CN1153312C - 介质滤波器、介质双工器和通信设备 - Google Patents

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CN1153312C CNB001064347A CN00106434A CN1153312C CN 1153312 C CN1153312 C CN 1153312C CN B001064347 A CNB001064347 A CN B001064347A CN 00106434 A CN00106434 A CN 00106434A CN 1153312 C CN1153312 C CN 1153312C
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�ڍ����
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Abstract

本发明揭示了一种包含：用于在预定频率产生1/2波长的谐振，并使两端开路或短路的λ/2谐振器；和一对分别用于在基本上等于预定频率的频率处产生1/4波长的谐振，并且各自使一端开路，使另一端短路的λ/4谐振器；其中，其中这对λ/4谐振器设置在离开λ/2谐振器的中心部分的两端中的各端附近；将耦合到所述λ/2谐振器的端子设置为不平衡端子；及将耦合到所述一对1/4谐振器的端子用作平衡端子。在上述滤波器中，不需要使用不平衡/平衡变换器就可以执行平衡型的信号输入/输出。

Description

介质滤波器、介质双工器和通信设备
本发明涉及一种用于高频带中的介质滤波器、介质双工器和结合了它们的通信设备。
图10A到10E示出了使用介质块的介质滤波器的结构，它主要用于微波频带中。图10B是站立的介质滤波器的正视图；图10A是其俯视图；图10C是其仰视图，图10D是其左侧视图，而图10E是其右侧示图。在图10A到10E中，参数1表示介质块。在介质块1的内部，形成由参数2a、2b和2c表示的谐振线孔。在谐振线孔的内部表面上，设置内部导体以形成谐振线孔5a、5b和5c。在介质块1的外部表面上形成接地电极3，并且提供与接地电极3绝缘的外部终端6和7。外部终端6与谐振线5a电容耦合，外部终端7与谐振线5c电容耦合。通过这种方法，构成一种介质滤波器，它具有三级谐振器的通带特性。
在图10A到10E所示的这种介质滤波器中，外部终端6和7执行不平衡型的信号输入/输出，同时使用每一个接地电极作为参考电位。为了将信号发送到平衡输入型放大电路，必须使用例如不平衡变换器(不平衡-平衡变换单元)将不平衡型信号转换为平衡型信号。结果，增加了滤波器电路部分在电路板上占据的面积，这导致妨碍最小化。
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，介质双工器和结合了它们的通信设备，其中不需要使用上述不平衡变换器，就可以执行平衡型的信号输入/输出。
本发明的一个较佳实施例提供了一种介质滤波器，包含：用于在预定频率上产生1/2波长的谐振，且两端开路或短路的λ/2谐振器；一对分别用于在基本上等于预定频率的频率处产生1/4波长的谐振的λ/4谐振器，且每个λ/4的一端开路端而另一端短路；其中，所述一对λ/4谐振器平行于所述λ/2谐振器设置，这对λ/4谐振器与λ/2谐振器的距离是使λ/2谐振器与这对λ/4谐振器中的每一个直接耦合或经由又一个谐振器间接耦合的距离，且这对λ/4谐振器设置在所述λ/2谐振器的两端；将耦合到所述λ/2谐振器的端子设为不平衡端子；及将耦合到所述一对λ/4谐振器的端子用作平衡端子。
根据上述结构和安排，可以使用不平衡端子和平衡端子输入和输出信号，并且通过使用这些端子可以在预定频带中执行通过和衰减。
在上述介质滤波器中，λ/2谐振器可以在λ/2谐振器的大致中心部分弯曲。
根据上述安排，可以将λ/2谐振器和与其耦合的λ/4谐振器设置在两端，由此在有限的空间可以得到小型化的安排。
本发明的另一个较佳实施例提供了一种介质滤波器，包含：用于在预定频率产生1/2波长的谐振且两端开路或短路的第一λ/2谐振器；用于在基本上等于所述预定频率处产生1/2波长的谐振且两端开路的第二λ/2谐振器；其中所述第二λ/2谐振器平行于所述第一λ/2谐振器设置，且这两个λ/2谐振器的距离是使第一λ/2谐振器与第二λ/2谐振器直接耦合或经由又一个谐振器间接耦合的距离；将耦合到所述第一λ/2谐振器的端子设置为不平衡端子；及将耦合到所述第二λ/2谐振器的两个端子设置为平衡端子。
根据上述结构和安排，可以使用不平衡端子和平衡端子输入和输出信号，并且可以通过使用这些端子在预定频带中执行通过和衰减。
在上述介质滤波器中，λ/2谐振器和λ/4谐振器各自可以通过微带线或带状线形成。
根据上述结构和安排，除了用于执行平衡的信号输入/输出的电路和用于执行不平衡的信号输入/输出的电路，不需要设置不平衡变压器，就可以容易地在介质基片上形成具有滤波器的电路。
在上述介质滤波器中，可以通过包含其上设置有导体薄膜的介质块的介质同轴谐振器形成λ/2谐振器和λ/4谐振器。
根据上述结构和安排，虽然介质滤波器具有同轴谐振器，当仅将介质滤波器安装在印刷电路板等上时，除了用于执行平衡的信号输入/输出的电路和用于执行不平衡的信号输入/输出的电路，不需要不平衡变换器将可以容易地形成具有滤波器的电路。
本发明的另一个较佳实施例提供了一种包含上述介质滤波器的介质双工器。
本发明的另一个较佳实施例提供了一种包含上述介质滤波器或介质双工器的通信设备。
上述通信设备可以形成为小型而轻。
从下面参照附图对本发明的描述，本发明的其它特点和优点是显然的。
图1A和1B分别示出根据本发明的第一实施例的介质滤波器的平面图以及其等效电路图。
图2示出根据本发明的第二实施例的介质滤波器的等效电路图。
图3示出根据本发明的第三实施例的介质滤波器的等效电路图。
图4示出根据本发明的第四实施例的介质滤波器的等效电路图。
图5示出根据本发明的第五实施例的介质滤波器的等效电路图。
图6A和6B分别示出根据本发明的第六实施例的介质滤波器的外表的透视图及其截面图。
图7A和7B分别示出根据本发明的第七实施例的介质滤波器的外表的透视图及其截面图。
图8A和8B分别示出根据本发明的第八实施例的介质双工器的外表的透视图及其截面图。
图9示出说明通信设备的结构的方框图。
图10A、10B、10C和10D以及10E示出说明现有技术的介质滤波器的投影图。
下面将参照图1，描述根据本发明的第一实施例的介质滤波器的结构。
图1是介质滤波器的平面图。在这种情况下，标号11和12表示带状线电极，它们在介质基片20的上表面上相互接近地设置。在介质基片20的基本上整个下表面上形成接地电极。介质基片20、带状线电极11和12以及接地电极形成了微带线谐振器。标号16表示通孔，它将带状线电极12的中心部分电气连接到基片20的下表面上的接地电极。标号13、14和15表示作为端子的带状线电极。电容C1形成在带状线电极13的一端和带状线电极11边缘附近部分。另外，电容C2形成在带状线电极14和带状线电极12的边缘附近部分，电容C3形成在带状线电极15和带状线电极12的另一个边缘附近部分。另外，分别在带状线电极11和12的每一个开路端和接地电极之间产生杂散电容C4、C5、C6和C7。
带状线电极11用作λ/2谐振器，它的两端是开路的，并且带状线电极12用作两个λ/4谐振器，每一个的一端短路，并且另一端开路。λ/2谐振器和两个λ/4谐振器形成梳形线耦合。由于带状线电极11和12的线长度基本上相等，故λ/4谐振器的谐振频率基本上等于λ/2谐振器的谐振频率。
图1B是图1A所示的介质滤波器的等效电路图。在这种情况下，标号R1表示上述λ/2谐振器，标号R2和R3表示上述λ/4谐振器。当信号从端子A输入时，λ/2谐振器的两端的电位耦合到信号，并反相，并且保持电位差，λ/2谐振器与每一个λ/4谐振器耦合。结果，从输出端B和C得到具有相位差180度的输出，它具有滤波器特性。相应地，可以将端子A用作不平衡输入端子，而端子B和C可以用作平衡输出端子。提供了带通特性型滤波器特性，这是由输入和输出之间的λ/2谐振器和λ/4谐振器产生的。
相反，当对端子B和C进行平衡型的信号输入时，从端子A可以得到不平衡型的信号输出。
另外，作为使上述λ/2谐振器与两个λ/4谐振器耦合的方法，除了梳形线耦合外，可以通过增加诸如电容器之类的集中恒定元件使这些谐振器耦合。
在图1A和1B所示的例子中，通过形成上述杂散电容产生梳形线耦合(电感耦合)。但是，通过扩大带状线电极11和12的开路端的宽度，可以完成电容耦合。
另外，在图1A和1B所示的例子中，带状线电极的中心部分通过通孔电气连接到介质基片的下表面上的接地电极。但是，设置在带状线电极所设置的介质基片上的相同表面上的接地电极可以连接到带状线电极的中心部分。
图2是根据本发明的第二实施例的介质滤波器的等效电路图。在这个例子中，相互接近地设置λ/2谐振器R1，和λ/4谐振器R2和R3，λ/2谐振器的两端是短路的。在λ/2谐振器的中心部分和端子A之间产生电容C1，从而进行外部的耦合。λ/4谐振器R2和R3，以及谐振器R2和R3之间的关系，以及外部的耦合和图1所示的相同。
在图2中，λ/2谐振器的中心部分等效于一个开路端，λ/2谐振器R1和两个λ/4谐振器R2和R3叉指式耦合。通过这样的结构，可以得到一种介质滤波器埃，它的端子A作为不平衡端子，端子B和C作为平衡端子。
图3是根据本发明的第三实施例的介质滤波器的等效电路图。这个介质滤波器是这样不同于图1所示的介质滤波器的，即，λ/2谐振器R1的中心部分附近弯曲成C字母形式或者U字母形式，两个λ/4谐振器R2和R3设置在λ/2谐振器R1附近。由于谐振器R1作为在带状线电极的整个长度上的λ/2谐振器，故这和图1所示的第一实施例的情况相同。但是，在图3所示的结构中，由于可以将带状线电极的长度调节到λ/4谐振器的谐振器长度，故谐振器在介质基片上占据的面积可以容易地减小。
图4是根据本发明的第四实施例的介质滤波器的等效电路图。在该图中，标号R11和R12表示微带谐振器，它作为λ/2谐振器。两个谐振器R11和R12电磁耦合。作为耦合谐振的方法，如上所述，可以通过扩大微带谐振器的开路端的宽度产生电容耦合。或者，可以通过在其开路端和接地电极之间形成杂散电容完成梳形线耦合。另外，可以加上诸如电容器之类的集中恒定元件。在谐振器R11的一端和外部端子A之间产生电容C1，在谐振器R12的一端和外部端子B之间产生电容C2，并在谐振器R12的另一端和外部端子C之间产生电容C3。在λ/2谐振器R11和R12的端部，使每一个相位反相，进行耦合，并且同时保持相位差，将谐振器的端部连接到外部端子。结果，具有180度相位差的平衡信号(它具有滤波器特性)从外部端子B和C输出。因此，可以将外部端子A用作不平衡输入端子，并将外部端子B和C用作平衡输出端子。在输入和输出之间提供了带通型滤波器特性，它是由λ/2谐振器和λ/4谐振器产生的。
相反，当对端子B和C进行平衡型的信号输入时，也可以从端子A得到不平衡型的输出信号。
图5是根据本发明的第五实施例的介质滤波器的等效电路图。在这个例子中，相互接近地设置λ/2谐振器R11和λ/2谐振器R12，并且谐振器R11的两端短路。在谐振器R11的中心部分和端子A之间产生电容C1，以得到外部耦合。谐振器R12、这些谐振器之间的关系以及外部耦合与图4所示的相同。
在图5中，谐振器R11的中心部分等效于开路端，并且谐振器R11和谐振器R12叉指式耦合。通过这样的结构，可以得到一种介质滤波器埃，其中端子A用作不平衡端子，端子B和C用作平衡端子。
虽然第一到第五实施例使用由微带谐振器形成的介质滤波器，还可以使用一种介质滤波器，其中带状线谐振器是通过将带状线电极设置在介质层所设置的电极上侧和下侧的位置而形成的。
下面，参照图6A和6B，给出通过使用介质块形成介质滤波器的描述，作为本发明的第六实施例。
图6A是滤波器的外表的透视图，图6B是穿过两个内部导体形成的孔的截面图。沿图6A所示的方向，当实际安装到电路板上时，图中的滤波器的左前方表面与电路板相对。外部端子6、7和8分别连接到电路板上的信号输入/输出电极。并且外部导体3连接到电路板上的接地电极。
介质块1整体地具有基本上平行六面体的配置，其中设置了两个内部导体形成的孔2a和2b。另外，如此在介质块1中形成缝隙4，从而切去内部导体形成的孔2b的中心部分。外部导体3分别形成在缝隙4的内部表面上，以及介质块1除了上表面和下表面以外的外部表面上(四个表面)，如图1A和1B所示。在内部导体形成的孔2a的内部表面上设置内部导体5a，并在内部导体形成的孔2b的内部表面上形成内部导体5b。另外，在介质块1的外部表面上，通过从外部导体3分开，形成外部端子6(它通过内部导体5a的一端附近的部分产生电容)，和外部端子7和8(它们通过内部导体5b的每一个端部附近的部分产生电容)。
通过这样的结构，内部导体5a、介质块1和外部导体3用作单个的λ/2同轴谐振器，而内部导体5b、介质块1和外部导体3用作两个λ/4谐振器。另外，使内部导体形成的孔的内部直径长度在开路端侧和等效短路端侧(内部导体形成的孔的中心部分)之间不同。通过这样的结构，产生相邻的谐振器之间的耦合。结果，如图6A和6B所示的介质滤波器等效于图1B中所示的情况。相应地，在图6A和6B所示的介质滤波器中，可以将外部端子6用作不平衡端子，而将外部端子7和8用作平衡端子。
虽然在图6A和6B所示的例子中形成二级谐振器，还可以使用形成在单个介质块中的三级或更多级谐振器。
另外，虽然缝隙4形成在图6A和6B所示的例子中，除了缝隙以外，还可以垂直于内部导体形成的孔形成一个孔，并且在孔的内部表面上可以形成一个导体连接内部导体形成的孔的内部导体和外部导体3。
作为本发明的第七实施例，将参照图7A和7B描述通过使用介质块形成另一个介质滤波器的例子。
在图6A和6B所示的例子中，设置λ/2的谐振器和两个λ/4谐振器以形成一个介质滤波器，它具有不平衡端子和平衡端子。但是，在第七实施例中，设置两个λ/2谐振器给具有不平衡端子和平衡端子的介质滤波器。
图7A是介质滤波器的外表的透视图，图7B是通过二个内部导体形成的孔的截面图。介质块1整体具有基本上平行六面体的形状，其中有两个内部导体形成的孔2a和2b。和图6A和6B不同，在介质块中没有形成缝隙。将外部导体3设置在图1的介质块1除上下端表面以外的每一个外部表面上(四个表面)。在内部导体形成的孔2a和2b的内部表面上形成内部导体5a和5b。另外，在介质块1的外部表面上，通过和外部导体3分离，形成外部端子6(它通过内部导体5a的端部附近的部分产生电容)，和外部端子7和8(它通过内部导体5b的两端部分产生电容)。
通过这种结构，内部导体5a、介质块1和外部导体3用作一个λ/2谐振器，而内部导体5b、介质块1和外部导体3用作另一个λ/2谐振器。另外，内部导体形成的孔的内部直径长度在开路端侧和等效的短路端侧(内部导体形成的孔的中心部分)之间是不同的，由此在相邻的谐振器之间产生耦合。结果，图7A和7B所示的介质滤波器等效地和图4所示的一样。相应地，图7A和7B所示的介质滤波器可以用作一种介质滤波器，它具有外部端子6作为不平衡端子，而外部端子7和8作为平衡端子。
下面，参照图8A和8B描述介质双工器的结构。
图8A是双工器的外表的透视图，图8B是通过内部导体形成的孔的截面的截面图。沿图8A所示的方向，当表面安装到电路板上时，图中的双工器的左前方表面与电路板相对。外部端子6、7、8、9和10连接到电路板上的信号输入输出电极，并且外部导体3连接到电路板上的接地电极。
介质块1整体具有大概的平行六面体的配置，其中设置了内部导体形成的孔2a、2b、2c、2d和2e。另外，如此在介质块1中形成各个缝隙4，从而切去内部导体形成的孔2b和2c的中心部分。在缝隙4的内部表面上，以及图1的介质块的上下端表面以外的外部表面(四个表面)上形成外部导体3。内部导体5a到5b分别形成在内部导体形成的孔2a到2e的内部表面上。另外，在介质块1的外部表面上形成外部端子6(它通过内部导体5a和5e的每一个端部附近的部分产生电容)，和外部端子7和8(它们通过内部导体5b的端部附近的部分产生电容)，和外部端子9和10(它们通过内部导体5c的端部附近的部分产生电容)。
通过这样的安排，内部导体5a、5d和5e、介质块1、和外部导体3形成λ/2同轴谐振器，并且内部导体5b、介质块1、和外部导体3形成两个λ/4谐振器。另外，内部导体5c、介质块1和外部导体3形成两个λ/4谐振器。
通过这样的安排，可以将由内部导体5a和5b形成的谐振器用作发送滤波器，并且将由内部导体5c，5d和5e形成的谐振器用作接收滤波器。在这种情况下，将外部端子6用作不平衡天线端子，将外部端子7和8用作平衡发送信号输入端子，并将外部端子9和10用作平衡接收信号输出端子。
在第六、第七、第八实施例的每一个实施例中，同轴谐振器通过使用单个介质块形成，以便形成介质滤波器或介质双工器。但是，还可以通过结合各个其中预先形成有凹槽，并且其中形成有内部导体的介质基片，形成包含同轴谐振器的介质滤波器或介质双工器。
在图6A、6B、7A、7B、8A和8B所示的例子中，通过将介质块的端表面用作谐振器的开路端，形成各个介质同轴谐振器，而不需要在其上形成外部导体。但是，本发明可类似地应用于一种类型的介质同轴谐振器，其中在介质块用作开路端的端表面上形成耦合电极。另外，本发明可以类似地应用于一种类型的介质同轴谐振器，其中无内部导体形成的部分(内部导体形成的孔的内部导体被消除的部分)形成在每一个内部导体形成的孔的内侧，或其开口附近，而不必设置在介质块的外部表面上的非开路表面上。
下面，将参照图9，说明结合了上述介质滤波器或上述介质双工器的通信设备的结构。
在这个图中，ANT表示发送/接收天线，DP X表示双工器，BPFa、BPFb和BPFc表示带通滤波器，AMPa和AMPb表示放大电路，MIXa和MIXb表示混频器，OSC表示振荡器，DIV表示分频器(合成器)。MI Xa用调制信号对从DIV输出的频率信号进行调制，BPFa仅使发送频带中的信号通过，AMPa对从ANT经过DP X发送的信号执行功率放大。BPFb仅使从DP X输出的信号中在接收频带中的信号通过，AMPb放大信号。MI Xb混合从BPFc输出的频率与接收到的信号，以输出中频频率信号IF。
作为图9所示的双工器DPX，可以使用具有图8A和8B所示的结构的双工器。另外，作为带通滤波器BPFa、BPFb和BPFc，可以使用具有图1到7B所示的结构的介质滤波器。通过这种方式，可以形成整体小型化的通信设备。
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，熟悉本领域的人将知道，在不背离本发明的主旨的条件下，上述和其它形式上和细节上的修改是可以的。

Claims (11)

1.一种介质滤波器，其特征在于包含：
用于在预定频率上产生1/2波长的谐振，且两端开路或短路的λ/2谐振器；
一对分别用于在基本上等于预定频率的频率处产生1/4波长的谐振的λ/4谐振器，且每个λ/4的一端开路端而另一端短路；
其中，所述一对λ/4谐振器平行于所述λ/2谐振器设置，这对λ/4谐振器与λ/2谐振器的距离是使λ/2谐振器与这对λ/4谐振器中的每一个直接耦合或经由又一个谐振器间接耦合的距离，且这对λ/4谐振器设置在所述λ/2谐振器的两端；
将耦合到所述λ/2谐振器的端子设为不平衡端子；及
将耦合到所述一对λ/4谐振器的端子用作平衡端子。
2.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于λ/2谐振器基本上在λ/2谐振器的中心部分弯曲。
3.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于λ/2谐振器和λ/4谐振器各自由微带线或带状线形成。
4.如权利要求2所述的介质滤波器，其特征在于λ/2谐振器和λ/4谐振器各自由微带线或带状线形成。
5.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于λ/2谐振器和λ/4谐振器由包含其上设置有导体薄膜的介质块的介质同轴谐振器形成。
6.如权利要求2所述的介质滤波器，其特征在于λ/2谐振器和λ/4谐振器由包含其上设置有导体薄膜的介质块的介质同轴谐振器形成。
7.一种介质滤波器，其特征在于包含：
用于在预定频率产生1/2波长的谐振且两端开路或短路的第一λ/2谐振器；
用于在基本上等于所述预定频率处产生1/2波长的谐振且两端开路的第二λ/2谐振器；
其中所述第二λ/2谐振器平行于所述第一λ/2谐振器设置，且这两个λ/2谐振器的距离是使第一λ/2谐振器与第二λ/2谐振器直接耦合或经由又一个谐振器间接耦合的距离；
将耦合到所述第一λ/2谐振器的端子设置为不平衡端子；及
将耦合到所述第二λ/2谐振器的两个端子设置为平衡端子。
8.如权利要求7所述的介质滤波器，其特征在于每个所述谐振器由微带线或带状线形成。
9.如权利要求7所述的介质滤波器，其特征在于λ/2谐振器由包含其上设置有导体薄膜的介质块的介质同轴谐振器形成。
10.一种介质双工器，其特征在于包含如权利要求1到9中任一所述的介质滤波器。
11.一种通信设备，其特征在于包含如权利要求1到9中任一所述的介质滤波器或如权利要求10所述的介质双工器。
CNB001064347A 1999-04-06 2000-04-06 介质滤波器、介质双工器和通信设备 Expired - Lifetime CN1153312C (zh)

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