CN1299154A

CN1299154A - 具有叠层结构的双工器

Info

Publication number: CN1299154A
Application number: CN00134526A
Authority: CN
Inventors: 松村定幸; 加藤登; 野村浩子
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2020-12-11
Also published as: EP1107346A3; JP2001168669A; CN1166025C; EP1107346A2; US20010015682A1; US6414567B2

Abstract

一种具有叠层结构的双工器,包括具有并联LC谐振器的第一个三级带通滤波器和具有并联LC谐振器的第二个三级带通滤波器。第一个和第二个三级带通滤波器通过阻抗匹配图形连接。每一个谐振器的感应器由形成在绝缘器片上的通孔形成,电感器顺序连接在片的叠层方向。

Description

具有叠层结构的双工器

本发明涉及在微波通信系统中使用的双工器，特别是具有叠层结构的双工器。

常规的叠层形双工器显示在图4和图5中。首先参考图4，叠层形双工器1具有由陶瓷片2到9构成的叠层结构。电感器图形12到17形成在陶瓷片6的表面上。频率调节电容器图形18到23形成在陶瓷片7的表面上。调节耦合24到27的电容器图形形成在陶瓷片5的表面上。屏蔽图形28a和29a形成在陶瓷片3的表面上，屏蔽图形28b和29b形成在陶瓷片9的表面上

从图4看到，双工器1包括位于左边的具有LC谐振器Q1到Q3的三级带通滤波器BPF1，位于右边的具有LC谐振器Q4到Q6的三级带通滤波器BPF2。使用电感器图形12到17分别形成LC谐振器Q1到Q6的电感器L1到L6。频率调节电容器图形18到23和面对频率调节电容器图形18到23的电感器图形12到17的端部共同提供了LC谐振器Q1到Q6的电容器C1到C6。

带通滤波器BPF1的LC谐振器Q1到Q3电连接到耦合电容器Cs1和Cs2(图4和图5未示出)。耦合和调节电容器Cs1和Cs2由电感器图形12到14和电容器图形形成，用于调节面对这些电感器图形12到14的耦合24和25。配置了屏蔽图形28a和28b，以便图形12到14、18到20、14和15放置在屏蔽之间。

同样，带通滤波器BPF2的LC谐振器Q4到Q6电连接到耦合电容器Cs3和Cs4(未示出)。耦合电容器Cs3和Cs4由电感器图形15到17和电容器图形形成，用于调节面对这些电感器图形15到17的耦合26和27。配置了屏蔽图形29a和29b，以便图形15到17、21到23、26和27放置在屏蔽之间。

陶瓷片2到9被叠层并整体烧制，以形成图5所示的叠层35。叠层35具有发射机端电极Tx、接收机端电极Rx、天线端电极ANT、接地端电极G1到G4。LC谐振器Q1的电感器图形12连接到发射机端电极Tx，LC谐振器Q6的电感器图形17连接到接收机端电极Rx。LC谐振器Q3和Q4的电感器图形14和15连接到天线终端ANT。接地端电极G1连接到每一个电感器图形12到14的一端，接地端电极G2连接到每一个LC谐振器Q1到Q3中的频率调节电容器图形18到20的一端。接地端电极G1和G2也与屏蔽图形28a和28b连接。接地端电极G3连接到每一个电感器图形15到17的一端，接地端电极G4连接到每一个LC谐振器Q4到Q6中的频率调节电容器图形21到23的一端。接地端电极G3和G4也与屏蔽图形29a和29b连接。

一般说来，双工器的特性取决于LC谐振器的电感器的Q因数。电感器的Q因数表示为Q=2πF₀L/R，其中L表示电感器的电感，R表示电感器的电阻，F₀表示谐振频率。从方程中可以看出，电阻R应当小，以增加电感器的Q因数。电阻R与形成电感器的电感器图形的横截面成反比。因此，为了增加电感器的Q因数，需要增加电感器图形12到17的横截面S。

但是，为增加电感器图形12到17的横截面S而增加电感器图形12到17的厚度引起了不方便。特别是当陶瓷片2到9整体烧制时，将增加叠层35的内应力，引起了分层。此外，如果为增加电感器图形12到17的横截面S而增加电感器图形12到17的图形宽度，出现的问题是LC谐振器Q1到Q6的体积将变得很大。

LC谐振器Q1到Q6的电感器L1到L6的轴向与陶瓷片2到9的堆栈方向垂直。当电流通过电感器L1到L6时，产生磁通以便在与电感器L1到L6的轴向垂直的平面上环绕电感器L1到L6。但是，因为电感器L1到L6和图形18到23、24到27、28a、28b、29a、29b平行排列，所以，在图形18到23、24到27、28a、28b、29a、29b内产生了涡流。这就引出另一个问题，电感器L1到L6的Q因数很低。

因此，本发明的目的是提供一种叠层形双工器，该双工器是紧凑的，并且具有高Q因数。

为达此目的，按照本发明，具有叠层绝缘层的叠层形双工器包括多个嵌入的滤波器，每一个滤波器有电感器和电容器，其中，每一个电感器由通孔或在绝缘层的堆栈方向顺序连接的通孔形成，至少多个滤波器的两个相邻滤波器通过匹配电感器图形相互之间电连接。

因为电感器由顺序连接的通孔形成，所以，增加每一个通孔的横截面或增加通孔的数量导致电感器横截面的增加。这样改善了电感器的Q因数，而没有象常规技术中增加电感器图形的厚度或宽度。

当电流流过电感器时，产生的磁通环绕垂直于电感器轴向的平面上的电感器。但是，因为电感器垂直于电容器图形和屏蔽图形，所以，产生的磁通不通过这些图形，没有涡流发生在这些图形中。这导致电感器具有高Q因数，较小的涡流损耗。

图1是本发明第一实施例的叠层形双工器的透视图。

图2是图1所示的叠层形双工器的外观透视图。

图3是图2所示的叠层形双工器的等效电路图。

图4是常规叠层形双工器的透视图。

图5是图4所示的叠层形双工器的外观透视图。

下面参考附图描述本发明实施例的叠层形双工器。

图1显示了叠层形双工器41的结构；图2是双工器41的外观透视图。图3是双工器41的等效电路图。双工器41包括具有并联LC谐振器Q1到Q3的三级带通滤波器BPF1、具有并联LC谐振器Q4到Q6的三级带通滤波器BPF2，带通滤波器BPF1和BPF2通过电感器图形84和85连接，用于阻抗匹配。

首先参考图1，叠层形双工器41包括在频率调节电容器图形50到55上形成的绝缘片42到49、电感器通孔61a到61e、62a到62e、63a到63e、64a到64e、65a到65e、66a到66e、电容器图形70到75、用于调节耦合76到79的电容器图形、电感器图形84和85、评比图形90a、90b、91a、91b。

绝缘器片42到49是把介质粉和磁粉揉制在一起制成的。电感器通孔61a到61e、62a到62e、63a到63e、64a到64e、65a到65e、66a到66e是在已经形成在绝缘器片43到47内开口中填注Ag、pd、Cu、Au、Ag-pd等传导浆形成的。频率调节电容器图形50到55由Ag、pd、Cu、Au、Ag-pd等制成，并由印刷形成。

带通滤波器BPF1的电感器通孔61a到61e、62a到62e、63a到63e基本上是在绝缘片43到47的左半区形成，电感器通孔61a到61e按顺序连接在片43到47的层叠方向，以形成柱形电感器L1。同样，电感器通孔62a到62e和63a到63e按顺序连接在片43到47的层叠方向，以分别形成柱形电感器L2和L3。电感器L1到L3具有平行延伸到片43到47的堆栈方向的轴。

当由电感器通孔61a到61e、62a到62e、63a到63e形成的柱形电感器L1到L3的长度设置为λ/4时，其中，λ是对应要求的谐振频率的波长，LC谐振器Q1到Q3是λ/4谐振器。当然，LC谐振器Q1到Q3的长度没有局限于λ/4。

电感器通孔61c连接到引线图形81，引线图形81暴露在片45的左边缘。电感器通孔63c连接到电感器图形84。电感器图形84形成了用于阻抗匹配的电感器Ls1。电感器通孔61d、62d、63d分别连接到电容器图形70、71、72，形成在绝缘器片46的左半区。

从图中看出，频率调节电容器图形50、51、52基本上形成在绝缘片48的左半区，以至，从片48的前边缘延伸到后边缘。频率调节电容器图形50、51、52通过片48面对屏蔽图形90b，已分别形成电容器C1、C2、C3。电感器L1的一端，即通孔61e，直接连接到频率调节电容器图形50；电感器L2的一端，即通孔62e，直接连接到频率调节电容器图形51；电感器L3的一端，即通孔63e，直接连接到频率调节电容器图形52。

电感器L1的另一端，即通孔61a，直接连接到绝缘器片43上的屏蔽图形90a。同样，电感器L2的另一端，即通孔62a，直接连接到屏蔽图形90a；电感器L3的另一端，即通孔63a，直接连接到屏蔽图形90a。

形成在绝缘器片左半区上的调节耦合76的电容器图形跨越片47面对电容器图形50和51，并跨越片46面对电容器图形70和71，形成了耦合电容器Cs1。调节耦合77的电容器图形通过片47面对电容器图形51和52，也通过片46面对电容器图形71和72，形成耦合电容器Cs2。

由电感器通孔61a到61e形成的电感器L1和由频率调节电容器图形50和屏蔽图形90b形成的电容器C1形成了并联LC谐振电路，因此，提供了带通滤波器BPF1的第一级LC谐振器Q1。由电感器通孔62a到62e形成的电感器L2和由频率调节电容器图形51和屏蔽图形90b形成的电容器C2形成了并联LC谐振电路，因此，提供了带通滤波器BPF1的第二级LC谐振器Q2。由电感器通孔63a到63e形成的电感器L3和由频率调节电容器图形52和屏蔽图形90b形成的电容器C3形成了并联LC谐振电路，因此，提供了带通滤波器BPF1的第三级LC谐振器Q3。LC谐振器Q1到Q3通过耦合电容器Cs1和Cs2电连接在一起，因此，提供了三级带通滤波器BPF1。

带通滤波器BPF2的电感器通孔64a到64e、65a到65e、66a到66e基本上形成在绝缘片43到47的右半区。电感器通孔64a到64e顺序连接在片43到47的层叠方向，以形成柱形电感器L4。同样，电感器通孔65a到65e和66a到66e顺序连接在片43到47的层叠方向，以分别形成柱形电感器L5和L6。电感器L4到L6具有平行延伸到片43到47的层叠方向的轴。

当由电感器通孔64a到64e、65a到65e、66a到66e形成的柱形电感器L4到L6的长度设置为λ/4时，其中，λ是对应要求的谐振频率的波长，LC谐振器Q4到Q6是λ/4谐振器。当然，LC谐振器Q4到Q6的长度没有局限于λ/4。

电感器通孔64c连接到电感器图形85。电感器图形85形成阻抗匹配电感器Ls2。电感器图形85以及电感器图形84连接到引线图形83。引线图形83暴露在片45的后中部。电感器通孔66c连接到引线图形82，引线图形82暴露在片45的右边缘。电感器通孔64d、65d、66d分别连接到电容器图形73、74、75，形成在绝缘器片46的右半区。

频率调节电容器图形53、54、55基本上形成在绝缘片48的右半区，以至，从绝缘片48的前边缘延伸到后边缘。频率调节电容器图形53、54、55通过片48面对屏蔽图形91b，以分别形成电容器C4、C5、C6。电感器L4的一端，即通孔64e，直接连接到频率调节电容器图形53；电感器L5的一端，即通孔65e，直接连接到频率调节电容器图形54；电感器L6的一端，即通孔66e，直接连接到频率调节电容器图形55。

电感器L4的另一端，即通孔64a，直接连接到绝缘器片43上的屏蔽图形91a。电感器L5的另一端，即通孔65a，直接连接到屏蔽图形91a；电感器L6的另一端，即通孔66a，直接连接到屏蔽图形91a。

形成在绝缘器片47右半区上的调节耦合78的电容器图形通过片46面对电容器图形53和54，并通过片47面对电容器图形73和74，形成了耦合电容器Cs3。调节耦合79的电容器图形通过片46面对电容器图形54和55，也通过片47面对电容器图形74和75，形成耦合电容器Cs4。

由电感器通孔64a到64e形成的电感器L4和由频率调节电容器图形53和屏蔽图形91b形成的电容器C4一起形成了并联LC谐振电路，因此，提供了带通滤波器BPF2的第一级LC谐振器Q4。由电感器通孔65a到65e形成的电感器L5和由频率调节电容器图形54和屏蔽图形91b形成的电容器C5形成了并联LC谐振电路，因此，提供了带通滤波器BPF2的第二级LC谐振器Q5。由电感器通孔66a到66e形成的电感器L6和由频率调节电容器图形55和屏蔽图形91b形成的电容器C6形成了并联LC谐振电路，因此，提供了带通滤波器BPF2的第三级LC谐振器Q6。LC谐振器Q4到Q6通过耦合电容器Cs3和Cs4电连接在一起，因此，提供了三级带通滤波器BPF2。

因此，构成的片42到49以图1所示的方式层叠，然后整体地烧制，形成图2所示的叠层100。叠层100有发射机端电极Tx和分别形成在左右端的接收机端电极Rx。天线端电极ANT和接地端电极G1和G3形成在叠层100的后表面，接地端电极G2和G4形成在叠层100的前表面。

引线图形81、82、83分别连接到发射机端电极Tx、接收机端电极Rx、天线端电极ANT。屏蔽图形90a的一端和屏蔽图形90b的有关端连接到接地端电极G1。屏蔽图形90a的另一端和屏蔽图形90b的有关锻炼接到接地端电极G2。同样，屏蔽图形91a的一端和屏蔽图形91b的有关端连接到接地端电极G3。屏蔽图形91a的另一端和屏蔽图形91b的有关端连接到接地端电极G4。

图3显示了具有上述结构的叠层形双工器的电等效电路。

谐振器Q1到Q3通过耦合电容器Cs1和Cs2相互之间电连接，因此，提供了三级带通滤波器BPF1。谐振器Q4到Q6通过耦合电容器Cs3和Cs4相互之间电连接，因此，提供了三级带通滤波器BPF2。带通滤波器BPF1的一端(谐振器Q1)连接到发射机端电极Tx，另一端(谐振器Q3)通过阻抗匹配电感器Ls1连接到天线端电极ANT。带通滤波器BPF2的一端(谐振器Q6)连接到接收机端电极Rx，另一端(谐振器Q4)通过阻抗匹配电感器Ls2连接到天线端电极ANT。

在操作中，发射信号从发射机电路系统(未示出)输入到发射机端电极Tx，而接收信号从天线端电极ANT输入。同时，层叠型双工器41通过带通滤波器BPF1从天线端电极ANT输出发射信号。双工器41也通过带通滤波器BPF2把从接收机端电极Rx接收的信号输出到接收机电路系统(未示出)。

带通滤波器BPF1的发射频率取决于由电感器L1和电容器C1形成的谐振器Q1、由电感器L2和电容器C2形成的谐振器Q2、由电感器L3和电容器C3形成的谐振器Q3的谐振频率，例如，带通滤波器BPF1的发射频率可以通过改变电容器C1、C2、C3的电容器图形50、51、52的面积调整，以便改变电容器C1、C2、C3的静电电容。

带通滤波器BPF2的发射频率取决于由电感器L4和电容器C4形成的谐振器Q4、由电感器L5和电容器C5形成的谐振器Q5、由电感器L6和电容器C6形成的谐振器Q6的谐振频率，例如，带通滤波器BPF2的发射频率可以通过改变电容器C4、C5、C6的电容器图形53、54、55的面积调整。

在本发明的叠层形双工器41中，当增加这些电感器的横截面积以减小电阻时，满足了改善柱形电感器的Q因数的要求。这可以通过增加顺序连接的通孔61a到61e、62a到62e、63a到63e、64a到64e、65a到65e、66a到66e或增加单个通孔的横截面来获得。因此，不需要象常规方法增加电感器图形的厚度或宽度解决烧制分层或用大部件的问题。

此外，因为电感器L1到L6垂直于图形50到55、70到75、90a到90b，通过电感器L1到L6的电流产生的任何磁通φ不通过这些图形，所以没有涡流产生在这些图形中。结果，获得了具有高Q因数的电感器L1到L6，减小了涡流损耗。

本发明的叠层形双工器没有局限于图示实施例，在本发明的精神和范围内，可以进行各种修改。例如，电感器的通孔不一定是直的，可以使用弯曲或螺旋通孔。屏蔽可以只形成在叠层的上部或下部。具有阻抗匹配电感器Ls1和Ls2之一的双工器也是可用的。

本发明的双工器不局限于具有组合带通滤波器的双工器，可以包括如双工器的分路用滤波器，或包括低通滤波器、高通滤波器、陷波电路和这些不同电路的组合的双工器或三工器。此外，滤波器中的谐振器的所有电感器不一定由通孔形成，在双工器中，只要选择的电感器由通孔形成就落在本发明的范围内。

在图示实施例中，每一个具有导线图形和形成通孔的绝缘器片是层叠的并被整体烧制。但这只是用于图示，绝缘器片可以事先烧制。谐振器和其它部件可以按下述的方法生产。即，可以使用印刷技术，用绝缘材料的浆糊形成绝缘器层。然后，传导材料的浆糊施加到绝缘器层的表面，以形成导线图形和通孔。绝缘材料的浆糊加到上面并将其覆盖形成绝缘器层。以这种方式的连续的层操作能够形成叠层结构的双工器。

Claims

1．一种具有堆栈形成叠层绝缘层的叠层形双工器，包括：

多个嵌入在叠层中的的滤波器，每一个滤波器有电感器和电容器；

其中，每一个电感器由在绝缘层的堆栈方向顺序连接的通孔形成，以及

至少多个滤波器的两个邻近滤波器通过匹配电感器图形相互之间电连接。