CN101978551A - 微波滤波器 - Google Patents

Abstract

一种过滤微波的滤波器，该滤波器包括：空腔；位于所述空腔内的至少一个金属梳状线谐振体；以及围绕所述至少一个金属梳状线谐振体的至少一个介电构件。

Description

微波滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器。具体而言，本发明涉及一种用于电信工业中的微波滤波器，因此将在本文中进行说明。然而，应该理解的是，该微波滤波器可以用于其他应用，例如军事、卫星、WIFI和电视。

背景技术

世界各地的人们对遥远位置的信息的需求日益增加。这能够通过使用无线电通信系统来实现，这些无线电通信系统能够提供必要的基础设施以获取该信息。无线电通信基站的一个必要部件为微波滤波器。

在任何通信基站中，设备可用的空间量均是有限的。因此，微波滤波器的尺寸是在设计通信基站时的重要考虑因素。不幸的是，由于所涉及的物理学，微波滤波器的尺寸直接与被过滤的频率相关。例如，在特定类型的滤波器中，被过滤的频率越低，所需的高度越大。对于过滤400MHz至4GHz范围内的信号和频率的通信塔而言，微波滤波器的数量和尺寸能够具有相当大的变化。

进一步，对于任何微波滤波器而言，制造成本均与所使用的材料和所需的劳力二者相关。即使在微波滤波器被组装后，可能仍要求多个小时的调谐。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于克服或减轻以上缺点中的一个或多个，或者为消费者提供更加有益或更加经济的选择。

在一种形式中(尽管不必是唯一的或最宽泛的形式)，本发明涉及一种过滤微波的滤波器，该滤波器包括：

空腔；

位于所述空腔内的至少一个金属梳状线谐振体；以及

围绕所述至少一个金属梳状线谐振体的至少一个介电构件。

优选地，所述滤波器包括具有基底和盖的外壳。

优选地，所述谐振体位于所述基底内。优选地，所述谐振体与所述基底整体式形成。然而，谐振体可以是能够拆卸的，并可以由不同材料(例如铜)形成，以更好地控制滤波器在较大的温度范围上的频率漂移。谐振体可以使用任何本领域已知的工艺被螺纹连接、焊接或紧固到基底上。基底典型地由铝制成并被银涂覆。然而，应该理解的是可以使用任何其他材料，这对本领域技术人员而言是显而易见的。例如，可以使用被金涂覆的塑料。

所述基底还可包括允许微波进入所述外壳中的所述空腔的入口和允许微波离开所述外壳中的所述空腔的出口。耦合元件可以构成所述入口和/或出口的一部分，以将所述入口和/或出口连接到相邻的谐振体。

所述介电构件优选被联接到所述盖。所述介电构件可以使用导电材料被焊接到所述盖，并且所述导电材料可以是银。所述盖优选由具有与所述介电构件的热膨胀系数良好匹配的热膨胀系数的材料制成，以避免介电构件随着周围温度变化而破裂。

焊剂孔可以被定位在所述盖内，以允许焊剂在焊接期间通过盖，从而确保盖与介电构件之间的稳固的导电金属连接。

所述介电构件为中空圆柱体的形式。优选地，介电构件由高Q陶瓷材料制成。介电构件材料的Q值应该在1GHz下处于4000至35000的范围内，并优选在1GHz下大于75000。另外，介电构件材料具有在10至120范围内的优选的介电常数。

所述滤波器可以进一步包括用于调节滤波器的各种部件之间的耦合程度的至少一个调谐螺钉。通常，这些耦合调谐螺钉被定位在滤波器的盖中。优选地，所述至少一个耦合调谐螺钉被定位在两个谐振体之间，以控制所述两个谐振体之间的耦合强度。

所述滤波器可以进一步包括至少一个频率调谐螺钉。通常，频率调谐螺钉被定位在滤波器的盖中。然而，本领域技术人员可以将调谐螺钉定位在不同位置。例如，调谐螺钉可以构成谐振体的一部分。优选地，至少一个频率调谐螺钉被定位在所述介电材料内，以改变所述谐振体的频率。

在另一形式中，本发明在于一种制造滤波器的方法，该方法包括步骤：

将至少一个介电构件定位在位于空腔内的至少一个金属梳状线谐振体上。

该方法可以进一步包括一个或多个以下步骤：

在外壳的空腔内形成至少一个谐振体；

将至少一个介电构件焊接到盖上；以及

将调谐螺钉放置到盖内。

附图说明

现在将参照附图对本发明的仅作为示例的实施例进行说明，在所述附图中：

图1为根据本发明实施例的滤波器的透视图；以及

图2为根据本发明实施例的滤波器的另一透视图。

具体实施方式

图1和图2示出了用于过滤微波的滤波器10的透视图。滤波器10包括外壳20、一系列谐振体30和一系列介电构件40。

外壳20由铝制成并具有基底21和盖22。基底21包括空腔50，且一系列谐振体30在该空腔50内向上延伸。谐振体30与基底21被整体式模制。入口60位于空腔50的一侧，出口70位于空腔50的相反端。入口耦合元件61构成入口的一部分，出口耦合元件71构成出口的一部分。一系列紧固孔23被定位为穿过基底21。

盖22为平板且具有用于将盖22保持到基底21的一系列紧固孔。合适的紧固件24(例如螺钉)被定位为穿过盖22和基底21以将盖22与基底21保持在一起。介电构件40通过使用银焊料被焊接到盖22上。各个介电构件40均为中空圆柱体形状。用于生产各个介电构件40的介电材料具有的介电常数为35。并且，该材料具有的Q在1GHz下为35000。应该理解的是，可以利用具有不同Q的其他合适的材料，这是本领域技术人员可以意识到的。

频率调谐螺钉80被定位为穿过盖22并位于各个介电构件40内。调谐螺钉80采用标准格式，这是本领域技术人员可以意识到的。耦合调谐螺钉81也被定位为穿过盖22，使得当盖22被放置在基底21上时，耦合调谐螺钉81被定位在相邻的谐振体30之间。

当盖22被联接到基底21时，各个介电构件40被定位在相应的谐振体30上。相应地，各个调谐螺钉80也被定位为邻近相应的谐振器30的顶部，且各个耦合调谐螺钉81位于相邻的谐振体30之间。空腔50的高度大于各个介电构件40的高度。因此，当盖22被放置在基底21上时，在介电构件40与基底21之间保留有膨胀间隙。此外，膨胀间隙存在于各个介电构件40与相应的谐振体30之间。

为了完成滤波器10的制造，基底21和盖22必须被生产。基底21由铝块开始，该铝块被加工以形成谐振体30和相关联的空腔50。由于基底21由铝制成，因此对基底21的加工非常快速、简单并因而成本低廉。一旦基底21被加工好，则银涂层被布置到基底21上。应该理解的是，基底21可以通过机加工之外的其他手段来形成。例如，基底21可以由塑料并通过注射成型制成。然后，钻孔出穿过基底21的入口孔和出口孔。带有相关联的耦合元件61的入口60和带有相关联的耦合元件71的出口70被插入以完成基底21。然后，钻孔出穿过基底21与空腔50相邻的紧固孔。应该理解的是，生产基底的步骤顺序可以改变，这对本领域技术人员而言是显而易见的。

盖22由不锈钢410形成的平坦薄片开始。不锈钢410被用于匹配介电构件40的热膨胀系数，使得介电构件40在温度变化期间以相同的速率膨胀且陶瓷不会破裂。可替代地，盖22能够由印刷电路板(PCB)材料(例如FR4)制造，该印刷电路板材料带有铜导体镀层以将盖22的热膨胀系数与介电构件40的热膨胀系数相匹配。然而，盖22能够由任何合适的材料制成。在此情况下，不锈钢410材料的热膨胀系数为9.5ppm/℃，并且介电构件50的热膨胀系数为10ppm/℃。紧固孔、频率调谐螺钉孔、耦合调谐螺钉孔和焊剂孔被钻孔成穿过盖22的顶部。然后，整个盖22或盖22的掩膜区域被镀银，以进一步提高空腔50的电导率。

为了将介电构件40联接到盖22，盖22被加热到适于焊接的温度。焊剂被定位在盖22上邻近焊剂孔90。也就是，在银焊料和介电构件40将被放置在盖22上的位置处。然后，银焊料和介电构件40被放置在盖22上以将盖22联接到介电构件40。位于盖22与介电构件40之间的任何多余的焊剂被驱使通过焊剂孔，以使焊剂不会妨碍通过银焊料将介电构件40与盖22结合。所有介电构件40的所有焊接被同时接触。由于盖22为不锈钢制成的单一薄片，因此要求最小的热输出。

一旦盖22已经冷却，则耦合调谐螺钉81、频率调谐螺钉80和紧固螺钉24被定位在盖22中的相应的孔内。

一旦基底21和盖22已经被完成，则盖22被放置在基底21上，以使介电构件40被定位在谐振体30上。紧固螺钉24被螺旋连接到位于基底21内的紧固孔中，以将盖22与基底21牢固地保持在一起。就此，频率调谐螺钉80被定位为与相应的谐振体30相邻，并且耦合调谐螺钉81被定位在相邻的谐振体30之间。

完成滤波器10的制造的最终步骤为对滤波器10进行调谐。这是通过调节耦合调谐螺钉81以获得期望带宽并调节频率调谐螺钉80以获得期望频率来完成的。

在使用中，滤波器10被放置在微波被供给通过入口60的系统中。微波穿过空腔50，在空腔50中微波的频率被改变为期望频率，例如900MHz。然后微波穿过空腔50到达出口70，出口70接着被连接到接收器或发射机。

应该理解的是，根据所需的输出频率，谐振体30的数量和空腔50的尺寸可以被增加或减少，这对本领域技术人员而言是显而易见的。例如，可以有少至单个谐振体或多至五十个谐振体。

上述滤波器10提供许多益处，包括快速和简单的滤波器调谐；快速、简单且价格低廉的滤波器制造；低插入损耗和能够在TEM₀₁模式下工作。此外，与传统梳状线谐振体相比，该滤波器具有更大的功率使用容量。

此外，所描述的滤波器10被设计用于GSM 900频带(935-960MHz)中，且Q值为4000。如果介电构件被移除，则谐振体30的谐振频率增加至2400MHz。可替代地，如果为了在不具有介电构件40的情况下在GSM 900频带中工作而更改谐振体30的几何形状，则功率使用将大幅减小并且Q值将减小25％。

可以理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对所描述的实施例进行各种其他改变和修改。

Claims (16)

1.一种用于过滤微波的滤波器，该滤波器包括：

空腔；

位于所述空腔内的至少一个金属梳状线谐振体；以及

围绕所述至少一个金属梳状线谐振体的至少一个介电构件。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其中所述滤波器包括具有基底和盖的外壳，所述谐振体位于所述基底内。

3.根据权利要求1或2所述的滤波器，其中所述谐振体与所述基底整体式形成。

4.根据权利要求2所述的滤波器，其中所述基底包括允许微波进入所述外壳中的所述空腔的入口和允许微波离开所述外壳中的所述空腔的出口。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的滤波器，其中耦合元件构成所述入口和/或出口的一部分，以将所述入口和/或出口连接到相邻的谐振体。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的滤波器，其中所述介电构件被联接到所述盖。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的滤波器，其中所述介电构件使用导电材料被焊接到所述盖。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的滤波器，其中所述盖由具有与所述介电构件的热膨胀系数相似的热膨胀系数的材料制成。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的滤波器，其中焊剂孔被定位在所述盖内。

10.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器，其中所述介电构件为中空圆柱体的形式。

11.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器，其中所述滤波器进一步包括至少一个耦合调谐螺钉，所述至少一个耦合调谐螺钉被定位在两个谐振体之间，以控制所述两个谐振体之间的耦合强度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器，其中所述滤波器进一步包括至少一个频率调谐螺钉，所述至少一个频率调谐螺钉被定位在所述介电材料内，以改变所述谐振体的频率。

13.一种制造滤波器的方法，该方法包括步骤：

将至少一个介电构件定位在位于空腔内的至少一个金属梳状线谐振体上。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括步骤：在外壳的空腔内形成至少一个谐振体。

15.根据权利要求13或14所述的方法，进一步包括步骤：将至少一个介电构件焊接到外壳的盖上。

16.根据权利要求13或14或15所述的方法，进一步包括步骤：将调谐螺钉放置到外壳的盖内。

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