本發(fā)明的示范性且非限制性實(shí)施例一般涉及射頻濾波器。本發(fā)明的實(shí)施例尤其涉及包括一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)多模諧振器的射頻濾波器。

背景技術(shù)：

背景技術(shù)的以下描述可以包括見解、發(fā)現(xiàn)、理解或公開或者連同在本發(fā)明之前相關(guān)領(lǐng)域未知的但由本發(fā)明提供的公開的關(guān)聯(lián)。本發(fā)明的這樣的貢獻(xiàn)中的一些可以在下面具體地被指出，而本發(fā)明的其他這樣的貢獻(xiàn)將從其上下文顯而易見。

射頻濾波器典型地在移動(dòng)電信網(wǎng)絡(luò)的基站、移動(dòng)電話和其他無線電收發(fā)機(jī)中使用。可能的射頻濾波器應(yīng)用包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)放大器的適配器電路和濾波器電路。

在基站發(fā)射機(jī)和接收機(jī)側(cè)濾波器中，典型地使用高q空腔諧振器。良好的射頻特性、諸如低插入損耗和良好的功率處理以及小尺寸尤其是射頻濾波器被要求的。一個(gè)典型的解決方案是使用電介質(zhì)雙模或多模諧振器。然而，這樣的諧振器的實(shí)現(xiàn)不是容易的任務(wù)。

目前，緊湊橫向磁性、tm、雙?；騿文？涨恢C振器需要地接觸或圍繞陶瓷的全金屬電鍍。陶瓷與金屬之間的接合由于線性溫度膨脹的不同系數(shù)而難以產(chǎn)生。此外，對于焊接接合而言，需要在陶瓷上電鍍。當(dāng)使用完全被電鍍的陶瓷塊時(shí)，經(jīng)常難以將該陶瓷塊連接到其他機(jī)構(gòu)并得到可調(diào)節(jié)的耦合和頻率。

存在一些沒有直腔接觸的正交tm雙模/多模諧振器。然而，它們不支持足夠?qū)挼念l帶，并且它們不能從具有足夠良好的虛假響應(yīng)(spuriousresponse)的一側(cè)被調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種射頻濾波器，該射頻濾波器包括至少一個(gè)電介質(zhì)多模諧振器，所述諧振器包括：金屬外殼，該金屬外殼具有頂面、底面、在頂面和底面之間的四個(gè)扇段（sector），并且其中包括諧振器空腔；被定位在空腔內(nèi)部的電介質(zhì)體，所述電介質(zhì)體在空腔的頂面和底面之間具有第一厚度，其中在外殼的扇段和電介質(zhì)體之間存在間隙；所述電介質(zhì)體包括在面向外殼的頂面的表面上以及在面向外殼的底面的表面上的凹部，所述電介質(zhì)體因此在凹部的位置處具有第二厚度，該第二厚度小于第一厚度。

在從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的一些實(shí)施例。

附圖說明

在下文中，將借助于優(yōu)選實(shí)施例參考（附隨的）附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1圖解電介質(zhì)多模諧振器的一個(gè)示例；

圖2a到2c圖解諧振器的電介質(zhì)體中的凹部以及第一厚度和第二厚度；

圖3圖解從頂側(cè)所觀察的電介質(zhì)多模諧振器；

圖4圖解電介質(zhì)多模諧振器的另一個(gè)示例；

圖5圖解射頻濾波器的一個(gè)示例；

圖6圖解在電介質(zhì)加載空腔中的電場矢量方向；

圖7a和7b圖解濾波器的空腔之間的壁的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例；

圖8圖解在電介質(zhì)加載空腔中的磁場矢量方向；以及

圖9圖解射頻濾波器的另一個(gè)示例。

具體實(shí)施方式

可以使用許多不同技術(shù)來設(shè)計(jì)射頻濾波器。例如，空氣填充同軸、電介質(zhì)填充同軸、微帶、電介質(zhì)填充空腔和電介質(zhì)加載空腔是已知的濾波器類型的一些示例。每個(gè)濾波器類型具有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?；陔娊橘|(zhì)加載空腔的濾波器具有許多良好特性、諸如高q值、良好的功率處理和小尺寸。

在用戶終端和基站中利用射頻濾波器的典型的通信系統(tǒng)的示例是全球通信系統(tǒng)gsm、通用移動(dòng)電信系統(tǒng)（umts）無線電接入網(wǎng)絡(luò)（utran或e-utran）、寬帶碼分多址wcdma和基于長期演進(jìn)lte的系統(tǒng)。

基于電介質(zhì)加載空腔的典型濾波器包括至少一個(gè)電介質(zhì)諧振器，該電介質(zhì)諧振器具有典型地是金屬或具有金屬涂層的外殼。諧振器空腔和電介質(zhì)諧振器體在該外殼內(nèi)部。在許多情況下，實(shí)際的濾波器包括許多元件。例如，濾波器可以包括在濾波器的輸入端和輸出端處的同軸諧振器以及一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)諧振器。要被濾波的信號(hào)被饋送到濾波器的輸入端。濾波器被設(shè)計(jì)成使得信號(hào)從一個(gè)諧振器耦合到下一個(gè)諧振器，并且在輸出端處是經(jīng)濾波的信號(hào)。

讓我們首先檢查如圖1中示出的電介質(zhì)多模諧振器。諧振器100包括金屬外殼102。外殼具有頂面104、底面106以及四個(gè)側(cè)面108a、108b、108c和108d。外殼在頂面和底面以及四個(gè)側(cè)面之內(nèi)產(chǎn)生諧振器空腔。

諧振器進(jìn)一步包括被定位在空腔內(nèi)部的電介質(zhì)體110。典型地，電介質(zhì)體由合適的陶瓷材料制成。在微波應(yīng)用中使用的陶瓷具有高的相對介電常數(shù)εr和非常低的損耗。典型地，所述材料是溫度穩(wěn)定的。典型的材料例如是：鋯、錫或鈦氧化物(zr,sn)tio、氧化鋇-氧化鉛-氧化釹-氧化鈦bao-pbo-ndo-tio以及鎂鈦氧化物-鈣鈦氧化物mgtio-catio。外殼、諧振器空腔和電介質(zhì)體可以在形狀上是長方體、諸如立方體或矩形長方體，并且定義與如圖1中圖解的電介質(zhì)體對準(zhǔn)的三個(gè)正交軸x、y和z，但是其他形狀也是可能的。諧振器具有大體上與三個(gè)正交軸對準(zhǔn)的諧振模。這些模典型地被稱為tm模。

在圖1的示例中，電介質(zhì)體110在空腔的頂面和底面之間具有第一厚度。電介質(zhì)體110可以進(jìn)一步包括在面向外殼的頂面104的側(cè)上的凹部112a和在面向外殼的底面106的側(cè)上的另一個(gè)凹部112b。因此，電介質(zhì)體因此在凹部的位置處具有第二厚度，該第二厚度小于第一厚度。典型地，凹部具有相同尺寸，但這不是必要的。在一個(gè)實(shí)施例中，第二厚度比第一厚度小20%到50%，但所述關(guān)系也可以是不同的。

在一個(gè)實(shí)施例中，空腔和電介質(zhì)體可以具有球形形狀。在這樣的情況下，電介質(zhì)體的面向外殼的側(cè)面的上面提及的側(cè)面可以被認(rèn)為是外殼和電介質(zhì)體的扇段。三個(gè)正交軸x、y和z由所述扇段定義。

在一個(gè)實(shí)施例中，在電介質(zhì)體110下面的支撐結(jié)構(gòu)118將電介質(zhì)體連接到外殼100的底面106。支撐結(jié)構(gòu)118可以是如同底面106上的氧化鋁或塑料一樣的低εr材料。支撐結(jié)構(gòu)可以例如通過膠合或使用螺絲固定而被膠合在陶瓷上并附接底面106。

圖2a到2c圖解凹部以及第一厚度和第二厚度。圖2圖解多模電介質(zhì)多模諧振器200，其以許多方式類似于圖1的諧振器100。諧振器包括金屬外殼102和電介質(zhì)體110。在圖1的示例中，當(dāng)從外殼的頂面104的方向觀察時(shí)，凹部的橫斷面是圓形的。在圖2a的示例中，凹部的橫斷面是方形的。進(jìn)一步在圖2a的示例中，金屬外殼的拐角是倒圓的，而在圖1的示例中，金屬外殼的拐角是尖銳的。拐角的形狀對諧振器的運(yùn)行沒有大的影響。

圖2b圖解諧振器在陰影線a-a處的視圖。更清楚地看到電介質(zhì)體100在空腔的頂面和底面之間的第一厚度200。

圖2c圖解諧振器在陰影線b-b處的視圖。更清楚地看到電介質(zhì)體100在空腔的頂面和底面之間在凹部的位置處的第二厚度202。

圖3圖解一個(gè)實(shí)施例。圖3的示例圖解從頂面104側(cè)所看到的圖1的多模電介質(zhì)多模諧振器的視圖。如圖3圖解的，在該示例中，在外殼的側(cè)面和電介質(zhì)體的面向外殼的側(cè)面之間存在間隙302a、302b、302c、302d。因此，電介質(zhì)體不接觸金屬外殼的側(cè)面。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，間隙可以具有不同的尺寸，并且具有局部變化、諸如凹陷。

在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)體110具有四個(gè)切口300a、300b、300c、300d，所述切口將電介質(zhì)體的面向外殼的側(cè)面劃分成四個(gè)區(qū)段。如圖3中圖解的，切口可以是不同的尺寸和形狀的。切口也可以具有所述尺寸和形狀。在圖1、2a和3的示例中，切口位于電介質(zhì)體110的拐角處，并且也位于金屬外殼的拐角處。然而，切口也可以位于別處，如圖4的示例圖解的。

如果切口是不對稱的，則其引起諧振器中的tm模之間的耦合。耦合增加，切口300a的窄部分304被增大?？梢酝ㄟ^螺絲116來調(diào)節(jié)或產(chǎn)生耦合。如果螺絲在圖3中所指定的位置中，則該螺絲降低由不對稱凹槽所制成的耦合。在深凹槽附近，螺絲將降低耦合。當(dāng)螺絲更深地進(jìn)入空腔內(nèi)部時(shí)，調(diào)節(jié)效果增加。

在一個(gè)實(shí)施例中，四個(gè)區(qū)段中的每一個(gè)在垂直于空腔的頂面和底面的方向上具有可變寬度，其中可變寬度在該區(qū)段的面向外殼的側(cè)處最大。

在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)體110在面向外殼102的頂面104的側(cè)上具有一個(gè)或多個(gè)孔洞114a、114b，在所述孔洞處插入一個(gè)或多個(gè)螺絲。所述螺絲可以被用于調(diào)節(jié)諧振器的頻率。

在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)多模諧振器100進(jìn)一步包括在諧振器體的切口中的一個(gè)或多個(gè)垂直螺絲116。所述螺絲可以被用于調(diào)節(jié)諧振器與濾波器中的其他諧振器的耦合。

在上面所描述的電介質(zhì)體的形狀的情況下，僅僅通過在陶瓷部分沖壓工藝中調(diào)整諧振器體的高度來制造覆蓋大頻率范圍、諸如從1800mhz頻帶直到2600mhz的頻帶的諧振器體是可能的。在制造工藝中只需要一個(gè)工具。這使得諧振器體的制造容易并且成本有效。

在一個(gè)實(shí)施例中，圖1、2a-2c、3和4的上面所描述的示例支持tm01δ(x+y)雙模諧振器或tm01δ(x+y+z)三?；騮m01δ(x+y)+te01δ(z)三模諧振器。電介質(zhì)體110具有對著金屬外殼的壁或側(cè)面（如圖1、2a和3中）或者矩形形狀空腔中的邊緣（如圖4中）的大表面，其中在電介質(zhì)體和金屬外殼之間具有小空氣間隙。在一個(gè)實(shí)施例中，間隙小于電介質(zhì)體110的寬度的2%-10%。小間隙可能難以進(jìn)行補(bǔ)償以防在溫度范圍上的頻率漂移并且其可能是對尺寸公差敏感的。大間隙可能不給出將tm01δ(x+y)模移位到其他模之下的優(yōu)點(diǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，不使用切口，而是電介質(zhì)體110的面向金屬外殼的側(cè)面108a、108b、108c、108d的側(cè)面是連續(xù)的。

在朝向電介質(zhì)構(gòu)件部分的中心的大表面之后，存在區(qū)域，該區(qū)域的橫斷面面積與對著金屬外殼的側(cè)面的區(qū)域相比更加小10%-50%，如圖2b和2c中所圖解的。當(dāng)中心區(qū)域是薄且窄的時(shí)，該形狀將tm01δ(z)和te01δ(z)移位到更高頻率，典型地從tm01δ(x+y)諧振頻率高大約30%。因此，支持tm雙模諧振器。當(dāng)中心區(qū)域是薄的但寬的（y方向）時(shí)，可以得到在tm雙模頻率附近的te01δ(z)，因此可以支持三模諧振器。當(dāng)中心區(qū)域是窄的但高的時(shí)，諧振器可以支持tm01δ(x+y+z)模。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1中所圖解的，電介質(zhì)體110在面向外殼102的頂面104的側(cè)的中心具有孔洞120?？锥纯梢匝由齑┻^諧振器體?？锥?20可以被用于螺絲固定，或者該孔洞可以通過銀燒結(jié)而整個(gè)或部分地被電鍍（如圖4中所圖解的具有鍍層400）。因此，tm01δ(x+y)的諧振頻率可以被移位成低20%-50%。電鍍降低q因子。

例如，如果金屬外殼100內(nèi)部的空腔的尺寸是31(x)×31(y)×32(z)mm并且使用具有在40和45之間的εr以及大約40000的fq的商用40-45微波材料，要被濾波的信號(hào)的頻率在1800mhz頻帶中，可以實(shí)現(xiàn)大約2×10000的雙模q因子，這意味著與具有相同體積的傳統(tǒng)同軸空腔諧振器相比，q/體積高5倍以上。因此，所提出的結(jié)構(gòu)可以使濾波器的尺寸小型化。與tm單模或雙模結(jié)構(gòu)相比，q因子是高的，其中一個(gè)或多個(gè)諧振器端部已經(jīng)被電鍍并且具有到金屬外殼的側(cè)面的直接接觸。

所描述的諧振器結(jié)構(gòu)中的最大電場（e場）在一焦耳存儲(chǔ)能量的情況下保持相對低（<4x10⁸v/m）。該值足夠低以處理在400mhz到3500ghz頻率范圍之間的典型gsm、wcdma和lte頻帶基站濾波器中的峰值功率需求。因?yàn)閾p耗在電介質(zhì)部分中是小的，所以在使用所提及的基站濾波器頻帶的濾波器中也可以處理高達(dá)150w的高平均輸入功率（thehighaverageinputpowerup150w）。

如所提及的，在外殼的側(cè)面和電介質(zhì)體的面向外殼的側(cè)面之間可以存在間隙302a、302b、302c、302d。所述間隙補(bǔ)償金屬外殼102和電介質(zhì)體110的線性溫度膨脹的可能的不同的系數(shù)。此外，可以對諧振器進(jìn)行補(bǔ)償以防在溫度范圍上的頻率漂移。假定金屬外殼由鋁制成，金屬外殼內(nèi)部的空腔典型地比電介質(zhì)諧振器體更多地?cái)U(kuò)大。因此，電介質(zhì)可以被選擇成使得電介質(zhì)的τεr取決于電介質(zhì)材料的溫度膨脹系數(shù)而在0ppm/°c附近或甚至是正的，以補(bǔ)償尺寸改變。

所提出的諧振器結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在濾波器設(shè)計(jì)中對附接在相同底面上的如同同軸tem?；騿蝨m01模諧振器一樣的單模諧振器的耦合機(jī)制。特殊空腔形狀以及電介質(zhì)體的側(cè)面和空腔壁（外殼的側(cè)面）之間的間隙實(shí)現(xiàn)到新穎的壁元件的良好耦合，所述壁元件也具有到單模諧振器的良好耦合。相同的壁形狀可以被用于產(chǎn)生交叉耦合效應(yīng)。

在濾波器中所需的電介質(zhì)加載空腔中的模之間的耦合可以通過不對稱空腔或如同螺絲一樣的電介質(zhì)體外部導(dǎo)電構(gòu)件的不對稱形狀來產(chǎn)生。

額外的優(yōu)點(diǎn)在于如同螺絲一樣的調(diào)節(jié)元件可以被放置在如同空腔體的蓋一樣的同一個(gè)表面處。

圖5圖解射頻濾波器500的一個(gè)示例，其中利用上面所描述的諧振器結(jié)構(gòu)。圖5的示例濾波器是六極點(diǎn)微波帶通濾波器，該六極點(diǎn)微波帶通濾波器包括兩個(gè)同軸諧振器空腔502、504和兩個(gè)雙模電介質(zhì)諧振器506、508。

第一同軸諧振器502可以是tem模諧振器。同軸線510、諸如同軸電纜或連接器經(jīng)由諸如金屬線之類的傳輸線516而連接到位于第一同軸諧振器502的空腔514中的內(nèi)部棒512。

諧振器502的同軸空腔諧振具有到諧振器506的電介質(zhì)體518中的第二模的耦合。電介質(zhì)體518典型地是具有大約8000-100000的fq值和12到80之間的相對介電常數(shù)εr的微波陶瓷材料。電介質(zhì)體518由支撐結(jié)構(gòu)520所支撐，所述支撐結(jié)構(gòu)典型地具有相對低的相對介電常數(shù)（大約2到10的εr）。支撐結(jié)構(gòu)典型地例如是氧化鋁或塑料的。

諧振器506的電介質(zhì)體518和空腔的形狀和尺寸可以在濾波器通帶處產(chǎn)生兩個(gè)正交tm01δ(x-y)模。同軸諧振器502具有到tm01δ(x)模的耦合，該耦合具有對著壁522朝向同軸諧振器空腔的高e場。

在一個(gè)實(shí)施例中，上面提及的同軸諧振器是單模tm01諧振器。

圖6圖解在電介質(zhì)加載空腔中的e場矢量方向。用矢量600、602指定tm01δ(y)e場，并且用矢量604、606指定tm01δ(x)e場。

諧振器506和tm01δ(x)具有彼此正交的磁場，因此典型地使用的磁場耦合保持非常低。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，壁522在壁的中心部分的兩側(cè)具有窗孔（irises）或槽。此外，在壁的頂側(cè)上可以存在間隙710。因此，窗孔之間的壁區(qū)段的高度比窗孔與壁的端部之間的壁區(qū)段更短。因此，其作為耦合元件運(yùn)行。壁522具有到同軸諧振器502的磁場耦合和到tm01δ(x)的電場耦合。耦合可以通過窗孔深度和寬度以及中心部分寬度和到頂層的中心部分間隙來控制。

圖7a和7b圖解在空腔之間的壁的所提出的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)產(chǎn)生單模tm01或同軸諧振器空腔502到tm01δ(x+y)空腔之間的耦合。圖7a示出兩個(gè)空腔700、702和空腔之間的壁704。該壁具有兩個(gè)窗孔或槽706、708，所述窗孔位于壁的上部邊緣中，并且所述窗孔在壁的中心的不同側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施例中，從壁的端部到窗孔的距離對于每個(gè)窗孔而言是不同的。

在一個(gè)實(shí)施例中，壁的頂側(cè)上的間隙710可以距空腔頂層712為1到5mm。當(dāng)窗孔706、708具有相同深度時(shí)，到tm01δ(y)模的耦合是弱的并且主耦合是到tm01δ(x)的。所謂的交叉耦合是較小的。當(dāng)窗孔深度被增加時(shí)，耦合增加。中心部分可以在壁的中間或者在任一側(cè)上，從而增加交叉耦合效應(yīng)并且最小化寄生耦合，這由于諧振元件之間的小距離而趨向于存在于多模設(shè)計(jì)中。

返回到圖5，耦合的精細(xì)調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)螺絲524來進(jìn)行。諸如在1800mhz頻帶處70mhz以上的高耦合可以通過壁部分形狀產(chǎn)生，該壁部分形狀具有在通帶附近在通帶頻率之上大約20%的自諧振。如果壁的諧振被增加，則耦合降低。

通過以下壁形狀產(chǎn)生從同軸空腔502到tm01δ(y)模、棒512的耦合是可能的，在該壁形狀中窗孔或槽深度不同，如圖7a中的情況。這被稱為交叉耦合，并且其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生在通帶濾波器中的通帶之下或之上的陷波的拓?fù)洹?/p>

當(dāng)壁窗孔具有不同深度時(shí)，壁中的磁場旋轉(zhuǎn)到tm01δ(y)的方向，并且產(chǎn)生耦合效應(yīng)。當(dāng)壁的窗孔具有相同深度時(shí)，與同軸諧振器502和tm01δ(x)模之間的主耦合相比，交叉耦合效應(yīng)是小的（<10%）。

可以通過不對稱電介質(zhì)體或使用空腔邊緣處的如同（多個(gè)）螺絲116一樣的導(dǎo)電部分或不對稱空腔形狀來產(chǎn)生電介質(zhì)加載空腔中的tm模之間的耦合。

tm01δ(x)諧振頻率可以通過螺絲114b來調(diào)節(jié)，并且tm01δ(y)可以通過螺絲114a來調(diào)節(jié)。

在第二空腔506和第三空腔508之間的tm01δ(y)模之間的耦合可以通過在濾波器的中心處的壁528中的窄窗孔和調(diào)節(jié)螺絲526來產(chǎn)生。這是傳統(tǒng)磁場耦合。在圖8中圖解了這些h場矢量。用矢量800、802指定tm01δ(y)磁場（h場），并且用矢量804、806指定tm01δ(x)電場（e場）。

第三空腔508和第四空腔504之間的耦合拓?fù)浜徒Y(jié)構(gòu)繼續(xù)朝向輸出端530，如在第一空腔502和第二空腔506之間那樣。

圖9圖解射頻濾波器的另一個(gè)示例，其中利用上面所描述的諧振器結(jié)構(gòu)。如同在圖5的示例中一樣，圖9的示例濾波器是八極點(diǎn)微波帶通濾波器，該八極點(diǎn)微波帶通濾波器包括兩個(gè)同軸諧振器空腔502、504和兩個(gè)雙模電介質(zhì)諧振器506、508?？梢允褂门c在圖5的示例中相同的電介質(zhì)體形狀和耦合解決方案。濾波器的u形形狀對耦合沒有影響。

對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將明顯的是，隨著技術(shù)發(fā)展，發(fā)明構(gòu)思可以以各種方式來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上面所描述的示例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。