CN1269617A - 介质滤波器、介质双工器和通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种介质滤波器,包含介质块:多个设置在所述介质块中的内部导体形成的孔;设置在所述内部导体形成的孔的内壁上的内部导体;及设置在所述介质块的外部表面上的外部导体,所述外部导体具有一个开路表面作为所述内部导体形成的孔的开路表面,并具有另一个开路表面作为短路表面;其中,内部导体形成的孔的剖面形状在从所述开路表面到所述短路表面的范围内基本上是恒定的,并在至少一个所述内部导体形成的孔的中心轴的中间部分设置台阶。

Description

介质滤波器、介质双工器和通信设备

本发明涉及一种介质滤波器和介质双工器，每一个都具有设置在介质块的内侧上的内部导体形成的孔，和设置在介质块的外部表面上的外部导体，本发明还涉及使用它们的通信设备。

形成使用基本上平行六面体的介质块的传统的介质滤波器，其中设置了多个内部导体形成的孔(其内壁上具有内部导体)，并在介质的外部表面上设置了外部导体。参照一种介质滤波器(其中一个端面用作开路表面，另一个相对的端面用作短路表面)，如果两个相邻的内部导体形成的孔是具有相同的内部直径以及直线中心轴的直孔，则由两个相邻的内部导体和外部导体构成的两个谐振器之间的偶数模和奇数模的谐振频率相互一致，不能获得谐振器之间的耦合。

为了耦合相邻的两个谐振器，一般使用下面的方法：

(1)通过分别使内部导体形成的孔的开路表面侧和短路表面侧上的内部直径不同，给谐振器一种台阶阻抗结构。

(2)通过为介质块的一部分设置缝隙或台阶，使谐振器开路表面侧和短路表面侧上的阻抗相互不同。

(3)在介质块的开路表面上形成耦合谐振器的电极图案。

上述传统的介质谐振器分别具有下面的问题要解决。在其中内部导体形成在内部导体形成的孔的内壁上的结构的情况下，每一个谐振器的无载Q(Qo)在相当大的程度上随着内部导体形成的孔的内部直径而变化。当介质块的厚度与内部导体形成的孔的内部直径的比值改变时，无栽Qo在这个比值具有最大值。不论比值增加或减小，Qo都减小。由此，在内部导体形成的孔的内部直径在开路表面和短路表面侧上不同时，如(1)中所述，对于整个内部导体形成的孔而言，内部导体形成的孔的内部直径无法最优化得使Qo具有最大值。

当有(2)中描述的裂缝、台阶等等畸变部分时，在内部导体和外部导体的电流分布中产生集中区域，从而每一个谐振器的Qo恶化。

另外，在介质块的开路表面上设置电极图案的结构的情况下，如(3)所述的耦合系数，电极印刷图案的尺寸精度确定了谐振器之间的耦合系数。相应地，产生了问题，即需要高的精度，并且生产复杂。

为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种介质滤波器，其中不会由于介质块的外部形状和尺寸的变形引起Qo的恶化，谐振器的Qo最佳化，并且可以容易地调节耦合。

本发明的一个较佳实施例提供了一种介质滤波器，其特征在于包含：介质块；多个设置在所述介质块中的内部导体形成的孔；设置在所述内部导体形成的孔的内壁上的内部导体；及设置在所述介质块的外部表面上的外部导体，所述外部导体具有一个开路表面作为所述内部导体形成的孔的开路表面，并具有另一个开路表面作为短路表面；其中，内部导体形成的孔的剖面形状在从所述开路表面到所述短路表面的范围内基本上是恒定的，并在至少一个所述内部导体形成的孔的中心轴的中间部分设置台阶。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种介质滤波器，其特征在于包含：介质块；设置在所述介质块中的多个内部导体形成的孔；设置在内部导体形成的孔的内壁上的内部导体，所述内部导体在所述孔的内壁上具有开口端；及设置在介质块的外部表面上的外部导体；其中，内部导体形成的孔的剖面的形状从所述孔的一个开路表面到另一个开路表面的范围内大致上是恒定的，并且在至少一个所述内部导体形成的孔的中心轴的中间部分设置台阶。

在上述介质滤波器中，每一个内部导体形成的孔都可以具有方形的剖面。

根据上述结构和安排，不会因为介质块的外部形状变形而引起Qo的恶化，谐振器的Qo可以最佳化，并且可以容易地调节耦合。

较好地，比值d/D是0.2-0.4，其中D表示介质块的短路侧方向的宽度，d表示内部导体形成的孔的宽度。

根据上述安排，可以通过根据介质块的外部形状相对地确定内部导体形成的孔的内部直径，使Qo最优化。

另外，相对于内部导体形成的孔的纵向的中心，台阶的位置可以更加接近于一个开路表面，内部导体形成的孔从所述台阶到其另一个开路表面范围内的中心轴与所述内部导体形成的孔相邻的内部导体形成的孔的中心轴之间的间隔基本上是每一个中心轴和相应的外部导体之间的间隔的两倍。

根据上述安排，可以减小通过外部导体和内部导体的电流的偏置，并能阻止Qo减小。内部导体形成的孔的内部直径根据介质块的外部形状的比值可以最优化(不仅沿介质块的厚度方向，还沿设置谐振器的方向)，由此可以进一步使Qo最优化。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种介质双工器，它包含多个上述的介质滤波器，介质滤波器形成在单个介质块中。

本发明的另一个较佳实施例提供了包含上述介质滤波器或介质双工器的通信设备。

根据上述安排，可以形成在高频电路部分的损失小的通信设备，而不增加整体的尺寸。

从下面参照附图对本发明的描述，本发明的特点和优点将是显然的。

图1是示出根据第一实施例的介质滤波器的外观的透视图。

图2A和2B是示出上述介质滤波器的低视图和正视图。

图3说明了Qo随着介质块宽度与内部导体形成的孔的内部直径的比值而变化的例子。

图4A和4B说明了耦合系数从如图2A和2B所示的状态改变的情况。

图5A和5B说明了相互电感耦合的谐振器。

图6A和6B说明了沿谐振器设置的方向最佳化的Qo，作为一个例子。

图7A和7B说明了沿谐振器设置方向最佳化的Qo，作为一个例子。

图8A和8B是示出根据第三实施例的介质滤波器的正视图和低视图。

图9A和9B是示出根据第四实施例的介质滤波器的正视图和低视图。

图10A和10B是示出根据第五实施例的介质滤波器的正视图和低视图。

图11A和11B是示出根据第六实施例的介质滤波器的正视图和低视图。

图12说明了介质块的宽度和内部导体形成的孔的宽度之间的关系。

图13A、13B和13C是示出根据第七实施例的介质滤波器的正视图和低视图。

图14是示出通信设备的配置的方框图。

下面将参照图1到5描述根据第一实施例的介质滤波器的配置。

图1是透视图，示出介质滤波器的外貌。在图1中，标号1表示大致上为平行六面体的介质块。形成内部导体形成的孔2a和2b，以便从该图的介质块1的上部端面延伸到图中与上部端面相对的下部端面。对于介质块1的外部表面，图中看到的上部端面用作开路端面，并且在另外五个表面上形成外部导体4。另外，在介质块1的外部表面上，形成输入输出端子5a和5b，以便和外部导体4绝缘。具体地说，当从图中看在这个右手侧上的表面(该表面相对于电路基片)上进行表面安装时，输入输出端子5a和5b连接到电路基片上的电极。

图2A是示出上述介质滤波器的开路表面侧的正视图，图2B是底部平面图。如该图所示，对于每个内部导体形成的孔2a和2b，对于中心轴，在离开开路表面深度为LO的深度设置了一个台阶，从而开路表面侧上的谐振器的间距(内部导体形成的孔的中心轴之间的距离)是po，短路表面侧上的谐振器间距是ps。内部导体形成的孔2a和2b的内部直径在从开路表面到短路表面的范围内恒定，并由d表示。

图3说明了谐振器的Qo的结果，它随着在介质块中同轴地形成的内部导体形成的孔的宽度d(内部直径)和介质块沿着纵向和横向的宽度D之间的比例而变化，并由有限元法确定。如从结果中看到的，在d/D为0.2到0.4的范围内，Qo具有大的值。当d/D为0.3时，Qo变成最大。d/D大于或小于0.3时Qo减小。相应地，通过将如图2所示的介质块的宽度D和内部导体形成的孔2a和2b的宽度d设置得具有关系d/D＝0.2-0.4，保证高的Qo值。

通过上述结构，可以得到谐振器之间的耦合，同时每一个Qo被最佳化，并且没有对介质块设置裂缝或台阶设，内部导体形成的孔的内部直径不变，并且在开路表面上不设置用于耦合谐振器的专用电极。

输入输出电极5a和5b与内部导体形成的孔2a和2b的内壁上的内部导体3a和3b的开口端附近的区域电容耦合。

谐振器之间的耦合系数由每一个设置在内部导体形成的孔的中心轴上的台阶的位置(L-Lo，其中Lo和L分别表示开路表面侧和短路表面侧上的线的长度)、开路表面侧上的谐振器间距po以及短路表面侧上的谐振器间距ps1确定。例如，如图4A和4B所示，当将开路表面侧上的谐振器间距po设置得短于短路表侧面上的谐振器间距ps1时，而且内部导体形成的孔的中心轴的台阶位置Lo1更深时，耦合更加是电容性的，并且耦合系数增大。另外，如图5A和5B所示，当将短路表面侧上的谐振器间距ps2设置得短于开路表面侧上的谐振器间距po，而且Lo2更浅时，耦合更加电感性，从整体上说，谐振器是电感耦合。

下面将参照图6A、6B和图7A、7B描述根据第二实施例的介质滤波器的配置。

在图6A所示的例子中，通过将开路表面侧上的谐振器间距po设置得比短路表面侧上的谐振器间距ps1更短，和电感耦合相比，使电容耦合更加强化。图6B所示的滤波器的耦合具有进一步改进的Qo，虽然其耦合系数与图6A所示的滤波器的相等。即，在如图6B所示的滤波器的耦合中，短路表面侧上的线长Ls2设置得比开路表面侧上的线长Lo2更长，相应地，短路表面侧上的谐振器间距ps2设置得比图6A的ps1更长，另外，短路表面侧上的谐振器间距ps2设置为每一个内部导体形成的孔的中心轴和外部导体之间的间隔(D/2)的大约两倍。

图7A和7B说明了电感耦合谐振器的一个例子。在如图7A所示的例子中，通过将短路表面侧上的谐振器间距ps设置得比开路表面侧上的谐振器间距po1更短，和电容耦合相比，使电感耦合更加强化。如图7所示的滤波器的耦合具有进一步改进的Qo，虽然其耦合系数与图7A所示的滤波器的相等。即，在如图7B所示的滤波器的耦合中，将开路表面侧上的线长Lo2设置得比短路表面侧上的线长Ls2更长，相应地，开路表面侧上的谐振器间距po2设置得比图7A的ps1更长，另外，开路表面侧上的谐振器间距po2设置为每一个内部表面形成的孔的中心轴与外部导体之间的间隔(D/2)的大约两倍。

在上述的结构中，内部导体形成的孔的中心轴的大部分位于介质块的两个分开的区域的中心。即，如果将介质块的两个分开的区域看作二级同轴谐振器，则内部导体位于各个谐振器的中心。结果，特别增强了奇数模的Qo，即，抑制了Qo的减小。

下面，参照图8A和8B，描述根据第三实施例的介质滤波器的配置。

在上述实施例中，仅在每一个内部导体形成的孔的中心轴的一个位置上设置台阶。但是，如图8A和8B所示，中心轴可以在其两个位置上变化。在如图8A和8B所示的例子中，从开路表面到深度Lo的范围内的谐振器间距是po，在从短路表面到深度Ls的范围内的谐振器的间距是ps。在上述范围之间的中间范围内的谐振器间距设置近似为具有po和ps之间的中间值。在任何位置上，内部导体形成的孔的内部直径是恒定的，并由d表示。

下面将参照图9A和9B描述根据第四实施例的介质滤波器的配置。

在上述每一个实施例中，介质的一个端面是开路表面。但是，谐振器的开口端可以设置在内部导体形成的孔的内侧或其开口部分的附近。即，在图9A和9B所示的例子中，在介质块所有的六个外部表面上形成外部导体4。在内部导体形成的孔2a和2b的内壁上形成内部导体3a和3b。通过部分地排除内部导体3a和3b，在内壁上形成部分g。在这种结构中，部分g是谐振器的开口端。在每一个内部导体开口端和外部导体之间的部分g中产生寄生电容。在具有这种结构的介质滤波器中，如此设置内部导体形成的孔2a和2b的内部直径d，从而使Qo最大化。

下面，将参照图10A和10B描述第五实施例的介质滤波器的结构。

在这个例子中，分别在内部导体形成的孔2a和2c的中心轴的预定位置上设置台阶。将开路表面侧上的谐振器间距设置得比短路表面侧上的谐振器间距ps短。由此，提供了三级谐振器相互电容耦合并具有带通特性的介质滤波器。

下面，参照图11A、11B和12，描述根据第六实施例的介质滤波器的配置。

图11A是正视图，示出上述介质滤波器的开路表面侧，图11B是其低视图。如图所示，每一个内部导体形成的孔2a和2b都具有方形的横切面。在从开路表面起深度为Lo(开路表面侧上的线长为Lo)的位置，给中心轴设置阶梯，开路表面侧上的谐振器间距是po，短路表面侧上的谐振器间距是ps。从开路表面到短路表面的范围内，内部导体形成的孔2a和2b的宽度是恒定的。

在每一个上述的实施例中，内部导体形成的孔具有圆截面。如图11A和11B所示，孔可以具有方形剖面。因此，如图12所示，讨论一个例子，其中在介质块中形成了具有方形横切面的内部导体形成的孔。随着比值d/D变化的谐振器的Qo(其中D表示纵向(介质块的横向)的宽度，d表示内部导体形成的孔的宽度)由有限元法确定。类似于图3所示的情况，在d/D为0.2-0.4的范围内，Qo具有大的值。相应地，通过将图1所示的介质块的宽度D和内部导体形成的孔2a和2b的宽度d设置得具有关系d/D＝0.2-0.4，确保高的Qo。

另外，上述内部导体形成的孔的横切面可以具有方形横切面，其角或多或少有点圆，以防止陶瓷在烧结时裂开。

下面，参照图13A、13B和13C，描述根据第七实施例的介质双工器的配置。

图13A是正视图，示出从开路表面侧看的介质双工器，图13B是其低视图，图13C是其后视图。后视图是通过将底表面向上放置而画出的。在这个例子中，从平行六面体形状的介质块1的一个端面到另一个相对的端面的范围内形成六个内部导体形成的孔2a-2f。分别在这些内部导体形成的孔的内壁上设置内部导体3a-3f.

在介质块1的外部表面上，形成外部导体4，另外，形成输入输出端子5a、5b和5c。考虑内部导体形成的孔2c的内壁上的内部导体3c，其一端连接到介质块的外部表面上的外部导体4，另一端连接到输入输出端子5c。

关于内部导体部分3a和3b，为它们的内部导体形成的孔的中心轴设置台阶，从而短路表面侧上的谐振器间距和谐振器变短，由此，谐振器相互电容耦合。由内部导体3b形成的谐振器与内部导体3c交指耦合。类似的，由内部导体3d形成的谐振器与内部导体3c交指耦合。通过这种结构，用作例如包含内部导体3a和3b的二级谐振器的介质双工器是发送滤波器，包含由内部导体3d、3e和3f形成的三级谐振器的带通滤波器是接收滤波器。在这种情况下，输入输出端子5a、5b和5c分别是发送信号输入端、接收信号输出端和天线端口。

下面，将参照图14描述使用上述介质滤波器或双工器的通信设备的配置。在图中，ANT表示接收一发送天线，DPX是双工器，BPFa、BPFb和BPFd分别是带通滤波器，AMPa和AMPb分别是放大电路，MIXa和MIXb分别是混频器，OSC是振荡器，DIV是分频器(合成器)。MIXa用调制信号调制从DIV输出的频率信号。BPFa仅通过信号的发送频带，它由AMPa功率放大，并通过DPX从ANT传输。BPFb仅通过从DPX输出的信号的接收频带，它由AMPb放大。MIXb混合从BPFc输出的频率信号与接收信号，输出中频信号IF。

对于图14所示的双工器DPX部分，可以使用具有如图13所示的结构的双工器。另外，对于带通滤波器BPFa，BPFb和BPFc，可以使用具有如图1到11B所示的结构的介质滤波器。这样，可以形成低损耗、利用高Qo滤波器特性的通信设备，并且不需要增加整个设备的尺寸。

虽然已经参照本发明的较佳实施例具体示出和描述了本发明，但是熟悉本领域的人将知道，在不背离本发明的主旨的条件下，可以有上述和其它形式和细节上的变化。

Claims (7)

1.一种介质滤波器，其特征在于包含：

介质块；

多个设置在所述介质块中的内部导体形成的孔；

设置在所述内部导体形成的孔的内壁上的内部导体；及

设置在所述介质块的外部表面上的外部导体，所述外部导体设置得使具有一个开路的表面作为所述内部导体形成的孔的开路表面，并具有另一个开路的表面作为短路表面；

其中，内部导体形成的孔的剖面形状在从所述开路表面到所述短路表面的范围内基本上是恒定的，并在至少一个所述内部导体形成的孔的中心轴的间部分设置台阶。

2.一种介质滤波器，其特征在于包含：

介质块；

设置在所述介质块中的多个内部导体形成的孔；

设置在内部导体形成的孔的内壁上的内部导体，所述内部导体在所述孔的内壁上具有开口端；及

设置在介质块的外部表面上的外部导体；

其中，内部导体形成的孔的剖面的形状从所述孔的一个开路表面到另一个开路表面的范围内大致上是恒定的，并且在至少一个所述内部导体形成的孔的中心轴的中间部分设置台阶。

3.如权利要求1或2所述的介质滤波器，其特征在于每一个内部导体形成的孔具有方形横切面。

4.如权利要求1到3所述的任一介质滤波器，其特征在于比值d/D是0.2-0.4，其中D表示介质块短侧方向的宽度，d表示内部导体形成的孔的宽度。

5.如权利要求1到4所述的任一介质滤波器，其特征在于相对于内部导体形成的孔的纵向的中心，台阶的位置更加接近于一个开路表面，从所述台阶到内部导体形成的孔的另一个开路表面的范围内的内部导体形成的孔的中心轴与所述内部导体形成的孔相邻的内部导体形成的孔的中心轴之间的间隔基本上是每一个中心轴和相应的外部导体之间的间隔的两倍。

6.一种介质双工器，其特征在于包含多个如权利要求1到5任一所述的介质滤波器，所述介质滤波器形成在单个介质块中。

7.一种通信设备，其特征在于包含如权利要求1到5任一所述的介质滤波器或如权利要求6所述的介质双工器。

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