包括具有插入式滤波器装置的波导管的波导段的制作方法

本发明涉及一种波导段，该波导段包括具有插入式滤波器装置的至少一个波导管，用于传输和接收射频信号，并且还涉及天线阵列和插入式滤波器装置本身，以及涉及与插入式天线装置有关的方法。

背景技术：

天线元件是配置为发射和/或接收电磁信号(诸如用于无线通信的射频(rf)信号)的装置。相控天线阵列是包括多个天线元件的天线，通过它们可以通过改变进给到不同天线元件的信号的相对相位和幅度来控制天线辐射图。

用于这种天线元件的信号滤波功能的实际实现是一项艰巨的任务。需要高q因子、多个谐振器和高精度，以实现低损耗且对操作频带附近频率的强烈抑制的滤波器，在该操作频带附近射频功率的干扰或泄漏可能发生。微带和缝隙谐振器有时用于构造天线元件的滤波器。但是，微带或缝隙谐振器的低q系数会导致插入损耗的增加。而且，传统滤波器通常被设计为好像它们被隔离了一样，这导致由于与天线的相互作用而引起的天线元件带宽的减小以及抑制特性的改变。

当设计用于在天线阵列中使用的天线元件时，成本很重要。因为天线阵列可以包括数百个天线元件，所以单个天线元件的成本对生产天线阵列的总成本具有显著贡献。

还必须考虑集成和组装方面。例如，很难以smt部件(smt-components)的形式安装单独的滤波器(拾取和放置以及回流焊接)，因为没有地方将它们和天线放在电路板一侧以及将有源电路放在另一侧。

因此，需要改进的滤波器布置以可能与天线元件一起使用。

技术实现要素：

本公开的目的是提供改进的滤波器布置，以可能与天线元件一起使用。

该目的是通过一种波导段来实现的，该波导段包括具有导电内壁的至少一个充气波导传导管。对于每个波导传导管，波导段包括插入式滤波器装置，该插入式滤波器装置包括通过连接布置串联地布置的并且间隔开的两个或更多个导电元件。每个插入式滤波器装置适于通过电介质保持布置被保持在相应的波导传导管中，使得导电元件与波导传导管间隔开。导电元件布置为被电磁耦合，使得通过相应的波导传导管的射频信号布置成被电磁滤波。

这使得简单的滤波器结构能够容易且可靠地应用于大型波导阵列。虹膜的缺失会导致简化的滤波器结构。

根据一些方面，电介质保持装置包括用于每个插入式滤波器装置的一个或多个单独的电介质保持器，其中每个电介质保持器被安装在插入式滤波器装置的一部分与内壁之间。

这使得能够可靠地固定每个插入式滤波器装置。

根据一些方面，导电元件定位在电介质保持器之间。优选地，每个波导传导管包括第一端部和第二端部，其中在相应的端部处定位有电介质保持器。

这使得能够可靠地固定每个插入式滤波器装置。

根据一些方面，电介质保持装置包括放置在波导段的第二端的顶部上的电介质层，该电介质层(79)又包括用于每个插入式滤波器装置的孔，其中每个孔都适合于接合相应的插入式滤波器装置。

这使得简单的滤波器结构能够容易且可靠地应用于大型波导阵列。

根据一些方面，每个插入式滤波器装置适于在波导段的第一端、与第二端相对处附接到pcb(即印刷电路板)。

这使得能够可靠地固定每个插入式滤波器装置。

根据一些方面，连接布置包括单独的连接构件。

这使得每个插入式滤波器装置的通用制造成为可能。

根据一些方面，连接构件由电介质材料(dielectricmaterial)制成。

这导致连接构件具有对滤波器特性的影响相对小。

根据一些方面，每个插入式滤波器装置被制成一个整体。

这使得每个插入式滤波器装置的制造变得简单。

根据一些方面，每个导电元件包括多个朝向内壁呈放射状延伸的脊，例如四个脊，其中，根据一些方面，脊从连接布置延伸。

根据一些方面，每个导电元件为圆柱形形状。

这使得每个插入式滤波器装置具有旋转对称的形状。

根据一些方面，插入式滤波器装置包括具有不同直径的至少两个导电元件。

根据一些方面，每个波导传导管包括天线孔，该天线孔布置成与传输介质对接以用于rf射频波形的传输和接收。

根据一些方面，通过相应的波导传导管到达或离开每个天线孔的包括在射频频带中的射频信号布置成被电磁滤波。

根据一些方面，对于每个插入式滤波器装置，将最顶部的导电元件布置为天线元件，该最顶部的导电元件适于在安装时被定位成最靠近天线孔。

这给予为天线装置提供集成滤波器的优点，使得插入损耗相对低。滤波器和天线被组合和共同设计，使得天线的谐振中的至少一个被用作滤波器中的谐振器。

根据一些方面，对于具有插入式滤波器装置的每个波导传导管，天线元件被布置成距天线孔一定距离。

本文还公开了与上述优点相关联的阵列天线装置、方法和插入式滤波器装置。

附图说明

根据以下详细描述，本公开的更多目的，特征和优点将变得显而易见，其中，将参考附图更详细地描述本公开的一些方面，其中：

图1示出了波导段的示意性剖开侧视图，该波导段安装有插入式滤波器装置并且具有包括电介质保持器的电介质保持装置；

图2示出了波导管的示意性剖开侧视图；

图3示出了插入式滤波器装置的第一示例的示意性立体图；

图4示出了插入式滤波器装置的第二示例的示意性立体图；

图5示出了安装和正安装有插入式滤波器装置的波导段的示意性剖开侧视图；

图6示出了示意性示出根据实施例的方法的流程图；

图7a示出了波导段的示意性剖开侧视图，该波导段安装有插入式滤波器装置并且具有包括电介质层的电介质保持装置；和

图7b示出了电介质层的俯视图。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明构思，在附图中示出了本发明构思的某些实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；而是，这些实施例通过示例的方式提供，使得本公开将是彻底和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在整个说明书中，相同的数字表示相同的元素。

参考图1，波导段1包括八个充气波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h。还参考图2，图2示出了一个这样的波导传导管2的剖开侧视图，每个波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h具有导电的内壁3，3a。对于每个波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h，波导段1包括插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h，插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h包括由连接布置11，11a串联布置的并间隔开的一个或多个导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a(为清楚起见仅在图1中标示出一个插入式滤波器装置)，其中一个这样的插入式滤波器装置4的立体图在图3中示出，也对其进行了参考。

根据本发明，每个插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h通过电介质保持器9、10；9a，10a适于被保持在相应的波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h中，使得导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a与波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h隔开。这意味着在导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a与相应的波波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h之间没有接触，并且，根据一些方面，插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h的任何部分与相应的波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h之间都没有接触。

导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a被布置成电磁耦合，使得通过相应的波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h的射频信号布置成被电磁滤波。

每个电介质保持器9，10；9a，10a优选地安装在插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h的一部分与内壁3，3a之间，并且，根据一些方面，导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a定位在电介质保持器9，10；9a，10a之间。

根据一些方面，每个波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h包括第一端部12，12a和第二端部13，13a，其中存在定位在相应的端部12，12a；13，13a处的电介质保持器9，10；9a，10a；定位在第一端部12，12a处的第一电介质保持器9、9a和定位在第一第二端部13，13a处的第二电介质保持器10，10a。

根据一些方面，连接布置11包括单独的连接构件14、15、16、17、18，并且根据一些其他方面，连接构件14、15、16、17、18由电介质材料制成。

替代地，可能的是连接构件14、15、16、17、18由导电材料制成，并且根据一些方面，每个插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h被制成一个整体。

如图3特别示出的，根据第一个示例，每个插入式滤波器装置4包含导电元件5，6，7，8，每个导电元件5，6，7，8包括多个脊19，20，21，22，当安装插入式滤波器装置4时，这些脊朝向内壁3呈放射状地延伸，根据一些方面，有四个对称布置的形成十字形的脊19，20，21，22。根据一些方面，脊19，20，21，22从连接布置11延伸。

因此，该插入式滤波器装置4包括多个四脊波导段，这些四脊波导段被截止的非传播的部段分开。这种设计使高阶te11模式能够在四脊同轴波导中传播。因为这是具有两个极化状态(polarizationstates)的简并模式，所以将容纳两个正交极性。

此插入式滤波器装置4可以设计为两种操作模式。第一种模式使用四脊部段，其具有的电长度接近一半波长。或者，可以增加脊的高度，这导致谐振器的长度减小。然后，边缘效应将成为主要因素，并且无杂散窗口(到下一个高阶模式的间距)将大大增加。

设计此类滤波器时的另一个问题是由于存在主要的同轴波导tem模式。此模式不辐射，并且在正确设计的馈电电路下它不应被激励。然而，由于非理想的有损的材料和违反结构对称性，正交模式之间的耦合是不可避免的，即，有用的te模式和基本tem同轴模式之间存在功率交换。对于具有相应插入式滤波器装置的每个波导传导管，如果tem的谐振落在滤波器和/或天线通带之内，这将导致传输/辐射信号中的尖锐的吸收峰。根据本公开，波导段1在抵消在滤波器和/或天线通带内的不期望的tem谐振方面允许相对大程度的灵活性。

如图4中特别示出的，根据第二示例，每个插入式滤波器装置4'包括各自具有圆柱形形状的导电元件5'，6'，7'，8'。根据一些方面，每个插入式滤波器装置4'包括各自具有不同的直径的至少两个导电元件5'，6’。

因此，该插入式滤波器装置4包括多个波导段，其中传播部段被下面的截止部段分开。此设计利用在同轴波导中传播的高阶(te11)模式。因为这是一种具有两个极化状态的简并模式，所以将容纳两个正交极性。

如图2中特别示出的，根据一些方面，每个波导传导管2包括天线孔23，该天线孔23布置成与传输介质对接以用于传输和接收rf射频波形。适当地，通过相应的波导传导管2到达或离开每个天线孔23的包括在射频频带中的射频信号布置成被电磁滤波。

根据一些方面，对于每个安装的插入式滤波器装置4，将适于定位成最靠近天线孔23的最顶部导电元件5作为天线元件进行布置。适当地，天线元件5被布置成距天线孔23一定距离d。

还参考图5，图5示出了具有安装和正在安装的插入式滤波器装置的波导段的示意性剖开侧视图，本公开还涉及一种阵列天线装置24，其包括具有多个波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h的波导段1，波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h具有根据上述安装的插入式滤波器装置4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h。每个波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h包括天线孔23。阵列天线装置24还包括适于向波导段1馈电的馈电组件25，使每个波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h与外部射频电路26对接。

根据一些方面，馈电组件25包括多层印刷电路板27(pcb)，多层印刷电路板27附接到波导段1的第一端28，与波导段的第二端29相对，第二端包括天线孔23。阵列天线装置24可以是线性阵列天线布置的形式，其包括一排波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h，或者是作为包括几行波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h的二维阵列天线装置，以便形成波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h的矩阵。

根据一些方面，波导段1由具有钻孔的单片金属形成。孔显示为圆形，但可以使用具有90度旋转对称性的任何其他形状，例如正方形等。替代地，金属化的塑料可以用作波导段1的替代材料的选择。从生产的角度来看，可以使用铸造/成型。插入式滤波器装置在不同的波导传导管之间可以全部相同或可以不同。

使用适当选择的材料和设计以使用电介质保持器9，10；9a，10a，它们对滤波器和/或天线性能的影响被最小化。另外，因为电介质保持器9，10；9a，10a不是谐振器的一部分，损耗正切(losstangent)的要求也相当宽松，因此可以考虑使用许多可能的材料。

参考图6，本发明还涉及一种配置波导段1的方法，该波导段包括至少一个充气波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h，其中，对于每个充气波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h，该方法包括：

-布置s1一个或多个导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a通过连接布置11，11a串联并隔开，从而形成插入式滤波器装置4；4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h；

-将插入式滤波器装置4；4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h插入s2波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h；

-使用电介质电介质保持器9，10；9a，10a将插入式滤波器装置4；4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h固定s3在波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h中，使得导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a与波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h隔开，其中，当插入式滤波器装置4；4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h被接收并固定在波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h中时，导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a被电磁耦合，从而通过波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h的射频信号布置成被电磁滤波。

根据一些方面，布置s1包括布置s12最顶部的电介质元件5作为天线元件。

根据本公开，波导段1具有主要由内部导体部分的精度限定的性能。对于生产可靠性而言，这被认为是非常必要的，因为避免了更复杂结构中存在的所有潜在问题(层压，金属化，通路孔钻孔等)和连接精度问题。可以实现宽的无杂散阻带。

参考图7a，以与如先前参考图1描述的相类似的方式的替代阵列天线布置724包括具有多个波导传导管72a，72b，72c，72d，72e，72f，72g，72h的波导段71，波导传导管72a，72b，72c，72d，72e，72f，72g，72h具有根据上述的已安装的插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h。每个波导传导管72a，72b，72c，72d，72e，72f，72g，72h包括天线孔723。如图1所示，为清楚起见，只有一个带有相应的滤波器装置74a的波导传导管72a用附图标记完全表示。

阵列天线装置724还包括适于向波导段71馈电的馈电组件725，使每个波导传导管72a，72b，72c，72d，72e，72f，72g，72h与外部射频电路726对接。

根据一些方面，馈电组件725包括多层印刷电路板727(pcb)，多层印刷电路板727附接到波导段71的第一端728，与波导段的第二端729相对，第二端729包括天线孔723。

在此，根据一些方面，所有插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h借助于放置在第二端729顶部的电介质层79被保持在适当位置。电介质层79包括多个孔700，也如图7b所示，用于目的在于二维8×5阵列天线的电介质层79(为清楚起见仅用附图标记表示几个孔)。

每个孔700被设计和定位成通过接合相应的连接构件14a将相应的插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h保持在正确的位置。在第一端728处，每个插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h附接到pcb727，例如通过胶合或钎焊。为此目的，根据一些方面，每个插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h包括相应的紧固件701a。

本公开不限于以上示例，而是可以在所附权利要求的范围内自由变化。例如，具有根据上述的已安装的插入式滤波器装置4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h的每个波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h布置为通过两个不同的端口传输和/或接收两个不同的射频信号。

根据一些方面，电介质保持器9，10或电介质层79由任何合适的低损耗电介质材料制成。

根据一些方面，可以存在任何数量的连续布置的导电元件，但是至少存在两个。

波导段1包括至少一个充气波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h。

通常，本公开涉及一种波导段1，其包括至少一个具有导电的内壁3，3a的充气波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h，其中，对于每个波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h，波导段1包括插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h，插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h包括通过连接布置11、11a串联布置的并间隔开的两个或更多个导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a，其中每个插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h适于通过电介质保持装置9，10；9a，10a；79保持在相应的波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h中，使得导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a与波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h间隔开，其中导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a布置为被电磁耦合，使得通过相应的波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h的射频信号布置成被电磁滤波。

根据一些方面，电介质保持布置包括用于每个插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h的一个或多个单独的电介质保持器9，10；9a，10a，其中每个电介质保持器9，10；9a，10a安装在插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h的一部分与内壁3，3a之间。

根据一些方面，导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a定位在电介质保持器9，10；9a，10a之间。

根据一些方面，每个波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h包括第一端部12，12a和第二端部13，13a，其中存在定位在相应的端部12，12a；13，13a处的电介质保持器9，10；9a，10a。

根据一些方面，电介质保持布置包括放置在波导段71的第二端729的顶部上的电介质层79，该电介质层79又包括用于每个插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h的孔，其中每个孔适于接合对应的插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h。

根据一些方面，每个插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h适于在波导段71的第一端728、与第二端729相对处附接到pcb(即印刷电路板727)。

根据一些方面，每个插入式滤波器装置74a，74b，74c，74d，74e，74f，74g，74h，包括适于附接到pcb727的对应的紧固件701a。

根据一些方面，连接布置11包括单独的连接构件14，15，16，17，18。

根据一些方面，连接构件14，15，16，17，18由电介质材料制成。

根据一些方面，每个插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h被制成一个整体。

根据一些方面，每个导电元件5，6，7，8包括多个朝向内壁3呈放射装延伸的脊19，20，21，22。

根据一些方面，每个导电元件5，6，7，8包括朝着内壁3呈放射状延伸的四个对称地布置的脊19，20，21，22。

根据一些方面，脊19，20，21，22从连接布置11延伸。

根据一些方面，每个导电元件5'，6'，7'，8’为圆柱形形状。

根据一些方面，插入式滤波器装置4'包括具有不同直径的至少两个导电元件5'，6'。

根据一些方面，每个波导传导管2包括天线孔23，该天线孔23布置成与传输介质对接，以传输和接收rf射频波形。

根据一些方面，通过相应的波导传导管2到达或离开每个天线孔23的包含在射频频带中的射频信号布置成被电磁滤波。

根据一些方面，对于每个插入式滤波器装置4，将最顶部的导电元件5布置为天线元件，该最顶部的导电元件5在安装时被定位成最靠近天线孔23。

根据一些方面，对于具有插入式滤波器装置4的每个波导传导管2，天线元件5被布置成距天线孔23一定距离d。

一般而言，本公开还涉及一种阵列天线布置24，其包括根据权利要求16-19中任一项所述的波导段1，其中，波导段1包括多个具有插入式滤波器装置4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h的波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h，其中阵列天线装置24还包括适于向波导段1馈电的馈电组件25，使得每个波导传导管2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h与外部射频电路26对接。

根据一些方面，馈电组件25包括多层印刷电路板27(pcb)，印刷电路板27附接到波导段1的第一端28，与波导段的第二端29相对，第二端包括天线孔23。

一般而言，本公开还涉及插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h，其被布置成被接收在被包括在波导部分1中的波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h中，插入式天线装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h包括两个或更多个导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a，导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a由连接布置11，11a串联布置并间隔开，其中插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h还包括电介质保持布置9，10；9a，10a；79，使插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h保持在波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h中，使得导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a与波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h间隔开，其中导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a布置为被电磁耦合，这样当被接收到波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h中时，通过该波导传导管2；2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h的射频信号布置成被电磁滤波。

根据一些方面，电介质保持装置包括用于每个插入式滤波器装置4，4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g，4h的一个或多个单独的电介质保持器9，10；9a，10a，其中导电元件5，6，7，8；5a，6a，7a，8a定位在电介质保持器9，10；9a，10a之间。

根据一些方面，每个导电元件5，6，7，8包括多个呈放射状延伸的脊19，20，21，22。

根据一些方面，每个导电元件(5、6、7、8)包括四个对称布置的呈放射状延伸的脊19，20，21，22。