CN1177388C

CN1177388C - 介质滤波器、介质双工器和通信设备

Info

Publication number: CN1177388C
Application number: CNB001328352A
Authority: CN
Inventors: 牖晴; 広嶋基晴; 西嶋小八; 加藤英幸
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2020-11-06
Also published as: KR100352573B1; CN1296306A; JP2001136003A; EP1098384A3; DE60042051D1; US6535079B1; EP1098384A2; EP1098384B1; KR20010051433A

Abstract

本发明提供了一种介质滤波器、介质双工器和使用它们的通信设备，它们允许平衡输入和/或输入，而不需要平衡-不平衡变压器。使用介质块，使用其中具有内部导体的内导体形成孔。或使用带状线型导体(这两种导体具有开路端，以及所述导体能够电容耦合到一起)形成两个λ/2谐振器。将耦合到谐振器中的一个的两个开路端附近的端子电极用作一侧上的平衡端子，并将耦合到谐振器中另一个的两个开路端附近的端子电极用作另一侧上的平衡端子。

Description

介质滤波器、介质双工器和通信设备

技术领域

本发明涉及一种用于微波频带之类中的介质滤波器，介质双工器和使用它们的通信设备。

背景技术

用于微波频带中的传统的滤波器等包含通过在介质块中设置一个或几个内导体形成孔，以形成一个或多个谐振器，以及通过在介质块的外表面上设置外部导体，而形成介质滤波器。

在使用这种介质块的传统的介质滤波器中，设置由静电电容耦合到内部导体的端子电极，以执行信号的不平衡的输入和/或输出。由此，为了将信号馈送到例如平衡输入/输出型放大电路，需要平衡—不平衡变压器(平衡—不平衡变换器)，以将不平衡型信号转换为平衡型信号。但是，这种类型的介质滤波器引起问题。由该平衡—不平衡变压器引起的插入损失大。还有，必须确保间隔，以将平衡—不平衡变压器放置在电路基片上，并且因此无法实现小型化。

为了解决上述问题，第7-254807号日本未审查专利公告揭示了一种介质滤波器，它能够完成信号的平衡型输入和/或者输出。但是，在这种平衡型介质滤波器中，为了将内部导体电气连接到介质块的外表面上的端子电极，必须垂直于内导体形成孔地形成开口。在介质块中垂直于内导体形成孔地形成开口是非常困难的。由此，增加了制造成本。另外，由于由于外部耦合的平衡特性和程度都受到形成上述连接导体的开口的位置的影响，需要高的形成精度，以得到预定的特性。还有，在形成之后调节是困难的。

发明内容

本发明提供了一种介质滤波器、介质双工器和使用它们的通信设备，它们允许实现信号的平衡型输入和/或输出，并且同时，允许容易地减小制造成本。

根据本发明的一个方面，通过在单块介质材料上形成导体薄膜，以提供至少两个λ/2谐振器(它们分别具有开路的两端，以预定频率在1/2波长谐振，并耦合)。通过静电电容将端子个别地耦合到每一个λ/2谐振器的两个开路端附近，并用于信号的平衡输入和/或输出。

根据本发明的上述方面，不使用平衡—不平衡变压器，可以直接连接到平衡输入/输出型放大电路，这是因为将平衡端子用于执行输入和/或输出信号。同时，可以实现预定频带的通过和衰减。由此，可以使介质滤波器最小化，并且因此可以减小制造成本。在这种情况下，由于可以通过静电电容使谐振器和平衡端子耦合，故可以容易地调节滤波器特性。

虽然，根据本发明的上述方面，两个λ/2谐振器中的每一个可以使用微带线或带状线形成，或者可以由通过在介质块内和在介质块上设置导体薄膜制成的介质同轴谐振器形成。在这种情况下，不需要形成平衡—不平衡变压器，并且可以在介质基片上容易地形成滤波器，用于执行信号的平衡输入和/或输出。

另外，两个λ/2谐振器中的每一个都可以由介质同轴谐振器形成，其中该介质同轴谐振器是通过在介质块中和在介质块上设置导体薄膜而制成的。在这种情况下，不论介质滤波器是否由同轴谐振器制成，仅仅将介质滤波器安装在安装基片之类的物体上允许同时形成执行信号的平衡输入和/或输出的电路，以及具有滤波器的电路。由此，可以减小在安装基片上占据的面积，并且可以改善安装效率。

另外，根据本发明的另一个方面，通过提供具有上述配置的发送滤波器和接收滤波器形成介质双工器。在这种情况下，介质双工器可以用作天线共享单元，它执行发送信号和/或接收信号的平衡输入和/或输出。另外，可以对放大电路等(执行平衡输入和/或输出)，以及天线附近的高频电路部分实现最小化。

根据本发明的还有一个方面，通过使用上述介质滤波器和/或上述介质双工器，形成通信设备。由此，可以构成小型和轻的通信设备。

本发明的第一方面提供了一种包含形成在介质材料上的导体薄膜的平衡介质滤波器，其中所述滤波器包含：至少两个耦合的由导电薄膜形成的λ/2谐振器，每一个λ/2谐振器具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；以及两对由导电薄膜形成的端子，分别耦合到所述λ/2谐振器中的对应的一个谐振器的所述各个开路端附近，并且能够平衡输入和输出信号。

本发明的第二方面提供了一种介质双工器，它包含第一和第二平衡介质滤波器，该第一和第二平衡介质滤波器包含形成在介质材料上的导电薄膜，所述第一滤波器包含：互相耦合的由导电薄膜形成的至少第一和第二λ/2谐振器，每一个λ/2谐振器具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；以及第一和第二对端子，每一对端子分别耦合到所述第一和第二λ/2谐振器中对应的一个谐振器的所述开路端中的一个端子附近，并且能够平衡输入和输出信号；所述第二滤波器包含：互相耦合的由导电薄膜形成的至少第三和第四λ/2谐振器，每一个λ/2谐振器具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；以及由导电薄膜形成的第三和第四对端子，每一对端子分别耦合到所述第三和第四λ/2谐振器中对应的一个谐振器的所述开路端中的一个端子附近，并且能够平衡输入和输出信号；所述第一滤波器的所述第一对端子提供所述双工器的发送输入端，所述第二滤波器的所述第四对端子提供所述双工器的接收输出端，并且所述第二和第三对端子连接到所述双工器的天线端子。

本发明的第三方面提供了一种通信设备，它包含：平衡高频电路，包含发送电路和接收电路中的一个；和连接到所述平衡高频电路的平衡介质滤波器，包含形成在介质材料上的导电薄膜，所述滤波器包含：至少两个耦合的由导电薄膜形成的λ/2谐振器，每一个具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；和两对由导电薄膜形成的端子，分别耦合到所述两个耦合的λ/2谐振器中对应的一个的所述开路端中的一端附近，并能够平衡输入和输出信号。

本发明的第四方面提供了一种通信设备，它包含：发送电路；接收电路；和介质双工器，包含第一和第二平衡介质滤波器，所述第一和第二平衡介质滤波器包含形成在介电材料上的导电薄膜，所述第一滤波器包含：互相耦合的由导电薄膜形成的至少第一和第二λ/2谐振器，每一个λ/2谐振器具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；以及由导电薄膜形成的第一和第二对端子，每一对端子分别耦合到所述第一和第二λ/2谐振器中对应的一个谐振器的所述开路端中的一个端子附近，并且能够平衡输入和/或输出信号；所述第二滤波器包含：互相耦合的由导电薄膜形成的至少第三和第四λ/2谐振器，每一个λ/2谐振器具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；及由导电薄膜形成的第三和第四对端子，每一对端子分别耦合到所述第三和第四λ/2谐振器中对应的一个谐振器的所述开路端中的一个端子附近，并且能够平衡输入和输出信号；所述第一滤波器的所述第一对端子提供所述双工器的发送输入端，所述第二滤波器的所述第四对端子提供所述双工器的接收输出端，并且所述第二和第三对端子连接到所述双工器的天线端子；所述发送电路连接到所述双工器的发送输入端，所述接收电路连接到所述双工器的所述接收输出端。

从下面参照附图对本发明的实施例的描述，本发明的其它特点和优点将是显然的，其中，类似的标号表示类似的元件和部分。

附图说明

图1A是根据第一实施例的介质滤波器的平面图；

图1B是根据第一实施例的介质滤波器的等效电路图；

图2A是根据第二实施例的介质滤波器的透视图；

图2B是根据第二实施例的介质滤波器的截面图；

图3A是根据第三实施例的介质滤波器的透视图；

图3B是根据第三实施例的介质滤波器的截面图；

图3C是根据第三实施例的介质滤波器的等效电路图；

图4A是根据第四实施例的介质双工器的透视图；

图4B是根据第四实施例的介质双工器的截面图；

图4C是根据第四实施例的介质双工器的等效电路图；和

图5是根据第五实施例的通信设备的配置的方框图。

具体实施方式

参照图1A和1B，将给出根据本发明的第一实施例的介质滤波器的配置的说明。

图1A是介质滤波器的平面图。标号15和16分别表示带状线电极；11、12、13和14表示端子电极。这些电极形成在介质基片20的上表面上。接地电极形成在介质基片20的整个下表面上。介质基片20、带状线电极15和15，以及接地电极形成各个微带线谐振器。在端子电极11、12和带状线电极15的相应的端的附近之间产生静电电容。类似地，在每一个端子电极13、14和带状线电极16的相应端附近之间产生静电电容。

包含带状线电极15和16的上述微带线谐振器用作两端开路的λ/2谐振器。带状线电极15和16的中心等效于短路点。在短路点处的带状线电极的宽度减小，并且在开路端处的宽度增加。由此，通过静电电容，允许具有两个带状线电极15和16的谐振器耦合到一起。还有，通过在使每一个带状线电极形成为阶级状，需要获得预定谐振频率的线长度就得以减小，以得到整体的最小化。

图1B是图1A所示的介质滤波器的等效电路图。在图中所示的状态下，通过电容，将具有带状线电极15和16的两个谐振器耦合到一起，并且通过电容，将端子电极11到14与这两个谐振器耦合到一起。每一个谐振器的两端的电位具有180度的相位差。由此，端子电极11和12以及端子电极13和14可以个别地用作平衡的输入/输出端子。例如，可以将端子电极11和12用作平衡输入端子，将端子电极13和14用作平衡输出端子。在这种情况下，可以将介质滤波器用作二级带通滤波器。

如上所述，谐振器与端子电极之间的外部耦合是通过静电电容实现的。由此，可以通过调节谐振器和端子电极之间的距离和面积容易地调节外部耦合。另外，由于在每一个谐振器的每一端附近形成外部端子，可以改进电极图案的对称性，并且由此可以得到稳定的平衡特性。

在图1A和1B所示的例子中，虽然由电容耦合相邻的谐振器，它们还可以通过使用诸如电容器和电感器之类的集总参数元件耦合。另外，由带状线制成的谐振器可以通过将图1A和1B所示的各个电极图案设置在两个介质基片上形成。

下面，参照图2A和2B，给出对根据第二实施例的介质滤波器的配置的描述。

图2是介质滤波器的透视图，图2B是沿延伸通过如图2A所示的内导体形成孔2a和2b的中心轴的平面取得的截面图。处于如图2A所示状态的上表面是用于安装到基片上的安装表面。在图2A和2B中，1表示介质块，它基本上是长方体的，并且将两个内导体形成孔2a和2b设置在其中。将外部导体3设置在除了在内导体形成孔2a和2b的端部处的表面以外的四个周围表面上(四个表面)。个别地形成端子电极5、6、7和8，以与外部导体3绝缘。将内部导体4a和4b设置在内导体形成孔2a和2b的内表面上。

在上述结构中，内部导体4a和4b分别用作EE谐振器，它们在半波长谐振，并且具有两个开路的端子。端子电极5和6分别通过电容耦合到内导体形成孔2a的内表面上的内部导体4a的开路端子附近。类似地，端子电极7和8分别通过电容耦合到内导体形成孔2b的内表面上的内部导体4b的开路端附近。

图2A和2B中所示的介质滤波器的等效电路图类似于图1B所示的那个。上述介质滤波器用作平衡输入/输出型介质滤波器，它具有二阶带通滤波器特性。

如上所述，通过静电电容，实现谐振器和端子电极之间的外部耦合。由此，可以通过调节谐振器和端子电极之间的距离和面积，容易地调节外部耦合。另外，沿两个开路端面之间的方向，以及沿信号的输入和输出端之间的方向，以对称的位置形成两对端子电极，每一个都执行平衡输入和/或输出。这允许得到稳定的平衡特性。

下面，参照图3A到3C，给出根据第三实施例的介质滤波器的配置的说明。

图3A是介质滤波器的透视图。图3B是沿延伸通过如图3A中所示的内导体形成孔2a、2b和2c的中心轴的平面取得的截面图。图3C是如图3A和3B所示的介质滤波器的电路图。图3A所示的状态下的上表面是安装到基片上的安装表面。

在图3A和3B中，1表示介质块，它基本上是长方体，并且其中设置有三个内导体形成孔2a、2b和2c。将内导体形成孔2b安排得大致上是内导体形成孔2a和2c中每一个的长度的一半，其一端安排为一开路端面，其另一端安排为短路端面。将内导体形成孔2a和2c的开路端安排为开路端面。在整个外部表面上，除这些开路端面以外，形成外部导体3，并形成端子电极5、6、7和8，以便与外部导体3绝缘。内部导体4a、4b和4c分别形成在内导体形成孔2a、2b和2c的内部表面上。

在上述结构中，内部导体4a和4c分别用作EE谐振器，它们在半波长工作，并且具有两个开路端。另外，内部导体4b用作λ/4谐振器，它以1/4波长谐振，并且一端开路，另一端短路。相邻的谐振器由电容耦合。

如图3C所示，通过电容，分别将端子电极5和6耦合到内导体形成孔2a的内表面上的内部导体4a的开路端附近。类似地，端子电极7和8分别通过电容耦合到内导体形成孔2c的内表面上的内部导体4c的开路端附近。由此，上述安排产生介质滤波器，它具有带通滤波器的特性。该介质滤波器使用端子电极5和6作为平衡输入端子，端子电极7和8作为平衡输出端子。

在如图3A到3C所示的例子中，将外部谐振器安排为λ/2谐振器，并且将内部谐振器安排为λ/4谐振器。但是，相反地，可以将外部谐振器安排为λ/4谐振器，将内部谐振器安排为λ/2谐振器。还有，谐振器的数量可以是四个或更多。

通过这种方式，将多个谐振器中的至少一个安排为λ/4谐振器，产生一个优点，即可以调节产生寄生模式分量的频率。另外，它还产生一个优点，即，可以将寄生模式频率调节到不对介质滤波器的特性产生影响的值。

下面，参照图4A到4C，将描述对根据第四实施例的介质双工器的配置。

图4A是介质双工器的透视图。图4B是沿延伸通过介质双工器中的各个内导体形成孔2a到2e的平面取得的截面图。图4A的状态下的上表面是用于安装到基片上的安装表面。

在图4A和4B中，1表示介质块，它基本上是长方体，并且将五个内导体形成孔2a到2e设置在其中。将内导体形成孔2a到2e的两个端表面安排为开路端面。将外部导体3形成在四个外部表面上(除了开路端面)。端子电极5到10形成在介质块上，并与外部导体3绝缘。内部导体4a到4e分别形成在内导体形成孔2a到2e的内部表面上。

在上述介质双工器中，将具有类似于图2A和2B中所示的结构的两个介质滤波器设置在单个介质块1中，并且端子电极7和8公用。具体地说，介质滤波器配置有两个谐振器，它们类似于图2A和2B所示的谐振器，对应于内导体形成孔2a和2b，并且另一个介质滤波器具有三个谐振器，对应于内导体形成孔2c、2d和2e。

还有，如图4C所示，通过电容将端子电极5和6耦合到内导体形成孔2a的内部表面上设置的内部导体4a的开路端附近。端子电极9和10通过电容耦合到设置在内导体形成孔2e的内部表面上的内部导体4e的开路端附近。端子电极7和8通过电容耦合到内导体形成孔2b的内表面上设置的内部导体4b的两个开路端附近，以及内部导体2c的内表面上设置的内部导体4C的开路端。

上述介质双工器用作天线共享装置，它使用端子电极5和6，作为发送信号输入端，端子电极7和8用作天线端，而端子电极9和10用作接收信号输出端。

下面，说明使用上述滤波器或上述介质双工器中的一种的通信设备的配置。

在图5中，ANT表示发送/接收天线；DPX表示双工器；BPFa、BPFb、BPFc各表示带通滤波器；AMPa和AMPb各表示放大电路；MIXa和MIXb各表示混频器；OSC表示振荡器；DIV表示分配器。

混频器MIX使用调制信号，以调制从合成器DIV输出的调制频率信号。带通滤波器BPFa仅仅通过发送信号频带中的信号。放大电路AMPa执行信号的功率放大，并通过天线ANT由双工器DPX发送它们。旁通滤波器BPFb仅仅使从双工器DPX输出的信号中的那些接收信号频带中的信号通过。并且，放大电路AMPb放大它们。混频器MIXb混合从带通滤波器BPFc输出的各个频率信号以及接收信号，并将混合的信号输出到中间频率信号IF。

在如图5所示的放大电路AMPa和AMPb为平衡输入/输出型电路的情况下，将具有如图4所示的结构的双工器用于双工器DPX部分。还有，将如图1到3所示的结构的介质滤波器用于带通滤波器BPFa和BPFb。按照这种方法，通过这些平衡型电路，由于可以对信号进行滤波，并且同时可以输入和/或输出信号，而不使用平衡—不平衡变压器，故可以构成整体尺寸小的通信设备。

虽然已经根据具体的实施例，描述了本发明，对于熟悉本领域的技术人员，许多其它变化和修改以及其它应用都是显然的。由此，本发明不受这里具体揭示的限制。

Claims

1.一种包含形成在介质材料上的导体薄膜的平衡介质滤波器，其特征在于所述滤波器包含：

至少两个耦合的由导电薄膜形成的λ/2谐振器，每一个λ/2谐振器具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；以及

两对由导电薄膜形成的端子，分别耦合到所述λ/2谐振器中的对应的一个谐振器的所述各个开路端附近，并且能够平衡输入和输出信号。

2.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于所述端子通过静电电容耦合到所述谐振器。

3.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于所述两个耦合的λ/2谐振器中的每一个包含微带线和带状线中的一个。

4.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于所述两个耦合的λ/2谐振器中的每一个都是介质同轴谐振器。

5.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于还包含与所述两个耦合的λ/2谐振器都耦合的的中间谐振器，其中，所述中间谐振器是λ/4谐振器。

6.一种介质双工器，其特征在于包含第一和第二平衡介质滤波器，该第一和第二平衡介质滤波器包含形成在介质材料上的导电薄膜，

所述第一滤波器包含：

互相耦合的由导电薄膜形成的至少第一和第二λ/2谐振器，每一个λ/2谐振器具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；以及

由导电薄膜形成的第一和第二对端子，每一对端子分别耦合到所述第一和第二λ/2谐振器中对应的一个谐振器的所述开路端中的一个端子附近，并且能够平衡输入和输出信号；

所述第二滤波器包含：

互相耦合的由导电薄膜形成的至少第三和第四λ/2谐振器，每一个λ/2谐振器具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；以及

由导电薄膜形成的第三和第四对端子，每一对端子分别耦合到所述第三和第四λ/2谐振器中对应的一个谐振器的所述开路端中的一个端子附近，并且能够平衡输入和输出信号；

所述第一滤波器的所述第一对端子提供所述双工器的发送输入端，所述第二滤波器的所述第四对端子提供所述双工器的接收输出端，并且所述第二和第三对端子连接到所述双工器的天线端子。

7.如权利要求6所述的介质双工器，其特征在于所述端子通过静电电容耦合到所述谐振器。

8.如权利要求6所述的介质双工器，其特征在于所述λ/2谐振器中的每一个都包含微带线和带状线中的一个。

9.如权利要求6所述的介质双工器，其特征在于所述λ/2谐振器的每一个都是介质同轴谐振器。

10.如权利要求6所述的介质双工器，其特征在于还包含与所述第一和第二或第三和第四λ/2谐振器都耦合的中间谐振器，其中，所述中间谐振器是λ/4谐振器。

11.一种通信设备，其特征在于包含：

平衡高频电路，包含发送电路和接收电路中的一个；和

连接到所述平衡高频电路的平衡介质滤波器，包含形成在介质材料上的导电薄膜，所述滤波器包含：

至少两个耦合的由导电薄膜形成的λ/2谐振器，每一个具有两个开路端，该两个开路端中的一个设置在该介质材料的一个表面而另一个设置在该介质材料的相对表面；和

两对由导电薄膜形成的端子，分别耦合到所述两个耦合的λ/2谐振器中对应的一个的所述开路端中的一端附近，并能够平衡输入和输出信号。

12.一种通信设备，其特征在于包含：

发送电路；

接收电路；和

介质双工器，包含第一和第二平衡介质滤波器，所述第一和第二平衡介质滤波器包含形成在介电材料上的导电薄膜，

所述第一滤波器包含：

所述第二滤波器包含：

所述第一滤波器的所述第一对端子提供所述双工器的发送输入端，所述第二滤波器的所述第四对端子提供所述双工器的接收输出端，并且所述第二和第三对端子连接到所述双工器的天线端子；

所述发送电路连接到所述双工器的发送输入端，所述接收电路连接到所述双工器的所述接收输出端。