專利名稱：空腔諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空腔諧振器、 一種制造空腔諧振器的方法和一種包括 空腔諧振器的帶通濾波器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空腔諧振器為射頻電磁能量在通常為空氣或真空的空體積中諧 振的諧振器，該體積由金屬包圍。
空腔諧振器的大小取決于操作頻率。在微波頻率(0.3 GHz至30 GHz)下，空腔諧振器的大小和重量為較大的。它們典型地以金屬碾壓 而成或由金屬鑄造而成。由于幾何形狀決定諧振頻率，因此需要高機(jī) 械精度和/或采用后期調(diào)諧。 一般通過將金屬調(diào)諧螺釘穿置于諧振器壁 中并轉(zhuǎn)動金屬調(diào)諧螺釘，造成合適的場畸變并且因此造成諧振頻率變 化來實(shí)現(xiàn)后期調(diào)諧。
空腔諧振器濾波器組合若干個諧振器以便獲得復(fù)雜的頻率選擇 特性。
結(jié)果表明，空腔諧振器和基于空腔諧振器的濾波器是不太適合大 規(guī)模生產(chǎn)的較大、較重、較為昂貴的部件。但是由于它們在能量損失 和高功率處理能力方面優(yōu)越的性能，它們?nèi)员?使用著。
一種減小在給定頻率工作的空腔大小的熟知方法為"凹狀空腔" 的形狀，其中電-茲場的電部分與^茲部分在幾何上基本分開且在一種電 容器中減小電場體積。允許進(jìn)行諧振頻率校正的調(diào)諧螺釘置于電容間 隙中。
由金屬化塑料制成的空腔諧振器濾波器在重量和成本方面可能 具有一定優(yōu)勢。金屬化塑料空腔諧振器濾波器已用于表面安裝式地焊 接到印刷電路板上，從而通過印刷電路板的表面金屬化在一側(cè)形成空腔。
在實(shí)現(xiàn)表面安裝式兼容空腔諧振器與相關(guān)的濾波器系統(tǒng)中出現(xiàn) 的問題為在空腔部件和印刷電路板的表面安裝和焊接過程中過高的 生產(chǎn)公差(對準(zhǔn)，焊料厚度)。
當(dāng)使用注模金屬化塑料部件來進(jìn)行大量生產(chǎn)時，由許多空腔諧振
器組成的空腔濾波器的成本變得較低。然而，模具(moldingform)占較 高的非經(jīng)常費(fèi)用。因此，給定的多諧振器濾波器的所有諧振器需要基 于相同的才莫制件。
這種方案的其余缺點(diǎn)在于實(shí)際上需要兩個或三個不同的模制件 來構(gòu)造諧振器。
這種上述方案的另一個缺點(diǎn)在于如果要將電子調(diào)諧裝置(諸如變 容二極管、MEMS裝置)放置到諧振器內(nèi)的印刷電路板(PCB)上，那么 由于諧振器中印刷電路板的幾何位置可能不太適合于調(diào)諧功能，這種 裝置可能會在其影響方面受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種空腔諧振器、 一種用于制造這種諧振 器的方法以及一種帶通濾波器系統(tǒng)，這種帶通濾波器系統(tǒng)具有較低的 生產(chǎn)成本，減少的不同部件的數(shù)目、高生產(chǎn)精度以及放置電子調(diào)諧裝 置的可能性。
利用具有權(quán)利要求1所述特征的空腔諧振器，具有權(quán)利要求12 所述特征的方法和具有權(quán)利要求18所述特征的帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)這 個目的。在從屬權(quán)利要求中給出有利的示例。
提出一種空腔諧振器，其包括印刷電路板、具有三維結(jié)構(gòu)的上導(dǎo) 電蓋和具有三維結(jié)構(gòu)的下導(dǎo)電蓋。才艮據(jù)本發(fā)明，上蓋與下蓋的結(jié)構(gòu)相 同，且兩個蓋安裝到印刷電鴻"板的相對側(cè)上。
并且因此這種凹狀空腔濾波器。給定濾波器的所有諧振器都使用單個 模具，這顯著地減小了模具的非經(jīng)常費(fèi)用。僅需要單個模具用于諧振器。
印刷電路板的定向?qū)υ谥C振器內(nèi)放置頻率調(diào)諧裝置的位置給予 了更大的自由度。調(diào)諧元件可添加到諧振器上，從而完全能利用表面 安裝式技術(shù)來生產(chǎn)可進(jìn)行電子調(diào)諧的空腔濾波器。
優(yōu)選地，印刷電路板由包括導(dǎo)電層與介電層的層結(jié)構(gòu)組成。
導(dǎo)電層可形成凹狀短線(re-entrant stub)。這個短線延伸到諧振器 的空腔內(nèi)。短線的導(dǎo)電材料與印刷電路板的周圍導(dǎo)電材料形成間隙， 使得短線進(jìn)入到空腔內(nèi)并且至少在一端電連接到印刷電路板上的其 余導(dǎo)電層。
在一個實(shí)施例中，印刷電路板包括鄰近凹狀短線的印刷電路板的 一個或多個切除區(qū)。由于在強(qiáng)電場區(qū)域中的電介質(zhì)，這些切除區(qū)使耗 散損失減少。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，凹狀短線可具有至少一個凹口。這 些凹口，例如，僅在導(dǎo)電層中或穿過所有層的蝕刻凹口 ，使電流路徑 更長且因此減小諧振器的諧振頻率。
在本發(fā)明的再一個實(shí)施例中，至少一個介電元件布置于導(dǎo)電蓋與 印刷電路板之間。這些介電元件優(yōu)選為球形的，并且布置于電容間隙 內(nèi)的蓋與電路板之間。這些區(qū)域是的公差非常關(guān)鍵(tolerance-critical)， 并且可以此方式實(shí)現(xiàn)更高的制造精度。電介質(zhì)可例如由石英組成。
可通過蝕刻來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電層的幾何形狀。
根據(jù)本發(fā)明的空腔諧振器可包括用于調(diào)諧諧振器頻率的裝置。所 提出的PCB設(shè)計對在諧振器內(nèi)放置電子調(diào)諧裝置的位置給予了較大 自由度。這使得能設(shè)計出例如可由變?nèi)莨苷{(diào)諧的空腔諧振濾波器，其 完全可通過表面安裝式焊接技術(shù)來生產(chǎn)。
這種調(diào)諧裝置優(yōu)選地布置于凹狀短線(即置于空腔內(nèi)的元件)與周 圍導(dǎo)電層之間，并且在它們之間的非導(dǎo)電區(qū)域內(nèi)。
這種裝置可例如為變?nèi)荻O管。為了能夠施加直流偏壓，可能需 要阻塞電容器。這些元件可置于較小電場的位置，從而減小變?nèi)莨茈娙輰χC振頻率的影響，但仍保持諧振器品質(zhì)因數(shù)較高且僅因變?nèi)莨芎?散損失而略微減小。
可選地，變?nèi)莨芸芍糜谳^高電場的位置，從而導(dǎo)致諧振頻率的運(yùn) 行范圍增加，但使諧振器品質(zhì)因數(shù)在很大程度上減小。直流偏壓線可 為印刷電路板的嵌入導(dǎo)體層中的跡線，其通過通孔連接到位于變?nèi)莨?與電容器之間的位置。
根據(jù)本發(fā)明的空腔諧振器的上導(dǎo)電蓋和/或下導(dǎo)電蓋可至少部分 地由金屬化塑料組成。
本發(fā)明還提供用于制造空腔諧振器的方法，其包括在具有三維 蓋結(jié)構(gòu)的上導(dǎo)電蓋與具有三維蓋結(jié)構(gòu)的相同的下導(dǎo)電蓋之間布置印 刷電路板，使得兩個蓋安裝在印刷電路板的相對側(cè)上。
在這個方法中，印刷電路板可由包括導(dǎo)電層與介電層的層結(jié)構(gòu)組
成o
優(yōu)選地，導(dǎo)電層形成凹狀短線。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，印刷電路板包括鄰近凹狀短線的一個或 多個切除區(qū)。
該方法可包4舌具有至少一個凹口的凹狀短線。
在另一實(shí)施例中，該方法包括布置于導(dǎo)電蓋與印刷電路板之間的
至少一個介電元件。
本發(fā)明的一個目的還利用帶通濾波器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，帶通濾波器系 統(tǒng)包括若干個上文所述類型的空腔諧振器。


在下文中，參看附圖來描述本發(fā)明的選定實(shí)施例
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的諧振器的透視圖2示出根據(jù)本發(fā)明的諧振器的截面圖3a和圖3b示出諧振器電路板的兩個實(shí)施例的部分透視圖。
圖4示出諧振器電路板的另一實(shí)施例的部分透視圖。圖5a和圖5b示出三個諧振器連接形成帶通濾波器的透視圖。 應(yīng)了解附圖示意性地說明本發(fā)明但并不限制本發(fā)明的范圍。
附圖標(biāo)記列表 10印刷電路板 12切除區(qū) 13凹口 15阻塞電容器
14諧振器頻率調(diào)諧裝置/變?nèi)荻O管
15阻塞電容器
16導(dǎo)電層
17凹狀短線
18介電層
20上蓋
21上蓋的三維結(jié)構(gòu) 30下蓋
31下蓋的三維結(jié)構(gòu) 40介電元件 41電容間隙 100空腔諧振器 200帶通濾波器系統(tǒng) 210帶狀線
具體實(shí)施例方式
如在圖1中可見，諧振器包括印刷電聘4反IO和兩個導(dǎo)電蓋，上 蓋20和下蓋30。兩個蓋都具有三維結(jié)構(gòu)，其可見于下蓋30上的附圖 標(biāo)記31。兩個蓋是相同的且安裝于印刷電路板的相對側(cè)上。僅需要單 個模具用于諧振器。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的諧振器的截面圖。兩個蓋20、 30安裝到 印刷電路板10的兩側(cè)上。蓋的結(jié)構(gòu)是相同的。兩個蓋都是由金屬化 塑性材料組成的模制件。為了實(shí)現(xiàn)制造諧振器的高準(zhǔn)確度，在蓋20、 30的內(nèi)部結(jié)構(gòu)21、 31與印刷電路板之間置有介電球40,在這個實(shí)例 中，介電球40由石英制成。采用這種方式，公差非常關(guān)鍵的電容間 隙41可維持在選定值。
圖3a和圖3b示出諧振器電路板10的兩個不同實(shí)施例的部分透視 圖?？梢钥闯鲈摪?0由在介電板上具有頂部導(dǎo)體區(qū)16的層結(jié)構(gòu)組成。 該+反具有蝕刻掉導(dǎo)電層的區(qū)域11和兩個切除區(qū)12, >^人而形成凹狀短 線17。在操作中，此短線可由電容間隙(圖2中的41)載入。
圖3說明沿著凹狀短線17改變電流路徑長度可能會如何影響諧 振器的諧振頻率。短線17是印刷電路板的部件，因此允許相同模制 蓋20、 30用于例如濾波器中不同的諧振器。圖3a示出一個實(shí)施例， 其中沿著凹狀短線17在兩側(cè)上的兩個區(qū)域11中蝕刻掉頂部導(dǎo)體區(qū)16 以實(shí)現(xiàn)給定諧振頻率。圖3b所示的實(shí)施例具有額外的蝕刻凹口 13, 其使電流路徑更長且因此減小諧振器的諧振頻率。
兩個實(shí)施例均示出電介質(zhì)的切除區(qū)12,其由于強(qiáng)電場區(qū)域中的電 介質(zhì)而導(dǎo)致耗散損失減少。
圖4示出可如何將變?nèi)荻O管14置到諧振器內(nèi)作為調(diào)諧諧振器 頻率的裝置。在二極管結(jié)合點(diǎn)16處的反向偏壓控制結(jié)合電容。變?nèi)?管電容的變化改變諧振器頻率。通過使變?nèi)莨?4位于遠(yuǎn)離諧振器中 電場最大處，頻率調(diào)諧范圍減小且限制了由于變?nèi)莨?4的壽毛散損失 而造成的諧振器品質(zhì)因數(shù)的惡化。同時，增強(qiáng)了由變?nèi)莨茉谳^大場強(qiáng) 下所引入的非線性效應(yīng)所決定的濾波器的功率處理能力。
為了施加直流偏壓，需要阻塞電容器15。
所提出的諧振器結(jié)構(gòu)允許僅基于所需頻率調(diào)諧范圍與可接受的 品質(zhì)因數(shù)降級之間的權(quán)衡以及功率處理能力來相對自由地選擇變?nèi)?管的位置，功率處理能力歸因于變?nèi)荻O管的特有特征。圖5示出三個諧振器如何連接形成帶通濾波器。圖5a示出三層印 刷電路板10的中央導(dǎo)體分布。三個諧振器具有略微不同的諧振頻率， 圖5所示的帶狀線結(jié)構(gòu)和PCB的頂部導(dǎo)體層和底部導(dǎo)體層一起實(shí)現(xiàn)這 些諧振頻率差異。利用圖5a所示的帶狀線210來完成單獨(dú)的諧振器之 間的聯(lián)接。這實(shí)現(xiàn)諧振器之間的聯(lián)接以及輸入/輸出聯(lián)接?？赏ㄟ^調(diào)節(jié) 帶狀線結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)特定濾波器特征所需的不同聯(lián)接。
圖5b示出由三個諧振器組成的整個濾波器，諧振器具有印刷電 4^反和上蓋20與下蓋30。
僅需要單個模具用于這種濾波器，這在很大程度上節(jié)約了成本。
權(quán)利要求
1. 一種空腔諧振器(100)，其包括印刷電路板(10)；具有三維結(jié)構(gòu)(21)的上導(dǎo)電蓋(20)；以及具有三維結(jié)構(gòu)(31)的下導(dǎo)電蓋(30)；其中，所述上蓋(20)與所述下蓋(30)的結(jié)構(gòu)相同，所述兩個蓋(20，30)安裝在所述印刷電路板(10)的相對側(cè)上；其中，所述印刷電路板(10)由包括導(dǎo)電層(16)和介電層(18)的層結(jié)構(gòu)組成；其中，所述導(dǎo)電層(16)通過沿著凹狀短線(17)在兩側(cè)(11)上從所述印刷電路板(10)部分地移除所述導(dǎo)電層(16)而形成所述凹狀短線(17)；以及其中，所述凹狀短線(17)具有至少一個凹口(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空腔諧振器(IOO),其特征在于，所述印 刷電路板(10)包括鄰近所述凹狀短線(17)的一個或多個切除區(qū)(12)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空腔諧振器(IOO),其特征在于，至少一 個介電元件(40)布置于導(dǎo)電蓋(21,31)與所述印刷電路板(10)之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空腔諧振器(IOO)，其特征在于，用于調(diào) 諧所述諧振器頻率的至少一個裝置(14)布置于所述印刷電路板(10)的 所述短線(17)與周圍導(dǎo)電層(16)之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空腔諧振器(100)，其特征在于，用于調(diào) 諧所述諧振器頻率的至少一個裝置(14)包括至少一個變?nèi)荻O管(14)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空腔諧振器(100),其特征在于，直流偏 壓線連接布置于所述印刷電游4反(10)的所述短線(17)與周圍導(dǎo)電層(16) 之間。
7. —種用于制造空腔諧振器(100)的方法，該方法包括以下步驟 將印刷電路板(10)布置于具有三維蓋結(jié)構(gòu)(21)的上導(dǎo)電蓋(20)與具有三維蓋結(jié)構(gòu)(31)的相同的下導(dǎo)電蓋(30)之間，使得兩個蓋(20,30) 安裝在所述印刷電路板(10)的相對側(cè)上，其中，所述印刷電路板(IO) 由包括導(dǎo)電層(16)和介電層(18)的層結(jié)構(gòu)組成；除所述導(dǎo)電層(16)來形成所述凹狀短線(17);以及 在所述凹狀短線(17)中形成的至少一個凹口(13)。
8. —種帶通濾波器系統(tǒng)(200)，其包括多個根據(jù)權(quán)利要求1所述的 空腔諧振器(IOO)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶通濾波器系統(tǒng)(200)，其特征在于，利 用帶狀線(210)來完成單獨(dú)的諧振器之間的聯(lián)接，所述帶狀線(210)是所 述諧振器的印刷電路板的 一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及空腔諧振器、一種制造空腔諧振器的方法以及一種包括空腔諧振器的帶通濾波器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的空腔諧振器(100)包括印刷電路板(10)；具有三維結(jié)構(gòu)(21)的上導(dǎo)電蓋(20)和具有三維結(jié)構(gòu)(31)的下導(dǎo)電蓋(30)。上蓋(20)和下蓋(30)的結(jié)構(gòu)相同且兩個蓋(20，30)安裝在印刷電路板(10)的相對側(cè)上。
文檔編號H03H9/02GK101425788SQ20081017398
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者J·赫澤爾巴特 申請人:盧森特技術(shù)有限公司