CN106463805A - 同轴滤波器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供同轴滤波器(20)。同轴滤波器(20)包括第一端口(21)、第二端口(22)、每个具有两个金属层(2311，2313；2313，2323；2323，2333；2333，2343；2343，2353)和在金属层之间的介电层(2312；2322；2332；2342；2352)的至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)、以及连接至至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)的金属层的至少一个接地电感器短截线(241；242；243；244)。至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)被同轴地串联连接在第一端口(21)与第二端口(22)之间。至少一个接地电感器短截线(241；242；243；244)的轴(VAX1；VAX2；VAX3；VAX4)垂直于至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)的轴(HAX1)。

Description

同轴滤波器及其制造方法
技术领域
本发明的示例和非限制性实施例总体上涉及同轴滤波器，并且具体地涉及高通同轴滤波器以及用于制造高通同轴滤波器的方法。
背景技术
本章节介绍可以促进对本公开的更好理解的各个方面。因此，本章节的陈述应当在此基础上来阅读，而不应当被理解为承认什么是现有技术或者什么不是现有技术。
高通滤波器是微波通信系统中非常重要的部件。高通滤波器通常需要宽的通带、紧凑的大小以及高的功率容量。用准集总元件构造的高通滤波器可以适合很多应用，假定这些元件可以在整个操作频带上实现期望的集总元件的良好近似。已知，集总元件被设计为使得电能或磁能在指定频率处集中在其中，并且电感或电容因此可以被认为集中在其中，而不是分布在元件的长度上。例如，图1所示的电容器和电感器是集总元件。集总元件的实际尺寸远小于操作波长。与集总元件相比，准集总元件更加依赖于频率并且表现得大致相当于集总元件，只要准集总元件的最大尺寸与操作波长相比是小的。
在使用准集中元件设计滤波器时应当小心，因为当任何准集总元件的大小变为在操作频率处相当于波长时，其不再表现得相当于集总元件。
高通滤波器的最简单形式可以仅包括一系列电容器，其在用于直流(DC)阻挡的应用中很常见。对于更具选择性的高通滤波器，需要更多元件。这种类型的高通滤波器可以很容易地基于如图1(a)所示的集总元件低通原型来设计，其中gi表示由端接阻抗Z0归一化并且在低通截止频率Ωc处获得的元件值。截止频率是特征化滤波器的通带与阻带之间表征边界的频率。截止频率通常被取为滤波器响应中过渡带和通带相遇的点，例如被定义为3dB拐点(滤波器输出是正常通带值的-3dB的频率)。如果应用频率映射其中Ω和ω分别是低通和高通滤波器的角频率变量，并且ωc是高通滤波器的截止频率，则可以将低通原型中的任何串联电感元件变换成高通滤波器中的电容元件，电容元件的电容为同样，可以将低通原型中的任何并联电容元件变换成高通滤波器中的并联电感元件，电感元件的电感为图1(b)图示了由于变换而得到的这样的集总元件高通滤波器。
已经应用各种传输线结构来设计高通滤波器。使用这一技术实现的多数滤波器至今主要基于诸如短截线以及四分之一或半波长谐振器等结构，这可能导致不太紧凑的大小。在微波和射频工程中，短截线仅在一端连接的传输线或波导的长度。短截线的自由端保持开路或者短路。忽略传输线损失，短截线的输入阻抗是纯电抗性的；取决于短截线的电气长度以及其是开路还是短路，是电容性的或者是电感性的。因此认为短截线是取决于频率的电容器和取决于频率的电感器。四分之一/半波长谐振器的长度是对应于谐振器的中心频率的波长的四分之一/一半。集总元件滤波器设计通常由于很难在微波频率使用连同集总元件值的限制而不流行。针对越高的操作频率，需要具有越小值的集总元件。然而，很难制造具有太小值的集总元件。
传统微波传输带滤波器在较低频率下缺乏锐度并且遭受更大的插入损失以及差的阻抗匹配，尤其是在高频处。
特别地，参考文档[1]中公开的现有解决方案使用带状线结构来实现高通滤波器，然而其具有一些问题，诸如一些短截线很难制造；连接线的电气长度相对较长；并且必须使用调谐螺钉来到达所需要的性能。参考文档[2]中公开的另一现有解决方案使用悬置的带状线来实现超宽带滤波器。然而，本解决方案具有低的功率容量并且必须使用激光波束来制造悬置线以满足某制造准确性和功率容量。参考文档[3]中公开的又一现有解决方案使用微带线来实现带通滤波器。然而，由于微带线结构和低的功率容量，这样的滤波器的通带相对较窄并且因此不能令人满意。
参考文档：
[1]Desen Lu,Qingyuan Wang,Ao Liao,Xianrong Zhang,“A Compact HighpassFilter with Broad Passband”,Microwave and Millimeter Wave Technology(ICMMT),2010International Conference on,pp:976-978
[2]Menzel,Wolfgang,Rahman Tito,Mohammad S.,Lei Zhu,“Low-Loss Ultra-Wideband(UWB)Filters using Suspended stripline”,Microwave ConferenceProceedings,2005,APMC 2005,Asia-Pacific Conference Proceedings Volume 4
[3]Shaman Hussein,Jia-Sheng Hong,“An Optimum Ultra-Wideband(UWB)Bandpass Filter with Spurious Response Suppression”,Wireless and MicrowaveTechnology Conference,2006,WAMICON'06.IEEE Annual,Pages 1-5
发明内容
本发明的各种实施例旨在解决以上问题和缺点中的至少部分。在结合作为示例示出本发明的实施例的原理的附图进行阅读时，根据具体实施例的以下描述也将能够理解本发明的实施例的其它特征和优点。
本发明的实施例的各个方面在所附权利要求中给出并且在本章节中概述。
在本发明的第一方面，提供了一种同轴滤波器。同轴滤波器包括第一端口和第二端口。同轴滤波器还包括每个具有两个金属层以及在两个金属层之间的介电层的至少两个电容器分段、以及连接至至少两个电容器分段的金属层的至少一个接地电感器短截线。至少两个电容器分段同轴地串联连接在第一端口与第二端口之间。至少一个接地电感器短截线的轴垂直于至少两个电容器分段的轴。
在一个实施例中，在任何两个直接连接的电容器分段的两个相邻的介电层之间的公共金属层连接至接地电感器短截线。
在一个实施例中，同轴滤波器还可以包括第一导体和第二导体。第一端口通过第一导体耦合至至少两个电容器分段的串联中的第一电容器分段。第二端口通过第二导体耦合至至少两个电容器分段的串联中的第二电容器分段。第一电容器分段和第二电容器分段可以分别布置在至少两个电容器分段的串联的两端。
在另一实施例中，同轴滤波器还可以包括第一阻抗变换器和第二阻抗变换器。第一阻抗变换器同轴地连接在第一导体与第一电容器分段之间并且被配置成消除同轴滤波器的阻抗非连续性。第二阻抗变换器同轴地连接在第二导体与第二电容器分段之间并且被配置成消除同轴滤波器的阻抗非连续性。
在又一实施例中，第一阻抗变换器的宽度可以大于第一导体的宽度并且小于第一电容器分段的宽度。第二阻抗变换器的宽度可以大于第二导体的宽度并且小于第二电容器分段的宽度。
在又一实施例中，接地电感器短截线的宽度可以小于连接至接地电感器短截线的金属层的厚度。
在又一实施例中，同轴滤波器可以包括至少三个电容器分段以及至少两个接地电感器短截线。至少两个接地电感器短截线中连接至相同的电容器分段的任何两个接地电感器短截线可以分别布置在垂直于至少两个接地电感器短截线的轴并且包含至少三个电容器分段的轴的平面的两侧。至少两个电感器短截线的轴可以彼此平行。
在又一实施例中，同轴滤波器可以包括奇数个电容器分段。奇数个电容器分段可以相对于同轴滤波器的中线对称地布置。
在又一实施例中，至少两个接地电感器短截线中连接至相同的电容器分段的任何两个接地电感器短截线可以具有不同的宽度。
在又一实施例中，至少两个电感器短截线可以具有相同的长度。
在又一实施例中，至少两个电容器分段中的每个可以为圆柱或矩形形状并且具有相同的宽度。
在又一实施例中，至少一个接地电感器中的每个可以为圆柱或矩形形状。
在本发明的第二方面，提供了一种装置，其包括根据本发明的第一方面的同轴滤波器。
在本发明的第三方面，提供了一种用于制造同轴滤波器的方法。要制造的同轴滤波器包括：第一端口、第二端口、每个具有两个金属层以及在两个金属层之间的介电层的至少两个电容器分段、以及至少一个接地电感器短截线。方法包括：根据期望的截止频率分别确定电容器分段和接地电感器短截线的等效电容和电感；以及构造电容器分段中的每个电容器分段的电容器模型以及接地电感器中的每个接地电感器的电感器模型。方法还包括基于所构造的电容器模型、所构造的电感器模型以及所计算的等效电容和电感执行仿真以获得至少两个电容器分段和至少一个电感器短截线的尺寸参数的值。方法还包括基于所获得的值制造同轴滤波器使得：至少两个电容器分段和至少一个电感器短截线具有由所获得的值指示的尺寸；至少两个电容器分段同轴地串联连接在第一端口与第二端口之间；至少一个接地电感器短截线连接至至少两个电容器分段的金属层；以及至少一个接地电感器短截线的轴垂直于至少两个电容器分段的轴。
根据本说明书中描述的特定实施例，提供了具有紧凑的大小、宽的带宽、低的插入损失和高的功率容量的高通同轴滤波器。另外，与现有解决方案相比，根据本发明的一些实施例的同轴滤波器制造起来容易得多。
在结合作为示例示出本发明的实施例的原理的附图进行阅读时，根据具体实施例的以下描述的本发明实施例的其它特征和优点也将变得明显。
附图说明
本发明的各种实施例的以上和其它方面、特征和优点作为示例参考附图根据以下详细描述将会变得更加全面地明显，在附图中，相似的附图标记用于表示相似或等效的元件。绘制附图以促进对本发明的实施例的更好理解，附图不一定按比例绘制，在附图中：
图1(a)图示了集总元件低通原型；并且图1(b)图示了从集总元件低通原型变换得到的集总元件高通滤波器；
图2(a)了图示根据本发明的实施例的示例同轴滤波器的三维(3D)视图；并且图2(b)图示了从图2(a)中的箭头A的方向看到的同轴滤波器的侧视图；
图3图示了根据本发明的实施例的用于制造同轴滤波器的方法；
图4图示了要使用图3所示的方法来制造的同轴滤波器的等效电路；
图5(a)图示了电容器模型；并且图5(b)图示了电感器模型；以及
图6示出了针对如图2中所图示的同轴滤波器的仿真结果。
具体实施方式
下文中，将参考说明性实施例来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出所有这些实施例仅用于使得本领域技术人员能够更好地理解和进一步实践本发明，而不是用于限制本发明的范围。
说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可以不一定包括该特定的特征、结构或特性。另外，这样的短语不一定指代相同的实施例。另外，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，服从以下原则，即结合其它实施例(不管是否被明确地描述)影响这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。例如，被说明或者描述作为一个实施例的部分的特征可以与另一实施例一起使用以产生另外的实施例。
应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。另外，在不偏离示例实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的所列出的术语中的任何术语以及一个或多个术语的全部组合。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不是旨在限制示例实施例。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。还应当理解，术语“包括”、“具有”、“包含”、“含有”和/或其派生词当在本文中使用时规定所指出的特征、元素和/或组成等的存在，但是不排除一个或多个其它的特征、元素、组成和/或其组合的存在或添加。
应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”至另一元件时，其可以直接连接或耦合至另一元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，不存在介于中间的元件。
在以下描述和权利要求中，除非另外定义，否则本文中所使用的所有的技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
首先参考图2，图2中图示了根据本发明的实施例的示例同轴滤波器20的结构，其中图2(a)图示同轴滤波器20的三维(3D)视图，图2(b)图示了从图2(a)中的箭头A的方向看到的同轴滤波器20的侧视图。在图2(a)和图(b)中，相同附图标记指代相同部件。
根据本发明的实施例的同轴滤波器20是两端口设备，如图示的，其包括第一端口21和第二端口22。第一端口21和第二端口22可以可交换地用作同轴滤波器20的输入端口和输出端口。
图示的同轴滤波器20包括5个电容器分段231-235，每个电容器分段具有两个金属层以及无缝地连接在两个金属层之间的介电层。5个电容器分段231-235同轴地串联连接在第一端口21与第二端口22之间。应当理解，本文中所使用的术语“同轴地”表示所有连接的电容器分段以及第一端口和第二端口被布置成具有公共的轴HAX1，如图2(a)中图示的。通过电容器分段的这一串联且同轴的布置，在两个直接连接的电容器分段的两个相邻介电层之间形成公共金属层。换言之，串联的两个电容器分段由三个金属层以及具有一个公共的金属层的两个介电层构成。例如，图2(a)中所图示的电容器分段231具有2个金属层2311、2313以及介电层2312，而直接连接至电容器分段231的电容器分段232还包括金属层2312但是替代地结合介电层2322和金属层2323。也就是，两个电容器分段231和232由三个金属层2311、2313、2323以及具有公共金属层2313的两个介电层2312、2322构成。下面，将同轴滤波器中两个相邻介电层之间的金属层称为公共金属层。
在一个实施例中，每个电容器分段的介电层可以由介电常数为2.1的聚四氟乙烯制成。根据截止频率和带宽要求，可以选择具有不同介电常数的其它介电材料来制作介电层，例如介电常数为2.2的Rogers 5880或者介电常数为4.4的某种印刷电路板(PCB)材料FR-4。
根据本发明的实施例的图示的同轴滤波器20还包括4个金属短截线241-242。对于每个金属短截线，一端连接至地，另一端连接至一个电容器分段的金属层，从而形成电感器。下面，将金属短截线称为接地电感器短截线。在图示实施例中，所有的接地电感器短截线241-242被连接至公共金属层2313、2323、2333和2343。没有接地电感器短截线被连接至金属层2311和2353，金属层2311和2353位于电容器分段231-235的串联的两端。然而，应当理解，端处的金属层也可以被连接至接地电感器短截线并且不一定每个共用金属层被连接至接地电感器短截线。另外，在没有对本发明的一般公开的任何限制的情况下，可以将图2中的电容器分段和接地电感器短截线的数目分别选择为5和4。应当理解，取决于性能要求，更多或更少电容器分段和接地电感器短截线也是可能的。通常，根据本发明的实施例的同轴滤波器包括至少两个电容器分段和至少一个接地电感器短截线。
在图示实施例中，4个接地电感器短截线241-244的轴VAX1-VAX4垂直于电容器分段231-235的轴HAX1并且彼此平行。优选地，接地电感器短截线241-245以及电容器分段231-235的所有轴共平面。
优选地，接地电感器短截线的宽度可以小于与其连接的金属层的厚度。例如，如图2(a)中图示的，接地电感器短截线241的宽度W4小于与其连接的金属层2313的厚度；并且接地电感器短截线242的宽度W5小于与其连接的金属层2323的厚度，等等。应当理解，本文中所使用的部件的术语“轴”指代部件的纵轴；本文中使用的层的术语“厚度”沿着层的轴定义；并且本文中所使用的部件的术语“宽度”在垂直于部件的轴的方向上定义。
每个介电层的厚度可以根据期望电容来确定。在优选实施例中，要求布置在电容器分段的串联的两端的电容器分段具有大的电容，这将这些电容器分段的介电层的厚度限制为远薄于其它电容器分段。例如，图2(b)中所图示的介电层2312的厚度L4远薄于介电层2322的厚度L5和介电层2332的厚度L6。
在一个实施例中，同轴滤波器20还可以包括第一导体和第二导体。第一端口21可以通过第一导体耦合至电容器分段的串联中的第一电容器分段，第二端口22可以通过第二导体耦合至电容器分段的串联中的第二电容器分段。其中第一和第二电容器分段分别布置在电容器分段的串联的两端。第一和第二导体在下面也可以称为第一和第二内部导体。在图2的图示实施例中，第一端口21通过第一导体211耦合至电容器分段231-235的串联中的第一电容器分段231，并且第二端口22通过第二导体221耦合至电容器分段231-235的串联中的第二电容器分段235。
在本实施例中，如所图示的，同轴滤波器20还可以包括第一阻抗变换器25和第二阻抗变换器26。可以是金属导体的分段的第一阻抗变换器25同轴地连接在第一导体211与第一电容器分段231之间，并且被配置成消除由第一导体211与第一电容器分段231的不同尺寸所引起的同轴滤波器20的阻抗非连续性。也可以是金属导体的分段的第二阻抗变换器26同轴地连接在第二导体221与第二电容器分段235之间，并且被配置成消除由第二导体221与第二电容器分段235的不同尺寸所引起的同轴滤波器的阻抗非连续性。通过这一配置，可以显著减小由同轴滤波器的输入端口处的阻抗失配所引起的返回损失。因此，插入损失、即由于根据本发明的实施例的同轴滤波器的插入而导致的信号功率的损失很低。
根据本发明的实施例的同轴滤波器20是两端口设备。第一端口21和第二端口22可以可互换用作同轴滤波器20的输入端口和输出端口。因此，第一导体211和第一阻抗变换器25优选地关于同轴滤波器20的中线VAX5与第二导体221和第二阻抗变换器26对称。
在一个实施例中，第一阻抗变换器25的宽度W2可以大于第一导体211的宽度W3并且小于第一电容器分段231的宽度W1。第二阻抗变换器26的宽度W2可以大于第二导体221的宽度W3并且小于第二电容器分段235的宽度W1。
在同轴滤波器20具有多于两个电容器分段以及多于一个接地电感器短截线的一个实施例中，连接至相同的电容器分段的任何两个接地电感器短截线可以布置在垂直于两个接地电感器短截线的轴并且包含电容器分段的轴的平面的两侧。例如，如图2(b)中图示的，同轴滤波器20包括五个电容器分段231-235以及四个接地电感器短截线241-244。两个接地电感器短截线241和242连接至相同的电容器分段232并且因此布置在垂直于轴VAX1-VAX4并且包含轴HAX1的平面的两侧。也就是，连接至相同的电容器分段(例如232)的两个接地电感器短截线中的一个接地电感器短截线(例如241)布置在平面上方，而连接至相同的电容器分段的2个接地电感器短截线中的另一个接地电感器短截线(例如242)布置在平面下方。优选地，两个接地电感器短截线的长度相等。在图2(b)中所图示的示例中，接地电感器短截线241、243的长度L7等于接地电感器短截线242、244的长度L8。应当理解，本文中所使用的部件的“长度”沿着部件的轴而被定义。
在另外的实施例中，为了在截止频率处实现良好的带宽性能和锐度，同轴滤波器20可以优选地具有奇数个电容器分段，其相对于同轴滤波器的中线、例如图2(b)中所图示的VAX5对称地布置。奇数个电容器分段的尺寸也可以相对于中线VAX5对称。例如，同轴滤波器20可以包括2n+1(n＝1，2，3……)个电容器分段以及2n(n＝1，2，3……)个接地电感器短截线。在这样的情况下，连接至相同的电容器分段的两个接地电感器短截线可以布置在垂直于2n个接地电感器短截线的轴并且包含2n+1个电容器分段的轴的平面的两侧。
在本实施例中，连接至相同的电容器分段的两个接地电感器短截线可以优选地被配置成具有不同的宽度。另外，优选地，在平面的相同侧的2个相邻的接地电感器短截线可以被配置成具有不同的宽度。例如，在平面上方的2个相邻的接地电感器短截线241和243被配置成具有2个不同的宽度W4和W5，而在平面下方的其它两个相邻的接地电感器短截线242和245被配置成具有2个不同的宽度W5和W4。然而，本领域技术人员应当理解，虽然图2(b)图示了针对接地电感器短截线的两个宽度，但是接地电感器短截线的宽度可以根据性能要求而被不同地调节，而不限于所图示的宽度。
在以上实施例中，为了容易制造，参考图2而被描述的接地电感器短截线和电容器分段、内部导体以及阻抗变换器具有圆柱形状。在一些其它实施例中，这些部件可以具有矩形形状。在一些其它实施例中，这些部件中的一些部件可以具有圆柱形状，而其它部件可以具有矩形形状。
在实际应用中，根据本发明的实施例的同轴滤波器将被放置在壳体中，壳体可以是具有6个侧壁的金属盒子，侧壁具有某个厚度。例如，如图2(a)中图示的，同轴滤波器20被放置在壳体10中。壳体可以提供至少两个功能。首先，同轴滤波器的所有电感器短截线可以连接至壳体以接地，然而其它用于将电感器短截线接地的方式也是可能的并且也落在本发明的范围内。其次，同轴滤波器20与壳体10之间的空间可以填充有介电材料，介电材料通常为空气。由于接地电感器短截线的等效电感以及电容器分段的等效电容相对于环绕同轴滤波器的材料的介电常数来计算，所以所填充的介电材料可以影响等效电容和电感，并且进而影响同轴滤波器的阻抗、截止频率、带宽等。
根据本发明的实施例的同轴滤波器可以被应用于微波通信系统中。特别地，根据本发明的实施例的同轴滤波器可以被应用于射频(RF)测试装置，例如以测试从基站传输的RF信号中在更高频率处的寄生噪声。根据本发明的实施例的同轴滤波器还可以应用于需要高通滤波器的其它微波装置。
图3图示了根据本发明的实施例的用于制造同轴滤波器的方法300。在本实施例中，要制造的同轴滤波器包括每个具有两个金属层以及在两个金属层之间的介电层的至少两个电容器分段、以及如参考图2所描述的至少一个接地电感器短截线，并且包括第一端口和第二端口。
方法300包括：在块310，根据期望的截止频率分别确定至少两个电容器分段和至少一个接地电感器短截线的等效电容和电感。例如，如果期望截止频率为2.7GHz，则方法300可以确定如图4中的同轴滤波器的等效电路中表示的等效电容和电感。用于确定等效电容和电感的值的各种方法在本领域是众所周知的，并且因此出于简化和简洁的目的将在本文中不详述。
然后，在块320，方法300构造电容器分段中的每个电容器分段的电容器模型以及接地电感器中的每个接地电感器的电感器模型。图5(a)图示了电容器模型51。电容器模型51包括3个层511-513，其中层511和513表示金属层，层512表示介电层，例如介电常数为2.1的聚四氟乙烯层。图5(b)图示了电感器模型52，其可以与金属层511和513由相同的材料制成。
随后，在块330，方法300基于所构造的电容器模型、所构造的电感器模型以及所确定的等效电容和电感执行仿真以获得至少两个电容器分段和至少一个电感器短截线的尺寸参数的值，其可以包括每个金属层的宽度和厚度、每个介电层的宽度和厚度、至少电感器短截线中的每个电感器短截线的宽度和长度。
在一个实施例中，可以使用作为全波电磁解算机的高频结构仿真器(HFSS)来构造电容器模型和电感器模型，并且然后执行仿真以获得至少两个电容器分段以及至少一个电感器短截线的尺寸参数的值。HFSS是众所周知的商业软件。HFSS的使用和功能出于简化和简洁的目的而没有在本文中详述。
在获得尺寸参数的所有值之后，然后在块340，基于所获得的值制造同轴滤波器，从而至少两个电容器分段和至少一个电感器短截线具有由所获得的值指示的尺寸；并且使得至少两个电容器分段同轴地串联连接在第一端口与第二端口之间；至少一个接地电感器短截线连接至至少两个电容器分段的金属层；以及至少一个接地电感器短截线的轴垂直于至少两个电容器分段的轴。
虽然方法300按照某种顺序来描述和说明，然而本领域技术人员应当理解，方法300不一定要按照所图示的顺序来执行。一些块中的操作可以并行地或者反向地执行，而没有偏离本发明的范围。
在一个实施例中，要制造的同轴滤波器还可以包括第一导体和第二导体。第一端口通过第一导体耦合至至少两个电容器分段的串联中的第一电容器分段。第二端口通过第二导体耦合至至少两个电容器分段的串联中的第二电容器分段。其中第一和第二电容器分段分别布置在至少两个电容器分段的串联的两端。在本实施例中，块330中的尺寸参数还可以包括第一和第二导体中的每个导体的宽度和长度。
在本实施例中，要制造的同轴滤波器还可以包括第一阻抗变换器和第二阻抗变换器。第一阻抗变换器同轴地连接在第一导体与第一电容器分段之间并且被配置成消除同轴滤波器的阻抗非连续性。第二阻抗变换器同轴地连接在第二导体与第二电容器分段之间并且被配置成消除同轴滤波器的阻抗非连续性。因此，块330中的尺寸参数还可以包括第一和第二阻抗变换器中的每个阻抗变换器的宽度和长度。
图6示出了如图2中所图示的同轴滤波器20的仿真结果。在本仿真中，同轴滤波器20被配置成包括五个电容器分段231-235、四个接地电感器短截线241-244、两个内部导体211、221以及两个阻抗变换器25、26。每个电容器分段的宽度W1为6mm。较薄的接地电感器短截线241、244的宽度W4为1.6mm，较厚的接地电感器短截线242、243的宽度W5为3.2mm。电容器分段231-235的介电层的厚度L4、L5和L6分别为0.5mm、1.7mm和1.8mm。电容器分段231-235的金属层的厚度L1、L2、L3分别为2mm、3.6mm和5.2mm。阻抗变换器25、26的宽度W2为2mm。阻抗变换器的长度为1mm。第一和第二内部导体211、221的长度为1mm。所有接地电感器短截线的长度为4.2mm。基于尺寸参数的这些值，可以在若干频率观察到并且获得仿真结果|S11|和|S21|，并且这些仿真结果在图6中示出，其中仿真结果|S11|被定义为输出端口由匹配负载所终止的双端口设备的输入反射系数，仿真结果|S21|被定义为输出端口由匹配阻抗所终止的双端口设备的正向传输插入损失。仿真结果表明，同轴滤波器20的截止频率为2.7GHz；同轴滤波器20的带宽在2.7GHz到14.2GHz之间；并且插入损失在0.3dB内。同轴滤波器20的尺寸是大约32mm×14.4mm×14.4mm。
以上仿真结果呈现根据本发明的实施例的同轴滤波器的一些优点。例如，与现有的解决方案相比，根据本发明的实施例的同轴滤波器提供截止频率下的锐度、更宽的带宽、更低的插入损失和更高的功率容量。另外，根据本发明的实施例的同轴滤波器提供紧凑的大小，其远小于操作频率下的波长。另外，根据本发明的实施例的同轴滤波器比现有解决方案具有更少数目的电容器分段和电感器短截线，并且因此更容易制造。另外，在本同轴滤波器中，介电层由便宜的材料聚四氟乙烯制成，这可以降低成本。
本领域技术人员应当清楚，随着技术的进步，可以用各种方式来实现发明的概念。本发明及其实施例不限于以上描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。
虽然本说明书包含很多具体实现细节，然而这些不应当被理解为对任何实现的范围或者能够要求保护的内容的限制，而是作为能够特定于具体实现的具体实施例的特征的描述。本说明书中在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中所描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或者以任何合适的子组合而被实现。另外，虽然以上可以将特征描述为以某些组合来其作用以及甚至初始就这样要求保护，然而来自要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以从组合中被排除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或者子组合的变化。
虽然已经在若干实施例方面描述了本发明，然而本领域技术人员应当认识到，本发明不限于所描述的实施例，而是可以在本公开以及所附权利要求的范围内的修改和替选的情况下来实践。描述因此应当被认为是说明性的而不是限制性的。权利要求中所列出的附图标记并非旨在限制本发明的范围，而仅旨在促进对本发明的更好理解。

Claims (17)

1.一种同轴滤波器(20)，包括：
第一端口(21)；
第二端口(22)；
至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)，每个电容器分段具有两个金属层(2311，2313；2313，2323；2323，2333；2333，2343；2343，2353)以及在所述两个金属层(2311，2313；2313，2323；2323，2333；2333，2343；2343，2353)之间的介电层(2312；2322；2332；2342；2352)；以及
至少一个接地电感器短截线(241；242；243；244)，被连接至所述至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)的金属层；
其中所述至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)被同轴地串联连接在所述第一端口(21)与所述第二端口(22)之间；并且
所述至少一个接地电感器短截线(241；242；243；244)的轴(VAX1；VAX2；VAX3；VAX4)垂直于所述至少两个电容器分段(231，232，233，234，235)的轴(HAX1)。
2.根据权利要求1所述的同轴滤波器(20)，其中：
在任何两个直接连接的电容器分段(231，232；232，233；233，234；234，235)的两个相邻介电层之间的共用金属层(2313，2323，2333，2343)被连接至所述至少一个接地电感器短截线(241，242，243，244)。
3.根据权利要求1或2所述的同轴滤波器(20)，还包括：
第一导体(211)，所述第一端口(21)通过所述第一导体(211)被耦合至所述至少两个电容器分段(231，232，233，234，235)的所述串联的第一电容器分段(231)；以及
第二导体(221)，所述第二端口(22)通过所述第二导体(221)被耦合至所述至少两个电容器分段(231，232，233，234，235)的所述串联的第二电容器分段(235)，
其中所述第一电容器分段和所述第二电容器分段(231，235)被分别布置在所述至少两个电容器分段(231，232，233，234，235)的所述串联的两端。
4.根据权利要求3所述的同轴滤波器，还包括：
第一阻抗变换器(25)，被同轴地连接在所述第一导体(211)与所述第一电容器分段(231)之间，并且被配置成消除所述同轴滤波器的阻抗不连续性；以及
第二阻抗变换器(26)，被同轴地连接在所述第二导体(221)与所述第二电容器分段(235)之间，并且被配置成消除所述同轴滤波器的阻抗不连续性。
5.根据权利要求4所述的同轴滤波器，其中：
所述第一阻抗变换器(25)的宽度(W2)大于所述第一导体(211)的宽度(W3)并且小于所述第一电容器分段(231)的宽度(W1)；并且
所述第二阻抗变换器(26)的宽度(W2)大于所述第二导体(221)的宽度(W3)并且小于所述第二电容器分段(235)的宽度(W1)。
6.根据权利要求2-5中的任一项所述的同轴滤波器，其中：
所述至少一个接地电感器短截线(241，242，243，244)的宽度(W4；W5)小于所述接地电感器短截线被连接至的所述共用金属层(2312，2323，2333，2343)的厚度(L2；L3)。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的同轴滤波器，包括：
至少三个电容器分段(231；232；233；234；235)以及至少两个接地电感器短截线(241；242；243；244)，
其中所述至少两个接地电感器短截线(241；242；243；244)中被连接至相同的电容器分段的任何两个接地电感器短截线被分别布置在平面的两侧上，所述平面垂直于所述至少两个接地电感器短截线(241；242；243；244)的所述轴(VAX1，VAX2，VAX3，VAX4)并且包含所述至少三个电容器分段(231；232；233；234；235)的所述轴(HAX1)；并且
所述至少两个接地电感器短截线(241；242；243；244)的所述轴彼此平行。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的同轴滤波器，包括：
奇数个所述电容器分段(231，232，233，234，235)；其中
所述奇数个所述电容器分段(231，232，233，234，235)相对于所述同轴滤波器的中线(VAX5)被对称地布置。
9.根据权利要求8所述的同轴滤波器，其中：
所述至少两个接地电感器短截线(241；242；243；244)中被连接至相同的电容器分段(232；233；234)的任何两个接地电感器短截线(241，242；242，243；243，244)具有不同的宽度(W4，W5)。
10.根据权利要求7-9中的任一项所述的同轴滤波器，其中：
所述至少两个电感器短截线具有相同的长度(L7，L8)。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的同轴滤波器，其中：
所述至少两个电容器分段(231，232，233，234，235)中的每个电容器分段为圆柱或矩形形状并且具有相同的宽度(W1)。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的同轴滤波器，其中：
所述至少一个接地电感器(241；242；243；244)中的每个接地电感器为圆柱或矩形形状。
13.一种装置，包括根据权利要求1-12中的任一项所述的同轴滤波器。
14.一种用于制造同轴滤波器(20)的方法，其中所述同轴滤波器(20)包括：第一端口(21)；第二端口(22)；至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)，每个电容器分段具有两个金属层(2311，2313；2313，2323；2323，2333；2333，2343；2343，2353)以及在所述两个金属层(2311，2313；2313，2323；2323，2333；2333，2343；2343，2353)之间的介电层(2312；2322；2332；2342；2352)；以及至少一个接地电感器短截线(241，242，243，244)，所述方法包括：
根据期望截止频率分别确定(310)针对所述电容器分段和所述接地电感器短截线的等效电容和等效电感；
构造(320)针对所述电容器分段中的每个电容器分段的电容器模型(51)以及针对所述接地电感器中的每个接地电感器的电感器模型(52)；
基于所构造的所述电容器模型(51)、所构造的所述电感器模型(52)以及所计算的所述等效电容和所述等效电感来执行仿真(330)以获得所述至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)和所述至少一个电感器短截线的尺寸参数的值；
基于所获得的所述值制造(340)所述同轴滤波器，使得：
所述至少两个电容器分段和所述至少一个电感器短截线具有由所获得的所述值指示的尺寸；
所述至少两个电容器分段被同轴地串联连接在所述第一端口(21)与所述第二端口(22)之间；
所述至少一个接地电感器短截线被连接至所述至少两个电容器分段(231；232；233；234；235)的所述金属层；并且
所述至少一个接地电感器短截线的轴(VAX1；VAX2；VAX3；VAX4)垂直于所述至少两个电容器分段(231，232，233，234，235)的轴(HAX1)。
15.根据权利要求14所述的用于制造同轴滤波器的方法，其中所述尺寸参数包括：
所述至少两个电容器分段的所述金属层中的每个金属层的宽度和厚度；
所述至少两个电容器分段的所述介电层中的每个介电层的宽度和厚度；以及
所述至少一个电感器短截线中的每个电感器短截线的宽度和长度。
16.根据权利要求15所述的用于制造同轴滤波器的方法，其中：
所述同轴滤波器还包括第一导体(211)和第二导体(221)，所述第一端口(21)通过所述第一导体(211)被耦合至所述至少两个电容器分段的所述串联的第一电容器分段(231)，所述第二端口(22)通过所述第二导体(221)被耦合至所述至少两个电容器分段的所述串联的第二电容器分段(235)，其中所述第一电容器分段和所述第二电容器分段(231，235)被分别布置在所述至少两个电容器分段的所述串联的两端；并且
所述尺寸参数还包括所述第一导体和所述第二导体(211，212)中的每个导体的宽度和长度。
17.根据权利要求16所述的用于制造同轴滤波器的方法，其中：
所述同轴滤波器还包括第一阻抗变换器(25)和第二阻抗变换器(26)，所述第一阻抗变换器(25)被同轴地连接在所述第一导体(211)与所述第一电容器分段(231)之间并且被配置成消除所述同轴滤波器的阻抗不连续性，所述第二阻抗变换器(26)被同轴地连接在所述第二导体(221)与所述第二电容器分段(235)之间并且被配置成消除所述同轴滤波器的阻抗不连续性；并且
所述尺寸参数还包括所述第一阻抗变换器和所述第二阻抗变换器(25，26)中的每个阻抗变换器的宽度和长度。
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