CN1430308A - 介电体滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种介电体滤波器，其具有多个内层接地电极(22A，22B，24A，24B)，它们沿介电层的叠置方向将谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)的各个开路端夹在其中。被插入内层接地电极(22A，22B，24A，24B)之间的第3到第6个介电层(S3－S6)中的每一个介电层的介电常数大于其它任何介电层的介电常数，即第1和第2介电层以及第7到第9介电层(S7－S9)的介电常数。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于例如移动电话或者用于无线通信终端的高频电路的介电体滤波器。
背景技术
近来，介电体滤波器用于例如移动电话和无线通信终端。这种滤波器只让系统所需频带内的信号通过，并且使在系统所需频带之外的信号衰减。
带状谐振器被用于如上所述的高频介电体滤波器中。通过改变谐振器的长度来调整频率。
随着近来无线通信系统例如移动电话的多样化，非常需要使介电体滤波器小型化。当使通信系统的外形小型化时，也需要使谐振器小型化。因此，谐振电极的宽度从其中间部分改变，并且/或者使用内层接地电极，以用于逐步地改变谐振器的阻抗。这样，能够把谐振频率减少到一个使外形小型化的等效值。
一般地说，在谐振器中，在整数倍的谐振频率下也可以发生谐振。因此，有时不能在高于谐振频率的频带内使信号得到足够地衰减。
例如，在其中传输线的一端被短路而另一端开路的1/4波长的谐振器内，在谐振频率奇数倍的频率处观察到谐振。
介电体滤波器包括谐振器，该谐振器在使信号通过的所需频率处谐振，以便只使所需频带内的信号通过，而使所需频带之外的频带内的信号衰减。不过，如上所述，谐振也在等于所需频率的3倍或者5倍的频率处发生。因此，在上述频带内的衰减特性变劣。
由上述可见，众所周知，通过例如使内层接地电极与谐振电极的开路端部分相对，在该谐振电极其间插入介电层，使特征阻抗从谐振电极的中间部分变低。因此，发生在谐振频率的奇数倍频率处的谐振可被移动到较高的频带，因而可以改善寄生特性。
现在假定通过叠置多个介电层来形成介电衬底，并且谐振器沿介电衬底中的介电层的叠置的方向被构造成。形成内层接地电极，以用于从中间部分改变谐振电极的阻抗。
首先，(1)增加每个谐振电极的阻抗比。具体地说，阻抗在开路端被降低，并且/或者阻抗在短路端被升高。其次，(2)使具有高阻抗的短路端的电气长度和具有低阻抗的开路端的电气长度相等。
通过方法(1)和(2)可以使等于谐振频率3倍的频率移动到较高的频带。
为了减少谐振电极的开路端的阻抗，可以利用两个方法，即(1)增加开路端的电极宽度，以及(2)减少在谐振电极和内层接地电极之间的厚度。然而，在每种情况下，改变的范围都受到限制。
为了增加短路端的阻抗，减少谐振电极的短路端的宽度。然而，这使得特性变劣(Q值降低)。因此，这种方法不能采用。
具有另一种用于改善寄生特性的方法。使具有高阻抗的短路端的电气长度和具有低阻抗的开路端的电气长度相等。不过，需要加长该内层接地电极。然而，在这种情况下，(1)内层接地电极本身的谐振频率被降低。因此，由内层接地电极的谐振产生的峰值被移动到这样的频带上，该频带中的频率等于滤波器通频带的频率的两倍或三倍。结果，在寄生频带中衰减量变劣。此外，(2)Q值被降低，因而滤波器的插入损失变劣。此外，(3)设置输入和输出电极以及耦合调整电极的面积减少，因而不可能获得所需的滤波器特性。
发明内容
本发明是考虑到上述问题而作出的，因而本发明的目的在于，提供一种介电体滤波器，其能够缩短短路端的电气长度而不改变谐振电极的长度，因而其能够改善寄生频带中的衰减特性。
按照本发明，提供一种介电体滤波器，其包括：通过叠置多个介电层而形成的介电衬底；以及在介电衬底中的谐振电极，所述每个谐振电极具有根据其部分而改变的有效介电常数。
在谐振电极中，在具有高阻抗的短路端的介电常数小于具有低阻抗的开路端的介电常数。因此，只能缩短短路端的电气长度，而不能改变谐振电极的长度。因而，谐振电极的较高阶的谐振被移动到较高的频带，因而可以改善寄生特性。
按照本发明的介电体滤波器还可以包括在介电衬底中的内层接地电极，其用于在谐振电极的开路端和内层接地电极之间提供电容。在这种结构中，谐振电极的开路端可以沿介电层的叠置方向插入内层接地电极之间，其中被插入多个内层接地电极之间的至少一个或几个介电层可以具有大于任何其它介电层的介电常数。
在本发明中，当介电衬底包括具有高介电常数的介电层时，被插入多个内层接地电极之间其它介电层中的一个或几个介电层包括具有低介电常数的介电层。因此，只有在短路端的有效介电常数被降低。结果，虽然在开路端的阻抗和电气长度是恒定的，但是在短路端的阻抗被增加，并且电气长度被缩短。因而，介电层的寄生特性得以改善。
当结合表示本发明的优选实施例的附图并阅读下面的说明时可以清楚地看出本发明的上述目的、特征和优点。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施例的介电体滤波器的透视图；
图2是用于说明本发明的实施例的介电体滤波器的纵截面图；以及
图3是用于说明按照本发明的介电体滤波器的分解透视图。
具体实施方式
下面参照图1到图3说明按照本发明的介电体滤波器的实施例，在这些附图中示出了叠置型的介电体滤波器。
如图1所示，按照本发明的实施例的介电体滤波器10具有介电衬底12，其包括被叠置的、烧结的并被集成一个单元的多个介电层(S1到S9，见图3)，还包括形成在表面上的接地电极20。两对谐振器14，16形成在介电衬底12内。
每个谐振器14和16包括例如沿叠置方向被叠置在一起的3个谐振电极(14A，14B，14C和16A，16B，16C)。介电层分别沿叠置方向被插入介电层(14A，16A和14B，16B)之间和介电层(14B，16B和14C，16C)之间。
当每个谐振电极(14A，14B，14C和16A，16B，16C)例如是1/4波长谐振电极时，采用如图2所示的下述结构。接地电极20形成在介电衬底12的多个侧面中的谐振电极(14A，14B，14C和16A，16B，16C)被暴露的表面上，并且相应的谐振电极(14A，14B，14C和16A，16B，16C)的第一端由接地电极20短路。
在这种结构中，各个谐振电极(14A，14B，14C和16A，16B，16C)的开路端借助于内层接地电极22A，22B，24A，24B与接地电极20电容耦合。因此，可以缩短每个谐振电极(14A，14B，14C和16A，16B，16C)的电气长度。以下对由内层接地电极22A，22B，24A，24B实现的该功能进行说明。
介电体滤波器10的结构将参照图3进行说明。首先，介电衬底12包括多个介电层(例如第一和第二介电层S1，S2)，其中每个介电层具有低的介电常数(例如介电常数εr＝7)；多个介电层(第三到第六介电层S3-S6)，其中每个介电层具有高的介电常数(例如介电常数εr＝80)；以及多个介电层(例如第7到第9介电层S7-S9)，其中每个介电层具有低的介电常数(例如介电常数εr＝7)，这些介电层被相互叠置在一起。第1到第9介电层中的每一个介电层由一层或多层形成。
两对谐振电极(14A，14B，14C和16A，16B，16C)形成在第4到第6介电层S4-S6的相应的主表面上。特别是，形成在第4介电层S4的主表面上的相应谐振电极14A，16A具有引入电极30，32，以便连接输入端26和输出端28(见图1)。
内层接地电极22A，24A形成在第三介电层S3的主表面上，并位于图3所示的谐振电极14A，16A的相应的开路端的上方。在谐振电极14A，16A的相应的开路端和内层接地电极22A，24A之间提供电容。此外，形成耦合调整电极34，以便调整谐振器14，16之间的耦合程度。
内层接地电极22B，24B形成在第7介电层S7的主表面上，并位于图3所示的谐振电极14C，16C的相应开路端的下方。在谐振电极14C，16C的相应开路端和内层接地电极22B，24B之间提供电容。
如上所述，按照本发明的实施例的介电体滤波器10具有多个内层接地电极22A，22B，24A，24B，它们沿介电层的叠置方向将谐振电极(14A，14B，14C和16A，16B，16C)的相应的开路端夹在中间。被插在内层接地电极22A，22B，24A，24B之间的第3到第6介电层S3-S6中的每一介电层的介电常数大于其它每一介电层(第1和第2介电层S1，S2，以及第7到第9介电层S7-S9)的介电常数。
现在假定介电衬底12具有多个介电层，其中每个介电层具有高介电常数。在这个假设下，作为一个整体，相应谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)被每个均具有高介电常数的介电层(第4到第6介电层S4-56)覆盖。从这个状态开始，进行微调或类似操作，以便调整到一个预定的通带。
因此，如果在每个谐振电极(14A，14B，14C，和16A，16B，16C)的短路端改变阻抗与/或电气长度，则需要减少在开路端的阻抗与/或电气长度的改变。
不过，在这个实施例中，夹在内层接地电极22A，22B，24A，24B之间的第3到第6介电层S3-S6中的每一个介电层具有大于其它每个介电层(第一和第二介电层S1和S2以及第7到第9介电层S7-S9)的介电常数。因此，在短路端只有有效介电常数被降低。结果，可以只缩短在每个谐振电极(14A，14B，14C，和16A，16B，16C)的短路端的电气长度，而不改变每个谐振电极(14A，14B，14C，和16A，16B，16C)的谐振电极长度。因而，谐振电极(14A，14B，14C，和16A，16B，16C)的每一个的较高阶的谐振被移动到较高的频带，因而能够改善寄生特性。
下面说明用于制造按照本发明的实施例的介电体滤波器10的方法。
在按照本实施例的介电体滤波器10中，在介电衬底12中，在层之间在内部形成各种类型的电极(或者包含有电极)。因此，最好使用具有小的损耗并具有低的电阻系数的电极。
最好使用陶瓷介电体作为介电体，因为其可靠性高，并且介电常数可以在一宽的范围内选择。当使用这种介电体时，可以有效地使介电体滤波器10小型化。
作为一种制造方法，通过在陶瓷粉末的压块上涂覆导电膏来形成电极图案。此后，各个压块被叠置、烧结、致密化并与其中叠置有导体的陶瓷介电体集成为一个单元。
当使用基于银或基于铜的导体时，难于使导体和普通的介电材料共同烧结在一起，这是因为这种导体具有低的熔点。因此，需要使用可以在低于导体的熔点(不大于1100℃)下进行烧结的介电材料。
从要用作微波滤波器的装置的性能看来，最好使用这样的介电材料，即，使用该材料使得要形成的谐振电路的谐振频率的温度特性(温度系数)不大于±50ppm/℃。
上述的介电材料可以包括基于玻璃的材料，例如基于堇青石的玻璃粉末、TiO2粉末和Nd2Ti2O7粉末的混合物；通过将微量的玻璃形成成分和/或玻璃粉末添加到基于BaO-TiO2-Re2O3-Bi2O3的组合物中(Re：稀土元素)而获得的材料；以及通过将微量的玻璃粉末添加到基于氧化钡-氧化钛-氧化钕的组合的磁性介电粉末中而获得的材料。
例如，通过充分混合按重量百分比73％的玻璃粉末，17％重量百分比的市场上可得到的Ti2O2粉末，和10％重量百分比的Nd2Ti2O7粉末得到的混合粉末被用作本发明的实施例的介电体滤波器10的第3到第6介电层S3-S6(介电常数的εr＝80)的混合粉末，其中玻璃粉末成分为(18％重量百分比的)MgO-(37％重量百分比的)Al2O3-(37％重量的)SiO2-(5％重量百分比的)B2O3-(3％重量百分比的)TiO2。
其中使用的Nd2Ti2O7粉末通过Nd2O3粉末和TiO2粉末在粉碎之后在1200℃煅烧而获得。
通过充分混合100％重量百分比的由(17mol％的)ZnO-(24mol％的)BaO-(49％mol的)TiO2-(5mol％的)Mn，和(5mol％的)Al2O3构成的组合物和5％重量百分比的玻璃粉末获得的混合粉末用作第一和第二介电层S1、S2和第7-第9介电层S7-S9(介电常数εr＝7)。
接着，丙烯酸有机黏合剂、增塑剂、甲苯、以及乙醇基的溶剂被加入各个混合粉末中，然后和氧化铝球充分混合，从而制成浆。通过刮刀方法使用该浆制备成厚度为0.05mm-0.5mm的半成品带。
接着，使用银膏作为导电膏分别印制图3所示的导体图形。然后，如图3所示，半成品带被叠置，该半成品是调整其上印制有导体图形的半成品带的厚度所需的。此后，它们在例如900℃的温度下被烧结，从而制成介电衬底12。
当采用上述的生产方法时，可以容易地生产具有多个内层接地电极22A，22B，24A，24B的介电体滤波器10。谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)的开路端沿着介电层的叠置方向被插入内层接地电极22A，22B，24A，24B之间，其中插入多个内层接地电极22A，22B，24A，24B的介电层的介电常数高于任何其它介电层的介电常数。
当然按照本发明的介电体滤波器不限于上述的实施例，不脱离本发明的构思或基本本质特征的情况下，本发明可以用不同的形式实施。
Claims (4)
1.一种介电体滤波器，其包括：
通过叠置多个介电层形成的介电衬底(12)；以及
在所述介电衬底(12)中的谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)，
每个所述谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)具有根据其部分而改变的有效介电常数。
2.如权利要求1所述的介电体滤波器，其特征在于，所述谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)的每个开路端部分的有效介电常数大于所述谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)的短路端部分的有效介电常数。
3.如权利要求1或2所述的介电体滤波器，其特征在于，其还包括在所述介电衬底(12)中的内层接地电极(22A，22B，24A，24B)，其用于在所述谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)的开路端和所述内层接地电极(22A，22B，24A，24B)之间提供电容。
4.如权利要求1或2所述的介电体滤波器，其特征在于，其还包括多个内层接地电极(22A，22B，24A，24B)，所述谐振电极(14A，14B，14C，16A，16B，16C)的开路端沿所述介电层的叠置方向插入在所述介电层之间，
其中被插入在所述多个内层接地电极(22A，22B，24A，24B)之间的介电层中的至少一个或多个介电层的介电常数大于其它任何介电层的介电常数。
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