DE68913574T2

DE68913574T2 - An der Oberfläche angebrachtes Filter mit integralem Übertragungsleitunsanschluss.

Info

Publication number: DE68913574T2
Application number: DE68913574T
Authority: DE
Inventors: David Mark Demuro; Duane Carl Rabe; John Gerard Stillmank
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1988-04-01
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2009-03-29
Also published as: MX169664B; CN1036667A; DK472289D0; DE68913574D1; CN1012779B; EP0336255B1; NO174314B; NO893945L; AU3284489A; EP0336255A1; NO893945D0; IL89209A0; US4879533A; JP2578366B2; FI104661B; WO1989009498A1; JPH01291501A; ATE102746T1; FI895660A0; AU606024B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein an der Oberfläche angebrachte Filter und insbesondere ein an der Oberfläche angebrachtes, dielektrisches Filter, das eine Übertragungsleitung verwendet, die an einer Oberfläche des dielektrischen Filters angeordnet ist, um eine verbesserte Anpassung und Außenverbindung zu erzielen.
Die verringerte Größe von mobilen und tragbaren Funkempfängern hat zunehmende Anforderungen an die Filter gestellt, die verwendet werden, um ein Hochfrequenzfiltern in den Sendeempfängern bereitzustellen. Um eine weitere Größenverringerung solcher Filter zu ermöglichen (die für Empfänger Vorauswählfunktionen, als harmonische Filter für Sender, Duplexer und Zwischenkopplung verwendet werden können), wurde die Kopplung des Filters mit einer äußeren Schaltung durch unmittelbare Verbindung einer der Platten eines integralen Kopplungskondensator mit einem Befestigungssubstrat erreicht, wie es in US-Patent Nr. 4,673,902 (Takeda u. a.) gezeigt ist. Bei manchen kritischen Anwendungen jedoch erzeugt die Anordnung der Platte des Kopplungskondensators nahe dem Rand des Filters eine Kondensatorwertänderung wegen der Nähe des Substrates (das eine größere dielektrische Konstante als der freie Raum hat) und wegen der Wirkungen, die Kondensatorplatte an dem Substrat anzulöten. Wenn ferner die Platte des Kondensators für irgendeinen bedeutenden Bereich einer Wellenlänge der interessierenden Frequenzen verlängert ist, zeigt die Platte eine unerwünschte Kapazität zu Masse, die nachteilig die Kopplung mit dem Resonator beeinflußt. Ein anderes Beispiel von an der Oberfläche angebrachten Filtern kann in der japanischen, offengelegten Patentanmeldung Nr. 60-65601 gefunden werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine unmittelbare Oberflächenbefestigung eines dielektrischen Filters an einem Befestigungssubstrat ohne direkte Verbindung einer Kopplungskondensatorplatte mit dem Substrat zu ermöglichen.
Es ist eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine integrale Übertragungsleitung bekannter charakteristischer Impedanz zu verwenden, um den Kopplungskondensator mit einer äußeren Schaltung zu verbinden.
Es ist eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, einen oder mehrere dielektrische Filter in einer Duplex- Anordnung zu verwenden, in der die integrale Übertragungsleitung verwendet wird, die Länge von äußeren Duplexübertragungsleitungen zu verringern.
Demgemäß werden diese und andere Zielsetzungen bei der vorliegenden Erfindung umgesetzt, die ein an einer Oberfläche anbringbares, dielektrisches Blockfilter umfaßt, das unmittelbar auf einer leitenden Oberfläche eines Substrates angebracht wird, umfassend ein Volumen an dielektrischem Material, das wenigstens zwei leitende Resonatoren innerhalb des genannten Volumens an dielektrischem Material hat und die sich von einer ersten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material zu einer zweiten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material erstrecken, wobei die genannte zweite Oberfläche und wenigstens ein Teil einer dritten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material im wesentlichen mit einem leitfähigen Material überdeckt ist;
eine erste Elektrode, die an der genannten ersten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material angeordnet und mit einem ersten der genannten wenigstens zwei Resonatoren gekoppelt ist;
einen ersten Anschluß, der an einer Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material zur direkten Verbindung mit der leitfähigen Oberfläche des Substrates angeordnet ist;
gekennzeichnet durch:
eine erste Übertragungsleitung, die auf wenigstens einer Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material angeordnet ist, wobei die genannte erste Übertragungsleitung ein erstes und zweites Ende hat, die mit dem genannten ersten Ende an der genannte erste Elektrode gekoppelt ist und an dem genannten zweiten Ende mit dem genannten ersten Anschluß gekoppelt ist.
Ferner können bei einer bevorzugten Ausführungsform dielektrische Blockfilter gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Funksendeempfänger-Duplexgerät ausgebildet sein, bei dem der Anscnluß vor zwei dielektrischen Blockfiltern mit einer Senderzweig-Übertragungsleitung und einer Empfängerzweig-Übertragungsleitung verbunden werden können, die auf dem Substrat angeordnet sind, um an eine Antenne gekoppelt zu werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen, dielektrischen Blockfilters.
Fig. 2 ist ein Querschnitt des dielektrischen Filters der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des dielektrischen Blockfilters der Fig. 1.
Fig. 4A, 4B und 4C sind perspektivische Ansichten von dielektrischen Blockfiltern, die die vorliegende Erfindung verwenden.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der dielektrischen Blockfilter der Fig. 4A und 4B.
Fig. 6A und 6B sind perspektivische Ansichten eines dielektrischen Blockfilters, das die vorliegende Erfindung verwendet, und stellen eine bevorzugte Befestigung des Filters dar.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Funk-Duplexers.
Fig. 8 ist eine perspektivische Teilansicht von zwei dielektrischen Blockfiltern, die die vorliegende Erfindung verwenden und als ein Funk-Duplexer gekoppelt sind.
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm des Duplexers der Fig. 8.
Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm des dielektrischen Blockfilters der Fig. 4C.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 stellt ein herkömmliches, dielektrisches Blockfilter 100 mit einer Mehrzahl von integralen Resonatoren dar. Um die Größenverringerung zu verwirklichen, die durch Verwendung eines Volumens eines dielektrischen Materials mit hoher dielektrischer Konstante in Verbindung mit geringem Verlustund geringem Temperaturkoeffizienten ausgeführt werden kann, ist das dielektrische Material eines solchen dielektrischen Blockfilters 100 typischerweise aus einer Keramikverbindung gebildet, wie eine Keramik, die Bariumoxid, Titanoxid und/oder Zirkoniumoxid enthält. Ein solcher dielektrischer Block 100 wurde bereits in US-Patent Nr. 4,431,977 (Sokola u. a.) beschrieben.
Das dielektrische Blockfilter 100 der Fig. 1 ist typischerweise auf dem größten Teil seiner Oberfläche mit einem elektrisch leitenden Material überdeckt oder beschichtet, wie Kupfer oder Silber. Die obere Oberfläche 103 ist eine Ausnahme und wird später beschrieben. Ein oder mehrere Löcher in dem dielektrischen Material (105, 106, 107, 108, 109, 110 und 111 in Fig. 1) erstreckt sich im wesentlichen parallel zueinander von der oberen Oberfläche 103 des dielektrischen Blockfilters 100 zu der Bodenoberfläche. Ein Querschnitt von einem der Löcher ist in Fig. 2 gezeigt.
In Fig. 2 wird eine Mittenresonanzstruktur 201 geschaffen, indem das elektrisch leitende Material 203, mit dem der dielektrische Block 100 beschichtet ist, zu der Innenoberfläche des Loches in dem dielektrischen Block 100 fortgesetzt wird. Eine zusätzliche Größenverringerung und kapazitive Kopplung von einem Resonator zu dem nächsten wird erreicht, indem die Beschichtung von der Innenseite des Loches zu einem Bereich auf der oberen Oberfläche 103 fortgesetzt wird, die als die obere Oberflächenbeschichtung 205 des Resonators gezeigt ist.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 kann man sehen, daß sieben metallisierte Löcher (105-111) die perspektivisch verkürzten Resonatoren des dielektrischen Blockfilters 100 bilden. Natürlich kann sich die Anzahl der metallisierten Löcher (Resonatoren) in Abhängigkeit von der erwünschten Filterleistung ändern. Die absolute Anzahl von Resonatoren, die bei dem vorliegenden Beispiel gezeigt ist, sollte nicht als eine Begrenzung der vorliegenden Erfindung genommen werden. Wie es gezeigt ist, wird eine kapazitive Kopplung zwischen jedem Resonator über den Zwischenraum in der oberen Oberflächenbeschichtung erreicht, die jedes Resonatorloch umgibt, aber andere Möglichkeiten der Resonatorkopplung der Resonatoren untereinander können alternativ verwendet werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu beeinflussen. Abstimmeinstellungen können in herkömmlicherweise durch Trimmen geeigneter Abschnitte der metallisierten Oberflächenbeschichtung zwischen den Resonatoren oder zwischen der oberen Oberflächenbeschichtung eines Resonators und dem elektrisch leitenden Material durchgeführt werden, das an den Seiten und dem Boden des dielektrischen Blockes 100 aufgefunden wird. Es sollte darauf hingewiesen, daß sich das elektrisch leitende Material, das sich an der Seiten- und Bodenoberfläche des dielektrischen Blockfilters 100 befindet (nachfolgend als Massebeschichtung bezeichnet), teilweise auf die obere Oberfläche ausdehnen kann, wie es in dem vorgenannten US-Patent Nr. 4,431,977 gezeigt ist, oder sich in geringerer Ausdehnung zwischen der oberen Oberflächenbeschichtung des Resonators erstrecken kann, um die Resonator zu Resonatorkopplung zu steuern, wie es in US-Patent Nr. 4,692,726 (Green u. a.) gezeigt ist.
Die Kopplung von HF-Energie in das und aus dem dielektrischen Blockfilter der Fig. 1 wird typischerweise durch eine Elektrode ausgeführt, die kapazitiv mit der oberen Oberflächenbeschichtung des Resonators von einem Endresonator gekoppelt wird. Dies wird durch eine kapazitive Elektrode 113 für den Eingang und eine kapazitive Elektrode 115 für den Ausgang durchgeführt, die jeweils auf der oberen Oberfläche 103 des dielektrischen Blockfilters 100 des vorliegenden Beispieles angeordnet ist. Zur richtigen Arbeitsweise bei Hochfrequenzen sind die Eingangs- und Ausgangsverbindung allgemein unter Verwendung von koaxialen Übertragungsleitungen gemacht, wie es gezeigt ist.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist die kapazitive Eingangselektrode 113 zwischen dem Resonatorloch 105 und dem Resonatorloch 106 und deren verbundener Beschichtung der oberen Oberfläche angeordnet. Diese Ausrichtung gestattet, daß der Resonator 105 als eine Übertragungs-Null abgestimmt werden kann, das heißt ein äquivalenter Kurzschlußkreis bei Frequenzen um die Frequenz, bei der der Resonator 105 in Resonanz ist. Die Resonatoren 106 bis 111 werden als Übertragungspole verwendet, das heißt, sie liefern ein Durchlaßband von Frequenzen um die Frequenz herum, auf die jeder der Resonatoren 106-111 abgestimmt ist. Somit ist es möglich, eine verbesserte Bandstoppleistung bei einer ausgewählten Frequenz außerhalb des Durchlaßbandes der Mehrheit der Resonatoren des Filters zu erreichen. Eine solche Ausgestaltung jedoch muß bei der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden und alle Resonatoren könnten als Übertragungspole abgestimmt werden.
Eine äquivalente Schaltung für das dielektrische Blockfilter der Fig. 1 ist in Fig. 3 gezeigt. Jeder Resonator ist als ein Abschnitt einer Übertragungsleitung (Z&sub1;&sub0;&sub5; bis Z&sub1;&sub1;&sub1;) und eines Parallelkondensators (C&sub1;&sub0;&sub5; bis C&sub1;&sub1;&sub1;) dargezeigt, der der Kapazität zwischen der zugeordneten oberen Oberflächenbeschichtung und der Massebeschichtung entspricht. Die Kopplung von oberer Oberflächenbeschichtung zu oberer Oberflächenbeschichtung wird durch die Äopplungskondensatoren C angenähert, und die Magnetfeldkopplung zwischen den Resonatoren wird durch die Übertragungsleitungen Z angenähert. Die Eingangselektrode 113 koppelt wirksam an die Bandfilterresonatoren über die Kapazität Cx, koppelt mit dem Übertragungs Null-Resonator (Z&sub1;&sub0;&sub5;) durch den Kondensator Ca und besitzt eine Restkapazität Cz zu Masse. Die Ausgangselektrode 115 koppelt mit dem Resonator Z111 über den Kondensator Cx und besitzt eine Restkapazität Cz zu Masse.
Da es äußerst wünschenswert ist, daß ein dielektrisches Blockfilter unmittelbar auf einer gedruckten Leiterplatte oder einem anderen Substrat angebracht werden kann, ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die kapazitive Eingangs- und Ausgangselektrode 113 und 115 mit dem Substrat über eine integrale Übertragungsleitung bestimmter, charakteristischer Impedanz und elektrischer Länge verbunden ist. Ein solches dielektrisches Filter zur Oberflächenbefestigung mit einer integralen Übertragungsleitung für Eingangs- und Ausgangsverbindungen, ist in der perspektivischen Zeichnung der Fig. 4A gezeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die kapazitive Eingangselektrode 113 mit der äußeren Schaltung über eine Übertragungsleitung 401 verbunden, mit der die obere Oberfläche 103 des dielektrischen Blockfilters 100 beschichtet ist und die sich zu einer Seitenoberfläche fortsetzt, bei der ein Verbindungsanschluß 403 angeordnet ist. In ähnlicher Weise koppelt eine Übertragungsleitung 405 die Ausgangselektrode 115 mit einem Ausgangsverbindungsanschluß 407 auf der Seite des dielektrischen Blockfilters 100.
Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie es in Fig. 4B gezeigt ist. Bei dieser Alternativen sind der Eingangsverbindungsanschluß 403' und die Übertragungsleitung 401' sowie der Ausgangsverbindungsanschluß 407' und die verbundene Übertragungsleitung 405' auf der oberen Oberfläche 103 des dielektrischen Blockfilters 100 angeordnet. Der Eingangsanschluß 403' und der Ausgangsanschluß 407' werden beide zu dem Rand des dielektrischen Blockfilters 100 gebracht, so daß eine direkte Verbindung zwischen dem Eingangs/Ausgangs-Anschluß und einem Substrat gemacht werden kann, wenn das dielektrische Blockfilter 100 auf seine Seite gelegt wird. Entsprechende Größen an leitendem Massebeschichtungsmaterial auf der Seite 409 werden von den Bereichen entfernt, die dem Rand nahe dem Eingangsanschluß 403' und dem Ausgangsanschluß 407' benachbart sind. Auf diese Weise wird die Kapazität zu Masse minimiert und ein Kurzschluß wird verhindert.
Eine andere andersartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4C gezeigt. Wenn es erwünscht ist, daß die charakteristische Impedanz der Eingangsübertragungsleitung näher auf der oberen Oberfläche 103 des dielektrischen Blockfilters 100 gehalten wird, kann die Massebeschichtung auf beiden Seiten der Übertragungsleitung 401 durch Metallisierungen 411 und 413 der oberen Oberfläche ausgedehnt werden. Ähnliche Metallisierungen der oberen Oberfläche können bei der Ausgangsübertragungsleitung verwendet werden, sind aber in Fig. 4C nicht gezeigt. Es ist vielmehr eine induktive Ausgangskopplung mit dem Magnetfeld des Resonators 111 gezeigt. Bei dieser Ausführung ist ein Verbindungsanschluß 415 an der Seitenoberfläche des dielektrischen Blockfilters 100 angeordnet und mit einem geeigneten Punkt (in Abhängigkeit von einer erwünschten Ausgangsimpedanz) entlang der Übertragungsleiter 417 verbunden, die an einem Ende offen ist und an dem anderen an der Massebeschichtung auf Masse gelegt ist. Die Lage und Länge der Übertragungsleitung 417 wird so angeordnet, daß eine optimale Kopplung mit dem Magnetfeld des Resonators Z111 erreicht wird. Eine ähnliche Kopplung kann für einen Filtereingang verwendet werden.
Eine äquivalente Schaltung für das dielektrische Blockfilter der Fig. 4A und 4B ist in Fig. 5 gezeigt. Die schematische Darstellung, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist im wesentlichen identisch mit derjenigen, die in Fig. 3 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß die Übertragungsleitungen 401 und 405 zu der Eingangs- bzw. Ausgangsschaltung hinzugefügt worden sind. Verschiedene Vorteile erwachsen aus dieser erfindungsgemäßen Verbesserung von dielektrischen Filtern. Erstens kann die Verwendung von einer oder mehreren charakteristischen Impedanzen der Länge der Übertragungsleitungen 401 und 405 eingesetzt werden, um die Eingangs- und Ausgangsimpedanz des dielektrischen Filters weiter an die Schaltung anzupassen, die mit dem Eingang oder Ausgang des Filters verbunden ist. Zweitens kann bei den Anwendungen, die besondere Längen an Übertragungsleitung verlangen, um eine Signalaufhebung zu erreichen, ein wesentlicher Abschnitt der Übertragungsleitung auf der Oberflächen des dielektrischen Filters enthalten sein. Drittens kann die Kopplungskapazität zwischen den Eingangs/Ausgangs-Kondensatorelektroden beibehalten werden, während eine niedere Parallelkapazität zu Masse verwirklicht wird.
Ein schematisches Diagramm, das die Eingangs- und Ausgangskopplung des dielektrischen Blockfilters 100 der Fig. 4C zeigt, ist in Fig. 10 gezeigt. Der Eingangskreis ist identisch mit demjenigen der Fig. 5 ausgebildet. Die induktive Ausgangskopplung ist als eine Übertragungsleitung Zx und einer Aufteilungsinduktivität (Lx, Lz) zur Impedanztransformation geformt.
Bei einer Ausführung der bevorzugten Ausführungsform wurde ein Bandfilter mit der Mitte bei 888,5 MHz und mit einer Bandbreite von 33 MHz entworfen. Die Eingangs- und Ausgangsimpedanz für dieses Filter war 85 Ohm, was eine Anpassung an eine Quelle von 50 Ohm und an eine Last von 50 Ohm verlangte. Um die Impedanztransformation durchzuführen, wurde eine Viertelwellenlänge-Übertragungsleitung bei 888,5 MHz mit einer charakteristischen Impedanz von 65 Ohm [(Z&sub0;²) = (50)² (85)²] auf der oberen und der Seitenoberfläche eines Filters metallisiert, wie das in Fig. 4A gezeigt ist. Der dielektrische Filterblock 100 verwendete ein keramisches Material, das eine dielektrische Konstante von 36 und eine empirisch bestimmte effektive dielektrische Konstante von 9,4 aufwies. Um die erforderliche Impedanztransformation zu erreichen, wurde eine Übertragungsleitungslänge von 2,0 mm und einer Leitungsweite von 0,25 mm ausgelegt.
Bei einer Ausführung, bei der eine charakteristische Ubertragungsleitungsimpedanz von 50 Ohm verwendet wird, um die Länge der Übertragungsleitung außerhalb des Blockfilters zu verringern, kann eine Übertragungsleitung, die eine Weite von 0,56 mm und eine Länge von 2,0 mm hat, ohne weiteres auf einem dielektrischen Blockfilter, wie das in Fig. 4 gezeigt ist, ausgeführt werden. In diesem Fall wurde eine besondere Schwierigkeit bei der Konstruktion der Übertragungsleitungen 401 und 405 angetroffen. Typischerweise kann die charakteristische Impedanz einer Mikrostreifen- oder Streifenleitung- Übertragungsleitung wegen der geometrischen Beziehungen des leitenden Streifens und seiner zugeordneten Masseebene ohne weiteres berechnet werden. Solche Symmetrie ist bei der Übertragungsleitung der vorliegenden Erfindung nicht vorhanden. Eine effektive Masseebene mußte empirisch bestimmt werden. Eine zusätzliche Komplikation war, daß ein Teil der Übertragungsleitungen 401 und 405 auf der oberen Oberfläche 103 des dielektrischen Blockfilters 100 angeordnet war, und ein Teil der Übertragungsleitungen 401 und 405 einem Befestigungssubstrat benachbart angebracht war. Somit hatten die oberen Oberflächenbereiche einiges elektromagnetisches Feld, das in einem Luftdielektrikum gebildet wurde, während die Seitenoberflächenbereiche einiges elektromagnetisches Feld hatten, das in dem Dielektrikum des Befestigungsubstrats gebildet wurde. Als erste nnäherung jedoch ist, wenn die dielektrische Konstante des dielektrischen Blockfilters 100 gleich 36, die dielektrische Konstante des Substrats gleich 4,5 und die dielektrische Konstante von Luft gleich 1 ist, der Unterschied zwischen der dielektrischen Konstante des Befestigungssubstrats und Luft unbeträchtlich relativ zu der dielektrischen Konstante des Blockes ist. Für die Übertragungsleitungen auf dem dielektrischen Blockfilter 100 der bevorzugten Ausführungsform wird eine wirksame dielektrische Konstante von 9,4 über die Übertragungsleitungslänge verwendet.
Die Befestigung des dielektrischen Blockfilters 100 an einem Substrat ist in den Fig. 6A und 6B gezeigt. In Fig. 6A ist das dielektrische Blockfilter 100 über einem Befestigungssubstrat 601 angehoben dargestellt. Das Befestigungssubstrat 601 hat eine leitende Oberfläche 603, auf der die Massebeschichtung des dielektrischen Blockfilters in elektrischem Kontakt anzuordnen ist. Ein Bereich des Isoliermaterials 605 wird auf dem Substrat 601 zurückbehalten, damit die Eingangsbefestigungsfläche 607 und die Ausgangsbefestigungsfläche 609 elektrisch von der leitenden Massefläche 603 getrennt werden können. Mit der Eingangsfläche 607 ist ein Übertragungsleitungsleiter 611 verbunden, der aber auf der Unterseite des Substrats 601 angeordnet ist. Der Übertragungsleitungsleiter 611 ist mit einer äußeren Schaltung gekoppelt, die mit dem Eingang des Filters gekoppelt werden kann. Ahnlich ist die Ausgangskopplungsfläche 609 mit dem Übertragungsleitungsleiter 613 verbunden, der wiederum mit der Schaltung an den Ausgang des Filters gekoppelt ist. Somit wird das dielektrische Blockfilter 100 auf dem Substrat 601 befestigt, wie es in Fig. 6B gezeigt ist.
Wie es vorhergehend erwähnt worden ist, legen einige Anwendungen eines dielektrischen Blockfilters enge Anforderungen an die Eingangs- und Ausgangskopplungsfähigkeit. Eine solche Anwendung ist die bei einem HF-Senderempfänger-Duplexer, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Ein in herkömmlicherweise arbeitendes Duplexer-Filter 700 ist mit einem herkömmlichen Sender 701 über einen unabhängigen Eingangseinlaß 702 mit einem Senderfilter 703 verbunden, das wiederum mit einer Antenne 705 über eine Übertragungsleitung 707 gekoppelt ist, die eine Länge L und einen gemeinsamen Anschluß 708 hat. Ein üblicher Funkempfänger 709 empfängt Signale von der Antenne 705 über den gemeinsamen Anschluß 708 und eine Übertragungsleitung 711, die eine Länge L' hat und mit dem Empfängerfilter 713 gekoppelt ist. Der Ausgang des Empfängerfilters 713 ist mit dem Empfänger 709 über einen unabhängigen Auslaßanschluß 14 gekoppelt. Da der Sender 701 und der Empfänger 709 bei Anwendungen, wie einer mobilen und tragbaren Funktelefonausrüstung, gleichzeitig arbeiten müssen, ist es notwendig, daß das Hochleistungssignal von dem Sender 701 von dem allgemein schwachen Signal entkoppelt wird, das von dem Empfänger 709 empfangen wird. Typischerweise arbeiten der Sender 701 und der Empfänger 709 bei Frequenzen, die voneinander durch eine relativ kleine Frequenzunterschiedsgröße getrennt sind. Es ist deshalb möglich, ein Senderfilter 703 und ein Empfängerfilter 713 zu bauen, die solche Eigenschaften haben, daß das Senderfilter 703 die Frequenzen durchläßt, die der Sender 701 erzeugen kann, während es die Frequenzen sperrt, auf die der Empfänger 709 eingestellt werden kann, um sie zu empfangen. Ebenso kann das Empfängerfilter 713 abgestimmt werden, daß es diejenigen Frequenzen durchläßt, die von dem Empfänger 709 empfangen werden sollen, während es diejenigen Frequenzen zurückweist, die von dem Sender 701 gesendet werden können. Ferner kann das Senderfilter 703 ausgelegt werden, daß es die Harmonischen der Frequenzen zurückweist oder sperrt, die von dem Sender 701 erzeugt werden, so daß diese harmonischen Frequenzen von der ntenne 105 nicht ausgestrahlt werden. Auch kann das Empfängerfilter 713 ausgelegt werden, Frequenzen zu sperren, die durch einen Superüberlagerungsempfänger in Frequenzen auf dem Kanal (Bildfrequenzen) umgewandelt werden können, und auch die Harmonischen der Frequenzen zu sperren, auf die der Empfänger 709 normalerweise abgestimmt ist.
Ein guter Ingenieurentwurf des Senderfilters 703 und des Empfängerfilters 713 erzeugt Filter, die einen Reflexionskoeffizienten (F) haben, der so niedrig wie möglich bei der Frequenz ist, auf die das jeweilige Filter abgestimmt ist (was eine Impedenzanpassung der Übertragungsleitung 707 bzw. 711 anzeigt). Somit wird das ΓT des Senderfilters 730 ausgelegt, nahe bei Null bei der Sendefrequenz und bei irgendeinem anderen von Null verschiedenen Wert bei anderen Frequenzen zu sein, wie der Empfangsfrequenz. Ahnlich wird ΓR des Empfängerfilters ausgelegt, daß es nahe bei Null bei den Empfangsfrequenzen und bei irgendeinem anderen, von Null verschiedenen Wert bei anderen Frequenzen ist, wie den Sendefrequenzen.
Um vorteilhaft den Nicht-Null-Reflexionskoeffizienten wirksam zu verwenden, wird die Länge L der Übertragungsleitung 707 ausgelegt, daß sie eine Viertelwellenlänge lang bei den Empfangsfrequenzen ist und die Länge L' der Leitung 711 ist ausgelegt, daß sie eine Viertelwellenlänge lang bei den Sendefrequenzen ist. Die Viertelwellenlängen-Übertragungsleitungen 707 und 711 wandeln die jeweiligen Reflexionskoeffizienten (die üblicherweise Kurzschlußschaltungen bei den Empfangs- bzw. Sendefrequenzen sind) nahezu zu offenen Schaltungen (bei den jeweiligen Empfangs- und Sendefrequenzen) an dem Duplex-Verbindungspunkt 715 des Duplexers 700 um. Auf diese Weise wird Empfängerfrequenzenergie von der Antenne 705, die sich längs der Übertragungsleitung 707 fortpflanzt, von dem Senderfilter 703 reflektiert und in Phasenübereinstimmung mit der Empfängerfrequenzenergie kombiniert, die sich entlang der Übertragungsleitung 711 fortpflanzt, wodurch ein minimaler Einführungsverlust zwischen dem Duplexpunkt 715 und dem Empfänger 709 ergibt. Ähnlich kombiniert sich eine Reflexion der Senderenergie, die sich entlang der Übertragungsleitung 711 von dem Empfängerfilter 713 fortpflanzt, in Phasenübereinstimmung an dem Duplexpunkt 715 mit der Energie, die unmittelbar von dem Senderfilter 703 herkommt, um ein Minimum von Einführungsverlust zwischen dem Eingang des Senderfilters 703 und dem Duplexpunkt 715 zu ergeben.
Man sieht deshalb, daß, wenn ein Teil oder der größte Teil der Übertragungsleitungen 700 und 711 auf der Oberfläche des dielektrischen Filterblockes angeordnet wird, der das Senderfilter 703 bildet, und dem Filterblock, der das Empfängerfilter 713 bildet, nur ein kleiner Teil der Übertragungsleitung auf dem Substrat angeordnet werden muß, auf dem die Filterblöcke befestigt werden. Bei kleinen Senderempfängern ist der Raum vorrangig und eine Verringerung der physikalischen Größe der Duplexer-Übertragungsleitung bietet die Möglichkeit geringerer Größe. Die Ausführung der Übertragungsleitungen auf dem Filterblock erlaubt mehr Fläche auf dem Schaltungsplattensubstrat für andere Bauteile. Da die effektive dielektrische Konstante für eine an dem Block angebrachte Übertragungsleitung höher als für die an dem Schaltungsplattensubstrat angebrachte Übertragungsleitung ist, wird die an dem Block angebrachte Leitung kürzer und schmaler als die an dem Substrat angebrachte Übertragungsleitung derselben elektrischen Länge.
Eine Befestigung von dielektrischen Filterblöcken auf einem einzigen Substrat 801 ist in Fig. 8 gezeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Empfanger 709 mit der kapazitiven Eingangselektrode 803 mittels einer Übertragungsleitung 805 gekoppelt werden, die auf der Unterseite des Substrats 801 angeordnet und mit der Übertragungsleitung 807 verbunden ist, die auf einer Seite und der oberen Oberfläche des dielektrischen Blockfilters 713 angeordnet ist. Der Ausgang des dielektrischen Blockfilters 713 wird über eine kapazitive Elektrode 809, eine integrale Übertragungsleitung 811 und eine Übertragungsleitung 815, die auf der Unterseite des Substrats 801 angeordnet ist, mit der Antenne 705 gekoppelt. Ähnlich ist der Sender 701 mit dem Senderfilterblock 703 über eine Übertragungsleitung 817, die auf der Unterseite des Substrats 801 angeordnet ist, eine integrale Übertragungsleitung 819 und die kapazitive Eingangselektrode 821 gekoppelt. Der Ausgang von dem Senderblockfilter 703 ist über eine kapazitive Elektrode 823, eine integrale Übertragungsleitung 825 und eine Übertragungsleitung 827, die auf der Unterseite des Substrats 801 angeordnet ist, mit der Antenne 705 gekoppelt.
Ein schematisches Diagramm des Duplexer-Filters der Fig. 8 ist in Fig. 9 gezeigt. Die Übertragungsleitung, die das Empfängerfilter 713 mit der Antenne 705 koppelt, ist die kombinierte elektrische Länge der Übertragungsleitungen 811 und 815 (IR2 und N'). Die Übertragungsleitung, die das Senderfilter 703 mit der Antennte 705 koppelt, ist die kombinierte Länge der Übertragungsleitungen 825 und 827 (IT2 und N). Bei einer Ausführung der bevorzugten Ausführungs formen sind die Längen des Empfängerzweiges des Duplexer (L') IR2 = 2 mm und N' = 37,4 mm). Die Längen des Senderzweiges des Duplexers (L) sind IT2 = 2 mm und N = 65,3 mm.
Zusammenfassend ist ein dielektrischer Filterblock, der auf einer Oberfläche befestigbar ist und integrale Eingangs- und Ausgangsübertragungsleitungen aufweist, gezeigt und behrieben worden. Um die Streukapazität zwischen dem metallischen Eingang/Ausgangs-Kopplungskondensator und Masse zu verringern und eine verbesserte Anpassung durchzuführen, ist eine metallisierte Übertragungsleitung zwischen dem Eingang/Ausgang-Kopplungskondensator und dem Ausgangsanschluß angeordnet. Wenn der dielektrische Filterblock als ein Teil eines Duplexers verwendet wird, umfaßt die metallisierte Eingangs/Ausgangs-Übertragungsleitung einen wesentlichen Abschnitt der Duplexkopplungsleitungen.

Claims

1. Ein an einer Oberfläche befestigbares dielektrisches Blockfilter, das unmittelbar auf einer leitenden Oberfläche eines Substrats anbringbar ist, umfassend ein Volumen an dielektrischem Material (100), das wenigstens zwei leitende Resonatoren (106, 111) innerhalb des genannten Volumens an dielektrische0m0n Material hat und die sich von einer ersten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material zu einer zweiten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material erstrecken, wobei die genannte zweite Oberfläche und wenigstens ein Teil einer dritten Oberfläche des genannten Voluinens an dielektrischem Material im wesentlichen mit einem leitfähigen Material überdeckt ist; eine erste Elektrode (113), die an der genannten ersten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material angeordnet und mit einem ersten der genannten wenigstens zwei Resonatoren gekoppelt ist; einen ersten Anschluß (403), der an einer Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material zur direkten Verbindung mit der leitfähigen Oberfläche des Substrats angeordnet ist;

gekennzeichnet durch:

eine erste Übertragungsleitung (401), die auf wenigstens einer Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material angeordnet ist, wobei die genannte erste Übertragungsleitung ein erstes und zweites Ende hat, die mit dem genannten ersten Ende an die genannte erste Elektrode (113) gekoppelt ist und an dem genannten zweiten Ende mit dem genannten ersten Anschluß (403) gekoppelt ist.

2. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 1, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder der genannten wenigstens zwei leitfähigen Resonatoren ferner ein leitfähiges Material umfaßt, das im wesentlichen die Oberfläche eines Loches überdeckt, das sich von der genannten ersten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material zu der genannten zweiten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material erstreckt.

3. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste der genannten wenigstens zwei Resonatoren ferner eine zweite Elektrode umfaßt, die an der genannten ersten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material angeordnet ist.

4. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Elektrode und die genannte zweite Elektrode ferner einen Kondensator umfassen.

5. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 1, das ferner gekennzeichnet ist, durch eine dritte Elektrode (115), die an der genannten ersten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material angeordnet ist und mit einem zweiten (111) der genannten wenigstens zwei Resonatoren gekoppelt ist.

6. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 5, das ferner gekennzeichnet ist durch einen zweiten Anschluß (407), der an einer Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material zum direkten Verbinden mit der leitenden Oberfläche des Substrats angeordnet ist.

7. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 6, das ferner gekennzeichnet ist durch eine zweite Übertragungsleitung (405), die an wenigstens einer Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material angeordnet ist, wobei die genannte zweite Übertragungsleitung erste und zweite Enden aufweist, an dem genannten ersten Ende mit der genannten dritten Elektrode (115) gekoppelt ist und an dem genannten zweite Ende mit dem genannten zweiten Anschluß (407) gekoppelt ist.

8. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (403, 407) auf der dritten Oberfläche angeordnet sind.

9. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte leitfähige Oberfläche des Substrats ferner ein Muster umfaßt, das eine Substratübertragungsleitung erzeugt, mit der der genannte erste Anschluß direkt verbunden ist.

10. Ein an einer Oberfläche befestigbares, dielektrisches Blockfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte leitfähige Material, das wenigstens einen Teil der genannten dritten Oberfläche des genannten Volumens an dielektrischem Material überdeckt, direkt mit der leitfähigen Oberfläche des Substrats verbunden ist.

11. Ein Funksenderempfänger-Duplexer umfassend: ein Substrat (801), das eine Senderzweig-Übertragungsleitung (817, 827) und eine Empfängerzweig-Übertragungsleitung (805, 815) hat, die auf dem genannten Substrat zum Koppeln eines Senderfilters (703) und eines Empfängerfilters (713) mit einer Antenne (705) angeordnet sind;

ein erstes Volumen an dielektrischem Material (100) umfassend:

(a) wenigstens zwei leitfähige Resonatoren, die als ein Senderfilter abgestimmt sind und in dem genannten ersten Volumen an dielektrischem Material angeordnet sind und sich von einer ersten Oberfläche des genannten ersten Volumens an dielektrischem Material zu einer zweiten Oberfläche des genannten ersten Volumens an dielektrischem Material erstrecken, wobei die genannte zweite Oberfläche und wenigstens ein Teil einer dritten Oberfläche des genannten ersten Volumens an dielektrischem Material im wesentlichen mit einem leitfähigen Material überdeckt ist,

(b) eine erste Elektrode (821, 823), die an der genannten ersten Oberfläche des genannten ersten Volumens an dielektrischem Material zum Koppeln eines ersten der genannten wenigstens zwei Resonatoren angeordnet ist, und

ein zweites Volumen an dielektrischem Material (100) umfassend:

(a) wenigstens zwei leitfähige Resonatoren, die als ein Empfängerfilter abgestimmt und in dem genannten zweiten Volumen an dielektrischem Material angeordnet sind, wobei sie sich von einer ersten Oberfläche des genannten zweiten Volumens an dielektrischem Material zu einer zweiten Oberfläche des genannten zweiten Volumens an dielektrischem Material erstrecken, wobei die genannte zweite Oberfläche und wenigstens ein Teil einer dritten Oberfläche des genannten zweiten Volumens an dielektrischem Material im wesentlichen mit einem leitfähigen Material überdeckt ist,

(b) eine erste Elektrode (803, 809), die an der genannten ersten Oberfläche des genannten zweiten Volumens an dielektrischem Material zum Koppeln eines ersten der genannten wenigstens zwei Resonatoren angeordnet ist, wobei der genannte Funksenderempfänger- Duplexer dadurch gekennzeichnet ist, daß das genannte erste Volumen an dielektrischem Material ferner umfaßt:

(a) einen ersten Anschluß, der an der genannten dritten Oberfläche des genannten ersten Volumens an dielektrischem Material zum direkten Verbinden der genannten Senderzweig-Übertragungsleitung angeordnet ist, und

(b) eine erste Übertragungsleitung (819, 825), die an wenigstens einer Oberfläche des genannten ersten Volumens angeordnet ist, wobei die genannte erste Übertragungsleitung erste und zweite Enden hat, und an dem genannten ersten Ende mit der genannten ersten Elektrode gekoppelt ist und an dem genannten zweiten Ende mit dem genannten ersten Anschluß gekoppelt ist; und

wobei das genannte zweite Volumen an dielektrischem Material ferner umfaßt:

(c) einen ersten Anschluß, der an der genannten dritten Oberfläche des genannten zweiten Volumens an dielektrischem Material zum direkten Verbinden der genannten Empfängerzweig-Übertragungsleitung angeordnet ist, und

(d) eine zweite Übertragungsleitung (807, 811), die auf wengistens einer Oberfläche des genannten zweiten Volumens angeordnet ist, wobei die genannte zweite Übertragungleitung erste und zweite Enden hat und an dem genannten ersten Ende mit der genannten ersten Elektrode gekoppelt ist und an dem genannten zweiten Ende mit dem genannten ersten Anschluß gekoppelt ist.