介质单块三模微波延时滤波器制造技术

一个延时滤波器使用了介质单块三模谐振器和独特的谐振器内耦合结构，该滤波器具有更小的体积和处理更高功率的能力。三模单块谐振器在一个模块内具有三个谐振器。一个输入／输出探针被连接到每个镀有金属的介质块上一传送微波信号。切角将指向一个方向的模式耦合到指向互相正交的第二方向的模式。两个模块之间的一个开口耦合了所有六个谐振模式，并且通过两个模式之间的磁场产生了两个感性耦合，还通过电场产生了一个感性耦合。输入／输出探针、耦合切角以及开口被对准，这样所有的六个谐振器就会在所需要的值和符号上被耦合，所以就可以实现在一定带宽内传输信号的恒定延时。通过将输入和输出探针连接到印刷电路基板上，该延时滤波器就是表面可安装的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及滤波器装置。特别地，本专利技术所公开的三模、单块谐振器与可比较的包括一个微波平坦延时滤波器的金属梳状线谐振器相比体积更小且成本更低。
技术介绍
在通信系统中产生信号时，梳状线滤波器被用来抑制不需要的信号。现有的梳状线滤波器结构包括分布在一个金属外壳内的一系列金属谐振器。由于每个谐振器需要一定的体积，所以金属外壳尺寸的减小就不可能超越现有技术，根据工作频率和最大插入损耗，现有技术中的尺寸典型地为3-10立方英寸/谐振器。此外，金属外壳代表了整个滤波器装置中的一个主要成本百分比。所以，现有的金属滤波器太大且太贵。进一步，个人通信系统要求在基站应用中具有高度线偏振的功率放大器。通常在功率放大器设计中采用前馈技术来减小互调畸变(IMD)。前馈功率放大器设计中的一个共同点在于使用主高功率前馈环中的延时来抵消功率放大器(PA)的错误信号。典型地，电延时是通过同轴类型的传输线或金属谐振滤波器来实现的。基于滤波器的延时线可以被认为是一个经过特殊设计的具有优化群延时的宽带带通滤波器。然而，相关的技术具有许多问题和缺点。例如，但不是限制性地，由于在新一代通信系统中对延时线/滤波器的体积的需求，同轴线以及金属外壳滤波器由于有最大插入损耗的限制而不可能在尺寸上进一步缩小。
技术实现思路
在一个优选实施例中，本专利技术是在一个宽频范围内提供非常平坦的群延时的方法和装置。在另一个优选实施例中，本专利技术是一个对包括一个块谐振器滤波器的滤波器装置进行调谐的方法和装置，所述调谐是通过从所述块谐振器滤波器的一个表面去掉小的圆形区域来实现的。在另一个优选实施例中，本专利技术是一个对包括一个块谐振器滤波器的滤波器装置进行调谐的方法和装置，所述调谐是通过在所述块谐振器滤波器的多个正交表面上进行研磨以改变所述模块中的谐振频率来实现的。在另一个优选实施例中，本专利技术是一个对包括一个块谐振器滤波器的滤波器装置进行调谐的方法和装置，所述调谐是通过使用所述块谐振器滤波器的多个正交表面中的至少一个调谐圆柱来调谐所述滤波器而实现的。附图说明图1a和1b是基本三模单块形状的两个基本视图。图1b的视图表示了插入单块的一个探针。图2是连接在一起以形成6极滤波器的两个单块的立体图和结构线表示图。图3a和3b是具有第三切角的单块的立体图和结构线表示图。图4表示了一个切割在谐振器表面内的槽。图5表示了模式1、2和3的谐振频率与沿着X-Z表面的X方向切割槽的切割长度的关系。图6表示了模式1、2和3的谐振频率与沿着X-Y表面的X方向切割槽的切割长度的关系。图7表示了模式1、2和3的谐振频率与沿着X-Y表面的Y方向切割槽的切割长度的关系。图8a表示了一个对单块进行调谐的方法，该法是通过在单块的一个特定表面上去掉导电表面的小的圆形区域来实现的。图8b表示了通过使用在三个正交面上的凹槽或圆圈来实现模块中三个模式的谐振模式的调谐。图9表示了当从单块的X-Y表面连续的切掉圆圈时模式1的频率变化。图10a和b表示了对模块中三个模式的调谐，所述模块使用了附在三个正交表面上的金属或介质调谐器(图10a)，或是使用了插入单块的金属或介质调谐器(图10b)。图11a、b、c和d表示了三模单块的输入/输出耦合方法。图12a和12b表示的装置结构中，低通滤波器被制作在承载了单块滤波器以及屏蔽滤波器的同一块电路板上。图13表示的装置中，单块滤波器和梳状线滤波器被装配在承载了4元件天线阵列的同一块电路板上。图14a、b和c表示了封装在一个盒子内的一个单块滤波器(图14a)，以及突出表示的内部结构(图14b)。图14c表示了双工器的一个类似的封装。图15表示了低通滤波器(LPF)、预选或屏蔽滤波器以及三模单块的通带响应。图16a和b是屏蔽滤波器的照片。图17(a)和(b)表示了包括一个三模单块延时滤波器的另一个优选实施例。图18(a)和(b)表示了根据本专利技术的三模单块延时滤波器的立体图。图19表示了根据本专利技术的延时滤波器中的一个开口的功能。图20表示了根据本专利技术本优选实施例的三模单块延时滤波器的频响仿真。具体实施例方式我们希望能将滤波器装置的尺寸和成本降到金属梳状线结构所能实现的尺寸和成本以下，其中这些金属梳状线结构现在被用来衰减不需要的信号。本专利技术将一个三模谐振器结合到一个包含有一个屏蔽滤波器和一个低通滤波器的装置中，这样就使得整个装置能够提供对不需要的信号的扩展频率范围的衰减。装置的集成方式能够减小所需要的体积以及能够容易地装配到电路板上。三模单块空腔采用了三模单块空腔的滤波器能够在维持可以接受的电学特性的前提下，显著地减小滤波器封装的总体体积以及降低成本。尺寸的减小有两个原因。首先，一个三模单块谐振器在一个块上有三个谐振器。(每个谐振器给滤波器的响应提供了一个极点)。这与现在使用的每个块包括一个谐振器的滤波器相比就在尺寸上缩小了3倍。其次，标准梳状线结构中采用了空气填充的同轴谐振器，与标准梳状线结构不同，这里的谐振器是介质填充的模块。在优选实施例中，它们是镀有导电金属层的陶瓷涂层固体块，典型的导电金属层可以是金属银。高介电常数的材料可以使得谐振器的尺寸在保持相同的工作频率的情况下大约按介电常数的平方根减小。在优选实施例中，陶瓷材料所具有的介电常数介于35到36之间，其Q为2000。在另一个实施例中，介电常数为44，Q为1500。尽管Q变低了，但谐振器会由于高的介电常数而变小。在另一个优选实施例中，介电常数为21，Q为3000。此外，由于单块空腔是自包含的谐振系统，所以就不需要金属屏蔽。与空气填充的谐振器相比，由于不需要金属屏蔽而减小的成本比采用介质填充所带来的附加成本要高。单块并不是一个新的概念。然而，这是第一个三模单块谐振器。此外，将金属覆盖的填充了低损耗、高介电常数材料的单块三模谐振器封装到一个实用滤波器及其装置中是新颖的和非显然的。三模单块谐振器10的基本设计示于图1，在该图中视图1(a)和1(b)表示了三模单块的基本形状。它大致上是一个立方快。所激励的三个模式为TE110、TE101以及TE011模。参考J.C.Sethares和S.J.Naumann的《微波介质谐正器的设计(Design of MicrowaveDielectric Resonators)》，IEEE Trans.Microwave Theory Tech.，pp2-7，Jan.1966，该文章在这里被作为参考。这三个模式彼此之间是正交的。该设计是对矩形(空的)波导三模设计的一个改进，后者被描述于G.Lastoria，G.Gerini，M.Guglielmi以及F.Emma的《矩形波导中的三模空腔的计算机辅助设计(CAD of Triple-Mode Cavities inRectangular Waveguide)》，IEEE Trans.Microwave Theory Tech.，pp.339-341，Oct.1998，该文在这里被作为参考。三模单块谐振器中的三个谐振模式被典型地记为TE011、TE101和TE110(或者有时被记为TE11□、TE1□1和TE11□)，其中TE表示是横电模，而三个连续的指标(通常写成脚标)表示了沿x、y和z方向的半波长数。例如，TE101表示的谐振模式的电场会沿x和z方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个具有一个平坦群延时滤波器的谐振器，包括：通过一个开口而互相耦合的第一三模单块和第二三模单块；以及位于所述第一三模单块一端的第一探针和位于所述第二三模单块一端的第二探针，所述第二三模单块的一端与所述第一三模单块的所述一端相 对。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赤，王伟立，威廉D威尔伯，威廉D布莱尔，
申请(专利权)人：无线电射频系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]