DE60217799T2

DE60217799T2 - Abstimmbare Monoblock-Filteranordnung in Dreifachmodus

Info

Publication number: DE60217799T2
Application number: DE60217799T
Authority: DE
Inventors: Chi Holmdel Wang; William Jackson Wilber
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: US7068127B2; US20030090343A1; ATE352878T1; EP1313164A2; DE60217799D1; EP1313164B1; EP1313164A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Filteranordnungen. Insbesondere beschreibt diese Erfindung Dreifachmodus-Monoblock-Resonatoren, die kleiner und kostengünstiger als vergleichbare metallische Kammresonatoren sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beim Erzeugen von Signalen in Kommunikationssystemen werden Kammfilter zum Sperren unerwünschter Signale verwendet. Die derzeitigen Kammfilterstrukturen umfassen eine Reihe metallischer Resonatoren, die in einem Metallgehäuse verteilt sind. Wegen des erforderlichen Volumens der einzelnen Resonatoren kann die Größe des Metallgehäuses nicht über die derzeitige Technologie hinaus verringert werden, normalerweise 3-10 Kubikzoll bzw. 50-160 cm³ pro Resonator, je nach der Betriebsfrequenz und der maximalen Einfügungsdämpfung. Darüber hinaus stellt das Metallgehäuse prozentual einen wesentlichen Kostenfaktor der gesamten Filteranordnung dar. Die derzeitigen Metallfilter sind daher zu groß und zu teuer.
In der Patentschrift US 4,607,242 wird ein Bandpass-Mikrowellenfilter mit geringem Verlust beschrieben, der die Reduzierung der Filtergröße im Frequenzbereich von 1-5 GHz ermöglicht. Der Filter umfasst einen Keramik-Hauptkörper, der mit Ausnahme der gegenüberliegenden Endabschnitte über alle offen liegenden Flächen gekerbt und angebohrt und beschichtet ist. Kopplungs-Endanschlüsse sind an den gegenüberliegenden Endabschnitten angebracht und ermöglichen eine Kopplung des Mikrowellen-Ein- und -Ausgangs mit dem Filter.
In der Patentschrift US 6,275,125 B1 wird ein Funkfrequenzfilter mit mindestens zwei dielektrischen Resonatoren in Juxtaposition beschrieben.
In der Patentschrift US 2001/0028287 A1 wird ein Verfahren zum Anpassen der Merkmale eines dielektrischen Filters beschrieben einschließlich der Schritte zur Bildung eines dielektrischen Filters mit einem dielektrischen Körper, wobei der dielektrische Körper eine Außenfläche hat, zur Bildung eines externen Leiters an der Außenfläche des dielektrischen Körpers, und zur Bildung mindestens einer Öffnung, die sich durch den dielektrischen Körper erstreckt.
In der Patentschrift EP 0 742 603 A1 wird ein zusammengesetzter Multimodus-Resonator beschrieben mit einem Resonanzhohlraum und einem dielektrischen Resonatorelement in diesem Hohlraum.
In der Patentschrift US 6,278,344 B1 wird ein dielektrischer Resonator im Mehrfachmodus beschrieben, in dem ein kombinierter dielektrischer Block, der aus einer Vielzahl dielektrischer Elemente zu einer Kreuzform zusammengesetzt wurde, drei Resonanzmodi entlang einer aus zwei der dielektrischen Elemente definierten Ebene erregt.
Das Dokument „A Grooved Monoblock Comb-Line Filter Suppressing the Third Harmonics" (ein gekerbter Kammfilter zur Unterdrückung der dritten Oberschwingung) von Isota, Y. et al., XP 002030374, beschreibt einen Kammfilter mit Kerben an seiner Außenseite.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren gemäß der Definition in den beigelegten Patentansprüchen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a und 1b sind zwei Ansichten der grundsätzlichen Dreifachmodus-Monoblockform. 1b ist eine Ansicht, bei der eine Sonde in den Monoblock eingesetzt wurde.
2a und 2b sind Volumen- und Drahtmodellansichten der beiden zu einem 6-poligen Filter miteinander verbundenen Monoblocks.
3a und 3b sind Volumen- und Drahtmodellansichten des Monoblocks mit einem dritten Eckeneinschnitt.
4 illustriert einen Schlitz, der in eine Fläche des Resonators eingeschnitten wurde.
5 ist ein Diagramm der Resonanzfrequenzen der Modi 1, 2 und 3 gegenüber der Schnittlänge eines Schlitzeinschnitts entlang der X-Richtung an der X-Z-Fläche.
6 ist ein Diagramm der Resonanzfrequenzen der Modi 1, 2 und 3 gegenüber der Schnittlänge eines Schlitzeinschnitts entlang der X-Richtung an der X-Y-Fläche.
7 ist ein Diagramm der Resonanzfrequenzen der Modi 1, 2 und 3 gegenüber der Schnittlänge eines Schlitzeinschnitts entlang der Y-Richtung an der X-Y-Fläche.
8a illustriert ein Verfahren zur Abstimmung des Monoblocks durch Entfernen kleiner kreisförmiger Bereiche aus der leitenden Oberfläche von einer bestimmten Fläche des Monoblocks. 8b illustriert die Abstimmung der Resonanzfrequenzen der drei Modi im Block mithilfe von Vertiefungen oder Kreisen in den drei rechtwinkligen Seiten.
9 ist ein Diagramm, das die Frequenzänderung für Modus 1 zeigt, wenn aufeinander folgende Kreise aus der X-Y-Fläche des Monoblocks herausgeschnitten werden.
10a und 10b illustrieren die Abstimmung der Resonanzfrequenzen der drei Modi im Block mithilfe metallischer oder dielektrischer Abstimmungseinheiten, die an den drei rechtwinkligen Seiten (10a) angebracht sind, oder metallischer oder dielektrischer Abstimmungseinheiten, die in den Monoblock hineinragen (10b).
11a, b, c und d illustrieren ein Verfahren zur Kopplung von Eingang/Ausgang für den Dreifachmodus-Monoblockfilter.
12 zeigt eine Montagekonfiguration, bei der der Tiefpassfilter in der gleichen Leiterplatte gefertigt wird, die auch den Monoblockfilter und den Maskenfilter trägt.
13 illustriert eine Montage, bei der der Monoblockfilter und der Kammfilter auf der gleichen Leiterplatte montiert sind, die eine Antennenanordnung aus 4 Elementen trägt.
14a, b und c illustrieren einen in einem Kasten (14a) untergebrachten Monoblockfilter, wobei die inneren Merkmale hervorgehoben sind (14b). 14c zeigt ein ähnliches Paket für einen Duplexer.
15 illustriert den Tiefpassfilter (Low-Pass Filter, LFP), den Vorauswahl- oder Maskenfilter und die Reaktion des Dreifachmodus-Monoblockpassbands.
16 ist ein Foto des Maskenfilters.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Es ist wünschenswert, die Größe und die Kosten der Filteranordnungen über das Maß hinaus zu reduzieren, das mit den derzeit zur Dämpfung unerwünschter Signale verwendeten metallischen Kammstrukturen möglich ist. Die vorliegende Erfindung umfasst Dreifachmodus-Resonatoren in einer Anordnung, die einen Maskenfilter und einen Tiefpassfilter enthält, wobei diese Gesamtanordnung eine Dämpfung des unerwünschten Signals im erweiterten Frequenzbereich ermöglicht. Die Anordnung ist in einer Weise integriert, die das erforderliche Volumen minimiert und eine einfache Montage der Anordnung auf einer Leiterplatte ermöglicht.
Dreifachmodus-Monoblock-Hohlraum
Filter mit Dreifachmodus-Monoblock-Hohlräumen bieten die Möglichkeit, das Gesamtvolumen des Filterpakets wesentlich zu verringern und die Kosten zu senken bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der akzeptablen elektrischen Leistung. Die Verringerung der Größe beruht auf zwei Faktoren. Zum Einen umfasst ein Dreifachmodus-Monoblock-Resonator drei Resonatoren in einem einzigen Block. (Jeder Resonator bietet einen Pol für die Filterreaktion.) Dies ermöglicht eine 3-fache Größenverringerung im Vergleich zu den derzeit verwendeten Filtern, bei denen ein Resonator pro Block verwendet wird. Zum Zweiten handelt es sich bei den Resonatoren nicht um mit Luft gefüllte Koaxial-Resonatoren wie bei der Standard-Kammkonstruktion, sondern um mit einem dielektrischen Material gefüllte Blocks. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um mit einem leitenden Metall, normalerweise Silber, beschichtete massive Keramikblocks. Das Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ermöglicht eine Reduzierung der Größe des Resonators um ca. die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante, wobei die gleiche Betriebsfrequenz beibehalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die verwendete Keramik eine Dielektrizitätskonstante zwischen 35 und 36 und eine Güte Q von 2.000. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Dielektrizitätskonstante 44 mit einer Güte Q von 1.500. Trotz der niedrigeren Güte Q ist der Resonator kleiner aufgrund der höheren Dielektrizitätskonstante. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Dielektrizitätskonstante 21 mit einer Güte Q von 3.000.
Darüber hinaus sind keine metallischen Gehäuse erforderlich, da die Monoblock-Hohlräume in sich geschlossene Resonatoren bilden. Die Kostensenkung durch Eliminieren der metallischen Gehäuse ist größer als die zusätzlichen Kosten durch die Verwendung der mit einem dielektrischen Material gefüllten Resonatoren statt luftgefüllter Resonatoren.
Das Konzept eines Monoblocks ist nicht neu. Hierbei handelt es sich jedoch um den ersten Dreifachmodus-Monoblock-Resonator. Neu und nicht offensichtlich ist außerdem die Möglichkeit, den beschichteten Dreifachmodus-Monoblock-Resonator, der mit einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante und geringem Verlust gefüllt ist, zu einem praktischen Filter und einer praktischen Anordnung zu packen.
Die Grundkonzeption eines Dreifachmodus-Monoblock-Resonators 10 ist in 1 dargestellt , wobei zwei Ansichten 1(a) und 1(b) des grundsätzlichen Dreifachmodus-Monoblock-Resonators gezeigt werden. Es handelt sich um einen annähernd würfelförmigen Block. Die drei Modi, die erregt werden, sind TE₁₁₀, TE₁₀₁ und TE₀₁₁. Siehe J. C. Sethares und S. J. Naumann, „Design of Microwave Dielectric Resonators" (Aufbau dielektrischer Mikrowellen-Resonatoren), IEEE Trans. Microwave Theory Tech., S. 2-7, Jan 1966. Die drei Modi sind rechtwinklig zueinander angeordnet. Die Konzeption stellt eine Verbesserung gegenüber der Konzeption des rechteckigen (hohlen) Dreifachmodus-Wellenleiters gemäß der Beschreibung in G. Lastoria, G. Gerini, M. Guglielmi und F. Emma, „CAD of Triple-Mode Cavities in Rectangular Waveguide" (CAD von Dreifachmodus-Vertiefungen in rechtwinkligen Wellenleitern), IEEE Trans. Microwave Theory Tech., S. 339-341, Okt. 1998, dar.
Die drei Resonanzmodi in einem Dreifachmodus-Monoblock-Resonator werden normalerweise als TE011, TE101 und TE110 (bzw. manchmal als Ted11, Te1d1 und Te11d) bezeichnet, wobei TE einen transversalen elektrischen Modus kennzeichnet und die drei sukzessiven Indizes (häufig auch als Subskript geschrieben) die Anzahl der Halbwellenlängen entlang der x, y und y-Richtung angeben. TE101 gibt beispielsweise an, dass der Resonanzmodus ein elektrisches Feld hat, das in der Phase um 180 Grad (eine halbe Wellenlänge) entlang der x- und z-Richtung variiert und das entlang der y-Richtung keine Variation aufweist. In dieser Beschreibung wird der TE110-Modus als Modus 1 bezeichnet, TE101 als Modus 2 und TE011 als Modus 3.
Eckeneinschnitte
Die Ein- und Ausgangsleistung ist über eine Sonde 20, die in einen Ein-/Ausgangs-Port 21 in den Monoblock 10 eingesetzt wird, wie in 1(b) dargestellt, zum und vom Monoblock 10 gekoppelt. Die Sonde kann Teil einer externen Koaxialleitung sein, oder sie kann an eine andere externe Schaltung angeschlossen sein. Die Kopplung zwischen den Modi wird über die Eckeneinschnitte 30, 33 erzielt. Ein Einschnitt ist entlang der Y-Achse 30 und einer ist entlang der Z-Achse 33 ausgerichtet. Mit den beiden Eckeneinschnitten werden die Modi 1 und 2 sowie die Modi 2 und 3 gekoppelt. Zusätzlich zu den in 1 dargestellten Eckeneinschnitten kann über einen dritten Eckeneinschnitt entlang der X-Achse eine Kreuzkopplung der Modi 1 und 3 durchgeführt werden. 2 ist eine Volumen- und eine Drahtmodellansicht von zwei miteinander verbundenen Dreifachmodus-Monoblocks 10, 12, die einen sechspoligen Filter 15 bilden (jeder Dreifachmodus-Monoblock-Resonator hat 3 Pole). Eine Verbindungsöffnung oder ein Wellenleiter 40 verbindet Fenster in allen diesen Blocks miteinander. Die Öffnung kann mit Luft oder mit einem dielektrischen Material gefüllt sein. Die Ein-/Ausgangs-Ports 21, 23 an diesem Filter sind als mit den Sonden 20, 22 (siehe 1) in den jeweiligen Blocks 10, 12 verbundene Koaxialleitungen dargestellt.
Die Eckeneinschnitte 30, 33 werden zum Koppeln eines in einer Richtung ausgerichteten Modus mit einem in einer zweiten dazu rechtwinkligen Richtung ausgerichteten Modus verwendet. Jede Kopplung stellt einen Pol in der Reaktion des Filters dar. Der oben beschriebene Dreifachmodus-Monoblock stellt daher das Äquivalent zu drei Polen oder drei elektrischen Resonatoren dar.
3 zeigt einen dritten Eckeneinschnitt 36 (in diesem Beispiel unten), der eine Kreuzkopplung zwischen den Modi 1 und 3 im Monoblock ermöglicht. In Teil 3(a) ist ein massiver Block und in 3(b) ein Drahtmodell dargestellt. Durch die entsprechende Auswahl der bestimmten Blockkante für diesen Eckeneinschnitt ist eine positive oder negative Kreuzkopplung möglich.
Abstimmung
Abstimmung: Wie die meisten hochpräzisen Funkfrequenzfilter ist der hier beschriebene Filter für die Optimierung der Filterreaktion abgestimmt. Mechanische Toleranzen und Unsicherheiten bei der Dielektrizitätskonstante machen diese Abstimmung erforderlich. Die Möglichkeit zum Abstimmen bzw. Einstellen der Resonanzfrequenzen des Dreifachmodus-Monoblock-Resonators 10 verbessert die Möglichkeit zur Fertigung einer Filteranordnung, die Dreifachmodus-Monoblocks 10 als Resonanzelemente nutzt. Idealerweise sollte es möglich sein, jeden der drei Resonanzmodi im Monoblock unabhängig von den anderen Modi abzustimmen. Darüber hinaus sollte es möglich sein, die Resonanzfrequenz eines Modus höher oder niedriger einzustellen.
Es werden vier Verfahren zur Abstimmung beschrieben. Die erste Abstimmungsmethode ist das mechanische Schleifen von Bereichen der drei rechtwinkligen Flächen des Monoblocks 10 zur Änderung der Resonanzfrequenzen der drei Modi in jedem Block. Durch das Schleifen der Bereiche wird dielektrisches Keramikmaterial abgetragen, wodurch sich die Resonanzfrequenzen der Resonanzmodi ändern.
Dieses Verfahren ist mechanisch einfach, wird jedoch dadurch kompliziert, dass das Schleifen einer Fläche des Monoblocks 10 die Resonanzfrequenzen aller drei Modi beeinflusst. Für die Produktionsumgebung ist eine computergestützte Analyse erforderlich, wodurch die Auswirkung des Abschleifens einer bestimmten Materialmenge von einer bestimmten Fläche bekannt ist und kontrolliert wird.
Ein weiteres Verfahren der Frequenzabstimmung ist das Einschneiden eines Schlitzes 50, 52 in eine Fläche 60 des Resonators 10 (siehe 4). Durch ein einfaches Einschneiden geeigneter Schlitze 50, 52 in die leitende Schicht kann ein bestimmter Modus auf eine niedrigere Frequenz abgestimmt werden. Je länger der Schlitz 50, 52, desto größer ist der Betrag, um den die Frequenz verringert wird. Der Vorteil hinter diesem Abstimmungsverfahren liegt darin, dass die Resonanzfrequenz der beiden anderen Modi dadurch nicht beeinträchtigt wird. Durch Einschneiden eines Schlitzes 50, 52 entlang der X-Richtung in einer der X-Z-Flächen (bzw. Ebenen) 60 des Monoblocks 10 wird beispielsweise die Resonanzfrequenz des Modus 1 verringert, wie in 5 dargestellt. In diesem konkreten Beispiel besteht der Monoblock 10 aus einem Keramikblock mit einer Dielektrizitätskonstante von 21,65, einer x-Abmessung von 0,942 Zoll (2,393 cm), einer Y-Abmessung von 0,916 Zoll (2,326 cm) und einer Z-Abmessung von 0,935 Zoll (2,374 cm). Die Schlitzbreite beträgt 0,020 Zoll (0,050 cm), und die Resonanzfrequenz variiert mit der Länge des Schlitzes, wie in 5 dargestellt. Beachten Sie, dass beim Ändern der Frequenz von Modus 1 die Frequenzen von Modus 2 und 3 relativ unverändert bleiben.
In ähnlicher Weise zeigt 6, dass sich für einen Schlitz 50, 52 in der X-Y-Fläche (bzw. Ebene) 60, der entlang der X-Richtung geschnitten wird, die Frequenz von Modus 2 mit der Länge des Schlitzes verringert, während die Frequenzen von Modus 1 und 3 relativ unverändert bleiben.
7 zeigt, dass für einen Schlitz 50, 52 in der X-Y-Fläche (bzw. Ebene) 60, der jedoch entlang der Y-Richtung geschnitten wurde, die Frequenz des Modus 3 niedriger abgestimmt wird. Im Vergleich dieser Daten mit den in 6 gezeigten Daten ist ersichtlich, dass die Richtung des Schlitzes und die Ausrichtung der Fläche bestimmen, welcher Modus abgestimmt wird. Tabelle 1 zeigt, welcher Modus für ein bestimmtes Set von Bedingungen abgestimmt wird.
Tabelle 1. Auswahl der Resonanzmodus-Abstimmung als Funktion der Schlitzrichtung und der Blockfläche.
Ein drittes Verfahren zur Abstimmung des Monoblocks 10 ist die Abstimmung der Resonanzfrequenz eines bestimmten Modus auf eine höhere Frequenz durch Entfernen kleiner kreisförmiger Bereiche 70 der leitenden Oberfläche von einer bestimmten Fläche (bzw. Ebene) des Monoblocks 10 (siehe 8a und b). 9 zeigt die Änderung der Frequenz für Modus 1, wenn aufeinander folgende Kreise 70 (Durchmesser 0,040 Zoll = 0,101 cm) in der Nähe der Flächenmitte der X-Y-Fläche (bzw. Ebene) 60 des Monoblocks 10 ausgeschnitten werden. In ähnlicher Weise kann der Modus 2 auf eine höhere Frequenz abgestimmt werden durch Entfernen kleiner Kreise 70 aus Metall von der X-Z-Fläche (bzw. Ebene) 60, und der Modus 3 kann auf eine höhere Frequenz abgestimmt werden durch Anwenden des gleichen Prozesses auf die Y-Z-Fläche (bzw. Ebene) 60. Es ist zu beachten, dass in 9 Modus 2 und 3 beim Anstieg der Frequenz von Modus 1 relativ unverändert bleiben. Die Tiefe des Lochs bestimmt die Frequenz. Auch hierbei wird durch dieses Verfahren nur die Frequenz eines der gekoppelten Modi beeinflusst. Die Resonanzfrequenz der beiden anderen Modi wird nicht beeinflusst. Das Metall kann über verschiedene Arten entfernt werden wie beispielsweise Schleifen, Laserschneiden, chemisches Ätzen, elektrische Entladungsbearbeitung oder andere Verfahren. 8(b) zeigt die Verwendung von drei Kreisen (oder Vertiefungen) 70 der drei rechtwinkligen Flächen 60 eines der beiden miteinander verbundenen Dreifachmodus-Monoblocks 10, 12. Sie werden zum Abstimmen der Resonanzfrequenzen der drei Modi in dem einen Block 12 verwendet. Die Abstimmung für einen einzigen Block ist in dieser Figur dargestellt. Die Abstimmung für den zweiten Block (den Block auf der linken Seite) 10 erfolgt in ähnlicher Weise.
Das vierte hier beschriebene Abstimmungsverfahren ist die Verwendung diskreter Abstimmungselemente oder Zylinder 80, 82, 84. 10(a) und 10(b) zeigen die drei über drei rechtwinklige Flächen 60 verteilten Elemente 80, 82, 84 des Monoblocks 10 zur Beeinflussung der erforderlichen Änderung der Resonanzfrequenzen. 10(a) zeigt ein alternatives Verfahren zur Abstimmung, wobei metallische oder dielektrische Abstimmeinrichtungen an den drei rechtwinkligen Flächen angebracht sind und die metallischen oder dielektrischen Elemente in den Monoblock hinein ragen, wie in 10(b) dargestellt. Die Abstimmung für einen einzigen Block ist in dieser Figur dargestellt. Die Abstimmung für den zweiten Block (den Block auf der linken Seite) erfolgt in ähnlicher Weise. Die Abstimmungselemente 80, 82, 84 können handelsübliche metallische Elemente sein. (Siehe hierzu beispielsweise die von Johanson Manufacturing erhältlichen metallischen Abstimmungselemente unter http://johansonmfg.com/mte.htm#.) Es können auch handelsübliche dielektrische Abstimmungselemente verwendet werden (siehe wiederum z. B. Johanson Manufacturing).
Der Schwerpunkt der obigen Beschreibung liegt auf der Verwendung eines Dreifachmodus-Monoblocks 10 in einem Filter. Es sollte klar sein, dass diese Beschreibung auch die Verwendung des Dreifachmodus-Monoblockfilters als Teil des Multiplexers einschließt, wobei zwei oder mehr Filter an einem gemeinsamen Port angeschlossen werden. Aus den Dreifachmodus-Monoblocks können ein oder mehrere Filter gebildet werden.
Ein/Ausgang
Eingang/Ausgang: Ein geeignetes Verfahren zur Übertragung eines Mikrowellensignals als Eingang (Input) oder Ausgang (Output) des Dreifachmodus-Monoblockfilters ist die Verwendung von Sonden. Die Eingangssonde erregt eine RF-Welle, die eine Vielzahl von Modi umfasst. Die Eckeneinschnitte koppeln anschließend verschiedene Modi. K. Sano und M. Miyashita, „Application of the Planar I/O Terminal to Dual-Mode Dielectric-Waveguide Filter" (Anwendung des planaren E/A-Terminals bei dielektrischen Wellenleiterfiltern im Dual-Modus), IEEE Trans. Microwave Theory Tech., S. 2491-2495, Dezember 2000, beschreibt einen Monoblock im Dual-Modus mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluss, der als Patch-Antenne zur Funkübertragung von Leistung in und aus dem Monoblock funktioniert.
Das hierin beschriebene Verfahren dient dem Bilden einer Vertiefung 90 im Monoblock (hier wurde insbesondere ein zylindrisches Loch verwendet) und dem Plattieren der Innenseite dieses Lochs 90 mit einem Leiter (typischerweise, aber nicht notwendigerweise Silber) und dem anschließenden Verbinden dieser metallischen Oberfläche mit einer im Verhältnis zum Filter/Monoblock externen Schaltung, wie in 11 dargestellt. Die Verbindung zwischen der metallischen Plattierung und der externen Schaltung kann eine von verschiedenen Formen annehmen, wie in 11 dargestellt, bei der die Innenseite oder der Innendurchmesser eines Lochs oder einer Vertiefung mit Metall plattiert ist (11(a)). Als Nächstes wird eine elektrische Verbindung 100 vom Metall in dem Loch/der Vertiefung 90 an einer externen Schaltung befestigt, wobei diese Verbindung ein reproduzierbares Verfahren zur Übertragung eines Signals in den oder aus dem Dreifachmodus-Monoblock 10 bildet. In 11(b) ist ein Draht an die Plattierung angelötet zur Bildung der elektrischen Verbindung 100, in 11(c) wird ein Eindrückanschluss 100 verwendet, und in 11(d) ist die Vertiefung mit einem Metall einschließlich des Drahts 100 gefüllt.
Da die Sonde 100 in den Monoblock 10 integriert ist, wird das Spiel zwischen der Sonde und dem Block verringert. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, bei dem eine externe Sonde 100 in das Loch 90 im Block 100 eingesetzt wurde. Wegen der Zwischenräume zwischen der Sonde 100 und dem Loch 90 traten Probleme bei der Leistungsübertragung auf.
Integrierte Filteranordnung mit einem Vorauswahl- oder Maskenfilter, einem Dreifachmodus-Monoblock-Resonator und einem Tiefpassfilter
Es wurden verschiedene Merkmale/Techniken entwickelt, um den Dreifachmodus-Monoblockfilter zu einer praktischen Einrichtung zu machen. Diese Merkmale und Techniken sind nachfolgend beschrieben und bilden die Patentansprüche zu dieser Beschreibung.
Filteranordnung: Die neue und nicht offensichtliche Filteranordnung 110, die die drei Teile Monoblock-Resonator 10, Vorauswahlmaske (oder Maske) 120 und Tiefpassfilter 130 umfasst, kann eine von mehreren Ausführungsformen annehmen. In einer Ausführungsform sind die drei Filterelemente wie in 12a dargestellt kombiniert, mit Verbindungen über Koaxialanschlüsse 140 an die gemeinsame Leiterplatte. In dieser Ausführungsform ist der Tiefpassfilter 130 direkt auf die gemeinsame Leiterplatte geätzt, wie in 12b gezeigt. Der Tiefpassfilter 130 wird als Mikrostreifen auf der gleichen Leiterplatte gefertigt, die den Monoblockfilter 10, 12 und den Maskenfilter 120 trägt. Der in 12 dargestellte Tiefpassfilter 130 umfasst drei Blindleitungen und ihre Anschlussabschnitte. Das Konzept des Tiefpassfilters 130 kann sich je nach den Anforderungen der jeweiligen Spezifikation ändern.
In einer zweiten Ausführungsform ist die Leiterplatte, die die Filteranordnung 110 trägt, ein integraler Bestandteil der Leiterplatte, die durch andere Teile des Sende- und/oder Empfangssystems gebildet wird, wie beispielsweise Antenne, Verstärker oder Analog/Digitalwandler. Als Beispiel zeigt 13 die Filteranordnung 110 auf der gleichen Leiterplatte als Mikrostreifen-Patch-Antennenanordnung 150 mit 4 Elementen. Die Monoblockfilter 10, 12 und Kammfilter (oder Vormaskenfilter) 120 sind auf der gleichen Leiterplatte montiert, die die Antennenanordnung 150 mit 4 Elementen trägt. Der Monoblock 10 und die Maskenfilter 120 befinden sich auf einer Seite der Leiterplatte. Der Tiefpassfilter 130 und die Antenne 150 befinden sich auf der entgegengesetzten Seite. Bei Bedarf kann ein Gehäuse enthalten sein.
In einer dritten Ausführungsform ist die Filteranordnung 110 in einem Kasten enthalten, und die Anschlüsse sind als Koaxialanschlüsse angebracht oder als Kontaktfläche, die im Rahmen einer Standard-Lötoperation an eine andere Leiterplatte angelötet werden können. 14 zeigt zwei Beispiele von Paketen mit Kontaktflächen 160. Das Filterpaket kann bei Bedarf Kühlrippen umfassen. Ein Paket des in 14 gezeigten Typs kann nur den Monoblock 10, 12 umfassen, wie gezeigt, oder es kann eine Filteranordnung 110 des in 13 gezeigten Typs umfassen. 14(a) zeigt den Monoblockfilter 10, 12 in einem Kasten, wobei die internen Merkmale in 14(b) hervorgehoben sind. Die Kontaktflächen 160 unten am Kasten in 14(a) werden an eine Leiterplatte angelötet. 14(c) zeigt ein ähnliches Paket für einen Duplexer aus zwei Filtern mit einem gemeinsamen Port und daher drei Anschluss-Kontaktflächen 160. Ein Paket des hier gezeigten Typs kann nur den Monoblock 10, 12 enthalten, oder es kann eine Filteranordnung 110 enthalten.
Vorauswahl- oder Maskenfilter: Bei allen Resonanzeinrichtungen wie beispielsweise Filtern gibt es das Problem der Störmodi oder unerwünschter Resonanzen. Dieses Problem ist bei Multimodus-Resonatoren wie dem Dreifachmodus-Monoblock 10, 12 besonders deutlich. Bei einem Dreifachmodus-Monoblock 10, 12, der für ein Passband mit einem Mittelwert von 1,95 Ghz konzipiert wurde, tritt die erste Resonanz in der Nähe von 2,4 GHz auf. Um das Problem abzumildern, wird die Verwendung eines mit dem Monoblock 10, 12 gepackten Maskenfilters 120 mit einer relativ hohen Bandbreite beschrieben. Der Vormaskenfilter 120 arbeitet als Breitband-Passfilter, der die Passband-Reaktion des Dreifachmodus-Monoblocks 10, 12 umspannt. Sein Passband ist breiter als das des Dreifachmodus-Monoblock-Resonators 10, 12. Er hat daher keine Auswirkung auf Signale innerhalb des Passbands des Dreifachmodus-Monoblock-Resonators 10, 12. Dagegen bietet er jedoch eine zusätzliche Sperre im Stoppband. Er sperrt daher die ersten Störmodi im Anschluss an das Passband des Dreifachmodus-Monoblock-Resonators 10, 12. Siehe 15.
In Beispiel 1 wurde eine Filteranordnung für 3G-Anwendungen konzipiert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Anordnung als Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) Basisstation verwendet. Sie hatte eine Ausgangsfrequenz von ca. f₀ = 2,00 GHz und eine Sperr-Spezifikation von bis zu 12,00 GHz. Die Empfangs-Bandbreite reicht von 1920 bis 1980 MHz. Die Sende-Bandbreite reicht von 2110 bis 2170 MHz. Im Stoppband für den Sendemodus muss die Dämpfung 90 dB zwischen 2110 und 2170 MHz betragen, 55 dB zwischen 2170 MHz und 5 GHz sowie 30 dB zwischen 5 GHz und 12,00 GHz. Ein Vorauswahl- oder Maskenfilter 120 wurde ausgewählt mit einem Passband von 1800 MHz bis 2050 MHz und einer 60-dB-Kerbe bei 2110 MHz. Zwischen 2110 MHz und 5 GHz bietet er eine Dämpfung von 30 dB.
In Beispiel 1 hat der Maskenfilter 120 eine Bandbreite von 250 MHz und basiert auf einer 4-poligen Kamm-Konzeption mit einer Kreuzkopplung, die das Erzielen der gewünschten Out-of-Band Sperre unterstützt. Ein Foto des Maskenfilters 120 findet sich in 16. 16(a) zeigt ein 4-poliges Kammfilter-Paket. 16(b) zeigt die interne Konzeption der 4 Pole und der Kreuzkopplung. Die in 16(b) gezeigten SMA-Anschlüsse werden durch Direktanschlüsse an die Leiterplatte für das Gesamtfilterpaket ersetzt.
Tiefpassfilter: Bei der Spezifikation von Stationsfiltern auf Zellenbasis ist immer ein gewisses Grad an Signalsperren erforderlich bei Frequenzen, die um ein Mehrfaches größer sind als das Passband. Ein Filter mit einem Passband bei 1900 MHz kann beispielsweise eine Sperr-Spezifikation von 12.000 MHz aufweisen. Für Standard-Kammfilter bietet ein Koaxial-Tiefpassfilter eine Sperre an Frequenzen, die erheblich über dem Passband liegen. Für das hier beschriebene Filterpaket wird der Tiefpassfilter 130 als Mikrostreifen oder Streifenleitung gefertigt und in die Leiterplatte integriert (oder darauf geätzt), die bereits den Monoblock 10, 12 und den Maskenfilter 120 trägt und damit verbunden ist. Die genaue Konzeption des Tiefpassfilters 130 hängt von den spezifischen zu erfüllenden Elektrik-Anforderungen ab. Eine mögliche Konfiguration ist in 12 dargestellt.
Auch wenn die Erfindung in dieser Patentanmeldung anhand von Referenzen auf die Details der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, sollte klar sein, dass die Beschreibung als Erläuterung zu verstehen ist und nicht als Einschränkung, und es wird deutlich sein, dass im Rahmen der beigelegten Patentansprüche für den Fachmann viele Varianten möglich sind.
5

F0 FÜR DREI MODI
SCHNITTLÄNGE IN XZ-EBENE ENTLANG X-RICHTUNG MIT SCHNITTBREITE = 20 μ
MODUS 1 (MHz)
MODUS 2 (MHz)
MODUS 3 (MHz)

6

F0 FÜR DREI MODI
SCHNITTLÄNGE IN XY-EBENE ENTLANG X-RICHTUNG MIT SCHNITTBREITE = 20 μ
MODUS 1 (MHz)
MODUS 2 (MHz)
MODUS 3 (MHz)

7

F0 FÜR DREI MODI
SCHNITTLÄNGE IN XY-EBENE ENTLANG Y-RICHTUNG MIT SCHNITTBREITE = 20 μ
MODUS 1 (MHz)
MODUS 2 (MHz)
MODUS 3 (MHz)

9

F0 FÜR DREI MODI
ANZAHL KREISAUSSCHNITTE in XY-EBENE MIT SCHNITTDURCHMESSER = 40 μ
MODUS 1 (MHz)
MODUS 2 (MHz)
MODUS 3 (MHz)

15

DREIFACHMODUS-PASSBAND
VORAUSWAHL- ODER MASKENFILTER
UNERWÜNSCHTE STÖRFREQUENZEN

Claims

Verfahren zum Abstimmen eines Dreifachmodus-Monoblock-Resonatorfilters, der drei Resonanzmodi innerhalb eines einzelnen dielektrischen Blocks (10) umfasst, wobei eine Oberfläche (60) dieses Blocks mit einer leitenden Schicht versehen ist und jeder dieser Resonanzmodi eine entsprechende Resonanzfrequenz aufweist, bei der eine Resonanzfrequenz eines bestimmten Resonanzmodus des Block-Resonatorfilters durch das Einschneiden eines Schlitzes (50, 52) in diese leitende Schicht abgestimmt wird, insbesondere ohne gleichzeitige Abstimmung einer Resonanzfrequenz eines anderen Resonanzmodus des Block-Resonatorfilters.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Auswahl einer Oberfläche (60) dieses dielektrischen Blocks (10) zum Einschneiden dieses Schlitzes (50, 52) in Abhängigkeit von dem Resonanzmodus, für den eine Resonanzfrequenz abgestimmt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Auswahl einer Länge dieses Schlitzes (50, 52) abhängig davon, wie stark die jeweilige Resonanzfrequenz abgestimmt werden soll.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Auswahl einer Einschneidrichtung für diesen Schlitz (50, 52) in diese leitende Schicht in Abhängigkeit von dem Resonanzmodus, für den eine Resonanzfrequenz abgestimmt werden soll.
Verfahren zum Abstimmen eines Dreifachmodus-Monoblock-Resonatorfilters, der drei Resonanzmodi innerhalb eines einzelnen dielektrischen Blocks (10) umfasst, wobei eine Oberfläche (60) dieses Blocks mit einer leitenden Schicht versehen ist und jeder dieser Resonanzmodi eine entsprechende Resonanzfrequenz aufweist, bei der eine Resonanzfrequenz eines bestimmten Resonanzmodus des Block-Resonatorfilters durch Entfernen kleiner kreisförmiger Bereiche (70) aus der leitenden Schicht abgestimmt wird, vorzugsweise durch Schleifen und/oder Laserschneiden und/oder chemisches Ätzen und/oder elektrische Entladungsbearbeitung, insbesondere ohne gleichzeitige Abstimmung einer Resonanzfrequenz eines anderen Resonanzmodus des Block-Resonatorfilters.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Auswahl einer Oberfläche (60) dieses dielektrischen Blocks (10) zum Entfernen kleiner kreisförmiger Bereiche (70) in Abhängigkeit von dem Resonanzmodus, für den eine Resonanzfrequenz abgestimmt werden soll.