技术领域
[0001] 本
发明涉及空腔谐振器、一种制造空腔谐振器的方法和一种包括空腔谐振器的带通
滤波器系统。
背景技术
[0002] 空腔谐振器为射频电磁
能量在通常为空气或
真空的空体积中谐振的谐振器，该体积由金属包围。
[0003] 空腔谐振器的大小取决于操作
频率。在
微波频率(0.3GHz至30GHz)下，空腔谐振器的大小和重量为较大的。它们典型地以金属碾压而成或由金属
铸造而成。由于几何形状决定谐振频率，因此需要高机械
精度和/或采用后期调谐。一般通过将金属调谐螺钉穿置于谐振器壁中并转动金属调谐螺钉，造成合适的场畸变并且因此造成谐振频率变化来实现后期调谐。
[0004] 空腔谐振器
滤波器组合若干个谐振器以便获得复杂的频率选择特性。
[0005] 结果表明，空腔谐振器和基于空腔谐振器的滤波器是不太适合大规模生产的较大、较重、较为昂贵的部件。但是由于它们在能量损失和高功率处理能
力方面优越的性能，它们仍被使用着。
[0006] 一种减小在给定频率工作的空腔大小的熟知方法为“凹状空腔”的形状，其中电
磁场的电部分与磁部分在几何上基本分开且在一种电容器中减小
电场体积。允许进行谐振频率校正的调谐螺钉置于电容间隙中。
[0007] 由
金属化塑料制成的空腔谐振器滤波器在重量和成本方面可能具有一定优势。金属化塑料空腔谐振器滤波器已用于表面安装式地
焊接到印刷
电路板上，从而通过印刷
电路板的表面金属化在一侧形成空腔。
[0008] 在实现表面安装式兼容空腔谐振器与相关的滤波器系统中出现的问题为在空腔部件和印刷电路板的表面安装和焊接过程中过高的生产公差(对准，
焊料厚度)。
[0009] 当使用注模金属化塑料部件来进行大量生产时，由许多空腔谐振器组成的空腔滤波器的成本变得较低。然而，模具(molding form)占较高的非经常
费用。因此，给定的多谐振器滤波器的所有谐振器需要基于相同的模制件。
[0010] 这种方案的其余缺点在于实际上需要两个或三个不同的模制件来构造谐振器。
[0011] 这种上述方案的另一个缺点在于如果要将
电子调谐装置(诸如变容
二极管、MEMS装置)放置到谐振器内的印刷电路板(PCB)上，那么由于谐振器中印刷电路板的几何
位置可能不太适合于调谐功能，这种装置可能会在其影响方面受到限制。
发明内容
[0012] 本发明的目的在于提出一种空腔谐振器、一种用于制造这种谐振器的方法以及一种
带通滤波器系统，这种带通滤波器系统具有较低的生产成本，减少的不同部件的数目、高生产精度以及放置电子调谐装置的可能性。
[0013] 利用具有
权利要求1所述特征的空腔谐振器，具有权利要求12所述特征的方法和具有权利要求18所述特征的带通滤波器来实现这个目的。在
从属权利要求中给出有利的示例。
[0014] 提出一种空腔谐振器，其包括印刷电路板、具有三维结构的上导电盖和具有三维结构的下导电盖。根据本发明，上盖与下盖的结构相同，且两个盖安装到印刷电路板的相对侧上。
[0015] 可使用表面安装式焊接技术来以经济方式制造这种空腔谐振器并且因此这种凹状空腔滤波器。给定滤波器的所有谐振器都使用单个模具，这显著地减小了模具的非经常费用。仅需要单个模具用于谐振器。
[0016] 印刷电路板的定向对在谐振器内放置频率调谐装置的位置给予了更大的
自由度。调谐元件可添加到谐振器上，从而完全能利用表面安装式技术来生产可进行电子调谐的空腔滤波器。
[0017] 优选地，印刷电路板由包括导电层与介电层的层结构组成。
[0018] 导电层可形成凹状短线(re-entrant stub)。这个短线延伸到谐振器的空腔内。短线的导电材料与印刷电路板的周围导电材料形成间隙，使得短线进入到空腔内并且至少在一端电连接到印刷电路板上的其余导电层。
[0019] 在一个
实施例中，印刷电路板包括邻近凹状短线的印刷电路板的一个或多个
切除区。由于在强电场区域中的
电介质，这些切除区使耗散损失减少。
[0020] 在本发明的另一个实施例中，凹状短线可具有至少一个凹口。这些凹口，例如，仅在导电层中或穿过所有层的蚀刻凹口，使
电流路径更长且因此减小谐振器的谐振频率。
[0021] 在本发明的再一个实施例中，至少一个介电元件布置于导电盖与印刷电路板之间。这些介电元件优选为球形的，并且布置于电容间隙内的盖与电路板之间。这些区域是的公差非常关键(tolerance-critical)，并且可以此方式实现更高的制造精度。电介质可例如由
石英组成。
[0022] 可通过蚀刻来实现导电层的几何形状。
[0023] 根据本发明的空腔谐振器可包括用于调谐谐振器频率的装置。所提出的PCB设计对在谐振器内放置电子调谐装置的位置给予了较大自由度。这使得能设计出例如可由变容管调谐的空腔谐振滤波器，其完全可通过表面安装式焊接技术来生产。
[0024] 这种调谐装置优选地布置于凹状短线(即置于空腔内的元件)与周围导电层之间，并且在它们之间的非导电区域内。
[0025] 这种装置可例如为
变容二极管。为了能够施加直流
偏压，可能需要阻塞电容器。这些元件可置于较小电场的位置，从而减小变容管电容对谐振频率的影响，但仍保持谐振器品质因数较高且仅因变容管耗散损失而略微减小。
[0026] 可选地，变容管可置于较高电场的位置，从而导致谐振频率的运行范围增加，但使谐振器品质因数在很大程度上减小。直流偏压线可为印刷电路板的嵌入导体层中的迹线，其通过通孔连接到位于变容管与电容器之间的位置。
[0027] 根据本发明的空腔谐振器的上导电盖和/或下导电盖可至少部分地由金属化塑料组成。
[0028] 本发明还提供用于制造空腔谐振器的方法，其包括：在具有三维盖结构的上导电盖与具有三维盖结构的相同的下导电盖之间布置印刷电路板，使得两个盖安装在印刷电路板的相对侧上。
[0029] 在这个方法中，印刷电路板可由包括导电层与介电层的层结构组成。
[0030] 优选地，导电层形成凹状短线。
[0031] 在本发明的一实施例中，印刷电路板包括邻近凹状短线的一个或多个切除区。
[0032] 该方法可包括具有至少一个凹口的凹状短线。
[0033] 在另一实施例中，该方法包括布置于导电盖与印刷电路板之间的至少一个介电元件。
[0034] 本发明的一个目的还利用带通滤波器系统来实现，带通滤波器系统包括若干个上文所述类型的空腔谐振器。
附图说明
[0035] 在下文中，参看附图来描述本发明的
选定实施例：
[0036] 图1示出根据本发明的谐振器的透视图；
[0037] 图2示出根据本发明的谐振器的截面图；
[0038] 图3a和图3b示出谐振器电路板的两个实施例的部分透视图。
[0039] 图4示出谐振器电路板的另一实施例的部分透视图。
[0040] 图5a和图5b示出三个谐振器连接形成带通滤波器的透视图。
[0041] 应了解附图示意性地说明本发明但并不限制本发明的范围。
[0042] 附图标记列表
[0043] 10 印刷电路板
[0044] 12 切除区
[0045] 13 凹口
[0046] 15 阻塞电容器
[0047] 14 谐振器频率调谐装置/变容二极管
[0048] 15 阻塞电容器
[0049] 16 导电层
[0050] 17 凹状短线
[0051] 18 介电层
[0052] 20 上盖
[0053] 21 上盖的三维结构
[0054] 30 下盖
[0055] 31 下盖的三维结构
[0056] 40 介电元件
[0057] 41 电容间隙
[0058] 100 空腔谐振器
[0059] 200 带通滤波器系统
具体实施方式
[0061] 如在图1中可见，谐振器包括印刷电路板10和两个导电盖，上盖20和下盖30。两个盖都具有三维结构，其可见于下盖30上的附图标记31。两个盖是相同的且安装于印刷电路板的相对侧上。仅需要单个模具用于谐振器。
[0062] 图2示出根据本发明的谐振器的截面图。两个盖20、30安装到印刷电路板10的两侧上。盖的结构是相同的。两个盖都是由金属化塑性材料组成的模制件。为了实现制造谐振器的高准确度，在盖20、30的内部结构21、31与印刷电路板之间置有介电球40，在这个实例中，介电球40由石英制成。采用这种方式，公差非常关键的电容间隙41可维持在选定值。
[0063] 图3a和图3b示出谐振器电路板10的两个不同实施例的部分透视图。可以看出该板10由在介电板上具有顶部导体区16的层结构组成。该板具有蚀刻掉导电层的区域11和两个切除区12，从而形成凹状短线17。在操作中，此短线可由电容间隙(图2中的41)载入。
[0064] 图3说明沿着凹状短线17改变电流路径长度可能会如何影响谐振器的谐振频率。短线17是印刷电路板的部件，因此允许相同模制盖20、30用于例如滤波器中不同的谐振器。图3a示出一个实施例，其中沿着凹状短线17在两侧上的两个区域11中蚀刻掉顶部导体区16以实现给定谐振频率。图3b所示的实施例具有额外的蚀刻凹口13，其使电流路径更长且因此减小谐振器的谐振频率。
[0065] 两个实施例均示出电介质的切除区12，其由于强电场区域中的电介质而导致耗散损失减少。
[0066] 图4示出可如何将变容二极管14置到谐振器内作为调谐谐振器频率的装置。在二极管结合点16处的反向偏压控制结合电容。变容管电容的变化改变谐振器频率。通过使变容管14位于远离谐振器中电场最大处，频率调谐范围减小且限制了由于变容管14的耗散损失而造成的谐振器品质因数的恶化。同时，增强了由变容管在较大场强下所引入的非线性效应所决定的滤波器的功率处理能力。
[0067] 为了施加直流偏压，需要阻塞电容器15。
[0068] 所提出的谐振器结构允许仅基于所需频率调谐范围与可接受的品质因数降级之间的权衡以及功率处理能力来相对自由地选择变容管的位置，功率处理能力归因于变容二极管的特有特征。
[0069] 图5示出三个谐振器如何连接形成带通滤波器。图5a示出三层印刷电路板10的中央导体分布。三个谐振器具有略微不同的谐振频率，图5所示的带状线结构和PCB的顶部导体层和底部导体层一起实现这些谐振频率差异。利用图5a所示的带状线210来完成单独的谐振器之间的联接。这实现谐振器之间的联接以及输入/输出联接。可通过调节带状线结构来实现特定滤波器特征所需的不同联接。
[0070] 图5b示出由三个谐振器组成的整个滤波器，谐振器具有印刷电路板和上盖20与下盖30。
[0071] 仅需要单个模具用于这种滤波器，这在很大程度上节约了成本。
