CN108370077A - 具有介质盘的同轴谐振器 - Google Patents

Abstract

提供了一种同轴谐振器(160)。所述同轴谐振器(160)具有第一侧(161)和第二侧(162)，所述同轴谐振器包括具有第一表面(121)、第二表面(122)以及孔的介质盘(120)，其中所述同轴谐振器(160)的所述第二侧(162)连接到所述介质盘的所述第一表面(121)，其中所述同轴谐振器(160)进一步包括连接到所述介质盘的第二表面(122)的导电元件(150)。还提供了一种滤波器(200)，其包括壳体(110)，所述壳体包括盖/罩(140)和底座(130)，所述底座具有适于容纳所述同轴谐振器(160)的一个或多个腔体(135)。

Description

具有介质盘的同轴谐振器

技术领域

本公开涉及同轴谐振器，更具体地说，涉及具有介质盘和位于介质盘顶部的金属元件的同轴谐振器。

背景技术

最简单形式的带通滤波器包括多个谐振器，这些谐振器的布置方式使得输入信号首先被输入到输入端口，然后被输入到第一谐振器，接着依次经过第二谐振器和其它谐振器，直到其到达最后一个谐振器并从输出端口离开滤波器。

例如基站中的射频RF带通滤波器使用气腔同轴谐振器。该技术被用于构建在大约500-3000MHz频率下处理10-120W RF之间的中高功率水平的基站中使用的滤波器。

介质谐振器被用于缩小滤波器尺寸并在带通滤波器中获得较高的Q值。Q值是谐振器的质量因数，例如，谐振器内所存储能量和所消耗能量之间的比率。使用具有不同操作模式的不同介质谐振器。一些解决方案使用横向电场TE模式，该模式具有极高的Q值和适中的尺寸缩减。

另一示例是使用横向磁场TM模式介质谐振器。它提供相同体积内的较高的Q值，并提供良好的功率处理能力。TM模式技术的优势在爱立信专利US 8,773,222 B2中详细说明。

今天的市场提供介电常数从10到48的各种高介电材料，它们具有足够的RF性质(诸如Q值和热膨胀系数)，同时制造成本也很合理。这些类型的介电材料已经针对1GHz以上的频带用于具有TE模式和TM模式的滤波器。

先前的技术在低于1G Hz的低频处存在尺寸问题，从而妨碍了较小的基站。

发明内容

本发明的一个目标是缓解上述至少一些问题。具体而言，本发明的一个目标是提供一种当在滤波器中使用时，允许过滤1GHz以下的低频率的同轴谐振器。这些目标以及其它目标通过提供根据下面所附的独立权利要求所述的同轴谐振器和滤波器来实现。本发明的进一步的目标是在较低频率(例如，低于1GHz)下实现较小的滤波器。

根据一方面，提供了一种同轴谐振器。所述同轴谐振器具有第一侧和第二侧，所述同轴谐振器包括具有第一表面、第二表面以及孔的介质盘，其中所述同轴谐振器的所述第二侧连接到或固定到所述介质盘的所述第一表面，其中所述同轴谐振器进一步包括连接到所述介质盘的第二表面的导电元件。

根据一方面，提供了一种滤波器。所述滤波器包括壳体，所述壳体包括盖/罩和底座，所述底座具有适于容纳根据此处描述的任一实施例所述的至少一个同轴谐振器的一个或多个腔体。

所述同轴谐振器和所述滤波器具有几个优点。一个可能的优点是这些实施例能够在较低频率下实现较小的滤波器。所述同轴谐振器能够改进功率处理，这对于尺寸缩减的滤波器可能很重要。能够改进质量因数。常规同轴谐振器的罩/盖和顶面之间的气隙由介质盘代替，能够通过选择合适热膨胀系数的介质盘，更容易地控制频率的温度偏移。通过使所述导电元件成为所述同轴谐振器的一部分，不仅实现了介电材料和导电元件之间更好的接触，而且由于所述导电元件相对较薄从而在某种程度上具有柔性，也使得所述导电元件补偿了例如滤波器壳体材料因温度变化而产生的膨胀和/或收缩。此外，由于本文所描述的同轴谐振器通过插入滤波器盖或罩的孔中而固定到滤波器，所以也很容易更换所述同轴谐振器，所述滤波器包括壳体，所述壳体包括底座和盖/罩。所述底座可具有一个或多个腔体，并且所述罩/盖具有对应于这些腔体的一个或多个孔。本文描述的同轴谐振器能够被插入所述罩/盖的所述孔中，从而被布置在所述底座的其中一个腔体中。一旦被插入所述孔中，所述同轴谐振器便可被拧入或以其它方式固定到所述底座的底部或底板，同时通过拧入所述罩/盖中而固定到所述罩/盖。以此方式，可以在需要时将所述同轴谐振器从所述滤波器移除，例如如果它发生故障并且需要更换。然后可以按照上述方式将新的同轴谐振器插入所述孔中并进行固定，然后也可以选择性地进行调谐。在典型的滤波器中，为了更换其中一个谐振器，需要移除罩/盖，然后再次将其放置在所述滤波器的底座上。在这种情况下，所有谐振器都会受到影响，并且可能需要花费成本来重新调谐整个滤波器。与所提出的仅需要更换和/或调谐一个谐振器的解决方案相比，该解决方案的成本明显较高。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述实施例，其中：

图1是根据一个示例性实施例的滤波器组件100的横截面；

图2是根据一个示例性实施例的包括滤波器底座130和滤波器罩140的滤波器壳体110的横截面的图示；

图3是可放置在滤波器罩140中的第一紧固螺钉144以及可选地轴向地放置在第一紧固螺钉144的中间的调谐螺钉180的图示；

图4是包括放置在同轴谐振器160上的具有孔的介质盘120和放置在介质盘120上的导电元件150的同轴谐振器160的横截面的图示；

图5是根据另一示例性实施例的包括滤波器底座130和滤波器罩140的滤波器壳体110的横截面的图示；

图6是根据一个示例性实施例的滤波器组件100的横截面。

具体实施方式

一种介电常数高于大约80，且具有足够的RF性质和合理成本的介电材料需要能够针对低频带使用TM模式谐振器来保持与针对高频带时相同的滤波器尺寸。不幸的是，授权的介电材料供应商不能成功地开发介电常数高于大约48且具有足够的RF性质(诸如Q值和温度系数)的介电材料。

本文的实施例涉及例如一种改进的谐振器设计，该设计通过在由金属制成的标准同轴谐振器顶部添加介质盘来与准TEM一起工作。这样的实施例能够在1GHz以下的较低频率下实现较小的滤波器，例如从而允许以相同的尺寸针对不同的频率保持构造惯例。

图1是根据一个示例性实施例的滤波器组件100的横截面。滤波器壳体110包括同轴谐振器160，同轴谐振器160具有位于同轴谐振器160的顶部的具有孔的介质盘120。滤波器组件100可以包括具有相应介质盘120的一个或多个同轴谐振器160。

图1示出了由金属制成的从顶部连接到具有孔的介质盘120的第一表面的同轴谐振器160。尽管未在附图中示出，但从上方看到的同轴谐振器和介质盘120总体是圆形的，其中介质盘120也大致是圆形并在其中心处具有孔。具有孔的介质盘120在第二表面上连接到导电元件150。然而需要指出，从上方看的介质盘120可以是椭圆形的、多边形的(例如具有6、8或12个壁/侧等)，或是在下面更详细描述的具有孔的任何其它形状。

本文中的实施例涉及同轴谐振器，现在将参考图4对其进行描述。

图4是包括放置在同轴谐振器160上的具有孔的介质盘120的同轴谐振器160的横截面的图示。导电元件150连接/固定到介质盘120。

图4示出了具有第一侧161和第二侧162的同轴谐振器160，其中所述同轴谐振器还包括具有第一表面121、第二表面122以及孔的介质盘120，其中同轴谐振器160的第二侧162连接或固定到介质盘121的第一表面，其中同轴谐振器160进一步包括连接到所述介质盘的第二表面122的导电元件150。

存在不同类型的谐振器，例如，同轴谐振器、介质谐振器、晶体谐振器、陶瓷谐振器、表面声波(SAW)和YIG谐振器。不同类型的谐振器可以用于不同的应用和/或环境。同轴谐振器通常用作高Q值电感器，所述高Q值电感器当与电容器组合时形成谐振电路。

同轴谐振器160在图4中以截面图示出，具有第一侧161和第二侧162。尽管未示出，但是从顶部看，从同轴谐振器160的第二侧162看，在一个实施例中，所述同轴谐振器可以是在其中心具有孔的圆形。在同轴谐振器160的第二侧162的顶部，以能够实现同轴谐振器160与介质盘120之间的良好导电接触的方式布置介质盘120。介质盘120被示为具有第一表面121、第二表面122以及孔。再次地，尽管未示出，但从上方看，从其第二表面122看到的介质盘可以是圆形的，在其中心处具有与同轴谐振器160的孔相对应的孔。通过选择适当热膨胀系数的介质盘，所述介质盘能够使得频率的温度偏移更容易控制。通过使导电元件150成为所述同轴谐振器的一部分，不仅实现了介电材料和导电元件之间更好的接触，而且由于导电元件相对较薄从而稍具柔性，也使得导电元件补偿了例如滤波器壳体材料因温度变化而产生的膨胀和/或收缩。

图4进一步示出了包括连接到介质盘的第二表面122的导电元件150的同轴谐振器160。导电元件150以能够实现导电元件150和介质盘120之间的良好导电接触的方式布置。在一些实施例中，同轴谐振器160可以具有第一突出元件163，该第一突出元件163例如可以采取尖锐边缘或小导电区域等形式，以便在同轴谐振器的第一侧161上，同轴谐振器160和壳体/底座110/130之间具有更好的电接触。导电元件150提供与介质盘的良好且稳定的导电接触，并且另一方面，当在滤波器200中使用所述同轴谐振器时，导电元件150借助接触装置141，通过第一紧固螺钉144提供与滤波器罩140的良好导电接触。通过使用导电元件150，能够将与介质盘120的良好导电接触和与滤波器罩140的良好导电接触相分离。通常，难以在介电(在特定实施例中为陶瓷)部件和金属部件(诸如在温度膨胀系数方面明显不同的罩)之间获得良好的导电接触。通过使用导电元件150，能够提供介质盘120和导电元件150之间良好的永久接触。通过第一接触装置形成导电元件150和滤波器罩140之间可逆的良好金属接触。而且，导电元件150例如可以稍具柔性以适应介质盘120、导电元件150和滤波器壳体110的温度膨胀系数差异。在一些实施例中，导电元件150可以具有第二突出元件151，该第二突出元件151例如可以采取尖锐边缘或小导电区域等形式，以便在导电元件150的侧面上，导电元件150和罩/盖140之间具有更好的电接触。

第一表面121的至少一部分和第二表面122的一部分可以设置有金属层或者可以被金属化。

金属化或金属层能使得介质盘与同轴谐振器160和导电元件150实现良好导电接触。也可被称为陶瓷盘的介质盘120可以在第一表面122和第二表面122上部分地金属化，或者可以在第一表面121和第二表面122上完全地金属化。备选地，一个表面可以被部分地金属化并且另一表面可以被完全地金属化。以此方式，实现同轴谐振器160的第二侧162和介质盘120的第一表面121之间的良好导电接触。类似地，实现介质盘的第二表面122和导电元件150之间的良好导电接触。

在一个示例中，介质盘120通过焊接或粘合或它们的组合被固定到同轴谐振器160，即，借助焊接和/或粘合将介质盘120的第一表面121固定到同轴谐振器(160)的第二侧162。类似地，导电元件150通过焊接或粘合或它们的组合被固定到介质盘120，即，借助焊接和/或粘合将导电元件150固定到介质盘的第二表面122。

焊接和/或粘合确保介电盘120和同轴谐振器160之间以及介电盘120和导电元件150之间的良好导电接触。更详细地，设置有金属层或至少部分地被金属化的介电盘120的第一表面121通过焊接或粘合或它们的组合被固定到同轴谐振器160的第二侧162。类似地，设置有金属层或至少部分地被金属化的介质盘的第二表面122通过焊接或粘合或它们的组合被固定到导电元件150。该固定是导电的，无论是被焊接、粘合还是同时被焊接和粘合都是如此。

图2是包括滤波器底座130和滤波器罩140的滤波器壳体110的横截面的图示，滤波器罩140也可以被称为盖。滤波器腔体135包括在滤波器壳体110/滤波器底座130中。滤波器罩/盖140包括第一接触装置141。滤波器壳体110包括滤波器底座130和罩/盖1401。

图2和图5示出了包括滤波器底座130和滤波器罩140的滤波器壳体110的两个实施例，滤波器罩140在本公开中也可以被称为盖140。

导电元件150可适于通过螺钉144与滤波器罩/盖140的第一端141进行导电接触，该螺钉在此也被称为第一紧固螺钉。

图3是可放置在滤波器罩140中的第一紧固螺钉144以及可选地轴向地放置(插入)在第一紧固螺钉144的中间的调谐螺钉180的图示。图3还示出了将调谐螺钉180固定到第一紧固螺钉144的螺母182。第一紧固螺钉144可以通过第一接触装置141连接(或紧固或接触)到滤波器罩140。应当指出，调谐螺钉可以是不需要螺母182的自锁螺钉。然而，图3公开了其中螺母182将调谐螺钉180固定到第一紧固螺钉144的示例性实施例。图3还示出了包括螺纹145、146的紧固螺钉144、包括螺纹181的调谐螺钉180，以及包括螺纹143的滤波器罩/盖140以便于各个元件彼此接合。图3进一步示出了可包括突出元件142的滤波器罩/盖140。图4还示出了包括突出元件163的同轴谐振器160以及包括突出元件151的导电元件150。如上所述，突出元件分别提供了同轴谐振器第一侧161上的同轴谐振器160和壳体/底座110/130之间的改进的导电接触，以及导电元件150的侧面上的导电元件150和罩/盖1401之间的改进的导电接触。

因此，谐振器160可以进一步适于容纳调谐螺钉180，所述调谐螺钉180被设置在所述第一紧固螺钉140的孔中和所述介质盘120的孔中，以及可选地还设置在同轴谐振器160中。

借助所述调谐螺钉，能够调谐所述同轴谐振器以将频率调谐到期望/所需值。

在一个实施例中，调谐螺钉180通过螺母182被固定到第一紧固螺钉144。

通过螺母182，所述调谐螺钉能够保持就位，以使得同轴谐振器160不会因为所述调谐螺钉偏离其位置而失去调谐(其中所述同轴谐振器根据需要进行调谐)。

同轴谐振器160可以进一步适于固定到滤波器底座130。

由于所述同轴谐振器通常被用作例如滤波器的一部分，因此所述同轴谐振器可以适于固定到滤波器底座130。存在多种不同的方式来将同轴谐振器160固定到滤波器底座130，如将在下面更详细地解释的。

所述同轴谐振器可以通过螺钉170固定到滤波器底座130的底部，螺钉170也被称为同轴谐振器紧固螺钉170。紧固螺钉170可以在第一侧161被结合在同轴谐振器160中，或者紧固螺钉170可以是单独的螺钉，其中所述同轴谐振器包括在第一侧161中的孔，所述单独的螺钉能够被设置为通过该孔而将同轴谐振器160固定到滤波器底座130。

所述同轴谐振器的实施例具有几个优点。一个可能的优点是这些实施例能够在较低频率下实现较小的滤波器。所述同轴谐振器能够改进功率处理，这对于尺寸缩减的滤波器很重要。能够改进质量因数。常规同轴谐振器的罩/盖和顶面之间的气隙由介质盘代替，通过选择合适热膨胀系数的介质盘，能够更容易地控制频率的温度偏移。

通过使导电元件成为所述同轴谐振器的一部分，不仅实现了介电材料和导电元件之间更好的接触，而且由于导电元件相对较薄从而在某种程度上具有柔性，也使得导电元件补偿了例如滤波器壳体材料因温度变化而产生的膨胀和/或收缩。

此外，由于本文所描述的同轴谐振器通过插入滤波器盖或罩的孔中而固定到滤波器，所以很容易更换所述同轴谐振器，所述滤波器包括壳体，所述壳体包括底座和盖/罩。所述底座可具有一个或多个腔体，并且所述罩/盖具有对应于这些腔体的一个或多个孔。本文描述的同轴谐振器能够插入所述罩/盖的孔中，从而被布置在底座的其中一个腔体中。一旦被插入所述孔中，所述同轴谐振器便可被拧入或以其它方式固定到所述底座的底部或底板，同时通过拧入所述罩/盖中而被固定到所述罩/盖。以此方式，能够在需要时将所述同轴谐振器从滤波器移除，例如如果它发生故障并且需要更换。然后可以按照上述方式将新的同轴谐振器插入所述孔中并进行紧固，然后也可以选择性地进行调谐。

本文中的实施例还涉及滤波器200，所述滤波器包括壳体110，所述壳体包括盖/罩140和底座130，所述底座具有适于容纳根据上述任一实施例的同轴谐振器160的一个或多个腔体135。

所述同轴谐振器通常可以用于例如在基站(诸如无线基站、eNodeB、远程无线头端等)中的滤波器。所述滤波器通常包括具有腔体和盖或罩的壳体。所述同轴谐振器可以通过所述盖或罩中相应的孔被插入所述滤波器，即插入所述壳体中。

滤波器通常包括壳体，所述壳体包括盖/罩和底座，所述底座具有适于容纳根据现有技术的谐振器的一个或多个腔体。由于现有技术谐振器的长度/高度，根据现有技术的滤波器通常必须相对较大或较高。根据本解决方案的滤波器适于容纳根据上述任一实施例和/或根据任一所附权利要求所述的一个或多个同轴谐振器。

盖/罩140可以包括与一个或多个腔体135相关的一个或多个孔以容纳相应的同轴谐振器(多个)。

通常，滤波器包括多个谐振器或同轴谐振器。因此，盖/罩140可以包括多个孔以便容纳多个同轴谐振器。每个同轴谐振器可以被调谐到获得期望的滤波器响应所需的特定频率。所有谐振器都可以调谐到最佳频率，从而使滤波器具有所需的滤波器响应。

滤波器200可以进一步适于通过将相应的同轴谐振器(多个)160通过相应的孔插入所述壳体110的盖/罩(140)中，并利用同轴谐振器紧固螺钉170将相应的同轴谐振器(多个)160固定到底座130，以及利用第一紧固螺钉144将相应的同轴谐振器(多个)160固定到盖/罩140，可释放地容纳和保持相应的同轴谐振器(多个)160。

通常，在现有技术中，同轴谐振器固定到盖/罩中的方式使得更换发生故障的同轴谐振器十分麻烦。现有技术中用于将同轴谐振器固定到盖/罩的一种解决方案包括从盖/罩的下方挤压谐振器(多个)。然后将盖/罩安装到底座上。因此，不仅在用力按压谐振器(多个)以使其与盖/罩接合时存在损坏谐振器的风险，而且在替换发生故障的同轴谐振器时，必须从底座移除盖/罩来拆卸整个滤波器，然后从下方更换所述同轴谐振器。

对于本文所述的滤波器和同轴谐振器的实施例，同轴谐振器(多个)从上方而非下方插入到盖/罩，然后通过第一紧固螺钉144进行紧固。以此方式，在同轴谐振器出现故障的情况下，只需松开第一紧固螺钉144和同轴谐振器紧固螺钉170，然后移除发生故障的同轴谐振器并插入新的同轴谐振器，接着借助第一紧固螺钉144和同轴谐振器固定螺钉170固定新的同轴谐振器，便可轻松地更换谐振器。无需拆卸滤波器来替换同轴谐振器。

通过焊接或粘合在介电材料的顶部而使导电元件形成同轴谐振器的一部分的替代解决方案是使导电元件成为盖或罩的一部分。然而，在这种解决方案中存在严重的缺陷，因为更加难以确保介电材料和盖之间的良好接触。任何接触瑕疵都可能导致谐振器RF性能劣化，而且滤波器响应可能劣化，使得整个滤波器响应不再可接受。在一种解决方案中，可以将附加的弹性部件放置在盖的与导电元件区域相对应的部分上。接着，用拧入盖的螺母压紧该弹性部件。在这种解决方案中，盖的对应于导电元件的区域除了被弹性部件挤压之外还受螺母挤压。该弹性部件旨在补偿由温度变化引起的长度膨胀。

在其中所述导电元件是罩/盖的一部分的备选解决方案中，更换发生故障的同轴谐振器需要移除孔罩/盖，更换同轴谐振器，然后将罩/盖再次固定到底座，接着可能需要调谐所有同轴谐振器以使滤波器令人满意地工作。

尽管已经根据几个实施例描述了所述实施例，但是可以构想，在阅读说明书和研究附图时，替代物、修改物、置换物和等同物将变得显而易见。因此，所附权利要求旨在包括这些落入由未决权利要求限定的实施例的范围内的此类替代物、修改物、置换物和等同物。

Claims (13)

1.一种同轴谐振器(160)，其具有第一侧(161)和第二侧(162)，所述同轴谐振器包括具有第一表面(121)、第二表面(122)以及孔的介质盘(120)，其中所述同轴谐振器(160)的所述第二侧(162)连接到所述介质盘的所述第一表面(121)，其中所述同轴谐振器(160)进一步包括连接到所述介质盘的第二表面(122)的导电元件(150)。

2.根据权利要求1所述的同轴谐振器(160)，其中，(i)所述介质盘在其表面(121、122)的至少一部分上设置有金属层，或者(ii)所述介质盘(120)的所述表面(121、122)的至少一部分被金属化。

3.根据权利要求1或2所述的同轴谐振器(160)，其中，所述导电元件(150)通过焊接和/或粘合而被固定到所述介质盘的所述第二表面(122)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的同轴谐振器(160)，其中，介质盘(120)的所述第一表面(121)通过焊接和/或粘合而被固定到同轴谐振器(160)的所述第二侧(162)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的同轴谐振器(160)，其中，所述导电元件(150)适于通过第一紧固螺钉(144)而与滤波器罩/盖(140)的第一端(141)导电接触。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的同轴谐振器(160)，所述同轴谐振器(160)进一步适于容纳调谐螺钉(180)，所述调谐螺钉(180)被设置在所述第一紧固螺钉(140)的孔中和所述介质盘(120)的孔中，以及可选地还设置在所述同轴谐振器(160)中。

7.根据权利要求6所述的同轴谐振器(160)，其中，所述调谐螺钉(180)通过螺母(182)而被固定到所述第一紧固螺钉(144)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的同轴谐振器(160)，所述同轴谐振器(160)进一步适于被固定到滤波器底座(130)。

9.根据权利要求8所述的同轴谐振器(160)，其中，所述同轴谐振器适于通过同轴谐振器紧固螺钉(170)而被固定到所述滤波器底座(130)。

10.根据权利要求9所述的同轴谐振器(160)，其中，所述同轴谐振器紧固螺钉(170)(a)在所述第一侧(161)被结合在所述同轴谐振器中，或者(b)是单独的螺钉，其中所述同轴谐振器包括在所述第一侧(161)中的孔，所述单独的螺钉被设置为通过该孔而将所述同轴谐振器(160)固定到所述滤波器底座。

11.一种滤波器(200)，其包括壳体(110)，所述壳体包括盖/罩(140)和底座(130)，所述底座具有适于容纳根据权利要求1至10中任一项所述的同轴谐振器(160)的一个或多个腔体(135)。

12.根据权利要求11所述的滤波器(200)，其中，所述盖/罩(140)包括与所述一个或多个腔体(135)相关的一个或多个孔以容纳一个或多个相应的同轴谐振器。

13.根据权利要求10或11所述的滤波器(200)，所述滤波器(200)进一步适于通过将相应的同轴谐振器(160)通过相应的孔插入所述壳体(110)的盖/罩(140)中，并利用所述同轴谐振器紧固螺钉(170)将相应的同轴谐振器(160)固定到底座(130)，以及利用所述第一紧固螺钉(144)将相应的同轴谐振器(160)固定到所述盖/罩(140)，可释放地容纳和保持相应的同轴谐振器(160)。