射频滤波器与调谐射频滤波器的方法技术

本发明专利技术公开了射频滤波器与调谐射频滤波器的方法。射频(RF)滤波器包括：具有输入和输出的信号传输路径、沿着输入和输出之间的信号传输路径布置的多个谐振元件、以及多个非谐振元件，该多个非谐振元件将谐振元件耦接在一起以形成具有与谐振元件的各个频率对应的多个传输零点的阻带及传输零点之间的至少一个子带。该非谐振元件包括用于在阻带内选择性引入至少一个反射零点以在子带中的选定子带内创建通带的至少一个可变的非谐振元件。其中，阻带处于微波频率范围内。

【技术实现步骤摘要】
射频滤波器与调谐射频滤波器的方法本申请是申请日为2014年12月31日，申请号为201410854568X，专利技术创造名称为：低损耗可调谐的射频滤波器的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请是于2011年10月26日提交的美国专利申请序列号13/282,289的部分继续申请，美国专利申请序列号13/282,289是2010年12月2日提交的现发布为美国专利号8,063,714的美国专利申请序列号12/959,237的继续申请，美国专利申请序列号12/959,237是2009年11月17日提交的现发布为美国专利号7,863,999的美国专利申请序列号12/620,455的继续申请，美国专利申请序列号12/620,455是2008年6月27日提交的现发布为美国专利号7,639,101的美国专利申请序列号12/163,814的继续申请，美国专利申请序列号12/163,814要求2007年6月27日提交的美国临时专利申请序列号60/937,462的优先权并且是2006年11月17日提交的现发布为美国专利号7,719,382的美国专利申请序列号11/561,333的部分继续申请，该申请全部通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及微波电路，以及具体涉及微波带通滤波器。
技术介绍
电滤波器已被长期用于电信号的处理。具体地，这种电滤波器被用来通过使期望的信号频率通过，同时阻断或衰减其他不期望的电信号频率，来从输入信号中选择期望的电信号频率。滤波器大体可被分成一些类别，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、和带阻滤波器，其指示被滤波器选择性通过的频率类型。此外，滤波器可按类型分为如巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫和椭圆滤波器，其指示滤波器相对于理想的频率响应提供的带形频率响应(频率截止特性)的类型。通常使用的滤波器的类型取决于预期用途。在通信应用中，带通滤波器通常被用在蜂窝基站和其他电信设备中，以滤除或阻断除了一个或多个预定义频带之外的所有频带中的RF信号。例如，通常将这种滤波器用在接收机的前端以滤除会损害基站或电信设备中的接收机组件的噪声和其他不需要的信号。在接收机天线输入处直接放置清晰界定的带通滤波器，将通常消除由期望的信号频率附近的频率处的强干扰信号导致的多种不利影响。因为该滤波器在接收机天线输入的放置，插入损耗必须非常低，以便不降低噪声系数。在大多数的滤波器技术中，实现低插入损耗需要滤波器陡度或选择性方面的相应折中。在商业电信应用中，通常期望使用窄带滤波器来筛选出尽可能小的通带，以使固定的频谱能够被分割成尽可能大的数目的频带，从而增加能够适配在固定频谱中的实际用户的数目。随着无线通信的急剧上升，这种滤波应当在日益不利的频谱中提供高度的选择性(区分由小的频率差分离出的信号的能力)和敏感度(接收弱信号的能力)。最特别重要的是用于建模蜂窝通信的800MHz-900MHz范围和用于个人通信服务(PCS)的1,800MHz-2,200MHz范围的频率范围。本专利技术最感兴趣的是在军事(例如，RADAR)、通信、和电子情报(ELINT)、与诸如在通信应用(包括蜂窝)的商业领域中，在宽范围的微波和RF应用中对于高品质因数Q(即，测量存储能量的能力，从而与它的功率消耗或损耗负相关)、低插入损耗、可调谐的滤波器的需求。在许多应用中，接收机滤波器必须可调谐以选择期望的频率或捕获干扰信号频率。因此，假如插入损耗非常低，在接收机天线和接收机中的第一非线性元件(通常是低噪声放大器或混频器)之间引入线性、可调谐的带通滤波器，提供了宽范围的RF微波系统的显著优点。例如，在商业应用中，可以将PCS使用的1,800MHz-2,200MHz的频率范围分割成若干较窄的频带(A-F带)，在任何给定区域仅其子集可被电信运营商使用。因此，对于能够被重新配置以与这些频带中任何选定的子集操作的基站和手持单元是有益的。作为另一个实施例，在RADAR系统中，无论来自“友好地”附近源还是来自干扰器的高振幅干扰信号可以脱敏接收机或与高振幅杂波信号电平互调而给出假目标指示。因此，在高密度的信号环境中，RADAR报警系统经常变得完全不可用，在这种情况下，跳频将是有用的。一般使用两个电路构建块构建微波滤波器：非常有效地存储一个频率f0处的能量的多个谐振器；以及耦合谐振器之间的电磁能以形成多阶或多极的耦合器。例如，四极滤波器可包括四个谐振器。给定耦合器的强度由它的电抗(即，电感和/或电容)决定。耦合器的相对强度决定滤波器的形状，以及耦合器的拓扑结构决定滤波器执行带通功能还是带阻功能。谐振频率f0大致上由各个谐振器的电感和电容决定。对于常规的滤波器设计，滤波器有效(active)的频率由构成滤波器的谐振器的谐振频率决定。每个谐振器必须具有非常低的内阻，以使滤波器的响应由于以上讨论的原因而尖锐且高选择性。对于低电阻的要求更多推动给定技术的谐振器的大小更小和成本更低。典型地，由于常规滤波器的大小和成本将随着实现它所需的谐振器的数目线性增长，所以将固频滤波器设计为使实现一定形状所需的谐振器的数目最小化。如在用于半导体器件的情况中，光刻限定的滤波器结构(如高温超导体(HTS)、微电子机械系统(MEMS)、和薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器中的那些)对比常规的组合或介质滤波器缩放的这种大小和成本多不敏感。现在用于设计可调谐滤波器的方法遵循以上关于固频滤波器描述的相同方法。因此，他们导致非常高效、有效且简单的电路，即，他们导致实现给定的滤波器响应所必须的最简单的电路。在现有的调谐技术中，调节滤波器的所有谐振频率以调谐滤波器的频率。例如，如果期望增加器件的工作频带50MHz，那么所有的窄带滤波器的谐振频率必须增加50MHz。虽然这种现有技术已经普遍成功地调节频带，但是它不可避免地将电阻引入至谐振器中，从而不利地增加滤波器的插入损耗。尽管可以在不引入显著电阻至谐振器的情况下，通过机械移动滤波器中每个谐振器上的HTS板来调谐HTS滤波器以改变它的谐振频率，但是这种技术固有地慢(在秒的量级)并且需要相对大的三维调谐结构。在所谓的开关式滤波器设计中可以降低插入损耗；然而，这些设计在开关时间之间仍引入显著的损耗量并且需要附加的谐振器。例如，通过设置两个滤波器和一对在滤波器之间选择的单刀双掷开关(SP2T)可以降低滤波器系统的插入损耗，从而有效降低调谐范围需求，但是增加两个因子的谐振器数目并且从开关引入损耗。可以通过引入更多的开关和滤波器进一步降低滤波器系统的损耗，但是每个附加的滤波器将需要与原滤波器相同数目的谐振器，并且将由所需的开关引入更多的损耗。因此，仍然需要提供可以在减少的插入损耗下快速调谐的带通滤波器。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种射频RF滤波器，包括：信号传输路径，信号传输路径具有输入和输出；多个谐振元件，多个谐振元件沿着输入和输出之间的信号传输路径布置；以及多个非谐振元件，多个非谐振元件将谐振元件耦接在一起以形成具有与谐振元件的各个频率对应的多个传输零点以及传输零点之间的至少一个子带的阻带，其中，该非谐振元件包括至少一个可变的非谐振元件，该至少一个可变的非谐振元件用于在该阻带内选择性地引入至少一个反射零点以在该至少一个子带中的一个子带中创建通带，其中，该阻带处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频RF滤波器(10)，包括：信号传输路径(12)，所述信号传输路径具有输入(14)和输出(16)：多个谐振元件(18)，所述多个谐振元件沿着所述输入(14)和所述输出(16)之间的所述信号传输路径(12)布置；以及多个非谐振元件(22)，所述多个非谐振元件将所述谐振元件(18)耦接在一起以形成具有与所述谐振元件(18)的各个频率对应的多个传输零点(30)以及所述传输零点(30)之间的至少一个子带(36)的阻带(32)，其中，所述非谐振元件(22)包括至少一个可变的非谐振元件(22)，所述至少一个可变的非谐振元件用于在所述阻带(32)内选择性地引入至少一个反射零点(34)以在所述至少一个子带(36)中的一个子带中创建通带(38)，其中，所述阻带(32)处于微波频率范围内。

【技术特征摘要】
2014.03.14 US 14/214,2491.一种射频RF滤波器(10)，包括：信号传输路径(12)，所述信号传输路径具有输入(14)和输出(16)：多个谐振元件(18)，所述多个谐振元件沿着所述输入(14)和所述输出(16)之间的所述信号传输路径(12)布置；以及多个非谐振元件(22)，所述多个非谐振元件将所述谐振元件(18)耦接在一起以形成具有与所述谐振元件(18)的各个频率对应的多个传输零点(30)以及所述传输零点(30)之间的至少一个子带(36)的阻带(32)，其中，所述非谐振元件(22)包括至少一个可变的非谐振元件(22)，所述至少一个可变的非谐振元件用于在所述阻带(32)内选择性地引入至少一个反射零点(34)以在所述至少一个子带(36)中的一个子带中创建通带(38)，其中，所述阻带(32)处于微波频率范围内。2.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个子带(36)包括多个子带(36)。3.根据权利要求2所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)用于沿着所述阻带(32)移位所述至少一个反射零点(34)以在所述子带(36)中的多个选定子带内创建所述通带(38)。4.根据权利要求3所述的RF滤波器(10)，其中，所述通带(38)在所述多个选定子带(36)内具有不同的带宽。5.根据权利要求2所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)用于在所述阻带(32)内移位至少另一反射零点(34)以在所述子带(36)中的另一子带内创建另一通带(38)。6.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)用于沿着所述阻带(32)移位所述至少一个反射零点(34)以在所述一个子带(36)内选择性地移动所述通带(38)。7.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个反射零点(34)包括多个反射零点(34)。8.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)包括多个可变的非谐振元件(22)。9.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，进一步包括至少一个调谐元件(20)，所述至少一个调谐元件被配置为修改至少一个所述谐振元件(18)的频率。10.根据权利要求9所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个调谐元件(20)被配置为修改所述至少一个谐振元件(18)的频率，以沿着所述阻带(32)相对于所述至少一个反射零点(34)移位与所述至少一个谐振元件(18)的每个频率对应的所述传输零点(30)。11.根据杈利要求9所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个调谐元件包括多个调谐元件，所述多个调谐元件被配置为修改所述谐振元件(18)的频率以沿着频率范围同时移位所述阻带(32)与所述通带(38)。12.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)具有可调节的电纳。13.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)包括以下各项中的至少一项：可变电容器、低损耗开关、变容二极管和开关电容器。14.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述谐振元件(18)中的每一个包括薄膜集总元件结构。15.根据权利要求14所述的RF滤波器(10)，其中，所述薄膜集总元件结构包括高温超导体(HTS)。16.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，进一步包括控制器(24)，所述控制器被配置为生成调节所述至少一个可变的非谐振元件(22)的电信号。17.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述谐振元件(18)中的每一个包括声波谐振器。18.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述多个非谐振元件(22)包括与所述谐振元件(18)分别并联耦接的第一多个非谐振元件(22(1))以及与所述谐振元件(18)分别串联耦接的第二多个非谐振元件(22(3))，其中，所述第一多个非谐振元件(22(1))包括所述至少一个可变的非谐振元件(22)，所述至少一个可变的非谐振元件用于在不改变所述第二多个非谐振元件(22(3))中的任一个的情况下，在所述阻带(32)内选择牲地引入所述至少一个反射零点(34)。19.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)中的每一个具有彼此并联耦接以形成无源电抗电路的多个无源电抗元件(C1-C3)以及耦接至所述无源电抗元件(C1-C3)中的至少一个的至少一个开关(S1-S2)，其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)中的每一个的电抗被配置为通过操作所述至少一个开关(S1-S2)以选择性地使所述无源电抗电路包括或不包括所述至少一个无源电抗元件(C1-C3)来改变所述无源电抗电路的电抗而被改变，从而调节所述至少一个反射零点(34)相对于所述传输零点(30)的位置。20.根据权利要求19所述的RF滤波器(10)，其中，所述无源电抗元件(C1-C3)中的每一个是电容器，并且所述无源电抗电路是电容电路。21.根据权利要求20所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个开关(S1-S2)包括第一开关(S1)和第二开关(S2)，并且其中，所述至少一个可变的非谐振元件(22)中的每一个包括彼此并联耦接以形成电容电路的三个电容器(C1-C3)，所述电容电路具有耦接至所述第一开关(S1)的第一电容器(C1)以及耦接至所述第二开关(S2)的第二电容器(C2)。22.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，进一步包括控制器(24)，所述控制器被配置为生成操作所述至少一个开关(S1-S2)以改变所述至少一个可变的非谐振元件(22)的电抗的电信号。23.根据权利要求1所述的RF滤波器(10).其中，所述微波频率范围是800-900MHz。24.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述微波频率范围是1,800-2,200MHz。25.根据权利要求1所述的RF滤波器(10)，其中，所述多个谐振元件(18)布置在基板(44)上，所述RF滤波器(10)进一步包括布置在所述基板(44)上并且分别电耦接至至少一个所述谐振元件(18)的至少一个调谐元件(40，42，52)，其中，所述至少一个调谐元件(40，42，52)中的每个调谐元件的一部分被配置为从所述基板(44)移除以修改各个谐振元件(18)的频率。26.根据权利要求25所述的RF滤波器(10)，其中，所述至少一个调谐元件(40，42，52)包括多个调谐元件(40，42，52)，所述多个调谐元件被配置为修改所述谐振元件(18)的频率以沿着频率范围同时移位所述阻带(32)与所述通带(38)。27.根据权利要求25所述的RF滤波器(10)，其中，所述每个调谐元件(40，42，52)的部分被配置为经由激光、金刚石划线、聚焦离子束或光刻从所述基板(44)移除。28.根据权利要求25所述的RF滤波器(10)，其中，所述每个调谐元件(40，42，52)包括一个或多个配平片(52)，所述一个或多个配平片能够被移除以降...

【专利技术属性】
技术研发人员：格尼希·楚祖基，巴拉姆·A·威廉森，
申请(专利权)人：谐振公司，
类型：发明
国别省市：美国,US