CN1820390A - 可调的谐振器滤波器 - Google Patents

Abstract

可调的谐振器滤波器(200)，其工作频带能通过一次调节偏移。每个谐振器(210，220)的固有频率除了受基本调节装置的影响还受调节电路(ACI)的影响，后者包括：谐振器腔内的固定调谐元件(280)和谐振器腔外的调节部分(290)。调谐元件与谐振器的基本结构具有电磁耦合。调节电路功能上是一短发送线路，它被谐振器“看作”是一定值电抗。通过改变发送线路的电长度来改变整个谐振器的电抗值和电长度及固有频率。所述改变在调节部分用开关或可移动的介电件实现。在谐振器滤波器中每个谐振器都有类似的调节电路，且这些调节电路有公用控制(CNT)来偏移滤波器频带。当使用子频带划分时不必在制造中分别对每个子频带都调节滤波器。滤波器封装内不需要移动的部分。

Description

可调的谐振器滤波器

本发明涉及一种含有多个谐振器的滤波器，其工作频带能通过一次调节偏移。本发明的典型应用是基站的天线滤波器。

发明背景

当一个谐振器滤波器被制造出来，它的传递特征，即：它的频率响应，必须根据需要进行准备。这就要求这些谐振器之间的耦合强度正确，且每个谐振器的谐振频率，或固有频率特别是相对于其它谐振器的固有频率都具有一个预定值。在连续制造中，通常不同滤波器的某种谐振器其固有频率的变化相对于该滤波器的要求来说太宽。因此，每个滤波器中的每个谐振器必须经单独调谐。类似于这种的调谐在这里被称为基本调谐。滤波器中非常普遍的谐振器类型是四分之一波长同轴谐振器，其下端短路上端开路。这样，便能进行所述基本调谐，例如通过在滤波器封装盖上转动所述谐振器内部导体处的调谐螺丝，或通过将所述内部导体的末端制成的延伸的伸出部分弯曲。在这两种情况中，在每个谐振器中内部导体和该盖板之间的电容发生改变，其中该谐振器的电长度和固有频率也发生改变。

当所述滤波器要成为系统的一部分时，其中采用的是将发送和接收频带划分成几个子频带，该滤波器的通带宽度必须与一个子频带的宽度相同。而且，该滤波器的通带必须设在所需的子频带上。理论上，这总能在与所述基本调谐有关的制造阶段进行。然而，实际上在制造阶段通常只进行某种标准基本调谐，且当需要时，通过偏移所述滤波器的通带来进行与使用有关的子频带选择。通过将所述谐振器的固有频率改变一个相同数量而不触及这些谐振器之间的耦合，从而使所述通带偏移。

所述谐振器的固有频率能被改变，以通过分别调谐每个谐振器和观察其响应曲线来偏移所述通带。但是，这种调节费时且相当昂贵，这是由于调谐不得不人工地经多次重复步骤执行以得到所需的频率响应。图1a，b代表为申请FI20030402的申请人所知的谐振器滤波器，其通带能通过一次调节进行偏移。滤波器100是一个六谐振器双工滤波器。盖、底、侧壁和端壁构成导电的滤波器封装，其内部空间已用隔墙分成几个谐振器腔。图1a为移走盖板之后从上方所见的结构。这些谐振器为同轴四分之一波长谐振器；它们每个都有一个内部导体，其下端与底部电耦合，其上端“暴露于空气中”。这些谐振器三个一行排成两行。第一110、第二120和第三130谐振器构成发送滤波器，第四140、第五150和第六160谐振器构成接收滤波器。第三和第四谐振器在这个2×3的矩阵中并联，且它们都与天线连接器ANT耦合。第六谐振器与接收连接器RXC耦合，第一谐振器与发送连接器TXC耦合。例如，在所述发送和接收滤波器中，谐振器之间通过所述隔墙上的开口进行电磁耦合。

为了调节滤波器，所述结构包括一个联合介电调谐器件，它又包括谐振器专用调谐元件，如：第二谐振器的调谐元件128和第四谐振器的调谐元件148，和一个臂部108。该臂部呈矩形字母U的形状；它的第一部分从第一谐振器延伸至第三谐振器，横向的第二部分从第三谐振器延伸至第四谐振器，以及第三部分从第四谐振器延伸至第六谐振器。在某种程度上，每个谐振器专用调谐元件都是所述调谐器件臂部的一个延伸。所述联合调谐器件能沿该滤波器纵向方向水平地来回移动，这样，所述调谐元件能移动至该谐振器内部导体上方的某个位置，或者离开该内部导体上面的某个位置。这种移动可以通过盖上的槽，或通过在第三和第四谐振器这侧的滤波器封装的末端处的开口来实现。当处于调谐范围的左限时，每个调谐元件均在谐振器的内部导体的上方，当处于调谐范围的右限时，从上面看，每个调谐元件均在谐振器的内部导体的旁边。在前者情况下，所述谐振器腔上部的有效介电常数最高，这是由于所述介电元件处在该结构谐振时电场强度最强的位置。因此，所述内部导体的上端和其周围导电表面之间的电容也最高，该谐振器的电长度最高且固有频率最低。相应地，当所述调谐元件处于其调节范围的右限时，谐振器的固有频率最高。

在图1b中，从侧面可以看见滤波器100的盖105和调谐器件。所述调谐器件的臂部108穿过谐振器隔墙的上部边缘上的凹槽，使整个调谐器件正对着所述盖的下表面。在该图的实施例中，所述调谐元件在垂直方向上比所述调谐器件的臂部要深地伸入谐振器内部。例如，第二谐振器的调谐元件128伸长接近第二内部导体121的上端，如图所示。

在图1a，b所示的滤波器中，由于所述调谐器件的联合性，所述发送和接收频带通过一次调节来偏移。该结构相当紧凑，但移动所述调谐器件需要一点机械作用。

发明概述

本发明的目的在于，用新的有利的方法来实现谐振器滤波器的调节。根据本发明的谐振器滤波器包括一个构成谐振器腔的联合的导电封装和一个通过一次调节来偏移滤波器工作频带的装置，其特征在于，所述装置包括：在每个谐振器中，一个带有固定调谐元件的调节电路被安装在所述的谐振器腔中，并与谐振器的基本结构具有电磁耦合，以及一个调节部分被安装在所述封装的外部，所述调谐元件和调节部分与属于所述封装的谐振器壁一同构成发送线路，通过控制调节电路来改变该发送线路的电长度以便改变谐振器的固有频率，而且所述控制为滤波器的所有谐振器所公用，以便在偏移滤波器工作频带方面实现所述的一次调节。

本发明的基本观点如下：除了基本调谐装置，谐振器的固有频率还受调节电路的影响，该调节电路包括一个位于所述谐振器腔中固定的调谐元件，和一个位于该腔外部的调节部分。所述调谐元件与谐振器的基本结构具有一个电磁耦合。所述调节电路功能上是一个短发送线路，因此它被谐振器“看作”是一个定值电抗。该发送线路的电长度由所述调节部分改变，从而改变所述电抗值，其结果是该电长度和整个谐振器的固有频率也发生改变。例如，所述改变在调节部分用开关或可移动的介电件实现。在所述谐振器滤波器中，每个谐振器都有一个相同的调节电路，且这些调节电路能用公用控制来偏移滤波器工作频带。

本发明的一个优点在于，当使用子频带划分时，由于滤波器在投入使用时通过简单调节便能进行子频带的选择，所以不必在制造中分别对每个子频带都调节滤波器。本发明的优点还在于滤波器调节装置所引起的附加损耗非常低。而且，本发明的优点还在于至少在所述谐振器腔的内部不需要运动部分，这意味着增加可靠性。本发明的另一个优点在于，当使用电子开关时，用简单的电子控制便能实现滤波器的调节。

附图简述

在下文中，将更详细地描述本发明。参考附图，其中：

图1a，b所示为现有技术的谐振器滤波器，其通带能通过一次调节偏移，

图2a，b表示根据本发明的谐振器滤波器的原理，

图3表示根据本发明的调节电路的实施例，

图4表示根据图3的调节电路其调节部分的实施例，

图5表示根据本发明的调节电路的另一实施例，

图6表示根据本发明的调节电路的第三实施例，

图7a表示根据本发明的调节电路的第四实施例，

图7b所示为用根据图7a的调节电路来偏移滤波器的工作频带的实施例，

图8所示为安装了本发明的调节电路的谐振器实施例，

图9所示为安装了本发明的调节电路的谐振器其频率响应和固有频率偏移的实施例，以及

图10所示为根据本发明的滤波器其通带偏移的实施例。

发明详述

图1a和1b在结合现有技术的描述中已经解释过。

图2a为一结构图，表示根据本发明的谐振器滤波器的原理。图中当所述盖被放上时，从上方看滤波器200。其中，在联合且导电的滤波器封装中有几个接连的谐振器，如第一谐振器210和第二谐振器220。在第一谐振器的腔中有一个元件211属于该谐振器的基本结构，且在其它谐振器中也有一个类似的元件。每个谐振器均装有一个调节电路ACI，该电路包括一个固定调谐元件280和一个调节部分290。所述调谐元件是导电的且位于所述谐振器腔内，因此，它与谐振器基本结构具有电磁耦合。所述调节部分290位于谐振器腔的外部，在此示例性的图中为处于封装的侧壁201旁边，并穿过所述封装的开口与调谐元件280相连。所述调节部分从滤波器的外部获得一个控制CNT。同一控制也会作用于其它谐振器的调节电路，在这种情况下，控制的变化对所有谐振器固有频率的改变数量相同。因此，虽然滤波器工作频带偏移，但响应曲线的形状几乎不变。

所述调节电路的调节部分包括：一个导体，与作为信号地功能的封装一同构成短于四分之一波长的发送线路。如果从调谐元件看该发送线路在相对端被短路，那么，该线路的阻抗为纯电感。当末端为开路时，所述阻抗为纯电容。在两种情况中，整个调节电路——述调谐元件和所含的一个中间导体，从该谐振器看代表一个定值电抗器。因此，得到滤波器的一个谐振器的这部分的等效电路，如图2b所示。如果这些谐振器是四分之一波长谐振器，则其基本结构在所述谐振频率处相当于一个由一个电容C和一个线圈L构成的并联谐振电路。由所述调节电路构成的电抗器X与所述谐振电路并联相连。如果该电抗器为容性的，则效果是该谐振器的固有频率变得更低，如果为感性的，则效果是所述固有频率变得更高。当所述发送线路的电长度发生改变时，电抗器X的值也变化，其结果是所述电长度和整个谐振器的固有频率也发生改变。这些谐振器还能是半波谐振器，这样它们的等效电路就是一个串联谐振电路。

图3所示为根据本发明的一个谐振器调节电路的实施例，它是用于偏移滤波器工作频带的整个装置的一部分。该例的谐振器310是一个四分之一波长同轴谐振器。这意味着，在其腔内有一个内部导体311，该内部导体311的下端与谐振器的底部313电连接，且在所述内部导体的上端和谐振器314的盖之间有一个空的空间。所述调节电路ACI位于属于谐振器外部导体的壁312的一侧，该壁也是整个滤波器另一侧壁的一部分。所述调谐元件380属于该调节电路，是所述谐振器腔内的一个隔离于谐振器导体的导体器件。在垂直方向上，该调谐元件位于所述内部导体311的大约一半的位置。所述调谐元件通过一个低消耗介电支撑件SU固定在壁312上。当然，例如也可以固定在谐振器的底部。所述调节部分390属于调节电路，是一个小电路板，靠近于壁312的外表面。该电路板的导电部分通过中间导体385与所述调谐元件电连接。所述电路板用一个屏蔽罩SC罩住，以屏蔽该调节电路的外部干扰场，同时防止所述调节部分对环境的辐射。

在该谐振器310的内部还可以看到一个用于谐振器基本调谐的调谐元件BT，它固定在所述盖上，尽管与本发明无关。

图4所示为根据图3的调节电路其调节部分的实施例。该调节部分由一个矩形电路板390组成，它包括：一个介电板391、一个导体图案392和四个开关。所述导体图案从PI点与所述调节电路的调谐元件相连，该PI点靠近于该电路板第一端侧的角部。所述导体图案的PO点在第一端对面的角上与所述信号地GND相连或脱离不相连。第一开关SW1靠近该板的第一端并位于它一半的位置，从第一开关通向该板第二端的是第二开关SW2，进一步从第二开关SW2通向该板第二端的是第三开关SW3，以及直到第二端处的第四开关SW4。所述导体图案392有两个对称的部分。在该图中，下部包括一个微带从PI点开始，沿该板的第一侧和第二端布置，在开关SW4处终止。这个部分还有到开关SW1、SW2和SW3的侧支。相应地，在该图中，该导体图案的上部包括一个微带从PO点开始，沿该板的第二侧和第二端布置，在开关SW4处终止，带有到开关SW1、SW2和SW3的侧支。例如，这些开关是半导体开关或MEMS开关(微机电系统)。控制这些开关的这些微带位于电路板390的一侧，在图4中看不到。当然，还能将它们放在这些开关的同侧，在这种情况下，导体图案392只在该板的另一侧，与谐振器壁面对面。

通过所述调节部分的控制CNT，保持这些开关之一闭合，且其它开关断开。当开关SW1闭合时，PI点和PO点之间的电路通过它构成一个短路径a。当开关SW2闭合时，PI点和PO点之间的电路通过它构成一个较长的路径b，以及当开关SW3闭合时，PI点和PO点之间的电路通过它构成一个更长的路径c。当开关SW4闭合时，则沿最长的路径d，即沿着该电路板的三个边，构成电路。所述路径a、b、c和d已在图4中用线分别标出。

如果PO点与信号地GND相连-电路板旁边的谐振器的壁作用为该信号地，那么在图2a的附图说明中所讲述的发送线路在相对的一端被短路。如果PO点与信号地脱离不相连，那么发送线路在相对的一端为开路。在这两种情况中，根据以上所述，所述发送线路的电长度和与之相应的电抗将取决于所述调节部分的这些开关中哪一个闭合。

图5所示为根据本发明的谐振器调节电路的另一实施例，它是用于偏移滤波器工作频带的整个装置的一部分。本实施例的谐振器510其基本结构类似于图3所示的四分之一波长同轴谐振器。该谐振器的调节电路ACI也与图3的那个类似，其区别在于：它的调谐元件580现在是一个与内部导体511并联的导体，并在所述内部导体和外部导体512之间的空间内与谐振器的底部513电连接。因为这种结构，所述调谐元件到谐振器基本结构的电磁耦合主要是电感性的。调谐元件的上端通过一个中间导体585与该调节电路的调节部分590相连。象图3中的一样，该调节部分也有一个保护盖罩SC。

图6所示为根据本发明的谐振器调节电路的第三实施例，它是用于偏移滤波器工作频带的整个装置的一部分。本实施例的谐振器510其基本结构类似于图3所示的四分之一波长同轴谐振器。该谐振器的调节电路ACI也与图3的那个不同，其区别在于：现在它的调谐元件680用一个绝缘接头固定在谐振器的盖614上。该调谐元件位于谐振器的电气开路的上端处，因此，该调谐元件与谐振器基本结构之间的耦合在谐振频率时完全是纯电容的。所述调节电路的调节部分690位于盖614的顶部的所述调谐元件处。它被一个屏蔽罩SC罩住。

图7a所示为根据本发明的谐振器调节电路的第四实施例，它是用于偏移滤波器工作频带的整个装置的一部分。本实施例的谐振器710其基本结构类似于图3所示的四分之一波长同轴谐振器。该谐振器的调节电路ACI在调谐元件780方面也与图3的那个类似，但现在调节电路的所述调节部分790不同。该调节部分包括一个刚性导体792、一个可移动的介电调节件791及其延伸部分793。所述屏蔽罩SC也能被认为属于该调节部分。调节件791在其移动方向上有一个诸如孔或凹槽的形状，所述刚性导体792的直的部分穿过它。该形状的截面区域和所述导体在尺寸和形状上均相同。所述调节件的一侧能靠着谐振器外导体712外表面，且至少另一侧也能靠着所述屏蔽罩SC的内表面。该调节件接触表面的摩擦使它能够沿所述刚性导体792进行滑动，但该调节件准确地保持在它被移动到的位置上。现根据以下事实对谐振其固有频率进行调节：所述调节电路和信号地构成的发送线路电抗取决于所述介电调节件在发送线路上的位置。

图7b所示为如何将图7a的调节电路应用于偏移滤波器工作频带的实施例。本实施例的滤波器700包括一个第一谐振器710和其它三个谐振器。为了调节，在每个调节电路的屏蔽罩SC内都有一个沿所述刚性导体方向的槽SL，在图中，所述调节件的凸出部793从该槽中垂直地伸出。不同谐振器的调节电路的凸出部通过水平杆708连接起来。这也可以从图7a的末端看出。当在垂直方向上移动该控制杆时，机械连接至其上的这些调节件都移动一段相等的距离，且滤波器频段被偏移。所述杆的移动能够用一些控制单元人工地或电气地实现，如：步进驱动器或基于压电现象或压磁现象的装置。

图8所示为安装了本发明的调节电路的谐振器实施例。现谐振器810其基本结构是一个半波介电腔谐振器。在其腔中有一个固定的圆柱形介电件811，该介电件的基底与谐振器的底部813和盖平行。该介电件通过一个介电支撑件817升高至底部813之上，该介电支撑件的介电性低于介电件811。该结构已经确定尺寸，以便在其内部对滤波器的工作频率而产生一个TE₀₁(横向电的)波形。所述调节电路ACI类似于图3所示的那个：所述调谐元件880在侧壁812的内侧用作谐振器的外部导体，调节部分890紧挨着该侧壁的外侧。该调节电路也可以是一些其它的类型，如：图5、6和7a所示的那种。在这种情况中，所述调节电路电抗的改变也会改变谐振器的电尺寸和从而改变其固有频率。

图9所示为安装有本发明调节电路的谐振器其频率响应的实施例，以及所述固有频率的偏移。该图表示作为频率的函数的传递系数S21，即：两种状态下频率响应的振幅部分。第一曲线91示出一种状态，其中谐振器的固有频率为2300MHz。在衰减3dB处测得的带宽约为0.82MHz，于是该谐振器的Q值大约变为2800。第二曲线92形状与第一条相同。其峰值为2315MHz，于是该谐振器的固有频率偏移为15MHz。在实施例的这些频率处，所述波长的四分之一约为3cm的数量级。在这种情况下，它适合于在大约2cm的范围内改变由所述调节电路所代表的发送线路的电长度。这意味着，谐振器的固有频率实际上有大约100MHz的调节范围。

图10所示为根据本发明的滤波器其通带偏移的实施例。该滤波器有五个谐振器。该图示出了两种状态下作为频率的函数的传递系数S21。第一曲线A1所示为所述通带约为2298~2326MHz的情况。第二曲线A2所示为所述通带被向上偏移大约45MHz的情况。

在本说明书以及权利要求中的这些限定“下部”、“上部”、“从上面”、“从侧面”、“水平”、“垂直”和“高度”指的是谐振器的位置，其中，其内部和/或外部导体是垂直的，所述底部是最低的。因此，这些限定与该装置被使用的位置毫无关系。

以上已经描述了基于谐振器的滤波器，其工作频带能借助于共同控制的调节电路通过一次调节进行偏移。该结构显然可能不同于其详述中所表达的那些。例如：通过开关可改变的调节部分的导体式样能以多种方式成形。这种调节部分还能不用电路板构成以降低损耗。当内部导体之间的距离选择合适时，所述滤波器的基本结构还能不用导电隔墙构成。本发明思想在独立权利要求1定义的范围内能以不同方式应用。

Claims (12)

1.一种可调的谐振器滤波器(200；700)，包括一个构成谐振器腔的联合的导电封装和一个通过一次调节来偏移滤波器工作频带的装置，

其特征在于，所述装置包括：

在每个谐振器中的一个带有固定调谐元件(280；380；580；680；780；880)的调节电路(ACI)，该调节电路被安装在所述的谐振器腔中，并与谐振器的基本结构具有电磁耦合，

以及一个调节部分(290；390；590；690；790；890)，其被安装在所述封装的外部，

其中所述调谐元件和调节部分与属于所述封装的谐振器壁(312；512；614；712；812)一同构成发送线路，通过控制(CNT)调节电路来改变该发送线路的电长度以便改变谐振器的固有频率，而且，所述控制为滤波器的所有谐振器所公用，以便在偏移滤波器工作频带方面实现所述的一次调节。

2.根据权利要求1的滤波器，其特征在于，所述调谐元件(380；680；780；880)与用于分界所述谐振腔的导电墙电绝缘。

3.根据权利要求1的滤波器，其特征在于，所述调谐元件(580)与所述谐振器的导电底部(513)电连接。

4.根据权利要求1的滤波器，其特征在于，所述调节部分(390)包括一个位于与所述调谐元件相连的一第一点(PI)和第二点(PO)之间的导体图案(392)以及多个开关(SW1，SW2，SW3，SW4)，且所述控制(CNT)被安排用来影响这些开关以改变所述第一和第二点之间的导体长度，从而改变所述发送线路的电长度。

5.根据权利要求1的滤波器，其特征在于，所述调节部分(790)包括一个介电调节件(791)和一个与所述调谐元件相连的刚性导体(792)，该导体的直的部分穿过所述调节件，且所述控制(CNT)被安排用来影响该调节件，以便使其沿所述刚性导体滑动从而改变所述发送线路的电长度。

6.根据权利要求1的滤波器，其特征在于，所述调节部分被一个保护板(SC)罩住以屏蔽该调节电路的外部干扰场，同时防止所述调节部分对环境的辐射。

7.根据权利要求1的滤波器，其特征在于，其谐振器(310；510；610；710)是四分之一波长同轴谐振器。

8.根据权利要求1的滤波器，其特征在于，其谐振器(810)是半波介电腔谐振器。

9.根据权利要求4的滤波器，其特征在于，所述调节部分包括一个电路板(391)，所述导体图案和开关都属于它。

10.根据权利要求4的滤波器，其特征在于，所述开关是MEMS类型的。

11.根据权利要求5的滤波器，其特征在于，为了实现所述公用控制，所述谐振器的介电调节件彼此之间通过滤波器封装外的控制杆(708)机械地相连。

12.根据权利要求11的滤波器，其特征在于，所述控制杆被安排用来通过驱动器被电气地移动。

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