[发明专利]微波介质谐振器和滤波器的调谐装置

说明书

本发明涉及微波谐振器领域，更具体地说，涉及微波介质谐振器和滤波器的调谐装置。

众所周知，比较传统的微波谐振器是由封闭的金属腔组成的。随着低损耗陶瓷材料的出现，把它用作各种形状的微波谐振器的介质体已成为可能，最广泛使用的是圆柱形的介质体。在下文被称为DR的介质谐振器的工作，基本上是根据当电磁波入射到具有两个不同介电常数的材料之间的分界面时，电磁波进行反射的现象。

理论上，不需要用金属壁封闭介质谐振器，因为激励模式的谐振频率主要与谐振器的几何形状和尺寸有关。但是在实际上，为了避免电磁能量的辐射和获得实际可用的装置，介质谐振器被安置在封闭的金属腔中。

随着高介电常数陶瓷材料的使用，更有利于制成应用在微波滤波器和振荡器中的介质谐振器。事实上，由于高介电常数，电磁场大部分仍被限制在DR中，所以保证使电路更小型化的同时，减小所占据的空间已经成为可能。此外，与使用传统的谐振器电路相比较，低温系数的陶瓷材料保证了较大的温度稳定性。

由上述可见，具有根据已知技术制成的介质谐振器的微波滤波器，一般包括：一个金属腔，在腔中设置依据适当方位排列的一个或者多个圆柱介质谐振器。滤波器和外电路之间的耦合由各种装置提供，例如：由同轴探针、环、膜片、波导段等提供，它的位置和方位是按照所使用的谐振模式有关的最佳性能来考虑的。

类似于滤波器的那些结构尺寸也能用于提供微波振荡器的单个谐振器。

人们也知道，在滤波器的工业应用中，通过容易地进行调谐操作，就可以改变单个介质谐振器的谐振频率，例如通过机械公差获得谐振频率的变化。这些都是最基本的。

为此，已知两个不同的介质谐振器的调谐方法是：

第一种方法包括在谐振模式的能量密度高的点对包含介质谐振器的金属腔体积的改变。出现在介质谐振器外面的电磁场最终畸变引起谐振器中激励谐振模式的谐振的改变。根据这个理论，如果在该体积dv中的电场能量超过磁场能量，当腔的体积减少一个dv量时，腔中的电磁模式的谐振的增加是已知的，在相反的情况下，谐振频率的减少是已知的。频率变化的幅度与dv和在本地的电磁能量之间的差成正比，于是上述的幅度与所考虑的模式和腔变形的地点有关。

实际上，腔的体积的改变是通过用螺钉或者小薄片的方法把金属材料引入腔中来实现的。例如，在美国专利5008640叙述的谐振器中，调谐是通过在金属腔的侧壁引入螺钉进行的。

该第一调谐方法的主要缺点在于：为了适当地调谐，必须作用在调谐模式的能量密度较高的地方，在大多数的情况下，这是既不容易而又无效的。第二个缺点在于：在腔中引入的元件的表面感应电流引起所使用的谐振模式的功率损耗。

第二个DR调谐方法是改变介质谐振器的体积。这个方法，呈现在介质谐振器中所有谐振模式的谐振频率是根据介电常数、体积改变的地点和体积改变的大小方式显著地变化的。

这个第二个方法的第一个已知应用是，沿着对称轴把第一圆柱介质谐振器拉伸到接近于第二圆柱介质谐振器，该第二圆柱介质谐振器的尺寸与第一圆柱形介质谐振器相同，或者更经常的情况是略小于第一圆柱形介质谐振器，而介电常数通常等于第一谐振器的介电常数，例如，在日本专利J62271503中描述的可调谐介质谐振器那样。

第二调谐方法的第二已知应用包括使用具有一个轴向孔的圆柱介质谐振器，在孔中引入一个金属调谐螺钉，例如在美国专利4630012中所描述的可调谐的谐振器;或者在孔中引入介质圆柱，例如在美国专利4810984中所描述的可调谐的谐振器。在所有表示的例子中指出，通过对圆柱介质谐振器的平面起作用来实现的调谐是有用的。

至今所知的微波滤波器的主要实施例中，在金属腔中圆柱介质谐振器位于第一方位，对应于它们是沿着垂直于每个谐振器的圆柱对称轴的直线对准的方位，谐振器相互之间被适当地隔开以达到所希望的电磁耦合。使用这种结构的理由主要是便于单个DR的调谐。

然而，最近已出现的滤波器的例子，其中圆柱介质谐振器根据第二方位置于金属腔中，它们是沿着一个与第个谐振器平行的或者与其圆柱对称轴一致的轴对准，谐振器相互被适当地隔开以达到所希望的电磁耦合。

该DRs的第二方位的主要优点在于：它进一步使微波滤波器的尺寸小型化。