CN1855614A - 阻塞滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于构造包括多个耦合谐振器(2)的微波滤波器(1，10)的方法，以及涉及根据该方法制造的微波滤波器。微波滤波器(1，10)是通过提供多个单独谐振器(2)，且将多个谐振器(2)机械连接以形成滤波器(1，10)而构造。多个谐振器(2)中的每个谐振器形成为一个整体，该整体至少具有底壁(4)，和在底壁侧边包住底壁(4)并由底壁(4)向上延伸的侧壁(5)。此外，在各个谐振器(2)之间设置多个耦合装置(7，11)。因此通过该方法制造的微波滤波器(1，10)包括机械连接在一起以形成滤波器(1，10)的多个耦合谐振器(2)，其中，该多个谐振器(2)中的每个谐振器分别被形成为一个整体，该整体至少具有底壁(4)，和在底壁侧边包住底壁(4)并由底壁(4)向上延伸的侧壁(5)，且其中，在各个谐振器(2)之间提供多个耦合装置(7，11)。
Description
技术领域
本发明涉及用于构造包括多个耦合谐振器的微波滤波器的方法，以及涉及根据该方法构造的微波滤波器。
背景技术
电磁波频谱的微波域已广泛用于各种技术领域。示例性应用包括无线通信系统，例如，移动通信和卫星通信系统，以及导航与雷达技术。不断增多的微波应用使得系统内或不同系统之间出现干扰的可能性增大。因此，将微波域划分成多个不同的频带。为确保特定设备仅在对该设备指定的频带内进行通信，在发射和/或接收期间使用微波滤波器执行带通和带阻(band reject)功能。因此，使用滤波器将不同频带分离，并辨别出想要和不想要的信号频率，使得主要通过滤波器的特性来控制接收和发射信号的质量。一般而言，滤波器必须提供较小带宽和高滤波质量。
例如，在基于蜂窝技术的通信网络，例如广泛使用的GSM系统中，将覆盖区域划分成多个不同的小区。将每个小区指派给包括有收发器的基站，该收发器须同时与处在其小区内的多个移动设备进行通信。该通信必须以最小干扰进行。因此，利用微波滤波器，将与小区相关联的通信信号所使用的频率范围划分成多个不同频带。由于小区的尺寸通常较小，而某一时刻可能处在单个小区内的移动设备数量众多，从而将特定频带的宽度选择得尽可能小。此外，滤波器必须在其通带外具有高衰减，和低通带插入损耗，以满足效率要求，以及保持系统灵敏性。从而，这样的通信系统要求在基站和移动设备中有通常接近理论极限的极高频率选择性。
一般而言，微波滤波器包括以各种结构耦合在一起的多个谐振部件。每个谐振部件构成不同的谐振器，且包括在封闭或基本封闭的导电表面内包含的空间。当具有合适的外部激励时，可在该空间内保持振荡电磁场。谐振部件表现出显著的谐振效应，并以各自谐振频率为特征。为使得滤波器产生所需的滤波特性，耦合在一起以形成滤波器的不同谐振器需要具有预定的谐振频率。由于谐振频率主要由谐振器结构的尺寸和形状决定，需周密计算特定谐振器的尺寸，以及小心控制制造工艺。
为此，传统微波滤波器包括整体(unitary)金属主体，该金属主体包括形成谐振部件的多个凹穴。金属盖板固定于主体以封闭凹穴。制造滤波器主体的工艺必须能够适应精确尺寸确定，以获得所需的滤波特性。一般而言，通过模铸或由实心金属块铣削而形成主体。这种传统的微波滤波器制造起来相对昂贵。对于每个滤波器，需要大量的材料，且总是需要制图，并例如通过由金属块进行铣削来制造滤波器。此外，在不制成全新滤波器面板的条件下，不可能改变滤波器特性。例如，许多滤波器特性，诸如电极数量，选择性和插入损耗，取决于所用谐振器的数量。从而，传统微波滤波器不具有非常需要的灵活性。
美国专利4,034,319披露了由成直线机械串联耦合在一起的多个谐振部件组成的微波带通滤波器。每个谐振部件都由整体金属结构组成，该金属结构具有四个相连的壁，构成设有两个接地平面且截面基本为矩形的中空构件。此外，每个谐振器部件包括与中空构件集成在一起，并从其中一个壁平行于接地平面地延伸的谐振条。各个谐振部件通过间隔部件耦合在一起。选择每个间隔部件的宽度，以控制相邻谐振条之间的间隔，进而控制其间的耦合。尽管该滤波器具有一定程度的灵活性，但灵活性非常有限，且不可能构造复杂的滤波器。此外，难以选择正确的间隔部件宽度以实现所需结果。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于以成本经济且灵活的方式构造具有所需滤波特性的微波滤波器的方法，以及可以以成本经济且灵活的方式构造的微波滤波器。
该目的是通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有权利要求13的特征的微波滤波器来实现。本发明的其他优选实施例是各个从属权利要求的主题。
根据本发明，通过提供多个单独谐振器并将该多个谐振器机械连接以形成滤波器，从而构造包括多个耦合谐振器的微波滤波器。每个谐振器被形成为一个块或整体，该块或整体至少具有底壁，以及在侧边包住底壁并由底壁向上延伸的侧壁。因此，在矩形底壁的情形中，存在四个相连的侧壁，在圆形底壁的情形中，侧壁为圆柱形。此外，在各个谐振器之间提供多个耦合装置。这是为了按照所需的结构将各个谐振器耦合在一起。优选的是，将这些耦合装置的每个提供在两个相邻谐振器之间。为形成滤波器，可用单独盖板或公共盖板覆盖谐振器。可将谐振器提供在板上，通过将开口切割成侧壁来实现耦合。
本发明的方法具有这样的优点，即，可以采用非常灵活且成本经济的方式生成具有特定滤波特性的微波滤波器。已经认识到，滤波特性主要由各个谐振器的尺寸决定，而这些谐振器之间的耦合并不太重要。从而，可将均接近符合特定规范的多个谐振器机械耦合在一起，而不会削弱所需滤波性能。尽管包括有多个精确确定尺寸的谐振器的整体滤波器主体很难制造且代价高昂，但对单独谐振器而言能够容易做到。从而，通过不同数量的电极和不同结构的耦合谐振器，易于在短时间内产生滤波器和双工器。当需要增加电极数量时，可添加新的谐振器。这具有高度灵活性。
在优选实施例中，多个谐振器包括同轴谐振器，电介质谐振器和/或空腔谐振器。当使用同轴谐振器时，内导体或柱可为附连于基壁的分立部件。然而，优选地，与基壁集成地形成内导体。在电介质谐振器的情形中，可使用具有低柱高的同轴谐振器，电介质谐振器附连于该同轴谐振器。
在另一优选实施例中，多个谐振器中的一个或多个或全部谐振器通过冷挤压方式形成。以此方式，可使谐振器精确确定尺寸，又同时使用少量材料，从而可以成本特别经济的方式制造。
此外，优选的是，将谐振器制造成侧壁厚度为0.5-0.8mm。以此方式，能够缩减所用材料的量，以降低成本。
优选的是，通过金属导电层涂覆多个谐振器中的一个或多个或所有谐振器。在此情形中，能够有利地针对制造工艺而定制用于谐振器的壁的材料。在需要高质量因素的情况下，通过涂层能够提供所需的高表面质量。优选涂层为银。
在优选实施例中，耦合装置包括耦合环，耦合膜片，耦合窗和/或耦合探针。可按照需要对它们进行选择，以提供电感或电容耦合，以及产生所需的耦合强度。
在另一优选实施例中，以二或三维阵列形式耦合谐振器。以此方式，能够制出复杂的滤波器以提供特定滤波特性。
此外，优选的是，将谐振器耦合成使得在其中至少两个谐振器之间存在交叉耦合。由于仅在使用交叉耦合的情况下能够获得许多滤波器特性，这种情形极为有益。
耦合装置可在机械连接谐振器之前或之后提供。
优选地，将谐振器通过焊接或铜焊机械连接。以此方式，能够易于连接和断开谐振器。
通过本发明的方法，能够制出包括多个机械相连以形成滤波器的耦合谐振器的微波滤波器，其中，该多个谐振器中的每个谐振器分别被形成为一个整体，该整体至少具有底壁，和在底壁侧边包住底壁并由底壁向上延伸的侧壁，并且该微波滤波器包括在各个谐振器之间提供的多个耦合装置。
在本发明的微波滤波器的优选实施例中，多个谐振器包括同轴谐振器，电介质谐振器和/或空腔谐振器。
优选的是，通过冷挤压形成多个谐振器中的至少某些谐振器。
此外，优选的是，谐振器侧壁的厚度为0.5-.08mm。
在本发明的微波滤波器的另一优选实施例中，通过优选为银涂层的金属导电层涂覆多个谐振器中的至少某些谐振器。
在本发明的微波滤波器的另一优选实施例中，耦合装置包括耦合环，耦合膜片，耦合窗和/或耦合探针。
此外，优选的是，以二或三维阵列形式耦合谐振器。
在本发明的微波滤波器的优选实施例中，将谐振器耦合成使得在其中至少两个谐振器之间存在交叉耦合。
优选地将谐振器通过焊接或铜焊机械连接。
下面参照附图并针对优选实施例来详细描述本发明。
附图说明
图1是包括多个耦合同轴谐振器的微波滤波器的示意性透视图；以及
图2是包括多个耦合同轴谐振器的另一微波滤波器的示意性透视图。
具体实施方式
在图1中，显示出微波滤波器1。滤波器1包括六个同轴分立谐振器2，它们以二维阵列形式耦合在一起。每个谐振器2包括中空外壳3，外壳3在顶部开口，并由矩形底壁4和从底壁4向上延伸的侧壁5构成。侧壁5包括设置在矩形底壁4四边处的四个相连的壁部件5a，5b，5c和5d，以在侧边包住底壁4。将外壳3集成地形成整体结构。在做好的滤波器中，将盖板(未示出)固定于侧壁5的上端，以封闭谐振器2的外壳3的开口顶部。
出于重量和成本的原因，外壳2优选地由铝制成。不过，也可有利地由铁，铜，黄铜或因钢制成。其他有益的材料选择包括陶瓷材料或聚合物材料。有益的聚合物材料包括具有良好尺寸稳定性的聚合物，例如玻璃纤维加固的聚合物材料，或其他纤维加固的聚合物材料。重要的仅是，能够以成本经济的方式生成谐振器2，以及材料为良导体或镀以诸如银之类的良导电材料。尽管该实施例的滤波器仅包括同轴谐振器，应该注意的是，对于其他类型的谐振器，如电介质谐振器或空腔谐振器，外壳同样应优选地由上述材料制成。
每个谐振器2还包括圆柱形内导体6，圆柱形内导体6在其下端处中央附着于外壳3的底壁4。内导体6从底壁4沿各自外壳3的纵轴向上延伸，内导体6的长度比外壳3的长度短，使得在内导体6的上端与用于封闭外壳3开口顶部的盖板(未示出)之间形成电容间隙。内导体6优选地由与它们所连接到的外壳3同样的材料制成，使得能够有利地将谐振器2的外壳3和内导体6集成制造在一个整体中。然而，也可将内导体6作为分立构件来提供。在此情形中，它们优选地由铝、铁、铜、黄铜、因钢、聚合物材料或陶瓷材料构成，或者它们可为包括这些材料其中的两种或多种的合成构件。有利的聚合物材料包括具有良好尺寸稳定性的聚合物材料，例如玻璃纤维加固的聚合物材料或其他纤维加固的聚合物材料。再次地，重要的仅是，能够以成本经济的方式生成谐振器2，以及材料为良导体或镀以诸如银之类的良导电材料。
这六个谐振器2通过焊接或铜焊以二维阵列形式并排机械连接。为实现谐振器2之间的耦合，在谐振器2的侧壁5中通过切割设置多个耦合窗7。将谐振器2设置成使得同样尺寸的耦合窗7彼此对齐，以便在分隔两个相邻谐振器2的侧壁5中形成开口。在侧壁5中的这种耦合窗7主要提供感应耦合。
滤波器1中的场分别通过合适的耦合装置8a和8b来激励和提取(extracted)，耦合装置8a和8b例如可包括孔径或耦合环。在该实施例中，仅存在一种用于电磁场从输入耦合装置8a到输出耦合装置8b的可能路径，即，不存在交叉耦合。
在图2中，显示出根据本发明的微波滤波器的另一实施例。滤波器10包括以二维阵列形式耦合在一起的五个同轴谐振器2，且它们与第一实施例的谐振器2相同。与第一实施例的滤波器1不同的是，滤波器10不仅包括耦合窗7，还包括耦合探针11。该耦合探针11插入到已切割到相邻谐振器2的侧壁5中并且彼此对齐的小开口中。耦合探针11提供电容耦合。
此外，对于电磁场从输入耦合装置8a传播到输出耦合装置8b，存在有多于一种的可能路径，即，存在交叉耦合。这是有益的，因为通过引入交叉耦合，能够以多种方式提高滤波器性能。
Claims (22)
1.一种构造包括多个耦合谐振器(2)的微波滤波器(1，10)的方法，所述方法包括步骤：
-提供多个单独谐振器(2)，和
-将该多个谐振器(2)机械连接以形成该滤波器(1，10)，
其特征在于，
-该多个谐振器(2)中的每个谐振器分别被形成为一个整体，该整体至少具有底壁(4)，和在底壁侧边包住底壁(4)并由底壁(4)向上延伸的侧壁(5)，以及
-所述方法还包括在各个谐振器之间提供多个耦合装置(7，11)的步骤。
2.根据权利要求1的方法，其中，该多个谐振器(2)包括同轴谐振器(2)，电介质谐振器和/或空腔谐振器。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，提供多个谐振器(2)的步骤包括通过冷挤压形成该多个谐振器(2)中至少某些谐振器(2)的步骤。
4.根据前述任何权利要求的方法，其中，将谐振器(2)形成为使得侧壁(5)厚度为0.5-0.8mm。
5.根据前述任何权利要求的方法，其中，提供多个谐振器(2)的步骤包括通过金属导电层涂覆该多个谐振器(2)中至少某些谐振器(2)的步骤。
6.根据权利要求5的方法，其中，使用银进行涂覆。
7.根据前述任何权利要求的方法，其中，耦合装置包括耦合环，耦合膜片，耦合窗(7)和/或耦合探针(11)。
8.根据前述任何权利要求的方法，其中，以二或三维阵列形式耦合谐振器(2)。
9.根据前述任何权利要求的方法，其中，将谐振器(2)耦合成使得在其中至少两个谐振器(2)之间存在交叉耦合。
10.根据前述任何权利要求的方法，其中，在机械连接谐振器(2)之前提供耦合装置(7，11)。
11.根据权利要求1至9中的任何项的方法，其中，在机械连接谐振器(2)之后提供耦合装置(7，11)。
12.根据前述任何权利要求的方法，其中，将谐振器(2)通过焊接或铜焊机械连接。
13.一种通过权利要求1至12中任何项所述的方法制造的微波滤波器，该滤波器(1，10)包括机械相连以形成该滤波器(1，10)的多个耦合的谐振器(2)，其特征在于：
-该多个谐振器(2)中的每个谐振器分别被形成为一个整体，该整体至少具有底壁(4)，和在底壁侧边包住底壁(4)并由底壁(4)向上延伸的侧壁(5)，以及
-在各个谐振器(2)之间提供多个耦合装置(7，11)。
14.根据权利要求13的微波滤波器，其中，该多个谐振器(2)包括同轴谐振器(2)，电介质谐振器和/或空腔谐振器。
15.根据权利要求13或14的微波滤波器，其中，通过冷挤压形成该多个谐振器(2)中至少某些谐振器(2)。
16.根据权利要求13至15中任何项的微波滤波器，其中，谐振器(2)的侧壁(5)厚度为0.5-0.8mm。
17.根据权利要求13至16中任何项的微波滤波器，其中，通过金属导电层涂覆该多个谐振器(2)中至少某些谐振器(2)。
18.根据权利要求17的微波滤波器，其中，使用银涂层进行涂覆。
19.根据权利要求13至18中任何项的微波滤波器，其中，耦合装置包括耦合环，耦合膜片，耦合窗(7)和/或耦合探针(11)。
20.根据权利要求13至19中任何项的微波滤波器，其中，以二或三维阵列形式耦合谐振器(2)。
21.根据权利要求13至20中任何项的微波滤波器，其中，将谐振器(2)耦合成使得在其中至少两个谐振器(2)之间存在交叉耦合。
22.根据权利要求13至21中任何项的微波滤波器，其中，将谐振器(2)通过焊接或铜焊机械连接。
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