阅读说明：本技术 用于高性能交叉耦合rf滤波器的可调谐探头 (Tunable probe for high performance cross-coupled RF filters ) 是由 T·帕姆 于 2019-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于高性能交叉耦合RF滤波器的可调谐探头。一种可调谐探头(100,300)包括：第一谐振器(114,314)；与所述第一谐振器(114,314)隔开的第二谐振器(114,314)；和从所述第一谐振器(114,314)延伸到所述第二谐振器(114,314)的交叉耦合部(120,320)。所述交叉耦合部(120,320)包括：第一基板(202-1)和第二基板(202-2),所述第一基板和所述第二基板被布置在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间,以在所述第一谐振器和所述第二谐振器(114,314)之间产生电容。所述交叉耦合部(120,320)还包括连接所述第一基板(202-1)和所述第二基板(202-2)的线(206),以及围绕所述线(206)的电介质(208)。(The present invention relates to a tunable probe for a high performance cross-coupled RF filter tunable probe (100,300) includes a resonator (114,314), a second resonator (114,314) spaced apart from the resonator (114,314), and a cross-coupling section (120,320) extending from the resonator (114,314) to the second resonator (114,314), the cross-coupling section (120,320) including an th substrate (202-1) and a second substrate (202-2), the th and second substrates being disposed between the resonator and the second resonator to create capacitance between the resonator and the second resonator (114,314), the cross-coupling section (120,320) further including a line (206) connecting the th substrate (202-1) and the second substrate (202-2), and a dielectric (208) surrounding the line (206).)

用于高性能交叉耦合RF滤波器的可调谐探头

技术领域

本公开大体涉及用于射频(RF)应用的可调谐探头，例如带通滤波器。

背景技术

通信系统利用各种滤波器以随着频率变化选择性地允许或抑制信号。通常，抑制或阻止噪声或不需要的频率，并允许期望的信号通过以进行处理。一些带通滤波器使用共振的元件来构造。

一种类型的通信系统即卫星通信系统利用范围为1至30千兆赫(GHz)的微波通信频率。许多基于卫星的通信系统构件的附加目标是减轻重量以便降低与将卫星发射到轨道相关的成本以及利用经批准的空间技术构件。开发利用经批准的材料、减轻重量并提供正确的信号处理特性的通信材料是一项挑战。

发明内容

在本公开的一个方面，一种可调谐探头包括：第一谐振器；与所述第一谐振器隔开的第二谐振器；以及从所述第一谐振器延伸到所述第二谐振器的交叉耦合部。所述交叉耦合部包括：第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板被布置在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，以在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间产生电容。所述交叉耦合部还包括连接所述第一基板和所述第二基板的线，以及围绕所述线的电介质。

在本发明的另一个方面，一种用于可调谐探头的交叉耦合部包括：第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板都具有第一部分和第二部分。线连接所述第一基板和所述第二基板的所述第一部分，并且电介质围绕所述线。在一个实施方式中，所述第一部分是金属部分，并且所述第二部分是氧化铝基板部分。

在本发明的另一方面，提供了一种调谐可调谐探头的方法。在该方法中，在第一谐振器和第二谐振器之间布置交叉耦合部。该交叉耦合部包括：第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板被布置在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，以在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间产生电容；连接所述第一基板和所述第二基板中的每一者的线；和围绕所述线的电介质。所述方法还包括：沿所述第一谐振器和所述第二谐振器之间的横轴调节所述交叉耦合部的位置；以及在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间将所述交叉耦合部结合就位。附加方面由本专利的权利要求限定。

附图说明

图1是根据本公开的实施方式的第一可调谐探头的等距视图；

图2是根据本公开的实施方式的图1中所示的第一可调谐探头的交叉耦合部分的详细视图；

图3是根据本公开的实施方式的第二可调谐探头的等距视图；

图4是根据本公开的实施方式的可调谐探头的信号处理特性的图表；

图5示出了根据本公开的实施方式的交叉耦合部；和

图6是根据本公开的实施方式调谐可调谐探头的方法。

具体实施方式

图1是根据本公开的实施方式的第一可调谐探头的等距视图。具体地，图1示出了可调谐探头100，该可调谐探头包括连接到壳体116的可调谐探头入口110以及可调谐探头出口112。可调谐探头100可借由可调谐探头入口110和出口112而连接到通信系统中，以便为通信系统中的射频(RF)信号提供滤波特性。壳体116包括在第一臂122和第二臂124之间的间隙119。可调谐探头100还可包括围绕壳体布置在谐振器114之间的各个可调螺钉118。

可调谐探头100还包括多个谐振器114。如在整个说明书中所使用的，谐振器的位置是在谐振器编号之后用后缀表示(例如，“114-6”中的“6”表示第六谐振器位置)。因此，在图1中，可调谐探头100包括十二(12)个谐振器114。谐振器114可以由壳体116内的圆柱形空腔来实现。谐振器114被包括在壳体116内邻近可调谐探头入口110的第一谐振器位置114-1处。根据编号惯例，谐振器位置从可调谐探头入口110开始沿着壳体116沿逆时针方向递增地增加。因此，沿逆时针方向前进，在第一谐振器位置114-1之后的下一个谐振器位置是第二谐振器位置114-2。该惯例继续到与可调谐探头出口112相邻的第十二(最终)谐振器位置114-12。

根据一实施方式，可调谐探头100包括与第二谐振器114间隔开的第一谐振器114。例如，第一谐振器114可以位于第四谐振器位置114-4处，第二谐振器114可以位于第九谐振器位置114-9处，第二谐振器114与第一谐振器114间隔开并且在第一谐振器114对面。交叉耦合部120从第一谐振器114延伸到第二谐振器114。将结合图2的论述更详细地讨论交叉耦合部120。

通常，可调谐探头中的谐振器114成对分组。例如，可调谐探头100包括六对谐振器114。六对中的每一对均包括彼此对置定位的两个谐振器114。第一对包括位于第一谐振器位置114-1和第十二谐振器位置114-12处的谐振器114。第六对包括位于第六谐振器位置114-6和第七谐振器位置114-7处的谐振器114。如稍后在说明书中所讨论的，一种改善可调谐探头的信号处理能力的方法是增加壳体116内的谐振器114对的数量。然而，这种方法导致较大壳体中的多余材料。另一种方法是在一对谐振器之间包括交叉耦合部，例如交叉耦合部120。在较高频率下，导线可以能够提供足够的电容以提供期望的信号处理特性。然而，在4GHz以下的频率下，仅仅导线的电容可能不足以实现期望的响应。

图2是根据本公开的实施方式的图1中所示的第一可调谐探头的交叉耦合部的详细视图。具体地，图2示出了视图200，该视图是可调谐探头100的一部分的俯视图并且详述了交叉耦合部120的各方面。交叉耦合部120包括靠近位于谐振器位置114-4处的第一谐振器114的第一基板202-1，以及靠近位于谐振器位置114-9处的第二谐振器114的第二基板202-2。交叉耦合部120被布置在第一和第二谐振器114之间，以在第一和第二谐振器114之间产生电容。线206连接第一基板202-1和第二基板202-2。电介质208围绕线206。在一些实施方式中，线206是银线，但是当然可以使用其他导电材料，例如铜、金等。电介质208还防止线206与壳体116短路。

在一些实施方式中，第一和第二谐振器114布置在壳体116中。第一臂122和第二臂124之间的空间限定了间隙119。线206横过间隙119延伸以限定暴露的线部分，并且电介质208围绕暴露的线部分。

在一些实施方式中，可调谐探头100被配置为分别在具有8至12GHz和1至2GHz之间的频率范围的X和L微波通信/无线电/频带中的一者或两者下操作。在这样的频率范围内，单独用作一对谐振器114之间的交叉耦合部的导线的电容不足以产生可调谐探头的期望滤波性能。为了提供足够的电容，在两个谐振器114之间延伸的交叉耦合部120包括通过线206连接的第一基板202-1和第二基板202-2。第一基板202-1定位成靠近位于第四谐振器位置114-4处的第一谐振器114，并且第二基板202-2定位成靠近位于第九谐振器位置114-9处的第二谐振器114。在一些这样的实施方式中，第一基板202-1和第二基板202-2的材料被选择为具有9.5和10.0之间的材料介电常数(ε_r并且也示为Er)。一种这样的材料可包括氧化铝基板。

如图2中进一步详述的那样，第一基板202-1和第二基板202-2二者可以分别包括第一部分216-1和216-2以及第二部分218-1和218-2。线206将第一基板202-1的第一部分216-1与第二基板202-2的第一部分216-2相连接。在一些实施方式中，第二部分218-1、218-2朝向包括第一谐振器或第二谐振器的相应谐振器114、314定向。这样，第一基板202-1的第二部分218-1朝向位于第一部分216-1的与线206相反的一侧的第一谐振器114定向(例如，定位成邻近或面对第一谐振器114)。类似的是，第二基板202-2的第二部分218-2朝向位于第一部分216-2的与线206相反的一侧的第二谐振器114定向(例如，定位成邻近第二谐振器114)。在各种实施方式中，第一部分216-1、216-2的材料是金属(例如，银、金)，第二部分218-1、218-2的材料是基于期望的材料介电常数(例如，氧化铝基板)来选择的。

第一基板202-1和第二基板202-2的第一部分216-1、216-2可以是矩形的并且具有长度和宽度尺寸。此外，第一基板202-1和第二基板202-2的第二部分218-1、218-2也可以是矩形的并且具有与第一部分216-1、216-2相同的长度和宽度尺寸。可以基于可调谐探头100的期望滤波参数来选择第一部分216-1、216-2和第二部分218-1、218-2的尺寸(例如，横截面积)。除了矩形之外，第一部分216-1、216-2和第二部分218-1、218-2的尺寸也可以是圆形、椭圆形等。

在构造第一基板202-1和第二基板202-2时，第一部分216-1、216-2的内表面附着至线206。将第一部分附着至线206的示例性方法包括用环氧树脂结合、焊接等。第一部分216-1、216-2的与内表面相对的外表面附着至第二部分218-1、218-2。将第一部分附着至第二部分的示例性方法包括用环氧树脂结合、将第一部分216-1、216-2的边缘围绕第二部分折叠以部分地包围并机械地捕获第二部分218-1、218-2，等等。在一些实施方式中，基板202-1、202-2包括直接附着至线206的第二部分218-1、218-2，而没有第一部分216-1、216-2。

在一些实施方式中，可至少部分地通过沿横轴220调节电介质208的位置来调谐可调谐探头100。横轴220在第一和第二谐振器114之间延伸并且可平行于线206的纵轴。在第一和第二谐振器114之间沿横轴220的、基于期望调谐确定的位置处，将电介质208固定(例如，用环氧树脂结合)到线206。

壳体116还可以包括沿着横轴220在每个臂122、124中的凹槽。所述凹槽被配置为接收电介质208的一部分以允许电介质208沿着横轴220平移，以有助于调谐可调谐探头100。除了将电介质208结合到线206之外，电介质208的一部分还可以在凹槽处结合到壳体116。

图3是根据本公开的实施方式的第二可调谐探头的等距视图。具体地，图3示出了可调谐探头300的等距视图。可调谐探头300类似于结合图1讨论的可调谐探头100。虽然可调谐探头100包括总共十二个谐振器114，其中交叉耦合部120在第四谐振器位置114-4和第九谐振器位置114-9处的谐振器之间延伸，但是同样可以实现其他配置。例如，可调谐探头300包括八个谐振器，其中交叉耦合部在第二和第七位置处的谐振器之间延伸。

可调谐探头300的构件类似于可调谐探头100的类似编号的构件，可调谐探头300包括可调谐探头入口310、可调谐探头出口312、多个谐振器314以及具有第一臂322和第二臂324的壳体316。第一臂322和第二臂324限定间隙319。交叉耦合部320布置在第一谐振器314和第二谐振器314之间。与可调谐探头100相比，第一个区别在于：可调谐探头300包括8个谐振器314(与可调谐探头100的12个谐振器114相比)。第二个区别是：交叉耦合部320在位于第二谐振器位置314-2处的第一谐振器314和位于第七谐振器位置314-7处的第二谐振器314之间延伸(与可调谐探头100的在位于第四和第九谐振器位置处的谐振器114之间延伸的交叉耦合部120相比)。

图4是根据本公开的实施方式的可调谐探头的信号处理特性的图表。具体的，图4是示出了可调谐探头100的滤波特性的图表400。在图表400中，竖轴表示以分贝(dB)为单位测量的信号电平。横轴表示以GHz为单位测量的通信信号的频率。如横过可调谐探头入口110和可调谐探头出口112在每个不同频率下测量的，曲线402示出了正向传输，并且曲线410示出了正向反射。

如正向传输曲线402所例示的，可调谐探头100用作以大约2GHz为中心的带通滤波器。这由具有在1.96GHz和2.2GHz之间的0dB测量的带通区域404指示。第一陷波406位于带通区域404正下方的频率(例如，1.92GHz)。第二陷波408位于带通区域404正上方的频率(例如，2.25GHz)。在带通区域404之外，正向传输曲线402的值急剧下降。这发生在第一陷波406处和之下的频率(例如，1.92GHz)以及第二陷波408处和之上的频率(例如，2.25GHz)。在第一谐振器和第二谐振器之间延伸的交叉耦合部120的放置导致正向传输曲线402中的陷波406、408。至少部分地基于电介质208沿横轴220的横向位置以及基板202-1、202-2的尺寸来确定陷波406、408的陡度(例如，正向传输曲线402的斜率)。

图5示出了根据本公开的实施方式的交叉耦合部。具体地，图5示出了交叉耦合部520，其可以类似于并且代替这里公开的交叉耦合部120和320使用。交叉耦合部520包括第一基板202-1和第二基板202-2、电介质208以及线506。第一基板202-1和第二基板202-2均包括位于线506附近的第一部分216-1、216-2，以及与第一部分216-1、216-2相对的第二部分218-1、218-2，第二部分218-1、218-2被配置成朝向谐振器(例如，114、314)定向。线506类似于线206，并且还包括在线506的每个端部上的弯曲部508-1、508-2和附接部分510-1、510-2。

为了组装交叉耦合部520，通过电介质208的钻孔***线的初始直的且未弯曲的段。使用成形工具来弯曲所述线，以向线的初始直的且未弯曲的段引入弯曲部508-1、508-2和附接部分510-1、510-2。替代的是，所述线可最初包括位于线的第一端的一个弯曲部508和一个附接部分510，使线的第二端是直的且未弯曲的。在线的第二端***穿过电介质208中的孔之后，可以使线的第二端弯曲以引入第二弯曲部508和第二附接部分510。

第一基板202-1和第二基板202-2附接到线506的相应端部上的相应附接部分510-1、510-2。附接部分510-1、510-2基本上垂直于第一基板202-1和第二基板202-2，并且提供增加的表面积以将基板202-1、202-2附接到线506。在附接部分510-1、510-2处将线506附接到基板202-1、202-2的示例方法包括在配合表面512-1、512-2处将这些部件焊接和金环氧化在一起。

作为调谐探头(例如100)的一部分，交叉耦合部520可以沿着一对谐振器之间的横轴(例如沿着横轴220)***到壳体(例如116)中。线506在确定的位置处被结合到电介质208，以调谐探头(例如，调节带通区域的任一端处的陷波的斜率)。

工业适用性

本公开的教导在整个工业中具有广泛的用途。在一个非限制性实施例中，可调谐探头100在基于卫星的通信系统中用作带通滤波器，在X和L频带中的任一个中操作。在这样的实施例中，一个工程目标是用批准用于卫星通信系统的材料制造可调谐探头。另一个工程目标是减小可调谐探头的总重量和尺寸。最终的工程目标是使可调谐探头允许大约X或L频带的通信频率通过，同时衰减带通区域之外的频率。

虽然在以下实施例中使用可调谐探头100，但是可以使用任何其他合适的可调谐探头(例如可调谐探头300、具有不同数量的谐振器或不同位置的交叉耦合部的可调谐探头)。

可调谐探头100包括由一列批准的材料制造的构件。例如，线206由银制成，并且相应的基板202-1、202-2的第二部分218-1、218-2由氧化铝基板制成。交叉耦合部120在位于第四谐振器位置114-4处的第一谐振器114和位于第九谐振器位置114-9处的第二谐振器114之间延伸。

交叉耦合部120中的氧化铝基板在第一和第二谐振器114之间提供足够的电容，以便在带通区域404的任一端处提供适当的陷波406、408。可调谐探头100还能够如结合图6所述那样被调谐。

图6是根据本公开的实施方式的调谐可调谐探头的方法。具体的，图6示出了方法600，该方法包括：在方框602，在谐振器之间布置交叉耦合部；在方框604，沿横轴调节交叉耦合部的位置；以及在方框606，将交叉耦合部结合就位。

举例来说，可以使用可调谐探头100以执行方法600，但是这里公开的任何其他可调谐探头和交叉耦合部可以类似地用于执行方法600。在方框602的这样的实施例中，交叉耦合部120被布置在第一和第二谐振器114之间，例如被布置在位于第四谐振器位置114-4和第九谐振器位置114-9处的谐振器之间。交叉耦合部120可以是这里所述的任何交叉耦合部，并且包括通过线206连接的第一基板202-1和第二基板202-2，其中电介质208围绕线206。

在方框604，沿着第一和第二谐振器114之间的横轴220调节交叉耦合部120的位置。在方框606，将交叉耦合部120在第一和第二谐振器114之间的经调节位置处结合就位。

此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：

条款1：一种可调谐探头，所述可调谐探头包括：第一谐振器；与所述第一谐振器隔开的第二谐振器；以及从所述第一谐振器延伸到所述第二谐振器的交叉耦合部，所述交叉耦合部包括：第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板被布置在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，以在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间产生电容；连接所述第一基板和所述第二基板的线；和围绕所述线的电介质。

条款2：根据条款1所述的可调谐探头，其中所述第一基板和所述第二基板的材料介电常数(Er)介于9.5和10.0之间。

条款3：根据条款1所述的可调谐探头，其中所述第一基板和所述第二基板包括氧化铝基板。

条款4：根据条款1所述的可调谐探头，其中所述可调谐探头被配置为在X和L频带中的一者或两者操作。

条款5：根据条款1所述的可调谐探头，其中所述可调谐探头是带通滤波器，其被配置为通过2GHz的频率。

条款6：根据条款1所述的可调谐探头，其中所述第一基板和所述第二基板都包括结合到所述线的金属部分以及面对包括所述第一谐振器或所述第二谐振器在内的相应谐振器的氧化铝基板部分。

条款7：根据条款1所述的可调谐探头，其中：所述第一谐振器和所述第二谐振器被布置在限定间隙的壳体中；所述线横过所述间隙延伸以限定暴露的线部分；并且所述电介质围绕所述暴露的线部分。

条款8：根据条款1所述的可调谐探头，其中所述线包括银线。

条款9：根据条款1所述的可调谐探头，其中能至少部分地通过沿横轴调节所述电介质的位置并将所述电介质结合到所述第一谐振器和所述第二谐振器之间的所述线而调谐所述可调谐探头。

条款10：根据条款1所述的可调谐探头，其中至少部分地通过选择所述第一基板和所述第二基板的尺寸来调谐所述可调谐探头。

条款11：根据条款1所述的可调谐探头，其中：所述可调谐探头包括十二个谐振器；第一谐振器位于第四谐振器位置；并且第二谐振器位于与所述第四谐振器位置相对的第九谐振器位置。

条款12：根据条款1所述的可调谐探头，其中：所述可调谐探头包括八个谐振器；第一谐振器位于第二谐振器位置；并且第二谐振器位于与所述第二谐振器位置相对的第七谐振器位置。

条款13：一种用于可调谐探头的交叉耦合部，该交叉耦合部包括：第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板都具有第一部分和第二部分；连接所述第一基板和所述第二基板的所述第一部分的线；和围绕所述线的电介质。

条款14：根据条款13所述的交叉耦合部，其中所述交叉耦合部被配置为布置在第一谐振器和第二谐振器之间以在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间产生电容。

条款15：根据条款14所述的交叉耦合部，其中所述交叉耦合部被配置为至少部分地通过沿着所述第一谐振器和所述第二谐振器之间的横轴定位所述交叉耦合部来调谐所述可调谐探头。

条款16：根据条款13所述的交叉耦合部，其中所述第一基板和所述第二基板包括具有介于9.5和10.0之间的材料介电常数(Er)的氧化铝基板。

条款17：根据条款14所述的交叉耦合部，其中所述第二部分朝向包括所述第一谐振器或第二谐振器在内的相应谐振器定向。

条款18：根据条款13所述的交叉耦合部，其中所述第一基板和所述第二基板用环氧树脂结合到所述线。

条款19：根据条款13所述的交叉耦合部，其中所述电介质用环氧树脂结合到所述线。

条款20：一种调谐可调谐探头的方法，该方法包括：

在第一谐振器和第二谐振器之间布置交叉耦合部，该交叉耦合部包括：第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板被布置在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，以在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间产生电容；连接所述第一基板和所述第二基板中的每一者的线；和围绕所述线的电介质；

沿所述第一谐振器和所述第二谐振器之间的横轴调节所述交叉耦合部的位置；以及

在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间将所述交叉耦合部结合就位。

尽管前面的文本阐述了许多不同实施方式的详细描述，但应该理解，合法的保护范围由本专利结尾处所陈述的权利要求的文字限定。详细描述仅被解释为示例性的，并未描述每个可能的实施方式，因为描述每个可能的实施方式即使不是不可能也是不切实际的。使用当前技术或在本专利申请日之后开发的技术可以实现许多替代实施方式，这仍然落入限定保护范围的权利要求的范围内。

还应该理解，除非在这里中明确定义术语，否则无意明确或暗示限制该术语的含义超出其惯常或普通含义，并且该术语不应被解释为限制基于本专利任何部分中做出的任何陈述(权利要求的语言除外)的范围。在这里以与单个含义一致的方式引用本专利结尾处的权利要求中所述的任何术语的范围，仅为了清楚起见以不使读者感到困惑，并且其并非旨在通过暗示或其他方式使此类权利要求术语仅限于该单一含义。