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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Filterschaltung, wie sie in einem
Funkkommunikationsmodul für
Mikrowellen- und Millimeterwellen-Kommunikationsvorgänge zu verwenden
ist, und spezieller betrifft sie eine Filterschaltung, die auf eine
vorbestimmte Bandpass-Frequenzcharakteristik einstellbar ist.
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Beschreibung
der einschlägigen
Technik
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Einhergehend
mit der Entwicklung der Informations-Kommunikationstechnologie werden Funk-Kommunikationsmodule
in verschiedenen Vorrichtungen und Systemen wie Mobil-Kommunikationsgeräten, ISDN
(integrated service digital network) oder Computervorrichtungen
verwendet, um schnelle Kommunikationsvorgänge von Daten und Information,
ein kleines und leichtes Design derselben sowie eine höhere Integration
oder höhere
Vervielfachung ihrer Funktionen zu erzielen. Bei Kommunikationsanwendungen,
wie bei einem Funk-LAN (local area network), bei denen eine Frequenz
in den Mikrowellen- und Millimeterwellen-Bändern als Trägerfrequenz verwendet
wird, kann ein Funk-Kommunikationsmodul kaum den o.g. erforderlichen
Spezifikationen wie kleinem und leichtem Design, höherer Integration und
Vervielfachung von Funktionen genügen, wenn irgendeine Schaltung
auf Grundlage eines Designs mit konzentrierten Parametern unter
Verwendung eines Chipteils wie eines Kondensators oder einer Spule
als Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Bandpassfilter oder Koppler
verwendet wird. Um derartigen erforderlichen Spezifikationen zu
genügen,
muss die Filterschaltung normalerweise durch das Verfahren eines
Designs mit verteilten Parametern unter Verwendung einer Mikrostreifenleitung,
einer Streifenleitung oder dergleichen konstruiert werden.
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Es
wird nun auf die 1 Bezug genommen, in der in
Form einer Draufsicht ein herkömmlicher Bandpassfilter
(BPF) dargestellt ist, der durch das Verfahren eines Designs mit
verteilten Parametern konstruiert wurde. Der BPF ist allgemein mit
der Bezugszahl 100 gekennzeichnet. Wie es in der 1 dargestellt
ist, verfügt
der BPF 100 über
ein dielektrisches Substrat 101, und er verfügt über mehrere
leitende Resonatormuster 102a bis 102e, die kaskadenartig
auf der Hauptseite (entlang einer Mikrostreifenleitung) des dielektrischen
Substrats 101 ausgebildet sind. Der BPF 100 wird
an einem leitenden Außenmuster 102a desselben
mit einem Hochfrequenzsignal versorgt, er wählt in den leitenden Innenmustern 102b bis 102d ein
vorbestimmtes Trägerfrequenzband
aus, und er gibt das Frequenzband am anderen leitenden Außenmuster 102e aus.
Die leitenden Muster 102 sind mit Ausnahme des mittleren 102c an
den entgegengesetzten Seiten des Substrats 101 miteinander
verbunden. An der Rückseite des
Substrats 101 ist ein Erdungsmuster (nicht dargestellt)
ausgebildet.
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Im
BPF 100 sind zwei benachbarte der leitenden Muster 102a bis 102e auf
der Hauptseite des dielektrischen Substrats 101 so ausgebildet,
dass sie einander in einem Bereich eines Viertels (1/4) einer Bandpasswellenlänge λ überlappen.
Da die leitenden Muster 102 auf dem Substrat 101 mit
hoher Dielektrizitätskonstante
ausgebildet sind, kann der BFP 100 dadurch klein entworfen
werden, dass die Länge
jedes leitenden Musters 102 dank des Effekts der Wellenlängenverkürzung der
Mikrostreifenleitung verkürzt
wird. Die Wellenlängenverkürzung kann
auf der Oberfläche
des Substrats 101 mit der Rate λ0/√εω (wobei λ0 die Vakuumwellenlänge ist
und εω eine effektive
spezifische induktive Kapazität
ist; die Elektrizitätskonstante,
die von der Verteilung des elektromagnetischen Felds in der Luft
und im dielektrischen Material abhängt) erzielt werden, und innerhalb
des Substrats 101 kann sie mit der Rate λ/√εγ (εγ ist die spezifische
induktive Kapazität
des Substrats) erzielt werden. Auch kann der BPF 100 gleichzeitig
mit einem Schaltungsmuster oder dergleichen hergestellt werden,
da die leitenden Muster 102 wie beim normalen Leiterbahn-Herstellprozess
durch einen Druck- oder Lithografievorgang auf der Hauptseite des
Substrats 101 hergestellt werden können.
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Da
jedoch die leitenden Muster 102a bis 102e so hergestellt
werden, dass zwei benachbarte so verlegt sind, dass sie einander
im Bereich von λ(4 überlappen,
muss das Substrat 101 für
ein derartiges Layout der leitenden Muster 102 ausreichend
breit sein. Demgemäß hängt die
Größe des BPF
100 vom Substrat 101 ab, und er kann so konzipiert werden, dass
er über
eine eingeschränkte
kleine Größe verfügt.
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Die 2(A) bis 2(C) sowie
die 3 zeigen gemeinsam einen Bandpassfilter (BPF)
mit herkömmlicher
Dreiplattenstruktur. Dieser BPF ist allgemein mit der Bezugszahl 110 gekennzeichnet.
Wie dargestellt, verfügt
der BPF 110 über
eine sogenannte Dreiplattenstruktur, bei der leitende Resona tormuster 113 und 114 zwischen
einem Paar dielektrischer Substrate 111 und 112,
die miteinander verbunden sind, ausgebildet sind. Die dielektrischen
Substrate 111 und 112 verfügen über Erdungsmuster 115 und 116,
die jeweils auf ihren Außenflächen ausgebildet
sind. Auch sind entlang den Rändern
der dielektrischen Substrate 111 und 112 mehrere
Durchgangslöcher 117 ausgebildet.
Die Erdungsmuster 115 und 116 auf der Vorder-
und der Rückseite
sind elektrisch miteinander verbunden, um die interne Schaltung
abzuschirmen.
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Die
leitenden Resonatormuster 113 und 114 verfügen über eine
Länge l,
die nahezu einem Viertel (1/4) der Bandpasswellenlänge λ entspricht.
Sie sind an einem Ende mit den Erdungsmustern 115 und 116 verbunden,
und sie erstrecken sich parallel zueinander, wobei ihre anderen
Enden offen sind. Ferner verfügen
die leitenden Resonatormuster 113 und 114 über Eingangs-
bzw. Ausgangsmuster 118 und 119, die so darauf
ausgebildet sind, dass sie lateral wie ein Arm vorstehen. Demgemäß sind beim
BPF 110 die dielektrischen Substrate 111 und 112 sowie
die leitenden Resonatormuster 113 und 114 wie
bei einer Ersatzschaltung zum Erzeugen eines parallelen Resonanzkreises
kapazitiv gekoppelt, wie es in der 3 dargestellt
ist.
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Beim
o.g. BPF 110 hängen
Frequenzcharakteristiken wie eine Passbandcharakteristik, eine Grenzfrequenzcharakteristik
und dergleichen von der Verteilung des elektromagnetischen Felds
zwischen den dielektrischen Substraten 111 und 112 und
den leitenden Resonatormustern 113 und 114 ab.
Im BPF 110 variiert die Feldstärke abhängig vom Abstand p zwischen
den leitenden Resonatormustern 113 und 114, wenn
ein Modus ungeradzahliger Anregung vorliegt, und sie variiert im
Modus geradzahliger Anregung abhängig
vom Abstand zwischen den dielektrischen Substraten 111 und 112 und
den leitenden Resonatormustern 113 und 114, d.h.
der Dicke t der dielektrischen Substrate 111 und 112.
Auch variiert im BPF 110 die Feldstärke abhängig von der Breite w der leitenden
Resonatormuster 113 und 114.
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Im
BPF 110 variiert, wenn die Feldstärke in den Modi ungeradzahliger
und geradzahliger Erregung variiert, das Ausmaß der Kopplung zwischen den
leitenden Resonatormustern 113 und 114, und demgemäß variiert
die Filtercharakteristik. Um eine vorbestimmte Filtercharakteristik
zu gewährleisten, werden
die dielektrischen Substrate 111 und 112 und die
leitenden Resonatormuster 113 und 114 im BPF 110 mit
hoher Genauigkeit hergestellt.
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Wenn
die Herstell-Abmessungsgenauigkeit jeder Komponente des BPF nicht
immer konstant ist, kann ein BPF in einigen Fällen nicht die gewünschte Fil tercharakteristik
zeigen. Um dies zu vermeiden, muss als zusätzlicher Vorgang eine Einstellung
des BPF dadurch erfolgen, dass z.B. die Position, die Fläche und
dergleichen der leitenden Resonatormuster geeignet geändert werden,
während
ihre Ausgangscharakteristik unter Verwendung eines Messinstruments
geprüft
wird. Jedoch kann der BPF 110 nicht einfach auf derartige
Weise eingestellt werden, da die leitenden Resonatormuster 113 und 114 innerhalb
der dielektrischen Substrate 111 und 112 ausgebildet
sind, wie es oben beschrieben ist. Da die Komponenten des BPF 110 mit
hoher Genauigkeit hergestellt werden können, kann er nicht mit beliebig
verbesserter Effizienz und Ausbeute hergestellt werden.
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AUFGABE UND
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Daher
ist es eine Aufgabe der Erfindung, die o.g. Nachteile der einschlägigen Technik
dadurch zu überwinden,
dass eine Filterschaltung mit kleinerer und dünnerer Struktur geschaffen
wird, die eine gewünschte
Filtercharakteristik zeigt, die hoch genau ist, und die mit verbesserter
Effizienz herstellbar ist.
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Gemäß der Erfindung
ist Folgendes geschaffen: eine Filterschaltung mit einem Paar dielektrischer
Isolierschichten, nämlich
einer oberen und einer unteren, mit jeweils einem auf ihrer Hauptseite ausgebildeten
Erdungsmuster, und mit einer inneren Leiterbahnschicht, die zwischen
den dielektrischen Isolierschichten ausgebildet ist und über kapazitiv gekoppelte,
leitende Resonatormuster verfügt,
deren jeweiliges eines Ende über
Zwischenschicht-Verbindungsdurchführungen mit den Erdungsmustern
verbunden sind, und die am anderen Ende offen sind. Auf der inneren
Leiterbahnschicht sind mehrere kapazitive Lastmuster entlang den
Umfängen
der offenen Schaltkreisenden der leitenden Resonatormuster verlegt
und elektrisch gegeneinander isoliert. Auf einer der dielektrischen
Isolierschichten sind, entsprechend jedem der kapazitiven Lastmuster,
mehrere kapazitive Lasteinstellmuster ausgebildet, die elektrisch
gegen die Erdungsmuster isoliert sind und durch die Zwischenschicht-Verbindungsdurchführungen
elektrisch miteinander verbunden sind.
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Die
auf die obige Weise aufgebaute Filterschaltung kann dadurch kleiner
konzipiert werden, dass die Dreiplattenstruktur verwendet wird,
bei der die leitenden Resonatormuster auf Grundlage des Designs
mit verteilten Parametern innerhalb jeder der dielektrischen Isolierschichten
vorhanden sind. Bei der erfindungsgemäßen Filterschaltung sind die mehreren
kapazitiven Lastmuster entlang den Rändern der leitenden Resonatormuster
ausgebildet, und die Verbindung zwischen den kapazitiven Lastmustern
und den Erdungsmustern wird eingestellt, um dadurch die Filtercharakteristik
mittels der leitenden Resonatormuster einzustellen. Auch sind bei
der erfindungsgemäßen Filterschaltung
mehrere kapazitive Lasteinstellmuster auf einer dielektrischen Isolierschicht
ausgebildet, und die Verbindung zwischen den kapazitiven Lastmustern
und den Erdungsmustern wird auf der dielektrischen Isolierschicht
durch die kapazitiven Lasteinstellmuster eingestellt. Daher kann
die erfindungsgemäße Filterschaltung
so eingestellt werden, dass sie eine gewünschte Filtercharakteristik
selbst dann zeigt, wenn keine vorbestimmte Filtercharakteristik
gewährleistet
werden kann, da die Herstell-Abmessungsgenauigkeit jeder Komponente der
Filterschaltung nicht immer konstant ist. Demgemäß kann gemäß der Erfindung eine Filterschaltung mit
verbesserter Zuverlässigkeit
bei verbesserter Effizienz und Ausbeute hergestellt werden. Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht eines herkömmlichen
Bandpassfilters;
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2(A) bis 2(C) erläutern ein
Bandpassfilter mit herkömmlicher
Dreiplattenstruktur;
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3 erläutert den
Parallelresonanzkreis des Bandpassfilters in 2(A) bis 2(C);
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4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Bandpassfilters als
einer Ausführungsform
der Erfindung;
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5 ist
eine axiale Schnittansicht des Bandpassfilters in der 4;
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6 ist
eine Draufsicht des Bandpassfilters in der 4, dessen
Charakteristik eingestellt ist;
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7(A) bis 7(C) erläutern die
Einstellung der Filtercharakteristik beim Bandpassfilter in der 4;
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8 zeigt
die Filtercharakteristik des Bandpassfilters in der 4;
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9 ist
eine Draufsicht eines Bandpassfilters als anderer Ausführungsform,
der mit einem MEMS-Schalter versehen ist;
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10(A) und 10(B) zeigen
die Konstruktion des MEMS-Schalters; und
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11 zeigt
das Blockdiagramm einer Rückkopplungs-Logikschaltung,
die einen mit dem MEMS-Schalter versehenen Bandpassfilter enthält.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird nun auf die 4 und 5 Bezug genommen,
in denen in Form einer perspektivischen Explosionsansicht bzw. einer
axialen Schnittansicht eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bandpassfilters
(BPF) dargestellt ist. Der BPF ist allgemein mit der Bezugszahl 1 gekennzeichnet.
Wie dargestellt, verfügt
der BPF 1 über
ein erstes und ein zweites dielektrisches Substrat 2 und 3,
zwischen denen eine Leiterbahnschicht 4 auf Basis eines
Designs mit verteilten Parametern ausgebildet ist. D.h., der BPF 1 ist
von sogenannter Dreiplattenstruktur. Der BPF 1 wird dazu
verwendet, einen Teil eines Antennen-Eingangs/Ausgangs eines Kommunikationsmoduls
(nicht dargestellt) zu bilden, um ein zu empfangendes oder ein zu
sendendes Signal durchzulassen, das einer 5-GHz-Trägerfrequenz überlagert
ist, wie z.B. bei einem in IEEE 802.11a definierten Schmalband-Kommunikationssystem,
und das über eine
Antenne zu senden oder zu empfangen ist.
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Das
obige erste dielektrische Substrat 2 beinhaltet eine dielektrische
Isolierschicht 5 mit vorbestimmter Dicke, leitende Resonatormuster 6 und 7, die
auf einer Hauptseite 5a der dielektrischen Isolierschicht 5 ausgebildet
sind, um die Leiterbahnschicht 4 zu bilden, und die später detailliert
beschrieben wird, und ein erstes bis ein drittes kapazitives Lastmuster 8 bis 10.
Das erste dielektrische Substrat 2 verfügt über ein erstes Erdungsmuster 11,
das auf einer zweiten Hauptseite 5b der dielektrischen
Isolierschicht 5 ausgebildet ist. Außerdem sind entlang dem Umfang
des ersten dielektrischen Substrats zwei mehrere Zwischenschicht-Verbindungsdurchführungen 12 ausgebildet,
die für
elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Hauptseite 5a und 5b der
dielektrischen Isolierschicht 5 sorgen.
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Die
leitenden Resonatormuster 6 und 7 sind auf der
ersten Hauptseite 5a der dielektrischen Isolierschicht 5 parallel
zueinander so ausgerichtet, dass sich ihre einen Enden 6a und 7a von
einem Rand in der Breitenrichtung der dielektrischen Isolierschicht 5 erstrecken,
wobei die anderen Enden 6b und 7b nahe dem anderen
Rand in der Breitenrichtung verlegt sind. Die leitenden Resonatormuster 6 und 7 sind
elektrisch mit den einen Enden 6a und 7a derselben
mittels der Zwischenschicht-Verbindungsdurchführungen 12 jeweils
mit dem ersten Erdungsmuster 11 verbunden. Auch sind die
leitenden Resonatormuster 6 und 7 durch das Verfahren
des Designs mit verteilten Parametern so ausgebildet, dass sie über eine
Länge (ungefähr 6mm)
verfügen,
die nahezu einem Viertel (1/4) der Wellenlänge (λ) der Trägerfrequenz von 5 GHz entspricht,
wobei sie auch über
armförmige
Eingangs/Ausgangs-Muster 13 bzw. 14 verfügen, die
integral mit ihnen ausgebildet sind und sich jeweils zu den Querseiten
der dielektrischen Isolierschicht 5 erstrecken.
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Ferner
sind zwischen den Längsrändern des ersten
dielektrischen Substrats 2 und den Querrändern der
offenen Enden 6b und 7b der leitenden Resonatormuster 6 und 7 das
erste und zweite rechteckige kapazitive Lastmuster 8 und 9 ausgebildet.
Mittels der jeweiligen Innenränder,
die jeweils entgegengesetzt zu den Außenrändern der leitenden Resonatormuster 6 und 7 liegen,
werden das erste und das zweite kapazitive Lastmuster 8 und 9 mit
einer parallelen kapazitiven Last versorgt.
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Auch
ist zwischen dem Rand in der Breitenrichtung des ersten dielektrischen
Substrats 2 und den Spitzen der offenen Enden 6b und 7b der
leitenden Resonatormuster 6 und 7 ein rechteckiges
drittes kapazitives Lastmuster 10 in der Breitenrichtung
ausgebildet. Während
der Innenrand entgegengesetzt zu den Spitzen der leitenden Resonatormuster 6 und 7 und
den Außenrändern des
ersten und des zweiten kapazitiven Lastmusters 8 und 9 verlegt
ist, wird das dritte kapazitive Lastmuster 10 mit einer
parallelen kapazitiven Last versorgt.
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Das
zweite dielektrische Substrat 3 verfügt über eine dielektrische Isolierschicht 15 mit
vorbestimmter Dicke, ein zweites Erdungsmuster 16 und ein
erstes bis drittes kapazitives Lasteinstellmuster 17 bis 19,
die auf einer ersten Hauptseite 15a der dielektrischen
Isolierschicht 15 ausgebildet sind. Im zweiten dielektrischen
Substrat 3 sind ferner mehrere Zwischenschicht-Verbindungsdurchführungen 20 ausgebildet,
die mit den Zwischenschicht-Verbindungsdurchführungen 12 kommunizieren,
um das erste und das zweite Erdungsmuster 11 und 16 miteinander
zu verbinden, wenn das zweite dielektrische Substrat 3 mit
dem ersten dielektrischen Substrat 2 ver bunden wird, wie
dies später
detailliert beschrieben wird.
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Ferner
ist beim zweiten dielektrischen Substrat 3 auf der ersten
Hauptseite 15a der dielektrischen Isolierschicht 15 das
zweite Erdungsmuster 16 ausgebildet. Wenn ein Teil des
zweiten Erdungsmusters 16 in Form eines Rahmens abgezogen
wird, werden ein erstes bis drittes Isoliermuster 21 bis 23 gebildet, die
das erste bis dritte kapazitive Lasteinstellmuster 17 bis 19 umrahmen.
Das erste kapazitive Lasteinstellmuster 17 wird aus einem
rechteckigen leitenden Muster entgegengesetzt zum ersten kapazitiven Lastmuster 8 hergestellt,
wenn das zweite dielektrische Substrat 3 mit dem ersten
dielektrischen Substrat 2 verbunden wird. Auch ist das
erste kapazitive Lasteinstellmuster 17 durch das erste
Isoliermuster 21 elektrisch gegen das zweite Erdungsmuster 16 isoliert.
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Das
zweite kapazitive Lasteinstellmuster 18 besteht aus einem
rechteckigen leitenden Muster, das durch das zweite Isoliermuster 22 elektrisch
gegen das zweite Erdungsmuster 16 isoliert ist und entgegengesetzt
zum zweiten kapazitiven Lastmuster 9 des ersten dielektrischen
Substrats 2 verlegt ist. Das dritte kapazitive Lasteinstellmuster 19 besteht
aus einem rechteckigen leitenden Muster in der Breitenrichtung,
das durch das dritte Isoliermuster 23 elektrisch gegen
das zweite Erdungsmuster 16 isoliert ist und entgegengesetzt
zum dritten kapazitiven Lastmuster 10 des ersten dielektrischen
Substrats 2 verlegt ist.
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Das
zweite dielektrische Substrat 3 verfügt über eine erste bis dritte Zwischenschicht-Verbindungsdurchführung 24 bis 26,
die im ersten, zweiten bzw. dritten kapazitiven Lasteinstellmuster 17 bis 19 ausgebildet
sind. Das erste kapazitive Lasteinstellmuster 17 ist durch
die erste Zwischenschicht-Verbindungsdurchführung 24 elektrisch
mit dem ersten kapazitiven Lastmuster 8 verbunden. Das
zweite kapazitive Lasteinstellmuster 18 ist durch die zweite Zwischenschicht-Verbindungsdurchführung 25 elektrisch
mit dem zweiten kapazitiven Lastmuster verbunden. Das dritte kapazitive
Lasteinstellmuster 19 ist durch die dritte Zwischenschicht-Verbindungsdurchführung 26 elektrisch
mit dem dritten kapazitiven Lastmuster 10 verbunden.
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Beim
auf die obige Weise aufgebauten BPF 1 werden das erste
und das zweite dielektrische Substrat 2 und 3 mittels
eines Klebers oder dergleichen so übereinandergeschichtet und
aneinander befestigt, dass die erste Hauptseite 5a der
dielektrischen Isolierschicht 5 der zweiten Hauptseite 15b der
dielektrischen Isolierschicht 15 gegenüberstehend platziert ist, wie
es in der 5 dargestellt ist. Wenn beim
BPF 1 das erste und das zweite dielektrische Substrat 2 und 3 miteinander
verbunden werden, werden die Zwischenschicht-Verbindungsdurchführungen 12 und 20,
die einander gegenüberstehend verlegt
sind, um miteinander zu kommunizieren, sowie das erste Erdungsmuster 11 des
ersten dielektrischen Substrats 2 und das zweite Erdungsmuster 16 des
zweiten dielektrischen Substrats 3 elektrisch miteinander
verbunden. Es ist zu beachten, dass im BPF 1 allgemein
Durchführungen
ausgebildet sind, die für
Verbindungen zwischen dem ersten und dem zweiten dielektrischen
Substrat 2 und 3, die miteinander verbunden sind,
sorgen, nämlich
die Zwischenschicht-Verbindungsdurchführungen.
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Im
obigen Zustand des BPF 1 werden das erste bis dritte kapazitive
Lasteinstellmuster 17 bis 19 am zweiten dielektrischen
Substrat 2 dem ersten bis dritten kapazitiven Lastmuster 8 bis 10 am
ersten dielektrischen Substrat 2 jeweils gegenüberstehend verlegt,
wobei die dielektrische Isolierschicht 15 dazwischen platziert
ist. Ferner werden beim BPF 1 das erste bis dritte kapazitive
Lastmuster 8 bis 10 durch die erste bis dritte
Zwischenschicht-Verbindungsdurchführung 24 bis 26 jeweils
elektrisch mit dem ersten bis dritten kapazitiven Lasteinstellmuster 17 bis 19 verbunden.
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Wenn
beim BPF 1 ein von der Antenne empfangenes Eingangssignal
an das Eingangs/Ausgangs-Muster 16 am leitenden Resonatormuster 6 geliefert
wird, wird durch die leitenden Resonatormuster 6 und 7 ein
Signal, das einer 5-GHz-Trägerfrequenz überlagert
ist, aus dem empfangenen Signal entnommen und am Eingangs/Ausgangs-Muster 14 am
leitenden Resonatormuster 7 ausgegeben. Auch wird beim
BPF 1 ein einer 5-GHz-Trägerfrequenz überlagertes
Signal einem Ausgangssignal entnommen, das von einem ausgangsseitigen
Leistungsverstärker
an das Eingangs/Ausgangs-Muster 14 an den leitenden Resonatormustern 7 geliefert wird
und vom Eingangs/Ausgangs-Muster 13 am leitenden Resonatormuster 6 an
die Antenne ausgegeben wird.
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Beim
BPF 1 werden die Dicke sowohl der dielektrischen Isolierschicht 5 des
ersten dielektrischen Substrats 2 als auch der dielektrischen
Isolierschicht 15 des zweiten dielektrischen Substrats 3,
die Länge und
die Breite der leitenden Resonatormuster 6 und 7 oder
die Fläche
des ersten bis dritten kapazitiven Lastmusters 8 bis 10 so
eingestellt, dass für
eine Filtercharakteristik gesorgt ist, die zur Wellenlänge der 5-GHz-Trägerfrequenz
passt. Wenn die Herstell-Abmessungsgenauigkeit jeder der o.g. Komponenten des
BPF 1 nicht immer konstant ist, zeigt der BPF 1 abhängig vom
Fall keine vorbestimmte Filtercharakteristik.
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Auf
der Oberfläche
des zweiten dielektrischen Substrats 3 des BPF 1 sind
das zweite Erdungsmuster 16 sowie das erste bis dritte
kapazitive Lastmuster 17 bis 19 ausgebildet, die
durch die erste bis dritte Zwischenschicht-Verbindungsdurchführung 24 bis 26 mit
dem ersten, zweiten bzw. dritten kapazitiven Lastmuster 8 bis 10 verbunden
sind. Auf der Oberfläche
des zweiten dielektrischen Substrats 3 des BPF 1 sind
das erste bis dritte kapazitive Lasteinstellmuster 17 bis 19 selektiv
mit dem zweiten Erdungsmuster 16 verbunden, um die Last
an den leitenden Resonatormustern 6 und 7 durch
das erste bis dritte kapazitive Lastmuster 8 bis 10 einzustellen, um
dadurch die Filtercharakteristik einzustellen.
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Wie
es in den 4 und 6 dargestellt ist,
verfügt
der BPF 1 ferner über
einen ersten bis dritten Leiter 27 bis 29, die
entlang geeigneten Seiten des ersten bis dritten Isoliermusters 21 bis 23,
zum Definieren des ersten, zweiten bzw. dritten kapazitiven Lasteinstellmusters 17 bis 19,
ausgebildet sind. Der erste bis dritte Leiter 27 bis 29 sind
breiter als die Seiten des ersten bis dritten Isoliermusters 21 bis 23, und
sie verbinden das erste bis dritte Isoliermuster 21 bis 23 elektrisch
mit dem zweiten Erdungsmuster 16.
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Der
erste bis dritte Leiter 27 bis 29 bestehen z.B.
aus einem Lot, das entlang geeigneten Seiten des ersten, zweiten
bzw. dritten Isoliermusters 21 bis 23 eingefüllt wird.
Andernfalls können
der erste bis dritte Leiter 27 bis 29 beispielsweise
aus einer Metallfolie bestehen, die breiter als die geeigneten Seiten des
ersten, zweiten bzw. dritten Isoliermusters 21 bis 23 ist.
Alternativ können
der erste bis dritte Leiter 27 bis 29 beispielsweise
aus einer leitenden Paste bestehen, wie einer Silberpaste, die entlang
geeigneten Seiten des ersten, zweiten bzw. dritten Isoliermusters 21 bis 23 eingefüllt wird.
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Beim
BPF 1 wird ein Bezugssignal an das Eingangs/Ausgangs-Muster 13 am
leitenden Resonatormuster 6 geliefert, und das erste bis
dritte kapazitive Lasteinstellmuster 17 bis 19 werden
selektiv mit dem o.g. Erdungsmuster 16 verbunden, wie es
in den 7(A) bis 7(C) dargestellt
ist, während
ein Ausgangssignal vom Eingangs/Ausgangs-Muster 14 des
leitenden Resonatormusters 7 durch ein Messinstrument gemessen
wird.
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Die 7(A) zeigt die Verbindung des ersten bis dritten
kapazitiven Lasteinstellmusters 17 bis 19 mit
dem zweiten Erdungsmuster 16, wie sie er zielt wird, wenn
der erste bis dritte Leiter 27 bis 29 auf dem
ersten, zweiten bzw. dritten Isoliermuster 21 bis 23 hergestellt
wurden. Daher haben, beim BPF 1, das erste bis dritte kapazitive
Lastmuster 8 bis 10 über das erste, zweite bzw.
dritte kapazitive Lasteinstellmuster 17 bis 19 dasselbe
Potenzial wie das zweite Erdungsmuster 16. Demgemäß werden
beim BPF 1 die leitenden Resonatormuster 6 und 7 über das
erste bis dritte kapazitive Lastmuster 8 bis 10 mit einer
parallelen, kapazitiven Last versorgt, die durch das erste bis dritte
kapazitive Lastmuster 8 bis 10, das zweite Erdungsmuster 16 und
das erste bis dritte kapazitive Lasteinstellmuster 17 bis 19 zusammengesetzt
wird.
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Die 7(B) zeigt die Verbindung nur des dritten kapazitiven
Lasteinstellmusters 19 mit dem zweiten Erdungsmuster 16,
wie sie erzielt wird, wenn das erste und das zweite Isoliermuster 21 und 22 elektrisch
isoliert gegeneinander gehalten werden, während der dritte Leiter 29 alleine
auf dem dritten Isoliermuster 23 ausgebildet wird. Daher
hat beim BPF 1 das dritte kapazitive Lastmuster 10 über das dritte
kapazitive Lasteinstellmuster 19 dasselbe Potenzial wie
das zweite Erdungsmuster 16. Demgemäß werden beim BPF 1 die
leitenden Resonatormuster 6 und 7 über das
erste bis dritte kapazitive Lastmuster 8 bis 10 mit
der parallelen, kapazitiven Last versorgt, die durch das dritte
kapazitive Lastmuster 10, das zweite Erdungsmuster 16 und
das dritte kapazitive Lasteinstellmuster 19 zusammengesetzt
wird.
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Die 7(C) zeigt die Verbindung des ersten und des zweiten
kapazitiven Lasteinstellmusters 17 und 18 mit
dem zweiten Erdungsmuster 16, wie sie erzielt wird, wenn
das dritte Isoliermuster 23 elektrisch isoliert gehalten
wird, während
der erste und der zweite Leiter 27 und 28 auf
dem ersten bzw. zweiten Isoliermuster 21 und 22 hergestellt
werden. Daher haben beim BPF 1 das erste und das zweite
kapazitive Lastmuster 8 und 9 über das erste und zweite kapazitive
Lasteinstellmuster 17 und 18 dasselbe Potenzial
wie das zweite Erdungsmuster 16. Demgemäß werden beim BPF 1 die
leitenden Resonatormuster 6 und 7 über das
erste bis dritte kapazitive Lastmuster 8 bis 10 mit
einer parallelen, kapazitiven Last versehen, die durch das erste
und zweite kapazitive Lastmuster 8 und 9, das
zweite Erdungsmuster 16 und das erste und zweite kapazitive
Lasteinstellmuster 17 und 18 zusammengesetzt ist.
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Bei
der obigen Einstellung verfügt
der BPF 1 über
eine Filtercharakteristik, wie sie in der 8 dargestellt
ist. Wie dargestellt, kennzeichnet eine durchgezogene Linie a das
Ergebnis einer Filtercharakteristik-Simula tion, wie sie nach dem
Erstellen der in der 7(A) dargestellten
Verbindung erfolgte. Eine durchgezogene Linie b kennzeichnet das
Ergebnis einer Filtercharakteristik-Simulation, wie sie nach dem
Erstellen der in der 7(B) dargestellten Verbindung
erfolgte. Auch kennzeichnet eine durchgezogene Linie c das Ergebnis
einer Filtercharakteristik-Simulation, wie sie nach dem Erstellen
der in der 7(C) dargestellten Verbindung
erfolgte.
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Der
BPF 1 ist so konzipiert, dass er über eine 5-GHz-Filtercharakteristik
verfügt,
wie oben beschrieben, jedoch kann, wie es aus der 8 ersichtlich
ist, die Filtercharakteristik dadurch eingestellt werden, dass das
erste bis dritte kapazitive Lasteinstellmuster 17 und 19 selektiv
mit dem zweiten Erdungsmuster 16 verbunden werden. Anders
gesagt, kann so jede Variation der Filtercharakteristik des BPF 1 aufgrund
einer Variation der Herstell-Abmessungsgenauigkeit kompensiert werden.
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Es
wird nun auf die 9 Bezug genommen, in der eine
andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bandpassfilters
(BPF) in Form einer Draufsicht dargestellt ist. Der BPF ist allgemein
mit der Bezugszahl 30 gekennzeichnet. Der BPF 30 ist der
Grundkonstruktion nach der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich,
wobei auf dem ersten bis dritten Isoliermuster 31 bis 33 ein
erster bis dritter MEMS(micro-electromechanical system)-Schalter 31 bis 33 vorhanden
sind, um das erste, zweite bzw. dritte kapazitive Lasteinstellmuster 17 bis 19 zu
definieren. Es ist zu beachten, dass Teile des BPF 30,
die solchen des BPF 1 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen
wie solchen für
Teile des BPF 1 gekennzeichnet werden und in der folgenden Beschreibung
zum BPF 30 nicht mehr erläutert werden. Beim BPF 30 werden
das erste bis dritte kapazitive Lasteinstellmuster 17 bis 19 dadurch
selektiv mit dem zweiten Erdungsmuster 16 verbunden, dass die
MEMS-Schalter 31 bis 33 ein-
und ausgeschaltet werden.
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Nachfolgend
wird die Konstruktion des ersten MEMS-Schalters 31 unter
Bezugnahme auf die 10(A) und 10(B) beschrieben. Es ist zu beachten, dass der
zweite und der dritte MEMS-Schalter 32 und 33 ähnlich wie
der erste MEMS-Schalter 31 aufgebaut sind, so dass sie
hinsichtlich ihrer Konstruktion nicht mehr beschrieben werden. Wie
es in der 10(A) dargestellt ist, ist der
MEMS-Schalter 31 ganz mit einer isolierenden Abdeckung 34 abgedeckt.
Der MEMS-Schalter 31 verfügt über ein Siliciumsubstrat 35 sowie
einen ersten bis dritten festen Kontakt 36 bis 38,
die elektrisch isoliert gegeneinander auf dem Siliciumsubstrat 35 ausgebildet
sind. Der MEMS-Schalter 31 verfügt auch über einen dünnen, flexiblen beweglichen
Kontakt 39, der schwenkbar wie ein Träger am ersten festen Kontakt 36 gelagert ist.
Im MEMS-Schalter 31 werden der erste und dritte feste Kontakt 36 und 38 jeweils
als Eingangs/Ausgangs-Kontakt verwendet, und sie sind über Leitungen 40a bzw. 40b mit
Eingangs/Ausgangs-Anschlüssen 41a bzw. 41b verbunden,
die auf der isolierenden Abdeckung 34 vorhanden sind.
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Ein
Ende des beweglichen Kontakts 39 im MEMS-Schalter 31 ist
normalerweise gegen den ersten festen Kontakt 36 auf dem
Siliciumsubstrat 35 geschlossen, und sein freies Ende ist
normalerweise gegen den dritten festen Kontakt 38 geöffnet. Der
bewegliche Kontakt 39 trägt in seinem Inneren eine Elektrode 42 entsprechend
dem zweiten festen Kontakt 37, der in der Mitte ausgebildet
ist. Normalerweise wird ein Ende des beweglichen Kontakts 39 des MEMS-Schalters 31 mit
dem ersten festen Kontakt 36 in Kontakt gebracht, und das
andere Ende wird nicht mit dem dritten festen Kontakt 38 in
Kontakt gehalten, wie es in der 10(A) dargestellt
ist.
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Der
auf die obige Weise aufgebaute MEMS-Schalter 31 ist auf
der Hauptseite des zweiten dielektrischen Substrats 3 so
installiert, dass er das erste Isoliermuster 21 schneidet,
wie es in der 10(A) dargestellt ist. Der MEMS-Schalter 31 ist mit
seinem einen Eingangs/Ausgangs-Anschluss 41a mit dem zweiten
Erdungsmuster 16 verbunden, und er ist mit seinem anderen
Eingangs/Ausgangs-Anschluss 41b mit dem ersten kapazitiven
Lasteinstellmuster 17 verbunden. Daher hält der MEMS-Schalter 31 normalerweise
das zweite Erdungsmuster 16 und das erste kapazitive Lasteinstellmuster 17 elektrisch
gegeneinander isoliert.
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Wenn
der MEMS-Schalter 31 mit einem Ansteuerungssignal versorgt
wird, wird an seinem zweiten festen Kontakt 37 und der
internen Elektrode 42 des beweglichen Kontakts 39 eine
Erregungsspannung angelegt. Dann entsteht im MEMS-Schalter 31 eine
Kraft, die den zweiten festen Kontakt 37 und den beweglichen
Kontakt 39 aneinanderzieht, so dass sich der bewegliche
Kontakt 39 um den ersten festen Kontakt 36 zum
Siliciumsubstrat 35 hin verdreht, wie es in der 10(B) dargestellt ist, bis sein freies Ende mit
dem dritten festen Kontakt 38 in Kontakt gebracht ist.
Der bewegliche Kontakt 39 und der dritte feste Kontakt 38 werden
so mit Verbindung zwischen ihnen gehalten. Daher sind im BPF 30 das
zweite Erdungsmuster 16 und das erste Lasteinstellmuster 17 über den
MEMS-Schalter 31 miteinander verbunden.
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Wenn
im MEMS-Schalter 31 der zweite feste Kontakt 37 und
die interne Elektrode 42 des beweglichen Kontakts 39 mit
einer umgekehrten Vorerregungs spannung versorgt werden, kehrt der
bewegliche Kontakt 39 vom o.g. Zustand in den Anfangszustand
zurück,
und er wird vom dritten festen Kontakt 38 freigegeben.
Daher wird im BPF 30 das zweite Erdungsmuster 16 vom
ersten kapazitiven Lasteinstellmuster 17 getrennt. Da der
MEMS-Schalter 31 über eine
extrem kleine Größe verfügt und er
keinerlei Spannung benötigt,
um ihn im Betriebszustand zu halten, wird der BPF 30 bei
Installation in ihm nicht größer und
es kommt zu einem verringerten Energieverbrauch.
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Da
die Charakteristik des BPF 30 dadurch eingestellt wird,
dass der erste bis dritte MEMS-Schalter 31 bis 33 ein-
und ausgeschaltet werden, ist er dazu verwendbar, z.B. eine Rückkopplungslogik
einer Bandpassfilterschaltung 40 zu bilden, wie es in der 11 dargestellt
ist. Die Bandpassfilterschaltung 40 hat die Eigenschaft,
ein einer 5-GHz-Frequenz überlagertes
Signal durchzulassen, und sie verfügt über einen BPF 30,
einen Verstärker 42,
einen Mischer 43 und einen Übertrager 44 zum Verarbeiten
eines durch eine Antenne 41 empfangenen Signals. Der Bandpassfilter 40 ermöglicht es,
ein vorbestimmtes, vom Mischer 43 ausgegebenes Frequenzband
durch einen zweiten BPF 45 zu schicken, und er liefert
es an einen Empfangssignalverstärker 46.
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Wenn
die Umgebungsbetriebsbedingungen eines Geräts, in dem die Bandpassfilterschaltung 40 installiert
ist, variieren, wenn z.B. ein Metallgegenstand oder ein dielektrisches
Material nahe am Gerät platziert
wird, oder wenn die Umgebungstemperatur und die Feuchtigkeit variieren,
variiert die Frequenzcharakteristik des BPF 30, was möglicherweise
zu einer Verringerung der von der Antenne 41 empfangenen
Leistung führt.
In der Bandpassfilterschaltung 40 wird der Ausgangspegel
des Empfangssignalverstärkers 44 erfasst,
und wenn sich der erfasste Ausgangspegel als niedrig herausstellt,
wird er an eine Schalter-Ansteuerschaltung 47 geliefert.
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In
der Bandpassfilterschaltung 40 erzeugt die Schalter-Ansteuerschaltung 47 Steuersignale
s1 bis s3 zum Ansteuern des ersten bis dritten MEMS-Schalters 31 bis 33,
und sie speist die Signale an den BPF 30 zurück. In der
Bandpassfilterschaltung 40 werden der erste bis dritte
MEMS-Schalter 31 bis 33 selektiv ein- und ausgeschaltet,
um eine Feineinstellung der Frequenzcharakteristik vorzunehmen,
wie es oben beschrieben wurde.
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Es
ist zu beachten, dass bei den o.g. Ausführungsformen der Erfindung
die interne Leiterbahnschicht 4 aus dem ersten und dem
zweiten dielektrischen Substrat 2 und 3 gebildet
wird, die miteinander verbunden werden, dass aber selbstverständlich mehrere
zweite dielektrische Substrate 2 aufeinandergestapelt werden
können,
um mehrere Leiterbahnschichten zu bilden. Auch kann der BPF aus mehreren
Bandpassfiltern aufgebaut werden, die in einer mehrschichtigen Leiterbahnschicht
ausgebildet sind.
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Wie
vorstehend beschrieben, verfügt
die erfindungsgemäße Filterschaltung über leitende
Resonatormuster auf Basis des Designs mit verteilten Parametern,
die in der dielektrischen Isolierschicht ausgebildet sind, auf der
das Erdungsmuster ausgebildet ist, die mehreren kapazitiven Lastmuster,
die um die leitenden Resonatormuster herum ausgebildet sind, um
eine parallele, kapazitive Last auszuüben, und die mehreren kapazitiven
Lasteinstellmuster, die auf der Oberfläche der dielektrischen Isolierschicht
ausgebildet sind und mit den kapazitiven Lastmustern verbunden sind.
Da die Filterschaltung eine Dreiplattenstruktur verwendet, bei der
die leitenden Resonatormuster in der dielektrischen Isolierschicht
ausgebildet sind, kann sie kleiner hergestellt werden. Die selektive
Verbindung der kapazitiven Lasteinstellmuster mit dem Erdungsmuster
auf der Oberfläche der
dielektrischen Isolierschicht ermöglicht es, die Ausbildung einer
parallelen, kapazitiven Last von den kapazitiven Lastmustern einzustellen.
Daher kann die erfindungsgemäße Filterschaltung
so eingestellt werden, dass sie eine optimale Filtercharakteristik selbst
dann zeigt, wenn eine Unregelmäßigkeit
oder eine Variation derselben vorliegt, hervorgerufen durch nicht
konstante Herstell-Abmessungsgenauigkeit,
eine Variation der Betriebsumgebungsbedingungen usw. Demgemäß kann die
Filterschaltung mit verbesserter Effizienz und Ausbeute hergestellt
werden und verbesserte Zuverlässigkeit
und verbessertes Funktionsvermögen
zeigen.