低损耗可调谐的射频滤波器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是于2011年10月26日提交的美国专利申请序列号13/282,289的部分 继续申请，美国专利申请序列号13/282, 289是2010年12月2日提交的现发布为美国专 利号8, 063, 714的美国专利申请序列号12/959,237的继续申请，美国专利申请序列号 12/959, 237是2009年11月17日提交的现发布为美国专利号7, 863, 999的美国专利申 请序列号12/620,455的继续申请，美国专利申请序列号12/620,455是2008年6月27日 提交的现发布为美国专利号7, 639, 101的美国专利申请序列号12/163,814的继续申请， 美国专利申请序列号12/163, 814要求2007年6月27日提交的美国临时专利申请序列号 60/937, 462的优先权并且是2006年11月17日提交的现发布为美国专利号7, 719, 382的 美国专利申请序列号11/561,333的部分继续申请，该申请全部通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本发明总体上设及微波电路，W及具体设及微波带通滤波器。
【背景技术】
[0004] 电滤波器已被长期用于电信号的处理。具体地，该种电滤波器被用来通过使期望 的信号频率通过，同时阻断或衰减其他不期望的电信号频率，来从输入信号中选择期望的 电信号频率。滤波器大体可被分成一些类别，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、和 带阻滤波器，其指示被滤波器选择性通过的频率类型。此外，滤波器可按类型分为如己特沃 斯、切比雪夫、反切比雪夫和楠圆滤波器，其指示滤波器相对于理想的频率响应提供的带形 频率响应（频率截止特性）的类型。
[0005] 通常使用的滤波器的类型取决于预期用途。在通信应用中，带通滤波器通常被用 在蜂窝基站和其他电信设备中，W滤除或阻断除了一个或多个预定义频带之外的所有频带 中的RF信号。例如，通常将该种滤波器用在接收机的前端W滤除会损害基站或电信设备中 的接收机组件的噪声和其他不需要的信号。在接收机天线输入处直接放置清晰界定的带通 滤波器，将通常消除由期望的信号频率附近的频率处的强干扰信号导致的多种不利影响。 因为该滤波器在接收机天线输入的放置，插入损耗必须非常低，W便不降低噪声系数。在大 多数的滤波器技术中，实现低插入损耗需要滤波器睹度或选择性方面的相应折中。
[0006] 在商业电信应用中，通常期望使用窄带滤波器来筛选出尽可能小的通带，W使固 定的频谱能够被分割成尽可能大的数目的频带，从而增加能够适配在固定频谱中的实际 用户的数目。随着无线通信的急剧上升，该种滤波应当在日益不利的频谱中提供高度的 选择性（区分由小的频率差分离出的信号的能力）和敏感度（接收弱信号的能力）。最 特别重要的是用于建模蜂窝通信的800MHZ-900MHZ范围和用于个人通信服务（PCS)的 1，800MHZ-2, 200MHz范围的频率范围。
[0007] 本发明最感兴趣的是在军事（例如，RADAR)、通信、和电子情报巧LINT)、与诸如在 通信应用（包括蜂窝）的商业领域中，在宽范围的微波和RF应用中对于高品质因数Q(即， 测量存储能量的能力，从而与它的功率消耗或损耗负相关）、低插入损耗、可调谐的滤波器 的需求。在许多应用中，接收机滤波器必须可调谐W选择期望的频率或捕获干扰信号频率。 因此，假如插入损耗非常低，在接收机天线和接收机中的第一非线性元件（通常是低噪声 放大器或混频器）之间引入线性、可调谐的带通滤波器，提供了宽范围的RF微波系统的显 著优点。
[000引例如，在商业应用中，可朗尋PCS使用的1，800MHZ-2, 200MHz的频率范围分割成若 干较窄的频带（A-F带），在任何给定区域仅其子集可被电信运营商使用。因此，对于能够被 重新配置W与该些频带中任何选定的子集操作的基站和手持单元是有益的。作为另一个实 施例，在RADAR系统中，无论来自"友好地"附近源还是来自干扰器的高振幅干扰信号可W 脱敏接收机或与高振幅杂波信号电平互调而给出假目标指示。因此，在高密度的信号环境 中，RADAR报警系统经常变得完全不可用，在该种情况下，跳频将是有用的。
[0009] 一般使用两个电路构建块构建微波滤波器：非常有效地存储一个频率f。处的能量 的多个谐振器；W及禪合谐振器之间的电磁能W形成多阶或多极的禪合器。例如，四极滤波 器可包括四个谐振器。给定禪合器的强度由它的电抗（即，电感和/或电容）决定。禪合 器的相对强度决定滤波器的形状，W及禪合器的拓扑结构决定滤波器执行带通功能还是带 阻功能。谐振频率f。大致上由各个谐振器的电感和电容决定。对于常规的滤波器设计，滤 波器有效（active)的频率由构成滤波器的谐振器的谐振频率决定。每个谐振器必须具有 非常低的内阻，W使滤波器的响应由于W上讨论的原因而尖锐且高选择性。对于低电阻的 要求更多推动给定技术的谐振器的大小更小和成本更低。
[0010] 典型地，由于常规滤波器的大小和成本将随着实现它所需的谐振器的数目线性增 长，所W将固频滤波器设计为使实现一定形状所需的谐振器的数目最小化。如在用于半导 体器件的情况中，光刻限定的滤波器结构（如高温超导体（HT巧、微电子机械系统（MEM巧、 和薄膜体声波谐振器（FBAR)滤波器中的那些）对比常规的组合或介质滤波器缩放的该种 大小和成本多不敏感。
[0011] 现在用于设计可调谐滤波器的方法遵循W上关于固频滤波器描述的相同方法。因 此，他们导致非常高效、有效且简单的电路，即，他们导致实现给定的滤波器响应所必须的 最简单的电路。在现有的调谐技术中，调节滤波器的所有谐振频率W调谐滤波器的频率。 例如，如果期望增加器件的工作频带50MHz，那么所有的窄带滤波器的谐振频率必须增加 50MHz。虽然该种现有技术已经普遍成功地调节频带，但是它不可避免地将电阻引入至谐振 器中，从而不利地增加滤波器的插入损耗。
[0012] 尽管可W在不引入显著电阻至谐振器的情况下，通过机械移动滤波器中每个谐振 器上的HTS板来调谐HTS滤波器W改变它的谐振频率，但是该种技术固有地慢（在秒的量 级）并且需要相对大的=维调谐结构。在所谓的开关式滤波器设计中可W降低插入损耗； 然而，该些设计在开关时间之间仍引入显著的损耗量并且需要附加的谐振器。例如，通过设 置两个滤波器和一对在滤波器之间选择的单刀双掷开关（SP2T)可W降低滤波器系统的插 入损耗，从而有效降低调谐范围需求，但是增加两个因子的谐振器数目并且从开关引入损 耗。可W通过引入更多的开关和滤波器进一步降低滤波器系统的损耗，但是每个附加的滤 波器将需要与原滤波器相同数目的谐振器，并且将由所需的开关引入更多的损耗。
[0013] 因此，仍然需要提供可W在减少的插入损耗下快速调谐的带通滤波器。
【发明内容】
[0014] 根据本发明的第一方面，提供了一种射频（R巧滤波器。RF滤波器包括具有输入和 输出的信号传输路径、沿着输入和输出之间的信号传输路径布置的多个谐振元件、和将谐 振元件禪合在一起的多个非谐振元件。将谐振元件禪合在一起W形成具有对应于谐振元件 的各个频率的多个传输零点的阻带和传输零点之间的至少一个子带。非谐振元件具有位于 阻带内的至少一个反射零点处的电纳值，W在至少一个子带中的子带内创建通带。
[0015] 非谐振元件包括用于在阻带内选择性引入至少一个反射零点W在一个子带中创 建通带的至少一个可变的非谐振元件。在一个实施方式中，提供了多个子带，在该种情况 下，可变的非谐振元件可W用于沿着阻带移位反射零点W在子带中的选定子带内创建通 带。通带在选定子带内可W具有显著不同的带宽。在另一个实施方式中，可变的非谐振元 件用于在阻带内移位至少另一个反射零点，W在子带中的另一个子带内创建另一个通带。
[0016] 例如，可变的非谐振元件可W具有例如可调节的电纳，并且可W包括一个或多个 可变电容器、低损耗开关（loss-lossswitch)、变容二极管和开关电容器。在一个实施方式 中，尽管谐振元件可W采用W期望的频率谐振的任何结构的形式，但是每个谐振元件包括 薄膜集总元件结构（如，例如，高温超导体（HTS))。
[0017] RF滤波器进一步包括配置为接收工作温度和基于接收的工作温度调节可变的非 谐振元件的电控制器，从而沿着阻带选择性地移动反射零点W在子带中的选定子带内移动 通带。在一个实施方式中，配置电控制器用于调节可变的非谐振元件W在阻带内选择性地 引入反射零点，W在一个子带中创建通带。例如，每个非谐振元件可W具有彼此并联禪接W 形成电容电路的多个电容器和禪接至至少一个电容器的至少一个开关。然后可W配置电控 制器用于通过操作开关选择性地包括或排除电容电路的至少一个电容器来改变电容电路 的电容而改变各个非谐振元件的电抗，从而在阻带内选择性地移动反射零点W在选定子带 中移动通带。
[001引可W将电控制器配置为调节可变的非谐振元件，从而沿着阻带选择性地移动反射 零点，W使通带返回至频率范围内的标称设计位置（nominalas-desi即edlocation)。在 该种情况下，可W将电控制器配置为基于接收的工作温度调节至少一个谐振元件，从而沿 着阻带选择性地移动对应于谐振元件的每个频率的传输零点，W使通带返回至频率范围内 的标称设计位置。
[0019] 在一个实施方式中，RF滤波器进一步包括配置为测量工作温度的温度传感器，在 该种情况下，将电控制器配置为接收温度传感器测量的工作温度。RF滤波器可W进一步包 括存储器，其存储包括分别对应于不同的工作温度的多个参考工作温度和多个调节设置的 组的查找表。在该种情况下，将电控制器配置为比较测得的工作温度与查找表中的多个参 考工作温度，选择对应于最接近测量的工作温度的参考工作温度的调节设置的组，W及根 据该调整设置的组调节可变的非谐振元件。
[0020] 通过阅读优选实施方式的W下详细描述，本发明的其他和进一步的方面和特征将 更加明显，该优选实施方式旨在示出而不是限制本发明。
【附图说明】
[0021] 附图示出了本发明的优选实施方式的设计和实用性，其中，相同的参考标号指代 相同的元件。为了更好地理解如何获得本发明的上文所列举的及其他优点和目的，将通过 参考本发明的特定实施方式给出上面简要描述的本发明的更具体描述，特定实施方式示出 在附图中。应当理解，该些附图仅描绘本发明的典型实施方式，因此不应被认为限制本发明 的范围，将通过使用附图，利用附加的特征和细节来描述W及解释本发明，在附图中：
[0022] 图1是根据本发明的一个实施方式构造的可调谐射频（R巧滤波器的框图。
[0023] 图2是使用8个谐振元件的示例性宽阻带的建模频率响应的曲线图。
[0024] 图3是图2的频率响应的曲线图，其中，已经在阻带的子带内引入了通带。
[0025] 图4a至图4g是图2的频率响应的曲线图，其中，已经在阻带的选定子带内引入了 通带。
[0026] 图5a至图5d是图2的频率响应的曲线图，其中，阻带已经频移并且已经在移位的 阻带的子带的各个位置处引入了通带
[0027] 图6是示出了同时移位图2的频率响应的传输零点W延长在图4a至图4g的阻带 的选定子带内引入的通带的范围的曲线图。
[002引图7a至图7f是使用9个谐振元件的示例性宽阻带的建模频率响应的曲线图，其 中，已经在阻带的选定子带内引入了通带W覆盖个人通信服务（PCS)的频率范围；
[0029] 图8是示出了独立移位图7a至图7f的频率响应的传输零点W适应在阻带的选定 子带内引入的通带的曲线图；
[0030] 图9a至图9f是图2的建模频率响应的曲线图，其中，已经在阻带的选定子带内引 入了多个通带；
[0031] 图10是根据本发明的另一个实施方式构造的可调谐RF滤波器的框图。
[003引图11是图10的滤波器的建模频率响应的曲线图，其中，已经在移位的阻带的子带 的各个位置处引入了通带；
[0033] 图12是示出了用于图10的可调谐RF滤波器中的非谐振元件的禪合值相对于图 11的通带的频移的变化的曲线图；
[0034] 图13a