可調電容耦合結構的製作方法
2023-07-06 01:43:41
專利名稱：可調電容耦合結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微波頻率濾波器。更具體地說涉及一種帶寬能以最低的努力、代價和中斷服務來精確地微調的微波頻率濾波器。
背景技術：
行動電話和無線通信的快速增長已經產生了對微波無線電頻譜中帶寬的巨大需求。這種依賴微波頻譜的無線技術越普及，無線電頻譜的微波段就越擁擠。一旦未使用的微波頻率變得可用，它就會被無線服務提供商佔用，這迫使運行於同一地點的無線通信公司在鄰近頻率提供服務，在它們之間沒有任何「空」帶寬。由於擁塞，無線提供商需要一種方法來將他們的頻率的發送和接收與用於其它服務或其他提供商的鄰近頻率隔離開。
為了實現這種頻率隔離，開發出一種共振器濾波器。這些濾波器只允許特定範圍的頻率通過。這個頻率範圍叫做通過波段，在該範圍內的頻率叫做帶通頻率。在通過波段以外的頻率落入停止波段，並被該濾波器阻塞。
在這種被開發出的許多共振器濾波器中，微波通信中最常用的是一種空腔濾波器。這種類型的濾波器包括許多排列於物理上相鄰的金屬空腔內部的共振器，因此形成了空腔共振器。通過感性地耦合兩個或多個鄰近的共振器，這些共振器的帶通頻率被組合起來以形成一個具有一定頻率範圍的波段的共振器濾波器。
但是，為了在濾波器的停止波段中正確阻塞不想要的頻率，濾波器中一些物理上相鄰設置的共振器電容性地交叉耦合，這樣能有效地抵消掉濾波器中的某些頻率。容性交叉耦合削弱了濾波器在通過波段邊緣和停止波段邊緣之間頻率響應曲線中的斜坡，這允許濾波器能更精確地匹配想要的通過波段，而不會使該通過波段之外的可能是用於其它信號或被其它服務提供商所擁有的頻率錯誤地通過。本質上，調整濾波器中的容性交叉耦合能微調濾波器的隔離。
在這點上，容性交叉耦合和感性耦合對通過相鄰共振器間的信號產生相反的效果。為此，常規的空腔濾波器不會在給定的一對共振器之間既利用容性交叉耦合又利用感性耦合。
在常規的空腔濾波器中，相鄰共振器間的感性耦合通過在隔離兩個空腔的壁上開一缺口來完成。缺口的大小決定了耦合量。一個在這些常規的濾波器中提供容性交叉耦合的普通方法是使一金屬棒跨過用於隔離兩個電氣上不相鄰共振器的壁伸展。金屬棒的長度決定了容性交叉耦合。為了精確選擇濾波器的通過波段和停止波段之間的頻率截止，交叉耦合棒必須具有非常精確的物理尺寸。
此外，為了微調濾波器以實現容差目的，金屬棒的物理尺寸必須可變，或者通過調整該金屬棒一端的螺杆，或者更通常地通過替換另一根不同長度的金屬棒。
但是，通過上述兩者中的任一方法調整容性交叉耦合都是麻煩和不切實際的。首先，用於微波信號的常規的空腔濾波器非常大而且完全由金屬組成，且具有覆蓋共振器空腔和交叉耦合棒的由鉛製成的蓋。替換或者調整交叉耦合棒需要將鉛蓋移開，這非常困難且工作強度大。
此外，製造交叉耦合棒以使其滿足常規濾波器的物理尺寸和精確容差的要求使得它們成本很高，這進一步增加了濾波器的總成本。
考慮到常規濾波器的這些問題以及日益增長的以低成本精確調整濾波器帶寬的需求，所需要的空腔濾波器應為製造成本低，而能以最小的努力和在不中斷服務的情況下很精確地調整其帶寬。
發明內容
本發明涉及一種空腔濾波器。根據本發明的第一方面，共振器包括至少含有兩個被一空腔壁隔離的空腔的濾波器外殼；用來覆蓋所述濾波器外殼的一個濾波器蓋子；和多個分別設置在所述空腔中的共振器，其中至少兩個共振器既通過容性交叉耦合器又通過感性耦合器相互耦合。
特別地，該容性交叉耦合器包括一個從空腔壁伸入每一個空腔的棒，該感性耦合器為空腔之間空腔壁上所開的缺口。該感性耦合器也包括一個含有通過濾波器蓋子或濾波器外殼上的螺杆可調節的微調器，以便該螺杆可伸入空腔壁上的缺口。
本發明也涉及一種方法，該方法通過調節感性耦合器的微調器來間接削弱容性交叉耦的效果，以便微調上述的空腔濾波器的頻率響應曲線中的斜坡。特別地，通過旋轉螺杆使其進入空腔壁上的開口從濾波器的外部來調整微調器，從而增加感性耦合器的電感，減小兩個共振器間的電容。類似地，通過旋鬆螺杆使它從開口中縮回來減少耦合器的電感，並增加兩個共振器間的電容。
參照下面的附圖將更容易理解本發明的目的和優點，其中相同的元件給出了相同的參考標號。特別地圖1是本發明的空腔濾波器的頂視圖；圖2是本發明的空腔濾波器的空腔壁的正視圖，它包括圖1所示的電氣上不相鄰的共振器之間的容性交叉耦合器和感性耦合器兩者；圖3是本發明的空腔濾波器的頻率響應曲線的一個例子；圖4是本發明的另一個可替換實施例的正視圖，它顯示了與圖2所示相同的空腔壁，但具有不同的感性耦合器。
具體實施例方式
參照圖1和圖2所示的四空腔濾波器100對本發明的優選實施例進行描述。根據一優選實施例，共振器濾波器100包括一個濾波器外殼102和一個濾波器蓋子104。在濾波器外殼102內有多個共振器106，108，110和112。這些共振器是串聯感性耦合的，於是共振器106耦合到共振器108，共振器108耦合到共振器110，共振器110耦合到共振器112。這些共振器由交叉排列的空腔壁114，116，118和123相互隔離。如圖1所示，壁114，116和118僅部分地向濾波器外殼102的邊界壁120延伸，它們之間有一個缺口122。因此，這些壁允許共振器106-108；108-110和110-112之間感性耦合。
另一方面，空腔壁123最好延伸至邊界壁120。該空腔壁123將第一串聯共振器106與最末串聯共振器112電氣上隔離開。因此共振器106與112並不象其它共振器那樣感性耦合，所以儘管它們在串聯中物理上相鄰但並不電氣相鄰。
因為它們物理上相鄰，所以共振器106與112能夠利用交叉耦合棒124容性地交叉耦合。參考圖3，交叉耦合棒124的目的在於削弱圖3所示頻率響應曲線128中通過波段130與停止波段132之間的截止斜坡126。為了微調這種容性交叉耦的效果，如圖2所示，本發明包括一個以空腔壁123上的凹槽134的形式提供的空腔壁123上的感性耦合器和一個相連的微調螺杆136。該微調螺杆136從濾波器蓋子104伸入凹槽134。容性交叉耦的效果能夠通過從濾波器100的外部旋轉螺杆來改變。更具體地，當旋轉螺杆使其進入凹槽134時該凹槽提供的電感增加，從而減少交叉耦合棒124的有效長度並附帶地減小共振器106與112之間的容性交叉耦合。
相反，當以相反的方向旋轉螺杆(也就是縮短微調螺杆136進入凹槽134的距離)時，凹槽提供的電感減少，從而增加交叉耦合棒124的有效長度並附帶地增大共振器106與112之間的容性交叉耦合。
參照圖2和3，濾波器蓋子104覆蓋共振器空腔。根據優選實施例，濾波器蓋子104由鉛製成，而濾波器外殼102由鐵製成。當然，本發明並不局限於此。交叉耦合棒124通過由諸如塑料等電絕緣材料製成的套管138固定在空腔壁123上。如上所述，螺杆136從濾波器蓋子104伸入凹槽134。而凹槽134的高度可以為等於或小於壁123高度的任意值，在優選實施例中該凹槽僅為交叉耦合棒124的容性效果提供微調。因此，凹槽的高度僅在壁123高度的20％至50％之間。同樣，不能將本發明理解為局限於任一特定高度。
圖4說明了本發明的另一個實施例。特別地，在圖4所示的實施例中，棒124和凹槽134兩者都設置於空腔壁123的中間。調節凹槽134位於棒124的上方。該實施例示出通過方便地更換耦合棒124，能夠容易地從一個容性交叉耦合水平變化到另一個水平的濾波器，但它也保留了一旦它被固定到位也可通過調節從濾波器蓋子104頂上伸入的調節螺杆136來微調耦合棒124的能力。更特別地，由於這種安排，通過從凹槽134中滑出，固定棒124的絕緣套管138能被容易地移開。
上面詳細描述了本發明的優選實施方式，顯然對於本領域普通技術人員來說，在理解本發明後，對其可作的各種修改和變化而沒有脫離本發明的精神和權利要求所限定的保護範圍。
權利要求
1.一個空腔濾波器，包括一個濾波器外殼，所述的濾波器外殼至少具有被一空腔壁隔離的第一和第二空腔；一個用來覆蓋所述濾波器外殼的濾波器蓋子；和多個分別設置在所述空腔內的共振器，其中所述的多個共振器中的第一和第二共振器既通過容性交叉耦合器又通過感性耦合器來相互耦合。
2.如權利要求1所述的空腔濾波器，其中所述的空腔壁上具有一個開孔，從而所述的第一和第二空腔能夠相互聯繫，所述的開孔對應於所述的感性耦合器。
3.如權利要求2所述的空腔濾波器，其中所述的容性交叉耦合器包括一個從所述的空腔壁伸入所述的第一和第二空腔中的每一個的棒。
4.如權利要求3所述的空腔濾波器，還包括一個用來調節感性耦合器的電感的調節器。
5.如權利要求4所述的空腔濾波器，其中調節器包括伸入所述空腔壁的開孔的電導體。
6.如權利要求5所述的空腔濾波器，其中所述電導體伸入開孔的程度是可調的。
7.如權利要求6所述的空腔濾波器，其中電導體是一個螺紋嚙合在濾波器蓋子中的螺杆。
8.如權利要求6所述的空腔濾波器，其中電導體是一個螺紋嚙合在濾波器外殼中的螺杆。
9.如權利要求1所述的空腔濾波器，其中所述的感性耦合器和容性交叉耦合器是相互鄰近設置的。
10.如權利要求9所述的空腔濾波器，其中所述的感性耦合器包括一個凹槽和伸入所述凹槽的導電部件，且其中所述的容性交叉耦合器包括一個從所述的空腔壁伸入所述的第一和第二空腔中的每一個的棒。
11.如權利要求10所述的空腔濾波器，其中所述的棒設置在可拆卸地固定在所述的空腔壁上的絕緣套管中。
12.如權利要求1所述的空腔濾波器，還包括分別設置在第三和第四空腔中的第三和第四共振器，所述的第三和第四共振器彼此鄰近並且相互感性地耦合。
13.一種用於調整空腔濾波器的帶寬的頻率響應的方法，該空腔濾波器包括一個濾波器外殼，一個用來覆蓋所述濾波器外殼的濾波器蓋子，和分別設置在各空腔中的多個共振器，包含一個調節器的感性耦合器，以及一個容性交叉耦合器；所述的方法包括通過調節感性耦合器來調節所述共振器間的容性交叉耦合效果。
14.如權利要求13所述的用於調整空腔濾波器的帶寬的頻率響應的方法，其中調節感性耦合器的步驟包括調節可從空腔濾波器外部接近的調節器。
15.如權利要求14所述的用於調整空腔濾波器的帶寬的頻率響應的方法，其中調節所述調節器的步驟包括改變嚙合在濾波器蓋子中的螺杆的位置。
16.如權利要求14所述的用於調整空腔濾波器的帶寬的頻率響應的方法，其中調節微調節器的步驟包括旋轉螺紋嚙合在濾波器外殼中的螺杆。
17.一種調整包括一個含有多個共振器的濾波器外殼的空腔濾波器的帶寬的頻率響應的方法，該方法包括通過在外部調節感性耦合來調節所述共振器之間的容性交叉耦合效果的步驟。
全文摘要
一種可微調濾波器帶寬的空腔濾波器。該濾波器既提供容性交叉耦合又提供濾波器中物理上相鄰但電氣上不相連的共振器之間的感性耦合。濾波器的隔離可通過調節這些共振器間的感性耦合來微調，由此產生削弱共振器間交叉耦合的影響的效果。
文檔編號H01P1/205GK1427501SQ0215607
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月13日 優先權日2001年12月21日
發明者比爾·恩格斯特 申請人:無線電射頻系統公司