阅读说明：本技术 多模谐振器 (Multimode resonator ) 是由 白云鹏 贾守礼 李超 于 2017-12-08 设计创作，主要内容包括：本公开的实施例涉及一种多模谐振器。该多模谐振器包括：腔体；被设置在腔体中并且被定向在纵向方向上的上支撑件；被设置在腔体中并且在纵向方向上与上支撑件对准的下支撑件；以及介电芯,该介电芯被设置在上支撑件与下支撑件之间并且包括与多个谐振模式相关联的多个分支；以及被设置在腔体中的与介电芯的分支相关联的至少一个调谐螺钉。至少一个调谐螺钉是可调节的以调节与分支相关联的谐振模式。(Embodiments of the present disclosure relate to a multimode resonator. The multimode resonator includes: a cavity; an upper support disposed in the cavity and oriented in the longitudinal direction; a lower support disposed in the cavity and aligned with the upper support in the longitudinal direction; and a dielectric core disposed between the upper support and the lower support and including a plurality of branches associated with a plurality of resonant modes; and at least one tuning screw disposed in the cavity associated with the branch of the dielectric core. At least one tuning screw is adjustable to adjust a resonant mode associated with the branch.)

多模谐振器

技术领域

本公开的实施例总体上涉及通信领域，并且具体地涉及多模谐振器、包括该多模谐振器的介电滤波器、以及包括该介电滤波器的通信设备。

背景技术

射频(RF)滤波器或介电滤波器是无线通信系统(例如，第四代(4G)或第五代(5G)通信系统)中非常关键的部分。在这种滤波器的设计中，通常期望滤波器包括具有高品质因数(例如，Q值)的谐振器。谐振器可以是例如单模谐振器或多模谐振器。一般而言，以两种或更多模式操作的多模谐振器在改进滤波器性能和减小谐振器大小方面更有利。

然而，在传统设计中，关于要解决的多模谐振器仍然存在一些问题。例如，通常在谐振器中使用的粘合剂会不希望地降低Q0的值。此外，谐振器的支撑件可能会对平行于Z轴的谐振模式产生负面影响，尤其是在Q0和温度漂移方面。另外，通常难以调节或调谐谐振器的谐振模式，特别是在批量生产中。

发明内容

总体上，本公开的示例实施例提供了一种多模谐振器、包括该多模谐振器的介电滤波器、以及包括该介电滤波器的通信设备。

在第一方面，提供了一种多模谐振器。该多模谐振器包括：腔体；被设置在腔体中并且被定向在纵向方向上的上支撑件；被设置在腔体中并且在纵向方向上与上支撑件对准的下支撑件；以及被设置在上支撑件与下支撑件之间并且包括与多个谐振模式相关联的多个分支的介电芯；以及被设置在腔体中的与介电芯的分支相关联的至少一个调谐螺钉，其中至少一个调谐螺钉是可调谐的以调节与分支相关联的谐振模式。

在一些实施例中，介电芯包括在与纵向方向垂直的径向方向上彼此交叉的第一分支和第二分支。

在一些实施例中，介电芯还包括在纵向方向上与第一分支和第二分支交叉的第三分支。

在一些实施例中，介电芯还包括在径向方向上与第一分支和第二分支交叉并且沿着径向方向周向延伸的第三分支。

在一些实施例中，介电芯还包括在纵向方向上与第一分支、第二分支和第三分支交叉的第四分支。

在一些实施例中，上支撑件和下支撑件中的每个支撑件具有圆柱形状或立方体形状，并且包括用于在纵向方向上容纳介电芯的分支的孔，其中孔的壁与分支分离。

在一些实施例中，至少一个调谐螺钉包括侧切螺钉，该侧切螺钉包括第一部分和第二部分，第二部分与第一部分共同限定侧切螺钉的侧向表面，其中第一部分具有圆形横截面并且第二部分具有小于圆形横截面的一半的横截面。

在一些实施例中，第二部分在纵向方向上的长度大于介电芯的分支的厚度。

在一些实施例中，至少一个调谐螺钉包括以下中的至少一项：第一侧切螺钉，该第一侧切螺钉被设置在多个分支中的第一分支的端部处并且可操作以调节与第一分支相关联的第一谐振模式；一对第一侧切螺钉，该一对第一侧切螺钉被设置在第一分支的端部处并且可操作以调节与第一分支相关联的第一谐振模式；第二侧切螺钉，该第二侧切螺钉被设置在多个分支中的第二分支的端部处并且可操作以调节与第二分支相关联的第二谐振模式，其中第二谐振模式与第一谐振模式正交；一对第二侧切螺钉，该一对第二侧切螺钉被设置在第二分支的端部处并且可操作以调节与第二分支相关联的第二谐振模式；以及普通螺钉，该普通螺钉被设置在多个分支中的第三分支中并且可操作以调节与第三分支相关联的第三谐振模式，其中第三谐振模式与第一谐振模式和第二谐振模式两者正交。

在一些实施例中，谐振器还可以包括可操作用于将谐振器耦合至相邻的谐振器的耦合元件。

在一些实施例中，耦合元件是耦合窗口或耦合带状线。

在一些实施例中，谐振器还可以包括被设置在谐振器的顶部上的盖。

在一些实施例中，谐振器还可以包括被设置在谐振器的底部处并且提供谐振器的安装的压力的弹簧垫圈。

在第二方面，提供了一种介电滤波器。该介电滤波器包括根据第一方面的多模谐振器。

在第三方面，提供了一种通信设备。该通信设备包括根据第二方面的介电滤波器。

通过以下描述，本公开的其他特征将变得容易理解。

附图说明

通过附图中对本公开的一些实施例的更详细描述，本公开的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1示出了根据本公开的一些实施例的谐振器的透视图；

图2示出了根据本公开的一些实施例的谐振器的截面图；

图3示出了根据本公开的一些实施例的介电芯的示意图；

图4A至图4C分别示出了根据本公开的一些实施例的三模谐振器的电场和磁场的分布；

图5A至图5D分别示出了根据本公开的一些实施例的介电芯的示意图；

图6示出了根据本公开的一些实施例的支撑件的示意图；

图7A示出了根据本公开的一些实施例的支撑件设计的示意图；

图7B示出了根据本公开的一些实施例的支撑件设计对三种谐振模式的影响的示意图；

图8A示出了根据本公开的一些实施例的侧切螺钉的示意图；

图8B示出了根据本公开的一些实施例的普通螺钉的示意图；

图9A和图9B分别示出了根据本公开的一些实施例的介电滤波器的示意图；以及

图10示出了根据本公开的一些实施例的通信设备的结构的示意图。

贯穿所有附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。应当理解，这些实施例仅出于说明的目的进行描述，并且帮助本领域技术人员理解和实现本公开，而没有对本公开的范围提出任何限制。本文中描述的公开可以以除了下面描述的方式以外的各种各种方式来实现。

在以下说明书和权利要求书中，除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。

如本文中使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。术语“包括”及其变体应当被理解为开放术语，表示“包括但不限于”。术语“基于”应当被理解为“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应当被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应当被理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以是指不同或相同的对象。下面可以包括其他定义(显式和隐式)。

图1示出了根据本公开的一些实施例的多模谐振器100的透视图。为了讨论的目的，在本公开的实施例中，术语“谐振模式”也被称为“模式”。

如所示出的，谐振器100包括腔体101。在腔体101中，设置有上支撑件102、下支撑件103和介电芯104。另外，在腔体101中还设置有至少一个调谐螺钉，在这种情况下为五个调谐螺钉105₁、105₂、105₃、105₄和105₅(统称为“105”)。

在图1所示的示例中，上支撑件102被定向在纵向方向上。下支撑件103在纵向方向上与上支撑件对准。介电芯104被设置在上支撑件102与下支撑件103之间。介电芯104包括与多个谐振模式相关联的多个分支。在该示例中，介电芯104具有控制三种谐振模式的三个分支。

调谐螺钉105被设置在腔体中并且与介电芯104的分支相关联，并且可调谐以调节与该分支相关联的谐振模式。例如，调谐螺钉105₁和105₂被布置在介电芯104的第一分支的端部处，并且可以被调谐以调节与第一分支相关联的谐振模式。调谐螺钉105₃和105₄被布置在介电芯104的第二分支的端部处，并且可以被调谐以调节与第二分支相关联的谐振模式。另外，调谐螺钉105₅被布置在介电芯104的第三分支中。第三分支在纵向方向上被设置在上支撑件102和下支撑件103的孔中。例如，通过调节纵向方向上的长度，可以调谐调谐螺钉105₅以调节与第三分支相关联的谐振模式。

根据本公开的实施例，三个分支与腔体101的壁之间的间隙可以基本相同，因此可以将三种模式的温度漂移减小到相同水平。此外，介电芯104由上支撑件102和下支撑件103支撑，并且与腔体101的壁开路。这样，谐振器100不受短路质量问题的影响。另外，在谐振器100的安装中没有使用粘合剂材料，因此多模谐振器100的Q0的值较高。

应当理解，尽管关于图1所描述的实施例示出了介电芯104包括三个分支，但是这仅用于说明的目的并且帮助本领域技术人员理解和实现本公开的实施例，而没有对本公开的范围提出任何限制。本文中描述的公开可以利用包括两个分支或三个以上分支的介电芯104来实现。

在一些实施例中，谐振器100还可以包括被设置在谐振器的顶部上的盖。调谐螺钉105可以例如被安装在盖中并且在纵向方向上延伸到腔体101。因此，它更适合批量生产。

在一些实施例中，谐振器100还可以包括被设置在谐振器的底部处的弹簧垫圈。弹簧垫圈可以提供谐振器的安装的压力。下面关于图2讨论多模谐振器100的更多细节。

图2示出了根据本公开的一些实施例的谐振器100的截面图。如图2所示，腔体101可以由金属制成。可以通过弹簧垫圈107和盖106的按压力来将介电芯104安装在金属腔体101中。介电芯104包括由上支撑件102和下支撑件103支撑的三个分支。这三个分支产生三种横向电动模式(例如，TM01模式)。TM01模式分别平行于x轴、y轴和z轴，并且分别称为TM01x、TM01y和TM01z模式。可以实现一个或多个调谐螺钉105以用于每种模式的频率调谐。在图2的截面图中，示出了三个调谐螺钉105₁、105₂和105₅。

在本公开的一些实施例中，纵向方向可以是平行于y轴的方向，并且径向方向与纵向方向垂直。应当理解，这是出于说明而非限制的目的而讨论的。在一些其他实施例中，纵向方向可以是不同的方向，例如，平行于x轴或z轴的方向。

在一些实施例中，盖106和/或腔体101可以由诸如铝等金属制成。在一些实施例中，可以将银镀在盖106和/或腔体101的表面上。以这种方式，可以改进导电性。

在一些实施例中，弹簧垫圈107可以位于下支撑件103与腔体101的底部之间。弹簧垫圈107可以提供安装的压力。

介电芯104是谐振器100的关键部分。图3示出了根据本公开的一些实施例的介电芯104的结构的示意图。在本公开的实施例中，介电芯104可以由高介电常数Er、低损耗和温度稳定的陶瓷材料制成。

在关于图3所示的实施例中，介电芯104包括三个分支，即x分支310、y分支320和z分支330。这些分支310、320和330分别实现三种谐振模式。就平行于每种模式的电场的轴(x、y或z轴)而言，这三种模式分别称为TM01x、TM01y和TM01z。这三种模式是正交的，并且因此它们之间没有耦合。每种模式的频率可以通过多种因素来控制，例如，介电芯的材料的介电常数Er、与该模式相对应的分支的长度、分支与腔体的壁之间的间隙等。

如图3所示，z分支330可以具有孔340以在纵向方向上容纳调谐螺钉。另外，x分支310可以具有两个端部350，并且y分支320可以具有两个端部360。每个端部可以被构造为合适于调节TM01模式(诸如TM01x模式、TM01y模式等)的频率以及相关联的调谐螺钉的形状。

三种模式TM01x、TM01y和TM01z可以具有电场(E场)和磁场(M场)的不同分布。图4A至图4C分别示出了根据本公开的一些实施例的三模谐振器的电场和磁场的分布。如图4A至图4C所示，实线箭头指示电场的方向，而虚线箭头指示磁场的方向。特别地，如图4B所示，符号指示电场的方向为“入”，即垂直于图4B所示的平面的方向。

介电芯可以以各种方式构造以产生各种谐振模式。图5A至图5D分别示出了根据本公开的一些实施例的介电芯的示意图。

在一些实施例中，介电芯可以包括在与纵向方向垂直的径向方向上彼此交叉的第一分支和第二分支，如图5A所示。以这种方式，介电芯可以提供两种模式(TM01z+TM01y)。在这种情况下，谐振器100可以被实现为双模式谐振器。

在一些备选实施例中，介电芯可以包括在与纵向方向垂直的径向方向上彼此交叉的第一分支和第二分支、以及在纵向方向上与第一分支和第二分支交叉的第三分支，如图5B所示。在这种情况下，介电芯可以为三模谐振器提供三种模式(TM01x+TM01y+TM01z)。

在另外的备选实施例中，介电芯可以包括在与纵向方向垂直的径向方向上彼此交叉的第一分支和第二分支、以及在径向方向上与第一分支和第二分支交叉并且沿着径向方向周向延伸的第三分支，如图5C所示。在这种情况下，介电芯可以为三模谐振器提供三种模式(TM01x+TM01y+TE01)，其中TE表示横向磁模式。

在另外的备选实施例中，介电芯可以包括在与纵向方向垂直的径向方向上彼此交叉的第一分支和第二分支、在径向方向上与第一分支和第二分支交叉并且沿着径向方向周向延伸的第三分支、以及在纵向方向上与第一分支、第二分支和第三分支交叉的第四分支。这在图5D中示出。这样，介电芯可以为四模谐振器提供四个模式(TM01x+TM01y+TM01z+TE01)。

应当理解，图5A至图5D所示的以上示例被描述以用于说明介电芯，而不是限制。本领域技术人员将理解，介电芯可以以其他合适的形式来实现。

上支撑件102和下支撑件103(在一些实施例中统称为“支撑件”)可以具有圆柱形状、立方体形状或其他合适的形状。在一些实施例中，上支撑件102和/或下支撑件103由低损耗低介电常数的Er介电材料(诸如氧化铝或其他低Er陶瓷材料)制成。

图6示出了根据本公开的一些实施例的支撑件600的示意图。如图所示，支撑件600具有圆柱形状，可以包括用于在纵向方向上容纳介电芯的分支(例如，z分支330)的孔610。图7A示出了根据本公开的一些实施例的支撑件设计的示意图。孔610的壁710与z分支330分离，例如以表示为d的距离分离。

距离d越大，支撑件对TM01z模式的影响越小，对TM01x/TM01y模式的影响越大。通过调节距离d，可以相应地调节支撑件对三种模式的影响。在某些情况下，距离d被配置为类似地影响所有三种模式。图7B示出了根据本公开的一些实施例的支撑件设计对三种谐振模式的影响的示意图。如图7B所示，当d＝4.3mm时，支撑件对三种模式的影响是相同的。

调谐螺钉105可以具有不同的类型或形式，例如，侧切螺钉、普通螺钉等。在一些实施例中，调谐螺钉105₁至105₅中的任何一个可以被实现为侧切螺钉、普通螺钉等。例如，调谐螺钉105₁和105₂可以都是侧切螺钉，也可以都是普通螺钉，或者一个是侧切螺钉，而另一个是普通螺钉。图8A示出了根据本公开的一些实施例的侧切螺钉810的示意图。侧切螺钉810可以包括第一部分811和第二部分812。第二部分812与第一部分811共同限定侧切螺钉810的侧向表面813。第一部分811和第二部分912可以整体形成或构造为单独的组件。

第一部分811具有圆形横截面，并且第二部分具有小于圆形横截面的一半的横截面。在一些实施例中，第二部分812的横截面面积可以是第二部分811的横截面面积的40％、30％或更小。

在一些实施例中，第二部分812在纵向方向上的长度可以大于分支(例如，x分支310、y分支320等)的厚度。以这种方式，可以以更加动态和灵活的方式来调节谐振模式的频率。

在根据本公开的实施例的谐振器中可以使用一个或多个侧切螺钉。在一些实施例中，第一侧切螺钉可以被设置在多个分支中的第一分支的端部处，并且可以可操作以调节与第一分支相关联的第一谐振模式。

备选地，一对第一侧切螺钉可以被设置在第一分支的端部处。它们可以可操作以调节与第一分支相关联的第一谐振模式。

作为另外的备选方案，第二侧切螺钉可以被设置在多个分支中的第二分支的端部处，并且可以可操作以调节与第二分支相关联的第二谐振模式。第二谐振模式与第一谐振模式正交。

作为又一备选方案，一对第二侧切螺钉可以被设置在第二分支的端部处，并且可以可操作以调节与第二分支相关联的第二谐振模式。在这种情况下，第二谐振模式与第一谐振模式正交。

例如，侧切螺钉810可以被用于调谐TM01x和TM01y模式。通过将调谐螺钉从0°旋转到180°，侧切螺钉与分支之间的距离将被改变，因此可以调谐频率。为了增加调谐范围，两个侧切螺钉(例如，调谐螺钉105₁和105₂)位于x分支310的端部处以用于TM01x的频率调谐。同样，两个侧切螺钉(例如，调谐螺钉105₃和105₄)位于y分支320的端部处以用于TM01y的频率调谐。

在一些实施例中，普通螺钉可以被设置在多个分支中的第三分支中，并且可操作以调节与第三分支相关联的第三谐振模式。在这种情况下，第三谐振模式与第一谐振模式和第二谐振模式两者正交。在一些实施例中，被设置在第三分支(例如，z分支330)中的普通螺钉可以是金属盘或陶瓷盘。

例如，普通螺钉可以用于调谐TM01z。图8B示出了根据本公开的一些实施例的普通螺钉820的示意图。例如，通过调节插入腔体中的普通螺钉820的长度，可以调谐TM01z的频率。普通螺钉的螺钉头可以是自锁的或螺母锁紧的。

关于本公开的实施例而讨论的谐振器100具有一些优点。例如，上支撑件和下支撑件沿着z轴定位，但是与z分支330保持一定距离。以这种方式，支撑件对三种模式的影响可以相同，这有利于减小温度漂移。同时，三种谐振模式由三个分支独立控制，因此每个模式的频率可以独立调谐。此外，在三模谐振器内部不存在耦合，并且因此包括这种谐振器的滤波器的调谐更加有效并且更适合于批量生产。另外，侧切螺钉适合于批量生产。

本公开的实施例还提供了一种包括根据本公开的实施例的多模谐振器的介电滤波器。在滤波器中，多模谐振器可以通过一个或多个耦合元件耦合到相邻的金属谐振器。耦合元件可以是例如耦合窗口、耦合带状线和能够耦合谐振器的其他合适的元件。

图9A和图9B分别示出了根据本公开的一些实施例的介电滤波器910和920的结构的示意图。

在图9A的示例中，滤波器910可以包括三个谐振器911、912和913。谐振器912是根据本公开的实施例的多模谐振器，例如，谐振器100。谐振器911和913分别是单模谐振器。谐振器911和912通过耦合窗口耦合，并且谐振器912和913通过另一耦合窗口耦合。滤波器910还可以包括分别用于信号输入和输出的两个端口914和915，也称为端口1和端口2。

在图9B的示例中，滤波器920可以包括三个谐振器921、922和923。谐振器922是根据本公开的实施例的多模谐振器，例如，谐振器100。谐振器921和923分别是单模谐振器。谐振器921和922通过耦合带状线耦合，并且谐振器922和923通过另一耦合带状线耦合。滤波器920还可以包括用于信号输入和输出的两个端口924和925，也分别称为端口1和端口2。

将基于图10描述根据本公开的一些实施例的通信设备的结构。

图10示出了根据本公开的一些实施例的通信设备的结构的示意图。在通信设备中，传输滤波器和接收滤波器构成被形成为天线共享设备的双工器。传输电路连接到双工器的传输信号输入端口，并且接收电路连接到接收信号输出端口。通过将天线连接到双工器的输入端口和输出端口，形成了通信设备的高频。

通信设备可以包括例如网络设备、卫星设备、雷达设备等。如本文中使用的，术语“网络设备”是指能够提供或托管终端设备可以在其中通信的小区或覆盖范围的设备或基站(BS)。网络设备的示例包括但不限于节点B(NodeB或NB)、演进型NodeB(eNodeB或eNB)、下一代NodeB(gNB)、传输接收点(TRP)、远程无线电单元(RRU)、无线电头(RH)、远程无线电头(RRH)、低功率节点(诸如毫微微节点、微微节点等)。为了讨论的目的，在下文中，将参考作为网络设备的示例的TRP来描述一些实施例。

通信设备可以在无线系统中执行通信。本公开中讨论的通信可以符合任何合适的标准，包括但不限于新无线电接入(NR)、LTE、LTE演进、高级LTE(LTE-A)、宽带码分多址(WCDMA)、码分多址(CDMA)和全球移动通信系统(GSM)等。此外，通信可以根据当前已知或未来要开发的任何代通信协议来执行。通信协议的示例包括但不限于第一代(1G)、第二代(2G)、2.5G、2.75G、第三代(3G)、第四代(4G)、4.5G、第五代(5G)通信协议。

应当理解，本公开的以上详细实施例仅是为了例示或解释本公开的原理，而不是限制本公开。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，任何修改、等同备选方案和改进等都应当被包括在本公开的保护范围内。同时，本公开的所附权利要求旨在涵盖落入权利要求的范围和边界或该范围和边界的等同形式内的所有变型和修改。