通過小孔設(shè)計來控制濾波器中的耦合的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及濾波器，并且特別是涉及包括供例如在用于電信應(yīng)用的頻分雙工器中 使用的諧振器主體的多模濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在本說明書中對任何在先公開(或從其導(dǎo)出的信息）或已知的任何物質(zhì)的參考并 不是且不應(yīng)理解為該在先公開(從其導(dǎo)出的信息）或已知物質(zhì)構(gòu)成在本說明書所涉及的竭 力做到的領(lǐng)域中的常見一般知識的一部分的確認(rèn)或許可或任何形式的暗示。
[0003] 所有物理濾波器本質(zhì)上由許多能量儲存諧振結(jié)構(gòu)組成，在各種諧振器之間和諧振 器與輸入/輸出端口之間具有用于能量流動的路徑。諧振器的物理實施方式及其互連的方 式對不同的類型而言將不同，但是相同的基本概念適用于全部。在被耦合在一起的諧振器 網(wǎng)絡(luò)方面可以以數(shù)學(xué)方式描述此類濾波器，但數(shù)學(xué)布局（topography)不必與實際濾波器的 布局匹配。
[0004] 由介質(zhì)諧振器形成的常規(guī)單模濾波器是已知的。介質(zhì)諧振器具有高Q(低損耗)特 性，其使得能夠?qū)崿F(xiàn)與腔體濾波器相比具有減小尺寸的高選擇性濾波器。這些單模濾波器 趨向于被構(gòu)建為分離物理介質(zhì)諧振器的級聯(lián)，有在其之間和到端口的各種耦合。這些諧振 器很容易被識別為不同的物理對象，并且耦合也趨向于容易識別。
[0005] 這類單模濾波器可包括由"冰球（puck)"形狀的陶瓷材料形成的分立諧振器網(wǎng)絡(luò)， 其中每個諧振器具有單個主導(dǎo)諧振頻率或模。通過提供諧振頻率或模而將這些諧振器耦合 在一起。這些諧振器通過在腔體之間提供諧振器位于其中的開口而被耦合在一起。通常， 諧振器和交叉耦合提供傳輸極點和"零點"，其可以在特定頻率被調(diào)諧以提供期望的濾波器 響應(yīng)。通常將要求許多諧振器以實現(xiàn)用于商業(yè)應(yīng)用的適當(dāng)濾波特性，導(dǎo)致相對大尺寸的濾 波設(shè)備。
[0006] 由介質(zhì)諧振器形成的濾波器的一個示例性應(yīng)用是用于微波電信應(yīng)用的頻分雙工 器。傳統(tǒng)上在天線支持塔的底部處的基站處提供雙工器，但針對微波電信系統(tǒng)設(shè)計的當(dāng)前 趨勢是將濾波和信號處理設(shè)備定位于塔的頂部處以從而使電纜長度最小化并因此減少信 號損耗。然而，如上所述的單模濾波器的尺寸可以使得這些對于在天線塔的頂部處實現(xiàn)而 言并不期望。
[0007] 多模濾波器在單個物理主體中實現(xiàn)多個諧振器，使得可以獲得濾波器尺寸方面的 減小。作為示例，鍍銀介電體可以在許多不同模下諧振。這些模中的每一個可充當(dāng)濾波器 中的諧振器中的一個。為了提供實際的多模濾波器，必須在主體內(nèi)的模之間耦合能量，與在 單模濾波器中的分立對象之間的耦合相比，這在實踐中更容易控制。
[0008] 實現(xiàn)這些多模濾波器的常見方式是選擇性地將來自輸入端口的能量耦合到模中 的第一個。在第一模下儲存的能量然后通過向主體的形狀中引入特定缺陷（defect)而被 耦合到諧振器內(nèi)的不同模。以這種方式，可以以與常規(guī)單模濾波器實施方式類似的方式將 多模濾波器實現(xiàn)為諧振器的有效級聯(lián)。這種技術(shù)導(dǎo)致可以被調(diào)諧以提供期望濾波器響應(yīng)的 傳輸極點。
[0009] 在美國專利號6, 853, 271中描述了此類方法的示例，該專利針對三模單體濾波 器。使用在形成于諧振器的面上的孔中提供的適當(dāng)配置輸入探測器，能量被耦合到電介質(zhì) 填充單體諧振器的第一模中。通過選擇性地在諧振器主體上提供拐角切削或狹槽而實現(xiàn)諧 振器的兩個其它模與此第一模之間的耦合。
[0010] 這種技術(shù)允許濾波器尺寸方面的顯著減小，因為此類型的三模濾波器表示由三個 分立單模諧振器構(gòu)成的單模濾波器的等同物。然而，用來耦合進出諧振器和在諧振器內(nèi)的 模之間的能量以提供有效諧振器級聯(lián)的方法要求主體具有復(fù)雜的形狀，增加了制造成本。
[0011] 可實現(xiàn)這些多模濾波器的替換方式是借助于適當(dāng)設(shè)計的耦合軌道將來自輸入端 口的能量同時地耦合到模中的每一個。再次地，以這種方式，可以以與常規(guī)單模濾波器實 施方式類似的方式將多模濾波器實現(xiàn)為諧振器的有效級聯(lián)。如其中使用缺陷來使得能夠 在單個諧振器中激勵多個模的上述情況一樣，這種技術(shù)導(dǎo)致可以對傳輸極點進行調(diào)諧以提 供期望的濾波器響應(yīng)。在各種美國（US)專利申請中已經(jīng)公開了此類型濾波器，例如：us 13/488, 123、US 13/488,059、US 13/487,906 和 US 13/488,182。
[0012] 可能仍需要將兩個或更多三模濾波器級聯(lián)在一起以提供具有適當(dāng)濾波特性的濾 波器組件。如在美國專利號6, 853, 271和7, 042, 314中所述，這可使用單個波導(dǎo)或用于提 供兩個諧振器單體之間的耦合的位于中心的單個小孔來實現(xiàn)。用這種方法，難以實現(xiàn)向主 體耦合、從主體耦合或在主體之間耦合模的精確控制，并且因此實現(xiàn)給定的具有挑戰(zhàn)性的 濾波器規(guī)格是困難的。
[0013] 另一方法包括使用耦合在兩個電介質(zhì)單體之間的單模梳狀線諧振器來形成混合 式濾波器組件，如在美國專利號6, 954, 122中所述。在這種情況下，相比于單獨地使用添加 的缺陷而言，甚至進一步增加物理復(fù)雜性和因此的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種多模腔體濾波器，包括：至少一個介質(zhì)諧振器主 體，結(jié)合了一片電介質(zhì)材料，該片電介質(zhì)材料具有使得其可以支持至少第一諧振模和至少 第二基本上退化的諧振模的形狀；一層導(dǎo)電材料，與介質(zhì)諧振器主體接觸并將其覆蓋；該 層導(dǎo)電材料中的至少一個小孔，用于向介質(zhì)諧振器主體輸入信號和從介質(zhì)諧振器主體輸出 信號中的至少一個，所述至少一個小孔被布置成用于并行地直接地將信號耦合到第一諧振 模和第二基本上退化的諧振模以及并行地直接地從第一諧振模和第二基本上退化的諧振 模親合信號中的至少一個。
[0015] 可以將用于實現(xiàn)主體內(nèi)部和外部的電磁波之間的耦合的導(dǎo)電覆蓋中的一組小孔 稱為覆蓋的"穿孔區(qū)"。
[0016] 所述至少一個小孔可例如包括用于分別地向和從介質(zhì)諧振器主體耦合信號的輸 入耦合小孔和輸出耦合小孔中的至少一個。
[0017] 所述至少一個小孔可例如由兩個或更多部分組成，其中，第一部分基本上平行于 介質(zhì)諧振器主體的表面延伸，并且第二部分基本上垂直于第一部分延伸?？衫缃咏诮?質(zhì)諧振器主體的至少一個邊緣放置所述至少一個小孔。
[0018] 所述至少一個耦合小孔可例如包括主要用于耦合到第一模的第一部分和主要用 于耦合到第二模的第二部分。所述至少一個耦合小孔的第一部分可例如定向成使得由所述 第一部分耦合的磁場和電場中的至少一個與所述第一模的相應(yīng)磁場或電場基本上對準(zhǔn)。所 述至少一個耦合小孔的第二部分可例如定向成使得由所述第二部分耦合的磁場和電場中 的至少一個與所述第二模的相應(yīng)磁場或電場基本上對準(zhǔn)。第一部分和第二部分可以是例如 以下各項中的任何一個：筆直、彎曲或無定形小孔或者規(guī)則或不規(guī)則二維形狀。第一部分可 例如包括第一筆直細長小孔，并且第二部分可例如包括基本上垂直于第一筆直細長小孔布 置的第二筆直細長小孔，并且其可與第一筆直細長小孔相交，或者可不同于第一筆直細長 小孔。
[0019]所述至少一個耦合小孔可例如包括用于同時地耦合到第一模和第二模兩者的一 部分。該部分可例如包括細長小孔，其以一定角度定向，使得由所述部分產(chǎn)生的磁場和電場 中的至少一個具有與所述第一模的相應(yīng)磁場或電場對準(zhǔn)的第一笛卡爾分量以及與所述第 二模的相應(yīng)磁場或電場對準(zhǔn)的第二笛卡爾分量。
[0020] 可例如在該層導(dǎo)電材料中將耦合小孔形成為缺少導(dǎo)電材料的區(qū)域。
[0021] 多模腔體濾波器可例如還包括輸入諧振器和輸出諧振器，其可操作地耦合到多模 諧振器并可操作用于包含將耦合到多模諧振器中的電場和磁場。輸入諧振器和輸出諧振器 可由與多模諧振器相同的材料制成，或者其可由不同的材料制成。
[0022] 形成多模諧振器的主體的電介質(zhì)材料片可例如包括用于安裝到輸入諧振器上的 平面表面的第一基本上平面的表面。形成多模諧振器的主體的電介質(zhì)材料片還可例如包括 用于安裝到輸出諧振器上的平面表面的第二基本上平面的表面。
[0023]還可在所述基本上平面的表面上或與之相鄰地提供耦合小孔。
[0024]進而可為輸入諧振器提供用以使得能夠向輸入諧振器中饋送信號的探測器或其 它激勵裝置。還可為輸出諧振器提供用以使得能夠從輸出諧振器提取信號的探測器或其它 激勵裝置。
【附圖說明】
[0025] 為了更好地理解本發(fā)明，并且為了更清楚地示出其可以如何付諸實踐，現(xiàn)在將以 示例的方式對以下附圖進行參考，在所述附圖中： 圖Ia是多模濾波器的示例的示意性透視圖； 圖Ib是圖Ia的多模濾波器的示意性正面視圖； 圖2是圖Ia的示例性多模濾波器的示意性透視圖，示出了用于直接地在多模濾波器的 正面之外的電場和磁場的一個典型形式的示例； 圖3是多模濾波器的第二示例的示意性透視圖； 圖4是多模濾波器的第三示例的示意性透視圖； 圖5 (a)至（d)示出了在示例性多模諧振器之外和內(nèi)部的各種場和模； 圖6是結(jié)合了輸入和輸出耦合諧振器的圖1的示例性多模濾波器的示意性透視圖； 圖7是多模濾波器的第四示例的示意性透視圖； 圖8是多模濾波器的第五示例的示意性透視圖； 圖9是多模濾波器的第六示例的示意性透視圖； 圖10 (a)至（e)是用于多模濾波器的示例性耦合小孔布置的示意圖； 圖11 (a)是結(jié)合了多模濾波器的雙工通信系統(tǒng)的示例的示意圖； 圖11 (b)是圖11 (a)的多模濾波器的頻率響應(yīng)的示例的示意圖； 圖12是使用多個諧振器主體來提供用于發(fā)射和接收通道的濾波的多模濾波器的示例 的示意性透視圖； 圖13 (a)是結(jié)合了輸入和輸出耦合探測器的示例性多模濾波器的示意性透視圖； 圖13 (b)是示出了圖13 (a)的示例性多模濾波器的側(cè)視圖的示意圖，結(jié)合了輸入和 輸出耦合探測器； 圖14 (a)是具有基于探測器的激勵的諧振器的示例的示意性透視圖； 圖14 (b)是示出了諧振器內(nèi)的各種場和模的多模濾波器的示例的示意性透視圖； 圖14 (c)是示出了諧振器內(nèi)的示例性場取向的示例性多模諧振器的示意性透視圖； 圖15是多模、多諧振器濾波器的另一示例的示意性透視圖。
【具體實施方式】
[0026] 現(xiàn)在將參考圖Ia和Ib來描述多模濾波器的示例。
[0027] 本發(fā)明的基礎(chǔ)在于使用特定類型的耦合小孔將信號耦合到多模諧振器中和從其 中耦合出來，同時在該諧振器內(nèi)同時地激勵兩個或更多模(或從其耦合能量)。
[0028] 在本示例中，濾波器100包括封裝在金屬化層(其為了明了起見而未示出）中的諧 振器主體110。在金屬化層中形成了至少兩個小孔：輸入耦合小孔120和輸出耦合小孔130。 這些小孔由金屬化的不存在組成，其中諧振器主體的其余部分基本上被封裝在其金屬化層 中。小孔120和130可例如通過以化學(xué)方式或以機械方式蝕刻圍繞諧振器主體110的金屬 化（metallisation)以去除金屬化并從而形成一個或多個小孔而形成。還可以用其它手段 來形成一個或多個小孔，諸如以小孔的形狀產(chǎn)生掩膜，臨時地將所述掩膜附著到諧振器主 體的表面上的所需位置，跨諧振器主體的基本上所有表面面積而噴灑或者以其他方式沉積 導(dǎo)電層（'金屬化層'），并且然后從諧振器主體去除掩膜，以在金屬化中留下小孔。
[0029] 將在隨后用來在多模諧振器110內(nèi)定義各種模的名稱和取向的軸的取向由軸圖 140定義。
[0030] 圖Ib示出了包含輸入小孔120的諧振器主體110的面的視圖。輸入小孔120被 示為由圖I (a)中所示的諧振器主體110的端面(如所示)的表面上的金屬化150的不存在 形成。
[0031] 在本示例中，將輸入小孔120示為由金屬化150中的兩個正交狹槽121和122構(gòu) 成。這兩個正交狹槽121和122被示為在諧振