具有耦合相邻谐振器的桥的射频谐振器的制作方法

本发明涉及射频谐振器领域和调谐射频谐振器的方法。

背景技术：

随着无线电设备变得更加紧凑和集成，有对生产具有小体积或小形状尺寸的低损耗、大功率的滤波器的新需求。这主要是为了使得部件能够被紧凑地包装并与用于多输入多输出(multipleinputmultipleoutput,mimo)系统的大型天线阵列结合使用。在这种无线电系统的最终组装之前，滤波器部件需要以频率和带宽校准的形式进行配置，以使其符合所需的规范。

金属螺钉或介电螺钉已被用于扰动电磁场，以用于各种滤波器类型中的频率或带宽调整。例如，机械或分立的螺母和螺钉部件可以与空腔滤波器和固体介电谐振器一起使用。与等效空腔滤波器相比，所使用的高介电材料的性质得到小的滤波器，因此调谐机构需要甚至更小的部件。除此之外，分立的调谐元件和滤波器本身的接地之间必须保持有效的接触，分立的调谐元件和滤波器本身的接地可以完全被导电涂层覆盖。这产生了机械复杂性的问题，并且需要供工具(例如，螺母)进入的更大区域还引入了在对准期间损坏部件的可能性。

以上使得固体介电多模滤波器的精确配置和集成成为问题，并且可能妨碍它们在商业无线电系统中的应用。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于耦合两个射频谐振器的桥，其至少部分地解决了现有技术的一个或多个问题。

本发明实施例的另一目的是提供一种至少两个射频谐振器的系统，在该系统中可以对相邻谐振器的谐振模式之间的耦合进行调谐。

本发明实施例的另一目的是提供一种调谐用于耦合两个射频谐振器的桥的方法。

根据第一方面，提供了一种用于耦合两个射频谐振器的桥。该桥可以是虹桥(irisbridge)或允许两个相邻谐振器的耦合的任意其他类型的桥。该桥包括介电材料的主体，该介电材料的主体具有外露的第一表面区域、预定长度、宽度、以及厚度，并且具有沿该主体的长度的伸长形状。当桥用于耦合两个射频谐振器并相应地放置在这两个射频谐振器之间时，谐振器的相邻表面可以沿宽度从桥的相对侧附接到桥。桥可以具有平行六面体形状并且包括多个表面区域，在这种情况下，两个谐振器可以沿桥的主体的宽度附接到相对的表面区域。外露的第一表面区域涉及不与两个谐振器中的任一个接触的主体的表面的部分。

桥还包括沿主体的宽度穿过主体设置的孔，该孔具有形成主体的第二表面区域的壁。该壁是孔的内壁，因此第二表面区域可以称为孔的内表面。

桥还包括导电涂层，该导电涂层覆盖主体的外露的第一表面区域和主体的第二表面区域的第一部分；其中，第二表面区域的第二部分没有导电涂层，其形成孔的壁的非导电部分。

导电涂层由高导电材料形成。该导电材料可以是金属。被导电层覆盖的表面区域提供桥外部的附加电接地平面。

如下进一步详细描述的，孔的壁的非导电部分与孔内部的第二表面区域中被导电涂覆的第一部分组合形成谐振结构。

根据第一方面的桥使得在分开但相邻的谐振器中的至少两个模式的耦合能够被精确地控制。本发明实施例提供的控制允许用单件介电材料(例如陶瓷)制造完整的射频滤波器。滤波器的谐振器之间的耦合可以通过本文所描述的整体式桥来提供。

桥可以是用于耦合两个单模、双模、或多模射频谐振器的桥。桥可具有伸长平行六面体形状或适合于系统设计的任何其他伸长形状。伸长形状是指长度大于宽度和厚度的形状。

在根据第一方面的桥的第一种可能的实现形式中，孔的非导电部分从孔的边缘延伸到孔内。因此，孔的非导电部分“开始”于孔的边缘处。这形成了一个柱，其中，其现有的边界条件可以随着柱变成开路短截线而改变，其频率谐振不同于待耦合的模式的任一频率。然后可以基于第二表面区域的第一部分和第二部分(导电区域和非导电区域)的比例来调节耦合。

在根据第一方面或其任一实现形式的桥的第二种可能的实现形式中，孔穿过主体的中心区域设置。当桥被置于两个谐振器的相邻表面之间的中心区域时，桥的中心部分的耦合最强，因此穿过中心区域设置的孔对耦合可以具有更大的影响。

在根据第一方面或其任一实现形式的桥的第三种可能的实现形式中，孔穿过偏离主体的中心的区域设置。如果需要较低的耦合调节灵敏度，则可能需要这种设置。该实现形式也可适用于其中桥体的长度较长的某些设计考虑。

在根据第一方面或其任一实现形式的桥的第四种可能的实现形式中，孔具有圆柱形状，并且该圆柱的直径小于主体的厚度。

在根据第一方面的第一种实现形式的桥的第五种可能的实现形式中，孔为具有带锥形顶部的圆柱形状，该锥形顶部靠近孔的边缘，孔的壁的非导电部分从孔的边缘延伸到孔内。

圆柱形状的孔可以更易于制造。具有圆锥台形状的孔更便于从其表面区域部分地去除导电涂层。

在根据第一方面或其任一实现形式的桥的第四种可能的实现形式中，第二表面区域的第二部分覆盖孔的壁的至少25％。去除导电涂层使得谐振器的两种模式之间的耦合量减少。在将25％的导电涂层从表面区域去除之后，柱高度和耦合量之间的关系变得基本线性，这提供了最佳控制。

在根据第一方面或其任一实现形式的桥的第七种可能的实现形式中，主体包括与沿主体的长度的伸长形状正交的附加伸长部分。附加伸长部分包括穿过附加伸长部分设置的附加孔，并且附加孔与沿主体的宽度穿过主体设置的原有的孔正交并对称。在本实现方式中，根据第三种实现方式，原有的孔穿过偏离主体的中心的区域设置。这为主体的附加伸长部分提供了空间，其可以与主体的主要部分的长度正交。在相邻谐振器是双模或多模射频谐振器的情况下，桥中正交的孔使其能够将相邻谐振器的两个正交模式耦合。

在根据第一方面或其任一实现形式的桥的第八种可能的实现形式中，桥包括沿主体的宽度穿过主体设置的两个或更多个孔。这种配置对于更精细的耦合调整或由于谐振器的设计考虑，可能是优选的。类似于原有的孔，每个孔具有形成主体的附加表面区域的壁，并且这些表面区域中的每个的一部分可以没有导电涂层，形成孔的壁的非导电部分。在这些孔中形成的柱可以具有不同或相似的高度。

根据第二方面，提供了一种系统。该系统可以是滤波器或滤波器的一部分。该系统包括至少两个射频谐振器，每个射频谐振器包括具有预定形状且包括表面区域的介电材料的单块。上述至少两个射频谐振器包括相邻的射频谐振器。射频谐振器可以是单模、双模、或多模射频谐振器。该系统还包括用于耦合相邻射频谐振器的至少一个桥，该桥被置于相邻射频谐振器之间且物理连接到相邻射频谐振器的相对表面区域。该桥是根据第一方面的第一种至第八种实现形式的任一实现形式的或第一方面的桥。

在根据第二方面的系统的第一种可能的实现形式中，介电材料的主体的长度小于或等于射频谐振器的相邻表面层的宽度，并且该桥用于耦合相邻射频谐振器之间的谐振频率。桥的介电材料的主体的最大长度受到相邻表面层的宽度的限制，该最大长度提供通过桥的最大耦合。

在根据第二方面的系统的第二种可能的实现形式中，桥的主体包括与沿主体的长度的伸长形状正交的附加伸长部分，该附加伸长部分具有穿过附加伸长部分设置的附加孔。该实现形式中的射频谐振器是多模射频谐振器；并且桥用于耦合相邻多模射频谐振器的两个正交谐振模式。该系统的该实现形式可以参考第一方面的桥的第三种实现形式。

在根据第二方面或根据第二方面的任一前述实现形式的系统的第三种可能的实现形式中，射频谐振器的单块包括与桥的主体相同的介电材料。在根据第三种实现形式的系统的第四种可能的实现形式中，该介电材料是陶瓷材料。

在根据第二方面的或根据第二方面的任一前述实现形式的系统的第五种可能的实现形式中，该系统是多输入和多输出(multiple-inputandmultiple-output,mimo)系统。

根据第三方面，提供了一种调谐用于耦合两个射频谐振器的桥的方法。该桥可以是根据任一实现形式的桥，该桥包括介电材料的主体，该主体具有外露表面、预定长度、宽度、以及厚度，并且具有沿主体的长度的伸长形状，该桥还包括覆盖主体的外露表面的导电涂层。该方法包括：刻穿过主体的孔，使得主体的介电材料沿主体的宽度围绕该孔，其中，孔的直径小于主体的厚度；用导电层涂覆孔的内表面；以及选择性地从孔内部的表面去除导电层，以在单块表面上形成至少一个非导电区域。

可以通过激光烧蚀从至少一个孔内的表面去除导电层。可以连续地去除导电涂层，最低的去除分辨率可以由所使用的工具限定，通常为几微米的量级。这能够调谐桥提供的耦合。如下进一步详细描述的，去除的导电层形成柱，并且去除的材料的量确定了柱的高度。

根据第四方面，提供了一种计算机程序，其包括用于实现根据第三方面的方法的手段。

以上列出的方面和实现形式可以使得能够精确地控制分离但相邻的谐振器块中的两种模式的耦合。更具体地，由本发明的各方面提供的控制可以允许用单片介电材料制造完整的射频/微波滤波器。

另外，以上方面的实现方式通过允许在形成桥的过程中包括更多材料，以允许生产更耐受制造缺陷的部件而不会不利地影响所产生的耦合。进一步的技术效果是提供了一种在制造之后以可控且可预测的方式调节通过桥耦合的两种模式之间的耦合的手段。

本发明的各方面提供的另一个优点是，提供耦合调整的手段(特别是机电或激光烧蚀导电涂层)与用于调整其他滤波器参数的现有或类似方法兼容。因此，将这些新特征引入生产工艺的成本很低。

这些特征还被设计用于最小化附加损耗的引入，以保持滤波器性能。特别注意避免辐射造成的附加损耗，以允许多个单元像在mimo系统中那样以最小的屏蔽彼此相邻地操作。

除了解决所描述的技术问题之外，本发明还极大地简化了制造复杂度并因此降低了成本。这使得能够设计和制造基于这些部件的更复杂、紧凑、且性价比高的全系统组件。

更具体地，这些特征使得固体多模介电滤波器能够被设计和生产为一个均匀组件。此外，本发明通过使滤波器能够非常精确地被调谐，有助于实现滤波器的最大潜能，这反过来又得到更紧凑的滤波器或提升的系统性能。

尤其是对于相对窄频带滤波器(其被定义为那些由于制造公差导致的耦合带宽变化接近滤波器带宽20％的滤波器)，调谐谐振器间带宽的能力对于可接受的性能至关重要。这样，本发明实施例能够进行以前不可行的、性能不足的、或者其生产是不经济的极窄带宽设计的设计和实现。

附图说明

图1a示出了由桥连接的两个射频谐振器中两种模式的电矢量和磁矢量。

图1b示出了不同形状的两个射频谐振器中两种模式的电矢量和磁矢量。

图2a是根据实施例的由具有圆柱形孔的桥连接的两个射频谐振器的透视图。

图2b是如图2a所示的桥的侧视图。

图3a是根据实施例的由包括带锥形顶部的圆柱形孔的桥连接的两个射频谐振器的透视图。

图3b是如图3a所示的桥的侧视图。

图4a是根据实施例的由包括偏离中心的孔的桥连接的两个射频谐振器的透视图。

图4b是如图4a所示的桥的侧视图。

图5a是根据实施例的由包括两个正交孔的桥连接的两个射频谐振器的透视图。

图5b是如图5a所示的桥的侧视图。

图6a是根据实施例的由包括多个孔的桥连接的两个射频谐振器的透视图。

图6b提供了与图6a所示的桥类似的桥的侧视图。

图7示意性地示出了无线通信系统中的通信设备。

具体实施方式

下面将描述实施例。在本发明实施例的以下描述中，相同的附图标记将用于不同附图中的相同或等同特征。

下面描述的实施例涉及用于耦合射频谐振器的桥，该桥包括介电材料的固体主体。该主体可以成形为伸长平行六面体或能够耦合相邻谐振器的两种模式的任意其他伸长形状。

图1a和图1b是相邻射频谐振器中出现的平行谐振模式的简单图示。

相邻射频谐振器101中的平行模式的磁场和电场形态可以在图1a和图1b中看到。通过以类似的方式在两个或更多个谐振器101之间耦合能量，可以使用它们形成滤波器。

场矢量111表示的磁场h1和磁场h2对应于场矢量110表示的电场e1和电场e2。技术人员将清楚，由于磁场线111遵循电场线110，因此在谐振器101之间存在磁场彼此平行的区域。例如，在谐振器101的相邻边缘附近，磁场h1与磁场h2基本平行。通过在两个相邻的谐振器块的短壁或长壁之间放置伸长的虹桥100，两个平行模式可以磁耦合在一起，例如图1a和图1b中的磁场h1和磁场h2。

为了使这样放置的桥100提供廉价、简单、和有效的手段来准确地控制并改变通过桥100的磁场的耦合，同时保持机械尺寸变化对产生的电性能的影响最小，桥100包括在以下实施例中进一步详细描述的附加特征。对产生的电性能的影响被最小化以减少因例如不精确的制造工艺而导致的灵敏度尺寸变化。

图2a-2b、图3a-3b、图4a-4b、和图5a-5b都是成对的，使得该成对附图中的第一图示出在相邻谐振器之间实施的桥100，并且该成对附图中的第二图示出了该结构外部的实施例。

出于本说明书的目的，为了清楚和一致，图中所示的示例限于对称平行六面体形双模谐振器。技术人员将清楚，本发明的所有方面都适用但不限于适用于单模、双模、或多模谐振的任意其他形状的谐振器。

图2a示出了设置在两个射频谐振器之间的桥100，形成了结构101。图2b提供了桥100的放大侧视图200。如图2a-2b所示，桥100包括介电材料的主体，该主体具有外露表面区域、预定长度l、宽度w、以及厚度t。桥的主体具有沿其长度l的伸长形状。该形状可以是仅为了清楚起见如图所示的平行六面体，或任意其它合适的伸长形状。桥100还包括沿其宽度w穿过主体设置的孔202。孔202在其内部具有形成主体的第二表面区域222的壁。第二表面区域222具有第一部分，该第一部分与主体的外露表面区域一起覆盖有导电涂层。第二表面区域222还包括没有导电涂层的第二部分112。导电涂层可以由高导电材料(例如金属)形成。

选择桥的主体的宽度w，其使得用所选择的制造技术来生产在机械上是可行的，但又小到足以得到其他谐振模式(例如，与桥的长度方向正交的两个模式)之间的最小耦合。

在图2a-2b的实施例中，单个圆柱形通孔202设置在桥100的中心，其直径小于桥的厚度t并由两个谐振器块之间的间隔限定。孔的内壁完全被导电涂层覆盖，并以这种完全涂覆形式为两个腔中的场提供边界条件。

在制造之后，两种模式之间的标称耦合由通孔202和沿桥100的厚度的桥100的边缘之间的材料中的间隙确定。对于低于6ghz的许多窄带宽应用，耦合会最小或者为零。为了使耦合运作，从孔202的导电涂覆的内表面222的顶部112去除少量导电涂层，形成如图2b所示的非导电柱122。由于去除了导电涂层，柱122的现有边界条件改变，柱122变为开路短截线，其谐振频率远高于待耦合模式的任一频率。因为该短截线充当显著加强耦合的旁路，故发生两个模式之间的耦合。该耦合最初可以比没有柱122的桥100中的耦合强得多，以至于在某些情况下它可能变得不可用。进一步去除导电涂层使得两种模式之间的耦合量减少。在孔的内壁222的约25％不导电之后，柱122的高度与耦合带宽之间的关系可以变为线性关系，并且随着柱122的高度趋于零，可以朝没有柱的相同尺寸的桥的标称耦合减小。因此，在实施例中，孔202的壁222的25％或以上不导电，这允许更精确且可预测地控制谐振器之间的耦合。

由于形成柱的顶部的导电涂层也是外部接地的一部分，因此桥100的内部可以外露于空气/环境。由于所有磁场矢量垂直于该孔所在的柱的轴线，因此只要孔很小，就会发生最小辐射(因此，最小损耗)。对于低于6ghz的许多应用，该孔直径通常小于2mm。孔直径的下限由制造工艺决定。

图3a和图3b示出了实施例，其中，孔302的一部分形成为锥体322，而不是虹桥100中的平圆柱形孔(plaincylindricalhole)。类似地，孔302的内壁上的部分导电涂层被去除。锥体322还呈现了工具可进入的桥长度平面中的表面区域312，该工具可以进一步去除导电涂层以调节耦合。该工具可以是机械研磨工具、激光烧蚀工具、或任何其他工具。

圆柱形孔202可以更易于制造，而具有锥形部分322的孔302可以更便于从其表面区域去除导电涂层。类似于图2a-2b的实施例中的圆柱形部分，可以从圆锥形部分312的顶部选择性地以圆形方式去除导电涂层。如前所述，耦合最初可以非常大并且非线性地减小，但最终将趋于近似线性调谐的区域。

可以基于所需调谐的分辨率和调谐工具的能力(即，可以在一个圆形路径中去除的材料最小量)来选择孔302的锥形表面的角度。当工具的精度较低时，使用更浅的角度和更大的上锥体直径。这导致调谐范围减小。所需的准确尺寸对于每个设计是唯一的，且应基于滤波器规格、制造工艺、和可用的调谐工具进行相应优化。

图4a和图4b示出了其中桥100的主体中的孔402偏离主体的中心的实施例。这里示出的孔402是具有锥形部分的孔，类似于图3a-3b的孔302。然而，技术人员将清楚，该孔可以具有任意其他形状。

图4b示出了孔402沿与长度重合的x轴的偏移(df)。在该实施例的扩展中，除了上述偏移(df)之外，桥100本身也可以是偏移(di)的。这两个偏移(df，di)可以在沿x轴的任何方向上任意和独立地设置。

通过偏移孔402，其越靠近虹桥100的壁，其在调节耦合方面的效力越低。对于较大的桥100或者出于其他设计考虑，可能需要降低的灵敏度。

图5a和图5b示出了其中桥500在两个正交方向上具有伸长形状的实施例。桥的每个正交腿被分别布置成独立地提供两个相邻垂直模式和两个相邻水平模式之间的耦合。在该实施例中，要求相邻的射频谐振器是双模或多模谐振器。

孔502设置在桥500的主体的正交腿中以提供调谐。在该示例中，使用圆柱形通孔与锥体的组合，然而，可以使用相似或不同孔的任意组合来实现相同的效果。

如图5b中更清楚地示出的，由于虹桥500的中心部分被形成正交结构的材料占据，因此两个孔502都偏离中心。不期望的谐波耦合也可能限制孔502的偏移。如前述实施例那样，从每个孔502的顶部512去除导电涂层的一部分，允许分别通过虹桥500的水平腿和垂直腿精确地、选择性地、且独立地控制水平和垂直耦合带宽。

图6a示出了具有桥100的系统101，桥100包括多个平行孔602。图6b示出了三个平行孔602、602’、602”的各种示例。在其他示例中，可以穿过桥100的主体设置任何数量的孔。优选的可以是奇数个，因为奇数个孔包括允许最佳控制的中心孔。

本实施例中的本发明能够以多种方式操作。第一种方式在图6b的最右侧示意图中示出，示出了导电涂层未被去除(未调谐)的一个最外侧的通孔和约有50％的导电涂层从其内壁被去除、调整到柱的初始固定高度的其他最外面的通孔。该左柱用作辅助调谐器并且设置桥100的基本标称调谐范围。然后可以逐渐调谐中心的第三个柱，直到获得所需的耦合带宽。

该实施例特别适用于小带宽和/或相同物理部分可能需要多个带宽变化的滤波器。当使用具有显著物理变化和/或容许度差(即，较差的公差(poortolerances))的制造工艺时，该实施例也是合适的。

在图6b的中间和最左侧的示意图中示出了该实施例的第二种配置。在这些示意图中，两个最外侧的柱都用作辅助调谐器，并且被均匀和对称地调谐以设置由虹桥100提供的标称耦合值。然后使用中心主调谐特征将耦合带宽微调到所需值。

在需要较大调谐范围以从单个通用滤波器部件调谐多个滤波器带宽或以使用容许度差的工艺的情况下，此配置也很有用。它还具有控制三次谐波谐振传播的效果，这在某些情况下可能是有用的。

上述不对称和对称辅助孔配置都可以被调节为使用任何数量的调谐孔，不受类型、设计、或顺序的限制。所用特征的选择和组合将取决于设计要求和给定设计的任意相关约束。

图7示意性地示出了无线通信系统400中的通信设备300。通信设备300包括通过根据本发明任一实施例的桥耦合的两个或更多个射频谐振器的系统700。无线通信系统400还包括基站500，该基站500也可以包括由根据任一上述实施例的桥耦合的两个或更多个射频谐振器的系统700。虚线箭头a1表示从发射机设备300到基站500的传输，该传输通常被称为上行传输。实线箭头a2表示从基站500到发射机设备300的传输，该传输通常被称为下行传输。

本发射机设备300可以是能够在无线通信系统(有时也称为蜂窝无线系统)中无线通信的长期演进(longtermevolution,lte)中的用户设备(userequipment,ue)、移动站(mobilestation,ms)、无线终端、或移动终端中的任何一个。ue还可以被称为移动电话、蜂窝电话、具有无线能力的计算机平板电脑或笔记本电脑。本上下文中的ue例如可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机包含式、或车载式移动设备，其能够经由无线接入网与另一实体(例如另一接收机或服务器)进行语音或数据通信。ue可以是站(station,sta)，其为包含符合ieee802.11的到无线介质(wirelessmedium,wm)的媒体访问控制(mediaaccesscontrol,mac)和物理层(physicallayer,phy)接口的任意设备。

发射机设备300也可以是基站、(无线)网络节点、或接入节点、或接入点、或基站(例如无线基站(radiobasestation,rbs))，其在一些网络中根据所用的技术和/或术语可以被称为发射器、“enb”、“enodeb”、“nodeb”、或“bnode”。基于传输功率，由此还基于小区大小，无线网络节点可以具有不同种类，例如宏enodeb、家庭enodeb、或微微基站。无线网络节点可以是站(station，sta)，其为包含符合ieee802.11的到无线介质(wirelessmedium,wm)的媒体访问控制(mediaaccesscontrol,mac)和物理层(physicallayer,phy)接口的任意设备。

该设计的实施例至少兼容三轴加工和大批量模制制造方法，例如但不限于单轴等静压、模压、真空成型、超塑性成型、注塑成型、3d打印等。从上述实施例中描述的任意元件去除导电材料可以通过激光烧蚀、机械研磨、或任何其他合适的技术来执行。