CN1288288A - 单片电感电容谐振器和单片电感电容滤波器 - Google Patents
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Abstract
电感图形通过形成在绝缘片中的长通孔分别电连接。长通孔分别沿着电感图形的右、左边缘排列。电感图形和长通孔形成了具有横截面的管状结构,并用绝缘体填充。电容器图形通过绝缘片分别相对电感器图形的开口端,以形成电容器。既,电容器图形层叠在电感器的管状结构内。具有管状结构的电容器和电感器形成LC并联谐振电路。
Description
本发明涉及单片电感电容(LC)谐振器和单片电感电容(LC)滤波器，特别是适用于高频波段的单片电感器电容器谐振器和单片电感电容滤波器。
图13和14显示了常规单片LC谐振器的一个例子。如图13所示，LC谐振器100包括陶瓷片104，在陶瓷片上具有形成在上表面的电容器图形112、陶瓷片105，在陶瓷片上具有形成在上表面的电感器图形111、陶瓷片106，在陶瓷片上具有形成在上表面的输入电容器图形115和输出电容器图形116、陶瓷片102和108具有形成在上表面的屏蔽电极113和114。
陶瓷片101到108被层叠在一起并烧制，以形成图14所示的层压制品110，在层压制品110上，形成了输入端121、输出端122、接地端123和124。输入电容器图形115连接到输入端121。输出电容器图形116连接到输出端122。电感器图形111的引出部分和屏蔽电极113和114的一端连接到接地端123。电容器图形112的引出部分和屏蔽电极113和114的另一端连接到接地端124。
在上面论述的LC谐振器100中，电感器包括电感器图形111，电容器包括电容器图形112，电容器图形112相对电感器图形111的开口形成LC并联谐振电路。通过耦合电容电连接到输入端121的LC并联谐振电路包括相互之间相对的电感器图形111和输入电容器图形115。类似地，通过耦合电容电连接到输出端122的LC并联谐振电路包括相互之间相对的电感器图形111和输出电容器图形116。
LC谐振器的特性取决于谐振电路中电感器的Q值。电感器的Q值表达为Q=2πF0L/R，其中，L是电感器的电感，R是电感器的电阻，F0是谐振频率。如这个公式所看到的一样，通过减小电感器的电阻R，可以增加电感器的Q值。电阻R与电感器图形111的横截面成反比。因此，通过增加电感器图形111的横截面增加Q值。
然而，如果为了增加电感图形111的横截面而增加电感图形111的厚度，就会出现问题，既，当陶瓷片101到108被整体烧制时，加大了层叠制品110的内应力，导致了分层的结果。
此外，在电感器图形111的周围产生的磁场集中在电感器图形111的边上，因此，引起了大的涡流损耗。而且，在常规LC谐振器100中，在电感器图形111的周围产生的磁场由电容器图形112所遮断。因此，存在的问题是电感器的电感较低。
如上所述的常规LC谐振器100，获得高Q值是困难的，因为构成LC谐振电路的电感图形111的电阻R大，而电感L小。
本发明的目的是提供一种包括具有高Q值电感器的单片LC谐振器和单片LC滤波器。
为获得上述目的，按照本发明，单片LC谐振器包括层叠制品体，该层叠制品体包括绝缘层、电感器图形、层叠在一起的电容器图形、在层叠体内的LC谐振电路，谐振电路包括有电感器图形确定的电感器和由电容器图形确定的电容器，以至电容器图形与电感器图形相对，在电容器图形和电感器图形之间层加有绝缘层。在单片LC谐振器中，LC谐振电路的电感器具有管状结构，该结构由至少两个通过绝缘层提供的通孔电连接的电感图形确定，电容器图形位于电感器管状结构的内部。
此外，按照本发明，单片LC滤波器包括层叠制品体，该层叠制品体包括多个绝缘层、多个电感器图形、层叠在一起的多个电容器图形、在层叠体内的多个LC谐振电路，谐振电路包括有电感器图形确定的多个电感器和由电容器图形确定的多个电容器，以至电容器图形与电感器图形相对，在电容器图形和电感器图形之间层加有绝缘层。在单片LC谐振器中，每一个LC谐振电路的电感器具有管状结构，该结构由至少两个通过绝缘层提供的通孔电连接的电感图形确定，至少用于电容耦合LC谐振器的电容器图形和耦合电容器图形之一位于所述电感器管状结构的内部。
电感器具有多个管状结构。可以增加电感器的表面面积而没有增加电感器图形的厚度。一般说来，由于趋肤效应，高频电流的特性是它可以集中流动到导体的表面。因此，整个表面积增加的电感器可以有效地作为高频电流的路径。所以，与常规电感器相比减小了电感器的电阻，增加了电感器的Q值。
此外，由于高频电流通过电感器，在管状结构的外边缘产生磁场，而不是在管状结构的内部产生磁场。因此，排列在电感器管状结构内部的用于电容耦合谐振器的电容器图形和耦合电容器图形几乎不中断电感器的磁场。
此外，因为电感器具有管状结构，所以减小了产生在电感器周围并集中到电感器图形边上的磁场。
图1是按照本发明实施例的单片LC谐振器配置的分解透视图。
图2是图1单片LC谐振器的外观透视图。
图3是图2单片LC谐振器的剖面图。
图4是图2单片LC谐振器的等效电路图。
图5是按照本发明实施例的单片LC滤波器配置的分解透视图。
图6是图5单片LC滤波器的外观透视图。
图7是图6单片LC滤波器的剖面图。
图8是图6单片LC滤波器的等效电路图。
图9是按照本发明另一实施例的单片LC滤波器配置的分解透视图。
图10是图单片LC滤波器的等效电路图。
图11是进一步修改通孔例子的平面图。
图12是进一步修改通孔例子的平面图。
图13是常规单片LC谐振器的分解透视图。
图14是图13单片LC谐振器的外观透视图。
下面参考附图论述本发明单片LC谐振器和单片LC滤波器。
第一实施例
图1显示了单片LC谐振器1的配置。图2和图4分别是LC谐振器1的外观和等效电路图。LC谐振器1包括LC并联谐振电路R1，R1包括电感器L1和电容器C1。LC并联谐振电路R1分别通过耦合电容器Cs1和Cs2在输入端2和输出端3之间电连接。
如图1所示，谐振器1包括绝缘片14和16，绝缘片上分别有电感图形24a和24b、绝缘片15，绝缘片上有电容器图形25、绝缘片17，绝缘片上有输入引线图形22和输出引线图形23、绝缘片12和19，绝缘片上分别有屏蔽图形26和27。绝缘片11到19分别由揉合绝缘粉或用粘合剂把磁粉粘合在一起制成，并形成片。图形22到27由Ag、pd、Cu、Ni、Au、Au-pd制成，并分别由印刷形成。
每一个具有固定宽度的直线电感器24a和24b位于片14和16的中部。如图1所示，直线电感器24a和24b的一端分别暴露给片14和16的前侧。电感器图形24a和24b通过片14和15中提供的长通孔33相互之间电连接。如图1所示，长通孔33沿着电感器图形24a和24b的右边和左边部置。如图3所示的剖面图，电感器图形24a和24b和长通孔33确定电感器11是矩形横界面的管状结构，并填满绝缘体。
如图1所示，电容器图形25位于片15的中后部和长通孔33之间。图形25的一端暴露给片15的后侧。电容器图形25分别通过片14和15暴露给电感器24a和24b的开口端，确定了电容器C1。既，电容器图形25位于电感器L1管状结构的内部。电容器C1和管状结构电感器L1确定了LC并联谐振电路R1。
输入、输出电容器图形22和23分别提供在片17的右侧和左侧。输入电容器图形22的一端暴露给片17的左侧，输入电容器图形22的另一端相对于电感器图形24b，在它们之间层夹有片16，并确定了耦合电容器Cs1。输出电容器图形23的一端暴露给片17的右侧，输出电容器图形23的另一端相对于电感器图形24b，在它们之间层夹有片16，并确定了耦合电容器Cs2。布置了每一个具有宽面积的屏蔽图形26和27，以便层夹图形22、23、24a、24b和25。屏蔽图形26和27分别暴露给片12和19前侧和后侧。如图1所示，具有上述设置的不同的片11到19在一定压力下被层叠在一起，并整体地被烧制，产生了图2所示的层叠体21。在层叠体21的右、左端面上，分别提供了输入电极2和输出电极3。接地电极4和5提供在层叠体21前、后面。输入电容器图形22的一端连接到输入电极2，输出电容器图形23的一端连接到输出电极3。屏蔽图形26和27的一端，以及电感器图形24a和24b的一端连接到接地电极4。屏蔽图形26和27的另一端，以及电容器图形25的一端连接到接地电极5。
在单片谐振器1中，电感器L1具有由电感器图形24a和24b和长通孔33确定的管状结构。如图3所示，增加了电感器L1的表面面积，而没有增加电感器图形24a和24b及长通孔33的厚度。一般说来，由于趋肤效应，高频电流的特性是它可以集中流动到导体的表面。因此，整个表面积增加的电感器L1可以有效地作为高频电流的路径。所以，与常规电感器相比减小了电感器L1的电阻，增加了电感器的Q值。
当高频电流通过电感器，在管状结构的外边缘产生磁场，而不是在管状结构的内部产生磁场。因此，排列在电感器L1管状结构内部的电容器图形25几乎不中断电感器L1的磁场。
此外，电感器L1具有管状结构，因此，减小了产生在电感器L1周围并集中到电感器图形24a和24b边上的磁场。结果，单片LC谐振器具有高Q值，并提供了非常好的特性。
第二实施例
图5显示了单片LC滤波器41的布置。图6和图8是LC滤波器41的外观透视图和等效电路图。在第二实施例中，带通滤波器将被作为例子论述。不用说，本发明的LC滤波器可以是带阻滤波器。LC滤波器41是三级LC带通滤波器。第一(初始)级中的LC谐振器Q1、第二级中的LC谐振器Q2、第三级中的LC谐振器Q3分别通过耦合电容器CASL和Cs2纵向地连接。
如图5所示，LC滤波器41包括绝缘片54和56，绝缘片上分别有电感图形61a、62a、63a、61b、62b、63b，绝缘片55分别有电容器图形65、66、67和长通孔68，绝缘片53和57有耦合电容器图形76a、77a、76b、77b，绝缘片51和59分别有屏蔽图形78a和78b。
直线电感器图形61a和61b分别位于片54和56左侧的左边位置。直线电感器图形61a和61b的一端分别暴露给片54和56的前侧。电感器图形61a和61b通过片54和55提供的长通孔68相互之间电连接。长通孔68分别连接电感器图形61a和61b的右边和左边。如图7的横截面图所示，电感器图形61a和61b和长通孔68确定了电感器L1具有矩形横界面的管状结构，并填满绝缘体。从电感器图形61a和61b的中部深处的输入引线图形71a和71b分别暴露给片54和56的左侧。
直线电感器图形62a和62b形成在片54和56中部。直线电感器图形62a和62b的一端分别暴露给片54和56的前侧。电感器图形62a和62b通过提供在片54和55中的长通孔68相互之间电连接。如图7所示的横截面图，电感器图形62a和62b和长通孔68确定电感器L2具有矩形横界面的管状结构。
直线电感器图形63a和63b分别位于片54和56右边位置。直线电感器图形63a和63b的一端分别暴露给片54和56的前侧。电感器图形63a和63b通过片54和55提供的长通孔68相互之间电连接。如图7所示，电感器图形63a和63b和长通孔68确定了电感器L3具有矩形横界面的管状结构。从电感器图形63a和63b的中部深处的输出引线图形73a和73b暴露给片54和56的右侧。
电容器图形65、66、67分别位于片55右后部、中后部和左后部。此外，每一个电容器图形65、66、67位于长通孔68之间。电容器图形65、66、67的一端暴露给片55后侧。电容器图形65通过片54和55与各自的电感器61a和61b开口端相对，确定了电容器C1。类似地，电容器图形66和67相对于电感器图形62a和62b的开口端，电感器图形63a和63b通过片54和55分别确定了电容器C2和C3。既，电容器图形65、66、67分别位于电感器L1、L2、L3的管状结构内。电容器C1和管状结构电感器L1确定了LC并联谐振电路，既，确定了第一级LC谐振器Q1。电容器C2和管状结构电感器L2确定了LC并联谐振电路，既，确定了第二级LC谐振器Q2。电容器C3和管状结构电感器L3确定了LC并联谐振电路，既，确定了第三级LC谐振器Q3。
耦合电容器76a、76b、77a、77b分别布置在片53和57的后部。耦合电容器图形76a和76b相对电感器图形61a、62a、61b、62b，以确定耦合电容器Cs1。耦合电容器图形77a和77b相对电感器图形62a、63a、62b、63b，以确定耦合电容器Cs2。
如图5所示，具有上述设置的不同的片50到59在一定压力下被层叠在一起，并整体地被烧制，产生了图6所示的层叠体60。在层叠体60的右、左端面上，分别形成了输入电极42和输出电极43。接地电极44和45形成在层叠体60的前、后侧面。输入引线图形71a和71b连接到输入电极42，输出引线图形73a和73b连接到输出电极43。屏蔽图形78a和78b的一端，以及电感器图形61a到63b的一端分别连接到接地电极44。屏蔽图形78a和78b的另一端，以及电容器图形65到67的一端分别连接到接地电极45。
在单片LC滤波器41中，各自LC谐振器Q1到Q3的电感器L1到L3具有管状结构。根据这种布置，有效地利用了高频电流的趋肤效应，因此，电容器65到67几乎不中断电感器L1到L3产生的磁场。所以，电感器L1到L3可以分别获得高Q值，LC滤波器41具有非常好的带通滤波器特性。
第三实施例
如图9所示，按照第二实施例，除了使用三个绝缘片53a、55a、57a而不是绝缘片绝缘片53、55、57之外，单片LC谐振器81与第二实施例的LC谐振器1相同。在绝缘片53a和57a的上表面，分别提供了电容器图形65a到67a和65b到67b。在绝缘片55a的上表面，形成了耦合电容器图形76和77。在每一个片54和55a提供了6个长通孔68，4个内长通孔68短于2个外长通孔68，以避免与耦合电容器图形76和77短路。在这个实施例中，对应图5到图8的部件由相同的参考数字指定，省略了重复描述。
在单片LC滤波器81中，各自LC谐振器Q1到Q3的电感器L1到L3具有管状结构。因此，有效地利用了高频电流的趋肤效应。如图10所示，耦合电容器76到77的两端排列在各自电感器L1到L3的管状结构内。根据这种布置，耦合电容器图形76和77抑制了电感器L1到L3的磁场的中断。所以，电感器L1到L3可以分别获得高Q值，LC滤波器81具有非常好的带通滤波器特性。
其它实施例
本发明没有局限于上述的实施例。根据本发明可以进行各种变化和修改而没有离开本发明的精神和范围。例如，在上述实施例的电感器中，具有矩形横截面的管状结构可由两个电感器图形和两个长通孔构成。电感器图形的数量和形状及通孔的形状和数量是可以选择的。例如，在第一实施例中，如图11所示，长通孔33可以沿着电感器图形24a的三个侧面延伸。此外，如图12所示，多个通孔33可以沿着电感器图形24a的三个侧面排列。所以，LC滤波器的级数(谐振器的数量)可以选择。
此外，在上述实施例中，具有图形的绝缘片被层叠并被整体的烧制。本发明没有局限于这个例子。作为绝缘片，可以事先烧制。此外，可以采用下面的生产方法确定LC谐振器和LC滤波器。在绝缘片由印刷方法从浆状绝缘材料形成之后，浆状导电图形材料被涂敷在绝缘层的表面，以形成选择的图形，随后，涂敷浆状绝缘材料覆盖图形，因此，形成了含有图形的绝缘层。类似地，重复上述的涂层，确定每一个LC谐振器或LC滤波器具有层叠结构。
如上所述，按照本发明，电感器确定为管状结构。因此，增加了电感器的表面面积而没有增加电感器图形的厚度。具有增加的表面面积的整个电感器可有效地被用作为高频电流的路径。因此，与常规电感器相比减小了电感器的电阻，提高了电感器的Q值。此外，由于高频电流通过电感器，在管状结构的外边缘产生磁场，而不是在管状结构的内部产生磁场。因此，排列在电感器管状结构内部的电容器图形和用于电容耦合谐振器的耦合电容器图形几乎不中断电感器的磁场。
此外，电感器L1具有管状结构，因此，减小了产生在电感器周围并集中到电感器图形边上的磁场。结果，每一个单片LC谐振器和单片LC滤波器具有高Q值，并提供了非常好的高频特性。
Claims (2)
1．一种单片LC谐振器，包括：
层叠体包括绝缘层、电感器图形、层叠在一起的电容器图形；
在层叠体内的LC谐振电路，谐振电路包括由电感器图形确定的电感器和由电容器图形确定的电容器，以至电容器图形与电感器图形相对，在电容器图形和电感器图形之间层加有绝缘层；
其中，所述LC谐振电路的电感器具有管状结构，该结构由至少两个通过绝缘层提供的通孔电连接的电感图形确定，电容器图形位于所述电感器管状结构的内部。
2．一种单片LC滤波器，包括：
层叠体包括多个绝缘层、多个电感器图形、层叠在一起的多个电容器图形；
在层叠体内的多个LC谐振电路，谐振电路包括有电感器图形确定的多个电感器和由电容器图形确定的多个电容器，以至电容器图形与电感器图形相对，在电容器图形和电感器图形之间层加有绝缘层；
其中，每一个LC谐振电路的电感器具有管状结构，该结构由至少两个通过绝缘层提供的通孔电连接的电感图形确定，至少用于电容耦合LC谐振器的电容器图形和耦合电容器图形之一位于所述电感器管状结构的内部。
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