[发明专利]调谐滤波器的系统和方法

说明书

本申请主张于2004年11月30日提交的美国临时申请60/632,084的权益，其全部公开通过引用结合与此，并在此进行完整地阐明。政府利益声明

在此提供的本发明至少部分地得到在合同MDA972-00-C-0010下由DARPA/CMD发布的Totally Agile RF Sensor System的支持。美国政府具有对于本发明的已付许可以及在受限情况下的权利，从而要求专利所有人基于由国防部高级研究计划局、国防科学办公室颁发的合同MDA972-00-C-0010(序号J607(DARPA/CMD))中的条款所提供的合理条款将其许可给其他人。

技术领域

本发明涉及滤波器分析和设计的领域，并且，更具体地，涉及有关调谐滤波器的系统和方法。

背景技术

过去几十年已经见证了电子和无线通信方面的巨大进展。低成本的更高密度的集成电路的不断发展和改进使得大量的移动装置，具体的，无线移动装置在全世界变得非常普及，几乎无处不在。例如，具有无线功能并且在今天的世界上十分普及的移动装置包括，移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、全球定位传感器(GPS)装置。这些装置通常在射频(RF)和微波无线信号频率范围内工作。

在RF和微波频率通信的所述电子装置需要具有电子信号滤波器的发送器和接收器，以协助产生以及/或者区分所想要的信号和不想要的信号。然而，很难为无线通信建立能够根据期望来区分所想要的信号和不想要的信号的电子信号滤波器。因此，在制造之后，调谐所述电子信号滤波器，从而使得它们能够更好地产生以及/或者区分所想要的信号和不想要的信号频率。

例如，用于无线通信的电子滤波器包括腔型滤波器以及平面型滤波器。诸如平面滤波器的电子滤波器可以包括一系列耦合在一起的谐振器。已经开发出高性能的平面滤波器，例如，高温超导滤波器(HTS)，以提供极度准确的滤波，从而改进无线通信的质量，尤其是在具有高密度无线装置的区域或者RF或微波信号不能很好传播的区域。例如，参见美国专利申请序号10/944,339“Stripline Filter Utilizing One or More Inter-resonatorCoupling Members”，通过引用将其结合于此。

平面滤波器通常在高介电常数基底上成形，并且被设计为在尺寸上非常紧凑。利用为半导体处理开发的精确的光刻技术，可以生产出在可接受的范围内能够很好的重复的耦合器(coupling)。与腔型滤波器不同，平面滤波器通常不要求耦合器调谐，因为，相比谐振频率变化，滤波器响应对耦合器变化更不敏感。然而，基底厚度变化和/或诸如蚀刻条件的处理变化可能导致平面滤波器不可接受的谐振频率变化，从而需要调谐平面滤波器。

已经对平面滤波器使用了几种调谐技术，例如，已经开发出了高性能超导滤波器。在滤波器设计阶段或制造中保持高性能需要稳定的调谐处理。有两种主要的平面滤波器调谐途径。第一种途径是机械调谐，在工业中得到广泛使用。通过在接近谐振器的电磁场中移动诸如介质杆或导电探针的元件机械地调谐滤波器。例如，可以使用调谐螺钉在谐振器上方上下移动介质杆或导电探针。对于超导滤波器，可以在调谐螺钉上使用蓝兰宝石杆或者超导涂敷的探针。可以在谐振器上方的高电磁场放置蓝宝石杆，并通过将静电容(shunt capacitance)接地来调谐谐振频率。可以将超导探针用于磁和/或电场调谐，但是，通常将它们用于电磁场，因为，其可以更有效地进行调谐。所述探针改变谐振器周围的电磁场，并改变谐振器的电感。Sochor在美国专利5,968,876中描述了提供机械调谐的一种示例性方法，将其通过引用结合于此。

所述机械调谐途径的一个优势在于可逆性。通过上下移动所述调谐元件或螺钉经由试验和误差处理来调谐滤波器。稍后，如果需要还可以调整调谐。机械调谐的一个缺点在于，当采用其它谐振器或者谐振器间耦合器时，尤其当将它们靠近电路放置时，所述调谐元件或螺钉能够潜在地影响其谐振频率。实际上，这是经常发生的。耦合器中的变化最终限制了滤波器的调谐范围。通过在滤波器设计期间考虑此情况，可以将此影响最小化。设计者可以安排谐振器的调谐位置互相远离，并且远离耦合器，以避免所述影响。此考虑和途径限制了平面滤波器的设计自由度。具有机械部件还可能导致其它问题。例如，在调谐期间和之后，可能从机械元件或螺钉上掉下金属或介质薄片。这些薄片会影响滤波器的Q因子，并且由于它们在电路上自由地四处移动，也将改变调谐。在完成调谐之后还需要固定或锁定所述调谐元件的位置，以保持滤波器的性能不变。