多模式腔體濾波器和為此的激勵(lì)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及濾波器，并且具體涉及包括諧振器主體的多模式濾波器，用于例如使 用在用于電信應(yīng)用的頻分雙工器中。
【背景技術(shù)】
[0002] 在本說明書中對任何現(xiàn)有公開(或從其得到的信息）或?qū)σ阎娜魏钨Y料的引用 不被視為并且不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或容許或任何形式地暗示現(xiàn)有公開(或從其得到的信息） 或已知資料形成本說明書涉及的所力圖的領(lǐng)域中的公知常識的部分。
[0003] 所有物理濾波器本質(zhì)上包括多個(gè)能量存儲諧振結(jié)構(gòu)，其具有用于使能量在各種諧 振器之間以及在諧振器與輸入/輸出端口之間流動的路徑。諧振器的物理實(shí)現(xiàn)及其互連的 方式將隨類型而變化，但是相同的基本概念適用于全體。這樣的濾波器可以按照耦合在一 起的諧振器的網(wǎng)絡(luò)來在數(shù)學(xué)上被描述，盡管數(shù)學(xué)形貌不必匹配真實(shí)濾波器的形貌。
[0004] 由電介質(zhì)諧振器形成的常規(guī)單模式濾波器是已知的。電介質(zhì)諧振器具有高Q(低 損耗)特性，其使得能夠?qū)崿F(xiàn)相比于腔體濾波器具有減小的尺寸的高度選擇性濾波器。這些 單模式濾波器傾向于被構(gòu)建為分離的物理電介質(zhì)諧振器的級聯(lián)，其具有在它們之間和到端 口的各種耦合。這些諧振器容易標(biāo)識為不同的物理對象，并且耦合也傾向于是容易標(biāo)識的。
[0005] 這種類型的單模式濾波器可以包括由"圓盤（puck)"形狀的陶瓷材料形成的分立 諧振器的網(wǎng)絡(luò)，其中每一個(gè)諧振器具有單個(gè)主諧振頻率或模式。通過在諧振器位于其中的 腔體之間提供開口來將這些諧振器耦合在一起。典型地，諧振器和交叉耦合提供傳輸極點(diǎn) (pole)和"零點(diǎn)"，其可以以特定頻率被調(diào)諧以提供期望的濾波器響應(yīng)。通常將需要多個(gè)諧 振器以實(shí)現(xiàn)用于商業(yè)應(yīng)用的合適濾波特性，這導(dǎo)致相對大尺寸的濾波裝備。
[0006] 由電介質(zhì)諧振器形成的濾波器的一個(gè)示例應(yīng)用是在用于微波電信應(yīng)用的頻分雙 工器中。傳統(tǒng)上在天線支撐塔的底部處的基站處提供雙工器，盡管對于微波電信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的當(dāng)前趨勢是將濾波和信號處理裝備定位在塔的頂部從而最小化線纜敷設(shè)長度并且因而 減少信號損失。然而，如以上描述的單模式濾波器的尺寸可以使這些對于天線塔的頂部處 的實(shí)現(xiàn)而言是不合期望的。
[0007] 多模式濾波器在單個(gè)物理主體中實(shí)現(xiàn)若干諧振器，使得可以獲得濾波器尺寸方面 的減小。作為示例，鍍銀的電介質(zhì)主體可以以許多不同的模式諧振。這些模式中的每一個(gè) 可以充當(dāng)濾波器中的諧振器之一。為了提供實(shí)際的多模式濾波器，對主體內(nèi)的模式之間的 能量進(jìn)行耦合是必要的，這與在單模式濾波器中的分立對象之間的耦合形成對比，后者在 實(shí)踐中更容易控制。
[0008] 實(shí)現(xiàn)這些多模式濾波器的通常方式是將能量從輸入端口選擇性地耦合到第一個(gè) 模式。然后通過將特定缺陷引入到主體的形狀中而將存儲在第一模式中的能量耦合到諧振 器內(nèi)的不同模式。以此方式，多模式濾波器可以以與常規(guī)單模式濾波器實(shí)現(xiàn)類似的方式被 實(shí)現(xiàn)為諧振器的有效級聯(lián)。該技術(shù)導(dǎo)致可以被調(diào)諧以提供期望的濾波器響應(yīng)的傳輸極點(diǎn)。
[0009] 這樣的方法的示例被描述在美國專利No. 6, 853, 271中，其目的在于三模式單主 體濾波器。通過使用在形成于諧振器的面上的孔洞中所提供的適當(dāng)配置的輸入探針將能量 耦合到電介質(zhì)填充的單主體諧振器的第一模式中。該第一模式與諧振器的兩個(gè)其它模式之 間的耦合通過在諧振器主體上選擇性地提供切角或槽來完成。
[0010] 該技術(shù)慮及濾波器尺寸方面的相當(dāng)大的減小，因?yàn)樵擃愋偷娜Ｊ綖V波器表示由 三個(gè)分立單模式諧振器組成的單模式濾波器的等同物。然而，用于將能量耦合到諧振器中 和將能量從諧振器耦合出去以及在諧振器內(nèi)的模式之間耦合能量以提供有效的諧振器級 聯(lián)的方法要求主體是復(fù)雜形狀的，這增加制造成本。
[0011] 本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于其最小化濾波器虛假響應(yīng)，所述虛假響應(yīng)在 使用典型的現(xiàn)有技術(shù)激勵(lì)結(jié)構(gòu)激勵(lì)多模式濾波器時(shí)一般將會存在。
[0012] 可以實(shí)現(xiàn)這些多模式濾波器的可替換方式是借助于適當(dāng)設(shè)計(jì)的耦合軌道從輸入 端口同時(shí)向每一個(gè)模式耦合能量。再次，以此方式，多模式濾波器可以以與常規(guī)單模式濾 波器實(shí)現(xiàn)類似的方式實(shí)現(xiàn)為諧振器的有效級聯(lián)。如以上的情況，其中缺陷用于使得多個(gè) 模式能夠在單個(gè)諧振器中被激勵(lì)，該技術(shù)導(dǎo)致可以被調(diào)諧以提供期望的濾波器響應(yīng)的傳 輸極點(diǎn)。這種類型的濾波器在各種美國專利提交中已經(jīng)公開，例如：US 13/488, 123, US 13/488, 059, US 13/487, 906和US 13/488,182。兩個(gè)或更多三模式濾波器可能仍需要級 聯(lián)在一起以提供具有合適濾波特性的濾波器組件。如在美國專利No. 6, 853, 271和No. 7, 042, 314中描述的，這可以使用單個(gè)波導(dǎo)或位于中心的單個(gè)孔以用于提供兩個(gè)諧振器單 主體之間的耦合來實(shí)現(xiàn)。利用該方法，耦合到主體、耦合自主體或耦合在主體之間的模式的 精確控制難以實(shí)現(xiàn)并且因此，作為結(jié)果，實(shí)現(xiàn)給定、具有挑戰(zhàn)性的濾波器規(guī)范是困難的。
[0013] 另一方法包括使用被耦合在兩個(gè)電介質(zhì)單主體之間的單模式梳狀線諧振器以形 成混合濾波器組件，如美國專利No. 6, 954, 122中描述的那樣。在這種情況中，物理復(fù)雜性 和因此的制造成本甚至進(jìn)一步增加，超過并且高于單獨(dú)的所添加缺陷的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種多模式腔體濾波器，包括：至少一個(gè)電介質(zhì)諧振 器主體，其并入電介質(zhì)材料的片段，所述電介質(zhì)材料的片段具有使得其能夠支持至少第一 諧振模式和至少第二大幅退化的諧振模式的形狀；用于以下中的至少一個(gè)的至少一個(gè)激勵(lì) 設(shè)備：在電介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè)面外部但是與其緊接相鄰地建立電磁場或者用于從 位于電介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè)面外部但是與其緊接相鄰的電磁場提取能量，與電介質(zhì) 諧振器主體接觸并且覆蓋電介質(zhì)諧振器主體的導(dǎo)電材料層；在電介質(zhì)諧振器主體的至少一 個(gè)面上：在導(dǎo)電材料層中的至少一個(gè)孔以用于以下中的至少一個(gè)：向電介質(zhì)諧振器主體輸 入信號和從電介質(zhì)諧振器主體輸出信號，其中激勵(lì)設(shè)備在至少兩個(gè)維度上位于電介質(zhì)諧振 器主體的至少一個(gè)面的電學(xué)中心處。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明另外的方面，提供了一種多模式腔體濾波器，包括：并入電介質(zhì)材料的 片段的至少一個(gè)電介質(zhì)諧振器主體，電介質(zhì)材料的片段具有使得其能夠支持至少第一諧振 模式和至少第二大幅退化的諧振模式的形狀；用于以下中的至少一個(gè)的至少一個(gè)激勵(lì)設(shè) 備：在電介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè)面外部但是與其緊接相鄰地建立電磁場或者用于從位 于電介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè)面外部但是與其緊接相鄰的電磁場提取能量，與電介質(zhì)諧 振器主體接觸并且覆蓋電介質(zhì)諧振器主體的導(dǎo)電材料層；在電介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè) 面上：在導(dǎo)電材料層中的至少一個(gè)孔以用于以下中的至少一個(gè)：向電介質(zhì)諧振器主體輸入 信號和從電介質(zhì)諧振器主體輸出信號，其中激勵(lì)設(shè)備在至少兩個(gè)維度上位于電介質(zhì)諧振器 主體的至少一個(gè)面上或靠近所述至少一個(gè)面而存在的電場中的零位處。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種多模式腔體濾波器，包括：并入電介質(zhì)材料的 片段的至少一個(gè)電介質(zhì)諧振器主體，所述電介質(zhì)材料的片段具有使得其能夠支持至少第一 諧振模式和至少第二大幅退化的諧振模式的形狀；用于以下中的至少一個(gè)的至少一個(gè)激勵(lì) 設(shè)備：在電介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè)面外部但是與其緊接相鄰地建立電磁場或者用于從 位于電介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè)面外部但是與其緊接相鄰的電磁場提取能量，與電介質(zhì) 諧振器主體接觸并且覆蓋電介質(zhì)諧振器主體的導(dǎo)電材料層；在電介質(zhì)諧振器主體的至少一 個(gè)面上：在導(dǎo)電材料層中的至少一個(gè)孔以用于以下中的至少一個(gè)：向電介質(zhì)諧振器主體輸 入信號和從電介質(zhì)諧振器主體輸出信號，所述至少一個(gè)孔被布置用于以下中的至少一個(gè)： 將信號并行地直接耦合到第一諧振模式和第二大幅退化的諧振模式，以及并行地從第一諧 振模式和第二大幅退化的諧振模式直接耦合信號，其中激勵(lì)設(shè)備在至少兩個(gè)維度上位于電 介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè)面的電學(xué)中心處。
[0017] 所述至少一個(gè)激勵(lì)設(shè)備可以例如包括探針。
[0018] 可替換地，所述至少一個(gè)激勵(lì)設(shè)備可以例如包括貼片。
[0019] 可替換地，所述至少一個(gè)激勵(lì)設(shè)備可以例如包括四分之一波長諧振線或軌道。
[0020] 多模式腔體濾波器可以例如還包括輸入諧振器和輸出諧振器，其可操作地耦合到 多模式諧振器并且可操作成包含將親合到多模式諧振器中的電場和磁場。輸入諧振器和輸 出諧振器可以由與多模式諧振器相同的材料制成，或者它們可以由不同的材料制成。
[0021] 探針可以例如穿透到包括輸入諧振器主體的電介質(zhì)材料中。第二探針可以例如穿 透到包括輸出諧振器主體的電介質(zhì)材料中。
[0022] 探針可以例如與包括輸入諧振器主體的電介質(zhì)材料接觸但是不穿透其表面。第二 探針可以例如與包括輸出諧振器主體的電介質(zhì)材料接觸但是不穿透其表面。
[0023] 所述至少一個(gè)激勵(lì)設(shè)備可以遠(yuǎn)離電介質(zhì)諧振器主體而定位并且可以借助于從所 述至少一個(gè)激勵(lì)設(shè)備到電介質(zhì)諧振器主體附近的電磁波傳播而建立位于所述電介質(zhì)諧振 器主體外部但是與其緊接相鄰的場。
[0024] 所述至少一個(gè)孔可以例如包括分別用于將信號耦合到電介質(zhì)諧振器主體和從電 介質(zhì)諧振器主體耦合信號的輸入耦合孔和輸出耦合孔中的至少一個(gè)。
[0025] 所述至少一個(gè)孔可以例如包括兩個(gè)或更多部分，其中第一部分基本上平行于電介 質(zhì)諧振器主體的表面延伸并且第二部分基本上垂直于第一部分延伸。所述至少一個(gè)孔可以 例如靠近電介質(zhì)諧振器主體的至少一個(gè)邊緣放置。
[0026] 所述至少一個(gè)耦合孔可以例如包括主要用于耦合到第一模式的第一部分和主要 用于耦合到第二模式的第二部分。所述至少一個(gè)耦合孔的第一部分可以例如取向成使得由 所述第一部分耦合的磁場和電場中的至少一個(gè)與所述第一模式的相應(yīng)磁場或電場基本上 對齊。所述至少一個(gè)耦合孔的第二部分可以例如取向成使得由所述第二部分耦合的磁場和 電場中的至少一個(gè)與所述第二模式的相應(yīng)磁場或電場基本上對齊。第一部分和第二部分可 以例如是以下中的任何一個(gè)：直的、彎曲的或無定形的孔或者規(guī)則或不規(guī)則二維形狀。第一 部分可以例如包括第一直細(xì)長孔，并且第二部分可以例如包括與第一直細(xì)長孔基本上正交 地布置并且可以與第一直細(xì)長孔相交或者可以與第一直細(xì)長孔不同的第二直細(xì)長孔。
[0027] 所述至少一個(gè)耦合孔可以例如包括用于同時(shí)耦合到第一模式和第二模式二者的 部分。所述部分可以例如包括以使得由所述部分生成的磁場和電場中的至少一個(gè)具有與所 述第一模式的相應(yīng)磁場或電場對齊的第一笛卡爾分量和與所述第二模式的相應(yīng)磁場或電 場對齊的第二笛卡爾分量的角度取向的細(xì)長孔。
[0028] 耦合孔可以例如形成為導(dǎo)電材料層中的沒有導(dǎo)電材料的區(qū)域。
[0029] 形成多模式諧振器的主體的電介質(zhì)材料的片段可以例如包括用于裝配到輸入諧 振器上的平面表面的第一基本上平面的表面。形成多模式諧振器的主體的電介質(zhì)材料的片 段還可以例如包括用于裝配到輸出諧振器上的平面表面的第二基本上平面的表面。
[0030] 第一耦合孔可以例如被提供在所述第一基本上平面的表面上或者與所述第一基 本上平面的表面相鄰。第二耦合孔也可以例如被提供在所述第二基本上平面的表面上或者 與所述第二基本上平面的表面相鄰。
【附圖說明】
[0031] 為了本發(fā)明的更好理解，并且以更加清楚地示出其可以如何付諸實(shí)施，現(xiàn)在將通 過示例的方式對以下附圖作出參考，其中： 圖Ia是多模式濾波器的示例的示意性透視圖； 圖Ib是圖Ia的多模式濾波器的示意性正面視圖； 圖2是示出用于緊接在多模式濾波器的正面外部的電場和磁場的一種代表性形式的 示例的圖Ia的示例多模式濾波器的示意性透視圖； 圖3是多模式濾波器的第二示例的示意性透視圖； 圖4是多模式濾波器的第三示例的示意性透視圖； 圖5 (a)至（d)示出示例多模式諧振器外部和其內(nèi)的各種場和模式； 圖6是并入了輸入和輸出耦合諧振器的圖1的示例多模式濾波器的示意性透視圖； 圖7是多模式濾波器的第四示例的示意性透視圖； 圖8是多模式濾波器的第五示例的示意性透視圖； 圖9是多模式濾波器的第六示例的示意性透視圖； 圖10 (a)至（e)是用于多模式濾波器的示例耦合孔布置的示意圖； 圖11 (a)是并入了多模式濾波器的雙工通信系統(tǒng)的示例的示意圖； 圖11 (b)是圖11 (a)的多模式濾波器的頻率響應(yīng)的示例的示意圖； 圖12是使用多個(gè)諧振器主體來提供用于發(fā)射和接收信道的濾波的多模式濾波器的示 例的示意性透視圖； 圖13 (a)是并入了輸入和輸出耦合探針的示例多模式濾波器的示意性透視圖； 圖13 (b)是示出并入了輸入和輸出耦合探針的圖13 (a)的示例多模式濾波器的側(cè)視 圖的不意圖； 圖14 (a)是利用基于探針的激勵(lì)的諧振器的示例的示意性透視圖； 圖14 (b)是示出諧振器內(nèi)的各種場和模式的多模式濾波器的示例的示意性透視圖； 圖14 (c)是示出諧振器內(nèi)的示例場取向的示例多模式諧振器的示意性透視圖； 圖15 (a)是利用輸入和輸出耦合貼片的多模式濾波器的示例的示意性透視圖； 圖15 (b)是示出利用輸入和輸出耦合貼片的圖15 (a)的示例多模式濾波器的側(cè)視圖 的不意圖； 圖16是示出多模式濾波器的另外的示例的示意性透視圖； 圖17是示出并入了輸入和輸出耦合探針的示例多模式濾波器的側(cè)視圖的示意圖； 圖18是示出并入了輸入和輸出耦合探針以及兩個(gè)多模式諧振器的示例多模式濾波器 的側(cè)視圖的不意圖； 圖19是示出多模式濾波器的另外的示例的示意性透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 現(xiàn)在將參照圖Ia和Ib描述多模式濾波器的示例。
[0033] 本發(fā)明的基礎(chǔ)在于使用特定類型的耦合孔將信號耦合到多模式諧振器中和從多 模式諧振器耦合出去，而在該諧振器內(nèi)同時(shí)激勵(lì)兩個(gè)或更多模式(或從其耦合能量)。
[0034] 在該示例中，濾波器100包括封裝在金屬化層(為了清楚起見而未示出）中的諧振 器主體110。至少兩個(gè)孔形成在金屬化層中：輸入耦合孔120和輸出耦合孔130。這些孔通 過金屬化物的缺失而構(gòu)成，其中諧振器主體的其余部分基本上封裝在其金屬化層中?？?20 和130可以通過例如化學(xué)或機(jī)械地蝕刻圍繞諧振器主體110的金屬化物以移除金屬化物并 且從而形成一個(gè)或多個(gè)孔來形成。一個(gè)或多個(gè)孔還可以通過其它手段形成，諸如產(chǎn)生以孔 的形狀的掩模，將所述掩模暫時(shí)地附著到諧振器主體表面上的所要求的位置，跨諧振器主 體的基本上全部表面區(qū)域而噴射或以其它方式沉積導(dǎo)電層（"金屬化層"）并且然后從諧振 器主體移除掩模以