CN1147961C - 介质滤波器、介质双工器和使用它的通信设备 - Google Patents

Abstract

一种具有简单的结构的介质滤波器和介质双工器，其中TE模式的谐振频率如此控制，从而在需要衰减的频带中不发生TE模式寄生响应。特别地，每一个形成内导体的孔的中心位置和介质块底面的短边之间的距离设置为每一个孔的中心位置与它的底面的长边之间的距离的两倍或更大。通过这种安排，诸如TE₁₀₁模式之类的寄生模式的谐振频率转移到低频侧，以使寄生模式的谐振频率从需要衰减的频带，例如从作为要使用的TEM模式的二阶谐波附近的频带中偏离。另外，通过使用上述滤波器和双工器中的一种形成一种通信设备。

Description

介质滤波器、介质双工器和使用它的通信设备

技术领域

本发明涉及用于微波和毫米波频带中的介质滤波器和介质双工器，本发明还涉及使用它们的通信设备。

背景技术

图15示出一种传统的介质滤波器，它是通过在介质块上及其内部形成导体薄膜而得到的。在该图中，标号1表示基本上长方体的介质块，其中，在介质块1中形成其内表面上形成有内导体3a和3b的形成内导体的孔2a和2b，并且每一个外表面上都形成有外导体4。无内导体形成的位置g设置在形成内导体的孔2a和2b中的每一个的内表面上。另外，在介质块的外表面上，如此形成输入输出电极5a和5b，从而电极5a和5b与外导体4绝缘。

通过这样的安排，使用介质块、内导体和外导体来形成TEM-模式介质谐振器。通过产生在无内导体形成部分处的寄生电容，实现介质谐振器之间的梳形线耦合，以便形成由二阶谐振器构成作为整体结构的介质滤波器。

在通过在基本上长方形介质块内设置形成内导体的孔，以得到特定的特性而形成的介质滤波器中，确定了介质块的外形尺寸、形成内导体的孔的尺寸以及设置在介质块内部的形成内导体的孔的位置。特别地，谐振器的无载Q根据介质块的形成内导体的孔与底面的短边之间的厚度tb与其形成内导体的孔和底面的长边之间的厚度ta增加。

图15示出了当垂直于介质块的每一个形成内导体的孔的轴的平面的短边C的长度设置为2.0mm，其长边的长度设置为4.0mm，并且形成内导体的孔的纵向长度D设置为4.0mm时，得到的作为上述两个距离的厚度ta与厚度tb的比值与谐振器的无载Q之间的关系。如这里所示，不管每个内导体形成孔的内部直径如何，比值tb/ta越大，谐振器的无载Q越高。相比之下，在比值tb/ta大于1的范围内，几乎无法期望谐振器的无载Q增加。结果，在现有的传统技术中，将厚度tb设置得基本上等于厚度ta。

但是，在其中在基本上长方体的介质块的每一个外表面上形成外导体的介质滤波器中，由介质块和外导体形成的安排除了基本谐振模式的TEM模式以外引起诸如TE101模式之类的寄生模式。

因此，这种寄生模式在需要衰减的频带(例如比介质滤波器的通带的中心频率更高阶的频率的频带)中发生时成为问题。在传统的介质滤波器中，例如，如在第8-51301号日本未审查专利公告中解释的，将形成在介质块端面上的较为靠近无导体形成部分的外导体的一部分切掉，以调节寄生模式的谐振频率，并且，然后寄生模式频率与TEM模式谐振频率隔离，从而避免了寄生模式的影响。结果，由于介质滤波器的整体的结构复杂了，故这种安排引起增加制造成本的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种介质滤波器和介质双工器，每一个都具有简单的结构，其中，可以如此给出控制，从而在需要衰减的频带中不发生TE模式寄生响应。另外，本发明的较佳实施例提供了一种使用介质滤波器和介质双工器中的一种的通信设备。

本发明的一个较佳实施例提供了一种介质滤波器和介质双工器，它们都包含输入/输出电极；长方体的介质块；形成在所述介质块内部的并垂直于介质块底面的多个孔，所述孔沿所述介质块底面的长边相互平行地排列；形成在所述多个孔的内表面上的内导体；和形成在所述介质块的外表面上的外导体；其中，将排成一行的孔的最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的短边之间的最短距离设置为所述最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的长边之间的最短距离的至少两倍。

根据上述安排，由于对介质块的设计允许诸如TE₁₀₁模式之类的寄生模式的频率转移到较低频率侧，故可以防止寄生模式的影响。结果，由于不必切掉形成在介质块的端面上的外导体的一部分，故可以减小生产成本。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种包含可以用于与通信设备中的信号发送/接收相关的高频电路部分中的介质滤波器和介质双工器中的一种的通信设备。

根据上述安排，可以防止介质滤波器和介质双工器中诸如TE₁₀₁模式之类的寄生模式的影响。结果，可以有效地使用被限定的频带。

附图说明

图1A示出根据本发明的第一实施例的介质滤波器的外貌的透视图，图1B示出其部分的平面图，

图2是示出相对于介质滤波器的尺寸B中的变化的TE模式的谐振频率中的变化的例子的曲线图；

图3是示出介质滤波器的通带特性的曲线图；

图4是示出B/A的尺寸比值与介质滤波器中的谐振器的特性阻抗之间的关系；

图5A示出根据本发明的第二实施例的介质滤波器的外貌的透视图，图5B示出其部分平面图；

图6是示出第二实施例的介质滤波器的TE模式的谐振频率中的变化与尺寸B中的变化之间的关系的曲线图；

图7是根据本发明的第三实施例的介质滤波器的外貌的透视图；

图8是根据本发明的第四实施例的介质滤波器的外貌的透视图；

图9是根据本发明的第五实施例的介质滤波器的外貌的透视图；

图10是根据本发明的第六实施例的介质滤波器的外貌的透视图；

图11是示出根据本发明的第七实施例的介质双工器的结构的外貌的透视图；

图12是示出根据本发明的第八实施例的介质双工器的结构的外貌的透视图；

图13是示出根据本发明的第九实施例的介质双工器的结构的外貌的透视图；

图14是示出本发明的通信设备的结构的方框图；

图15A示出传统的介质滤波器的外貌的透视图，图15B示出说明形成内导体的孔的厚度与介质滤波器中的谐振器的无载Q之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下面将参照图1A和1B到图4，描述根据本发明的第一实施例的介质滤波器的结构。

图1A示出介质滤波器的透视图，图1B示出形成内导体的孔的开路表面的部分平面图。如图1A所示，在基本上长方体的介质块1中设置其内表面上形成有内导体3a和3b的形成内导体的孔2a和2b，并且在长方体的介质块1的六个外表面中的每一个外表面上设置外导体4。在形成内导体的孔2a和2b的内表面上设置无内导体形成的部分g。另外，在介质块1的外表面上，如此设置输入输出电极5a和5b，从而电极5a和5b与外导体4绝缘。

如这里所示出的，通过使用介质块1、内导体3a和3b以及外导体4形成的安排形成两个TEM-模式的介质谐振器，并且在无内导体形成的部分g处产生的寄生电容允许实现两个谐振器之间的梳形线耦合。通过这种安排，形成由二阶谐振器构成的介质滤波器。

按照这种安排，关于介质块的外形尺寸，介质块1的底面的长边由符号H表示，其底面的短边由符号C表示，其轴向长度为D，距离B为从形成内导体的孔2a的中心到介质块的底面的短边C的距离，距离A为从内导体形成孔2a的中心到介质块底面的长边H的距离，并且形成内导体的孔2a的内径的宽度是d。在这种状态下，通过使用TE_DCH表示的TE₁₀₁模式谐振频率f_s由下面的等式表示。

[等式1]

$\mathrm{fs}=\sqrt{{\left(\frac{1}{2\×D\×\sqrt{\mathrm{\ϵr}}}\right)}^2+{\left(\frac{0}{2\×C\×\sqrt{\mathrm{\ϵr}}}\right)}^2+{\left(\frac{1}{2\×H\×\sqrt{\mathrm{\ϵr}}}\right)}^2}\×\mathrm{Co}$

在上述等式中，C₀表示光速，ε_r表示介质块的相对电容率。

当尺寸B变化，而两个形成内导体的孔2a和2b之间距离保持固定时，尺寸H也变化。图2示出了尺寸B中的变化量与TE₁₀₁模式谐振频率中变化量之间的关系。在这种情况下，尺寸H是4.0mm，尺寸C是2.0mm，尺寸D是4.0mm，距离A是1.0mm，并且内径宽度d是1.0mm。当距离B等于1.0mm时，示出ΔB等于零。

如这里所示，每一个形成内导体的孔2a和2b的中心与介质块底面的短边C之间的距离B越大，则TE₁₀₁模式的谐振频率越低。

图3示出介质滤波器的通带特性。在这个附图中，符号f_o表示通过如图1A所示的形成内导体的孔、介质块和外导体得到的TEM模式谐振频率。在介质滤波器的通带特性中，TEM模式谐振频率是中心频率，并且特定的频带宽度设置为通带。另外，出现在频带的高频侧上的衰减极点等于通过上述两个谐振器的梳形线耦合得到的衰减极点。符号f_s表示上述TE₁₀₁-模式谐振频率。当距离B增加时，谐振频率fs转移到由符号f_s’表示的方向。如图3所示，当通带中的中心频率f₀的谐波2f₀附近的频带设置为需要衰减的频带时，频带中的谐波2f₀的响应可以通过将TE₁₀₁-模式谐振频率转移到较低频率侧来抑制。

图4示出尺寸B与尺寸A的比值与谐振器的特性阻抗Zx之间的关系。不论形成内导体的孔的内径宽度如何，当B/A的比值是2或更大时，谐振器的特性阻抗Zx几乎不变化。结果，发现尺寸B的增加对特性阻抗不产生影响。因此，在本发明中，由于B/A的比值为2或更大，故不对谐振器的特性阻抗产生任何影响，将可以适当的按照需要确定TE₁₀₁-模式谐振频率。

参照图5A和5B，以及图6，将根据本发明的第二实施例描述介质滤波器的结构。

图5A示出了介质滤波器的透视图，图5B示出形成内导体的孔的开路表面的部分平面图。如图5A所示，在基本上长方体的介质块1中，相互平行地形成其内表面上形成有内导体3a和3b的形成内导体的孔2a和2b，以及其内表面上形成有导体的激励孔6a和6b。在介质块的六个外表面上都形成外导体4，并且在形成内导体的孔2a和2b的内表面上形成无内导体形成的部分g。在介质块1的外表面上，如此形成输入输出电极5a和5b，从而电极5a和5b与外导体4绝缘。将激励孔6a和6b中的每一个的一端连接到输入输出电极5a和5b，并将激励孔6a和6b的每一个的另一端连接到其开路表面中的外导体。

按照这种方法，通过介质块1、内导体3a和3b、外导体4形成两个TEM-模式介质谐振器。在无导体形成部分g产生的寄生电容允许实现谐振器之间的梳线耦合。另外使由内导体3a构成的谐振器与激励孔6a的电极插指式耦合，类似地，使内导体3b构成的谐振器与激励孔6b的电极插指式耦合。

如这里示出的，在其中将每一个激励孔用于得到外部耦合作为插指式耦合的结构中，由于将每一个激励孔设置在介质块的最外面的位置，故外部耦合的大小可以通过每一个激励孔以及每一个谐振器之间的距离控制，不论尺寸B的长度如何。结果，增加了尺寸B的大小的自由度。

图6示出当尺寸B改变，而形成内导体的孔2a和2b之间的距离，以及激励孔6a和6b与形成内导体的孔2a和2b之间的距离(如图5A和5B所示)保持不变时，尺寸B的变化量与TE₁₀₁模式谐振频率之间的关系。在这种情况下，如此安排，即尺寸H为5.0mm，宽度C为2.0mm，高度D是4.0mm，形成内导体的孔2a的内径宽度d是1.0mm，距离A是0.75mm，激励孔6a的内径宽度d是0.5mm。当距离B是0.75mm时，示出ΔB等于零。

如图6所示，激励孔的中心与介质块底面的短边C之间的距离B越大，则TE₁₀₁-模式谐振频率越小。

类似于图4的情况，在如图5A和5B所示的结构中，当激励孔的中心与介质块底面的短边之间的距离B与激励孔的中心与介质块底面的长边之间的距离A的比值变化时，激励孔的特性阻抗在B/A是2或更大时几乎不变化，不论激励孔的内径宽度d的大小如何，因此尺寸B中的增加不对其特性阻抗产生影响。在本发明中，由于B/A的比值是2或大，则不对激励孔的特性阻抗产生任何影响，将可以按照需要适当地确定TE₁₀₁模式谐振频率。

图7是根据本发明的第三实施例的介质滤波器的外形的透视图。在基本上长方形介质块1中，设置三个形成内导体的孔2a、2b和2c，并在介质块的外表面上都形成外导体4。和第一和第二实施例的情况不同，将介质块1的每一个形成内导体的孔2a到2c用作开路端。另外，形成内导体的孔2a到2c是阶形孔，其中孔在开路端侧上的内径的宽度不同于其在短路端处的内径宽度。如这里所示的，在介质块的一个端面是开路的情况下，TE₁₀₁模式谐振频率的值接近于大约介质块具有两端短路情况下的一半。

图8是根据本发明的第四实施例的介质滤波器的外形的透视图。在该实施例中，通过使用如图1A中所示的介质滤波器的谐振器形成三阶谐振器，并且将阶形孔用作形成内导体的孔。类似于第一实施例的情况，最外面的形成内导体的孔2a和2c中每一个的中心与介质块的每一个底面的短边之间的距离B设置为最外面的孔2a和2c中的每一个的中心与介质块的每一个底面的长边之间的距离A的两倍或更大。

图9是根据本发明的第五实施例的介质滤波器的外形的透视图。在这个实施例中，将介质块1的每一个形成内导体的孔2a到2c的开路表面用作开路表面，其上形成有从内导体3a到3c开始延伸的耦合电极7a到7c。这种安排允许实现相邻的谐振器之间的电容耦合。类似地，在这种情况下，将最外面的内导体的孔2a和2c中的每一个的中心与介质块的每一个底面的短边之间的距离B设置为孔2a和2c中的每一个的中心与其每一个底面的长边之间的距离A的两倍或更大。

图10是根据本发明的第六实施例的介质滤波器的外形的透视图。

在这个实施例中，将阶形孔用作如图5A和5B所示的形成内导体的孔2a和2b。如这里所示的，由于形成内导体的孔2a和2b是阶形孔，故虽然直孔情况下轴向长度不能改变，但是这里可以改变必须得到特定谐振频率的轴向长度。例如，当每一个开路端侧中的线路阻抗小于每一个短路端侧的线路阻抗时，对于共轴轴向长度的谐振频率减小，从而可以使要得到特定的谐振频率的轴向长度更短。结果，TE₁₀₁-模式谐振频率转移到更高的频率侧。但是，例如当尺寸B增加时，TE₁₀₁模式谐振频率可以转移到低于通带的中心频率f_o的二阶谐波2f₀处。相反，当使短路端侧的线路阻抗小于开路端侧的线路阻抗时，对于共轴的轴向长度的谐振频率升高，并且要得到特定谐振频率的轴向长度增加。结果，TE₁₀₁-模式谐振频率可以转移到更低的频率侧。

接着，将参照图11到13描述介质双工器的结构。

在如图11所示的实施例中，在介质块1的内部设置形成内导体的孔2a到2f以及激励孔6，其中它们的内表面上形成有内导体。在介质块的每一个外表面上形成外导体4。形成在形成内导体的孔2a到2f的内表面上的内导体中的每一个的一端连接到外导体，并且其另一端在开路表面开路。激励孔6的一端连接到外导体4，其另一端连接到输入输出电极5C。另外，在介质块1的外表面上，如此形成输入输出电极5a和5b，从而电极5a和5b与外导体4绝缘。在电极5a和5b与形成在形成内导体的孔2a和2f的内表面上的内导体的开路端的周围之间形成电容。

通过这种安排，由形成内导体的孔2a到2c构成的三阶谐振器允许在输入输出电极5a和输入输出电极5c之间产生频带特性。在这种状态下，输入输出电极5a用作发送信号输入端，输入输出电极5c用作天线端。另外，由形成内导体的孔2d到2f构成的三阶谐振器允许在输入输出电极5c和输入输出电极5b之间产生带通特性。在这种情况下，输入输出电极5c用作天线终端，并且输入输出电极5b用作接收信号输出终端。

类似地，在这种介质双工器中，最外面的形成内导体的孔2a和2f的每一个的中心到介质块的每一个底面的短边之间的距离B是从每一个孔2a和2f每一个中心线到其每一个底面的长边的距离A的两倍或更大。

在如图12所示的实施例中，在介质块的六个外表面的每一个上，形成外导体4。外导体4连接到形成在形成内导体的孔的内表面上的每一个内导体的一端。其另一端在无内导体形成部分g处开路。其他结构部分和图11所示的相同。

在如图13所示的实施例中，在介质块中设置形成内导体的孔2a到2d和激励孔6a到6c，它们的内表面上形成有内导体。在介质块的外表面上，形成与外导体4绝缘的输入/输出电极5a到5c，并分别将激励孔6a到6c中的每一个的一端连接到输入/输出电极5a到5c。在这种安排下，激励孔6a和6b与由形成内导体的孔2a和2b的谐振器插交指式耦合，并且激励孔6c和6b与由形成内导体的孔2c和2d的谐振器插交指式耦合。

通过这种安排，由形成内导体的孔2a和2b的二阶谐振器允许在输入/输出电极5a到5c之间产生通带特性，并且输入/输出电极5a用作发送信号输入终端，输入/输出电极5c用作天线终端。另外，由形成内导体的孔2c和2d的二阶谐振器允许在输入/输出电极5c到5b之间产生通带特性，并且输入/输出电极5c用作天线终端，并且输入/输出电极5b用作接收信号输入终端。

类似地，在这种介质双工器中，从最外面的激励孔6a和6b的每一个的中心到介质块的每一个底面的短边之间的距离B是从每一个孔6a到6b的中心到其每一个底面的长边的距离A的两倍或更大。

下面，将参照图14描述使用介质滤波器和介质双工器中的一个的通信设备的结构。在该图中，符号ANT表示发送/接收天线，符号DPX表示双工器，符号BPFA、BPFB和BPFC表示带通滤波器，符号AMPA和AMPB表示放大电路，符号MIXA和MIXB表示混频器，符号OSC表示振荡器，符号DIV表示分配器。MIXA通过使用调制信号对从DIV输出的频率信号进行调制。BPFA只允许发送频带的信号通过，并且AMPA对通过的信号进行功率放大，以经DPX从ANT发送出去。对于从DPX输出的信号，BPFB只允许接收频带的信号通过，并且AMPB放大通过的信号。MIXB执行从BPFC输出的频率信号与接收信号的混频，以输出中频信号IF。

作为如图14所示的双工器，可以使用上述介质双工器。另外，上述介质滤波器可以用作带通滤波器BPFA、BPFB和BPFC中的一种。通过这种方法，可以得到一种使用不引起不必要的寄生模式响应的介质双工器和介质滤波器中的一种的通信设备。

虽然已经参照本发明的较佳实施例具体示出和描述了本发明，但是对于熟悉本领域的技术人员应该知道，在不背离本发明的主旨的条件下，可以有上述和其它形式和细节上的变化。

Claims (4)

1.一种介质滤波器，其特征在于包含：

输入/输出电极；

长方体的介质块；

形成在所述介质块内部的并垂直于介质块底面的多个孔，所述孔沿所述介质块底面的长边相互平行地排列；

形成在所述多个孔的内表面上的内导体；和

形成在所述介质块的外表面上的外导体；

其中，将排成一行的孔的最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的短边之间的最短距离设置为所述最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的长边之间的最短距离的至少两倍。

2.一种介质双工器，其特征在于包含：

输入/输出电极；

长方体的介质块；

形成在所述介质块内部的并垂直于介质块底面的多个孔，所述孔沿所述介质块底面的长边相互平行地排列；

形成在所述多个孔的内表面上的内导体；和

形成在所述介质块的外表面上的外导体；

其中，将排成一行的孔的最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的短边之间的最短距离设置为所述最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的长边之间的最短距离的至少两倍。

3.一种通信设备，它包含一个介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器包括：

输入/输出电极；

长方体的介质块；

形成在所述介质块内部的并垂直于介质块底面的多个孔，所述孔沿所述介质块底面的长边相互平行地排列；

形成在所述多个孔的内表面上的内导体；和

形成在所述介质块的外表面上的外导体；

其中，将排成一行的孔的最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的短边之间的最短距离设置为所述最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的长边之间的最短距离的至少两倍。

4.一种通信设备，它包含一个介质双工器，其特征在于，所述介质双工器包括：

输入/输出电极；

长方体的介质块；

形成在所述介质块内部的并垂直于介质块底面的多个孔，所述孔沿所述介质块底面的长边相互平行地排列；

形成在所述多个孔的内表面上的内导体；和

形成在所述介质块的外表面上的外导体；

其中，将排成一行的孔的最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的短边之间的最短距离设置为所述最外面的孔的中心轴与所述介质块底面的长边之间的最短距离的至少两倍。

Images