專利名稱：短長(zhǎng)度的微帶濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻微帶濾波器。
背景技術(shù)：
在高頻范圍內(nèi)，在濾波器結(jié)構(gòu)中采用微帶已為人們所知。微帶是附著到絕緣襯底上的帶狀扁平導(dǎo)體。通過適當(dāng)選取相應(yīng)參數(shù)(尺寸、襯底材料的介電常數(shù)等)，有可能使微帶在所涉及的頻率上具有希望的阻抗響應(yīng)。為了構(gòu)造濾波器結(jié)構(gòu)，構(gòu)建由微帶和電容器組成的諧振器是公知的。相互并行并且相互間隔一定距離的微帶是電磁耦合的。通過適當(dāng)選取這些元件的值和尺寸及其相互安排，可以設(shè)置所希望的濾波器特性。
例如，這樣的濾波器用于HF(高頻)發(fā)射機(jī)或接收機(jī)中。在這種情況中，例如，帶通濾波器是必需的，以允許頻率選擇。這可以通過具有可調(diào)中頻的濾波器來實(shí)現(xiàn)?？烧{(diào)濾波器也可以借助于變?nèi)萜鱽順?gòu)造，變?nèi)萜鞯男问嚼鐬樽內(nèi)荻O管(可變電抗器)。
US-A6,072,999揭示了一種含有可變?yōu)V波器的接收機(jī)。該濾波器由微帶構(gòu)成。無(wú)論在哪種情況下，諧振器由微帶和電容器組件形成，其中電容器組件由固定電容器和變?nèi)荻O管組成的串聯(lián)電路構(gòu)成。第一諧振器連接到輸入端，而第二諧振器連接到輸出端。第一諧振器和第二諧振器中的微帶相互隔開一定的距離進(jìn)行并行運(yùn)行，并進(jìn)行電磁耦合。該濾波器呈現(xiàn)帶通特性，其中中頻在約1-3GHZ的范圍內(nèi)可變。除了含有兩個(gè)諧振器的基本濾波器結(jié)構(gòu)以外，還可以給出在諧振器之間包括附加的電磁耦合的微帶的進(jìn)一步實(shí)例。
US-A-2000/0093400同樣揭示了含有微帶的可變HF濾波器。濾波器有數(shù)個(gè)在每一種情況下都由微帶和電容器構(gòu)成的諧振器，其中這些微帶相互平行，并且相互間隔一定距離，而且進(jìn)行電磁耦合。輸入端和輸出端通過與外界微帶直接相連或者通過電磁耦合而與諧振器耦合。
在設(shè)計(jì)電路時(shí)，目標(biāo)總是降低成本。因此，希望利用盡可能少的元器件來簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)電路。另一目標(biāo)是使電氣和電子元器件的尺寸盡可能小。由于在微帶的情況中對(duì)于電響應(yīng)來說尺寸是關(guān)鍵的，所以在這種情況中對(duì)濾波器設(shè)置了嚴(yán)格的限制。在不改變電響應(yīng)的情況下，不可能減小微帶的長(zhǎng)度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提出一種含有微帶的高頻濾波器，其至少在一個(gè)尺寸方面具有小的尺寸。
這一目的利用如權(quán)利要求1所述的濾波器來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的有益實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的濾波器具有至少兩個(gè)諧振器，其中一個(gè)諧振器耦合到輸入端，而另一個(gè)諧振器耦合到輸出端。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器僅僅包括這兩個(gè)諧振器。但是，對(duì)于該濾波器，也可能具有進(jìn)一步的諧振器。
至少兩個(gè)諧振器(最好，所有的諧振器)在每一種情況下包括兩個(gè)直微帶(straight microstrip)部分和電容器組件作為頻率確定元素。當(dāng)考慮頻率確定元素時(shí)，僅僅考慮在濾波器的希望頻率范圍內(nèi)影響濾波器特性的那些。正像將在下文中詳細(xì)討論的那樣，諧振器可以具有如變?nèi)萜鳎@些變?nèi)萜骺梢赃B接到可變電壓，以改變?yōu)V波器。但是，這樣的連接以及用于此的元器件不會(huì)顯著影響在濾波器的工作頻率范圍中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并因而不被看作諧振器的頻率確定元件。
本發(fā)明的主要思想是通過將諧振器的微帶分成兩個(gè)微帶部分，減小諧振器的整體長(zhǎng)度。這些微帶相互靠近并行。第一微帶部分和第二微帶部分最好具有相同的長(zhǎng)度。這樣，實(shí)際的諧振器不是由每一微帶部分構(gòu)成，而是由第一、第二微帶部分與電容器組件一起構(gòu)成了諧振器。對(duì)于所得到的濾波器，最好其具有的濾波器階次(order)對(duì)應(yīng)于微帶部分的數(shù)量的一半。這使該濾波器明顯有別于已知的濾波器結(jié)構(gòu)，在已知的濾波器結(jié)構(gòu)中，每一微帶總是構(gòu)成實(shí)際的諧振器的一部分，并且結(jié)果因而是濾波器具有較高的階次。微帶部分的第一端(end)通過電容器組件相互連接，而第二相對(duì)端與地相連。因此，如此構(gòu)成的諧振器在縱向上顯著小于已知的濾波器結(jié)構(gòu)。
為了產(chǎn)生所希望的濾波器特性，把濾波器的諧振器進(jìn)行相互電磁耦合。為此，在每一種情況下，一個(gè)微帶部分與另一個(gè)諧振器的微帶部分相互并行。利用耦合的程度，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)濾波器特性。諧振器最好僅僅進(jìn)行電磁耦合，也就是說，至公共地連接，不直接連接頻率確定元件。
電容器組件可以包含一個(gè)或多個(gè)元件。電容器組件的電容可以是固定的或可變的。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，電容器組件包含由固定電容器和變?nèi)萜?例如變?nèi)荻O管)組成的串聯(lián)電路。電容器組件中的變?nèi)荻O管最好通過高阻抗電阻器與可變電壓相連，其中電容可以通過可變電壓來調(diào)節(jié)。除變?nèi)荻O管以外，電容器組件最好還具有其他的電容器，其中二者在每一種情況下均與一個(gè)微帶部分相連。因此，有可能通過DC(直流)偏壓，調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管的電容。
輸入端與第一諧振器的耦合可以通過直接將輸入端與第一諧振器的微帶部分相連接來實(shí)現(xiàn)。隨后，最好利用微帶部分和耦合微帶來形成一種T形結(jié)構(gòu)，其中耦合微帶與所述的微帶部分相交。相交點(diǎn)不必位于中心，而可以適當(dāng)選擇位置，以適應(yīng)耦合的阻抗。作為對(duì)輸入端與第一諧振器直接相連的替換方式，也可以選擇電磁耦合，其中形成由相互呈直角的第一耦合微帶和第二耦合微帶組成的結(jié)構(gòu)。第一耦合微帶和第二耦合微帶最好安排為L(zhǎng)形。第二耦合微帶與第一諧振器的微帶部分并行，并與后者電磁耦合。
上述的針對(duì)輸入端的耦合可能性(possibility)也適用于輸出端。根據(jù)應(yīng)用，不同(對(duì)稱-不對(duì)稱)輸入端/輸出端可以與濾波器相連。最好將濾波器自身設(shè)計(jì)成對(duì)稱的。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器構(gòu)筑在絕緣襯底上，其中微帶部分位于前側(cè)，而與地相連的導(dǎo)電層位于后側(cè)。在每一種情況下，諧振器的微帶部分的第二端最好都直通連接到襯底的后側(cè)。


將參照附圖所示的實(shí)施例的實(shí)例來描述本發(fā)明，但是，本發(fā)明并不限于此。
圖1表示第一濾波器電路的局部幾何圖。
圖2表示圖1的濾波器電路的頻率確定元件的局部幾何圖。
圖3表示第二濾波器電路的局部幾何圖。
圖4表示圖3的濾波器電路的頻率確定元件的局部幾何圖。
圖5表示濾波器的前側(cè)的圖。
圖6表示在不同中頻上濾波器特性的圖。
具體實(shí)施例方式
總的說來，本發(fā)明涉及高頻范圍內(nèi)的濾波器，即，頻率在500MHz以上。
提供在實(shí)施例的示例中所示的用于1.8至2.3GHz的頻率范圍的濾波器。在用于數(shù)字視頻數(shù)據(jù)(DVB-RCS)的HF發(fā)射機(jī)中，將生成QPSK調(diào)制的信號(hào)，其中所不需要的邊帶衰減至少60dBc。所采用的濾波器在500MHz的范圍內(nèi)是可變的。
圖1表示為這一目的而提供的第一濾波器電路10的圖。該圖為局部幾何圖，其中在原理上示出所使用的微帶的形狀和相對(duì)安排。
濾波器10具有輸入端12和輸出端14。第一諧振器16與輸入端12相連接。第二諧振器18與輸出端14相連接。將諧振器16、18設(shè)計(jì)成相互對(duì)稱的，并相互進(jìn)行電磁耦合。濾波器10對(duì)于可變電壓VT具有連接20。每一個(gè)諧振器具有由變?nèi)荻O管24和固定電容器26組成的電容器組件22。變?nèi)荻O管24和電容器26串聯(lián)連接。變?nèi)荻O管24的陰極通過高阻抗電阻器R和另一個(gè)終端電阻器RT與可變電壓VT相連。R的電阻值至少是5KΩ，最好是10-100KΩ。
另外，每一諧振器16、18具有第一微帶部分28和第二微帶部分30。電容器組件22連接在微帶部分28、30的第一端之間。第二端連接到地。第一和第二微帶部分28、30安排為相互靠近，以產(chǎn)生電磁耦合。但是，這種耦合對(duì)于運(yùn)行不是關(guān)鍵性的。甚至最好將部分28、30安排成相隔一定的距離，從而耦合為盡可能低。
電容器組件22、固定電容器26和變?nèi)荻O管24中的兩個(gè)元件在每一種情況下都連接到微帶部分28、30的一端。高阻抗電阻器R連接到元件24、26的各自相對(duì)連接。變?nèi)荻O管24的陽(yáng)極通過第一微帶部分28與地相連。這使得有可能在合適的可變電壓VT下，沿變?nèi)荻O管24的非導(dǎo)電方向施加合適的DC電壓，從而可以適當(dāng)?shù)卦谝欢ǚ秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)電容。固定電容器26相對(duì)于所施加的DC電壓VT用作開路。所述的固定電容器必須通過變?nèi)荻O管24產(chǎn)生DC電壓，這是因?yàn)榈诙Р糠?0在其第二端上連接到地。
第一諧振器16和第二諧振器18具有相同的結(jié)構(gòu)，并且以相同的方式連接到可變電壓VT。因此，這兩個(gè)諧振器16、18的響應(yīng)直至所產(chǎn)生的容限是相同的。
圖2表示圖1的濾波器10的圖，其中示出頻率確定元件。示出的電容器組件22是可變電容器。在每一種情況下，諧振器16、18中的第二微帶部分30相互并性，并相互隔開一定距離，從而諧振器16、18電磁耦合。因此，在輸入端12和輸出端14之間總體產(chǎn)生帶通濾波器特性，其中可以通過可變電容器24來調(diào)節(jié)中頻。
在這種情況中，微帶部分28、30在每一種情況下不用作獨(dú)立的諧振器，而是在每一種情況中第一和第二微帶部分28、30與電容器組件22一起形成諧振器。因此，濾波器特性為二階。因此，濾波器的階次對(duì)應(yīng)于微帶部分的數(shù)量的一半。在每一諧振器16、18中，二個(gè)微帶部分一起用作電感式元件。諧振器16、18因此以與具有單個(gè)微帶的諧振器相同的方式動(dòng)作，該單個(gè)微帶的長(zhǎng)度大體對(duì)應(yīng)于第一微帶部分28和第二微帶部分30的長(zhǎng)度之和。因此，圖2中示出的濾波器電路10在縱向上的尺寸比起采用在每一種情況下都只具有未被分成幾個(gè)部分的一條微帶的諧振器要小得多。
在濾波器10中，諧振器16、18通過直接連接耦合到輸入和輸出端12、14。接著，與微帶部分28、30成直角的耦合微帶32以對(duì)稱的方式連接到輸入和輸出端12、14。在每一種情況下，耦合微帶32都與諧振器16、18的第一微帶部分28相交。在所示的例子中，耦合出現(xiàn)在中心。這就產(chǎn)生由微帶部分28和耦合微帶32組成的T形結(jié)構(gòu)。為了適當(dāng)適應(yīng)輸入端和/或輸出端12、14的阻抗，也可以使相交點(diǎn)位移到微帶部分28的一端或另一端。
圖3示出第二濾波器電路40。該濾波器電路在其結(jié)構(gòu)方面主要對(duì)應(yīng)于圖1的濾波器電路10。相同的元件采用相同的標(biāo)號(hào)。下文中，僅討論與圖1中的電路10不同之處。
通過與電路10相比，在電路40中，輸入端和輸出端12、14進(jìn)行電磁耦合。在這種情況中，耦合包含第一耦合微帶42，第一耦合微帶42連接到輸入和輸出12、14，并且與微帶部分28、30成直角。第一耦合微帶42與第二耦合微帶44形成L形結(jié)構(gòu)，其中第二耦合微帶44與諧振器16、18的第一微帶部分28平行，且稍隔開一定的距離。第二耦合微帶44的一端與地相連。
第二耦合微帶與第一微帶部分28處于緊密電磁耦合中，從而來自輸入端12的信號(hào)被耦合到第一諧振器16內(nèi)，并從第二諧振器18被耦合到輸出端14。
圖4接著示出濾波器電路40的頻率確定元件。
圖5表示按照電路40構(gòu)成的濾波器50。暗區(qū)是位于絕緣襯底上的銅結(jié)構(gòu)。在絕緣襯底的后側(cè)，具有連接到地的導(dǎo)電層。濾波器50有輸入端12和輸出端14，以及用于可變電壓VT的連接。高阻抗電阻器R(類似于固定電容器26和變?nèi)荻O管28)是焊接在襯底表面上的分立元器件。使用分立元器件在優(yōu)選使用的具有幾個(gè)pF的電容方面是有益的。作為選擇，可以將元器件(特別是具有低電容值的電容器)安裝到襯底上作為印制元器件。耦合微帶42、44以及諧振器16、18的第一、第二微帶部分30、28是通過如圖3所示的安排形成的。與地的連接是利用與襯底后側(cè)的直通連接52來形成的。
濾波器50具有的寬度是12mm，而長(zhǎng)度僅為10mm。但是，每一襯底的微帶的有效長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于各微帶部分28、30之和，并因此沿該方向大于濾波器50的10mm長(zhǎng)度。
圖6示出在不同中間頻率上濾波器6的濾波器特性。相對(duì)以MHz為單位表示的頻率，示出了以dBc為單元的衰減。圖中示出了可變電壓VT的三種不同值即三種不同的電容值的特征。
在上述示例實(shí)施例的濾波器電路中，在每一種情況下，提供了兩個(gè)諧振器，產(chǎn)生二階的濾波器響應(yīng)。有可能在第一、第二諧振器之間提供進(jìn)一步的諧振器，這些進(jìn)一步的諧振器的微帶部分與第一、第二諧振器16、18的微帶部分28、30平行，并與后者電磁耦合。
對(duì)濾波器的其他可能的修改涉及輸入12和輸出14的耦合。在這種情況中，可以選擇各種本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所知曉的耦合類型。具體說來，可以選擇非對(duì)稱耦合。
權(quán)利要求
1.一種濾波器電路，包含輸入端(12)和輸出端(14)，以及至少兩個(gè)諧振器(16，18)，其中一個(gè)諧振器(16)耦合到輸入端(12)，而另一個(gè)諧振器(18)耦合到輸出端(14)，其中每一諧振器(16，18)具有作為頻率確定元件的第一直微帶部分(28)、第二直微帶部分(30)和電容器組件(22)，其中在每一諧振器(16，18)中，電容器組件(22)在每一種情況下都連接在微帶部分(28，30)的第一端之間，而每一諧振器僅僅在微帶部分(28，30)的第二端上連接到地，并且其中第一和第二微帶部分(28，30)安排為相互并行，并且其中在每一種情況下，通過將諧振器的微帶部分(30)安排成相互并行并相互隔開一個(gè)距離，將諧振器(16，18)的一個(gè)微帶部分(30)電磁耦合到進(jìn)一步諧振器(16，18)的至少一個(gè)微帶部分(30)。
2.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其中電容器組件(22)包含至少一個(gè)可變電容器(24)
3.如權(quán)利要求2所述的濾波器，其中電容器組件(22)包含由固定電容器(26)和可變電容器(24)組成的串聯(lián)電路。
4.如權(quán)利要求2或3所述的濾波器，其中電容器組件(22)包含變?nèi)荻O管(24)，該變?nèi)荻O管通過高阻抗電阻器R連接到可變電壓(VT)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的濾波器，其中第一和第二微帶部分(28，30)均具有相同的長(zhǎng)度。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的濾波器，其中在每一種情況下，諧振器(16，18)的微帶部分(28，30)之一僅僅電磁耦合到每一種情況下進(jìn)一步諧振器(16，18)的微帶部分之一。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的濾波器，其中在輸入端(12)和輸出端(14)之間，具有一個(gè)濾波器響應(yīng)，該濾波器響應(yīng)具有的階次對(duì)應(yīng)于諧振器(16，18)的微帶部分(28，30)的數(shù)量的一半。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的濾波器，其中微帶部分(28，30)附著到絕緣襯底的前側(cè)，其中在后側(cè)上的導(dǎo)電層連接到地，其中第一和第二微帶部分(28，30)均在其第二端上具有至襯底的后側(cè)的直通連接(52)。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的濾波器，其中輸入端(12)耦合到第一諧振器(16)，其中輸入端連接到耦合微帶(32)，該耦合微帶與諧振器(16，18)的微帶部分(28，30)成直角，并且其中耦合微帶(32)與第一諧振器(16)的第一微帶部分(28)相交。
10.如權(quán)利要求1-8之中任一權(quán)利要求所述的濾波器，其中輸入端(12)耦合到第一諧振器(16)，其中輸入端(12)連接到第一耦合微帶(42)，該第一耦合微帶與第一諧振器(16)的微帶部分(28，30)成直角，并且其中第一耦合微帶(42)連接到第二耦合微帶(44)，該第二耦合微帶與第一諧振器(16)的第一微帶部分(28)相互并行，并與后者電磁耦合。
全文摘要
本發(fā)明給出了包含微帶的高頻濾波器的描述。該濾波器包含至少兩個(gè)諧振器(16，18)，其中每一個(gè)諧振器包括作為頻率確定元件并且相互并行的第一直微帶部分(28)和第二直微帶部分(30)，并且還包括電容器組件(22)。在每一諧振器中，電容器組件連接在這些微帶部分的第一端之間，并且每一諧振器僅在這些微帶部分的第二端上連接到地。每一諧振器(16，18)中，這二個(gè)微帶部分一起用作電感式元件。因而，諧振器(16，18)以與具有單個(gè)微帶的諧振器相同的方式動(dòng)作，該單個(gè)微帶的長(zhǎng)度大體對(duì)應(yīng)于第一微帶部分(28)和第二微帶部分(30)的長(zhǎng)度之和。這種結(jié)構(gòu)的濾波器允許與傳統(tǒng)的濾波器結(jié)構(gòu)相比更短的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)H03H7/01GK1762095SQ200480007219
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者E·齊利歐卡斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司