CN1329763A - 微带滤波器装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于实现体积小,成本低,功率大的滤波器装置的滤波器,所述滤波器包括第一和第二信号端口(101,102),其被设置用于通过所述第一频带的信号,以及至少一个第一地平面装置。所述滤波器还包括细长导体(111),其基本上和所述地平面平行地共同延伸,从而在所述第一和第二端口之间提供用于所述频带的第一信号通路,至少一个第一导电部分(107),其具有第一射频特征,并在第一互连点和所述信号通路相连,并且所述第一特征和所述第一互连点的位置被这样选择,使得在所述第一频带外部的射频在所述第一信号通路内被有效地衰减。所述滤波器的特征在于,所述细长导体和所述导电部分一部分由平面介电材料构成,一部分由自支撑导体构成,所述介电材料具有远大于1的相对介电常数,提供有导电图形,所述第一互连点和所述地平面装置由气体形式的介电材料分开。

Description

微带滤波器装置

本发明一般涉及一种大功率的滤波器装置，尤其涉及微带滤波器装置。

在不同的蜂窝电话系统中的用户的不断增长使得由于有限的可利用的频带在高峰时的呼叫强度达到了最大的同时呼叫数。因而，限制接线员在蜂窝系统中加入新的用户。这通过引入用于通信的新的频带来解决。例如，在一些区域内利用PCS/GSM 1800Mhz补充带宽为900Mhz的移动电话系统。因而具有双带蜂窝电话的用户可以使用这两个频带中的任何一个进行通信以便减少通信拥挤，因而接线员可以使更多的用户加入组合的系统中，因而获得更多的收入。

由一个接线员使用两个不同的频带可能要求接线员使用两个不同的天线，每个频带各用一个天线。不过，最好接线员使用同一个电缆连接用于一个特定的地理区域的两个天线或双带天线，因而需要一个组合器或滤波器用于分离不同的频带。

一般地说，这种大功率滤波器使用按照已知技术中的腔体谐振器进行设计。这种滤波器在功能上是满意的，只是笨重、昂贵并且需要手动调谐才能得到最佳性能。常规的大功率滤波器的另一个例子包括沿着圆柱形金属壳体的中心轴线的有线传输线。传输线和一系列与其垂直相交的圆形金属板相连。所述金属板由介电材料和接地壳体沿圆周方向分开，从而产生电容性连接效果，用于分流高频。这种滤波器用于抑制谐波分支(spur)或高频一般还是满意的，但是体积大而且昂贵。最好是设计一种容易制造的滤波器，其不需要人工调谐，并且体积较小，成本低。

这些要求可以用微带滤波器或带状线滤波器来解决。不过，微带滤波器一般不适用于用作大功率滤波器，这是由于大的插入损耗，其把信号功率减少到一个不能接受的值。

在转让给Motorola Inc.的US5153541“Multidielectric MicrostripFilter”中披露了一种大功率的微带滤波器。两种不同的介电材料分别把传输线和地平面、径向垫片和地平面分开。径向垫片通过两个介电材料中的第一个和地平面协同操作，用于衰减谐波分支。沿着传输线设置有几个小孔，并由所述两种介电材料中的第二种材料充满，所述第二种材料最好是空气，其减少和地平面耦合的电容。

使用由用于支撑传输线的支撑部件提供的几个小孔带来一些麻烦。按照所引用的专利，支撑部件需要用来支撑传输线，并使传输线和径向垫片之间形成导电连接。这种结构的一个问题是，支撑部件也引入一个增加的电容耦合，这是由电路板在具有大电流的位置引起的，因而需要减少电容耦合。最好能够减少在支撑部件上的所述电容耦合。

要选择地改变沿着传输线的特性阻抗也是非常困难的，这又妨碍设计的自由度。最好能够增加设计滤波器特性的自由度。

在US 5153542中的结构也是一种宽带设计，这意味着这种滤波器用于在低通频带以上的非常宽的频带中衰减信号。这种滤波器的设计要求可能对建造构成限制。

本发明的主要目的在于实现一种用于滤除第一频带中的信号的大功率滤波器。所述滤波器应当具有小的体积，能够处理大的功率，并且容易制造，同时具有低的成本。

按照本发明的优选实施例，本发明的另一个目的在于，提供一种大功率滤波装置，在滤波器特性的设计方面，其具有增加的设计自由度。

更详细地说，上述的关于如何实现体积小、成本低的大功率的滤波器的问题通过提供一种滤波器被解决了，所述滤波器包括第一和第二信号端口，其被设置用于通过所述第一频带的信号，以及至少一个第一地平面装置。所述滤波器还包括细长导体，其基本上和所述地平面平行地共同延伸，从而在所述第一和第二端口之间提供用于所述频带的第一信号通路，至少一个第一导电部分，其具有第一射频特征，并在第一互连点和所述信号通路相连，并且所述第一特征和所述第一互连点的位置被这样选择，使得在所述第一频带外部的射频在所述第一信号通路内被有效地衰减。所述滤波器的特征在于，所述细长导体和所述导电部分一部分由平面介电材料构成，一部分由自支撑导体构成，所述介电材料具有远大于1的相对介电常数，提供有导电图形，所述第一互连点和所述地平面装置由具有和真空中的介电常数基本相同的介电常数的介电材料分开。

按照本发明的一个实施例，所述射频特征被这样选择，使得在所述第一频带之上的第二频带中的信号被有效地衰减。

按照本发明的一个实施例，本发明的目的通过提供一种滤波器被实现了，其中所述信号通路具有较窄的和较宽的部分，从而沿着信号通路形成不同的特征阻抗，并且所述信号通路的所述特征阻抗和所述导电部分的频率特性协同操作，使得衰减在所述第一频带之上的至少第二频带中的频率。

本发明的优点在于可以实现体积小、成本低的滤波器装置。

本发明的另一个优点在于，在具有峰值电流的部分可以使用相当可靠的导电材料，在具有大的电场的部分，可以使用具有高的介电强度的导电材料。从而实现另一个优点，即，可以保持低的损耗和大的功率处理能力。

如果介电材料是印刷电路板，则可以保持高的机械允差，从而有助于生产自由调谐的滤波器。

本发明的另一个优点在于，可以实现能够处理大功率信号的传输线。

本发明的另一个主要优点在于，到地平面的距离和导体部分的宽度之间的关系可以按照要求和需要进行选择。

从下面给出的详细说明可以更清楚地看出本发明的优点和特点。不过，应当理解，本说明中的详细说明和特定的例子只以举例方式说明本发明的优选实施例，对于本领域的技术人员，不脱离本发明的范围和构思，可以作出许多改变和改型。

从下面参照附图给出的详细说明可以更充分地理解本发明，其中：

图1表示按照本发明的组合器/分裂器装置；

图2表示在图1的组合器/分裂器装置中沿线I-I取的截面图；

图3表示图1所示的实施例的原理图；

图4，5a，5b表示按照本发明的优选实施例的组合器/分裂器的不同的应用；

图6，7和8表示按照本发明的优选实施例的组合器/分裂器的截面图；

图9是图1所示的本发明的优选实施例的透视图。

图1中示出了按照本发明的优选实施例的滤波器装置，为了简明，其中的盖被除去了。所述滤波器装置包括第一输入装置101，第一输出装置102，和第二输出装置103。输入信号包括至少两个不同的频带，在所述的优选实施例中，其包括位于900Mhz的GSM频带和位于1800Mhz的PCN频带。不过，本发明也可以应用于其它特定的频带。输入信号被送入第一低通滤波器装置104，和第二带通滤波器装置105，第一低通滤波器装置104将在下面进行说明。第二带通滤波器装置用于按照第二滤波方法对输入信号滤波，其通过输入装置101接受输入信号，并使输入信号经过几个同轴谐振器106，从而产生经过带通滤波的信号，以便使其能够通过1800Mhz的PCN带。这种滤波器的结构就其本身而言是公知的，因而此处不再进一步讨论。

应当注意，虽然输入和输出装置一般用于以简单和易于理解的方式说明装置的功能，但是，本文所述的装置是一种双工装置。因而，输入和输出装置这个术语并不指信号传播的任何方向，而是指信号可以从输入装置传播，并进入输出装置。

用于按照第一方法对输入信号滤波的第一滤波装置接收输入装置101的输入信号。所述信号在印刷电路板108上的导电图形107上向着所述印刷电路板108上的开口或孔110传送。利用螺栓或利用螺钉、黏合剂或任何其它的固定装置把所述印刷电路板固定在金属的，或者更一般地说，导电体109上。导电体109实际上是一个地平面，其离开所述导电图形107一个第一距离。作为另一种方案，地平面可以在导电图形107的对面被固定在印刷电路板上。在这个优选实施例中，导电图形107由4个不相连的部分107a-d构成。在其它的实施例中，可以使用较多或较少的部分。

呈导电板的形式的刚性的导电传输线111和导电图形107的所有的断开部分107a-d处于导电接触状态并位于开口或开孔110的上方。在形成地平面的导电体109中，也有一个槽和开口或开孔110对准，因此，传输线111离开所述地平面一个大于所述第一距离的第二距离。传输线111包括凸出的部分，它们被焊接到导电图形107的端部上，从而实现导电连接。实现这个连接的其它方法可以包括导电黏合剂、螺栓、螺钉、或任何其它的紧固装置。传输线具有较宽的和较窄的部分112，其和部分107b，107c以及凸出的部分、成形柱，以便按照现有技术实现所需的滤波。导电图形107的部分107d使传输线107和输出装置102相连。

刚性导电传输线例如可以通过刻蚀来实现，这能够得到非常高的精度，或者通过冲压或者通过本领域技术人员公知的任何其它方法来实现。

图2是图1沿线I-I取的截面图。由图可以清楚地看到传输线111和导电体109之间的距离D1，导电图形107和导电体109之间的距离D2，其中导电体109形成地平面。互连点201连接传输线111和导电图形107a。所有的导电图形107的不相连的部分和传输线之间都有这种互连点。它们全部被这样设置，使得互连点201和地平面109被空气隔开。在实现大功率滤波器时，这是一个重要的步骤，因为在这些点可能发生大的电流。应当注意，互连点不必和焊点相同。互连点简单地表示，在该点传输线和短线接合。在这个特定的优选实施例中，这由刚性导电传输线的凸出部分和不相连的部分构成，并且和两者之间如何实现电气连接和机械连接无关。

图3表示按照本发明的优选实施例的原理图。低通滤波器104和适用于以第一频率发送和接收信号的第一天线301相连，在本实施例中，所述第一频率是在800Mhz附近的GSM带。带通滤波器105用类似方式和适用于以第二频率发送和接收信号的第二天线302相连，在本实施例中，所述第二频率是在1800Mhz附近的PCN带。两个滤波器104和105和公共输入装置101相连。传输线把第一组合器/分裂器303和第二个类似的组合器/分裂器304相连，以便对于不同的应用传输不同频带的信号。因而一个传输线可以用于传输两个频带的信号。

图4表示一种不同的结构，其中使用双带天线402。在这种情况下，只使用一个组合器/分裂器。

图5a说明一种使用双带、双极性天线501的结构。其中使用第一和第二组合器/分裂器502，503，每个用于一种极性。图5b表示使用两个双极性天线504，505的结构，其中天线用于一个频带。因而，需要另外两个组合器/分裂器506，507。

虽然上面说明了作为低通滤波器以及在本实施例中作为带通滤波器的一个滤波器，显然，对于本领域技术人员，使用本说明中的本发明的构思可以设计许多类型的滤波器，例如带阻滤波器或者两个低通滤波器，或者适用于实现所需的第一方法的其它的组合。

图6表示按照本发明的另一个优选实施例的截面图。在本实施例中，传输线具有在印刷电路板的两面的第一和第二导电带601和602。第二导电带和具有槽的导电体604协同操作，并在距离所述第二导电带602距离D1处形成地平面。滤波器600还包括盖605，其和所述导电体呈导电接触，因而构成所述地平面的一部分，并在距离D3和第一导电带601协同操作。盖605和导电体604形成滤波器的壳体。滤波器还包括距离所述地平面为D3的导电短线606。

通过使用壳体作为滤波器600的地平面，可以避免内部调制的问题。已经注意到，使用具有镀铜的背面的常规的印刷电路板，当把其设置在壳体中时会产生内部调制问题。简单而巧妙的解决办法是使用导电的接地壳体作为地平面。

图7表示按照本发明的优选实施例的截面图。在本实施例中，通过设计具有槽的盖701，选择距离D3等于图6中的距离D1。在其它方面，图7的实施例和图6的实施例相同。

图8表示使用带状线的一个优选实施例，最主要的区别在于实现了对称的截面。因而，导电短线606在面向地平面装置的两侧上具有介电常数相当大的相同的材料603，而传输线801借助于空气和两个地平面装置802，803分开。

图9示出了和图1表示的相同的优选实施例，为清楚起见，其中也把盖除去了。

Claims (12)

1.一种用于通过第一频带的射频信号的滤波器，包括：

第一信号端口，其被设置用于通过所述第一频带的信号，

第二信号端口，其被设置用于通过所述第一频带的信号，

至少一个第一地平面装置，

细长导体，其基本上和所述地平面装置平行地共同延伸，用于在所述第一和第二端口之间提供用于所述频带的第一信号通路，

至少一个第一导电部分，其具有第一射频特征，并在第一互连点和所述信号通路相连，

所述第一特征和所述第一互连点被这样选择，使得在所述第一频带外部的射频在所述第一信号通路内被有效地衰减，所述滤波器的特征在于，

所述滤波器被设置在壳体(109；604，605)内，

所述细长导体(111)和所述导电部分(107)一部分由平面介电材料(108)构成，一部分由自支撑导体构成，所述介电材料具有远大于1的相对介电常数，提供有导电图形，

所述第一互连点和所述地平面装置由具有和真空中的介电常数基本相同的介电常数的介电材料分开。

2.如权利要求1所述的滤波器，其中所述第二电介质是空气。

3.如权利要求1或2所述的滤波器，其中

所述壳体和信号地相连，

所述平面介电材料被固定在所述壳体上，使得所述第一导电部分离开所述壳体壁一个第一距离，以及

所述导体和所述互连点离开所述壳体壁一个第二距离。

4.如权利要求1-3任何一个所述的滤波器，其中

所述至少一个第一导电部分被离开所述地平面装置的第一距离(D1)隔开，

所述细长导体被离开所述地平面装置的第二距离(D2)隔开，

所述第一和第二距离是不同的。

5.如权利要求1-4任何一个所述的滤波器，其中所述细长导体包括呈具有较窄的和较宽的部分(112)的形式的分布元件，

所述分布元件和所述第一射频特征以及所述互连点协同操作，使得有效地衰减在所述第一频带外部的频率。

6.如权利要求1-4任何一个所述的滤波器，其中所述细长导体被设置用于在所述第一信号端口和所述第二信号端口之间形成一个传输线。

7.如权利要求1-6任何一个所述的滤波器，其中所述至少一个第一导电部分至少部分地和所述细长导体平行地延伸。

8.如权利要求1-7任何一个所述的滤波器，其中

所述滤波器被设置在壳体中，

在所述壳体中设置至少一个另外的滤波器，其具有和所述滤波器共用的所述第一信号端口，和第三信号端口，

所述至少一个另外的滤波器被设置用于衰减第二频带外部的信号。

9.如权利要求1-8任何一个所述的滤波器，其中

第二细长导体基本上和所述地平面装置以及所述第一细长导体平行地延伸，并和它们协同操作，从而形成所述传输线，

所述第一细长导体被设置在所述平面介电材料的第一侧，

所述第二细长导体被设置在和所述平面介电材料的第一侧相对的第二侧。

10.如权利要求1-9任何一个所述的滤波器，其中

所述至少一个第一地平面装置面向所述第一细长导体，并和其离开一个第一距离，

所述至少一个第二地平面装置面向所述第二细长导体，并和其离开一个第二距离。

11.如权利要求10所述的滤波器，其中

所述第一和第二距离是不同的。

12.如上面任何一个权利要求所述的滤波器，其中

所述滤波器被设计用于衰减在所述第一频带之上的第二频带中的信号。

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