专利名称：可调高频滤波器装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及射频工程领域。特别地讲，其涉及一种如权利要求1的前序部分所述的可调射频滤波器装置及其制造方法。
作为示例，从US-A-6147577可获知一种上述类型的射频滤波器装置。
EP-A1-0601369中以示例的方式给出了一种单个可调介电谐振器，其中，可移动介电体可在一个介电谐振元件中的切口中沿着竖直或水平方向直线移动。
背景技术：
特别是在没有合适的基础设施的崎岖地带，移动式无线链路连接部件(LOS，视线)已被证明可用于快速灵活地构建无线通信网络，这些移动式无线链路连接部件在2GHz以上(例如4.4至5GHz；或14.62至15.23GHz)的频率范围内工作。在用于这种定向无线链路的传输和接收设备内需要合适的滤波器特别是带通滤波器来执行信号处理，所述滤波器不仅被设计成可用于各个频率，而且可自动调谐，并且突出优点的是在调谐范围内具有恒定的高品质因数。
然而，除了基本电和射频特性以外，诸如上述这些滤波器还必须可低成本地制造，并且必须具有健壮设计，而且必须被设计得可以可靠地使用且可节省空间和减轻重量。特别是空间(体积)和重量是决定总通信系统的移动性的主要因素。
过去，为了降低诸如上述这些滤波器的谐振腔的尺寸，已经逐渐有人提出在谐振腔中布置一个作为可调基本元件的介电谐振元件的解决方法，所述介电谐振元件的谐振结构可以改变，以调谐所述滤波器。这样一种解决方法借助实例描述于最开始引用的US-A-6147577中。在这种公知的解决方法中，一个第一圆形介电圆盘(陶瓷盘)作为一个谐振器布置在滤波器的每个谐振腔中的固定位置。一个完全相同的第二圆形介电圆盘平行地位于所述第一圆形介电圆盘的上方，并且可通过电子控制的电机驱动装置相对于第一圆形介电圆盘竖直升起和再次降低。上述目的所需的直线运动由一个数字步进电机产生，所述步进电机的转动通过一个复杂的螺杆机构转换为直线运动。
这种公知的滤波器装置具有多种不足之处首先，在可移动圆盘的直线运动过程中使圆盘位置具有相对较高的准确性和重复性相对较难，而这正是使滤波器具有良好调谐性能所需要的。其次，直线运动所需要的调节机构需要非常大的空间。从US-A-6147577中的图4可以很容易地看出，布置在谐振腔上方的电动调节机构占滤波器的整个结构体积的大约2/3。而且，由于上圆盘可在竖直方向上移动，因此，谐振腔起始时就必须被设计得相对较大。
同样在开始时引用的EP-A1-0601369提出了一种单个可调介电谐振器，其中，一个偏心切口设在布置于谐振腔中的固定位置处的介电圆盘中，一个被成形为与偏心切口匹配的介电体可较大或较小程度地进入所述偏心切口中。通过调节插入深度调谐所述谐振器。为了上述目的，介电体可借助于一个呈杆的形式的保持器在竖直方向(EP-A1-0601369中的图1)或水平方向(EP-A1-0601369中的图2)上直线移动。关于这种解决方法所能实现的调谐响应，没有进行更多细节陈述。而且，也没有给出通过机械结构实现的调节机构，因此，这种方案事实上应认为只是纸面上的现有技术，其可行性是非常值得怀疑的。特别地，这种解决方案还具有与已在较前描述的那些解决方案相同的由直线运动所引起的不足。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种可调射频滤波器装置和一种它的低成本且简单的制造方法，所述可调射频滤波器装置可低成本地制造，突出优点是其特别紧凑和具有健壮设计，并且具有良好的射频特性，而且具有有利的调谐响应。
上述目的通过权利要求1和27中的全部技术特征实现。作为一种可调滤波器模组，本发明的本质是提供一种具有一个介电谐振元件的谐振腔，所述介电谐振元件布置在一个固定位置上，并且具有一个偏心切口，在所述偏心切口中布置着一个可转动的介电体。所述介电体在所述偏心切口中的这种可转动布置允许将所述介电谐振元件设计得极其紧凑。上述转动可被设计得具有非常高的精度，从而，可实现高的调谐准确性和重复性。
根据本发明的所述滤波器装置的一个优选改进方面的突出特征在于，所述介电谐振元件呈平坦圆盘形式，所述介电体可绕着与所述介电谐振元件的圆盘平面成直角的旋转轴线转动，并且所述介电谐振元件具有预定厚度，而且所述介电体在所述旋转轴线方向上的高度与所述介电谐振元件的厚度大致相等。
上述这一方面的进一步改进已被发现具有特别有利的调谐特性，其中，所述介电谐振元件中的所述偏心切口为一个与所述旋转轴线同心的圆柱形通孔，并且所述介电体的外部尺寸以下述方式与所述介电谐振元件中的所述偏心切口匹配，即两者之间仅由狭窄气隙隔开，而且所述介电体在与所述旋转轴线成直角的第一方向上由两个平行平面限定边界，在与所述旋转轴线和所述第一方向均成直角的第二方向上由两个与所述旋转轴线同心的圆柱形包络面限定边界。
在所述介电谐振元件中和所述金属谐振腔中的不良干涉场优选由具有一个中心通孔的所述介电谐振元件抑制。
使所述介电谐振元件和所述介电体由相同材料制成也非常有利。
根据另一个改进方面，如果使至少一个滤波器容纳在一个优选为矩形的滤波器外壳中，所述滤波器装置总体上会具有特别简单和紧凑的设计，其中，所述滤波器外壳由一个底板和与所述底板成直角以用作侧壁的壁板形成，所述壁板的顶面由一个与所述底板平行的电机安装板罩盖着，并且所述滤波器中的所述谐振腔由嵌入在所述滤波器外壳中且与所述底板成直角的分隔板形成，而且安装狭槽设在所述底板、所述壁板和所述分隔板中，所述底板、壁板和分隔板借助于所述安装狭槽彼此插装在一起并相互连接，特别是通过焊接相互连接。在这种情况下，所述谐振腔的电磁相互作用可以这种特别简单的方式实现，即在各个分隔板中的预定点处设置耦合开口、特别是耦合狭槽。
本发明的另一个改进方面的突出特征在于，优选为圆形的开口在所述电机安装板中设在每个所述谐振腔的上方，相应的所述介电谐振元件和相应的所述介电体通过所述开口保持在所述谐振腔中，并且所述介电谐振元件和所述介电体是与所述谐振腔关联且安装在所述电机安装板上的调谐单元的一部分，而且在每种情况下所述调谐单元均具有一个通过所述电机安装板中的所述开口的用于保持所述介电谐振元件的固定保持器、一个通过所述电机安装板中的所述开口且被可转动地安装着的用于保持所述介电体的保持器、一个特别是步进电机的电机和一个将所述电机的转动传递给被可转动地安装着的所述保持器的齿轮箱单元。
根据一个优选改进方面，如果使所述齿轮箱单元容纳在一个壳体中，则所述射频滤波器装置就会特别节省空间，其中，所述壳体安装在一个电机安装板上，并且所述电机依靠凸缘连接在所述壳体上，而且，用于保持所述介电谐振元件的所述保持器连接在所述壳体上。
所述射频滤波器装置可实现特别精确的调谐，其中，所述齿轮箱单元具有一个转动元件，所述转动元件采用轴的形式，并且安装在一个预应力精密轴承中，而且牢固地连接在用于保持所述介电体的所述保持器上，另外，所述转动元件在所述齿轮箱单元内借助于一个牢固地支撑于其上的齿轮由一个驱动轴驱动，其中所述驱动轴与电机连接和借助于一个蜗轮与所述齿轮啮合，此外，在转动方向上优选通过一个盘簧对所述转动元件施加预应力，以消除间隙。
而且，通过使所述齿轮呈扇形形式而不是呈完整轮的形式可节省空间。呈扇形角大约为100°的扇形形式的诸如上述的结构完全足以覆盖所述介电体在所述介电谐振元件中的所述偏心切口中的大约90°的整个有用调节范围。
所述射频滤波器装置可实现特别可靠且具有高的重复性的调谐，其中，一个控制器设在所述介电谐振元件中的所述偏心切口中，以控制所述介电体的转动，所述控制器具有一个控制块、一个存储器和一个输入单元，并且，设置了与所述控制块连接的、特别是采用挡光板形式的位置传感器，以确定所述射频滤波器装置中的所述介电体的初始位置，而且，在所述存储器中存储着数值表，所述数值表将所述介电体的合适角位置与所述射频滤波器装置的少量选定频率相互联系起来。
根据本发明的制造方法的一个优选改进方面的突出特征在于，所述金属片材部件均镀有银，并且借助于银焊料彼此焊接起来，所述金属片材部件具有特别是呈相互匹配的交叉狭槽、安装狭槽和安装凸耳的形式的安装辅助结构，此外，所述金属片材部件最开始时借助于所述安装辅助结构和所述交叉狭槽、所述安装狭槽和所述安装凸耳松散地插装起来以形成所述滤波器外壳，所述插装起来的滤波器外壳通过将所述安装凸耳推入所述安装狭槽中会在机械结构方面变得坚固，然后，将优选呈焊膏形式的银焊料涂覆在所述插装起来的金属片材部件之间的结合点处，最后，优选在一个炉子中加热所述插装起来的金属片材部件，并且直到所述银焊料熔化和流入所述结合点时为止。
如果滤波器外壳的所有金属片材部件均以下述方式通过切割方法优选通过激光切割由一块还没有镀银的共用金属片材切割而成，即切割出的金属片材部件仅由少量狭窄板条部与所述金属片材的剩余区域连接，上述制造过程就会特别简单且成本低，其中，然后一同对所述金属片材和所述切割出的金属片材部件镀银，在镀银之后，再将所述金属片材部件从所述金属片材上分离，最后，利用这些金属片材部件构造所述滤波器外壳，并且特别是使绝大部分的所述板条部在所述滤波器外壳完成时保留于所述金属片材部件上的位于所述谐振腔外侧的点处。
其它的实施例在从属权利要求中给出。
下面，将使用示例性实施例并结合附图更为详细地描述本发明，附图包括图1示出了根据本发明的一个优选示例性实施例的射频滤波器装置的所述滤波器外壳(滤波箱)的整体透视图，所述滤波器外壳总共可用于三个滤波器，所述三个滤波器彼此并排布置，并且每个所述滤波器均具有四个谐振腔，所述四个谐振腔呈正方形布置，并且彼此耦合(为了清楚起见，已略去了具有所述介电谐振元件和可调节的所述介电体的所述调谐单元)；图2以具有三个滤波器的输入端和输出端的纵面的侧视图的形式示出了图1中的所述滤波器外壳；图3以横面的侧视图的形式示出了图1中的所述滤波器外壳；图4示出了一个金属片材的透视图，所述金属片材用作用于形成图1所示的所述滤波器外壳的所述横面的壁板和三个滤波器之间的横向分隔板；图5示出了一个金属片材的透视图，所述金属片材在图1所示的所述滤波器外壳中用作一个横向分隔板，所述横向分隔板在三个滤波器中的每个滤波器内的四个谐振腔之间具有一个耦合开口；图6示出了一个金属片材的透视图，所述金属片材在图1所示的所述滤波器外壳中用作一个沿着纵向延伸的分隔板，所述分隔板在所有三个滤波器的前后谐振腔之间具有耦合开口；图7示出了图1所示的所述滤波器外壳的所述底板的透视图，所述底板具有很多个安装狭槽，如图2至5所示的所述分隔板和所述壁板的所述安装凸耳可插入所述安装狭槽中，并且可被焊接起来；
图8示出了一个调谐单元的透视图，所述调谐单元具有一个电机、一个齿轮箱单元、一个介电谐振元件以及一个可转动的介电体；图9以仰视图的形式示出了图8中的所述调谐单元；图10示出了通过图8中的所述调谐单元的所述齿轮箱单元的纵截面；图11示出了图10所示的所述齿轮箱单元中的呈扇形形式的齿轮的透视图；图12示出了图8所示的所述调谐单元的所述介电谐振元件的透视图；图13示出了图8所示的所述调谐单元的可转动的所述介电体的透视图；图14示出了根据图1所示的所述示例性实施例的滤波器的呈正方形布置的谐振腔的基本布置和所述谐振腔内的相关的所述介电谐振元件和所述介电体相对于所述耦合狭槽的方位；图15示出了图14中的滤波器的谐振腔的一种替代性布置方法，此时所述谐振腔呈一排式布置；图16示出了根据本发明的所述射频滤波器装置的控制系统的电路略图；图17示出了用于构造图1所示的所述滤波器外壳的所述金属片材部件在一个共用金属片材上的布置和结构；图18示出了根据所述示例性实施例的所述滤波器的滤波器频率与所述介电体的转角之间的关系；图19示出了用于4.7GHz的调谐频率的根据所述示例性实施例的所述滤波器的S参数S11(输入处的反射系数；曲线B)和S21(正向传输系数；曲线A)在相应的中频±15MHz的频率范围内的测量频率曲线；以及图20示出了用于4.7GHz的调谐频率的根据所述示例性实施例的所述滤波器的S参数S21在相应的中频±60MHz的较宽频率范围内的测量频率曲线。
具体实施例方式
以下部分中描述的可调射频滤波器装置具有一个滤波器外壳(图1中的附图标记10)，多个调谐单元(图8中的附图标记40)嵌入所述滤波器外壳中，并且以螺钉连接方式连接在电机安装板(图1中的附图标记13)上。下面，将单独地描述所述滤波器外壳和所述调谐单元。为了清楚起见，没有示出完全组装的滤波器装置。
图1中所示的矩形滤波器外壳(滤波箱)10由一个较厚(位于顶部)的电机安装板13及形成滤波器外壳10的底部、侧壁和(内)分隔壁的多个金属片材部件构成。所述金属片材部件包含图7中单独示出的底板11、沿着横向延伸的壁板12和20(也可见图4)、沿着纵向延伸的壁板14和32(图1和2)、图4和5中单独示出的横向(内)分隔板15、…、19及图6中单独示出的纵向(内)分隔板33。所述金属片材部件例如由1mm厚的镀银钢片(材料号1.4301)制成。电机安装板13由相同材料制成，并且同样镀有银，但厚度例如为4mm。
从图17可以看出，通过以图17所示的方式从一块尺寸合适的共用金属片材69中切割出滤波器外壳10的所有所述金属片材部件，可特别容易和低成本地制造所述金属片材部件。最初，金属片材69没有镀银。首先，通过激光切割和类似的切割技术在金属片材69中切割出所需的金属片材部件11、12、14、…、20、32和33的轮廓，同时使已被切割出的所述金属片材部件仍在多个不同点处通过狭窄板条部与金属片材69的其余部分连接。绝大部分的板条部布置于所述金属片材部件上的在随后产生的滤波器外壳10中位于谐振腔21、…、24外侧的各点处。这就意味着，这些点上的任何银层的缺失对所述谐振腔的射频特性没有任何影响。当切割的金属片材69呈图17所示的形式时，在其整个表面上提供银层。这样，就可使所述金属片材部件实际上完全地镀有银。仅在后来要被切断的所述板条部区域中没有这种镀银。然而，由于这些大部分处于所述谐振腔外侧，因此，没有不利之处。
滤波器外壳10由单个金属片材部件11、12、14、…、20、32和33和电机安装板13通过焊接和销连接形成。上述焊接在炉子中借助于合适的银焊料执行。为了上述目的，首先通过将为了上述目的而设置的安装凸耳和安装狭槽相互插塞在一起使金属片材部件11、12、14、…、20、32、33临时连接起来，并且通过将所述安装凸耳推入所述安装狭槽中可使形成的金属片材壳体在机械结构方面变得坚固。仅有位于滤波器外壳10的纵面上的壁板14、32在上边缘处以销连接的方式连接在电机安装板13的端面上。在所述金属片材部件之间的结合点处涂覆合适量的呈焊膏形式的焊料，并且使焊料这样分布，即可使所述结合点处的缝隙在焊接过程中可靠地封闭。然后，在炉子中将已以上述这种方式制备的壳体加热到焊接所需的温度，当焊料已熔化和在所述结合点处已融流时再冷却。
为了将金属片材部件11、12、14、…、20、32和33彼此插装起来，底板11和布置在所述滤波器外壳的纵面上的壁板14、32设有多个安装狭槽39(一些安装狭槽交叉)。壁板12、14、20和32和分隔板15、…、19和33在它们的下边缘上配有适合于上述目的的安装凸耳L1，壁板12、14、20和32和分隔板15、…、19和33借助于所述安装凸耳L1可插塞在底板11中的安装狭槽39中，从而，可被焊接起来。横向壁板12、20和分隔板15、…、19在它们的侧边缘上另外还具有安装凸耳L2，它们可插塞在纵向壁板14、32中的相应的安装狭槽中，从而，可被焊接起来。为了使横向壁板和分隔板12、14、…、20和32与纵向延伸的分隔板33无障碍地交叉，在这些金属片材部件中设有专门的交叉狭槽34、36、37和38(图4至6)。在这种情况下，所述交叉狭槽在上下表面交替布置(使图6中的交叉狭槽37、38交替布置)。
纵向延伸的分隔板33和横向分隔板15、…、19形成总个数为3×4＝12的完全相同的谐振腔，每个谐振腔均具有一个形成在滤波器外壳10中的正方形底部区域(图7中的附图标记A1、…、A4)，作为实例，在图1中使用附图标记21、…、24标注出其中四个关联谐振腔。呈正方形布置的上述四个关联谐振腔21、…、24形成一个滤波器F3。除了滤波器F3以外，图1中所示的滤波器外壳10还具有另外两个完全相同的滤波器F2和F1，它们同样均包括四个呈正方形布置的谐振腔。如图2所示的每个滤波器F1、F2和F3分别具有一个关联输入端26、28、30和一个输出端27、29、31。
每个滤波器F1、F2和F3的四个谐振腔均彼此耦合以用于射频目的。这可通过横向分隔板15、17和19(图5)中和纵向延伸的分隔板33(图6)中的合适布置的细长耦合狭槽35实现。耦合狭槽35在本实例中这样定位，即它们位于相邻谐振腔的壁的中心和要被耦合的谐振腔的竖直中心面上。上述位置对耦合特性的重要性将在下面更为详细地描述。将滤波器F1、F2和F3彼此隔开的横向分隔板16和18当然没配有耦合开口。
呈圆盘形式的圆形介电谐振元件44(dielectric resonatorelement，图12)布置在形成于滤波器外壳10中的每个谐振腔21、…、24的中心，并且控制单个谐振腔以及相应的滤波器的总射频和传输特性。介电谐振元件44是与每个谐振腔关联的紧凑型调谐单元40的一部分(图8至10)。调谐单元40从上方以螺钉连接方式连接在坚固的电机安装板13上，并且具有一个固定的保持器46(图10)，介电谐振元件44连接在所述保持器46的端部上，所述介电谐振元件44通过一个与谐振腔相连的(圆形)开口25(图1)伸入下方的谐振腔中。
介电谐振元件44具有一个位于中心的圆形通孔58和一个偏心布置的圆形切口59(图12)。相同厚度的介电体45(图13)这样安装在偏心切口59中，即其可绕着与介电谐振元件44的圆盘平面成直角的旋转轴线60转动。切口59呈与旋转轴线60同心的圆柱形通孔的形式。介电体45的外部尺寸以下述方式与切口59匹配，即两者之间仅由狭窄气隙隔开。为此，介电体45在第一方向上(与旋转轴线60成直角)由两个平行平面61、62限定边界，在第二方向上(与旋转轴线60和第一方向成直角)由两个与旋转轴线60同心的圆柱形包络面63、64限定边界(见图13；插入所述切口中的介电体45可见于图9)。
介电体45优选由与介电谐振元件44相同的介电材料形成。介电体45连接在可转动地安装着的保持器47的端部上，并且可借助于容纳在调谐单元40中的机构绕着旋转轴线60相对于介电谐振元件44转动。这种转动可使所述谐振元件的谐振频率变化，进而可使滤波器的中频(mid-frequency)变化。
调谐单元40(图8至10)主要包括一个齿轮箱单元42和一个电机41，所述电机41在侧面依靠凸缘连接在齿轮箱单元42上，并借助于齿轮箱单元42驱动保持器47(其可转动)。电机41优选为步进电机。从图10中可以看出，齿轮箱单元42具有一个壳体43，用于固定的介电谐振元件44的保持器46安装在所述壳体43的下表面上。一个呈轴形式的转动元件49借助于一个精密轴承48这样安装，即其可在垂直穿过壳体43的底部的通孔中转动，并且这种转动元件49牢固地连接在可转动的保持器47上。作为实例，一种可预加应力且设有两个球轴承的用于PC的硬盘存储器中的特殊轴承用作精密轴承48。诸如上述之类的轴承例如可通过使用称为“RO轴承”的轴承(由日本美蓓亚株式会社RiKuro Obara发明)获得。它们的原理特别描述于US-A-5556209中。精密轴承48有助于使介电体45在几微米的范围内准确定位，而这正是滤波器F1、F2和F3的准确调谐所要求的。
如图11所示，一个呈扇形形式的齿轮51安装在转动元件49上。由于图9所示的包括介电谐振元件44和介电体45的结构的整个调谐范围通过使所述介电体从图9所示的位置转动90°即可得到完全覆盖，因此，100°的扇形角对齿轮51来说足够。将齿轮51设计成扇形形式意味着，齿轮箱单元42可被设计得极其紧凑，进而，调谐单元40也可被设计得极其紧凑。
与旋转轴线60成直角且与电机41直接连接的驱动轴55上的蜗轮与齿轮51啮合。为了确保所述蜗轮与齿轮51之间的啮合没有任何间隙，借助于一个安装在壳体43上的盘簧50在转动方向上对所述转动元件施加预应力。两个挡光板52和53设在齿轮箱单元42中，以控制调谐单元(驱动单元)40。第一挡光板52扫描一个标记元件(图10中未示出)，所述标记元件呈杆的形式，其位于齿轮51(图11)中的合适的安装孔56、57中，并且标记出转动范围的终点。第二挡光板53扫描一个位置传感器圆盘54，所述位置传感器圆盘54位于驱动轴55上，并且设有一个径向狭缝。所述两个挡光板的交互作用可精确地确定齿轮51的初始或零位置，进而，可精确地确定介电体45的初始位置。
已如较上部分所述，四个谐振腔21、…、24呈正方形布置在每个滤波器F1、…、F3中，其中，介电谐振元件44和介电体45放置所述四个谐振腔的中心。这在图14中基于滤波器F3的实例再次示出。RF能量注入第一谐振腔21中，然后，借助于相邻的谐振腔22、23和24通过耦合狭槽35传播，最后再从最后一个谐振腔24发射。耦合狭槽35位于谐振腔21、…、24的分隔壁的竖直中心面上或中心。介电谐振元件44连同它们的偏心切口59一同从离所述切口最近的耦合狭槽35的竖直中心面转动预定角度，在本实例中大约为57°。所述切口和耦合狭槽的上述这种特殊结构可形成具有射频响应的所述滤波器，其中，当介电体45向着下一个耦合狭槽转动时，耦合系数会随着频率的增加而降低。如图14中的S形耦合元件所示，附加自由度由第一谐振腔21与最后一个谐振腔24之间的附加耦合的能力提供。
如图15所示，除了可获得相同效果以外还能实现横向耦合的另一种滤波器F’的结构是谐振腔21、…、24并排布置。在这种情况下，耦合狭槽35同样布置在中心，并且介电谐振元件44与它们的切口一同从所述中心面转动大约60°。
提供了一个控制系统，其用于通过调谐单元40对所述滤波器装置进行调谐，并且上述这种控制系统的高度简化的框图示于图16中。控制器65具有一个控制块66，所述控制块66例如具有一个合适的微处理器和与电机41的数目相同的多个功率输出端。控制块66借助于所述功率输出端控制步进电机45，并且借助于一个输入单元68从外部开启。控制块66与一个存储器(EPROM)67相互作用，所述存储器67中存储着数值表，所述数值表将步进电机41的特定步数与所述滤波器的多个选定的频率值联系起来。中间值通过插值法产生。而且，控制块66接收来自每个调谐单元40的两个挡光板52、53的信号。如果希望将所述滤波器设定为特定频率(在启动过程中)，介电体45首先要移回到它们的初始位置。初始位置的到达由两个挡光板52和53给出的适当信号告知。然后，根据期望频率，切换步进电机41使它们从初始位置向前转动与取自存储器67的表值或通过插值法确定的值对应的步数。在这种情况下，滤波器的步进电机41可大致同时全部切换，或按特定算法切换。
如果具有根据示例性实施例(图1)的滤波器外壳10的所述射频滤波器装置被期望设计用于波段4即用于从大约4.4GHz至5GHz的可调频率范围，所述滤波器外壳(不具有调谐单元)的底部区域近似为66mm×186mm，高度近似为30mm。每个所述谐振腔的底部区域(图7中的附图标记A1、…、A4)为28mm×28mm，高度为20mm。介电谐振元件44的厚度近似为6mm，外径近似为15mm，内径近似为6.5mm。偏心切口59的直径近似为6mm，介电体45的平行竖直边界面之间的宽度近似为3mm。调谐单元40仅伸出在电机安装板13的表面之外近似24mm。
获得了图18至20中所示的以上述方式设计的滤波器装置的特性曲线图18示出了可调滤波器频率与介电体45在介电谐振元件44的偏心切口59中的转角之间的关系。转角范围从0°至90°。在0°处，介电体45的平直侧面与介电谐振元件44相切。
图19示出了根据示例性实施例的所述滤波器的多个S参数随着中频为选定的4.7GHz的频率变化而变化的测量曲线，其中，S参数具体地讲为输入处的反射系数S11(曲线B)、正向传输系数S21(曲线A)。在这种情况下，频率范围为相应的中频±15MHz。曲线图是根据对数绘制的。对于S21来说，竖直方向的比例为0.5dB/格，对于S11来说，竖直方向的比例为5dB/格。
图20示出了在相应的中频4.7GHz±60MHz的扩展频率范围内的S21的测量曲线。曲线图是根据对数绘制的。在这种情况下，竖直方向上的比例为10dB/格。
总体上讲，本发明提供了一种可调射频滤波器装置，其可被设计成这样，即其简单且成本低，而且可在宽的频率范围内非常准确和可重复性地调谐，另外极为节省空间，同时具有非常好的射频特性。特别地，多个完全相同的滤波器可在几乎不会引起额外复杂性的情况下容纳在一个共用滤波器外壳内。
附图标记列表10 滤波器外壳(滤波箱)11 底板12，20 壁板(横向)13 电机安装板14，32 壁板(纵向)15，…，19 分隔板(横向)21，…，24 谐振腔25 开口(圆形)
26，28，30 输入端(滤波器F1，F2，F3)27，29，31 输出端(滤波器F1，F2，F3)33 分隔板(纵向)34，36，37，38 交叉狭槽39 安装狭槽35 耦合狭槽40 调谐单元41 电机(步进电机)42 齿轮箱单元43 壳体(齿轮箱单元)44 介电谐振元件(固定)45 介电体(可移动)46 保持器(呈半个贝壳形式)47 保持器(可转动)48 精密轴承49 转动元件50 盘簧51 齿轮(呈扇形形式)52，53 挡光板54 位置传感器圆盘55 驱动轴(具有蜗轮)56，57 安装孔(位置传感器销)
58 中心通孔59 偏心切口60 旋转轴线61，…64 边界面65 控制器66 控制块67 存储器(EPROM)68 输入单元69 金属片材A1，…，A4 表面F，F1，F2，F3滤波器(带通滤波器)K1，K2 曲线L1，L2 安装凸耳
权利要求
1.一种射频滤波器装置，其具有至少一个滤波器(F1，F2，F3)，所述滤波器具有多个彼此耦合以用于射频目的谐振腔(21，…，24)；在每个所述谐振腔中，一个介电谐振元件(44)布置在固定位置上，并且设有一个介电体(45)；所述介电体(45)相对于介电谐振元件(44)的位置可以改变，以调节滤波器(F1，F2，F3)的频率，其特征在于，介电体(45)安置在介电谐振元件(44)中的偏心切口(59)中，并且介电体(45)可转动地布置在所述偏心切口(59)中。
2.如权利要求1所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电谐振元件(44)呈平坦圆盘形式，并且介电体(45)可绕着与介电谐振元件(44)的圆盘平面成直角的旋转轴线(60)转动。
3.如权利要求2所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电谐振元件(44)具有预定厚度，并且介电体(45)在旋转轴线方向上的高度与介电谐振元件(44)的厚度大致相等。
4.如权利要求2或3所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电谐振元件(44)中的偏心切口(59)为一个与旋转轴线(60)同心的圆柱形通孔。
5.如权利要求4所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电体(45)的外部尺寸以下述方式与介电谐振元件(44)中的偏心切口(59)匹配，即两者之间仅由狭窄气隙隔开。
6.如权利要求5所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电体(45)在与旋转轴线(60)成直角的第一方向上由两个平行平面(61，62)限定边界，在与旋转轴线(60)和所述第一方向均成直角的第二方向上由两个与旋转轴线(60)同心的圆柱形包络面(63，64)限定边界。
7.如权利要求1至6中任一所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电谐振元件(44)具有一个中心通孔(58)。
8.如权利要求1至7中任一所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电谐振元件(44)和介电体(45)由相同材料制成。
9.如权利要求1至8中任一所述的射频滤波器装置，其特征在于，所述至少一个滤波器(F1，F2，F3)容纳在一个优选为矩形的滤波器外壳(10)中，并且滤波器外壳(10)由一个底板(11)和与底板(11)成直角以用作侧壁的壁板(12，14，20，32)形成，所述壁板的顶面由一个与底板(11)平行的电机安装板(13)罩盖着，而且滤波器(F1，F2，F3)中的谐振腔(21，…，24)由嵌入在滤波器外壳(10)中且与底板(11)成直角的分隔板(15，…，19；33)形成。
10.如权利要求9所述的射频滤波器装置，其特征在于，底板(11)、壁板(12，14，20，32)和分隔板(15，…，19；33)中设有安装狭槽(34，36，…，39)，所述底板(11)、壁板(12，14，20，32)和分隔板(15，…，19；33)借助于所述安装狭槽(34，36，…，39)彼此插装在一起并相互连接，特别是通过焊接相互连接。
11.如权利要求9或10所述的射频滤波器装置，其特征在于，耦合开口、特别是耦合狭槽(35)设在各分隔板(15，…，19；33)中的预定点上。
12.如权利要求9至11中任一所述的射频滤波器装置，其特征在于，优选为圆形的开口(25)在电机安装板(13)中设在每个谐振腔(21，…，24)的上方，相应的介电谐振元件(44)和相应的介电体(45)通过开口(25)保持在所述谐振腔中。
13.如权利要求12所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电谐振元件(44)和介电体(45)是一个与所述谐振腔关联且安装在电机安装板(13)上的调谐单元(40)的一部分。
14.如权利要求13所述的射频滤波器装置，其特征在于，在每种情况下调谐单元(40)均具有一个穿过电机安装板(13)中的开口(25)的用于保持介电谐振元件(44)的固定保持器(46)、一个穿过电机安装板(13)中的开口(25)且被可转动地安装着的用于保持介电体(45)的保持器(47)、一个电机(41)和一个将电机(41)的转动传递给被可转动地安装着的保持器(47)的齿轮箱单元(42)。
15.如权利要求14所述的射频滤波器装置，其特征在于，电机(41)是步进电机。
16.如权利要求14或15所述的射频滤波器装置，其特征在于，齿轮箱单元(42)容纳在一个壳体(43)中，壳体(43)安装在电机安装板(13)上，并且电机(41)依靠凸缘连接在壳体(43)上，而且用于保持介电谐振元件(44)的保持器(46)连接在壳体(43)上。
17.如权利要求16所述的射频滤波器装置，其特征在于，齿轮箱单元(42)具有一个转动元件(49)，采用轴的形式的所述转动元件(49)安装在一个预应力精密轴承(48)中，而且牢固地连接在用于保持介电体(45)的保持器(47)上，同时，转动元件(49)在齿轮箱单元(42)内借助于一个牢固地支撑于其上的齿轮(51)由一个驱动轴(55)驱动，其中驱动轴(55)与电机(41)连接和借助于一个蜗轮与所述齿轮啮合。
18.如权利要求17所述的射频滤波器装置，其特征在于，在转动方向上对转动元件(49)施加预应力以消除间隙，优选通过一个盘簧(50)施加所述预应力。
19.如权利要求17或18所述的射频滤波器装置，其特征在于，齿轮(51)被设计成呈扇形形式。
20.如权利要求1至19中任一所述的射频滤波器装置，其特征在于，每个滤波器(F1，F2，F3)分别具有四个谐振腔(21，…，24)，所述谐振腔(21，…，24)中布置着介电谐振元件(44)和可转动的介电体(45)。
21.如权利要求20所述的射频滤波器装置，其特征在于，四个谐振腔(21，…，24)彼此相邻呈正方形布置。
22.如权利要求20所述的射频滤波器装置，其特征在于，均具有四个谐振腔(21，…，24)的多个滤波器(F1，F2，F3)并排布置在一个共用滤波器外壳(10)中。
23.如权利要求1至22中任一所述的射频滤波器装置，其特征在于，谐振腔(21，…，24)借助于耦合狭槽(35)耦合，每个所述耦合狭槽(35)均布置在要被耦合的所述谐振腔的竖直中心面上，并且介电谐振元件(44)中的偏心切口(59)被布置得绕着介电谐振元件(44)的轴线从所述竖直中心面转动预定角度，优选大约为57°。
24.如权利要求1至23中任一所述的射频滤波器装置，其特征在于，介电谐振元件(44)中的偏心切口(59)中设有控制器(65)，以控制介电体(45)的转动，所述控制器(65)具有一个控制块(66)、一个存储器(67)和一个输入单元(68)。
25.如权利要求24所述的射频滤波器装置，其特征在于，设置了与所述控制块连接的、特别是采用挡光板(52，53)形式的位置传感器，以确定介电体(45)在所述射频滤波器装置中的初始位置。
26.如权利要求24和25中任一所述的射频滤波器装置，其特征在于，在存储器(67)中存储着数值表，所述数值表将介电体(45)的合适角位置与所述射频滤波器装置的少量选定频率相互联系起来。
27.一种制造如权利要求1至26中任一所述的射频滤波器装置的方法，其特征在于，将多个平坦的金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)连接成一个滤波器外壳(10)，以形成谐振腔(21，…，24)。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)均镀有银，并且借助于银焊料彼此焊接起来。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)具有安装辅助结构，特别是采用相互匹配的交叉狭槽(34，36，…，38)、安装狭槽(39)和安装凸耳(L1，L2)的形式的安装辅助结构，并且金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)最开始时借助于所述安装辅助结构即交叉狭槽(34，36，…，38)、安装狭槽(39)和安装凸耳(L1，L2)松散地插装起来以形成滤波器外壳(10)；通过将安装凸耳(L1，L2)推入安装狭槽(39)中使所述插装起来的滤波器外壳在机械结构方面变得坚固；将银焊料、优选为焊膏形式的银焊料涂覆在插装起来的金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)之间的结合点处；加热插装起来的金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)，优选在一个炉子中进行加热，直到所述银焊料熔化和流入所述结合点时为止。
30.如权利要求27至29中任一所述的方法，其特征在于，滤波器外壳(10)的所有金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)均通过一种切割方法、优选通过激光切割而由一块还没有镀银的共用金属片材(69)以下述方式切割而成，即切割出的金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)仅由少量狭窄板条部与金属片材(69)的剩余区域连接；然后，对金属片材(69)和切割出的金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)一起镀银；在镀银之后，将金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)从金属片材(69)上分离，并随后利用这些金属片材部件构造滤波器外壳(10)。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，在滤波器外壳(10)被完成后，所述板条部绝大部分保留在金属片材部件(11，12，14，…，20，32，33)上的位于谐振腔(21，…，24)外侧的点处。
全文摘要
公开了一种高频滤波器装置，其包括至少一个滤波器(F3)，所述滤波器由多个高频互相耦合谐振腔(21，…，24)组成，在所述谐振腔中，分别安置着一个相应的局部固定的介电谐振元件(44)，并且一个相应的介电体(45)相对于介电谐振元件(44)的位置可以改变，以调节滤波器(F3)的频率。本发明的滤波器装置的结构简单、紧凑且成本低，并且由于介电体(45)可转动地安置在介电谐振元件(44)的偏心切口(59)中，从而，可获得良好的滤波器和调谐性能。
文档编号H01P1/208GK1745498SQ200380109573
公开日2006年3月8日 申请日期2003年11月14日 优先权日2002年12月11日
发明者托马斯·克莱, 布鲁诺·龙伯格, 丹尼尔·海因策 申请人:瑞士塔莱斯公司