包括具有多边形横截面的管状导电外壳的频率选择装置的制作方法

1.本发明涉及频率选择装置，如滤波器和双工器，其包括设置在导电外壳内的带状导体。
2.背景介绍
3.开发了许多不同设计的滤波器和其他频率选择装置，以改善其频率特性和减小尺寸。采用传统印刷电路板技术制造的带状线滤波器生产成本低，但当通带和阻带被窄频带分开时，装置的插入损耗过大。因此，需要将金属带状导线设置在导电外壳内，以减少插入损耗。包括主传输线和与主线并联的开放式短截线的通带滤波器最适合制造，因为可以通过冲压制造。专利us 5015976、us 5192297和us 5291161描述了这种滤波器的几种改进，但是当通带和阻带被窄频带分隔时，不能使用已知的设计，因为形成开放式短截线的一些带状线的阻抗是非常高和非常窄的金属带状线，不能用冲压制成。因此，提供由窄频带分隔的通带和阻带滤波器包括许多专利申请所描述的空腔谐振器，如us 3448412、us 6735766、ep 2928011 a1、ep 3104452 a1、ep 3179552 a1。这种滤波器的生产成本远高于包括带状线的滤波器的生产成本，因为空腔谐振器的制造比带状线的制造更复杂。
4.由于现代无线通信工业使用大量的频率选择设备，因此需要开发一种简单结构，当通带和阻带被窄边界带分隔时，能够提供低插入损耗和低生产成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的是开发一种结构简单的滤波器，该滤波器形成由窄边界带分隔的通带和阻带。该滤波器提供低无源互调值、低插入损耗和低生产成本。
6.本发明的目的是克服已知通带滤波器的不足，并提供一种结构简单的滤波器，其插入损耗在从通带到阻带的边界带上急剧增加。例如，降低现代移动通信使用的600-6000mhz频带内工作的滤波器的生产成本和插入损耗，并在通带和阻带之间提供1-7％的边界带。
7.一种意在达到本发明目的的滤波器，包括形成传输线的串联部分的分支带状导体，和与串联部分并联的开放式短截线，设置在具有宽壁和窄壁的管状导电外壳内。
8.所述窄壁包括开口，所述滤波器的分支带状导体的末端设置在开口处。导电外壳包括至少两个区域，其中宽壁之间的距离至少相差20％。例如，第一区域中的两个宽壁之间的距离，比第二区域中的两个宽壁之间的距离大至少20％。形成开放式短截线的分支带状导体的部分设置在宽壁之间距离最大的区域，例如第一区域。
9.开放式短截线在高于或低于通带的频率处形成衰减极点。分支带状导体由与导电外壳隔离的整块金属制成，并且仅通过端部连接到同轴电缆的内导体，同轴电缆连接到滤波器的输入和输出端口。分支带状导体由泡沫介电基板支撑，并由介电引脚固定在其上。
10.与设置在宽壁之间距离较小的外壳部分处的串联连接部分的阻抗相比，设置在宽壁之间距离最大部分的开放式短截线具有显著更高的阻抗。这种结构在衰减极点附近产生窄衰减带，因此可以在通带和阻带之间提供窄带边界。使用一个扁平螺旋形状的开放式短
截线可以额外增加它的阻抗。因此，根据本发明的滤波器急剧增加了从通带到阻带的插入损耗，并能提供高达1-2％的边界带。
11.所提供的滤波器不包括相互接触的分离金属部分，因为以整块金属制备而成的分支带状导体与导电外壳隔离，导电外壳呈管状，也以整块金属制成。结果，与包括导电外壳的已知滤波器相比，这种简单结构的滤波器提供较低水平的无源互调和较低的生产成本，该导电外壳具有通过螺钉压合在一起的盖，以及压合或焊接到导电外壳的短路短截线。
12.分支带状导体以整块金属通过冲压制成，并由泡沫介电基板支撑，可提供非常小的生产公差，因此，所提供的滤波器是在没有调谐过程的情况下制造的，并且不包含调谐螺钉。因此，其生产成本低于已知滤波器的生产成本，提供低插入损耗。
附图说明
13.本发明的一些实施例通过下列图纸描述，其中：
14.图1a和1b示出了第一类通带滤波器的带状线顶视图，该带状线包括由us5291161(现有技术)描述的主线和开放式短截线，并且其插入损耗的频率特性在高于通带的频带上急剧增加。
15.图2a和2b示出了第二类通带滤波器的带状线俯视图，该带状线包括由us5291161(现有技术)描述的主线和开放式短截线，并且其插入损耗的频率特性在低于通带的频带上急剧增加。
16.图3是根据本发明的具有两个短截线的滤波器的原理图。
17.图4为滤波器的频率特性s11和s21，其原理图如图3所示，传输线长度ln和阻抗zn见表1。
18.图5为滤波器的模拟频率特性s11和s21，其原理图如图3所示，传输线长度ln和阻抗zn见表2。
19.图6a和6b示出直开放式短截线，其具有0.01mm厚度，和扁平螺旋形状的开放式短截线，其具有1.4mm宽度和1.4mm匝距。
20.图7示出滤波器的频率特性s11和s21，其原理图如图3所示，传输线长度ln和阻抗zn见表2。
21.图8显示根据本发明的滤波器的金属外壳。
22.图9是根据图3所示的原理图形成的滤波器的分支带状导体的俯视图。
23.图10是包括分支带状导体的组件的透视图，组件设置在四个介电泡沫基板之间。
24.图11显示了由图9-10所示元件组成的滤波器的侧视图。
25.图12是示出根据本发明的滤波器的第一优选实施例的透视图，其同轴电缆连接到滤波器的输入和输出端口。
26.图13为图8-12所示滤波器的频率特性s11和s21。
具体实施方式
27.应当理解，本发明不限于以上附图所公开的特定形式。本发明将覆盖落入如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
28.本发明的目的是降低通带滤波器的生产成本和插入损耗，在通带和阻带之间提供
1-7％的分离，用于现代移动通信。
29.如图1a和2a所示已知滤波器的带状线由连接到滤波器输入和输出端口的带状主导体，和与带状主导体并联电连接的开放式短截线。这种结构的滤波器形成在比通带更高的频带上急剧增加的插入损耗的频率特性，如图1所示；形成在比通带更低的频带上急剧增加的插入损耗的频率特性，如图2所示。
30.对不同原理图进行了计算和优化，以找到滤波器的最佳结构，该滤波器在824-880mhz通带处提供低插入损耗，在900-960mhz阻带处提供约20至21db的衰减。因此，选择图3所示的原理图，以在通带处提供理想的匹配，在阻带处提供衰减。该滤波器包括两个与带状线的串联部分并联的开放式短截线。
31.图4是滤波器的计算频率特性s11和s21，其原理图如图3所示。滤波器在824-880mhz通带处提供s11＝-21db，在900-960mhz阻带处提供s21＝-20db。通带和阻带由20mhz频带分隔，即通带和阻带之间的中间频率的2.2％。
32.表1包括形成滤波器的传输线的长度ln和阻抗zn，该滤波器提供了图4所示的频率特性。表1的第三行包括形成图3所示原理图的元件的带状导体的宽度。针对厚度为0.5mm的带状导体，计算带状导体的宽度wn，该带状导体设置导电外壳的内部，导电外壳的宽壁之间具有7mm的距离，该带状导体设置在泡沫介电基板之间，该泡沫导电基板的介电渗透率为1.06。
33.表1
[0034] n1n2n3n4n5l,mm99.9579.747.3183.0694.83z,ohm3087.5100156.521.5w,mm16.193.262.430.5224.05wn,mm13.628.571.981.9520.27
[0035]
传输线的阻抗彼此相差7倍以上，分支带状导体部分的宽度彼此相差38倍以上。最窄的部分n4，w＝0.52mm，不能通过冲压制成。最宽的部分n5，w＝24mm，因此计算的滤波器的尺寸太大。计算出的滤波器的带状导体无法制造，因为最窄的部分不适合大规模生产。需要增加导电外壳宽壁之间的距离，使带状线n6更宽，但分支带状导体的所有其他部分也将会更宽，滤波器的尺寸将大于规定的尺寸。因此，需要寻找另一种方法来开发具有指定尺寸和低插入损耗的简单结构的滤波器。
[0036]
导电外壳制成细长形状，有宽墙和窄墙，包括两个区域。两个区域的宽壁之间的距离不同。形成开放式短截线的分支带状导体的部分设置在宽壁之间的距离较大的区域，而其他部分设置在宽壁之间的距离较小的区域。
[0037]
表1的最后一行包括计算出的带状导体宽度wn，该带状导体构成图3所示原理图的元件，开放式短截线n2和n4设置在宽壁之间的距离为16mm的区域，串联部分n1、n3和n5设置在宽壁之间的距离为6mm的区域。开放式短截线n4的宽度增加到1.95mm,n5的宽度减少到20.3mm。导电外壳的这种形状和导体部分的配置增加了开放式短截线的宽度，并减少了串联部分的宽度。滤波器的插入损耗较小，因为插入损耗主要取决于开放式短截线的宽度。取决于串联部分宽度的滤波器长度也更小。所有n1-n5部分都宽于1.9mm，因此可以通过冲压制作分支带状导体。因此，所提供的滤波器结构简单，制造成本低，适合批量生产。
[0038]
计算具有图3所示原理图的滤波器的第二个实施例，以提供设置在通带下方的阻带。表2包括传输线的长度ln和阻抗zn，提供了如图5所示的频率特性。滤波器在1885-2025mhz通带提供s11＝-20db，在1710-1830mhz阻带提供s21＝-19.5db。针对0.5mm厚度的带状导体，计算带状导体的宽度wn，该带状导体设置在泡沫介电基板之间，该泡沫导电基板具有的介电渗透率为1.06，该泡沫导电基板位于导电外壳内部，导电外壳宽壁之间距离为7mm。
[0039]
表2
[0040] n1n2n3n4n5l,mm27.3641.167.2443.6520.28z,ohm27.2249.860.5122.232.99w,mm18.23-6.261.4214.4wn,mm15.350.015.212.3112.1
[0041]
表2第三行所示的计算结果显示，z＝249.8ohm的分支带状导体的n2部分太窄，因此无法制造。表2的最后一行包括计算出的分支带状导体的宽度wn，开放式短截线n2和n4设置在宽壁之间的距离为10mm的区域，串联部分n1、n3和n5设置在宽壁之间的距离为6mm的区域。开放式短截线n2的宽度增加到0.01mm，n1的宽度减小到15.35mm。计算出的滤波器不能通过冲压制造，因为开放式短截线n2仍然太窄。
[0042]
经过进一步的研究，发现第二种方法可以增加带状导体的宽度，从而形成具有高阻抗的开放式短截线。对扁平螺旋形状的开放式短截线的频率特性的研究表明，与直开放式短截线相比，扁平螺旋的带状导体的宽度明显更宽，可以在衰减极点附近提供大致相同的频率特性。在图6a和6b中相应地示出直开放式短截线26，其宽度为0.01mm，以及呈扁平螺旋形状的开放式短截线27，其宽度为1.4mm，匝间距离为1.4mm。
[0043]
开放式短截线26和27设置在宽壁间距10mm的区域，并相应地连接到带状导体28和29，带状导体28和29设置在宽壁间距6mm的区域，形成阻抗为50ohm的传输线。如图7所示，这些开放式短截线的模拟频率特性s11和s21具有在相同频率1832mhz的衰减极点。频率特性1和3相应地描述了直开放式短截线的s11，和呈扁平螺旋形状开放式短截线的s11。
[0044]
频率特性2和4相应的描述了直开放式短截线的s21，和呈扁平螺旋形状开放式短截线的s21。宽度为0.04mm的开放式短截线在78mhz频带提供10db的衰减，宽度为1.4mm的扁平螺旋短截线在80mhz频带提供10db的衰减。因此，可以用宽度明显更宽的扁平螺旋短截线代替狭窄的直短截线。宽度为1.4mm的扁平螺旋形状的开放式短截线可以通过冲压制造，与分支带状导体的其他部分一起制造，因此这种滤波器的制造成本低廉。
[0045]
图8显示了根据本发明的滤波器的金属外壳7。金属外壳7包括空腔8，空腔8由宽壁和两个窄壁11和12形成，宽壁由部分9、10和15、16组成。部分9和10之间的距离是6mm，部分15和16之间的距离是10mm。所述窄壁11包括具有纵向狭缝19的纵向空腔20。开口13a和13b贯穿空腔8内部。窄壁11上的开口14a和14b在开口13a和13b附近切割纵向空腔20，形成部分30a和30b。开口14c切割纵向空腔20的中部。
[0046]
图9是根据图3所示的原理图，形成滤波器的分支带状导体5的俯视图，其中传输线具有表2的最后一行所示的阻抗。两个开放式短截线设置在宽壁之间有10mm距离的区域。开放式短截线n2具有扁平螺旋形状，以额外增加其阻抗。开放式短截线n4弯曲90度，以减少过
滤器的尺寸。部分n1,n3和n5设置在宽壁之间有6mm距离的区域。孔6用于介质引脚，将分支带状导体5固定到介电泡沫基底上。对分支带状导体的尺寸进行了优化，以补偿在分支带状导体的部分彼此连接的位置处的不连续性的影响。
[0047]
图10是一个组件的透视图，该组件由分支带状导体5组成，该分支带状导体5设置在四个介电泡沫基板18a-18d之间，并通过介电针脚17通过孔6与之固定。介电质泡沫基板18a-18d包括孔25a和25b，孔25a和25b在开放式短截线n2和n4相对设置。孔25a和25b降低了开放式短截线n2和n4的谐振频率特性对介电泡沫基板的厚度和介电常数的依赖性。因此，滤波器的频率特性较少依赖于生产公差。
[0048]
图11是由图8-10所示元件组成的滤波器的侧视图。如图10所示的组装安装在图9所示的金属外壳7的空腔8内，并朝着开口13a和13b移动，从而将分支带状导体5的端部5a和5b相应地放入开口13a和13b中。
[0049]
图12是透视图，显示根据本发明的滤波器的第二实施例，同轴电缆21a和21b连接到滤波器的端口。如图10所示的组件设置在外壳7内部的空腔8处，分支带状导体5的端部5a和5b相应地设置在开口13a和13b中。同轴电缆21a、21b通过开口14c安装在纵向空腔20内，其内导体22a、22b相应地焊接在分支带状导体5的端部5a和端部5b。同轴电缆21a、21b的外导体23a、23b设置在纵向空腔20的内部。设置在开口13a和14a之间的同轴电缆21a的一部分被焊接到部分30a。
[0050]
焊料通过所述纵向狭缝19渗入所述纵向空腔20中。开口13a和14a将部分30a与窄壁11的其他部分部分地隔开，并防止在将外导体23a焊接到部分30a期间热量从部分30a扩散。因此，焊接过程需要较少的加热。保护管24a和24b覆盖外导体23a和23b，并在焊接端附近提供支撑，防止外导体23a和23b在振动时破裂。此外，保护管24a和24b将外部导体23a和23b的未焊接部分与外壳7隔离，并防止它们接触。因此，根据本发明的滤波器提供了低水平的无源互调。
[0051]
图13是图8-12所示滤波器的模拟频率特性s11和s21。该滤波器在1885-2025mhz通带提供s11＝19db，插入损耗s21小于0.2db。在1710-1830mhz阻带，衰减s21＝-19.5db。
[0052]
形成开放式短截线的带状导体的螺旋形状允许额外增加带状导体的宽度。因此，根据本发明的滤波器比已知滤波器提供更小的插入损耗。此外，与具有非常窄的开放式短截线的已知滤波器的匹配相比，所提供的滤波器的匹配对生产公差的依赖性更小。
[0053]
分支带状导体也可以用传统印刷电路板技术制造，提供非常窄的带状导体宽度，并形成具有高阻抗的开放端短截线。例如，基板设置在两个金属板中间，两个金属板间隔10mm，厚度为0.27mm、介电常数为2.5，在该基板上形成的w＝0.1mm的带状导体的阻抗约为250ohm。因此，所提供的滤波器可用于通带和阻带必须由窄边界带分隔的许多应用。还可以创建从宽频带抑制极窄频带的陷波滤波器。