濾波器電路的製作方法

2023-06-24 22:16:41 2

專利名稱：濾波器電路的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用於有線電視(CATV，Cable Television)行業中的電子濾波器組件，且更具體地涉及防止個人數據網絡信號通到用戶網絡之外的濾波器組件。
背景技術：
典型有線電視(CATV)網絡包括頭端(head end)設施，多個饋電電纜線源於所述頭端設施。饋電電纜線在具有埠的分接頭處分支。引入電纜(cable drop)(可以是單個同軸電纜)從每個埠延伸到相應用戶。有線電視系統是兩路通信系統。下遊帶寬將信號從頭端傳送到用戶，上遊帶寬將上遊信號從用戶傳送到頭端。這種系統的一個示例是雙向CATV系統，具有由系統操作者控制的頭端且具有配備有機頂盒或電纜數據機的多個用戶電視。CATV系統的下遊帶寬可包括廣播電視信道、按需視頻服務、網際網路數據、家庭安全服務、和經過網際網路傳輸的語音(VOIP)服務。上遊帶寬可包括與按需視頻、網際網路接入或由系統操作者提供的其它服務相關的數據。在一種可能的配置中，上遊和下遊帶寬經由光纖在頭端和分接頭之間傳輸且經由同軸電纜在分接頭和用戶之間傳輸。上遊和下遊帶寬通常經由沿電纜線在離散頻率範圍或信道中傳播的振蕩電信號傳輸。下遊帶寬頻率的範圍通常是M-1002兆赫(MHz)，上遊帶寬頻率的範圍通常是 5-42 MHz。個人數據網絡可以經由同軸電纜聯接到有線電視網絡。通常，個人數據網絡是提供多個流的高清晰度視頻和娛樂的家庭娛樂網絡。在一個示例中，個人數據網絡可採用由同軸電纜多媒體聯盟(MoCA)開發的技術標準。MoCA標準促進使用在用戶房屋內布線的現有同軸電纜對個人數據的網絡化。MoCA技術為多種有線和無線產品(包括語音、數據、安全性、家庭加熱/冷卻和視頻技術)的個人數據網絡提供主網。在這種設置中，電纜系統操作者的引入電纜連接到MoCA驗證裝置，如寬帶路由器。在MoCA標準後的下層技術是使用正交頻分復用(OFDM)調製，其是這樣一種調製方法，其中，大量的緊密隔開的正交子諧波用於攜載數據。信號用使得它們正交所需的精確最小頻率間隔產生，從而它們不彼此幹擾。數據分成多個並行數據流或信道，一個用於每個子諧波。每個子諧波用常規調製方案(例如，正交調幅或移相鍵控)在低符號速率下調製。由此，OFDM可以看作使用多個緩慢調製的窄帶信號，而不是一個快速調製的寬帶信號。 OFDM的一個優勢在於，在沒有複雜均衡濾波器的情況下減輕了諸如長銅線中的高頻削弱的問題。MoCA驗證裝置(如寬帶路由器)將位於房屋內的其它MoCA驗證部件(例如，附加的機頂盒、路由器和網關、電橋、光學網絡端子、個人計算機和遊戲系統)互連。個人數據網絡允許娛樂內容在MoCA連接裝置之間的分配和共享。例如，在起居室中的機頂盒上記錄的高清晰度節目可以通過位於臥室中的第二機頂盒重播。而且，在攝象機-錄象機上記錄且存儲在用戶個人計算機上的高清晰度電影可以通過房屋內的任何機頂盒接入和顯示。個人數據網絡也可以允許房間之間的高清晰度遊戲。
個人數據網絡可使用同軸電纜上的開放式頻譜帶寬來傳輸個人數據內容，例如， 娛樂內容。例如，電纜系統操作者可使用高達1002 MHz的頻率帶寬，衛星系統操作者可使用1550-2450 MHz的頻率帶寬。未使用頻率範圍或開放式頻譜帶寬是1125-1525 MHz0在另一個示例中，開放式頻譜帶寬可高於M50 MHz0使用開放式頻譜帶寬的個人數據網絡不幹擾由有線電視服務供應商或衛星服務供應商使用的任何帶寬。可以理解的是，使用同軸電纜的個人數據網絡必須能夠將信號向後傳送通過分配器，以從房間到房間正確地傳輸內容。同軸分配器是設計成隔離分配器輸出並防止信號從房間到房間或者從出口到出口地流動的基本上有向耦合器。需要隔離以減少來自於其它裝置的幹擾且使得從輸入點到出口的功率傳輸最大化，從而實現最佳電視接收。MoCA標準已經專門設計以允許信號向後傳送通過分配器(稱為插入)且從分配器輸出傳送到輸出(稱為隔離)。殼體中的所有同軸出口可通過單個隔離跳躍和多個插入跳躍彼此抵達。該設置的一個問題在於，除非採取預防措施，否則個人數據帶寬上的內容也可以經過同軸引入電纜且可能通到有線電視網絡上的其它用戶或訂閱方。

發明內容
根據本發明的一個實施例，一種濾波器電路組件包括印刷電路板，印刷電路板具有相對的第一和第二主表面以及相對的第一和第二側。相對的主表面大致平行於單個平面且由縱軸線平分。相對的第一和第二側大致平行於縱軸線。濾波器電路組件包括連接到印刷電路板的輸入端子，輸入端子具有大致平行於縱軸線延伸的軸線。濾波器電路組件還包括連接到印刷電路板的輸出端子，輸出端子具有大致平行於縱軸線延伸的軸線。設置在印刷電路板上的信號路徑從輸入端子朝向輸出端子延伸。多個諧振器元件在至少一個主表面上製成。諧振器元件沿信號路徑串聯設置且限定小於540平方毫米的安裝面積 (footprint)。濾波器使供應商帶寬的第一頻率範圍通過且削弱個人數據網絡帶寬的第二頻率範圍。


權利要求中具體說明了作為本發明優選實施例特點的新穎特徵。結合附圖並參考下述說明，能夠針對本發明的組織結構以及操作方法來最好地理解本發明本身，附圖中
圖1是根據本發明一個實施例的具有有線電視網絡和個人數據網絡的用戶房屋的示意圖2是示出了在圖1的個人數據網絡中操作的低通濾波器的期望頻率響應的圖表； 圖3是根據本發明實施例的濾波器的示意性形式的電路圖； 圖4是圖3的電路圖的電路板的仰視平面圖5A和5B是分別示出了圖4的濾波器電路的插入損失和回程損失的圖表； 圖6A和6B是分別示出了位於圖3中示意性示出的濾波器電路的電路板的相對表面上的物理裝置的俯視和仰視平面圖7A、7B和7C是圖6B所示的電路元件的平面圖； 圖8是根據本發明一個實施例的電路板的仰視平面圖；圖9是根據本發明另一個實施例的具有濾波器電路的同軸電纜連接器的透視圖； 圖10是用於圖9所示的同軸電纜連接器的濾波器組件的分解透視圖； 圖11是圖9的濾波器組件在軸向截面上的側視正視圖； 圖12是根據本發明另一個實施例的具有濾波器電路的接地塊的透視圖； 圖13是用於圖12所示的接地塊的濾波器組件以截面形式的俯視平面圖；和圖14A和14B是分別示出了圖6A和6B的濾波器電路的插入損失和回程損失的圖表。
具體實施例方式參考圖1的簡化示意圖，CATV或有線電視網絡的一部分包括用於處理信號和將信號分配經過網絡的頭端設施12。通常，頭端設施12由系統操作者控制且包括電子設備以接收視頻和其它信號且將視頻和其它信號再次傳輸經過本地電纜基礎設施。一個或多個主分配線路14將信號從頭端設施12傳送到分接頭16，分接頭16配置成服務大約100-250個終端用戶或訂閱方的本地分配網絡。分接頭16包括多個分接頭埠 18，配置成將下遊帶寬經由引入電纜22 (可以是單個同軸電纜)傳送到用戶引入系統20。引入電纜22連接到接地塊23，接地塊23通常是在引入系統20內遇到的第一個裝置。接地塊23是通常放置在房屋M之外且在引入電纜22和家庭內部同軸線路之間的裝置，且通過將同軸電纜的外部屏蔽層結合到房屋的電接地線而給引入系統20提供電接地。 接地塊23可通過固體銅緊固到冷水管或電架空進戶線的地線。在一些有線電視網絡中，分配線路14和引入電纜22是光纖線路。在一些引入系統20中，然後，光學網絡端子25與接地塊23串聯連接以將光纖下遊帶寬轉換為由同軸電纜傳送的電信號。在一個示例性個人數據網絡中，光學網絡端子25包括集成的MoCA技術，從而允許 MoCA平臺管理房屋內的個人數據網絡。在所示示例中，光學網絡端子25位於房屋外面(例如，固定到房屋外面)，但也可以位於房屋內。同軸電纜30將接地塊23連接到位於房屋M內的第一分配器26。在所公開的實施例中，第一分配器26是兩路分配器，具有輸入觀3和兩個分配埠 2汕和觀(。同軸電纜 31a將埠 28b連接到第一機頂盒32。第一機頂盒32結合MoCA技術從而包括在個人數據網絡中。埠 28c顯示為經由同軸電纜31b連接到第二分配器34。第二信號分配器34圖示為具有兩個分配埠 36a和3 的兩路分配器。埠 36a連接到無線寬帶路由器38。路由器38經由乙太網電纜39布線到個人計算機40，個人計算機40上安裝有遊戲軟體。埠 36b經由同軸電纜連接到第三分配器42，第三分配器42具有分配埠 44a、 44b和44c。埠 4 連接到也包括MoCA技術的第二機頂盒46。分配器42的埠 44b連接到電纜數據機52，電纜數據機52又經由乙太網電纜連接到桌上個人計算機M。 埠 Mc連接到也包括MoCA技術的第三機頂盒58。也示出了膝上型計算機48，具有到寬帶路由器38的無線鏈路。膝上型計算機48包括插入膝上型USB埠中的支持MoCA的寬帶無線適配器50。在所公開的示例中，路由器38包括MoCA晶片，以用作個人數據網絡的平臺。支持MoCA的路由器允許分配高質量多媒體內容和高速數據，其中，通過量超過10兆位/秒 (Mbps)0例如，在圖1所示的支持MoCA的個人數據網絡中，在機頂盒32上記錄的高清晰度節目可以通過連接到機頂盒58的電視看到。而且，存儲在個人計算機M上的遊戲可以通過膝上型計算機48同時播放。如上所述，MoCA標準已經專門設計成允許信號向後行進通過分配器。這種設置的一個問題在於個人數據帶寬上的內容也可以通到有線電視網絡上的其它用戶或訂閱方。例如，從第一機頂盒32往回通過第一分配器沈通到第二機頂盒58的娛樂內容也可能沿同軸電纜30通過分接頭埠 18且沿分配線路14行進。MoCA設置的另一個問題在於同軸電纜也傳送來自於CATV網絡上的其它用戶的個人數據。這些信號將從分配線路14通到用戶引入系統20。例如，鄰居可能購買支持MoCA 的產品且在其家內建立個人數據網絡。除非採取預防措施，否則在MoCA帶寬內傳送的個人數據將往回通到分配線路14。發明人已經確定，通過在引入系統20中包括低通濾波器電路100可以消除與經過引入系統20的個人數據內容相關的問題。在所示示例中，低通濾波器電路100設置在第一分配器沈的輸入28a前，在任何支持MoCA的裝置之前。在另一個示例中，低通濾波器電路 100集成在光學網絡端子25的電路內。在又一個示例中，低通濾波器電路100集成在接地塊23的電路內。濾波器電路100設計成使有線電視帶寬通過，但是濾除或削弱個人數據網絡帶寬。在一個示例中，MoCA標準規定使具有從5至1002 MHz頻率範圍的帶寬通過，且濾除或削弱具有從1125至1525 MHz頻率範圍的帶寬。由此，在1125至1525 MHz頻率範圍內的個人數據將被防止進入或離開用戶引入系統20。參考附圖中的圖2，示出了根據一個示例性MoCA濾波器應用的頻率而變的期望插入損失的曲線圖。豎直軸表示插入損失，單位分貝(dB)。水平軸表示從5 MHz到1525 MHz 的帶寬。低通部分201表示通頻帶頻率範圍，在所示示例中，低於1002 MHz，即有線電視頻譜(標記為CATV)的帶寬。過渡部分202存在於1002 MHz和1125 MHz之間。值得注意的是，MoCA規格需要過渡部分202的相對窄的帶寬。帶寬的削弱部分203示出了從1125 MHz 至1525 MHz (在一個示例中是個人數據網絡頻譜(標記為MoCA)的帶寬)的大約40 dB的平坦削弱。在另一個示例中，濾波器電路100可適合於使衛星服務供應商帶寬通過且濾除個人數據網絡帶寬。在一個示例中，在1125至1525 MHz頻率範圍內的個人數據將被防止進入或離開用戶引入系統20，且在1550至M50 MHz範圍內的衛星服務供應商帶寬將通過。 濾波器電路100也可以適合於作為帶阻濾波器操作，其中，CATV帶寬和衛星帶寬兩者都被允許通過，而在兩者之間的個人數據網絡帶寬被削弱。取決於具體供應商帶寬(例如，CATV 和/或衛星)，其它頻率範圍是可能的。在低通濾波器的設計中為了滿足MoCA規格要求的示例性第一步驟是獲得濾波器的階數和拓撲。該步驟可以使用理論計算(例如，手動)或者使用設計合成軟體來完成。在一個示例中，通過安捷倫科技有限公司(Agilent Technologies,以前是fegleware)可獲得的Genesys電路模擬軟體用於實現圖3所示的低通MoCA濾波器示意圖。軟體估計拓撲為9階Chebyshev橢圓最小電感器濾波器以滿足MoCA規格的嚴格過渡部分202。其它拓撲可同樣操作，但是可能需要附加部件來實施。例如，其它拓撲可包括Chebyshev橢圓最小電容器濾波器、Butterworth濾波器或Bessel濾波器。此外，可以使用其它濾波器設計模擬軟體，如 Ansoft Designer^Agilent Technologies 的 Advanced Design System (ADS)、或 AffR Corp 的 Microwave Office。現在參考圖1和3，本發明的實施例的濾波器電路100的電路圖包括從輸入301延伸到輸出302的信號路徑305。在一個示例中，輸入301連接到引入系統20內的用戶側埠，例如第一分配器26上的單個埠。輸入301可適合於接收未濾波信號，包括整個有線電視帶寬、個人數據網絡帶寬、噪音和同軸電纜上存在的任何其它信號。輸出302可以與供應商側埠(如，分接頭埠 18)電連通。相反，輸入301可連接到供應商側埠，輸出302 可以連接到用戶側埠。此外，濾波器電路100可適合於以兩個方向(例如，雙向)濾波信號，從而輸入301和輸出302的物理位置可以是任意的。信號路徑305包括導體，如同軸電纜中的中心導體，以傳送上遊帶寬、下遊帶寬和個人數據網絡帶寬。信號路徑305還包括接地線，如同軸電纜30的外部屏蔽層，給各種電纜連接器裝置提供接地的路徑。濾波器電路100還包括多個諧振器元件310a-310d，在一個實施例中，分別包括並聯電感器 / 電容器(LC)設置 L1/C2、L2/C4、L3/C6 和 L4/C8。電容分路(capacitive shunt) 316a-315e沿信號路徑305設置且與接地線電連通。電容分路316b、315c和315d分別設置在諧振器元件310a-310d之間。諧振器元件310和分路電容器元件315的設置一起形成滿足MoCA規格的信號響應要求的最小電感橢圓函數濾波器，如圖2所示。在一個實施例中， 濾波器電路100可以是9階Chebyshev橢圓最小電感器濾波器。一旦確定了濾波器電路100的拓撲和階數，在濾波器設計中的示例性第二步驟是設計各個電感器元件(例如，L1-L4)且使用電路模擬軟體獲得插入損失和回程損失響應。一旦完成，設計過程中的示例性第三步驟是用電感器、電容器等建模整個電路板且使用三維電磁模擬(3-D EM)軟體(如，Computer Simulation Technology 的CST Microwave Studio、 Ansoft HFSS、或 Sonnet Software, he 的 Sonnet Suites)進行電路的模擬響應。3-D EM 軟體比電路模擬軟體更準確且允許設計者微調電路板元件以實現合適的信號響應。在設計本發明的濾波器電路100中遇到的一個障礙是「低通」帶寬非常寬(例如， 從DC高達大約1000 MHz)，且削弱帶寬非常高(例如，在大約1125 MHz和1500 MHz之間)。 現有技術低通濾波器通常使低很多且更窄的頻率範圍(例如，從5 MHz至40 MHz)通過，且削弱高於M MHz的頻率。由於本申請中非常寬的帶寬，滿足設計標準的常規表面安裝電感器元件物理上很大且需要相對大的間隔來實現合適的諧振特性。換句話說，為了使得耦合效應最小化，表面安裝電感器元件需要隔開，使得完成的電路板非常大大約3英寸長和1 英寸寬。該尺寸過大而在實際上不適合裝配在同軸電纜連接器中。該問題的一個解決方案是設計電感器元件L1-L4為蝕刻電感器元件，在印刷電路板中直接蝕刻或金屬化。然而，蝕刻電感器元件是開放式結構，從而產生磁場和電場，磁場和電場行進通過空氣且穿過相鄰電感器元件的導電跡線，從而改變其獨立電感。改變獨立電感值將改變諧振器元件310的性能。例如，參考圖3，電感器Ll產生的磁場和電場改變 L2的電感值，其改變諧振器元件310b的特性，且以較輕但並非不顯著的程度改變諧振器元件310c和310d的特性。該耦合作用可顯著地且不利地影響濾波器的性能。在現有技術濾波器設計中，補償耦合效應是必要的。補償耦合效應的一種方式是使用表面安裝電感器(例如，線繞)，其可被調整以實現期望特性。如上所述，由於得到的大面積的電路板，該選擇在本發明中不可行。補償耦合效應的另一種方式是將一個或多個解耦元件添加到電感器附近。參考圖 4，本發明的濾波器的一個早期設計包括具有相對的平面表面的印刷電路板60。示出了蝕刻電感器L1-L4的表面。初始設計包括設置在電感器L1-L4之間的解耦元件61。在所公開的示例中，解耦元件61是蝕刻到板60中的薄金屬條。雖然電感器L1-L4設計成產生圖3所示的濾波器電路100需要的電感值，但是使用3-D EM軟體的電路模擬響應明顯不同於圖2所示的目標。現在參考圖5A，具有解耦元件 61的濾波器100的插入損失顯示為跡線A。信號響應顯示從5 MHz至1002 MHz沒有削弱， 但是過渡至削弱部分是逐漸的，從而在1125 MHz (點A1)處的插入損失是大約4dB。顯然， 該值遠離30dB的設計目標。類似地，圖5B的跡線A圖示了具有解耦元件61的模擬回程損失信號。點Altl示出了大約12dB的不可接受的回程損失，小於帶通帶寬中15dB的目標。儘管發明人努力試圖重構解耦元件61的位置，但是沒有獲得合適的頻率響應。雖然該失敗的理由不能肯定地理解，但是相信解耦元件61引起了顯著的信號寄生或邊緣電容，繼而致使顯著損害濾波器100使得具有高達1000 MHz頻率的信號通過同時削弱大於 1125 MHz的頻率的能力。因而，在低於M MHz的頻率下操作的低通濾波器中可以忍受的寄生或邊緣電容在高達1000 MHz閾值下操作的低通濾波器中不再能夠忍受。有鑑於此，發明人去除了解耦元件61，與常見實踐相反。現在參考附圖的圖6A和6B，濾波器100包括具有第一主表面62和第二主表面64 的印刷電路板60。輸入端子301和輸出端子302設置在電路板60的相對端處且沿中心線 303延伸。表面62在圖6A中表示為頂層，第二表面64在圖6B中表示為底層。第一表面 62包括將輸入端子301與輸出端子302結合的信號路徑66。在所示示例中，信號路徑66 使用金屬化和/或蝕刻工藝印刷在電路板60上。第一表面62還包括導電接地路徑68。在一個實施例中，接地路徑68與同軸電纜連接器本體(未示出)電連通。繼而，連接器本體與同軸電纜30的外部導電層電連通，其與接地塊23電連通。分路電容器元件316A-315d將信號路徑66橋接到接地線。第一表面62還包括電容器元件C2、C4、C6和C8，分別作為諧振器元件310a-310d的一部分(圖3)。電容器元件C2、C4、C6和C8通過延伸穿過電路板基底的導電通路70分別與電感器元件L1-L4並聯設置。示例性印刷電路板60從雙面的具有1盎司銅的0. 8毫米FR-4 (編織玻璃和環氧樹脂)形成，但是取決於電路的介電要求，基底可以是其它材料，如FR-2 (酚醛棉紙)、FR-3 (棉紙和環氧樹脂)、FR-6 (毛玻璃和聚酯)、CEM-1 (棉紙和環氧樹脂)、CEM-5 (編織玻璃和聚酯)、鋁或陶瓷。電路板60並不限於剛性基底材料。在一個實施例中，電路100設置在柔性電路板材料上。在所公開的實施例中，電容器元件C1-C9是表面安裝類型；然而，金屬化或蝕刻電容器將可以勝任且甚至可具有優於表面安裝的益處。發明人已經發現，蝕刻電容器的電感屬性對於電路的諧振調整是有益的。現在轉向圖6B，電路板60的第二表面64包括火花隙避雷器71，以保護濾波器電路100免受過大電壓。所示火花隙避雷器71包括在信號路徑66的導電部分和接地路徑68 之間的大約0. 13毫米(mm)的間距(由D表示)。第二表面64還包括蝕刻到電路板60基底中的多個蝕刻電感器元件72。所公開的電感器元件72是螺旋蝕刻電感器元件，意味著螺旋電感器的形狀是大致圓形的(如，圓)、倒圓角矩形、橢圓、渦形和其它大致圓形形式。參考圖7，示例性蝕刻螺旋電感器72包括蝕刻到印刷電路板60中的螺旋導電跡線74。每個跡線74可以通過任何常見印刷電路板工藝技術同一地沉積在印刷電路板60內。例如，跡線 74可以光蝕刻到印刷電路板60中。光蝕刻提供了產生具有窄帶寬以及在跡線之間的小間隔的跡線74。現有技術中已知的典型蝕刻電感器不能被調整，因為電感器幾何形狀是固定的。 該不變性在大規模生成環境中可能是有問題的，因為製造公差和變化(如，電路板基底的變化)可以改變電感器設置的諧振特性。由於該原因，蝕刻電感器在許多濾波器電路應用中失寵。發明人通過將一個或多個調整元件76添加到所示蝕刻電感器元件72來克服該障礙。 調整元件76適合於改變導體跡線74的長度，從而改變電感器元件72的電感。在所公開的實施例中，多個調整元件76a-76c包括蝕刻到電路板基底中的附加導電跡線，從而將內部環路75的中部橋接到通路70。如果電感器元件72的電感值需要調節，調整元件76中的一個或多個可以例如通過機械刮削去除。相反，在通過導電條製作濾波器之後，可以添加調整元件76。電感器元件72能以螺旋形之外的幾何形狀設置，只要電感器長度足以提供諧振特性即可。例如，參考圖7B和圖7C，幾何形狀能以連續「U」型或甚至直線(如四分之一波長)元件形成。參考圖8，電感器元件72設置在第二表面64上，使得利用其電磁耦合特性的優勢。 在現有技術設置中，電感器元件通常被隔開從而最小化或消除電磁耦合。即，濾波器設計者將通常設計螺旋電感器元件以實現期望電感值，然後將電路板上的每個電感器儘可能從相鄰電感器電隔離。將電感器元件電隔離的多種常見方法包括將電感器元件隔開、相反地調整電磁場、或者添加解耦元件和/或接地面。然而，在本發明中，電感器元件之間的耦合被有利地使用，以使得部件所設置的表面面積最小化。電感器元件72的設置限定安裝面積 78，電感器元件72a-72d裝配在安裝面積78中。現在參考圖7A和8，電感器元件72在安裝面積78中的設置取決於許多變量，例如電感器元件的數量、濾波器的期望頻率響應、電感器元件之間的距離或間隔S、相鄰電感器元件的轉動方向(順時針或逆時針)、電感器元件的直徑(或長度和寬度)、電感器跡線 74的寬度W、跡線74之間的間隔G、以及電感器元件的幾何形狀等等。在所公開的實施例中，需要至少三個電感器元件72以實現期望頻率響應。在一些實施例中，多於四個的電感器元件72可導致合適的設計。在一個示例中，六個電感器元件72提供足夠的頻率響應。 在一個示例中，電感器元件之間的距離S可以在0. 76 mm至2.0 mm的範圍內。在另一個示例中，電感器元件72之間的距離可以在1.4 mm至1.7 mm的範圍內。在另一個示例中，電感器元件72之間的距離可以在0. 13 mm至0.76 mm的範圍內。在一個示例中，電感器跡線 74的寬度W可以在0.02 mm至0.25 mm的範圍內。在另一個示例中，電感器跡線74的寬度W可以在0.076 mm至0.203 mm的範圍內。在又一個示例中，電感器跡線74的寬度W可以在0.127 mm至0.178 mm的範圍內。在一個示例中，跡線74之間的間隔G可以在0. 02 mm至0.25 mm的範圍內。在另一個示例中，電感器跡線74之間的間隔G可以在0. 051 mm 至0.127 mm的範圍內。在又一個示例中，電感器跡線74之間的間隔G可以在0. 127 mm至 0. 25 mm的範圍內。電感器元件72的直徑(或長度和寬度)可以在具體應用的約束內定尺寸，但是在一個示例中，直徑在1.0 mm至6. 4 mm的範圍內。在另一個示例中，直徑在2. 5 mm至3. 5 mm的範圍內。電感器元件72的設置在印刷電路板60上限定安裝面積78。發明人已經發現，去除解耦元件允許蝕刻電感器元件72的緊密耦合，從而它們可以設置在迄今為止未知的較小區域中。在所公開的實施例中，安裝面積78僅僅涵蓋電感器元件72，因為電容器元件設置在基底的背側上。然而，電感器/電容器諧振器元件310也可以僅設置在基底的單個表面上。發明人也已經發現，與現有技術的教導相反，每個電感器72的各個質量因子(例如，Q值)對於濾波器電路100的設計可能不具有最主要的重要性。發明人已經發現，電感器元件72與基底材料和電容器元件315的緊密耦合對總體質量因子具有比各個Q值更大的影響。換句話說，電感器元件72的緊密耦合可補償次理想的各個Q值。濾波器設計者因而可以花費更少的時間試圖實現各個電感器的高Q值，只要電感器緊密耦合即可。蝕刻電感器元件72可設置在足夠小以與各種標準電纜殼體集成的安裝面積78 中。在一個實施例中，殼體是標準電纜連接器本體。參考圖9-11，濾波器組件10包括印刷電路板60，電感器元件72設置在安裝面積 78內，從而裝配在連接器本體82內。在所公開的示例中，濾波器組件10包括具有濾波器電路和接地路徑68的印刷電路板60，如圖11所示。印刷電路板60具有至少一個突片80。 示例性印刷電路板60在相對側上具有兩個突片80。濾波器10的殼體包括本體82和螺母 84。本體82包括用於將印刷電路板60在本體內對齊的裝置。可以使用各種對齊裝置。在一個示例中，本體82具有用於接收印刷電路板60上的至少一個突片80中的每個的相應槽 86，從而在隨後釺焊之前和釺焊期間將印刷電路板60與本體82對齊。印刷電路板60的對齊確保端子88和90對齊以正確地機械配合在絕緣體92、94和彈性體密封件96中。槽86 為印刷電路板60提供機械支撐，且釋放釺焊接頭的應力。示例性本體82由C36000黃銅 (ASTM B16, 1/2硬度)形成，但是可以使用其它材料。本體82定形為在其端部提供第一電纜連接器98。在示例性實施例中，本體82具有凸電纜連接器，但是本領域技術人員可以容易地構建在其上具有凹連接器的本體。螺母84配合在本體82的與本體的電纜連接器98相對的端部上。螺母84在與第一電纜連接器98相對的端部處提供第二電纜連接器102。優選地，連接器102具有與連接器98相反的類型。例如，連接器98是凸的，連接器102是凹的。螺母84通過焊料104沿螺母周邊連接到本體82以形成不透水的密封件。示例性螺母84由C36000黃銅(ASTM B16, 1/2硬度)形成，但是可以使用其它材料。雖然示例性螺母84具有錐形形狀，但是可以使用各種螺母形狀。例如，螺母可以是圓柱形、錐形或可具有兩個或更多部段，每個具有不同形狀(例如，圓柱形部段和錐形部段)。也可以設想其它形狀。印刷電路板60的接地面68通過焊料106連接到本體82的內壁。優選地，將螺母 84與本體82結合的焊料106流入將接地面68連接到本體82的焊料104且與焊料104連續。該對端子88和90在印刷電路板60的相對端處電連接。每個端子88和90具有槽(分別為108和110)，其定尺寸為接收印刷電路板60的相應端部(分別為112和114)。優選地，槽用於在組裝期間在印刷電路板和端子之間形成摩擦配合。端子然後釺焊到印刷電路板60上。印刷電路板60的端部112和114上具有電接觸墊，用於形成與端子88和90 的電接觸。在組裝時，端子88和90與印刷電路板60成直線。S卩，每個端子88和90的縱軸線穿過印刷電路板60的中央縱軸線。印刷電路板60的中央縱軸線相對於印刷電路板的寬度和厚度位於中央。一個端子90是具有引線116的凸端子，引線116遠離印刷電路板60延伸。另一個端子88是能夠接收圓柱形引線的凹端子。引線例如可具有引線116的尺寸和形狀，且引線可屬於具有與連接器102類似的連接器端部的電纜連接器或另一個濾波器。端子88和 90可由例如C36000黃銅(ASTM B16, 1/2硬度)形成，端子88的觸頭由鈹銅合金形成。濾波器組件10具有絕緣體92、彈性體密封件96，彈性體密封件96在本體92的具有第一連接器98的端部處。絕緣體92可以由聚合物(如，天然TPX RT-18)形成。彈性體密封件96在本體82和端子88之間形成不透水的密封。密封件96可以由橡膠、矽樹脂或其它可壓縮絕緣材料形成。示例性密封件96由30-40硬度矽橡膠形成。設置在螺母84的具有第二連接器102的端部處的絕緣體94在螺母84和端子90 之間形成不透水的密封。絕緣體94可以由聚合物(如聚丙烯)形成。取決於具體應用需求，示例性殼體82可以具有多個尺寸。在一個示例中，殼體82 的直徑大約19 mm (0. 75英寸)。參考圖8，安裝面積78因而可包括大約17. 8 mm的寬度W 和大約30. 5 mm的長度L，導致安裝面積78具有大約MO mm2的面積。雖然附圖中未示出，但是印刷電路板60可以是圓形晶片形狀，且配合在由連接器本體82的內部限定的中空周向腔中。該配置導致短很多的連接器長度。在該示例中，安裝
面積78是大約對17 8)2或者250 mm2。 4在另一個示例中，殼體82的直徑大約7.2 mm (0.285英寸)。因而，安裝面積78 可包括大約6. 2 mm的寬度W和大約30. 5 mm的長度L，導致安裝面積78具有大約190 mm2 的面積。參考圖1和12，在本發明的另一個實施例中，濾波器電路集成到其上的標準電纜殼體是接地塊23。適合用於根據本發明的接地塊23的濾波器組件210包括殼體120。殼體120通過一個或多個緊固件122緊固到房屋24。殼體120限定通孔124，接地線(未示出) 通過接地接線片1 緊固在通孔124中。殼體120還包括適合於接收引入電纜22的第一連接器128。第二連接器130適合於連接到用於房屋的同軸電纜30。現在轉向圖13，其中，相同的附圖標記表示與圖11相同的元件，濾波器組件210還包括基本上如先前實施例所述的濾波器電路100。S卩，電感器元件272設置在印刷電路板 260上以限定安裝面積278。在該實施例中，電路板260上的接地面268與殼體120電連通。 濾波器電路100被密封和保護不受天氣和環境要素的影響。第一連接器本體284緊固並封裝電路板260。本體284可以螺紋連接到殼體120、焊接或幹涉配合。設置絕緣體四4，以在本體284和端子290之間形成不透水的密封。絕緣體294可以由聚合物(如聚丙烯)形成。 第二連接器本體282類似地與殼體120配合。本體282封裝絕緣體292和彈性體密封件 296 0絕緣體292可以由聚合物(如，天然TPX RT-18)形成。彈性體密封件296在本體觀2 和端子288之間形成不透水的密封。密封件296可以由橡膠、矽樹脂或其它可壓縮絕緣材料形成。示例性密封件四6由30-40硬度矽橡膠形成。
適合於用作接地塊23的濾波器組件210可包括替代配置。雖然在附圖中未示出， 但是包括濾波器電路100的濾波器組件210可在印刷電路板260上包括表面安裝的電容器和電感器。發明人已經發現，接地塊位置對於本發明的低通濾波器是優選的。在個人數據帶寬(例如，1125 MHz至1525 MHz)上行進的信號無阻礙地行進經過房屋M，但是在可行進到分接頭埠 18之前在接地塊位置處被削弱。在另一個實施例中，濾波器電路100集成到其上的標準電纜殼體是分配器殼體， 如圖1所示的分配器沈。本發明的濾波器電路100可以是獨立電路，或者可以與分配器內的其它濾波器電路分支。在又一個實施例中，濾波器電路100集成到其上的標準電纜殼體是引入放大器殼體(未示出)。替代地，濾波器電路100可與引入放大器和接地塊集成到單個殼體中。電感器元件的緊密耦合設置不僅提供足夠小以允許在先前過分限制性的殼體中使用的安裝面積，而且提供優良的信號響應。參考圖14A和14B，跡線B分別是本發明的一個示例性濾波器電路100的插入損失和回程損失。濾波器電路100使得插入損失在高達 1000 MHz時小於3 dB，削弱部分在大於1125 MHz的頻率時引起大於50 dB的損失。在高達1002 MHz時，最小回程損失是15 dB，且預期進一步細化以改進最小回程損失至20 dB。雖然已參考特定優選實施例和附圖描述了本發明，但是本領域技術人員可理解到本發明並不限制於該優選實施例，並且可作出多種修改等而並不脫離在所附權利要求中限定的本發明範圍。例如，所公開的濾波器電路可以結合到其它電路形式因子中，通過將電路應用於附加電路板層或者將濾波器電路與更複雜電路在單層上結合來實現。
權利要求
1.一種濾波器電路組件，包括印刷電路板，所述印刷電路板具有相對的第一和第二主表面以及相對的第一和第二側；所述相對的主表面大致平行於單個平面且由縱軸線平分，相對的第一和第二側大致平行於所述縱軸線；連接到所述印刷電路板的輸入端子，所述輸入端子具有大致平行於所述縱軸線延伸的軸線；連接到所述印刷電路板的輸出端子，所述輸出端子具有大致平行於所述縱軸線延伸的軸線；設置在所述印刷電路板上的信號路徑，所述信號路徑從所述輸入端子朝向所述輸出端子延伸；在至少一個主表面上製成的多個諧振器元件，所述諧振器元件沿信號路徑串聯設置且限定小於540平方毫米的安裝面積；以及其中，所述濾波器使供應商帶寬的第一頻率範圍通過且削弱個人數據網絡帶寬的第二頻率範圍。
2.根據權利要求1所述的濾波器電路組件，其中，供應商帶寬的第一頻率範圍在5兆赫和1002兆赫之間，個人數據網絡帶寬的第二頻率範圍在1125兆赫和1525兆赫之間。
3.根據權利要求1所述的濾波器電路組件，其中，濾波器在個人數據網絡帶寬中具有大於30分貝的插入損失特性。
4.根據權利要求1所述的濾波器電路組件，其中，濾波器在供應商帶寬中具有小於3分貝的插入損失。
5.根據權利要求1所述的濾波器電路組件，還包括設置在相對的主表面中的一個上的火花隙元件。
6.根據權利要求1所述的濾波器電路組件，其中，所述諧振器元件包括並聯的電感器和電容器元件。
7.根據權利要求6所述的濾波器電路組件，其中，所述電感器元件設置在一個主表面上，所述電容器元件設置在另一個主表面上，電感器元件和電容器元件經由通路電連通。
8.根據權利要求6所述的濾波器電路組件，其中，所述電感器元件是蝕刻螺旋電感器元件。
9.根據權利要求8所述的濾波器電路組件，還包括調整元件，所述調整元件將至少一個蝕刻螺旋電感器元件的中部與通路橋接。
10.根據權利要求6所述的濾波器電路組件，還包括調整元件，所述調整元件將至少一個電感器元件的中部與信號路徑橋接。
11.根據權利要求1所述的濾波器電路組件，其中，安裝面積小於250平方毫米。
12.根據權利要求11所述的濾波器電路組件，其中，安裝面積小於190平方毫米。
13.一種具有頻率響應的濾波器電路，所述頻率響應包括信號路徑，所述信號路徑從輸入延伸到輸出，且具有導體和接地線；帶通部分，所述帶通部分具有供應商帶寬的第一頻率頻譜；削弱部分，所述削弱部分具有個人數據網絡帶寬的第二頻率頻譜，所述削弱部分引起大於30分貝的一致插入損失；在所述帶通部分和所述削弱部分之間的過渡部分；以及其中，濾波器電路的拓撲包括沿信號路徑串聯設置的第一多個諧振器元件、以及設置在所述諧振器元件之間的第二多個分路電容器元件，所述第二多個分路電容器元件與接地線電連通。
14.根據權利要求13所述的濾波器電路，其中，供應商帶寬的頻率範圍為5兆赫至 1002兆赫。
15.根據權利要求13所述的濾波器電路，其中，個人數據網絡帶寬中的頻率範圍為 1125兆赫至1525兆赫。
16.根據權利要求15所述的濾波器電路，其中，個人數據網絡帶寬中的頻率範圍大於 1125兆赫且小於1525兆赫。
17.根據權利要求16所述的濾波器電路，其中，所述削弱部分引起大於40分貝的一致插入損失。
18.根據權利要求13所述的濾波器電路，其中，所述削弱部分引起大於50分貝的一致插入損失。
19.根據權利要求13所述的濾波器電路，其中，所述諧振器元件包括並聯的電感器元件和電容器元件。
20.根據權利要求13所述的濾波器電路，其中，所述拓撲是橢圓濾波器。
21.根據權利要求20所述的濾波器電路，其中，所述橢圓濾波器是Chebyshev橢圓濾波ο
22.根據權利要求21所述的濾波器電路，其中，所述橢圓濾波器是九階Chebyshev橢圓濾波器。
23.根據權利要求13所述的濾波器電路，其中，所述過渡部分具有小於150兆赫的頻率範圍。
24.一種用於電視供應商服務的濾波器電路組件，所述電路組件包括印刷電路板，所述印刷電路板具有相對的第一和第二主表面以及相對的第一和第二側；所述相對的主表面大致平行於單個平面且由縱軸線平分，相對的第一和第二側大致平行於所述縱軸線，所述印刷電路板包括具有介電屬性的基底；設置在所述基底上的信號路徑，所述信號路徑從所述輸入埠朝向所述輸出埠延伸；至少三個蝕刻螺旋電感器元件，所述電感器元件在相對的第一主表面上製成且沿信號路徑串聯設置，所述電感器元件的設置限定小於250平方毫米的安裝面積；多個電容器元件，所述電容器元件與蝕刻電感器元件電連通以形成多個諧振器元件， 所述電容器元件在相對的第二主表面上製成且經由通路連接到電感器元件；以及其中，所述濾波器使在5兆赫和1002兆赫之間的第一頻率範圍通過且削弱在1125兆赫和1525兆赫之間的第二頻率範圍，第二頻率範圍具有大於30分貝的插入損失。
25.根據權利要求M所述的濾波器電路組件，其中，安裝面積小於190平方毫米。
26.根據權利要求M所述的濾波器電路組件，其中，電感器元件包括導電跡線，濾波器還包括調整元件，所述調整元件將導電跡線的中部與通路橋接。
27.根據權利要求沈所述的濾波器電路組件，其中，所述調整元件是蝕刻到相對的主表面中的導電跡線。
28.一種同軸電纜接地塊組件，包括殼體，所述殼體具有通孔，所述殼體適合於與電接地線的源電接觸； 第一連接器本體，聯接到殼體的通孔的一端； 聯接到第一連接器本體的第一同軸電纜端子； 第二連接器本體，聯接到殼體的通孔的另一端； 聯接到第二連接器本體的第二同軸電纜端子；以及在殼體內密封的印刷電路板，所述電路板具有與第一端子電接觸的輸入、與第二端子電接觸的輸出、與殼體電接觸的接地面、從輸入朝輸出延伸的信號路徑、以及設置在信號路徑上的濾波器電路，所述濾波器電路使供應商帶寬通過且削弱個人數據網絡帶寬。
29.根據權利要求觀所述的接地塊組件，其中，濾波器電路包括沿信號路徑串聯設置的多個諧振器元件。
30.根據權利要求四所述的接地塊組件，其中，所述諧振器元件限定小於540平方毫米的安裝面積。
31.根據權利要求30所述的接地塊組件，其中，安裝面積小於250平方毫米。
32.根據權利要求31所述的接地塊組件，其中，安裝面積小於190平方毫米。
33.根據權利要求四所述的接地塊組件，其中，所述諧振器元件包括並聯的電感器和電容器元件，所述電感器元件包括蝕刻螺旋電感器元件。
34.一種同軸電纜連接器組件，包括印刷電路板，所述印刷電路板上具有信號路徑和接地面，所述印刷電路板具有相對的第一和第二主表面以及相對的第一和第二側，所述相對的主表面大致平行於單個平面且由縱軸線平分，相對的第一和第二側大致平行於所述縱軸線，所述信號路徑具有輸入、輸出以及設置在它們之間的濾波器電路，所述濾波器電路使供應商帶寬通過且削弱個人數據網絡帶寬，濾波器電路包括多個諧振器元件，所述諧振器元件沿信號路徑串聯設置且限定小於 540平方毫米的安裝面積；接收印刷電路板的本體，所述本體具有第一端以及與第一端相對的第二端，第一端和第二端定形為分別接收第一電纜連接器和第二電纜連接器；第一端子，所述第一端子設置在本體內且與信號路徑的輸入電接觸； 第二端子，所述第二端子設置在本體內且與信號路徑的輸出電接觸； 以環繞第一端子的關係設置的第一絕緣體； 以環繞第二端子的關係設置的第二絕緣體；以及至少一個密封件，所述密封件全部位於本體內以保護電路板不受環境要素的影響。
35.根據權利要求34所述的連接器組件，其中，安裝面積小於250平方毫米。
36.根據權利要求35所述的連接器組件，其中，安裝面積小於190平方毫米。
37.根據權利要求34所述的連接器組件，其中，濾波器電路在個人數據網絡帶寬中具有大於30分貝的插入損失特性。
38.根據權利要求34所述的連接器組件，其中，所述諧振器元件包括並聯的電感器和電容器元件，所述電感器元件包括蝕刻螺旋電感器元件。
全文摘要
本發明涉及一種濾波器電路。一種用於同軸電纜網絡的濾波器包括印刷電路板，印刷電路板具有相對的第一和第二主表面以及相對的第一和第二側。相對的主表面大致平行於單個平面且由縱軸線平分。相對的第一和第二側大致平行於縱軸線。濾波器還包括連接到印刷電路板的輸入端子和輸出端子。輸入端子和輸出端子具有大致平行於縱軸線延伸的軸線。信號路徑設置在印刷電路板上且從輸入端子朝向輸出端子延伸。濾波器還包括在相對的第一主表面上製成的多個諧振器元件。在一個實施例中，電感器元件沿信號路徑串聯設置且限定小於540平方毫米的安裝面積。濾波器使供應商帶寬的第一頻率範圍通過且削弱個人數據網絡帶寬的第二頻率範圍。在一個實施例中，諧振器元件是並聯的電感器和電容器元件，電感器元件是蝕刻螺旋電感器。
文檔編號H03H7/01GK102487268SQ20101057218
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者E.阿爾肯 申請人:約翰·梅扎林瓜聯合有限公司