CN1199252A

CN1199252A - 介质滤波器和使用它的通信装置

Info

Publication number: CN1199252A
Application number: CN98105188A
Authority: CN
Inventors: 平冢敏朗; 园田富哉; 三上重幸; 饭尾宪一
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: CA2233393A1; US6121855A; EP0869573A3; KR19980080702A; JPH10327001A; CN1135647C; CA2233393C; EP0869573A2; JP3624679B2; EP0869573B1; KR100297346B1; DE69837359D1

Abstract

通过构成相对电极非形成部分同时插入介质板的主表面作为介质谐振器以及设置与所述介质谐振器耦合的两个耦合部件来形成介质滤波器,并通过在预定频率区域中生成衰减极点来保证在截止区域中某一频率所需的大衰减量。通过把电极设置在介质板上表面上同时它的部分是电极非形成部分、把电极设置在介质板下表面上同时它的相对所述电极非形成部分是电极非形成部分并设置探针作为耦合部件以及非平行设置两个探针来构成介质谐振器。

Description

介质滤波器和使用它的通信装置

本发明涉及介质滤波器和使用它的发射机-接收机共用装置和微波波段和/或毫米波段通信设备。

最近，为与移动通信系统和多媒体的要求不断增加相适应，要求通信系统具有较大的容量和较高传输速度。伴随着这种通信信息的数量不断扩充，使用的频带趋于从微波波段扩充到毫米波段。即使在这种毫米波段中，也可以类似地使用通常在微波波段中使用的TE01δ模介质谐振器，但是由圆柱形介质的尺寸确定它的谐振频率，而且例如，在60GHz中，由于当其高度为0.37mm而其直径为1.6mm时它非常小，所以要求严格的制造精确度。此外，在运用TE01δ模介质谐振器构造滤波器的情况下，要求以较高定位精度把多个TE01δ模介质谐振器安置在预定地点，而且还存在问题，即，用于微调每个谐振器的谐振频率和用于微调在介质谐振器之间的彼此耦合量的结构变得十分复杂。

因此，在日本专利申请第7-62625号中，本发明的申请人建议可以用来解决这些问题的介质谐振器和带通滤波器。

现在，在通过在这种介质板的两个主表面上形成电极而在介质板的一些部分是电极非形成部分构成的作为介质谐振器的在介质板中的电极非形成部分中的一个部分中，通过把耦合部件在介质谐振器附近耦合到介质谐振器，并相对于介质谐振器通过把使用作输入的耦合部件和用作输出的耦合部件在一条直线上，或者平行地设置，只是利用介质谐振器的一种谐振模式。

然而，在阻塞区域衰减特性中，在对于一定的频率所需的衰减量要求是十分严格的情况下，会发生这种情况，即，如上所述传统构成的介质滤波器不能满足它的要求。特别是，在级间滤波器中，本机振荡器的振荡频率和在图象频率上的衰减量成为问题。此外，在天线公用装置中，在发射侧滤波器中在接收区域处的衰减量和在接收侧滤波器中在接收区域处的衰减量分别变成问题。

本发明的目的在于提供介质滤波器，在介质滤波器构成中，通过插入介质板的两个主表面形成互相相对的电极非形成部分作为介质谐振器，以及设置与介质谐振器耦合的两个耦合部件，而且介质滤波器通过在预定频率区域中生成衰减极点来保证某一频率所需的较大衰减量。

本发明的另一个目的是提供由滤波器(它可以获得预定较大衰减特性)构成的发射机-接收机共用装置，并提供利用发射机-接收机共用装置的通信设备。

本发明是介质滤波器，包括：

在第一主表面上形成电极，同时它的部分是电极非形成部分；

在第二主表面上形成电极，同时与第一主表面的电极非形成部分相对的部分是电极非形成部分；

在介质板中构成电极非形成部分作为介质谐振器；和

提供与介质谐振器耦合的两个耦合部件，

发生衰减极点以保证在预定频率下较大的衰减量。

为此目的，非平行设置两个耦合部件(如权利要求1所述)。

通过如上所述非平行设置两个耦合部件，两个耦合部件与介质谐振器的多种谐振模式耦合，而且通过把这些谐振模式的响应结合起来产生衰减极点，从而它能够获得在衰减极点附近的较大衰减量。

在用探针构成耦合部件的情况下(如权利要求2所述)，通过在它的预定位置被弯曲成形，设定由两个耦合部件形成的角度。

这里，参照图1至4，描述上述介质滤波器的构成例子。

图1是介质滤波器的主要部分的平面图。在介质板3的上表面上形成电极1同时介质板3的一个部分是电极非形成部分4，和在介质板3的下表面上形成电极同时介质板3的一个部分是电极非形成部分。根据这个，在电极非形成部分的相对部分上构成介质谐振器。标号6、7分别是作为耦合部件的探针，而把由探针6和探针7在介质谐振器附近的部分形成的角θ设为预定角度。

图2示出在介质谐振器的两种谐振模式和探针7之间的耦合关系，(A)和(B)分别是对于TE₀₁₀模的平面图和剖面图，(C)和(D)分别是对于HE₂₁₀模的平面图和剖面图。如图(B)和(D)所示，通过向介质板3提供电极1、2同时介质板3的一些部分是电极非形成部分4、5，这些互相相对的电极非形成部分构成介质谐振器。在图2中，实线箭头表示电场分布，而虚线箭头和虚线环分别表示磁场分布。如图(A)和(B)所示，由于在TE₀₁₀模中，电场沿着其轴是介质谐振器的中心的旋转方向分布，所以相对于这个介质谐振器，无论探针以什么方向接近都将等同耦合。此外，如图(C)和(D)所示，在HE₂₁₀模的情况下，由于电场和磁场的分布变成90度的旋转对称形式，所以相对于电磁场分布，HE₂₁₀模的耦合度根据探针7的方向而变化。在如图2所示的情况下，它与HE₂₁₀模耦合最强劲。

图3示出对于如上所述的两种谐振模式的响应和通过适当限定由如图1所示的两根探针所形成的角度可以获得响应的例子。在该图中，横轴表示频率，而纵轴表示衰减量和相位，实线示出衰减特性和虚线示出相位特性。在介质谐振器的尺寸相等的情况下，从如图2所示的电磁场分布显而易见，HE₂₁₀模的通带的中心频率f1出现在低于TE₀₁₀模的通带的中心频率f2的通带侧。由于相对于探针6或7，介质谐振器与HE₂₁₀模和TE₀₁₀模的两种模式一起耦合，所以通过把由探针6和7形成的角度θ设在0度＜θ＝90度的范围内(如图1所示)，在探针6-7之间的特性变成把HE₂₁₀模和TE₀₁₀模的响应结合起来的特性(如图3(C)所示)。结果，衰减极点形成在f1和f2之间的频率f上。

虽然在上述实施例中示出TE₀₁₀模和HE₂₁₀模，但是它与除了应用这些模式还与应用TE₀₁₀模和HE₃₁₀模的情况相类似，而且可将本发明用于提供分别与多种模式(对于这些模式，电磁场沿着其轴是介质谐振器的中心的旋转方向具有不同分布)耦合的耦合部件的情况。

图4示出当由探针6、7形成的角度θ以三种不同的方式改变时的衰减特性。这里，θ1是50度、θ2是40度而θ3是30度。通过在比所使用的频带更宽的范围内测量衰减特性，在这个实施例中，TE₀₁₀模响应出现在大约35.1GHz处，HE₂₁₀模响应出现在大约31.2GHz处，而HE₃₁₀模的响应出现在大约38.5GHz处。然后，在TE₀₁₀模的通带和HE₂₁₀模的通带之间或者在TE₀₁₀模的通带和HE₃₁₀模的通带之间发生衰减极点，而且通过改变角度θ，它的衰减极点频率改变。由于耦合部件的耦合比和每种谐振模式根据对于两种或多种谐振模式的电磁场由耦合部件形成的角度而改变，因此介入损耗的特性和每种谐振模式的相位也根据它而改变，所以衰减偏移上述θ。

通过利用上述处理，可以获得在预定频带中大量衰减的介质滤波器。

除了探针之外，可以把微波传输线、共面导管(coplanar guide)、微波带状线、介质线、波导或槽线用作上述耦合部件。

此外，通过把上述介质滤波器用作发射滤波器和接收滤波器、提供在发射信号输入端和输入/输出端之间的发射滤波器并提供在接收信号输出端和输入/输出端之间的接收滤波器，本发明构成发射机-接收机共用装置。此外，通过把发射机电路连到发射机-接收机共用装置的发射信号输入端、把接收电路连到发射机-接收机共用装置的接收信号输出端并把天线连到发射机-接收机共用装置的输入/输出端，构成通信装置。

图1是示出介质滤波器的结构例子的平面图；

图2A至2D示出对于两种谐振模式，耦合部件的耦合状况；

图3A至3C示出对于两种谐振模式的响应和把两种模式相结合的响应；

图4A至4C示出当改变由两个耦合部件形成的角度时衰减量的变化；

图5A至5C是根据本发明的第一实施例的介质滤波器的每个部分的剖面图；

图6是如图5所示的介质滤波器的介质板的主要部分的剖面图；

图7A至7C示出如图5所示的介质滤波器的衰减特性；

图8A至8C是根据本发明的第二实施例的介质滤波器的每个部分的剖面图；

图9A至9D是根据本发明的第三实施例的介质滤波器的每个部分的剖面图；

图10A和10B是根据本发明的第四实施例的介质滤波器的平面图和剖面图；

图11A和11B是根据本发明的第五实施例的介质滤波器的剖面图；

图12A和12B是根据本发明的第六实施例的介质滤波器的部分平面图和剖面图；

图13A和13B是根据本发明的第七实施例的介质滤波器的部分平面图和剖面图；

图14A至14C是根据本发明第八实施例的介质滤波器的部分平面图和剖面图；和

图15是示出根据本发明第九实施例的通信装置的结构的方框图。

参照图5-7说明根据第一实施例的介质滤波器的结构。

图5(A)是在与介质板平行的平面处的剖面图、图5(B)是在与介质板垂直并沿着介质谐振器的阵列方向的平面处的平面图和图5(C)是在与介质板垂直并与介质谐振器的阵列方向垂直的平面处的剖面图。在这些图中，标号3表示介质板，而且如图(A)所示，在介质板的上表面上形成电极同时介质板的一些部分是电极非形成部分4a、4b，并(在介质板的下表面上)形成电极同时在电极非形成部分4a、4b的对面部分是电极非形成部分。结果，形成两个介质谐振器45a、45b。在导电外壳8内包括介质板3，而且把同轴连接器10、11连到导电外壳8的互相相对的两侧。探针6、7分别从这些同轴连接器10、11的中心导体突出。以与两个介质谐振器的阵列方向平行的方向设置探针6，而且弯曲探针7接近于介质谐振器45b的部分以相对于探针6形成预定角度θ。

采用上述结构，相对于介质谐振器45a、45b，分别磁耦合探针6、7，而且还磁耦合介质谐振器45a和45b。结果，在同轴连接器10和11之间构成具有在两级谐振器组成的带通特性的介质滤波器。

图6是形成介质板部分的介质谐振器的剖面图。如上所述，通过在介质板3的上、下表面上形成电极1、2同时介质板的一些部分是电极非形成部分4a、4b、5a、5b，在电极非形成部分4a和5a的相对部分中构成介质谐振器45a，而且在电极非形成部分4b和5b的相对部分中构成介质谐振器45b。

图7示出对于如图5所示的不同角度θ的三个例子的介入损耗特性。在如图7(A)所示的θ＝0度的情况下，通过把TE₀₁₀模和HE₃₁₀模的响应相结合，在通带的高频带侧发生衰减极点。此外，如图(B)所示的θ＝30度的情况下，在通带的低频带侧发生衰减极点。此外，在如图(C)所示的θ＝60度的情况下，在远离通带的低频带侧的位置上发生衰减极点。在所需衰减特性是图中阴影线所示的频率和衰减量的情况下，需要设定θ＝30度(如图(B)所示)。

接着，参照图8，描述根据第二实施例的介质滤波器的结构。与如图5所示的不同，在这个实施例中，探针的方向从与介质谐振器的阵列方向垂直的同轴连接器10、11的中心连接器突出。其他结构与如图5所示的相同。

然后，参照图9，描述根据第三实施例的介质滤波器的结构。在这个第三实施例中，把微波传输带用作耦合部件。图中的(A)是在与介质板平行的平面处的剖面图、(B)是在与介质板垂直并沿着介质谐振器的阵列方向的平面处的剖面图和(C)是在与介质板垂直并还与介质谐振器的阵列方向垂直的平面处的剖面图。(D)是它的主要部分的部分剖面图。在图9a中，标号12表示叠在介质板3上的介质片，而且在该介质片的上表面上形成微波传输带13、14作为耦合部件。这些微波传输带采用介质板3的上表面上的电极1作为接地连接器。于是，通过接近介质谐振器45a、45b，磁耦合这些微波传输带的部分(如图(A)和(D)所示)。

图10示出根据第四实施例的介质滤波器的结构。(A)是在已除去导电外壳的状况下的平面图，(B)是它的剖面图。在图10中，在介质板3的上表面上形成电极同时介质板3的一些部分是电极非形成部分4a、4b，而且在介质板的下表面上形成电极同时电极非形成部分4a和4b的相对部分是它的电极非形成部分。从而，提供两个介质谐振器45a、45b。此外，在介质板3的上表面上，设有由标号16、17表示的共面线作为耦合部件和信号的传输线。在如图所示的例子中，把共面线16的端部附近与介质谐振器45a磁耦合，而且把共面线17的端部附近与介质谐振器45b磁耦合。于是，形成共面型式，从而共面线16的方向和共面线17的端部构成预定角度。

在第四实施例中，在导电外壳内不包括介质板，但是通过提供插有介质板的导电外壳8a、8b，在它的外壳内设有介质谐振器和与它耦合的耦合部件。

图11示出根据本发明的第五实施例的介质滤波器的结构。(A)是在与介质板平行的平面处的剖面图，(B)是介质板的主要部分的剖面图。在这个例子中，介质板3通过把导电层插在两个介质层之间而形成三层结构，而且通过在介质板3的外表面上形成具有电极非形成部分4a、4b、5a和5b的电极1、2来构成两个介质谐振器45a、45b。通过把由18’表示的线导体和另一个线导体设置在介质板3的内层中，形成具有电极1、2作为接地导体的带状线18、19。在介质板3的端表面处，把同轴连接器10、11的中心连接器与带状线18、19的线导体相连。把带状线18的端部附近磁耦合到介质谐振器45a上，而且把带状线19的端部附近磁耦合到介质谐振器45b。还把介质谐振器45a和45b磁耦合。结果，在同轴连接器10和11之间，形成具有在预定频率上的衰减极点的带通特性的介质滤波器。

图12示出根据本发明的第六实施例的介质滤波器的结构。(A)是在除去导电外壳的情况下介质板的部分平面图，(B)是在导电外壳安装部分处的剖面图。在介质板3的上表面上形成电极，同时介质板3的一些部分是电极非形成部分4a、4b，而且在介质板3的下表面上形成电极，同时介质板3的与电极非形成部分4a、4b相对的部分是电极非形成部分。结果，提供两个介质谐振器45a、45b。此外，在介质板3的上表面上设有如标号20、21所示的图案的电极非形成部分，而且在介质板3的下表面上设有在与它相对的部分中的电极非形成部分，而且提供20、21作为耦合部件和信号传输线的槽线。在如图所示的例子中，如此设置槽线的端子，以与介质谐振器相对。结果，信号以TE模传输到该槽线，而且分别把槽线20、21与介质谐振器45a、45b磁耦合。然后，如此形成它图案，从而这些槽线20和21构成预定角。

图13示出根据本发明的第七实施例介质滤波器。(A)是在除去导电外壳的情况下的部分平面图、(B)是它的主要部分的剖面图。介质板3的结构与如图8和9所示的结构相同。在图13中，标号22a、22b、23a和23b分别表示介质带，而且通过插入介质板3来把它们设置在介质板的上、下部分上，并把导电外壳8a、8b设置在介质板的外面。结果，构成由标号22、23表示的部分作为非辐射介质线(NRD导向器)。采用这种结构，信号通过介质线以LSM模式进行传播，并分别与介质谐振器45a、45b磁耦合。通过这种方法，在形成电场耦合的情况下，需要改变介质谐振器和介质带的放置关系，从而把介质谐振器设置在介质带的侧面部分。

图14是根据本发明的第八实施例的介质滤波器的结构。(A)是它的平面图、(B)是在(A)中A-A部分的剖面图和(C)是在(A)中B-B部分的剖面图。介质板3的结构与如图8和9所示的结构相同。通过如此设置导电外壳8a、8b的空腔内侧，把如图(B)所示的24a、24b用作波导。此外，在如图(C)所示的介质谐振器的上、下部分中形成间隔。结果，在介质板上构成介质谐振器，并获得带有波导的介质滤波器作为传输线。

此时，在上述每个实施例中，通过形成两个介质谐振器然后将它们耦合来把它安排成由两级谐振器组成的介质滤波器，但是明显的是，谐振器的级数可以等于或大于2。

接着，参照图15，描述天线共用装置和通信设备的实施例。

图15是示出通信设备的结构的方框图。在图中，标号46表示天线共用装置，并与根据本发明的发射机-接收机共用装置相对应，其中标号46c表示接收信号输出端、标号46d表示发射信号输入端、标号46e表示天线端。分别把接收滤波器46a设置在接收信号输出端46c和该天线共用装置46的天线端46e之间，并把发射滤波器46b设置在发射信号输入端46d和天线端46e之间。

把在第一和第八实施例中所示的介质滤波器的结构中的任何一种用作接收滤波器46a和发射滤波器46b。可以分别在同一介质板上，或者在分开的介质板上形成这些接收滤波器和发射滤波器的介质谐振器。此外，在使探针从同轴连接器的中心导体突出的结构(如图5所示)并把这些探针连到在介质板上形成的介质谐振器的情况下，需要在介质板上分别形成接收滤波器和发射滤波器，分别把接收信号输出端46c和发射信号输入端46d作为同轴连接器，使探针从同轴连接器的中心导体突出作为接收信号输出端46c，并与在接收滤波器的输出级(最后级)中的介质谐振器耦合，使探针从同轴连接器的中心导体突出作为发射信号输入端46d并与在接收滤波器的输入级(第一级)中的介质谐振器耦合。此外，需要提供具有预定线长度的导体供在耦连到接收滤波器46a的输入级(第一级)的探针和耦连到发射滤波器46b的输出级(最后级)的探针之间的相位控制使用，然后，把作为天线端46e的同轴连接器的中心导体连到那个导体上。例如，根据1/4波长的奇数倍分别与在来自接收滤波器和已是带通滤波器的接收滤波器的各个等价短表面的发射频率和接收频率在该线的各种波长的关系的那一点引出来。结果，被当作具有发射频率的波长的接收滤波器的阻抗和被当作具有接收频率的波长的发射滤波器的阻抗分别变得很大，从而对发射信号和接收信号进行分流。

如上所述，通过用本发明的介质滤波器来代替天线共用装置的接收滤波器和发射滤波器，可以分别大大减少在接收滤波器中的发射频带和在发射滤波器中的接收频带。此外，由于能够保证在预定频带中的预定衰减量，所以由带有较少级的介质谐振器使天线共用装置小型化。

此外，只有接收滤波器或发射滤波器可以根据需要采用在第一和第八实施例中所述的介质滤波器的任何一种结构。此外，虽然在该实施例中示出天线共用装置，但是本发明一般适应于用于把传输线连到端子上供输入/输出信号使用(而不是把天线连到端子上)的发射机-接收机共用装置。

在如图15所示的例子中，通过分别把接收电路47连到天线共用装置46的接收信号输出端46c并把发射电路48连到天线共用装置46的发射信号输入端46d，并通过把天线49连到天线端46e，构成整体通信设备50。例如，这种通信设备构成便携式电话等的射频电路部分。

如上所述，通过运用采用本发明的介质滤波器的天线共用装置，可以构成运用小型天线共用装置的小型通信设备。

根据本发明，两个耦合部件与介质谐振器的多种谐振模式耦合，而且通过把这些谐振模式的响应结合起来出现衰减极点，从而可以在它的衰减极点附近获得极大的衰减量。因此，在阻带衰减特性中，即使在某一频率下所需的衰减量的要求比传统的要求要严格的情况下，也能满足它的要求。特别是在中间级滤波器中，可以大量衰减本机振荡器的振荡频率和图象频率，而且在天线共用装置中，可以大大增加在发射侧滤波器中的接收带的衰减量和在接收侧滤波器中的发射带的衰减量。

特别根据如权利要求2所述的发明，有助于耦合部件的探针和同轴连接器之间的连接。

此外，根据本发明，由于把耦合部件和作为传输线的微波传输线或带状线制成离开介质板的叠层，所以可以按比例缩小整个区域。

此外，根据本发明，由于耦合部件可以作为单片置入介质板中，因此可以减少零件总数。

根据本发明，与介质板一起构成介质谐振器，它反过来构成介质线或波导作为耦合部件和传输线，可以容易地构成运用介质谐振器和介质线或波导的模块。

此外，根据本发明，即使介质谐振器的级数很少，但由于在接收滤波器中的发射频带上和在发射滤波器中的接收频带上可以分别获得预定衰减量，所以可以使它整体上小型化。

根据上述发明，通过运用小型化的发射机-接收机共用装置，可以使通信设备整体上小型化。

Claims

1.一种介质滤波器，其特征在于，包括：

在作为一部分是电极非形成部分的第一主表面上形成的电极，

在与所述第一主表面的所述电极非形成部分相对的作为一部分是电极非形成部分的第二主表面上形成的电极，把所述电极非形成部分设置在所述介质板中作为介质谐振器；和

与所述介质谐振器耦合的两个耦合部件；

其中，非平行地设置所述两个耦合部件。

2.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述耦合部件是探针，而且通过在预定位置上弯曲所述探针来提供由所述两个耦合部件形成的角度。

3.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，把其上形成微波传输线的介质板或介质片层叠到所述介质板上，而且把所述微波传输带用作所述耦合部件。

4.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，把在所述介质板上形成的共面导向器用作所述耦合部件。

5.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，把所述介质片构成为多层，而且把通过把线导体设置在它的内层上来形成的带状线用作所述耦合部件。

6.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，把通过插入所述介质板并设置介质带来形成的介质线用作所述耦合部件。

7.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，把通过插入并设置所述介质板来形成的波导用作所述耦合部件。

8.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，把在所述介质板中形成的槽线用作所述耦合部件。