專利名稱：鰭線型微波帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微波帶通濾波器，更具體地，涉及由帶有印刷電介質插入的平面E波導技術制造的濾波器，該濾波器適合插入到在印刷電路上生產的傳輸系統(tǒng)。其特別應用到在毫米域中操作的并且需要滿足高頻譜純度要求的無線通訊系統(tǒng)。
背景技術：
對于在Ka頻帶中使用地球同步衛(wèi)星的寬帶雙向通訊的情況，在針對消費者市場的終端中需要使用輸出濾波器，其用于衰減處于有用頻帶以外、典型地29.5-30GHz的寄生信號。這個濾波器還特別需要抑制典型處于28.5GHz的本地振蕩器的頻率。為了滿足消費者市場的要求，這個濾波器必須價格低廉。
在給定的要求下，已經知道了根據各種方法對此使用的波導型技術，具體是-其間由電感性的或電容性的膜片耦合的單一或多模腔濾波器；-漸消型(evanescent mode)濾波器；-帶有金屬插入或印刷電介質插入的E平面型濾波器，通常被稱作FINLINE(鰭線)。
在本發(fā)明中使用的與上面最后一個相關的基本技術在圖1中示出。
在圖1中，矩形部分的微波波導101，由處于這個波導的E傳播平面中的平面電介質基底102，劃分為兩個相同的部分。這個基底提供低損耗并且具有最小的厚度(比如小于0.2mm)，從而不會將波導的質量因子降級。但是，在該附圖及其他附圖中，為了易于辨認，極大地放大了所述基底的厚度。
基底102包括至少在其一側上印刷的導體103，該導體103與支持基底102的波導的內部表面電鏈接，并且其拓撲結構確定濾波器所需要的響應。簡單來說，將使用術語“導性(conductive)插入”來描述被電鏈接到波導的這些導體。
這種技術的主要優(yōu)點是可以將它與其他的平面技術非常容易地合并和銜接，比如微波傳輸帶或中止(suspended)微波傳輸帶技術。這就意味著可以將濾波功能合并到在傳輸系統(tǒng)的主板上的印刷電路中。
圖1示出的技術中最通常使用的帶通濾波器拓撲結構包括使用n+1個由電鏈接到波導的內部表面而接地的電感性插入，其中n是濾波器的階數。以大約等于制導(guided)波長的一半的間隔將這些插入隔開，并且理論上這些插入印刷在基底的一個側面上。但是，為了最小化濾波器對產生容差(production tolerance)的響應靈敏度，最好將插入大致相同地印刷到基底的兩個側面，但是還將它們連接到波導的內壁上。
用這種方法獲得的帶通濾波器的響應曲線是Chebyshev型的。
為了獲得必要的頻譜選擇性，理論上可以使用高階濾波器。所獲得的濾波器就具有較大的物理尺寸，并且對與其尺寸相關的產生錯誤非常靈敏。所以在實際中非常難，甚至不可能進行生產。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種新微波帶通濾波器結構，其特別可以用于在維持高性能級別和低生產造價的同時來補救尺寸問題。
本發(fā)明涉及一種FINLINE型微波帶通濾波器，其包括一波導和在其至少一個表面上的、被電連接到波導的內表面的導性插入，所述波導配備有處于波導的E平面中的絕緣基底，所述波導的內表面支持基底并且由它們的尺寸和它們在基底上的位置來確定Chebyshev型濾波器的響應曲線，該濾波器的特征在于其最少包括一個短路的腔，該腔垂直于基底，該腔的位置和尺寸確定濾波器響應曲線上的傳輸零(zero of transmission)，以衰減位于這個零附近的頻率。
使用術語“傳輸零”來表示在濾波器響應曲線上的總衰減，對給定的頻率獲得該衰減。
最好，提供兩個具有相同或不同形狀的腔，一個處于濾波器的輸入端而另一個處于濾波器的示出端。每個腔都具有等于以給定頻率計算的制導波長的一半λg/2的長度，制導波長取決于波導的截面。根據實施例的變形，在濾波器的輸入端提供具有用于將其共振頻率調節(jié)到所要求的頻率的裝置的單一腔。該用于調節(jié)共振頻率的裝置是例如調節(jié)螺絲。
根據本發(fā)明的另一特征，將濾波器通過電感性回路連接(只有被鏈接到微波傳輸帶技術的處理電路的線)。微波傳輸帶技術的電路包括，在與接收導性插入相同的絕緣基底上的阻抗匹配線或四分之一波線和50Ohm特征阻抗線。
根據本發(fā)明的再一特征，為了減小濾波器的總長度，將短路的腔與電感回路垂直放置。


本發(fā)明其他的特征和優(yōu)點將通過閱讀對不同實施例的描述變得明顯，這些描述將參照下面所述的附圖給出圖1已經描述過，其示出了根據現有技術的FINLINE型E平面帶通濾波器的透視示意圖；圖2示出了根據本發(fā)明第一實施例的FINLINE型E平面帶通濾波器的分解透視圖；圖3示出了圖2的濾波器沿平面XZ的視圖；圖4示出了圖2的濾波器中使用的絕緣基底的上視圖；圖5A和6分別示出了圖2的濾波器和標準第三階FINLINE型E平面帶通濾波器的反射和傳輸曲線，圖5B與圖2一樣示出了在被抑制的頻率處的腔的角色(role)的透視圖；圖7示出了根據本發(fā)明第二實施例的FINLINE型E平面帶通濾波器的透視圖；圖8示出了在圖7的濾波器中使用的絕緣基底的上視圖；和圖9示出了圖7的濾波器的反射和傳輸曲線。
為了簡化說明，在圖中對相同的元件給出相同的參考符號。
具體實施例方式
首先參照圖2到6來說明根據本發(fā)明的FINLINE型E平面帶通濾波器的第一個實施例。
參照圖2到4，根據本發(fā)明的濾波器200包括基部201和蓋部202，兩者都由金屬制成。在基部和蓋部中鑄有矩形波導203。更具體地，不完整的半個波導203a鑄于基部中而另一不完整的半個203b鑄于蓋部中，如圖2和3中清楚地表示的。用已知的方法為波導配備在這個波導的E平面中，即在圖2的XY平面中，縱向放置的薄電介質基底204。在基底的頂側有四個插入205。這些插入205是由相對寬的矩形金屬化形成的電感性插入，而且以大致等于制導波長的一半的距離相互分開。為了使濾波器對產生容差的響應不太靈敏，可以將插入印刷在基底的兩側。如圖2和4所示，將兩個金屬化的帶條206印刷在基底兩側的縱向邊緣上。帶條206包括沒有示出的金屬化孔，其用于提供波導的兩個部件203a和203b間理想的地連續(xù)性。上述的結構可以用于獲得Chebyshev型帶通濾波功能。用已知方法確定插入的尺寸和位置，從而獲得所需要的響應曲線。在這個具體的情況中，因為有四個插入，所以濾波器是3階的。
而且，根據本發(fā)明，在蓋部202中鑄出了短路的兩個腔207，從而與基底204垂直。每個腔207的長度等于以給定頻率(Fz)計算的制導波長的一半λLg/2，制導波長取決于波導的截面。這些腔的每一個產生在被抑制頻率(Fz)附近的傳輸零。每個腔分別在波導的主軸中的頻率Fz1和Fz2處提供短路，由此幾乎完全切斷信號的輸送，如圖5B中所示，其代表在與輸入腔對應的這個頻率Fz1處在濾波器中的電場的相同幅度。在輸出端處的第二腔，在非常接近頻率Fz1的頻率Fz2的周圍產生傳輸零，如可以在圖5A的曲線401’中看到的。使用兩個腔提供了在所需要的頻率周圍的相當寬的抑制帶，從而彌補由產生容差引起的在濾波器響應中的任何漂移。但是，還可能考慮具有單一輸入腔的濾波器，這個腔帶有調節(jié)頻率Fz的裝置，如調節(jié)螺絲。
而且，如圖2和3所示，在同樣的基底204上產生波導和微波傳輸帶技術電路之間的轉換。更具體地，這種轉換包括激勵波導基本模式的電感性回路210。將這個回路鏈接到在基底204的一端使用微波傳輸帶技術產生的阻抗匹配線211，其底側已經被金屬化并且/或者與金屬化基部201連接以形成地平面。蓋部具有擴展上部不完整的半個波導203b的凹槽209。由50Ohm特征阻抗線擴展阻抗匹配線211，而且使用微波傳輸帶技術產生該阻抗匹配線211。在波導的兩端都生成這種轉換，如圖所示。
在圖2中所示的濾波器對應于具體的實施例，該實施例用截面3.556×7.122mm2的WR28型標準波導來實現，并具有廉價的0.2mm厚RO4003型電介質基底。
這個濾波器是3階的，具有四個導性插入，并且已經將這些插入進行計算從而獲得與Ka型終端相符合的通帶，或29.5-30.0GHz。使用HFSS/ANSOFT 3D電磁模擬器對這種類型的濾波器進行模擬。在圖5A和6中給出了模擬結果，分別是根據本發(fā)明但是沒有兩個微波傳輸帶/波導轉換的濾波器的情況，和傳統(tǒng)FINLINE濾波器的情況。從而只帶有導性插入的濾波器的響應曲線僅僅是Chebyshev型的，并且由在圖6中的曲線401示出。然后這個曲線示出大約28.50GHz的衰減零，如圖5A的曲線401’所示，在根據本發(fā)明實施例具有短路的兩個腔的濾波器的情況下。每個所加的腔放大濾波器的端口阻抗，并且正因為此，導致其誤匹配。這可以由重新計算插入的尺寸來修正。
曲線402和402’表示反射損耗，其非常低并且顯示與50Ohm濾波器阻抗可以很好地匹配。
從而，基于圖5的曲線給出的結果，FINLINE型E平面帶通濾波器提供下列性能級別插入損耗大約0.8dB匹配＞25dB在28.55GHz的頻率衰減＞45dB圖像帶衰減＞40dB參照圖7到9將說明本發(fā)明的另一實施例。在這種情況下，濾波器300包括由兩個半個部件301a和301b形成的矩形波導301。在兩個半個部件之間，放置薄絕緣基底304，在其上將四個插入303金屬化，并且其數目和寬度確定濾波器的特征。在濾波器的傳播E平面上放置基底。根據本發(fā)明的一個方面，如同第一實施例，由接收微波傳輸帶技術電源線的部件302將基底擴展到波導部件之外。從而轉換302包括在其后跟隨有阻抗匹配線的電感性回路305和微波傳輸帶技術50Ohm線。在這個實施例中，如圖7和8所示直接在電感性回路305之上提供短路的腔306?？梢允褂眠@個特殊的位置來進一步縮小濾波器。如上所述來模擬這個實施例。獲得圖9的曲線，其中曲線501示出對于頻率28.50GHz，衰減零＞50dB。另一條曲線502代表反射損耗并且顯示濾波器良好的阻抗匹配。
可以將本發(fā)明應用于除了上面具體說明的以外的其他類型的FINLINE型微波帶通濾波器。
對本領域的專業(yè)人員很明顯，根據本發(fā)明的FINLINE型E平面帶通濾波器提供幾個優(yōu)點。具體是，與傳統(tǒng)的FINLINE濾波器相比，其更加緊湊而且對產生容差更加不敏感，并且與基于有機基底技術的印刷電路兼容，它提供非常小的插入損耗并且與傳統(tǒng)濾波器相比造價非常低。
可以將根據本發(fā)明的濾波器特別地合并到用戶終端的傳輸室外單元(ODU)中，以特別消除終端必定不能發(fā)射的傳輸帶中的殘留分量。在這種情況下，室外單元包括至少一個次諧波混頻器，其在一個輸入端從室內單元接收RF信號，即，對于Ka頻帶中的操作在頻帶0.95～1.45GHz中的信號，并且在另一輸入端，接收來自于在Ku頻帶操作的本地振蕩器的信號，將混頻器的輸出發(fā)送到FINLINE型微波帶通濾波器，如上所述。
對本領域的技術人員很明顯，還可以將本發(fā)明的濾波器使用在不同于上述的用戶終端的系統(tǒng)中。
權利要求
1.一種FINLINE型微波帶通濾波器，其包括波導(203，301)和在其至少一側上的、電連接到波導內表面的導性插入(205，303)，所述波導配備有放置在波導的E平面中的絕緣基底(204，304)，所述波導內表面支持基底并且通過它們在基底上的尺寸和位置來確定Chebyshev型濾波器響應曲線，該濾波器的特征在于其包括至少一個短路的腔(207，306)，該腔垂直于基底，該腔的位置和尺寸確定濾波器響應曲線上的傳輸零，以衰減位于這個零附近的頻率。
2.根據權利要求1所述的濾波器，其特征在于其包括兩個具有相同或不同形狀的腔。
3.根據權利要求2所述濾波器，其特征在于所述兩個腔中的一個在濾波器的輸入端而另一個在濾波器的輸出端。
4.根據權利要求1所述的濾波器，其特征在于其包括具有頻率調節(jié)裝置的腔，所述腔在濾波器的輸入端。
5.根據權利要求1到4的任何一個所述的濾波器，其特征在于腔的長度等于在傳輸頻率的零處計算的制導波長的一半。
6.根據權利要求1到5的任何一個所述的濾波器，其特征在于濾波器到位于輸入端和輸出端的處理電路的連接是由電感性回路制成的。
7.根據權利要求6所述的濾波器，其特征在于以微波傳輸帶技術產生處理電路，該處理電路包括在與接收插入的基底相同的基底上的阻抗匹配線和50Ohm特征阻抗線。
8.根據權利要求6和7的任何一個所述的濾波器，其特征在于將腔(306)垂直于電感性回路放置。
9.傳輸終端的室外單元，其包括至少一個次諧波混頻器和在給定頻率操作的本地振蕩器(OL)，該混頻器在第一輸入端接收將要發(fā)送的信號和在第二輸入端接收來自本地振蕩器的信號，其特征在于將混頻器的輸出連接到根據權利要求1到8的帶通濾波器，從而衰減頻率(2OL)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種FINLINE型微波帶通濾波器，其包括波導203和電連接到波導內表面的導性插入205，所述波導配備有放置在波導的E平面中的絕緣基體204，所述波導內表面支持基底并且通過它們在基底上的尺寸和位置來確定Chebyshev型濾波器響應曲線。該濾波器在垂直于基底的短路中最少包括一個腔207，該腔的位置和尺寸確定濾波器響應曲線上的傳輸零，以衰減位于這個零附近的頻率。
文檔編號H01P1/207GK1707849SQ200510076169
公開日2005年12月14日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權日2004年6月9日
發(fā)明者多米尼克·洛心唐, 查林·古岡, 佛朗科伊斯·巴倫, 讓-伊薇斯·勒納奧 申請人:湯姆森特許公司