CN104995791A - 通过小孔设计来控制滤波器中的耦合 - Google Patents

Abstract

一种多模腔体滤波器，包括：至少一个介质谐振器主体，结合了一片电介质材料，该片电介质材料具有使得其可以支持至少第一谐振模和至少第二基本上退化的谐振模的形状；一层导电材料，与介质谐振器主体接触并将其覆盖；以及耦合机制，包括该层导电材料中的至少一个小孔，用于向介质谐振器主体输入信号和从介质谐振器主体输出信号中的至少一个，所述至少一个小孔被布置成用于并行地直接地将信号耦合到第一谐振模和第二基本上退化的谐振模以及并行地直接地从第一谐振模和第二基本上退化的谐振模耦合信号中的至少一个。

Description

通过小孔设计来控制滤波器中的耦合

技术领域

本发明涉及滤波器，并且特别是涉及包括供例如在用于电信应用的频分双工器中使用的谐振器主体的多模滤波器。

背景技术

在本说明书中对任何在先公开（或从其导出的信息）或已知的任何物质的参考并不是且不应理解为该在先公开（从其导出的信息）或已知物质构成在本说明书所涉及的竭力做到的领域中的常见一般知识的一部分的确认或许可或任何形式的暗示。

所有物理滤波器本质上由许多能量储存谐振结构组成，在各种谐振器之间和谐振器与输入/输出端口之间具有用于能量流动的路径。谐振器的物理实施方式及其互连的方式对不同的类型而言将不同，但是相同的基本概念适用于全部。在被耦合在一起的谐振器网络方面可以以数学方式描述此类滤波器，但数学布局（topography）不必与实际滤波器的布局匹配。

由介质谐振器形成的常规单模滤波器是已知的。介质谐振器具有高Q（低损耗）特性，其使得能够实现与腔体滤波器相比具有减小尺寸的高选择性滤波器。这些单模滤波器趋向于被构建为分离物理介质谐振器的级联，有在其之间和到端口的各种耦合。这些谐振器很容易被识别为不同的物理对象，并且耦合也趋向于容易识别。

这类单模滤波器可包括由“冰球（puck）”形状的陶瓷材料形成的分立谐振器网络，其中每个谐振器具有单个主导谐振频率或模。通过提供谐振频率或模而将这些谐振器耦合在一起。这些谐振器通过在腔体之间提供谐振器位于其中的开口而被耦合在一起。通常，谐振器和交叉耦合提供传输极点和“零点”，其可以在特定频率被调谐以提供期望的滤波器响应。通常将要求许多谐振器以实现用于商业应用的适当滤波特性，导致相对大尺寸的滤波设备。

由介质谐振器形成的滤波器的一个示例性应用是用于微波电信应用的频分双工器。传统上在天线支持塔的底部处的基站处提供双工器，但针对微波电信系统设计的当前趋势是将滤波和信号处理设备定位于塔的顶部处以从而使电缆长度最小化并因此减少信号损耗。然而，如上所述的单模滤波器的尺寸可以使得这些对于在天线塔的顶部处实现而言并不期望。

多模滤波器在单个物理主体中实现多个谐振器，使得可以获得滤波器尺寸方面的减小。作为示例，镀银介电体可以在许多不同模下谐振。这些模中的每一个可充当滤波器中的谐振器中的一个。为了提供实际的多模滤波器，必须在主体内的模之间耦合能量，与在单模滤波器中的分立对象之间的耦合相比，这在实践中更容易控制。

实现这些多模滤波器的常见方式是选择性地将来自输入端口的能量耦合到模中的第一个。在第一模下储存的能量然后通过向主体的形状中引入特定缺陷（defect）而被耦合到谐振器内的不同模。以这种方式，可以以与常规单模滤波器实施方式类似的方式将多模滤波器实现为谐振器的有效级联。这种技术导致可以被调谐以提供期望滤波器响应的传输极点。

在美国专利号6,853,271中描述了此类方法的示例，该专利针对三模单体滤波器。使用在形成于谐振器的面上的孔中提供的适当配置输入探测器，能量被耦合到电介质填充单体谐振器的第一模中。通过选择性地在谐振器主体上提供拐角切削或狭槽而实现谐振器的两个其它模与此第一模之间的耦合。

这种技术允许滤波器尺寸方面的显著减小，因为此类型的三模滤波器表示由三个分立单模谐振器构成的单模滤波器的等同物。然而，用来耦合进出谐振器和在谐振器内的模之间的能量以提供有效谐振器级联的方法要求主体具有复杂的形状，增加了制造成本。

可实现这些多模滤波器的替换方式是借助于适当设计的耦合轨道将来自输入端口的能量同时地耦合到模中的每一个。再次地，以这种方式，可以以与常规单模滤波器实施方式类似的方式将多模滤波器实现为谐振器的有效级联。如其中使用缺陷来使得能够在单个谐振器中激励多个模的上述情况一样，这种技术导致可以对传输极点进行调谐以提供期望的滤波器响应。在各种美国（US）专利申请中已经公开了此类型滤波器，例如：US 13/488,123、US 13/488,059、US 13/487,906和US 13/488,182。

可能仍需要将两个或更多三模滤波器级联在一起以提供具有适当滤波特性的滤波器组件。如在美国专利号6,853,271和7,042,314中所述，这可使用单个波导或用于提供两个谐振器单体之间的耦合的位于中心的单个小孔来实现。用这种方法，难以实现向主体耦合、从主体耦合或在主体之间耦合模的精确控制，并且因此实现给定的具有挑战性的滤波器规格是困难的。

另一方法包括使用耦合在两个电介质单体之间的单模梳状线谐振器来形成混合式滤波器组件，如在美国专利号6,954,122中所述。在这种情况下，相比于单独地使用添加的缺陷而言，甚至进一步增加物理复杂性和因此的制造成本。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种多模腔体滤波器，包括：至少一个介质谐振器主体，结合了一片电介质材料，该片电介质材料具有使得其可以支持至少第一谐振模和至少第二基本上退化的谐振模的形状；一层导电材料，与介质谐振器主体接触并将其覆盖；该层导电材料中的至少一个小孔，用于向介质谐振器主体输入信号和从介质谐振器主体输出信号中的至少一个，所述至少一个小孔被布置成用于并行地直接地将信号耦合到第一谐振模和第二基本上退化的谐振模以及并行地直接地从第一谐振模和第二基本上退化的谐振模耦合信号中的至少一个。

可以将用于实现主体内部和外部的电磁波之间的耦合的导电覆盖中的一组小孔称为覆盖的“穿孔区”。

所述至少一个小孔可例如包括用于分别地向和从介质谐振器主体耦合信号的输入耦合小孔和输出耦合小孔中的至少一个。

所述至少一个小孔可例如由两个或更多部分组成，其中，第一部分基本上平行于介质谐振器主体的表面延伸，并且第二部分基本上垂直于第一部分延伸。可例如接近于介质谐振器主体的至少一个边缘放置所述至少一个小孔。

所述至少一个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。所述至少一个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场和电场中的至少一个与所述第一模的相应磁场或电场基本上对准。所述至少一个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场和电场中的至少一个与所述第二模的相应磁场或电场基本上对准。第一部分和第二部分可以是例如以下各项中的任何一个：笔直、弯曲或无定形小孔或者规则或不规则二维形状。第一部分可例如包括第一笔直细长小孔，并且第二部分可例如包括基本上垂直于第一笔直细长小孔布置的第二笔直细长小孔，并且其可与第一笔直细长小孔相交，或者可不同于第一笔直细长小孔。

所述至少一个耦合小孔可例如包括用于同时地耦合到第一模和第二模两者的一部分。该部分可例如包括细长小孔，其以一定角度定向，使得由所述部分产生的磁场和电场中的至少一个具有与所述第一模的相应磁场或电场对准的第一笛卡尔分量以及与所述第二模的相应磁场或电场对准的第二笛卡尔分量。

可例如在该层导电材料中将耦合小孔形成为缺少导电材料的区域。

多模腔体滤波器可例如还包括输入谐振器和输出谐振器，其可操作地耦合到多模谐振器并可操作用于包含将耦合到多模谐振器中的电场和磁场。输入谐振器和输出谐振器可由与多模谐振器相同的材料制成，或者其可由不同的材料制成。

形成多模谐振器的主体的电介质材料片可例如包括用于安装到输入谐振器上的平面表面的第一基本上平面的表面。形成多模谐振器的主体的电介质材料片还可例如包括用于安装到输出谐振器上的平面表面的第二基本上平面的表面。

还可在所述基本上平面的表面上或与之相邻地提供耦合小孔。

进而可为输入谐振器提供用以使得能够向输入谐振器中馈送信号的探测器或其它激励装置。还可为输出谐振器提供用以使得能够从输出谐振器提取信号的探测器或其它激励装置。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出其可以如何付诸实践，现在将以示例的方式对以下附图进行参考，在所述附图中：

图1a是多模滤波器的示例的示意性透视图；

图1b是图1a的多模滤波器的示意性正面视图；

图2是图1a的示例性多模滤波器的示意性透视图，示出了用于直接地在多模滤波器的正面之外的电场和磁场的一个典型形式的示例；

图3是多模滤波器的第二示例的示意性透视图；

图4是多模滤波器的第三示例的示意性透视图；

图5（a）至（d）示出了在示例性多模谐振器之外和内部的各种场和模；

图6是结合了输入和输出耦合谐振器的图1的示例性多模滤波器的示意性透视图；

图7是多模滤波器的第四示例的示意性透视图；

图8是多模滤波器的第五示例的示意性透视图；

图9是多模滤波器的第六示例的示意性透视图；

图10（a）至（e）是用于多模滤波器的示例性耦合小孔布置的示意图；

图11（a）是结合了多模滤波器的双工通信系统的示例的示意图；

图11（b）是图11（a）的多模滤波器的频率响应的示例的示意图；

图12是使用多个谐振器主体来提供用于发射和接收通道的滤波的多模滤波器的示例的示意性透视图；

图13（a）是结合了输入和输出耦合探测器的示例性多模滤波器的示意性透视图；

图13（b）是示出了图13（a）的示例性多模滤波器的侧视图的示意图，结合了输入和输出耦合探测器；

图14（a）是具有基于探测器的激励的谐振器的示例的示意性透视图；

图14（b）是示出了谐振器内的各种场和模的多模滤波器的示例的示意性透视图；

图14（c）是示出了谐振器内的示例性场取向的示例性多模谐振器的示意性透视图；

图15是多模、多谐振器滤波器的另一示例的示意性透视图。

具体实施方式

现在将参考图1a和1b来描述多模滤波器的示例。

本发明的基础在于使用特定类型的耦合小孔将信号耦合到多模谐振器中和从其中耦合出来，同时在该谐振器内同时地激励两个或更多模（或从其耦合能量）。

在本示例中，滤波器100包括封装在金属化层（其为了明了起见而未示出）中的谐振器主体110。在金属化层中形成了至少两个小孔：输入耦合小孔120和输出耦合小孔130。这些小孔由金属化的不存在组成，其中谐振器主体的其余部分基本上被封装在其金属化层中。小孔120和130可例如通过以化学方式或以机械方式蚀刻围绕谐振器主体110的金属化（metallisation）以去除金属化并从而形成一个或多个小孔而形成。还可以用其它手段来形成一个或多个小孔，诸如以小孔的形状产生掩膜，临时地将所述掩膜附着到谐振器主体的表面上的所需位置，跨谐振器主体的基本上所有表面面积而喷洒或者以其他方式沉积导电层（‘金属化层’），并且然后从谐振器主体去除掩膜，以在金属化中留下小孔。

将在随后用来在多模谐振器110内定义各种模的名称和取向的轴的取向由轴图140定义。

图1b示出了包含输入小孔120的谐振器主体110的面的视图。输入小孔120被示为由图1（a）中所示的谐振器主体110的端面（如所示）的表面上的金属化150的不存在形成。

在本示例中，将输入小孔120示为由金属化150中的两个正交狭槽121和122构成。这两个正交狭槽121和122被示为在谐振器主体的端面的左上拐角中相遇，形成单个连续的小孔120。上文所述的实施例仅仅是符合本发明的许多可能实施例中的一个。下面将提供更多示例，其中使用多个单独狭槽小孔，并且其中，所述狭槽小孔不相遇或在沿着其长度的不同位置处（例如向前半途中）相遇，从而形成交叉交叉。

提供了两个耦合小孔：在每种情况下，一个用于将RF能量耦合到谐振器中，并且一个用于将RF能量从谐振器耦合出来，例如向或从另一谐振器。所述另一谐振器可以是例如单模谐振器。这些小孔分别地激励谐振器结构可以支持的简单（主）模中的两个或更多或者从其耦合能量。可以支持的模的数目进而在很大程度上由谐振器的形状决定，但立方体和立方形谐振器是在本公开中主要考虑的那些，从而在立方体的情况下支持多达三个（简单的非退化）模且在2:2:1比立方体的情况下多达四个（简单的非退化）模。其它谐振器形状和此类形状可以支持的模数目也是可能的。

图1（a）以示例的方式示出了立方形介质谐振器主体110；对于谐振器主体而言可以有许多其它形状，同时仍支持多个模。用于谐振器主体的此类形状的示例包括但不限于：球形、棱柱、角锥、圆锥、圆筒和多边形突出体（extrusion）。

通常，谐振器主体110包括具有适当介电性质的电介质材料的实心主体，并且更典型地由其制成。在一个示例中，谐振器主体是陶瓷材料，但是这并不是必须的，而是可以使用替换材料。另外，该主体可以是多层主体，包括例如具有不同介电性质的各材料层。在一个示例中，该主体可以包括电介质材料的芯以及不同电介质材料的一个或多个外层。

谐振器主体110通常包括导电材料的外部涂层，通常称为金属化层；此涂层可由银制成，但可以使用诸如金、铜等其它材料。可向主体的一个或多个表面施加导电材料。形成耦合小孔的表面的区域可以是无涂层的以允许信号到谐振器主体的耦合。

谐振器主体可以是任何形状，但是一般地限定至少两个正交轴，其中耦合小孔至少部分地在每个轴的方向上延伸，从而提供到多个单独谐振模的耦合。

在当前示例中，谐振器主体110是立方体主体，并且因此限定基本上与谐振器主体的表面对准的三个正交轴，如轴X、Y、Z所示。结果，谐振器主体110具有基本上正交且基本上与三个正交轴对准的三个主导谐振模。

立方体结构是特别有利的，因为其可以容易且廉价地制造，并且还可以容易地装配在一起，例如通过以接触的方式布置多个谐振器主体，如下面将参考图6描述的。立方体结构通常具有清楚地限定的谐振模，使得耦合小孔布置的配置更加简单。另外，立方体结构的使用提供平面的表面或面180，使得可以在平行于平面表面180或在其上面的平面中布置小孔，其中小孔可优选地由金属化的不存在形成，其以其他方式基本上围绕谐振器主体110。

有许多相邻材料和机构，多模介质谐振器可以从其发出电场和磁场能量，其然后可以耦合到多模谐振器110中，并从而激励谐振器将支持的多个模中的两个或更多。下面将进一步描述的一个示例是利用一个或多个附加谐振器（其可以是单模谐振器）来包含所需的电场和磁场，以借助于输入耦合小孔120耦合到多模谐振器。同样地，输出耦合小孔130可将储存在多模谐振器110内的电场和磁场中的能量从其模中的两个或更多耦合到一个或多个输出谐振器中，以便随后提取而形成滤波器的输出。

虽然下面将进一步描述使用输入和输出谐振器作为邻近于耦合小孔120和130提供或提取所需场的装置，但存在许多其它机制，通过该许多其它机制可以提供或提取所需场。一个其它示例是使用放置在与输入耦合小孔120相距适当距离处的辐射贴片天线结构。适当设计的贴片可以直接地邻近于输入耦合小孔120而提供所需电场和磁场，使得小孔120可以在多模谐振器主体110内将包含在这些场中的能量同时地耦合到多个模中。

同样地，使用薄的金属化层（诸如沉积或涂敷到谐振器主体110上的层）仅仅是金属化可以采取的形式的一个示例。另一示例将是紧密地围绕谐振器主体110的金属框。另一示例可以是将波金属片或箔粘附到谐振器主体110的面，在所需位置中有预切小孔，如上文在金属化层的示例中所述。

在一些情形中，单个谐振器主体不能例如在带外信号的衰减方面提供适当的性能。在这种情况下，可以通过提供串联地布置的两个或更多谐振器来改善滤波器的性能，从而实现较高性能的滤波器。

在一个示例中，这可以通过提供相互接触的两个谐振器主体来实现，例如在谐振器主体的银涂层中提供有一个或多个小孔，其中所述主体相接触。这允许存在于第一立方体中的电场和磁场在相邻立方体内激励或感生所需的场和模，使得谐振器主体可以从另一谐振器主体接收信号或向其提供信号。

图2示出了当使用在图6中示为190的形式的立方体单模输入谐振器来包含将被耦合到多模谐振器主体110中的场时通常直接地在谐振器主体外面存在的电场（E场）170和磁场（H场）160的形式；E场被视为由虚线圈标识的箭头170的组。可以有用于所需E和H场的替换源，诸如上述贴片天线结构，并且这些可生成与图2中所示的那些不同形状的E和H场，然而，当考虑在图6中示为190的形式的单模输入谐振器时，将能量从这些不同形状的场耦合到多模谐振器中的原理与下面将描述的相同。

现在可以如下借助图2来描述输入耦合小孔120的操作。可以经由小孔120以两个方式将采取直接地邻近于谐振器的外部正面180而存在的电（E）和磁（H）场形式的电磁能耦合到谐振器中。电磁能的电场（E场）部分通过小孔120辐射，如用E场方向箭头170所示。基于图2中所示的轴定义140，E场辐射将主要耦合到谐振器内的X模。

接近于面的边缘的H场被示为准正方形，如两组H场箭头160所示，但其通常变得越来越是圆形且越接近于面的中心越弱，如所示。H场通常将接近于谐振器面180的边缘处于最大值，并且在谐振器面180的中心上和谐振器面180的拐角上处于最小值或零。这就是为什么H场被示为具有圆角而不是正方形或直角拐角。H场160通常将经由两个正交小孔部分121和222耦合到图2中所示的形状可以支持的多达三个模：X、Y和Z。小孔部分121将主要耦合到X和Y模，而小孔部分122将主要耦合到X和Z模。从图2可以看到循环的H场160具有平行于谐振器面180的最上边缘存在的强水平分量。此强水平H场分量可以平行于水平（上）小孔部分122延伸；如所示，此分量在小孔122的上边缘的中心处于其最大值，具有所示的小孔位置。基于图2中所示的轴定义140，此强水平分量通常将最有效地耦合到谐振器内的Z模。另外，其通常还将通过两个机制而强耦合到X模：通过小孔的E场耦合以及H场耦合，如用E场方向箭头170所示。这两个机制彼此相反，并且常常期望使到X模的E场耦合分量最小化，并且尽可能依赖于耦合到X模的H场分量以便实现期望程度的X模耦合。下面将参考图3来描述用于实现此目标的一个机制，但可以有其它选项。

再次地，参考图2，很明显循环H场还具有平行于垂直（左侧）小孔部分121的强分量；此分量再次地将在小孔部分121的上边缘的中心上处于其最大值，具有所示的小孔位置。基于图2中所示的轴定义140，此强垂直分量将最有效地耦合到谐振器内的Y模。另外，其还将通过先前所述的两个机制而强耦合到X模：通过整个小孔120的E场耦合以及H场耦合，结合了小孔部分121，如用E场方向箭头170所示。再次地，这两个机制彼此相反，并且常常期望使到X模的E场耦合分量最小化，并且尽可能依赖于H场分量以便实现期望程度的X模耦合。

可以通过控制小孔的两个部分（即水平和垂直部分122和121）的长度、宽度和位置来控制在每个模中获得的耦合的水平。同样地，相对于立方体的边缘改变小孔部分中的一者或两者的角度还将对实现的耦合强度具有影响；用所示的E和H场和多模谐振器形状110，当相关小孔截面（121或122）到其最近边缘的角度达到45度时，相对于谐振器的面180的边缘改变小孔部分121或122中的一个的角度、同时保持另一小孔部分固定通常将减少到Z或Y模或者说（在实现最小耦合量的情况下）到相关模的耦合量。超过这水平，通常将增加到另一模的耦合；换言之，最初意图强耦合到Y模的小孔部分例如然后将强耦合到Z模。其还将增加到X模的E场耦合的量，因为小孔截面121和122的一部分现在将更接近于谐振器的面180的中心，其中E场处于其最强值。作为一般原理，在相对于谐振器面180的中心和边缘的给定小孔位置处，较短、较窄的小孔在相对于电场或磁场或两者正确地定向时将减少实现的电场耦合或磁场耦合或两者的量，而较长、较宽的小孔将使其增加。同样地，基于在小孔或小孔部分的方向上的H场的解析（resolved）矢量分量，相对于H场的方向改变耦合小孔或小孔部分的角度将改变耦合到相关模（Y或Z）的程度。

现在，考虑存在于照明器内的任意形状的E和H场的一般情况下，例如图6的输入单模谐振器190，其邻近于任意形状的多模谐振器定位，其中，这些任意形状的E和H场将经由一个或多个任意形状的耦合小孔耦合到所述多模谐振器中。在这里使用术语‘照明器’来指代可以包含或发射E场、H场或两个类型的场的任意对象、元件等。多模谐振器的任意形状将导致在多模谐振器内需要任意形状的场取向以激励存在于所述多模谐振器内的谐振器模，例如X、Y和Z模。在本示例中，多模谐振器和照明器两者的场取向在确定所实现的耦合程度时是同等重要的。同样地，所述一个或多个耦合小孔的所述形状，大小和取向是同样重要的。

可如下解释该关系。照明器包含一个或多个模，每个具有其自己的场图。该组耦合小孔也具有一系列模，再次地，每个具有其自己的场图。最后，任意形状的多模谐振器也具有其自己的模和其自己的场图。从给定照明器模至给定小孔模的耦合将由照明器与小孔场图之间的重叠程度确定。同样地，从给定耦合小孔模到给定多模谐振器模的耦合将由小孔与多模谐振器场图之间的重叠给定。从给定照明器模到给定多模谐振器模的耦合因此将是通过所有小孔模的耦合的相量和。这样的结果在于其是连同小孔尺寸一起确定耦合的强度的与小孔且然后与谐振器模的矢量分量对准的H场的矢量分量。如果所有矢量对准，则一般地将发生强耦合；同样地，如果例如由于小孔中的一个或多个并未水平地或垂直地与照明器或谐振器场对准而存在不对准，则耦合程度将降低。此外，如果小孔中的一个或多个在处于完美矢量对准的同时在所述矢量对准方向上在尺寸方面减小，则耦合程度通常也将减小。在E场的情况下，在确定耦合强度时重要的主要是小孔的截面面积及其在谐振器110的面180上的位置。以这种方式，可以谨慎地控制到多模谐振器内的各种模的耦合程度和因此结果得到的滤波器的通带和阻带特性。

E场方向箭头170和H场箭头160所指示的图2中所示的E场和H场照明是基于将通过直接地邻近于谐振器的第一面180放置单模介质谐振器190而实现的那些，如图6中所示。注意的是，图6还示出了施加于第一谐振器面180上的金属化150以及施加于第二谐振器面220上的金属化210，但省略了围绕多模谐振器110及输入单模谐振器190和输出单模谐振器200的所有其它金属化。下面将更详细地讨论图6。很明显，可以有谐振器面180的其它照明方法。示例包括但不限于：被直接邻近于谐振器面180放置或附着的第二多模谐振器（无论是否在其内部激励了多个模）、天线辐射结构，诸如贴片天线结构，其可以直接邻近于谐振器面180或者与谐振器面180相距一定距离或者在中间的任何位置处放置，以及直接地邻近于谐振器面180放置的条带线或微带传输线或谐振器。虽然这些将产生与图2中的附图标记160和170所指示的那些不同的场图，但对于E和H场而言（例如，H场不再是准正方形的），其并未有损于本发明的基本概念，即利用一个或多个小孔的正交方面，允许E场的及H场的水平和垂直分量的很大程度上独立的‘采样’以谨慎设计的方式进行，其中，所述一个或多个小孔被设计成具有与多模谐振器110的适当模和照明器的那些的场对准的元件。

概括地，经由一个或多个小孔部分121和122获得从直接地存在于谐振器面180外面的H场到谐振器主体110中的良好耦合所需的主要但并非仅有因素是：

1. 耦合小孔部分（例如图2中的小孔部分121或122）与要激励的立方体模的H场之间的紧密矢量对准。例如，水平狭槽将向Z模提供良好的激励，并向Y模提供很少的激励，该模如在图2中所定义的140。

2. 在相关方向（例如水平方向，在Z模的情况下）上的耦合小孔的可观的延伸。

3. 其中H场的场强最高的区域中的耦合小孔120的放置，基于直接地邻近于谐振器面180存在的场，在谐振器主体110内部和外部两者。当考虑在谐振器主体110之外的场时，此类场可以例如被包含在图6中所示的单模输入谐振器190内。

参考图3和图4，基于每个取向的成对小孔部分的使用，可以如下进一步举例说明上述原理，为了简单起见，仅考虑水平取向。图3和图4图示出使用小孔定位以便将直接邻近于谐振器的面180存在但在谐振器主体110外面的更大或更小量的H场耦合到存在于多模谐振器主体110内的适当模。图3示出了成对小孔子段122a和122b，其可一起执行与图2中的小孔部分122类似的功能。在图3中，小孔子段122a和122b被接近于谐振器面180的上边缘放置。在图4中，小孔子段122a和122b与其到谐振器面180的上边缘相比被更接近于该面的左侧和右侧边缘放置。

在这两个图中所图示的情况下，意图主要地耦合到的是存在于多模谐振器主体110内的Z模，因为小孔子段122a和122b水平地取向。另外，还将发生到X模的显著耦合，然而，无论图2的小孔部分121和122或图3和图4的小孔子段122a和122b的取向如何，情况通常都将如此，只要其保持在谐振器面180上的一个或多个相同位置中即可。

在图3中，将小孔子段122a和122b示为相对紧密地间隔开，并且还相对接近于谐振器面180的顶部。在此位置中，可以看到其将很好地耦合到H场箭头160所指示的H场的强水平分量，其接近于谐振器面180的顶部存在。H场箭头160在与小孔子段122a和122b相同的取向上矢量地对准，从而通常将发生到存在于多模谐振器主体110内的Z模的强耦合。

在图4中，小孔子段122a和122b现在分开更远地定位，并且还在多模谐振器主体110的面180下面更低。如用H场箭头160指定的H场的水平分量现在较小（相反地，垂直分量现在较大），并且因此将发生到Z模的减少量的H场耦合。然而，相反地，如果将小孔子段122a和122b保持在谐振器主体110的面180上的相同位置中，如图4中所示，但每个单独地旋转通过90度，则其通常将从直接地存在于谐振器主体110的面180前面的H场提供到Y模的强耦合量值，但由于小孔子段122a和122b的位置处的相反场方向，该耦合通常将具有相反的符号，并可因此而在很大程度上或完全地相互抵消。

注意的是，虽然在图3和图4两者中都示出了两个单独小孔子段，但相同的自变量（argument）将适用于单个孔，例如图2中的小孔部分122；可将小孔部分122视为涵盖图3的短‘狭槽’122a和122b两者的长‘狭槽’。从耦合角度看，使用单个小孔部分122和两个小孔子段122a和122b之间的主要差别是与用两个小孔子段122a和122b将实现的相比，使用单个小孔部分122通常将实现更大程度的E场耦合，假设被小孔子段122a和122b占用的总长度和总小孔面积分别小于小孔部分122的总长度和总小孔面积。此增加的E场耦合程度由于小孔部分的增加的可用面积以及更强的E场发生，其更接近于面的中心而存在，并且其通常将被小孔部分122的中心区段耦合。此类大量的E场耦合常常是不期望的，特别是当添加到可以由垂直布置的类似的一对小孔子段引起的E场耦合、以主要地耦合到Y模时，诸如图10（a）中的小孔312a和312b，下面将对其进行更详细的讨论。

关于使用一个或多个小孔部分或小孔子段可实现的E场耦合的程度，存在影响该程度的一定范围的因素。这些包括但不限于：

1. 其中E场强度最高的区域中的耦合小孔的放置，基于直接地邻近于谐振器面180存在的E场，但在谐振器主体110外面。在这种情况下，E场耦合通常将接近于谐振器主体110的面180的中心或在该处最强。

2. 用于耦合小孔120的大截面面积的提供，具有在水平和垂直方向上的延伸，其对应于直接地邻近于谐振器主体110的面180而存在的E场强度的形状。例如，当如图6中所示采用单模输入谐振器190时，放置在谐振器主体110的面180的中心处的圆形或正方形小孔通常将导致向谐振器主体110中发生大量的E场耦合。

值得强调的一点是如（上文）针对H场所讨论的一样，对于E场而言，关于小孔定位及其对耦合强度的影响，存在几乎类似的情况。在图6中所示的示例性架构的情况下，当考虑H场时，将（一个或多个）小孔接近于平板的面的边缘定位通常导致实现最大水平的耦合，假设子小孔121和122适当地定向以与该位置处的期望场方向匹配。在E场的情况下，将一个或多个小孔接近于多模谐振器主体110的面180的中心定位导致最大水平的耦合。在这种情况下，一个或多个小孔的取向在很大程度上是不重要的。小孔的形状现在具有更大的相关性，圆形形状通常相对于被耦合小孔占用的区域提供最大量的耦合，同时去除最小量的金属化并因此对滤波器中的电阻损耗具有最小的影响。

图5图示出特定示例以便突出显示本发明的一般原理。图5（a）至（d）示出了由四个水平取向的窄的小孔511a、511b、512a、512b和在多模谐振器的输入面180的中心处的单个圆形小孔520组成的示例性耦合小孔布置。图5（a）图示出假设为在多模谐振器的输入面180外面但与之直接邻近存在的场分布。此场分布是可以存在于单模输入谐振器内的形式的，如先前所讨论的。在图5（a）中，借助于实线示出了H场，箭头160大致上在顺时针方向上循环。同样地，借助于小的交叉来示出E场—这些被用来指示E场的方向大致上垂直页面，近似朝向页面中。应注意的是交叉的密度在谐振器的面180的中心处比其朝向面的边缘更大。同样地，H场线朝向面180的外边缘的较大浓度和朝向面180的中心的较低浓度示出了使得典型的H场分布越接近于边缘通常存在越强的H场，并且越接近于中心通常存在越低的H场强度。

图5（b）至（d）现在示出了针对三个模的直接地在多模谐振器内部、换言之直接地邻近于该谐振器的输入面180的内部存在的场图，所述三个模可以存在于立方体形状谐振器中，如果此类谐振器被适当地的激励的话。图5（b）示出了基于图5（a）中所示的激励的用于多模谐振器内的X模的典型场图。可以看到X模场图类似于图5（a）中所示的激励场图。X模的E场的方向在大致上朝向页面中的方向上远离输入耦合小孔511a、511b、512a、512b。这是x方向，如此图中还示出的轴所指示的。

图5（c）示出了用于多模谐振器内的Y模的典型场图。对于E和H场分量两者而言，可以看到Y模场图基本上不同于图5（a）中所示的激励场图。在此面上的Y模的E场是非常小的。在多模谐振器的中心上的Y模的E场是大的，并且在如此图中还示出的轴所指示的Y方向上从左向右传播。使用实线箭头将H场示为从图的底部向顶部传播。

最后，图5（d）示出了用于多模谐振器内的Z模的典型场图。对于E和H场分量两者而言，可以看到Z模场图也基本上不同于图5（a）中所示的激励场图。Z模的E场在如也在此图中示出的轴所指示的Z方向上从图的底部向顶部传播，然而由于其在多模谐振器的面处通常是小的或为零，所以在此图中未将其示出；如上所述，其将存在于多模谐振器的中心处。使用实线箭头将H场示为从左向右传播。应注意的是出于说明性目的而示出了E和H场的绝对方向，并且还可以有在与所示的那些相反的方向上取向的场图。

基于图5中所示的示例性场图，可以提供通常可以实现的相对耦合强度的近似指示，在此图中示出了耦合小孔布置。在下表1中提供了此类指示性概要。具体地，这示出了当仅使用窄的水平取向耦合小孔（或‘狭槽’）加中心圆形耦合小孔时可实现的耦合。例如，在典型的三模滤波器中，还包括垂直取向的耦合小孔将是正常的，以提供到Y模的强H场耦合；当使用水平小孔而没有垂直小孔时，并且假设任何中心小孔完美地在中心且是完美地对称的，则通常将发生最小或无Y模耦合。

表1假设使用具有基本上正方形截面的单模立方体谐振器来借助于位于其基本上正方形的面中的小孔激励立方体多模谐振器；两个谐振器在其对接面上具有图（5a）至（d）中所示的小孔图案。用此类布置以及用于单模立方体输入谐振器的适当激励设备，例如探测器，则可以预期与图5（a）至（e）中所示的那些类似的场图。

表1。

可如下解释表1。例如，当被用探测器进行馈送时，第一谐振器、在这种情况下为单模输入谐振器通常将仅在其X模下谐振。此单（X）模将借助于其E和H场两者耦合到可以被多模谐振器支持的多个模，如表1的垂直柱突出显示的。根据图5（a）中示出的方案来对耦合小孔编号，因此例如小孔511a和511b是该图中的上部两个小孔。以这些为例，从表1可以看到存在于输入单模谐振器中的E场可以经由小孔511a和511b用‘正’耦合而弱耦合到多模谐振器的X模。同样地，存在于输入单模谐振器中的H场可以经由小孔511a和511b用‘负’耦合而强耦合到多模谐振器的X模。仅仅基于两个耦合小孔511a和511b，来自从存在于单模谐振器中的E场得到的弱‘正’耦合得到以及从存在于单模谐振器中的H场得到的强‘负’耦合的总体结果耦合是相当强的负耦合。从小孔512a和512b以及中心小孔520还将得到对存在于多模谐振器中的X模的更多贡献。实际上，小孔512a和512b将进一步增强经由从小孔511a和511b产生的‘负’符号耦合，然而通过添加强‘正’耦合，小孔520将与此相反地作用。到X模的结果得到的总耦合因此将取决于来自小孔520的此正耦合被设计成有多强。如果不存在中心耦合小孔520，或者此小孔是小的，则经由小孔511a、511b、512a和512b的H场耦合将主导；如果另一方面小孔520是大的，则其可以主导到X模的耦合。最终结果是设计选择的问题，取决于要实现的特定滤波器规格。

以相同方式，现在考虑多模谐振器内的Z模，小孔511a和511b将产生到此模的强负耦合，并且小孔512a和512b将产生到此模的强正耦合。如图5（a）中所示，其中示出了大致相同尺寸的小孔，这些贡献因此可以大致上相互抵消，并且很可能仅发生到Z模的弱或零耦合。在典型的实际设计中，一个或多个小孔通常将在其相对于其余部分的尺寸方面减小，或者可以将一个或多个小孔完全消除，以便确保一些结果得到的耦合发生。因此，例如，可以使得小孔512a和512b小于小孔511a和511b，使得其耦合贡献被削弱，从而允许来自小孔511a和511b的耦合贡献成为主导。

值得注意的是表1中所示的零（“0”）条目说明这样的事实，即从导致该特定条目的情况的相关组合，很可能导致最低水平的耦合；通过导致该特定零条目的情况的相关组合，零（“0”）条目不一定意味着对该模将不发生任何激励。

如上文已简要地描述的，图6图示出输入单模谐振器190和输出单模谐振器200到多模谐振器110的添加。输入单模谐振器190通常被附着到多模谐振器110的正面180。输出单模谐振器200通常被附着到多模谐振器110的背面230。输入单模谐振器190和输出单模谐振器200通常由电介质材料形成。所使用的电介质材料可以是与用来制造多模谐振器主体110的相同的电介质材料，或者其可以是不同的电介质材料。用来制造输入单模谐振器190的电介质材料可以是与用来制造输出单模谐振器200的不同的电介质材料。通常基本上用金属化层来涂敷输入单模谐振器190和输出单模谐振器200二者，分别地除小孔面积120和130之外，在其上面去除金属化或者在金属化过程期间不在其内部放置金属化。图6借助于交叉阴影线清楚地示出了多模谐振器主体110的输入面180上的金属化150在其上面延伸的区域和在其上面不存在金属化的小孔120的区域。注意的是，为了明了起见，从图6省略了通常施加于多模谐振器主体110的其余表面、输入谐振器190的表面和输出谐振器200的表面的金属化的其余部分。其唯一的例外是再次地借助于交叉阴影线而在多模谐振器主体110的输出面230的表面上示出了金属化210。其还用交叉阴影线的不存在示出了在其上面不存在金属化的小孔130的区域。

向三模谐振器主体110的输入和输出面180、230添加单模谐振器190、200的一个目的是包含电磁场，例如针对输入单模谐振器190在图2中示出的H场160和E场170，然后可以将其耦合到多模谐振器主体110中，或者其已在输出单模谐振器200的情况下从多模谐振器主体110提取。

可向单模谐振器190、200供应射频信号，或者可以在图6中未示出的多种方式从其中提取射频信号，然而，稍后将参考图13来描述一个示例性架构和方法。可用来供应或提取射频信号的装置包括但不限于：分别触摸最外表面或穿透输入单模谐振器190或输出单模谐振器200的图6中的最外表面240、250的探测器，位于适当的一个或多个位置中以向单模谐振器190、200提供所需的一个或多个电磁场或从其提取所需的一个或多个电磁场的单个或多个贴片或贴片天线，以及单个或多个导电环路，其再次地位于适当的一个或多个位置中以向单模谐振器190、200提供所需的一个或多个电磁场或从其提取所需的一个或多个电磁场。

输入和输出单模谐振器190、200也基本上以与多模谐振器主体100相同的方式被覆盖在金属涂层中，并且也具有小孔，在其内部基本上不存在金属化，其在尺寸和位置二者方面通常对应于多模谐振器主体110上的涂层中的小孔。输入和输出单模谐振器190、200与图6中所示的位置处的多模谐振器主体110进行直接或间接的电接触且通常还被机械地附着到该多模谐振器主体110—亦即在单模和多模谐振器外面的金属化层通常跨基本上所有其公共表面面积被电连接在一起。例如，此类连接可以通过焊接来完成，但存在许多其它导电结合选项。

单模和相邻多模谐振器两者中的小孔120、130通常基本上在形状、尺寸和在谐振器的相关面上的位置方面是相同的，使得当谐振器在那些相关面上被结合在一起时，其本质上形成单个小孔，形状基本上与存在于谐振器的相关面上的小孔中的任一个相同。然而，可以将金属化仅施加到单个表面，输入单模谐振器的输出面或多模谐振器的输入面，其中一个或多个小孔被合并到这个单个金属化层中并且然后将该金属化表面结合到相邻谐振器作为其结合面，该相邻谐振器可以具有未金属化的表面，其中该谐振器的其余部分被金属化。然而，用这种构造方法需要注意确保例如凝胶之类的结合材料基本上具有均匀的厚度。通常例如还在多模谐振器主体110及输入和输出单模谐振器190、200两者的顶部、底部及两侧处需要两个谐振器上的金属化之间的单独电连接，以实际上形成围绕整个滤波器结构的连续金属化，不包括输入和输出连接器、探测器或小孔。

注意的是，上文所使用的术语‘基本上相同’意图包括其中故意地将一个小孔制作为略大于邻接（面对）的小孔以便简化两个小孔的对准并从而避免两个小孔之间的不对准问题的情况。

不需要使图2中所示的小孔部分沿着其长度在任何点处相遇，以便其充当根据本发明的一个方面的耦合小孔。图7图示出并未在沿着其长度的任何点处相遇的单独输入小孔部分121、122以及再次地并未在沿着其长度的任何点处相遇的输出部分261、262的使用。这些成对小孔的操作与上文相对于图2中的小孔部分121、122所述的类似。图2中所示的布置的优点是其相对于图7中所示的那些而言分别地增加水平和垂直小孔部分两者的长度并从而通过它们中的每一个来实现到多模谐振器主体110中的期望模的耦合强度。然而，常常不期望具有到多模谐振器主体110中的太多耦合，并且因此常常需要有较短长度的小孔部分或者甚至多个子小孔，如在图3中。

图8示出了替换小孔布置，其在图8中所示的情况下用新的交叉形小孔来替换输入耦合小孔120和输出耦合小孔130两者。虽然在图8中将输入交叉形小孔270和输出交叉形小孔280示为具有相互基本上相同的尺寸和取向，但这完全是以示例的方式，并且可以有其它尺寸和取向。可选地，还可以具有不同形状的输入和输出耦合小孔，诸如在例如图6中所示的交叉形输入耦合小孔270和输出L形耦合小孔130。

图8中的交叉形耦合小孔270和280的操作遵循与先前相对于图2中所示的耦合小孔相同的原理，但要实现的到多模谐振器主体110内的各种谐振模的耦合的相对强度通常不同于用上述小孔形状获得的那些，假设在两个情况下使用用于例如121、122、271、272、281、282的垂直和水平小孔部分的相同长度和宽度。当然情况不必如此，并且可以对小孔部分使用不同的长度和宽度。耦合强度方面的此差异在很大程度上是由将经由一个或多个交叉形小孔从谐振器主体110的外部传递至内部的E和H场的非常不同的分量而引起的。例如，位于中心的交叉形耦合小孔将具有由通过其开放中心发生的耦合而引起的强E场分量，并且因此将强耦合到X模，然而，其具有在接近于H场最大值定位的相对小的区域（在其末端处），其在使用输入谐振器作为包含要耦合到多模谐振器110中的场的装置时围绕着谐振器面180的外面发生。结果，在使用交叉形小孔的情况下，到Y和Z模的耦合将在例如在图2或图7中所示的耦合结构的情况下更弱。

在此交叉形小孔结构的实际实施方式中，交叉的相对‘支腿’、例如从交叉的中心垂直向上延伸的小孔部分271的一部分和从交叉的中心垂直地向下延伸的小孔部分271的一部分将需要在宽度或长度或两者方面相互不同。因此，例如，交叉的小孔部分271的上垂直区段将需要比下垂直区段更长或更宽（或两者）；这然后将确保基于图2中的上部和下部H场箭头160的方向的‘正’和‘负’H场耦合将不会在水平方向上基本上抵消。在这种情况下，上部H场箭头160指代位于谐振器面180的上半部中的如H场箭头160所示的H场方向；下部H场箭头160指代位于谐振器面180的下半部中的如H场箭头160所示的H场方向。从图2可以看到在相反方向上的这些上和下降箭头指向相反的方向，指示在这两个位置中获得的耦合将彼此相对，并且如果在强度方面相同的话，通常将完全相互抵消。

以相同方式，交叉的小孔部分272的左侧水平区段将需要比右侧水平区段更长或更宽（或两者）；这然后将确保‘正’和‘负’H场耦合将不会在垂直方向上基本上抵消。在本示例中，如刚刚描述的，上文提及的‘正’和‘负’耦合由上半部和下半部或者直接地在多模谐振器主体110的输入面180外面的左侧和右侧半部中的H场的不同、即相反方向而引起。在图5中所示的多模谐振器主体110的上和下部分（即在通过输入面180的概念中心线以上和以下）中的H场箭头160的相反方向上可以清楚地看到这些相反场方向。

图9示出了在多模谐振器主体110的输入和输出面上使用的其它替换输入小孔形状290和输出小孔形状300。在图9中，针对两个小孔示出了‘圣安德鲁斯（St Andrews）’交叉小孔形状。图9中的‘圣安德鲁斯’交叉耦合小孔290和300的操作再次地遵循与先前相对于图2所述的相同的原理，但是再次地要实现的到多模谐振器主体110内的各种谐振模的耦合的相对强度通常不同于用先前的小孔形状获得的那些，假设在所有情况下都使用使用用于垂直和水平小孔部分例如121、122或左侧和右侧倾斜部分291、292、301、302的相同长度和宽度。当然情况不必如此，并且可以对小孔部分使用不同的长度和宽度。耦合强度方面的此差异再次地在很大程度上是由将经由一个或多个小孔从谐振器主体110的外部传递至内部的H场的非常不同的分量而引起的。在圣安德鲁斯交叉小孔结构的实际实施方式中，交叉的相对‘支腿’，例如与垂直方向成45度从交叉的中心向上延伸的小孔部分291的一部分和与第一部分成180度从交叉的中心向上延伸的小孔部分291的一部分将需要在宽度或长度或两者方面相互不同以防止发生过度的耦合抵消。

图10示出了根据本发明的替换小孔形状的非排他性范围，其可以用于到多模谐振器110的输入耦合、用于来自多模谐振器110的输出耦合或者用于多模谐振器之间的耦合，如果在特定设计中使用两个或更多的话，例如以满足要求特别严苛的滤波器规则。图10中所示的替换是（a）四个单独小孔子段，（b）三个小孔子段，形成‘折断（broken）直角’，（c）三个小孔子段，包括：小交叉加两个正交狭槽，（d）由四个单独子段形成的‘折断交叉’形状小孔，（e）四个拐角状小孔。这些替换小孔形状全部使用与上文所述的那些相同的原理操作，具有变化的到各种模的相对耦合程度。

现在将一起更详细地讨论图10（a）、（b）和（c），因为其本质上全部是同一主题的变体。图10（a）示出了水平取向和垂直取向‘狭槽’形式的四个单独小孔子段；可以认为这些在操作上类似于图1（b）的小孔耦合结构，但是小孔的一些部分‘不见了’；换言之，例如在图1中已被去除以产生小孔120的多模谐振器110的面180上的金属化的各部分现在在图10（a）中存在，从而将原始小孔形状分解成较小的小孔子段311a、311b、312a、312b并完全省略了一些部分，诸如图1（a）中的输入耦合小孔120的左上拐角。然而，图10（a）中所示的小孔形式将以与图1（b）的类似的方式操作，但是由于被狭槽占用的总面积及其远离谐振器的面180的中心的位置，其将通常具有到X模的E场耦合的略微较低的程度。到Y和Z模的H场耦合的程度也可以减小，然而这通常不会发生到与到X模的E场耦合相同的程度，并且这是此小孔部分的重要益处。因此可以利用图10（a）的小孔布置来提供到Y和Z模的强H场耦合以及到X模的强正H场耦合，同时使到X模的负E场耦合的量最小化，其用于部分地抵消从H场引起的到X模的正耦合。使在到X模的耦合中发生的抵消程度最小化不仅使得能够在多模谐振器中实现适当程度的X模激励，以使得其能够与Y和Z模激励相结合而满足移动通信行业中的适当的许多滤波器规格，其还帮助使在其通带中的结果产生的滤波器的插入损耗最小化。

图10（b）现在示出了其中已经略微移动图10（a）中的小孔子段中的两个并合并而形成‘拐角’形状321a的情况。再次地，包括321a、321b和321c的此总体小孔结构的操作与图1中的小孔120的类似，但是再次地具有与将从图1（b）中所示的输入耦合小孔120获得的相比较低水平的到所有模的E场和H场耦合。与用图10（a）中所示的小孔配置将出现的情况相比，其通常还将显示出到在多模谐振器110内支持的各种模中的至少一些的不同水平的耦合，但此差异与在图1和图10（a）中所示的小孔形状和尺寸之间相比通常将不那么明显。例如，由于相对于图10（a）中所示的小孔配置而言在多模谐振器110的面180上被耦合小孔子段321a、321b、321c占用的总截面面积的减小，在与图10（a）中所示的相比时，当使用图10（b）中所示的小孔配置时很有可能将存在到X模的较低水平的E场耦合，从而减少通过其E场可以传播的可用区域。

图10（c）实际上示出了图10（a）的小孔的进一步移位，其现在已经将图10（b）中的‘拐角’321a转变成图10（c）中的小交叉331a。相对于当使用图10（a）中所示的耦合小孔布置所获得的而言，这通常将减小到Y和Z模的H场耦合，在很大程度上是由于小孔已经移动至更接近于其中H场较弱的面的中心的事实而引起的。

图10（d）示出了水平取向和垂直取向‘狭槽’形式的四个单独小孔子段；可以认为这些在操作上类似于图8的小孔耦合结构，但是小孔的一些部分不见了；换言之，例如在图8中已被去除以产生小孔270的多模谐振器110的面180上的金属化的各部分现在在图10（d）中存在，从而将原始小孔形状分解成较小的小孔子段341a、341b、342a、342b并完全省略了一些部分，诸如图8中的耦合小孔270的中心。然而，图10（d）中所示的小孔形式将以与图8的类似的方式操作，但其由于被狭槽占用的较小总面积而通常将具有到所有模的较低程度的耦合。特别地，中心段的缺乏通常将显著地降低到X模的E场耦合的程度，因为在图6中所示的总体谐振器结构的情况下，多模谐振器110的面180的中心通常是用于E场的最大强度的位置。

图10（e）示出了拐角段351a、351b、352a和352b形式的四个单独小孔子段。图10（e）中所示的小孔形式将遵循与针对上文所讨论的其它小孔布置的相同操作原理，并且通常将很好地耦合到循环H场且不那么好地耦合到E场，因为在图6中所示的总体谐振器结构的情况下，多模谐振器110的面180的中心通常是用于E场的最大强度的位置。

在图10（d）的情况下，通常将必须确保耦合小孔的上部341a和下部341b在尺寸和位置方面不相等，并且另外，耦合小孔的左侧部分342a和右侧部分342b也在尺寸和位置方面不相等。这将确保由小孔子段341a引起的具有一个符号（例如，‘正’）的Y耦合并未完全或在很大程度上被由小孔子段341b引起的具有相反符号（在本示例中为‘负’）的耦合所抵消。同样地，相对于耦合小孔中的左侧部分342a和右侧部分342b而言，将确保由小孔子段342a引起的具有一个符号（例如，‘正’）的Z耦合并未完全或在很大程度上被由过小孔子段342b引起的相反符号（在本示例中为‘负’）的耦合所抵消。对于图10（e）的小孔子段351a、351b和352a、352b的垂直和水平部分而言，也存在类似情况。

虽然上文的基于小孔的耦合的讨论已集中于特定的主要为直线的小孔形状，但存在许多其它可能小孔形状，其也将服从与所述的那些类似的操作原理。适当小孔形状的示例包括但不限于：圆形、正方形、椭圆形、三角形、规则多边形、不规则多边形和无定形形状。关键原理是：i）使得能够借助于邻近于所述多模谐振器但在其外面存在的E场主要地耦合到多模谐振器内的X模，其中，所获得的耦合程度是基于在所述多模谐振器的面上的一个或多个小孔面积和一个或多个小孔位置；以及ii）使得能够借助于邻近于所述多个谐振器但在其外面存在的H场耦合到多模谐振器内的Y和Z模，其中，所获得的耦合程度是基于在所述多模谐振器的面上的一个或多个小孔面积和一个或多个小孔位置，其中，将主要地耦合到的模（Y或Z）是基于一个或多个耦合小孔的水平（对于Z模）或垂直（对于Y模）长度及其相对于所述多模谐振器的面的中心的位置。

用于滤波设备的常见应用是将发射机和接收机连接到公共天线，并且现在将参考图11（a）来描述该示例。在本示例中，将发射机951经由滤波器900A耦合到天线950，其经由第二滤波器900B而进一步连接到接收机952。滤波器900A和900B可以例如通过利用图6中所示的谐振器布置来形成，添加了用以将能量耦合到输入谐振器190中的适当布置和用以从输出谐振器200耦合能量的第二布置。在每种情况下，用于向输入谐振器190中耦合能量和从输出谐振器200耦合能量中的任一者或两者的适当布置的示例将是使用探测器，并且下面结合图13来更详细地描述这种方法。

在使用中，图11（a）中所示的布置允许发射功率以最小的损耗从发射机951传递至天线950，并防止功率传递至接收机952。另外，接收信号以最小的损耗从天线950传递至接收机952。

滤波器的频率响应的示例如图11（b）中所示。在本示例中，接收波段（实线）处于较低频率，零点在高频侧邻近于接收波段，而发射波段（点线）在高频侧，零点在较低频率侧，以提供与接收波段一致的高衰减区。由此将认识到的是将在波段之间传递最小的信号。将认识到的是可以使用其它布置，从而使接收通带处于高于发射通带的频率。

将认识到的是可以以任何适当的方式来实现滤波器900A，900B。在一个示例中，每个滤波器900A和900B包括串联地提供的两个谐振器主体，在公共基底上安装有四个谐振器主体，如现在将参考图12描述的。

在本示例中，可以在公共多层基底1020上提供多个谐振器主体1010A、1010B、1010C、1010D，从而提供由谐振器主体1010A、1010B形成的发射滤波器900A和由谐振器主体1010C、1010D形成的接收滤波器900B。

因此，上述布置提供级联双工滤波器布置。然而，将认识到的是可以采用替换布置，诸如将天线连接到公共谐振器，并且然后将其耦合到接收和发射滤波器两者。此公共谐振器执行与图11（a）中所示的传输线结点960类似的功能。

图13（a）图示出使用耦合探测器1200、1210来向输入单模谐振器190中馈送信号并从输出单模谐振器200提取信号。所示的结构与图6中所示的类似，然而在图13的情况下，已经用三个小孔子段321a、321b和321c替换耦合小孔120。先前已经参考图10（b）描述了这些小孔子段以及其操作。图6的输出耦合小孔130同样地已被三个子段代替，在图13（a）中所示的透视图中只能看到其中的仅两个；它们是：小孔子段322a和322b。

图13（b）图示出图13（a）中所示的滤波器布置的侧视图。可以看到输入耦合探测器1200将明显地穿透到输入单模谐振器190中；同样地，可以看到输出耦合探测器1210将明显地穿透到输出单模谐振器200中。针对输入耦合探测器1200或输出耦合探测器1210所采用的探测器穿透程度是设计决策，并且取决于在滤波器被针对其设计的应用中所需的精确滤波器特性。穿透深度范围从例如根本没有穿透（其中探测器仅仅碰触输入单模谐振器190的外面）至完全穿透（其中探测器延伸至多模谐振器110的正面，其可被金属化或者可不这样，例如由于输入耦合小孔1220的位置）。针对输出单模谐振器200内的输出耦合探测器1210的穿透深度，在滤波器的输出端处存在类似情况。在这里，再次地，输出耦合小孔1230可在中心或在外围或两者位于多模谐振器110的输出面1250上，意味着完全穿透探测器可接触围绕多模谐振器110的金属化或者可不这样。

如上文已简要地讨论的，输入单模谐振器190和输出单模谐振器200操作用于将由输入耦合探测器1200产生的主要E场从很大程度上的E场发射变换成到E和H场结构中，其然后又可以被用来同时地激励多模谐振器110的模中的两个或更多。在图14中图示出这种情况。

图14（a）示出了其中将输入耦合探测器1200直接地插入电介质填充、外部金属化腔体110中的情况，腔体110通常将基于其形状、尺寸和构造材料而能够同时地支持多个模。然而，在这种情况下，未使用输入单模谐振器（探测器被直接地插入具备多模能力的腔体中），并且未向腔体施加缺陷，诸如施加在电介质材料上的孔或拐角切削。换言之，正在尝试在没有更多辅助的情况下直接地用探测器1200来激励期望将分两个或更多模谐振且具有适合于支持此类多种模的形状的腔体110。在这种情况下，探测器产生基本上E场；毫不奇怪，因为其主要特性是E场发射设备的。此E场然后将激励主谐振器中的单个模—具有如在图14（a）中定义的轴，这是X模。在不在主谐振器中使用附加缺陷的情况下，诸如从立方体谐振器形状铣削的拐角、在谨慎设计的位置处插入谐振器中的附加无驱动探测器或螺钉或者一些其它装置，通常不可能使探测器在其它两个模中的任一个Y或Z中激励显著（即有用，从高性能滤波角度出发）的谐振。注意的是，在图14（a）中，以指示性方式示出了来自探测器的远端的E场发射，并且其并不意图是由探测器产生的精确E场的准确表示。还应注意的是假设谐振腔110将在所有表面上被金属化，可能挡住围绕输入探测器1200的小面积，取决于其设计，但为了明了起见从图14（a）省略了此类金属化。

图14（b）示出了其中现在将输入耦合探测器1200插入到单模介质谐振器190中的情况，其又用某种手段耦合到多模谐振器110；这种手段在图14（b）的情况下是小孔，但存在其它可能性，诸如蚀刻轨道、贴片及其它结构。注意的是，在此图中，如在图14（a）中一样，仅示出了输入耦合机制—典型的实际滤波器设计还将要求单独的输出耦合机制，如例如在图13中所示。

图14（b）详细地图示出存在于设计内的主要场、电流和受激模，但为了明了起见并未示出所有的场。注意的是，所示的场仅仅是代表性的，并且并未准确地传达多模谐振器内的场的形状；此图意图示出模的相对方向而非其形状。例如，在谐振器的金属化壁处，对于其中E场平行于壁的模而言，存在于谐振器内的E场将下降至最小值且理想地至零。单模谐振腔190从由输入探测器产生的E场获取能量，并且这主要地激励腔体内的单个谐振模；用所示的布置，这通常将是单模谐振腔190的X模。此模通常又将在单模和多模谐振器之间的界面1300上的金属化1310中感生电流；这些电流是借助于图14（b）中的短划—点箭头示出的。此过程通常还将产生H场160，其可以循环，如图14（b）中所示，并且可以具有朝向谐振器外面的较大强度和更接近于中心的较低强度。最后，通常将产生E场（在图14（b）中未示出，但其在图2中被突出显示170），其将一般地将平行对准于单模谐振器190的较短边、换言之与探测器的突出方向平行地对准。

图14（c）是被去除了输入谐振器、探测器和金属化以允许更容易地看到场方向的图14（b）的版本。如上所述，所示的场仅仅是代表性的，并且并未准确地传达多模谐振器内的场的形状；此图意图示出模的相对方向而非其形状。例如，在谐振器的金属化壁处，对于其中E场平行于壁的模而言，存在于谐振器内的E场将下降至最小值且理想地至零。

从这些电流和场，可如下同时地激励多模谐振器110的所有可用基本模。E场可以在垂直于小孔的平面的方向上传播通过小孔子区段321a、321b、321c，并且将激励主谐振器内的X模。H场160的水平分量可以被耦合小孔子区段321a和321b的上、水平对准部分耦合，并且这通常将主要耦合到多模谐振器中的Z模。最后，H场160的垂直分量可被耦合小孔子区段321a和321c的最左侧、垂直对准部分耦合，并且这通常将主要耦合到多模谐振器110中的Y模。除耦合到Y和Z模之外，H场160通常还将耦合到多模谐振器110中的X模，但是一般地在与结果直接地从E场得到的X模激励相反的方向上。用于耦合到X模的这两个机制（即由存在于输入单模谐振器190中的E场引起和由存在于输入单模谐振器190中的H场引起）可以彼此相反地作用，并且较弱的耦合效应因此可以部分地抵消较强耦合效应的效果。在很大程度上确定存在于多模谐振器110中的X模的量的是此抵消过程的结果。

以这种方式，可借助于单个探测器来同时地激励多模谐振器110中的所有支持的模，通常不需要针对设计内的任何谐振器的缺陷。

到目前为止所示和所讨论的所有示例都是介质谐振器的线性级联的形式。然而，将根据本发明的多模滤波器的所有实施例布置为线性级联并不是必须的。通常可以经由多模谐振器的许多面中的任何一个或任何面、通过在该一个或多个面上提供一个或多个适当设计的小孔并邻近于该小孔提供适当的电磁场来激励多模谐振器内的多个模，以提供激励源。作为替换布置的示例，为了举例说明此一般原理，图15示出了具有出现在多模谐振器110的垂直面上的输入和输出耦合谐振器190、200的三谐振器滤波器。这是与先前在图13（a）中所示的类似的配置。诸如图15中所示的谐振器的布置通常在双工器应用中是有利的，因为此类布置可以针对在发射和接收滤波器中的每一个内采用的给定数目的谐振器而允许发射和接收端口在空间上分离至最大可能程度。

注意的是，如在图13（a）中一样，已经在图15中省略了围绕谐振器的大部分金属化，以使得能够更清楚地看到多谐振器滤波器的各种耦合小孔和基本结构。特定滤波器通常将以基本上覆盖形成滤波器的每个谐振器的所有面的金属化为特征，该金属化被去除或省略以形成小孔。

图15中所示的滤波器的操作类似于图13a的，但多模谐振器110的输入面2030上的一个或多个小孔形状、尺寸、取向或位置的精确设计可不同。连接到输入探测器1200的输入信号可以激励输入谐振器190中的一个或多个模。存在于输入谐振器190中的一个或多个模又可经由小孔2021a、2021b和2021c中的一个或多个来激励多模谐振器110内的多个模。可经由小孔2022a、2022b和2022c中的一个或多个来提取存在于多模谐振器110内的多个模，并且从而激励输出谐振器200内的一个或多个模 。最后，可借助于紧密接近于输出谐振器200的输出面2050定位、碰触或穿透该输出面2150的探测器（未示出）来从输出谐振器200提取信号。

上述示例已集中于耦合到多达三个模。将认识到的是这允许耦合到谐振器主体的低阶谐振器模。然而，这并不是必须的，并且另外或替换地，耦合可以是到谐振器主体的较高阶谐振模。

本领域的技术人员将认识到许多变更和修改将变得显而易见。认为对于本领域的技术人员而言显而易见的所有此类变化和修改落在前面所述的宽泛地出现的本发明的精神和范围内。

Claims (27)

1.一种多模腔体滤波器，包括：

至少一个介质谐振器主体，结合了一片电介质材料，该片电介质材料具有使得其可以支持至少第一谐振模和至少随第一模基本上退化的第二谐振模的形状；

一层导电材料，与介质谐振器主体接触并将其覆盖；以及

穿孔区，提供该层导电材料中的一个或多个小孔以用于以下各项中的至少一个：

向介质谐振器主体输入信号，以及

从介质谐振器主体输出信号；

其中，将所述一个或多个小孔在层上确定尺寸和位置，使得所述穿孔区适合于：

并行地从主体外面向至少包括所述第一和第二模的一组所述模中直接地耦合信号，以及

并行地从所述组向主体外面直接地耦合信号。

2.根据权利要求1所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区包括至少第一小孔和第二小孔，所述第一小孔主要用于耦合到所述模中的一个，并且所述第二小孔主要用于耦合到所述模中的另一个。

3.根据权利要求1所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区中的至少一个小孔是沿着与所述模中的一个的相应小孔处的磁场平行的轴拉长的细长小孔。

4.根据权利要求3所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区中的至少第一小孔是沿着与所述模中的一个的第一小孔处的磁场平行的第一轴拉长的细长小孔，并且所述穿孔区中的第二小孔是沿着与所述模中的另一个的第二小孔处的磁场平行的第二轴拉长的细长小孔。

5.根据权利要求1所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区中的至少一个小孔是沿着与所述模中的一个的相应小孔处的磁场不平行但不垂直的轴拉长的细长小孔。

6.根据权利要求5所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区中的至少第一小孔是沿着与所述模中的一个的第一小孔处的磁场不平行但不垂直的第一轴拉长的细长小孔，并且所述穿孔区中的第二小孔是沿着与所述模中的另一个的第二小孔处的磁场不平行但不垂直的第二轴拉长的细长小孔。

7.根据权利要求1所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区中的至少一个小孔是沿着基本上平行于主体的表面的轴拉长的细长小孔。

8.根据权利要求7所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区包括至少第一小孔和第二小孔，所述第一小孔是沿着基本上平行于主体的表面的第一轴拉长的细长小孔，并且所述第二小孔是沿着基本上垂直于第一轴的第二轴拉长的细长小孔。

9.根据权利要求3至8中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中：

所述穿孔区在所述主体的面上方延伸；

至少一个细长小孔被定位成使得其面积的80%在强磁耦合区中；以及

强磁耦合区是位于超出圆的面的一部分，该圆的中心是该面的质心，并且其半径是最大圆的半径的50%，该最大圆具有在可以被拟合在面上的质心处的中心。

10.根据权利要求3至8中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中：

所述穿孔区在所述主体的面上方延伸；

至少一个细长小孔被定位成使得其面积的80%在强磁耦合区中；以及

所述强磁耦合区是位于超出规则多边形的面的一部分：

其中心是该面的质心；

其面积是该面的面积的50%；以及

其拟合在面上。

11.根据权利要求2至10中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中，所述小孔或所述小孔的所述至少一个是狭槽或其它笔直侧面形状、无定形形状、曲线形状和对称形状中的一个。

12.根据权利要求1所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区至少包括具有第一和第二分支的小孔，第一分支沿着与所述模中的一个的第一分支处的磁场平行的第一轴拉长，并且第二分支沿着与所述模中的另一个的第二分支处的磁场平行的第二轴拉长。

13.根据权利要求1所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区至少包括具有第一和第二分支的小孔，第一分支沿着与所述模中的一个的第一分支处的磁场不平行但不垂直的第一轴拉长，并且第二分支沿着与所述模中的另一个的第二分支处的磁场不平行但不垂直的轴拉长。

14.根据权利要求1所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区至少包括具有第一和第二分支的小孔，第一分支沿着基本上平行于所述主体的表面的第一轴拉长，并且第二分支沿着基本上垂直于第一轴的第二轴拉长。

15.根据权利要求1所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区至少包括具有第一和第二分支的小孔，第一分支主要用于耦合到所述模中的一个，并且第二分支主要用于耦合到所述模中的另一个。

16.根据权利要求12至15中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中：

所述穿孔区在所述主体的面上方延伸；

所述分支中的至少一个被定位成使得其面积的80%在强磁耦合区中；以及

强磁耦合区是位于超出圆的面的一部分，该圆的中心是该面的质心，并且其半径是最大圆的半径的50%，该最大圆具有在可以被拟合在面上的质心处的中心。

17.根据权利要求12至15中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中：

所述穿孔区在所述主体的面上方延伸；

所述分支中的至少一个被定位成使得其面积的80%在强磁耦合区中；以及

所述强磁耦合区是位于超出规则多边形的面的一部分：

其中心是面的质心；

其面积是该面的面积的50%；以及

其拟合在面上。

18.根据权利要求12至17中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中，所述分支中的至少一个是狭槽或其它笔直侧面形状、无定形形状、曲线形状和对称形状中的一个。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中，所述穿孔区包括用于同时地耦合到所述模中的至少两个的小孔。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中：

所述穿孔区在所述主体的面上方延伸；

所述穿孔区中的至少一个小孔被定位成使得其面积的80%在强电耦合区中；以及

所述强电耦合区是落在圆内的面的一部分，该圆的中心是该面的质心，并且其半径是最大圆的半径的50%，该最大圆具有在可以被拟合在面上的质心处的中心。

21.根据权利要求1至19中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中：

所述穿孔区在所述主体的面上方延伸；

所述穿孔区中的至少一个小孔被定位成使得其面积的80%在强电耦合区中；以及

所述强电耦合区是落在规则多边形内的面的一部分：

其中心是面的质心；

其面积是该面的面积的50%；以及

其拟合在面上。

22.根据前述权利要求中的任一项所述的多模腔体滤波器，还包括用于经由穿孔区向多模谐振器中耦合电场和磁场的第一腔体谐振器。

23.根据权利要求22所述的多模腔体滤波器，其中，所述第一腔体谐振器被提供有用于向第一腔体谐振器中馈送信号的探测器。

24.根据前述权利要求中的任一项所述的多模腔体滤波器，还包括用于经由穿孔区从多模谐振器中向外耦合电场和磁场的第二腔体谐振器。

25.根据权利要求24所述的多模腔体滤波器，其中，所述第二腔体谐振器被提供有用于从第二腔体谐振器提取信号的探测器。

26.根据前述权利要求中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中，多个所述模中的每一个提供滤波器的频率响应中的相应单独通带，所述单独通带在所述频率响应中合并成连续通带，并且该连续通带跨越比所述单独通带中的最大的一个更大的频率范围。

27.根据前述权利要求中的任一项所述的多模腔体滤波器，其中，所述主体另外支持基本上随所述第一和第二模退化的至少第三谐振模，所述组还包括所述第三模，并且第一、第二和第三模相互正交。