DE68920547T2

DE68920547T2 - Keramisches Filter mit integrierter Phasenverschiebungsschaltung.

Info

Publication number: DE68920547T2
Application number: DE68920547T
Authority: DE
Inventors: Dale Gerard Schwent
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2009-10-24
Also published as: NO902730D0; ATE117131T1; DK144290D0; NO902730L; BR8907140A; EP0367061A3; JPH02166802A; KR930011383B1; MX167091B; DE68920547D1; AU618630B2; NO175800C; ES2065966T3; KR900702590A; WO1990005388A1; IE892707L; FI97261C; IE67155B1; AU4302689A; DK144290A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf keramische Filter und insbesondere auf ein verbessertes, keramisches Filter, das eine integrierte Phasenverschiebungsschaltung aufweist, die besonders zur Verwendung in Antennenduplexern geeignet ist.
Eine Übertragungsausrüstung, die sowohl einen Sender als auch einen Empfänger enthält, die eine gemeinsame Antenne verwenden, verlangt üblicherweise eine Schaltung, um die gesendeten und empfangenen Signale richtig zu lenken. Empfangene Signale, die von der Antenne kommen, müssen zu dem Empfänger ohne bemerkenswerten Verlust zu dem Sender gelenkt werden. Entsprechend müssen gesendete Signale von dem Sender zu der Antenne ohne bemerkenswerten Verlust zu dem Empfänger gelenkt werden.
In der Vergangenheit sind Filterschaltungen, wie die in dem US-Patent Nr. 3,728,731 beschriebenen, verwendet worden, um das Signal in geeigneter Weise zu lenken. Wenn die ausgewählten Filter große, reagierende Impedanzen außerhalb des Durchlaßbandes hatten, wurden Übertragungsleitungen häufig verwendet, um Sende- und Empfangsfilter mit der Antenne zu verbinden (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,692,726). Die Längen dieser Leitungen wurden so gewählt, daß der Sendeweg an der Verbindung des Sende- und des Empfangswegs für Signale in dem Empfangsband als ein offener Kreis erscheint, und der Empfangsweg würde als ein offener Kreis für Signale in dem Sendeband erscheinen.
Schwierigkeiten bei der Verwendung dieses Verfahrens treten auf, wenn die Impedanz außerhalb des Durchlaßbandes von einem der Filter bei den Durchlaßbandfrequenzen des anderen Filters kapazitiv ist. Diese Situation verlangt eine Übertragungsleitung zum Duplexen, die eine viertel bis eine halbe Wellenlänge lang ist. Diese ziemlich lange Übertragungsleitung ergibt zwei schädliche Wirkungen. Als erstes addiert sich der Verlust dieser Übertragungsleitung zu dem Durchlaßbereichsverlust des Filters, mit dem sie verbunden ist, wodurch der Durchgangsverlust zu der Antenne erhöht wird. Zweitens verringert der Verlust dieser Übertragungsleitung die Impedanz außerhalb des Bandes, die an der Verbindung des Sende- und Empfangswegs gesehen wird, wodurch die Wirksamkeit der Duplexschaltung verringert wird. Zusätzlich zu diesen Schwierigkeiten verlangt eine lange Übertragungsleitung einen übermäßigen Raumbedarf zum Einbau und ein Abstimmen der Leitungslängen, um Schwankungen von einer Einheit zu der nächsten auszugleichen, oder die Impedanz des Filters außerhalb des Bandes wird schwierig.
Man beachte, daß andere Filter entworfen worden sind, um die Notwendigkeit einer Übertragungsleitung auszuschließen. Die japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-61-193501 offenbart ein Filter, das eine Übertragungsleitung ausschließt, indem ein Kondensator verwendet wird, der in Reihe mit einem Resonator verbunden ist, um eine Schaltung aus konzentrierten idealen Elementen herzustellen. Die japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-62-136104 offenbart Eingangs/Ausgangs-Anschlußmuster, Abzweigungsfilter und Tiefpaßfilter, um zufällige Strahlung auszuschließen, die auf einer Schaltungsplatte gebildet wird, an der ein Filter angebracht ist. Die Verwendung von Verzweigungsschaltungen und Filter, die auf die Schaltkreisplatte gedruckt sind, verringert allgemein die Größe, das Gewicht und die Kosten.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Filter, das eine kompaktere Struktur aufweist, zum Verbinden eines Senders und eines Empfängers mit einer gemeinsamen Antenne zu schaffen, indem die langen Übertragungsleitungen ausgeschlossen werden, die bei Kopplungsschaltungen nach dem Stand der Technik verwendet werden.
Es ist eine weitere Zielsetzung dieser Erfindung, eine verlustärmere, wirksamere Einrichtung zum Leiten von Signalen von dem Sender zu der Antenne und von der Antenne zu dem Empfänger zu schaffen, indem der Verlust der langen Übertragungsleitungen ausgeschlossen wird, die bei Kopplungsschaltungen nach dem Stand der Technik verwendet werden.
Es ist eine noch andere Zielsetzung dieser Erfindung, eine einfache Einrichtung zum Abstimmen der Impedanz außerhalb des Durchlaßbandes bei einem Sender oder Empfänger zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Filter zum Filtern von Hochfrequenzsignalen in einem vorbestimmten Band bereitgestellt, das umfaßt:
einen Ausgang zum Koppeln an eine Antenne, wobei das Filter so angeordnet ist, daß die Impedanz des Filterausgangs einen charakteristischen Wert in dem vorbestimmten Band hat;
eine dielektrische Einrichtung, die umfaßt ein dielektrisches Filter, das eine obere, eine untere und seitliche Oberflächen hat, wobei die genannte untere und die seitlichen Oberflächen im wesentlichen mit einem leitenden Material bedeckt sind, einer Vielzahl von Löchern, von denen jedes im wesentlichen mit einem gleitenden Material überdeckte Oberflächen hat und die sich von der oberen Oberfläche in Richtung zu der unteren Oberfläche erstrecken;
eine Eingangskopplungseinrichtung, die mit einem ersten Loch der genannten Vielzahl von Löchern gekoppelt ist;
eine erste Elektrodeneinrichtung, die an der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung angeordnet und mit dem leitenden Material eines zweiten der genannten Vielzahl von Löchern gekoppelt ist, wobei das genannte Filter gekennzeichnet ist durch:
eine Phasenverschiebungseinrichtung zum Drehen der Ausgangsimpedanz von dem charakteristischen Wert zu einem offenen Kreis für Hochfrequenzsignale außerhalb des vorbestimmten Bandes, wobei die Phasenverschiebungseinrichtung umfaßt:
eine zweite Elektrodeneinrichtung, die an der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung mit einem vorbestimmten Abstand von der genannten ersten Elektrodeneinrichtung (218) zur kapazitiven Kopplung mit ihr angeordnet ist;
eine erste Übertragungsleitungseinrichtung, die an der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung angeordnet ist und ein erstes mit der genannten zweiten Elektrodeneinrichtung gekoppeltes Ende aufweist, und ein zweites mit dem leitenden Material einer der genannten Seitenoberflächen gekoppeltes Ende aufweist, um eine vorbestimmte induktive Impedanz zu erzeugen;
eine zweite Übertragungsleitungseinrichtung, die an der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung angeordnet ist und ein erstes, mit der genannten zweiten Elektrodeneinrichtung gekoppeltes Ende aufweist, und ein zweites Ende aufweist, das mit einem vorbestimmten Abstand von dem leitenden Material von einer der genannten Seiten angeordnet ist, um eine vorbestimmte kapazitive Impedanz zu erzeugen; und
eine Ausgangskopplungseinrichtung, die mit dem ersten Ende der genannten zweiten Übertragungsleitungseinrichtung und mit dem Filterausgang gekoppelt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Sender und ein Empfänger mit einer gemeinsamen Antenne durch ein Übertragungsfilter verbunden sind, das eine integrierte Phasenverschiebungsschaltung bzw. ein Empfängerfilter enthält.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform des Senderfilters in Fig. 1.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1 ist ein Übertragungssystem der vorliegenden Erfindung dargestellt, das ein Funktelefon einschließt, das aus einem Sender 102 und einem Empfänger 114 gebildet ist, die mit einer Antenne 106 über eine Duplexschaltung 104, 108, 110, 112 gekoppelt sind. Die Duplexschaltung ist aus einem Übertragungsfilter 104, das einen integrierten Phasenschieber 215, 216, 217 enthält, einem Empfangsfilter 112, einer Empfangsduplexleitung 110 und einer Antennenübertragungsleitung 108 aufgebaut ist. Man beachte, daß keine Sendeduplexleitung in der Duplexschaltung verwendet wird.
Die Duplexschaltung läßt Signale, die in dem Sender 102 erzeugt worden sind, durch das Übertragungsfilter 104 hindurch, wobei jene außerhalb des Übertragungsfrequenzbandes, insbesondere jene in dem Empfangsband gedämpft werden. Sendesignale treten aus dem Übertragungsfilter 104 aus und werden mit der Antenne 106 über die Antennenübertragungsleitung 108 gekoppelt. Durch die Wirkung der Empfangsduplexleitung 110 und des Empfangsfilters 112 stellt der Empfängerweg einen offenen Kreis bei den Sendebandfrequenzen an dem Ausgang des Sendefilters 104 dar, wobei Senderenergie von dem Empfänger fortreflektiert wird. Die Länge der Empfangsleitung 110 ist so gewählt, daß die hochreaktive Ausgangsimpedanz des Empfangsfilters 112 von ihrem charakteristischen Wert auf den erwünschten Wert des offenen Kreises in dem Sendeband gedreht wird, wobei das Belasten bei dem Sender minimiert wird.
Durch die Antenne 106 aufgenommene, empfangene Signale gelangen durch die Antennenübertragungsleitung 108 und auf den Empfangsweg 110, 112, 114. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden empfangene Signale innerhalb des Betriebsfrequenzbandes des Empfängers von dem Sendeweg 102, 104 durch die Wirkung des Übertragungsfilters 104 und seine integrierte Phasenverschiebungsschaltung 215, 216, 217 fortreflektiert. Die Ausgangsimpedanz des Übertragungsfilters 104 in dem Empfangsband wird von ihrem charakteristischen Wert zu einem offenen Kreis durch die Phasenverschiebungselemente 215, 216, 217 gedreht.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Übertragungsfilter 102 ein schmalbandiges Bandpaßfilter, das aus mehreren Resonatorzellen 202, 203, 204, 205, 206 auf einem einzigen, keramischen Block 230 aufgebaut ist, die mit Eingangs- bzw. Ausgangs-Kondensatoren 213, 219 und 214, 218 gekoppelt sind, die auf den keramischen Block 230 gedruckt sind. Die Eingangsübertragungsleitung 228 koppelt den Sender 102 an den Kondensator 213, 219. An die Eingangsleitung 228 ist auch über den gedruckten Kondensator 212, 221 eine einzelne Resonatorzelle 201 in einer Bandstoppanordnung gekoppelt, die den Signalpegel in dem Empfangsband weiter verringern soll. Der Ausgangskondensator 214, 218 des Filters 104 ist mit der Phasenverschiebungsschaltung 215, 216, 217 verbunden, die auf dem keramischen Block 230 gedruckt ist. Die Phasenverschiebungsschaltung 215, 216, 217 ist über eine Ausgangsübertragungsleitung 229 mit der Verbindung der Antennenübertragungsleitung 108 und der Empfangsduplexleitung 110 gekoppelt.
Fig. 2 zeigt mehr im einzelnen die Phasenverschiebungsschaltung 215, 216, 217 an dem Ausgang des Filters 104. Die Phasenverschiebungsschaltung 215, 216, 217 dreht die hochreaktive, kapazitive Ausgangsimpedanz des Filters 104 von ihrem charakteristischen Wert zu dem erwünschten Wert des offenen Kreises in dem Empfangsband, wodurch die Notwendigkeit einer externen Übertragungsleitung ausgeschlossen wird, wie sie beim Stand der Technik verlangt wird. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung wird mit drei Schaltungselementen 215, 216 und 217 erreicht, die auf dem keramischen Block 230 durch selektives Absetzen von leitendem Material darauf gedruckt werden. Eine Shunt-Induktanz 215 dreht die Ausgangsphase von ihrem charakteristischen, kapazitiven Wert zu einer induktiven Impedanz. Die Übertragungsleitung 216 ergibt einige Drehung zurück zu einem offenen Kreis und eine physikalische Verbindung mit dem Shunt-Kondensator 217 und dem Ausgang der Übertragungsleitung 229. Der Shunt-Kondensator 217 liefert den Rest der erwünschten Phasendrehung, um die Ausgangsphase um einen optimalen Wert eines offenen Kreises über das Empfangsband der Frequenzen herum anzuordnen. Der Phasenschieber 215, 216, 217 ist weniger verlustreich als die Übertragungsleitung, die er ersetzt, und wird unmittelbar auf den keramischen Block 230 gedruckt, wodurch die Größe und Komplexität der Duplexschaltung verringert wird.
Wenn Verfahrensschwankungen in dem Filter 104 eine unzulässige Änderung bei der Ausgangsphase des Filters bewirken, kann diese Phasenänderung ohne weiteres auf den erwünschten Wert abgestimmt werden, indem Material von dem offenen Ende des Shunt-Kondensators 217 entfernt wird. Bei einer getrennten Übertragungsleitung, wie beim Stand der Technik, müßten das Filter und die getrennte Übertragungsleitung als ein System abgestimmt werden, wodurch die Komplexität der Abstimmung bei in bezug auf die Phase empfindlichen Anwendungen zunimmt.
Die Eingangs- und Ausgangsübertragungsleitung 228 und 229 erstrecken sich von der oberen Oberfläche des keramischen Blocks 230 zu seiner Seitenoberfläche, so daß das Filter 104 mit einer Oberfläche auf einem Substrat oder einer Schaltungsplatte angebracht werden kann. Die Enden der Leitung 228 und 229 an der Seitenoberfläche des keramischen Blocks 230 sind von dem umgebenden, leitenden Material, das auf die Seitenoberfläche gedruckt ist, durch Bereiche isoliert, die nicht mit leitendem Material bedruckt sind. Die Bodenoberfläche und die andere Seitenoberfläche des keramischen Blocks 230 sind ebenfalls mit leitendem Material bedruckt. Löcher 201, 206 bilden Resonatorzellen in dem keramischen Block 230 und sind ebenfalls mit leitendem Material gedruckt. Die Bereiche des keramischen Blocks 230 und die Löcher 201-206, die mit leitendem Material gedruckt sind, können in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung des Filters 104 abgeändert werden.
Diese Erfindung löst das Problem einer langen, getrennten Übertragungsleitung bei Funksystemen nach dem Stand der Technik, indem die Phasenverschiebungsschaltung 215, 216, 217 unmittelbar auf den keramischen Block 230 mit verlustarmen, abstimmbaren Elementen gedruckt wird, um ein kompakteres Duplexsystem mit besserer Leistung zu erzeugen.

Claims

1. Ein Filter (104) zum Filtern von Hochfrequenzsignalen in einem vorbestimmten Band, das umfaßt:

einen Ausgang zum Koppeln an eine Antenne, wobei das Filter so angeordnet ist, daß die Impedanz des Filterausgangs einen charakteristischen Wert in dem vorbestimmten Band hat;

eine dielektrische Einrichtung (230), die umfaßt ein dielektrisches Filter, das eine obere, eine untere und seitliche Oberflächen hat, wobei die genannte untere und die seitlichen Oberflächen im wesentlichen mit einem leitenden Material bedeckt sind, eine Vielzahl von Löchern, von denen jedes im wesentlichen mit einem leitenden Material überdeckte Oberflächen hat und die sich von der oberen Oberfläche in Richtung zu der unteren Oberfläche erstrecken;

eine Eingangskopplungseinrichtung (228), die mit einem ersten Loch der genannten Vielzahl von Löchern gekoppelt ist;

eine erste Elektrodeneinrichtung (218), die an der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung angeordnet und mit dem leitenden Material eines zweiten der genannten Vielzahl von Löchern gekoppelt ist, wobei das genannte Filter gekennzeichnet ist durch:

eine Phasenverschiebungseinrichtung (215, 216, 217) zum Drehen der Ausgangsimpedanz von dem charakteristischen Wert zu einem offenen Kreis für Hochfrequenzsignale außerhalb des vorbestimmten Bandes, wobei die Phasenverschiebungseinrichtung umfaßt:

eine zweite Elektrodeneinrichtung (214) die an der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung mit einem vorbestimmten Abstand von der genannten ersten Elektrodeneinrichtung (218) zur kapazitiven Kopplung mit ihr angeordnet ist;

eine erste Übertragungsleitungseinrichtung (216), die an der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung angeordnet ist und ein erstes, mit der genannten zweiten Elektrodeneinrichtung gekoppeltes Ende aufweist, und ein zweites, mit dem leitenden Material einer der genannten Seitenoberflächen gekoppeltes Ende aufweist, um eine vorbestimmte induktive Impedanz zu erzeugen;

eine zweite Übertragungsleitungseinrichtung (217), die an der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung angeordnet ist und ein erstes, mit der genannten zweiten Elektrodeneinrichtung gekoppeltes Ende aufweist, und ein zweites Ende aufweist, das mit einem vorbestimmten Abstand von dem leitenden Material von einer der genannten Seiten angeordnet ist, um eine vorbestimmte kapazitive Impedanz zu erzeugen; und

eine Ausgangskopplungseinrichtung (229), die mit dem ersten Ende der genannten zweiten Übertragungsleitungseinrichtung und mit dem Filterausgang gekoppelt ist.

2. Das Filter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Ausgangskopplungseinrichtung (229) eine dritte Übertragungsleitungseinrichtung umfaßt, die auf der oberen Oberfläche der genannten dielektrischen Einrichtung angeordnet ist und ein erstes Ende aufweist, das mit dem ersten Ende der genannten zweiten Übertragungsleitungseinrichtung gekoppelt ist, und einen Bereich davon und ein zweites Ende an einer der genannten Seitenoberflächen angeordnet aufweistund mit dem Filterausgang gekoppelt ist.

3. Das Filter gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch eine vierte Übertragungsleitungseinrichtung (216), die an der oberen Oberfläche der genannten dieelektrischen Einrichtung zwischen der genannten zweiten Elektrodeneinrichtung und der genannten zweiten Übertragungsleitungseinrichtung angeordnet ist, wobei die genannte vierte Übertragungsleitungseinrichtung ein erstes Ende aufweist, das mit der genannten zweiten Elektrodeneinrichtung gekoppelt ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem ersten Ende der genannten zweiten Übertragungsleitungseinrichtung und der genannten Ausgangskopplungseinrichtung gekoppelt ist.

4. Eine Duplexschaltung zum Koppeln von ersten und zweiten Signalen an eine Antenne, umfassend:

eine Antennenübertragungsleitung (108), die ein erstes, mit der genannten Antenne gekoppeltes Ende aufweist und ein zweites Ende aufweist;

eine erste Übertragungsleitungseinrichtung (110), die ein erstes, mit dem ersten Signal gekoppeltes Ende aufweist und ein zweites, mit dem zweiten Ende der Antennenübertragungsleitung gekoppeltes Ende aufweist; und

ein Filter, wie es in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist, wobei das genannte zweite Signal mit der Eingangskopplungseinrichtung (228) zum Koppeln mit dem ersten Loch der genannten Vielzahl von Löchern gekoppelt ist, und wobei der Filterausgang mit dem zweiten Ende der Antennenübertragungsleitung (108) gekoppelt ist.

5. Ein Funkgerät umfassend:

eine Antenne (106);

eine Antennenübertragungsleitung (108), die ein erstes mit der genannten Antenne gekoppeltes Ende aufweist und eine zweites Ende aufweist;

einen Empfänger (114), der einen Eingang aufweist,

eine Empfangsübertragungsleitung (110), die ein erstes, mit dem Eingang des Empfängers gekoppeltes Ende aufweist und ein zweites, mit dem zweiten Ende der Antennenübertragungsleitung gekoppeltes Ende aufweist;

einen Sender (102), der einen Ausgang aufweist; und

ein Übertragungsfilter, das ein Filter gemäß dem Anspruch 1, 2 oder 3 umfaßt, wobei der Ausgang des Senders (102) mit der Eingangskopplungseinrichtung (228) zum Koppeln mit dem ersten Loch der genannten Vielzahl von Löchern gekoppelt ist und wobei der Filterausgang mit dem zweiten Ende der genannten Antennenübertragungsleitung (108) gekoppelt ist.