天线和滤波器结构的制作方法
天线和滤波器结构的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于处理电信号的滤波器和天线。
【背景技术】
[0002]单模的介电滤波器在许多通信系统中具有广泛的使用，包括在蜂窝通信行业之内的低和高功率使用两者。特别地，在许多手持装置中使用的双工滤波器通常将采用该形式的滤波器技术，并且存在某些较高功率的应用，虽然与商业产品相关联的高损耗通常将它们的使用限制到几瓦特(平均功率)或更低的功率级别。
[0003]为了在介电滤波器设计中实现陡峭的滚降(roll-off)以及宽通带带宽，通常需要串联地级联多个介电谐振器。该工艺通常将导致在(想要的)通带中的损耗的显著增加，这是由于介电材料本身的插入损耗(即，在该材料之内的介电损耗)以及将能量传送入以及出电介质中的耦合损耗两者。
[0004]对使用多模滤波器的兴趣正在增长，因为这些滤波器允许介电材料片(或者“冰球体(puck)”)被有效地多次重新使用以形成更复杂的滤波器特性。这将通常具有比等同的单模谐振器能够实现的更陡峭的滚降和更宽的通带带宽。其通常还将导致较低的损耗，因为信号需要被耦合到介电材料中和被耦合出介电材料的次数减少。典型的示例将是三模滤波器，其中在三个维度或“平面”一一X平面、Y平面和Z平面一一中激励介电材料。激励可以是H场(磁)或E场(电)或者两者的组合(以任何比率)的形式。在图1A至IC中示出了在立方体100中的三模谐振，其中的每个示出了模式中的不同的一个。在这些图中，由实线箭头示出E场(在图1A的情况下指向纸面中)，并且由环绕E场线的环中的虚线表示H场。
[0005]在图1A至IC中示出的结构是空腔滤波器的结构。这是被广泛使用并且固有低损耗的结构，这归因于接触电介质并且“反射”在电介质之内设立的场的较大的金属面积一一该较大的金属面积减少在金属中的I2R损耗。相对而言，传输线滤波器(例如，梳状线或交指滤波器)一般将电流集中在相对小的导体中并且因此一般具有较高的损耗。
[0006]空腔滤波器通常具有大且沉重的缺点，然而使用多模方法允许滤波器的电介质被(实际上)多次使用并且因此允许滤波器针对在其响应中的给定数量的极点和零点更紧密。例如，三模滤波器可以具有每谐振器多达三个极点和三个零点，而常规的单空腔滤波器将仅具有最多一个极点和一个零点，并且因此将需要三倍数量的谐振器来实现相同的滤波器特性。
[0007]使用多模方法的结果是具有原理上低成本结构、低损耗和小尺寸的滤波器(或谐振器)。这在有源天线应用中是高度有利的，在有源天线应用中在每个有源天线产品中需要许多滤波器——例如，在16元件(element)900 MHz有源天线产品中通常将需要多达16个。除非使用小的、低成本、低损耗的滤波器，否则产品变得过于沉重或者过于昂贵而不能被大规模部署。
[0008]有源天线系统还包含天线元件以辐射和接收信号。这些天线元件一致(unison)地动作以形成单个束或多个束，这取决于馈送它们的一个或多个信号的相位关系或者相位和幅度关系。这样的系统在本领域公知并且这里将不详细描述。
[0009]虽然在有源天线架构中使用的多模滤波器可以带来显著的益处，但是仍然可能进一步改善这样的系统。通常指定用于这样的系统的双工滤波器通常具有到被设计成辐射和接收所期望的无线电信号的天线元件的直接连接。尽管该连接的长度短，但是由于所涉及的各种阻抗的失配(这样的失配不是由设计引起，而是由在所涉及的各种部件和材料的制造工艺中的不足产生)并且由于所使用的导体的非零的电阻两者，该连接将招致损耗。例如，在冰球体上使用的耦合结构(即，在冰球体上的传导性接口，用于将信号传递入和/或出冰球体)和在其上安装冰球体的PCB之间将存在失配，连同在PCB走线中的损耗；在将该PCB连接到在其上形成天线元件的PCB (如果其是贴片天线)或者到已形成的金属天线结构(例如，偶极子)的同轴(或其他传输线)连接中也将存在损耗。甚至辐射元件本身将具有非零的电阻率并且因此具有某些损耗。单独地，这些损耗中的每个将非常小，但是合计起来，它们将具有对总体天线的EIRP (有效各向同性辐射功率)及其接收噪声系数的明显的影响。
[0010]图2示出了针对在例如有源天线系统中形成双工器214的两个滤波器210和212的连接以及天线元件216的典型示意图。如从该图可见的那样，需要多个传输线，连同从例如滤波器210和212 (例如，介电谐振器)到它们的相关联的传输线218、220和222的转变。这些转变将不可避免地招致某些小的失配损耗，并且由于传输线218、220和222的有限的电阻率，传输线218、220和222本身也将招致损耗。同样，从最终传输线222到天线元件216的转变也将招致某些失配相关的损耗。最后，天线元件216本身将具有非零的电阻率，并且因此将引入损耗。单独地，这些损耗将是小的，但合计起来，总数通常将在I至2 dB的范围中，这取决于针对所涉及的频率和各种元件而选择的技术。这些损耗将使天线系统的传输EIRP和接收敏感度(噪声系数)两者降级并且减少其覆盖面积。
【发明内容】
[0011]根据一个方面，本发明的实施例提供了一种组合的滤波器和天线结构，其包括多模空腔滤波器和天线。所述滤波器包括被提供有传导性覆盖物的介电体以及接口，所述接口被布置以在所述体中的驻波与在所述体的外部传送的电流之间交换能量。所述天线被布置以在所述体之外的行波与在所述体的内部的驻波之间交换能量。所述天线包括第一窗口，其被提供在所述覆盖物中。以该方式形成的结构可以紧密地组合滤波和天线操作。
[0012]在某些实施例中，所述接口可以包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口以及连接到在第二窗口中的体的传导性材料的接触(contact)。所述接触可以是被提供在第二窗口中的体上的传导性材料贴片。这样的贴片可以延伸到第二窗口的边缘并且电连接到所述覆盖物。所述接触可以是刺入到(penetrate into)在第二窗口中的体中的传导性探针。
[0013]第一窗口可以是在所述覆盖物中的直槽。所述槽可以与电流平行或垂直，所述电流对应于当正在使用所述结构时将被建立在所述体中的驻波。
[0014]在某些实施例中，第一窗口可以以第一和第二交叉直槽的方式是十字形的。第一槽可以与第二槽垂直地伸展(run)。第一和第二槽可以分别与当正在使用所述结构时将被建立在所述体中的第一驻波和第二驻波平行。
[0015]所述接口可以包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口、在第二窗口中的体上的第一传导性走线以及在第二窗口中的体上的第二传导性走线，其中第一和第二走线被配置成分别优选地(preferentially)親合到第一和第二驻波。
[0016]在某些实施例中，所述天线可以包括在第一窗口中的体上的传导性材料的岛(island)。
[0017]在某些实施例中，所述接口可以包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口以及连接到在第二窗口中的体的传导性材料的接触，其中所述天线还包括与所述岛分离的接地平面，其中定位所述接地平面以至少部分地覆盖第二窗口。
[0018]在某些实施例中，所述 覆盖物是在所述体上的涂层。
[0019]在某些实施例中，第一和第二窗口彼此平行。
【附图说明】
[0020]仅经由示例，现在将通过参考附图描述本发明的各种实施例，在附图中:
图1A至IC示意性地图示了在立方体之内的不同的电磁驻波模式；
图2示意性地图示了用于在有源天线系统中将传输和接收滤波器连接到天线的布置； 图3示意性地图示了基于介电冰球体的多模空腔滤波器；
图4示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及“开放窗口”辐射结构；
图5示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及作为辐射结构的贴片天线；
图6示意性地图示了贴片元件在组合的滤波器元件和辐射结构中的使用，用于激励在谐振器之内的模式并且被用作辐射元件(“天线”)以将已滤波的输出信号辐射到自由空间中两者；
图7示意性地图示了使用两个组合的滤波器元件和辐射结构来形成双工器；
图8示意性地图示了使用四个组合的滤波器元件和辐射结构以形成具有交叉极化(cross-polar)天线能力的双工器；
图9示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及作为福射结构的、在金属化(metallisat1n)中的槽；
图10示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及作为辐射结构的、在金属化中的十字形开口 ；
图11示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及作为辐射结构的、在金属化中的十字形开口，其中十字形不与在其上放置所述十字形的面的顶点(vertex)对准；
图12示意性地图示了双极化滤波器/辐射子系统，其并入针对每个极化的单独的模式激励以及十字形辐射结构；以及
图13示意性地图示了发射机，其利用多模滤波器，连同并入了针对每个极化的单独的模式激励以及十字形辐射结构的双极化滤波器/辐射子系统。
【具体实施方式】
[0021]图3示出了一种类型的多模滤波器。在图3中示出的滤波器300包括具有应用的金属化312的陶瓷电介质的立方冰球体310。在图3中，在冰球体的最近的面上的金属化和冰球体本身已经被示出为透明的，使得关于金属化的各种特征可以被看见，并且因此被更容易地描述。然而，为了避免疑惑，金属化312在冰球体的最近的面之上完全地延伸并且与在冰球体的相邻的面上的金属化连续。将冰球体310和金属化312处理为透明的该概念将延伸到图3至11。
[0022]假设冰球体310是立方体，则可以在冰球体中在三个不同的朝向上建立驻波。在每个朝向上，驻波的电场矢量与立方冰球体310的边缘平行。冰球体310的边缘可以被认为在正交的X、Y和Z方向上伸展，正交的X、Y和Z方向如由在图3中的笛卡尔坐标轴314指示的那样。因此，当在冰球体310中的驻波模式的电场矢量分别与X、Y和Z轴平行地时存在，将在冰球体310中的驻波模式称为X、Y和Z模式是有用的简化。
[0023]窗口 316被形成在立方体的一个面(在该情况下是底面)上的金属化312中，暴露冰球体的表面。超过窗口 316，金属化312在冰球体310的外部上连续。在冰球体310的表面上，在窗口 316中，提供了耦合结构318。耦合结构318是金属走线的组，在该情况下，是两个走线320和322，被布置(lay out)在窗口 316中。通过走线320中的一个向冰球体310施加电信号，以便激励在冰球体310之内的多个不同模式中的驻波。另一走线322将信号耦合出驻波，使得其可以被传送到其他电路(未示出)。
[0024]在穿过走线320到冰球体310中、通过冰球体310并且通过走线322出冰球体310中，电信号将经历滤波。该滤波的特性由被赋予走线320的形状部分地确定，因为该形状确定了所施加的信号的能量被耦合到在冰球体310中的不同驻波模式中的程度。同样地，该滤波的特性由被赋予走线322的形状部分地确定，因为该形状确定了从在冰球体322中的不同的驻波模式汲取的所提取的信号的能量的程度。此外，该滤波的特性由冰球体310的形状部分地确定，因为该形状确定了被设立在冰球体310之内的驻波的特性。
[0025]图4示出了结构400，其是在图3中示出的多模滤波器300的类型的发展。实际上，在图4中，从图3继续(carry over)的元件保留相同的参考标号，并且为了简洁，这里将不再次描述它们的性质和功能。相同的声明应用于所有剩余的图，以至于它们重新使用来自较早的图的参考标记。在图4中示出的结构400充当滤波器和天线两者，并且此后，这样的结构将被称为“滤波天线(Filtenna)”。
[0026]本质上，在图4中示出的滤波天线400不同于在图3中示出的滤波器300，因为在立方冰球体310的另一表面(在所示出的情况下是顶面)上的金属化312中形成了另一窗口410，并且耦合结构412服务于稍微不同的目的。滤波天线400可以以传输角色服务，或者以接收角色服务，如现在将讨论的那样。
[0027]在传输角色中，信号通过耦合结构412耦合到冰球体310中并且耦合到在冰球体310之内的驻波模式中。第二窗口 410允许被包含在冰球体310之内的电磁能量辐射出冰球体310进入自由空间中，由此形成一种类型的电介质加载(dielectric-loaded)天线。然而，从该天线辐射的信号是通过耦合结构412被馈入的信号的修改的版本一一已经被由在耦合结构412中的一个或多个走线的配置以及冰球体310的特性产生的滤波修改的版本。因此，在传输角色中，滤波天线400对被施加到耦合结构412的信号进行滤波并且然后辐射所述信号。在接收角色中，行波通过天线窗口 410进入冰球体310并且将能量耦合到在冰球体310之内的驻波模式中。在驻波之内的能量中的某些被耦合结构412耦合出冰球体310，作为然后被传送到其他电路(未示出)的电信号。因此，在接收角色中，滤波天线400捕获到达窗口 410的无线信号并且然后对所述无线信号进行滤波。在下文的许多讨论中，为了简洁，将主要从传输角色的观点讨论滤波天线的操作，但是技术人员将理解在接收角色中“相反的”操作(并且在任何情况下，经常在括号内提及)。
[0028]当然，在图4中示出的具体设计仅是示例。冰球体310在形状上不需要是立方体。冰球体310可以由不同于陶瓷的介电材料制成。天线窗口 410不必具有与适应耦合结构412的窗口 316相同的尺寸(dimens1n)或形状。在所示出的情况下，親合结构412是被布置在冰球体上的金属走线414并且沿着二维路径延伸，使得耦合结构412能够同时激励在冰球体310之内的多个驻波模式。然而，走线414可以具有较简单的布置，或者甚至可以用隔离的贴片(或者，的确，像针一样地突入冰球体310中的传导性探针)替换，在该情况下可以通过将不规则性设计到冰球体310中、将其从纯立方体形状改变来实现将能量耦合到多个驻波模式中。技术人员将认识到，该变型的列表绝不是穷举的。
[0029]滤波天线400 消除了在滤波元件和辐射元件之间的损耗(例如，起因于互连传输线)并且因此可以比使用单独天线和滤波元件的传统方法有效得多。另外，冰球体310的大小可以比传统的辐射元件的大小小得多，因为系统的电介质加载导致小的辐射结构；这也是显著的益处，因为其将节省例如在传统小区塔(cell-tower)上的大小和重量两者，并且由此允许在给定站点处部署较大数量的天线。由该系统提供的较大的覆盖，由于其较低的辐射损耗以及改善的接收敏感度，也可以导致在给定网络中所需的小区站点的数量减少(由此节省进一步的成本)。
[0030]图5示出了是图4的滤波天线的变型的滤波天线500，其中贴片天线元件510已经被放置在金属化312的顶表面中的窗口 410之内。该贴片元件510以类似于常规贴片天线的方式操作，但是在该情况下，其被以在冰球体310之内循环的信号馈送(在传输滤波器应用的情况下)，而不是使用常规馈线或类似的结构馈送。应注意，在图5中，贴片元件510与其周围的窗口 410相比相对小；在许多应用中，可能必须减小窗口大小，使得其围绕贴片元件510紧密配合(close fit)。这将确保最大可能的量的能量被保留在冰球体之内，并且仅期望的量的能量经由贴片元件510辐射(即，几乎不存在来自围绕贴片元件510的窗口区域的非意图的“泄漏”)。
[0031]图6示出了是图5的滤波天线500的变型的滤波天线600，并且其中在耦合结构412和天线窗口 410两者中使用贴片元件610和612。在该情况下，需要将缺陷(defect)引入到冰球体310中以确保多个模式被耦合到冰球体310之内；在图6的情况下，孔614、616和618被示出履行该需要，然而也可以使用大范围的其他缺陷。
[0032]虽然贴片元件612被示出为在图6中的天线结构的一部分，但是也可能省略这个，并且代替地使用“开放窗口”风格的天线结构(如在图4中特写(feature)的那样)。
[0033]图6的进一步的变型是被用作耦合结构412的贴片元件610可以被探针(侵入到冰球体310中的像针一样的馈送导体)或其他占优势的(predominantly)单模激励结构(BP，需要添加缺陷以便允许耦合到多个模式的结构)替换。
[0034]注意，在图6中，辐射(或接收)贴片612被示出为被放置在与组成耦合结构412的贴片元件610正交的冰球体的侧面上。这是涉及使用缺陷的激励/耦合布置的需要，其中天线窗口 410和耦合结构412被示出在冰球体310的正交面上。
[0035]图7示出了一种方法，通过所述方法，两个滤波天线700和710可以被用于形成双工器712。虽然在该示意图中两个滤波天线700和710看起来相同，但是在传输滤波天线700和接收滤波天线712之间，(至少)滤波方面的设计将是不同的，这归因于在每个情况下所需的不同的中心频率和滚降特性。还应注意，通常在传输和接收方向两者上级联多个滤波元件，以便实现给定的滤波性能级别，并且在该图中仅示出传输滤波器排列(line-up)的最终极以及接收滤波器排列的第一级。
[0036]例如，在典型的天线系统中，将使用有源天线、单个辐射元件；这主要是出于大小的原因，因为使用单独的传输和接收元件(连同在这样的系统中通常采用的极化分集)将导致整个天线系统的大小的加倍。在大多数应用中，特别是蜂窝基础设施中，这将是不可接受的。然而，在图7中示出的系统的情况下，使用具有高的介电常数的电介质加载的系统导致非常小的滤波天线，并且可以在当前基础设施天线的尺寸之内容易地并排(side-by-side)(或分离地)容纳这些天线。因此，在例如蜂窝基础设施应用中，所述布置是完全可行的。
[0037]系统的“双工”功能不需要在双工器的传输和接收部分之间的物理连接(在图2中示出了这样的连接)，因为双工器的两半独立操作。在转变(transit)和接收天线元件714和716之间将存在高度的隔离，这是由于它们的并排的物理放置(即，每个被放置在其他天线的辐射图中的零位(null)中)。然而，该隔离将不是完美的，并且通常也将存在来自附近的结构的某种程度的反射，两者导致某些传输信号能量被接收天线716接收。然而，此类能量的量将比传统双工器中小得多，在传统双工器中传输和接收滤波器彼此直接连接(如在图2中示出的那样)。因此，在图7中示出的实现中，可以放松(relax)在传输滤波天线700和接收滤波天线710两者中的滤波的规范，通常导致较小和较便宜的系统(例如，在系统的传输和接收臂的每个中仅需要单个滤波元件，而不是级联的两个或更多，这对于多模技术方案的情况是经常的一一以及，当然，针对单模滤波器的很多更多元件)。
[0038]可以借助于适当的馈送结构设计(或者使用两个正交的馈送结构)提供在单个滤波天线之内的双极化。同样，如在图8中示出的那样，利用四个滤波天线800、810、812和814，其也可以在仍然小的占位面积(footprint)之内提供。如满足给定的规范需要的那样，这些滤波天线中的每个将独立动作并且可能经由附加的(多模)滤波元件连接到其自己的发射机或接收机电路(酌情)。每个滤波天线被提供有适当的馈线和天线结构(例如，天线形状)以确保其生成用于传输和/或接收其需要处理的信号的正确的极化。例如，针对在第一滤波天线中的第一极化的馈线结构可以被放置成与针对在第二滤波天线中的第二极化的馈线结构垂直。替代地(或者附加地)，针对在第一滤波天线中的第一极化的馈线结构可以被设计成激励第一模式(例如，X模式)和针对在第二滤波天线中的第二极化的馈线结构可以被设计成激励第二正交模式(例如Y模式)，这些模式然后被耦合到天线结构，其被适当地设计成分别在第一和第二正交方向上耦合到这样的模式，由此生成双极化双滤波天线结构。为创建全双工器设计，因此需要这些双滤波天线结构(即，总共四个滤波天线)中的两个，如在图8中示出的那样。再一次，在这里，其是在(例如)蜂窝基础设施应用中的介电滤波天线的小的大小，这使得这是现实的配置。
[0039]图9示出了是图4的滤波天线400的变型的滤波天线900。然而，在滤波天线900的情况下，使用在金属化312中的槽910替代在图4中示出的辐射窗口 410。在图9的情况下，槽910被示出平行于冰球体310的边缘中的两个延伸，然而这不需要是该情况。槽910的尺寸将确定所辐射的能量的量，并且也确定成功地操作为谐振器的谐振器的能力一一如果槽910非常大(如在图4中的那样)，则谐振器将具有不良的Q，因为大部分能量将辐射到外部世界中；如果槽910非常小，则将辐射非常小的能量，并且系统将具有优良的滤波性质，但充当不良的天线。在这两个极端之间，将存在针对大部分应用可接受的折衷。
[0040]如果槽910足够窄，则使用槽910将导致从槽910发出线性极化的信号；该布置针对某些应用是有利的(例如，使用垂直极化，其中用于传输的接收天线也可能是垂直极化的)。
[0041]槽910的朝向将很大程度上确定哪个模式支配(dominate)来自滤波天线900的辐射。例如，如果槽910与X模式对准，则滤波天线900将很大程度上辐射X模式能量，其中其他模式被保持在冰球体之内。
[0042]图10示出了是滤波天线900的变型的滤波天线1000，其中天线槽1010是十字形的。在该情况下，以所示出的对准，两个模式将从冰球体310辐射(X和Y模式)，每个都线性极化。因此，滤波天线1000现在变成了交叉极化天线，并且这是在蜂窝基础设施应用中最通常使用的天线的形式并且因此是针对滤波天线的非常有用的配置。
[0043]图11示出了是滤波天线1000的变型的滤波天线1100，其中十字形辐射孔隙(aperture) 1110具有不同的朝向:在该情况下，其臂的端部与在其上放置所述十字形福射孔隙1110的面的顶点对准。该系统仍将以两个极化辐射，然而其将从在冰球体310之内的多个模式接收其能量。
[0044]将容易理解，在图7和图8中示出的双工器布置也可以利用在图9、图10和图11中示出的辐射槽结构采用。
[0045]图12示出了是图10的滤波天线1000的变型的滤波天线1200，并且其中两个单独的耦合结构1210和1212被用于馈送最终将被辐射为两个单独极化的模式。这里，耦合结构1210和1212被以简单的形式示出，每个都被描绘为在冰球体310的底表面上的直的走线1214和1216。实际上，耦合结构1210和1212可以比这更复杂。使用单独的耦合结构1210和1212允许单独地解决(address)模式，并且由此从例如单独的发射机(或者耦合到单独的接收机)操作。由此可以创建在传输或接收上的真正的极化分集系统，如在图13中示出的那样(在传输示例的情况下)。
[0046]在图12的情况下，滤波天线1200仍然是多模谐振器，因为两个单独的模式(在该情况下，X和Y)被激励并且同时(并且正交地)存在于冰球体310中。这些谐振模式还将具有滤波功能并且可以与其他多模(或者单模)滤波器级联以提供改善的滚降响应。应注意，将可能允许一个极化利用，比方说，X和Z模式，由此改善其滤波器滚降性能，其他极化仅利用Y模式。虽然这在比方说满足由欧洲电信标准协会(ETSI)规定的给定的放射规范中将不是有用的，但是其可以被“免费地(for free)”利用(S卩，不需要附加的部件或空间)，以在一个极化中改善系统的性能，超过由ETSI设想(envisage)的性能。
[0047]图13示出了两个(在该示例中)传输路径1300和1310如何经由单独的多模滤波器1314和1316连接到单个双极化滤波天线1312 (比如在图12中示出的那一个)(以改善滚降响应，如上文讨论的那样)。该类型的连接通常在传输分集应用中使用，其中使用相同天线，被馈送以单独的信号的单独的发射机被从不同的极化同时传输。同样，当然，如果发射机子系统(在图13的左手侧上示出到其的连接)被接收机子系统替换，则将获得接收分集系统。最后，如果在图13中示出的两个多模滤波器被双工滤波器(单模或者多模)替换，则将创建双模式传输和接收分集系统。应注意，在该情况下，滤波天线的带宽将需要是足够宽的以传递传输频带和接收频带两者。
[0048]应注意，组合在图8和图12中示出的思想将导致较小的双极化双工器。现在将仅需要两个滤波天线，因为每个将是双极化子系统，其中两个结构被以与在图7中示出的方式类似的方式、并排或者相对紧密靠近地放置。
【主权项】
1.一种组合的滤波器和天线结构，其包括多模空腔滤波器以及天线，其中: 所述滤波器包括: 介电体，其被提供有传导性覆盖物；以及 接口，其被布置以在所述体中的驻波与在所述体的外部传送的电流之间交换能量；以及 所述天线被布置以在所述体之外的行波与在所述体的内部的驻波之间交换能量，并且所述天线包括: 第一窗口，其被提供在所述覆盖物中。2.如权利要求1所述的结构，其中所述接口包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口，以及连接到在第二窗口中的所述体的传导性材料的接触。3.如权利要求2所述的结构，其中所述接触是被提供在第二窗口中的所述体上的传导性材料的贴片。4.如权利要求3所述的结构，其中所述贴片延伸到第二窗口的边缘并且电连接到所述覆盖物。5.如权利要求2所述的结构，其中所述接触是刺入到在第二窗口中的体中的传导性探针。6.如权利要求1所述的结构，其中第一窗口是在所述覆盖物中的直槽。7.如权利要求6所述的结构，其中所述槽与电流平行或垂直，所述电流对应于当正在使用所述结构时将被建立在所述体中的驻波。8.如权利要求1所述的结构，其中第一窗口是第一和第二交叉直槽方式的十字形。9.如权利要求8所述的结构，其中第一槽与第二槽垂直地伸展。10.如权利要求8所述的结构，其中第一和第二槽分别与当正在使用所述结构时将被建立在所述体中的第一驻波和第二驻波平行。11.如权利要求1所述的结构，其中所述接口包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口，以及被连接到在第二窗口中的所述体的传导性材料的接触。12.如权利要求10所述的结构，其中所述接口包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口、在第二窗口中的所述体上的第一传导性走线以及在第二窗口中的所述体上的第二传导性走线，并且第一和第二走线被配置成分别优选地耦合到第一和第二驻波。13.如权利要求1所述的结构，其中所述天线还包括在第一窗口中的所述体上的传导性材料的岛。14.如权利要求13所述的结构，其中所述接口包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口以及连接到在第二窗口中的所述体的传导性材料的接触，并且所述天线还包括与所述岛分离的接地平面，并且定位所述接地平面以至少部分地覆盖第二窗口。15.如权利要求1所述的结构，其中所述覆盖物是在所述体上的涂层。16.如权利要求2所述的结构，其中第一和第二窗口彼此平行。17.一种双工器，其包括两个组合的滤波器和天线结构，其中每个组合的滤波器和天线结构包括: 多模空腔滤波器和天线，其中: 所述滤波器包括: 介电体，其被提供有传导性覆盖物；以及 接口，其被布置以在所述体中的驻波与在所述体的外部传送的电流之间交换能量；以及 所述天线被布置以在所述体之外的行波与在所述体的内部的驻波之间交换能量，并且所述天线包括: 第一窗口，其被提供在所述覆盖物中。
【专利摘要】一种组合的滤波器和天线结构（400），其包括多模空腔滤波器以及天线，其中：所述滤波器包括：被提供有传导性覆盖物（312）的介电体（310）；以及接口（412），其被布置以在所述体中的驻波与在所述体的外部传送的电流之间交换能量；以及天线（412），其被布置以在所述体之外的行波与在所述体的内部的驻波之间交换能量，并且所述天线包括：提供在所述覆盖物中的第一窗口（412）。以该方式形成的结构紧密地组合滤波和天线操作。
【IPC分类】H01Q13/18, H01P1/208, H01P7/06, H01P7/10
【公开号】CN104885291
【申请号】CN201380068008
【发明人】P.B.克宁顿, D.R.亨德里, S.J.库珀
【申请人】梅萨普莱克斯私人有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年10月25日
【公告号】EP2912716A1, US20140118206, WO2014064457A1
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于处理电信号的滤波器和天线。
【背景技术】
[0002]单模的介电滤波器在许多通信系统中具有广泛的使用，包括在蜂窝通信行业之内的低和高功率使用两者。特别地，在许多手持装置中使用的双工滤波器通常将采用该形式的滤波器技术，并且存在某些较高功率的应用，虽然与商业产品相关联的高损耗通常将它们的使用限制到几瓦特(平均功率)或更低的功率级别。
[0003]为了在介电滤波器设计中实现陡峭的滚降(roll-off)以及宽通带带宽，通常需要串联地级联多个介电谐振器。该工艺通常将导致在(想要的)通带中的损耗的显著增加，这是由于介电材料本身的插入损耗(即，在该材料之内的介电损耗)以及将能量传送入以及出电介质中的耦合损耗两者。
[0004]对使用多模滤波器的兴趣正在增长，因为这些滤波器允许介电材料片(或者“冰球体(puck)”)被有效地多次重新使用以形成更复杂的滤波器特性。这将通常具有比等同的单模谐振器能够实现的更陡峭的滚降和更宽的通带带宽。其通常还将导致较低的损耗，因为信号需要被耦合到介电材料中和被耦合出介电材料的次数减少。典型的示例将是三模滤波器，其中在三个维度或“平面”一一X平面、Y平面和Z平面一一中激励介电材料。激励可以是H场(磁)或E场(电)或者两者的组合(以任何比率)的形式。在图1A至IC中示出了在立方体100中的三模谐振，其中的每个示出了模式中的不同的一个。在这些图中，由实线箭头示出E场(在图1A的情况下指向纸面中)，并且由环绕E场线的环中的虚线表示H场。
[0005]在图1A至IC中示出的结构是空腔滤波器的结构。这是被广泛使用并且固有低损耗的结构，这归因于接触电介质并且“反射”在电介质之内设立的场的较大的金属面积一一该较大的金属面积减少在金属中的I2R损耗。相对而言，传输线滤波器(例如，梳状线或交指滤波器)一般将电流集中在相对小的导体中并且因此一般具有较高的损耗。
[0006]空腔滤波器通常具有大且沉重的缺点，然而使用多模方法允许滤波器的电介质被(实际上)多次使用并且因此允许滤波器针对在其响应中的给定数量的极点和零点更紧密。例如，三模滤波器可以具有每谐振器多达三个极点和三个零点，而常规的单空腔滤波器将仅具有最多一个极点和一个零点，并且因此将需要三倍数量的谐振器来实现相同的滤波器特性。
[0007]使用多模方法的结果是具有原理上低成本结构、低损耗和小尺寸的滤波器(或谐振器)。这在有源天线应用中是高度有利的，在有源天线应用中在每个有源天线产品中需要许多滤波器——例如，在16元件(element)900 MHz有源天线产品中通常将需要多达16个。除非使用小的、低成本、低损耗的滤波器，否则产品变得过于沉重或者过于昂贵而不能被大规模部署。
[0008]有源天线系统还包含天线元件以辐射和接收信号。这些天线元件一致(unison)地动作以形成单个束或多个束，这取决于馈送它们的一个或多个信号的相位关系或者相位和幅度关系。这样的系统在本领域公知并且这里将不详细描述。
[0009]虽然在有源天线架构中使用的多模滤波器可以带来显著的益处，但是仍然可能进一步改善这样的系统。通常指定用于这样的系统的双工滤波器通常具有到被设计成辐射和接收所期望的无线电信号的天线元件的直接连接。尽管该连接的长度短，但是由于所涉及的各种阻抗的失配(这样的失配不是由设计引起，而是由在所涉及的各种部件和材料的制造工艺中的不足产生)并且由于所使用的导体的非零的电阻两者，该连接将招致损耗。例如，在冰球体上使用的耦合结构(即，在冰球体上的传导性接口，用于将信号传递入和/或出冰球体)和在其上安装冰球体的PCB之间将存在失配，连同在PCB走线中的损耗；在将该PCB连接到在其上形成天线元件的PCB (如果其是贴片天线)或者到已形成的金属天线结构(例如，偶极子)的同轴(或其他传输线)连接中也将存在损耗。甚至辐射元件本身将具有非零的电阻率并且因此具有某些损耗。单独地，这些损耗中的每个将非常小，但是合计起来，它们将具有对总体天线的EIRP (有效各向同性辐射功率)及其接收噪声系数的明显的影响。
[0010]图2示出了针对在例如有源天线系统中形成双工器214的两个滤波器210和212的连接以及天线元件216的典型示意图。如从该图可见的那样，需要多个传输线，连同从例如滤波器210和212 (例如，介电谐振器)到它们的相关联的传输线218、220和222的转变。这些转变将不可避免地招致某些小的失配损耗，并且由于传输线218、220和222的有限的电阻率，传输线218、220和222本身也将招致损耗。同样，从最终传输线222到天线元件216的转变也将招致某些失配相关的损耗。最后，天线元件216本身将具有非零的电阻率，并且因此将引入损耗。单独地，这些损耗将是小的，但合计起来，总数通常将在I至2 dB的范围中，这取决于针对所涉及的频率和各种元件而选择的技术。这些损耗将使天线系统的传输EIRP和接收敏感度(噪声系数)两者降级并且减少其覆盖面积。
【发明内容】
[0011]根据一个方面，本发明的实施例提供了一种组合的滤波器和天线结构，其包括多模空腔滤波器和天线。所述滤波器包括被提供有传导性覆盖物的介电体以及接口，所述接口被布置以在所述体中的驻波与在所述体的外部传送的电流之间交换能量。所述天线被布置以在所述体之外的行波与在所述体的内部的驻波之间交换能量。所述天线包括第一窗口，其被提供在所述覆盖物中。以该方式形成的结构可以紧密地组合滤波和天线操作。
[0012]在某些实施例中，所述接口可以包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口以及连接到在第二窗口中的体的传导性材料的接触(contact)。所述接触可以是被提供在第二窗口中的体上的传导性材料贴片。这样的贴片可以延伸到第二窗口的边缘并且电连接到所述覆盖物。所述接触可以是刺入到(penetrate into)在第二窗口中的体中的传导性探针。
[0013]第一窗口可以是在所述覆盖物中的直槽。所述槽可以与电流平行或垂直，所述电流对应于当正在使用所述结构时将被建立在所述体中的驻波。
[0014]在某些实施例中，第一窗口可以以第一和第二交叉直槽的方式是十字形的。第一槽可以与第二槽垂直地伸展(run)。第一和第二槽可以分别与当正在使用所述结构时将被建立在所述体中的第一驻波和第二驻波平行。
[0015]所述接口可以包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口、在第二窗口中的体上的第一传导性走线以及在第二窗口中的体上的第二传导性走线，其中第一和第二走线被配置成分别优选地(preferentially)親合到第一和第二驻波。
[0016]在某些实施例中，所述天线可以包括在第一窗口中的体上的传导性材料的岛(island)。
[0017]在某些实施例中，所述接口可以包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口以及连接到在第二窗口中的体的传导性材料的接触，其中所述天线还包括与所述岛分离的接地平面，其中定位所述接地平面以至少部分地覆盖第二窗口。
[0018]在某些实施例中，所述 覆盖物是在所述体上的涂层。
[0019]在某些实施例中，第一和第二窗口彼此平行。
【附图说明】
[0020]仅经由示例，现在将通过参考附图描述本发明的各种实施例，在附图中:
图1A至IC示意性地图示了在立方体之内的不同的电磁驻波模式；
图2示意性地图示了用于在有源天线系统中将传输和接收滤波器连接到天线的布置； 图3示意性地图示了基于介电冰球体的多模空腔滤波器；
图4示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及“开放窗口”辐射结构；
图5示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及作为辐射结构的贴片天线；
图6示意性地图示了贴片元件在组合的滤波器元件和辐射结构中的使用，用于激励在谐振器之内的模式并且被用作辐射元件(“天线”)以将已滤波的输出信号辐射到自由空间中两者；
图7示意性地图示了使用两个组合的滤波器元件和辐射结构来形成双工器；
图8示意性地图示了使用四个组合的滤波器元件和辐射结构以形成具有交叉极化(cross-polar)天线能力的双工器；
图9示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及作为福射结构的、在金属化(metallisat1n)中的槽；
图10示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及作为辐射结构的、在金属化中的十字形开口 ；
图11示意性地图示了组合的滤波器元件和辐射结构，利用多模激励耦合结构以及作为辐射结构的、在金属化中的十字形开口，其中十字形不与在其上放置所述十字形的面的顶点(vertex)对准；
图12示意性地图示了双极化滤波器/辐射子系统，其并入针对每个极化的单独的模式激励以及十字形辐射结构；以及
图13示意性地图示了发射机，其利用多模滤波器，连同并入了针对每个极化的单独的模式激励以及十字形辐射结构的双极化滤波器/辐射子系统。
【具体实施方式】
[0021]图3示出了一种类型的多模滤波器。在图3中示出的滤波器300包括具有应用的金属化312的陶瓷电介质的立方冰球体310。在图3中，在冰球体的最近的面上的金属化和冰球体本身已经被示出为透明的，使得关于金属化的各种特征可以被看见，并且因此被更容易地描述。然而，为了避免疑惑，金属化312在冰球体的最近的面之上完全地延伸并且与在冰球体的相邻的面上的金属化连续。将冰球体310和金属化312处理为透明的该概念将延伸到图3至11。
[0022]假设冰球体310是立方体，则可以在冰球体中在三个不同的朝向上建立驻波。在每个朝向上，驻波的电场矢量与立方冰球体310的边缘平行。冰球体310的边缘可以被认为在正交的X、Y和Z方向上伸展，正交的X、Y和Z方向如由在图3中的笛卡尔坐标轴314指示的那样。因此，当在冰球体310中的驻波模式的电场矢量分别与X、Y和Z轴平行地时存在，将在冰球体310中的驻波模式称为X、Y和Z模式是有用的简化。
[0023]窗口 316被形成在立方体的一个面(在该情况下是底面)上的金属化312中，暴露冰球体的表面。超过窗口 316，金属化312在冰球体310的外部上连续。在冰球体310的表面上，在窗口 316中，提供了耦合结构318。耦合结构318是金属走线的组，在该情况下，是两个走线320和322，被布置(lay out)在窗口 316中。通过走线320中的一个向冰球体310施加电信号，以便激励在冰球体310之内的多个不同模式中的驻波。另一走线322将信号耦合出驻波，使得其可以被传送到其他电路(未示出)。
[0024]在穿过走线320到冰球体310中、通过冰球体310并且通过走线322出冰球体310中，电信号将经历滤波。该滤波的特性由被赋予走线320的形状部分地确定，因为该形状确定了所施加的信号的能量被耦合到在冰球体310中的不同驻波模式中的程度。同样地，该滤波的特性由被赋予走线322的形状部分地确定，因为该形状确定了从在冰球体322中的不同的驻波模式汲取的所提取的信号的能量的程度。此外，该滤波的特性由冰球体310的形状部分地确定，因为该形状确定了被设立在冰球体310之内的驻波的特性。
[0025]图4示出了结构400，其是在图3中示出的多模滤波器300的类型的发展。实际上，在图4中，从图3继续(carry over)的元件保留相同的参考标号，并且为了简洁，这里将不再次描述它们的性质和功能。相同的声明应用于所有剩余的图，以至于它们重新使用来自较早的图的参考标记。在图4中示出的结构400充当滤波器和天线两者，并且此后，这样的结构将被称为“滤波天线(Filtenna)”。
[0026]本质上，在图4中示出的滤波天线400不同于在图3中示出的滤波器300，因为在立方冰球体310的另一表面(在所示出的情况下是顶面)上的金属化312中形成了另一窗口410，并且耦合结构412服务于稍微不同的目的。滤波天线400可以以传输角色服务，或者以接收角色服务，如现在将讨论的那样。
[0027]在传输角色中，信号通过耦合结构412耦合到冰球体310中并且耦合到在冰球体310之内的驻波模式中。第二窗口 410允许被包含在冰球体310之内的电磁能量辐射出冰球体310进入自由空间中，由此形成一种类型的电介质加载(dielectric-loaded)天线。然而，从该天线辐射的信号是通过耦合结构412被馈入的信号的修改的版本一一已经被由在耦合结构412中的一个或多个走线的配置以及冰球体310的特性产生的滤波修改的版本。因此，在传输角色中，滤波天线400对被施加到耦合结构412的信号进行滤波并且然后辐射所述信号。在接收角色中，行波通过天线窗口 410进入冰球体310并且将能量耦合到在冰球体310之内的驻波模式中。在驻波之内的能量中的某些被耦合结构412耦合出冰球体310，作为然后被传送到其他电路(未示出)的电信号。因此，在接收角色中，滤波天线400捕获到达窗口 410的无线信号并且然后对所述无线信号进行滤波。在下文的许多讨论中，为了简洁，将主要从传输角色的观点讨论滤波天线的操作，但是技术人员将理解在接收角色中“相反的”操作(并且在任何情况下，经常在括号内提及)。
[0028]当然，在图4中示出的具体设计仅是示例。冰球体310在形状上不需要是立方体。冰球体310可以由不同于陶瓷的介电材料制成。天线窗口 410不必具有与适应耦合结构412的窗口 316相同的尺寸(dimens1n)或形状。在所示出的情况下，親合结构412是被布置在冰球体上的金属走线414并且沿着二维路径延伸，使得耦合结构412能够同时激励在冰球体310之内的多个驻波模式。然而，走线414可以具有较简单的布置，或者甚至可以用隔离的贴片(或者，的确，像针一样地突入冰球体310中的传导性探针)替换，在该情况下可以通过将不规则性设计到冰球体310中、将其从纯立方体形状改变来实现将能量耦合到多个驻波模式中。技术人员将认识到，该变型的列表绝不是穷举的。
[0029]滤波天线400 消除了在滤波元件和辐射元件之间的损耗(例如，起因于互连传输线)并且因此可以比使用单独天线和滤波元件的传统方法有效得多。另外，冰球体310的大小可以比传统的辐射元件的大小小得多，因为系统的电介质加载导致小的辐射结构；这也是显著的益处，因为其将节省例如在传统小区塔(cell-tower)上的大小和重量两者，并且由此允许在给定站点处部署较大数量的天线。由该系统提供的较大的覆盖，由于其较低的辐射损耗以及改善的接收敏感度，也可以导致在给定网络中所需的小区站点的数量减少(由此节省进一步的成本)。
[0030]图5示出了是图4的滤波天线的变型的滤波天线500，其中贴片天线元件510已经被放置在金属化312的顶表面中的窗口 410之内。该贴片元件510以类似于常规贴片天线的方式操作，但是在该情况下，其被以在冰球体310之内循环的信号馈送(在传输滤波器应用的情况下)，而不是使用常规馈线或类似的结构馈送。应注意，在图5中，贴片元件510与其周围的窗口 410相比相对小；在许多应用中，可能必须减小窗口大小，使得其围绕贴片元件510紧密配合(close fit)。这将确保最大可能的量的能量被保留在冰球体之内，并且仅期望的量的能量经由贴片元件510辐射(即，几乎不存在来自围绕贴片元件510的窗口区域的非意图的“泄漏”)。
[0031]图6示出了是图5的滤波天线500的变型的滤波天线600，并且其中在耦合结构412和天线窗口 410两者中使用贴片元件610和612。在该情况下，需要将缺陷(defect)引入到冰球体310中以确保多个模式被耦合到冰球体310之内；在图6的情况下，孔614、616和618被示出履行该需要，然而也可以使用大范围的其他缺陷。
[0032]虽然贴片元件612被示出为在图6中的天线结构的一部分，但是也可能省略这个，并且代替地使用“开放窗口”风格的天线结构(如在图4中特写(feature)的那样)。
[0033]图6的进一步的变型是被用作耦合结构412的贴片元件610可以被探针(侵入到冰球体310中的像针一样的馈送导体)或其他占优势的(predominantly)单模激励结构(BP，需要添加缺陷以便允许耦合到多个模式的结构)替换。
[0034]注意，在图6中，辐射(或接收)贴片612被示出为被放置在与组成耦合结构412的贴片元件610正交的冰球体的侧面上。这是涉及使用缺陷的激励/耦合布置的需要，其中天线窗口 410和耦合结构412被示出在冰球体310的正交面上。
[0035]图7示出了一种方法，通过所述方法，两个滤波天线700和710可以被用于形成双工器712。虽然在该示意图中两个滤波天线700和710看起来相同，但是在传输滤波天线700和接收滤波天线712之间，(至少)滤波方面的设计将是不同的，这归因于在每个情况下所需的不同的中心频率和滚降特性。还应注意，通常在传输和接收方向两者上级联多个滤波元件，以便实现给定的滤波性能级别，并且在该图中仅示出传输滤波器排列(line-up)的最终极以及接收滤波器排列的第一级。
[0036]例如，在典型的天线系统中，将使用有源天线、单个辐射元件；这主要是出于大小的原因，因为使用单独的传输和接收元件(连同在这样的系统中通常采用的极化分集)将导致整个天线系统的大小的加倍。在大多数应用中，特别是蜂窝基础设施中，这将是不可接受的。然而，在图7中示出的系统的情况下，使用具有高的介电常数的电介质加载的系统导致非常小的滤波天线，并且可以在当前基础设施天线的尺寸之内容易地并排(side-by-side)(或分离地)容纳这些天线。因此，在例如蜂窝基础设施应用中，所述布置是完全可行的。
[0037]系统的“双工”功能不需要在双工器的传输和接收部分之间的物理连接(在图2中示出了这样的连接)，因为双工器的两半独立操作。在转变(transit)和接收天线元件714和716之间将存在高度的隔离，这是由于它们的并排的物理放置(即，每个被放置在其他天线的辐射图中的零位(null)中)。然而，该隔离将不是完美的，并且通常也将存在来自附近的结构的某种程度的反射，两者导致某些传输信号能量被接收天线716接收。然而，此类能量的量将比传统双工器中小得多，在传统双工器中传输和接收滤波器彼此直接连接(如在图2中示出的那样)。因此，在图7中示出的实现中，可以放松(relax)在传输滤波天线700和接收滤波天线710两者中的滤波的规范，通常导致较小和较便宜的系统(例如，在系统的传输和接收臂的每个中仅需要单个滤波元件，而不是级联的两个或更多，这对于多模技术方案的情况是经常的一一以及，当然，针对单模滤波器的很多更多元件)。
[0038]可以借助于适当的馈送结构设计(或者使用两个正交的馈送结构)提供在单个滤波天线之内的双极化。同样，如在图8中示出的那样，利用四个滤波天线800、810、812和814，其也可以在仍然小的占位面积(footprint)之内提供。如满足给定的规范需要的那样，这些滤波天线中的每个将独立动作并且可能经由附加的(多模)滤波元件连接到其自己的发射机或接收机电路(酌情)。每个滤波天线被提供有适当的馈线和天线结构(例如，天线形状)以确保其生成用于传输和/或接收其需要处理的信号的正确的极化。例如，针对在第一滤波天线中的第一极化的馈线结构可以被放置成与针对在第二滤波天线中的第二极化的馈线结构垂直。替代地(或者附加地)，针对在第一滤波天线中的第一极化的馈线结构可以被设计成激励第一模式(例如，X模式)和针对在第二滤波天线中的第二极化的馈线结构可以被设计成激励第二正交模式(例如Y模式)，这些模式然后被耦合到天线结构，其被适当地设计成分别在第一和第二正交方向上耦合到这样的模式，由此生成双极化双滤波天线结构。为创建全双工器设计，因此需要这些双滤波天线结构(即，总共四个滤波天线)中的两个，如在图8中示出的那样。再一次，在这里，其是在(例如)蜂窝基础设施应用中的介电滤波天线的小的大小，这使得这是现实的配置。
[0039]图9示出了是图4的滤波天线400的变型的滤波天线900。然而，在滤波天线900的情况下，使用在金属化312中的槽910替代在图4中示出的辐射窗口 410。在图9的情况下，槽910被示出平行于冰球体310的边缘中的两个延伸，然而这不需要是该情况。槽910的尺寸将确定所辐射的能量的量，并且也确定成功地操作为谐振器的谐振器的能力一一如果槽910非常大(如在图4中的那样)，则谐振器将具有不良的Q，因为大部分能量将辐射到外部世界中；如果槽910非常小，则将辐射非常小的能量，并且系统将具有优良的滤波性质，但充当不良的天线。在这两个极端之间，将存在针对大部分应用可接受的折衷。
[0040]如果槽910足够窄，则使用槽910将导致从槽910发出线性极化的信号；该布置针对某些应用是有利的(例如，使用垂直极化，其中用于传输的接收天线也可能是垂直极化的)。
[0041]槽910的朝向将很大程度上确定哪个模式支配(dominate)来自滤波天线900的辐射。例如，如果槽910与X模式对准，则滤波天线900将很大程度上辐射X模式能量，其中其他模式被保持在冰球体之内。
[0042]图10示出了是滤波天线900的变型的滤波天线1000，其中天线槽1010是十字形的。在该情况下，以所示出的对准，两个模式将从冰球体310辐射(X和Y模式)，每个都线性极化。因此，滤波天线1000现在变成了交叉极化天线，并且这是在蜂窝基础设施应用中最通常使用的天线的形式并且因此是针对滤波天线的非常有用的配置。
[0043]图11示出了是滤波天线1000的变型的滤波天线1100，其中十字形辐射孔隙(aperture) 1110具有不同的朝向:在该情况下，其臂的端部与在其上放置所述十字形福射孔隙1110的面的顶点对准。该系统仍将以两个极化辐射，然而其将从在冰球体310之内的多个模式接收其能量。
[0044]将容易理解，在图7和图8中示出的双工器布置也可以利用在图9、图10和图11中示出的辐射槽结构采用。
[0045]图12示出了是图10的滤波天线1000的变型的滤波天线1200，并且其中两个单独的耦合结构1210和1212被用于馈送最终将被辐射为两个单独极化的模式。这里，耦合结构1210和1212被以简单的形式示出，每个都被描绘为在冰球体310的底表面上的直的走线1214和1216。实际上，耦合结构1210和1212可以比这更复杂。使用单独的耦合结构1210和1212允许单独地解决(address)模式，并且由此从例如单独的发射机(或者耦合到单独的接收机)操作。由此可以创建在传输或接收上的真正的极化分集系统，如在图13中示出的那样(在传输示例的情况下)。
[0046]在图12的情况下，滤波天线1200仍然是多模谐振器，因为两个单独的模式(在该情况下，X和Y)被激励并且同时(并且正交地)存在于冰球体310中。这些谐振模式还将具有滤波功能并且可以与其他多模(或者单模)滤波器级联以提供改善的滚降响应。应注意，将可能允许一个极化利用，比方说，X和Z模式，由此改善其滤波器滚降性能，其他极化仅利用Y模式。虽然这在比方说满足由欧洲电信标准协会(ETSI)规定的给定的放射规范中将不是有用的，但是其可以被“免费地(for free)”利用(S卩，不需要附加的部件或空间)，以在一个极化中改善系统的性能，超过由ETSI设想(envisage)的性能。
[0047]图13示出了两个(在该示例中)传输路径1300和1310如何经由单独的多模滤波器1314和1316连接到单个双极化滤波天线1312 (比如在图12中示出的那一个)(以改善滚降响应，如上文讨论的那样)。该类型的连接通常在传输分集应用中使用，其中使用相同天线，被馈送以单独的信号的单独的发射机被从不同的极化同时传输。同样，当然，如果发射机子系统(在图13的左手侧上示出到其的连接)被接收机子系统替换，则将获得接收分集系统。最后，如果在图13中示出的两个多模滤波器被双工滤波器(单模或者多模)替换，则将创建双模式传输和接收分集系统。应注意，在该情况下，滤波天线的带宽将需要是足够宽的以传递传输频带和接收频带两者。
[0048]应注意，组合在图8和图12中示出的思想将导致较小的双极化双工器。现在将仅需要两个滤波天线，因为每个将是双极化子系统，其中两个结构被以与在图7中示出的方式类似的方式、并排或者相对紧密靠近地放置。
【主权项】
1.一种组合的滤波器和天线结构，其包括多模空腔滤波器以及天线，其中: 所述滤波器包括: 介电体，其被提供有传导性覆盖物；以及 接口，其被布置以在所述体中的驻波与在所述体的外部传送的电流之间交换能量；以及 所述天线被布置以在所述体之外的行波与在所述体的内部的驻波之间交换能量，并且所述天线包括: 第一窗口，其被提供在所述覆盖物中。2.如权利要求1所述的结构，其中所述接口包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口，以及连接到在第二窗口中的所述体的传导性材料的接触。3.如权利要求2所述的结构，其中所述接触是被提供在第二窗口中的所述体上的传导性材料的贴片。4.如权利要求3所述的结构，其中所述贴片延伸到第二窗口的边缘并且电连接到所述覆盖物。5.如权利要求2所述的结构，其中所述接触是刺入到在第二窗口中的体中的传导性探针。6.如权利要求1所述的结构，其中第一窗口是在所述覆盖物中的直槽。7.如权利要求6所述的结构，其中所述槽与电流平行或垂直，所述电流对应于当正在使用所述结构时将被建立在所述体中的驻波。8.如权利要求1所述的结构，其中第一窗口是第一和第二交叉直槽方式的十字形。9.如权利要求8所述的结构，其中第一槽与第二槽垂直地伸展。10.如权利要求8所述的结构，其中第一和第二槽分别与当正在使用所述结构时将被建立在所述体中的第一驻波和第二驻波平行。11.如权利要求1所述的结构，其中所述接口包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口，以及被连接到在第二窗口中的所述体的传导性材料的接触。12.如权利要求10所述的结构，其中所述接口包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口、在第二窗口中的所述体上的第一传导性走线以及在第二窗口中的所述体上的第二传导性走线，并且第一和第二走线被配置成分别优选地耦合到第一和第二驻波。13.如权利要求1所述的结构，其中所述天线还包括在第一窗口中的所述体上的传导性材料的岛。14.如权利要求13所述的结构，其中所述接口包括被提供在所述覆盖物中的第二窗口以及连接到在第二窗口中的所述体的传导性材料的接触，并且所述天线还包括与所述岛分离的接地平面，并且定位所述接地平面以至少部分地覆盖第二窗口。15.如权利要求1所述的结构，其中所述覆盖物是在所述体上的涂层。16.如权利要求2所述的结构，其中第一和第二窗口彼此平行。17.一种双工器，其包括两个组合的滤波器和天线结构，其中每个组合的滤波器和天线结构包括: 多模空腔滤波器和天线，其中: 所述滤波器包括: 介电体，其被提供有传导性覆盖物；以及 接口，其被布置以在所述体中的驻波与在所述体的外部传送的电流之间交换能量；以及 所述天线被布置以在所述体之外的行波与在所述体的内部的驻波之间交换能量，并且所述天线包括: 第一窗口，其被提供在所述覆盖物中。
【专利摘要】一种组合的滤波器和天线结构（400），其包括多模空腔滤波器以及天线，其中：所述滤波器包括：被提供有传导性覆盖物（312）的介电体（310）；以及接口（412），其被布置以在所述体中的驻波与在所述体的外部传送的电流之间交换能量；以及天线（412），其被布置以在所述体之外的行波与在所述体的内部的驻波之间交换能量，并且所述天线包括：提供在所述覆盖物中的第一窗口（412）。以该方式形成的结构紧密地组合滤波和天线操作。
【IPC分类】H01Q13/18, H01P1/208, H01P7/06, H01P7/10
【公开号】CN104885291
【申请号】CN201380068008
【发明人】P.B.克宁顿, D.R.亨德里, S.J.库珀
【申请人】梅萨普莱克斯私人有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年10月25日
【公告号】EP2912716A1, US20140118206, WO2014064457A1
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