專利名稱：濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波器，其用于在例如移動通信、衛(wèi)星通信、固定微波通信和其它通信技術(shù)領(lǐng)域中的特定頻帶中的信號的選擇性分離，具體地說，本發(fā)明涉及包含在金屬外殼中的這種濾波器。
背景技術(shù)：
近來，提出將使用超導(dǎo)體的濾波器作為用于在微波通信的發(fā)送和接收中的信號分離的濾波器，并且多種結(jié)構(gòu)被使用來構(gòu)造這樣的濾波器，其中所述結(jié)構(gòu)包括空腔諧振器結(jié)構(gòu)、微帶線結(jié)構(gòu)、在平版電路配置中的共面線結(jié)構(gòu)等。
將參照圖1來說明共面線的概念。在圖1中，在電介質(zhì)襯底1上形成帶狀中心導(dǎo)體2與第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b，所述第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b在中心導(dǎo)體2的相對側(cè)上與其等距。在電介質(zhì)襯底1的公共表面上彼此平行和共面地形成第一和第二導(dǎo)體3a和3b。共面線具有這樣的特征在形成1/4波長的諧振器中不需要通孔(via-hole)，在不改變特征阻抗的情況下進(jìn)行小型化是可能的，并且可以獲得設(shè)計的更大自由度。以w來表示中心導(dǎo)體2的寬度，并且以s來表示在中心導(dǎo)體2與第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b中的每個之間的間距，所述共面線具有這樣的特征阻抗，其由中心導(dǎo)體的線寬w和在第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b之間的間距d(w+2s)確定。
參見圖2A-2C，將說明共面波導(dǎo)濾波器的一個傳統(tǒng)示例。這個示例在下述文獻(xiàn)中被公開H.Suzuki，Z.Ma，Y.Kobayashi，K.Satoh，S.Narahashi and T.Nojima，“A low-loss 5GHz bandpass filter using HTS quarter-wavelengthcoplanar waveguide resonators”，IEICE Trans.Electron.，vol.E-85-C，No.3，pp714-719，March 2002(H.Suzuki、Z.Ma、Y.Kobayashi、K.Satoh、S.Narahashi和T.Nojima，“使用HTS四分之一波長共面波導(dǎo)諧振器的低損耗5GHz帶通濾波器”，IEICE電子學(xué)報，第E-85-C卷，第3冊，第714-719頁，2002年3月)。在這個示例中，在一條線上布置第一到第四諧振器5a-5d。每個諧振器包括中心導(dǎo)體2，其具有等同于四分之一波長的電波長；第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b，被布置在中心導(dǎo)體2相對側(cè)，與中心導(dǎo)體2平行，并且與其相距s，該中心導(dǎo)體以及第一和第二接地導(dǎo)體被形成在電介質(zhì)襯底1的公共表面上。
輸入信號的共面線型的第一輸入/輸出端部4a電容性地耦合到第一諧振器5a。在所示的示例中，第一輸入/輸出端部4a的中心導(dǎo)體24a的一端和第一諧振器5a的中心導(dǎo)體2R1的一端以梳齒的方式彼此配套地被布置，并且相距間隙g1，以便加強電容耦合，從而形成第一電容耦合器6a。中心導(dǎo)體2R1的另一端和第二諧振器5b的中心導(dǎo)體2R2的一端通過短線導(dǎo)體(shorting lineconductor)7a1和7a2被連接在一起，短線導(dǎo)體7a1和7a2依次分別連接到第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b，從而在第一和第二諧振器5a和5b之間形成第一電感耦合器8a。
在短線導(dǎo)體7a1和7a2的每側(cè)上的第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b中形成凹槽(cut)20，由此明顯地延伸短線導(dǎo)體7a，提高了第一電感耦合器8a的耦合度。在第二諧振器5b的中心導(dǎo)體2R2的另一端和第三諧振器5c的中心導(dǎo)體2R3的一端之間提供間隙g2，由此，第二和第三諧振器5b和5c通過第二電容耦合器6b被耦合在一起。
中心導(dǎo)體2R3的另一端和第四諧振器5d的中心導(dǎo)體2R4的一端通過短線導(dǎo)體7b1和7b2被連接在一起，并且通過這些短線導(dǎo)體7b1和7b2被連接到接地連接器3a和3b，由此第三和第四諧振器5c和5d通過第二電感耦合器8b被耦合在一起。在第二電感耦合器8b中，也在接地導(dǎo)體3a和3b中形成凹槽21。
第四諧振器5d和第二輸入/輸出端部4b電容性耦合。具體上，中心導(dǎo)體2R4的另一端和第二輸入/輸出端部4b的中心導(dǎo)體24a被形成在嚙合梳齒的配置中，并且被以相對的關(guān)系放置以及隔開間隙g3，從而形成第三電容性耦合器6c，這提供了在它們之間的強耦合。
為了降低由來自用于定義共面波導(dǎo)濾波器的濾波器的電磁功率的輻射引起的損耗，其被包含在例如如圖3中所示的方形管狀金屬外殼10中，使得從共面波導(dǎo)濾波器輻射的電磁功率可以被濾波器再次恢復(fù)。共面波導(dǎo)濾波器11以與金屬外殼10的一個側(cè)面相對的關(guān)系被布置，并且與其平行，金屬外殼的內(nèi)部空間被共面波導(dǎo)濾波器11大致平分。從共面波導(dǎo)濾波器11輻射的電磁功率基本上全部被金屬外殼10的內(nèi)部表面反射，并且被輻射的電磁功率的大部分被濾波器11恢復(fù)，因此減弱了輻射損耗。
在被限制在金屬外殼中的傳統(tǒng)濾波器中，從在金屬外殼中包含的濾波器輻射的電磁功率被金屬外殼的內(nèi)部表面反射，并且電磁功率的大部分被濾波器恢復(fù)。但是，從濾波器輻射的電磁功率的一部分變?yōu)檠刂ㄟ^在金屬外殼10的內(nèi)表面上的金屬的感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生了輻射損耗的問題。這個問題不限于共面波導(dǎo)濾波器，而且也發(fā)生在在金屬外殼內(nèi)包括的微帶線濾波器中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于降低在外殼內(nèi)包含的濾波器中發(fā)生的輻射損耗的濾波器。
按照本發(fā)明，在外殼內(nèi)包含的濾波器中，所述濾波器包括至少一個諧振器，所述諧振器由在電介質(zhì)襯底的至少一個表面上形成的信號導(dǎo)體以及在電介質(zhì)襯底上形成并且與所述諧振器耦合的輸入/輸出終端部形成，所述外殼具有由超導(dǎo)體層形成的內(nèi)壁表面。
上述的信號導(dǎo)體是指微帶線諧振器的共面線或信號線的中心導(dǎo)體。
使用按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以使用由超導(dǎo)體層形成的外殼的內(nèi)壁表面的很簡單結(jié)構(gòu)，并且所述超導(dǎo)體層可以被保持在其超導(dǎo)狀態(tài)中以便如果從濾波器輻射的部分電磁功率引起流過外殼內(nèi)壁表面的感應(yīng)電流，則防止損耗發(fā)生，這是因為超導(dǎo)體層對于感應(yīng)電流的流動提供了零電阻。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，在外殼中包含的濾波器具有降低的損耗。


圖1是圖解共面線的概念的透視圖；圖2A是傳統(tǒng)的共面波導(dǎo)濾波器的平面視圖；圖2B是圖2A的右手側(cè)正視圖；圖2C是圖2A的前視圖；圖3是在外殼內(nèi)包含的傳統(tǒng)共面波導(dǎo)濾波器的平面視圖；圖4是本發(fā)明的一個實施例的透視圖，其中在外殼的內(nèi)表面上形成超導(dǎo)體層；圖5圖示了按照執(zhí)行本發(fā)明的第一模式的、濾波器中相對于中心導(dǎo)體線寬度對接地導(dǎo)體間隔的比值k所畫出的示例性特征阻抗；
圖6A是按照執(zhí)行本發(fā)明的第一模式的、四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的平面視圖；圖6B是圖6A的右手側(cè)正視圖；圖6C是圖6A的前視圖；圖7圖示了圖6中所示的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的電流密度分布；圖8圖示了在圖6中所示的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器中的電感耦合器的電流密度分布；圖9圖示了圖2中所示的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的電流密度分布；圖10圖示了在圖2中所示的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器中的電感耦合器的電流密度分布；圖11圖示了現(xiàn)有技術(shù)的濾波器和按照第一實施例的濾波器的傳輸頻率響應(yīng)的仿真結(jié)果；圖12是其中第一實施例被應(yīng)用到單級諧振器濾波器的一個實施例的平面圖；圖13是圖解將本發(fā)明應(yīng)用于微帶線諧振器濾波器的透視圖；圖14A是在圖13中所示的實施例中所包含的濾波器的平面視圖；圖14B是圖14A的右手側(cè)正視圖；以及圖14C是圖14A的前視圖。
具體實施例方式
圖4中示出了本實施例的一個實施例。在方形管狀外殼21中包含共面波導(dǎo)濾波器22，其包括中心導(dǎo)體2以及接地導(dǎo)體3a和3b，該接地導(dǎo)體3a和3b被布置在中心導(dǎo)體的相對側(cè)上，中心導(dǎo)體2與接地導(dǎo)體3a和3b都被形成在電介質(zhì)襯底1上。共面波導(dǎo)濾波器22具有等于外殼21的長度LC的長度，以便濾波器22正好裝配在其中。雖然未示出，但是所述濾波器包括諧振器以及第一和第二輸入/輸出終端部。以與圖3所示的類似的方式，濾波器22被布置以便與外殼21的一個側(cè)壁相對，所述外殼21被濾波器22平分。舉例而言，外殼21具有5.4毫米的寬度WC、8毫米的高度HC和30毫米的長度LC，并且在電介質(zhì)襯底1和外殼21之間存在4.5毫米的間距SC。在這個實施例中，外殼21的內(nèi)壁表面由超導(dǎo)體層23形成。舉例而言，方形管狀外壁體21a由例如金屬材料形成，以便保持外殼21的配置整體性(configurational integrity)，并且外壁體21a的整個內(nèi)表面由超導(dǎo)體層23形成。超導(dǎo)體層23可以通過薄膜形成方法，如噴鍍(sputtering)、真空蒸發(fā)、CVD處理或絲網(wǎng)厚膜形成，在諸如MgO、SrTiO3、LaGaO3或LaAlO3等金屬氧化物材料的襯底24上沉積鑭、釔、鉍、鉈或其它高溫超導(dǎo)體，以限定超導(dǎo)體層23，并且所產(chǎn)生的、具有超導(dǎo)體膜的襯底25如同粘合劑一樣被施加到外壁體21a的內(nèi)表面上。在所示的示例中，具有超導(dǎo)體膜的襯底25被應(yīng)用于平板材料(plate material)，其中所述平板材料限定要組裝到方形管狀外殼21中的、方形管狀外殼21的四個側(cè)壁的外壁體21a。
超導(dǎo)體層23具有這樣選擇的厚度，其使得在從濾波器22輻射的電磁功率沖擊在外殼21的內(nèi)表面上而產(chǎn)生電流的情況下，對于電流呈現(xiàn)足夠低的電阻(大致等于零電阻)。舉例而言，超導(dǎo)體層23具有5000的厚度Du，而襯底24具有等于0.5毫米的厚度DB。為了將高溫超導(dǎo)體的層23保持在其超導(dǎo)狀態(tài)中，具有高導(dǎo)熱性的材料被優(yōu)選來構(gòu)造外壁體21a，并且考慮由于抗侵蝕力而在此端使用鍍有金的銅板。
從共面波導(dǎo)濾波器22輻射而沖擊在外殼的內(nèi)壁表面上的電磁功率在內(nèi)壁中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生RI2的功率損耗，其中I表示電流，R表示外殼的內(nèi)壁的表面電阻。但是，在圖4所示的示例中，R幾乎等于零，因此外殼21大大降低功耗。
例如，當(dāng)像在輸入/輸出端部的特征阻抗和諧振器的特征阻抗之間存在不匹配時一樣，當(dāng)從濾波器輻射增加數(shù)量的電磁功率時，本發(fā)明特別有效。因此，現(xiàn)在考慮共面波導(dǎo)濾波器的特征阻抗。在分布的恒定線(constant line)上的電流和電壓之間的關(guān)系一般由下面的方程給出I·=V·iZe-γz-V·rZeγz=I·ie-γz+I·reγz]]>Z=R+jωLG+jωC,γ=α+β,α=R2CL+G2LC,β=ωLC]]>其中Ii，Vi行波的電流值和電壓值Ir，Vr反射波的電流值和電壓值γ傳播常數(shù)
α衰減常數(shù)β相位常數(shù)Z特征阻抗R串聯(lián)電阻L串聯(lián)電感G并聯(lián)電導(dǎo)C電容在分布的恒定線上的電流值與特征阻抗成反比。
共面波導(dǎo)濾波器的特征阻抗如下Z0=η04ϵeff×K′(k)K(k)]]>其中，εeff表示共面波導(dǎo)濾波器的有效介電常數(shù)，η0表示在自由空間中的波阻抗，K(k)表示第一類型的完全橢圓積分，’表示導(dǎo)數(shù)。
εeff、η0和K(k)被如下表示ϵeff=1+ϵr+12×K′(k)K(k)×K(k1)K′(k1)]]>η0=μ0ϵ0=120π]]>K(k)=∫01dx(1-x2)×(1-k2x2)]]>k=wd]]>k1=sinh(πw/4h)sinh(πd/4h)]]>通過中心導(dǎo)體寬度w對接地導(dǎo)體間距d的比值k、電介質(zhì)襯底的介電常數(shù)εr和電介質(zhì)襯底的厚度h來確定特征阻抗Z0。因此，如圖5所示，可以使用中心導(dǎo)體線寬w對接地導(dǎo)體間距d的比值k作為參數(shù)來增加特征阻抗Z0。在圖5中，橫坐標(biāo)表示k＝w/d，而縱坐標(biāo)表示特征阻抗Z0，并且以接地導(dǎo)體間距d表示一個參數(shù)。
將說明一個具體示例，其中諧振器具有比共面波導(dǎo)濾波器的輸入/輸出端部更大的特征阻抗。將參照圖6A-6C來說明這樣的共面波導(dǎo)濾波器的一個示例。應(yīng)當(dāng)注意，對應(yīng)于圖2A-2C所示的那些部件的部件被指定了與前面所使用的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記，而不重復(fù)說明。在這個示例中，第一和第二輸入/輸出端部4a和4b具有50歐姆的特征阻抗，而第一到第四諧振器5a-5d具有100歐姆的特征阻抗。具體上，使用具有介電常數(shù)9.68的MgO襯底來作為電介質(zhì)襯底1，并且，第一和第二輸入/輸出端部4a和4b具有218微米的中心導(dǎo)體寬度wio和400微米的接地導(dǎo)體間距dio。第一到第四諧振器5a-5d具有218微米的中心導(dǎo)體寬度w1和1,780微米的接地導(dǎo)體間距d1。
用于限定在第一輸入/輸出端部4a和第一諧振器5a之間的第一電容耦合器6a的電容耦合端51和61以符合增加的接地導(dǎo)體間距d1的方式向接地導(dǎo)體3a和3b延伸，并且電容耦合端51和61彼此相對且在它們之間具有間隙g1。所述兩端彼此相對的長度被選擇為等于圖2a所示的第一電容耦合器6a的耦合端彼此相對的長度。因此，第一電容耦合器6a被形成為簡單的結(jié)構(gòu)耦合端的相對邊被形成為線性的而不用使用復(fù)雜的匹配梳齒結(jié)構(gòu)。
由于與現(xiàn)有技術(shù)相比較增加的接地導(dǎo)體間距d1，在第一諧振器5a和第二諧振器5b之間耦合的短線導(dǎo)體7a1和7a2具有足夠的長度來為電感耦合器8a提供令人滿意的耦合度，而不用在短線導(dǎo)體7a1和7a2與第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b之間的結(jié)合區(qū)域中，如圖2A所示，將凹槽20形成到第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b中。結(jié)果，第一電感耦合器8a也在結(jié)構(gòu)上比圖2所示的結(jié)構(gòu)簡單。
以與第一電感耦合器8a相同的方式構(gòu)造第二電感耦合器8b。在這種結(jié)構(gòu)中，在中心導(dǎo)體2R1-2R4的每個與接地導(dǎo)體3a和3b之間的間距S2被選擇為等于用于限定電感耦合器8a和8b的短線導(dǎo)體7a1、7a2和7b1、7b2的每個的長度，并且在接地導(dǎo)體3a和3b中不形成方形凹槽20。
換句話說，短線導(dǎo)體7a1和7b1以直角連接到接地導(dǎo)體3a，并且位于朝向接地導(dǎo)體的結(jié)合部的邊緣與中心導(dǎo)體2R1和2R4平行地延伸到第一電容耦合器6a和6b的位置。
因此，在短線導(dǎo)體7a和7b和接地導(dǎo)體之間的結(jié)合部呈現(xiàn)一種簡單的結(jié)構(gòu)，其便于制造并且同時減小了可能集中電流密度的電流承載線上的角。除了電容耦合器的耦合端的結(jié)構(gòu)，以及在接地導(dǎo)體和限定電感耦合器的短線導(dǎo)體之間的結(jié)合區(qū)域中不形成凹槽之外，跟隨第一諧振器5a的布置與上面參照圖2所述的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)相同。因此，將僅僅說明連接。
因為短導(dǎo)體7a和7b以這種方式被構(gòu)造，因此在諧振器5b、5c、5d的中心導(dǎo)體2R2、2R3、2R4的每個和接地導(dǎo)體3a和3b的每個之間的間距等于S2。位于第二諧振器5b和第三諧振器5c之間的第二電容耦合器6a以與圖2中所示的第二電容耦合器6a類似的方式構(gòu)造。位于第四諧振器5d和第二輸入/輸出端部4b之間的第三電容耦合器6c以與圖6中所示的第一電容耦合器6a類似的方式構(gòu)造。具體地說，在中心導(dǎo)體2R4的一端的電容耦合端6b和在中心導(dǎo)體24b的一端的電容耦合端52都是較寬的線性部件，它們在相對于每個中心導(dǎo)體的相對端上交叉延伸，并且這些端彼此緊密相對以增加耦合度。
在圖6中所示的濾波器中，第一輸入/輸出端部4a具有50歐姆的特征阻抗，并且諧振器具有100歐姆的特征阻抗。假定第一輸入/輸出端部4a具有0.4毫米的接地導(dǎo)體間距dio和0.218毫米的中心導(dǎo)體寬度wio，并且所述諧振器具有1.780毫米的接地導(dǎo)體間距d1和0.218毫米的中心導(dǎo)體寬度，已經(jīng)進(jìn)行了對于這個數(shù)值示例的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器中的電流密度分布的仿真，其結(jié)果被示出在圖7中。
x軸表示在沿著共面波導(dǎo)濾波器的長度方向上的位置，y軸表示交叉位置，縱坐標(biāo)表示電流密度。電流密度分布具有在電容耦合器6a-6c上的波節(jié)(node)和在電感耦合器8a和8b上的波腹(anti-node)，因此呈現(xiàn)大致月牙形的波形。在圖8中以放大的比例示出了在圖6中的短線導(dǎo)體7a1和7a2上所指示的線VIII-VIII上的電流密度分布。所述電流密度在位于距離共面線的輸入端大約8.0毫米的第一電感耦合器8a處和在與所述輸入端距離大約22毫米的第二電感耦合器8b處為最大。電流密度的峰值是大約1200A/m。圖8以放大的比例圖示了第一電感耦合器8a的電流密度分布。距離第一輸入/輸出端部4a的信號輸入端8.159毫米的位置位于短線導(dǎo)體7a1上，并且對應(yīng)于由圖6所示的線VIII-VIII所指示的部分。因此，下述x軸位置表示圖8所示的8.159毫米位置，所述x軸位置是從朝向諧振器5b放置的短線導(dǎo)體7a1的側(cè)邊向所述輸入返回大約0.02毫米的位置。圖8示出在從這個位置開始、朝向輸出延伸大約0.1毫米的范圍內(nèi)的電流密度分布。電流集中發(fā)生在角β處，在角β處短線導(dǎo)體7a1與中心導(dǎo)體2R2接觸，但是在任何其它角上不存在電流集中。
為了參考的緣故，分別對應(yīng)于圖7和8，圖9和10中示出在下述情況時，在圖2中所示的共面波導(dǎo)濾波器上執(zhí)行的電流密度分布的仿真結(jié)果即當(dāng)?shù)谝缓偷诙斎?輸出端部4a和4b每個都具有中心導(dǎo)體24a和24b的0.218毫米的寬度wio和0.4毫米的接地導(dǎo)體間距dio，以及諧振器5a-5d每個都具有相應(yīng)中心導(dǎo)體2R1到2R4的0.218毫米的寬度w1和0.4毫米的接地導(dǎo)體間距d1，并從而具有與輸入/輸出端部4a和4b相同的值時。以與圖7中類似的方式，電流密度在第一和第二電感耦合器8a和8b的邊緣線9上(在圖2中以粗線示出)具有其最大值，并且在第一電感耦合器8a以及第二電感耦合器8b處顯示大約2200A/m的最大值，其中所述第一電感耦合器8a位于距離共面波導(dǎo)濾波器的輸入端大約8.5毫米處，所述第二電感耦合器8b位于距離輸入大約20毫米。在圖10中的X軸上8.892毫米所示的位置對應(yīng)于由圖2中的線X-X所指示的部分。具體地說，下述x軸位置表示圖10中的8.8917毫米的位置所述X軸位置是從朝向第二諧振器5b的短線導(dǎo)體7a1的側(cè)邊開始向輸入返回0.014毫米的位置。圖10示出在從這個位置開始向輸出延伸的0.1毫米范圍中的電流密度分布?？梢钥闯?，電流密度在包括角α和角β的兩個位置上特別高，并且電流集中發(fā)生在角γ處，其中在所述角α處，短線導(dǎo)體7a1與第一接地導(dǎo)體3a接觸，在所述角β處，短線導(dǎo)體7a1與中心導(dǎo)體2R2接觸，所述角γ位于與進(jìn)入第一接地導(dǎo)體3a的方形凹槽20的角α相對的位置，所述方形凹槽20是為增加電感耦合器8的耦合度而提供的。這樣的電流集中也在相對于短線導(dǎo)體7a1的寬度的中心線的、與角α、β和γ線性對稱放置的角上具有峰值。以這種方式，特別高的電流集中峰值發(fā)生在包括角α、β和γ的三個位置上。顯然，在短線導(dǎo)體7a2和中心導(dǎo)體2R2以及第二接地導(dǎo)體3b之間形成的角也有相同的趨勢。
可以從上看出，圖6中所示的濾波器具有電流密度的單個峰值，所述峰值為大約1200A/m，其與圖2中所示的濾波器相比較被降低了并且被抑制到現(xiàn)有技術(shù)的大約55％的幅度。在諧振器5a-5b的每個中的電流密度被降低，實現(xiàn)了將最大電流密度降低大約45％，這轉(zhuǎn)換成大約70％的功率降低。
應(yīng)當(dāng)注意，使用等于100歐姆的諧振器的特征阻抗產(chǎn)生了在第一和第二輸入/輸出端部4a和4b的特征阻抗的不匹配。在這個方面，對于第一輸入/輸出端部4a，連接在第一輸入/輸出端部4a和第一諧振器5a之間的第一電容耦合器6a充當(dāng)阻抗轉(zhuǎn)換器，防止了反射損耗發(fā)生。類似地，對于第二輸入/輸出端部4b，第三電容耦合器6c充當(dāng)阻抗轉(zhuǎn)換器。
圖11圖示了當(dāng)圖6中所示的共面波導(dǎo)濾波器被包含在圖3中所示的金屬外殼10內(nèi)以及當(dāng)其被包含在圖4中所示的實施例的外殼21內(nèi)時，對于它的帶內(nèi)插入損耗(in-band insertion loss)所執(zhí)行的仿真結(jié)果。在外殼中包含的濾波器具有如上所述的尺寸，電介質(zhì)襯底1具有0.5毫米的厚度DF，外殼10和21具有上述的數(shù)值的相等尺寸，并且當(dāng)濾波器被包含在外殼內(nèi)時在電介質(zhì)襯底1的表面和外殼10或21之間的間距SC等于4.5毫米，其中在電介質(zhì)襯底1上形成中心導(dǎo)體和接地導(dǎo)體。金屬外殼10包括由銅板形成的外殼，其中在銅板上蒸鍍了金，外殼21的超導(dǎo)體層23呈現(xiàn)超導(dǎo)的狀態(tài)，并且從而為了仿真被假定提供零電阻。
在圖11中，橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示透射率S21，并且虛線指示當(dāng)被包含在金屬外殼10內(nèi)時的透射率，而實線表示當(dāng)被包含在外殼21內(nèi)時的透射率?？梢詮膱D11注意到，當(dāng)使用金屬外殼10時的帶內(nèi)插入損耗大約是0.0063dB，并且當(dāng)使用在其內(nèi)部表面上形成超導(dǎo)體層23的外殼21時帶內(nèi)插入損耗等于大約0.0055dB，因此使得相對于前者降低大約0.001dB。
雖然可以通過以超導(dǎo)體或高溫超導(dǎo)體形成共面波導(dǎo)濾波器的中心導(dǎo)體和接地導(dǎo)體來降低濾波器插入損耗，但是應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)使用圖6所示的共面波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)時，通過濾波器的電流由于增加的特征阻抗而被降低，并且在電流密度分布中，出現(xiàn)峰值的位置的個數(shù)減少，所述峰值具有降低的值，因此使得實質(zhì)上降低了濾波器插入損耗。
在上面，已經(jīng)說明了其中串聯(lián)四個諧振器5a-5d的示例，但是應(yīng)當(dāng)明白諧振器的數(shù)量不限于四個。甚至諧振器的單級可以作為濾波器。由單級諧振器形成的濾波器的示例如圖12所示。第一諧振器5a的中心導(dǎo)體2R1的一端通過第一電容耦合器6a連接到第一輸入/輸出端部4a，并且中心導(dǎo)體2R1的另一端通過第一電感耦合器8a連接到第二輸入/輸出端部4b。第一和第二輸入/輸出端部4a和4b的中心導(dǎo)體寬度wio被選擇為等于諧振器的中心導(dǎo)體線寬w1，而諧振器5a的接地導(dǎo)體間距d1被選擇為大于第一和第二輸入/輸出端部4a和4b的接地導(dǎo)體間距dio。朝向輸入/輸出端部4a放置的第一電容耦合器6a的電容耦合端51表示中心導(dǎo)體24a的簡單延伸，朝向中心導(dǎo)體2R1放置且與耦合端51相對的電容耦合端61直接由中心導(dǎo)體2R1本身限定。因此，第一電容耦合器6a具有小于圖6中所示的第一電容耦合器6a的耦合強度。
第二輸入/輸出端部4b的中心導(dǎo)體24b與短線導(dǎo)體7a1和7a2直接連接，因此通過電感耦合器8a耦合了諧振器5a和第二輸入/輸出端部4b。在諧振器和輸入/輸出端部之間的耦合按照用于耦合強度的設(shè)計平衡而建立，并且可以包括電容或電感耦合。
為了使得不同的特征阻抗可以用于在共面波導(dǎo)濾波器中的輸入/輸出端部和諧振器，諧振器的中心導(dǎo)體寬度w1可以被選擇為大于輸入/輸出端部的中心導(dǎo)體寬度wio，而輸入/輸出端部的接地導(dǎo)體間距dio和諧振器的接地導(dǎo)體間距d1被選擇為彼此相等，由此與輸入/輸出端部相比提供了減小的諧振器的特征阻抗。
應(yīng)當(dāng)明白，按照本發(fā)明使用的諧振器不限于共面諧振器，而是可以包括例如微帶線諧振器。圖13示出了其一個實施例。方形管狀外殼21具有以與圖4所示的類似方式在其內(nèi)表面上形成的超導(dǎo)體層23。在外殼21內(nèi)包含微帶線濾波器31。在圖4A到4C中示出微帶線濾波器31的一個例子。接地導(dǎo)體32被形成在電介質(zhì)襯底1的一個表面上，所述表面在所示的示例中是其整個底部表面。與接地導(dǎo)體32相匹配的多個微帶線諧振器33a-33d被形成在電介質(zhì)襯底1的另一個表面上(其為頂表面)的一條線上，并且依序電磁耦合在一起來作為一個陣列。作為微帶線的線輸入/輸出端部34a和34b以及接地導(dǎo)體32被形成在諧振器33a-33d的陣列的相對端處。
在這個示例中，諧振器33a-33d的每個都包括濾波器信號線35，其具有等于二分之一波長的電長度并且形成在電介質(zhì)襯底1上，以及在諧振器陣列的方向上以線性陣列放置各個諧振器33a-33d的信號線35。通過與接地導(dǎo)體32配合而充當(dāng)微帶線的輸入/輸出信號線36a和36b與信號線35的陣列在其相對端對齊地被形成在電介質(zhì)襯底1上。相鄰諧振器的濾波器信號線35的相對邊緣彼此相對地被放置，并且具有保證所需要的耦合度的間距，因此形成電容耦合器37。最后，諧振器33a和33d的濾波器信號線35和輸入/輸出端部34a和34b的輸入/輸出信號線36a和36b的具有彼此隔開地緊密放置的相對邊緣，因此形成電容耦合器38。
在這個微帶線濾波器31中，不存在來自接地導(dǎo)體32的電磁功率的輻射，因此，接地導(dǎo)體32被包含在外殼21中，同時與其一個側(cè)壁接觸。結(jié)果，外殼21的高度HC可以被降低。另外，與接地導(dǎo)體32接觸的外殼21的內(nèi)壁表面可以留下來而不用有超導(dǎo)體層23，并且接地導(dǎo)體32可以直接被應(yīng)用于外殼21的內(nèi)表面本身。
雖然已按照共面波導(dǎo)原理性描述了包含在外殼21中的濾波器，但是根據(jù)本發(fā)明可以采用空腔諧振器類型結(jié)構(gòu)、微帶線結(jié)構(gòu)、使用槽線(slotline)或共面帶(coplanar strip)的平面電路類型的共面線結(jié)構(gòu)以及各種其它類型結(jié)構(gòu)。在所述的實施例中，在外殼21內(nèi)包含的濾波器方面，本發(fā)明可以包括共面波導(dǎo)濾波器或微帶線濾波器。共面波導(dǎo)濾波器的中心導(dǎo)體和微帶線的信號線被通稱為信號導(dǎo)體。具有接地導(dǎo)體的共面波導(dǎo)濾波器可以被包含在外殼21內(nèi)。在這種情況下，當(dāng)被包含在外殼21內(nèi)時可以使得接地導(dǎo)體與外殼21的內(nèi)壁表面接觸。
權(quán)利要求
1.一種包含在外殼內(nèi)的濾波器，包括在電介質(zhì)襯底上形成的濾波器和包含所述濾波器的外殼；所述濾波器包括在所述電介質(zhì)襯底上形成的至少一個諧振器以及在所述電介質(zhì)襯底上形成并且與所述諧振器耦合的第一和第二輸入/輸出端部；所述諧振器包括在所述電介質(zhì)襯底的一個表面上形成的信號導(dǎo)體以及在所述一個表面和所述電介質(zhì)襯底的相對表面中的至少一個上形成的接地導(dǎo)體；所述外殼具有在其內(nèi)壁上形成的超導(dǎo)體層。
2.按照權(quán)利要求1的在外殼內(nèi)包含的濾波器，其中，所述第一和第二輸入/輸出端部具有與所述諧振器的特征阻抗不同的特征阻抗。
3.按照權(quán)利要求1或2的在外殼內(nèi)包含的濾波器，其中所述濾波器包括共面波導(dǎo)濾波器，以及所述諧振器包括所述信號導(dǎo)體和第一和第二接地導(dǎo)體，其中所述第一和第二接地導(dǎo)體被形成在所述電介質(zhì)襯底的相同表面上以及所述信號導(dǎo)體的相對側(cè)上，并且與所述信號導(dǎo)體平行，所述電介質(zhì)襯底的相對表面與所述外殼的相對內(nèi)表面隔開。
4.按照權(quán)利要求1或2的在外殼內(nèi)包含的濾波器，其中所述濾波器包括微帶線濾波器，以及所述諧振器包括在所述電介質(zhì)襯底的一個表面上形成的信號導(dǎo)體和在整個區(qū)域的所述電介質(zhì)表面的另一表面上形成的接地導(dǎo)體，其中在所述電介質(zhì)襯底的所述表面上與所述外殼的所述相對內(nèi)表面相隔地形成至少所述信號導(dǎo)體。
5.按照權(quán)利要求4的在外殼內(nèi)包含的濾波器，其中，不使用超導(dǎo)體層來形成與接地導(dǎo)體相對的外殼的表面。
6.按照權(quán)利要求1至4中的一項的在外殼內(nèi)包含的濾波器，其中，所述外殼包括鍍金的銅板的方形管狀體，而諸如鑭、釔、鉍、鉈超導(dǎo)體等高溫超導(dǎo)體被沉積在諸如MgO、SrTiO3、LaGaO3或LaAlO3等金屬氧化物材料的襯底上作為薄膜，以提供應(yīng)用到方形管狀體的內(nèi)壁上的、具有超導(dǎo)體薄膜的襯底。
全文摘要
本發(fā)明提供一種濾波器，其保持在外殼中包含的濾波器的低插入損耗特征，所述外殼具有由超導(dǎo)體形成外殼的內(nèi)壁的非常簡單的結(jié)構(gòu)。共面波導(dǎo)濾波器(22)包括電介質(zhì)襯底、多個諧振器5a、5b、5c和5d以及輸入/輸出端部4a和4b，其中每個部件都由中心導(dǎo)體(2)與接地導(dǎo)體3a和3b形成，并且兩者都形成在電介質(zhì)襯底(1)的同一表面上，而且接地導(dǎo)體3a至3d被形成在中心導(dǎo)體(2)的相對端上并且與中心導(dǎo)體(2)平行，濾波器(22)被包含在具有內(nèi)壁的外殼(21)內(nèi)，所述外殼的表面由超導(dǎo)體層(23)形成。舉例而言，諸如鑭、釔、鉍、鉈超導(dǎo)體等高溫超導(dǎo)體被沉積在諸如MgO、SrTiO
文檔編號H01P1/203GK1652393SQ20051000912
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者佐藤圭, 楢橋祥一, 廣田哲夫, 山尾泰 申請人:株式會社Ntt都科摩