天線和濾波器結構的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及用于處理電信號的濾波器和天線。
【背景技術】
[0002]單模的介電濾波器在許多通信系統中具有廣泛的使用，包括在蜂窩通信行業之內的低和高功率使用兩者。特別地，在許多手持裝置中使用的雙工濾波器通常將采用該形式的濾波器技術，并且存在某些較高功率的應用，雖然與商業產品相關聯的高損耗通常將它們的使用限制到幾瓦特(平均功率)或更低的功率級別。
[0003]為了在介電濾波器設計中實現陡峭的滾降(roll-off)以及寬通帶帶寬，通常需要串聯地級聯多個介電諧振器。該工藝通常將導致在(想要的)通帶中的損耗的顯著增加，這是由于介電材料本身的插入損耗(即，在該材料之內的介電損耗)以及將能量傳送入以及出電介質中的耦合損耗兩者。
[0004]對使用多模濾波器的興趣正在增長，因為這些濾波器允許介電材料片(或者“冰球體(puck)”)被有效地多次重新使用以形成更復雜的濾波器特性。這將通常具有比等同的單模諧振器能夠實現的更陡峭的滾降和更寬的通帶帶寬。其通常還將導致較低的損耗，因為信號需要被耦合到介電材料中和被耦合出介電材料的次數減少。典型的示例將是三模濾波器，其中在三個維度或“平面”一一X平面、Y平面和Z平面一一中激勵介電材料。激勵可以是H場(磁)或E場(電)或者兩者的組合(以任何比率)的形式。在圖1A至IC中示出了在立方體100中的三模諧振，其中的每個示出了模式中的不同的一個。在這些圖中，由實線箭頭示出E場(在圖1A的情況下指向紙面中)，并且由環繞E場線的環中的虛線表示H場。
[0005]在圖1A至IC中示出的結構是空腔濾波器的結構。這是被廣泛使用并且固有低損耗的結構，這歸因于接觸電介質并且“反射”在電介質之內設立的場的較大的金屬面積一一該較大的金屬面積減少在金屬中的I2R損耗。相對而言，傳輸線濾波器(例如，梳狀線或交指濾波器)一般將電流集中在相對小的導體中并且因此一般具有較高的損耗。
[0006]空腔濾波器通常具有大且沉重的缺點，然而使用多模方法允許濾波器的電介質被(實際上)多次使用并且因此允許濾波器針對在其響應中的給定數量的極點和零點更緊密。例如，三模濾波器可以具有每諧振器多達三個極點和三個零點，而常規的單空腔濾波器將僅具有最多一個極點和一個零點，并且因此將需要三倍數量的諧振器來實現相同的濾波器特性。
[0007]使用多模方法的結果是具有原理上低成本結構、低損耗和小尺寸的濾波器(或諧振器)。這在有源天線應用中是高度有利的，在有源天線應用中在每個有源天線產品中需要許多濾波器——例如，在16元件(element)900 MHz有源天線產品中通常將需要多達16個。除非使用小的、低成本、低損耗的濾波器，否則產品變得過于沉重或者過于昂貴而不能被大規模部署。
[0008]有源天線系統還包含天線元件以輻射和接收信號。這些天線元件一致(unison)地動作以形成單個束或多個束，這取決于饋送它們的一個或多個信號的相位關系或者相位和幅度關系。這樣的系統在本領域公知并且這里將不詳細描述。
[0009]雖然在有源天線架構中使用的多模濾波器可以帶來顯著的益處，但是仍然可能進一步改善這樣的系統。通常指定用于這樣的系統的雙工濾波器通常具有到被設計成輻射和接收所期望的無線電信號的天線元件的直接連接。盡管該連接的長度短，但是由于所涉及的各種阻抗的失配(這樣的失配不是由設計引起，而是由在所涉及的各種部件和材料的制造工藝中的不足產生)并且由于所使用的導體的非零的電阻兩者，該連接將招致損耗。例如，在冰球體上使用的耦合結構(即，在冰球體上的傳導性接口，用于將信號傳遞入和/或出冰球體)和在其上安裝冰球體的PCB之間將存在失配，連同在PCB走線中的損耗；在將該PCB連接到在其上形成天線元件的PCB (如果其是貼片天線)或者到已形成的金屬天線結構(例如，偶極子)的同軸(或其他傳輸線)連接中也將存在損耗。甚至輻射元件本身將具有非零的電阻率并且因此具有某些損耗。單獨地，這些損耗中的每個將非常小，但是合計起來，它們將具有對總體天線的EIRP (有效各向同性輻射功率)及其接收噪聲系數的明顯的影響。
[0010]圖2示出了針對在例如有源天線系統中形成雙工器214的兩個濾波器210和212的連接以及天線元件216的典型示意圖。如從該圖可見的那樣，需要多個傳輸線，連同從例如濾波器210和212 (例如，介電諧振器)到它們的相關聯的傳輸線218、220和222的轉變。這些轉變將不可避免地招致某些小的失配損耗，并且由于傳輸線218、220和222的有限的電阻率，傳輸線218、220和222本身也將招致損耗。同樣，從最終傳輸線222到天線元件216的轉變也將招致某些失配相關的損耗。最后，天線元件216本身將具有非零的電阻率，并且因此將引入損耗。單獨地，這些損耗將是小的，但合計起來，總數通常將在I至2 dB的范圍中，這取決于針對所涉及的頻率和各種元件而選擇的技術。這些損耗將使天線系統的傳輸EIRP和接收敏感度(噪聲系數)兩者降級并且減少其覆蓋面積。
【發明內容】
[0011]根據一個方面，本發明的實施例提供了一種組合的濾波器和天線結構，其包括多模空腔濾波器和天線。所述濾波器包括被提供有傳導性覆蓋物的介電體以及接口，所述接口被布置以在所述體中的駐波與在所述體的外部傳送的電流之間交換能量。所述天線被布置以在所述體之外的行波與在所述體的內部的駐波之間交換能量。所述天線包括第一窗口，其被提供在所述覆蓋物中。以該方式形成的結構可以緊密地組合濾波和天線操作。
[0012]在某些實施例中，所述接口可以包括被提供在所述覆蓋物中的第二窗口以及連接到在第二窗口中的體的傳導性材料的接觸(contact)。所述接觸可以是被提供在第二窗口中的體上的傳導性材料貼片。這樣的貼片可以延伸到第二窗口的邊緣并且電連接到所述覆蓋物。所述接觸可以是刺入到(penetrate into)在第二窗口中的體中的傳導性探針。
[0013]第一窗口可以是在所述覆蓋物中的直槽。所述槽可以與電流平行或垂直，所述電流對應于當正在使用所述結構時將被建立在所述體中的駐波。
[0014]在某些實施例中，第一窗口可以以第一和第二交叉直槽的方式是十字形的。第一槽可以與第二槽垂直地伸展(run)。第一和第二槽可以分別與當正在使用所述結構時將被建立在所述體中的第一駐波和第二駐波平行。
[0015]所述接口可以包括被提供在所述覆蓋物中的第二窗口、在第二窗口中的體上的第一傳導性走線以及在第二窗口中的體上的第二傳導性走線，其中第一和第二走線被配置成分別優選地(preferentially)親合到第一和第二駐波。
[0016]在某些實施例中，所述天線可以包括在第一窗口中的體上的傳導性材料的島(island)。
[0017]在某些實施例中，所述接口可以包括被提供在所述覆蓋物中的第二窗口以及連接到在第二窗口中的體的傳導性材料的接觸，其中所述天線還包括與所述島分離的接地平面，其中定位所述接地平面以至少部分地覆蓋第二窗口。
[0018]在某些實施例中，所述