专利名称：高频滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同轴结构方式的高频滤波器，尤其是按一种高频分频器(例如双工分频器)或者一种带通滤波器或带阻滤波器的类型。此外本发明涉及一种用于调谐和/或制造高频滤波器的方法。
背景技术：
在无线电技术设备中例如在移动式无线电领域中经常为了发射和接收信号使用一个共同的天线。在此发射和接收信号分别使用不同的频率范围，并且天线为了发射和接收必须适用于两个频率范围。所以为了分离发射和接收信号需要一个合适的滤波装置，用该滤波装置一方面把发射信号从发射机传递给天线，并且另一方面把接收信号从天线传递给接收机。此外目前为了分配发射和接收信号使用同轴结构方式的高频滤波器。
例如可以使用一对高频滤波器，所述的两个高频滤波器允许通过一个确定的频带(带通滤波器)。可选地可以使用一对高频滤波器，所述的两个高频滤波器阻隔一个确定的频带(带阻滤波器)。此外可以使用一对高频滤波器，其中一个滤波器允许通过低于在发射频带与接收频带之间的频率的频率，而阻隔高于该频率的频率(低通滤波器)，并且另一个滤波器阻隔低于在发射频带与接收频带之间的频率的频率，而允许通过高于该频率的频率(高通滤波器)。由刚才提到的滤波器类型组成的组合也是可以想象的。高频滤波器经常以同轴TEM谐振器的形式制造。所述谐振器可以廉价且经济地由铣削件或铸件制成，并且它们保证高的导电性能以及相对大的温度稳定性。
由出版物“Hunter I.C.(Ian C.)Theory and design of microwavefilters.-(IEE electromagnetic waves series；no.48)1.Microwave filters，ISBN 0 85296777 2，Abschnitt 5.8”已知同轴的带有大量互相耦合的单个谐振器的谐振滤波器。
由出版物“A General Design Procedure for Bandpass Filters Derivedfrom Low Pass Prototype ElementsPart II”K.V.Puglia，MicrowaveJournal，2001年1月，第144页以后，已知一些高频滤波器，这些高频滤波器包括一个外导体机壳，在该外导体机壳内构成多个同轴的空腔，在所述空腔内分别设置一个以内导体管的形式的内导体。因此形成大量并排设置的谐振器，其中相邻谐振器导电地通过耦合开口互相耦合。目前这种高频滤波器的外导体机壳大多数用铸造或铣削技术制造，其中通过相应选择耦合开口的大小和形状以及相邻谐振器之间的距离可以使滤波器产生希望的响应。因为在制造这样的高频滤波器时可能出现误差，一般必需的是，机械地修整外导体机壳。修整大多数通过顶铣(auffrsen)耦合开口来进行。在此证明不利的是，在修整滤波器时耦合开口只能被扩大，这会导致加强相邻谐振器之间的电耦合。尤其不再可能的是，减小一个铣得太大的耦合开口，以便减弱电耦合。所以到目前为止耦合开口首先始终构成为过小的，并且通过逐渐精铣把电耦合调节到希望的程度。因此制造和调谐滤波器是非常昂贵的和耗时的。尤其必须注意的是，耦合开口不能铣得过大，因为不再能纠正这样的错误，并且必须淘汰相应的外导体机壳。
一种使用同轴谐振器的滤波器例如也由US 4 307 357已知。在那儿例如示出，在机壳内连接单个同轴谐振器的壁缺口不必向下延伸到单个同轴谐振器的底部水平上，而是在此底部表面可以延伸到另一个水平上，例如在该区域内高于通常的底部水平，并且由此形成一种小平台、隆起、阶梯等。
由DE 43 37 079 C2已知一种同轴的梳线形滤波器(Kammlinienfilter)，该梳线形滤波器包括一个带有一个空腔的机壳，在该空腔内设置杆。每根杆用一端与机壳悬挂地构成。杆的另一端延伸到空腔内，并且终止在一个确定的相对于盖子的相对位置上。
由DE 21 61 792 B2也已知一种用于非常短的电磁波的滤波器。
发明内容
本发明的目的是，从两种最后提到的同类的高频滤波器出发建立一种与此相比改进了的高频滤波器，该高频滤波器可以用较少的费用并且廉价地制造。此外本发明的目的是，建立一种更简单且更廉价的用于高频滤波器的调谐和/或制造方法。
所述目的通过独立权利要求特征解决。有利的进一步拓展在从属权利要求中阐明。
按本发明的高频滤波器包括一个带有机壳底部和机壳壁的外导体机壳，在该外导体机壳内构成多个谐振器，所述的谐振器分别包括一个与机壳底部电耦合的内导体管。在此至少一部分相邻的谐振器通过一个或多个在外导体机壳内的耦合开口相互电耦合，其中相邻谐振器之间的电耦合不仅受到耦合开口的大小和/或形状的影响，而且也受到一个或多个凹陷部的影响。所述的凹陷部在相邻谐振器的至少一部分内导体管之间构成在机壳底部内。
本发明的基本思想在于，这种凹陷部导致减弱相邻谐振器之间的电耦合。耦合的程度在此由横向的尺寸和凹陷部的深度确定。因此在制造滤波器时出现的误差不仅能通过扩大耦合开口来平衡，而且能通过在相邻的内导体管之间安置凹陷部来平衡。尤其是不必淘汰带有铣得过大的耦合开口的外导体机壳，因为由于过大的耦合开口而太强的电耦合又可以通过在机壳底部内的相应凹陷部来减弱。
因此按本发明的高频滤波器可以用较少的加工费用来调谐和制造。滤波器的调谐尤其是也可以反复进行，也就是说相邻谐振器之间的耦合可以交替通过扩大耦合开口和安置凹陷部来调谐，直到实现希望的频率特性。按本发明的滤波器也是非常廉价的，因为在其制造时产生较少的废品。此外缩短了滤波器的开发时间，并且它可以使用廉价的用于外导体机壳的铸造模具。
在按本发明的滤波器的一种优选的实施方式中通过如下方式实现特别有效地减弱耦合，即一个或多个凹陷部在机壳底部的俯视图中与一个耦合开口相邻和/或至少部分在相邻谐振器之间的一个耦合开口内。尤其是对于至少一部分相邻的谐振器在机壳底部的俯视图中在相邻谐振器的两根内导体管之间构成的一个或多个凹陷部的至少50％尤其是70％到100％特别优选80％到100％的面积在相邻谐振器之间的至少一个耦合开口内。
在另一种实施方式中在相邻谐振器的至少一部分内导体之间设置多个凹陷部，所述的凹陷部沿着外导体机壳的纵向并排地和/或沿着机壳的横向并排地和/或沿着纵向和/或横向互相错开地设置。
设置在机壳底部内的凹陷部可以具有任何形状和深度曲线。尤其是凹陷部在机壳底部的俯视图中可以是圆形的、矩形的例如正方形的、和/或星形的。然而凹陷部也可以具有任何其他形状。凹陷部的深度曲线例如可以是V形的和/或U形的。此外深度曲线可以向下逐渐变细和/或逐渐扩大。深度曲线的其他可能的形状是圆柱体形和/或圆锥形和/或球冠形的形状。优选凹陷部是机壳底部内的钻孔和/或铣孔。
在按本发明的高频滤波器的一种实施方式中，至少一部分内导体管在其下端上电镀地与机壳底部连接，并且它们优选具有圆柱体形和/或矩形和/或六边形或多边形的形状。单根内导体管的机械长度尤其基本上等于相应的谐振器的谐振频率的波长的1/4。
为了实现一种带有封闭的外导体机壳的高频滤波器，在本发明一种特别优选的实施方式中在外导体机壳的上侧上设置一个导电的盖子。
优选设置并且耦合按本发明的谐振器，以便构成一个双工分频器(Duplexweiche)或一个带通滤波器或一个带阻滤波器。此外滤波器尤其是设计成使它在移动式无线电频率范围尤其是在GSM和/或UMTS移动式无线电频率范围内工作。
此外除了刚才描述的高频滤波器本发明涉及一种用于调谐高频滤波器的电的高频特性的方法，尤其是高频滤波器的谐振器的电耦合，其中为了减弱相邻谐振器的电耦合在相邻谐振器的至少一部分内导体管之间在机壳底部内构成一个或多个凹陷部。因此能用特别简单的方式调谐滤波器以便减弱电耦合。优选凹陷部钻入和/或铣入到机壳底部内。此外调谐方法优选作为另外的方法步骤包括扩大外导体机壳内的一个或多个凹陷部，尤其是顶铣耦合开口，由此加强相邻谐振器之间的电耦合。因此可以反复调节到希望的频率特性，其中一方面通过扩大耦合开口来提高电耦合，并且另一方面通过在机壳底部内构成相应的凹陷部来降低电耦合。
此外本发明也涉及一种高频滤波器的制造方法，其中在方法结束时借助于刚才描述的调谐方法调谐滤波器。因此制造滤波器是非常简单的。尤其是产生较少的废品，因为由于铣得过大的耦合开口而造成的过大的电耦合可以通过在机壳底部内的相应凹陷部来平衡。
下面借助于附图详细描述本发明的实施例。其中图1按本发明的高频滤波器的一种实施方式的俯视图；图2沿着图1的滤波器的线I-I的剖面图；图3按本发明的高频滤波器的一种可选的实施方式的俯视图；图4按本发明的高频滤波器的另一种实施方式的类似于图2的剖面图；图5一种变化的实施例的与图1不同的局部俯视图；图6沿着图5的线VI-VI的横截面图。
具体实施例方式
图1示出一种以四回路微波滤波器形式的高频滤波器的从上面看的俯视图。滤波器包括一个导电的外导体机壳1，该外导体机壳优选是铣削件或铸件。外导体机壳包括一个矩形的机壳底部1b和一个环绕的侧壁1a，该侧壁设置在机壳底部1b的边缘上。通常一个盖子装在机壳1的上侧上，该盖子未在图1中示出。在机壳内部有四个并排设置的谐振器R1、R2、R3和R4，所述的谐振器在机壳1内构成正方形的带有圆角的空腔内。相邻的空腔在此通过所谓的耦合开口3、4和5相互连接。每个谐振器R1、R2、R3和R4包括中心设置在相应空腔内且下面有时也称为内导体2的圆柱体形的内导体管2，所述的内导体管垂直地定位在底部1b上，其中内导体管的下端在此描述的实施方式中电镀地与机壳1的导电的底部1b连接。在内导体2与谐振空腔的壁之间存在一种电介质，该电介质在此描述的实施方式中是空气。内导体管的机械长度在示出的滤波器中等于相应谐振器的谐振频率的电波长的1/4。
相邻的谐振器通过开口3、4或5互相电耦合。耦合开口在此构成隔孔(Blende)，它们侧面相应通过在机壳1内的两个对置的突出部6、7或8限制。通过隔孔3、4和5的尺寸可以影响相邻谐振器之间的电耦合。在图1中清楚的是，开口3、4和5设计成不同的，尤其是中间的耦合开口4沿着机壳的纵向X和横向Y的宽度小于耦合开口3和5的宽度。较小的宽度通过突出部7产生，所述的突出部7比突出部6和8窄并且更远地延伸到机壳内部内。
谐振器之间的电耦合尤其是受到耦合开口的在横向Y上的宽度的影响。在此通过扩大隔孔开口来提高各个谐振器之间的耦合。在制造高频滤波器时充分利用该特性，以平衡误差，所述的误差在制造用于外导体机壳的铸模时或者在外导体机壳的真正的铸造或铣削过程中出现。因为通过扩大隔孔开口只能实现提高相邻谐振器之间的耦合，此外在按本发明的滤波器的在此描述的实施方式中通过设置在隔孔开口内的圆形凹陷部或沉降部9影响谐振器之间的耦合。在此使用的知识是，在相邻谐振器之间的外导体底部内的凹陷部-与扩大隔孔开口相反-导致减弱电耦合。因此通过相应成形沉降部或通过沉降部的不同深度也可以用简单的方式平衡制造误差，所述的制造误差一方面导致谐振器的强耦合。
按本发明的滤波器与已知的滤波器相比可以非常简单地制造。在已知的滤波器中耦合开口首先必须设计成过小的，以便能通过逐渐精铣开口把电耦合调节到希望的程度，因为不可能再减弱由于过大的隔孔开口而产生的过强的电耦合。因此制造方法是非常耗时的，并且在过大地扩大耦合开口时马上导致损失整个滤波器机壳。与此相对制造按本发明的滤波器是非常简单的，因为一个过大的耦合开口又可以通过在机壳底部内安置凹陷部9来平衡。因此可以首先制造带有希望的耦合开口大小的外导体机壳，并且从而可能的容许误差能重复地或者通过进一步扩大耦合开口或者通过安置相应的凹陷部来平衡。凹陷部在此优选通过相应的铣削工具铣入到外导体机壳的底部内。然而也可能的是，用一个钻孔工件把凹陷部钻入到机壳底部内。
图2示出沿着图1的线I-I的剖面图，然而其中为了更好地描述的目的，内导体管不以剖面的形式示出，而是全面地通过阴影线示出。此外在按图2的视图中示出金属导电的盖子10，该盖子装到外导体机壳1的上侧上。因此在高频滤波器内在各个内导体管2与盖子10之间构成一个电容，该电容影响谐振频率。当内导体管2的自由的上端与盖子2之间的距离非常小时，此外可以在盖子10的内侧上设有介电层，该介电层在滤波器的俯视图中盖住内导体管的横截面。因此在不必扩大结构体积的情况下，实现提高电容和降低谐振频率。此外改善了内导体管与盖子之间的击穿强度。
尤其是由图2清楚的是，各个内导体管2电镀地与机壳1的底部1b连接。在一种这样的谐振器中在工作时在内导体管下端上的磁场最大，而在内导体管上端上的磁场最小。与此相对在内导体管上端上的电场最大，而在内导体管下端上的电场最小。此外清楚的是，隔孔开口4沿着X方向的宽度小于开口3和5的宽度。此外清楚的是，凹陷部9在此描述的实施方式中设计成圆柱体形的，并且几乎延伸到机壳底部1b的外侧。通过这样的凹陷部实现强烈地减弱相邻谐振器之间的耦合。各个凹陷部的几何形状和深度以及位置可以改变。代替圆形的凹陷部也可以使用以槽的形式的长形凹陷部或者矩形凹陷部。此外所述的凹陷部可以具有不同的深度曲线，尤其是凹陷部的侧壁可以向下逐渐变细，在一个圆形的凹陷部中这会导致凹陷部形成一个圆锥形的轮廓形状。凹陷部可选地也可以向下自然扩大。此外也可以在两个相邻的内导体管2之间设置多个凹陷部。各凹陷部在此可以沿着X方向并排地和/或沿着Y方向并排地和/或互相错开地设置，并且它们可以都具有相同的形状或者部分具有相同的形状或者全都具有不同的形状。
提到过的凹陷部或沉降部9也可以为了获得希望的优点设在机壳底部1b主要在耦合开口的区域内，当在此例如机壳底部1b在另一个水平上时，例如通过构成隆起、阶梯或一种小平台，如直接与内导体相邻。就这点而言参阅公开的US 4 307 357。
图3示出类似于图1的一个高频滤波器的视图，该高频滤波器具有不同形状的凹陷部。在此在谐振器R1与R2之间设有一个长形的凹陷部91，该凹陷部沿着Y方向延伸。在谐振器R2与R3之间构成一个星形的凹陷部92，并且在谐振器R3与R4之间设置一个倾斜延伸的、长形的凹陷部93。所有凹陷部91、92和93在此完全或部分处在相邻的谐振器之间的耦合开口内。
图4示出类似于图2的视图，其中示出一个带有不同深度曲线的凹陷部的滤波器。谐振器R1与R2之间的凹陷部94在此向下构成为圆锥形的，而谐振器R2与R3之间的凹陷部95具有一个球冠的形状。与此相对谐振器R3与R4之间的凹陷部96有一个V形轮廓。凹陷部的所有在前面描述过的几何形状、位置和轮廓只是示例性的，并且可以是任何形状、朝向和轮廓结构，所述的形状、朝向和轮廓结构也可以任意互相组合。
借助于图5和6只是为了进一步清楚地示出，在高频滤波器的不同区域内的底部表面1b、1b′也可以在不同的水平上延伸。必要时这适用于在每个单独的谐振器内的在内导体2的紧邻的周围环境中的各个底部表面1b的水平高度，但是主要在耦合开口的区域内。耦合开口在此可以构成在机壳底部1b的其它的水平上，以便尤其是在耦合开口3的区域内形成一种阶梯、隆起或一种小平台，以便指向上方的底部表面1b(在此称为机壳底部1b′)高于设有附图标记1b的机壳底部的相邻部分。
所述较高的底部1b′沿着耦合方向的宽度例如可以等于耦合开口的机壳宽度。但是在图5中用虚线示出，底部表面1b′在该区域内也可以具有较大的宽度或纵向延伸尺寸，该宽度或纵向延伸尺寸超过相邻的机壳壁1′的厚度，也就是与耦合开口3相邻的机壳壁1′的厚度。在所述的底部表面1b、1b′的较高的水平内同样设有和加工提到过的凹槽或凹陷部9，以便获得希望的解释过的改进。
权利要求
1.同轴结构方式的高频滤波器，包括一个带有一个机壳底部(1b)和一个机壳壁(1a)的外导体机壳(1)，其中在外导体机壳(1)内构成多个谐振器(R1、R2、R3、R4)，所述谐振器分别包括一个与机壳底部(1b)电耦合的内导体(2)，其中至少一部分相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)通过在外导体机壳(1)内的至少一个耦合开口(3、4、5)互相电耦合，其特征在于在相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)的至少一部分内导体管(2)之间在机壳底部(1b、1b′)内构成一个或多个凹陷部(9)。
2.根据权利要求1所述的高频滤波器，其特征在于一个或多个凹陷部(9)在机壳底部(1b、1b′)的俯视图中与一个耦合开口(3、4、5)相邻和/或至少部分在一个耦合开口(3、4、5)内。
3.根据权利要求2所述的高频滤波器，其特征在于对于至少一部分相邻的谐振器(R1、R2、R3、R4)，在机壳底部(1b)的俯视图中，在相邻(R1、R2、R3、R4)的两根内导体管(2)之间构成的一个或多个凹陷部的至少50％、尤其是在70％到100％之间、优选在80％到100％之间的面积位于相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)的所述至少一个耦合开口(3、4、5)内。
4.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于在相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)的至少一部分内导体(2)之间构成多个凹陷部(9)，所述的凹陷部沿着外导体机壳(1)的纵向并排地和/或沿着外导体机壳(1)的横向并排地和/或沿着外导体机壳(1)的纵向和/或横向互相错开地设置。
5.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于一个或多个凹陷部(9)在机壳底部(1b)的俯视图中是圆形的。
6.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于一个或多个凹陷部(9)在机壳底部(1b)的俯视图中是矩形的尤其是正方形的。
7.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于一个或多个凹陷部(9)在机壳底部(1b)的俯视图中具有星形的形状。
8.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于一个或多个凹陷部(9)具有V形和/或U形的深度曲线。
9.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于一个或多个凹陷部(9)的深度曲线向下逐渐变细和/或逐渐扩大。
10.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于一个或多个凹陷部(9)具有圆柱体形和/或圆锥形和/或球冠形的深度曲线。
11.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于一个或多个凹陷部(9)是机壳底部(1b)内的钻孔和/或铣孔。
12.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于至少一部分内导体管(2)在其下端上电镀地与机壳底部(1b、1b′)连接。
13.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于至少一部分内导体管(2)具有圆柱体形和/或矩形和/或六边形或多边形的形状。
14.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于至少一部分内导体管(2)的长度基本上等于属于该内导体管(2)的谐振器(R1、R2、R3、R4)的谐振频率的波长的1/4。
15.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于在外导体机壳(1)的上侧上设置一个导电的盖子(10)。
16.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于各谐振器(R1、R2、R3、R4)这样构成并且耦合，以便构成一个双工分频器。
17.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于各谐振器(R1、R2、R3、R4)这样构成并且耦合，以便构成一个带通滤波器或一个带阻滤波器。
18.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于滤波器构成为使它在移动式无线电频率范围尤其是在GSM和/或UMTS移动式无线电频率范围内工作。
19.根据上述任何一项权利要求所述的高频滤波器，其特征在于机壳底部(1b)在高频滤波器内可以分段地位于不同的水平上，并且尤其是机壳底部(1b、1b′)在凹陷部或沉降部(9)的区域内高于或低于机壳底部(1b)的相邻区域，尤其是高于或低于在与内导体(2)直接相邻的区域内的机壳底部(1b)的水平。
20.用于调谐高频滤波器的高频特性的方法，该高频滤波器包括多个谐振器(R1、R2、R3、R4)，其中高频滤波器包括一个带有机壳底部(1b、1b′)和机壳壁(1a)的外导体机壳(1)，在该外导体机壳内构成多个谐振器(R1、R2、R3、R4)，所述谐振器分别包括一个与机壳底部(1b、1b′)电耦合的内导体(2)，至少一部分相邻的谐振器(R1、R2、R3、R4)通过在外导体机壳(1)内的至少一个耦合开口(3、4、5)互相电耦合，其特征在于为了减弱相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)的电耦合，在相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)的至少一部分内导体(2)之间在机壳底部(1b)内构成一个或多个凹陷部(9)。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于一个或多个凹陷部(9)钻入和/或铣入到机壳底部(1b)内。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于为了加强相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)的电耦合，在外导体机壳(1)内扩大尤其是顶铣一个或多个耦合开口(3、4、5)。
全文摘要
本发明涉及一种同轴结构方式的高频滤波器，包括一个带有一个机壳底部(1b)和一个机壳壁(1a)的外导体机壳(1)，其中在外导体机壳内构成多个谐振器(R1、R2、R3、R4)，所述谐振器分别包括一个与机壳底部(1b)电耦合的内导体(2)，其中至少一部分相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)通过在外导体机壳(1)内的至少一个耦合开口(3、4、5)互相电耦合。按本发明的滤波器的特征在于，在相邻谐振器(R1、R2、R3、R4)的至少一部分内导体管(2)之间在机壳底部(1b)内构成一个或多个凹陷部(9)。
文档编号H01P1/205GK101076917SQ200580039346
公开日2007年11月21日 申请日期2005年10月6日 优先权日2004年11月18日
发明者F·罗特莫泽, D·西拉泽斯基, W·魏岑贝格尔 申请人:凯瑟雷恩工厂两合公司