CN1165095C - 高频电路组件、滤波器、双工器和通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高频电路组件，包含：位于两个电极层中相向的两个无电极部分，一介电层夹在两个电极层之间；位于两个电极层之间的介电层中的至少一个中间电极层；在中间电极层中形成的电线路，电线路与一谐振模耦合，该谐振模是在夹在两个无电极部分之间的区域中及其附近产生的。以方便地提高线路与由夹在电极层之间的介电层组成的谐振器的耦合程度，可以确保可靠性，而无需基片等，并且Q值高，不会产生不需要的模式。本发明还提供了采用上述高频电路组件结构的振荡器、滤波器和双工器以及并使用所述振荡器、滤波器和双工器的通信装置。

Description

高频电路组件、滤波器、双工器和通信装置

技术领域

本发明涉及高频电路组件(如用于微波带和毫米波带的振荡器、滤波器、双工器等)，以及采用这种组件的通信装置。

背景技术

日本专利申请8-265015中提供了一种电极，这种电极的无电极部分相向面向介电基片的两个表面，二无电极部分之间的区域和介电基片内邻近区域中可以形成TE010模谐振器。

另外，在“IEICE电子学学会会议”(1997年9月)的节目C2-68中，公开了日本专利申请11-214908、10-145117。这两个专利申请中提供了一种采用上述TE010模谐振器的高频电路组件，如滤波器、振荡器等。

在采用上述传统的TEO10模谐振器的高频电路组件中，通过将构成TE010模谐振器的基片堆积在形成线路的电路基片的前面上或电路基片的背面上，使电路基片上的线路与上述谐振器耦合。

然而，在构成谐振器的基片安装在电路基片背面上的时候，谐振器基片上的电极可以通过片簧与电路基片上的接地电极接触并且用导电粘合剂连接起来。这时，人们担心电极间的接触状态会由于温度变化而变化以及随时间而变化，电路基片和谐振器上线路之间的耦合会变得不稳定，从而引起特性的变化。

另外，在上述将谐振器基片安装在电路基片上的这种结构中，会要求使基片隔开一定的距离，从而使谐振器基片背面上的电极不会接触电路基片上的线路，等等。

现在，上述谐振器基片上谐振器与电路基片上的线路耦合的程度正比于电路程度上线路位置处谐振模磁通量的大小。但是，由于大多数的谐振器能量是局限在谐振器内部的，因而很难得到谐振器基片外与电路基片上线路高的耦合程度。再有，为了提高耦合程度，可以将电路基片上的线路排列成更靠近谐振器的中间，但是，由于担心这样会干扰谐振模的电磁场而使Q值降低，并会引入不需要的模式。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高频电路组件，这种组件中，可以方便地提高线路与由夹在电极层之间的介电层组成的谐振器的耦合程度，可以确保可靠性，而无需基片等，并且Q值高，不会产生不需要的模式。

本发明还提供了一种采用上述高频电路组件结构的振荡器、滤波器和双工器，以及使用所述的振荡器、滤波器和双工器的通信装置。

依据本发明的一方面，提供了一种高频电路组件，它包含：位于两个电极层中的相向的两个无电极部分，一介电层夹在所述两个电极层之间；位于所述两个电极层之间的介电层中的至少一个中间电极层；以及在所述中间电极层中形成的电线路，所述电线路与一谐振模耦合，所述谐振模是在夹在所述两个无电极部分之间的区域中及其附近产生的。

在上述高频电路组件中，所述中间电极层的一部分是暴露的，并且一安装部件置于所述暴露的部分上。

在上述高频电路组件中，所述两个电极层中的至少一个电极层中具有与所述中间电极层中的电极相连的安装电极，并且所述安装电极上有一个安装部件。

在上述高频电路组件中，在所述介电层中形成至少与所述两个电极层导通连接的通孔。

在上述高频电路组件中，夹在所述两个电极层之间的介电层包含两个介电层，并且所述两个介电层中的一个介电层的面积小于另一个介电层的面积。

在上述高频电路组件中，夹在所述两个电极层之间的介电层包含两个介电层，并且所述两个介电层中的一个介电层的面积小于另一个介电层的面积。

依据本发明的再一个方面，提供了一种振荡器，所述振荡器包含一个反射放大器，所述放大器与上述高频电路组件中的电线路相连。

依据本发明的又一个方面，提供了一种滤波器，它包含上述高频电路组件，其中与所述电线路相连的电极被引出至滤波器的外部作为输入-输出端。

依据本发明的再一个方面，提供了一种双工器，它包含一对如上所述的滤波器；以及电线路的一部分与所述一对滤波器中每一个滤波器的谐振模耦合，以及与所述电线路相连的电极被引出至双工器的外部作为公共天线输入-输出端。

依据本发明的又一个方面，提供了一种包含上述振荡器、上述滤波器和上述双工器中的至少一个的通信装置。

由于如上所述的高频电路组件的结构，使相向面对的无电极部分之间的谐振区域中生成的谐振模和中间电极层中的线路耦合。由于线路位于限定强谐振能量的谐振区域内，可以实现高的耦合程度。

另外，在按照本发明一种实施例的高频电路组件中，中间电极层的一部分可以是暴露并且(例如)可以在组件上设置与上述线路电相连的安装部件。由于采用了这种结构，可以方便地安装这些安装部件，并将安装部件与线路连接起来，而线路是与构筑在相向无电极部分之间区域中的谐振器耦合的。

再有，在按照本发明一种实施例的高频电路组件中，两个电极层中的至少一个电极层可以有与中间电极层中的电极相连的安装电极，并且安装部件位于安装电极上。由于采用了这种结构，所以无需对含有多个介电层的多层基片进行特殊的处理，就可以将安装部件安装到基片的一侧上，并且因此可以提高产量。

还有，在按照本发明一种实施例的高频电路组件中，在介电层内形成的一个通孔可以至少连接两个电极层。这样，介电层内的通孔部分就处于与两个电极层相同的地电位，从而抑制了寄生模式，如在上述电极层之间传播的平形板模式(parallel-plate mode)。

再有，在按照本发明一种实施例的高频电路组件中，夹在两个电极层和中间电极层之间的两个介电层的横向宽度可以是各不相同的。由于采用了这种结构，由于相向面对的两个电极层中的区域中的谐振器仅位于两个电极层之间的谐振区域内，所以可以使如平行板模式等的寄生模的频率转移到更高频率的区域内，而在这些更高频率的区域内，寄生模式是不重要的。另外，由于夹在两个电极层中的一个电极层和中间电极层之间的介电层宽度变得更窄，因而其他介电层暴露表面上的电极图案与安装部件的配置将变得更加容易，并且因此可以具有更好的性能和更多的多功能产品。再有，通过微调来调节暴露表面上的电极图案也变得更加容易。另外，由于可以使介电材料的数量最小，因而可以减小重量和成本。

在本发明的振荡器中，反射放大器(reflector amplifier)与上述高频电路组件的电线路相连。

在本发明的滤波器中，上述高频电路组件中的部分电线路被引出作为输入-输出端或者将与所述电线路耦合的电极引出作为公共输入-输出端。

在本发明的双工器中，有多个谐振区，引出两个谐振区中与谐振模耦合的电线路作为公共输入-输出端，或者将与这样的电线路耦合的电极引出作为公共输入-输出端。

在本发明的通信装置中，采用上述滤波器或双工器作为(例如)信号处理部分，或作为连接高频电路中的发射信号或接收信号的天线共享装置。

读者在参照附图阅读了本发明实施例的下述描述以后，将会更清楚地理解本发明各种特征与优点。图中，相同的标号所表示的元件和部件相同。

附图概述

图1A和1B是按照第一种实施例的滤波器结构；

图2是按照第一种实施例的滤波器的截面图；

图3是按照第二种实施例的高频电路组件的分解透视图；

图4是按照第二种实施例的高频电路组件的透视图；

图5是按照第三种实施例的高频电路组件的结构图；

图6是按照第三种实施例的作为滤波器的高频电路组件的截面图；

图7是按照第四种实施例的高频电路组件的结构图；

图8是按照第四种实施例的作为滤波器的高频电路组件的截面图；

图9是按照第五种实施例的高频电路组件的结构图；

图10是按照第五种实施例的作为滤波器的高频电路组件的截面图；

图11A、11B和11C是按照第六种实施例的双工器结构图；

图12是按照第七种实施例的振荡器的等效电路图；以及

图13是按照第八种实施例的通信装置的结构方框图。

本发明的较佳实施方式

下面参照图1A、1B和图2描述按照第一种实施例的滤波器的结构。

图1A是滤波器主要部分的分解透视图。图1A中示出了介电板1和2。在介电板1的上表面上，形成了一个呈圆形无电极部分5的第一电极层3。另外，第一电极层3在介电板1的四个端面上延伸。在介电板1的下表面上没有电极。图1B是介电板2的仰视图，在介电板2的下表面上，形成有一个具有无电极部分6的第二电极层4，当介电板2和介电板1层叠在一起的时候，无电极部分6处于面对无电极部分5的区域内。在介电板2的上表面上，形成电线路7和8。要形成在介电板2的上表面上的电极如线路7、8等对应于如本发明所描述的“中间电极”。线路7和8的端部都从介电板2的一个或多个侧面延伸到介电板2的一部分上表面上。介电板2的四个侧面被第二电极层4所覆盖，并且除线路7和8延伸跨越各侧面以外，所述第二电极层4从下表面开始延伸。

在独立烧结了(fire)介电板1和2以后，就形成了上述电极层，并且随后将二板层叠(堆积)起来，通过烘烤(baking)将它们结合在一起。在烘烤过程中，用蜡、导电粘合剂或银电极来将这些层结合在一起。也可以以生片的形式将各层层叠起来，并可以在已将它们层叠在一起以后通过烧结而将它们结合在一起。

按照图1A和1B所示的结构，介电板2下表面上的无电极部分6和上表面上的线路7和8是通过光刻介电板2来形成的，因而可以很高的相对定位精度对元电极部分和上表面上的线路7和8形成图案。

图2是上述滤波器中间部分的纵向截面图。图2中，示出了由陶瓷片和金属帽10组成的底座9。陶瓷片上形成有终端电极，而金属帽覆盖在底座上部。在层叠了如图1中所示的两个介电板1和2的情况下，由无电极部分5和6夹持的介电板1和2的介电层成为谐振区，并用作TE010模谐振器。另外，上述介电板1和2的层叠体安装在底座9的上面部分上，并且覆盖层叠体的金属帽10产生一个谐振空间，对层叠体进行磁屏蔽。

另外，尽管图2中未示出，但是，从线路7和8伸出到介电板2下表面上的电极是连接到底座9上的终端电极的，并且伸出到底座9下表面部分，跨越在其侧面上。这样，就构成了表面可安装的滤波器。

在上述结构中，线路7和8通过TE010模高磁场，因此，线路7和8强烈地与TE010模耦合。

另外，线路7和8可以靠近无电极部分的外围，因此，可以使线路7和8引起的对谐振磁场的干扰为最小，并且与传统的情况相比，使损耗得以减小。

在图1A和1B所示的例子中，线路7和8的端部直接引出到外面，但是，我们不是直接使线路7和8引出到谐振器外，而是可以使与线路7和8耦合的其他线路引出到外面。

下面参照图3和4，描述安装第二种实施例的高频电路组件的结构。

图3是高频电路组件的分解透视图。与第一种实施例中的情形一样，在介电板1的上表面上，形成了一个第一电极层3，该电极层3的固定区域是无电极部分5。而在介电板2的下表面上，形成了一个第二电极层4。第二电极层4具有一个面对上述无电极部分5的无电极部分6。于是，在介电板2的上表面上，形成了一种电路图案，包括线路7、薄膜电阻11、电极12、13和14，等等。在这些电极图案中，线路7与夹在无电极部分5和6之间的谐振区域产生的TE010模耦合，而谐振区是在将介电板1和2层叠起来的时候形成的。

如图3所示，在介电板1中，形成有一个开孔部分15，从而当介电板1与介电板2层叠在一起的时候，线路7和电极12、13和14部分是暴露的。

图4示出了是图3中所示的二介电板1和2层叠在一起以及将FET 16(下文中称为“安装部件”)通过开孔部分15安装在介电板2的上表面上的情况。通过这种方式，使中间电极层部分暴露并且使安装部件置于暴露区域中，而使将安装部件连接到与谐振器耦合的电路上变得更加容易。

下面参照图5和6描述按照第三种实施例的高频电路组件的结构。

图5是高频电路组件的分解透视图，而图6是该组件主要部分的截面图。图5-6与图3所示结构的不同之处是，介电板1中没有开孔部分，而多了一个与介电板2上表面上的电极电连接的通孔，并且安装部件是安装在介电板1的上表面上的。即，在图5中，示出了通孔S，通孔S与线路7和电极12、13和14导通，而线路7与电极12、13和14引出到介电板1上表面上的安装电极7’、12’、13’和14’。FET 16与介电板1上表面上的安装电极7’、12’、13’和14’中的每一个相连。

下面参照图7和图8描述按照本发明第四个实施例的高频电路组件的结构。

图7是高频电路组件的分解透视图，而图8是该组件主要部分的截面图。与图3中的结构不同的是介电板1上表面上形成的第一电极层3和介电板4下表面上形成的第二电极层4之间的固定位置是由通孔S相互连接起来的。

因此，通过由第一和第二电极层之间的通孔连使固定位置导通，可以抑制如第一和第二电极层等等之间产生的平行板模式的寄生模，并可以使操作稳定。下面参照图9和10描述按照第五种实施例的高频电路组件的结构。

图9是组件的透视图，而图10是该组件主要部分的截面图。本例中，在介电板1中，有一个第一导电层3，大约是在该导电层的中心部分是一个无电极部分，并且介电板1的纵向和横向宽度做得比介电板2的宽度窄。在介电板2的下表面上，形成一个第二电极层4，该电极层4在面对无电极部分5的区域中有一个无电极部分6。这样，夹在上、下无电极部分之间的区域及其邻近区域就作为TE010模的谐振区域。在介电板2上表面上的暴露部分内，有安装部件如FET16等。

使介电板1的纵向和横向宽度与上述谐振区域一样窄，就减小了第一电极层和第二电极层之间区域的纵向、横向宽度，并且因此使使该区域中产生的寄生模转移到高频区域。因此，对寄生模的响应就远离了要使用的频带，并且使组件很难受到寄生模的影响。另外，通过使一块介电板比另一块介电板窄，并且通过将安装部件排列在另一介电板暴露区域上，可以在其他介电板上配置许多的安装部件，使高频电路组件具有更好的性能和更多的功能。再有，由于要使用的介电材料数量减少到最少需求量，可以减轻重量，降低成本。

下面参照图11描述按照第六个实施例的双工器结构。

图11A是上介电板的俯视图，图11B是下介电板的俯视图，而图11C是由二层叠介电板组成的双工器后视图。在介电板1的上表面上，形成了一个具有二无电极部分5a与5b的第一电极层3。在下表面上是没有电极的。在介电板2的上表面上，形成有线路7a、7b和8，而在下表面上，形成有一个第二电极层，在该第二电极层中，在面对上述无电极部分5a和5b的区域中形成有无电极部分6a和6b。当将上下介电板1和2层叠在一起的时候，线路7a与夹在无电极部分5a和6a之间的区域及其邻近区域中的谐振模耦合，并且线路7b与夹在无电极部分5a和6a之间的区域和其邻近区域中的谐振模耦合。另外，线路8与上述两个谐振模中的每一个耦合。线路7a和7b的端部分别跨越介电板2的侧面延伸到下表面部分。再有，线路8的固定位置跨越介电板2的侧面延伸到下表面部分。这里，线路7a的端部用作发射信号的输入端，线路7b的端部用作接收信号的输出端，而从线路8分支出来的线路的端部用作天线端。

这样，就构成了一个双工器，在该双工器中，一级谐振器(one-stage resonator)分别用作发射滤波器和接收滤波器。

在图11A、11B和11C所示的例子中，只有两个谐振器，但通过安置多对相向无电极部分并且将相邻谐振器耦合起来，可以使发射滤波器和接收滤波器由多级谐振器组成。另外，在图11A、11B和11C所示的例子中，每一线路的端部都直接延伸到外面，但是通过提供其他的线路分别与耦合谐振器的线路耦合，那么就可以将这些“其他的”线路延伸到外面。

下面参照图12描述按照第七个实施例的振荡器结构。

图12是采用图3至图10中的一种高频电路组件构成的振荡器实施例的等效电路图。图12中，谐振器是构筑在上述两个无电极部分及其邻近区域之间区域中的TEO10模谐振器，而通过第一电极层和第二电极层之间的中间电极层中的线路7和8与谐振器耦合。线路7的一端由图中的薄膜电阻端接，而FET 16的栅极连接到另一端部。偏压Vd通过电感和电容的等效电路施加到FET 16的漏极。电阻连接到FET 16的源极，并且电阻的一端接地，振荡信号通过电容从源极输出。可变电抗元件17如变容二极管等与线路8相连，并且连接有一个向可变电抗元件17提供控制电压Vc的电路。

由于采用了这样一种电路结构，FET 16用作反射放大器，而带反射(band-reflection)型振荡电路由放大器、线路7和谐振器组成。此外，在本例中，通过改变可变电抗元件17上的控制电压Vc，而改变了电容，并且改变了载入电阻中的电容分量(component)，因此也改变了谐振频率。因此，采用这种方法，对振荡频率执行电压控制。

如上所述，由于线路7和8与谐振器强烈耦合，可以得到与可变电抗元件17的电抗可调范围相应的宽的振荡频率变化范围。

下面参照图13描述按照第八个实施例的通信装置的结构。图中，示出了发射—接收天线ANT、双工器DPX、带通滤波器BPFa、BPFb和BPFc、放大器AMPa和AMPb、混频器MIXa和MIXb、振荡器OSC和分压器DIV。压控振荡器VCO按照发射信号即发射数据，由一个信号来调制振荡频率。

混频器MIXa将由压控振荡器VCO调制的信号与从振荡器OSC输出并由分压器DIV分配的信号混合，而带通滤波器BPFa仅传送从混频器MIXa输出的混频信号中的发射频带，并且放大器AMPa对发射频带信号进行功率放大，并通过双工器DPX从发射—接收天线发送信号。带通滤波器BPFb仅传送要从双工器DPX输出的接收信号中的接收频带，而放大器AMPb对接收频带信号进行放大。混频器MIXb将一接收信号与从振荡器OSC输出、由分压器DIV分配和从带通滤波器BPFc输出的频率信号混合，并输出中频(IF)信号。

在图13中所示的双工器DPX中，可以采用如图11A、11B和11C构成的双工器。另外，在带通滤波器BPFa、BPFb和BPFc中，可以使用如图1A、1B和2构成的介电滤波器(dielectric filter)。此外，在压控振荡器VCO中，可以使用如图12中所示的压控振荡器。

这样，采用高可靠性并且低插入损耗的滤波器和双工器，并且采用具有非常好的C/N特性的压控振荡器，就得到了一种体积较小并且具有非常好的高频电路特性的通信装置。

尽管上文中是以特定例子并且是参照实施例来描述本发明的，但本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对实施例作形式上和细节上的变更。

Claims (10)

1.一种高频电路组件，其特征在于，它包含：

位于两个电极层中的相向的两个无电极部分，一介电层夹在所述两个电极层之间；

位于所述两个电极层之间的介电层中的至少一个中间电极层；以及

在所述中间电极层中形成的电线路，所述电线路与一谐振模耦合，所述谐振模是在夹在所述两个无电极部分之间的区域中及其附近产生的。

2.如权利要求1所述的高频电路组件，其特征在于，所述中间电极层的一部分是暴露的，并且所述暴露的部分设有安装部件。

3.如权利要求1所述的高频电路组件，其特征在于，所述两个电极层中的至少一个电极层中具有与所述中间电极层中的电极相连的安装电极，并且所述安装电极上有一个安装部件。

4.如前述权利要求1到3中任一项所述的高频电路组件，其特征在于，在所述介电层中形成至少与所述两个电极层导通连接的通孔。

5.如前述权利要求1到3中任一项所述的高频电路组件，其特征在于，夹在所述两个电极层之间的介电层包含两个介电层，并且所述两个介电层中的一个介电层的面积小于另一个介电层的面积。

6.如前述权利要求4所述的高频电路组件，其特征在于，夹在所述两个电极层之间的介电层包含两个介电层，并且所述两个介电层中的一个介电层的面积小于另一个介电层的面积。

7.一种振荡器，所述振荡器包含一个反射放大器，所述放大器与如权利要求1至6中任一项所述的高频电路组件中的电线路相连。

8.一种滤波器，它包含如权利要求1至6中的任一权利要求中的高频电路组件，其特征在于，与所述电线路相连的电极被引出至滤波器的外部作为输入-输出端。

9.一种双工器，其特征在于，它包含：

一对如权利要求8中所述的滤波器；以及

电线路的一部分与所述一对滤波器中每一个滤波器的谐振模耦合，以及与所述电线路相连的电极被引出至双工器的外部作为公共天线输入-输出端。

10.一种包含如权利要求7中所述的振荡器、如权利要求8中所述的滤波器和如权利要求9中所述的双工器中的至少一个的通信装置。

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