專利名稱：介電濾波器及調(diào)節(jié)其帶通特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及適用于高頻無線電裝置、如移動式電話的介電濾波器，并尤其涉及一種小型芯片型介電濾波器，它通過層疊的介電層及在其中夾置的多個電極構(gòu)成。本發(fā)明也涉及調(diào)節(jié)這種介電濾波器的帶通特性的方法。
對于使便攜式無線電通信裝置、如移動式電話的高頻濾波器的小型化需求正在增長。這種高頻濾波器應(yīng)具有良好的頻率選擇性及同時必需能以低成本制造。作為能滿足上述需求的高頻濾波器，已經(jīng)推薦一多層結(jié)構(gòu)的陶瓷濾波器，其中布置了條形線電極作為諧振器(例如可參考WO 96/19843)。該類介電濾波器的優(yōu)點在于其尺寸能被減小，因為借助所使用的陶瓷介電材料之高介電常數(shù)使其中使用的信號有效波長變短，由此可縮短諧振器的長度。
但是其中使用了高介電常數(shù)之介電材料的上述類型的介電濾波器具有的缺點是，它的頻率特性通過其中所設(shè)電極尺寸的小小變化而受到很大地影響。為此原因，用在該類介電濾波器中的介電材料之介電常數(shù)被一定的上限值所限制，該上限值通常約為100。作為能通過具有這種有限介電常數(shù)的介電材料進一步減小尺寸的介電濾波器，例如已在日本專利申請公開文獻No.7.312503中提出一種具有專門設(shè)計形狀之諧振器電極的所謂SIR(分級阻抗諧振器)類介電濾波器。SIR類型的每個諧振器包括一在其近端接地的窄的第一諧振器部分(高阻抗的)，及一與第一諧振器部分的遠端相連接的寬的第二諧振器部分(低阻抗的)，該第二諧振器部分的遠端張開。該類型的SIR諧振器在同一頻率時可作得較短，因此濾波器可進一步減小尺寸。但是，上述SIR型介電濾波器的缺點在于電流集中在窄的第一諧振器部分上，從而產(chǎn)生了較大的損耗，由此引起濾波器插入損耗的增加。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種小尺寸及具有低插入損耗的SIR型介電濾波器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種其頻率特性能以簡易方式調(diào)節(jié)的介電濾波器。
本發(fā)明的又一目的是提供一種容易及精細地調(diào)節(jié)這種介電濾波器之帶通特性的方法。
為了實現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的介電濾波器的特征在于該介電濾波器包括至少兩個條形線諧振器，它們分別配置在平行的平面上并彼此電磁耦合，在其中間夾安置至少一個介電層，該至少兩個條形線諧振器的每個包括一在其近端接地的第一條形線部分，及一從第一條形線部分的遠端沿與第一條形線部分延伸的相同方向而延伸的第二條形線部分，第一條形線部分的寬度稍小于第二條形線部分的寬度，第二條形線部分的側(cè)緣相對于第一條形線部分的側(cè)緣在垂直于第一及第二條形線部分延伸方向的相同方向上發(fā)生位移。
借助具有上述結(jié)構(gòu)的濾波器，由于該條形線諧振器之第一條形線部分的寬度僅僅稍小于第二條形線部分的寬度，則該第一條形線部分具有的電流密度將低于傳統(tǒng)的SI型諧振器之電流密度并因而具有較低的損耗。因此，該濾波器將具有較低的插入損耗。
根據(jù)本發(fā)明的上述介電濾波器可具有至少一個大致方形的切口，其形成在至少一個條形線諧振器的第二條形線部分中并在其至少一個側(cè)緣上。通過設(shè)置這些切口，就可在這些諧振器中產(chǎn)生附加的電感及電容，以使該濾波器的中心頻率能被降低，此外，截止特性也將被改善。另外，可通過調(diào)節(jié)這些切口的位置、深度和/或?qū)挾葋砭毜卣{(diào)節(jié)該濾波器的帶通特性。
根據(jù)本發(fā)明的介電濾波器可在夾置于條形線諧振器之間的至少一個介電層上置有至少一個條形調(diào)諧電極，用于調(diào)節(jié)條形線諧振器之間的電磁耦合，至少一個條形調(diào)諧電極的至多一端被接地。利用該結(jié)構(gòu)，就能夠精細地調(diào)節(jié)該濾波器的帶通特性。
根據(jù)本發(fā)明的介電濾波器還可具有至少另一設(shè)在條形線諧振器外的介電層，在其上設(shè)有一電容電極，用于與至少一個條形線諧振器的第二條形線部分電容性地耦合。利用該結(jié)構(gòu)，可以降低和/或調(diào)節(jié)該濾波器的中心頻率。
根據(jù)本發(fā)明的這種濾波器之帶通特性調(diào)節(jié)方法的特征在于對相關(guān)的第二條形線部分中之切口的深度、寬度和/或位置進行調(diào)節(jié)。根據(jù)該方法，可以容易及精細地調(diào)節(jié)該濾波器的帶通特性。
以下將參照附圖來描述本發(fā)明的實施例，其附圖為

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例之介電濾波器的分解透視圖2是圖1中實施例的前視圖；圖3是圖1中實施例的右側(cè)視圖；圖4是圖1中實施例的介電層10c的平面圖；圖5是圖1中實施例的介電層10d的平面圖；圖6是圖1中實施例的介電層10e的平面圖；圖7是圖1中實施例的介電層10f的平面圖；圖8是圖1中實施例的介電層10g的平面圖；圖9是圖1中實施例的等效電路圖；及圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實施例之介電濾波器的分解透視圖；圖1至8表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的介電濾波器10。該濾波器是塊狀型(或芯片型)的，并通過層疊及燒結(jié)8個矩形的介電片10a至10h和在它們之間夾置多個薄膜金屬電極而構(gòu)成。每片是由陶瓷材料作的并具有相應(yīng)的預(yù)定厚度。該濾波器10在其一對相反對置的端側(cè)面上(這些側(cè)面中的一個表示在圖2中)分別設(shè)有接地端電極11a及11b，每個接地端電極完全地覆蓋著相關(guān)的側(cè)面。該濾波器10在另一對相反對置的端側(cè)面(這些端側(cè)面中的一個表示在圖3中)上分別設(shè)有條形輸入/輸出端電極12a及12b，其中每個沿濾波器10的厚度方向延伸在相關(guān)側(cè)面的中央部分上。
位于該濾波器一個表面(圖1中上表面)側(cè)上的介電片10a被設(shè)置成用于保護的目的。該保護介電片10a與介電片10b相鄰，后者在其面對該片10a的表面上設(shè)有屏蔽電極14，該屏蔽電極實質(zhì)上完全覆蓋了該表面，但將延伸在片10b兩相反端側(cè)(圖1中較短側(cè))從空缺部分13及13除外。這些空缺部分13及13被設(shè)來防止屏蔽電極14與輸入/輸出端電極12a及12b發(fā)生短路。
介電片10b與介電片10c相鄰，后者在其面對片10b的表面上設(shè)有輸入電極16，該輸入電極從與輸入端電極12a相鄰的片10c的那側(cè)(標記為15)之中央部分延伸在實質(zhì)上垂直于該側(cè)15的方向上。輸入電極16具有一遠的半拉部分16a，該部分比其近的半拉部分16b寬得多。該介電片10c在與上述相同的表面上還設(shè)有條形電容電極18，它沿與接地端電極11a相鄰的側(cè)邊延伸。電容電極18配置在輸入電極16的遠半拉部分16a的(橫向)側(cè)旁。
介電片10c與介電片10d相鄰，后者在其面對片10c的表面上設(shè)有一諧振器電極20，它用作第一條形線諧振器。該諧振器電極20包括一近諧振器部分20a，它從片10d與接地端電極11b相鄰的側(cè)邊部分以恒定寬度W1延伸在基本垂直于該側(cè)的方向上，及被該近諧振器部分20a從其伸出的那個側(cè)邊部分要從該側(cè)邊的中央朝輸入端電極12a產(chǎn)生位移。該諧振器電極20還包括一遠的諧振器部分20b，它從近諧振器部分20a的末端以恒定寬度W2延伸出來，該寬度稍大于近諧振器20a的寬度，并在與近諧振器部分20a延伸的相同方向上延伸。該遠諧振器部分20b的遠端假定為一方形自由端。該遠諧振器部分20b的軸線相對于近諧振器部分20a的軸線被朝輸出端電極12b的方向偏移，以致該遠諧振器部分20b在輸入端電極12a側(cè)的側(cè)邊緣相對近諧振器部分20a在輸入端電極12a側(cè)的側(cè)邊緣被朝著輸出端電極12b方向偏移了一距離W3。該距離W3可取大于零的任何值，并在距離W3為零的情況下，該遠諧振器部分20b在輸入端電極12a側(cè)的側(cè)邊緣與近諧振器部分20a在輸入端電極12a側(cè)的側(cè)邊緣相互對齊。當(dāng)從濾波器10的厚度方向上看時，遠諧振器部分20b的遠端部分與上述電容電極18相重疊。遠諧振器部分20b在朝輸出端電極12b的那側(cè)上并在其一部分中制有一預(yù)定寬度及深度的、實質(zhì)為方形的切口21，它基本上位于該諧振器部分其長度方向的中央。
介電片10d與介電片10e相鄰，后者在其面對片10d的表面上設(shè)有一第一條形調(diào)諧電極23，一第二條形調(diào)諧電極24及一第三條形調(diào)諧電極25。第一調(diào)諧電極23從與接地端電極11b相鄰的片10e的那側(cè)邊之中央部分作垂直于該側(cè)邊地朝該片的中心部分延伸。第二調(diào)諧電極24距上述電極23的遠端為一預(yù)定距離地配置，并在垂直于電極23之軸線的方向上延伸一預(yù)定長度。第三調(diào)諧電極25距電極24為一預(yù)定距離地配置并對著接地端電極11a，及平行于電極24地延伸。
介電片10e與介電片10f相鄰，后者在其面對片10e的表面上設(shè)有一電極40，它相對于將圖1中濾波器10分成左、右兩半拉部分的一個虛平面與介電片10d上的電極20形成對稱。介電片10f與介電片10g相鄰，后者在其面對著片10f的表面上設(shè)有電極36及38，它們相對于上述的虛平面與介電片10c上的電極16及18形成對稱。與諧振器電極20相對應(yīng)的介電片10f上的電極40構(gòu)成該濾波器的一第二條形線諧振器，并包括一近諧振器部分40a及一在其中形成切口41的遠諧振器部分40b。與輸入電極16相對應(yīng)的介電片10g上的電極36構(gòu)成該濾波器的一輸出電極，而與電容電極18相對應(yīng)的介電片10g上的電極38構(gòu)成該濾波器的一第二電容電極。
介電片10h與上述介電片10g相鄰并配置在該濾波器的另一表面?zhèn)?圖1中的下表面)上，它的設(shè)置是用于保護及屏蔽的目的。該介電片在其面對著片10g的表面上設(shè)有類似于屏蔽電極14的屏蔽電極34。
現(xiàn)在將參照其等效電路來描述具有上述結(jié)構(gòu)的濾波器10的功能。
圖9表示圖1至圖8中所示介電濾波器10的等效電路。如圖9中所示，與濾波器10的輸入端電極12a相對應(yīng)的輸入端112a通過輸入電極16及諧振器電極20之間的一個電容116與第一諧振器電路120相連接，后者相應(yīng)于第一諧振器電極20。諧振電路120的非接地端通過一位于兩個諧振器電極20及40之間的電容130與第二諧振電路140相連接，后者相應(yīng)于第二諧振器電極40。第二諧振電路140的非接地端通過一位于諧振器電極40及輸出電極36之間的電容136與輸出端112b相連接，后者相應(yīng)于輸出端電極12b。
在該等效電路的上述部分中，由于諧振器電極20及40具有此傳統(tǒng)的SIR型波濾器的諧振器寬的近諧振器部分，故在這些諧振器部分中的電流密度相對較低。因此，在相應(yīng)通帶中，如諧振電路120及140所示的在這些諧振器上的導(dǎo)電損耗就較低，以致于使得根據(jù)本發(fā)明的濾波器10的插入損耗要比傳統(tǒng)SIR型濾波器的插入損耗有實質(zhì)性的降低。但是，由于增加了諧振器電極20及40的近諧振器部分的寬度，故這些諧振器具有較低的阻抗，尤其是其電感分量小于傳統(tǒng)的SI(分級阻抗)諧振器的電感分量。其結(jié)果是，通過濾波器10的諧振器降低中心頻率的影響小于傳統(tǒng)的SI諧振器。例如，當(dāng)與普通條形線諧振器相比，傳統(tǒng)的SI諧振器具有降低中心頻率之作用約為600MHz時，與普通條形線諧振器相比，根據(jù)本發(fā)明之濾波器10的諧振器僅具有約為400MHz的降低中心頻率的影響。
鑒于以上事實，根據(jù)本發(fā)明的濾波器10還包括電容電極18及38，它們不僅用于相對諧振器電極20和40形成附加電容，耐用還用于將諧振器電極20和40上的電荷拉向其張口端，由此引起這些諧振器電極的電感分量增大。因此，如諧振電路120及140所示的諧振器共振頻率被降低。
在上述諧振器的中心頻率僅通過設(shè)置電容電極18及38而降低的情況下，非常有可能引起電容電極18及38和諧振器電極20及40之間距離的小變化造成中心頻率的大變化。為此原因，在根據(jù)本發(fā)明的濾波器10中，不是限制電容電極的尺寸，而是分別在諧振器電極20及40的遠諧振器部分中設(shè)置切口。
因為諧振器電極20及40的遠諧振器部分20b及40b上這樣地形成了切口21和41，即在這些諧振器部分中電流將沿各切口的邊緣流動，結(jié)果是在這些諧振器中產(chǎn)生了附加電感及電容。這些附加于諧振器電極20及40(即在諧振電路120及140)上的附加電感及電容的作用可表達為諧振電路121及141，它們分別與諧振電路120及140并聯(lián)地連接，如圖9中所示。因此，與未設(shè)置切口的情況相比，諧振器電極20及40的諧振頻率有實質(zhì)性的降低。可以理解，通過改變切口21及41的位置、尺寸(寬度及深度)和/或另外的參數(shù)，就可以對濾波器10的帶通特性進行精細調(diào)節(jié)。同樣可以理解，由于如諧振電路121及141所示的切口產(chǎn)生了分布在通帶高頻側(cè)的頻率區(qū)域中的衰減極，故改善了濾波器10的截止特性。
設(shè)在片10e上的電極23、24及25用于調(diào)節(jié)諧振器電極20和40之間的耦合，并可用圖9中的等效電路150來表達。電極23、24及25產(chǎn)生了在截止頻率區(qū)域中的衰減極。例如，電極23作為一種槽型濾波器工作，并具有小于諧振器20及40的長度。因此電極23具有的諧振點位于比濾波器10的通帶中心頻率高得多的頻率上，由此改善了濾波器10的截止頻率。
在上述實施例中，切口21及41設(shè)在諧振器電極20及40的遠諧振器部分中之特定側(cè)邊緣上。但是，該切口也可設(shè)在各遠諧振器部分的任何一側(cè)邊緣上。此外，切口的數(shù)目不必限制于一個，也可多于一個。并且，每個介電片10a至10h可選擇為各自所需的厚度，其中每個片10b、10c、10f及10g的厚度最好這樣地選擇，以使得反射衰減量為最佳。
現(xiàn)在將參照圖10來描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的介電濾波器。
根據(jù)該第二實施例的介電濾波器210與根據(jù)第一實施例的濾波器10的區(qū)別在于以下的方面。在濾波器210中，三個介電片210i、210j及210k被夾置在介電片210d及介電片210f之間，在介電片210d上設(shè)有第一諧振器電極220，及在介電片210f上設(shè)有第二諧振器電極240。在介電片210i、210j及210k上分別設(shè)有電極226、227及228，用于調(diào)節(jié)諧振器電極220及240之間的耦合。
設(shè)在片210i上的條形電極226具有一預(yù)定長度并配置在分別距離接地端電極211a及211b為預(yù)定的距離上，且平行于它們地延伸。當(dāng)從濾波器210的厚度方向看時，電極226部分地與諧振器電極220的遠諧振器部分重疊。在片210k上的電極228與電極226相對于將圖10中濾波器210劃分成左、右兩半拉的一個虛平面形成對稱。
設(shè)在片210j上的電極227構(gòu)成一SI型諧振器，并包括一近諧振器部分227a及遠諧振器部分227b，該近諧振器部分在其近端與接地電極211b相連接并從該接地電極垂直地以恒定寬度朝片210j的中央部分延伸，及遠諧振器部分227b從近諧振器部分以增大的恒定寬度進一步延伸并具有一敞開的遠端。遠諧振器部分227b具有形成在其兩側(cè)緣部分上的切口229a及229b。
借助根據(jù)上述第二實施例的濾波器210，可以獲得類似于第一實施例的濾波器10所獲得的有利效果。同樣要中以根據(jù)電極226至228的位置、形狀及尺寸來調(diào)節(jié)濾波器210的帶通特性。
權(quán)利要求
1.一種介電濾波器，包括分別設(shè)置在各平行平面中的至少兩個條形線諧振器，及夾置在它們之間的至少一個介電層，這兩個條形線諧振器彼此電磁耦合，所述介電濾波器的特征在于該至少兩個條形線諧振器的每個包括一在其近端接地的第一條形線部分，及一從第一條形線部分的遠端沿與第一條形線部分延伸的相同方向延伸的第二條形線部分，第一條形線部分的寬度稍小于第二條形線部分的寬度，第二條形線部分的側(cè)邊緣相對于第一條形線部分的側(cè)邊緣在垂直于第一及第二條形線部分延伸方向的相同方向上發(fā)生位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的介電濾波器，其特征在于，所述第二條形線部分的一個側(cè)邊緣相對于所述第一條形線部分的相應(yīng)側(cè)邊緣的位移基本上為零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的介電濾波器，其特征在于，在至少一個所述條形線諧振器的第二條形線部分中并至少在其一個側(cè)邊緣上形成一大致為方形的切口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的介電濾波器，其特征在于，在夾置于所述條形線諧振器之間的至少一個介電層上設(shè)有至少一個條形調(diào)諧電極，用于調(diào)節(jié)所述條形線諧振器之間的電磁耦合，并且，至少一個條形調(diào)諧電極的至多一端被接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的介電濾波器，其特征在于，所述至少一個條形調(diào)諧電極包括一在其一端接地的并與所述條形線諧振器相同方向延伸的第一調(diào)諧電極，及至少一個在浮動電位狀態(tài)的并以垂直于所述條形線諧振器延伸方向(之方向)延伸的第二調(diào)諧電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的介電濾波器，其特征在于，夾置于所述條形線諧振器之間的所述至少一個介電層包括一第一介電層，在其上設(shè)有一在其一端接地的并與所述條形線諧振器相同方向延伸的第一調(diào)諧電極；及一第二介電層，在其上設(shè)有至少一個在浮動電位狀態(tài)的并垂直于所述條形線諧振器延伸方向延伸的第二調(diào)諧電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的介電濾波器，其特征在于，所述濾波器包括配置在所述條形線諧振器外的至少另一介電層，在其上設(shè)有一電容電極，用于與至少一個所述條形線諧振器的所述第二條形線部分電容性地耦合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項的介電濾波器，其特征在于，每個介電層當(dāng)從其厚度方向看時具有一矩形形狀，所述至少兩個條形線諧振器為一對條形線諧振器，這些條形線諧振器中一個的第一條形線部分從其上設(shè)有這個條形線諧振器的介電層之一個長邊的一部分上延伸出來，并該部分靠近該同一介電層之基本上垂直于所述長邊方向的一個短邊，所述一個條形線諧振器的第二條形線部分相對于所述第一條形線部分朝所述介電層的另一短邊方向上偏移；所述對的條形線諧振器之另一個則相對該對條形線諧振器的所述一個(諧振器)是鏡像逆轉(zhuǎn)的關(guān)系。
9.用于調(diào)節(jié)根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項的介電濾波器之帶通特性的方法，其中，對相關(guān)的第二條形線部分中切口的深度、寬度和/或位置進行調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種介電濾波器(10)包括分別設(shè)置在各平行平面中的至少兩個條形線諧振器(20、40),及夾置在它們之間的介電層(10d、10e),這兩個條形線諧振器彼此電磁耦合。兩個條形線諧振器(20、40)中的每個包括在其近端接地的第一條形線部分及從第一條形線部分的遠端沿與第一條形線部分延伸的相同方向延伸的第二條形線部分。第一條形部分的寬度稍小于第二條形線部分的寬度。第二條形線部分的側(cè)邊緣相對于第一條形線部分的側(cè)邊緣在垂直于第一及第二條形線部分延伸方向的相同方向上發(fā)生位移。
文檔編號H01P1/203GK1249854SQ98802940
公開日2000年4月5日 申請日期1998年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月30日
發(fā)明者K·霍里 申請人:皇家菲利浦電子有限公司