CN108023148B - 悬浮微带滤波装置和微带滤波装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了悬浮微带滤波装置和微带滤波装置。一种悬浮微带滤波装置包括印刷电路板，其包括上面具有至少一个谐振器的衬底；接地板；以及插置于所述印刷电路板和所述接地板之间的绝缘分离器，所述绝缘分离器具有多个填充空气的开口。

Description

悬浮微带滤波装置和微带滤波装置

技术领域

本发明概括而言涉及通信系统，并且更具体地，涉及适合用于蜂窝通信系统中的滤波装置。

背景技术

蜂窝基站是本领域公知的，其通常包括基带设备、无线电设备和天线以及其它部件。图1是示出了传统的蜂窝基站10的高度简化的示意图。如图1中所示，蜂窝基站10包括天线塔30和位于天线塔30的底部的设备外壳20。多个基带单元22和无线电设备24位于设备外壳20内。每个基带单元22连接到无线电设备24中的相应一个，并且还与回程通信系统26通信。三个天线32(标记为天线32-1、32-2、32-3)位于天线塔30的顶部。每个天线32可向由基站10所服务的“覆盖区域”的预定扇区提供覆盖。同轴电缆34(在图1中被捆绑在一起显示为单个电缆)将无线电设备24连接到相应的天线32。应该理解的是，现代基站天线典型地在每个天线中包括多个相控阵列，每个相控阵列可用于以两个不同的正交极化发射和接收射频(“RF”)。如此，天线32和无线电设备24通常具有多个输入/输出端口，并且实际的基站配置可能比图1中为例举目的而提供的高度简化的示例复杂的多，并且具有多的多的电缆。还应该理解的是，在许多情况中，无线电设备24位于塔30的顶部，而不是在设备外壳20中，以便减少传输损耗。

蜂窝基站通常使用相控阵列天线来提供增强的天线增益和/或允许在每个小区中频率重用。典型的相控阵列天线32可以被实现为一列或多列安装在面板上的辐射元件，每列可以具有10个辐射元件。典型地，每列中的每个辐射元件用于：(1)发送从相关联的无线电设备24的发射端口接收的射频(“RF”)信号以及(2)从移动用户接收RF信号并将这种所接收的信号馈送到相关联的无线电设备24的接收端口。双工器通常用于将无线电设备24连接到天线32的每个相应的辐射元件。“双工器”指的是三端口滤波装置，其用于将无线电设备的发射和接收瑞口都连接到天线(或都连接到其一个或多个辐射元件)。双工器将到无线电设备的发射和接收端口的RF传输路径彼此隔离并且允许两个RF传输路径都接入该天线。换言之，双工器基于其频率将沿一个方向传输的RF信号分离并允许全频率范围内的信号沿着相反的方向流动。典型地，发射和接收频率范围非常接近，发射和接收频率的组合被称为单个频“带”。

在一些情况下，相控阵列天线上的辐射元件可包括“宽带”辐射元件。这种宽带辐射元件可以用来在两个或更多不同的频带中发射和接收RF信号。当使用宽带辐射元件时，在不同频带运行的两个或更多个无线电设备可以耦接到相控阵列天线的同一列辐射元件。RF双讯器或多工器可以用来将在辐射元件处接收的RF信号相互分离，以供传输到相应的无线电设备，并将从不同的无线电设备发射的信号组合，以供传输到辐射元件。当使用这种宽带辐射元件时，天线将通常包括用于分离/组合不同的频带中的信号的双讯器(diplexer)和用于分离/组合在每个频带内的发射和接收路径的双工器(duplexer)。

由于基站天线为了支持更多数目的蜂窝服务而变得更复杂，所以集成到天线中或者以其他方式设置在天线塔上的双讯器、双工器、多工器或其它滤波装置的数目已经激增。因此，这些滤波装置的尺寸、重量和成本已经越来越受关注。通过将远程电子倾斜(“RET”)能力广泛结合到基站天线中已经加剧了滤波装置的数目增加的趋势。利用RET天线，天线波束的有效倾斜或“提高”角度能够例如通过控制移相器电子地调整，这些移相器调整馈送到天线32的每个辐射元件(或辐射元件的子阵列)的信号的相位。移相器和其它相关电路通常内置在天线32内，并且可以从远程位置进行控制。该性能大大地简化了改变基站天线的有效覆盖区域的过程，该过程通常发生在当新的基站在相邻区域中投入使用时。

RET天线通常具有发射和接收路径移相器，使得每个子带上的倾斜可以相互独立地被控制。发射路径移相器执行功率分流，使得来自无线电设备的单个信号可以提供到多个辐射元件或辐射元件的子阵列(将RF信号划分成5到7个子分量的移相器是典型的)。接收路径移相器执行功率组合，使得在辐射元件处接收的信号可以组合并馈送到无线电设备的接收端口。因为使用了单独的发射和接收移相器，所以用于允许每个辐射元件都发送和接收信号的双工器必然沿着移相器和辐射元件之间的RF传输路径布置。因此，如果每个移相器执行例如1：7功率划分，那么每对发射和接收移相器需要7个双工器。这进一步增加了天线中所包括的滤波装置的数目。

常规地，谐振腔滤波装置已经用来实现上面描述的用于基站天线的双工器、双讯器、多工器和其它的滤波装置。谐振腔滤波装置可以是高度可靠的并可提供尖锐的频率响应。然而，它们倾向于相对大并且重，并且制造昂贵。图2是常规的谐振腔双工器50的透视图。图3是图2的常规双工器50将盖板移除的部分分解透视图。

参照图2-3，常规双工器50包括壳体60，其具有底面62和多个侧壁64。多个内壁68从底面62向上延伸，以将壳体60的内部划分为多个空腔70。在壁68内的耦合窗口以及壁68之间的开口允许空腔70之间连通。多个谐振元件76(如介电谐振器或同轴金属谐振器)安装在空腔70内。盖板78用作双工器50的顶盖，并可通过螺钉80固定到壳体60。还提供了多个调谐螺钉90。调谐螺钉90可被调整以调谐双工器50的频率响应的各个方面，例如，滤波器响应的陷波(notch)的中心频率。输入端口82可以通过第一电缆连接件83附接到无线电设备(未图示)的发射端口。输出端口84可以通过第二电缆连接件85附接到无线电设备的接收端口。公共端口可以通过第三电缆连接件(未图示)将双工器50连接到天线(未图示)的辐射元件。应当注意的是，图2-3中的设备包括共享公共壳体的两个双工器，这就是为什么该设备包括多于三个端口(设备包括总共六个端口，但是不是所有的端口都在图2-3的视图中可见)。

图2-3的常规双工器50可能是相当大的，因此可能难以腾出空间来在单个相控阵列天线上安装大量的这些双工器50(例如10个)。双工器50还可能相对较重，这增加了天线上的负载。双工器50还有大量部件，使得制造加工和组装更加昂贵。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种悬浮微带滤波装置。该悬浮微带滤波装置包括：印刷电路板，其包括上面具有至少一个谐振器的衬底；接地板；以及绝缘分离器，其插置于所述印刷电路板和所述接地板之间，所述绝缘分离器具有多个填充空气的开口。

根据本发明的另一个方面，提供了一种微带滤波装置。该微带滤波装置包括：衬底，其具有位于其上的谐振器；以及可滑动调谐短截线，其被配置成与所述谐振器电容耦接。

附图说明

图1是常规蜂窝基站的高度简化的示意图。

图2是常规双工器的透视图。

图3是图2的常规双工器将顶盖移除后的部分分解透视图。

图4是示例性的无线通信系统的简化框图，其中可以使用根据本发明的实施例的滤波装置。

图5是常规的微带滤波装置的示意性透视图。

图6是示出了图5的滤波装置的频率响应的图表。

图7是根据本发明的实施例的悬浮微带滤波装置的示意性顶部透视图。

图8是图7的悬浮微带滤波装置的分解透视图。

图9A和图9B是用于包含在图7-8的悬浮微带滤波器中的绝缘分离器的替代实施的示意性分解透视图。

图10是示出了图7-8的悬浮微带滤波装置的频率响应的图表。

图11是根据本发明的实施例的包括两个谐振器印刷电路板的悬浮微带滤波器的示意性透视图。

图12是图11的悬浮微带滤波装置的横截面视图。

图13和图14分别是图11-12的悬浮微带滤波装置的顶部和底部分解透视图。

图15是根据本发明的实施例的包括可滑动的调谐短截线的悬浮微带滤波装置的谐振器印刷电路板的示意性透视图。

图16是图15的谐振器印刷电路板的一部分的放大的侧部透视图。

图17是图15-16的谐振器印刷电路板的示意性底部透视图。

图18是根据本发明的其它实施例的包括可滑动的调谐短截线的微带滤波装置的谐振器印刷电路板的示意性透视图。

图19是根据本发明的其它实施例的悬浮微带滤波装置的顶部透视图。

图20是图19的悬浮微带滤波装置的顶部分解透视图。

图21是图19的悬浮微带滤波装置的底部透视图。

图22是图19的悬浮微带滤波装置的底部分解透视图。

图23和图24分别是图19的悬浮微带滤波装置的一部分的放大顶视图和放大底视图，示出了如何使用金属跳线将微带传输线连接到不同的印刷电路板上。

图25是示出了图19-24的悬浮微带滤波装置的频率响应的图表。

图26是示出了如何将根据本发明的实施例的悬浮微带滤波装置集成到更大的微带系统的简化框图。

具体实施方式

随着蜂窝用户的数量和这些用户发射和接收的数据的量持续迅速增加，无线运营商一直在寻找方法来增加吞吐量。无线运营商已经购买了额外的无线频谱，但是即使部署额外的频带和服务类型也不足以赶得上增长的需求。因此，无线运营商还强烈地采取步骤增加已有的无线资源的吞吐量。一种实现方式是部署多个小于传统基站的远程蜂窝站点，其使用分频多工器(frequency division multiplexers)来将整个可用带宽划分成一系列的不重叠的频带。该方法可以显著地增加可获得的吞吐量，但是重要的是远程站点不比传统的基站昂贵，同时还提供高性能。

在上面描述的蜂窝通信系统中，蜂窝站点可利用分频多工器来确保每个远程站点仅在整个可用带宽的一个子集上发射和接收信号。分频多工器是已知类型的RF滤波装置，其允许在选取的频带中的输入RF信号被传递到相应的输出。在它的最简化的形式中，分频多工器可包括具有公共输入端和第一、第二输出端的三端口装置。当RF信号在公共输入端处被接收时，仅仅第一频率范围中的信号被传递到第一输出端，而第二频率范围中的信号被传递到第二输出端。如果第一和第二频率范围是不同频带的一部分，则这种三端口滤波装置被称作双讯器(diplexer)，或者如果频率范围是相同频带的发射和接收子带，则被称作双工器(duplexer)。双讯器和双工器还作为相反方向的组合器，将在第一和第二输出端接收的信号组合并将该组合后的信号传递到公共输入端。

理想地，诸如双讯器之类的分频多工器相对较小、重量轻并且成本低，并且还表现出低损耗。然而，在实际中，为了获得低插入损耗和快速频率响应，已经需要使用金属波导和/或谐振腔滤波器技术来实现用于蜂窝系统的分频多工器。这些类型的多工器趋向于更大、更重并且更贵。

本发明的实施例提供小的、轻的、低成本的并且容易制造和组装的滤波装置，其能够用作双工器、双讯器和/或用于蜂窝通信系统和其它应用的其它滤波装置。根据本发明的实施例的滤波装置可包括使用基于印刷电路板的谐振器来实现的微带滤波装置，其能够降低装置的成本和重量。微带是指能够使用印刷电路板技术来实现的一种RF传输线类型。微带包括通过介电层与接地层分离的导电条。由于微带可以通过简单地对印刷电路板金属层进行图案化而形成，所以它可以相比常规的波导技术更小、更轻并且更便宜。根据本发明的实施例的微带滤波装置可以表现出低插入损耗值并可以在宽频率范围上容易地调谐。

在一些实施例中，微带滤波装置可包括印刷电路板，其包括具有位于其上的至少一个导电谐振器的介电衬底。这里，包括至少一个谐振器的印刷电路板可以被称为“谐振器印刷电路板”。导电接地板可以布置在谐振器印刷电路板的介电衬底上与谐振器相反的一侧。绝缘分离器布置在谐振器印刷电路板的介电衬底和接地板之间。绝缘分离器具有多个填充空气的开口。通过使用包括填充空气的开口的绝缘分离器来分离谐振器印刷电路板和接地板，该滤波装置具有“悬浮微带”配置。由于谐振器和接地板之间的空气间隔可以降低滤波装置的耗散损失，所以悬浮微带配置可以降低滤波装置的插入损耗。在一些实施例中，绝缘分离器可以包括以鱼网网格形式形成的介电材料，但是可以使用包括填充空气的开口的任何适当的绝缘分离器。

在一些实施例中，可以提供可选的壳体。该壳体可包括顶盖板和底盖板，在一些实施例中还包括一个或多个侧壁。当提供了壳体时，顶盖板和/或底盖板可以用作滤波装置的接地板。

在一些实施例中，悬浮微带滤波装置可以包括以堆叠关系布置的多个印刷电路板。例如，在一些实施例中，微带滤波装置可包括第一和第二印刷电路板，第一和第二印刷电路板中的每一个都包括衬底，衬底上具有一个或多个谐振器。具有多个填充空气的开口的绝缘分离器插置于第一和第二印刷电路板之间。顶盖板和底盖板可以被提供来用作滤波装置的接地板。在其它的实施例中，一个或多个接地板可以插入在第一和第二印刷电路板之间。在这些实施例中，具有多个填充空气的开口的第一绝缘分离器被插置于第一印刷电路板和接地板之间，具有多个填充空气的开口的第二绝缘分离器被插置于第二印刷电路板和接地板之间。接地板可包括例如形成在第三印刷电路板的衬底的任一侧上的一对印刷电路板接地板。包括位于其至少一侧上的接地板的印刷电路板在这里可以被称为“接地板印刷电路板”。接地板印刷电路板可包括天线的其它元件，如移相器、馈送线等，并可提供简便的方式来将根据本发明的实施例的微带滤波装置以低损耗、易于制造组装的方式与基站天线的其它元件集成在一起。

根据本发明的其它实施例，提供了包括可滑动的调谐短截线的微带滤波装置。这些可滑动的调谐短截线可包括形成在介电衬底上的导电条，这些导电条能够相对于下面的谐振器滑动。随着调谐短截线相对于下面的谐振器移动，在调谐短截线的导电条和谐振器之间的重叠的量变化，这又改变了谐振器的有效长度。通过改变谐振器的有效长度，可以调整微带滤波装置的一个或多个谐振频率。在一些实施例中，可滑动的调谐短截线可以在相应的谐振器的顶部上方纵向地滑动。在其它的实施例中，可滑动的调谐短截线可以在相应的谐振器的顶部上方旋转地滑动。

谐振器的形状和相对位置、谐振器印刷电路板和接地板之间的距离以及谐振器印刷电路板之间的距离可以被设计以提供具有希望的滤波器(频率)响应的微带滤波装置。如果提供了壳体，则壳体可以被实现为例如形成壳体的侧壁的框架和用作顶盖和底盖的一对平面金属片，这一对平面金属片被焊接到该框架。例如，可以由压铸或通过使用计算机数字控制(“CNC”)机器或截面拉伸工艺来制造该框架。一个或多个谐振器印刷电路板可以安装在由壳体限定的空腔内。在一些实施例中，一个或多个壁架可以围绕着框架的内部延伸，谐振器印刷电路板和/或绝缘分离器可以安装在这些壁架上。

在一些实施例中，微带滤波装置可以包括三端口设备，如RF双工器或双讯器。在其它实施例中，这些微带滤波装置可以包括额外的端口以实现多工器、三工器等。

根据本发明的实施例的微带滤波装置可以容易地集成到基站天线或其它RF装置的其它微带系统中。例如，根据本发明的实施例的微带滤波装置的谐振器印刷电路板或接地板印刷电路板可以安装在包括天线的其他印刷电路板元件或其他无线电组件的印刷电路板上，天线的其他印刷电路板元件是例如用于子阵列或单个辐射元件的移相器或馈送结构等，其他无线电组件例如是混合器或放大器等。通过将多个组件集成到单块印刷电路板上，有可能进一步减少插入损耗和/或改进无源互调(“PIM”)失真性能，这将在下面更详细地描述。

现在将结合图4-26更详细地描述本发明的实施例，图中示出了示例性的实施例。

图4是示例性的无线通信系统100的简化框图，其中可以使用根据本发明的微带滤波装置。如图4中所示，无线通信系统100包括一个或多个基带单元110、RF子系统120、多工器140和天线160，RF子系统120包括多个无线电设备122。基带单元110通常通过电缆连接件(例如，具有光电和电光转换的同轴电缆和/或光纤电缆)连接到RF子系统。数模转换(对于由天线160发射的信号)以及模数转换(对于由天线160接收的信号)可以在基带单元110和RF子系统120之间进行。多工器140可包括例如双工器或双讯器。示例性的无线通信系统100还包括位于RF子系统120和多工器140之间的第一接口130和位于多工器140和天线160之间的第二接口150。如下将详细所述，在本发明的一些实施例中，第一接口130和第二接口150都可以分别实施为微带接口。

减小图4中的无线通信系统100的尺寸、重量和成本的一种方法是将系统尽可能多地实现在单块印刷电路板(“PCB”)结构上。由于不同组件之间的连接可以形成为微带连接，所以这种实施方式可以减小插入损耗和/或PIM失真，并且还可以提供更紧凑和/或更轻重量的实现。如上所述，常规地，已经使用金属波导和谐振腔滤波装置来实现多工器140，以提供快速频率响应和低损耗。基于微带的多工器滤波装置在本领域也是已知的，但是这些滤波装置通常表现出相对高的插入损耗。由于插入损耗增加0.5dB可以使无线通信系统的功率效率减小10％，所以与基于微带的多工器滤波装置相关的较高插入损耗已经阻止它们用在许多应用中。

图5是常规的微带双讯器滤波装置200的示意性透视图。如图5中所示，微带双讯器200包括微带印刷电路板210，微带印刷电路板210包括其上具有导电迹线230的介电衬底220。微带印刷电路板210可以通过将薄的导电层(未图示)，例如铜层，涂覆到介电衬底220上而形成。然后导电层可以选择性地被蚀刻来形成导电迹线230。导电层(图5中不可见)还可形成在介电衬底220的、形成微带的接地面的背面上。导电迹线230可以布置来形成低频滤波器240(即，通过特定的低频带的低通滤波器或带通滤波器)和高频滤波器250(即，通过特定的高频带的高通滤波器或带通滤波器)。每个滤波器240、250可包括多个谐振器242、252，其形式例如是位于衬底220上的导电材料条。微带双讯器200还包括耦接到低频滤波器240和高频滤波器250的公共微带端口270、耦接到低频滤波器240的低频微带端口272和耦接到高频滤波器250的高频微带端口274。在双讯器200用来实现图4的多工器140的情况下，公共微带端口270可包括图4中将多工器140连接到天线160的第二接口150，低频微带端口272和高频微带端口274可包括图4中将多工器140连接到RF子系统120的第一接口130。

图6是示出了图5的双讯器200的频率响应的图表。在图6中，曲线280表示公共微带端口270处的回波损耗，而曲线282和284分别表示低频微带端口272和高频微带端口274上的插入损耗。如图6中所示，插入损耗在相应的低通和高通频带的中心处为大约1dB(分别为0.94dB和0.88dB)。

图7和图8中示出了根据本发明的实施例的悬浮微带滤波装置300。具体地，图7是悬浮微带滤波装置300的示意性顶部透视图，而图8是悬浮微带滤波装置300的分解透视图。图9A和图9B示出了包含在悬浮微带滤波装置300中的绝缘分离器的替换实施方式。图10是示出了图7-8中的悬浮微带滤波装置300的频率响应的图表。

如图7和图8中所示，悬浮微带滤波装置300包括印刷电路板310，其包括上面具有导电迹线330的介电衬底320。微带滤波装置300还包括绝缘分离器340和接地板350。微带印刷电路板310可能实际上是很常规的，除了介电衬底320比用于微带印刷电路板的常规介电衬底更薄，以及省去了通常设置在介电衬底320的与导电迹线330相对一侧上的接地面。介电衬底320可以由任何适当的介电材料形成。在一些实施例中，介电衬底320可以包括标准FR-4介电衬底。在其它的实施例中，介电衬底320可以包括铝。导电迹线330可以包括例如铜或铜合金迹线，并可以通过将最初设置在介电衬底320上的铜层图案化而形成。

绝缘分离器340可以是将微带印刷电路板310与接地板350分离的任何适当的结构。在图示的实施例中，绝缘分离器340包括可以由介电材料形成的网格结构342。由网格结构342所限定的开口344可以是填充空气的开口。尽管网格结构342包括绝缘分离器的一个示例，但是可以理解，可以使用各种绝缘分离器340。例如，如图9A中所示，在另一个实施例中，可以使用包括多个离散的间隔器342A的绝缘分离器340A，其被设置成将印刷电路板310分隔在接地板350上方。在其它实施例中，可以使用具有不同形状或尺寸的开口344的网格结构342。例如，图9B示出了包括网格结构342B的绝缘分离器340B，网格结构342B包括布置在多个同心圆内的介电材料。如图所示，在一些实施例中，可以提供连接杆343以使得网格结构342B可以包括单件材料。在其它的实施例中连接杆343可以省略。在每种情形下，网格结构342A、342B可以包括填充有例如空气等气体的开口344。如下将会更详细地描述，填充空气的开口344可以具有低损耗常数，其可以减少滤波装置300的插入损耗。

再参见图7-8，接地板350可以包括薄的导电材料板，例如薄铜板，或者具有薄介电衬底并且介电衬底的上表面上具有导电材料板的印刷电路板。如图7-8中所示，绝缘分离器340可以插置于接地板350的顶表面和印刷电路板310的底表面之间。

导电迹线330可以包括多个谐振器迹线332和输入/输出迹线334。谐振器迹线332可以被实施成例如半波长谐振器或四分之一波长谐振器。当使用四分之一波长谐振器时，其一端可以电短接到接地板350(例如，对于带通滤波器)或者可以是浮动的(例如，对于一些带阻滤波器)。在图示的实施例中，提供了半波长谐振器332。输入/输出迹线334可以连接到例如包括微带滤波装置300的天线的其它结构。这些连接可以是直接连接，或者在其间插置中间结构。

如本领域技术人员已知的，RF装置的插入损耗是指RF功率由于沿着RF传输线插置RF装置而损失的量。例如由于将RF信号耦接到微带印刷电路板的接地面，当RF信号穿过微带印刷电路板时，RF功率损失。空气具有非常低的损耗常数，因此通过在微带滤波装置300的导电迹线和接地面之间提供主要为空气的介质，滤波装置300的插入损耗可以相比常规的微带滤波装置减小。

图10是示出了悬浮微带滤波装置300的频率响应的一部分的图表。如图10中曲线360所示，与使用上面讨论的常规微带滤波装置300大约0.9dB的插入损耗相比，插入损耗小于0.5dB。插入损耗的减小可以使滤波装置的功率效率增加大约10％。

图11-14示出了根据本发明的其它实施例的悬浮微带滤波装置400。具体地，图11是滤波装置400的示意性透视图，图12是滤波装置400沿图11中的线12-12的横截面视图，图13-14分别是滤波装置400的分解的顶部透视图和底部透视图。

滤波装置400与滤波装置300的不同之处在于它包括多个印刷电路板410-1、410-2，多个印刷电路板410-1、410-2是分层的以形成多层结构。如图12中所示，多层结构包括第一微带印刷电路板层410-1、第二微带印刷电路板层410-2和布置在它们之间的绝缘分离器440。绝缘分离器440可以例如与上面讨论的滤波装置300的绝缘分离器340相同，但是可以使用任何适当的绝缘分离器。在图示的实施例中，第一印刷电路板410-1包括其上具有两个谐振器432(见图13)形式的导电迹线430-1的第一介电衬底420-1，第二印刷电路板层410-2包括其上具有三个谐振器432(见图14)形式的导电迹线430-2的第二介电衬底420-2。印刷电路板410-1还包括输入/输出迹线434。

如图11-14中进一步所示，悬浮微带滤波装置400还包括导电壳体460，其用于支撑印刷电路板410和绝缘分离器440。导电壳体460还可以用于保护印刷电路板410，并可以用作微带元件的接地面。如图11和12中所示，导电壳体460可以包括具有顶盖462、底盖464和多个侧壁466的金属壳体。壳体460可以例如由铝或者电镀有铜的铝合金形成，但是也可以使用其它的金属，例如锌、锌合金、铜、铜合金等。尽管图11-14中示出了两个侧壁466，但是应该理解，可以添加其他的侧壁466(例如，前侧壁和后侧壁，使得印刷电路板410和绝缘分离器440完全由壳体460包围)或者侧壁466可以全部省去。在一些实施例中，侧壁466可以实现为整个压铸框架。在图示的实施例中，壁架468设置在侧壁466的内表面上，其用于将印刷电路板410和绝缘分离器440安装到由壳体460所限定的空腔469的中间。尽管在图示的实施例中壳体460是矩形的，但是应该理解，还可以使用其它形状(例如，圆形、五边形等)的壳体。

第一印刷电路板410-1和第二印刷电路板410-2上的谐振器432形成具有用作接地面的相应的顶盖462和底盖464的微带结构，空气介质插置在谐振器432和它们相应的接地面之间。具有鱼网网格结构的插置于印刷电路板410-1、410-2之间的绝缘分离器440有助于减小滤波装置400的插入损耗。在一些实施例中，印刷电路板410-1、410-2可以不电连接到壳体460。

如上所述，常规的微带滤波装置可能呈现出不能接受的高插入损耗。悬浮微带滤波装置400可以通过在导电迹线430和相应的接地面之间使用空气介质并通过使用将印刷电路板410-1和410-2相互分离的鱼网网格分离器440来减小这些损耗。常规的微带滤波装置的另一个潜在的问题是它们缺少调谐结构。因此，一旦常规的微带滤波装置被组装好，通常不可能调谐装置的性能，例如通带和阻带的位置等。根据本发明的实施例，提供了可调谐的微带滤波装置。图15-18示出了根据本发明的实施例的可滑动微带滤波装置的调谐结构的两个示例性实施方式。

首先参见图15-17，示出了根据本发明的实施例的微带滤波装置的印刷电路板510，其包括可滑动调谐短截线。如图15-17中所示，印刷电路板510包括其上形成有多个导电迹线530的介电衬底520。导电迹线包括谐振器532(例如半波长谐振器)和输入/输出迹线534。每个谐振器532可包括相关联的可滑动调谐短截线570。

如图16中最佳地可见，每个可滑动调谐短截线570包括调谐元件572和调谐短截线安装结构580。调谐元件572可包括指状的印刷电路板材料，其包括介电层574，并且介电层574的上表面上具有导电层576。在一些实施例中，调谐元件572可具有灵活度。介电层574可以将导电层576与下面的谐振器532隔离。调谐短截线安装结构580可以包括一对塑料夹具582、一对塑料螺钉或螺栓584和一对塑料螺母586(见图17)。螺栓584通过相应的塑料夹具582中的孔(未图示)并通过印刷电路板510的介电衬底520中的底部开口而插入。塑料螺母586(见图17)布置在印刷电路板510的底侧上，并螺纹连接到相应的螺栓584。当螺母586拧紧到相应的螺栓584上时，塑料夹具582被牢固地推压到相应的调谐元件572，由此将各个调谐元件572保持在希望的位置上。螺母586可以被松开，以调整相应的调谐元件572的位置。

介电层574是薄的，使得导电层576和与其相关联的下面的谐振器532牢固地耦接。因此，每个调谐元件572有效地延长了与其相关联的谐振器532的长度。每个谐振器532的有效长度取决于谐振器532的实际长度、调谐元件572与谐振器532不重叠的部分的实际长度以及谐振器532和调谐元件572之间的耦接的量。谐振器532和调谐元件572之间的耦接的量取决于它们之间的距离(介电层574的厚度)、谐振器532和调谐元件572之间重叠的量以及介电层574的介电常数。因此，通过沿着谐振器532纵向地滑动调谐元件572，谐振器532的有效长度可以改变。

为了滑动调谐元件572，它的调谐短截线安装结构580的螺母586被松开，由此松开塑料夹具582。调谐元件572然后沿着其相应的谐振器532纵向滑动。因此，技术人员能够轻易地调整每个谐振器532的长度，以调谐该滤波装置。一旦调谐元件572处于与其相关联的谐振器532的希望的重叠程度，则用于该调谐元件572的螺母586可以被拧紧，以将调谐元件572保持在该位置上。

参见图18，在另一个实施例中，提供了可滑动调谐短截线570’，其可以在相应的谐振器532的顶部上方可滑动地旋转。因为如上所述每个谐振器532的有效长度取决于谐振器532和相关联的调谐元件之间的耦接的量以及其它因素，所以通过旋转调谐短截线570’来与谐振器532部分重叠，谐振器的有效长度可以逐渐变化(因为重叠增加造成耦接增加，并且耦接增加调谐短截线570’，造成有效长度增加)。可滑动调谐短截线570’包括可滑动调谐元件572’，其可以与上面结合图15-17描述的可滑动调谐元件572相同，除了穿过每个可滑动调谐元件572’的后部分形成的孔以外。可滑动调谐短截线570还包括调谐短截线安装结构580’，其包括塑料螺栓584和塑料螺母586。螺栓584穿过上面描述的调谐元件572’中的孔(不可见)并穿过印刷电路板510的介电衬底520中的底部开口插入。塑料螺母586(图18中不可见)可以与上面结合图15-17描述的塑料螺母586相同，其布置在印刷电路板510的底侧上并螺纹连接到塑料螺栓584上。当螺母586拧紧到螺栓584上时，可滑动调谐元件572’牢固地压靠印刷电路板520，使得可滑动调谐元件572’被锁定到理想的位置。当螺母586被松开时，可滑动调谐元件572’可以旋转到与其相关的谐振器532的顶部上方或者离开到一侧上。当可滑动调谐元件572’与谐振器532重叠时，可滑动调谐元件572’与谐振器532电容耦接。随着重叠的量增加，可滑动调谐元件572’和谐振器532之间的耦接的量也增加，并且随着耦接增加，谐振器532的有效长度也增加。当可滑动调谐元件572’与谐振器532没有重叠时，谐振器532的有效长度是谐振器532的实际长度。因此，可滑动的可旋转调谐元件572’同样能够用来调谐滤波装置。

根据本发明的其它实施例，提供了悬浮微带滤波装置，其能够集成到蜂窝基站内的其它微带系统中。图19-24示出了根据本发明的实施例的一个这样的微带滤波装置600。具体地，图19和图21分别是滤波装置600的顶部和底部透视图，图20和图22分别是滤波装置600的顶部和底部的分解透视图。图23和图24分别是滤波装置600的一部分的放大的顶视图和底视图，其示出了用来将微带传输线连接到滤波装置600的不同印刷电路板上的金属跳线。尽管图19-24中所示的示例性的滤波装置600是双讯器，但是应该理解，根据本发明的实施例的任何微带滤波装置都可以以相同或相似的方式集成到另一个微带系统中。

参见图19-24，微带滤波装置600包括被设置成堆叠垂直关系的第一印刷电路板610和第二印刷电路板620。第三印刷电路板630布置在第一印刷电路板610和第二印刷电路板620之间。第一印刷电路板610包括介电衬底612，其具有形成在其顶表面上的导电迹线614。导电迹线614包括谐振器616和输入/输出端口618。谐振器616可形成低频滤波器602。第二印刷电路板620包括介电衬底622，其具有形成在其底表面上的导电迹线624。导电迹线624包括谐振器626和输入/输出端口628。谐振器626可形成高频滤波器604。第三印刷电路板630包括介电衬底632，其具有形成在其任一侧上的导电层634-1、634-2。每个导电层634可包括导电接地面636和导电迹线638。导电层634-1用作低频滤波器602的接地面，导电层634-2用作高频滤波器604的接地面。第一绝缘分离器650-1插置于第一印刷电路板610和第三印刷电路板630之间，第二绝缘分离器650-2插置于第二印刷电路板620和第三印刷电路板630之间。绝缘分离器650被图示为鱼网网格分离器，但是可以使用任何适当的绝缘分离器，例如，这里讨论的绝缘分离器中的任何一种。

谐振器616、626的长度、相邻的谐振器616、626之间的距离、谐振器616、626的位置的数目可以至少部分地确定滤波装置600的频率响应。

第一印刷电路板610包括第一输入/输出端口618-1和第二输入/输出端口618-2。第一输入/输出端口618-1可以电连接到用于滤波装置600的公共端口，第二输入/输出端口618-2可以电连接到用于滤波装置600的低频端口，这将在下面更详细地描述。第二印刷电路板620包括第一输入/输出端口628-1和第二输入/输出端口628-2。第一输入/输出端口628-1可以电连接到用于滤波装置600的公共端口，第二输入/输出端口628-2可以电连接到用于滤波装置600的高频端口，这也将在下面更详细地描述。第三印刷电路板630包括三个输入/输出端口640、642、644。端口640可包括用于滤波装置600的公共端口，端口642可以是用于滤波装置600的低频端口，端口644可以是用于滤波装置600的高频端口。

第一导电跳线660-1将端口618-1连接到端口640。第二导电跳线660-2将端口618-2连接到端口642。第三导电跳线660-3将端口628-1连接到端口640。第四导电跳线660-4将端口628-2连接到端口644。端口642可以(直接或者间接)连接到例如无线电设备(未图示)的接收端口。端口644可以(直接或者间接)连接到例如无线电设备(未图示)的发射端口。端口640，其为双讯器600的公共端口，可以连接到例如天线的辐射元件或者辐射元件的子阵列。

图23和图24更详细地示出了三个印刷电路板610、620、630上的导电迹线如何互连。如图24中所示，小的焊盘670形成在印刷电路板630的底表面上。可以通过选择性地蚀刻形成在印刷电路板630的底表面上的导电层而在单个加工步骤中形成焊盘670、接地面636和导电迹线638。焊盘670通过空气间隙672与接地面636隔离。金属填充孔674形成在印刷电路板630的衬底632中。金属填充孔674穿过焊盘670形成。金属填充孔674一直延伸穿过印刷电路板630，并且放置在孔674中的金属将焊盘670电连接到公共端口640。尽管在图19-24的实施例中使用金属填充孔674来形成电连接，但是应该理解，可以使用任何适当的印刷电路板层转移技术来将第一层印刷电路板上的导电结构电连接到不同的第二层印刷电路板630上的导电结构。例如，在其它实施例中可以使用所谓的电镀通孔，其包括具有电镀有导电材料的侧部的孔，但是该孔不需要必须填充有导电材料。

通过上面描述的方式，可以使用导电跳线660-1形成第一导电路径，其从低频滤波器602的公共端口618-1延伸到印刷电路板630上的公共端口640。同样地，使用导电跳线660-3形成第二导电路径，其从高频滤波器604的公共端口628-1延伸到焊盘670。焊盘670穿过金属填充孔674连接到印刷电路板630上的公共端口640。换言之，导电跳线660-1、660-3可以用来将相应的低频滤波器602和高频滤波器604的公共端口618-1、628-1连接到印刷电路板630上的公共端口640。导电跳线660-2可以类似地用来将低频滤波器602的低频端口618-2连接到第三印刷电路板630上的低频端口642，导电跳线660-4可以用来将高频滤波器604的高频端口628-2连接到第三印刷电路板630上的高频端口644。

如图23-24中所示，导电跳线660可以实施为小的金属条，其被弯曲成具有阶梯结构，包括第一上部水平部分662、第二水平部分664和将第一水平部分662连接到第二水平部分664的垂直部分666。第一水平部分662可以被焊接到滤波器602或604的端口，第二水平部分664可以焊接到印刷电路板630上的端口或者焊接到印刷电路板630上的、与印刷电路板630上的端口电连接的焊盘。

图25是示出了双讯器600的频率响应的图表。在图25中，曲线690表示在公共微带端口640处的回波损耗，而曲线692、694分别表示在低频微带端口642和高频微带端口644处的插入损耗。如图25中所示，插入损耗在低频和高频通带的中心处为0.5dB或更小(分别为0.5dB和0.48dB)。

尽管双讯器600包括通过第三“接地面”印刷电路板分离的、其上形成有滤波器的两个印刷电路板，但是应该理解，在其它的实施例中可以包括其上形成有谐振器或接地面的一个或多个额外的印刷电路板。

如上所述，根据本发明的实施例的悬浮微带滤波装置能够容易地集成到其它的微带系统。例如，根据本发明的实施例的双工器600’可以具有与上面结合图19-24所讨论的悬浮微带双讯器600相同的大体设计。该双工器的第三印刷电路板(即，电路板630’，其对应于悬浮微带双讯器600的印刷电路板630)可以是例如基站天线的另一个微带系统的一部分的印刷电路板。图26是示意性的框图，其示出了如何将根据本发明的实施例的5个悬浮微带双工器600’集成到包括用于基站天线的9个辐射元件的两个移相器和反馈板(feed boards)的微带系统700中。

如图26中所示，微带系统700形成在包括介电衬底的印刷电路板630’上，介电衬底上具有用作微带传输线的导电迹线。微带传输线的导电迹线可以形成在介电衬底的顶侧上，接地面(未图示)可以在导电迹线的下面设置在介电衬底的底侧上。如图26中进一步所示，第一和第二1x5移相器710-1、710-2形成在印刷电路板630’上。移相器710-1的5个输出连接到5个双工器600’的低频端口。移相器710-2的5个输出连接到5个双工器600’的高频端口。5个双工器600’的公共端口连接到5个子阵列的辐射元件。4个子阵列每个包括两个辐射元件720，第五子阵列包括单个辐射元件720。移相器710的输出和双工器600’之间的连接可以是印刷电路板630’上的微带传输线。这些可以是低损耗连接，并可以避免在使用需要连接器或焊接连接件的同轴电缆或其它连接件时产生的可能的PIM问题。同样，双工器600’的公共端口和辐射元件720之间的连接可以是印刷电路板630’上的微带传输线。移相器710可以用来实现用于包括微带系统700的基站天线的远程电子倾斜功能。

根据本发明的实施例的滤波装置可以相比常规的滤波装置提供许多优点。如上所述，相比于常规的谐振腔滤波装置，微带滤波装置可以更小、更轻并且制造成本更低。此外，根据本发明的实施例的滤波装置可以表现良好的PIM失真性能。如本领域已知的，当两个或多个RF信号沿RF传输路径遇到非线性电接头或材料时，可能会发生PIM失真。这种非线性可以像混频器一样作用，使得以原始RF信号的数学组合产生新的RF信号。如果新产生的RF信号落入已有RF信号的带宽内，则那些已有RF信号所经历的噪声水平实际上增加。当噪声水平增加时，可能有必要降低数据速率和/或服务质量。PIM失真可以是RF通信系统的重要互连质量特性，因为由单个低质量互连产生的PIM失真可能降低整个RF通信系统的电气性能。因此，确保RF通信系统中使用的组件将产生可接受的低水平的PIM失真将会是希望的。

一个可能的PIM失真源是沿RF传输路径的不一致的金属到金属接触。再次参考图2-3，可以看出，传统的滤波装置50包括非常大量的螺钉80。使用这样大量的螺钉80以确保维持相对一致的金属到金属接触以确保可接受的低水平的PIM失真。根据本发明的一些实施例的滤波装置可以不需要这些螺钉，这可以大大简化装置的结构，并减少组装该装置所需的时间。

此外，如果使用螺钉组装滤波装置，则当螺钉被拧紧时，可能从螺钉的外表面和/或从接纳该螺钉的内螺纹孔的内表面扯掉微小的金属屑。这样的金属屑是RF组件中的另一种公知的PIM失真源，并且特别棘手的是，因为金属屑能在滤波装置内部到处移动，不仅导致PIM失真增加，还使得PIM失真水平随着时间以不可预知的方式改变。如果在特定单元量化期间，在PIM失真测试期间确定增加的PIM失真水平，则所涉及的滤波装置可能被打开和清洁，以除去金属颗粒。然而，如果金属颗粒最初未被检测到，则它可能成为一个严重的问题，因为在滤波装置已经安装在例如安装在小区塔的天线上之后可能出现PIM失真，这需要非常昂贵的更换操作、蜂窝基站的停机时间等。应当注意，代替调谐螺钉的可滑动调谐短截线的使用可以避免在装置内产生金属屑，因为金属屑的产生也可以由于调谐螺钉的调整。

尽管在上面描述的实施例中包括多个印刷电路板，这些印刷电路板垂直地堆叠成具有顶部印刷电路板、底部印刷电路板以及可能还具有一个或多个中间印刷电路板，但是应该理解，本发明的实施例并不限于这种布置。例如，在其它的实施例中，印刷电路板可以成并行关系布置在壳体中。

从等效电路观点看来，这里描述的滤波装置可以是常规的，因为它们可以具有谐振器和交叉耦接，这实际上是常规的，并提供常规的频率响应。然而，根据本发明的实施例的滤波装置的机械设计可以比在基站天线和其它不同应用中所使用的常规滤波装置更简单，使得滤波装置可以相比常规的滤波装置具有更少的部分，更小的物理封装以及更轻的重量，并且更容易制造和组装。

应该理解，使用上面描述的技术可以实现多种不同的滤波装置。因此，尽管上面的描述主要集中于三端口滤波装置，如双讯器，但是应该理解，使用这里描述的技术还可以实施更复杂的滤波装置，例如三工器、多工器等等。

尽管上面的描述集中于用于基站天线的微带滤波装置，但是应该理解，本发明的实施例可以在不脱离本发明的范围的情形下实现到其它的RF系统中。例如，这里描述的滤波装置可以用在其它类型的天线系统、有线RF系统以及各种其它应用中。

已经在上面参照附图描述了本发明，其中示出了本发明的某些实施例。但是，本发明可以体现为许多不同形式，而不应被解释为限于这里所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使得本发明是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。

在上面的描述中，特定元件的多个实例可以包含在附图中所示的实施例中。在这种情况中，这些元件可以使用包括破折号的附图标记单独地表示(例如，印刷电路板410-1和410-2)，也可以仅通过它们附图标记的第一部分共同地表示(例如，印刷电路板410)。

除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有如由本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。本文中在本发明的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例，并非意在限制本发明。如本发明说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应当理解，当元件(例如设备、电路等)被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其它元件也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。

在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型实施例，并且，尽管采用了特定术语，但它们仅用于一般性和说明性的意义，而不用于限制，本发明的范围由下面的权利要求所限定。

Claims (19)

1.一种悬浮微带滤波装置，包括：

印刷电路板，其包括上面具有至少一个谐振器的衬底；

接地板；以及

绝缘分离器，其插置于所述印刷电路板和所述接地板之间，所述绝缘分离器具有多个填充空气的开口。

2.根据权利要求1所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述印刷电路板是第一印刷电路板，所述滤波装置还包括与所述第一印刷电路板分隔开并且与所述第一印刷电路板呈垂直堆叠关系的第二印刷电路板，所述第二印刷电路板包括位于其上的至少一个谐振器。

3.根据权利要求2所述的悬浮微带滤波装置，还包括位于所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板之间的第三印刷电路板，其中所述接地板包括位于所述第三印刷电路板的顶表面上的导电层，所述第三印刷电路板还包括位于其底表面上的形成第二接地板的导电层。

4.根据权利要求3所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述绝缘分离器位于所述第一印刷电路板和所述第三印刷电路板之间，所述悬浮微带滤波装置还包括位于所述第二印刷电路板和所述第三印刷电路板之间的、具有多个填充空气的开口的第二绝缘分离器。

5.根据权利要求4所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述第一印刷电路板上的至少一个谐振器包括共同形成第一滤波器的多个谐振器，并且所述第二印刷电路板上的至少一个谐振器包括共同形成第二滤波器的多个谐振器，所述第一滤波器和所述第二滤波器共同形成所述悬浮微带滤波装置。

6.根据权利要求5所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述第一印刷电路板具有第一输入/输出端口和第二输入/输出端口，所述第一输入/输出端口通过第一跳线连接到所述第三印刷电路板上的第一微带传输线，所述第二输入/输出端口通过第二跳线连接到所述第三印刷电路板上的第二微带传输线。

7.根据权利要求1所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述至少一个谐振器是电浮动的。

8.根据权利要求1所述的悬浮微带滤波装置，还包括具有顶盖、底盖和至少一个侧壁的壳体，所述顶盖、所述底盖和所述至少一个侧壁限定了内部空腔，其中所述印刷电路板至少部分地位于所述内部空腔内。

9.根据权利要求8所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述印刷电路板穿过所述壳体中的开口延伸到所述壳体外。

10.根据权利要求8所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述壳体具有内部壁架，并且其中所述印刷电路板和所述绝缘分离器中的至少一个安装在所述内部壁架上。

11.根据权利要求1所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述绝缘分离器具有鱼网图案。

12.根据权利要求1所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述至少一个谐振器包括多个谐振器，所述悬浮微带滤波装置还包括被配置成与所述多个谐振器中的第一谐振器电容耦接的可滑动调谐短截线。

13.根据权利要求12所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述可滑动调谐短截线包括布置在调谐短截线衬底上的导电条形式的调谐元件，其中所述调谐短截线衬底在所述多个谐振器中的第一谐振器上滑动并将所述导电条与所述多个谐振器中的第一谐振器分离。

14.根据权利要求13所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述可滑动调谐短截线还包括将所述调谐元件可滑动地安装在所述多个谐振器中的第一谐振器上方的调谐短截线安装结构。

15.根据权利要求13所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述可滑动调谐短截线被配置成沿着所述多个谐振器中的第一谐振器的纵轴滑动。

16.根据权利要求13所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述可滑动调谐短截线被配置成在所述多个谐振器中的第一谐振器上方可滑动地旋转。

17.根据权利要求1所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述悬浮微带滤波装置是多工器、双工器或双讯器。

18.根据权利要求1所述的悬浮微带滤波装置，还包括至少一个金属跳线，其将位于所述衬底上的导线形式的、所述悬浮微带滤波装置的输入/输出端口连接到第二印刷电路板上的导线。

19.根据权利要求18所述的悬浮微带滤波装置，其特征在于，所述金属跳线包括弯曲的金属条。

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