CN100576628C - 带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

一种在移动通信网的基站中用于滤波天线信号的、由同轴谐振器实施的带阻滤波器(300)。出发点是具有传输线和与它并行地电磁耦合的同轴谐振器的结构，这些谐振器的自然频率互相稍微不同。谐振器(R1，R2，R3)形成整体的导电谐振器外壳(310)，它的内部空间被导电隔板划分成谐振器腔体。在本发明中，传输线的中心导体(321)被放置在谐振器外壳的里面，这样，它穿过所有的谐振器腔体，以及外壳同时起到传输线的外导体的作用。谐振器腔体因此是传输线的腔体的一部分。当与谐振器的自然频率相同的频率的电磁场出现在传输线时，所讨论的谐振器开始振荡，使得电磁场反射回馈电源。谐振的强度和它的影响范围的宽度例如通过适当地选择谐振器的内导体(301)与传输线的中心导体(321)的距离而同时被设置。在阻带滤波器中结构部件和金属接合处的数目是相对较少的。所以，比起相应的已知的滤波器来说，在滤波器中出现更小的交调。其它功能单元也可以容易合并到带阻滤波器的结构。

Description

带阻滤波器

技术领域

本发明涉及具体地在移动通信网的基站中用于滤波天线信号的、由同轴谐振器实施的带阻滤波器。

背景技术

在移动通信网的双向无线系统中，发送和接收频带互相相当接近。在其中信号在两个方向上同时传送的全双工系统中，尤其必须确保，一个相对较高的功率的发送不以发送块的接收的或宽带的噪声来干扰接收机。发射机功率放大器的输出信号所以在馈送到天线以前在接收频带上被强烈衰减。当发送频带处在接收频带以上时，高通滤波器在原理上足以用于这个目的。然而，如果其频谱低于上述的接收频带的某些其它系统的信号也通过相同的天线滤波器被馈送到天线，则为了衰减需要带阻滤波器。

图1显示被用作为天线滤波器的已知的带阻滤波器的例子。滤波器100在它的整体的导电的滤波器外壳中包括第一R1、第二R2、和第三R3同轴谐振器，它们没有相互耦合。滤波器外壳在图1上以打开盖子的方式被显示，这样，谐振器的内导体，诸如内导体101，是局部可看见的。外壳的内部空间被导电隔板划分成谐振器腔体。谐振器的内导体的下端被导电地连接到外壳的底部，因此连接到信号地GND。它们的上端只有与外壳的盖子和周围的导电壁的电容耦合，谐振器是四分之一波长谐振器。另外，滤波器100包括同轴传输线120和用于把传输线耦合到谐振器的装置。传输线行进通过三个同轴T连接头，它们被导电固定到谐振器外壳的一个侧壁112。第一T连接头131处在第一谐振器R1，第二T连接头132处在第二谐振器R2，以及第三T连接头133处在第三谐振器R3。在图1的例子中，在两个接连的连接头之间的电距离是滤波器阻带的中间频率的四分之一波长，这是相对于发送路径的匹配的有利的长度。每个T连接头的分支部分的导电外壳与侧壁112导电地接触，所以传输线的外导体变为连接到地GND。第一T连接头的分支部分的内导体被连接到第一谐振器的腔体中的第一耦合元件141。该元件是刚性导体，它在本例中延伸到相当接近第一谐振器的内导体101的上端。这样，第一谐振器变为与传输线120并行地电磁耦合。同样地，第二谐振器藉助于第二谐振器的腔体中的耦合元件142变为与传输线并行地耦合，以及第三谐振器藉助于第三谐振器的腔体中的耦合元件143变为与传输线并行地耦合。耦合元件的形状可以变化，例如它可以是围绕谐振器的内导体的下端的环形导体。

传输线120的端部用作为带阻滤波器100的输入端和输出端。在第一谐振器的侧面上的传输线的一个端部例如是输入端IN，以及第二端部是输出端OUT。带阻特性是基于谐振器在它的自然频率上代表从传输线看来的短路。在这种情形下，被馈送到传输线的能量几乎全部反射回馈电源，以及很少能量被传送到耦合到输出端的负荷。在明显低于或高于自然频率的频率上，谐振器被看作为高阻，在这种情形下，信号的能量无阻碍地被传送到所述负荷。一个谐振器提供相对较窄的阻带。通过使用一个以上的谐振器和通过调节它们的自然频率为具有不同的数值但互相适当地靠近，阻带可被展宽。

图2显示三谐振器阻带滤波器的幅度响应的两个例子。响应曲线21和22显示滤波器的传输系数S21的改变作为频率的函数。传输系数越小，滤波器的衰减越高。在两种情形下，谐振器的自然频率被安排在点1925MHz，1950MHz，和1975MHz，为此衰减出现在这些频率。在两个相邻的衰减峰值之间，衰减达到最小值，它是阻带中的最小衰减，或简称为阻带衰减。衰减值取决于由在谐振器中的耦合元件安排的电磁耦合的强度。在第一曲线21的情形下，阻带衰减通过耦合元件被安排为20dB的数值，以及在第二曲线22的情形下是40dB的数值。从曲线的形状可以看到，增加衰减将加宽滤波器的过渡带。过渡带是指在阻带与通带之间的范围，这时通带被看作为其衰减最高例如是1dB的范围。在双工系统中，发送和接收频带之间的范围，或双工间隔，被规定为具有一定的数值。滤波器的过渡带自然必须窄于规定的双工间隔，这是指阻带衰减不能自由地增加。这也应用到按照本发明的滤波器。

按照图1的滤波器的一个缺点是传输线结构中相对较大数目的结构性部件，这增加生产成本。大数目的部件也意味着许多导电结合点，这造成有害的交调。在涉及到传输末端滤波器的情形下，因为其中出现的相对较高的电流，问题被加重。另一个缺点是滤波器调谐的困难性。调谐包括设置谐振器的自然频率和设置在谐振器与传输线之间的耦合强度。按照上述的内容，调谐是通过弯曲直的耦合元件或通过相对于谐振器的内导体成形环状的耦合导体而进行的。谐振器实际上没有完全被隔离，而是一个谐振器的调谐通过滤波器的传输线影响另一个谐振器的自然频率。这导致调谐时的许多人工迭代循环，这意味着生产时很大的成本因素。

发明内容

本发明的目的是减小现有技术的上述的缺点。

按照本发明，提供一种带阻滤波器，该滤波器包括具有中心导体和外导体的传输线和同轴谐振器，并形成整体的导电的外壳，外壳的内部空间被导电隔板划分成谐振器腔体，每个谐振器分别具有由耦合元件安排的、与传输线的电磁耦合，以形成滤波器的响应曲线中的衰减峰值，谐振器的自然频率互相不同，以便成形滤波器的响应曲线，其特征在于，为了减小结构部件和导体接合处的数目，传输线的中心导体，即传输导体，位于所述外壳里面，行进穿过在所述隔板上的开孔到所有的谐振器腔体，在这种情形下，外壳同时是传输线的外导体，以及在谐振器腔体中的传输导体的一部分同时是所述耦合元件。

本发明的基本概念为如下：出发点是这样已知的带阻滤波器结构，包括传输线和与它并行地电磁耦合的众同轴谐振器，众谐振器的自然频率互相稍微不同。众谐振器形成整体的导电谐振器外壳，它的内部空间被导电隔板划分成各谐振器腔体。在本发明中，传输线的中心导体被放置在谐振器外壳的里面，这样，它穿过所有的谐振器腔体，以及外壳同时起到传输线的外导体的作用。谐振器腔体因此是传输线腔体的一部分。当与谐振器的自然频率相同的频率的电磁场出现在传输线时，所讨论的谐振器开始振荡，使得电磁场反射回馈电源。谐振的强度和它的影响范围的宽度例如通过适当地选择谐振器的内导体离传输线的中心导体的距离而同时被设置。

本发明具有优点：在阻带滤波器中分立的结构部件的数目比起相应的已知的滤波器中的数目大大地减少，在这种情形下制造更便宜以及整个产品的可靠性更好。另外，本发明具有优点：比起相应的已知的滤波器来说，按照本发明的滤波器出现更小的交调。这是由于结构部件的数目减少而使得金属接合点的数目减少造成的。另外，本发明具有滤波器的调谐相当简单的优点。而且，本发明具有其它功能单元，诸如低通滤波器或定向耦合器可以容易合并到带阻滤波器的结构的优点。

附图说明

下面，将更详细地描述本发明。下面将参照附图，其中

图1显出了被用作为天线滤波器的已知的带阻滤波器的例子，

图2显出了三谐振器带阻滤波器的幅度响应的例子，

图3显出了按照本发明的带阻滤波器的例子，

图4显出了按照本发明的带阻滤波器的第二个例子，

图5显出了按照本发明的带阻滤波器的第三个例子，

图6示出了按照本发明的带阻滤波器中单个谐振器的内导体的有效位置，以及

图7显示在按照本发明的结构中能达到附加功能的传输导体的例子。

具体实施方式

图1和2已在现有技术的说明中有解释。

图3显示按照本发明的带阻滤波器的例子。滤波器300包括在整体的导电的滤波器外壳中包括第一R1、第二R2、和第三R3同轴谐振器，像图1一样。包括底部、侧壁、端壁和盖子的滤波器外壳在图3上以打开盖子的方式被显示，这样，谐振器的内导体，诸如第一谐振器的内导体301，是局部可看见的。外壳的内部空间被两个导电隔板划分成谐振器腔体。谐振器的内导体的下端被导电地连接到外壳的底部，因此连接到信号地GND。它们的上端只有与外壳的盖子和周围的导电壁的电容耦合，所以谐振器是四分之一波长谐振器。另外，滤波器300包括传输导体321。它位于外壳310的里面，行进穿过谐振器腔体，从外壳的端壁通过它们的和隔板的开孔到相对的端壁。传输导体通过介质与端壁和隔板绝缘，该介质可以是空气或某种固体物质。在前者的情形下，传输导体依靠它的导电的末端连接，以及在后者的情形下，形成套管样的小片的介质支撑传输导体就位。图3显示在第三谐振器R3的侧壁的端壁上这样的绝缘套管325。

传输导体321和外壳310形成传输线320。传输导体因此是传输线320的中心导体，谐振器外壳同时用作为传输线的外导体，以及传输线的腔体由谐振器腔体组成。传输线320从滤波器输出端OUT的一侧作为普通的同轴电缆365继续行进。它的中心导体由同轴导体在外壳的端壁连接到传输导体321，以及像护鞘那样的外导体连接到外壳的端壁。用作为滤波器的输入端IN的类似的导体是在第一谐振器R1的侧壁上在外壳的端壁处。

从上述的结构得出，传输线320的场和单个谐振器的场在同一个空气空间中，在这种情形下在传输线与每个谐振器之间显然有电磁耦合。在图3的例子中，传输导体321是在谐振器内导体的旁边，靠近谐振器的开放的上端，在其中在谐振器振荡的同时充满电磁场。所以耦合主要是电容性的。传输导体也可以放置在下面；它越在下面，耦合中磁场的比例越大。滤波器的作用的原理是与结合图1说明的相同的。传输导体本身相应于图1的耦合元件141，142，143。耦合的强度可以通过在制造阶段安排谐振器内导体离传输导体的距离为适当的数值而被选择。谐振器的自然频率按已知的方式通过主要改变内导体的电长度被安排成具有稍微不同的数值。在这种情形下，每个谐振器在它的自然频率处造成在幅度响应曲线上的衰减峰值，响应曲线变为像图2所示的曲线那样。

图4显示按照本发明的带阻滤波器的第二个例子。滤波器400类似于图3的滤波器300，差别在于传输导体421或传输线420的中心导体，现做在谐振器的内导体的上方，在内导体与外壳的盖子之间。在图上也看到在第一谐振器R1的侧面上在外壳的端壁处用作为滤波器的输入端IN的同轴导体450。

图5显示按照本发明的带阻滤波器的第三个例子。滤波器500与图3和4所示的滤波器的不同点在于，传输导体521现导电地耦合到谐振器外壳的底部。在第一谐振器R1的腔体中，有从传输导体延伸到外壳的底部的耦合导体541，在第二谐振器R2的腔体中，有从传输导体延伸到外壳的底部的耦合导体542，以及在第三谐振器R3的腔体中，有从传输导体延伸到外壳的底部的耦合导体543。耦合导体541，542和543加强传输线与谐振器之间的耦合。耦合导体可被制作成使得它们是与传输导体或外壳的底部同一个片，而没有接合处。谐振器外壳的盖子在图5上的剖开处也可以看到。

通过比较在图2到5上给出的结构与图1的结构，可以看到本发明提供多大的结构简化。同样地，可以看到，被包括在结构中的导电接合头的数目被减小为原先的很小的部分。

图6表示按照本发明的带阻滤波器中单个谐振器的内导体的有效位置。图上给出在水平切开时从上面观看的谐振器R3。属于滤波器的传输导体621行进穿过隔板继续到谐振器R3和在它的内导体603的旁边。如上所述，在内导体与传输导体之间的距离影响传输线与谐振器之间的耦合的强度。因此通过选择在垂直于传输导体的方向上内导体的位置，实施耦合调节CA。

同时作为带阻滤波器的传输线结构的阻抗在使用滤波器的装置的整个工作频带内自然不会精确地保持为它的标称值。在谐振器之间的传输线的部分的电长度影响阻抗值的恒定性。如果它们的内导体之间的距离改变，则两个接连的谐振器之间的电长度改变，虽然结构的尺度保持为未改变的。因此通过选择在传输导体的方向上内导体603的位置，实施阻抗匹配调节MA。在最佳匹配时，接连的谐振器之间的距离可以稍微改变。

当内导体是与谐振器外壳为同一件时(没有盖子)，它们的最佳位置必须在外壳被制造以前已被确定。

图7显示在按照本发明的结构中能达到附加功能的传输导体的例子。这里附加功能是低通滤波。传输导体770具有均匀厚度的相当长的部分771，它相应于图3到6所示的传输导体。另外，传输导体770具有五个圆柱形的和相当短的延伸部分，它们的轴加入长的部分771的轴。第一772、第三774、和第五776延伸部分的直径依次大大地大于长的部分的直径。第二773和第四775延伸部分的直径再次依次大大地小于长的部分的直径。由延伸部分形成的传输导体被放置在滤波器外壳在带阻滤波器外面为它保留的腔体中，该腔体的壁用作为信号地GND。第一、第三和第五延伸部分的基本特性是它们相对于地的电容值，以及第二和第四延伸部分的基本特性是它们的电感值。这些电感部分被导电地与较厚的部分串联耦合。延伸部分连同信号地一起因此相应于由分立元件组成的低通LC链，其中轮流地有横向的电容器和串联的线圈。电感和电容的数值自然取决于这些部分的尺寸，由此确定低通滤波器的响应。

把低通滤波器合并到按照本发明的结构的另一个方法是即使对于传输导体的整个长度保留传输导体的厚度，和加厚低通滤波器的腔体的壁，使得壁延伸相当接近传输导体。通过这样做而实施横向电容值。

也有可能通过以某种本身已知的方式安排与传输导体的适当的电磁耦合，把定向耦合器合并到按照本发明的结构。而且，如果在带阻滤波器中需要直流隔离，则对于它不需要分立元件。传输导体的末端可被做成空心的以及把输入或输出线的中心导体继续延伸到空间，以使得在中心导体和传输导体之间形成足够的电容值。

在本说明和权利要求中，修饰词“下面的”和“上面的”以及“从上面”和“在旁边”是涉及到图3到5所示的滤波器的位置，它们与其中使用滤波器的位置无关。

以上描述了按照本发明的结构的例子。本发明不仅仅限于它们。例如，谐振器的数目可以变化，以及传输导体的截面的形状也可以变化。本发明的概念可以在由独立的权利要求1设置的范围内以不同的方式被应用。

Claims (9)

1.一种带阻滤波器(300；400；500)，该滤波器包括具有中心导体和外导体的传输线(320；420)和同轴谐振器(R1，R2，R3)，并形成整体的导电的外壳，外壳的内部空间被导电隔板划分成谐振器腔体，每个谐振器分别具有由耦合元件安排的、与传输线的电磁耦合，以形成滤波器的响应曲线中的衰减峰值，谐振器的自然频率互相不同，以便成形滤波器的响应曲线，其特征在于，为了减小结构部件和导体接合处的数目，传输线的中心导体(321；421；521；621；771)，即传输导体，位于所述外壳里面，行进穿过在所述隔板上的开孔到所有的谐振器腔体，在这种情形下，外壳(310；410；610)同时是传输线的外导体，以及在谐振器腔体中的传输导体的一部分同时是所述耦合元件。

2.按照权利要求1的带阻滤波器，其特征在于，传输导体是整体的杆状零件。

3.按照权利要求1的带阻滤波器，其特征在于，传输导体(321；521)在谐振器的内导体(301)旁边行进。

4.按照权利要求1的带阻滤波器，其特征在于，传输导体(421)在谐振器的内导体上方行进。

5.按照权利要求1的带阻滤波器，其特征在于，谐振器特定的耦合元件，除了一部分传输导体以外，还包括导电地连接到外壳的底部的导体(541；542；543)。

6.按照权利要求2的带阻滤波器，其特征在于，在至少第一谐振器的内导体与传输导体之间的距离不同于在第二谐振器的内导体与传输导体之间的距离，以便调节耦合的强度，从而成形滤波器的响应曲线。

7.按照权利要求1的带阻滤波器，其特征在于，至少在两个连续的谐振器的内导体之间的距离不同于在两个顺序的谐振器的内导体之间的另一个距离，以便匹配由滤波器形成的传输路径的阻抗。

8.按照权利要求1的带阻滤波器，其特征在于，在所述外壳中有附加的腔体用于低通滤波或定向耦合器或直流隔离的附加功能，以及所述传输导体也行进穿过附加腔体。

9.按照权利要求8的带阻滤波器，其特征在于，传输导体(770)在附加腔体中轮流地具有相对较大尺寸的和较小尺寸的部分，在这种情形下，所述附加功能是低通滤波。

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