第三谐振模式中的其它两个模式相比较在至少一个区域内不具有电场集中或集中程度较低的第一到第三谐振模式中的一个被设置成谐振频率设置目标，第一和第三谐振模式由沿所述多个介电元件中的两个规定的平面的两个TM110模式组成，两个伪TM110模式具有不同的电场分布对称线，第二谐振模式由一个沿相同平面的伪TM111模式组成，和其中，通过在与没有电场分布集中或电场分布集中程度较低的区域对应的所述组合介电块的区域中形成至少一个介电切割部分和将介电材料施加到与没有电场集中或集中程度较低的区域对应的所述组合介电块的部分上，被设置成谐振频率设置目标的谐振模式的谐振频率根据其它两个谐振模式的谐振频率确定。
3.一种多模式介电谐振器，包括由一个导体环绕的区域；和由多个被组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块，所述组合介电块被置于所述区域内，其中，通过在所述组合介电块的至少一个预定部分内形成至少一个介电切割部分和将介电材料施加到所述组合介电块的至少一个预定部分上以减少所述组合介电块围绕平行于第一谐振模式电场的对角线的对称程度来确定在第一到第三谐振模式中的第一和第二谐振模式之间的耦合程度，所述第一和第三谐振模式由沿所述多个介电模式中的两个规定平面的两个伪TM110模式组成，所述两个伪TM110模式具有不同的电场分布对称线，第二谐振模式由沿相同平面的一个伪TM111模式组成。
4.一种多模式介电谐振器，包括由一个导体围绕的区域；和由多个组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块，所述的组合介电块被置于所述区域内，其中，通过在所述组合介电块的至少一个预定区域内形成至少一个介电切割部分和将介电材料施加到所述组合介电块的至少一个预定区域上以根据谐振频率特性引起所述多个介电元件中的两个的形状差形成所述组合介电块来确定第一到第三谐振模式中第一和第三谐振模式之间的耦合程度，第一和第三谐振模式由沿所述多个介电元件中的两个规定平面的两个伪TM110的模式组成，两个伪TM110模式具有不同的电场分布对称线，第二谐振模式由沿相同平面的一个伪TM111模式组成。
5.一种多模式介电谐振器，包括由一个导体围绕的区域；和由多个组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块，所述的组合介电块被置于所述区域内，其中，就沿所述多个介电元件中的两个所规定平面的两个伪TM110模式和一个伪TM111模式而言，两个伪TM110模式具有不同的电场分布对称线，通过在所述组合介电块中至少一个其中在伪TM110模式和伪TM111模式之间存在电场分布差的区域中形成至少一个介电切割部分和将介电材料施加到其中在伪TM110模式和伪TM111模式之间存在电场分布差的至少一个区域中的所述组合介电块的一部分上，伪TM110模式和伪TM111模式的谐振频率被彼此相关地确定。
6.一种多模式介电谐振器，包括由一个导体围绕的区域；和由多个组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块，所述的组合介电块被置于所述区域内，其中，就沿所述多个介电元件中的两个所规定平面的两个伪TM110模式和一个伪TM111模式而言，两个伪TM110模式具有不同的电场分布对称线，通过在所述组合介电块中其中伪TM110模式的电场分布密度高于伪TM111模式电场分布密度的至少一个区域中形成一个介电切割部分以使能伪110模式和伪TM111模式之间耦合使伪TM110模式的谐振频率被引入到接近伪TM111模式的谐振频率。
7.一种多模式介电谐振器，包括由一个导体围绕的区域；和由多个组合成交叉形状的介电元件形成的组合介电块，所述的组合介电块被置于所述区域内，其中，就沿所述多个介电元件中的两个所规定平面的两个伪TM110模式和一个伪TM111模式而言，两个伪TM110模式具有不同的电场分布对称线，通过施加介电材料到其中伪TM111模式的电场分布密度高于伪TM110模式的电场分布密度的至少一个区域中的组合介电块上以使能伪TM110模式和TM111模式之间的耦合使伪TM111模式的谐振频率接近于伪TM110模式的谐振频率。
8.包括根据权利要求1所述多模式介电谐振器的介电滤波器，其特征是包括能够耦合到所述多模式介电谐振器谐振模式中预定谐振模式上的输入和输出耦合装置。
9.一种共享输入或输出部分的输入和输出装置，所述输入和输出装置包括根据权利要求8所述的多个多模式介电谐振器；和至少三个其中的每一个被用做一个输入和输出部分的部分。
10.一种用于调节多模式介电谐振器特性的方法，包括如下步骤设计一种多模式介电谐振器，在该多模式介电谐振器中，被组合成交叉形状的多个介电元件形成的组合介电块被置于由一个导体围绕的区域内，所述多模式介电谐振器具有沿多个介电元件中的两个规定的平面的两个伪TM110模式和一个伪TM111模式，两个伪TM110模式具有不同的电场分布对称线；和通过在组合介电块中至少一个其中在伪TM110模式和伪TM111模式之间存在电场分布密度差的区域中形成至少一个介电切割部分和将介电材料施加到在至少一个其中在伪TM110模式和伪TM111模式之间存在电场分布密度差的的区域中的组合介电块的一部分上来彼此相对地确定伪TM110模式和伪TM111模式的谐振频率。
全文摘要
一种多模式介电谐振器,其中,由组合成交叉形状的多个介电元件形成的组合介电块被用于引起沿由两个所述介电元件规定的平面的三个谐振模式,其中,确定每个谐振模式的谐振频率,或一种多模式介电谐振器,其中,确定预定谐振模式之间的耦合程度。如果第一和第三谐振模式是两个具有不同电场分布对称线的TM110模式和如果第二模式是TM11模式,在组合介电块中例如第一谐振模式电场分布集中而第二和第三谐振模式电场分布不集中处形成介电切割部分,借此以选择性地确定第一谐振模式的谐振频率。
文档编号H01P1/208GK1197305SQ9810643
公开日1998年10月28日 申请日期1998年2月3日 优先权日1997年2月3日
发明者栗栖彻, 阿部真 申请人:株式会社村田制作所