[发明专利]具有传输零点的高频带通滤波器装置

说明书

本发明涉及高频带通滤波器装置，它由一个主谐振器和与所述主谐振器耦合的至少一个带阻谐振器构成，其中所述主谐振器由一个导体段限定，所述导体段在两侧上以断开或金属壁的形式的断点为边界，并且在中心频率上具有电磁固有振荡。特别是，本发明涉及带通滤波器的建立，所述带通滤波器是由在约0.5-100千兆赫工作频率中用于高频电磁信号的高选择性滤波的耦合的谐振器组成的。

在例如地面和卫星辅助无线电广播、无线电链路和移动电话系统，以及在雷达和导航系统等的通信系统中，高频带通滤波器是重要的组件。此时，单个的滤波器如在无线电接收器中的滤波器，担当预先选择的功能，即，抑制不希望要的干扰信号，并且滤波器组担当频率通道功能。在无线电发射器中，除了其他以外，使用各带通滤波器抑制在放大器的输出信号中的带外频谱部分(off-band spectralshares)，并使用输出多路复用器形式的滤波器组合将各载体汇合到共享天线。

在高频带通滤波器中，首先能够在有源和无源设计之间做出区分。假设在线性和低噪音水平上严格要求，仅可能是使用在此较详细分析的无源滤波器。无源电磁滤波器的功能是基于存储电和磁场的能量。在由分立结构元件构成的滤波器中，电和磁场能在空间分开的有限数目的分立元件中(即，电容和电感中)彼此分开地存储。因为这些分立结构元件的几何尺寸必须比导波波长十分之一小的多，同时在尺寸减小时这个结构的空载Q陡降，所以，由耦合的谐振器构成的各结构最好用于超过约1千兆赫的陡边(steep-edge)滤波器，而不是互连的分立的电容和电感。

谐振器的设计有各种各样的，它们展现出在这里分析的积木式的滤波器类型。用同轴TEM导体段和中空的导体段形成同轴的谐振器或空腔谐振器，其中电磁场由导电表面完全封闭。这些谐振器能够部分地或完全地用低耗损电介质材料填充，以降低体积和改变空间场传播。在电介质谐振器中，主要通过在电介质材料和环境空气之间的界面产生场包裹体(field inclusion)，并且如果需要的话，从这个界面向外侧的空间衰减的场由金属套屏蔽。包括微带线、条状线和共面谐振器的平面谐振器是由在电介质基片上的平面印刷导体构成。

谐振器的设计的选择是受滤波器技术规范(见下述)要求的谐振器的空载Q的影响。在现有技术中，高空载Q意味着谐振器的较大的几何尺寸。另外在较低的千兆赫范围中滤波器中所有的谐振器的整个的可利用体积受到限制。经过垂直模式复用谐振器(双模式谐振器)取得体积的需求降低约50％。通过使用含有高温超导体的冷却的平面谐振器，对于高空载Q意味着大的几何尺寸的规律，可取得一个例外情况。从介质谐振器用的高介电常数的超低耗损电介质材料的研制进展中出现了向着小型化高Q谐振器的另一个技术发展方向。所要求的电源的兼容性(加热，multipacting)也对选择谐振器设计具有影响。

带通滤波器的电性能具有的特征是，频率带宽(传输频带宽度)和传输频带位置，在传输频带中的最大的插入损耗和最小的回程损耗，在传输频带和阻带区之间的转移区域的宽度，以及在阻带区中的最小反向衰减。

为了进一步定量地说明滤波器结构的性能，使用在传输频带中的衰减零点(反射零点)个数N和在阻带区中在指定的有限的频率上的峰值衰减(传输零点)个数M。在使用零反射和传输零点的特性中，将(设想的)无损耗情况中的性能作为基础，并且根据它们的阶次反复计算零位。

为了实现一个带通滤波器，能够将N_R个谐振器耦合到一起，使得耦合的谐振器的整个系统在带通区域具有零衰减总个数N＝N_R(在复用谐振器时N＝2N_R)。另外，适当的耦合措施(见下面)使得峰值衰减的总数M＜N能够出现在有限的频率上的阻带区中。

从转移宽度与传输频带比(“滤波器边缘的相对陡度”)产生必需的零衰减数N，并因而产生必需的谐振器的最小数。

用本发明取得的优点的以下说明是很重要的，即，在传输频带中的必需的零衰减数N，随着在设定的滤波器边缘的相对陡度上的M/N的增加单调减少。在设定的传输频带上，如果使用一个M＞0的准椭圆滤波器，而不是M＝0的契比雪夫滤波器，对于要求的边缘陡度，较低的数N，因此较少的谐振器数N_R，是足够的。在使用M＝N-1的真实的椭圆滤波器代替M＜N-1的准椭圆滤波器时，必需的数N进一步减小。