CN1167169C - 介质滤波器,介质双工器和使用它们的通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种通过使用单个部件，适合于两个频带的介质滤波器和介质双工器，以及使用它们的通信设备。在这种情况下，由于用作单个部件的介质块可以容易地模制和掌握，故可以增强生产效率。适合于两个频带的介质双工器是通过将作为λ/2谐振器和λ/4谐振器的形成内部导体的孔设置在单个介质块上而形成的。

Description

介质滤波器、介质双工器和使用它们的通信设备

本发明涉及通过使用单个部件，而适合于至少两个频带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。

关于蜂窝电话系统，已知例如通过使用单个蜂窝电话终端，具有适合于两个蜂窝电话系统的功能的设备。在这种设备中，为了使部件的数量最小化，需要使用适合于两个频带的单个部件。

例如，当使用单个介质块形成适合于第一频带的滤波器和适合于第二频带的滤波器时，可形成通过使用单个介质块适合于两个频带的介质滤波器。

但是，当两个频带相互远离时，在适合于第一频带的滤波器和适合于第二频带的滤波器之间的谐振器的轴长非常不同。结果，有一个问题，即，矩形的介质块无法用于形成介质滤波器。对于这个问题，例如，在介质块的外形上产生阶状部分，并在阶状部分上有可能产生裂缝。另外，由于难以掌握介质块本身或完成的介质滤波器，在自动生产过程中引起一个障碍。

在第5,731,746号美国专利中揭示的滤波器中，使用大致上矩形的介质块形成两组谐振器，其谐振频率相互远离。在滤波器的结构中，在介质块内设置两组谐振器，其轴向相互垂直，从而谐振器以对应于谐振器的轴长的谐振频率谐振。

但是，在谐振器的通孔的方向形成得不相互平行的结构中，用于形成介质块单元的模制金属模子具有复杂的配置。结果，大大破坏了生产效率。

为了克服上述问题，本发明的一个较佳实施例提供了一种介质滤波器，它包含单个介质部件、形成在单个介质部件上的导体薄膜，在该薄膜中设置多个在1/2波长谐振的λ/2谐振器以及在多个1/4波长谐振的λ/4谐振器，其中，每一个λ/2谐振器的两端开路或短路，每一个λ/4谐振器的一端短路，而另一端开路。在此介质滤波器中，多个λ/2谐振器构成第一频带滤波器，并且多个λ/4谐振器构成第二频带滤波器。

这种安排是通过这种方法实施的，即通过使用单个介质部件和形成在其上和其中的导体薄膜，形成由多个λ/2谐振器构成的第一频带滤波器和由多个λ/4谐振器构成的第二频带滤波器。这种安排允许介质滤波器用作适合于两个频带的滤波器。

另外，在上述介质滤波器中，可以通过使λ/2谐振器和λ/4谐振器的开路表面侧的线路阻抗不同于其短路表面侧的线路阻抗，可以将λ/2谐振器和λ/4谐振器的谐振频率设置在特定值，并且λ/2谐振器和λ/4谐振器的长度可以大致上相等。

另外，在本发明的介质滤波器中，由λ/2谐振器构成的第一频带滤波器的介电常数可以不同于由λ/4谐振器构成的第二频带滤波器的介电常数。通过这种安排，第一滤波器和第二滤波器之间的频率比不限于1∶2的比值，从而可以将频率比设置在任意的值。

另外，在这种介质滤波器中，可以通过在介质块中将形成内部导体的孔设置得相互平行而制造介质共轴谐振器以形成多个谐振器。相应地，通过将用作λ/2谐振器和λ/4谐振器的形成内部导体的孔相互平行设置，促进介质块的构成以及设置在介质块上的导体薄膜的形成。

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。例如，在单个介质块中设置两组发送滤波器和接收滤波器，以形成适合于两个频带的天线双工器。

另外，根据本发明的第三方面，提供了一种包含上述介质滤波器和介质双工器中的一种的通信设备。例如，在通信设备中，将具有适合于两个频带的介质滤波器和介质双工器中的一种用于高频电路部分。

图1A和1B示出根据本发明的第一实施例的介质双工器的透视图；

图2是介质双工器的截面图；

图3是介质双工器的等效电路图；

图4A示出根据本发明的第二实施例的介质双工器的透视图，图4B示出其截面图；

图5是第二实施例的介质双工器的等效电路图；

图6是根据本发明的第三实施例的介质双工器的透视图；

图7是第三实施例的介质双工器的等效电路图；

图8A示出根据本发明的第四实施例的介质滤波器的透视图，图8B示出其截面图；

图9是第四实施例的介质滤波器的等效电路图；和

图10A和10B示出根据本发明的第五实施例的通信设备的结构的方框图。

下面将参照图1到3，描述根据本发明的第一实施例的介质双工器的结构。

图1A和1B是说明介质双工器的外貌的透视图。图1是透视图，其中，介质块以如此方式来垂直定向，即，将其上设置有终端电极的表面设置成介质块的左前侧表面，而图1B是将介质块上下颠倒后的透视图。

在图1中，标号1表示大致上矩形的介质块，其中由参数2a到2j表示的内部导体形成的孔沿图中的垂直方向设置。在形成内部导体的孔2a到2j的内表面上形成内部导体。在介质块1的四个侧表面上，分别设置外部导体4。另外，在形成内部导体的孔2f到2j中每一个孔的一个开路表面上也设置了外部导体4，从而形成外部导体的表面用作短路表面。每一个形成内部导体的孔2f到2j 的另一个开路表面是其上未形成外部导体的开路表面。形成内部导体的孔2a到2e的两个开路表面都是其上没有形成外部导体的开路表面。

另外，在如图1A所示的介质块的左前侧表面上，形成与外部导体4隔离的端电极5a，5b，5c，5e，5f和5g。

通过上述安排，形成内部导体的孔2a到2e中的内部导体用作在1/2波长谐振的λ/2谐振器，其谐振器的每一个端都是开路的。另外，形成内部导体的孔2f到2j的内部导体用作λ/4波长谐振器，它在1/4波长谐振，谐振器的每一端短路。

图2是由通过图1A所示的形成内部导体的孔的中心轴切得到的截面图。在图2中，在形成内部导体的孔2a到2j的内表面上形成由参数3a到3j表示的内部导体。这些内部导体用作谐振线。使形成内部导体的孔2f到2j的开路表面侧上的内径大于其短路表面侧上的内径，以使开路表面侧的线路阻抗小于短路表面侧的线路阻抗。这种安排引起在连接相邻的谐振器的相邻谐振线之间产生的偶数模式和奇数模式的谐振频率之间的差异。

另外，使形成内部导体的孔2a到2e的短路表面侧的内径大于在其中心部分附近的内径。由于形成内部导体的孔2a到2e的中心部分是等效于短路的端，故在每一个开路表面侧上的谐振线的线路阻抗不同于在每一个短路表面侧上的谐振线(用于耦合相邻的谐振器)的线路阻抗，如形成内部导体的孔2f到2j的结构中所示的。

不仅耦合谐振器，还固定作为形成内部导体的孔的长度的谐振器长度，并通过使每一个开路表面侧和每一个短路表面侧的谐振线的线路阻抗不同，将谐振器的谐振频率设置为特定的值。

图3是介质双工器的等效电路图。在该图中，字符Ra到Rj表示由如图1所示的形成内部导体的孔2a到2j形成的谐振器。字符Ca表示在形成内部导体的孔2a的内表面上的内部导体的一个开路表面附近与端电极5a之间产生的电容，字符Ce表示在形成内部导体的孔2e的内表面上的内部导体的一个开路表面附近与端电极5c之间产生的电容。另外，字符Cb和Cc表示形成在形成内部导体的孔2b和2c的各个内表面上的内部导体的一个开路表面附近与与端电极5b之间产生的电容。类似地，字符Cf表示在形成内部导体的孔2f的内表面上的内部导体的一个开路表面附近与端电极5e之间的电容，而字符Cj表示形成内部导体的孔2j的内表面上的内部导体的一个开路表面附近与端电极5g之间的电容。另外，字符Ch和Ci表示形成内部导体的孔2h和2i的各个内表面上的内部导体的一个开路表面附近与端电极5f之间的电容。

将二阶谐振器Ra和Rb用作发送滤波器，并将三阶谐振器Rc、Rd和Re用作第一接收滤波器。类似地，将二阶谐振器Ri和Rj用作第二发送滤波器，将三阶谐振器Rf、Rg和Rh用作第二接收滤波器。

分别将如图1所示的上述端电极5a、5b和5c用作发送信号输入终端Tx1、天线终端ANT1和接收信号输出终端Rx1，以形成第一介质双工器。另外，分别将端电极5e、5f和5g用作接收信号输出终端Rx2，天线终端ANT2以及发送信号输入终端Tx2，以形成第二介质双工器。

例如，将第一介质双工器应用于使用1800MHz频带的蜂窝电话系统PCS，并将第二介质双工器应用于使用800HMz频带的蜂窝电话系统AMPS。

下面，参照图4A和4B，以及图5，描述根据本发明的第二实施例的介质双工器的结构。

图4A示出介质块的外貌的透视图，它是如此垂直定向的，即，将介质块的左前侧表面设置为安装到印刷电路板上的表面。图4B是沿介质双工器的形成内部导体的孔的中心轴切得到的截面图。不同于第一实施例的情况，在第二实施例中，在介质块1的外表面上未形成开路表面，而在形成内部导体的孔的内侧形成谐振线的开路端。更具体地说，在形成内部导体的孔2a到2e的两个开路表面附近设置不形成内部导体的部分g，并且还在形成内部导体的孔2f到2j的每一个孔的开路表面附近设置不形成内部导体的部分g。在介质块1的外表面上，在从左前侧表面到上表面和下表面的部分形成与外部导体4b隔离的端电极5a、5b、5c、5e、5f和5g，如图4A所示。

图5是如图4所示的介质双工器的等效电路图。在这种情况下，字符Ra到Rj表示对应于由如图4所示的形成内部导体的孔2a到2j的谐振器的谐振器。字符Ca表示内部导体3a的一个开路端附近与端电极5a之间产生的电容。字符Ce表示内部条件3e的一个开端附近与端电极5c间产生的电容。字符Cb和Cc表示每一个内部导体3b和3c的一个开路端附近与端电极5b之间产生的电容。类似地，字符Cf表示内部导体3f的一个开路表面附近与端电极之间产生的电容，字符Cj表示内部导体3j的一个开路表面附近与端电极5g之间产生的电容。另外，字符Cg和Ch分别表示各个内部导体3g和3h的一个开路表面附近与端电极5f之间产生的电容。字符Cs表示在各个不形成内部导体部分处产生的寄生电容。

谐振器Ra到Re用作端部开路的λ/2谐振器。谐振器Ra和Rb通过寄生电容进行梳线耦合，并将二阶谐振器用作第一发送滤波器。另外，类似地，谐振器Rc，Rd和Re通过寄生电容进行梳线耦合，并将三阶谐振器用作第一接收滤波器。谐振器Rf到Rj用作λ/4谐振器。谐振器Rf到Rg通过寄生电容进行梳线耦合。将二阶谐振器用作第二接收滤波器。另外，谐振器Rh、Ri和Rj通过寄生电容进行梳线耦合，并且将三阶谐振器用作第二发送滤波器。

下面，参照图6和7，描述根据本发明的第三实施例的介质双工器的结构。

图6示出如此垂直定向的介质双工器的外貌的透视图，即，将左前侧表面设置为安装到印刷电路板上的表面。不同于第一实施例的情况，在第三实施例中，固定形成内部导体的孔2a到2j的内径的宽度，并在形成内部导体的孔2a到2j的一个开路表面形成由内部导体延伸的耦合电极6a到6j。其它的结构部分与第一实施例情况中的相同。

图7是图6所示的介质双工器的等效电路图。在这个附图中，字符Cab表示耦合电极6a和6b之间产生的电容，字符Ccd表示耦合电极6c和6d之间产生的电容，字符Cde表示耦合电极6d和6e之间产生的电容。类似地，Cfg表示耦合电极6f和6g之间产生的电容，字符Cgh表示耦合电极6g和6h之间产生的电容，字符Cij表示耦合电极6i和6j之间产生的电容。其它部分和第一实施例中的情况一样。

在第一到第三实施例中，端电极5a、5b和5c设置不同于其上设置有端电极5e、5f和5g的开路表面附近。但是，端电极5a、5b和5c以及剩下的终端电极5e、5f和5g可以排列在一起。前面的安排具有的优点是，由于由端电极构成的两个系统相互隔离，故可以抑制相互的干扰，而后者的安排具有的优点是，两个系统的电路可以容易地放置在一个安装有介质双工器的印刷电路板上。

下面，将参照图8和9，描述根据本发明的第四实施例的介质滤波器。

图8A示出如此垂直定向的介质滤波器的外貌的透视图，即，将结构的左前侧表面设置为安装到印刷电路板上的表面，图8B示出沿介质滤波器的形成内部导体的孔的中心轴切得到的截面图。和第一实施例的情况不同，在第四实施例中，将两对接收滤波器设置在一个介质块1中。

如图8所示，在介质块1中设置形成内部导体的孔2a到2f。在形成内部导体的孔2a到2f的内表面上形成内部导体3a到3f。在介质块1的四个侧表面上，以及每一个形成内部导体的孔2d到2f的一个开路表面上都形成外部导体4。另外，在如图1A所示的介质块1的左前侧表面上，形成与外部导体4隔离的端电极5a、5b和5c。

通过这样的安排，将内部导体3a到3c用作在1/2波长谐振的λ/2谐振器，其中谐振器的每一端都是开路的，将内部导体3d到3f用作在1/4波长谐振的λ/4谐振器，其中每一个谐振器的一端是短路的。

图9是上述介质滤波器的等效电路图。在这个附图中，字符Ra到Rf表示由内部导体3a到3f形成的谐振器，字符Ca和Cf表示在各个内部导体3a和3f的每一个开路表面附近与端电极5a和5c之间产生的电容，字符Cc和Cd表示每一个内部导体3c和3d的一个开路表面附近与端电极5b之间产生的电容。

将三阶谐振器Ra到Rc用作第一接收滤波器，将三阶谐振器Rd到Rf用作第二接收滤波器。结果，将图8A所示的端电极5a、5b和5c分别用作第一输出终端Rx1、公共输出终端COM和第二接收输出终端Rx2，以形成适合于两个频带的接收滤波器(双工器)。

在上述每一个实施例中，使用的介质块都由单一电介质形成。但是，也可以将具有不同介电常数的电介质用于由λ/2谐振器构成的第一频带滤波器和由λ/4谐振器构成的第二频带滤波器。例如，在如图1所示的介质双工器中，可以使用具有根据所集成的区域的不同介电常数的电介质的介质块，并且，可以在介电常数不同于形成内部导体的孔2f到2j的区域的介电常数的区域形成形成内部导体的孔2a到2e。通过这样的安排，由于第一介质双工器和第二介质双工器之间的频率比不限于1∶2的比值，故可以将频率比设置在任意的值。

在上述实施例中，通过将导电薄膜设置在介质块上面和内部，形成介质滤波器和介质双工器。但是，可以通过在介质板上形成导体薄膜，并在其上设置由微波传输线构成的谐振器而得到本发明的介质滤波器和介质双工器。

下面，将参照图10A和10B，描述根据本发明的第五实施例的两个通信设备的结构。图10A所示的双工器是第一到第三实施例中示出的介质双工器。在这个附图中，滤波器是执行高频信道Hch(1800MHz频带)和低频信道(800MHz频带)Lch的综合和分离的双工器。将高频信道Hch连接到第一双工器的第一天线终端ANT1，并将低频信道Lch连接到第二双工器的第二天线终端ANT2。分别将第一双工器的Tx1和Rx1连接到1800MHz频带的发送电路和1800MHz频带的接收电路。分别将第二双工器的终端Tx2和Rx2连接到800MHz的发送电路和800MHz的接收电路。

图10B所示的接收滤波器是第四实施例中所示的滤波器。另外，字符SW表示用于执行发送信号和接收信号的时分多路转接的交换机。将交换机SW的接收信号输出端连接到接收滤波器的公共终端，将接收滤波器的第一接收信号输出终端Rx1连接到1800MHz频带的接收电路，并将接收滤波器的接收信号输出终端Rx2连接到800MHz频带的接收电路。

通过这种方法，通过使用适合于两个频带的双工器和滤波器，可以制造整体上小型化的通信设备。

如上所述，根据本发明的一个方面，可以通过使用单个介质部件和形成在其上和其中的导体薄膜，形成由多个λ/2谐振器构成的第一滤波器和由多个λ/4谐振器构成的第二滤波器而形成的分别适合于两个频带的小型介质滤波器。

另外，由于λ/2谐振器和λ/4谐振器的长度基本上相等，故例如，当通过使用矩形的介质块形成介质滤波器时，由于不产生无阶状部分，故在介质块中不产生裂缝。另外，由于可以容易地掌握介质块和小型的介质滤波器，可以有助于在印刷电路板上安装滤波器。

另外，由于第一滤波器和第二滤波器之间的频率比不限于1∶2的比值，从而比例可以是任意频率比，从而可以容易地得到适当的通信系统。

另外，通过平行设置用作λ/2谐振器和λ/4谐振器的形成内部导体的孔，可以有助于构成介质块和在介质块上形成导体薄膜。

根据本发明的另一个方面，可以得到小型介质双工器，它能够用作适合于两个频带的天线双工器。

根据本发明的另一个方面，由于可以形成小型高频电路部分，可以得到整体上小型化的通信设备。

Claims (6)

1.一种介质滤波器，其特征在于包含：

单个介质部件；

第一频带滤波器，包含多个在1/2波长谐振的λ/2谐振器，每一个所述λ/2谐振器的两端是开路的或短路的；

第二频带滤波器，包含多个在1/4波长谐振的λ/4谐振器，每一个λ/4谐振器的一端是短路的，并且其另一端是开路的；和

形成在所述单个介质部件上和内部，以设置所述多个λ/2谐振器和多个λ/4谐振器的导体薄膜。

2.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于λ/2谐振器和λ/4谐振器的开路表面侧的线路阻抗不同于短路表面侧的情况，从而将λ/2谐振器的谐振频率和λ/4谐振器的谐振频率设置在特定值，由此，λ/2谐振器和λ/4谐振器的长度基本上相等。

3.如权利要求1或2所述的介质滤波器，其特征在于由λ/2谐振器构成的第一频带滤波器的介电常数不同于由λ/4谐振器构成的第二频带滤波器的介电常数。

4.如权利要求1或2所述的介质滤波器，其特征在于由通过相互平行设置形成内部导体的孔而产生的介质共轴谐振器，在介质块中形成多个谐振器。

5.一种介质双工器，其特征在于包含如权利要求1或2所述的介质滤波器。

6.一种通信设备，其特征在于包含如权利要求1或2所述的介质滤波器或如权利要求5所述的介质双工器。

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