[发明专利]紧凑型带通滤波器

说明书

一种紧凑型带通滤波器(BPF)，其包括第一传输线，该第一传输线电磁耦合到第二传输线；以及隔离表面，该隔离表面位于所述第一传输线和所述第二传输线之间，其中，所述隔离表面包括被设计为在所述第一传输线和所述第二传输线之间产生期望的电磁耦合的至少一个孔，其中，所述耦合产生通带，使得输入传输信号内的特定频率被滤除。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2017年5月11日提交的美国临时申请No.62/504,907的权益，其内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开总体上涉及带通滤波器，并且更具体地涉及具有紧凑尺寸并且以陡峭的抑制斜率提供最小插入损耗的带通滤波器。

背景技术

带通滤波器(BPF)是用于为所连接的设备滤除不想要的频率的电子组件。也就是说，带通滤波器允许特定范围内的频率，并且抑制或衰减该范围外的频率。

例如，图1示出了通过理想BPF的频率的曲线图。允许通过的带宽，即曲线图上所示的通带，是从最小频率f₁延伸到最大频率f₂的频率范围。如曲线图的垂直轴上所示，通带的振幅以分贝为单位测量，并且指示传输频率的插入损耗或信号损耗的量。理想的BPF包含零插入损耗。

该曲线图指示完美垂直的抑制曲线，其允许所有期望的频率或通带成功地通过滤波器，同时防止所有不期望的频率或阻带通过。完美的理想垂直曲线在阻带和通带之间产生明显的截止点。

所需BPF的要求包括低插入损耗和陡峭的抑制曲线。然而，与理想BPF不同，实际BPF不能产生完美的垂直抑制曲线或零插入损耗。图2示出了实际的、非理想BPF的频率的曲线图。在最小频率和通带之间以及最大频率和通带之间，抑制曲线都很浅(shallow)。另外，在通带内存在允许频率的插入损耗，例如3分贝。

许多当前可用的BPF采用具有特定频率的谐振的一个或多个谐振器。频率接近谐振频率的信号通过滤波器，而远离滤波器的信号被阻挡。在现有技术中，电流谐振器的三种主要设计包括：(a)基于电容器和电感器的谐振器；(b)基于表面和体声波滤波器(称为SAW和BAW滤波器)的谐振器；以及(c)基于介电材料中的腔的谐振器。

图3A示出了使用几个连接的电感器(L1、L2、L3和L8)和电容器(C1、C2、C3、C8和C9)的基于LC谐振器的BPF的图。连接的组件C1和L1以及其他类似的电容器和电感器是LC谐振器的基本组件。这些BPF通常采用耦合在一起的多个LC谐振器，因为一个谐振器通常不足以提供所需的或期望的抑制曲线陡度。因此，几个连续且连接的谐振器经常一起使用。然而，如图3B中所示的曲线图所示，由这种谐振器产生的抑制曲线较浅，导致阻带和通带之间的逐渐过渡，允许一些不期望的频率通过，同时还阻挡一些期望的频率，导致不准确的BPF。

图4A和图4B分别示出SAW和BAW类型的BPF。这些滤波器是现代无线通信设备中使用的流行设计，因为它们对不需要的频率具有高的抑制率(在接近通带～50MHz处～30-50dB)。即，如图4C所示，它们产生陡峭的抑制曲线。然而，SAW滤波器和BAW滤波器产生的插入损耗通常不期望地高。此外，还存在其他限制。具体地，SAW型滤波器仅对于高达～3.5GHz的频率有效，但是对于当前正在开发的用于许多移动设备的较高频率带(例如，6GHz、28GHz等)不可用。此外，BAW型滤波器制造起来可以非常昂贵，并且同样对28GHz频带无效。另外，SAW类型和BAW类型的BPF产生的通带相对较窄(在70MHz-100MHz之间或类似)并且不能被调整。

第三种类型的BPF基于介电材料中的空腔，如图5A所示。这些滤波器允许陡峭的抑制曲线和低的插入损耗。然而，由于最优性能所需的物理结构，这种滤波器的尺寸较大。显然，如图5B所示，第三种BPF通常太大而不能用在许多应用中，例如智能手机、平板设备、可佩戴设备等。