CN1161581A - 介电滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种能容易地改善除基本模式(TEM模式)以外模式中伪特性的介电滤波器。穿通一对端面之间的介电块形成两个共振孔，在这两个共振孔的内表面上形成内导体。在介电块的外表面上形成外导体。穿通介电块两个主表面之间介电块的中央部分形成通孔，在通孔的内表面上形成连到介电块两个主表面上外导体部分的短路导体。

Description

介电滤波器
本发明涉及一种介电滤波器，该滤波器使用横向电磁(TEM)模，它通过在介电块中形成多个内导体以及在介电块的上表面上形成一外导体来构成，本发明尤其涉及此结构具有改善的附加特性的介电滤波器。
图8示出使用TEM模的常规介电滤波器的结构。在以下参考的图8和类似的图中，打点的区域代表介电块的露出部分(非导体形成部分)。
在如图8所示的介电滤波器中，以矩形棱柱的形式形成穿通介电块1的共振孔2a和2b，从而介电块1的一对相对端面被开口。在每一个共振器2a和2b的内部柱面上形成用作共振导体的内导体3。一般在介电块1的整个外表面上形成用作接地导体的外导体4。在外导体4的预定部分中形成一对输入/输出电极5。每一个共振孔2a和2b具有在共振孔的一个开口端面附近形成的内导体非形成部分3a，以使内导体3与外导体4隔离(保持开路状态)。在共振孔的另一开口端(在图8所示的后侧)，内导体3与外导体4电气相连(短路)。通过输入/输出电极5与内导体3之间产生的外部耦合电容，使输入/输出电极5与相应的内导体3外部耦合。
由共振孔2a和2b处形成的两级共振器形成此介电滤波器。共振器由开口端面附近形成的内导体非形成部分3a在开口端处产生的寄生电容以(列间)方式耦合。如此构成的具有用内导体非形成部分3a而相互耦合的共振器的介电滤波器不需要耦合装置，诸如在共振孔2a和2b之间形成的使共振器以TEM模式耦合的耦合孔，因此该介电滤波器具有尺寸减小的优点。
一般，这类介电滤波器使用TEM模式的波作为基波。然而，例如TE模式的共振TEM模式的共振一起发生。此模式共振频率处的响应不是必要模式，因此这种响应在使用TEM模式的介电滤波器中是假的。
图9示出上述结构介电滤波器的频率衰减特性，该介电滤波器使用尺寸为沿内导体放置方向5mm、沿内导体纵长方向4mm以及沿垂直于前两个方向的厚度方向2mm的介电块，并具有92的介电常数。
如图9所示，在1.9Ghz TEM模式的基波以上，TE101模式位于5GHz，TE102模式位于7.4GHz，TE201位于8.4GHz，以及TE103位于10.2GHz。TEM模式基波处的衰减量是1dB，而每个TE模式的衰减量是20dB。这些TE模式的频率位置和衰减量可以如此，从而TEM模式(它是基本模式)频率二或三倍处的衰减量减小30dB。在此情况下，可能不会实现所需的特性(特定值)。需要改善相应的伪特性。
然而，在上述常用的介电滤波器中，如果确定了介电块的形状，则基本上明确地确定TE模式或类似模式的共振频率(伪频率)。因此，已实行改变介电块外部尺寸以获得所需的伪特性的方法。即，必须相对于每个不同的所需特性如此改善预定(所需的)频率处的伪电平(衰减量)，从而通过相应于所需的特性改变宽度、厚度和长度来控制TE模式或类似模式的伪频率，从而伪频率变成更高或更低的频率。因此，在制造常规的介电滤波器中，为了相应于所需的特性改善TE模式或类似模式的伪特性，需要准备大量各种形状的介电块。为此，统一或标准介电块很难适用于常规的介电滤波器。因此，减少了介电滤波器的生产率，增加了介电滤波器的制造成本，也很难规范滤波器的装配。
针对常规介电滤波器的上述问题，本发明的一个目的是提供一种介电滤波器，它能容易地改善除基本模式(TEM模式)以外其它模式的伪特性，而不改变介电块的外部形状(尺寸)。
为了实现上述目的，按照本发明的一种方面，提供了一种使用TEM模式的介电滤波器，它包括具有一对端面的介电块，在介电块一对端面之间形成的多个内导体，在介电块外表面上形成的外导体，由多个内导体形成的用于终结内导体的断开部分，以及位于导体之间的某一部分中形成的至少一个短路导体，此处除TEM模式以外模式中的电场强度很高，在介电块两个主表面上形成的外导体短路导体的短路部分平行于多个内导体的排列方向，也平行于多个内导体的纵长方向。
依据本发明的另一个式样，在上述介电滤波器中，在介质块一对端面之间形成的共振孔的内部柱面上形成内导体。
依据本发明的又一个式样，在上述介电滤波器中，在介电块两个主表面上的某一位置处形成短路导体，该位置相应于沿内导体排列方向介电块尺寸的1/2，也相应于沿内导体纵长方向介电块尺寸的1/2，以抑制TE101模式的伪响应。
依据本发明的再一个式样，在上述介电滤波器中，在介电块两个主表面上的某一位置处形成短路导体，该位置相应于沿内导体排列方向介电块尺寸的1/4，也相应于沿内导体纵长方向介电块尺寸的1/2，以抑制TE102模式的伪响应。
依据本发明的还有一个式样，在上述介电滤波器中，在介电块两个主表面上的某一位置处形成短路导体，该位置相应于沿内导体排列方向介电块尺寸的1/2，也相应于沿内导体纵长方向介电块尺寸的1/4，以抑制TE201模式中的伪响应。
在上述配置中，可把两个主表面保持在基本上与形成短路导体位置处相等的电位，从而形成短路导体位置处的电场强度可基本上为零。因此通过选择短路导体的形成位置和短路导体的数目，可抑制除TEM模式以外模式中不必要的伪响应。
即，在介电块的某一部分中形成短路导体，在该部分除TEM模式以外特殊级别模式(例如TE模式)中的电场强度很高，从而可限制该级别处的响应，以减少在此级别的频率(所需的频率)处相当高的伪电平。因此，通过使用外部形状和尺寸相等的介电块可形成具有各种特性和改善的伪特性的介电滤波器。
图1是代表本发明第一实施例介电滤波器外观的透视图；
图2是示出图1所示介电滤波器频率衰减特性的图；
图3是代表本发明第二实施例介电滤波器外观的透视图；
图4是示出图3所示介电滤波器频率衰减特性的图；
图5是代表本发明第三实施例介电滤波器外观的透视图；
图6是图5所示介电滤波器的频率衰减特性；
图7是示出常规结构介电滤波器频率衰减特性的图，用于与本发明的第三实施例相比较；
图8是常规介电滤波器外观的透视图；以及
图9是示出常规介电滤波器频率衰减特性的图。
将参考图1和2描述代表本发明第一实施例的介电滤波器。在图1、3和5中，以相同的标号字母表示与常规介电滤波器相似或相应，或具有相同功能的部分。
本发明的介电滤波器是两级结构的滤波器，其中两个共振孔2a和2b穿通相对端面之间的一个介电块1而形成。矩形棱柱形式的介电块1具有在其两个主表面(在如图1所示的上和下侧)中央部分之间形成的通孔6。在通孔6的内部柱面上形成使介电块1两个主表面上外导体4短路的短路导体7。即，在介电块1相对端面(从内导体的纵长方向看)之间介电块1的中间处以及在介电块1两个侧面(从内导体的排列方向看)之间介电块1的中间处，即共振孔2a和2b之间形成在其内部柱面上形成有短路导体7的通孔6。
除了通孔6和通孔6中形成的连接导体7以外，此介电滤波器的结构类似于如图8所示常规介电滤波器的结构。因此，不重复描述其它部分。
在如此构成的介电滤波器中，介电块1两个主表面上的外导体4部分被两个主表面中心处的短路导体7短路，从而抑制TE101模式中的共振，以大大降低TE101模式共振频率处的伪电平。
图2示出一介电滤波器的频率衰减特性，该介电滤波器是如图1所示构成的介电滤波器的一个例子。此介电滤波器的介电块具有与上述常规介电滤波器介电块相同的尺寸和相同的介电常数，即尺寸为沿内导体放置方向5mm、沿内导体纵长方向4mm以及沿垂直于前两个方向的厚度方向2mm的介电块，介电常数92。
如图2所示，TE101模式中的衰减量是50dB，它比常规介电滤波器中相应的衰减量大30dB，可认为明显地改善了3到6GHz范围内的衰减特性。TE103模式的衰减量为40dB，它也增大了20dB。在TE10n模式(n：整数)中，沿内导体排列方向并在介电块的中间(从内导体纵长方向看)处产生n个电场的强波节部分，并在相应于沿内导体排列方向划分的介电块n个部分中心处产生此模式的强电场部分。相应地，如果n是奇数，则沿内导体排列方向的介电块中心必须与强电场部分重合。因此，如果该部分的电位设定为0，则可改善奇数n模式响应频率处的衰减特性。由于短路导体，使TE101模式中的衰减量与TE103模式中的衰减量之间的差为10dB。这是因为在TE103模式中有另外两个强电场部分。如果在另外两个强电场部分处形成短路导体，则可获得等于TE101模式中衰减量的50dB的衰减量。
在此实施例的结构中，在电场强度沿两个方向中的每个原来为最大值的中央部分被短路以限制激发TE101模式，这两个方向平行于内导体的纵长方向以及导体(处于未形成短路导体的状态)排列方向。于是，可明显地减少TE101模式和TE10n(n为奇数)的伪电平。
图3是代表本发明第二实施例介电滤波器外观的透视图。如此安装本实施例的介电滤波器，以抑制TE201模式中的伪响应。在沿内导体3的排列方向的介电块11中间即共振孔2a和2b之间，以及沿内导体3纵长方向离介电块11相应端面的介电块11尺寸1/4的距离处设置了通孔6，在其中形成使介电块11两个主表面上外导体4短路的短路导体7。
TE201模式电场强度的最大点位于离介电块11相对端面1/4(λ/4)的距离处。即，在TEn01模式(n：整数)中，沿内导体纵长方向并在介电块的中间(沿内导体排列方向)处产生n个电场的强波节部分，并在相应于沿平行于内导体纵长方向划分的介电块n个部分中心处产生此模式的强电场部分。在此实施例的介电滤波器中，由于两个主表面上的外导体在相应于TE201模式的电场强度最大点处被短路，所以可抑制TE201模式的电场，并可明显地减少TE201模式的伪电平。
图4示出一介电滤波器的频率衰减特性，该介电滤波器是如图3所示构成的介电滤波器的一个例子。此介电滤波器的介电块具有与上述常规介电滤波器介电块相同的尺寸和相同的介电常数，即尺寸为沿内导体放置方向5mm、沿内导体纵长方向4mm以及沿垂直于前两个方向的厚度方向2mm的介电块，介电常数92。
如图4所示，TE210模式的衰减量是50dB，它比常规介电滤波器中相应的衰减量大30dB，可认为改善了与共振频率有关的衰减特性。
图5是代表本发明第三实施例介电滤波器外观的透视图。如此安装此实施例的介电滤波器，以抑制TE102模式中的伪响应。通过使用三个共振器2a、2b和2c构成此实施例的介电滤波器。用相同的标号字母表示与图1所示相同或相应的此实施例的部分，将不重复对它们的描述。在从内导体3的纵长方向看的介电块21中间即离介电块21相对端面等距离处(其中的共振孔2a、2b和2c具有其开口)，并沿内导体排列方向，离以此方向相对的侧面为介电块21尺寸的1/4距离处形成通孔6，在其中形成使介电块21的两个主表面上形成的外导体4短路的短路导体7。
TE102模式的电场强度最大点位于离介电块21相对端面等距离且离块侧面1/4(λ/4)距离处。在此实施例的介电滤波器中，两个主表面上的外导体部分在TE102模式的电场强度最大化的位置处被短路，从而抑制TE102模式的电场并明显地减小TE102模式的伪电平。
图7示出常规结构介电滤波器的频率衰减特性，并与本实施例进行比较。此介电滤波器具有三个共振孔，诸如图5所示的那些，但没有通孔6和短路导体7。本介电滤波器的介电块具有的尺寸为沿内导体排列方向12mm，沿内导体纵长方向4mm，以及沿垂直于前两个方向的厚度方向2mm，其介电常数为92。
如图7所示，在1.9GHz的TEM基本频率以上，TE101模式位于4.1GHz，TE102模式位于4.7GHz，TE103模式位于5.5GHz，以及TE201模式位于7.9GHz。在此例中，因为内导体的长度不变，所以TEM模式的基本频率与图2所示特性中1.9MHz的基本频率相同。另一方面，减少了所有的TE模式响应频率，因为整个介电块的尺寸改变了。此外，TE201模式所在的频率高于TE103模式所在的频率，其关系相对于图2所示使用两个共振器的配置关系相反。这是因为改变了沿内导体排列方向介电块的尺寸，而沿内导体长度方向的尺寸不变。如图9所示衰减的特性，在TEM模式基本频率处的衰减量是1dB，而在每个TE模式响应频率处的衰减量是20dB。
图6示出如图5构成的介电滤波器一个例子的频率衰减图。把介电块的参数值设定得与特性如图7所示的介电块参数相同。
如图6所示，TE102模式中的衰减量是50dB，它比常规介电滤波器中相应的衰减量大30dB，可认为改善了与共振频率有关的衰减特性。
如上所述，如此安装本发明，以改善伪特性，该特性不满足除TEM模式(用作基本模式)以外其它模式的需要。把第一实施例的结构应用于有TE101模式的伪电平问题的情况，把第二实施例的结构应用于有TE101模式的伪电平问题的情况，把第三实施例的结构应用于有TE101模式的伪电平问题的情况。
于是，为了改善限制TE模式等模式中不想要的伪响应的效果提供了本发明，在这样一个位置设有每个短路导体，从而减少模式(除TEM模式以外)特定级别(频率)处的伪电平，而把对TEM模式的抑制最小化。如果其中形成短路导体的通孔直径更小，或短路导体的位置离形成开口端的内导体断开部分更远，则短路导体对TEM模式的频率衰减特性的影响更小。例如，可用细电线替代通孔内部柱面上形成的导体作为短路导体。把此细电线埋入介电块中，以使介电块两个主表面上形成的导体部分短路，从而把此短路位置处的电位设定为零。也可以此方式实现合适的衰减特性。
很明显，本发明不限于上述实施例，它也可应用于具有三级或更多级共振器的介电滤波器，应用于使用TEM模式并具有用微条线作为内导体的三板型滤波器，以及应用于由这些类型的滤波器一起形成的双工器和多路复用器。
可如此改变安装，例如以树脂引脚等连接端子替代上述输入/输出电极，并把它们插入输入/输出级共振器中，以使滤波器与外部电路相连。
如上所述，在本发明的介电滤波器中，在预定位置处的介电块中形成使介电块两个主表面上的外导体部分短路的短路导体，从而把除TEM模式以外的模式中的伪响应电平减少到不高于特定电平的水平。因此，可改善伪特性而不改变介电块的外部形状和尺寸，从而可把介电块设计成统一或标准元件。于是，可提高生产率，减少制造成本，规范装配基础并减少装配成本。

Claims (5)

1.一种使用横向电磁模模式的介电滤波器，其特征在于包括：
具有一对端面的介电块；
在所述介电块一对端面之间形成的多个内导体；
在所述介电块的外表面上形成的外导体；
由所述多个内导体形成的非形成部分，以终结所述多个内导体；以及
在所述介电块的某一部分中形成的至少一个短路导体，所述部分位于所述内导体之间且在该处除TEM模式以外模式中的电场强度很高，使所述介电块两个主表面上形成的所述外导体部分短路的所述短路导体平行于所述多个内导体的排列方向，也平行于所述多个内导体的纵长方向。
2.如权利要求1所述的介电滤波器，其特征在于在所述介电块一对端面之间形成的共振孔内部柱面上形成所述内导体。
3.如权利要求1或2所述的介电滤波器，其特征在于在所述介电块两个主表面上，沿所述内导体排列方向相应于所述介电块尺寸1/2的位置，以及沿所述内导体纵长方向相应于所述介电块尺寸1/2的位置处形成所述短路导体，以抑制TE101模式中的伪响应。
4.如权利要求1或2所述的介电滤波器，其特征在于在所述介电块两个主表面上，沿所述内导体排列方向相应于所述介电块尺寸1/4的位置，以及沿所述内导体纵长方向相应于所述介电块尺寸1/2的位置处形成所述短路导体，以抑制TE102模式中的伪响应。
5.如权利要求1或2所述的介电滤波器，其特征在于在所述介电块两个主表面上，沿所述内导体排列方向相应于所述介电块尺寸1/2的位置，以及沿所述内导体纵长方向相应于所述介电块尺寸1/4的位置处形成所述短路导体，以抑制TE201模式中的伪响应。
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