低損耗可調諧的射頻濾波器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請是于2011年10月26日提交的美國專利申請序列號13/282,289的部分 繼續申請，美國專利申請序列號13/282, 289是2010年12月2日提交的現發布為美國專 利號8, 063, 714的美國專利申請序列號12/959,237的繼續申請，美國專利申請序列號 12/959, 237是2009年11月17日提交的現發布為美國專利號7, 863, 999的美國專利申 請序列號12/620,455的繼續申請，美國專利申請序列號12/620,455是2008年6月27日 提交的現發布為美國專利號7, 639, 101的美國專利申請序列號12/163,814的繼續申請， 美國專利申請序列號12/163, 814要求2007年6月27日提交的美國臨時專利申請序列號 60/937, 462的優先權并且是2006年11月17日提交的現發布為美國專利號7, 719, 382的 美國專利申請序列號11/561,333的部分繼續申請，該申請全部通過引用并入本文。
技術領域
[0003] 本發明總體上設及微波電路，W及具體設及微波帶通濾波器。
【背景技術】
[0004] 電濾波器已被長期用于電信號的處理。具體地，該種電濾波器被用來通過使期望 的信號頻率通過，同時阻斷或衰減其他不期望的電信號頻率，來從輸入信號中選擇期望的 電信號頻率。濾波器大體可被分成一些類別，包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、和 帶阻濾波器，其指示被濾波器選擇性通過的頻率類型。此外，濾波器可按類型分為如己特沃 斯、切比雪夫、反切比雪夫和楠圓濾波器，其指示濾波器相對于理想的頻率響應提供的帶形 頻率響應（頻率截止特性）的類型。
[0005] 通常使用的濾波器的類型取決于預期用途。在通信應用中，帶通濾波器通常被用 在蜂窩基站和其他電信設備中，W濾除或阻斷除了一個或多個預定義頻帶之外的所有頻帶 中的RF信號。例如，通常將該種濾波器用在接收機的前端W濾除會損害基站或電信設備中 的接收機組件的噪聲和其他不需要的信號。在接收機天線輸入處直接放置清晰界定的帶通 濾波器，將通常消除由期望的信號頻率附近的頻率處的強干擾信號導致的多種不利影響。 因為該濾波器在接收機天線輸入的放置，插入損耗必須非常低，W便不降低噪聲系數。在大 多數的濾波器技術中，實現低插入損耗需要濾波器睹度或選擇性方面的相應折中。
[0006] 在商業電信應用中，通常期望使用窄帶濾波器來篩選出盡可能小的通帶，W使固 定的頻譜能夠被分割成盡可能大的數目的頻帶，從而增加能夠適配在固定頻譜中的實際 用戶的數目。隨著無線通信的急劇上升，該種濾波應當在日益不利的頻譜中提供高度的 選擇性（區分由小的頻率差分離出的信號的能力）和敏感度（接收弱信號的能力）。最 特別重要的是用于建模蜂窩通信的800MHZ-900MHZ范圍和用于個人通信服務（PCS)的 1，800MHZ-2, 200MHz范圍的頻率范圍。
[0007] 本發明最感興趣的是在軍事（例如，RADAR)、通信、和電子情報巧LINT)、與諸如在 通信應用（包括蜂窩）的商業領域中，在寬范圍的微波和RF應用中對于高品質因數Q(即， 測量存儲能量的能力，從而與它的功率消耗或損耗負相關）、低插入損耗、可調諧的濾波器 的需求。在許多應用中，接收機濾波器必須可調諧W選擇期望的頻率或捕獲干擾信號頻率。 因此，假如插入損耗非常低，在接收機天線和接收機中的第一非線性元件（通常是低噪聲 放大器或混頻器）之間引入線性、可調諧的帶通濾波器，提供了寬范圍的RF微波系統的顯 著優點。
[000引例如，在商業應用中，可朗尋PCS使用的1，800MHZ-2, 200MHz的頻率范圍分割成若 干較窄的頻帶（A-F帶），在任何給定區域僅其子集可被電信運營商使用。因此，對于能夠被 重新配置W與該些頻帶中任何選定的子集操作的基站和手持單元是有益的。作為另一個實 施例，在RADAR系統中，無論來自"友好地"附近源還是來自干擾器的高振幅干擾信號可W 脫敏接收機或與高振幅雜波信號電平互調而給出假目標指示。因此，在高密度的信號環境 中，RADAR報警系統經常變得完全不可用，在該種情況下，跳頻將是有用的。
[0009] 一般使用兩個電路構建塊構建微波濾波器：非常有效地存儲一個頻率f。處的能量 的多個諧振器；W及禪合諧振器之間的電磁能W形成多階或多極的禪合器。例如，四極濾波 器可包括四個諧振器。給定禪合器的強度由它的電抗（即，電感和/或電容）決定。禪合 器的相對強度決定濾波器的形狀，W及禪合器的拓撲結構決定濾波器執行帶通功能還是帶 阻功能。諧振頻率f。大致上由各個諧振器的電感和電容決定。對于常規的濾波器設計，濾 波器有效（active)的頻率由構成濾波器的諧振器的諧振頻率決定。每個諧振器必須具有 非常低的內阻，W使濾波器的響應由于W上討論的原因而尖銳且高選擇性。對于低電阻的 要求更多推動給定技術的諧振器的大小更小和成本更低。
[0010] 典型地，由于常規濾波器的大小和成本將隨著實現它所需的諧振器的數目線性增 長，所W將固頻濾波器設計為使實現一定形狀所需的諧振器的數目最小化。如在用于半導 體器件的情況中，光刻限定的濾波器結構（如高溫超導體（HT巧、微電子機械系統（MEM巧、 和薄膜體聲波諧振器（FBAR)濾波器中的那些）對比常規的組合或介質濾波器縮放的該種 大小和成本多不敏感。
[0011] 現在用于設計可調諧濾波器的方法遵循W上關于固頻濾波器描述的相同方法。因 此，他們導致非常高效、有效且簡單的電路，即，他們導致實現給定的濾波器響應所必須的 最簡單的電路。在現有的調諧技術中，調節濾波器的所有諧振頻率W調諧濾波器的頻率。 例如，如果期望增加器件的工作頻帶50MHz，那么所有的窄帶濾波器的諧振頻率必須增加 50MHz。雖然該種現有技術已經普遍成功地調節頻帶，但是它不可避免地將電阻引入至諧振 器中，從而不利地增加濾波器的插入損耗。
[0012] 盡管可W在不引入顯著電阻至諧振器的情況下，通過機械移動濾波器中每個諧振 器上的HTS板來調諧HTS濾波器W改變它的諧振頻率，但是該種技術固有地慢（在秒的量 級）并且需要相對大的=維調諧結構。在所謂的開關式濾波器設計中可W降低插入損耗； 然而，該些設計在開關時間之間仍引入顯著的損耗量并且需要附加的諧振器。例如，通過設 置兩個濾波器和一對在濾波器之間選擇的單刀雙擲開關（SP2T)可W降低濾波器系統的插 入損耗，從而有效降低調諧范圍需求，但是增加兩個因子的諧振器數目并且從開關引入損 耗。可W通過引入更多的開關和濾波器進一步降低濾波器系統的損耗，但是每個附加的濾 波器將需要與原濾波器相同數目的諧振器，并且將由所需的開關引入更多的損耗。
[0013] 因此，仍然需要提供可W在減少的插入損耗下快速調諧的帶通濾波器。
【發明內容】
[0014] 根據本發明的第一方面，提供了一種射頻（R巧濾波器。RF濾波器包括具有輸入和 輸出的信號傳輸路徑、沿著輸入和輸出之間的信號傳輸路徑布置的多個諧振元件、和將諧 振元件禪合在一起的多個非諧振元件。將諧振元件禪合在一起W形成具有對應于諧振元件 的各個頻率的多個傳輸零點的阻帶和傳輸零點之間的至少一個子帶。非諧振元件具有位于 阻帶內的至少一個反射零點處的電納值，W在至少一個子帶中的子帶內創建通帶。
[0015] 非諧振元件包括用于在阻帶內選擇性引入至少一個反射零點W在一個子帶中創 建通帶的至少一個可變的非諧振元件。在一個實施方式中，提供了多個子帶，在該種情況 下，可變的非諧振元件可W用于沿著阻帶移位反射零點W在子帶中的選定子帶內創建通 帶。通帶在選定子帶內可W具有顯著不同的帶寬。在另一個實施方式中，可變的非諧振元 件用于在阻帶內移位至少另一個反射零點，W在子帶中的另一個子帶內創建另一個通帶。
[0016] 例如，可變的非諧振元件可W具有例如可調節的電納，并且可W包括一個或多個 可變電容器、低損耗開關（loss-lossswitch)、變容二極管和開關電容器。在一個實施方式 中，盡管諧振元件可W采用W期望的頻率諧振的任何結構的形式，但是每個諧振元件包括 薄膜集總元件結構（如，例如，高溫超導體（HTS))。
[0017] RF濾波器進一步包括配置為接收工作溫度和基于接收的工作溫度調節可變的非 諧振元件的電控制器，從而沿著阻帶選擇性地移動反射零點W在子帶中的選定子帶內移動 通帶。在一個實施方式中，配置電控制器用于調節可變的非諧振元件W在阻帶內選擇性地 引入反射零點，W在一個子帶中創建通帶。例如，每個非諧振元件可W具有彼此并聯禪接W 形成電容電路的多個電容器和禪接至至少一個電容器的至少一個開關。然后可W配置電控 制器用于通過操作開關選擇性地包括或排除電容電路的至少一個電容器來改變電容電路 的電容而改變各個非諧振元件的電抗，從而在阻帶內選擇性地移動反射零點W在選定子帶 中移動通帶。
[001引可W將電控制器配置為調節可變的非諧振元件，從而沿著阻帶選擇性地移動反射 零點，W使通帶返回至頻率范圍內的標稱設計位置（nominalas-desi即edlocation)。在 該種情況下，可W將電控制器配置為基于接收的工作溫度調節至少一個諧振元件，從而沿 著阻帶選擇性地移動對應于諧振元件的每個頻率的傳輸零點，W使通帶返回至頻率范圍內 的標稱設計位置。
[0019] 在一個實施方式中，RF濾波器進一步包括配置為測量工作溫度的溫度傳感器，在 該種情況下，將電控制器配置為接收溫度傳感器測量的工作溫度。RF濾波器可W進一步包 括存儲器，其存儲包括分別對應于不同的工作溫度的多個參考工作溫度和多個調節設置的 組的查找表。在該種情況下，將電控制器配置為比較測得的工作溫度與查找表中的多個參 考工作溫度，選擇對應于最接近測量的工作溫度的參考工作溫度的調節設置的組，W及根 據該調整設置的組調節可變的非諧振元件。
[0020] 通過閱讀優選實施方式的W下詳細描述，本發明的其他和進一步的方面和特征將 更加明顯，該優選實施方式旨在示出而不是限制本發明。
【附圖說明】
[0021] 附圖示出了本發明的優選實施方式的設計和實用性，其中，相同的參考標號指代 相同的元件。為了更好地理解如何獲得本發明的上文所列舉的及其他優點和目的，將通過 參考本發明的特定實施方式給出上面簡要描述的本發明的更具體描述，特定實施方式示出 在附圖中。應當理解，該些附圖僅描繪本發明的典型實施方式，因此不應被認為限制本發明 的范圍，將通過使用附圖，利用附加的特征和細節來描述W及解釋本發明，在附圖中：
[0022] 圖1是根據本發明的一個實施方式構造的可調諧射頻（R巧濾波器的框圖。
[0023] 圖2是使用8個諧振元件的示例性寬阻帶的建模頻率響應的曲線圖。
[0024] 圖3是圖2的頻率響應的曲線圖，其中，已經在阻帶的子帶內引入了通帶。
[0025] 圖4a至圖4g是圖2的頻率響應的曲線圖，其中，已經在阻帶的選定子帶內引入了 通帶。
[0026] 圖5a至圖5d是圖2的頻率響應的曲線圖，其中，阻帶已經頻移并且已經在移位的 阻帶的子帶的各個位置處引入了通帶
[0027] 圖6是示出了同時移位圖2的頻率響應的傳輸零點W延長在圖4a至圖4g的阻帶 的選定子帶內引入的通帶的范圍的曲線圖。
[002引圖7a至圖7f是使用9個諧振元件的示例性寬阻帶的建模頻率響應的曲線圖，其 中，已經在阻帶的選定子帶內引入了通帶W覆蓋個人通信服務（PCS)的頻率范圍；
[0029] 圖8是示出了獨立移位圖7a至圖7f的頻率響應的傳輸零點W適應在阻帶的選定 子帶內引入的通帶的曲線圖；
[0030] 圖9a至圖9f是圖2的建模頻率響應的曲線圖，其中，已經在阻帶的選定子帶內引 入了多個通帶；
[0031] 圖10是根據本發明的另一個實施方式構造的可調諧RF濾波器的框圖。
[003引圖11是圖10的濾波器的建模頻率響應的曲線圖，其中，已經在移位的阻帶的子帶 的各個位置處引入了通帶；
[0033] 圖12是示出了用于圖10的可調諧RF濾波器中的非諧振元件的禪合值相對于圖 11的通帶的頻移的變化的曲線圖；
[0034] 圖13a