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CN101185193A - 包括端壁耦合的同轴谐振器的微波滤波器 - Google Patents

包括端壁耦合的同轴谐振器的微波滤波器 Download PDF

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CN101185193A
CN101185193A CNA200680018906XA CN200680018906A CN101185193A CN 101185193 A CN101185193 A CN 101185193A CN A200680018906X A CNA200680018906X A CN A200680018906XA CN 200680018906 A CN200680018906 A CN 200680018906A CN 101185193 A CN101185193 A CN 101185193A
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CN
China
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end wall
coupling
resonator
coaxial
resonators
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CNA200680018906XA
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Inventor
迈克尔·霍夫特
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/205—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities
    • H01P1/2053—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities the coaxial cavity resonators being disposed parall to each other

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Abstract

本发明涉及一种包括多个耦合的谐振器(2a－2e，22a－22g)的微波滤波器，其中多个耦合的谐振器(2a－2e，22a－22g)包括至少一个同轴谐振器(2a－2e，22a－22b，22g)，该同轴谐振器包括具有下端壁(4，24)、从下端壁(4，24)向上延伸的侧壁(5，25)和上端壁(3，23)的外壳、以及配置在外壳内并从下端壁(4，24)沿着外壳的纵轴向上延伸的内部导体(6，26)。至少一个同轴谐振器(2a－2e，22a－22b，22g)在它的下端壁(4，24)和/或上端壁(3，23)中包括用于实现相应的同轴谐振器(2a－2d，22b，22g)与相邻谐振器的电磁耦合的耦合装置(7d，8，32)。

Description

包括端壁耦合的同轴谐振器的微波滤波器
技术领域
本发明涉及一种包括多个耦合的谐振器的微波滤波器，该多个耦合的谐振器包括至少一个同轴谐振器。
背景技术
电磁频谱的微波区域广泛用于各种技术领域中。示例性应用包括诸如移动通信和卫星通信系统的无线通信系统，以及导航和雷达技术。数量不断增长的微波应用增加了在系统内或不同系统之间发生干扰的可能性。所以，微波区域被分成多个不同的频带。为了保证特定的设备只在被分配给该设备的频带内通信，在发送和/或接收期间使用微波滤波器执行带通和带阻功能。相应地，所述滤波器用来分离不同的频带以及区分想要和不想要的信号频率，使得接收和发送的信号的质量主要取决于滤波器的特性。通常，滤波器必须提供小带宽和高滤波质量。
例如，在基于蜂窝技术的通信网络诸如广泛使用的GSM系统中，覆盖区域被分成多个不同的小区。每个小区被分配给包括收发信机的基站，该收发信机必须同时与定位于其小区中的多个移动设备通信。这种通信必须以最小的干扰被处理。所以，通过使用微波滤波器将用于与各小区相关联的通信信号的频率范围分成多个不同的频带。由于各小区的尺寸通常小以及潜在同时位于单个小区中的移动设备很多，特定频带的带宽被选择成尽可能的小。而且，滤波器必须具有在其通带外部的高衰减以及低通带插入损耗以便满足效率要求和保持系统灵敏度。因此，这些通信系统需要在基站和移动设备中极高的频率选择性，通常接近理论极限。
通常，微波滤波器包括以各种结构电磁耦合在一起的多个谐振部分。每个谐振部分构成不同的谐振器并通常包括被容纳在封闭或基本上封闭的导电表面内的空间。在适当的外部激励时，在该空间中可以维持振荡的电磁场。谐振部分表现出显著的谐振效果并且通过各自的谐振频率和带宽表征。为了使滤波器产生想要的滤波器特性，耦合在一起形成滤波器的不同谐振器具有预定的谐振频率和带宽或通带是必需的。
相邻谐振部分之间的耦合能够例如通过在两个谐振部分的相邻壁部分中提供开口或耦合窗实现，该开口或耦合窗将包括在两个谐振部分的封闭或基本上封闭的导电表面内的两个空间互连。在这种情况下，表示耦合能量与存储能量之比的耦合系数k取决于由耦合窗限定的耦合平面中电场向量的相对方向和磁场向量的相对方向。根据教科书“Microstrip Filters for RF/Microwave Applications”，Jia-Sheng Hong和M.J.Lancaster，Wiley&Sons，2001年，第244页，可以根据以下公式计算耦合系数：
k = ∫ ∫ ∫ ϵ E ‾ 1 · E ‾ 2 dv ∫ ∫ ∫ ϵ | E ‾ 1 | 2 dv × ∫ ∫ ∫ ϵ | E ‾ 2 | 2 dv + ∫ ∫ ∫ μ H ‾ 1 · H ‾ 2 dv ∫ ∫ ∫ μ | H ‾ 1 | 2 dv × ∫ ∫ ∫ μ | H ‾ 2 | 2 dv - - - ( 1 )
其中E和H是电场和磁场向量，v是体积，ε是介电常数，μ是磁导率。正如从该公式能够看出，如果分别源自两个谐振器的电场或磁场线在场的重叠区域中相互平行(逆平行)地延伸，则实现最强的电或磁耦合，但是如果这些场线相互垂直地延伸，则不能实现耦合。
在Ali E.Atia和Albert E.Williams的“General TE011-ModeWaveguide Bandpass Filters”(IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques，Vol.MTT-24，No.10，1976年10月，第640页)中描述了包括多个耦合的谐振部分的一种这样类型的微波滤波器实例。这种微波滤波器由以TE011模谐振的多个耦合的筒形波导腔构成。相邻的腔或经由轴向磁场通过筒形侧壁中的对准轴向槽或经由径向磁场通过相邻腔端壁中的对准径向槽被耦合。对于使用端壁中径向槽的耦合，两个腔之间的正耦合能够通过对准它们使得其坐标轴重合来实现，以及负耦合能够通过配置腔使得它们的轴平行但是相互偏移二分之一直径来实现。这种滤波器已经被设计用于TE011模的特定场结构。
微波滤波器的另一个实例在Jorge A.RuizCruz等人的“Full-Wave Design of Canonical Ridge Waveguide Filters”(2004IEEE MTT-S Digest，第603页)中给出。这种滤波器由共享公共侧壁的两个单独的脊矩形波导部分构成，其中所述脊从与公共侧壁相对的侧壁延伸。在公共侧壁中，提供许多耦合窗。
通常用于构造微波滤波器的一种特定类型的谐振器已知为同轴谐振器。本质上，这种谐振器结构可被视为同轴传输线的一部分，该传输线在一端被短路以及在另一端被电容性加载(开路)。相应地，它包括限定腔和具有纵轴的外壳，以及仅在一端电连接到外壳的同轴内部导体。在内部导体的开路端之上的一定距离内，外壳被盖封闭，使得在内部导体的一端和该盖的内表面之间存在间隙。内部导体的顶部和盖之间的自由空间被称为电容间隙。
同轴谐振器显著不同于以上描述的波导滤波器。波导滤波器的另一个实例是介质谐振器。例如，空腔谐振器是包括在两端被封闭的波导部分-通常具有矩形、圆形或椭圆横断面-的波导谐振器。由于只有一个导体存在，波导谐振器不支持横向电磁(TEM)模而仅支持横向电(TE)和横向磁(TM)模。进一步，它们具有不同的截止频率，在该频率之上电磁能量将传播以及在该频率之下电磁能量将被衰减。截止频率由横断面的尺寸确定。例如，具有矩形横断面的波导必须具有至少大于自由空间波长二分之一的宽度以在特定的频率发生传播。波导能够支持无限数量的模式，每种模式具有它自己的截止频率。
通过对比，同轴谐振器属于支持具有零截止频率的TEM模的TEM传输线谐振器的类别。它们表现出完全不同的电磁场分布。同轴谐振器的高度小于λ/4，典型地为λ/8，其中λ是对应于通带中心的波长。在谐振器底部的短路(内部导体和基板之间的电连接)被变换成谐振器顶部的电感，它与谐振器顶部的电容间隙一起形成基本谐振。由于谐振器的TE和TM模表现出对谐振器直径的强依赖性，如果TE和TM模要比TEM模保持在较高的频率，则谐振器的外径应该保持小，典型地比基本通带频率的λ/2小得多。谐振器的外径与内部导体的外径之比应该为大约3.6以保证高的谐振器品质因素，因为在这个比率相应同轴线的阻尼常数是最小的。
在包括耦合同轴谐振器的微波滤波器技术的状态中，同轴谐振器已经通过配置在相邻同轴谐振器的侧壁中的耦合装置被并排地电磁耦合。例如，在DE19623144所示的滤波器中，主通路耦合通过与耦合窗的磁耦合以及通过与电探头的电耦合实现，其中所述耦合窗和探头全部被定位于相邻同轴谐振器的侧壁中。而且，还通过相邻同轴谐振器的侧壁中的耦合窗提供磁交叉耦合。
举另一个实例，在Ji-Fuh Liang和William D.Blair的“High-QTE01 Mode DR Filters for PCS Wireless Base Stations”(IEEETransactions on Microwave Theory and Techniques，Vol.46，No.12，1998年12月)的图8中所示的微波滤波器包括与以TE01模谐振的介质谐振器相耦合的同轴谐振器。因此，在这种滤波器中实现同轴谐振器和不同类型的谐振器之间的耦合。这种耦合通过对着介质谐振器的侧壁放置同轴谐振器的侧壁以及通过在侧壁中提供适当的耦合窗来提供。但是，同轴谐振器被相对于介质谐振器旋转90度配置以适合磁场的方向。因此，还在这种情况下，同轴谐振器的耦合通过被配置在同轴谐振器的侧壁中的耦合装置实现。
包括同轴谐振器的滤波器的普遍问题在于同轴谐振器的耦合对于选择适合于特定应用的总体滤波器设计的灵活性施加限制。相应地，这些滤波器通常伴随有比较高的成本和/或高的空间要求。而且，当耦合同轴谐振器和诸如介质谐振器的不同类型谐振器时，同轴谐振器相对于介质谐振器旋转的配置具有制造困难的缺点。虽然这种缺点能够通过使用被弯曲以适合不同谐振器类型的不同场配置的耦合环或耦合探头来避免，但是这种配置要求更多的部件并且增加插入损耗。
发明内容
本发明的目的是提供包括多个谐振器的微波滤波器，该多个谐振器包括能够以成本效益高和灵活的方式构造的至少一个同轴谐振器，以及本发明的目的还在于便于同轴谐振器和其他类型谐振器之间的耦合。
该目的通过如在权利要求1中定义的微波滤波器实现。微波滤波器的优选实施例在从属权利要求中被阐述。
本发明的微波滤波器包括多个电磁耦合的谐振器。多个耦合谐振器中的至少一个谐振器是同轴谐振器，它包括具有底壁或下端壁，从下端壁向上延伸的侧壁和上端壁的外壳以及配置在外壳内并从下端壁沿着外壳的纵轴向上延伸的内部导体。根据本发明，在一个、更多或全部这些同轴谐振器的上端壁和/或下端壁中提供耦合装置，这些端壁耦合装置中的每一个被用于耦合它的同轴谐振器与相邻的谐振器。相应地，所述多个耦合的谐振器包括至少一个同轴谐振器，该谐振器在它的上端壁和/或下端壁中包括适于实现与相邻谐振器的电磁耦合，即电耦合、磁耦合或电耦合和磁耦合之组合的耦合装置。这些同轴谐振器可以在其上端壁中只包括端壁耦合装置。但是，优选为一个、更多或全部这些同轴谐振器在其上端壁以及下端壁中包括端壁耦合装置，甚至更加优选的是一个、更多或全部这些同轴谐振器只在其下端壁中包括端壁耦合装置。滤波器可以仅仅包括同轴谐振器的这种类型耦合。但是，优选的是滤波器包括除侧壁耦合之外在端壁中使用耦合装置的同轴谐振器的耦合。因此，优选的是一些同轴谐振器仅仅使用侧壁耦合被耦合，而一些同轴谐振器仅仅使用端壁耦合或除端壁耦合之外还使用侧壁耦合被耦合。
本发明基于预料不到的发现，即同轴谐振器不是必须使用在现有技术中发现的侧壁耦合被耦合，而是它们同样可以有利地使用位于其下端壁或上端壁中的耦合装置被耦合。本发明提供的优点是可以以非常灵活和成本效益高的方式制造包括同轴谐振器并具有特定滤波器特性的微波滤波器。每个严密地满足特定规范的多个谐振器，可以被耦合而不削弱许多几何结构中想要的滤波器性能。因此，容易产生需要少量空间的滤波器。而且，可以构造包括同轴谐振器和其他类型谐振器的混合的滤波器而没有与传统的这种类型滤波器相关的附加成本和制造复杂度。总之，提供高度的灵活性。
在一个优选实施例中，定位于同轴谐振器之一的端壁中的至少一个耦合装置，即至少一个端壁耦合装置，适于提供与相邻谐振器的磁耦合。因此，对于在其下端壁和/或上端壁中具有耦合装置的至少一个同轴谐振器，至少一个端壁耦合装置适于提供与相邻谐振器的磁耦合。这意味着，根据本领域普通技术人员对术语“磁耦合”的通常理解，通过这种耦合装置提供的电磁能的耦合主要经由磁场实现，即磁耦合是主要的耦合模式。虽然适于提供磁耦合的耦合装置可以被构造成提供纯粹的磁耦合，通常还将存在某种程度的电耦合(还参见公式1)。这种端壁耦合装置可以有利地包括耦合窗、耦合膜片或耦合环。在耦合窗的情况下，可以允许通过提供延伸到耦合窗中用于可调节距离的螺丝来调谐耦合强度。如果这种调谐螺丝被配置成垂直于磁场线延伸，则它对耦合强度具有最大的影响。定位于同轴谐振器的下端壁或上端壁中提供磁耦合的耦合装置可以适于提供具有正或负耦合符号的磁耦合。优选的是定位于同轴谐振器之一的端壁中和适于提供磁耦合的一个、更多或全部这些耦合装置，即适于提供磁耦合的至少一个端壁耦合装置，被定位于下端壁中。
在另一个优选实施例中，定位于同轴谐振器之一的端壁中的至少一个耦合装置，即至少一个端壁耦合装置，适于提供与相邻谐振器的电耦合。因此，对于在其下端壁和/或上端壁中具有耦合装置的至少一个同轴谐振器，至少一个端壁耦合装置适于提供与相邻谐振器的电耦合。这意味着根据本领域普通技术人员对术语“电耦合”的通常理解，通过这种耦合装置提供的电磁能量的耦合主要经由电场实现，即电耦合是主要的耦合模式。虽然适于提供电耦合的耦合装置可以被构造成提供纯粹的电耦合，通常还将存在某种程度的磁耦合。这种端壁耦合装置可以有利地包括电探头。优选的是定位于同轴谐振器之一的端壁中并适于提供电耦合的一个、更多或全部这些耦合装置，即适于提供电耦合的至少一个端壁耦合装置，被定位于下端壁中。
在另一个优选实施例中，定位于同轴谐振器之一的端壁中的至少一个耦合装置，即至少一个端壁耦合装置，适于提供与相邻谐振器的磁和电耦合。因此，对于在其下端壁和/或上端壁中具有耦合装置的至少一个同轴谐振器，至少一个端壁耦合装置适于提供与相邻谐振器的磁和电耦合。这种耦合装置提供电磁能的耦合，其中电或磁耦合都不是主要的。优选的是定位于同轴谐振器之一的端壁中并适于提供磁以及电耦合的一个、更多或全部这些耦合装置，即适于提供磁以及电耦合的至少一个端壁耦合装置，被定位于下端壁中。
在另一个优选实施例中，多个耦合的谐振器包括至少一对相邻耦合的同轴谐振器，每个同轴谐振器在其下端壁和/或上端壁中包括耦合装置，其中同轴谐振器使用定位于两个谐振器的端壁中的耦合装置被耦合，而且同轴谐振器被配置成具有相邻和相互面对的下端壁或上端壁(这包括谐振器共享共同的上端或下端壁或通过共同组件形成这些端壁的至少一部分的情况)，或使一个同轴谐振器的下端壁邻近和面向另一个同轴谐振器的上端壁(这包括第一谐振器的下端壁形成第二谐振器的上端壁的至少一部分的情况)。相应地，对于上述两种情况的第一种情况，构成这样一对的两个同轴谐振器分别在其下端壁或上端壁中具有耦合装置，而对于上述两种情况的第二种情况，一个同轴谐振器其下端壁中具有耦合装置以及另一个同轴谐振器在其上端壁中具有耦合装置。在任何情况下，所述耦合装置被配置成合作从而形成提供两个谐振器的耦合的共同耦合装置。在至少部分地通过共同组件形成相邻端壁的情况下，诸如耦合窗的两个耦合装置，可以通过诸如共同耦合窗的单个共同耦合装置形成。通过这种方式，能够实现包括多个耦合的同轴谐振器的微波滤波器的新几何结构。优选的是利用其彼此相邻的端壁之一耦合的这些对同轴谐振器中的至少一对(即一个、更多或全部这些对)包括被配置成使它其下端壁邻近另一个同轴谐振器的端壁的同轴谐振器，以及优选两个同轴谐振器被配置成具有彼此相邻的下端壁。
在一对端壁耦合的相邻同轴谐振器的情况下，进一步有利的是定位于相邻端壁中的合作耦合装置通过提供磁耦合的耦合窗形成，构成这样一对的两个同轴谐振器的纵轴相互偏移。当两个相邻的同轴谐振器必须以负耦合符号耦合时，本发明具有特别的优点。在现有技术中，负耦合仅可通过使用同轴谐振器之间的电探头实现。但是，由于需要更多部件以及增加由电阻损耗引起的插入损耗，电探头的使用相比于耦合窗(实现磁耦合)总是与附加成本相关。另一方面，利用侧壁中的窗的磁耦合仅仅导致正耦合。已经发现这是由于谐振器被配置在一个平面中从而磁场线总是围绕同轴谐振器的内部导体以相同的方向旋转。但是，两个相邻同轴谐振器之间使用耦合窗的负磁耦合可以通过上述端壁耦合的相邻同轴谐振器对之一实现，其中定位于相邻端壁中的合作耦合装置通过提供用于磁耦合的耦合窗形成，以及构成这样一对的两个同轴谐振器的纵轴相互偏移。在任何情况下，耦合窗相互对准从而形成共同耦合窗。由于耦合的符号不仅通过磁或电耦合定义，而且还通过同轴谐振器内部场的相对方向定义，负磁耦合可以通过适当地相互移位两个同轴谐振器的纵轴实现。正如从上述公式(1)能够看出，最强的负磁耦合通过移位两个谐振器从而源自两个谐振器的磁场线在磁场的重叠区域中相互反平行地延伸而获得。这种负磁耦合可以有利地被用于提供主耦合或交叉耦合。
在另一个优选实施例中，多个耦合的谐振器包括至少一对相邻耦合的同轴谐振器，构成这样一对的同轴谐振器之一被配置成具有与构成这样一对的另一个同轴谐振器的侧壁相邻的下端壁或上端壁，其中两个同轴谐振器在相邻的壁中包括耦合装置，耦合装置相互对准并且合作以提供两个同轴谐振器之间的耦合。相应地，多个耦合的谐振器包括至少一个同轴谐振器，该谐振器在其下端壁和/或上端壁中包括耦合装置，以及被配置成具有其中定位耦合装置的一个端壁，并且优选具有与相邻同轴谐振器的侧壁相邻的下端壁。后者的同轴谐振器在被配置成与另一个同轴谐振器的端壁相邻的侧壁部分中包括耦合装置。这包括至少第一谐振器端壁的一部分由另一个谐振器侧壁的一部分形成的情况。相邻壁部分中的所述耦合装置被配置用于合作从而形成提供两个谐振器的耦合的共同耦合装置。通过这种方式，能够实现包括多个耦合的同轴谐振器的微波滤波器的新几何结构。
如果所述多个谐振器包括至少一个TE模谐振器和/或至少一个TM模谐振器，即不同谐振器类型的混合，本发明提供另一个特别优点。在这种情况下，优选的是在其下端壁和/或上端壁中包括耦合装置的至少一个同轴谐振器通过在同轴谐振器的上端壁中或优选在其下端壁中提供的耦合装置与TE模谐振器或TM模谐振器耦合。相比于现有技术中谐振器被相互旋转90度的并排配置，这种配置可以更加容易地制造，并且在任何情况下提供滤波器设计的附加灵活度。所述耦合可以有利地通过配置在其上端壁中具有耦合装置的同轴谐振器或优选具有被定位在下端壁中的耦合装置的同轴谐振器使得该上端壁或下端壁分别面对TE模谐振器或TM模谐振器的侧壁(这包括端壁和相邻侧壁至少部分地通过共同元件形成的情况)而实现，视情况而定，通过在TE模谐振器或TM模谐振器的侧壁中提供耦合装置实现，视情况而定，它与同轴谐振器的相邻端壁中的耦合装置合作。TE模谐振器和/或TM模谐振器可以包括至少一个介质谐振器和/或至少一个空腔谐振器。
在优选实施例中，所述谐振器以二维或三维阵列耦合。通过这种方式，能够制造具有适当几何结构的复杂滤波器以提供特定的滤波器特性。
而且，优选的是，所述谐振器被耦合使得在至少两个谐振器之间存在交叉耦合。这种可能性非常地有利，因为交叉耦合能够在各个方面改善滤波器性能以及许多滤波器特性仅能使用交叉耦合而获得。进一步优选的是谐振器被耦合使得在其下端壁和/或上端壁中具有耦合装置的至少一个同轴谐振器和相邻谐振器之间存在交叉耦合，其中使用同轴谐振器的上端壁中的耦合装置或优选下端壁中的耦合装置提供交叉耦合。在这种情况下，可能有利的是，同轴谐振器之一的上端壁或下端壁中的至少一个耦合装置，即提供交叉耦合的至少一个端壁耦合装置，适于提供负交叉耦合。特别是，可能有利的是，同轴谐振器之一的下端壁或上端壁中提供交叉耦合的至少一个耦合装置适于提供具有负交叉耦合符号的磁交叉耦合。
在优选实施例中，所述多个耦合的谐振器只包括同轴谐振器。这些滤波器可以包括构成传统的梳状线或叉指式滤波器的部分。
虽然有可能所述多个耦合的谐振器还包括在其上端壁中具有耦合装置的至少一个同轴谐振器，该同轴谐振器通过该耦合装置与相邻的谐振器耦合，但优选的是，所述多个耦合的谐振器包括在其下端壁中具有耦合装置的至少一个同轴谐振器。特别优选的是，在其下端壁中包括耦合装置的这些同轴谐振器的至少一个在其上端壁中不包括耦合装置。会有利的是，所述多个耦合的谐振器不包括在其上端壁中具有耦合装置的同轴谐振器。位于下端壁中的耦合装置是优选的，因为它们提供更强的耦合(由于在底部磁场更强)并且在顶部必须考虑电场。
在另一个优选实施例中，在其下端壁和/或上端壁中具有耦合装置的一个、更多或全部同轴谐振器具有筒形外壳和/或筒形内部导体。
在下文中，将参考附图更加详细地描述本发明的优选实施例。
附图说明
图1a是包括多个耦合的同轴谐振器的微波滤波器的示意性透视顶视图。
图1b是图1a中所示滤波器左侧的示意性透视侧视图。
图1c是图1a中所示滤波器右侧的示意性透视侧视图。
图2是包括多个耦合的谐振器的微波滤波器的示意性透视图，该多个谐振器包括同轴谐振器和TE模谐振器。
具体实施方式
在图1a到1c中，示出了微波滤波器1。滤波器1包括具有矩形横断面并以二维阵列耦合的五个不同的同轴谐振器2a、2b、2c、2d和2e。同轴谐振器2a到2e中的每个谐振器包括空心外壳，该外壳由顶壁或上端壁3(谐振器2a和2b的上端壁通过单个板状部分形成，谐振器2c到2e的上端壁同样通过单个板状部分形成)、底壁或下端壁4(所有谐振器的下端壁通过单个板状部分形成)、以及从相应下端壁4向上延伸的侧壁5(其中一些通过相同的板状元件形成)构成。正如从图1b和1c能够理解，侧壁5具有矩形结构，它包括四个互相连接的壁部分，这些部分被配置在相应矩形下端壁4的四侧以横向地包围下端壁。五个谐振器2a到2e被以整体的结构配置，其中相邻谐振器2a和2b的侧壁5的一部分通过共同元件5a形成。同理用于包括分别部分地共享共同元件5a和5c的侧壁5的相邻谐振器2c和2d以及相邻谐振器2d和2e。而且，谐振器2a的下端壁4形成谐振器2e的下端壁4以及谐振器2d的下端壁4的一部分，谐振器2b的下端壁4形成谐振器2c的下端壁4和谐振器2d的下端壁4的一部分。
由于重量和成本的原因，谐振器2a到2e的外壳优选由铝构成。但是，它们还可以有利地由铁、铜、黄铜或殷钢构成，或者可以是包括这些或其他材料中两种或更多种的复合成分。进一步有利的材料选择包括聚合物或陶瓷材料。唯一重要的是谐振器2a到2e能够根据想要的特性制造以及材料是良导体或者被镀有诸如银的优良导电材料。
每个谐振器2a到2e还包括筒形内部导体6，在其下端附着到各自的外壳的下端壁4中央。内部导体6沿着各自外壳的纵轴从下端壁4向上延伸。内部导体6的长度小于外壳的长度从而在内部导体6的上端和相应的上端壁3之间形成电容间隙。内部导体6优选由与它们所连接到的外壳相同的材料构成，以便谐振器2a到2e能够有利地与外壳的至少一部分诸如下端壁4整体制成一片，例如通过从一块适当材料铣削或通过模塑法而整体地制造。但是，内部导体6还能够被提供作为独立的元件。在这种情况下，它们优选由铝、铁、铜、黄铜、殷钢、聚合物材料或陶瓷材料构成，或者它们可以是包括两种或更多种这些材料的复合成分。再次，唯一重要的是谐振器2a到2e能够根据想要的特性制造以及材料是良导体或者被镀有诸如银的优良导电材料。在内部导体6不与外壳的至少一部分整体形成的情况下，内部导体6可以通过螺丝或螺栓、通过焊接或钎接、通过使用适当的粘合剂、或通过在下端壁4和内部导体6上提供的配合螺纹被附着到下端壁4。
同轴谐振器2a和2b通过在分离谐振器2a和2b的侧壁5的共同部分5a中提供的耦合窗7a进行耦合。类似地，同轴谐振器2c和2d通过在分离谐振器2c和2d的侧壁5的共同部分5b中提供的耦合窗7b进行耦合，以及同轴谐振器2d和2e通过在分离谐振器2d和2e的侧壁5的共同部分5c中提供的耦合窗7c进行耦合。相应地，这些谐振器通过众所周知的侧壁耦合进行耦合。通过对比，相邻的同轴谐振器2b和2c之间的耦合通过在分离谐振器2b和2c的下端壁4的共同部分3a中提供的耦合窗7d，即通过在这些谐振器的下端壁中提供的耦合装置实现。谐振器2a、2b、2c、2d和2e的序列构成微波滤波器1的主通路。
在相邻的谐振器2a和2d之间提供另一个耦合窗8以提供交叉耦合，这些谐振器并不沿着主通路相邻。在分离谐振器2a和2d的下端壁4的共同部分3b中提供耦合窗8。因此。类似耦合窗7d，耦合窗8是在两个耦合的谐振器的下端壁中提供的耦合装置。
滤波器1中的场分别通过适当的耦合装置9a和9b被激励和抽取，该耦合装置可以例如包括孔径或耦合环。磁场在谐振器2a到2e中的分布通过特征场线10指示。在两个谐振器2b和2c的纵轴相互偏移时，耦合窗7d被配置成定位于这些谐振器的内部导体6的同一侧。所以，耦合窗7d提供具有正耦合符号的磁耦合。通过对比，耦合窗8被配置成定位于同轴谐振器2a和2d的内部导体6的相对侧上，该谐振器的纵轴也相互偏移。这种结构的耦合窗8已经被选择用于通过在耦合窗8的两侧上两个谐振器中的磁场向量相对方向的方式实现具有负耦合符号的磁交叉耦合。
微波滤波器1具有非常紧凑和节约空间的结构，有利地使用耦合窗提供负交叉耦合。
在图2中，示出了根据本发明的微波滤波器的其他实施例。滤波器21包括三个同轴谐振器22a、22b和22g以及四个介质谐振器22c、22d、22e和22f(以TE模谐振)，其中七个谐振器22a到22g以二维阵列耦合在一起。同轴谐振器22a、22b和22g与第一实施例的同轴谐振器2a到2e相同。相应地，它们包括外壳以及内部导体26，该外壳具有顶壁或上端壁23、底壁或下端壁24和侧壁25。再次，同轴谐振器的上端壁23、下端壁24以及一些侧壁25通过单个板状元件形成。介质谐振器22c到22f中的每个谐振器包括外壳，该外壳具有顶壁或上端壁(未示出)、底壁或下端壁24以及侧壁25。进一步，介质谐振器22c到22f中的每个谐振器包括配置在适当支架31上的介质圆盘30。
从图2将会理解，面对同轴谐振器22a、22b和22g的介质谐振器22c到22f的侧壁25通过单个板状元件形成，它也形成同轴谐振器22a、22b和22g的下端壁24。相应地，每个同轴谐振器22a、22b和22g被配置成使其下端壁24紧靠介质谐振器22c到22f中至少一个谐振器的一个侧壁25。
同轴谐振器22a、22b和22g中的每个谐振器包括调谐螺丝33，其在相应内部导体26之上延伸通过在上端壁23中所提供的孔。调谐螺丝33能够移动到同轴谐振器22a、22b和22g中或从其移出以便改变内部导体26的顶部和上端壁23之间的电容间隙，并借此调节谐振频率。
同轴谐振器22a和22b通过在分离谐振器22a和22b的侧壁25的共同部分25a中提供的耦合窗27耦合。类似地，介质谐振器22c和22d、介质谐振器22d和22e、以及介质谐振器22e和22f通过分离这些对谐振器的侧壁25的共同部分25b中提供的耦合窗28耦合。同轴谐振器22b和介质谐振器22c，即不同类型的谐振器之间的耦合，通过在同轴谐振器22b的下端壁24中提供的耦合窗32实现，该下端壁也构成介质谐振器22c的侧壁。耦合窗32是在同轴谐振器22b的下端壁中提供的耦合装置(同时是在介质谐振器22c的侧壁25中提供的耦合装置)。类似地，同轴谐振器22g和介质谐振器22f之间的耦合通过在同轴谐振器22g的下端壁24中提供的耦合窗32实现，该下端壁也构成介质谐振器22f的侧壁25。滤波器21的场分别通过适当的耦合装置29a和29b被激励和抽取，它们可以例如包括孔径或耦合环。在本实施例中，对于从输入耦合装置29a到输出耦合装置29b的电磁场只存在一种可能的通路，即不存在交叉耦合。
对于耦合窗27、28、32中的每个耦合窗，提供被配置成延伸到相应窗中的调谐螺丝34。通过移动调谐螺丝34到窗中或从该窗中移出，能够调节耦合强度。
尽管在滤波器21中不存在交叉耦合，将会容易地有可能通过在诸如同轴谐振器22a的同轴谐振器，和诸如介质谐振器22d的介质谐振器之间提供适当的耦合装置引入交叉耦合。这种耦合装置将会配置在相应同轴谐振器的下端壁中以及相应介质谐振器的侧壁中。类似于图1中所示滤波器1的耦合窗8的情况，这种耦合窗将适于提供负磁交叉耦合。例如，具有负耦合符号的磁交叉耦合能够通过提供被定位于同轴谐振器22a的下端壁24以及介质谐振器22d的侧壁25中的耦合窗实现。这归因于这种耦合窗的两侧上两个谐振器中磁场向量的相对方向。
微波滤波器21具有非常紧凑和节约空间的结构，有利地使用耦合窗提供同轴谐振器和介质谐振器之间的耦合。

Claims (33)

1.一种包括多个耦合的谐振器(2a-2e，22a-22g)的微波滤波器，其中该多个耦合的谐振器(2a-2e，22a-22g)包括至少一个同轴谐振器(2a-2e，22a-22b，22g)，该同轴谐振器包括：
具有下端壁(4，24)、从下端壁(4，24)向上延伸的侧壁(5，25)、以及上端壁(3，23)的外壳；以及
配置在外壳内并从下端壁(4，24)沿着外壳的纵轴向上延伸的内部导体(6，26)，
其特征在于，至少一个同轴谐振器(2a-2e，22a-22b，22g)在它的下端壁(4，24)和/或在它的上端壁(3，23)中包括用于实现相应的同轴谐振器(2a-2d，22b，22g)与相邻谐振器的电磁耦合的耦合装置(7d，8，32)。
2.根据权利要求1所述的微波滤波器，其中，至少一个同轴谐振器(2a-2e，22a-22b，22g)在其下端壁(4，24)和/或在其上端壁(3，23)中包括适于提供与相邻谐振器的磁耦合的耦合装置(7d，8，32)。
3.根据权利要求2所述的微波滤波器，其中，在其下端壁(4，24)和/或在其上端壁(3，23)中包括适于提供与相邻谐振器的磁耦合的耦合装置(7d，8，32)的至少一个同轴谐振器(2a-2d，22b，22g)中，被定位在下端壁(4，24)和/或在上端壁(3，23)中并且适于提供与相邻谐振器的磁耦合的至少一个耦合装置(7d，8，32)是耦合窗。
4.根据权利要求3所述的微波滤波器，其中，对于至少一个耦合窗(7d，8，32)，提供沿可调节的距离突入耦合窗(32)中的螺丝来调谐耦合强度。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的微波滤波器，其中，在其下端壁(4，24)和/或在其上端壁(3，23)中包括适于提供与相邻谐振器的磁耦合的耦合装置(7d，8，32)的至少一个同轴谐振器(2a-2d，22b，22g)中，被定位在下端壁(4，24)和/或在上端壁(3，23)中并且适于提供与相邻谐振器的磁耦合的至少一个耦合装置(7d，8，32)是耦合环。
6.根据权利要求2到5中任一项所述的微波滤波器，其中，在其下端壁(4，24)和/或在其上端壁(3，23)中包括适于提供与相邻谐振器的磁耦合的耦合装置(7d，8，32)的至少一个同轴谐振器(2a-2d，22b，22g)中，被定位在下端壁(4，24)和/或在上端壁(3，23)中并且适于提供与相邻谐振器的磁耦合的至少一个耦合装置(7d，8，32)适于提供正耦合。
7.根据权利要求2到5中任一项所述的微波滤波器，其中，在其下端壁(4，24)和/或在其上端壁(3，23)中包括适于提供与相邻谐振器的磁耦合的耦合装置(7d，8，32)的至少一个同轴谐振器(2a-2d，22b，22g)中，被定位在下端壁(4，24)和/或在上端壁(3，23)中并且适于提供与相邻谐振器的磁耦合的至少一个耦合装置(7d，8，32)适于提供负耦合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，至少一个同轴谐振器(2a-2e，22a-22b，22g)在其下端壁(4，24)和/或在其上端壁(3，23)中包括适于提供与相邻谐振器的电耦合的耦合装置。
9.根据权利要求8所述的微波滤波器，其中，在其下端壁(4，24)和/或在其上端壁(3，23)中包括适于提供与相邻谐振器的电耦合的耦合装置的至少一个同轴谐振器中，被定位在下端壁(4，24)和/或在上端壁(3，23)中并且适于提供与相邻谐振器的电耦合的至少一个耦合装置是电探头。
10.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，至少一个同轴谐振器(2a-2e，22a-22b，22g)在其下端壁(4，24)和/或在其上端壁(3，23)中包括适于提供与相邻谐振器的磁耦合以及电耦合的耦合装置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，所述多个耦合的谐振器(2a-2e，22a-22g)包括至少一对相邻的耦合的同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)，每个同轴谐振器在其下端壁(4)和/或在其上端壁(3)中包括耦合装置(8；7d)，构成这样一对的同轴谐振器之一(2a；2b)被配置成其下端壁(4)或上端壁(3)相邻于构成这样一对的另一个同轴谐振器(2d；2c)的下端壁(4)或上端壁(3)，其中所述两个同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)在相邻的端壁中包括耦合装置(8；7d)，这些耦合装置(8；7d)相互对准并合作以提供所述两个同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)之间的耦合。
12.根据权利要求11所述的微波滤波器，其中，在以其彼此相邻的端壁之一耦合的至少一对同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)中，所述两个同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)中的一个同轴谐振器被配置成其下端壁(4)相邻于另一个同轴谐振器的端壁(3，4)。
13.根据权利要求11所述的微波滤波器，其中，在以其彼此相邻的端壁之一耦合的至少一对同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)中，所述两个同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)被配置成其下端壁(4)彼此相邻。
14.根据权利要求11到13中任一项所述的微波滤波器，其中，对于以其彼此相邻的端壁之一耦合的至少一对同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)，被定位于相邻的端壁(3，4)中的合作耦合装置(8；7d)由提供磁耦合的耦合窗形成，以及其中，构成这样一对的所述两个同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)的纵轴相互偏移。
15.根据权利要求14所述的微波滤波器，其中，对于以其彼此相邻的端壁(3，4)之一耦合并被配置成其纵轴相互偏移的至少一对同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)，选择所述偏移以使得通过耦合窗(8；7d)提供的磁耦合具有负耦合符号。
16.根据权利要求15所述的微波滤波器，其中，对于以其彼此相邻的端壁(3，4)之一耦合并被配置成其纵轴相互偏移以使得通过耦合窗(8；7d)提供的磁耦合具有负耦合符号的至少一对同轴谐振器(2a，2d；2b，2c)，所述具有负耦合符号的磁耦合提供交叉耦合。
17.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，所述多个耦合的谐振器(2a-2e，22a-22g)包括至少一对相邻的耦合的同轴谐振器，构成这样一对的同轴谐振器之一被配置成其下端壁(4，24)或上端壁(3，23)相邻于构成这样一对的另一个同轴谐振器的侧壁(5，25)，其中，所述同轴谐振器在这些相邻壁中包括耦合装置，这些耦合装置相互对准并合作以提供所述两个同轴谐振器之间的耦合。
18.根据权利要求17所述的微波滤波器，其中，在以一个同轴谐振器的端壁之一相邻于另一个同轴谐振器的侧壁而耦合的至少一对同轴谐振器中，所述两个同轴谐振器中的一个同轴谐振器被配置成其下端壁相邻于另一个同轴谐振器的侧壁。
19.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，所述多个谐振器包括至少一个TE模谐振器(22c-22f)和/或至少一个TM模谐振器(22c-22f)。
20.根据权利要求19所述的微波滤波器，其中，在其下端壁(24)和/或其上端壁(23)中具有耦合装置(32)的至少一个同轴谐振器(22b，22g)通过定位于该同轴谐振器(22b，22g)的下端壁(24)或上端壁(23)中的耦合装置(32)与TE模谐振器(22c，22f)或TM模谐振器(22c，22f)耦合。
21.根据权利要求20所述的微波滤波器，其中，所述多个耦合的谐振器(2a-2e，22a-22g)包括至少一对相邻的耦合的谐振器，构成这样一对的谐振器之一是在其下端壁(24)和/或在其上端壁(23)中包括耦合装置(32)的同轴谐振器(22b；22g)，而另一个是TE模谐振器(22c；22f)或TM模谐振器(22c；22f)，其中，所述同轴谐振器(22b；22g)被配置成其下端壁(24)或上端壁(23)分别相邻于TE模谐振器(22c；22f)或TM模谐振器(22c；22f)的侧壁(25)，以及其中，所述两个谐振器(22b，22c；22g，22f)在这些相邻的壁(24，25)中包括耦合装置(32)，这些耦合装置(32)相互对准并合作以提供所述两个谐振器(22b，22c；22g，22f)之间的耦合。
22.根据权利要求21所述的微波滤波器，其中，在通过被配置成其端壁(24)之一相邻于TE模谐振器(22c；22f)或TM模谐振器(22c；22f)的侧壁(25)的同轴谐振器(22b；22g)形成的至少一对耦合的谐振器(22b，22c；22g，22f)中，所述同轴谐振器(22b；22g)被配置成其下端壁(24)分别相邻于TE模谐振器(22c；22f)或TM模谐振器(22c；22f)的侧壁(25)。
23.根据权利要求19到22中任一项所述的微波滤波器，其中，TE模谐振器(22c；22f)和/或TM模谐振器(22c；22f)包括至少一个介质谐振器(22c；22f)和/或至少一个空腔谐振器。
24.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，所述谐振器(2a-2e，22a-22g)以二维或三维阵列耦合。
25.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，所述谐振器(2a-2e，22a-22g)被耦合以使得在至少两个谐振器之间存在交叉耦合。
26.根据权利要求25所述的微波滤波器，其中，所述谐振器(2a-2e，22a-22g)被耦合以使得在其下端壁(4)和/或上端壁(3)中具有耦合装置(7d，8)的至少一个同轴谐振器(2a，2d)与相邻谐振器之间存在交叉耦合，其中，使用在该同轴谐振器(2a，2d)的下端壁(4)或上端壁(3)中的耦合装置(7d，8)提供该交叉耦合。
27.根据权利要求26所述的微波滤波器，其中，在同轴谐振器(2a，2d)之一的下端壁(4)或上端壁(3)中的提供交叉耦合的至少一个耦合装置(7d，8)适于提供负交叉耦合。
28.根据权利要求26或27所述的微波滤波器，其中，在同轴谐振器(2a，2d)之一的下端壁(4)或上端壁(3)中的提供交叉耦合的至少一个耦合装置(7d，8)适于提供具有负交叉耦合符号的磁交叉耦合。
29.根据权利要求1到18以及24到28中任一项所述的微波滤波器，其中，所述多个耦合的谐振器(2a-2e)只包括同轴谐振器(2a-2e)。
30.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，在其下端壁和/或上端壁中具有耦合装置的至少一个同轴谐振器具有筒形外壳。
31.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，在其下端壁和/或上端壁中具有耦合装置的至少一个同轴谐振器具有筒形内部导体。
32.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，所述多个耦合的谐振器(2a-2e，22a-22g)包括至少一个同轴谐振器(2a-2e，22a-22b，22g)，该同轴谐振器在其下端壁(4，24)中包括用于耦合相应的同轴谐振器与相邻谐振器的耦合装置(7d，8，32)。
33.根据前述权利要求中任一项所述的微波滤波器，其中，所述多个耦合的谐振器(2a-2e，22a-22g)不包括在其上端壁(3，23)中具有耦合装置的同轴谐振器。
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