DE19534158C1 - Mikrowellen-Keramikfilter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrowellen-Keramik­ filter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Mikrowellen-Keramikfilter werden durch mindestens zwei miteinander gekoppelte Keramikresonatoren gebildet. Im Keramikkörper der Resonatoren ist eine Innenleiterbohrung vorgesehen. Bestimmte Flächen des Keramikkörpers sowie die Innenflachen der Innenleiterbohrungen sind metallisiert. Die Kopplung der einzelnen Keramikresonatoren kann beispielsweise über Apperturfenster erfolgen. Andererseits können die Kera­ mikresonatoren jedoch auch in einem einstückigen Keramikkör­ per ausgebildet sein, so daß die Kopplung direkt über den Ke­ ramikkörper erfolgt.

Mikrowellen-Keramikfilter der vorstehend generell erläuterten Art sind im Prinzip beispielsweise aus "IEEE Transactions on Microwavetheory and Techniques", Vol. MTT-34, No. 9, Septem­ ber 1986, Seiten 972 bis 976 bekannt. In dieser Druckschrift wird das Prinzip derartiger Filter anhand von Einzelresonato­ ren in jeweils einem Keramikkörper beschrieben, die über Ap­ perturfenster miteinander gekoppelt sind. Das Prinzip ist oh­ ne weiteres auch auf monolithische Filter übertragbar, bei denen die einzelnen Keramikkörper in einen einstückigen Kera­ mikkörper übergehen.

Aus der DE-OS 28 37 508 ist eine Piezokeramik bekannt, die als Hauptbestandteile PbO und TiO₂ sowie weitere Bestandteile in Form von Nd₂O₃ und MnO₂ enthält. Dabei handelt es sich je­ doch um eine Keramik für mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Bauelemente nicht aber um eine Keramik, welche für Mikrowellen-Keramikfilter der gattungsgemäßen Art geeignet wäre.

Aus der US-PS 5 130 683 sind λ/2-Keramikresonatorfilter be­ kannt, die durch einen monolithischen Keramikblock mit Innen­ leiterbohrungen gebildet werden. Dabei sind die Außenflächen des monolithischen Blocks sowie die Innenflächen der Innen­ leiterbohrungen mit Ausnahme der Fläche des Blocks, an der Koppelstrukturen vorgesehen sind, metallisch beschichtet.

Mikrowellenfilter der in Rede stehenden Art können beispiels­ weise durch eine Verkopplung von λ/4-Koaxialresonatoren her­ gestellt werden. Die Keramik bzw. das Dielektrikum derartiger Resonatoren ist meistens eine hochdielektrische verlustarme Keramik. Eine generelle Forderung besteht darin, daß die Fil­ ter häufig möglichst klein seien und eine möglichst geringe Einfügungsdämpfung besitzen sollen. Für Schnurlos­ telefon- und Mobilfunkanwendungen sind die Filter schmalban­ dig auszuführen. Das bedeutet, daß Ankoppelkapazitäten mit steigenden Frequenzen - < 1,5 GHz - immer kleiner werden.

Wird ein derartiges Filter mittels Ankoppelantennen in ko­ axialer Form angeregt, bedeutet dies, daß bei höheren Fre­ quenzen die Antennen immer kürzer werden. Dies kann zu mecha­ nischen Instabilitäten und schwer einhaltbaren Meßtoleranzen der Antennenlängen führen und daher die Funktion des Filters beeinträchtigen. Bei höchstfrequenten Anwendungen - < ≈ 2 GHz - ist es darüberhinaus problematisch, Filter aus Neodymtita­ natkeramiken herzustellen. Wegen der höheren Oberflächenrau­ higkeit derartiger Keramiken sind diese Materialien gegenüber anderen hochdielektrischen Keramiken vorteilhaft, weil die Haftfestigkeit der aufzubringenden Metallisierungen wesent­ lich besser ist. Wegen der vergleichsweise hohen Dielektrizi­ tätskonstanten von Neondymtitanatkeramiken werden die Filter jedoch extrem kurz.

Bisher wurden Titanatkeramiken mit Einbrennsilber beschichtet und die Filter aus gekoppelten λ/4-Resonatoren hergestellt. Die Resonatoren können dabei diskret einzeln, durch externe kapazitive oder induktive Beschaltung, durch ein kleines Fenster apperturgekoppelt oder monolithisch in einem Block hergestellt werden.

Bei höchstfrequenten Anwendungen werden Titanatkeramiken mit einer Dielektrizitätskonstanten von < ≈ 40 verwendet, so daß die Länge der Resonatoren wieder ausreichend ist. Die schlechtere Haftfestigkeit wurde dabei in Kauf genommen.

Die Beschaltung der Filter erfolgt meist nicht koaxial, sondern durch externe mit dem Innenleiter des ein- bzw. auskoppelnden Resonators verbundene Induktivitäten oder Kapazitäten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrowellen-Keramikfilter der in Rede stehenden Art anzuge­ ben, bei dem die guten Hafteigenschaften von Neodymtitanat­ keramiken trotz deren relativ hoher Dielektrizitätskonstante ausnutzbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Mikrowellen-Keramikfilter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand eines Unter­ anspruchs.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels gemäß der einzigen Figur der Zeichnung näher erläu­ tert, welche ein erfindungsgemäß ausgebildetes Mikrowellen- Keramikfilter in schematischer perspektivischer Ansicht zeigt.

Gemäß der Figur der Zeichnung wird ein Mikrowellen-Keramik­ filter 1 durch zwei Koaxialresonatoren 2 gebildet, welche mit zwei sich gegenüberstehenden, nicht näher bezeichneten Flä­ chen aneinander stoßen. Die Resonatoren 2 besitzen jeweils eine vordere Stirnfläche 3, eine hintere Stirnfläche 4, eine obere Fläche 5, eine äußere Seitenfläche 6 sowie eine untere Fläche 7. In den Resonatoren 2 ist jeweils eine koaxiale In­ nenleiterbohrung 8 vorgesehen, welche axial senkrecht auf der jeweiligen Stirnfläche 3 bzw. 4 steht. Die beiden Resonatoren sind über ein nicht metallisiertes Apperturfenster 9 mitein­ ander gekoppelt.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Resonatoren 2 aus Neodymtitanatkeramik hergestellt sind und daß die Stirnflä­ chen 3, 4 des jeweiligen Keramikkörpers, auf denen die Innen­ leiterbohrung 8 axial senkrecht steht, metallisierungsfrei sind. Mit anderen Worten ausgedrückt sind also bei den Reso­ natoren 2 jeweils die oberen Flächen 5, die äußeren Seiten­ flächen 6, die unteren Flächen 7, die Innenflächen der Innen­ leiterbohrungen 8 sowie die Flächen, an denen die Resonatoren aneinander stoßen abgesehen vom Apperturfenster 9 metalli­ siert.

Da die Stirnflächen 3, 4 der Resonatoren 2 metallisierungs­ frei sind, ergibt sich im Mikrowellen-Keramikfilter eine Anregung des λ/2-Mode. Daraus ergeben sich neben den guten Haftungseigenschaften der Neodymtitanatkeramik die weiteren Vorteile einer höheren Resonatorgüte von 10 bis 30% höher als bei einem λ/4-Mode, eine mögliche längere Ausführung der bei koaxialer Anregung benötigten Antenne aufgrund einer anderen elektromagnetischen Feldverteilung, so daß mechani­ sche Toleranzen nicht mehr so kritisch sind, sowie eine mögliche vollsymmetrische Ausbildung der Koaxialresonatoren, so daß diese besser handhabbar sind. Die vorgenannten Vortei­ le ergeben sich nicht nur bei apperturgekoppelten Resonatoren 2 des in der Figur der Zeichnung dargestellten Filters 1 sondern auch bei anderen gehäuselosen speziellen Filtern, beispielsweise mit optimierter Oberwellenunterdrückung oder bei gehäuselosen monolithischen Filtern.

Claims (2)

1. Mikrowellen-Keramikfilter, das durch mindestens zwei miteinander gekoppelte Koaxialresonatoren (2) gebildet ist und in dem die Koaxialresonatoren (2) durch jeweils einen eine Innenleiterbohrung (8) aufweisenden metallisierten Keramikkörper gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikkörper aus Neodymtitanatkeramik hergestellt sind und daß die Stirnflächen (3, 4) des jeweiligen Keramik­ körpers, auf denen die Innenleiterbohrung (8) axial senkrecht steht, metallisierungsfrei sind.

2. Mikrowellenkeramikfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialresonatoren (2) durch jeweils einen Keramik­ körper gebildet sind und an aneinanderstoßenden Flächen durch ein Apperturfenster (9) gekoppelt sind.