CN1188994A - 压控可变通带滤波器及采用该滤波器的高频电路模块 - Google Patents

压控可变通带滤波器及采用该滤波器的高频电路模块 Download PDF

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Abstract

本发明的压控可变带通滤波器是这样构成的,导电图案、电阻R、电感L、电容C和其它电路元件被嵌入陶瓷基片中。在该基片中还嵌入由相同的陶瓷材料制成的绝缘层,其电容量根据所施加的电场的变化而变化。在绝缘层的一个表面上设置一个控制电极,在另一个表面上设置相互邻近的施加高频信号的谐振器图案和一个接地图案。因此,串联连接的两个电容器在谐振器图案与接地图案之间形成,这些串联电容器的电容量可以由安装在陶瓷基片上的集成电路调整,从而减小了体积和重量,和简化了调整。

Description

压控可变通带滤波器及 采用该滤波器的 高频电路模块
本发明涉及一种能够通过改变直流控制电压来切换滤波器特性的具有压控可变通带的滤波器，它适用于用作无线发射装置的高频滤波器，使该无线发射装置能够适合多个无线发射系统；还涉及一种采用该压控可变通带滤波器的高频电路模块。
近些年来，高性能的无线电发射装置已经被实现，但需要适用于多个无线电发射系统的更高性能的无线电传输装置。这种类型装置的一个例子是执行下列功能的装置：(1)PDC(个人数字蜂窝电话：所谓的通常便携式电话)装置，它具有大的发射区域并能够在高速运动时发射信息；(2)PHS(个人手持式电话系统，或所谓的“第二代无绳电话系统”)装置，具有低电话计费和高速数字传送的性能；从而能够在这些所需要的功能之间切换。
能够起共用PDC/PHS单元作用的便携式电话的终端装置可以由例如图25所示的终端装置31实现。话筒32拾取的声频信号经放大器33送给模/数转换器34，转换成数字信号后再送入处理电路35，处理电路35把它们调制成发射信号。另一方面，接收信号由处理电路35解调，由数/模转换器36转换成模拟信号，然后，由放大器37放大，最后再由扬声器38变换成声音。
输入操作装置40，如十键键盘，和由液晶板或其它器件实现的显示装置41经接口39与处理电路35联接。
来自处理电路35的发送信号由放大器a1放大后经滤波器fc1或者fs1传送，然后从天线42发射出去。另一方面，由天线42接收的接收信号经过滤波器fc2或者fs2传送到放大器a2，经放大后送给处理电路35。滤波器fc1和fc2是其中心频率约为1.5GHz的PDC带通滤波器，而滤波器fs1和fs2是中心频率约为1.9GHz的PHS的带通滤波器。
当从PDC使用状态切换到PHS使用状态或反过来切换时，为了在滤波器对fc1、fc2和滤波器对fs1，fs2之间切换，终端装置31设置了两对开关(S11和S12；和S21和S22)以及执行切换控制的控制电路43。控制电路43根据终端装置是否与PDC或PHS系统一起使用以及发射或接收时隙是否有效，通过同时操作开关S11和S12或S21和S22来执行切换控制。
从上面的说明可以看出，如果滤波器特性被制造成可变的，则终端装置31的体积将会大大地减小。
为了在用于无线电发射装置的高频滤波器中实现可变的滤波器特性，现有技术通常使用变容二极管，例如，日本待审查专利公报第7-131367/1995，61-227414/1986，5-63487/1993，5-235609/1993，7-283603/1995，和8-102636/1996号就公开了这种技术。
作为一个例子，图26示出了日本待审查专利公报第7-131367/1995号公开的压控可变带通滤波器1的等效电路。从压控可变带通滤波器1中可以看出，现有技术是这样构成的，在具有谐振器的滤波器电路中变容二极管4和5连接在输入/输出端p1与p2之间。从而，用加给控制端p3的直流控制电压改变变容二极管4和5的电容量来得到理想的滤波器特性。
另一个例子是用于振荡电路和其他电路的谐振电路，如日本待审查专利公报第59-229914/1984号公开的谐振电路。如图27所示，在谐振电路11中，多个串联的变容二极管12和多个串联的变容二极管13相互反向地串联连接，线圈14与该串联电路并联连接。
谐振输出信号从输入/输出端p4得到，来自控制端p5的直流控制电压按需分压并加到变容二极管12和13的每个接点。这样，通过连接多级串联结构的变容二极管12和13，即使从输入/输出端p4得到的谐振信号为高电压时，可靠的谐振特性也可以保证。
一种获得理想滤波器特性的变容二极管(上述的4，5，12和13)的使用的替代方案由日本待审查专利公报第2-302017/1990，62-259417/1984，62-281319/1987，和63-128618号公开。这是一种使用压控可变电容器改变电容量的方法。
图28是示意性说明根据日本待审查专利公报第2-302017/1990号的压控可变电容器的结构的剖视图。该压控可变电容器21是这样构成的，在一对平板电容电极22和23之间，多个偏移场施加电极24和电荷相反的偏移场施加电极25相互交叉设置，铁电陶瓷材料位于这些电极之间。
通过在偏移场施加电极24与偏移场施加电极25之问连接偏压电源26和改变偏压源26输出的直流电压，可以使加给铁电陶瓷材料的电场改变，从而使介电系数改变。这样改变了铁电陶瓷材料的电容量。所以，在压控可变容量电容器21中，可变的电容量可以在陶瓷基片本身内产生。
当构成使用压控可变带通滤波器1或压控可变电容器21的高频电路模块时，为了小型化，最好是在多层基片内形成电路图案。然而，由于实际元件安装和组装处理的其它步骤往往造成的不一致性，因此必须预先为调整目的准备图案和在确定电路特性的同时通过微调调整的图案进行调整，直至得到理想的特性。
换句话说，如图29所示当元件的安装和焊接以及模块的其它组装操作在步骤q1完成时，在步骤q4中检查该模块。根据检查结果在步骤q3中进行微调调整，然后重复步骤q4中的进一步检查和步骤q3中的进一步微调调整，直至获得理想的特性，然后在步骤q5中装运该模块。
此外，在使用像上述的变容二极管(图26中的4和5，和图27中的12和13)的结构中，半导体材料，如Si，GaAs，和Ge被用于变容二极管4，5和12，13。因此，在陶瓷基片内整体设置这些变容二极管4，5和12，13和电路的其它部分是不可能的。因而，它们必须在高频滤波器电路基片形成后附设在外部上。因此，这些基片具有增加元件数量和组装步骤的缺点。
此外，这些变容二极管4，5和12，13的特性受到要被处理的高频信号的影响，但是，当变容二极管12和13以谐振电路11那样的多级串联方式连接时，这种影响可以减小。
然而，由于所需的控制电压与二极管12和13的串联级数成正比地增加，因此增加了控制电压源的负担，而且便携式电池驱动装置存在升压电路必须把低电源电压提升到与所需控制电压相应的电压的缺点。
在由铁电陶瓷材料制作的压控可变电容器21中，偏压场施加电极24和25设置在端电极22和23之间；然而，尽管偏移场施加电极24a与25a(图30(a)中的阴影区域)之间的铁电陶瓷材料的介电系数改变，但是在偏移场施加电极之外区域的介电常数并未改变。
因此，该结构的等效电路如图30(b)所示，较高电容量的可变电容器29串接在另外两个较低电容量的固定电容器27和28之间。因此，由于确定了电容器的串联特性，电容量较低的端电容器27和28的影响最大；因而即使较高电容量的电容器29的电容量有大的变化，也不会太大地改变整个合成电容量。因此问题仍然是偏压的很大变化必须很大地改变合成电容量。
现有技术的另一个问题是，当用微调调整高频电路模块的特性时，过度的微调不可能恢复；而且，由于调整变得不可能，因而降低了合格率(yield)。
本发明的目的是提供一种能够实现具有容易调整特性的体积小重量轻的压控可变带通滤波器，和一种与该滤波器结合的高频模块。
本发明的第一压控可变带通滤波器包括：
(1)一个具有两极串联结构的压控可变电容器，它设置了(a)一个由介电物质制造的绝缘层，其介电系数根据加在其上的电场而改变；(b)一个设置在绝缘层一个表面上的第一电极，其上加有产生电场的控制电压；和(c)设置在绝缘层其他表面上的相邻并相互平行的第二和第三电极，其上加有高频信号；与第二电极和第三电极相对的第一电极的导电区域作为容性电极，相应的容性电极和第二和第三电极提供两个串联的电容器；和
(2)一个把控制电压加到第一电极上的控制电压施加装置。
对上述结构而言，由于绝缘层由介电材料制成，因此在其制造过程中，响应施加的电场而变化的介电系数在高频电路基片或其他基片内被整体提供而且压控可变电容器不需要附设在滤波器电路基片的外面上。通常由图30(b)所示的那种类型的结构产生的问题通过这样的方式得以解决：在介电材料的绝缘层的一个表面上设置用于施加控制电压的第一电极，在相反的表面上设置用于施加高频信号的第二和第三电极，相对第二和第三电极的第一电极的两个传导区域用作容性电极，容性电极和第二和第三电极提供两个串联的电容器。
因此，均匀的电场被施加到绝缘层的整个区域，该区域的的一边位于第一电极上，另一边位于第二和第三电极上。这样，靠改变控制电压产生的介电系数的整体变化造成电容量的变化，而且可以通过控制电压的较小的变化得到电容量的较大的变化。另外，由于提供了不需要外加附件的可变电容器，它用于替代现有技术的外加的变容二极管，因此，可以减小体积和重量和可以简化安装过程。
另外，控制电压的切换由专用控制电压施加装置执行，它能够使一种调整方法切换到另一种调整方法，即，当调整以使谐振频率变高时，它能够再调整以使谐振频率变低。该调整方法消除了不适当的调整，因而使合格率超过了其它的如微调的调整方法，而且还使调整容易执行。
本发明也可以这样设置，使用多个相互并联的第一电极，第二和第三电极分别设置在第一电极的第一和最后级电极对面，多个地电极设置在该多个第一电极的对面并与其交错排列。
在这种情况中，当电容器，即，第二和第三电极之间的电容器需要高耐压时，电容器在这两端以多级方式串联连接，但用于改变这些电容器的电容量的控制电压由交错的第一电极和地电极施加。
因此，由于该压控可变电容器外表上由电容器的多级排列构成，因此，高频信号对控制电压处理的影响减小到1/n，这里n是电容器级的数量。因而，因高频信号的电压的变化引起的压控可变电容器的电容量的变化可以保持在最小值。此外，控制电压将必须与用于单级的控制电压相同，而且对控制电压电源来说不需要特殊的结构。从而简化了整个结构。
通过下面的说明将会进一步理解本发明的其它目的，特点。此外通过下面的结合附图的说明将会进一步理解本发明的优点。
图1是显示本发明第一实施例的压控可变带通滤波器的结构的分解斜视图；
图2是显示图1所示的压控可变带通滤波器的结构的垂直剖面图；
图3是显示图1和图2所示的压控可变带通滤波器中的压控可变电容器的结构和用于施加控制电压的的机构的等效电路图；
图4是显示压控可变电容器的电容量如何响应直流控制电压的变化的曲线图；
图5是图1和图2所示的压控可变带通滤波器的等效电路图；
图6是解释压控可变带通滤波器的特性如何响应直流控制电压变化，和显示PHS系统的特性的曲线图；
图7是解释压控可变带通滤波器的特性如何响应直流控制电压变化，和显示用于PDC系统的发射电路特性的曲线图；
图8是解释压控可变带通滤波器的特性如何响应直流控制电压变化，和显示用于PDC系统的接收电路特性的曲线图；
图9是显示带有图1至图8所示的压控可变带通滤波器的高频电路模块的斜视图；
图10是显示PHS和PDC系统公用的带有了图1和图2所示压控可变带通滤波器的终端装置的电路结构的方框图；
图11是解释用于图9所示高频电路模块的制造过程的流程图；
图12是详细解释图11所示制造过程的检查步骤的流程图；
图13是解释压控可变带通滤波器工作的流程图；
图14是显示本发明第二实施例的压控可变带通滤波器的结构的垂直剖面图；
图15是显示图14所示的压控可变带通滤波器中的压控可变电容器的结构和施加控制电压的结构的垂直剖面图；
图16是显示本发明第三实施例的压控可变带通滤波器的结构的斜视图；
图17是图16所示的压控可变带通滤波器的分解图；
图18是沿图16的A-A线的剖面图；
图19是显示带有图16至图18所示的压控可变带通滤波器的高频电路模块的斜视图；
图20是显示本发明第四实施例的压控可变带通滤波器的结构的垂直剖面图；
图21是显示一级结构中的使用压控可变电容器的谐振器和谐振器结构的实例的电路图；
图22是显示三级结构中的使用压控可变电容器的谐振器和谐振器结构的实例的电路图；
图23是显示图5所示的压控可变带通滤波器的再一个实施例的电路图；
图24是显示图16至图19所示的压控可变带通滤波器的再一个实施例的斜视图；
图25是现有技术试图实现PHS和PDC系统共享的终端装置的电路结构的方框图；
图26是普通现有技术使用变容二极管的压控可变带通滤波器的电路图；
图27是现有技术另一个实例的使用变容二极管的谐振器电路的电路图；
图28是示意性显示现有技术再一个实例的压控可变电容器的结构的剖面图；
图29是解释包含图26所示压控可变带通滤波器和图28所示压控可变电容器的高频电路模块的制造过程的流程图；
图30(a)和图30(b)分别是解释图28所示压控可变电容器工作的剖面图和等效电路图。
下面结合图1至图13说明本发明的第一实施例。
图1是本发明第一实施例的压控可变带通滤波器51的结构的分解斜视图。压控可变带通滤波器51是这样安排的，在由陶瓷材料，主要由氧化钛，氧化钡构成，或相似材料制造的基片52内设置本发明的滤波器电路结构和压控可变电容器53和53a(下面将作详细说明)，在基片52上安装用于控制压控可变电容器53和53a的集成电路54。压控可变电容器53a采用与压控可变电容器53相同的方式配置，所以下面的说明将把压控可变电容器53的结构和部件与相应的具有附加字母a的相同标号的压控可变电容器53a的结构和部件作同等对待。
压控可变带通滤波器51是具有条线结构的滤波器，其中由平面导体制造的图案(pattern)55，56，和57嵌入基片52中，起屏蔽导体作用的接地导电层59和60设置在基片52的两个表面上。集成电路54安装在接地导电层59上，但借助由陶瓷材料制造的绝缘层61与其隔离。
图2是压控可变电容器53放大的垂直剖面图。谐振器图案55起谐振器导体的作用，并与谐振器图案55a构成一对。谐振器图案55的一端55A通过通路孔67和68分别与接地导电层59和60连接，作为短路端；谐振器图案55的另一端55B用作开路端。接地图案56通过通路孔69和70分别与接地导电层59和60连接，接地图案56的一端56A设置于邻近谐振器图案55的一端55B。
谐振器图案55的一端55B和接地图案的一端56A设置在绝缘层62上。绝缘层62由从BaTiO3，SrTio3，BaxSr1-xTiO3，PbLaTiO3，Bi4Ti3O12，PZT，和PbTiO3构成的组中选择的陶瓷材料制成。在与设有图案55和56的一面相反的绝缘层62的表面上设置控制电极63。控制电极63通过通路孔64和设置在绝缘层61上的控制电压端65与集成电路54连接。
绝缘层62具有这样的特性，其介电系数根据施加其上的电场强度变化。换句话说，绝缘层62的介电系数根据控制电极63与图案55和56之间施加的电压变化。绝缘层62的厚度根据集成电路54能够施加的控制电压和介电系数的所需变化量以及图案55、56和控制电极63的宽度来确定，例如其厚度将为约0.1μm至10μm。
谐振器图案55是这样设置的，短路端55A到开路端55B的长度为λ/4，在这里λ是要处理的高频信号的波长。输入/输出端子66设置在绝缘层61上，并通过通路孔58与输入/输出图案57连接。
图3是上述构造的压控可变带通滤波器51中的压控可变带通滤波器53和用于把控制电压施加到其上的电路部分的结构的等效电路图。压控可变电容器53是具有三个电极结构的电容器，其中，第一电容器71和第二电容器72串联连接。第一电容器71的容性电极是图2所示的导电区域63(2)，在该区域中绝缘层62处在谐振器图案55的一端55B(作为第二电极)与控制电极63(作为第一电极)之间；第二电容器72的容性电极是图2所示的导电区域63(1)，在该区域中绝缘层62处在接地图案56的一端56A(作为第三电极)和控制电极63之间。
电容器71的一端与高频信号源73(与是谐振器导体的谐振器图案55的开路端电极相对应)连接，电容器72的一端与地(与接地图案56相对应)连接。电容器71和72的相应的另外端子相互连接，来自控制电压源74(与集成电路54对应)的直流控制电压通过电阻75和电感器76(与通过通路孔64和64a对应)加到电容器71和72的共同连接端子上。
通过设置绝缘层62和控制电极63以及图案55和56，两个电容器71和72实际上被给定了相同的电容量和其它电特性，其结果是电容量可以由低控制电压有效控制。如果这两个电容器被视为单个电容器，则如图4所示，电容量随直流控制电压的增加(V1→V2)而减小(M1→M2)。所以，具有一对谐振器图案55和55a和一对压控可变电容器53和53a(如图1所示)的压控可变带通滤波器51的等效电路如图5所示。
换句话说，它是由压控可变电容器53和53a以及谐振器图案55和55a构成的二级并联谐振电路。谐振器图案55和55a的每一个是四分之一波长谐振器，并起电感和电容器的作用。来自控制电压端65和65a的直流控制电压经电阻器75和75a和电感器76和76a分别施加到压控可变电容器53和53a上，因而改变了电容器53和53a的电容量。
在(1)输入/输出端子66与(2)由压控可变电容器53和谐振器图案55构成的并联谐振电路之间有一个由输入/输出图案57和谐振器图案55建立的耦合电容C1，同样，在(1)输入/输出端66a与(2)由压控可变电容器53a和谐振器图案55a构成的并联谐振电路之间有一个由输入/输出图案57a和谐振器图案55a建立的耦合电容C1a。此外，在(1)由压控可变电容器53和谐振器图案55构成的并联谐振电路与(2)由压控可变电容器53a和谐振器图案55a构成的并联谐振电路之间，有一个在谐振器图案55与55a之间建立的耦合电容C2。
因此，如果由集成电路54向控制电压端65和65a施加例如5V电压，则如图6所示得到了峰值频率约为1.9GHZ的通带频率特性。因而可以得到用于PHS系统的高频电路的第一级或各高频级之间必需的滤波器特性。另一方面，如果集成电路施加0V电压，则如图7所示得到了峰值频率约为1.44GHZ的通带特性。因而可以得到用于PDC系统的发送电路的第一级或各高频级之间必需的滤波器特性。如果集成电路54施加0.5V电压，则如图8所示得到了峰值频率约为1.49GHZ的通带特性。因而可以得到用于PDC系统的接收电路的第一级或各高频级之间必需的滤波器特性。
图9显示了使用上述的PHS和PDC系统可共用的压控可变带通滤波器51的高频电路模块的一种结构的例子。高频电路模块81由玻璃和陶瓷材料的混合物制成，而且是安装在基片82外面的像MMIC(单片微波集成电路)和VCD(压控振荡器)那样的半导体元件83至85的电子线路元件组合体，基片82中嵌入导体图案和电阻R，电感L，和电容C以及其它电路元件。
图9所示的高频电路模块81设有嵌入基片82一部分内的本发明压控可变带通滤波器51的电路图案，和安装在基片82上的集成电路54。高频电路模块81在PHS和PDC系统可共用的终端装置的高频电路中使用。
此外，PHS和PDC系统可共用的采用压控可变带通滤波器51的终端装置91的电路结构的一个实例如图10所示。由话筒92拾取的声频信号经放大器93送给模/数转换器94以转换成数字信号，然后再送给处理电路95以调制成发送信号。另一方面，接收信号由处理电路95解调，并由数/模转换器96转换成模拟信号，然后由放大器97放大，最后由扬声器98变换成声音。
像十键键盘那样的输入操作机构100，和由液晶板或其它装置实现的显示机构101通过接口99与处理电路95连接。
经放大器A1放大后的来自处理电路95的发送信号经开关S1送给压控可变带通滤波器51，然后从天线102发射出去。天线102接收的接收信号经压控可变带通滤波器51和开关S1送入放大器A2，经放大后送给处理电路95。
压控可变带通滤波器51的通带特性根据用于在PDC和PHS系统之间切换的外加切换信号和用于确定接收和发送时隙的定时信号由集成电路54控制。此外集成电路54还控制开关S1。与图25所示的终端装置31相比较，上述结构的终端装置91中的的滤波器和开关的数量明显减少，从而减小了体积和重量。
加入了压控可变带通滤波器51的高频电路模块81像图11所示的那样被制造。形成基片、安装元件和其它组件后(步骤Q1)，检查其特性(步骤Q2)。在步骤Q3中，把与该检查结果一致的控制程序写入集成电路中。然后在步骤Q4中执行另一特性的检查，并重复步骤Q3和Q4，直至得到预定的特性。最后在步骤Q5中装运该单元。
图12是详细说明步骤Q2和Q3中的检查过程的流程图。在步骤Q11中，经高频电路模块81的控制电压端子65后65a施加直流控制电压。在步骤Q12中，响应直流控制电压的模块工作特性，如灵敏度、杂散辐射、图像干扰比率、和无用辐射按照PDC技术要求进行测量。在步骤Q13中，确定测量的结果是否满足PDC技术要求，如果未满足，则用不同的直流控制电压重复步骤Q11。这样，重复步骤Q11至Q12直至发现满足PDC技术要求的直流控制电压；发现该电压后，则在步骤Q14中把它确定为用于PDC。
在步骤Q15中，再次施加直流控制电压，并在步骤Q16中测量响应该电压的工作特性。在步骤Q17中，确定测量的结果是否满足PHS技术要求，如果未满足，则用不同的直流控制电压重复步骤Q15。重复步骤Q15至Q17直至发现满足PHS技术要求的直流控制电压；然后，在步骤Q18中设置该PHS直流控制电压。然后执行上面讨论的步骤Q3的程序。
由于特性的调整仅通过把程序写入集成电路54中来完成，因此，即使作出过度的调整也可以再调整。所以，可以得到比图29所示的传统制造过程更精确更省时的预定特性。其合格率也可以得到提高。此外，由于能够执行自动调整，和重复获得预定特性所需的次数的调整，以及由于根据环境温度的微调谐等可以主动地执行，因此其它特性(如公差)可以临时设置。
如图13所示，在高频电路模块81的实际工作期间，在步骤Q21中集成电路54接收反映PDC/PHS切换的系统切换信号，和反映发送/接收切换的定时信号。在步骤Q22中，集成电路54读取与这些系统切换信号和定时信号对应的直流控制电压电平，在步骤Q23中，在集成电路54的输出电路中产生与该电平对应的直流控制电压，并加到电压控制端65和65a上。然后，操作返回步骤Q21。
所以，如果集成电路54具有(1)一个能够存储每个系统切换信号和定时信号对应的直流控制电压的存储器，和(2)一个能够接收和解码系统切换和定时信号的电路，则能满足上述情况。这样的集成电路可以由低电平微型计算机等实现。
下面参照图14和图15说明本发明的第二个实施例。
图14是显示本发明第二个实施例的压控可变带通滤波器111的结构的剖面图。与压控可变带通滤波器51的部件对应和相似的压控可变带通滤波器111的部件将给定同样的标号，并省略说明。对压控可变带通滤波器111来说需要说明的是，在绝缘层62以带状设置，在绝缘层62一个表面上以一定间隔设置多个(在图14所示的实例中为五个)控制电极63。在谐振器图案55的一端55B与接地图案56的一端56A之间的绝缘层62的相反表面上设置多个接地电极112，接地电极112与控制电极63相交错。每个控制电极63通过通路孔64连接控制电压端65，每个接地电极112通过通路孔113连接接地导电层60。
因此，该结构的等效电路如图15所示。控制电极63的每一个和接地电极112的每一个还起容性电极的作用，直流控制电压被加给控制电极63与接地电极112之间的绝缘层62，因而给绝缘层62预定的电容量。通路孔113类似通路孔64，作为电阻器114和电感器115起作用，因而从直流电流的观点看，各压控可变电容器之间的区域接地。
所以，直流控制电压加给电容器71和72的每一个。而来自高频信号源73的高频信号用1/10的振幅加给相应的电容器71和72；与压控可变带通滤波器51相同，直流控制电压被加给电容器71和72的每个绝缘层62，这样就可以得到预定的电容量变化。
所以，甚至在具有高功率的高频信号的场合也可以用低电压维持可靠的滤波器特性，因而该滤波器在PDC设备的发送电路中使用特别有效。
下面，参照图16至图19说明本发明的第三实施例。
图16是显示本发明第三实施例的压控可变带通滤波器121的结构的斜视图；图17是图16所示的压控可变带通滤波器121的分解图；图18是沿滤波器121的A-A线的剖面图。与压控可变带通滤波器51对应和相同的压控可变带通滤波器121的部件将给定同样的标号，并省略说明。对压控可变带通滤波器121来说需要说明的是，绝缘层123被设置在基片52的最上面，其上设置压控可变电容器122和122a。下面的说明将把压控可变电容器122的部件与带有字母a的参考数字的122a的相应部件作相同处理。
谐整器图案55的一端55B经通通路孔123*与设置在绝缘层61上的第二电极125连接，该绝缘层61是基片52的最上层；邻近第二电极125设置的第三电极126经通路孔127连接接地导电层59。在电极125和126之间以与绝缘层62相似的材料的薄膜形式设置绝缘层123。与设置电极125和126的表面相反的绝缘层123的表面上设置控制电极128，该电极128是第一电极。控制电极128通过偏置电路129连接集成电路54。
绝缘层123由，例如，近似0.1μm厚的Ba0.7Sr0.3TIO3制成，因而通过施加5V的控制电压能够改变接近60％的介电系数。控制电极128和偏置电路129可以通过厚膜印刷或光刻形成。
上述结构的的压控可变电容器122是具有三个电极结构的电容器，其中，第一电容器71和第二电容器72以图3所示的同样方式串联连接。第一电容器71的容性电极是图18所示的导电区域128(2)，在这里，绝缘层123处在第二电极125与控制电极128(作为第一电极)之间；第二电容器72的容性电极是图18所示的导电区域128(1)，在这里，绝缘层123处在第三电极126与控制电极128之间。
电容器71的一端连接高频信号源73(与谐振器图案55的开路端电极对应，图案55是谐振器导体)，电容器72的的一端接地(与接地导电层对应59)。电容器71和72的相应的其它端子是控制电极128，它们相互连接；来自控制电压源74的直流控制电压(与集成电路54对应)经电阻器75和电感器76(与偏置电路129对应)加给电容器71和72的共同连接端子。
图19示出了使用压控可变带通滤波器121的高频电路模块的一种结构的例子，该高频模块131与高频模块81相似，它由玻璃和陶瓷材料的混合物制成，而且是安装在基片82外面的像MMIC(单片集成电路)和VCO(压控振荡器)那样的半导体元件83至85的电子线路元件组合体，基片82中嵌入导体图案和电阻R，电感L，和电容C以及其它电路元件。在图19所示的高频电路模块中压控可变带通滤波器121的电路图案被嵌入基片82的内部，集成电路54和绝缘层123以及其它外部部件安装在基片82上。高频电路模块131用作PDC和PHS系统共用的终端装置的高频电路。
由于在基片52的最上面设置了绝缘层123(其上设置压控可变电容器122和122a)，因此膜的厚度可以比绝缘层嵌入陶瓷基片52内时更容易被控制。该陶瓷基片52由高温高压冲压而成。这种绝缘层不易损坏，因而增加了可靠性。此外，由于把绝缘层123制成薄膜，因此集成电路54的输出电压可以保持低值，并可以减小电源消耗。
下面结合图20讨论本发明的第四实施例。
图20是显示本发明第四实施例的压控可变带通滤波器141的结构的纵剖面图。与压控可变带通滤波器51的部件对应和相同的压控可变带通滤波器121的部件将给定同样的标号，并省略其说明。在压控可变带通滤波器141中，绝缘层123以带状设置在基片52的最顶层，它类似于第二实施例的绝缘层62。在绝缘层123的一个表面上以一定间隔设置多个(图20所示例子中五个)控制电极128。在第二电极125与第三电极126之间的绝缘层123的相反表面上设置多个接地电极142，以便与控制电极128交替设置。每个控制电极128经偏置电路129连接集成电路54，每个接地电极142经通路孔143与接地导电层59连接。
借助于上述结构，压控可变带通滤波器141将有图15所示的等效电路。
在压控可变带通滤波器111和141中，可以以低电压获得预定的滤波器特性，这是因为每一级中的电容器71和72被构造为使它们具有近似相同的电容量。另外，加入了压控可变带通滤波器51，111，121，或141的高频电路模块不仅可以配置PDC和PHS系统共用的终端装置，而且还能配置DECT(欧洲数字无绳电话)和GSM系统(全球移动通信系统)共用的发送装置，或PDC，PHS和卫星发送系统中共用的发送装置(即，可适用三个或更多的发送系统)。
此外，如图21所示，代替多级结构中连接压控可变电容器53和122的是，由压控可变电容器53或122和谐振器图案55构成的谐振电路可以在单级中构造，和用作(例如)压控振荡器电路(VCO)。另一方面，如图22所示，该谐振器电路可以在三级或多级结构中使用，因而改善了滤波器的衰减特性。
图5所示的耦合电容C1，C2和C1a可以用压控可变电容器C11，C12和C11a(如图23所示)来代替，其电容量由来自控制电压端65b和65c的直流控制电压控制。在这种方式中，(例如)通过移动图6至图8中1.66GHZ所示的衰减顶点可非常灵活地改变通带特性曲线，因而可容易地实现预定的通带特性曲线。
作为另一种替代方案，集成电路54可以与滤波器分离，如图24中的压控可变带通滤波器151所示。这种结构是芯片型的压控可变带通滤波器，其来自集成电路54的控制电压被送给控制电压端152和152a，并由滤波器电路153和压控可变电容器122和122a组成。该压控可变带通滤波器151可以安装在现有的高频电路模块上。
如上所述，本发明的第一压控可变带通滤波器以三个电极电容器的形式构成，设有由介电材料制成的绝缘层，其介电系数根据施加的电场强度变化，而且整体设置在基片内；施加控制电压的第一电极设置在绝缘层的一个表面上，第二和第三电极设置在绝缘层的相反表面上，使该电容器为两级串联连接。
因此，均匀的电场加给处于在一方面的第一电极与在另一方面的第二和第三电极之间的绝缘层的整个部分上，因而能够用小的控制电压的变化使电容量作较大的变化。由于有了这种结构，则不需要外部附设的可变电容器，从而使压控可变带通滤波器体积小，重量轻，并简化了装配过程。
此外，由于控制电压的切换由专用的控制电压施加装置执行，因此能够从一种调整方法切换到另一种调整方法，即，当调整使谐振频率变高时，它可以再调整使谐振频率变低。这样与用微调的调整比较，可以消除不适当的调整，从而提高了合格率和使调整更加容易。
如上所述，本发明的第二压控可变带通滤波器具有：多级并联结构的第一电极，与第一电极的第一和最后一级相对设置的第二和第三电极，和与第一电极相对设置并与其交错的地电极的多级结构；其控制电压加在第一电极与地电极之间。
因此，电容器的各端子之间是串联的电容器的多级结构，而所需的控制电压与单级结构的相同。因此，尽管对来自发送电路的高功率来说需要高耐压，但控制电压仍处在可行范围内。所以，不需要用于控制电压电源的特殊结构，从而简化了整个结构。
如上所述，本发明的第三压控可变带通滤波器是这样构成的，控制电压经电阻器和电感器串联电路加给第一电极。
由于有了上述结构，信号的频率越高，电感器的阻抗就越大，因而施加控制电压的线将不影响压控可变电容器处理的高频信号。通过把直流控制电压经串联电路加给压控可变电容器，所需电场还可以加给介电材料的绝缘层。
因而，电感器将具有对高频信号的高阻抗，从而避免了因高频信号的变化而导致的绝缘层电场的变化，并使其能稳定工作。
如上所述，本发明的第四压控可变带通滤波器是这样配置的，绝缘层由陶瓷材料制成，压控可变电容器以及滤波器电路的其余部分被整体设置在由陶瓷材料制成的基片内，控制电压施加装置由安装在基片上的集成电路实现以便与之一体化。
在上述结构中，不需要调整的滤波器电路的部分被嵌入多极陶瓷基片内，用于控制控制电压的控制电压施加装置由安装在基片上的集成电路实现。
所以，只有很少的元件要安装，从而可以减小体积减轻重量，而且通过调整与嵌入基片内的整个滤波器电路的特性相适应的集成电路的特性，能够容易地得到所需的滤波器特性。
如上所述，本发明的第五压控可变带通滤波器是这样配置的，集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
采用上述结构，可以通过重写与整体设置在基片内的滤波器电路的特性相适应的集成电路的软件得到预定的特性。特性的自动调整能够实现，而且调整可以重复所需的次数以获得预定特性。此外，根据环境温度的微调能够有效执行。因此，其它必需的特性(如公差)可以是临时性的。
如上所述，本发明的第六压控可变带通滤波器是这样配置的，绝缘层由介电薄膜材料制成，压控可变电容器设置在陶瓷基片的上表面上，滤波器电路的其余部分整体设置在陶瓷基片内，控制电压施加装置由集成电路实现，该集成电路安装在基片上以便与其一体化。
在上述结构中，不需要调整的滤波器的部件被嵌入多层陶瓷基片内，用于控制控制电压的控制电压施加装置由安装在基片上的集成电路实现。
因此，只有很少的元件要安装，从而可以减小体积减轻重量，而且通过根据嵌入基片内的整个滤波器电路的特性调整集成电路的特性，能够容易地得到预定的滤波器特性。此外由于绝缘层是以薄膜的形式设置的，集成电路的输出电压可以保持低电平，使功率消耗减小。此外，绝缘层的膜厚比绝缘层嵌入通过高温、高压冲压形成的陶瓷基片内时更容易控制。而且绝缘层更不容易损坏，从而增加了可靠性。
如上所述，本发明的第七压控可变带通滤波器是这样配置的，集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
采用上述结构，通过根据整体设置在基片内的滤波器电路的特性重写该集成电路的软件，可以获得所需的特性。特性的自动调整能够实现，而且调整可以重复所需的次数以获得所需特性。此外，随环境温度的微调等能够有效执行。因此，其它必需的特性(如公差)可以是临时性的。
如上所述，本发明的第一高频电路模块与多层高频电路基片一起使用，其中，除了安装在基片上的集成电路外，上述的第四或第五压控可变带通滤波器的元件部分或整体设置在多层基片中。
采用上述结构，高频电路模块被安排成使用一个高频基片，在该高频基片的多层基片中部分或整体地设置除了第四或第五压控可变带通滤波器的集成电路外的其它元件。采用这种安排，高频电路所必需的和外设的集成电路和其它元件，如压控振荡电路和晶体振荡器，被安装在高频电路基片上。高频电路模块以这种方式被配备。
所以，通过外设用于压控可变带通滤波器的元件，在高频电路模块的表面上只占据很小的空间，并可使模块做得较小。
如上所述，本发明的第二高频电路模块与多层高频电路基片一起使用，其中，除了安装在基片上的集成电路外，上述的第六或第七压控可变带通滤波器的元件被部分或整体地设置在多层基片中。
采用上述结构，高频电路模块被安排成使用一个高频基片，在该高频基片的多层基片中部分或整体地设置除了第六或第七压控可变带通滤波器的集成电路外的其它元件。采用这种安排，高频电路所必需的和外设的集成电路和其它元件，如压控振荡电路和晶体振荡器，被安装在高频电路基片上。高频电路模块以这种方式被配备。由于这种安排，高频电路所必需的和外设的集成电路和其它元件，如压控振荡电路和晶体振荡器，被安装在高频电路基片上。高频电路模块以这种方式制备。
所以，通过外设用于压控可变带通滤波器的元件，在高频电路模块的表面上只占据很小的空间，并可使模块做得较小。
在本发明上述详细说明中讨论的装置的有关实施例和实例只用于说明本发明的技术细节，不能理解为限定本发明的范围，在不背离本发明的精神和权利要求书的范围的条件下本发明可做出许多变化。

Claims (36)

1.一种压控可变带通滤波器，包括：
一个压控可变电容器和一个用于施加控制电压的控制电压施加装置；
所述的压控可变电容器包含：
一个具有第一表面和第二表面的绝缘层，所述的绝缘层由介电材料制成，其介电系数根据施加的电场而变化；
一个设置在所述的第一表面上的第一电极，在其上施加用于产生电场的控制电压；和
相互邻近和平行地设置在所述的第二表面上的第二和第三电极，在其上施加高频信号。
2.根据权利要求1所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层和所述的第一至第三电极被设置为使所述的第二和第一电极之间设置的第一电容器和所述的第一和第三电极之间设置的第二电容器实际上具有相同的电容量和电特性。
3.根据权利要求2所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的第二电极是四分之一波长谐振器，所述的第三电极接地。
4.根据权利要求1所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述控制电压经一电阻器和电感器的串联电路加给所述的第一电极。
5.根据权利要求1所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由陶瓷材料制成，所述的压控可变电容器和所述滤波器电路的其余部分一起被整体设置在由陶瓷材料制成的基片内；和
所述的控制电压施加装置是安装在所述基片上的集成电路，与所述基片形成一个整体。
6.根据权利要求5所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
7.根据权利要求1所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由介电薄膜材料制成，所述的压控可变电容器整体设置在由陶瓷材料制成的基片的上层，该基片中设置所述滤波电路的其余部分；和
所述的控制电压施加装置是安装在所述基片上的集成电路，与该基片形成一个整体。
8.根据权利要求7所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
9.根据权利要求1所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由从BaTiO3，SrTiO3，BaxSr1-xTiO3，PbLaTiO3，Bi4Ti3O12，PZT，和PbTiO3构成的组中选择的陶瓷材料制成。
10.一种压控可变带通滤波器，包括：
一个压控可变电容器和一个用于施加控制电压的控制电压施加装置；
所述的压控可变电容器包括：
一个具有第一表面和第二表面的绝缘层，所述的绝缘层由介电材料制成，其介电系数根据施加的电场而变化；
多个以一定间隔设置在所述第一表面上的第一电极，在其上施加用于产生电场的控制电压；
设置在所述的第二表面上的第二和第三电极，在其上施加高频信号；和
与所述多个第一电极相对在所述第二和第三电极之间设置的多个地电极。
11.根据权利要求10所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述控制电压经一电阻器和电感器的串联电路加给所述的第一电极。
12.根据权利要求10所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由陶瓷材料制成，所述的压控可变电容器和所述滤波器电路的其余部分一起被整体设置在由陶瓷材料制成的基片内；和
所述控制电压施加装置是安装在所述基片上的集成电路，与该基片形成一个整体。
13.根据权利要求12所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
14.根据权利要求10所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由介电薄膜材料制成，所述的压控可变电容器整体设置在由陶瓷材料制成的基片的上层，该基片中设置滤波电路的其它元件；和
所述的控制电压施加装置是安装在所述基片上的集成电路，与该基片形成一个整体。
15.根据权利要求14所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
16.根据权利要求10所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由从BaTiO3，SrTiO3，BaxSr1-xTiO3，PbLaTiO3，Bi4Ti3O12，PZT，和PbTiO3构成的组中选择的陶瓷材料制成。
17.一种与多层高频电路基片一起使用的高频电路模块，其中除权利要求5所述的压控可变带通滤波器的所述集成电路外的其它元件被部分或整体地设置在一多层基片中。
18.一种与多层高频电路基片一起使用的高频电路模块，其中除权利要求7所述的压控可变带通滤波器的所述集成电路外的其它元件被部分或整体地设置在多层基片中。
19.一种与多层高频电路基片一起使用的高频电路模块，其中除权利要求12所述的压控可变带通滤波器的所述集成电路外，其它元件被部分或整体地设置在多层基片中。
20.一种与多层高频电路基片一起使用的高频电路模块，其中除权利要求14所述的压控可变带通滤波器的所述集成电路外，其它元件被部分或整体地设置在多层基片中。
21.一种压控可变带通滤波器，包括：
一个压控可变电容器，包含：一个由介电材料制成的绝缘层，其介电系数根据施加的电场而变化；一个设置在所述绝缘层的一个表面上的第一电极，在其上施加用于产生电场的控制电压；和相互邻近和平行地设置在所述绝缘层的另一个表面上的第二和第三电极，在其上施加高频信号；所述的压控可变电容器具有两级串联结构，其中，与所述第二电极和第三电极相对的所述第一电极的各对应导电区域作为容性电极，所述各容性电极和所述第二和第三电极提供两个串联的电容器；和
一个用于把所述控制电压加给所述第一电极的控制电压施加装置。
22.根据权利要求1所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的第一电极包括多个相互并联的电极，所述的第二和第三电极与所述第一电极的第一和最后一级电极相对设置，所述的滤波器进一步包括：
多个地电极，与所述第一电极的多个电极相对设置并与其交错排列。
23.根据权利要求21所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述控制电压经一电阻器和电感器的串联电路加给所述的第一电极。
24.根据权利要求22所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述控制电压经多个具有一电阻器和电感器的串联电路加给所述的第一电极的所述多个电极。
25.根据权利要求21所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由陶瓷材料制成，所述的压控可变电容器和所述滤波器电路的其余部分一起被整体设置在由陶瓷材料制成的基片内；和
所述的控制电压施加装置是安装在所述基片上的集成电路，与所述基片形成一个整体。
26.根据权利要求22所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由陶瓷材料制成，所述的压控可变电容器和所述滤波器电路的其余部分一起被整体设置在由陶瓷材料制成的基片内；和
所述的控制电压施加装置是安装在所述基片上的集成电路，与该基片形成一个整体。
27.根据权利要求25所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
28.根据权利要求26所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
29.根据权利要求21所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由介电薄膜材料制成，所述的压控可变电容器整体设置在由陶瓷材料制成的基片的上层，该基片中设置滤波电路的其余部分；和
所述的控制电压施加装置是安装在所述基片上的集成电路，与该基片形成一个整体。
30.根据权利要求22所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的绝缘层由介电薄膜材料制成，所述的压控可变电容器整体设置在由陶瓷材料制成的基片的上层，该基片中设置滤波电路的其它元件；和
所述的控制电压施加装置是安装在所述基片上的集成电路，与该基片形成一个整体。
31.根据权利要求29所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
32.根据权利要求30所述的压控可变带通滤波器，其中：
所述的集成电路能够存储用于控制电压切换控制的软件。
33.一种与多层高频电路基片一起使用的高频电路模块，其中除权利要求25所述的压控可变带通滤波器的所述集成电路外，其它元件被部分或整体地设置在多层基片中。
34.一种与多层高频电路基片一起使用的高频电路模块，其中除权利要求26所述的压控可变带通滤波器的所述集成电路外，其它元件被部分或整体地设置在多层基片中。
35.一种与多层高频电路基片一起使用的高频电路模块，其中除权利要求29所述的压控可变带通滤波器的所述集成电路外，其它元件被部分或整体地设置在多层基片中。
36.一种与多层高频电路基片一起使用的高频电路模块，其中除权利要求30所述的压控可变带通滤波器的所述集成电路外，其它元件被部分或整体地设置在多层基片中。
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