DE4135435A1 - Strip line, comb type filter - is in form of screened strip line in resonator up to capacitor terminals - Google Patents

Strip line, comb type filter - is in form of screened strip line in resonator up to capacitor terminals

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DE4135435A1 DE19914135435 DE4135435A DE4135435A1 DE 4135435 A1 DE4135435 A1 DE 4135435A1 DE 19914135435 DE19914135435 DE 19914135435 DE 4135435 A DE4135435 A DE 4135435A DE 4135435 A1 DE4135435 A1 DE 4135435A1
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Abstract

The resonator ends of the comb line filter are coupled to an earth electrode via length redn. capacitors. In the region of the resonators, the filter is formed as a screened strip line up to the capacitor terminals. In the capacitor region it is in the form of an unscreened microstrip. Pref. the screened strip line consists of a dielectric main substrate and a dielectric cover substrate with external interconnected metal earthing electrode. Between the substrates lies a filter line structure. The main substrate in addition carries the section of the unscreened microstrip. USE/ADVANTAGE - For printed filter resonators on glass fibre for ceramic substrate, with highly compact design.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kammleitungsfilter der im Ober begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. The invention relates to a comb line filter in the preamble of patent claim 1 indicated type.

Kammleitungsfilter sind seit längerem aus der Literatur und der praktischen Anwendung bekannt. Comb line filters have long been known from the literature and practical application. Bekannt ist auch die Verbindung der Resonatorenden über Kondensatoren mit Massepotential, was eine mechanische Verkürzung der Reso natoren z. Also known is the compound of the resonator ends via capacitors to ground potential, which is a reduction of the mechanical Reso coordinators z. B. gegenüber Resonatoren in Interdigitalfiltern ergibt und somit zu kleinem Bauvolumen der Filter führt. As compared with resonators results in interdigital filters, and thus leads to a small overall volume of the filter.

Die Filterresonatoren können z. The filter resonators for. B. in gedruckter Form auf dielektrischen Glasfaser- oder Keramiksubstraten aufge führt sein. his example leads up printed on dielectric glass fiber or ceramic substrates. Nachteiligerweise wirken dann die Resonatoren auch wie Antennen und strahlen einen Teil der dem Filter zugeführten Leistung ab. Disadvantageously, then act the resonators also as antennas and radiate a part of the supplied power from the filter. Zum einen wirkt die abgestrahlte Leistung störend auf in geringem Abstand befindliche an dere Schaltungselemente, zum anderen wird auch die Wir kungsweise der Filter durch in geringem Abstand befindli che Bauteile beeinflußt, so daß die Filtereigenschaften von der Umgebung im eingebauten Zustand abhängig wären. First, the radiated power interferes with a small distance located on particular circuit elements, on the other hand is also the We of action of the filter by befindli che a short distance components affected so that the filter characteristics of the environment when installed would depend. Derartige Filter beanspruchen daher trotz geringen Eigen volumens ein deutlich größeres Einbauvolumen. therefore, such filters require despite low internal volume a much larger installation space.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kammlei tungsfilter der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 be schriebenen Art anzugeben, welches ein wesentlich geringeres Einbauvolumen beansprucht. The object of the present invention is to provide a filter of the Kammlei tung be in the preamble of claim 1 type described, which claims a much smaller installation volume.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. The invention is described in the patent claim. 1 Die Un teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. The Un-claims contain advantageous embodiments and further developments of the invention.

Bei dem erfindungsgemäßen Kammleitungsfilter ist die Be einflussung auf und durch die Umgebung weitgehend unter bunden, ohne daß die Handhabbarkeit bei der Montage der Verkürzungskondensatoren beeinträchtigt ist. In the inventive comb line filter that Be is influencing and by the environment largely suppressed without the handling is compromised when installing the shortening capacitors. Die Bauhöhe des Filters wird nicht nennenswert erhöht, der Platzbedarf insgesamt wird reduziert, da durch den Wegfall der Umge bungswechselwirkung der Abstand zu anderen Bauelementen verringert werden kann und wegen des vollständigen Feld verlaufs in Dielektrikum die Filtergeometrie weiter ver kleinert wird. The overall height of the filter is not significantly increased, the total space required is reduced, since by eliminating the surrounding environment interaction the distance to other components can be reduced, and because of the full field distribution in dielectric filter geometry is further downsized ver.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch einge hend veranschaulicht. The invention is described below with reference to exemplary embodiments and with reference to the figures yet been proceeding illustrated. Dabei zeigt Here shows

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Struktur eines Kamm leitungsfilters, Fig. 1 is a plan view of the line filter on a structure of a comb,

Fig. 2 einen Querschnitt (AA′) durch ein solches Kamm leitungsfilter, Fig. 2 shows a cross-section (AA ') by such a line filter comb,

Fig. 3 Filterstrukturen auf Basissubstrat und Deck substrat eines erfindungsgemäßen Kammleitungs filters, Fig. 3 filter structures on the base substrate and cover substrate of a comb-line filter according to the invention,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein zusammengesetztes Filter mit Kondensatoren, Fig. 4 is a plan view of a composite filter with capacitors,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Filter nach Fig. 4, Fig. 5 shows a cross section through a filter according to Fig. 4,

Fig. 6 eine vorteilhafte Ausführung der Verkürzungs kondensatoren. Fig. 6 capacitors, an advantageous embodiment of the shortening.

Ein herkömmliches Kammleitungsfilter ist z. A conventional comb line filter is z. B. in der in Fig. 1 und Fig. 2 skizzierten Art in ungeschirmter Strei fenleitungstechnik (Microstrip) auf einem dielektrischen Substrat S (Dielektrizitätskonstante ε r ) mit einer ganz flächigen Rückseitenmetallisierung M auf Massepotential und einer gedruckten oder geätzten Leiterstruktur auf der gegenüberliegenden Seite ausgeführt. B. outlined in FIG. 1 and FIG. 2 type in unshielded Stripes fenleitungstechnik (microstrip) on a dielectric substrate S (dielectric constant ε r) with a full-area rear-face M at ground potential and a printed or etched conductor pattern on the opposite side of running , Die Leiterstruktur umfaßt im wesentlichen Resonatorstreifen R, auf Massepo tential liegende Massebeläge M′, M′′ und Ein- und Ausgangsanschlüsse P, die im skizzierten Fall für galvani sche Ein- und Auskopplung ausgeführt sind. The conductor pattern comprises essentially resonator strip R at Massepo tential lying ground coverings M ', M' ', and input and output ports P, which are carried out in the case outlined for electroplating specific coupling and decoupling. Die Resonatoren R sind einerseits galvanisch mit M′′ und an ihrem freien Resonatorende über Verkürzungskondensatoren C mit dem Mas sebelag M′ verbunden. The resonators R are on one hand electrically connected to M '' and at their free resonator on shortening capacitors C with the Mas sebelag M ', respectively. Die Massebeläge M′, M′′ sind über Umkontaktierungen oder Durchkontaktierungen K durch Sub stratbohrungen mit der Massefläche M verbunden. The mass coverings M ', M' 'are about stratbohrungen Umkontaktierungen or vias by K sub connected to the ground plane M. Für die Herstellung werden auf die fertig geätzte oder gedruckte Leiterstruktur die Kondensatoren aufgesetzt und verlötet. For the production, the capacitors are placed on the finished etched or printed circuit structure and soldered.

Die gesamte Filteranordnung ist offen und die Resonatoren strahlen einen Teil der eingespeisten Energie wie Antennen ab. The entire filter assembly is open and the resonators radiate a part of the energy supplied as antennas. Da ein Teil des Koppelfeldes der Resonatoren in Luft verläuft, läßt sich diese Abstrahlung kaum unterbinden. Since part of the switching matrix of the resonators runs in air, this radiation can hardly be prevented. Läßt man den Raum über den Resonatoren frei, so ergibt sich ein großer Raumbedarf für den ungestörten Einbau der Filterkomponenten. Allowed to the space above the resonators free, so there is a large space requirement for the uninterrupted installation of the filter components. Ein metallischer Schirm über der Fil terstruktur hat zum einen dämpfende Wirkung und erhöht durch eine notwendigerweise stabile Ausführung den mecha nischen Aufwand erheblich. A metallic shield over the Fil terstruktur has significantly to a damping effect and increases by a necessarily stable design the mecha African effort.

Demgegenüber wird bei der Erfindung im Bereich der Resona toren das Filter in geschirmter Streifenleitungstechnik (Stripline) und im Bereich der Verkürzungskondensatoren in üblicher Microstrip-Technik ausgeführt. In contrast, in the invention in the area of ​​the resonators in the filter factors shielded stripline technology (stripline) and executed in the area of ​​shortening capacitors in a conventional microstrip technology. Der Stripline-Ab schnitt ist dabei zum einen funktioneller Bestandteil des Filters und unterbindet zum anderen wirkungsvoll die Ab strahlung durch die Resonatoren. The stripline Ab is cut on the one functional part of the filter and prevents the other from effectively the radiation by the resonators. Die Handhabung bei der Fertigstellung des Filters wird dabei nicht beeinträch tigt, da der Bereich für die Einsetzung der Verkürzungs kondensatoren offen zugänglich bleibt. The handling in the completion of the filter is thereby Untitled not beeinträch, since the area for the establishment of shortening capacitors remains freely accessible. Evtl. Possibly. einzusetzende Trimmkondensatoren können leicht abgeglichen werden. trimming capacitors to be used can be easily adjusted. Vor zugsweise sind die Ein- und Auskoppelleitungen ebenfalls von dem Stripline-Bereich umfaßt und dadurch abgeschirmt. Before preferably the input and decoupling lines are also embraced by the stripline range and thereby shielded.

Fig. 3 zeigt Leiterstrukturen für ein Basisstubstrat B und Decksubstrat D für den Aufbau eines erfindungsgemäßen Fil ters. Fig. 3 shows conductor patterns on a mask substrate Basisstubstrat B and D for the construction of an inventive Fil ters. Die Rückseiten der Substrate sind jeweils metalli siert. The backs of the substrates are Siert each metalli. Die Leiterstruktur des Basissubstrats umfaßt wie die in Fig. 1 skizzierte Struktur Resonatoren RB, Massebe läge MB′, MB′′ und Anschlüsse PB. The conductor pattern of the base substrate comprises, as sketched in Fig. 1 structure resonators RB, massebah would MB 'MB' and terminals PB. Auf dem Decksubstrat liegt eine dazu spiegelbildliche Leiterstruktur vor, die mit Massebelägen MD′, MD′′ Anschlüssen PD und Resonatoren RD aber einen in Resonatorlängsrichtung kürzeren Bereich abdeckt. On the deck there is a substrate to mirror image conductor pattern, but covers to ground coverings MD ', MD' 'terminals PD and RD resonators in a shorter resonator length range. Mittels Durchkontaktierungen K in Substrahtbohrungen sind die Massebeläge MB′, MB′′, MD′ und MD′′ mehrfach galvanisch mit den rückseitigen Massemetal lisierungen der Substrate verbunden. By means of vias in K are the mass Substrahtbohrungen coverings MB 'MB' ', MD' and MD '' multiple galvanically with back mass Metal substrates lisierungen connected. Die beiden Substrate werden so übereinandergelegt, daß sich die spiegelbildli chen Leiterstrukturen genau überdecken. The two substrates are superimposed that cover the spiegelbildli chen conductor structures exactly. Die Substratboh rungen dienen dabei vorteilhafterweise zur exakten Aus richtung der Substrate. The Substratboh stanchions serve advantageously for the exact direction from the substrates. Zur durchgehend guten Kontaktie rung der gegenüberliegenden Leiterstrukturen wird vorzugs weise eine gleich wie der Masserahmen und die Anschlußflä chen strukturierte dünne metallische Zwischenlage zwischen die Substrate eingelegt bevor diese zusammengefügt und verklebt oder verlötet werden. To continuously good PLEASE CONTACT the opposite conductor structures tion is preferential, a mass equal to the frame and the Anschlußflä chen structured thin metallic intermediate layer between the substrates before they are assembled and glued or soldered inserted. Nach Verbindung der beiden Substrate werden die Verkürzungskondensatoren auf die freiliegenden Resonatorenden und den Massebelag MB′ aufge setzt und verlötet. After connection of the two substrates, the shortening capacitors are set up on the exposed resonator ends and the ground pad MB 'and soldered. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungs form ist jeder Verkürzungskondensator aufgeteilt in einen Chip-Kondensator CF mit festem Kapazitätswert und einen Trimmkondensator CT zum Kapazitätsabgleich, wie in Fig. 4 in Draufsicht auf ein zusammengesetztes Filter darge stellt. According to an advantageous form of execution each padding capacitor is divided into a chip capacitor CF with a fixed capacitance value and a trimmer capacitor CT to the capacity balance, as shown in Fig. 4 in plan view of a composite filter Darge provides. Die verdeckten Umrisse der Leiterstrukturen sind mit unterbrochener Linie eingezeichnet. The hidden outlines of the conductor patterns are drawn with a broken line.

Fig. 5 zeigte im Schnittbild den vertikalen Aufbau eines zusammengesetzten Filters und verdeutlicht die auch bau lich vorteilhafte Anordnung der Verkürzungskondensatoren, CF und CT auf dem Microstrip-Bereich MS in Verlängerung des Stripline-Bereichs ST. Fig. 5 showed the vertical structure of a composite filter in a sectional view and illustrates the construction Lich also advantageous arrangement of shortening capacitors CF and CT on the microstrip MS area in extension of the stripline section ST. Die vertikale Kontaktierung er folgt durch Durchkontaktierungen K und metallische Brücken L aus Lot und/oder der Zwischenlage zwischen den Masserahmenstrukturen. The vertical contacting it follows through vias K and metallic bridges L of solder and / or the intermediate position between the ground frame structures.

Bei Verwendung von Substratmaterialien mit sehr hoher re lativer Dielektrizitätskonstante lassen sich eine weitere Verkürzung der Resonatoren und noch kleinere geometrische Ausmaße erzielen. When using substrate materials with very high re lative dielectric constant, a further shortening of the resonators and even smaller geometric dimensions can be achieved. Durch Aufsetzen des Decksubstrats mit der spiegelbildlichen Filterstruktur auf das Basissubstrat erfolgt eine zusätzliche Verkürzung der Resonatoren und Verkleinerung der Geometrie gegenüber der üblichen Filter gestaltung nach Fig. 1 wegen des vollständigen Feldver laufs im Dielektrikum mit ε r »1. By placing the top substrate having the mirror-image filter structure on the base substrate, an additional shortening of the resonators, and reduction of the geometry with respect to the conventional filter design of FIG. 1 for the full field trials carried run in the dielectric with ε r »1.

Da andererseits Substratmaterialien mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante häufig auch nicht vernachlässig bare Verluste aufweisen, kann das Decksubstrat aber auch aus Material mit kleinerer relativer Dielektrizitätskon stante und höherer Güte bestehen und im wesentlichen nur als mechanisch und elektrisch exakt definierte Schirmung wirken. On the other hand, substrate materials often have high relative dielectric constant not negligible losses at face, the cover substrate can, however, consist stante and also higher grade of material with a lower relative Dielektrizitätskon and essentially act only as precisely defined mechanical and electrical shielding.

Das Decksubstrat kann auch ohne eigene Resonatorstruktur nur mit einem Rahmen aus Massebelägen mit Durchkontaktie rung zur Rückseitenmetallisierung ausgebildet sein. The cover substrate can be designed for back-side even without its own resonator structure with a frame made of ground coverings with Durchkontaktie tion.

Anstelle des Kapazitätsabgleichs über Trimmkondensatoren kann für geringe Kapazitätsvariationen auch ein Abgleich durch teilweises Entfernen der rückseitigen Massemetalli sierung gegenüber den Resonatoren erfolgen. Instead of the capacity adjustment using trimming capacitors also a balance by partially removing the back Massemetalli can be used for small capacity variations tion take place over the resonators.

Gemäß einer in Fig. 6 skizzierten Ausführungsform können anstelle von Chipkondensatoren die Verkürzungskondensato ren auch in der Weise realisiert sein, daß Streifen aus dielektrischem Substrat SC, die auf der der Leiterstruktur zugewandten Seite zwei getrennte Kontaktflächen zur Kontaktierung mit einem Resonatorende bzw. dem Massebelag MB′ und auf der gegenüberliegenden Seite eine durchgehende metallische Gegenfläche FC aufweisen, die Resonatorenden kapazitiv mit dem Massebelag MB′ verbinden. According to one outlined in Fig. 6 embodiment, instead of the Verkürzungskondensato of chip capacitors may be implemented ren also in such a way that strips of dielectric substrate SC, on which the conductor pattern side facing two separate contact surfaces for making contact with a cavity end or the mass coating MB ' and on the opposite side have a continuous metallic mating surface FC, connect the resonator ends capacitively to the ground pad MB '. Die Verkürzungskapazität wird dann durch die Kontaktflächen und die Gegenflächen FC gebildet. The reduction capacity is then formed by the contact surfaces and the counter surfaces FC. Die Gegenfläche kann auch über eine Durchkontaktierung mit einer der Kontakt flächen und somit z. The counter surface can also surfaces through a via one of the contact and thus z. B. mit dem Massebelag MB′ galvanisch verbunden sein, so daß sich die Verkürzungskapazität zwi schen einer Kontaktfläche und der Gegenfläche FC ausprägt. B. be electrically connected to the ground pad MB ', so that the shortening capacitor Zvi rule a contact surface and the counter surface FC expresses. Für das dielektrische Substrat SC wird vorzugsweise ein Material mit wesentlich höherer relativer Dielektrizitäts konstante als für Deck- und Basissubstrat gewählt. For the dielectric substrate SC preferably a material having a substantially higher relative dielectric constant is chosen than for cover and base substrate. Zur Er zielung hoher Kapazitätswerte kann die Dicke des Substrats SC wesentlich dünner als die der Filtersubstrate B, D ge wählt sein. He livering for high capacitance values, the thickness of the substrate can SC substantially thinner than that of the filter substrates B, D ge be selected. Ein Kapazitätsabgleich kann wiederum durch teilweises Entfernen der metallischen Gegenfläche FC in fertig zusammengebautem Zustand des Filters erfolgen. A capacity balance can in turn be made by partially removing the metallic surface in FC ready assembled state of the filter. Die einzelnen Substratstreifen für die mehreren Resonatoren sind vorteilhafterweise als einziges dielektrisches Band mit beidseitig strukturierter Metallisierung zur Bildung der getrennten Kontakt- und Gegenflächen ausgeführt. The individual substrate strips for the plurality of resonators are advantageously carried out as a single dielectric tape on both sides of structured metallization to form the separate contact and mating surfaces.

Claims (13)

  1. 1. Kammleitungsfilter in Streifenleitungstechnik, bei welchem die Resonatorenden über Verkürzungskondensatoren mit einem Massebelag verbunden sind, dadurch gekennzeich net, daß das Filter im Bereich der Resonatoren bis zu den Anschlüssen der Kondensatoren als geschirmte Streifenlei tung (Stripline) und im Bereich der Kondensatoren als un geschirmte Streifenleitung (Microstrip) ausgeführt ist. 1. comb line filters in stripline technology, in which the resonator ends are connected via shortening capacitors to a ground pad, characterized in that the filter in the area of the resonators to the terminals of the capacitors as shielded stripline device (strip line) and in the area of the capacitors shielded and un strip line (microstrip) is executed.
  2. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschirmte Streifenleitung aus einem dielektrischen Basissubstrat und einem dielektrischen Decksubstrat mit außenliegenden, miteinander verbundenen metallischen Mas seflächen und zwischen den Substraten liegender Filterlei tungsstruktur besteht und daß das Basissubstrat zusätzlich den Bereich der ungeschirmten Streifenleitung trägt. 2. Filter according to claim 1, characterized in that the shielded strip line of a dielectric base substrate and a dielectric cover substrate seflächen with external interconnected metallic Mas and lying between the substrates Filterlei processing structure, and in that the base substrate additionally carries the range of unshielded strip line.
  3. 3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterleitungsstruktur nur auf dem Basissubstrat aus gebildet ist. 3. Filter according to claim 2, characterized in that the filter line structure is formed only on the base substrate made.
  4. 4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material des Decksubstrats eine niedrige relative Dielektrizitätskonstante und eine höhere Güte zeigt als das Material des Basissubstrats. 4. Filter according to claim 3, characterized in that the dielectric material of the cover substrate, a low relative dielectric constant and a higher quality is used as the material of the base substrate.
  5. 5. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Decksubstrat und das Basissubstrat im Bereich der ge schirmten Streifenleitung deckungsgleich einander gegen überliegende Leitungsstrukturen aufweisen und daß die bei den Leitungsstrukturen galvanisch verbunden sind. 5. Filter according to claim 2, characterized in that the cover substrate and the base substrate in the field of GE shielded strip line congruent have opposing line structures and that are electrically connected with the circuit patterns.
  6. 6. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß zum Kapazitätsabgleich die Masseflächen im Bereich der Resonatoren teilweise entfernt sind. 6. Filter according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the capacity adjustment, the ground planes in the area of ​​the resonators are partially removed.
  7. 7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verkürzungskondensatoren Chip-Kon densatoren sind. 7. Filter according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the shortening capacitors are chip capacitors Kon.
  8. 8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verkürzungskondensatoren durch Streifen dielektrischen Materials gebildet sind, die den Abstand zwischen dem Resonatorende und einem Massebelag (M′) überbrücken und dabei mittels getrennter metallischer Kontaktflächen auf derselben Streifenfläche mit dem Reso natorende bzw. dem Massebelag kontaktiert sind und auf der anderen Streifenfläche eine durchgehende metallische Ge genfläche (FC) tragen. 8. Filter according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the shortening capacitors are formed by strips of dielectric material, which bridge the distance between the cavity end and a ground pad (M '), while by means of separate metallic contact areas on the same strip surface with the Reso nato-saving or contacted the ground pad and are on the other strip surface a continuous metallic Ge genfläche (FC) wear.
  9. 9. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kapazitätsabgleich die metallischen Gegenflächen (FC) teilweise entfernt sind. 9. Filter according to claim 8, characterized in that the capacity adjustment, the metallic counter-surfaces (FC) are partially removed.
  10. 10. Filter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich net, daß die Gegenfläche auf Massepotential gelegt ist. 10. The filter according to claim 8 or 9, characterized in that the counter surface is connected to ground potential.
  11. 11. Filter nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Streifen aus Material mit höherer Dielektrizitätskonstante als die der dielektrischen Sub strate der Streifenleitungen bestehen. 11. The filter according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the strips strate of material having a higher dielectric constant than that of the dielectric sub of the strip lines are made.
  12. 12. Filter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dicke der Streifen geringer ist als die der dielektrischen Substrate der Streifenleitungen. 12. The filter according to any one of claims 8 to 11, characterized in that the thickness of the strip is less than that of the dielectric substrates of the strip lines.
  13. 13. Filter nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß alle Streifen zu einem einzigen dielek trischen Band zusammengefaßt sind. 13. Filter according to any one of claims 8 to 12, characterized in that all the strips are combined into a single dielek trical band.
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