CN100550510C - 用于基站通信装备的电介质滤波器 - Google Patents

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Abstract

在用于基站通信装备的电介质滤波器(1)中，矩形实体的电介质块(2)设置有多个1/4波长谐振腔(3A1-3A4；3B1-3B4)，所述多个1/4波长谐振腔沿着电介质块的侧表面(2c、2d)设置，并相互平行且与侧表面(2c、2d)平行地延伸。电介质块(2)由具有5至20的相对电介质常数的电介质陶瓷制成，而在与电介质块(2)的侧表面(2c、2d)垂直相交的方向上的尺寸(H)是10至30mm。

Description

用于基站通信装备的电介质滤波器
技术领域
本发明涉及一种采用电介质块的用于基站通信装备的电介质滤波器，所述电介质滤波器适于在高频带(例如微波带)中使用，本发明尤其涉及一种能够在不使用凹形同轴或圆柱谐振腔的情况下获得低损耗的电介质滤波器，所述电介质滤波器适于在高功率基站通信装备中使用。
背景技术
通信系统(例如移动电话或便携式电话)采用体积小和重量轻的移动终端或便携式终端，并适于通过用于与每个便携式终端通信的基站通信装备传送和定位。在大多数通信系统中使用的大多数无线电波被分成用于基站接收的频带和用于基站发射的频带，所述用于基站接收的频带在便携式终端上振荡并从便携式终端上发射而在基站通信装备上接收，所述用于基站发射的频带在基站通信装备上振荡并从基站通信装备上发射而在便携式终端上接收。在任何一个便携式终端和基站通信装备中，这种装置分隔无线电波以使得通过使用滤波器发射信号和接收信号不相互干扰，并针对于每种无线电波进行信号处理。
存在用作便携式终端中的滤波器的陶瓷滤波器，例如，如专利文件1中所述。便携式终端的降低重量和减小尺寸已经随着技术的发展而发展，以便易于传输，而其中所使用的滤波器也已经减小了尺寸。
另一方面，在基站端，由于通信区域区域宽，需要采用高功率通信装备从天线辐射无线电波。出于该原因，作为用于基站通信装备的发射端滤波器，需要低损耗的滤波器，以便将由半导体器件等放大的高功率低成本地供给天线。尤其，在发射端滤波器中，需要配置，以使得滤波器自身的温度不由于滤波器的损耗生热而增加到高的温度。
出于该原因，在基站通信装备中(例如，如非专利文件1所述)，一种类型的滤波器采用插入金属罩中的金属杆作为谐振元件，所述滤波器称为凹形同轴或圆柱谐振腔。由于滤波器由金属制成，所以这种滤波器损耗低，并对于生成的热量具有良好的热释放和传导性能以降低成为高温的可能性。然而，凹形同轴或圆柱谐振腔尺寸大且价格高。
近年来，已经获得了高速度和大容量的通信系统，并已经提供了采用1.5至4GHz作为通信频带的通信系统。在这种通信系统中，根据便携式终端的数量和基站线的增加，存在通过使一个单元的通信区域变窄而覆盖宽区域、而替代地在其中增加单元的数量的趋势。出于该原因，基站的数量也得以增加。如果包括上述凹形同轴或圆柱谐振腔的滤波器用于安装在多个上述基站中的通信装备的滤波器，则滤波器大、重和价格高且不适合于批量生产的问题显而易见。
针对上述问题，存在对于用于基站通信装备的实用的滤波器替代包括凹形同轴或圆柱谐振腔的滤波器的需求，所需的滤波器尺寸小、重量轻、价格低并易于批量生产。
从减小尺寸和减轻重量的角度，优选地，采用具有高的相对电介质常数的电介质陶瓷。即，电介质谐振腔在轴向上具有大致正比于1/(相对电介质常数)1/2的长度，且相对电介质常数越高，轴向上的尺寸缩得越短。凹形同轴或圆柱谐振腔是采用空气(具有大约为1的相对电介质常数)作为电介质材料的1/4波长电介质谐振腔，而具有2GHz的谐振频率的凹形同轴或圆柱谐振腔的轴向上的长度是37.5mm。另一方面，采用具有相对电介质常数40的1/4波长电介质谐振腔具有5.93mm的轴向长度，并被缩短到凹形同轴或圆柱谐振腔的情况的大约1/6。
当用于基站通信装备的滤波器采用用于频带低于1GHz的通信系统的电介质陶瓷块形成时，存在例如专利文件2所述的滤波器。在此处所示的特定的示例中，采用具有相对电介质常数为40的陶瓷块，所述块的尺寸为长77.6mm，宽11.74，高11.54。发射频率为825MHz至845MHz，而接收频率为870MHz至890MHz，且作为电特性，其描述为插入损耗是1.6dB，接收信号衰减55dB。另外，在专利文件3中，公开了采用具有相对电介质常数为40的陶瓷块的电介质滤波器。块的尺寸是长81.3mm，宽30.0mm，高20.4mm，且发射频率是453MHz至457.475MHz，而接收频率为463MHz至467.475MHz。
然而，常规地，还没有提出采用电介质陶瓷并被用于等于或大于1GHz的频带中的用于基站通信装备的实用的电介质滤波器。
注意到，专利文件4公开了具有高电介质常数、大Q值和谐振频率的良好的温度依赖特性的电介质陶瓷，所述电介质陶瓷作为在等于或大于1GHz的频带上使用的电介质谐振腔的材料。然而，在等于或大于1GHz的频带上，当采用由具有高电介质常数的电介质陶瓷组成的电介质块时，对于电介质块需要严格的尺寸精度，且处理难度增加，制造成本增加，而使其成为不现实的。对于上述，建议具有10至20的相对电介质常数的电介质陶瓷用于降低电介质损耗，并降低谐振频率的温度因子或系数(例如专利文件5所述)。另外，专利文件6公开了具有等于或小于20的相对电介质常数、谐振频率的低温度因子或系数和高Q值的电介质陶瓷。
专利文件1：WO-A1-2000-515336
专利文件2：WO-A1-59-500198
专利文件3：JP-A-61-262301
专利文件4：JP-A-04-300243
专利文件5：JP-A-2002-201062
专利文件6：JP-A-2002-80273
非专利文件1：MICROWAVE FILTERS，IMPEDANCE-MATCHINGNETWORKS，AND COUPLING STRUCTURES SEC.8.13，COMB-LINE，BAND PASS FILTERS，McGraw-Hill 1964
发明内容
本发明要解决的问题
如上述专利文件2所述，即使在低于1GHz的频带上，采用电介质陶瓷的电介质滤波器的插入损耗大于1.0dB。出于该原因，通过采用电介质陶瓷配置滤波器是不可想象的，所述电介质陶瓷用于等于或大于1GHz、尤其是等于或大于1.5GHz的频带，具有低的插入损耗并适用于高功率基站通信装备。在上述专利文件4至6中，也没有引用其对于用于基站通信装备的电介质滤波器的应用。
进而，相对于用于基站通信装备的需要高功率的电介质滤波器，存在上述温度升高和特性易于恶化的问题。然而，如上述专利文件4至6所述，用于常规的电介质滤波器的电介质陶瓷，出于减小谐振频率的系数的温度因子并增加材料Q值的目的，进行开发，而还没有考虑热传导及热释放。
本发明出于对上述问题的考虑进行，本发明的一个目的是提供一种用于基站通信装备的电介质滤波器，所述电介质滤波器损耗低，生成的热量少，能够实现高功率，且在不采用凹形同轴或圆柱谐振腔的情况下是可实现的。
本发明的另一个目的是提供一种用于基站通信装备的电介质滤波器，所述电介质滤波器具有良好的热释放性能，且在不采用凹形同轴或圆柱谐振腔的情况下是可实现的。
解决问题的方式
根据本发明，为了实现上述目的，提供一种用于基站通信装备的电介质滤波器，所述用于基站通信装备的电介质滤波器适用于1.5至4GHz的频带，包括：
具有侧表面的大致成矩形的实体形状的电介质块；
多个1/4波长谐振腔，所述谐振腔沿着电介质块的侧表面设置，并延伸，以便与侧表面大致平行并相互大致平行，
其中所述电介质块由具有5至20的相对电介质常数的电介质陶瓷制成，而在与电介质块的侧表面垂直相交的方向上的电介质块的尺寸是10至30mm。
在本发明的一方面，电介质滤波器的插入损耗是0.8dB或更小。在本发明的一方面，电介质滤波器的输出是10至50W。
在本发明的一方面，电介质陶瓷具有5000或更高的材料Q值。在本发明的一方面，电介质陶瓷具有3至50W/(m·K)的导热率。在本发明的一方面，电介质陶瓷具有600J/(kg·K)或更高的比热。
在本发明的一方面，电介质陶瓷是基于氧化铝的陶瓷，所述基于氧化铝的陶瓷将包含40mol％或更多的Al2O3的合成物作为主要成分。在本发明的一方面，电介质陶瓷是基于氧化铝的陶瓷，所述基于氧化铝的陶瓷具有由铝、锆、锡和由表达式aAl2O3-bZrO2-cTiO2-dSnO2表示的氧化物(在表达式中，0.4068＜a＜0.9550，0＜b＜0.1483，0.0225＜c＜0.3263，0.0203＜d＜0.1186，a+b+c+d＝1)组成的合成物。
本发明的效果
根据本发明，采用由具有5至20的相对电介质常数的电介质陶瓷制成的电介质块，且所述电介质块在与所述电介质块的侧表面垂直相交的方向上的尺寸是10至30mm。相应地，提供一种用于基站通信装备的电介质滤波器，所述电介质滤波器损耗低、生成的热量少，并适用于1.5至4GHz的频带，能够实现高功率，并是实用的。
即，通过由采用具有特定特性的电介质陶瓷，形成具有特定尺寸的大致成矩形的实体形状的电介质块，以及通过采用电介质块制造电介质滤波器，即使所采用的频率高达1.5至4GHz，也可以获得具有显著改善的插入损耗、受限的热量生成和良好的热释放的电介质滤波器。在该方式中，可以在没有凹形同轴或圆柱谐振腔的情况下，提供用于基站通信设备的实用的和尺寸紧凑的电介质滤波器。
附图说明
图1是本发明的用于基站通信装备的电介质滤波器的实施例的透视图；
图2是图1的电介质滤波器的剖面图；
图3是在示例1中获得的电介质滤波器的接收端滤波器部分的频率特性图；
图4是在示例1中获得的电介质滤波器的发射端滤波器部分的频率特性图；
图5是在比较示例1中获得的电介质滤波器的接收端滤波器部分的频率特性图；
图6是在比较示例1中获得的电介质滤波器的发射端滤波器部分的频率特性图；
图7是在比较示例2中获得的电介质滤波器的接收端滤波器部分的频率特性图；
图8是在比较示例2中获得的电介质滤波器的发射端滤波器部分的频率特性图；
图9是在比较示例3中获得的电介质滤波器的接收端滤波器部分的频率特性图；以及
图10是在比较示例3中获得的电介质滤波器的发射端滤波器部分的频率特性图。
在附图中，附图标记1表示用于基站通信装备的电介质滤波器，1A表示接收端滤波器部分，1B表示发射端滤波器部分，2表示电介质块，2a表示顶表面，2b表示底表面，2c表示第一侧表面，2d表示第二侧表面，2e表示第一端面，2f表示第二端面，3A1-3A4、3B1-3B4表示1/4波长谐振腔，3AT、3BT表示陷阱谐振腔，3PH表示用于调整信号相位的谐振腔，4表示通孔，5A1-5A4、5AT、5B 1-5B4、5BT、5PH表示内导体，6表示外导体，7A1-7A4、7AT、7B1-7B4、7BT、7PH表示耦合导体，8X表示公共输入/输出电极，8A、8B表示输入/输出电极，8AP、8BP表示图案化的传导薄膜，而9A表示图案化的传导薄膜。
具体实施方式
此后，根据本发明的用于基站通信装备的电介质滤波器将参照附图进行描述。
图1是本发明的用于基站通信装备的电介质滤波器的实施例的透视图，而且图2是其剖面图。根据本实施例的用于基站通信装备的电介质滤波器1是通过在电介质块2上形成多个1/4波长谐振腔(λ/4谐振腔)构成的用于基站通信装备的电介质滤波器，所述电介质块2具有大致成矩形的实体外形。更具体地，电介质滤波器1构成包括接收端滤波器部分1A和发射端滤波器部分1B的双工机。
电介质块2具有相互面对并平行的顶表面2a和底表面2b，具有与顶表面2a和底表面2b垂直相交并互相平行的第一侧表面2c和第二侧表面2d，且具有与顶表面2a和底表面2b以及第一和第二侧表面2c和2d垂直相交并相互平行的第一侧表面2e和第二侧表面2f。电介质块2具有多个通孔4(参见图2)，所述通孔沿高度方向从顶表面2a通到底表面2b而形成。另外，除去电介质块2的顶表面2a之外，还在外平面或外表面(底表面2b、第一和第二侧表面2c和2d，以及第一和第二端表面2e和2f)上形成由传导薄膜制成的外导体6。
多个(在图1中是4个)1/4波长谐振腔3A1、3A2、3A3和3A4以及陷阱谐振腔3AT被设置在接收端滤波器部分1A上。此外，多个(在图1中是4个)1/4波长谐振腔3B1、3B2、3B3和3B4以及陷阱谐振腔3BT被设置在发射端滤波器部分1B上。另外，用于调整信号相位的谐振腔3PH在接收端滤波器部分1A和发射端滤波器部分1B之间形成。这些谐振腔沿着电介质块2的长度方向按照谐振腔3AT、谐振腔3A1、3A2、3A3和3A4、谐振腔3PH、谐振腔3B4、3B3、3B2和3B1以及谐振腔3BT的次序布置。
这些谐振腔中的每一个针对于每个通孔4形成。即，如图2所示，谐振腔3A1包括内导体5A1和外导体6，所述内导体5A1由形成于通孔4的内壁表面的传导薄膜制成，所述外导体6在通孔4的底端部与内导体5A1相连。其他谐振腔是类似的，谐振腔3A2至3A4、3AT、3B1至3B4、3BT和3PH包括内导体5A2至5A4、5AT、5B1至5B4、5BT和5PH，以及外导体6，所述外导体6在通孔4的底端部与内导体5A2至5A4、5AT、5B1至5B4、5BT和5PH相连。
由图案化的传导薄膜制成的耦合导体7A1至7A4、7AT、7B1至7B4、7BT和7PH在电介质块2的顶表面2a上形成，所述传导薄膜与谐振腔3A1至3A4、3AT、3B1至3B4、3BT和3PH的内导体5A1至5A4、5AT、5B1至5B4、5BT和5PH相连。
由于在顶表面2a上，每个谐振腔的内导体不与外导体6相连，所以电介质块2的顶表面2a被称为开放表面。另一方面，由于在底表面2b上，每个谐振腔的内导体与外导体6相连(短路)，所以电介质块2的底表面2b被称为封闭或短路表面。
在第一侧表面2c上形成用于接收端滤波器部分1A和发射端滤波器部分1B的公共输入/输出电极8X、用于与公共输入/输出电极8X配对的接收端滤波器部分1A的另一个输入/输出电极8A、以及用于与公共输入/输出电极8X配对的发射端滤波器部分1B的另一个输入/输出电极8B，而这些电极中的每一个与外导体6间隔一定距离形成。在电介质块2的顶表面2a上，图案化的传导薄膜8AP在接收端滤波器部分1A中的谐振腔3A1的耦合导体7A1和耦合导体7AT之间形成，而图案化的传导薄膜8AP与输入/输出电极8A相连。类似地，图案化的传导薄膜8BP在发射端滤波器部分1B中的谐振腔3B1的耦合导体7B1和谐振腔3BT的耦合导体7BT之间形成，而图案化的传导薄膜8BP与输入/输出电极8B相连。另外，谐振腔3PH的耦合导体7PH与公共输入/输出电极8X相连。
耦合导体7A1至7A4、7AT、7B1至7B4、7BT和7PH用于耦合彼此相邻的谐振腔或耦合谐振腔和输入/输出电极。
在接收端滤波器部分1A中，图案化传导薄膜9A在电介质块2的顶表面2a上形成，所述图案化传导薄膜9A用于调整和其关联的每个谐振腔之间的耦合，而图案化的传导薄膜9A与外导体6相连。
在通过焊接或其他在安装衬底上进行表面安装之后，电介质滤波器被采用。在此时，电介质块2的第一侧表面2c与安装衬底的安装表面形成接触，在安装衬底的安装表面上形成的外部电路的端子与公共输入/输出电极8X和电介质块2的输入/输出电极8A和8B相连，在安装衬底的安装表面上形成的地线端子与电介质块2的外导体6相连。
适当地设定每个谐振腔3A1至3A4、3AT、3B1至3B4、3BT和3PH的尺寸和分配，以及耦合导体7A1至7A4、7AT、7B1至7B4、7BT和7PH的形状，以及进而图案化的传导薄膜9A等的形状。以这种方式，可以获得具有合适的特性(例如所需的通带)的接收端滤波器部分1A和发射端滤波器部分1B。
如图1所示，电介质块2的大致成矩形实体的外部尺寸表示为长度W、宽度H和高度L。即，长度W是沿多个谐振腔在电介质块2上设置的方向(沿着顶和底表面2a和2b以及第一和第二侧表面2c和2d的方向)的尺寸，宽度H是沿着垂直于通孔4的方向(即谐振腔的轴向)并垂直于多个谐振腔设置的方向的方向(沿着顶和底表面2a和2b以及第一和第二端表面2e和2f)的尺寸，而高度L是沿着通孔4的方向的尺寸(即在顶表面2a和底表面2b之间的距离)。
电介质块2的长度W根据谐振腔的数量等而改变。另外，电介质块2的高度L根据在1.5至4GHz范围内使用的频率适当地设置。
电介质块2的宽度H是10至30mm。如果宽度H小于10mm，则存在以下趋势：谐振腔的空载Q值变低，滤波器的插入损耗变大，而热量生成时的温度增加也变大。另外，当宽度H大于30mm时，由宽度H带来的谐振腔空载Q值的增长率以及滤波器插入损耗的改善效果变小，同时其他损耗(例如辐射损耗)变大，并因此存在谐振腔的空载Q值不增加而滤波器的插入损耗不降低的趋势。这对于具有5000或更高的材料Q值(所谓f·Q(这里f是谐振频率))的谐振腔十分显著。即，本实施例在构成电介质块2的电介质陶瓷具有5000或更高的材料Q值f·Q的情况下尤其有效。作为一个示例，在具有相对电介质常数13和45000的材料Q值的电介质陶瓷制成的电介质块2的情况下，当H＝6.1mm时，谐振腔空载Q值在800左右。然而，如果获得H＝14.4mm，则谐振腔空载Q值是1250，而如果获得H＝30mm，则谐振腔空载Q值是1300。然而，即使获得H＝40mm，则谐振腔空载Q值也在1300左右。
电介质块2由具有5至20的相对电介质常数的电介质陶瓷制成。如果电介质陶瓷的相对电介质常数超过20，那么高度L变小，电介质块2的体积也变小，而电能的保留量变小，因此存在谐振腔的空载Q值变小而插入损耗变大的趋势。进而，电介质块需要严格的尺寸精度，并存在处理难度增加、制造成本增加的趋势，而使其变得不实用。另一方面，如果电介质陶瓷的相对电介质常数小于5，则高度L变大，且电介质块2的外型尺寸变大，电介质块的尺寸、重量和制造成本接近凹形同轴或圆柱谐振腔，因此电介质谐振腔趋于变得不实用。
例如，组成电介质块2的电介质陶瓷的导热率优选为3至50W/(m·k)，和3至30W/(m·k)。在导热率等于或大于3W/(m·k)的情况下，电介质滤波器可以进行更有利的热释放，且可以限制温度增加。尽管电介质块2的导热率变得越高越好，但是实际中可获得的材料的导热率最大为30W/(m·k)左右。
另外，组成电介质块2的电介质陶瓷的比热优选为600J/(kg·K)或更大。在等于或大于600J/(kg·K)的比热下，电介质滤波器可以限制温度的增加。
将包含40mol％或更多的Al2O3的合成物作为主要成分的基于氧化铝的陶瓷作为具有上述特性的电介质陶瓷。例如，通过采用基于氧化铝的陶瓷，组成滤波器的谐振腔的空载Q值可以增加到1000或更多。例如，在上述专利文件5中所述的具有作为主要成分的由铝、锆、钛、锡和由表达式aAl2O3-bZrO2-cTiO2-dSnO2表示的氧化物(在表达式中，0.4068＜a＜0.9550，0＜b＜0.1483，0.0225＜c＜0.3263，0.0203＜d＜0.1186，a+b+c+d＝1)组成的合成物的基于氧化铝的陶瓷，作为这种基于氧化铝的陶瓷。该电介质陶瓷的相对电介质常数是10至20。
通过采用上述电介质陶瓷，易于制造用于基站通信装备的电介质滤波器，所述电介质滤波器具有高达1000或更高的谐振腔的空载Q值，以及0.8dB或更低或者优选0.5dB或更低的插入损耗，并能够实现10至50W的高功率，能够批量生产，且是实用的。
根据本实施例的用于基站通信装备的电介质滤波器可以适用于1.5至4GHz的频带。作为采用这种频带的系统，有GPS：全球定位系统、PCS：个人通信服务、DCS：数字通信系统、UMTS：通用移动通信系统、LAN：局域网2.5GHz、Wimax：微波接入全球互通2.5GHz、Wimax3.5GHz等等。
随着频率增高，电介质块2的高度L变小。当高度L相对于宽度H太小时，往往不能获得有利的谐振腔空载Q值。另一方面，随着频率变低，电介质块2的高度L变大。当高度L相对于宽度H太大时，往往不能获得有利的谐振腔空载Q值。在本实施例中，相对于频带1.5至4GHz，电介质块2的宽度H被设定成10至30mm，且以这样的方式，可以正确地保持宽度H和高度L之间的关系，并可以获得有利的谐振腔空载Q值。电介质块2的宽度被设定成14.4mm的一个示例如下所示。即，在用于电介质块2的电介质陶瓷的相对电介质常数为5的情况下，当频率是1.5GHz时，高度L是22.4mm，而当频率是4GHz时，高度L是8.4mm。另外，在电介质陶瓷的相对电介质常数为20的情况下，当频率为1.5GHz时，高度L是11.2mm，而当频率是4GHz时，高度L是4.2mm。
示例
[示例1]
通过采用在专利文件5中公开的基于氧化铝的陶瓷并将0.7778Al2O3-0.0111ZrO2-0.1111TiO2-0.1SnO2的合成物作为电介质陶瓷，制造如图1和图2所示的用于基站通信装备的电介质滤波器。
电介质陶瓷的相对电介质常数是13，其导热率是14.1W/(m·k)，其比热是700J/(kg·K)，且其材料Q值是45000。电介质块2被设定成62.0mm的长度(W)、14.4mm的宽度(H)、8.0mm的高度(L)。发射端滤波器部分1B的通带被设定成2110至2170MHz，而接收端滤波器部分1A的通带被设定成1920至1980MHz。设定每个谐振腔的通孔4的横截面形状和尺寸、谐振腔的分配(例如在相互邻近的谐振腔的通孔4之间的距离)以及进而图案化的传导薄膜9A的形状等等，以使得可以获得最佳的滤波器特性。谐振腔的空载Q值是1250左右。
所制造的用于基站通信装备的电介质滤波器的频率特性图如图3(接收端)和图4(发射端)所示。在发射端滤波器部分1B上，在2110至2170MHz的通带上的插入损耗是0.43dB，而1920至1980MHz的抑制带上的衰减是57dB。在接收端滤波器部分1A上，在1920至1980MHz的通带上的插入损耗是0.47dB，而2110至2170MHz的抑制带上的衰减是61dB。在每个通带中的插入损耗足够小，而在每个抑制带中的衰减足够大。表1将电介质块尺寸、电介质陶瓷的特性以及滤波器的电特性放在一起表示出来。
当功率被施加到电介质滤波器上，以便获得50W的输出功率时，滤波器在温度最高的位置上的温度是90℃左右。由于该热量生成，发射端滤波器部分1B的通带中的插入损耗增加0.1dB。
[比较示例1]
通过采用在专利文件4中公开的基于BaTiO3的陶瓷并将0.185BaO-0.815TiO2-0.005MnO-0.005SbO3/2的合成物作为电介质陶瓷，制造如图1和图2所示的用于基站通信装备的电介质滤波器。
电介质陶瓷的相对电介质常数是38，其导热率是2.1W/(m·k)，其比热是572J/(kg·K)，且其材料Q值是40000。电介质块2被设定成62.0mm的长度(W)、14.4mm的宽度(H)、4.7mm的高度(L)。发射端滤波器部分1B的通带被设定成2110至2170MHz，而接收端滤波器部分1A的通带被设定成1920至1980MHz。设定每个谐振腔的通孔4的横截面形状和尺寸、谐振腔的分配(例如在相互邻近的谐振腔的通孔4之间的距离)以及进而图案化的传导薄膜9A的形状等等，以使得可以获得最佳的滤波器特性。
所制造的用于基站通信装备的电介质滤波器的频率特性图如图5(接收端)和图6(发射端)所示。在发射端滤波器部分1B上，在2110至2170MHz的通带上的插入损耗是0.57dB，而1920至1980MHz的抑制带上的衰减是49dB。在接收端滤波器部分1A上，在1920至1980MHz的通带上的插入损耗是0.81dB，而2110至2170MHz的抑制带上的衰减是55dB。尽管在每个抑制带中的衰减足够大，但是在每个通带中的插入损耗不足够小，而尤其在接收端滤波器部分1A的通带中的插入损耗大。表1将电介质块尺寸、电介质陶瓷的特性以及滤波器的电特性放在一起表示出来。
当功率被施加到电介质滤波器上，以便获得50W的输出功率时，滤波器在温度最高的位置上的温度是150℃左右。由于该热量生成，发射端滤波器部分1B的通带中的插入损耗增加0.2dB。
[比较示例2]
以与示例1类似的方式(除了电介质块2的长度(W)被设置成35.0mm而其宽度(H)被设置成6.1mm)，制造如图1和图2所示的用于基站通信装备的电介质滤波器。
发射端滤波器部分1B的通带被设定成2110至2170MHz，而接收端滤波器部分1A的通带被设定成1920至1980MHz。设定每个谐振腔的通孔4的横截面形状和尺寸、谐振腔的分配(例如在相互邻近的谐振腔的通孔4之间的距离)以及进而图案化的传导薄膜9A的形状等等，以使得可以获得最佳的滤波器特性。谐振腔的空载Q值为800左右。
所制造的用于基站通信装备的电介质滤波器的频率特性图如图7(接收端)和图8(发射端)所示。在发射端滤波器部分1B上，在2110至2170MHz的通带上的插入损耗是0.71dB，而1920至1980MHz的抑制带上的衰减是68dB。在接收端滤波器部分1A上，在1920至1980MHz的通带上的插入损耗是0.77dB，而2110至2170MHz的抑制带上的衰减是60dB。每个通带中的插入损耗不足够小，且尽管在接收端滤波器部分1A的抑制带中的衰减足够大，但是在发射端滤波器部分1B的抑制带中的衰减不足够大。表1将电介质块尺寸、电介质陶瓷的特性以及滤波器的电特性放在一起表示出来。
[比较示例3]
以与比较示例1类似的方式(除了电介质块2的长度(W)被设置成35.0mm，其宽度(H)被设置成6.1mm，而其高度(L)被设置成5.0mm)，制造如图1和图2所示的用于基站通信装备的电介质滤波器。
发射端滤波器部分1B的通带被设定成2110至2170MHz，而接收端滤波器部分1A的通带被设定成1920至1980MHz。设定每个谐振腔的通孔4的横截面形状和尺寸、谐振腔的分配(例如在相互邻近的谐振腔的通孔4之间的距离)以及进而图案化的传导薄膜9A的形状等等，以使得可以获得最佳的滤波器特性。
所制造的用于基站通信装备的电介质滤波器的频率特性图如图9(接收端)和图10(发射端)所示。在发射端滤波器部分1B上，在2110至2170MHz的通带上的插入损耗是0.71dB，而1920至1980MHz的抑制带上的衰减是67dB。在接收端滤波器部分1A上，在1920至1980MHz的通带上的插入损耗是0.87dB，而2110至2170MHz的抑制带上的衰减是57dB。每个通带中的插入损耗不足够小，且尤其在接收端滤波器部分1A的通带上的插入损耗足够大，而尽管在接收端滤波器部分1A的抑制带中的衰减足够大，但是在发射端滤波器部分1B的抑制带中的衰减不足够大。表1将电介质块尺寸、电介质陶瓷的特性以及滤波器的电特性放在一起表示出来。
[表1]
Figure C20068002251500151
如上所述，可理解在比较示例1至3中，没有获得低插入损耗，在所述比较示例1至3中，电介质块的宽度(H)和电介质陶瓷的相对电介质常数的组合超出本发明所指定的范围。尤其，将比较示例1和示例1进行比较，示出，在采用H＝14.4mm的电介质块的电介质滤波器中，在具有相对电介质常数38的电介质陶瓷被具有相对电介质常数13的电介质陶瓷代替的情况下，在接收端上的通带(1920至1980MHz)中的插入损耗显著地从0.81dB改进到0.47dB。另一方面，将比较示例3和比较示例2进行比较示出，在采用H＝6.1mm的电介质块的电介质滤波器中，在具有相对电介质常数38的电介质陶瓷被具有相对电介质常数13的电介质陶瓷代替的情况下，在接收端上的通带(1920至1980MHz)中的插入损耗仅稍稍从0.87dB改变到0.77dB。这样，根据本发明的基站通信装备的电介质滤波器不能仅通过采用仅含有小的相对电介质常数的电介质陶瓷实现，而是最终通过电介质块的尺寸和这种电介质陶瓷组合来实现。
另外，关于热释放性能，下列是可以理解的。即，在示例1中，采用具有14.1W/(m·K)的导热率和700J/(kg·K)的比热的电介质陶瓷，因此在热生成时温度的增加小，而热量可以被有效地消散到安装衬底侧。出于该原因，限制了由于热而导致的传导薄膜的导电性的降低，并可以保持滤波器的高性能的电特性。另一方面，在比较示例1中，采用具有2.1W/(m·K)的导热率和572J/(kg·K)的比热，因此在热生成时，温度的增加不小，且热不能被有效地消散到安装衬底侧。出于该原因，由于热导致传导薄膜的导电性降低，且滤波器的有利的电特性很难保持。
在上述示例1中，采用具有在上述专利文件5中公开的基于氧化铝的陶瓷的特定合成物的电介质陶瓷。然而，即使在合成物表达式aAl2O3-bZrO2-cTiO2-dSnO2中a、b、c和d在预定范围内变化的情况下，对于材料Q值是5000或更高、导热率是3至50W/(m·K)、比热是600J/(kg·K)或更大，不存在改变。另外，也可以由这些条件，制造能够获得1000或更高的谐振腔的空载Q值、0.8dB或更低的插入损耗以及具有10至50W的输出的高功率的用于基站通信装备的电介质滤波器。

Claims (8)

1.一种用于基站通信装备的电介质滤波器，所述用于基站通信装备的电介质滤波器适于在1.5至4GHz的频带中使用，包括：
具有侧表面的成长方体形状的电介质块；
多个1/4波长谐振腔，所述多个1/4波长谐振腔沿着电介质块的侧表面设置，并且所述多个1/4波长谐振腔延伸从而与所述电介质块的顶表面和底表面垂直，所述电介质块的顶表面和底表面垂直于所述侧表面，
其中所述电介质块由具有5至20的相对电介质常数的电介质陶瓷制成，而在与电介质块的侧表面垂直相交的方向上的电介质块的尺寸是10至30mm。
2.根据权利要求1所述的电介质滤波器，其中所述电介质滤波器的插入损耗是0.8dB或更低。
3.根据权利要求1所述的电介质滤波器，其中所述电介质滤波器的输出是10至50W。
4.根据权利要求1所述的电介质滤波器，其中所述电介质陶瓷具有5000或更高的材料Q值。
5.根据权利要求1所述的电介质滤波器，其中所述电介质陶瓷具有3至50W/(m·K)的导热率。
6.根据权利要求1所述的电介质滤波器，其中所述电介质陶瓷具有600J/(kg·K)或更高的比热。
7.根据权利要求1所述的电介质滤波器，其中所述电介质陶瓷是将包含40mol％或更多的Al2O3的合成物作为主要成分的基于氧化铝的陶瓷。
8.根据权利要求1所述的电介质滤波器，其中所述电介质陶瓷是将由铝、锆、钛、锡和由表达式aAl2O3-bZrO2-cTiO2-dSnO2表示的氧化物组成的合成物作为主要成分的基于氧化铝的陶瓷，在所述表达式中，0.4068＜a＜0.9550，0＜b＜0.1483，0.0225＜c＜0.3263，0.0203＜d＜0.1186，a+b+c+d＝1。
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