專利名稱：半同軸諧振器及濾波器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于移動通信基站裝置的濾波器裝置等的半同軸諧振器及濾波 器裝置。
背景技術：
近幾年，在移動通信系統中必需確保高靈敏度的收發信號性能和優良的通話性 能，因此在用于該系統的基站裝置、終端設備的濾波器裝置中，要求確保幾乎不會使信號成 分變差的較高的Q值(quality factor)特性和在嚴酷的溫度條件下也穩定的通過特性。除 此之外，對于廉價的要求也極為嚴格。在上述基站裝置的濾波器裝置中使用的諧振器，大多使用電介質諧振器。這種諧 振器的諧振元件(諧振體)是陶瓷制的。為了制造陶瓷諧振體，需要經過籌備合適的材料、 制作精巧的模具、控制燒制溫度等困難的制造工序，因此陶瓷諧振體成為了昂貴的元件。因 此在價格競爭激烈的近來，存在對它的使用有顧慮的狀況。因此，代替以電介質作為諧振體的諧振器，正在對用金屬制的諧振體作為內導體 及將用于設置諧振體的金屬制的殼體作為外導體的半同軸諧振器進行重新評估。半同軸諧振器是這樣一種諧振器在由鋁等金屬做成的殼體(外導體)內設置用 黃銅等金屬做成且頂部平坦的圓柱狀的諧振體(內導體)，諧振體頂部(開放端)和殼體的 壁之間形成電容(頂端電容)，由內導體的電抗成分和頂端電容引起諧振。因為全部由金屬 做成，所以有價廉且容易加工的優點，相反也有因為由溫度變化引起的內導體的延長和收 縮而使諧振頻率容易變動的缺點。作為這種諧振器，以往公知有以下這種半同軸諧振器(以下，稱為以往技術1)，其 由2種線膨脹系數不同的零件構成用于形成內導體的諧振體，通過改變這2種零件的長度 的比率來抵消內導體的長度因線膨脹系數而在外觀上發生的變化，且補償由溫度變化引起 的諧振頻率的變動(參考專利文獻1)。專利文獻1 日本特開平11-298213號公報采用以往技術1，雖然能夠對由溫度變化及諧振體的線膨脹系數引起的諧振頻率 的變動進行補償，但是，為此必須用精密的機械調整機構來組合這些線膨脹系數不同的2 種零件，且能夠改變這些線膨脹系數不同的2種零件的長度比率。因此，存在結構變得復雜 且制造成本較大等的問題。而且，由于諧振體以諧振體與殼體壁呈直角的方式安裝在殼體壁上，因此存在諧 振體的表皮電流集中在諧振體的從殼體壁豎立的角落部且Q值降低的問題。另外，若為了 使諧振器小型化而將諧振體和殼體壁的間隙變窄，則頂端電容增大，因此為了維持規定的 諧振頻率就不得不縮短諧振體的長度，因此存在作為諧振器的Q值降低的問題。
發明內容
本發明是鑒于這樣的實際情況而做成的，其第1目的在于，能夠以簡單的結構、低制造成本抑制由于溫度變化引起的諧振頻率的變動，其第2目的在于，此時能夠不降低諧 振器的Q值。另外，其第3目的在于能夠實現小型化。(1)技術方案1所述的發明是一種半同軸諧振器，其特征在于，其具有殼體和諧振 體，該殼體由金屬制成，且構成封閉空間，該諧振體設置在上述殼體內，其為金屬制的圓柱 狀，并且是從基部到頂端部附近逐漸減小直徑而使得縱截面形成為錐形，從頂端部附近到 頂端部以其縱截面側邊為曲線地改變直徑。(2)技術方案2所述的發明是根據技術方案1所述的半同軸諧振器，其特征在于， 上述殼體具有從殼體內表面以縱截面側邊是曲線狀豎立的、與殼體成為一體的諧振體的安 裝臺座。(3)技術方案3所述的發明是根據技術方案1或2所述的半同軸諧振器，其特征在 于，上述殼體的線膨脹系數大于諧振體的線膨脹系數。(4)技術方案4所述的發明是一種濾波器裝置，其特征在于，其具有構成封閉空間 的金屬制的殼體、用隔壁將殼體分隔成多個諧振室而成的各諧振室和設置在上述各諧振室 內的上述技術方案1 3中任一項所述的所述諧振體，且在與各諧振體頂部相面對的位置 處具有頻率調整用微調電容器，在與各壁的頂部相面對的位置處具有耦合用調整微調電容
ο(5)技術方案5所述的發明是根據技術方案4所述的濾波器裝置，其特征在于，上 述頻率調整用微調電容器及耦合用調整微調電容器都能夠相對于上述殼體自由地插入和 拔出。采用本發明，能夠以簡單的結構和低制造成本抑制由于溫度變化引起的諧振頻率 的變動。此時，諧振器的Q值不會降低，而且能夠實現小型化。
圖1是本發明的實施方式的半同軸諧振器的中央部分的側面剖視圖。圖2是諧振體3的詳細結構的說明圖。圖3是本發明其他實施方式的半同軸諧振器的中央部分的側面剖視圖。圖4是用于設置諧振體3的臺座9a的說明圖。圖5是本發明的實施方式的5級式帶通濾波器的結構圖。
具體實施例方式第一實施方式參照
本發明的實施方式的半同軸諧振器。圖1是本發明的實施方式的半 同軸諧振器的中央部分的側面剖視圖。在圖1中半同軸諧振器10包括由鋁、銅等金屬構 成的截面為二型的殼體1 ；由與殼體1相同的金屬構成且用螺絲2設置在殼體1的底面的 諧振體3 ；設置在殼體1的側面的輸入連接器4 ；設置在輸入連接器4的芯線部和殼體1的 底面之間、且用于使輸入電波與諧振體3耦合的耦合板5 ；在殼體1的與設置有輸入連接器 4的側壁相面對的側壁設置的輸出連接器6 ；設置在輸出連接器6的芯線部和殼體1的底面 之間、且用于耦合由諧振體3激勵的電波并使之輸出的耦合板7 ；用于封閉殼體1的開放部 的蓋體8。
圖2是諧振體3的詳細結構的說明圖。在圖2中，d表示蓋體8和諧振體3的間 隙寬度，h表示諧振體3在高度方向上的尺寸(長度)，c表示由蓋體8和諧振體3構成的 電容(頂端電容)。縱截面是指包含諧振體的中心線的截面。另外，諧振體3形成為縱截面 呈圓錐形的圓柱形狀，其直徑從與殼體1的底面相接觸的基部向與蓋體8相對的頂端部逐 漸減小，并且諧振體3的頂端部的直徑以使頂端部的角部的截面呈半徑為規定半徑R的圓 形狀的方式減小。另外，將高度h的尺寸設定為，在將諧振體3設想為半同軸線路時，與在 半同軸線路產生的駐波波長λ的1/4相同或比在半同軸線路產生的駐波波長λ的1/4略 小。通過設定為這樣的尺寸能夠構成這樣一種諧振器，該諧振器通過基于高度h的尺寸的、 電抗成分和形成于頂端部的電容(頂端電容)c來以規定的中心頻率共振。在圖1及圖2中，在用蓋體8封閉殼體1的狀態下，當從輸入連接器4輸入高頻信 號時，該高頻信號通過耦合板5與諧振體3耦合。通過該耦合，諧振體3激勵規定的諧振頻 率的高頻信號，激勵的高頻信號從耦合板7通過輸出連接器6被輸出。若以同軸線路說明上述高頻信號的激勵原理，則如下所述當通過耦合環等將高 頻信號與一側接地且另一側開放的長度為λ/4的同軸線路耦合時，該信號在開放端側發 生同相位反射，在接地端側發生反相位的反射，由于同軸路線的傳送損失，該信號稍微衰減 著往返于兩端而變成駐波。由于以電流和電壓的相位保持錯開90度的狀態，接地側的電壓 被固定為零，所以電壓在開放側成為最大值，電流在接地側成為最大值。因為一次激勵的信 號能量幾乎不怎么衰減地往返于兩端，所以會發生高頻信號的激勵，也就是說，作為諧振器 發揮作用。基于同樣的原理，由于諧振體3形成為其直徑從與殼體1底面相接觸的基部向與 蓋體8相對的頂端部逐漸減小的、縱截面呈圓錐形的圓柱形狀，因此，在圓柱的周圍的表皮 流動的電流路徑的截面面積越接近頂端部變得越小。因此，諧振體3周圍的表皮電流在從 基部到頂端部的范圍內均勻分布，由此能獲得Q值良好的諧振。圖2中右側的圖表示在諧 振體3的高度方向分布的電流的狀態。另外，有時由于需要抑制濾波器裝置的由溫度變化引起的諧振頻率的變動和滿足 小型化的要求，要盡量的縮小諧振器的縱、橫、高度的尺寸，特別是要盡量縮小高度的尺寸 即間隙寬度d。此時，在以往技術1所示的形成為完全的圓柱狀且頂端部平坦的諧振體中， 若縮小間隙寬度d則頂端電容c變大，因此，如果要維持相同的諧振頻率，則必須縮短諧振 體自身的長度，為此，不得不成為Q值顯著下降的諧振體。根據本實施方式的諧振體3，由于 頂端部以使其角部的截面呈半徑為規定半徑R的圓形狀的方式減小直徑，因此，即使縮小 間隙寬度d，頂端電容c也不會像以往技術1所示的諧振體那樣增大。因此，無需縮短諧振 體3的長度，諧振器的Q值也不會下降。并且，由于頂端部沒有角部，因此，在用于衛星通信 裝置的發送裝置等時輸入有高功率的高頻信號的情況下，即使間隙寬度d窄也不用擔心發 生放電現象。第二實施方式接著，說明本發明的其他實施方式的半同軸諧振器。圖3是本發明的其他實施方 式的半同軸諧振器的中央部分的側面剖視圖。在圖3中，諧振器20的特征在于，由鋁、銅等 金屬構成的、截面呈二字形的殼體9的底面具有臺座9a，該臺座9a與殼體9形成為一體且 用于設置實施方式1所示的諧振體3。另外，圖中對與圖1相同的結構部分標注了相同的附圖標記，并省略了說明。圖4是用于設置諧振體3的臺座9a的說明圖。在圖中，在以縱截面形狀看臺座9a 時，臺座9a的截面側邊呈從殼體9底面以較大的半徑r豎立的曲線狀，該臺座9a與殼體9 形成為一體。并且用螺絲2將諧振體3設置在臺座9a之上。另外，諧振體3被切削加工成 使諧振體3的與臺座9a接合的接合底面在圓周周圍構成安裝肋條部3a。如在實施方式1中所述，通過將諧振體3做成其直徑從與殼體的底面相接觸的基 部到與蓋體相對的頂端部逐漸減小的、縱截面呈圓錐形的圓柱形狀，且頂端部以其角部呈 半徑為規定半徑R的圓形狀，從而能夠獲得Q值良好的諧振器。但是，由于諧振體3的從殼 體1的底面豎立的豎立部陡峭，無法避免在該部分集中表皮電流的傾向，因此，該電流成為 使Q值降低的主要原因。因此，通過將諧振體3設置于與殼體9形成為一體、且從殼體9的 底面以縱截面形狀為較大的半徑r的曲線狀豎立的臺座9a上，表皮電流就不會集中在設置 部，因而Q值降低的主要原因也消失。另外，由于安裝肋條部3a與臺座9a接觸，即使臺座9a的安裝表面沒有加工成完 全的水平面，連接部分也不會出現空隙，所以不會弄亂表皮電流的分布。圖4中右側的圖表 示在諧振體3的高度方向上的電流分布從諧振體3的頂部至基部相同。第三實施方式接著說明實施方式1、2的半同軸諧振器的、對由溫度變化引起的諧振頻率的偏差 的抑制。本實施方式的半同軸諧振器的特征在于，在實施方式1、2的半同軸諧振器中，將具 有比諧振體3的線膨脹系數大的線膨脹系數的材料用作構成殼體1、9及蓋體8的材料。諧振體3的大小與諧振頻率的關系為，如果，ω…角頻率c…頂端電容Zq…諧振體的特性阻抗θ…諧振體的長度(電氣長(Electrical Length) ·相位角其中，θ < 90° )d…間隙寬度S…諧振體頂部的平面部的面積ε…介電常數那么，ω = d/ ( ε S Z0 Tan θ )= l/(c Z0 Tan θ )因此，如果頂端電容c變小，還有若諧振體的長度θ變短，則諧振頻率會變高。例如，如果殼體1、蓋體8用鋁制成，則鋁的線膨脹系數為23ppm/°C左右，假如在室 溫下以諧振頻率1000MHz進行共振，則在諧振器的內部溫度上升了 50°C的情況下，諧振頻 率會下降1. 15MHz，成為998. 5MHz。這樣，通常有隨著溫度上升諧振頻率下降的傾向。因此在本實施方式中，在實施方式1、2的半同軸諧振器中，將具有比諧振體3的線 膨脹系數大的線膨脹系數的材料用作構成殼體1、9及蓋體8的材料。通過使用這樣的材料， 在能縮小諧振體3和蓋體8之間的間隙寬度d的諧振器10和20中，隨著溫度的上升間隙 寬度d變大，進而使頂端電容c變小，所以能抑制由溫度變化引起的諧振頻率的偏差。第四實施方式
繼續接著說明使用實施方式1、2、3的半同軸諧振器的多段式帶通濾波器。圖5是表示本發明的實施方式的5段式帶通濾波器的結構的圖。在圖中，殼體90 具有與殼體90形成為一體的隔壁90b (4處)，該隔壁90b用于將殼體90分隔為多個例如5 個諧振室21、22、23、24、25。隔壁90b的高度比殼體90的高度低，例如有殼體90的高度的 一半左右。蓋體80的基本結構與蓋體8相同，但是，在本實施方式中，在各諧振室21 25 的與諧振體3的頂部相面對的位置處具有能夠自由地插入和拔出的頻率調整用微調電容 器11 (5處)，在與各隔壁90b頂部相面對的位置處具有能夠自由地插入和拔出的耦合用調 整微調電容器12(4處)。在此，與圖1、圖4相同的結構部分標注了相同的附圖標記，并省 略了說明。用蓋體80封閉殼體90，當將高頻信號從輸入連接器4輸入到諧振室21時，該高頻 信號通過耦合板5與諧振體3耦合并以所述諧振頻率進行激勵。此時，用頻率調整用微調 電容器11調整成為所述諧振頻率。該激勵的高頻信號被發送到諧振室22并與諧振室22 的諧振體3耦合，以接近所述諧振頻率的頻率激勵。此時，再一次用頻率調整用微調電容器 11調整成為所述諧振頻率。并且，用耦合用微調電容器12調整諧振室21、22的高頻信號的 耦合位置關系，調整的結果，激勵的高頻信號成為具有2個諧振頻率峰值的頻率響應。通過對諧振室23、24、25進行相同的頻率調整和耦合調整，成為有5個諧振頻率峰 值的頻率響應，經過耦合板7及輸出連接器6輸出，所以能構成寬帶的帶通濾波器。由于各 諧振室的諧振體3的Q值較高，所以能做成質量較好的寬帶通濾波器。根據實機試驗，將中 心頻率設為2GHz時候，頻帶寬度是20MHz。
權利要求
一種半同軸諧振器，其特征在于，其具有殼體和諧振體，該殼體由金屬制成，且構成封閉空間，該諧振體設置在殼體內，其為金屬制的圓柱狀，從其基部到頂端部附近直徑逐漸減小而使縱截面構成錐形，從頂端部附近到頂端部以其縱截面的側邊構成曲線的方式改變直徑。
2.根據權利要求1所述的半同軸諧振器，其特征在于，上述殼體具有用于安裝諧振體的安裝臺座，該安裝臺座從殼體內表面以縱截面的側邊 為曲線狀豎立并與殼體成為一體。
3.根據權利要求1或2所述的半同軸諧振器，其特征在于，上述殼體的線膨脹系數大于 諧振體的線膨脹系數。
4.一種濾波器裝置，其特征在于，其具有構成封閉空間的金屬制的殼體、用隔壁將殼體分隔成多個諧振室而成的各諧振 室和設置在上述各諧振室內的上述權利要求1 3中任一項所述的所述諧振體，在與各諧 振體頂部相面對的位置處具有頻率調整用微調電容器，在與各壁的頂部相面對的位置處具 有耦合用調整微調電容器。
5.根據權利要求4所述的濾波器裝置，其特征在于，上述頻率調整用微調電容器及耦合用調整微調電容器都能夠相對于上述殼體自由地 插入和拔出。
全文摘要
本發明提供一種不會降低Q值而能抑制由于溫度變化引起的諧振頻率的變動的半同軸諧振器及濾波器裝置。在被蓋體(8)封閉的殼體(1)的底面設置直徑從基部向與蓋體(8)相面對的頂端部逐漸減少且頂端部具有圓部的諧振體(3)。從輸入連接器(4)通過耦合板(5)向諧振體(3)輸送電波，將由諧振體(3)激勵的電波從耦合板(7)、輸出連接器(6)輸出。殼體(1)、蓋體(8)的線膨脹系數比諧振體(3)的線膨脹系數大。諧振體(3)的表皮電流從基部到頂部相同，所以Q值不會降低。由于頂端部的圓部，即使由于溫度變化使蓋體(8)和諧振體(3)的頂部的間隙變窄，頂端電容也不會變大，因此能抑制由于溫度變化引起的諧振頻率的變動。
文檔編號H01P1/202GK101989675SQ20091026122
公開日2011年3月23日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年8月4日
發明者國村真 申請人:株式會社多摩川電子