CN112397857B - 适于蜂窝应用的管状直列式滤波器及相关方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及适于蜂窝应用的管状直列式滤波器及相关方法。直列式滤波器可以包括定义沿着纵向轴线延伸的单个内腔体的管状金属壳体，以及在单个内腔体内沿着纵向轴线隔开的多个谐振器，每个谐振器具有杆。所述谐振器中彼此相邻的第一谐振器和第二谐振器的杆被旋转，以具有不同的角度定向。

Description

适于蜂窝应用的管状直列式滤波器及相关方法

本申请是申请日为2017年7月7日、申请号为201780051166.8、发明名称为“适于蜂窝应用的管状直列式滤波器及相关方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般而言涉及通信系统，并且更具体地涉及适于在蜂窝通信系统中使用的滤波器。

背景技术

滤波器是公知的基于信号的频率选择性地使信号通过的设备。在蜂窝通信系统中使用各种不同类型的滤波器。而且，随着新一代蜂窝通信服务的引入(通常没有逐步淘汰现有的蜂窝通信服务)，所使用的滤波器的数量和类型都显著扩大。例如，可以使用滤波器以允许不同频带中的射频(“RF”)信号共享蜂窝通信系统的某些部件和/或将RF数据信号与功率和/或控制信号分离。随着在典型蜂窝通信系统中使用的滤波器的数量激增，对更小、更轻和/或更便宜的滤波器的需求已经增加。

常规地，金属谐振腔滤波器已被用于实现蜂窝通信系统中使用的许多滤波器。如图1中所示，以其最简单的形式，金属谐振腔滤波器10可以由金属壳体12组成，金属壳体12具有形成于其中的、定义一排腔体18-1至18-4的壁14。虽然图1A中示出的示例滤波器10包括总共四个腔体18，但是应该认识到的是，可以根据需要提供任何适当数量的腔体18，以提供具有期望滤波特性的滤波器。注意到，在本文中，当提供多个相同的元件或结构时，在一些情况下可以使用两部分的附图标记来指代它们，其中这两个部分由短划线隔开。在本文中，这些元件可以通过它们的完整附图标记(例如，腔体18-2)来单独地指代，还可以由适用的附图标记的第一部分(例如，腔体18)来共同地指代。

仍然参考图1A，同轴谐振元件或“谐振器”20-1至20-4可以被设置在每个相应的腔体18-1至18-4中。壁14可以包括开口或“窗口”16，该开口允许在相邻的腔体18中的谐振器20沿着从滤波器10的输入端22向输出端24延伸的主耦合路径相互耦合。这些耦合的谐振可以形成具有没有传输零点并且缩窄到中等分数带宽(例如，取决于腔体和谐振器的具体的几何形状和尺寸，至多到通带的中心频率的10-20％的带宽)的通带响应的滤波器。

当需要更宽的带宽时，有可能反转每隔一个同轴谐振器20的定向。在图1B中示出具有这种配置的滤波器30。在滤波器30中，相邻谐振器20之间的耦合的电分量和磁分量的相位相加，因此可以增加耦合的总量。由于滤波器的带宽与耦合的总量成比例，因此与图1A的滤波器10相比，图1B的滤波器30可以具有增加的带宽。

滤波器的“响应”是指从滤波器的第一端口(例如，输入端口)传递到滤波器的第二端部口(例如，输出端口)的作为频率的函数的能量的曲线图。滤波器响应通常将包括一个或多个通带，这些通带是滤波器使信号以相对小的衰减量通过的频率范围。滤波器响应通常还包括一个或多个阻带。阻带是指滤波器基本上不使信号通过的频率范围，通常是因为滤波器被设计为向后反射在这个频率范围内入射在滤波器上的任何信号。在一些应用中，重要的是滤波器响应表现出高度“局部选择性”，这意味着从通带到相邻阻带的转变发生在窄的频率范围内。用于增强局部选择性的一种技术是在滤波器响应中添加传输零点。“传输零点”是指滤波器频率响应中通过的信号量非常低的一部分。通常以三种方式之一实现传输零点：(1)通过使用交叉耦合、(2)通过设计谐振耦合或(3)通过控制谐振元件的反共振。

作为用于增加谐振腔滤波器中的局部选择性的最常用技术，交叉耦合是指非相邻腔体的谐振元件之间的有意耦合。取决于传输零点相对于通带的相对位置，所需的交叉耦合的符号(sign)可能会变化。当交叉耦合被用于产生传输零点时，腔体常常以某种形式的平面网格布置，与图1A-1B的滤波器10和30中包括的单行腔体相反。这种腔体的二维分布促进非相邻腔体之间的耦合(即，交叉耦合)。其内容通过引用并入本文的美国专利No.5,812,036(“'036专利”)公开了具有包括交叉耦合的这种二维腔体布置的各种谐振腔滤波器。

本申请的图2是'036专利中公开的二维谐振腔滤波器40的顶部截面图。如图2中所示，滤波器40包括总共六个腔体18-1至18-6，每个腔体具有部署在其中的相应的同轴谐振器20-1至20-6。设置耦合窗口16-1至16-5以使得六个同轴谐振器20-1至20-6中的相邻谐振器之间(即，腔体18-1和18-2之间、腔体18-2和18-3之间、腔体18-3和18-4之间、腔体18-4和18-5之间，以及腔体18-5和18-6之间)能够进行“主”耦合。此外，滤波器40包括两个旁路耦合窗口26-1、26-2以使得两对非相邻谐振器之间(即，腔体18-1和18-6之间以及腔体18-2和18-5之间)能够进行交叉耦合。谐振器20的五个顺序对之间的主耦合和谐振器20的两个非相邻对之间的两个交叉耦合有助于滤波器40的整体传送功能。

通过包括某种形式的分布的耦合元件以实现交叉耦合，也可以在直列式(in-line)(即，一维)谐振腔滤波器设计中实现交叉耦合。图3图示了使用这种方法实现的滤波器50。如图3中所示，滤波器50是具有四个腔体18-1至18-4的直列式滤波器，这些滤波器具有安装在其中的相应的同轴谐振器20-1至20-4。设置耦合窗口16以使得四个同轴谐振器20中的相邻谐振器之间能够进行“主”耦合。还设置了同轴谐振器20-1和同轴谐振器20-4之间的直接欧姆连接形式的分布的耦合元件60。直接欧姆连接60可以将谐振器20-1物理地和电气地连接到谐振器20-4，而无需物理地或电气地连接到任何中间谐振器(在这个示例中即是谐振器20-2或20-3)。但是，分布的耦合元件60的使用可能具有各种缺点，包括增加的滤波器尺寸、复杂性和成本、易受损坏、增加的损耗和/或减少的带外衰减。

通过在相邻谐振器之间提供某种形式的受控混合耦合，也可以在不使用分布的耦合元件的情况下实现具有交叉耦合的直列式谐振腔滤波器，从而可以在某种程度上控制非相邻谐振器之间的杂散(spurious)(交叉)耦合。这种方法在2014年12月15日提交的美国临时专利申请序列No.62/091,696(“'696申请”)中公开，该申请的全部内容通过引用并入本文。图4是滤波器70的示意性横截面图，该滤波器70是'696申请中公开的滤波器之一。

如图4中所示，滤波器70包括金属壳体12，金属壳体12具有形成于其中的单个腔体18。多个同轴谐振器20在腔体18内布置成一行。壳体12的顶部72和底部74表面形成相应的接地平面。在壳体12的延伸到腔体18中的顶表面72和底表面74中设置多个调谐螺钉76。滤波器70还包括四个导电连接器84，每个导电连接器84在谐振器20的相应相邻对之间提供物理(欧姆)连接。谐振器20的接近性和屏蔽壁的缺少会导致相邻和非相邻谐振器20之间的不可忽略的耦合。耦合将包括电容性耦合和电感性耦合。除其它因素之外，电容性和电感性耦合的量是谐振器20之间的距离的函数。电容性耦合的量也可以通过调节每个谐振器20的上部的长度和/或宽度来控制，以在不同谐振器20之间生成更多或更少的电容性耦合。相邻谐振器20之间的电容性耦合将导致负耦合值。可以通过改变谐振器20之间的距离和/或通过调节连接到壳体12的底表面74的每个谐振器20的下部的长度来控制电感性耦合。电感性耦合导致相邻和非相邻谐振器20之间的正耦合。因为滤波器70被设计为在非相邻谐振器20之间具有不可忽略的电感性耦合，所以可以不采用欧姆连接非相邻谐振器20的分立旁路连接器的情况下在滤波器70中实现交叉耦合。主耦合的符号可以是正或负，这取决于电容性耦合相对于电感性耦合的量，而交叉耦合的符号总是正。

可以用于生成传输零点的第二种技术是使用谐振耦合。传输零点可以出现在电容性耦合抵消电感性耦合的频率处。在普通的通带滤波器设计中通常避免这种谐振耦合，因为通常期望在滤波器的工作频率范围内具有恒定强度的耦合。

可以用于生成传输零点的第三种技术是控制谐振元件的反谐振。反谐振是滤波器的腔体将传入的功率反射回源的频率。这是谐振的双重行为，其中腔体将所有传入的功率发送到负载。为了控制反谐振(连同谐振)频率，定义了具有特定几何形状的滤波器的腔体，然后仅允许其在一个合适的位置处与相邻的腔体相互作用。除了这个相互作用点之外，腔体通过来自相邻腔体的金属壁电隔离和机械隔离。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种直列式滤波器，其包括定义沿着纵向轴线延伸的单个内腔体的管状金属壳体，以及在单个内腔体内沿着纵向轴线隔开的多个谐振器，每个谐振器具有横向于纵向轴线定向的导电杆。彼此相邻的第一和第二谐振器的杆被旋转，以具有围绕纵向轴线的不同角度定向。

在一些实施例中，每个谐振器包括第一电容性加载元件，该第一电容性加载元件从相应谐振器的杆的第一端部延伸。第一电容性加载元件可以是第一弧形臂。每个谐振器可以包括第二弧形臂，该第二弧形臂从杆的与第一端部相对的第二端部延伸。

在一些实施例中，直列式滤波器还可以包括在谐振器中的至少两个之间延伸的传输线，其中这至少两个谐振器中的每一个电容性地耦合到传输线。

在一些实施例中，直列式滤波器还可以包括耦合到管状金属壳体的输入连接器和输出连接器。传输线可以将输入连接器电连接到输出连接器。

在一些实施例中，直列式滤波器还可以包括管状金属壳体内的管状介电框架。传输线可以位于管状介电框架的外表面上。

在一些实施例中，每个谐振器包括第一弧形电容性加载元件，该第一弧形电容性加载元件从谐振器的杆的第一端部延伸，并且其中谐振器的杆延伸通过管状介电框架并且第一弧形电容性加载元件位于管状介电框架的外表面上，其中传输线被定位于每个第一弧形电容性加载元件和管状介电框架之间。直列式滤波器还可以包括调谐元件，该调谐元件被配置为将第一谐振器的第一弧形电容性加载元件弯曲成更靠近传输线。

在一些实施例中，管状金属壳体接地，并且每个谐振器是电浮动的。

在一些实施例中，每个谐振器还包括多个间隔件，所述间隔件将第一和第二弧形臂与管状金属壳体的内表面隔开。

在一些实施例中，谐振器包括至少第一谐振器、与第一谐振器相邻的第二谐振器，以及与第二谐振器相邻的第三谐振器，其中第一和第三谐振器的杆具有基本相同的角度定向。在此类实施例中，第二谐振器的杆可以旋转以具有从第一和第三谐振器的杆的角度定向偏移大约九十度的角度定向。

在一些实施例中，管状金属壳体具有基本上圆形的横截面。

在一些实施例中，滤波器包括带阻滤波器。在其它实施例中，滤波器包括带通滤波器，并且滤波器不包括用于在非相邻谐振器之间耦合的任何分布的耦合元件。

根据本发明的进一步实施例，提供了一种滤波器，其包括定义单个内腔体的电接地管状金属壳体、在单个内腔体内以间隔布置部署的多个电浮动谐振器，以及从滤波器的输入延伸到输出的传输线，传输线电容性耦合到至少一些谐振器。

在一些实施例中，每个谐振器包括杆和从杆的端部延伸的第一电容性加载元件。

在一些实施例中，每个第一电容性加载元件包括第一弧形臂。

在一些实施例中，每个谐振器包括第二弧形臂，该第二弧形臂从杆的与第一端部相对的第二端部延伸。

在一些实施例中，传输线电容性耦合到每个谐振器的第一电容性加载元件。

在一些实施例中，滤波器还包括输入同轴连接器和输出同轴连接器，它们耦合到管状金属壳体。

在一些实施例中，传输线将输入连接器的内导体电连接到输出连接器的内导体。

在一些实施例中，滤波器还包括管状金属壳体内的管状介电框架，其中传输线被定位于管状介电框架的外表面上，并且其中每个谐振器的杆延伸通过管状介电框架并且第一和第二弧形臂位于管状介电框架的外表面上，其中传输线被定位于每个第一弧形臂和管状介电框架之间。

在一些实施例中，其中每个谐振器还包括多个间隔件，所述间隔件将第一和第二弧形臂与管状金属壳体的内表面隔开。

在一些实施例中，谐振器包括至少第一谐振器、与第一谐振器相邻的第二谐振器以及与第二谐振器相邻的第三谐振器，其中第一和第二谐振器的杆被旋转以具有不同的角度方向。

在一些实施例中，第一和第三谐振器具有基本相同的角度定向。

在一些实施例中，管状金属壳体具有基本上圆形的横截面。

根据本发明的又一些实施例，提供了一种同轴接插线，其包括(1)同轴线缆，该同轴线缆具有内导体、周向围绕内导体的外导体、内导体和外导体之间的介电空间，以及围绕外导体的护套，(2)同轴线缆的第一端上的第一同轴连接器，(3)第二同轴连接器，以及(4)耦合在同轴线缆和第二同轴连接器之间的直列式滤波器。

在一些实施例中，直列式滤波器可以包括定义沿着纵向轴线延伸的单个内腔体的管状金属壳体，以及在单个内腔体内沿着纵向轴线隔开的多个谐振器。每个谐振器可以具有杆，并且谐振器中彼此相邻的第一和第二谐振器的杆被旋转以具有不同的角度定向。

在一些实施例中，每个谐振器包括从杆的第一端部延伸的第一电容性加载元件。

在一些实施例中，每个第一臂包括第一弧形臂，并且其中每个谐振器还包括第二弧形臂，该第二弧形臂从杆的与第一端部相对的第二端部延伸。

在一些实施例中，直列式滤波器还可以包括在谐振器中的至少两个之间延伸的传输线，这至少两个谐振器中的每一个电容性地耦合到传输线。

在一些实施例中，直列式滤波器还可以包括调谐元件，该调谐元件被配置为使第一谐振器的第一电容性加载元件弯曲成更靠近传输线。

在一些实施例中，直列式滤波器还可以包括管状金属壳体内的管状介电框架，其中传输线被定位于管状介电框架的外表面上。

在一些实施例中，每个谐振器的杆延伸通过管状介电框架，并且电容性加载元件位于管状介电框架的外表面上，其中传输线被定位于每个电容性加载元件和管状介电框架之间。

在一些实施例中，管状金属壳体接地，并且其中每个谐振器是电浮动的。

在一些实施例中，谐振器包括至少第一谐振器、与第一谐振器相邻的第二谐振器以及与第二谐振器相邻的第三谐振器，其中第一和第三谐振器的杆具有基本相同的角度定向。

在一些实施例中，管状金属壳体具有基本上圆形的横截面。

在一些实施例中，直列式滤波器包括定义单个内腔体的电接地的管状金属壳体、在单个内腔体内以间隔布置部署的多个电浮动谐振器，以及从滤波器的输入延伸到输出的传输线，传输线电容性耦合到谐振器中的至少一些。在此类实施例中，每个谐振器可以包括杆和第一电容性加载元件。每个第一电容性加载元件可以包括从杆的第一端部延伸的第一弧形臂。每个谐振器可以包括第二弧形臂，该第二弧形臂从杆的与第一端部相对的第二端部延伸。传输线可以电容性耦合到每个谐振器的第一弧形臂。

在一些实施例中，直列式滤波器还可以包括管状金属壳体内的管状介电框架，其中传输线被定位于管状介电框架的外表面上，并且其中每个谐振器的杆延伸通过管状电介质框架并且第一和第二弧形臂位于管状介电框架的外表面上，其中传输线被定位于每个第一弧形臂和管状介电框架之间。

在一些实施例中，每个谐振器还包括多个间隔件，所述间隔件将第一和第二弧形臂与管状金属壳体的内表面隔开。

在一些实施例中，谐振器包括至少第一谐振器、与第一谐振器相邻的第二谐振器以及与第二谐振器相邻的第三谐振器，其中第一和第二谐振器的杆具有不同的角度定向，并且第一和第三谐振器的杆具有基本相同的角度定向。

附图说明

图1A是常规的直列式谐振腔滤波器的示意性侧截面图。

图1B是另一种常规的直列式谐振腔滤波器的示意性侧截面图，其中每隔一个谐振器被反转。

图2是在选定的腔体之间具有交叉耦合的常规谐振腔滤波器的示意性顶部截面图。

图3是具有外部交叉耦合元件的常规直列式谐振腔滤波器的示意性侧截面图。

图4是具有带传输零点的滤波器响应的常规直列式谐振腔滤波器的示意性侧横截面图。

图5是根据本发明实施例的谐振滤波器的示意性框图。

图6是根据本发明其他实施例的谐振滤波器的示意框图。

图7是包括根据本发明实施例的集成滤波器的接插线的示意性框图。

图8A是根据本发明实施例的滤波器的透视图。

图8B是图8A的滤波器的分解透视图。

图8C是包括在图8A的滤波器中的、具有在其上形成的微带传输线的管状介电框架的透视图。

图8D是图8C的管状介电框架的透视图，其上安装有三个谐振器。

图8E是图8C的管状介电框架的透视图，其上安装有微带传输线和谐振器。

图8F是图8D的谐振器之一的透视图。

图8G是图8C的管状介电框架的透视截面图。

图8H是图8C的管状介电框架的透视图，其上安装有微带传输线。

图8I是图8C的管状介电框架的端部的放大透视图，其上安装有微带传输线。

图8J是图8A的滤波器的管状金属壳体的透视图。

图8K是图8A的滤波器的管状金属壳体的透视截面图。

图9A是示出具有图8A-8K的滤波器设计的滤波器的简单模型的模拟频率响应和回波损耗的曲线图。

图9B是示出具有图8A-8K的滤波器设计的滤波器的三维模型的模拟频率响应和回波损耗的曲线图。

图10A是图8A-8K的滤波器的纵向部分的透视图和放大横截面图。

图10B是图示图8A-8K的滤波器的单个谐振器的响应的曲线图。

图10C是图示谐振器臂和传输线之间的间隙对耦合带宽和谐振频率的影响的曲线图。

图11是示出具有图8A-8K的滤波器的谐振器设计的管状滤波器的谐振频率的模拟可调谐性的曲线图。

图12是示出图8A-8K的滤波器的相邻谐振器之间的模拟耦合量的曲线图，其中该模拟耦合量作为其中心元件的相对旋转的函数。

图13是根据本发明实施例的带通滤波器的示意性阴影透视图。

图14A是根据本发明其他实施例的谐振器的透视图。

图14B是图14A的谐振器的俯视图。

图15A是安装在管状滤波器主体中的、根据本发明又一些实施例的谐振器的透视图。

图15B是安装在管状滤波器主体中的图15A的一对谐振器的透视图。

图16是根据本发明其他实施例的带阻滤波器的透视图。

图17A是根据本发明实施例的接插线的示意图。

图17B是图17A的接插线的同轴线缆部分的示意性局部剖切透视图。

图17C是根据本发明其他实施例的接插线的示意图。

图18是常规蜂窝基站的高度简化的示意图。

图19A-图19C是图示如何可以在蜂窝基站中使用根据本发明实施例的滤波器的示意框图。

图20是根据本发明实施例的模块化滤波器的透视图。

图21A-图21D是图示可以在根据本发明实施例的模块化滤波器中使用的各种不同谐振器设计的示意图。

图22是图示根据本发明的实施例的、可以如何设计谐振器以在带通模块滤波器的响应中提供传输零点的示意图。

具体实施方式

根据本发明的实施例，提供了滤波器，该滤波器包括容纳在管状金属壳体(诸如圆柱形、矩形或其它形状的金属管)内的多个谐振器。在一些实施例中，可以在管状金属壳体的任一端设置连接器，以提供可以沿着线缆连接插入的直列式滤波器，诸如例如在接插线和器材(诸如无线电、天线等)之间。在其它实施例中，滤波器可以结合到接插线中，从而消除对独立设备的需要并简化安装。谐振器可以是例如半波长或四分之一波长的金属谐振器。可以改变谐振器之间的距离和谐振器的杆的角度定向，以提供不同的滤波器响应。在一些实施例中，可以设置从滤波器的输入延伸到输出的传输线，以实现带阻滤波器响应或负载到源的耦合。在其它实施例中，可以省略传输线(例如，以提供带通滤波器)。可以使用本文公开的技术形成各种不同类型的滤波器，包括(具有或不具有传输零点的)带通滤波器、带阻滤波器、共用器、双工器(diplexer,duplexer)、智能偏置三通、双模谐振器等。根据本发明实施例的滤波器可以比它们将要替换的许多常规滤波器更小更轻，并且制造成本也可以显著降低。

在一些实施例中，滤波器可以具有管状金属壳体，该管状金属壳体定义单个腔体，其中多个谐振器部署在该腔体内。金属壳体可以接地。腔体可以不包括任何内壁。每个谐振器可以包括杆，该杆可以包括例如谐振器的中心部分。在一些实施例中，谐振器还可以包括至少一个电容性加载(loading)元件。电容性加载元件可以包括例如在杆的一个或两个端部上设置的一个或多个臂或者在杆的端部上设置的头部。这些臂可以被配置为与管状金属壳体电容性耦合。相应谐振器的杆的相对角度定向可以被布置为实现各个谐振器之间的期望耦合，以便实现期望的滤波器响应。特别地，通过改变杆的相对角度定向，谐振器可以在不彼此机械隔离的情况下在期望的程度上彼此电隔离。在一些实施例中，谐振器一般可以沿着管状金属壳体的纵向轴线延伸，并且谐振器的杆的角度定向可以被布置成将谐振器彼此耦合或隔离。例如，通过将第一谐振器的定向旋转为相对于第二谐振器的定向九十度，两个谐振器可以基本上解耦。可以选择谐振器的形状、谐振器之间的距离以及谐振器的相对角度定向，以实现为滤波器提供期望频率响应的耦合。在一些实施例中，可以在管状金属壳体内设置管状介电框架，并且谐振器的杆可以延伸通过管状介电框架，并且谐振器的臂可以在管状介电框架和管状金属壳体之间。

在一些实施例中，谐振器可以通过金属臂的弹簧力保持在管状金属壳体内的适当位置。例如，谐振器臂可以抵靠管状金属壳体进行弹簧加载，并且可以提供将弹簧加载的谐振器臂与管状金属壳体隔开的介电间隔件。在一些实施例中，管状金属壳体可以具有单个内腔体，并且所有谐振器可以被包含在这单个腔体内。这可以降低滤波器的成本，因为提供将壳体的内部划分为多个单独腔体的内壁增加了制造过程的复杂性。此外，谐振器的相对角度定向可以不同。可以选择谐振器的角度定向，以实现每个谐振器与相邻和非相邻谐振器耦合的量。

在一些实施例中，可以提供诸如同轴接插线之类的线缆，其具有集成到接插线中的、根据本发明实施例的管状滤波器。在许多无线应用中，安装者可以对安装在天线塔或其它结构上的每个装备项单独收费。在许多情况下，诸如共用器、智能偏置三通、带阻滤波器等之类的各种滤波器可以与天线分开实现，以便减小天线的尺寸和重量。因此，安装这些单独的滤波器会导致附加的收费，并且本地分区条例也可能限制无线电收发装置和天线外部的这种附加部件的使用。通过将滤波器集成到无线电装置和天线之间的接插线连接中(或者作为直列式滤波器或者作为线缆一部分的滤波器)都可以提供符合本地分区条例的外部滤波器，并避免额外的安装费用。

现在将参考图5-图19C更详细地描述本发明的实施例，其中描绘了示例实施例。

图5是根据本发明实施例的谐振滤波器100的示意性框图。如图5中所示，滤波器100包括管状金属壳体110，其定义沿着纵向轴线延伸的单个内腔体120。多个谐振器130在单个内腔体120内沿着纵向轴线间隔开。每个谐振器具有杆132。彼此相邻的第一和第二谐振器130的杆132被旋转以具有不同的角度定向。可以选择杆132的相对角度定向，以在谐振器130的相邻和非相邻谐振器之间实现期望的耦合量，以便为滤波器100实现期望的响应。

图6是根据本发明进一步实施例的谐振滤波器140的示意性框图。如图6中所示，滤波器140(如滤波器100一样)包括管状金属壳体110，其定义沿着纵向轴线延伸的单个内腔体120。管状金属壳体110可以连接到电气地。多个谐振器130在单个内腔体120内沿着纵向轴线间隔开。在一些实施例中，谐振器130不与管状金属壳体110流电(galvanically)连接，但是在其它实施例中它们可以流电连接。每个谐振器130可以是电浮动的。设置从滤波器140的输入端延伸到输出端的传输线150。传输线150可以耦合到谐振器130中的至少一些。在示例实施例中，传输线150可以电容性耦合到谐振器130，但是在其它实施例中可以使用其它类型的耦合(例如，电感性耦合或甚至流电连接)。可以选择杆132的相对角度定向，以在谐振器130的相邻和非相邻谐振器之间实现期望的耦合量，以便实现滤波器140的期望响应。

图7是根据本发明的又一些实施例的接插线160的示意性透视图。如图7中所示，接插线160包括第一、第二和第三同轴线缆部分170-1、170-2、170-3。每个同轴线缆部分170可以包括常规的同轴线缆部分。可以在每个同轴线缆部分170的一端上设置同轴连接器180。根据本发明实施例的滤波器190可以连接到每个同轴线缆部分170的另一端。在所描绘的实施例中，滤波器190是三端口设备，因此三个同轴线缆部分170被包括在接插线160中。滤波器190可以包括例如共用器、双工器或智能偏置三通。在其它实施例中，滤波器190可以包括仅具有两个端口的直列式滤波器。在此类实施例中，省略了同轴线缆部分170-3。在一些实施例中，可以紧邻连接器180中的一个设置滤波器190，这可以允许省略同轴线缆部分170中的一个。

图8A-图8K图示了根据本发明实施例的滤波器200。特别地，图8A是滤波器200的透视图，并且图8B是滤波器200的分解透视图。图8C是包括在滤波器200中的、其上形成有传输线的管状介电框架的透视图。图8D是其上安装有三个谐振器的管状介电框架的透视图，并且图8E是微带传输线和谐振器都安装在其上的管状介电框架的透视图。图8F是其中一个谐振器的透视图。图8G是管状介电框架的透视截面图。图8H是滤波器200的管状介电框架的另一个透视图，并且图8I是管状介电框架的端部的放大透视图。最后，图8J和8K分别是滤波器200的管状金属壳体的透视图和透视截面图。

图8A-图8K中所示的滤波器200是带阻滤波器。如本领域技术人员所知，带阻滤波器是使具体且常常相对窄的频带衰减的滤波器。带阻滤波器常常用在无线通信应用中以抑制可能存在的会干扰接收器的侵入(offending)信号。在其它实施例中，滤波器可以包括带通滤波器，其被设计为仅使具体频带中的信号通过。这些带通滤波器可以或可以不被设计为具有传输零点(即，可以被包括以在频带边缘处提供更清晰的频率响应的陡峭的空值)。下面参考图13讨论带通滤波器的示例实施例。在还有其它实施例中，可以实现更复杂的滤波器结构，诸如共用器、双工器、智能偏置三通、双模谐振器等。

如图8A中所示，滤波器200包括管状金属壳体210以及安装在管状金属壳体210的任一端上的一对连接器220-1、220-2。滤波器200包括例如可以连接在两条接插线、两个装备或接插线和一个装备之间的直列式滤波器。连接器220可以包括例如同轴连接器(诸如7/16连接器)。管状金属壳体210可以由任何合适的金属(诸如铝)形成。在一些实施例中，管状金属壳体210的外直径可以与连接到滤波器200的接插线的线缆的直径相同或稍大。虽然管状金属壳体210在所描绘的实施例中是圆柱形的(具有圆形横截面)，但是应该认识到的是，在其它实施例中，管状金属壳体210可以具有正方形、矩形或另一种任意横截面。管状金属壳体210可以在其内表面上包括多个环形槽212，如图8B和8K中最佳示出的。虽然未在图中示出，但是可选地，可以在管状金属壳体210外设置保护壳体。

如图8B中所示，滤波器200还可以包括管状介电框架230、传输线240以及多个谐振器250。管状介电框架230和/或传输线240可以在一些实施例中省略。管状介电框架230可以由绝缘材料形成。在示例实施例中，管状介电框架230可以包括介电常数约为3并且介电损耗因数约为0.005的Ultem 1000塑料管。管状介电框架230的尺寸可以设计成适合放在在管状金属壳体210内。虽然管状金属壳体210和滤波器200的管状介电框架230被示为具有恒定的直径，但不必须是这种情况。在其它实施例中，这些元件的直径和/或这些元件的形状可以沿着滤波器的纵向长度改变。

传输线240可以在管状介电框架230上形成或以其它方式放置在管状介电框架230上。在所描绘的实施例中，传输线240位于管状介电框架230的外表面上。在其它实施例中，传输线240可以在管状介电框架230的内表面上或与其相邻。在一些实施例中，传输线240可以是微带传输线240。应该认识到的是，可以使用任何适当的传输线作为传输线240，具体而言包括通过在管状介电框架230上沉积金属所形成的金属传输线。

现在参考图8C，传输线240包括传输线部分242和电容性耦合区段244。电容性耦合区段244可以比传输线部分242宽，以便促进与谐振器250的增强的耦合，如本文将进一步详细解释的。传输线部分242可以包括不与其它部分中的至少一个(例如，部分242-1)共线的至少一个部分(例如，部分242-3)。传输线240的每一端可以以例如约90度的角度弯曲，如图8B、8G和8I中所示。如从图8G中可以最清楚地看到的，传输线240的每一端可以具有切口，该切口促进将微带传输线240的每一个端部机械地和电气地连接到相应连接器220-1、220-2的中心导体(例如，通过焊接)。

传输线240可以电容性耦合到谐振器250。这与上面讨论的其中提供分布的流电耦合元件的常规滤波器(例如，图4的滤波器70)形成对比。

现在参考图8B、8D和8F，谐振器250可以各自包括杆252，杆252具有连接在其任一端部上的第一和第二电容性加载元件254。在所描绘的实施例中，杆252可以包括圆柱形棒(即，具有圆形横向横截面的棒)。在其它实施例中，杆252可以具有矩形横向横截面或具有某种其它任意形状的横向横截面。杆252的横向横截面不需要具有相同的尺寸。杆252的长度可以比它们的宽度更大。第一和第二电容性加载元件254可以包括相应的薄金属条带，其在本文中均称为“臂”。第一臂254-1的中心附连到杆252的第一端部，并且第二臂254-2的中心附连到杆252的第二端部。在一些实施例中，臂254可以弯曲以大致符合管状介电框架230的外直径和/或符合管状金属壳体210的内直径。臂254可以具有各种不同的形状。臂254可以具有相对大的表面积，以促进与其它结构(例如，传输线240)的电容性耦合。小的绝缘间隔件256可以被安装为从每个臂254向内和向外延伸。每个间隔件256可以包括具有从梗(stem)延伸的半球形塑料铆钉。间隔件256的梗可以安装在臂254中并且延伸通过臂254中的相应开口。

在一些实施例中，包括在滤波器200中的谐振器可以是四分之一波长或半波长谐振器。在所描绘的实施例中，包括了三个半波长谐振器250。在本文中，半波长谐振器是指具有其两端都开口的杆的谐振器。通过在提供电容性加载的杆的一端或两端设置金属臂，可以用半波长谐振器实现期望的谐振频率。具有各种不同形状的谐振器可以用在滤波器200中。因此，应该认识到的是，谐振器250仅作为示例提供。下面参考图14A-图14B和图15A-图15B讨论其它示例谐振器。

如图8D和8E中所示，每个谐振器250的杆252可以延伸通过管状介电框架230。如图8H和10A中最佳示出的，在杆252延伸通过的管状介电框架230中设置有孔。这些孔不能为谐振器250提供机械支撑。每个谐振器250的臂254可以位于介电框架230的外部。如图8I中最佳示出的，管状介电框架230可以在其端部上具有悬臂弹簧指234，该悬臂弹簧指234用于将管状介电框架230安装在管状金属壳体210内的期望位置。谐振器250通过其上具有介电间隔件256的臂254的弹簧力维持在其适当位置。在所描绘的实施例中，谐振器臂254可以是弯曲臂，其半径略大于管状金属壳体210的内直径，使得臂254具有向外朝着管状金属壳体210弹簧偏置。介电间隔件器256可以维持臂254和管状金属壳体210之间的分离。谐振器臂254可以与管状金属壳体210非常牢固地耦合，因此相邻和非相邻谐振器250之间的主要耦合可以是谐振器杆252之间的电感性耦合。在其它实施例中，臂254可以朝着管状介电框架230弹簧偏置。谐振器250的臂254在微带传输线240的电容性耦合区段244上方延伸。如上所述，介电间隔件256的梗可以将每个电容性耦合区段244与在其上方延伸的臂254分离。

如图8B中所示，其上安装有传输线240和谐振器250的管状介电框架230安装在管状金属壳体210的内部。间隔件256可以确保谐振器250不直接接触管状金属壳体210和/或传输线240。管状金属壳体210可以连接到连接器220-1、220-2中的每一个的接地导体，并且可以用作滤波器200的接地平面。由于谐振器250不接触管状金属壳体210，因此它们可以是浮动的。如图8K中最佳示出的，环形槽212可以在外金属管210的内表面中形成。半球形间隔件256可以被容纳在这些槽212内，以促进确保谐振器250不接触管状金属壳体210。在其它实施例中，可以省略间隔件256，并且可以使用其它元件或机制来保持谐振器250不与管状金属壳体210和传输线240直接电接触。例如，在其它实施例中，可以在管状金属壳体210的内侧喷涂介电涂层。

参考图8D，相邻的谐振器250的杆252可以相对于彼此旋转，使得它们在管状金属壳体210内具有不同的角度定向。在示例性实施例中，中间谐振器250-2的杆252可以相对于位于滤波器200的任一端上的谐振器250-1、250-3的杆252旋转大约90度。这种正交定向的旋转可以减小或最小化相邻谐振器250之间的相互耦合，而不需要将相邻的谐振器250分开的腔体。

如上面所讨论的，在滤波器200中，在每对相邻的谐振器250之间将既存在电感性耦合又存在电容性耦合。对于相邻的谐振器250，电容性耦合的符号(极性)将与电感性耦合的符号(极性)相反。照此，电感性和电容性耦合可以在某种程度上相互补偿。此外，由于在谐振器250之间没有设置中间壁，因此在非相邻谐振器250之间可以发生更大的交叉耦合。因此，在非相邻谐振器250-1和250-3之间可以存在不可忽略的交叉耦合(例如，电感性耦合)。电容性耦合的量和电感性耦合的量一起定义一对谐振器(无论是相邻的还是非相邻的)之间的耦合量。

相邻或非相邻谐振器250之间的相互耦合可以通过谐振器250的杆252的相对定向来增加或减少。这允许滤波器设计者容易地调节相邻和非相邻谐振器250之间的耦合量，以便实现期望的频率响应。因此，滤波器200可以被设计为具有类似于使用仅具有单个腔体的管状金属壳体的常规多腔体谐振腔滤波器的频率响应。使用单个腔体可以减小滤波器的尺寸、复杂性和成本。

为了在具有例如三个谐振器的滤波器中实现期望的频率响应，可能有必要控制(1)第一谐振器和第二谐振器、(2)第二谐振器和第三谐振器以及(3)第一谐振器和第三谐振器之间的耦合。在常规的直列式滤波器中，第一和第三谐振器之间的耦合非常弱，并且通常无法影响这种耦合。根据本发明实施例的滤波器提供额外的自由度，因为可以在第一和第三谐振器之间实现更强、更可控的耦合。

滤波器200可以是带阻滤波器，其具有从906.8MHz到960MHz的通带以及在880-890MHz之间的阻带。阻带中的抑制可以至少为40dB，并且典型的最小抑制为42dB。这种滤波器可以用于去除否则可能存在的干扰信号。滤波器200可以具有约125mm的长度(不包括连接器220)和约35mm的直径。预计滤波器200的重量可以小于0.5kg。

图9A是图示针对滤波器200的简单模型的模拟频率响应(曲线260)和回波损耗(曲线262)的曲线图。如图9A中所示，滤波器200的频率响应在880-890MHz附近表现出深度空值，在这个频率范围中具有至少42dB的最小衰减。滤波器200的响应快速恢复，并且在905MHz以上的频率处衰减小于0.5dB。因此，滤波器200可以用于去除非常接近通带(15MHz远)的干扰信号。针对谐振器250测得的Qu因子在约1500和1800之间，典型值为1600。谐振器的Qu值越高，预期的插入损耗越低。谐振器250的Qu因子接近用标准充气同轴谐振器预期的Qu值。

回波损耗是指由于不连续性或阻抗失配而被反射回来的入射在滤波器200的端口上的功率。如图9A中的曲线262所示，880-890MHz范围内的几乎所有功率都被反射回来，而在滤波器200的整个通带中回波损耗小于-20dB。

图9B是图示滤波器200的三维电磁模型的模拟频率响应(曲线264)和回波损耗(曲线266)的曲线图。如图9B中所示，频率响应和回波损耗类似于图9A中所示的频率响应和回波损耗。对于滤波器200，阻带中的抑制超过880-890MHz附近的深度零点，在这个频率范围内具有至少43dB的最小衰减。曲线264示出在通带中衰减小于0.4dB。

图10A-图10C和11图示了滤波器200在不同谐振频率下操作的可调谐性以及调谐滤波器200对滤波器200的耦合带宽的影响。特别地，图10A是滤波器200的纵向部分的透视图和放大的横截面图(移除了金属壳体210)，其示出了谐振器250的臂254可以如何向内弯曲以调谐滤波器200。图10B是图示滤波器200的单个谐振器250的响应的曲线图。图10C是图示谐振器250的臂254与传输线240之间的间隙对耦合带宽和谐振频率的影响的曲线图。最后，图11是示出与滤波器200类似的滤波器的谐振频率的模拟可调谐性的曲线图，该可调谐性作为谐振器臂254的移动量的函数。

首先参考图10A，在横截面图中可以看出，谐振器250的臂254在传输线240的传输线部分242和电容性耦合区段244上方都延伸。可以提供使臂254与下面的传输线部分242隔开的可选的间隔件256。间隔件256的顶部可以用于将臂254与管状金属壳体210的内表面隔开，如上面所讨论的。间隔件256还可以将谐振器臂254与传输线240隔开。在一些实施例中，臂254可以直接接触传输线240。通常，传输线240和谐振器254之间的耦合量应当在足以在不超出滤波器的功率处理要求的情况下提供适当的滤波器操作的某个范围内。在一些实施例中，传输线240可以包括电容性耦合区段244，以便实现期望的最小耦合水平，同时还在传输线240和谐振器250之间保持合理的分离量。在示例实施例中，臂254可以与管状介电框架230标称隔开1mm，并且可以与传输线部分242和电容性耦合区段244标称隔开0.8mm。间隔件256的下部可以将臂254与管状介电框架230和传输线240隔开这些标称距离。

参考图8B，可以提供塑料调谐螺钉214，其延伸通过管状金属壳体210中的螺纹小孔。图8B中描绘了三个示例调谐螺钉214，但是从下面的讨论可以认识到的是，可以为每个谐振器250提供四个调谐螺钉214。每个臂254具有第一和第二端部，并且调谐螺钉214可以定位在臂254的相应端部上方。图10A中标记为214'的箭头图示了被配置为在谐振器250的第一臂254的第一端部上操作的调谐螺钉214的示例位置。调谐螺钉214可以用于将谐振器臂254的端部向内推，使其更靠近传输线240的下面的电容性耦合部分244，以增加谐振器臂254和传输线240之间的电容性耦合的量。

图10B、图10C和图11图示了移动谐振器臂254更靠近传输线240对滤波器200的谐振器频率和耦合带宽两者的影响。特别地，图10B示出了耦合到传输线240的谐振器250之一的频率响应(曲线270)和回波损耗(曲线272)。耦合带宽可以被定义为-10dB处的频率响应的带宽。图10B是针对谐振器臂254都处于其标称位置的情况。如图所示，在这个位置，耦合带宽约为6.5MHz。图10C是示出作为谐振器臂254和下面的传输线240之间的最小距离的函数的、滤波器200的-10dB耦合带宽和谐振频率的曲线图。假设最小距离(间隙)为0.2mm，以确保臂254不与传输线240物理接触。如图10C中所示，耦合带宽取决于间隙的尺寸而从约6-20MHz变化。在这个调谐范围内，谐振频率在约842MHz至约870MHz之间变化。

图11图示了谐振频率根据谐振器250之一的谐振器臂254的端部移位的量的模拟改变。在这个模拟中，滤波器被建模为具有直径为29mm且长度为30mm的管状金属壳体，其中传输线240和单个谐振器250安装在其上。谐振器250与传输线240的标称间距为1mm，这导致951MHz的谐振频率。每个谐振器254具有两个臂，并且每个臂具有两个端部。因此，总共四个臂端部可以向内移位。每个臂254移位越多，并且移位的臂端部的数量越大，可以调谐滤波器200的谐振频率的范围越大。

如图11中的曲线280所示，通过向内移位谐振器臂254的一个端部，可以增加滤波器200的谐振频率。如果臂移位1.0mm(注意到，在滤波器200中，谐振器臂254与管状介电框架230分开1.0mm)，谐振频率改变几乎为4％(对于951MHz的谐振频率，这是几乎40MHz的改变)。可以通过向内移位臂254的多于一个端部来增加改变量。当谐振器臂254之一的两个端部都向内移位时，谐振频率的最大改变增加至约7％。通过向内移位谐振器250的两个臂254上的端部，可以进一步调节谐振频率。当所有四个端部都移位时，谐振频率可以调谐大约16％，或者超过150MHz。图11还图示了当谐振器臂254的端部移位小于整个1.0mm时可以实现的调谐量。在图8A-图8K的实施例中，传输线240在每个谐振器250的其中一个臂254的其中一个端部下方延伸。因此，一个臂254的一个端部可以用于调谐每个谐振器250与传输线240之间的耦合，并且其余三个臂254可以用于调谐谐振频率。

如上所述，在一些实施例中，半波长谐振器250可以用在滤波器200中。应该认识到的是，在其它实施例中可以使用其它类型的谐振器。例如，在其它实施例中，可以使用四分之一波长谐振器。当使用四分之一波长谐振器时，谐振器的一端可以电连接到外金属壳体。

当使用半波长谐振器250时，谐振器250的两端可以是电浮动的。谐振器250可以由金属形成或者可以包括金属。通过将谐振器250设计为在一端或两端具有强电容性加载，可以使谐振器250非常紧凑。例如，这可以通过将臂254设计为具有大的表面积来实现。

谐振器250可以使用例如小塑料螺钉保持在管状金属壳体210中的适当位置。在一些实施例中，臂254可以由弹性金属形成，并且弹性金属臂254的弹簧效应可以用于将谐振器250保持在它们期望的位置。

每个谐振器250的角度定向可以由其杆252的定向定义。在两个谐振器250的杆252之间定义的相互角度(mutual angle)可以被定义为它们的定向之间的角度。通过改变两个谐振器之间的距离和相互角度，可以实现宽范围的耦合值。这在图12中以图形方式示出，图12是相邻谐振器250之间的模拟耦合量的曲线图，该模拟耦合量作为其杆252的相对旋转和谐振器250之间的间距(以毫米为单位)的函数。值得注意的是，如图12中所示，在90度的相互角度下，相邻谐振器250之间的耦合为零。如图12中所示，通过改变谐振器之间的距离和谐振器250的角度定向，可以实现各种不同的耦合值。照此，滤波器设计者可以容易地设计具有各种去期望的频率响应的滤波器。

虽然传输线240被示为在图中的管状介电框架230的外侧上形成，但是应该认识到的是，在其它实施例中，传输线240可以在管状介电框架230的内表面上形成。在这种实施例中，管状介电框架230可以包括谐振器的臂254和传输线240的电容性耦合区段244之间的电介质。

虽然直列式滤波器200是带阻滤波器，但是根据本发明的进一步实施例，可以提供直列式带通滤波器。带通滤波器可以被设计为或者可以不被设计为包括传输零点。图13是根据本发明实施例的带通滤波器300的示意性阴影透视图。如可以看出的，带通滤波器300可以类似于带阻滤波器200，但是滤波器200中包括的传输线240可以在滤波器300中省略。在带通滤波器300中，相邻谐振器250之间的距离和谐振器250的定向角可以被选择为在谐振器250之间具有恒定的非谐振耦合。虽然图13中未示出，但是输入连接器的中心导体可以流电连接到第一谐振器250-1的杆252，并且输出连接器的中心导体可以流电连接到第一谐振器250-3的杆252。滤波器300可以实现这些非谐振耦合，而不需要任何附加的分布的耦合元件，这可以允许滤波器300比常规的带通滤波器更小并且制造更简单。带通滤波器300可以具有窄到中等带宽。虽然图13图示了使用半波长谐振器250实现的带通滤波器300，但是应该认识到的是，在其它实施例中，可以替代地使用四分之一波长谐振器。还应该认识到的是，在一些实施例中，谐振器250之间的分离以及相应谐振器250的定向角度可以被选择以使得滤波器响应中包括传输零点。

图14A-图14B分别是根据本发明进一步实施例的谐振器450的透视图和俯视图。例如，谐振器450可以被用于代替滤波器200或滤波器300中的谐振器250。

如图14A-图14B中所示，谐振器450具有杆452和一对臂454。在一些实施例中，谐振器450可以包括整体的单件式组件，其可以从一张金属片冲压或切割并形成为图14A-图14B所示的形状。在一些实施例中，谐振器450可以由弹性金属(诸如例如铍铜或磷青铜)形成。

杆452可以包括直的相对薄的组件。在一些实施例中，杆452可以具有矩形形状，并且可以具有第一和第二相对的端部。每个臂454可以从杆452的相应端部延伸。每个臂454可以具有弧形形状。在一些实施例中，由每个臂454定义的弧可以具有基本恒定的半径。谐振器450可以是半波长谐振器，并且当用在根据本发明实施例的滤波器中时可以是电浮动的。如上所述，可以使用三个谐振器450代替三个谐振器250以形成直列式滤波器。

如上面所讨论的，根据本发明实施例的滤波器也可以使用四分之一波长谐振器来实现。图15A是安装在管状金属壳体510中的根据本发明进一步实施例的四分之一波长谐振器550的示意性透视图。图15B是安装在管状滤波器金属壳体510中的其中三个谐振器550的示意性透视图。

如图15A-图15B中所示，每个谐振器550可以包括杆552和电容性加载元件554。电容性加载元件554的尺寸可以与使用谐振器550的滤波器的期望谐振频率成比例。在较高频率下，可以使用较小的头部554，或者可以完全省略头部554。与上面讨论浮动的谐振器350和450不同，谐振器550的杆552可以物理地和电气地连接到管状金属壳体510。电容性加载元件554可以与管状金属壳体510隔开。在一些实施例中，电容性加载元件554可以电容性耦合到滤波器的传输线。四分之一波长谐振器550可以比上面讨论的半波长谐振器更紧凑，因此可以促进减小滤波器的整体尺寸。

图16是根据本发明进一步实施例的滤波器600的透视图。滤波器600是带阻滤波器，并且有点类似于上面描述的带阻滤波器200。因而，下面的描述将主要集中在滤波器600与200之间的差异。

如图16中所示，滤波器600包括管状金属框架210和多个谐振器250。滤波器600包括部署在管状金属壳体210内的螺旋传输线640。在滤波器600中，可以省略包括在滤波器200中的管状介电框架230。螺旋传输线640可以定义其直径与由谐振器250的臂254定义的圆的直径大致相同的圆柱体。螺旋传输线640包括在相应谐振器250的臂下面通过的连接部分642和电容性耦合部分644。虽然图16中未示出，但是螺旋传输线640可以包括与包括在谐振器250中的间隔件256相似或完全相同的间隔件，以便确保传输线640不接触管状金属壳体210。

如上面参考图7所讨论的，在本发明的一些实施例中，本文讨论的滤波器可以集成到诸如同轴接插线之类的接插线中。图17A-图17B图示了接插线700的各个方面，接插线700包括集成在其中的、根据本发明实施例的直列式滤波器。如图17A中所示，接插线700包括第一同轴线缆部分710-1和第二同轴线缆部分710-2。图17B是同轴线缆部分710之一的示意性透视图、局部剖视图，其更详细地图示了其部件。如图17B中所示，每个同轴线缆部分710可以具有由介电间隔件714围绕的内导体712。带(tape)(未示出)可以结合到介电间隔件714的外表面。例如，金属电屏蔽件716形式的外导体围绕内导体712、介电间隔件714和任何带。电屏蔽件716用作同轴线缆710的外导体。最后，线缆护套718围绕电屏蔽件716以完成同轴线缆710。

再次参考图17A，可以在一个端部同轴线缆部分710-1上提供第一同轴连接器720-1，并且根据本发明实施例的直列式滤波器730可以连接到同轴线缆部分710-1的另一端。同样，可以在一个端部同轴线缆部分710-2上提供第二同轴连接器720-2，并且直列式滤波器730可以连接到同轴线缆部分710-2的另一端。滤波器730可以包括例如带阻滤波器、带通滤波器等。如果滤波器包括传输线(例如，滤波器200的传输线240)，那么传输线的一端可以连接到同轴线缆部分710-1的内导体712，并且传输线的另一端可以连接到同轴线缆部分710-2的内导体712。每个同轴线缆部分710的电屏蔽件716可以电连接到滤波器730的管状金属壳体(例如，滤波器200的管状金属壳体210)。

如图17C中所示，在一些实施例中，可以省略线缆部分710-2，并且滤波器730可以直接耦合到同轴连接器720-2以提供接插线700'。

根据本发明实施例的滤波器适于用在蜂窝通信系统中。在一些实施例中，滤波器可以用于实现包括在蜂窝基站中的各种滤波器。

图18是图示常规蜂窝基站810的高度简化的示意图。如图18中所示，蜂窝基站810包括天线塔830，其上安装有若干天线832。多个基带单元822(图18中仅示出一个)位于塔架830的底部，并且可以与回程通信系统828通信。多个远程无线电头824安装在天线塔830上在相应天线832附近。通常，每个天线832可以提供两个或三个远程无线电头824，但是图18中仅示出了三个远程无线电头824，以简化附图。光纤线缆834将每个基带单元822连接到远程无线电头824中相应的一个。同轴接插线836用于将远程无线电头824连接到天线832。

天线832常常被配置为支持多种类型的蜂窝服务。例如，常见的配置是天线832具有支持在第一(例如，低)频带中发送的蜂窝服务的辐射元件的第一线性阵列和支持在第二(例如，高)频带中发送的蜂窝服务的辐射元件的第二线性阵列。而且，在一些情况下，辐射元件的第一或第二线性阵列中的一个或两个可以用于支持两种不同类型的服务。

图19A-图19C是图示可以包括在图18的蜂窝基站810的天线塔830上的若干类型的滤波器的示意性框图。如上所述，基站天线832可以支持若干不同类型的蜂窝服务。如图19A中所示，基站天线832具有辐射元件852的三个线性阵列850-1、850-2、850-3。线性阵列850-1是所谓的“低频带”辐射元件的阵列，其被设计为在较低频带中发送和接收信号，而线性阵列850-2、850-3是所谓的“高频带”辐射元件的阵列，其被设计为在较高频带中发送和接收信号。三个远程无线电头824-1、824-2、824-3用于通过天线832发送和接收信号。第一远程无线电头824-1经由辐射元件852的低频带阵列850-1发送和接收第一频带中的信号，第二远程无线电头824-2经由辐射元件852的低频带阵列850-1发送和接收第二频带中的信号，并且第三远程无线电头824-3经由辐射元件852的高频带阵列850-2、850-3发送和接收第三频带中的信号。提供将第一远程无线电头824-1和第二远程无线电头824-2连接到辐射元件852的低频带阵列850-1的共用器860。

“共用器(diplexer)”是指众所周知类型的三端口滤波器组件，其用于将在相应的第一和第二非重叠频带中操作的第一和第二设备(这里是远程无线电头824-1、824-2)连接到公共设备(这里是线性阵列850-1)。共用器860将到第一和第二远程无线电头824-1、824-2的RF传输路径彼此隔离，同时允许两个RF传输路径接入线性阵列850-1的辐射元件852。共用器860可以被实现为在“公共”端口处彼此电连接的一对带通滤波器。每个带通滤波器可以被设计为在第一和第二频带中的相应一个当中传递信号，而不在相应频带中的另一个当中传递信号。共用器860可以被实现为根据本发明实施例的共享公共端口的一对带通滤波器。

除了共用器之外，还有各种其它滤波器例行用在蜂窝应用中。例如，在大多数(如果不是全部)蜂窝基站天线上使用双工器(duplexer)，以允许每个无线电收发装置(例如，远程无线电头824)的发送和接收端口共享相同的辐射元件。除了发送和接收频率范围通常比用于两个不同蜂窝服务的频带更靠近在一起之外，双工器是类似于共用器的三端口滤波器，因此双工器通常是更昂贵、更高性能的设备，其可以在紧密分离的频带之间提供大量隔离。通常，在天线832内提供双工器，但是它们不是必需的。如图19B中所示，根据本发明实施例的滤波器可以用于实现用于蜂窝基站的双工器870。

在蜂窝基站中使用的另一种类型的滤波器是智能偏置三通。智能偏置三通最常用在无线电设备位于天线塔底部的基站中，而来自无线电收发装置的RF信号通过RF干线线缆被携带到天线。如图19C中所示，干线线缆890可以用于将RF信号和低频控制信号和/或DC功率信号都从天线塔向上携带到天线832。干线线缆890可以连接到智能偏置三通880。智能偏置三通880可以包括将DC功率和低频控制信号与RF信号分离的滤波器。智能偏置三通880的第一输出端将DC功率和低频控制信号提供给天线832上的控制/电源端口，并且智能偏置三通880的第二输出端将RF信号提供给天线832的RF端口。

根据本发明的又一些实施例，上述滤波器可以被实现为可以由多个组件块单元制造的模块化滤波器。例如，代替具有其中包括多个谐振器的单件式管状金属壳体，滤波器可以替代地由多个谐振器环形成，其中每个谐振器环可以包括谐振器和管状金属壳体的一部分。谐振器环可以使用带螺纹耦合环彼此连接。还可以提供输入和输出连接器板，其同样可以使用I/O耦合环连接到谐振器环。可以通过连接(“堆叠”)期望数量和类型的谐振器环和连接器板来制造滤波器。

图20是一个这样的模块化滤波器900的透视图。图20还图示了滤波器900的基本构建块的示例实现。如图20中所示，滤波器900由多个谐振器环910、耦合环920、连接器板930和I/O耦合环940形成。每个谐振器环910可以包括金属环912，该金属环912具有安装在其内部的谐振器916。金属环912可以在外螺纹上具有两组螺纹914。谐振器916可以与本文讨论的根据本发明实施例的任何谐振器完全相同，并且可以以与上述谐振器附连到根据本发明实施例的上面讨论的单件式管状金属壳体(或以其它方式安装在其中)相同的方式附连。下面参考图21A-图21D讨论可以在谐振器环900中实现的附加示例谐振器。

耦合环920可以是具有内螺纹922的金属环。应该认识到的是，在其它实施例中，谐振器环910和耦合环920上的螺纹914、922可以是相反的，其中谐振器环910具有内螺纹并且耦合环920具有外螺纹，或者谐振器环910和耦合环920各自具有一个内螺纹和一个外螺纹。还应该认识到的是，可以提供具有不同纵向长度的谐振器环910和/或耦合环920，以允许在从诸如图20中所示的构建块单元之类的基本构建块单元制造根据本发明实施例的模块化滤波器时允许模块化机制改变相邻谐振器916之间的距离。还将认识到的是，一些谐振器环910可以不在其中具有谐振器916，并且可以提供修改相邻谐振器916之间的间距的另一种方式。

连接器板930可以安装在模块化滤波器900的任一端上。连接器板930可以包括连接器932，用于耦合到外部传输线(诸如其上具有配对的连接器(未示出)的线缆)。连接器板930还可以包括耦合环934。关于模块化滤波器900的输入(例如，图20的左手侧的连接器932)，耦合环934用作输入耦合环，其传送在连接器932处输入到模块化滤波器900内的相邻谐振器916的电磁能量(即，RF信号)。关于模块化滤波器900的输出(例如，图20的右手侧的连接器932)耦合环934用作输出耦合环，其将电磁能量从邻近滤波器900的输出端的谐振器916传送到输出连接器932。耦合环934提供用于仅通过旋转耦合环934的定向来调谐从与耦合环934相邻或不相邻的谐振器916耦合的能量量的方便途径，以便调谐滤波器900的响应。将认识到的是，耦合环934仅仅是用于在输入/输出连接器932和滤波器900的内部件之间耦合RF信号的机制的一个示例实施例。连接器932和谐振器916之间的耦合可以是电容性的、电感性的和/或流电的。

除了(a)I/O耦合环940可以仅具有一组内螺纹942而不是两组以及(b)I/O耦合环940还包括将连接器板930保持在适当位置的唇缘944之外，I/O耦合环940可以是类似于耦合环920的金属环。将认识到的是，在其它实施例中，谐振器环910和I/O耦合环940上的螺纹914、942可以是相反的，其中谐振器环910具有内螺纹并且I/O耦合环940具有外螺纹。

模块化滤波器900是带通滤波器，因此它不具有传输线。在其它实施例中，可以提供模块化滤波器，例如带阻滤波器，其包括传输线。传输线可以以与上面关于本发明的非模块化实施例描述的方式类似的方式实现。例如，在上面的图8A-8K的实施例中，提供安装在管状介电框架230上的传输线240。可以修改图20的模块化滤波器900，使得每个谐振器环910包括安装在管状介电框架上的传输线部分(未示出)，该管状介电框架安装在谐振器环910的内部，在谐振器916的臂的内部。传输线可以电容性耦合到谐振器916的臂。每个传输线部分可以电容性耦合到相邻谐振器环910中的传输线部分，以形成通过滤波器的传输线，以提供例如带阻模块化滤波器。

图21A-图21D图示了可以在根据本发明实施例的谐振器环910中使用的各种不同的谐振器。如图21A-图21D中所示，各种谐振器可以具有相同的直径，使得包括各种不同类型谐振器的谐振器环910可以被混合和匹配，以提供在不同频率下具有各种不同响应的滤波器。例如，图21A示出了针对λ/2浮动谐振器950、952的两种不同实现，其中每种实现都已在上面讨论过。在图20中，谐振器环910具有谐振器916，该谐振器916具有图20的谐振器950的设计，但是将认识到的是，可以替代地使用谐振器952，或者适用于λ/2浮动谐振器的任何其它谐振器。

图21B图示了两个λ/2“叉指式”谐振器960、970的横截面，其可以在其它实施例中用于实现谐振器916。叉指式谐振器960、970是具有重叠表面以提供大耦合量的同轴谐振器。如图21B中所示，λ/2叉指式谐振器960部署在谐振器环910的环912内。谐振器960包括一对内导体962和外导体964，它们由环形绝缘间隔件966分开。内导体962通过另一个间隔件968彼此分开。每个内导体962的一端连接到谐振器环912，而外导体964通过间隔件966的扩大端与谐振器环912隔开。除了谐振器970包括一对环形外导体974和单个内导体972之外，λ/2叉指式谐振器970类似于谐振器960。间隔件976将外导体974与内导体972分开。一对间隔件978将内导体972与谐振器环912隔开。每个外导体974的一端连接到谐振器环912，而内导体972不流电连接到谐振器环912。注意到，在每个λ/2叉指式谐振器960、970中，其中一个导体(内或外)在每一端连接到谐振器环912，而另一个导体与谐振器环912隔离。

图21C图示了可以在其它实施例中使用的λ/4叉指式谐振器980。特别地，图21C包括叉指式谐振器980的横截面图以及包括λ/4叉指式谐振器980的谐振器环910的透视图。叉指式谐振器980也是同轴谐振器。如图21C中所示，λ/4叉指式谐振器980部署在谐振器环910的环912内。谐振器980包括由环形绝缘间隔件986分开的内导体982和外导体984。内导体982可以连接到谐振器环912的顶部，而外导体984可以连接到谐振器环912的底侧。

图21D图示了可以用在还有其它实施例中的λ/4蘑菇型谐振器990。如图21D中所示，谐振器990包括流电连接到谐振器环912的杆992以及从杆992的一端延伸的一对臂994，臂994电容性耦合到谐振器环912。

因此，图21A-图21D示出了根据本发明实施例的模块化滤波器中可以使用各种不同的谐振器。还将认识到的是，这些谐振器可以类似地用在本发明的非模块化实施例中。在一些实施例中，不同的谐振器类型可以在同一个滤波器中混合，以提供更灵活的滤波器响应。

图22是图示根据本发明实施例的、如何设计三组谐振器以在带通模块滤波器的响应中提供传输零点的示意图。特别地，图22中的第一曲线1000示出了如何使用以第一“拓扑方案”定向的三个谐振器来提供低于滤波器的通带的传输零点，并且图22中的第二曲线1010如何使用以第二“拓扑方案”定向的三个谐振器来提供高于滤波器的通带的传输零点。图22的滤波器响应曲线图中的传输零点的位置可以通过谐振器之间的相互距离来控制，谐振器越接近，传输零点离通带越近。在图22中，“拓扑方案”示出了当从上方观察时包括在每个谐振器环中的谐振器的杆的相对位置。

与常规滤波器部件相比，根据本发明实施例的滤波器可以提供许多优点。如上面所讨论的，该滤波器可以比常规滤波器更小更轻。对于塔式安装的装备而言，这会是个显著的优点，因为通常期望减小或最小化塔式安装的装备的重量(由于塔负载要求)和尺寸(由于风加载和本地分区条例)。该滤波器也可以比常规滤波器更容易制造和更便宜。

此外，如上所述，根据本发明实施例的滤波器可以集成到线缆(例如，同轴线缆)中或者被实现为有效地包括线缆末端上的延伸部分的直列式部件。在这些实施例中，管状滤波器的直径(或其它横截面)在一些情况下可以是线缆直径的量级。例如，对于1GHz滤波器，管状滤波器的直径可以略大于线缆的直径。举例来说，具有在700-1000MHz频率范围内某处的通带的滤波器可能具有大约1英寸或再多一点的直径。2GHz滤波器的直径可以与线缆的直径大致相同。在较高频率下操作的滤波器的直径可以小于线缆的直径。当被实现为直列式滤波器时，滤波器可以简单地安装在天线或无线电收发装置的连接器上，使得天线和无线电收发装置之间的连接包括一根线缆和滤波器的组合。在此类实施例中，滤波器可以在一端具有阳连接器而在另一个端具有阴连接器，以促进这种连接。在滤波器集成到线缆中的实施例中，线缆可以在其每一端上具有相同类型的连接器。

在许多无线应用中，安装者可以对安装在天线塔或其它结构上的每个装备项目施加单独的收费。根据本发明实施例的管状滤波器可以集成到成缆连接中或者与成缆连接直列式悬挂。照此，滤波器可以在天线的外部实现，而不需要单独安装，并且不会导致附加的庞大和/或难看的装备箱与塔架上的天线分开安装。

虽然上面主要参考用于蜂窝通信系统的滤波器描述了本发明的实施例，但是将认识到的是，根据本发明实施例的滤波器可以用在各种RF通信系统中，并且本发明不以任何方式限于蜂窝应用。同样，将认识到的是，滤波器还具有除RF通信系统之外的通信系统的应用。作为示例，本文公开的滤波器还可以被设计用在微波通信系统中。

上面已经参考附图描述了本发明，附图中示出了本发明的某些实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应当被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。

除非另外定义，否则本文使用的所有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含义相同的含义。本文中在对本发明的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是要限制本发明。如在本发明和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解的是，当元件(例如，设备、电路等)被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到该另一个元件或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，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，虽然采用了具体的术语，但它们仅在一般性和描述性的意义上使用并且不用于限制的目的，本发明的范围在以下权利要求中阐述。

Claims (12)

1.一种滤波器，包括：

电接地的管状金属壳体，所述管状金属壳体定义单个内腔体；

多个电浮动谐振器，在单个内腔体内以间隔布置来部署所述多个电浮动谐振器；以及

传输线，所述传输线从滤波器的输入延伸到输出，所述传输线电容性耦合到至少一些谐振器。

2.如权利要求1所述的滤波器，其中每个谐振器包括杆和从杆的端部延伸的第一电容性加载元件。

3.如权利要求2所述的滤波器，其中每个第一电容性加载元件包括第一弧形臂。

4.如权利要求3所述的滤波器，其中每个谐振器包括第二弧形臂，该第二弧形臂从杆的与第一端部相对的第二端部延伸。

5.如权利要求2所述的滤波器，其中传输线电容性耦合到每个谐振器的第一电容性加载元件。

6.如权利要求1-5中任一项所述的滤波器，还包括耦合到管状金属壳体的输入同轴连接器和输出同轴连接器。

7.如权利要求6所述的滤波器，其中传输线将输入同轴连接器的内导体电连接到输出同轴连接器的内导体。

8.如权利要求4所述的滤波器，还包括在管状金属壳体内的管状介电框架，其中传输线位于管状介电框架的外表面上，并且其中每个谐振器的杆延伸通过管状介电框架并且第一弧形臂和第二弧形臂位于管状介电框架的外表面上，其中传输线被定位于每个第一弧形臂和管状介电框架之间。

9.如权利要求4所述的滤波器，其中每个谐振器还包括多个间隔件，所述间隔件将第一弧形臂和第二弧形臂与管状金属壳体的内表面隔开。

10.如权利要求2所述的滤波器，其中谐振器包括至少第一谐振器、与第一谐振器相邻的第二谐振器以及与第二谐振器相邻的第三谐振器，其中第一谐振器和第二谐振器的杆被旋转以具有不同的角度定向。

11.如权利要求10所述的滤波器，其中第一谐振器和第三谐振器具有相同的角度定向。

12.如权利要求1-5和7-11中任一项所述的滤波器，其中管状金属壳体具有圆形的横截面。

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