CN1893172A - 多层带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种滤波器包括带通滤波器，它可具有第一谐振器，第二谐振器，以及第一谐振器和第二谐振器之间的耦合。该耦合通过以下至少之一加以控制：(i)第一谐振器和第二谐振器之间的间距；以及(ii)与上述耦合相耦合的分流电感。

Description

多层带通滤波器
技术领域
本发明各实施例涉及滤波器，尤其涉及可在诸如双工器或同向双工器的电气系统中使用的多层带通滤波器。
背景技术
近年来，由于其中结合的各种组件的小型化，已实现了诸如移动电话和无线LAN(局域网)装置的移动通信装置小型化的显著进步。结合在通信装置中的组件之一是带通滤波器。带通滤波器抑制具有特定带宽以外的频率的信号，并在很少或无抑制地通过频率在该特定带宽内的信号。带通滤波器被广泛地使用。例如，带通滤波器可在与移动电话相关联的双工器和同向双工器中找到。带通滤波器也可以允许移动电话的天线以一频带进行发射同时以另一频带进行接收。
一种带通滤波器在美国专利6020799中加以描述，其图12重现为本文的图1。参考图1，带通滤波器由两个TEM(横向电磁模式)谐振器构成。这些谐振器用级联连接连在一起。每个谐振器都包括一对传输线，包括高阻抗的窄传输线和低阻抗的宽传输线。每个谐振器的窄传输线被认为是相应谐振器的近端。每个谐振器的近端连接到另一谐振器的近端，并且还接地。每个谐振器的阻抗低于任一窄传输线的宽传输线可被认为是相应谐振器的远端。每个谐振器的远端是“断开”的，因为不可流过直流。每个谐振器的窄传输线电磁耦合到另一谐振器的窄传输线，且每个谐振器的宽传输线电磁耦合到另一谐振器的宽传输线。每个谐振器中生成的电磁场与另一谐振器中生成的电磁场干扰并耦合，形成了谐振器之间所谓的“耦合”或“电磁耦合”。
但在美国专利6020799中，每个TEM模式谐振器的远端电容耦合到输入和输出端子并接地。整个结构提供了电容耦合的基本量。还添加级间耦合电容器以控制耦合以及衰减极点频率，但贯穿该结构，电抗耦合完全是电容性的。由于耦合完全是电容性的，只有有限的控制可用于精确地设置衰减极点。为减轻该电容性电抗耦合，可减小谐振器之间的线路距离，且也可通过改变第一传输线的线路距离和第二传输线的线路距离来调节传输特征的衰减极点频率。但减轻电抗耦合的过度电容的这些方法只能仅此而已，因为光刻技术不能超过光刻限制(现今，一般为0.2mm)将线路更靠近地放置在一起。此外，通过调节传输线与线路间距离的偶模和奇模阻抗比，可改变耦合度。然而，谐振器之间的线路距离仅能被减少至此。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种带通滤波器可包括第一谐振器和第二谐振器。第一谐振器和第二谐振器之间的耦合可通过以下至少之一加以控制：(i)第一谐振器和第二谐振器之间的间距，以及(ii)与所述耦合相耦合的分流电感。
根据本发明的第二方面，一种滤波器可包括用于通过一频带的滤波装置。该滤波装置可具有第一谐振器装置和第二谐振器装置。该滤波器还可包括第一谐振器装置和第二谐振器装置之间的耦合装置。该耦合装置可通过以下至少之一加以控制：(i)第一谐振器装置和第二谐振器装置之间的间距以及(ii)与所述耦合装置耦合的分流电感装置。
附图说明
图1是根据美国专利6020799中所述公知实现的公知叠片介质带通滤波器(BPF)结构的透视分解图。
图2是图1的介质BPF结构的等效电路。
图3示出了根据图1和图2中所述公知结构的用于改善接近介质滤波器的通频带的衰减量的传输特征模拟结果的两个曲线图。
图4是根据本发明第一实施例的带通滤波器配置的透视分解图。
图5是图4的带通滤波器配置的等效电路。
图6是示出根据图4和图5的实施例的带通滤波器的传输和反射特征(以dB为单位)对频率的曲线图。
图7是根据本发明第二实施例的带通滤波器配置的透视分解图。
图8是根据本发明第三实施例的带通滤波器配置的透视分解图。
图9是根据本发明第四实施例的带通滤波器配置的透视分解图。
图10是根据本发明第五实施例的带通滤波器配置的透视分解图。
图11是图10的带通滤波器配置的等效电路。
图12是示出根据本发明第一实施例的改变带通滤波器中的分流电感的影响的曲线图。
图13是示出根据本发明第一实施例的改变带通滤波器中的直接耦合电容(Cd)的影响的曲线图。
具体实施方式
需要一种通信装置，它可包括集成于单个多层体中的一个以上被动组件。通过调节被动组件的电抗，诸如带通滤波器(BPF)内的电容器和电感器，可更精确和容易地定位BPF的衰减极点。单个多层体可具有通过一个或多个通路连接的若干端子，并且不需要大端接电极。一些通路电感对BPF电气性能较敏感，这可加以考虑。
图1是根据美国专利6020799中所述公知实现的叠片介质BPF结构的透视分解图。叠片介质BPF结构具有可在7Ω到35Ω范围内实现的偶模阻抗Ze。由于光刻限制，线路一般不能用窄于0.2mm和大于2mm的线宽或间隙来实现。因此，在每个谐振器的传输线之间，最小偶模阻抗阶跃率Ke是0.2。此外，如果Ke较大，则不能缩短谐振器长度，因此存在Ke的合适范围，且对于带状线的结构参数，它优选为0.2到0.8，更优选为0.4到0.6。因此，当偶模阻抗为7Ω时，能实现的偶/奇模阻抗比P约1.4或以下，在20Ω时为1.9或以下，且在35Ω时为2.2或以下。
图1的叠片介质BPF结构具有其上提供器件的多个厚介质片10a-e。介质片10a包含一对带状线谐振器，作为传输线17a和17b。第一传输线17a具有带状线谐振器电极11a，且第二传输线17b具有带状线谐振器电极11b。第一传输线17a和第二传输线17b共享共用接地电极16。第一传输线17a和17b具有较高特征阻抗并在一端接地，且第二传输线18a和18b具有较低特征阻抗并在一端断开。耦合电容(Cc)28(图2中示出)形成于耦合电容电极20与带状线谐振器电极11a和11b之间。负荷电容(CL)26和27(图2中示出)形成于负荷电容电极19与所添加的带状线谐振器电极11a和11b之间。因此，在带状线谐振器电极11a和11b之间实现叠片导电BPF。
叠片BPF结构具有谐振器结构中的两个TEM模式谐振器，其中整个线路长度短于四分之一波长。第一传输线(即，具有相对较高阻抗的窄传输线)与各第二传输线(即，具有较低阻抗的宽传输线)级联连接。第二传输线的特征阻抗低于第一传输线的特征阻抗。第一传输线中的每一条都在近端接地，且第二传输线中的每一条都在远端断开。第一传输线被电磁耦合，且第二传输线被电磁耦合。在这两种情况中独立设定电磁耦合的量。
介质片10c包含负荷电容电极19，它分别与带状线谐振器电极11a和11b形成负荷电容(CL)26、27(图2中示出)。介质片10c还包含与带状线谐振器电极11a形成第一电容器的电容电极12a、以及与带状线谐振器电极11b形成第二电容器的电容电极12b。介质片10b分别包含输入和输出端子14a和14b，以及接地端子15a和15b。
耦合电容(Cc)28(图2中示出)及负荷电容(CL)26和27(图2中示出)的组合允许偶/奇模阻抗比(P1，P2)的调节。因此，衰减极点被设定于通频带附近。介质片10b和介质片10d分别用屏蔽电极13a和13b覆盖。谐振器端16、负荷电容器端19以及I/O端子12a和12b分别与大电极15d、15c、14a和14b侧向端接。由于电极的面积相对较大，这些电极的电感效应是可以忽略的。
两个TEM模式谐振器通过单独的耦合装置电容耦合，从而可以靠近滤波器的通频带生成衰减极点。负荷电容(CL)26和27(图2中示出)与带状线谐振器电极11a和11b平行。
通过设定P1和P2的关系，可在指定频率处自由地形成衰减极点。但是，TEM模式谐振器的开路端用分流负荷电容器接地。TEM模式谐振器以及输入和输出端子被电容耦合。通过改变第一传输线的线路距离以及第二传输线的线路距离来调节传输特征的衰减极点频率。通过设定线路之间的距离来调节传输线的偶模和奇模阻抗比，可改变耦合度。如图2所示，添加级间耦合电容(Cc)28，以控制该耦合以及衰减极点频率。
然而，采用该设计的一个问题在于：尽管可在通频带附近生成衰减极点，但不能在通频带两侧上提供多个衰减极点。在通频带两侧上有衰减极点的滤波器能同时增加带外频率的衰减，这对于许多滤波器应用来说都是期望的。
此外，在图1的现有技术设计中，由于衰减极点变成传输线阻抗、负荷电容器和内部耦合电容器的复杂函数，很难为期望的滤波器中心频率和期望的谐振器耦合(即为了中心频率的任一侧上向下3dB的期望滤波器带宽)实现期望频率处的衰减极点。由于输入和输出耦合电容器(电容器23和24，如图2所示并在图1中分别位于带状线谐振器电极11a和11b以及电容电极12a和12b之间)，如图2所示的级间耦合电容(Cc)28以及如图2所示的负荷电容器(CL)26和27都在同一层上，所以很难设计需要较大输入和输出耦合电容器23和24的宽带滤波器。此外，由于输入和输出耦合电容器23和24、级间耦合电容(Cc)28以及负荷电容(CL)26和27都在同一层上，至少相对于x-y空间平面很难设计小型化的BPF。至少出于这些理由，如图1所示的带状线谐振器BPF不适用于需要宽频带(即大带宽)的滤波器。
图1的BPF结构的另一问题是端接电极的大小和位置。通信装置的小型化会需要将一个以上的被动组件集成于单个多层体中。较好的方法是使各组件的端子通过一个或多个通路连接，使这些端子能位于装置的底部，代替具有较大的侧向端接端子。如果在这一改善中使用通路，一些通路电感会对BPF电气性能敏感，并因此必须加以考虑。
图2是图1的介质BPF结构的等效电路。如图2所示，大输入和输出耦合电容器23和24分别具有输入/输出端子21和22。
图3示出了图1和图2所示的介质BPF结构的传输特征模拟结果的两个曲线图。图3的上方曲线图涉及具有低零衰减极点的滤波器，且下方曲线图涉及具有高零衰减极点的滤波器。在这两种情况中，实线示出了当衰减极点离滤波器中的通频带最远时的特征。
图4是根据本发明第一实施例的BPF配置的透视分解图。图5是图4的带通滤波器配置的等效电路。
参考图4，可并排放置两个四分之一波长的平面TEM模式带状线谐振器52和54。谐振器的一端可通过通路电感器的电感连接在一起并连接到系统接地，该通路电感器的电感可以通过层03中的孔和通孔56～60从短路端116到接地来实现。谐振器52和54之间的电磁耦合可取决于谐振器52和54之间的间距以及通路电感器的分流电感的值。对于这种类型的结构，由于可从短路端116通过层03中的孔和通孔56～60实现的通路电感器的相对较大的电感，谐振器52和54之间的主要耦合可变成电感性的。I/O端口之间的输入/输出端口电容可以用I/O电容器形成，它可在板62和74之间以及板66和76之间实现。直接耦合电容(Cd)和谐振器52和54之间的电感内部耦合可在BPF的通频带的两侧处提供衰减极点。这些衰减极点的位置可通过改变板72与I/O电极62和66之间实现的直接耦合电容(Cd)的值来加以控制。直接耦合电容(Cd)可以对内部耦合没有影响。
可分别在板74和76之间实现的分流负荷电容器C11和C12以及接地板78可置于分开的介质片上，且可以用BPF的系统接地78形成电容。分别由板74和76形成的分流负荷电容器C11和C12以及接地78可通过通路电感连接到谐振器的断开端，这可以通过孔82-88并通过层03中的孔继续到远端110和112来实现。负荷电容器C11和C12可帮助减少用于期望中心频率的谐振器长度。谐振器长度可确定谐振器的等效电容和电感。每个谐振器可被理解为等效于与一电感并联的电容，它可以与Le串联。L1和C11的串联基本上与谐振器并联，且谐振器的全部谐振频率会受到这些被动组件中的每一个的影响。谐振频率可通过等式1/(2π√(LC))进行计算，其中L和C表示包括L1、分流负荷电容器C11、Le以及谐振器的内部电感和电容(由包含其长度的谐振器几何形态确定)的谐振器环境的总电感和总电容。因此，可设计最佳负荷电容以小型化BPF大小。
对于宽带BPF，板62和74之间以及板66和76之间形成的I/O耦合电容器可适当较大。I/O耦合电容器(板62和74以及板66和76)被示为在独立介质片上并可以与分流负荷电容器(板74和76，以及接地78)电容耦合，其中可能按照滤波器设计要求来设计较大的I/O电容器。I/O耦合电容器(板62和74以及板66和76)可通过通路电感连接到系统接地平面78的I/O垫64和68。在系统接地平面78上，I/O垫64和68以及接地平面78可相互分开。
对于宽带滤波器，谐振器52和54之间的内部耦合应足够大，以满足设计要求。谐振器52和54之间的耦合可按至少两种方式加以控制。控制耦合的一种方式可以是通过控制谐振器52和54之间的间距，即谐振器52和54之间的间距越短，耦合越强，且谐振器52和54之间的间距越大，耦合越弱。但在特定极限之后，该间距会由于处理限制而不能降低。控制耦合的另一方式可以是通过使用分流电感，这可以通过层03中的孔(短路端116处)和孔56-60来实现。分流电感可通过提供附加的电感耦合来控制谐振器的内部耦合。当通过层03中的孔以及通孔56-60从短路端116到接地而实现时，通路电感器的电感可通过改变层03中的孔(短路端116处)以及孔56-60的通路大小来加以控制。如果需要较大的电感，则可以向通路串联地添加某些物理串联电感(未示出)。通过使用一个或多个并联通路(未示出)或增大通路直径(未示出)可减小电感值。
如果负荷电容器(例如，通过板74和76与接地78形成的电容器)被置于谐振器层(图4中的层03)之上，它们可电连接到浮动接地34A，它可以通过若干通路电感(例如，可通过孔92-106实现)连接到系统接地。这种通路电感(未示出)可对谐振器52和54的谐振器内部耦合敏感。小的通路电感变化会影响谐振器耦合，以及上频带衰减极点的位置。因此，分流负荷电容器(它可使用板74和76)可置于结构的底层处，如图4所示，它可电连接到系统接地平面78。
BPF配置可包括七个叠片层，图4中标识为层01-07。介质片可以是相同的介质材料或不同的介质材料。可以用导电膏填充从短路端116通过层3和通孔56-60的通路孔、以及从远端110和从远端112通过层03和通孔82-88的那些通路孔。同样，可以用导电膏等填充任何其它通路孔，以在期望处建立通路。
层01可包括BPF结构顶上的伪介质片。层02可提供浮动接地34A，且层07可提供系统接地78。层02可以相当厚，并且存在两个接地平面(层02和07上)，它们可通过若干通路(例如孔92-106)相互连接以维持BPF结构的适当接地。通路孔92-106表示沿着图4所示结构的第一边缘(例如前边缘)的通路孔。沿着该结构的第二边缘(例如后边缘)，类似数量的通路孔可提供用作类似的互连通路。这种通路在图4中用在层02中的四个边角孔和层03中的四个边角孔之间延伸的虚线表示。图4还示出了层04、05和06的每一个中的相应边角孔，它们允许浮动接地34A到系统接地78的通路互连，但为简化附图，未示出层03到07之间的虚线。
类似的惯例被用于示出图4中的其它虚线通路表示。特别是，与通路相连并从其向下延伸的每个金属板或区域(例如，层03上的谐振器52和54以及层05上的I/O电容器板62和66)由一个或多个小圆圈标记，每个圆圈标记都表示一通路耦合和从其向下延伸的位置。向下延伸的通路由虚线表示，它们(为简化附图)仅示出从它们的第一层向下延伸，即从它们开始发源的各自的金属板或区域向下延伸。例如，示出三条虚线通路，它们从层03上的谐振器52和54上的三个圆圈标记向下延伸。在层03和04之间示出谐振器52和54的虚线通路近端116，但在层04下面未示出(为简化附图)，然而可以理解：该通路从层04通过通路孔56-60继续到层07上的系统接地78。类似地，在层03和04之间示出谐振器52和54的两个虚线通路近端110和112，但在层04下面未示出(为简化附图)，然而可以理解：该通路从层04通过通路孔82-88继续到负荷电容器74和76。同样，在层05和06之间示出了两个虚线通路，它们从层05上的I/O电容器板62和66向下延伸，但在层06下面未示出(为简化附图)，然而可以理解：该通路从层06通过通路孔118和120继续到层07上的I/O垫64和68。图7-10中采用虚线通路表示的类似标记惯例。
带状线谐振器BPF(包括第一谐振器52和第二谐振器54)可置于两个接地平面之间。用于TEM四分之一波长谐振器(以下称作第一谐振器52和第二谐振器54)的图形可置于层03的介质片上。第一谐振器52和第二谐振器54各自可具有断开端110和112，在此处电场会相对较大且磁场会相对较小；以及短路端114和116，此处磁场会较大且电场较小。总场是相同的。谐振器52和54的短路端114和116可连接在一起，随后通过通路电感器的电感(Le)端接到系统接地78，该通路电感器可通过层03中的孔(短路端116处)以及通孔56-60得以实现，如以下参层07所述的。
滤波器还可具有第一谐振器52和第二谐振器54之间的耦合。第一谐振器52和第二谐振器54之间的耦合例如可以是电感分流谐振器耦合。该耦合可以是允许在第一谐振器52处产生、并影响第二谐振器54的或者在第二谐振器54处产生、并影响第一谐振器52的电场或磁场或者电场和磁场的组合的任何结构。因此，该耦合可通过(i)第一谐振器52和第二谐振器54之间的间距，以及(ii)耦合到该耦合的分流电感(可通过短路端116处的层03中的孔以及通孔56-60实现)的至少之一来控制。该耦合也可通过第一谐振器52和第二谐振器54之间耦合的电容(例如，可通过直接耦合电容器板72以及谐振器52和54的短路端114和116形成的直接耦合电容)来控制。如果需要，结构电感(图4中未示出)可置于第一谐振器52和第二谐振器54之间以控制该耦合，如下所述。
由于第一谐振器52和第二谐振器54之间的耦合，图4的滤波器可解释为具有相对较宽带宽的带通滤波器。特别是，滤波器可具有第一极点和第二极点，其间有足够间距以形成预定带宽，例如一千兆赫带宽。如果需要，由于可通过分流电感提供附加耦合，可以形成很宽的频带BPF。
用于直接耦合电容器(Cd)72的电极可驻留在层04上。用于直接耦合电容器(Cd)72的电极可被认为是两个串联电容之间的节点，这两个串联电容之一用第一输入/输出电容器电极(Ce1)62形成而另一个用第二输入/输出电容器电极(Ce2)66形成。
第一输入/输出电容器电极(Ce1)62和第二输入/输出电容器电极(Ce2)66可驻留在层05上。这些电极以及它们所形成的电容器也可称作“激励”或“端口”电极和电容器，且各自可与层06上的电极形成电容。
直接耦合电容器(Cd)可形成于层4上的电极72与层5上的I/O电极62和66之间。BPF的衰减极点频率的控制可通过调整直接耦合电容器(Cd)72来实现。直接耦合电容器(Cd)72的实现也可在图5所示的等效电路上看到，其中第一输入/输出电容器电极和第二输入/输出电容器电极被表示为第一输入/输出电容器电极(Ce1)62和第二输入/输出电容器电极(Ce2)66的一部分。
由于谐振器层(层03)可以是较厚的介质片，直接耦合电容器(Cd)72可不与第一谐振器52和第二谐振器54之间的内部耦合相干扰。如图4所示，介质片层03可以比其它层更厚。(Cd)72的调整可控制带外衰减极点频率，而不影响第一谐振器52和第二谐振器54的内部耦合。因此，衰减极点的控制不需要依赖于内部耦合。
第一负荷电容器电极(C11)74和第二负荷电容器电极(C12)76可位于层06上。第一负荷电容器电极(C11)74和第二负荷电容器电极(C12)76可与系统接地78形成第一负荷电容(C11)和第二负荷电容(C12)。当负荷电容器C11和C12进行适当的尺寸调节时，可在较宽范围上调节I/O电容器值。第一负荷电容器电极和第二负荷电容器电极也在图5中示出，分别作为第一负荷电容器(C11)74和第二负荷电容器(C12)76的一部分。第一负荷电容器电极和第二负荷电容器电极可电容耦合到接地78，如图4中层07上的系统接地和图5中的接地所示。
层07可在同一介质片的下表面上实现，该介质片的上表面上可以实现第一负荷电容器电极(C11)74和第二负荷电容器电极(C12)76。层07可包含系统接地78以及输入/输出垫64和68。负荷电容器74和76可减小谐振器52或54的物理长度。由于负荷电容器74和76可驻留在单独的介质表面上，可优化总的谐振器长度和负荷电容器大小以设计最佳BPF尺寸。I/O电容器电极62和66(层05上)也可通过通路电感器(可通过孔118和120以及通过层05的相应孔实现)连接到I/O端子垫64和68(层07上，它可以在介质层06的下侧上)。这些通路电感器可表示为图5中的Le1和Le2。
层07上的系统接地也可通过一通路(例如短路端116处层03中的孔以及孔56-60)电感耦合到层02上的第一谐振器52以及第二谐振器54的近端114和116，它可以形成分流电感，以下也称作电感分流谐振器耦合。该分流电感在图5中表示为Le。
包含电感器以分流谐振器可允许BPF过滤更大的带宽。为设计低损耗滤波器，可按照空载品质因数优化谐振器宽度。谐振器52和54之间的电磁耦合可通过改变它们之间的间距以及将它们连接到系统接地78的通路电感来控制。当谐振器52和54相互移近时，它们间的耦合增加。由于当前的处理限制，第一谐振器52可与第二谐振器54如何接近地隔开存在限制。为设计宽带滤波器，可通过改变(在短路端116处的通过层03的孔中以及在孔56-60中的)通路电感来添加附加耦合。附加耦合可通过添加物理串联电感(未示出)以及短路端116处层03中的孔和孔56-60的通路电感来实现，且可以通过将并联电感(未示出)添加到系统接地78来减少总耦合。因此，能自由设计宽带滤波器，而不管当前的处理限制。对于这种类型的BPF结构，谐振器之间的主要耦合可以是电感性的，而非电容性的，尽管也可以包括电容耦合。
短路端116处层03中的孔和孔56-60的分流电感可允许第一谐振器52和第二谐振器54之间耦合的更大控制，因此允许BPF的3-dB转折点之间间距的更大控制。
如图4所示，第一谐振器52可通过短路端116处层03中的孔和孔56-60使短路端114耦合到分流电感，且第二谐振器54也可通过短路端116处层03中的孔和孔56-60使短路端116耦合到分流电感。电感耦合可通过一通路(通过短路端116处层03中的孔并通过孔56-60)在(i)第一谐振器52的短路端114和第二谐振器54的短路端116、以及(ii)系统接地78之间实现。
根据本发明一示例性实施例的滤波器可包括以下至少之一：(a)一通路(通过短路端116处层03中的孔并通过孔56-60)和(b)物理电感，例如电感器。例如，通路可用于提供系统接地78以及可包含每个谐振器52和54的短路端114和116的节点之间的传导路径。如果确定了需要附加电感，例如当需要更大的带宽时，则可用物理电感(未示出)补充滤波器的电感。滤波器可包括一个层(例如层03)，它具有第一谐振器52和第二谐振器54以及物理电感(未示出)。或者，该滤波器可包括具有第一谐振器52和第二谐振器54的第一层(例如层03)、以及具有物理电感(图4中未示出，但可添加于层04的不使用区域并耦合到端114和116)的第二层(例如层04)。
如果需要，第一谐振器52可在第一层(例如层03)上实现，第二谐振器54可在第二层(通常足够接近以直接在第一谐振器52和第二谐振器54之间提供电感耦合)上实现，且物理电感(未示出)可在第三层上实现。该物理电感(未示出)可包括金属或另外的导电材料，诸如导电陶瓷或导电叠片材料，或者可以包括可在特定条件下传导的活性元素。
在不背离本发明的情况下，前述实施例的变化也是可能的。例如，直接耦合电容器72(图5中)的Cd电容可在任一层上实现，或者以并联、串联或其任何组合形式在多个层上实现，因为Cd电容72可具有比直接耦合电容还要进一步分开地连接的端子。
根据本发明一实施例，滤波器可包括叠片介质滤波器。叠片介质滤波器构造成本较低并极小。但可以理解：根据本发明各实施例的其它滤波器可以不是叠片介质滤波器。叠片介质滤波器可允许用预定层上的第一板和第二板实现电容器，或者用第一层上的第一板和第二层上的第二板实现该电容器。通过允许导电路径在层间延伸到系统接地，与这些层和板垂直的通路可提供电感。此外，根据本发明一实施例，第一谐振器52和第二谐振器54各自可包括横向电模式(TEM)谐振器。但如果需要，可在一个层上或其内诸如通过导电线圈实现物理电感。
图6是根据图4和图5的实施例的BPF的传输和反射对频率的曲线图。第一极点132提供约58dB的衰减，而第二极点134提供超过30dB的衰减。30dB的抑制可有助于相邻频带的分离。反射的抑制也可被视为接近30dB。
图7是根据本发明第二实施例的BPF的透视分解图。本发明的第二实施例与第一实施例的区别在于：通过孔156-160和156A-160A实现的两个通路(而非一个)可将层03的谐振器152和154连接到层07的系统接地178。通过孔156-160的通路可继续到第一谐振器152的短路端(近端)，且通过孔156A-160A的通路可继续到第二谐振器154的短路端(近端)。添加通过一个或多个通路的电感器可允许将较小的电感耦合到谐振器152和154，并因此可以减小谐振器152和154之间的内部耦合。
与图4的实施例相同，图7的实施例可由多个层构成。虚设层32B可在层01上实现，浮动接地34B可在层02上实现，且系统接地178可在层07上实现。带状线谐振器BPF可置于两个接地平面，即层02和层07之间。用于TEM四分之一波长谐振器(以下称作第一谐振器152和第二谐振器154)的图形可置于层03的介质片上。与图4的谐振器相同，图7的第一谐振器152和第二谐振器154各自可具有远端110A(即断开端)，此处电场相对较高且磁场较小；以及近端112A，此处磁场相对较大且电场较小。谐振器的近端112A可连接在一起并通过通路电感器的电感(Le)端接到系统接地178，所述电感可通过近端112A处层03中的孔、孔156-160和156A-160A实现，如以下参照层07所述的。本领域的熟练技术人员可理解：图7(以及图8和9)的图解类似于图4中所示，因此未加以显示。
层04上，可沉积用于直接耦合电容器(Cd)172的电极。层05上，可沉积第一输入/输出电容器电极(Ce1)162和第二输入/输出电容器电极(Ce2)166。第一负荷电容器电极(C11)174和第二负荷电容器(C12)176可驻留在层06上。层07可在同一介质片的下表面上实现，该介质片的上表面上可以实现第一负荷电容器电极C11 174和第二负荷电容器电极(C12)176。层07不仅可包含系统接地178，还可包含输入/输出垫164和168。在本发明的第二实施例中，层07的系统接地178可通过两个通路耦合到谐振器152和154以提供附加电感，这两个通路是通过通路孔156-160和156A-160a并通过层03中的相应孔实现的。。
图8是根据本发明第三实施例的BPF的透视分解图。本发明的第三实施例与第一实施例的区别在于：物理电感200可在层05上实现。物理电感200可允许将更大的电感耦合到谐振器252和254，并因此可以增加谐振器252和254之间的内部耦合。
与图4和图7的实施例相同，图8的实施例可包括多个层。虚设层32C可实现于层01上，浮动接地34C可实现于层02上，且系统接地278可实现于层07上。带状线谐振器BPF可置于两个接地平面，即层02和层07之间。用于TEM四分之一波长谐振器(以下称作第一谐振器252和第二谐振器254)的图形可驻留在层03的介质片上。与图4的谐振器相同，图8的第一谐振器252和第二谐振器254可分别具有远端210和212，此处电场相对较大且磁场较小；以及近端214和216，此处磁场相对较大且电场较小。谐振器252和254的近端214和216可连接一起并通过通路电感器的电感(Le)端接到系统接地278，其中电感(Le)可通过层03中的孔、孔256、物理电感200和层05中的孔以及孔260实现，如下所述。
层04上，可沉积用于直接耦合电容器(Cd)272的电极。层05上，可沉积第一输入/输出电容器电极(Ce1)262和第二输入/输出电容器电极(Ce2)266。第一负荷电容器电极(C11)274和第二负荷电容器电极(C12)276可置于层06上。层07可在同一介质片的下表面实现，该介质片的上表面上可实现第一负荷电容器电极(C11)274和第二负荷电容器电极(C12)276。层07不仅可包含系统接地278还可包括输入/输出垫264和268。在本发明的第三实施例中，层07的系统接地278可通过层05上的物理电感200耦合，以增加总分流电感，从而增加谐振器252和254之间的总内部耦合。
图9是根据本发明第四实施例的BPF的透视分解图。本发明的第四实施例与第三实施例的区别在于：不仅可以在层05上实现物理电感300(如图8的实施例中)，还可以将谐振器352和354校直。校直的谐振器352和354可允许谐振器352和354之间更大的内部耦合。
与图4、图7和图8的实施例相同，图9的实施例可包括多个层。虚设层32D可实现于层01上，浮动接地34D可实现于层02上，且系统接地378可实现于层07上。带状线谐振器BPF可驻留于两个接地平面，即层02和层07之间。用于TEM四分之一波长谐振器(以下称作第一谐振器352和第二谐振器354)的图形可驻留在层3的介质片上。与图4的谐振器相同，图9的第一谐振器352和第二谐振器354可分别具有远端310和312，此处电场相对较大且磁场较小；以及近端314和316，此处磁场相对较大且电场较小。谐振器352和354的近端314和316可分别连接在一起、并通过通路电感器的电感(Le)端接到系统接地378，该电感(Le)可通过层03中的孔、孔356、耦合电感器300、层05中的孔和孔360实现。
层04上，可沉积用于直接耦合电容器(Cd)372的电极。层05上，可沉积第一输入/输出电容器电极(Ce1)362和第二输入/输出电容器电极(Ce2)366。第一负荷电容器电极(C11)374和第二负荷电容器电极(C12)376可驻留于层06上。层07可在同一介质片的下表面上实现，该介质片的上表面上可实现第一负荷电容器电极(C11)374和第二负荷电容器电极(C12)376。层07不仅可包含系统接地378，还可包括输入/输出垫364和368。在本发明的第四实施例中，层07的系统接地378可通过层05上的物理电感300耦合以提供附加电感，从而增加谐振器352和354之间的总内部耦合。
图10是根据本发明第五实施例的BPF的透视分解图。图11是图10实施例的等效电路的示意图。本发明的第五实施例与第四实施例的区别在于：可添加附加谐振器450。该BPF可包括三个(或更多)谐振器级。谐振器450-454可以是三个四分之一波长TEM模式谐振器。谐振器450-454的短路端414-416可连接在一起，随后通过通路电感器的电感接地，该电感可通过孔456-460并通过层03中的孔实现。每个谐振器450-454可被校直，以增加谐振器450-454之间的耦合。此外，可将三个负荷电容器电极474-476置于层06上。
与图4、图7、图8和图9的实施例相同，图10的实施例可包括多个层。虚设层32E可实现于层01上，浮动接地34E可实现于层02上，且系统接地478可实现于层07上。带状线谐振器BPF可置于两个接地平面，即层02和层07之间，尽管图10的带状线谐振器BPF可包括三个(或更多)谐振器450-454而非两个，且谐振器450-454可被校直。用于TEM四分之一波长谐振器(以下称作第一谐振器452、第二谐振器454和第三谐振器450)的图形可驻留在层3的介质片上。与图4的谐振器相同，图10的第一谐振器452、第二谐振器454和第三谐振器450可分别具有远端410-412，此处电场相对较大且磁场较小；以及近端414-416，此处磁场相对较大且电场较小。谐振器450-454的近端414-416可连接在一起，并通过通路电感器的电感450(Le)端接到系统接地478，该电感(Le)可通过层03中的孔、通孔456-460实现，如下所述。
层04上，可沉积用于直接耦合电容器(Cd)472的电极。层05上，可沉积第一输入/输出电容器电极(Ce1)462和第二输入/输出电容器电极(Ce2)466。第一负荷电容器电极(C11)474、第二负荷电容器电极(C12)476和第三负荷电容器电极(C13)475可置于层06上。层07可在同一介质片的下表面上实现，该介质片的上表面上可实现第一负荷电容器电极(C11)474、第二负荷电容器电极(C12)476和第三负荷电容器电极(C13)475。层07不仅可包含系统接地478，还可包括输入/输出垫464和468。在本发明的第五实施例中，层07的系统接地478可通过通路电感耦合，它可延伸通过层03中的孔并通过相应的孔456-460，以增加谐振器450-454之间的总内部耦合。附加谐振器450可与第二谐振器454并联。应理解：也可添加附加谐振器，其中耦合可用于改进滤波器电气性能的曲线形状。
参考图11，第一负荷电容器电极、第二负荷电容器电极和第三负荷电容器电极各自可电容耦合到接地478，形成分流负荷电容器(C11)474、(C12)476和(C13)475。如在前述实施例中，层5上可有两个I/O电容器端子462和466，各自可与层07上的I/O垫464和468电感耦合。
如在前述实施例中，层07上的系统接地478可通过一通路电感耦合到层03上的第一谐振器452、第二谐振器454和第三谐振器450的近端，该通路可延伸通过层03中的孔和孔456-460形成分流电感，这里也称为电感分流谐振器耦合。分流电感在图11中示为Le 450。
在前述实施例中，包含电感器以分流谐振器可允许对内部耦合的更大控制，并允许BPF过滤更大的带宽。为设计低损耗滤波器，可按照空载品质因数优化谐振器宽度。谐振器之间的电磁耦合可通过改变它们之间的间距以及将它们连接到系统接地的通路电感来控制。随着谐振器更加相互移近，它们之间的耦合增加。由于当前的处理限制，可在谐振器间建立某一最小间隔。但为了设计宽带滤波器，可通过改变通路电感值来增加附加的耦合。附加耦合可通过增加物理串联电感和通路电感来实现，且通过将并联电感添加到系统接地来减小总耦合。因此，在当前或未来处理限制的情况下，可自由地设计宽带滤波器。对于这种类型的BPF结构，谐振器之间的主要耦合可变成电感性，而非电容性的，尽管也可包括电容耦合。
分流电感可允许谐振器之间耦合的更大控制，因此允许BPF的3-dB转折点之间间距的更大控制。
图12是示出根据本发明第一实施例的由于内部耦合变化而改变关系的曲线图，即3-dB带宽随变化的分流电感变化。标记为S(1，2)的图12的曲线图的第一轨迹502示出了0.2nH分流电感的BPF的传输损耗。通过增加分流电感，可以增加滤波器的带宽。
标记为S(3，4)的图12的曲线图的第二轨迹530示出了0.3nH分流电感的BPF的传输损耗。通过将分流电感从0.2nH增加到0.3nH，可增加滤波器的带宽。
标记为S(5，6)的图12的曲线图的第三轨迹550示出了0.4nH分流电感的BPF的传输损耗。在将分流电感从0.2nH增加到0.3nH随后增加到0.4nH时，可进一步增加滤波器的带宽。
图13是示出根据本发明第一实施例的由于直接耦合电容(Cd)变化而改变关系的曲线图。标记为S(1，2)的图13的曲线图的第一轨迹610示出了0.1pF直接耦合电容的BPF的传输损耗。描述发送器内损耗的传输损耗对2.0GHz的信号可具有约28dB的抑制，且该传输损耗会在约2.85GHz的频率处具有衰减极点(约46dB的抑制)。传输信号在通频带内，特别在约4.25GHz和6.15GHz之间具有很小的抑制。因此，在宽频带外有很强的抑制，且在该频带内有很小的抑制，形成很有效的BPF。
标记为S(3，4)的图13的曲线图的第二轨迹630示出了0.15nF直接耦合电容的BPF的传输损耗。该传输损耗在通频带外没有同样大的抑制。
标记为S(5，6)的图13的曲线图的第三轨迹650示出了0.2pF直接耦合电容的BPF的传输损耗。与轨迹610和630的特征相比，该传输损耗在通频带外的抑制更小。
因此，图13示出了衰减极点和BPF的其它特征可通过改变直接耦合电容加以控制。
因此，已示出了用于无线LAN(局域网)和/或其它通信系统的具有高空载品质因数的低档多层介质BPF。该低档多层介质BPF可具有若干层薄介质片和电极层，它们可烧制在一起以形成一单体。应理解，前述的仅仅是电感并联谐振器耦合的一个示例，且在不背离本发明精神的情况下，其它实施例和设计也是可能的。例如，可添加附加谐振器，或可添加诸如附加电容器或电感器的附加被动元件以进一步形成通频带。此外，多个BPF可在同一个单片结构中实现。诸如低通滤波器、阻带滤波器和高通滤波器以及具有多频带的滤波器的其它类型滤波器也可在本发明的范围内实现。

Claims (14)

1.一种带通滤波器，包括：
第一谐振器；
第二谐振器；以及
所述第一谐振器和第二谐振器之间的耦合，所述耦合通过以下至少之一加以控制：(i)所述第一谐振器和第二谐振器之间的间距；以及(ii)与所述耦合相耦合的分流电感。
2.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，
所述第一谐振器具有与所述分流电感耦合的第一端；
所述第二谐振器具有与所述分流电感耦合的第一端；以及
所述分流电感包括在(i)所述第一谐振器的第一端和所述第二谐振器的第一端以及(ii)系统接地之间的导体。
3.如权利要求2所述的带通滤波器，其特征在于，所述导体包括(a)通路和(b)物理电感中的至少一个。
4.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器的衰减通过直接耦合电容器加以控制。
5.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，所述滤波器包括叠片介质滤波器。
6.如权利要求2所述的带通滤波器，其特征在于，所述第一谐振器包括第一TEM谐振器，所述第二谐振器包括第二TEM谐振器，且所述第一谐振器的第一端耦合到所述第二谐振器的第一端。
7.如权利要求2所述的带通滤波器，其特征在于，所述导体包括(a)多个通路和(b)物理电感中的至少一个。
8.一种滤波器，包括：
滤波装置，用于通过限定频带内的信号，所述滤波装置具有第一谐振器装置和第二谐振器装置；以及
所述第一谐振器装置和所述第二谐振器装置之间的耦合装置，所述耦合装置通过(i)所述第一谐振器装置和所述第二谐振器装置之间的间距以及(ii)与所述耦合装置耦合的分流电感装置中的至少一个加以控制。
9.如权利要求8所述的滤波器，其特征在于，
所述第一谐振器装置具有与所述分流电感装置耦合的第一端；
所述第二谐振器装置具有与所述分流电感装置耦合的第一端；以及
所述分流电感装置包括在(i)所述第一谐振器装置的第一端和所述第二谐振器装置的第一端以及(ii)系统接地装置之间的导体装置。
10.如权利要求9所述的滤波器，其特征在于，所述导体装置包括(a)通路装置和(b)物理电感装置中的至少一个。
11.如权利要求8所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器的衰减通过直接耦合电容装置加以控制。
12.如权利要求8所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器包括叠片介质滤波器。
13.如权利要求9所述的滤波器，其特征在于，所述第一谐振器装置包括第一TEM谐振器，所述第二谐振器装置包括第二TEM谐振器，且其中所述第一谐振器装置的第一端连接到所述第二谐振器装置的第一端。
14.如权利要求9所述的滤波器，其特征在于，所述导体装置包括(a)多个通路装置和(b)物理电感装置中的至少一个。
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