JP4388778B2 - 誘電体モノブロックトリプルモードマイクロ波遅延フィルタ - Google Patents

Description

本出願は、参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願第０９／９８７，３５３号の一部継続出願である。

本発明はフィルタアセンブリに関する。より詳細には、本発明は、マイクロ波平坦遅延フィルタを含む、比較可能な金属くし型共振器よりも小型で、高コストでないトリプルモードモノブロック共振器を開示する。

通信システムで信号を生成する時、くし型フィルタを使用して、望ましくない信号を拒絶する。現行のくし型フィルタ構造は、金属ハウジング内に分散した一連の金属共振器からなる。各共振器について必要とされる容積のために、金属ハウジングは、動作周波数および最大挿入損失によって決まる大きさ、たとえば、通常、３〜１０立方インチ（４９．２〜１６３．９ｃｍ^３）／共振器を現行の技術を超えて減らすことはできない。さらに、金属ハウジングは、全フィルタアセンブリの費用のうち大きな割合を示す。したがって、現行の金属フィルタは大き過ぎて高コスト過ぎる。

さらに、パーソナル通信システムは、基地局に適用するための非常に線形性の高いマイクロ波電力増幅器を必要とする。フィードフォワード法は、相互変調歪み（ＩＭＤ）のレベルを下げるための電力増幅器デザインにおいて一般に使用される。フィードフォワード電力増幅器デザインに共通の一構成要素は、電力増幅器（ＰＡ）の誤差信号を消去するための大電力フィードフォワード一次ループにおける遅延である。電気的遅延は、通常、同軸型の伝送線または金属共振器フィルタによって達成される。フィルタに基づく遅延線は、最適化された群遅延を有する特別にデザインされた広帯域フィルタであると考えることができる。

米国特許出願第０９／９８７，３５３号 ジェー・シー・シサレス（Ｊ．Ｃ．Ｓｅｔｈａｒｅｓ）、エス・ジェー・ノイマン（Ｓ．Ｊ．Ｎａｕｍａｎｎ）「マイクロ波誘電体共振器の設計（Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．、ｐｐ．２−７、１９９６年１月 ジー・ラストリア（Ｇ．Ｌａｓｔｏｒｉａ）、ジー・ジェリニ（Ｇ．Ｇｅｒｉｎｉ）、エム・グリエルミ（Ｍ．Ｇｕｇｌｉｅｌｍｉ）、エフ・エマ（Ｆ．Ｅｍｍａ）「トリプルモード空胴矩形導波路のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ ｏｆ Ｔｒｉｐｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｃａｖｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．、ｐｐ．３３９−３４１、１９９８年１０月 ケイ・サノ（Ｋ．Ｓａｎｏ）、エム・ミヤシタ（Ｍ．Ｍｉｙａｓｈｉｔａ）、「平面Ｉ／Ｏターミナルのデュアルモード絶縁体導波路フィルタへの応用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｌａｎａｒ Ｉ／Ｏ Ｔｅｒｍｉｎａｌ ｔｏ Ｄｕａｌ−Ｍｏｄｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．、ｐｐ．２４９１−２４９５、２０００年１２月

しかし、関連技術は種々の問題および欠点を有している。制限としてではなく例として、新世代の通信システム用の遅延線／フィルタに対して必要とされる容積のために、同軸線および金属ハウジングフィルタは、最大挿入損失によって制限される大きさを更に減らすことはできない。

好ましい実施形態において、本発明は、広い周波数範囲にわたって非常に平坦な群遅延を提供する方法および装置である。

他の好ましい実施形態において、本発明は、ブロック共振器フィルタを備えるフィルタアセンブリを、前記ブロック共振器フィルタの面から導電性表面の小さな円形領域を除去することによって同調させる方法および装置である。

さらに、他の好ましい実施形態において、本発明は、ブロック共振器フィルタを備えるフィルタアセンブリを、前記ブロック共振器フィルタの複数の直交面上の領域を研削することによって同調させ、それによって、前記ブロックの共振周波数モードを変えるようにする方法および装置である。

さらに、他の好ましい実施形態において、本発明は、ブロック共振器フィルタを備えるフィルタアセンブリを、前記ブロック共振器フィルタの複数の直交面の間で少なくとも１つの同調用円筒を用いて、前記フィルタを同調させるようにすることによって同調させる方法および装置である。

望ましくない信号を減衰させるために現在使用されている、金属くし型構造を有して実現されている今日のフィルタアセンブリを超えて、フィルタアセンブリの大きさおよびコストを低減することが望まれている。本発明は、アセンブリ全体が望ましくない信号を広い周波数範囲にわたって減衰させるように、トリプルモード共振器を、マスクフィルタおよびローパスフィルタを含むアセンブリに組み込む。アセンブリは、必要な容積を最小にし、回路基板への容易な搭載をもたらすように一体化される。

トリプルモードモノブロック空洞
トリプルモードモノブロック空洞を採用するフィルタは、許容可能な電気的性能を維持しながら、フィルタパッケージの全容積を大幅に減らし、かつコストを大幅に下げる機会をもたらす。大きさの低減には２つの源がある。第１に、トリプルモードモノブロック共振器は１つのブロックに３つの共振器を有する。（それぞれの共振器はフィルタ応答に対して１つの極を提供する。）このことは、ブロック当たり１つの共振器を開示する現在使用されているフィルタに比べて、大きさを３分の１へ低減することを許容する。第２に、共振器は、標準的なくし型構成と同様の空気充填共振器ではなく、ここでは誘電体充填ブロックである。好ましい実施形態において、共振器は、導電金属層、通常、銀でコーティングしたセラミックの中実のブロックである。高誘電率材料によって、共振器は、およそ誘電率の平方根だけ大きさが縮小するが、同じ動作周波数を維持することが可能である。好ましい実施形態において、使用されるセラミックは、３５と３６の間の誘電率と２，０００のＱを有する。別の実施形態において、誘電率は４４で、１，５００のＱを有する。Ｑは低いが、共振器は、高い誘電率のためにより小さい。別の好ましい実施形態において、誘電率は２１で、３，０００のＱを有する。

さらに、モノブロック空洞は内蔵型共振器であるため、金属ハウジングを必要としない。金属ハウジングをなくすことによるコスト低下は、空気充填共振器とは対照的な誘電体充填共振器を用いることによって追加されるコストより大きい。

モノブロックの概念は新しくはない。しかし、これは、初めてのトリプルモードモノブロック共振器である。さらに、低損失の高誘電率材料で充填した、めっきしたモノブロックトリプルモード共振器を実際のフィルタおよびアセンブリへとパッケージングできることは、新規かつ非自明である。

トリプルモードモノブロック共振器１０用の基礎デザインは、図１に示されており、基本的なトリプルモードモノブロック形状の２つの図１ａおよび１ｂが示されている。形状はほぼ立方体ブロックである。励起される３つのモードは、ＴＥ１１０、ＴＥ１０１、およびＴＥ０１１モードである。参照により本明細書に組み込まれている、Ｊ．Ｃ．ＳｅｔｈａｒｅｓおよびＳ．Ｊ．Ｎａｕｍａｎｎによる「Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．、ｐｐ．２−７、Ｊａｎ．１９６６を参照されたい。３つのモードは互いに直交している。この設計は、参照により本明細書に組み込まれている、Ｇ．Ｌａｓｔｏｒｉａ、Ｇ．Ｇｅｒｉｎｉ、Ｍ．ＧｕｇｌｉｅｌｍｉおよびＦ．Ｅｍｍａによる「ＣＡＤ ｏｆ Ｔｒｉｐｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｃａｖｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ」 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．、ｐｐ．３３９−３４１、Ｏｃｔ．１９９８に記載されている矩形（中空）導波路用のトリプルモードデザインに対する改良である。

トリプルモードモノブロック共振器の３つの共振モードは、通常、ＴＥ０１１、ＴＥ１０１、およびＴＥ１１０として示される（または、ＴＥ１１□、ＴＥ１□１、およびＴＥ１１□として示される場合もある）。ここで、ＴＥは横電界モードを示し、３つの連続した指標（下付き数字で書かれることが多い）はｘ、ｙ、およびｚ方向に沿う半波長数を示す。たとえば、ＴＥ１０１は、共振モードが、ｘおよびｚ方向に沿って１８０°（２分の１波長）だけ位相が変わる電界を有するであろうが、ｙ方向に沿っては変化がないことを示す。この議論に関して、モード１としてＴＥ１１０、モード２としてＴＥ１０１、およびモード３としてＴＥ０１１が参照される。

隅部カット部
入力および出力電力は、図１ｂで見られる、モノブロック１０の入力／出力ポート２１内に挿入されたプローブ２０によって、モノブロック１０に入力し、モノブロクから出力される。プローブは外部同軸線の一部であってよく、または、何らかの他の外部回路に接続されていてもよい。モード間の結合は、隅部カット部３０、３３によって行われる。１つはＹ軸３０に沿う方向に向いており、１つはＺ軸３３に沿う方向に向いている。２つの隅部カット部を使用して、モード１と２およびモード２と３を結合するために使用される。図１に示す隅部カット部に加えて、Ｘ軸に沿ってカットされた第３隅部を使用して、モード１と３を相互結合させることができる。

図２は、６極フィルタ１５を形成するように接続されたトリプルモードモノブロック１０、１２の２つ（各トリプルモードモノブロック共振器はそれぞれ３極を有する）を示す、中実図およびワイヤフレーム図である。接続開口すなわち導波路４０は、ブロックのそれぞれの窓をリンクする。この開口は空気または誘電体材料である。このフィルタの入力／出力ポート２１、２３は、各ブロック１０、１２のプローブ２０、２２（図１参照）に接続された同軸線として示されている。

隅部カット部３０、３３を使用して、１つの方向に向いたモードを、互いに直交する第２の方向に向いたモードに結合させるようにする。それぞれの結合はフィルタ応答の１つの極を表す。したがって、上述したトリプルモードモノブロックは、３極すなわち３つの電気的な共振器と等価なものを表す。

図３は、モノブロックにおいてモード１と３との相互結合を提供する第３隅部カット部３６（この例では底面）を示す。中実ブロックは３ａに部分的に示され、ワイヤフレーム図は３ｂに示されている。この隅部カット部について、特定のブロック縁部を適当に選択することによって、正か負のいずれかの相互結合が可能である。

同調
同調：他のほとんどの高精度の無線周波数フィルタと同様に、本明細書で開示されるフィルタは、フィルタ応答を最適化するように同調される。機械的公差および誘電率の不正確さによって同調が必要になる。トリプルモードモノブロック共振器１０の共振周波数を同調させる、すなわち調整することができるため、共振素子としてトリプルモードモノブロックを採用するフィルタアセンブリを製造し易くなる。理想的には、モノブロックの３つの共振モードのそれぞれを、互いに独立に同調させることができなければならない。さらに、周波数が高かろうが低かろうが、あるモードの共振周波数に同調させることができなければならない。

新規で非自明な４つの同調方法が開示される。第１の同調方法は、モノブロック１０の３つの直交面上の領域を機械的に研削して、各ブロックの３つのモードの共振周波数を変えることである。領域を研削することによって、セラミック誘電体材料が除去され、それによって、共振モードの共振周波数を変える。

この方法は機械的には単純であるが、モノブロック１０の１つの面の研削が３つのモード全ての共振周波数に影響を与える点で複雑である。生産環境に向けては、コンピュータ支援解析が必要となり、それによって、所与の面から離れた所与の量の材料を研削することの影響が把握され、制御される。

周波数を同調させる別の方法は、共振器１０（図４参照）の面６０内にスロット５０、５２をカットすることである。導電層に適切なスロット５０、５２を単にカットすることによって、任意の特定のモードをより低い周波数に同調することができる。スロット５０、５２が長ければ長い程、周波数が下がる量が大きくなる。モノブロック１０の特定の面（または平面）からのこの導電表面を使用すること（図８ａおよび８ｂ参照）の裏には利点がある。図９は、モノブロック１０のＸ−Ｙ面（または平面）６０から離れたところで、面の中心の近くに連続した円７０（直径＝０．０４０インチ（０．１０２ｃｍ））をカットしたときの、モード１についての周波数変化を示す。同様な方法で、Ｘ−Ｚ面（または平面）６０から金属の小さな円７０を除去することによって、モード２をより高い周波数に同調させることができ、Ｙ−Ｚ面（または平面）６０に同じプロセスを適用することによって、モード３をより高い周波数に同調させることができる。図９において、モード２および３は比較的変化がないが、モード１の周波数は増加していることに留意されたい。穴の深さが周波数に影響する。この場合も、この方法を用いることで、結合モードの１つの周波数のみが影響を受ける。他の２つのモードの共振周波数は影響を受けない。研削、レーザ加工、化学エッチング、放電加工を含むいくつかの手段、または他の手段によって、金属を除去することができる。図８ｂは、互いに接続された２つのトリプルモードモノブロック１０、１２のうちの１つの３つの直交面６０の３つの円（またはへこみ）７０の使用を示す。

これら円を使用して、１つのブロック１２の３つのモードの共振周波数を調整する。この図では１つのブロックのみについての同調を示す。第２ブロック（左の１つ）１０についての同調は同じである。

本明細書で開示される第４の同調方法は、個別の同調素子または円筒８０、８２、８４を使用することである。図１０ａおよび１０ｂは、共振周波数の必要な変化に影響を与えるために、モノブロック１０の３つの直交面６０の間に分布した３つの素子８０、８２、８４を示す。図１０ａは、代替の同調方法を示しており、図１０ｂに示すように、金属または誘電体同調器が３つの直交側面に取り付けられ、金属または誘電体素子はモノブロック１０内に突き出ている。この図では１つのブロックのみについての同調を示す。第２ブロック（左のブロック）についての同調は同様である。同調素子８０、８２、８４は、市販業者から入手可能な金属素子であってよい。（たとえば、Ｊｏｈａｎｓｏｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｏｈａｎｓｏｎｍｆｇ．ｃｏｍ／ｍｔｅ．ｈｔｍ＃から入手できる金属同調素子を参照されたい。）市販業者から入手可能な誘電体同調素子を使用しても構わない（この場合も、たとえば、Ｊｏｈａｎｓｏｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇを参照されたい）。

上記説明は、主に、フィルタにトリプルモードモノブロック１０を使用することに重点が置かれている。この開示はまた、２つ以上のフィルタが共通ポートに接続されるマルチプレクサの一部としてトリプルモードモノブロックフィルタを使用することを包含することが理解されるべきである。多数のフィルタのうちの１つまたは複数がトリプルモードモノブロックから作られるであろう。

入力／出力
入力／出力：マイクロ波信号をトリプルモードモノブロックフィルタに（入力）、また、トリプルモードモノブロックフィルタから（出力）送信する適当な方法はプローブを使用することによる。入力プローブは、複数のモードを有するＲＦ波を励起する。次に、隅部カット部は異なるモードを結合させる。Ｋ．ＳａｎｏおよびＭ．Ｍｉｙａｓｈｉｔａによる「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｌａｎａｒ Ｉ／Ｏ Ｔｅｒｍｉｎａｌ ｔｏ Ｄｕａｌ−Ｍｏｄｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．、ｐｐ．２４９１−２４９５、Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０００（これによって参照として組み込まれている）は、モノブロックに、および、モノブロックから電力を放射するパッチアンテナとして機能する入出力端子を有するデュアルモードモノブロックを開示する。

本発明において開示される方法は、図１１に示すように、モノブロックにへこみ９０（特に、本明細書では円筒穴を使用した）を形成し、導電体（通常、必ずそうというわけではないが、銀）でその穴の内部９０をめっきし、次に、金属表面をフィルタ／モノブロックの外部の回路に接続することである。図１１に示すように、金属めっきから外部回路までの接続形態はいくつかの形態のうちの１つをとることができる。ここでは、穴またはへこみの内部または内径が金属でめっきされる（図１１ａ）。次に、穴／へこみ９０の金属から外部回路へ、電気接続部１００が固定され、こうして、トリプルモードモノブロック１０に、または、トリプルモードモノブロック１０から信号を送信する再現性のある方法が形成される。図１１ｂでは、ワイヤがめっきにはんだ付けされて、電気接続部１００が形成され、図１１ｃでは、プレスインコネクタ１００が使用され、図１１ｄでは、ワイヤ１００を含むへこみが金属で充填される。

プローブ１００はモノブロック１０に一体化されるため、プローブとブロックの間の遊びが減る。これは、外部プローブ１００がブロック１００内の穴９０に挿入された従来技術に対する改善である。プローブ１００と穴９０の間に間隙があるために電力の取り扱い問題が起こった。

プリセレクトまたはマスクフィルタ、トリプルモードモノブロック共振器、およびローパスフィルタを備える一体化フィルタアセンブリ
トリプルモードモノブロックフィルタを実用的なデバイスにするために、いくつかの機構／技法が開発されてきた。これらの機構および技法は、以下で述べられ、本開示について特許請求の範囲を形成する。

フィルタアセンブリ：３つの部分、すなわち、モノブロック共振器１０、プリマスク（またはマスク）フィルタ１２０、およびローパスフィルタ１３０から構成される新規かつ非自明のフィルタアセンブリ１１０は、いくつかの実施形態のうちの１つの形態をとることができる。一実施形態において、３つのフィルタ素子は、図１２ａに示すように組み合わされ、この時、接続部は、共通回路基板に対して同軸コネクタ１４０によって設けられる。この実施形態において、ＬＰＦ１３０は、図１２ｂに示すように、まさに共通回路基板上でエッチングされる。ローパスフィルタ１３０は、モノブロックフィルタ１０、１２およびマスクフィルタ１２０を支持する同じ回路基板上にマイクロストリップで作製される。

図１２ａおよび１２ｂに示すローパスフィルタ１３０は、３つの開放端スタブおよびその接続区間から構成される。ローパスフィルタ１３０のデザインは、種々の仕様の要求に応じて変わる可能性がある。

第２の実施形態において、フィルタアセンブリ１１０を支持する回路基板は、アンテナ、増幅器またはアナログ−ディジタル変換器などの送信システムおよび／または受信システムの他の部品によって形成される回路基板の一体化された部分である。例として、図１３は、４素子マイクロストリップパッチアンテナアレイ１５０と同じ基板上のフィルタアセンブリ１１０を示す。モノブロックフィルタ１０、１２およびくし型（またはプリマスク）フィルタ１２０は、４素子アンテナアレイ１５０を支持する同じ基板に取り付けられる。モノブロック１０およびマスクフィルタ１２０は回路基板の一方の側にある。ローパスフィルタ１３０およびアンテナ１５０は反対側にある。必要であればハウジングを含む。

第３の実施形態において、フィルタアセンブリ１１０は、箱の中に収納され、コネクタは、同軸コネクタか、または標準的なはんだ付け作業で別の回路基板にはんだ付けされることができるパッドのいずれかとして設けられる。図１４はパッド１６０を有するパッケージの２つの例を示す。フィルタパッケージは、必要であれば冷却フィンを含んでもよい。図１４に示すタイプのパッケージは、図示の通り、モノブロック１０、１２のみを収容してもよく、または、図１３に示すタイプのフィルタアセンブリ１１０を収容してもよい。図１４ａは、箱内にパッケージされたモノブロックフィルタ１０、１２を示し、内部機構が図１４ｂで強調されている。図１４ａの箱の底面のパッド１６０は、回路基板にはんだ付けされるであろう。図１４ｃは、１つの共通ポート、したがって３つの接続パッド１６０を有する２つのフィルタから成るデュプレクサ用の同様なパッケージを示す。本明細書で示すタイプのパッケージは、モノブロック１０、１２のみを収容してもよいし、または、フィルタアセンブリ１１０を含んでもよい。

プリセレクトまたはマスクフィルタ：好ましくないスプリアスモードまたは好ましくない共振の問題は、フィルタなどのどんな共振デバイスにも共通である。この問題は、トリプルモードモノブロック１０、１２のようなマルチモード共振器において特に際立つ。１．９５ＧＨｚを中心とする通過帯域用にデザインされたトリプルモードモノブロック１０、１２について、第１の共振は２．４ＧＨｚ近くで起こるであろう。この問題を解消するために、モノブロックフィルタ１０、１２とともにパッケージされた、比較的広帯域幅のマスクフィルタ１２０の使用が開示される。

プリマスクフィルタ１２０は、トリプルモードモノブロック１０、１２の通過帯域応答をまたぐ（ｓｔｒａｄｄｌｅ）広帯域幅のバンドパスフィルタとして役立つ。その通過帯域は、トリプルモードモノブロック１０、１２共振器の通過帯域より広い。したがって、プリマスクフィルタは、トリプルモードモノブロック共振器１０、１２の通過帯域内にある信号に影響を与えることはない。しかし、プリマスクフィルタは、遮断帯域における付加的な拒絶を提供するであろう。したがって、プリマスクフィルタは、トリプルモードモノブロック共振器１０、１２の通過帯域に続く最初の数個のスプリアスモードを拒絶するであろう。図１５を参照されたい。

例１において、フィルタアセンブリは３Ｇ用途のためにデザインされた。好ましい実施形態において、フィルタアセンブリは、広帯域符号分割多重接続（ＷＣＤＭＡ）基地局で使用される。フィルタアセンブリは、約ｆ０＝２．００ＧＨｚの出力周波数および１２．００ＧＨｚに達するとなくなる拒絶仕様を有していた。受信帯域幅は１９２０から１９８０ＭＨｚである。送信帯域幅は２１１０から２１７０ＭＨｚである。送信モードについての遮断帯域において、減衰は、２１１０から２１７０ＭＨｚまでが９０ｄＢ、２１７０ＭＨｚから５ＧＨｚまでが５５ｄＢ、および５ＧＨｚから１２．００ＧＨｚまでが３０ｄＢである必要がある。１８００ＭＨｚから２０５０ＭＨｚまでの通過帯域および２１１０ＭＨｚでの６０ｄＢノッチを有するプリセレクトまたはマスクフィルタ１２０が選択された。２１１０ＭＨｚと５ＧＨｚの間で、プリセレクトまたはマスクフィルタは３０ｄＢの減衰を提供する。

例１において、マスクフィルタ１２０は、２５０ＭＨｚの帯域幅を有し、望ましい帯域外拒絶を達成するのに役立つ１つの相互結合を有する４極くし型デザインに基づいている。マスクフィルタ１２０の写真が図１６に示されている。図１６ａは、４極くし型フィルタパッケージを示す。図１６ｂは４極および相互結合の内部デザインを示している。図１６ｂに示すＳＭＡコネクタは、全フィルタパッケージ用の回路基板への直接接続によって置き換えられる。

ローパスフィルタ：携帯基地局フィルタの仕様は、通過帯域より数倍大きな周波数で、あるレベルの信号拒絶を要求されるのが一般的である。たとえば、通過帯域が１９００ＭＨｚであるフィルタは、１２，０００ＭＨｚの拒絶仕様を有する。標準的なくし型フィルタについて、同軸ローパスフィルタは、通過帯域をかなり上回る周波数での拒絶を可能にする。本明細書で開示されるフィルタパッケージについて、ローパスフィルタ１３０は、マイクロストリップまたはストリップラインで作製され、モノブロックフィルタ１０、１２およびマスクフィルタ１２０をすでに支持し、かつ接続されている回路基板に一体化される（または、基板上にエッチングされる）。ローパスフィルタ１３０の精密なデザインは、満たされるべき特定の電気的要件によって決まるであろう。可能性のある一構成は、図１２ａおよび１２ｂに示されている。

遅延フィルタ
非限定的で例示的な別の実施形態において、平坦な群遅延特性のためにデザインされている遅延フィルタが設けられる。制限のためではなく例として、この実施形態において、遅延フィルタは、ある特定の周波数拒絶のためにデザインされているのではない。

平坦群遅延を達成するために、所定の相互結合方式を有することが必要である。制限のためではなく例として、６極フィルタにおいて、少なくともモード１−２、２−３、３−４、４−５、および５−６が結合されるであろう。さらに、所定の相互結合を使用して、いくつかの周波数拒絶仕様を満たすのに役立つようにする。本実施形態の場合において、遅延を平坦にするのに使用する相互結合は、６極フィルタの場合、１−６および２−５である。

先の実施形態を実施するために、図１７ａおよびｂに示す形状が設けられる。図２に示す本発明の実施形態と対照的に、入力／出力プローブ２０、２２は、図２に示すように２つのブロックの同じ側にあるのではなく、アセンブリの端面に位置する。結果として、モード１−６および２−５間で正の相互結合が可能であり、一方、図２に示す実施形態において、１−６相互結合は負であり、２−５相互結合は存在しない。結果として、本発明の好ましい実施形態において、平坦群遅延が可能になる。

上で詳細に述べたように、トリプルモードモノブロック遅延フィルタは、２つのトリプルモードモノブロック空洞共振器１０、１２を含む。それぞれのトリプルモードモノブロック共振器は１つのブロックに３つの共振器を含む。使用されている３つのモードは、互いに直交するＴＥ１０１、ＴＥ０１１、およびＴＥ１１０である。６つのモード１〜６の電界方向は、フィルタの均等化された遅延応答が得られるように、図１７ａに示す方向に配列している。制限のためではなく例として、遅延フィルタは、共振器１と２、共振器２と３、共振器３と４、共振器４と５、共振器５と６、共振器１と６、共振器２と５の間で全て正の結合を必要とする。

入力／出力プローブ、たとえば２０は、それぞれの金属めっきされた誘電体ブロック、たとえば１０に接続されて、マイクロ波信号を送信する。それぞれの空洞内の共振モード間の結合は、上述した隅部カット部３０、３３、３６によって達成される。隅部カット部を使用して、一方向に向いたモードを互いに直交する第２方向に向いたモードに結合させるようにする。２つの主要な隅部カット部３０、３３が存在し、それぞれの空洞内の３つの共振器を結合させるために、１つはｘ軸に沿って向き、１つはｙ軸に沿って向いている。２つのブロック１０、１２の間の開口４０を使用して、空洞の間の６つの共振モード１〜６全てを共に結合する。開口４０は、２つのモード間での磁界による２つの誘導性結合および電界による１つの容量性結合を生成する。さらに、ｚ軸に沿った第３の隅部カット部３６を使用して、共振器間の好ましくない結合を消去するようにすることができる。トリプルモードモノブロック遅延フィルタのワイヤフレーム図は、隅部カット部３０、３３、および３６ならびに結合開口４０を有した状態で図１７ｂに示されている。

図１８ａおよびｂは、６極遅延フィルタを形成するように結合された２つのモノブロック１０、１２の中実図である。隅部カット部３０、３３、および３６を使用して、モノブロック空洞内で、一方向に向いたモードを互いに直交する第２方向に向いたモードに結合させるようにする。それぞれの結合は、フィルタ応答における１つの極を表す。したがって、上述した１つのトリプルモードモノブロックは、３つの極または３つの電気共振器の等価物を表す。図１７ｂおよび図１８は、フィルタにおいて、モード１と３、モード４と６の間の相互結合を提供する第３隅部カット部３６を示す。この隅部カット部に対して、特定のブロック縁部を適切に選択することによって、正か負のいずれかの相互結合が可能になる。第３隅部カット部３６を使用して、フィルタの遅延応答を改善するか、または、トリプルモードモノブロックフィルタ内での好ましくない寄生効果を消去するようにすることができる。

開口４０は、通常のバンドパスフィルタについて、２つの結合の代わりに、遅延フィルタについて、６つの共振モード全ての間で３つの結合を生成する機能を果たす。開口４０は、図１９に示すように、モード３と４、モード２と５の間で磁界によって２つの誘導性結合およびモード１と６の間で電界によって１つの正の容量性結合を生成する。開口高さＨを調整することは、結合Ｍ３４を最も大きく変え、開口幅Ｗを調整することは、結合Ｍ２５を最も大きく変えるであろう。同様に、開口厚さＴを調整することによって、電界によって結合する結合Ｍ１６を調整することができる。

図２０は、ＨＦＳＳ ３Ｄ電磁界シミュレータによる、２１４０ＭＨｚの中心周波数でのトリプルモードモノブロック遅延フィルタのシミュレートされた周波数応答を示す。フィルタは、広い周波数範囲にわたって、２０ｄＢを超えるリターンロスおよび非常に平坦な群遅延を有する。

本発明は、本発明の好ましい実施形態の詳細を参照することによって本特許出願において開示されてきたが、本発明の精神および添付特許請求項およびその等価物の範囲内で、変更が当業者にすぐに思い浮かぶであろうことが考えられるため、本開示が、限定的な意味ではなく、例示的な意味で意図されていると理解されるべきである。

基本的なトリプルモードモノブロック形状の図である。 プローブが挿入されている、基本的なトリプルモードモノブロック形状の図である 共に接続されて、６極フィルタを形成する２つのモノブロックの中実図とワイヤフレーム図である。 第３の隅部カット部を有するモノブロックの中実図である。 第３の隅部カット部を有するモノブロックのワイヤフレーム図である。 共振器の面内のスロットカット部を示す図である。 モード１、２、および３の共振周波数対Ｘ−Ｚ面上のＸ方向に沿ったスロットカット部のカット長のグラフである。 モード１、２、および３の共振周波数対Ｘ−Ｙ面上のＸ方向に沿ったスロットカット部のカット長のグラフである。 モード１、２、および３の共振周波数対Ｘ−Ｙ面上のＹ方向に沿ったスロットカット部のカット長のグラフである。 モノブロックの特定の面から導電性表面の小さな円形領域を除去することによって、モノブロックを同調させる方法を示す図である。 ３つの直交側面のへこみまたは円を用いて、ブロック内で３つのモ−ドの共振周波数を同調させる方法を示す図である。 モノブロックのＸ−Ｙ面から連続した円がカットされた時の、モード１についての周波数変化を示すグラフである。 ３つの直交側面に取り付けられた金属または誘電体同調器を用いて、ブロックの３つのモードの共振周波数を同調させる方法を示す図である。 モノブロック内に突き出る金属または誘電体同調器を用いて、ブロックの３つのモードの共振周波数を同調させる方法を示す図である。 トリプルモードモノブロックフィルタのための入力／出力を結合させる方法を示す図である。 トリプルモードモノブロックフィルタのための入力／出力を結合させる方法を示す図である。 トリプルモードモノブロックフィルタのための入力／出力を結合させる方法を示す図である。 トリプルモードモノブロックフィルタのための入力／出力を結合させる方法を示す図である。 ローパスフィルタが、モノブロックフィルタおよびマスクフィルタを支持する同じ回路基板上で作製される、アセンブリ構成を示す図である。 ローパスフィルタが、モノブロックフィルタおよびマスクフィルタを支持する同じ回路基板上で作製される、アセンブリ構成を示す図である。 モノブロックフィルタおよびくし型フィルタが、４素子アンテナアレイを支持する同じ基板に搭載される、アセンブリを示す図である。 箱内にパッケージされたモノブロックフィルタを示す図である。 内部機構が強調された、箱内にパッケージされたモノブロックフィルタを示す図である。 デュプレクサ用の同様なパッケージを示す図である。 ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、プリセレクトまたはマスクフィルタ、およびトリプルモードモノブロック通過帯域応答を示す図である。 マスクフィルタの写真である。 マスクフィルタの写真である。 トリプルモードモノブロック遅延フィルタを含む、別の好ましい実施形態を示す図である。 トリプルモードモノブロック遅延フィルタを含む、別の好ましい実施形態を示す図である。 本発明によるトリプルモードモノブロック遅延フィルタの中実図である。 本発明によるトリプルモードモノブロック遅延フィルタの中実図である。 本発明による遅延フィルタの開口の機能を示す図である。 本発明の好ましい実施形態によるトリプルモードモノブロック遅延フィルタのシミュレートされた周波数応答を示す図である。

符号の説明

１０、１２ トリプルモードモノブロック共振器
１５ ６極フィルタ
２０、２２ プローブ
２１、２３ 入力／出力ポート
３０、３３ 隅部カット部
３６ 第３隅部カット部
４０ 接続開口または導波路
５０、５２ スロット
６０ 共振器の面
７０ 連続する円
８０、８２、８４ 同調素子または円筒
９０ 穴またはへこみ
１００ 電気接続部、プレスインコネクタ、ワイヤ、外部プローブ
１１０ フィルタアセンブリ
１２０ プリマスクまたはマスクフィルタ
１３０ ローパスフィルタ
１４０ 同軸コネクタ
１５０ ４素子アンテナアレイ
１６０ 接続用パッド

Claims (14)

1. 平坦群遅延フィルタを有する共振器であって、
   開口を介して結合した、誘電体が実質的に全体に満たされた空洞である第１トリプルモードモノブロックおよび第２トリプルモードモノブロックと、
   前記第１トリプルモードモノブロックの端部に位置する第１プローブおよび前記第１トリプルモードモノブロックの前記端部とは反対側の前記第２トリプルモードモノブロックの端部に位置する第２プローブとを備え、前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックが、前記第１、第２プローブによって形成される軸に対して直交する第１軸の第１隅部に沿ってカットされ、前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックが、前記第１、第２プローブによって形成される軸に平行な第２軸の第２隅部に沿ってカットされ、前記開口を介して前記結合を生成する、共振器。
2. 前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックのモードが、前記開口を介して結合し、前記モードの少なくとも２つの対が相互結合する請求項１に記載の共振器。
3. 前記少なくとも２つの対が共通の極性で相互結合する請求項２に記載の共振器。
4. 前記共通の極性が正である請求項３に記載の共振器。
5. 前記開口は磁界によって２つのモード間で２つの誘導性結合を生成し、前記開口は電界によって１つの容量性結合を生成する請求項２に記載の共振器。
6. 前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックがそれぞれ、金属めっきした誘電体ブロックからなる請求項１に記載の共振器。
7. 前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックに、前記第１、第２プローブによって形成される軸に対して直交する第３軸の隅部に沿って作られた第３カット部を更に備え、好ましくない結合を消去するようにする請求項１に記載の共振器。
8. 共振器を介して平坦群遅延を生成する方法であって、
   開口を介して、第１トリプルモードモノブロックおよび第２トリプルモードモノブロックを結合すること、
   前記第１トリプルモードモノブロックの端部に第１プローブが位置するように維持し、前記第１トリプルモードモノブロックの前記端部とは反対側の前記第２トリプルモードモノブロックの端部に第２プローブを維持することを含み、
   前記第１、第２プローブによって形成される軸に対して直交する第１軸の第１隅部に沿って、前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックに第１隅部カットを行うこと、
   前記第１、第２プローブによって形成される軸に平行な第２軸において、前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックに第２隅部カットを行い、前記開口を介して前記結合を生成することを更に含む方法。
9. 前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックのモードを、前記開口を介して結合することを更に含んで、前記モードの少なくとも２つの対が相互結合するようにする請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも２つの対が共通の極性で相互結合する請求項９に記載の方法。
11. 前記共通の極性が正である請求項１０に記載の方法。
12. 磁界による２つのモード間での２つの誘導性結合および電界による１つの容量性結合を生成することを更に含む請求項９に記載の方法。
13. 前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックがそれぞれ、金属めっきした誘電体ブロックからなる請求項８に記載の方法。
14. 前記第１、第２プローブによって形成される軸に対して直交する第３軸の隅部に沿って、前記第１トリプルモードモノブロックおよび前記第２トリプルモードモノブロックに第３カットを行い、好ましくない結合を消去することを更に含む請求項８に記載の方法。

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