DE3785078T2 - Dielektrisches Filter. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen dielektrischen Filter, der ein keramisches Material umfaßt, und insbesondere einen dielektrischen Filter, mit dem Hochfrequenzsignale (hiernach als HF-Signale bezeichnet), die einen Frequenzbereich von ultrahohen Frequenzbändern (UHF) bis zu relativ niedrigen Mikrowellenfrequenzbändern aufweisen, gekoppelt werden können und der an eine Verwendung als Bandpaßfilter zur Kopplung von HF-Signalen, die einen Frequenzbereich von entweder 825 MHz bis 845 MHz oder von 870 MHz bis 890 MHz aufweisen, angepaßt ist.
• Eine konventionelle dielektrische Filterstruktur wird im einzelnen in den US Patenten 4,386,328 und 4,283,697, die auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen sind, beschrieben.
• Der konventionelle dielektrische Filter, wie er oben beschrieben wird, ist im allgemeinen in einem leitfähigen, geschlossenen Gehäuse so angeordnet, um den Filter hinreichend zu erden und um Strahlung, die durch den Filter erzeugt wird, vor Streuverlust und am Verursachen elektrischer Interferenzen mit anderen elektrischen Teilen zu hindern.
• Das leitfähige, geschlossene Gehäuse umfaßt einen Hauptkörper und einen Deckel und ist weiterhin auf Grund einer Lötverbindung, die zwischen dem Hauptkörper und dem Deckel in einer thermostatischen und feuchtstatischen Atmosphäre hergestellt wird, als ein gasdichter Kasten konstruiert. Als Ergebnis werden die Filtercharakteristiken vor Verschlechterung als Folge von Änderungen in der Luftfeuchte geschützt.
• Dieser Filtertyp erfordert viele Bearbeitungsprozesse und ist folglich teuer.
• Andere bekannte Filter werden in WO 85/00929 und US-A-4 431 977 beschrieben. Die Filter sind vom Interdigitalbandpaßtyp und umfassen einen Block dielektrischen Materials, in welchem eine Vielzahl von Durchgangslöchern geformt sind, deren innere Wände mit leitender Beschichtung ausgestattet sind, um dadurch Resonatorstäbe zu bilden.
• Gemäß der Erfindung wird ein Filter bereitgestellt, der aufweist: eine Eingangseinrichtung, eine Ausgangseinrichtung, eine dielektrische Einrichtung, die aus einem dielektrischen Material mit einer Deckfläche (oberen Oberfläche), einer Bodenfläche (Bodenoberfläche) und Seitenflächen (Seitenoberfläche) besteht, wobei die dielektrische Einrichtung eine Vielzahl von Löchern hat, die entsprechende Innenflächen (innere Oberfläche) in der dielektrischen Einrichtung bilden, wobei jedes Loch von der Deckfläche zur Bodenfläche verläuft und die Innenflächen der Löcher jeweils mit einem ersten leitenden Material so bedeckt sind, daß jedes der Löcher als ein dielektrischer Resonator arbeitet, und ein zweites leitendes Material, das auf der Außenfläche (äußeren Oberfläche) der dielektrischen Einrichtung vorgesehen ist, wobei das zweite leitende Material elektrisch mit dem ersten leitenden Material an der Bodenfläche verbunden ist, und der Filter dadurch gekennzeichnet ist, daß er für jedes Loch einen Kranz aus leitendem Material an der Deckfläche aufweist, jeder Kranz elektrisch mit dem ersten leitenden Material des jeweiligen Loches verbunden ist und von den Kränzen des benachbarten Loches oder der benachbarten Löcher getrennt ist, und dadurch, daß
• 1) das zweite leitende Material so verläuft, daß es nur die Boden- und Seitenflächen der dielektrischen Einrichtung bedeckt und es elektrisch nicht mit dem ersten leitenden Material an der Deckfläche verbunden ist,
• 2) die Deckfläche mit einer Schicht aus Epoxydharzmaterial bedeckt ist, die dazu dient, eine Verschlechterung der Filtercharakteristiken aufgrund von Feuchtigkeit zu verhindern, und die Schicht so ausgelegt ist, daß sie zumindest diejenigen Teile der Deckfläche bedeckt, die nicht von leitendem Material bedeckt sind.
• Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird davon nun eine Ausführung nur beispielsweise und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filtertyps zeigt, der gut an die Lehren der vorliegenden Erfindung angepaßt ist,
• Fig. 2 ein Querschnitt des Filters der Fig. 1 entlang der Linie 103-103 ist,
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines die vorliegende Erfindung ausführenden, dielektrischen Filters ist,
• Fig. 4 ein Querschnitt des Filters der Fig. 3 entlang der Linie 303-303 ist,
• Fig. 5 eine Zeichnung zur Darstellung der experimentellen Wettertestergebnisse der Filter ist, wie sie in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigt werden.
• In Fig. 1 wird ein dielektrisches Filter dargestellt, welches besonders für die Anwendung der Lehren der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
• Der dielektrische Filter 100 hat einen im wesentlichen rechtwinkligen massivgeformten Block 130, der aus keramischem Material hergestellt ist.
• Der Block 130 hat sechs parallele runde Löcher 131-136, welche sich jeweils von der Deckfläche bis zur Bodenfläche erstrecken und räumlich ausgerichtet sind. Jedes der Löcher 131-136 ist vollständig mit einem elektrisch leitenden Material, wie etwa Silber oder Kupfer, bedeckt wie in Fig. 2 gezeigt welche ein Querschnitt des dielektrischen Filters in Fig. 1 ist, der entlang der Linie 103-103 aufgenommen wurde, in dem die Löcher 131-132 jeweils mit einer inneren leitenden Schicht bedeckt sind, die jeweils mit den Bezugszeichen 137 und 138 bezeichnet ist. Die inneren leitenden Schichten können auf der Oberfläche der Löcher durch jedes konventionelle Mittel, wie Drucken oder Plattieren, aufgebracht werden.
• Die inneren leitenden Schichten sind elektrisch miteinander mittels einer leitenden Bodenschicht 147, wie eingebrannte Silber- oder Kupferpaste, welche an der Bodenfläche des Blockes 130 vorgesehen ist, verbunden. Die leitende Bodenschicht 147 ist mit der äußeren leitenden Schicht 148, welche an der Seitenfläche des Blockes 130 vorhanden ist, elektrisch verbunden.
• Jedes der Löcher, das mit der inneren leitenden Schicht bedeckt und von dielektrischem Material umgeben ist, welches seinerseits mit der äußeren leitenden Schicht 148 bedeckt ist, die mit der inneren leitenden Schicht an dem Boden verbunden ist, wirkt als ein dielektrischer Resonator.
• Der Block 130 hat leitende, kragen- oder kranzartige Bereiche 139-144, von denen jeder auf der Deckfläche des Blockes 130 vorgesehen ist, um so das Ende des jeweiligen Loches zu umfassen und mit der jeweiligen inneren leitenden Schicht verbunden ist. Die leitenden kragenartigen Bereiche 139-144 werden im wesentlichen als rechtwinklig geformte Strukturen in Fig. 1 gezeigt, sind jedoch hierauf nicht beschränkt, und es kann jede beliebige Form wie eine rundgeformte Struktur ausgewählt werden. Diese leitenden kragenartigen Bereiche 139-144 wirken als ein elektromagnetischer Koppler zum Ankoppeln von benachbarten dielektrischen Resonatoren.
• HF-Signale werden kapazitiv und elektromagnetisch mittels Eingangs- und Ausgangselektroden 145, 146 eingekoppelt in den oder ausgekoppelt aus dem Filter 100 in Fig. 1.
• Die Resonanzfrequenz jedes dielektrischen Resonators hängt hauptsächlich von der Höhe des Loches und der Abmessung des leitenden kragenartigen Bereiches ab, der zu dem Loch gehört, die so ausgewählt wird, um einen im wesentlichen Viertel-Wellenlängen Koaxialresonator zu konstruieren.
• Die Anpassung des Frequenzresonators wird durch Variation der Abmessung des leitenden kragenartigen Bereichs mittels Laserstrahleinrichtungen, Sandstrahltrimmvorrichtungen oder andere geeignete Trimmungsarten erreicht.
• Die Größe der Kopplung (die durch einen Kopplungskoeffizienten ausgedrückt werden kann) zwischen benachbarten dielektrischen Resonatoren hängt elementar von dem Abstand (P) (Fig. 2) dazwischen und zusätzlich von der Abmessung des leitenden kragenartigen Bereichs ab. Die Feinabstimmung des Kopplungskoeffizienten wird leicht durch Trimmen des leitenden kragenartigen Bereichs durchgeführt.
• Der Qualitätsfaktor Q des Filters hängt von der Anzahl der dielektrischen Resonatoren oder der beschichteten Löcher ab. Die Frequenzcharakteristik wird scharf, wenn die Anzahl der dielektrischen Resonatoren zunimmt. Obgleich in Fig. 1 ein Filter, der sechs plattierte Löcher aufweist, dargestellt wird, lädt sich jede beliebige Anzahl von plattierten Löchern auswählen, um eine gewünschte Frequenzcharakteristik für den Filter zu erreichen.
• Der oben erwähnte dielektrische Filter 100 hat einen blanken dielektrischen Abschnitt 150, welcher auf dem Block 130 vorgesehen ist und nicht mit einem leitenden Material bedeckt ist, mit Ausnahme der leitenden kragenartigen Bereiche 139-144, der Eingangs- und Ausgangselektroden 145,146, der inneren leitenden Schichten, der leitenden Bodenschicht 147 und der äußeren, leitenden Schicht 148.
• Beim Filtervorgang des Filters nach Fig. 1 erzeugt der erste dielektrische Resonator, der das Loch 131 hat, ein elektromagnetisches Feld, wenn HF-Signale an die Eingangselektrode 145 angelegt werden.
• Dieses elektromagnetische Feld wird über den Bereich der benachbarten leitenden kragenartigen Bereiche 139-144 übertragen auf den zweiten dielektrischen Resonator, der das Loch 132 aufweist, d. h. die vom ersten dielektrischen Resonator resultierende Energie des elektromagnetischen Feldes konzentriert sich in dem Bereich zwischen den leitenden kragenartigen Bereichen 139-140. Das zum zweiten Resonator übertragene elektromagnetische Feld wird dann zum dritten Resonator, der das Loch 133 hat, übertragen. Auf die gleiche Weise wird das elektromagnetische Feld bis zum sechsten dielektrischen Resonator, der das Loch 136 aufweist, übertragen. Danach wird die aus dem sechsten Resonator resultierende elektromagnetische Energie über die Ausgangselektrode 146 an eine Last (nicht gezeigt) angelegt.
• Die oben erwähnte Filterstruktur wird genauer in der anhängigen US-Patentanmeldung 780, 649 des gleichen Anmelders beschrieben.
• Der dielektrische Filter 309 hat einen im wesentlichen rechtwinkligen massivgeformten Block 330, der aus keramischem Material hergestellt ist.
• Der Block 330 hat sechs parallele runde Löcher 331-336, welche sich jeweils von der Deckfläche zur Bodenfläche erstrecken.
• Jedes der Löcher 331-336 ist vollständig mit einem elektrisch leitenden Material, wie Silber oder Kupfer, bedeckt, wie in Figur 4 gezeigt die ein Querschnitt des dielektrischen Filters der Fig. 3 entlang der Linie 303-303 ist, in welchem die Löcher 331 und 332 jeweils mit inneren leitenden Schichten 337, 338 bedeckt sind. Die inneren leitenden Schichten sind miteinander elektrisch mittels einer leitenden Bodenschicht 347, wie einer eingebrannten Silber- oder Kupferpaste, die auf der Bodenfläche des Blockes 330 vorgesehen ist, verbunden.
• Die leitende Bodenschicht 347 ist elektrisch mit der äußeren leitenden Schicht 348, wie einer eingebrannten Silber- oder Kupferpaste, die auf den Seitenflächen des Blockes 330 vorgesehen ist, verbunden.
• Der Block 330 hat weiterhin leitende kragenartige Bereiche 339- 344, von denen jeder als eine im wesentlichen rechtwinklig geformte Struktur gezeigt und auf der Deckfläche des Blockes 330 vorgesehen ist, um das Ende des jeweiligen Loches zu umfassen und jeweils mit den entsprechenden inneren leitenden Schichten verbunden ist. Diese leitenden kragenartigen Bereiche 339-344 wirken als elektromagnetische Koppler zur gemeinsamen Kopplung benachbarter dielektrischer Resonatoren.
• HF-Signale werden kapazitiv und elektromagnetisch ein- oder ausgekoppelt aus dem Filter 300 mittels Eingangs- und Ausgangselektroden 345, 346.
• Der dielektrische Filter 300 hat weiterhin eine Schicht 360 aus organischem Material, die ein organisches Material wie Kunstharz umfaßt, vorzugsweise ein lötresistentes Material, welches ein Abdeckmaterial ist, das Epoxydharz enthält.
• Die Schicht aus organischem Material 360 bedeckt den Abschnitt des dielektrischen Bereichs des Blockes 330, welcher nicht durch leitendes Material bedeckt ist, unter Ausnehmung der leitenden kragenartigen Bereiche 339-344, der Eingangs- und Ausgangselektroden 245, 346, der inneren leitenden Schichten, der leitenden Bodenschicht 347 und der äußeren leitenden Schicht 348. Dabei bedeckt die Schicht aus organischem Material teilweise die Eingangs- und Ausgangselektroden 345, 346 und die leitenden kragenartigen Bereiche 339-344 (siehe Fig. 3).
• Die Schicht aus organischem Material 360, deren Dicke etwa von 10 bis 20 Mikrometer ist, wird durch die Schritte des Aufbringens eines organischen Materials auf die Oberfläche des Filters mittels Siebdruck und anschließendem Aufheizen des auf gebrachten organischen Materials bei einer Temperatur von rund 150ºC für dreißig Minuten, um es zu trocknen, erhalten.
• Die Abstimmung der Resonanzfrequenz und des Kopplungskoeffizienten dieses dielektrischen Filters wird durch Trimmung des leitenden kragenartigen Bereichs erreicht. Der Abstimmungsvorgang kann entweder vor oder vorzugsweise, um eine Feinabstimmung zu ermöglichen, nach Aufbringen der Schicht aus organischem Material durchgeführt werden.
• In dem Fall, daß die Abstimmung nach dem Aufbringen der Schicht aus organischem Material durchgeführt wird, wird der Filter einen erneut blanken dielektrischen Abschnitt aufweisen, aber der erneut blanke dielektrische Abschnitt kann im allgemeinen unbeachtet bleiben, weil er klein ist und folglich wenig
• Einfluß auf die Verschlechterung der Filtercharakteristik aufgrund der Feuchte des dielektrischen Filters ausübt.
• Falls notwendig, kann eine Schicht aus organischem Material auf den erneut blanken dielektrischen Abschnitt aufgebracht werden.
• In Bezug auf den Filtervorgang ist der oben erwähnte dielektrische Filter 300, wie in Fig. 3 gezeigt, im wesentlichen der gleiche, wie der Filter 100, der in Fig. 1 gezeigt wird.
• In Fig. 5 werden einige experimentelle Wettertestergebnisse des Filters, wie in Fig. 3 gezeigt, im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Filter dargestellt.
• Der Wettertest wurde jeweils bei einer Temperatur von 25ºC und 50ºC bei konstanter relativer Luftfeuchtigkeit (R.H.) von 90 Prozent durchgeführt, und es wurde von jedem Filter die entsprechende Einfügungsdämpfung gemessen.
• Als Ergebnis des Wettertests ergab sich: die Einfügungsdämpfung beider Filter lag bei einer Temperatur von 25ºC bei rund minus 0,1 Dezibel (dB) und bei einer Temperatur von 50ºC lag die Einfügungsdämpfung des Filters, der in Fig. 3 gezeigt wird, bei rund minus 0,7 dB (was in Fig. 5 als 0 markiert ist) und die des Filters, der in Fig. 1 gezeigt wird, bei rund minus 2,5 dB (was in Fig. 5 als Δ markiert ist).
• Der dielektrische Filter gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 3 gezeigt ist folglich in der Wetterfestigkeit dem Filter der Fig. 1 überlegen und weist ohne ein gasdichtes Gehäuse eine stabile Charakteristik auf.

Claims (6)

1. Filter (300), der aufweist:

eine Eingangseinrichtung (345);

eine Ausgangseinrichtung (346);

eine dielektrische Einrichtung (330), die ein dielektrisches Material mit einer oberen Oberfläche, einer Bodenoberfläche und Seitenoberflächen aufweist, wobei die dielektrische Einrichtung eine Vielzahl von Löchern (331 bis 336) hat, die jeweilige innere Oberflächen in der dielektrischen Einrichtung bilden, wobei jedes Loch von ihrer oberen Oberfläche zu ihrer Bodenoberfläche verläuft und die inneren Oberflächen jedes der Löcher mit einem ersten leitenden Material (337, 338) bedeckt sind, so daß jedes der Löcher als ein dielektrischer Resonator arbeitet; und

ein zweites leitendes Material (347, 348) aufweist, das auf der äußeren Oberfläche der dielektrischen Einrichtung vorgesehen ist, wobei das zweite leitende Material elektrisch mit dem ersten leitenden Material an der Bodenoberfläche verbunden ist,

wobei der Filter für jedes Loch einen Kranz (339 bis 344) aus leitendem Material an der oberen Oberfläche hat und jeder Kranz elektrisch mit dem ersten leitenden Material des jeweiligen Loches verbunden ist und gegenüber Kränzen des benachbarten Lochs oder benachbarter Löcher abgetrennt ist; und dadurch gekennzeichnet, daß:

1) das zweite leitende Material so verläuft, daß nur die Boden- und Seitenoberflächen der dielektrischen Einrichtung (330) bedeckt werden, und elektrisch nicht mit dem ersten leitenden Material an der oberen Oberfläche verbunden ist;

2) die obere Oberfläche mit einer Schicht (360) aus Epoxydharzmaterial bedeckt ist, wobei diese Schicht dazu da ist, eine Verschlechterung der Filtercharakteristiken aufgrund von Feuchtigkeit zu verhindern, und die Schicht so ausgelegt ist, daß sie zumindest diejenigen Teile der oberen Oberfläche bedeckt, die nicht von leitendem Material bedeckt sind.

2. Filter gemäß Anspruch 1, worin das Epoxydharzmaterial ein aufgebrachtes Lotabdecklackmaterial auf der oberen Oberfläche ist, wobei das Abdecklackmaterial einer Wärmebehandlung unterzogen worden ist.

3. Filter nach Anspruch 2, worin das Lotabdecklackmaterial mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht wird.

4. Filter nach Anspruch 1, worin das Epoxydmaterial eine Dicke von 10 bis 20 Mikrometer hat.

5. Filter nach Anspruch 1, worin die Schicht (60) aus Epoxydharzmaterial diejenigen Teile der oberen Oberfläche bedeckt, die nicht von leitendem Material bedeckt sind, und zudem die Kanten der Bereiche (339 bis 346) aus leitendem Material auf der oberen Oberfläche überlappt, so daß diese Bereiche teilweise bedeckt sind.

6. Filter nach Anspruch 1, worin das Epoxydharzmaterial die gesamte obere Oberfläche der dielektrischen Einrichtung bedeckt, ohne daß es unter der oberen Oberfläche der dielektrischen Einrichtung (330) verläuft.