CN1242620A - 介质滤波器、发送/接收共用装置以及通信装置 - Google Patents

Abstract

用于输入/输出、分别与两个形成在介质板上的谐振器耦合的线,以及用于极化的、分别与两个可能相互分开一级或多级的谐振器耦合,以在谐振器之间达到跨越耦合的耦合线分别形成在基板上,以解决包括增加无效空间、增加用于形成耦合环的机械和装配步骤、以及特性的重现问题,其中这些问题是由用于跨越耦合的电缆用于极化共面电路型的介质滤波器而产生的。

Description

介质滤波器、发送/接收共用装置以及通信装置

本发明涉及一种谐振器形成在介质板上的介质滤波器，还有使用介质滤波器的发送/接收共用装置以及通信装置。

在通信装置中已经使用了串联的多个谐振器的带通滤波器。

为了在通带上下达到大的衰减，已经使用了所谓的“跨越耦合方法”。根据这种方法，一对谐振器跨越它们之间的另一个谐振器而直接相互电气耦合。通过引起跨越耦合，在通带外面出现缺口或极点。

另一方面，要将平面电路型介质滤波器广泛地用于无线局部网络(LAN)、便携式可视电话和后生代卫星广播系统。本申请使用了亚毫米波长。这种类型的滤波器在第9-103017号日本专利申请中有描述。应该注意到，在本案作为基础的第10-171174号日本专利申请提交时，该日本申请还未公开。因此，该参考仅仅提供为背景信息，以示出现有技术的状态而已。参考的引证并不解释为它们构成现有技术。

第JP-A-9-103017号申请揭示了一种介质滤波器，其中介质板的每一侧都形成有电极，以在介质板的预定的位置构成谐振器，微带线形成在基板上，并且微带线与介质谐振器耦合。

介质滤波器具有多方面的优点，诸如尺寸小、容易制造，并能够容易地得到所需特性。

上述跨越耦合对保证平面电路型介质滤波器通带的高频侧或低频侧上的大的衰减也是有效的。

图19和20中描述了一个例子，在上述滤波器装置中，介质板的一部分用作谐振器，并且实现了用于在谐振器之间引起跨越耦合的结构。图19是装配图，其中，跨越介质板1彼此相向的具有相同形状的电极不形成部分的电极2、3设置在介质板1的每一侧上，以构成第第三级滤波器。标号4a，4b，4c标出了上表面上的电极不形成部分。标号6标出一基板，其上形成一耦合剂谐振器上的微带线，并且介质滤波器的基本部分是通过连续地层叠外壳8、介质板1、电磁波吸收体11和其上有金属板的屏蔽板12构成。为了在通带外面引起极点，在屏蔽板12上设置半刚性的电缆，该电缆两端上形成有耦合环。以在第第一级谐振器和第第三级谐振器之间引起跨越耦合，如图所示。

图20描述了上述介质滤波器的截面图。由于半刚性电缆的直径，滤波器装置具有较高的纵截面。当将滤波器装置安装到电子设备中时，可能产生一无效空间。还有，作为独立部分的半刚性电缆是必需的，要进行诸如机械制造和焊接之类的装配，以形成耦合环，从而整个的成本增加。另外，由于衰减极点的位置根据耦合环的方向、长度等等大大改变，故比较难调节电缆的位置以得到所需的滤波器特性。

本发明提供了一种介质滤波器，它解决了上述由使用诸如半刚性电缆之类的独立部件引起的问题，本发明还提供了一种使用这种介质滤波器的发送/接收共用装置和通信装置。

在本发明中，在介质板的每一侧上设置一个电极，该电极具有电极不形成部分，它们通过介质板相对，由电极不形成部分支持的区域是谐振器，在介质板上设置多级谐振器，其中相邻的谐振器依次相互耦合，在与介质板分开预定距离的基板上设置耦合线，用于极化，以通过分别耦合的耦合线将谐振器与多个谐振器中相互分开一级或多个其它级数的两个谐振器直接耦合。在这种结构中，用于极化的耦合线设置在基板上，没有诸如板刚性电缆之类的部件朝外凸出，因而装置的尺寸不增加。

在本发明中，在设置有耦合线以引起极点的基板上设置将与预定的谐振器耦合的用于信号的输入/输出的线。这种结构除了设置有用于信号输入/输出的线的基板外，省却了设置有引起极点的耦合线的特殊的基板。

设置有耦合线的基板通过在与其上形成用于极化的耦合线的表面相对的几乎整个表面上形成电极来用作屏蔽罩。这种结构省却了信号屏蔽罩，也省却了专用于形成用于极化的耦合线的基板。

在本发明中，在介质板的每一侧上设置电极，电极具有形状大致相同的开口，它们跨越介质板相对，由开口支持的区域是谐振器，在另一个介质板上设置多级谐振器，其中相邻的谐振器顺次相互耦合，并在基板上设置耦合线，用于极化，以通过分别耦合的耦合线将谐振器与多个谐振器中相互分开一级或多级的二个谐振器直接耦合(例如通过槽线)。这样的结构省却了用于形成用于极化的耦合线的基板，并在形成谐振器时实现了同步的图案。

还有，在本发明中，通过设置上述介质滤波器作为传送滤波器、接收滤波器或两种滤波器，构成发送/接收共用装置。

另外，在本发明中，通信装置是通过在高频电路部件中设置介质滤波器，或设置发送/接收共用装置作为例如天线多路耦合器而构成的。

图1是根据本发明第一实施例的介质滤波器的装配图；

图2是介质滤波器的基板的上平面图；

图3是介质滤波器的特性曲线图；

图4是根据本发明第二实施例的介质滤波器的装配图；

图5是介质滤波器的基板的上平面图；

图6是介质滤波器特性曲线图；

图7是根据第三实施例的介质滤波器的装配图；

图8是介质滤波器盖子的下平面图；

图9是根据第四实施例的介质滤波器的盖子的下平面图和基板的上平面图；

图10是根据第四实施例的另一个介质滤波器的盖子的下平面图和基板的上平面图；

图11是根据第四实施例的另一个介质滤波器的盖子的下平面图和基板的上平面图；

图12是图9到图11所示的介质滤波器的特性曲线图；

图13是根据第五实施例的介质滤波器的装配图；

图14是介质滤波器的介质板的上平面图；

图15是使用HE110模式的介质滤波器的基板的上平面图；

图16是介质滤波器的介质板的上平面图，其中共面线是用于极化的线；

图17是发送/接收共用装置的基板的上平面图；

图18是用于描述通信装置的结构的方块图；

图19是相关技术的介质滤波器的装配图；

图20是介质滤波器的截面图。

下面参照图1到图3描述根据本发明的第一实施例的介质滤波器的结构。

图1是介质滤波器的装配图。第三级滤波器是使用电极2、3构成，电极2、3在介质板1的每一侧上具有开口，跨过介质板1彼此相对。标号4a、4b和4c标明电极2上的开口。标号6标出基板，在该基板6上形成输入/输出线7a、7b和与介质谐振器耦合的耦合线15。由于接地电极几乎形成在基板下表面的整个区域，故输入/输出线7a、7b和耦合线15分别构成了微带线。基板6是印刷电路板，其感应电容率为3.5，厚度0.3mm，输入/输出线7a、7b的线宽是0.62mm，而它们的特性阻抗是50Ω。耦合线15的线宽是0.2mm。8是附到基板6的外壳，它设置有框架9和谐振空间限制部分10。11是无线电波吸收体，它吸收在介质板的电极2和3之间形成的平行板模式等的寄生波。12是由金属片构成的盖子，它通过焊接等方式被连接到外壳8的框架部件9的上表面。

图2是基板6的上平面图，它描述了两个不同的例子。在图2A和2B的两个例子中，用于输入/输出的线7a、7b形成在基板6的上表面上与第第一级谐振器和第第三级谐振器耦合的耦合位置处。接地电极13形成在不用于第三级谐振器的谐振空间的区域内。接地电极形成在基板6下表面的整个区域上，在下表面上的接地电极通过多个通孔14与上表面上的接地电极电气连接。15是用于极化的耦合线，其每一端都安排在与第第三级谐振器的耦合位置处。但用于极化的耦合线的每一端的延伸的方向在图2A和2B中是不同的。

在图2A中，第三级谐振器以TE010模式谐振，相邻的谐振器电磁耦合，即，相互感应耦合。根据这些第三级谐振器的TE010模式的电场方向，例如，第第一级谐振器具有顺时针极性，第二级谐振器具有反时针极性，而第三级谐振器具有顺时针极性。由此，耦合线15中的电流方向是相同的。耦合线15的线长度是处于谐振器谐振频率的的线上波长(下面称为λg)的一半(λg/2)。耦合线15电磁耦合，即，分别与第一级谐振器和第三级谐振器电感耦合，并且因为耦合线的线长度是λg/2，故用于极化的耦合线处的相位差是π，而第一级谐振器与第三级谐振器电容耦合。由此，两个可能相互分开一级的谐振器通过电容耦合跨越耦合。

在图2B的例子中，耦合线15电磁耦合，即，分别与第一级谐振器和第三级谐振器电感耦合，但耦合线15的每一端处的延伸的方向相反，耦合线15上的相位差为π，并且第一级谐振器与第三级谐振器电感耦合。由此，两个可能相互分开一级的谐振器通过电感耦合跨越耦合。

图3是描述通过特性的图，图3A描述没有用于极化的耦合线的介质滤波器的通过特性，图3B描述图2A所示的介质滤波器的通过特性，而图3C描述了图2B所示的介质滤波器的通过特性。如图2A中所示，通过在相邻的谐振器之间达到电感耦合，并通过电容耦合在两个可能相互分开一级的谐振器之间达到跨越耦合，在通带的低频侧上产生衰减的极点。相反，如图2B所示，通过在相邻的谐振器之间达到电感耦合，并通过电感耦合在两个可能相互分开一级的谐振器之间达到跨越耦合，在通带高频侧上产生衰减极点。

因此，通过在通带的低频侧或高频侧上形成衰减，可以确保通带的低频侧或高频侧上的大的衰减。

下面，参照图4到图6描述根据第二实施例的介质滤波器的结构。

图4是整个的装配图。不同于图1所示的例子，在这个例子中，设置在介质板1的每一侧上的电极2、3的电极不形成部分4a、4b、4c、4d和4e是矩形的。基板6的感应电容率为3.5mm，厚度为0.2mm，用于输入/输出的线7a、7b是宽度为0.4mm的微带线，其特性阻抗为50Ω。耦合线15是线宽为0.1mm的微带线。

介质板1的感应电容率是24，tanδ是2.9×10^-4(在10GHz)，并且形成的谐振器的谐振频率是38GHz。用于极化的耦合线的波长λg在频率38GHz处接近于5.0mm。

图5是基板6的上平面图，它描述了三个不同的例子。用于输入/输出的线7a和7b形成在基板6的上表面上，并分别与形成在图4所示的介质滤波器1上的电极不形成部分4e处的初级谐振器以及电极不形成部分4a处的终极谐振器耦合。还形成用于使第二级谐振器与第四级谐振器可以耦合的耦合线15。另外接地电极13形成在达到外壳8的导电胶处的那一部分上，并通过通孔14电气连接到几乎覆盖整个下表面上的接地电极。

在这个实施例中，矩形槽模式的基本模式用于第一级谐振器和第五级谐振器，而矩形槽模式的双重模式(二次谐波)用于第二级、第三级和第四级谐振器中。

图5中的箭头指电场分布的方向。相邻的谐振器磁耦合，即，电感耦合。在图5A的例子中，耦合线15的线长度是7.5mm，即，1.5λg(电长度3π＝π)，并且在耦合线15上相位被反相。耦合线分别与第二级谐振器和第四级谐振器电感耦合，而第二级谐振器与第四级谐振器通过电容耦合跨越耦合，这是因为耦合线15上的相位反相。

图6输出的上述介质滤波器的通过特性。如图5A中所示，通过电感耦合相邻的谐振器，并通过电容耦合跨越耦合两个可能相互分开一级的谐振器，可以在通带低频侧上产生衰减的极点，如图6B所示。

在图5B所示的例子中，耦合线15的线长度是5.0mm，即λg(电长度2π＝0)，并且耦合线15的每一端处的相位是相同的。因为耦合线15分别与第二级谐振器和第四级谐振器电感耦合，故第二级谐振器通过电感耦合与第四级谐振器跨越耦合。

在图5C所示的例子中，耦合线15的线长度是7.5mm，即，1.5λg(电长度3π＝π)。但是，耦合线15中的电流的方向相反，相位最终是相同的，并且第二级谐振器通过电感耦合与第四级谐振器跨越耦合。由此，通过电感耦合相邻谐振器，以及通过电感耦合两个可能分开一级的谐振器，在通带的高频侧上产生衰减的极点，如图6C所示。

图7和8是根据第三实施例的介质滤波器的结构图。图7是装配图，而图8是盖子的下平面图。在第一和第二实施例中，用于极化的耦合线与用于输入/输出的线一起形成在基板上，但在图7所示的例子中，盖子16是印刷电路板，用于极化的耦合线19形成在其下表面上(与介质板2相向的表面)。接地电极17形成在盖子16的上表面(外部表面)整个区域上以及下表面的周围部分，在上下表面上的接地电极通过通孔18电气连接。在形成这些接地电极同时形成了用于极化的耦合线19的图案。

在这个例子中，通过将用于极化的耦合线19的线长度设置为λg/2(电长度π)，并通过电容耦合跨越耦合第一级谐振器与第三级谐振器，在通带的低频侧上形成衰减极点。

接着，根据第四实施例的三个介质滤波器的结构示于图9到图11中。在这些图中，图9A、10A和11A示出了由印刷电路板构成的盖子的下表面(内部表面)，图9B、10B和11B示出了基板的上平面图。基本结构和图2、图7和图8所示的类似，用于极化的耦合线19(线长度为λg/2)形成在盖子16的下表面的预定位置，用于输入/输出的线7a和7b以及线长度为λg/2的耦合线15形成在基板6的上表面上的预定位置。将第四级谐振器安排在介质板上。图中的虚线指第四级谐振器的位置。

在图9所示的例子中，盖子16的一个面上形成用于极化的耦合线19，以通过电容耦合跨越耦合第一级谐振器与第三级谐振器。基板6上形成耦合线15，以通过电容耦合跨越耦合第二级谐振器与第四级谐振器。

在图10所示的例子中，盖子16的一个面上形成用于极化的耦合线19，该耦合线形成在通过电感耦合，跨越耦合第二级谐振器与第四级谐振器的位置，而基板6的一个面上的耦合线15形成在通过电感耦合跨越耦合第一级谐振器与第三级谐振器的位置。

类似地，在图11所述的例子中，盖子16的一个面上用于极化的耦合线19形成在通过电感耦合跨越耦合第二级谐振器与第四级谐振器的位置，基板6的一个面上的耦合线15形成在通过电容耦合跨越耦合第一级谐振器与第三级谐振器的位置。

图12是图9到图11所示的三个介质滤波器的通过特性的示图。如图9所示，通过提供两组跨越耦合电路分别电感耦合相邻的谐振器，以及电容耦合两个可能彼此分开一级的谐振器，在通带的低频侧上产生两个衰减的极点(如图12A所示)。类似地，通过提供两组跨越耦合电路以分别电感耦合相邻的谐振器，并电感耦合两个可能彼此分开一级的谐振器，在通带的高频侧上产生两个衰减极点(如图12B所示)。可以通过在相邻的位置处形成两个衰减极点，在通带的低频侧或高频侧上预定的频带上确保预定的衰减。可以根据频带决定两个衰减极点的位置(频率)，确保衰减。

另外，如图11所示，可以通过电感耦合相邻的谐振器，通过电容耦合跨越耦合两个可能彼此分开一级的谐振器，并通过电感耦合跨越耦合另一侧上两个可能相互分开一级的相邻的谐振器，在通带的低频侧和高频侧上分别形成衰减极点如图12C所示。

在图9到图11所示的例子中，用于极化的耦合线的线长度是λg/2，但通过在基板或盖子上设置用于极化的长度为例如λg的耦合线，并通过电容耦合跨越耦合第一级谐振器与第四级谐振器，可以在通带的低频侧和高频侧上都形成衰减。

接着，本发明第五实施例的介质滤波器的结构示于图13到图14中。图13是装配图，图14是介质板的上平面图。在这个实施例中，用于极化的耦合线20形成在介质板1上。具有电极不形成部分的电极2、3彼此相向地形成在介质板1的每一侧上，并且介质板1上还形成有由槽线构成的用于极化的耦合线20。槽线形成在介质板1的上表面和下表面的对称的位置，使槽线形成为垂直对称型。用于极化的耦合线20的每一端都靠近电极不形成部分4a和4c，在它们之间实现了磁耦合。图14中的虚线指出了磁耦合的情况。在这种结构中，第一级谐振器与第三级谐振器通过由槽线构成的用于极化的耦合线跨越耦合。

在每一个上述的实施例中，虽然在介质板上设置了圆形电极不形成部分的结构中使用了TE010模式的谐振器，但可以类似地使用其它的模式。例如，在使用HE110模式的情况下，可以使用图15中描述的结构。图15是基板的平面图。在图15中，虚线示出了形成在安放于基板6上的介质板上的三个电极不形成部分的位置。图中的箭头指这些电极不形成部分构成的HE110模式的谐振器的电场分布。与微带线构成的用于输入/输出的线7a和7b和由微带线构成的耦合线15形成在基板6上。如图所示，当为谐振器安排耦合线15时，耦合线15的一端与第一级谐振器的HE110模式磁耦合，而另一端与第三级谐振器的HE110模式磁耦合。

另外，在图14所示的例子中，在介质板中形成槽线，但形成在介质板上、具有谐振器的并用于极化的耦合线可以是共面线，如图16所示。图16是介质板的上平面图。具有形状相同，并跨过介质板1彼此相向的电极不形成部分4a、4b和4c的电极2形成在介质板1的每一个面上，与此同时，用于极化，由相同形状共面线形成的耦合线21形成在隔着介质板1的每一个面上。图中的箭头示出电场分布。通过分别将共面线21中心导体的每一端凸出到使用矩形槽模式的基本模式的电极不形成部分4a和4c的中心部分，由电极不形成部分4a、4b和4c构成的谐振器达到了电场耦合。通过使用共面线也可以构成跨越耦合电路。

图17是描述发送/接收共用装置的结构的示图。其基本结构整体上类似于图4和图5的情况，不同的是传送滤波器和接收滤波器构成在一个装置内。即，图5A中所示的结构应用于发送滤波器部件，而图5B所示的结构应用于接收滤波器部件。图中的虚线示出了安排在基板6的上部的介质板的电极不形成部分的位置。用于输入/输出的线7a和7b分别与发送滤波器的第一级谐振器和第五级谐振器耦合，用于输入/输出的线7c和7d分别与接收滤波器部分的第一级谐振器和第五级谐振器耦合。用于极化的耦合线15a通过电容耦合与发送滤波器的第二级谐振器和第四级谐振器跨越耦合。用于极化的耦合线15b通过电感耦合与接收滤波器的第二级谐振器和第四级谐振器耦合。从用于输入/输出的线7e与线7b和7c的分叉点到谐振器在发送滤波器的终级(第五级)谐振器等效短路表面的电长度是根据接收频带中线上波长的λg/4奇数倍(电长度π/2)，而从上述分叉点到接收滤波器的初级(第一级)谐振器等效短路表面的电长度是发送频带中线上λg/4电长度π/2)奇数倍。由此发送信号从接收信号分叉。

由此得到了一种发送/接收共用装置，它设置有在通带的低频侧上具有衰减极点的发送滤波器，还设置有在通带的高频侧上具有衰减极点的接收滤波器。可以通过将发送滤波器的衰减极点选择为接收频带，并将接收滤波器的衰减极点选择为发送频带，确保发送器和接收器之间的大耦合衰减。

图18是描述通信装置的示图，该通信装置还将上述发送/接收共用装置用作天线多路耦合器，其中46a指上述接收滤波器，46b指上述发送滤波器，46指天线多路耦合器。如图所示，接收电路47连接到天线多路耦合器46的接收信号输出端46c，电源电路48连接到发送信号输入端46d，天线49连接到天线端口46e，以作为整体构成发送器50。

本发明的介质滤波器可以设置在通信装置的高频电路部分上，不限于天线电路耦合器，而被小型化和减轻重量的通信装置可以设置得具有尺寸小、损耗低以及选择性极好的优点。

实现上述的内容的本发明提供了以下的优点。

由于用于极化的耦合线设置在基板上，故没有诸如半刚性电缆之类的部件朝外凸出，这避免了尺寸的增加以及在设备的安装中的无效空间。由于可以容易提高用于极化的耦合线的尺寸精度，故特性变化小，可以以极好的再现性得到预定的特性。

由于除了其上设置了用于信号输入/输出的线的基板外，不需用于极化的耦合线的专用基板，故不仅不增加设备的尺寸，并且形成用于极化的耦合线的专门的生产步骤也不需要，因而生产成本不增加。

设置有用于极化的耦合线的基板可以用作屏蔽罩，在这样的结构中可以省却屏蔽罩单体的任何部分，因而屏蔽罩可以由少量部件构成。

用于形成用于极化的耦合线的基板可以被省却，部件的数量可以减小，用于形成用于极化的耦合线的步骤可以通过在设置谐振器的介质板上设置用于极化的耦合线而省却。

通过利用尺寸小、损耗低和选择性极好的特性，可以得到大大小型化，并减小了重量的发送/接收共用装置和通信装置。

Claims (6)

1.一种介质滤波器，其中在介质板的每一面上设置隔着所述介质板相向的电极，所述电极具有形状大致相同的电极不形成部分，由所述电极不形成部分支持的区域是谐振器，其特征在于在所述介质板上设置多级谐振器，其中相邻的谐振器依次相互耦合，在与所述介质板分开一预定距离的基板上设置用于极化的耦合线，所述用于极化的耦合线分别与多个所述谐振器中的两个分开一级或其它级数的谐振器耦合，以使两个谐振器相互跨越耦合。

2.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于包含：

在所述基板上的用于信号输入/输出的线，所述线与多个所述介质谐振器中的预定的谐振器耦合，以输入/输出信号。

3.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于所述基板通过在与其上形成所述用于极化的耦合线的表面相对的几乎整个表面上形成电极而用作屏蔽罩。

4.一种介质滤波器，其中在介质板的每一面上设置隔着所述介质板相对的电极，所述电极具有形状大致相同的电极不形成部分，由所述电极不形成部分支持的区域是谐振器，其特征在于多级谐振器设置在所述介质板上，所述多级谐振器的相邻谐振器依次相互耦合，在所述介质板上设置用于极化的耦合线，它分别与多个所述谐振器中两个相互分开一级或多级的谐振器耦合，以使两个谐振器相互跨耦合。

5.一种发送/接收共用装置，其特征在于将如权利要求1所述的介质滤波器用作发送滤波器、接收滤波器或用作这两种滤波器。

6.一种通信装置，其特征在于包含：

如权利要求1所述介质滤波器，或如权利要求5所述的发送/接收共用装置。

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