可调节反相耦合回路的制作方法

技术领域

本公开总体上涉及空腔谐振器，并且更为具体地涉及空腔谐振器之间的耦合。

相关领域的描述

传统的带通滤波器可以由通过耦合元件耦合(或交叉耦合)的多个谐振器来构造。滤波器的整体传递函数由谐振器和耦合元件的各个传递函数的组合来产生。例如，空腔滤波器可以实现为多个互连的空腔谐振器。空腔谐振器产生相对较低的表面电流密度，并且因此具有相对较高的Q因子，这表明腔体中的能量损失速率与腔体中存储的能量相比很小。其他谐振器、诸如横向电磁(TEM)模式(同轴)谐振器可以产生相对较大的表面电流密度，特别是在用于对功率在几百瓦特以上的射频传输进行滤波时。空腔谐振器滤波器因此通常被选择用于高功率应用，诸如出于传输器输出频谱控制的目的而对功率在几十到几百千瓦特数量级的射频传输进行滤波。

附图说明

参考附图，本领域技术人员可以更好地理解本公开，并且可以很清楚其大量特征和优点。在不同附图中使用的相同附图标记表示相似或相同的条目。

图1是根据一些实施例的滤波器的横截面的俯视图。

图2描绘根据一些实施例的准电容耦合的空腔谐振器对以及对应的有效电气等效电路。

图3描绘根据一些实施例的电感耦合空腔谐振器对以及对应的有效电气等效电路。

图4是根据一些实施例的能够从第一定向旋转到第二定向的耦合回路的图。

图5描绘根据一些实施例的具有可变负载的耦合空腔谐振器对的侧视图和俯视图。

图6描绘根据一些实施例的耦合空腔谐振器对的三维视图。

图7是根据一些实施例的无线通信系统的框图。

图8是根据一些实施例的用于调节由多个空腔谐振器形成的滤波器的传递函数的方法的流程图。

具体实施方式

传统的耦合结构具有大量缺陷，这些缺陷可能限制其用于耦合空腔谐振器以形成滤波器的适合性。当在相邻谐振器之间实现全电感耦合时，传统的电感或磁性耦合结构通常不提供耦合的空腔谐振器中的信号之间的正确的相位关系。例如，传统的电感回路在一个空腔谐振器中生成与耦合的空腔谐振器中的电流在相反方向上行进的电流。传统的电感耦合结构因此不适合滤波器中的交叉耦合空腔谐振器。电场耦合结构——也可以称为电容耦合结构——可以用于交叉耦合全电感滤波器中的谐振器，因为电容耦合维持耦合的谐振器中的信号之间的正确的相位关系并且因此保留滤波器的传递函数的整体形状。然而，空腔谐振器内的电磁场分布在空腔谐振器的壁处或附近可能变为几乎纯磁性。因为耦合元件的位置附近的电磁场具有很小或者几乎没有电分量，所以传统的电或电容耦合结构不能用于耦合(或交叉耦合)空腔滤波器中的空腔谐振器。

空腔谐振器也可以用在可调节或可调谐带通滤波器中，可调节或可调谐带通滤波器可以被调节以对对应于不同选择性屏蔽的不同频率范围进行滤波。然而，传统的耦合结构可能不适合用在给定类型的可调节滤波器中。例如，传统的电感耦合结构通常能够经由滤波器本体中的盖子(lid)而访问，并且可以具有将其附接至滤波器本体的多个锁定点。耦合结构的每个调节因此需要使多个锁定点分离、重新定位耦合结构并且重新附接多个锁定点。传统的耦合结构可能缺乏细调谐特征并且可能需要多次调节迭代以实现目标滤波器响应。调节过程因此可能很难、不准确和耗时并且不适合用于机器人调谐。

准电容耦合结构可以通过在维持正确的相位关系的同时耦合相邻的空腔谐振器中的电磁场的磁性部分来缓解传统的耦合结构中的缺陷。准电容耦合结构的一些实施例由导体形成，导体限定在基本上垂直于在第一空腔谐振器中产生的第一磁场的平面中的第一区域并且限定在基本上垂直于在第二空腔谐振器中产生的第二磁场的平面中的第二区域。在第一空腔谐振器中的导体的第一部分中生成的感应电流被传导到第二腔体中的导体的第二部分，该电流在第二部分中生成对应的磁场，从而耦合第一和第二空腔谐振器中的电磁波。电磁波的相位相对于传统的U形耦合回路被反相，因为第一和第二导体中的电流在相同的方向上流动，而由U形耦合回路耦合的腔体中的电流在不同的腔体中沿着相反的方向行进。在一些实施例中，准电容耦合结构可以可旋转地部署在第一和第二空腔谐振器之间。准电容耦合结构的耦合强度可以代替传统的U形耦合结构，例如作为全电感带通滤波器中的交叉耦合。S形滤波器的单个调节点实现了通过旋转准电容耦合结构(例如使用旋转准电容耦合结构的在空腔滤波器外部的把手)来调节准电容耦合结构的实施例。

图1是根据一些实施例的滤波器100的横截面的俯视图。横截面视图垂直于滤波器100的基板(图1中未示出)和滤波器100的盖板(图1中未示出)，并且横截面位于滤波器100内在基板与盖板之间。滤波器100的一些实施例可以是部署在射频通信系统的接收路径或发送路径中的带通滤波器。射频通信设备可以包括向无线通信系统内的用户设备发送、接收或广播射频信号的基站或接入点。例如，滤波器100可以用于对由广播站以相对较高功率、例如以接近10kW或在10kW以上的功率广播的信号进行滤波。滤波器100的一些实施例可以是可调谐或可调节的以对在400MHz到900MHz之间的频率范围内的信号选择性地滤波。调节滤波器100的带宽可以包括改变中心频率或滤波器带宽或者选择性屏蔽。

滤波器100由6个空腔谐振器101、102、103、104、105、106(统称为“空腔谐振器101-106”)形成。然而，滤波器100的一些实施例可以包括更多或更少的空腔谐振器。空腔谐振器101-106的一些实施例可以实现为TE-101模式谐振器或横向电磁波模式(TEM)谐振器。空腔谐振器101-106中的每个包括对应的内部导体或负载元件111、112、113、114、115、116(统称为“负载元件111-116”)，其可以被调节以改变空腔谐振器101-106中的负载(其可以是电容负载)，从而改变空腔谐振器101-106的频率响应或传递函数。例如，负载元件111-116可以使用谐振器杆来实现，并且谐振器杆到对应空腔谐振器101-106中的深度可以确定电容负载。然而，可以在空腔谐振器101-106中实现其他类型的负载元件111-116。

射频信号可以通过空腔谐振器101中的输入端口耦合120被引入到滤波器100中。空腔谐振器101中的射频信号然后可以经由耦合结构121被传送到空腔谐振器102中，经由耦合结构122被传送到空腔谐振器103中，经由耦合结构123被传送到空腔谐振器104中，经由耦合结构124被传送到空腔谐振器105中，并且经由耦合结构125被传送到空腔谐振器106中。耦合结构121-125可以称为直接耦合结构，因为它们沿着从输入端口120通过空腔谐振器101-106到输出端口130外部的直接路径耦合电磁波。耦合结构121-125的一些实施例可以实现为电或电容耦合结构以便适合针对给定滤波器传递函数响应的所选择的耦合方案。滤波器100可以称为“U形”折叠式滤波器，因为空腔谐振器101-106部署在类似字母U的布置中。然而，滤波器100的一些实施例可以实现空腔谐振器101-106的其他配置，并且可以部署更多或更少的空腔谐振器101-106以形成滤波器100的实施例。

空腔谐振器101-106中的一些空腔谐振器可以是交叉耦合的。在一些实施例中，任何两个非相邻的空腔谐振器101-106可以交叉耦合。例如，空腔谐振器102、105可以使用准电容耦合结构135来交叉耦合。如本文中讨论的，准电容耦合结构135部分包围(encompass)在基本上垂直于空腔谐振器102中的磁场平面中的第一区域以及部分包围在基本上垂直于空腔谐振器105中的磁场的平面中的第二区域的第二部分。在准电容耦合结构135的第一部分中生成的感应电流与第二部分中的电流在基本上相同的方向上流动。准电容耦合结构135将在空腔谐振器102与空腔谐振器105之间传达的射频信号的相位反相。因此，准电容耦合结构135维持耦合的谐振器102、105中的信号之间的正确的相位关系，并且保留滤波器100的传递函数的整体形状。准电容耦合结构135的一些实施例可以被旋转以调节其耦合常数。对耦合常数的调节可以与对空腔谐振器101-106中的一个或多个空腔谐振器的频率响应的调节协同执行以产生滤波器100的目标传递函数。

图2描绘根据一些实施例的准电容耦合的空腔谐振器对200以及对应的有效电等效电路205。耦合的空腔谐振器对200包括由盖板220、基板225和公共壁230形成的第一空腔谐振器210和第二空腔谐振器215。空腔谐振器210、215中的每个空腔谐振器包括对应的负载元件235、240，负载元件235、240可以被调节(如虚线表示的)以改变空腔谐振器210、215中的电容负载，从而改变空腔谐振器210、215以及耦合的空腔谐振器对200的谐振器频率。耦合的空腔谐振器对200的一些实施例可以实现为图1所示的滤波器100中的交叉耦合的空腔谐振器102、105。

空腔谐振器210、215通过由耦合材料形成的准电容耦合回路245被耦合。耦合回路245的一些实施例关于与公共壁230平行的轴250对称。轴245可以对应于耦合回路245的旋转轴。耦合回路245的部分在空腔谐振器210、215中限定区域。例如，耦合回路245的上部部分部分地包围空腔谐振器210中的第一区域，第一区域也由轴250来界定，耦合回路245的下部部分部分地包围空腔谐振器215中的第二区域，第二区域也由轴250来界定。空腔谐振器210、215的公共壁230附近的磁场可以基本上向图2的平面内或外射出，并且由耦合回路245界定的区域在图2的平面中。因此，由耦合回路245界定的区域可以位于基本上垂直于空腔谐振器210、215中的磁场的平面中。然而，磁场可能不是极好地垂直于图2的平面，并且可能包括在图2的平面中的分量。术语“基本上垂直”意图包括在空腔谐振器210、215的公共壁230附近的磁场方向上的这些变化。

由空腔谐振器210、215中的电磁波产生的磁场可以在耦合回路245中产生感应电流。例如，将射频信号引入到空腔谐振器210中在位于空腔谐振器210内的耦合回路245的上部部分中产生时变的磁场。感应电流可以向下(如箭头所示)流过耦合回路245的上部部分，穿过空腔谐振器210进入到空腔谐振器215中耦合回路245的下部部分中，并且向下流动经过耦合回路245的下部部分。因此，电流在耦合回路245的上部部分和下部部分中沿着基本上相同的方向流动。

通过耦合回路245的电流方向确定空腔谐振器210、215中的电磁波之间的耦合的相位角。由于耦合回路245的上部部分和下部部分中的电流的方向基本上相同，所以电磁波的相位通过将耦合回路245在空腔谐振器210、215之间横过以相对于由传统U形耦合回路产生的相位而反相。由于空腔谐振器210、215内绕着负载元件235、240对称的磁场方向，耦合仅存在于耦合回路245的竖直元件与相邻的空腔谐振器210、215之间。因此，在仅可能有电感耦合的位置处实现了准电容耦合。

耦合的空腔谐振器对200可以用有效电等效电路205来表示。例如，空腔谐振器210可以用电感251、252和电容器253来表示。空腔谐振器215可以用电感255、256和电容器257来表示。由回路滤波器245形成的空腔谐振器210、215之间的准电容耦合因此可以用电容器260来表示。准电容耦合的强度可以由空腔谐振器210、215中通过耦合回路245界定的区域来确定。

图3描绘根据一些实施例的电感耦合的空腔谐振器对300以及对应的有效电等效电路305。出于与图2所示的准电容空腔谐振器对200相比较的目的，示出了空腔谐振器对300。耦合的空腔谐振器对300包括由盖板320、基板325和公共壁330形成的第一空腔谐振器310和第二空腔谐振器315。空腔谐振器310、315中的每个包括对应的负载元件335、340。空腔谐振器310、315通过由传导材料形成的电感耦合回路345而被耦合。电感耦合回路345的一些实施例可以称为“U形”耦合回路，因为电感耦合回路345类似字母U的形状。

电感耦合回路345不同于图2所示的准电容耦合回路245，因为电感耦合回路345的两端在锁定点350、355处连接至盖板。这些差异具有至少两个结果。首先，第一空腔谐振器310中的感应电流(用箭头表示)与第二空腔谐振器315中的电流在相反方向上行进，使得在空腔谐振器315中产生的电磁波的相位相对于由图2所示的准电容耦合回路245在空腔谐振器215中产生的电磁波的相位被反相。其次，调节电容耦合回路345的耦合常数需要在锁定点350、355处松开或去耦合电感耦合回路345以重新定位耦合回路345。

耦合的空腔谐振器对300可以用有效电等效电路305来表示。例如，空腔谐振器310可以用电感361、362和电容器363来表示。空腔谐振器315可以用电感365、366和电容器367来表示。空腔谐振器310、315之间的电感耦合用双头箭头370来表示，双头箭头370表示电感362和365之间的互感。

图4是根据一些实施例的能够从第一定向405旋转到第二定向410的耦合回路400的图。可以通过外部调谐连接至耦合回路400的把手420使耦合回路400绕轴415旋转。把手420的一些实施例可以是能够通过例如配置耦合回路400的人来手动调谐的圆形或椭圆结构。把手420还可以表示能够用于绕轴415旋转耦合回路400的其他设备，例如可以由人或者自动或机器人控制系统来实现的电气或机械设备。耦合回路400可以部署在两个空腔谐振器之间的孔隙中，使得耦合回路400的上部部分突入到空腔谐振器中的一个空腔谐振器中，并且耦合回路的下部部分突入到空腔谐振器中的另一空腔谐振器中。耦合回路400的一些实施例可以用于实现如图2所示的耦合回路245。

由耦合回路400的上部部分限定的区域在基本上垂直于第一磁场的平面中，第一磁场可以对应于在射频信号被引入到空腔谐振器中时产生的磁场。第一磁场指向图4的平面外部，如点状圆圈425表示的(为了清楚起见，附图标记仅指示了一个)。磁场425在耦合回路400中生成感应电流，并且电流的量部分由耦合回路400的上部部分限定的区域来确定。该电流在耦合回路400的下部部分中沿着相同的方向行进，并且因此生成磁场430，磁场430也基本上在耦合的空腔谐振器中指向图4的平面外，如点状圆圈430表示的(为了清楚起见，附图标记仅指示出了一个)。由以定向405的耦合回路400产生的耦合常数因此由在基本上垂直于磁场425、430的平面中由耦合回路400的上部部分和下部部分限定的区域来确定。

在相对于定向405被旋转的定向410中，在基本上垂直于磁场425、430的平面中由耦合回路400的上部部分和下部部分限定的区域相对于在定向405中由耦合回路400的上部部分和下部部分限定的区域而被减小。因此，在定向410中的耦合回路400中的感应电流相对于在定向405中的耦合回路400中的感应电流而被减小。由在定向410中的耦合回路400产生的耦合常数相对于在定向410中的耦合常数也被减小。通过绕轴415旋转耦合回路400而产生的耦合常数的变化可以用于调节耦合常数，可能协同调节空腔谐振器的频率响应来调节耦合常数，以调节包括空腔谐振器和耦合回路400的滤波器的传递函数。

图5描绘根据一些实施例的耦合的空腔谐振器510、515对的侧视图500和俯视图505。空腔谐振器510、515中的每个包括可调节的负载元件520、525以及可以使用把手535绕轴可旋转地被调节的耦合回路530。空腔谐振器510、515或者耦合回路530的一些实施例可以在图1所示的滤波器100中实现。

耦合回路530部署在空腔谐振器510、515之间孔隙中。在一些实施例中，一个或多个导电条540、545可以水平地跨孔隙而被定位，以在一个或多个竖直位置电连接孔隙壁的侧面。例如，导电条540、545可以在孔隙的不同侧面并且在沿着平行于耦合回路530的轴的方向上关于彼此被错开的位置处水平地定位在孔隙上。导电条540、545可以至少部分抑制空腔谐振器510、515之间的磁耦合。在一些实施例中，孔隙的大小、空腔谐振器510、515之间的公共壁的厚度、或者导电条540、545的大小或位置可以限制耦合回路530的最大旋转角度。

图6描绘根据一些实施例的耦合的空腔谐振器605、610对的三维视图600。空腔谐振器605、610中的每个包括可调节的负载元件615、620。耦合回路625部署在空腔谐振器605、610之间的孔隙中，并且可以绕轴可旋转地被调节。空腔谐振器605、610或者耦合回路625的一些实施例可以在图1所示的滤波器100中实现。

图7是根据一些实施例的无线通信系统700的框图。无线通信系统700包括用于向一个或多个相关联的用户设备710、715广播射频信号的一个或多个广播站705。广播站705的一些实施例可以实现能够在几千瓦以上的功率、诸如在10-50kW的范围内的功率操作的一个或多个高功率发射器。例如，广播站705可以被配置成使用一个或多个天线716朝着电视接收器710或电视机顶盒715广播大功率信号，如箭头所示。广播站705的一些实施例还可以被调节以在不同的频带广播射频信号。例如，广播站705可以被调节以便在从400MHz到900MHz的范围内的不同的中心频率处以及在不同的频带中选择性地广播射频信号。电视广播可以使用在470MHz到860MHz减去Delta的范围内的频率来执行。量“Delta”取决于国家。例如，在美国，UHF TV频带的上端可以低至680MHz。在现有的广播和蜂窝频带中可以实现其他实施例。

广播站605包括可以用于生成射频信号用于朝着用户设备710、715传输的信号源720。由信号源720生成的信号可以被提供给滤波器725以过滤在可以由选择性屏蔽的中心频率和带宽限定的频带外部的不想要的频谱分量。滤波器725可以是由多个空腔谐振器形成的可调节滤波器，诸如图1所示的滤波器100。滤波器725的一些实施例可以使用在广播站705的滤波器本体或壳体外部的把手730来调节。如本文中讨论的，把手730可以指代能够由人来调谐的实际结构，或者把手730可以表示能够由人或者自动或机器人控制系统来实现的机械或电气设备。

图8是根据一些实施例的用于调节由多个空腔谐振器形成的滤波器的传递函数的方法800的流程图。方法700可以被实现以调节或修改图1所示的滤波器100或者图6所示的滤波器625的传递函数。滤波器传递函数可以取决于空腔谐振器频率或频带、输入或输出耦合或端口、谐振器之间的直接耦合、或者谐振器之间的交叉耦合中的一些或全部。图8所示的方法800的实施例假定可以通过空腔谐振器负载以及一个或多个耦合和交叉耦合结构的协同调节来调节滤波器传递函数。然而，其他实施例可以包括影响滤波器传递函数的滤波器的其他属性的调节。方法800的实施例可以在控制器或计算机中实现，并且可以用于控制电机致动器。

在块805，调节滤波器中的空腔谐振器的负载以修改空腔谐振器中的一个或多个空腔谐振器的谐振频率。在块810，与空腔谐振器的负载的调节协同地来可旋转地调节在两个或多个空腔谐振器之间提供准电容耦合的交叉耦合结构，以修改滤波器的传递函数。在判决块815，测量滤波器的传递函数并且将其与目标传递函数相比较。如果目标传递函数与所测量的传递函数相同(在给定容差内)，则方法800在块820完成。如果目标传递函数在给定容差内不匹配所测量的传递函数，则再次在块810处可旋转地调节交叉耦合结构。在一些实施例中，也可以调节空腔谐振器的负载以使所测量的传递函数与目标传递函数一致。例如，可能需要细调谐振器，这些谐振器可能通过在块815调节交叉耦合结构已经被解除调谐，因为耦合调节与谐振器频率之间通常存在强的相互作用。与耦合相邻的谐振器因此可以在耦合变化时稍微解除调谐。这一调谐偏移然后可以在块805被纠正。

在一些实施例中，以上描述的技术的某些方面可以由执行软件的处理系统的一个或多个处理器来实现。软件包括存储或者有形地实施在非暂态计算机可读存储介质上的可执行指令的一个或多个集合。软件可以包括在由处理器执行时操纵一个或多个处理器执行以上描述的技术的一个或多个方面的指令和某些数据。非暂态计算机可读存储介质可以包括但不限于光学介质(例如光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、蓝光光盘)、磁性介质(例如软盘、磁带、或磁性硬盘驱动器)、易失性存储器(例如随机存取存储器(RAM)或高速缓存)、非易失性存储器(例如只读存储器(ROM)或闪存存储器)、或者基于微电机系统(MEMS)的存储介质。计算机可读存储介质可以嵌入在计算系统中(例如系统RAM或ROM)，固定地附接至计算系统(例如磁性硬盘驱动器)，可移除地附接至计算系统(例如光盘或基于通用串行总线(USB)的闪存存储器)，或者经由有线或无线网络耦合至计算机系统(例如网络可访问的存储装置(NAS))。存储在非暂态计算机可读存储介质上的可执行指令可以是源代码、汇编语言代码、对象代码、或者由一个或多个处理器来解释或可执行的其他指令格式。

注意，并非需要以上在一般描述中描述的所有活动或元件，可能不需要具体活动或设备的部分，并且除了所描述的，可以执行一个或多个另外的活动，或者包括一个或多个另外的元件。另外，列出活动的顺序不一定是执行它们的顺序。另外，已经参考具体实施例描述了一些概念，然而，本领域普通技术人员应当理解，可以在不偏离以下权利要求中给出的本公开的范围的情况下做出各种修改和变化。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的而非限制性的，并且所有这样的修改意图被包括在本公开的范围内。

以上关于具体实施例描述了益处、其他优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案、以及能够引起任何益处、优点或解决方案出现或变得更加突出的任何特征不应当被理解为是任何或全部权利要求的至关重要的、必须的、或者重要特征。另外，以上描述的特定实施例仅是说明性的，因为所公开的主题可以按照与得益于本文中的教示的本领域技术人员很清楚的方式不同但是等效的方式来修改和实践。并非意图有除了以下权利要求中描述的之外的对本文中所示的构造和设计的细节的任何限制。因此，明显，以上公开的特定实施例可以变化或修改，并且所有这样的变化被认为在所公开的主题的范围内。因此，本文中寻求的保护如以下权利要求中限定。