CN1860641A - 介质谐振器器件、振荡器以及收发器装置 - Google Patents

Abstract

一种介质谐振器、振荡器和传送器/接收器，具有稳定的特性，其制造成本可降低。在电路板(1)的前表面(1A)上形成有传输线(2)，并且在后表面(1B)上形成有接地电极(3)。在介电基质(5)的每个表面(5A，5B)上形成具有圆形开口(7)的电极(6)，藉此构成了TE010模式谐振器(4)。绝缘层(8)设置在电路板(1)的接地电极(3)和TE010模式谐振器(4)的电极(6)之间，然后用绝缘黏合剂(9)将该谐振器(4)固定到电路板(1)上。由于具有该结构，即便当电路板(1)和TE010模式谐振器(4)之间发生部分的分离时，电流通道也不会变化，藉此稳定了各特性。

Description

介质谐振器器件、振荡器以及收发器装置

技术领域

本发明涉及适于诸如微波和毫米波的高频电磁波(高频信号)的介质谐振器、振荡器以及收发器装置。

背景技术

用在诸如通信装置和雷达装置的收发器装置中的常规介质谐振器具备有：具有接地电极和传输线的电路衬底，以及附着在电路衬底的面对接地电极的位置上、以便耦合到传输线的介质谐振器(例如，参见专利文献1)。

专利文献1：日本未审查专利申请公开号.11-214908

在该现有技术中，介质谐振器由TE010模式的谐振器所确定，例如该谐振器具有设置在介电基质的两个相对表面上的电极，并且这些电极分别具备有彼此相对的圆形开口。TE010模式谐振器的电极电气连接到该电路衬底的接地电极，从而TE010模式谐振器的各电极由接地电极支撑。

在现有技术中，例如，用导体凸出部将TE010模式谐振器的电极电气连接到电路衬底的接地电极。因为该原因，例如，如果一凸起(bump)用作为导体凸出部时，则对于该凸起的附着来说，指定的设备或处理是有必要的。这样就导致制造成本增加。此外，由于高介电性的陶瓷衬底用于TE010模式谐振器，而廉价的绝缘树脂材料用于电路衬底，由于电路衬底和TE010模式谐振器之间的线性膨胀系数的差异，在它们之间就会产生热应力。这样可能导致在电路衬底的接地电极和TE010模式谐振器电极之间的接合部分脱离。接合部分中的脱离包括电流路径中的改变，这样就易于导致TE010模式谐振器的特性波动。

发明内容

考虑到上述的现有技术的情形，本发明的目的之一是在实现较低制造成本的同时提供一种介质谐振器器件、振荡器以及具有稳定特性的收发器装置。

为了实现前述的目的，本发明旨在包括具有接地电极和传输线的电路衬底的介质谐振器器件；并且介质谐振器附着在电路衬底上的面对接地电极的位置上，且耦合到传输线。介质谐振器包括设置在介电基质的相对两表面上的各电极，这些电极分别具有彼此面对的开口。

本发明的特征在于，在电路衬底的接地电极和介质谐振器的各电极之间设置有绝缘层，以便使接地电极与各电极绝缘，并且介质谐振器的开口之一具备有用于将介质谐振器接合到电路衬底上的绝缘黏合剂。

根据本发明，在电路衬底的接地电极和介质谐振器的各电极之间设置有绝缘层，以便使接地电极与各电极绝缘，相应的，即便是由于线性膨胀系数中的差异而导致黏合剂部分分离，电流路径维持不变，从而获得稳定的性能。此外，由于绝缘层介入电路衬底的接地电极和介质谐振器的电极之一之间，在电路衬底的高度方向上，可由绝缘层来定位介质谐振器。这样就稳定了传输线和介质谐振器之间的耦合量。

此外，由于用绝缘黏合剂将介质谐振器和电路衬底彼此接合，较之使用导体黏合剂，该黏合剂的强度更大，藉此实现强化的可靠性和耐用性。此外，由于绝缘黏合剂置于介质谐振器的开口之一处，就防止了黏合剂从介质谐振器的周边向外伸出，这可以出现在，例如黏合剂放置在介质谐振器的周边区域中的情形中。因此，就防止了黏合剂的伸出部分妨碍包纳介质谐振器的包装。这样就意味着可以使用例如小尺寸的包装。此外，黏合剂可以涂敷到介质谐振器开口内的任何位置上。这样有助于改善可操作性。

此外，在本发明中，绝缘层可以围绕介质谐振器的开口。

根据本发明，通过以围绕的方式在介质谐振器的开口周围设置绝缘层，绝缘层夹在电路衬底的接地电极和介质谐振器的对应的电极之间。这样就防止了介质谐振器出现倾斜，藉此对于传输线，稳定了耦合特性。

在该情形中，本发明的绝缘层最好是具备有用于将绝缘黏合剂从介质谐振器的开口中导出的释放通道。

根据本发明，由于绝缘层具备有用于将绝缘黏合剂从介质谐振器的开口中导出的释放通道，则可将过量的绝缘黏合剂从释放通道中导出。这样就防止了介质谐振器与绝缘层相脱离，藉此实现稳定的特性。此外，如果介质谐振器被包纳在例如包装的内部，则可通过释放通道将过量的绝缘黏合剂导向黏合剂不会影响到包装的一位置。

此外，可提供装备有根据本发明的介质谐振器的振荡器，并且此外，可提供装备有根据本发明的介质谐振器的诸如通信装置和雷达装置的收发器装置。

在振荡器或收发器装置中的根据本发明的介质谐振器器件的应用实现了例如振荡器的稳定特性，并且还增加了可靠性和改善其安装过程。此外，这样还有助于较高的产率和较低的制造成本。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的介质谐振器器件的分解状态的分解立体图；

图2是图1所示TE010模式谐振器的平面图；

图3是TE010谐振器沿着图2中的线III-III的截面图；

图4是具有绝缘层和绝缘黏合剂附着其上的电路衬底的底视图。

图5是根据沿着图4的线V-V的第一实施例的介质谐振器器件的截面视图；

图6是包含在根据第二实施例的介质谐振器器件中的电路衬底的底视图；

图7是沿着图6的线VII-VII的截面图，并且示出没有绝缘黏合剂的根据第二实施例的介质谐振器器件。

图8是示出根据第三实施例的振荡器分解状态的分解立体图；

图9是图8中示出的振荡器的等效电路图；以及

图10是根据第四实施例的通信装置的框图。

标号

1，21 电路衬底

2，24，33 传输线

3 接地电极

4，37 TE010 模式谐振器

5 介电基质

6 电极

7 开口

8 绝缘层

9 绝缘黏合剂

11 释放路径

41 通信装置(收发器装置)

56 振荡器

具体实施方式

现在参照附图对根据本发明各实施例的介质谐振器器件、振荡器以及通信装置进行描述。

图1到图5示出了第一实施例。第一实施例针对装备有TE010模式谐振器的介质谐振器器件的示例。

标号1表明具有用于处理例如高频信号的各种类型的电路的电路衬底。电路衬底1是由诸如绝缘树脂材料和陶瓷材料的介电材料所构成并基本呈平板，并且具有顶表面1A和底表面1B。

标号2表明在电路衬底1的顶表面1A上彼此平行延伸，并且由例如微带线所形成的一对传输线。传输线2的每一个形成带状导体式样，并且形成了耦合到下面将要描述的TE010模式谐振器的耦合线。

标号3表明放置在电路衬底1的底表面1B上的接地电极。衬底电极3基本覆盖了电路衬底1的整个底表面1B。此外，接地电极具有设置在对应于电路衬底1的中央部分的位置处的圆形开口3A，从而电路衬底1通过开口3A部分地显露出。开口3A面对横穿电路衬底1的两根传输线2，并且还面对下面将要描述的TE010模式谐振器4的开口之一7。此外，接地电极3的开口3A具有例如比TE010模式谐振器4的每个开口7要小的直径。

标号4表明介质谐振器的TE010模式谐振器。TE010模式谐振器4包括下面将要描述的介电基质5和电极6。

标号5表明介电基质。介电基质5由例如具有比电路衬底1要高的相对介电常数的陶瓷材料所构成，并且具有基本平面的矩形状(例如，厚度为0.6mm以及每边3.3mm的方形)。此外，介电基质5具有顶表面5A和底表面5B。

标号6表明分别设置在介电基质5的相对表面5A和5B上的一对电极。电极6的每一个都由例如导体金属材料构成的薄膜所形成。电极6具有隔着介电基质5而彼此面对的开口7，两个电极6分别覆盖介电基质5除去开口7之外的相对表面5A和5B。介电基质5的顶表面5A上的电极6隔着绝缘层8面对电路衬底1的接地电极3。

每个开口7都是置于对应电极6的中央部分中的基本圆形的通孔，从而介电基质5从开口7中部分地显露出。每个开口7的直径设置为对应于波长λg的值，而该波长对应于介电基质5中的谐振频率。此外，两个开口7隔着介电基质5彼此面对而设置，从而在开口7中生成依照TE010模式的谐振模(resonant mode)。

标号8表明设置在电路衬底1的接地电极3和TE010模式谐振器4的电极6之一之间、并且围绕对应的开口7的绝缘层。绝缘层8由例如抗蚀材料构成，并且是比介电基质5(TE010模式谐振器4)覆盖要广的薄膜。绝缘层8的中央部分具有基本与开口3A形状相同的开口8A。此外，绝缘层8具有例如基本均匀的厚度，并且围绕在接地电极3的开口3A的周边。绝缘层8还毗邻TE010模式谐振器4的电极6之一。因此，绝缘层8使电路衬底1的接地电极3与TE010谐振器4的电极6绝缘。此外，绝缘层8通过绝缘层8的厚度使得TE010模式谐振器4维持在远离电路衬底1的位置上，并且在电路衬底1的厚度方向(高度方向)上定位TE010模式谐振器4。

标号9表明设置在电路衬底1的开口3A和TE010模式谐振器4的开口7之一之间的绝缘黏合剂。绝缘黏合剂9具有例如比介电基质5要低的相对介电常数，并且基本处于圆形开口3A和7的中央。绝缘黏合剂9将电路衬底1和介电基质5接合到一起。相应的，用绝缘黏合剂9将TE010模式谐振器4固定在电路衬底1的底表面1B上对应于开口3A的位置上，并且该谐振器通过例如开口3A耦合到传输线2。

根据第一实施例的介质谐振器器件具有上述结构。当TE010模式谐振器4处于操作中时，连接开口7的周边边缘的圆形平面(circular plane)形成一短路平面。因此，如图2和3所示，环形电场E以及围绕电场E的圆环状磁场H在开口7中形成。相应的，在TE010模式谐振器4中的高频信号以一种依照TE010模式的谐振模式进行谐振，并且此外，TE010模式谐振器4通过例如开口3A耦合到传输线2，如图5所示。

在第一实施例中，由于绝缘层8是用于使电路衬底1的接地电极3与TE010模式谐振器4的电极6绝缘，即便是由于电路衬底1和介电基质5之间的线性膨胀系数有差异而导致绝缘黏合剂9部分地脱离，电流路径还是维持不变。相应的，这样就实现了稳定的特性。

此外，由于绝缘层8介于电路衬底1的接地电极3和TE010模式谐振器4的电极6之一之间，则在电路衬底1的高度方向上由绝缘层8来定位TE010模式谐振器4。这样就稳定了传输线2和TE010模式谐振器4之间的耦合量。

此外，由于用绝缘黏合剂将TE010模式谐振器4和电路衬底1彼此接合，较之使用导体黏合剂，该黏合剂的强度较大，藉此可实现强化的可靠性和耐用性。

此外，由于绝缘黏合剂9置于TE010模式谐振器4的开口7之一处，就防止了黏合剂9从TE010模式谐振器4的周边向外伸出，这可以出现在例如黏合剂放置在TE010模式谐振器4的周边区域中的情形中。相应地，如果TE010模式谐振器4是被包纳在例如包装内部，就可防止黏合剂的伸出部分妨碍该包装。因此，可以使用小尺寸的包装，藉此有助于减少整个设备的尺寸。此外绝缘黏合剂9可以涂敷在TE010模式谐振器4的开口7内部的任何位置上。这样有助于增加可操作性。

图6和7示出了根据第二实施例的介质谐振器器件，第二实施例的特征在于，绝缘层具有用于将绝缘黏合剂从TE010模式谐振器的开口中导出的释放通道。在第二实施例中，对应于第一实施例中的各组件用相同的标号指示，并省略这些组件的说明。

标号11表明在绝缘层8中设置的两个释放通道。每个释放通道11例如由在开口3a、7的直径方向上从其向外延伸的线性切口(cutout)所限定。释放通道11在彼此相反的方向上伸展。因此，释放通道11将绝缘层8分成两部分，且将过量的绝缘黏合剂9从TE010模式谐振器4的开口7导出。

第二实施例可实现基本与第一实施例相同的优点。另一方面，由于释放通道11设置在根据第二实施例的绝缘层8中，通过释放通道11，过量的黏合剂9可从TE010模式谐振器4的开口7释放出。这样就防止TE010模式谐振器4与绝缘层8相脱离，该脱离可能由过量的绝缘黏合剂9所致。因此，在TE010模式谐振器4和传输线2之间的耦合量可以维持基本恒定，藉此实现稳定的特性。

此外，如果TE010模式谐振器4是被包纳在，例如包装(未示出)的内部，释放通道11可用作将过量的绝缘黏合剂9导向绝缘黏合剂9不会影响到包装的一位置。特别地，该包装具备有用于将过量的绝缘黏合剂9保持在释放通道11外端(即，图6中TE010模式谐振器4的左和右侧)的沟道，并且包装的其它部分可与TE010模式谐振器4相邻设置。相应的，包装不需要非必要的尺寸增加，藉此有助于减少包括该包装的整个介质谐振器器件的尺寸。

虽然在第二实施例中绝缘层8具备有两个释放通道11，但是本发明不限于该配置。或者，绝缘层可具备有例如单个释放通道或三个或多个释放通道。

图8和9示出第三实施例。第三实施例针对装备有根据本发明的介质谐振器器件的振荡器。在第三实施例中，用相同的标号指示对应于第一实施例中的各组件，并省略这些组件的说明。

标号21表明由电介质材料构成的电路衬底。特别地，电路衬底21由例如具有比介电基质5要低的介电常数的陶瓷材料或树脂材料所构成，并且具有基本平面矩形状。此外，电路衬底21的底表面具备有基本覆盖整个底表面的接地电极3。接地电极3具有圆形开口(未示出)，该开口基本与第一实施例的相同，并且设置在面对下面将要描述的传输线24和33的位置上。

标号22表明设置在电路衬底21中的振荡电路单元。振荡电路单元22包括，例如场效应晶体管23(下文中称之为FET23)以及由微带线所确定的传输线24。通过功率端21A向振荡电路单元22提供电源电压。振荡电路单元22产生由下面将要描述的TE010模式谐振器37所确定的预定振荡频率的谐振频率信号，并且通过输出端21B将该信号输出。

FET23具有连接到传输线24的基础端的栅极端G。FET23还具有连接到用于控制反馈频率的匹配头(stub)25并连接到偏置线圈26的源极端S。此外，源极端S还通过用于阻挡直流分量的耦合线27连接到输出端21B。

另一方面，FET23具有通过包括有匹配头28A和线圈28B的滤波器电路28、并通过偏置电阻器29连接到功率端21A的漏极端D。功率端21A连接到除电涌(surge-eliminating)电容器30。此外，传输线24的前端连接到端接电阻器31。

标号32表明在电路衬底21上设置的频率控制电路。频率控制电路32主要包括由置于TE010模式谐振器37附近的微带线所确定的传输线33，以及连接到传输线33的前端并具有调制元件功能的可变电容二极管(变容二极管)34。可变电容二极管34的阴极端连接到传输线33，而其阳极端接地。在另一方面，传输线33具有通过滤波器电路35连接到控制输入端21C的基础端。控制输入端21C连接到电容器36。

频率控制电路32响应施加到控制输入端21C上的控制电压来改变可变电容二极管34的电容，以便控制振荡频率(谐振频率)。

标号37表明附着在电路衬底21的底表面上的TE010模式谐振器。基本类似于根据第一实施例的TE010谐振器4，TE010模式谐振器37主要包括介电基质5、电极6和开口7。TE010模式谐振器37置于隔着电路衬底21与传输线24和33面对的位置上，并且通过传输线24和33连接到振荡电路单元22和频率控制电路单元32。

类似于第一实施例，绝缘层(未示出)由例如设置在电路衬底21的接地电极3和TE010模式谐振器37的电极6之间的抗蚀材料构成。绝缘层是TE010模式谐振器37的电极6与电路衬底21的接地电极3的绝缘。此外，在TE010模式谐振器37中的开口7之一其中具有绝缘黏合剂9，从而用绝缘黏合剂9将TE010模式谐振器37附着在电路衬底21上。

标号38表明将电路衬底21和TE010模式谐振器37包纳在一起的包装。包装38是具有底表面的盒状，并且由例如铝构成。包装38的中央部分具有用于包纳TE010模式谐振器37的包纳凹槽38A。此外，在电路衬底21等包纳在包装38中的情形中，包装38的上开口由镀敷有例如镍的盖子39所覆盖。

根据第三实施例的振荡器具有上述的结构，并且按如下方式来操作。

当驱动电压施加到功率端21A上时，对应于TE010模式谐振器37的谐振频率的信号被输入到FET23的栅极端G。因此，振荡电路单元22和TE010模式谐振器37形成一带反(band reflex)振荡电路。相应的，FET23放大对应于TE010模式谐振器37的谐振频率的信号，并且通过输出端21B将该信号输出。

此外，由于TE010模式谐振器37是连接到包括有可变电容二极管34的频率控制电路单元32，可依照施加到控制输入端21C的控制电压的值对TE010模式谐振器37的谐振频率进行调整性设置。相应的，整个振荡器可实现电压控制振荡器(VCO)的功能。

在第三实施例中，类似于第一实施例中的TE010模式谐振器37用作形成电压控制振荡器。相应的，这样就稳定了振荡器的特性，并且增加了其可靠性和安装效率藉此有助于实现高产率和较低的制造成本。

虽然根据第一实施例的TE010模式谐振器用作为第三实施例中的TE010模式谐振器37，但是也可使用根据第二实施例的TE010模式谐振器。

图10示出了本发明的第四实施例。第四实施例涉及用作收发器装置、且包括装备有根据本发明的TE010模式谐振器的振荡器的通信装置。

标号41表明根据第四实施例的通信装置。通信装置41包括，例如，信号处理电路42、连接到信号处理电路42且接收和输出高频信号的高频模块43、以及连接到高频模块43且通过天线转换开关44来发送或接收高频信号的天线45。

高频模块43具有传送部分和接收部分。传送部分是由连接在信号处理电路42的输出和天线转换开关44之间的如下组件构成：带通滤波器46、放大器47、混频器48、带通滤波器49以及功率放大器50；而接收部分则由连接在天线转换开关44和信号处理电路42的输入之间的如下组件构成：带通滤波器51、低噪声放大器52、混频器53、带通滤波器54以及放大器55。如在第三实施例中所示，混频器48和53连接到装备有根据本发明的TE010模式谐振器的振荡器。

根据第四实施例的通信装置具有上述结构，并且以如下方式进行操作。

在传输模式中，从信号处理电路42输出的中间频率信号(IF信号)被发送到带通滤波器46，在该滤波器中该信号的多余部分被去除。随后，信号由放大器47放大并然后输入混频器48中。混频器48将中间频率信号和来自振荡器56的载波混频在一起，以将该信号上变频为高频信号(RF信号)。

从混频器48中输出的高频信号被发送到带通滤波器49，在该滤波器中信号的多余部分被去除。该信号然后由功率放大器50放大至传输功率，并且通过天线转换开关44从天线45输出。

另一方面，在接收模式中，从天线45接收到的高频信号通过天线转换开关44输入到带通滤波器51。在带通滤波器51中，高频信号的多余部分被去除。随后，信号由低噪声放大器52放大并输入到混频器53中。混频器53将高频信号和来自振荡器56的载波混频在一起，以将信号下变频为中频信号。从混频器53中输出的中频信号被发送到带通滤波54中，在该滤波器中信号的多余部分被去除。然后该信号由放大器55放大，并且被输入到信号处理电路42中。

因为在第四实施例中的通信装置装备有具有降低辐射、根据本发明的TE010模式谐振器的振荡器56，因此第四实施例基本实现了与第三实施例相同的优点。

虽然第四实施例针对装备有根据本发明的TE010模式谐振器的振荡器56应用在通信装置41中的这一示例，但是振荡器56也可用在例如雷达装置中。

此外，每一个实施例都包括具有圆形开口7的TE010模式谐振器4或37。但是本发明并不限于这种形状。例如，具有诸如矩形的其它类型形状的开口的介质谐振器可作为另一种选择。

此外，虽然TE010模式谐振器4或37附着在电路衬底1或21的表面之一，在各实施例中该表面与具有传输线2、或24或33的表面相对，但是在与电路衬底上，TE010模式谐振器4或37也可附着到电路衬底的传输线所处的相同表面上。

此外，在每个上述实施例中，传输线2、或24或33都由微带线所确定。或者，例如带状线或共面线也可用作传输线。

Claims (5)

1.一种介质谐振器器件，包括具有接地电极和传输线的一电路衬底；以及附着在所述电路衬底的面对所述接地电极的位置上、并耦合到所述传输线的介质谐振器，所述介质谐振器包括介电基质和放置在所述介电基质的相对表面上的多个电极，所述多个电极分别具有彼此面对的开口。

其中，绝缘层设置在所述电路衬底的接地电极和所述介质谐振器的多个电极之间，以使所述接地电极与所述多个电极绝缘，并且所述介质谐振器的开口之一具备有用于使所述介质谐振器接合到所述电路衬底上的绝缘黏合剂。

2.如权利要求1所述的介质谐振器器件，其特征在于，所述绝缘层围绕所述介质谐振器的多个开口之一。

3.如权利要求2所述的介质谐振器器件，其特征在于，所述绝缘层具备有用于将所述绝缘黏合剂从所述介质谐振器的开口之一导出的释放通道。

4.一种振荡器包括如权利要求1到3任何一项所述的介质谐振器器件。

5.一种收发器装置包括如权利要求1到3任何一项所述的介质谐振器器件。

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