DE69121549T2

DE69121549T2 - Bandpassfilter

Info

Publication number: DE69121549T2
Application number: DE69121549T
Authority: DE
Inventors: Tadao Fujii; Taro Miura; Shinya Nakai
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2011-09-10
Also published as: EP0499643B1; US5311159A; EP0499643A1; DE69121549D1; FI921995A; FI921995A0; EP0499643A4; WO1992004741A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bandpaßfilter, insbesondere ein Bandpaßfilter mit Resonatoren, die aus Dreiplattenleitungen gebildet sind.
Ein herkömmliches Bandpaßfilter mit einem dielektrischen Substrat besteht aus einer Reihenschaltung mehrerer Resonatoren und hat eine vorbestimmte Bandpaßkennlinie in der Umgebung seiner Resonanzfrequenzen. Diese Resonatoren haben viele Resonanzmoden (Anregungsmoden) in Abhängigkeit von der Form und den Abmessungen des Elements. Die im allgemeinen benutzten Grundresonanzoden sind eine TE01δ-Mode (TE01δ-Resonator oder E01δ-Resonator), eine TM&sub0;&sub1;&sub0;-Mode (TM&sub0;&sub1;&sub0;-Resonator oder H&sub0;&sub1;&sub0;-Resonator) und eine TEM-Mode (TEM-Resonator). Wenn die Resonanzfrequenz in diesen Moden (Schwingungstypen oder Betriebsarten) die gleiche ist, werden die Resonanzsysteme in der Reihenfolge E01δ-Mode, H&sub0;&sub1;&sub0;-Mode und TEM-Mode kleiner, während die Leerlaufgüte Q ebenfalls in der gleichen Reihenfolge kleiner wird. Da bei einem Filter, das in einer mobilen Kommunikationsvorrichtung verwendet wird, ein geringes Gewicht und kleine Abmessungen erforderlich sind, wird der TEM-Mode-Resonator verwendet. Insbesondere wird häufig ein koaxialer TEM-Resonator mit λ/4-Mode verwendet.
Die Fig. 9(a) bis 9(c) stellen den Aufbau herkömmlicher Bandpaßfilter mit TEM-Resonatoren dar. Fig. 9(a) zeigt ein Filter mit dielektrischen Koaxialleitungs-Resonatoren. In dem Filter sind Koaxialleitungs-Resonatoren (TEM-Resonatoren) 102 getrennt ausgebildet und in einem Metallgehäuse 101 in Reihe geschaltet. Ferner sind in einem Metalldeckel 103 Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse und ein Koppelkreis (die nicht dargestellt sind) ausgebildet. Fig. 9(b) stellt den generellen Aufbau eines TEM- Resonator-Filters dar. Dieses TEM-Resonator-Filter wird in letzter Zeit sehr häufig verwendet. Bei diesem sind Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse (Eingangs/Ausgangs-Koppelektroden) 105, TEM-Resonatoren 106 und Koppelkreise 107 in einem dielektrischen Block 104 integral ausgebildet. Um die Resonatoren zu trennen, sind Schlitze 108 zur elektrischen Trennung benachbarter Resonatoren zwischen den Resonatoren eingefügt. Mit der Bezugszahl 109 ist eine Erdleiterelektrode (Masseleitung) bezeichnet.
Fig. 9(c) zeigt den Aufbau eines Mikrostreifenleitungsfilters. Dieses Filter besteht aus einem Erd- bzw. Masseleiter 110, einem Dielektrikum 111, Eingangs/Ausgangs-Anschlüssen 112, TEM-Resonatoren 113 und Koppelkreisen 114.
Ein solches Filter kann beispielsweise als Antennen- Duplexer verwendet werden. Ein Antennen-Duplexer ist eine Antennenaufteilungsvorrichtung (Gemeinschaftsan tennenvorrichtung), bei der ein Empfangsfilter für die Empfangsfrequenz eines schwachen Signals, das über eine gemeinsame Antenne zugeführt wird, und ein Sendefilter für die Sendefrequenz eines Leistungssignals, das über die Antenne ausgesendet wird, mit demselben Anschluß verbunden sind, der mit der gemeinsamen Antenne verbunden ist. Dieser Antennen-Duplexer ist eines von wichtigen Bauteilen eines bidirektionalen Kommunikationssystems, das durch ein mobiles Telefonsystem dargestellt werden kann. Der Antennen-Duplexer kann offensichtlich als eine Kombination zweier Filter angesehen werden, und die Anpassung des gemeinsamen Anschlusses der Filter ist bereits bei der Auslegung der Filter erfolgt, so daß ein Hersteller des Duplexers die Anpassung nicht auszuführen braucht.
Zur Miniaturisierung der Kommunikationsvorrichtung sind die Hersteller gezwungen, das Filter immer weiter zu miniaturisieren und die Elemente des Filters in einer einzigen Ebene anzuordnen. Um das Filter noch weiter zu miniaturisieren, ohne seine elektrischen Eigenschaften zu verschlechtern, ist es unerläßlich, ein neues dielektrisches Material zu entwickeln. Ferner werden viele moderne Kommunikationsvorrichtungen mit höheren Frequenzen betrieben. Beispielsweise ist der Bedarf an Filtern ebenfalls gestiegen, die in einem Frequenzbereich von mehr als etwa 1,5 GHz betreibbar sind, der dem Frequenzbereich einer Datenkommunikation über Satelliten entsprechen kann, z.B. Filter, die in einem mobilen Navigationssystem (1,6-GHz-Bereich) oder einem Satellitenkommunikationssystem (1,5 GHz) verwendet werden.
Bandpaßfilter mit dem erwähnten Aufbau, insbesondere die Filter nach den Fig. 9(a) und 9(b), lassen sich jedoch nur schwer noch weiter miniaturisieren, um den modernen Anforderungen zu genügen, und zwar wegen ihres Aufbaus, d.h. weil die getrennten Resonatoren in Reihe geschaltet sind.
Der Mikrostreifenleitungs-Resonator nach Fig. 9(c) kann miniaturisiert werden, weil die Resonanzwellenlänge λg durch Verwendung eines Materials mit einer großen relativen Dielektrizitätskonstanten &epsi;r für dessen Substrat verringert wird. Bei diesem Resonator besteht jedoch das Problem, daß seine Leerlaufgüte Q in Folge großer Leitungs- und Strahlungsverluste und daher auch die Leistung seines Filters verringert wird.
Ein anderes Bandpaßfilter ist aus JP-A-58-166 803 bekannt. Dieses Filter hat einen Mikrostreifenaufbau. Resonatoren mit diesem Aufbau sind miteinander gekoppelt, so daß der Kopplungsfaktor zwischen den Resonatoren nicht frei gewählt ist. Da ferner der obere Raum der Resonatoren allen Resonatoren gemeinsam ist, wirkt dieser Raum als Wellenleiter, der die Kennlinie des Filters verschlechtern würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Probleme des bekannten Standes der Technik zu lösen und ein Dreiplatten-Bandpaßfilter anzugeben, das ohne Verschlechterung seiner elektrischen Eigenschaften miniaturisiert werden kann.
Ein Merkmal der Erfindung besteht in einem Bandpaßfilter mit einer Vielzahl von Einheitslaminatstrukturen in gestapelter Anordnung, von denen jede ein erstes dielektrisches Substrat aufweist, das mit einer unteren Oberfläche, an der ein erster Masseleiter angebracht ist, und einer Schaltungsanordnungs-Oberfläche versehen ist; wobei die Schaltungsanordnungs-Oberfläche darin ausgebildete Resonanzelemente aufweist, so daß die Resonanzelemente alle gemeinsam an ihrem einen Ende mit dem Masseleiter verbunden sind; und ein erster und ein zweiter Eingangs/Ausgangs-Anschluß mit den Resonanzelementen, die in Endabschnitten angeordnet sind, verbunden ist und mit einer äußeren Schaltung verbunden werden kann; dadurch gekennzeichnet, daß jede der Einheitslaminatstrukturen ein zweites dielektrisches Sub strat aufweist, das mit dem ersten dielektrischen Substrat über die Schaltungsanordnungs-Oberfläche in Kontakt steht und mit einer oberen Oberfläche versehen ist, auf der ein zweiter Masseleiter angebracht ist, so daß gestapelte Dreiplatten-Einheitslaminatstrukturen gebildet werden, und das Filter ferner aufweist: ein Kopplungsmittel zum elektromagnetischen Koppeln der beiden Resonanzelemente, die in verschiedenen Einheitslaminatstrukturen angeordnet sind, wobei das Kopplungsmittel in den zweiten dielektrischen Substraten zwischen den beiden Resonanzelementen ausgebildet ist; und sich ein Separator durch die ersten und zweiten Substrate erstreckt, um die Resonanzelemente auf jeder der Einheitslaminatstrukturen elektromagnetisch zu trennen.
Bei diesem Aufbau besteht eines der Merkmale der Erfin dung darin, daß der Resonator durch eine Dreiplattenleitung zwischen zwei Masseleitern über dielektrische Platten gebildet wird.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß mehrere Dreiplattenleitungen übereinander gestapelt sind und die elektromagnetische Kopplung der Resonatoren in verschiedenen Schichten mittels der Kopplungsmittel bewirkt wird.
Sodann besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß die in der gleichen Ebene liegenden Resonatoren durch Separatoren elektromagnetisch getrennt sind, so daß eine Wellenleitungsausbreitungs-Mode in der Dreiplattenleitung verhindert wird.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Bandpaßfilters sind in den Ansprüchen 2 bis 17 definiert.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bandpaßfilters, wie es in Anspruch 18 definiert ist.
Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1A ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bandpaßfilters in perspektivischer Darstellung und teilweise im Schnitt,
Fig. 1B eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Bandpaßfilters;
Fig. 1C-(a), 1C-(b) und 1C-(c) Draufsichten und eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bandpaßfilters,
Fig. 2 eine Abwandlung eines erfindungsgemäßen Bandpaßfilters,
Fig. 3 eine weitere Abwandlung eines erfindungsgemäßen Bandpaßfilters,
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Separatorteils,
Fig. 5(a) und 5(b) einen Schlitz zum Trimmen (Feinabgleich) eines Resonanzelements,
Fig. 6 eine Schnittansicht des Schlitzes, der in den Fig. 5(a) und 5(b) dargestellt ist,
Fig. 7(a), 7(b), 7(c) und 7(d) Ansichten verschiedener Ausführungsbeispiele eines Kopplungsloches, Fig. 8 den Aufbau eines inneren Leiters und
Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) den Aufbau herkömmlicher Filter.
Fig. 1A zeigt ein erfindungsgemäßes Bandpaßfilter teilweise im Schnitt, Fig. 1B zeigt dielektrische Substrate des Filters in Explosionsdarstellung und die Fig. 1C(a), 1C-(b) und 1C-(c) zeigen Leiterbahnen einzelner Schichten und einen Querschnitt des Filters. Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein Vier-Resonator-Filter dar, bei dem jede Schicht zwei Resonatoren aufweist, die durch jeweils zwei übereinander gestapelte Dreiplattenleitungen gebildet sind.
In diesen Figuren sind mit 1 und 2 Eingangs/Ausgangs- Anschlüsse, mit 3 (3a, 3b) und 4 (4a, 4b) dielektrische Substrate, mit 5 Resonanzkreise, mit 6 Masse- oder Erdleiter (Abschirmplatten), mit 7 Kopplungslöcher, die durch Entfernen der Erdleiter 6 gebildet sind, so daß der obere Resonanzkreis mit dem unteren Resonanzkreis elektrisch gekoppelt wird, mit 8 Endabschnitte der Resonanzkreise zum Verbinden der Kreise mit den Masseleitern 6 über durchgehende (nicht dargestellte) Löcher, mit 9 (Kurzschlüsse bildende) Separatoren, die mit den Masseleitern 6 verbunden sind, um eine Fortpflanzung nach einer Wellenleiter-Mode zu vermeiden, und mit 10 ein Wärmestrahler zur Verringerung einer Einfügungsdämpfung des Filters bezeichnet.
Bei dem geschilderten Aufbau sind die Masseleiter 6 jeweils auf der gesamten einen Oberfläche der Dielektrika 3a und 3b und die die Resonanzkreise 5 bildenden Leitungen auf der anderen Oberfläche des Dielektrikums 3a ausgebildet. Eine Dreiplattenleitung ist aus zwei Masseleitern 6 und den Leitern gebildet, die durch die zwischen den Masseleitern 6 angeordneten Dielektrika 3a und 3b gebildet sind. Durch Einstellung der Länge der Leiter auf 1/4 Wellenlänge kann daher ein Dreiplatten Resonator gebildet werden.
Alle inneren Leiter 5 mit einer Länge von etwa 1/4 Wel lenlänge haben einen schmalen ersten Teil 5&sub1; und einen zweiten Teil 5&sub2;, der breiter als der erste Teil ist. Ein Endabschnitt des ersten Teils 5&sub1; ist mit dem Masseleiter 6 verbunden.
Der Aufbau der Dreiplattenleitungen mit den Dielektrika 4a und 4b ist der gleiche wie der zuvor erwähnte Aufbau der Dreiplattenleitungen mit den Dielektrika 3a und 3b. Wenn zwei Dreiplattenleitungen übereinandergestapelt werden sollen, braucht dazwischen nur ein Masseleiter, der beiden Dreiplattenleitungen gemeinsam ist, angeordnet zu werden.
Um die Resonatoren verschiedener Schichten elektromagnetisch zu koppeln, sind die Kopplungsmittel 7 in dem Dielektrikum 3b und in dem Masseleiter, der das Dielektrikum 3b abdeckt, ausgebildet. Die Kopplungsmittel 7 sind jeweils dicht bei den Rändern der breiten Teile 5&sub2; der inneren Leiter 5 ausgebildet. Die inneren Leiter 5a, 5b, 5c und 5d in den jeweiligen Schichten sind so angeordnet, daß ein Rand jedes Leiters nahe bei einem Rand des benachbarten Leiters liegt, wie es in Fig. 1C-(c) dargestellt ist, und die Kopplungsmittel liegen nahe bei den jeweiligen Rändern der beiden benachbarten inneren Leiter.
Eine dem Eingangsanschluß 1 zugeführte elektromagnetische Welle wird daher über die in Fig. 1C-(c) dargestellten Resonatoren 5a, 5b, 5c und 5d dem Ausgangsanschluß 2 zugeführt.
Die oberen und unteren Masseleiter 6, die das Resonan zelement 5 zwischen sich halten, sind miteinander durch die Separatoren 9 kurzgeschlossen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der gleich oder kleiner als die halbe Wellenlänge λ/2 der Betriebsfrequenz ist, so daß die Resonanzelemente 5, die in der gleichen Schicht liegen, an einer gegenseitigen Kopplung durch eine Wellenleiter-Mode-Ausbreitung gehindert werden. Die Masseleiter 6 verhindern ferner, daß die Resonanzkreise 5 zwischen den Schichten miteinander gekoppelt werden.
Eine Kopplung zwischen den Resonanzelementen 5, die zur Bildung eines Bandpaßfilters erforderlich ist, wird über eine Kopplung zwischen den Schichten realisiert. In der gleichen Schicht liegende Resonanzelemente 5 werden niemals miteinander gekoppelt. Denn die Kopplung zwischen den verschiedenen Schichten wird durch Ausbildung geeigneter Kopplungslöcher 7a, 7b, 7c realisiert, die durch die Masseleiter 6 hindurchgehen, so daß die Resonanzkreise in den jeweiligen Schichten elektrisch oder magnetisch miteinander gekoppelt sind (in den Fig. 1A bis 1C-(c) werden die oberen und unteren Resonanzkreise durch elektrische Felder gekoppelt). Eine Verbindung zwischen dem vorliegenden Bandpaßfilter und einer äußeren Schaltung wird durch eine Direktverbindung der äußeren Schaltung mit dem Resonanzkreis oder durch elektrische oder magnetische Kopplung des äußeren Kreises mit dem Resonanzkreis über eine (nicht dargestellte) Antenne bewirkt.
Bei dem erwähnten Ausführungsbeispiel ist der Resonanzkreis durch eine Dreiplattenleitung gebildet. Die Ausbildung dieses Resonanzkreises ist jedoch nicht auf die Dreiplattenleitung beschränkt. Vielmehr kann er durch einen zweidimensionalen Kreis gebildet werden, z.B. eine Schlitzleitung oder eine koplanare Leitung oder durch eine Kombination beider. Ferner kann er durch einen diskreten konzentrierten konstanten Kreis gebildet werden, in dem offensichtlich eine Induktivität und eine Kapazität separiert werden können, oder durch einen verteilten konstanten Kreis, in dem diese offensichtlich nicht separiert werden können.
Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des Resonanzkreisaufbaus beschrieben.
Da sich bei einem konzentrierten konstanten Resonanzkreis, der aus einer Dreiplattenleitung gebildet ist, der Strom in den seitlichen Randabschnitten der Leitung konzentriert, treten ohmsche Verluste in dem Leiter auf, so daß die Güte Q in dem induktiven Teil nicht den gewünschten Wert erreicht und die Einfügungsdämpfung des Filters erhöht wird. Um die ohmschen Verluste zu verringern, ist die dem induktiven Abschnitt (Abschnitt mit geringer Breite für ein Resonanzelement) entspre chende Leitung in Längsrichtung des Stromflusses so unterteilt, daß die Stromdichte verringert wird. Die Enden der unterteilten Leitungen sind alle mit dem Kapazitätsabschnitt verbunden, und die induktiven Abschnitte werden in Phase betrieben. Dieses Beispiel ist in Fig. 2 als 5M dargestellt. Bei einem weiteren Beispiel mit dem als 5N in Fig. 3 dargestellten Aufbau ist der Leiter in obere und untere Leiter unterteilt, die miteinander verbunden sind, um die Stromdichte zu verringern.
Dieser Aufbau der Resonanzkreise, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, ist zur Erhöhung der Güte Q des konzentrierten konstanten Resonanzkreises, der Dreiplattenleitungen und/oder Streifenleitungen aufweist, vorteilhaft.
Das erwähnte Bandpaßfilter, das aus einer Dreiplatten Streifen-Leitung aufgebaut ist, ist einem Koaxial-Resonator elektromagnetisch äquivalent. Seine Güte Q ist daher die gleiche wie die eines herkömmlichen dielek trischen TEM-Resonators. Da ferner das dielektrische Substrat einen Stapelaufbau hat, läßt sich eine weitere Miniaturisierung des Filters im Vergleich zu einem koaxialen dielektrischen Bandpaßfilter erreichen. Das vorliegende Bandpaßfilter kann daher in einer Vorrich tung, wie einem Antennen-Duplexer, zur Miniaturisierung der Vorrichtung verwendet werden.
Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel des Filters ein Aufbau mit vier Resonatoren dargestellt ist, ist der Aufbau des vorliegenden Filters nicht auf diese Anzahl von Stufen beschränkt. Es ist offensichtlich, daß das dargestellte Ausführungsbeispiel abgewandelt werden kann, indem die Anzahl der Resonatoren so geändert wird, daß sich die gewünschte Bandpaßkennlinie ergibt.
Anhand von Fig. 4 werden nachstehend die Separatoren 9 beschrieben. Wie bereits erwähnt, arbeitet der erfindungsgemäße Resonator in der TEM-Mode. Bei der Dreiplattenleitung muß jedoch eine Wellenleiter-Mode-Fort pflanzung (bzw. -Ausbreitung) verhindert werden, die bei zwei Masseleitern als Wände eines Wellenleiters auftritt. Zu diesem Zweck ist die Dreiplattenleitung durch den Separator elektrisch getrennt, so daß die Breite der Leitung auf einen Wert verringert wird, der gleich der oder kleiner als die Wellenlänge der Grenzfrequenz der Wellenleitungs-Mode-Ausbreitung ist.
Alle Separatoren 9 haben mehrere leitende Pole 9a, die im wesentlichen miteinander fluchten und die Masseleiter, die beiderseits des inneren Leiters 5 angeordnet sind, elektrisch miteinander kurzschließen. Jeder Pol 9a ist dadurch ausgebildet, daß elektrisch leitendes Material auf den inneren Oberflächen entsprechender Löcher, die das Dielektrikum durchsetzen, aufgedruckt ist.
Der Abstand W zwischen den Separatoren 9 (Fig. 1c-(b)) ist gleich der oder kleiner als die Grenzwellenlänge bei der Wellenleitungs-Mode-Ausbreitung. Dieser Abstand wird so gewählt, daß keine E&sub0;&sub1;-Wellen-Ausbreitung erfolgt.
Die Grenzfrequenz bei der E&sub0;&sub1;-Wellen-Ausbreitung ist gleich der Hälfte der Wellenlänge λg einer sich in dem Dielektrikum ausbreitenden Welle.
Wenn der Abstand W zu klein ist, wird die Ausbreitung der TEM-Mode (TEM-Welle) beeinflußt.
In der TEM-Mode sind 99 % der elektromagnetischen Energie in einem Bereich enthalten, dessen Breite höchstens das Fünffache der Breite (t) des inneren Leiters beträgt. Der Abstand W zwischen den Separatoren 9 muß daher die folgende Gleichung erfüllen:
0,5 λg > W > 5t (1)
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die folgende Beziehung zwischen der Wellenlänge λo in Vakuum und der Wellenlänge λg in dem Dielektrikum besteht.
λg = λo / &epsi;
Auch die Teilung p der Pole 9a muß gleich der oder kleiner als die Grenzwellenlänge bei der Wellenleitungs-Mode-Ausbreitung sein, so daß die elektromagnetische Welle nicht durch Räume zwischen den Polen als Streufluß austritt. Um allein die Wellenleitungs-Mode zu verhindern, ist es ausreichend, wenn der maximale Abstand zwischen den benachbarten Polen, die im gleichen Substrat angeordnet sind, gleich der oder kleiner als die Grenzwellenlänge ist. Wenn jedoch die Länge der Übertragungsstrecke (in diesem Falle der Durchmesser d der Pole) gering ist, sollte die Teilung der Pole, da die Streuung des elektromagnetischen Feldes nicht vernachlässigbar ist, hinreichend klein gewählt werden, um die Streuung zu verhindern und eine gegenseitige Störung benachbarter Resonatoren in der gleichen Ebene zu verringern. Versuche haben bestätigt, daß die Bedingung der folgenden Gleichung (2) erfüllt sein sollte:
p ≤ 0,2 λg (2)
wobei d λg.
Wenn die Pole 9a lang sind, kann es sein, daß alle Pole, die durch Bedrucken innerer Oberflächen von Durchgangslöchern mit elektrisch leitendem Material gebildet sind, die oberen und unteren Erdleiter nicht elektrisch kurzschließen. Um dieses Problem zu lösen, sind Verbindungselektroden 9b in Streifenform, die sich parallel zu dem Masseleiter 6 in der gleichen Ebene wie die Ab stands-Leiter 5 erstrecken, ausgebildet. Die mit allen Verbindungselektroden 9b verbundenen Pole 9a erstrecken sich von der Verbindungselektrode 9b abwechselnd zu den oberen und unteren Masseleitern. Infolgedessen kann die Länge der Pole 9a verringert werden, um die elektrische Verbindung zwischen den oberen und unteren Masseleitern sicherzustellen.
Nachstehend wird die Einstellung der Resonanzfrequenz des Resonators anhand der Fig. 5(a), 5(b) und 6 beschrieben.
Zur Feineinstellung der Resonanzfrequenz wird das Resonanzelement 5 erfindungsgemäß mittels eines Laser- Strahls getrimmt (abgeglichen). Wenn der induktive Abschnitt (der schmale Teil 5&sub1;) des Resonanzelements getrimmt wird, so daß er schmaler wird, verringert sich die Resonanzfrequenz. Wenn dagegen der kapazitive Teil (der breite Abschnitt 5&sub2;) getrimmt wird, so daß er schmaler wird, erhöht sich die Resonanzfrequenz. Um das Resonanzelement mit einem Laser-Strahl zu bestrahlen, wird ein schmaler Schlitz 30, der in Fig. 5(a) dargestellt ist und sich in Längsrichtung des Resonanzelements 5 erstreckt und zur Oberfläche des Resonanzelements hin öffnet, durch das Dielektrikum 3a oder 4b und durch den Masseleiter 6 hindurch, der das Dielektrikum abdeckt, ausgebildet. Der Laser-Strahl 33 wird dann durch den Schlitz 30 hindurch auf das Resonanzelement gerichtet, wie es in Fig. 5(b) dargestellt ist, um das Resonanzelement fein abzugleichen.
Wenn eine zu große Fläche des Resonanzelements durch das Trimmen entfernt wird, kann das Resonanzelement falsch zugeschnitten werden oder ein elektromagnetischer Streufluß aus dem Masseleiter austreten, so daß sich die Resonanzfrequenz aufgrund äußerer Einflüsse erhöht. Der Schlitz 30 ist daher so ausgebildet, daß die eine Längsseite des Schlitzes mit der Längsmittellinie des Resonanzelements zusammenfällt, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Auf diese Weise wird das Resonanzelement niemals um mehr als eine halbe Breite durch das Trimmen abgetragen.
Um das elektromagnetische Streufeld, das nach außen austritt, zu verringern, sollten die Breite 5 des Schlitzes 30 und die Dicke b der dielektrischen Struktur 3 so gewählt werden, daß die folgende Gleichung erfüllt ist:
s < b/2 (3)
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des Kopplungsmittels 7 anhand der Fig. 7(a) bis 7(d) beschrieben.
Bei dem in Fig. 7(a) dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Kopplungsloch 7a durch teilweises Entfernen des Masseleiters an einer Stelle ausgebildet, die nahe bei dem breiten Abschnitt der inneren Leiter 5 in den jeweiligen Schichten liegt und die beiden Resonanzelemente 5 elektromagnetisch koppelt. Da der Koppelfaktor bei dem Kopplungsloch 7 niedrig ist, kann keine hinreichende Kopplung erwartet werden, wenn mit einer niedrigen Frequenz in einein weiten Frequenzbereich gearbeitet wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7(b) ist senkrecht zur Längsrichtung des Resonanzelements 5 an einer Stelle nahe bei dem breiten Teil der inneren Leiter 5 in den jeweiligen Schichten als Kopplungselement ein leitender Stift 7b vorgesehen, der die beiden Resonanzelemente 5 elektromagnetisch koppelt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7(c) wird ein Kopplungselement mit zwei leitenden Stiften 7b und zwei leitenden Platten 7c, die an beiden Enden des Stiftes angeordnet sind und einen größeren Durchmesser als der leitende Stift haben, verwendet. Die Scheiben sind elektrostatisch mit dem breiten Teil der inneren Leiter gekoppelt.
Fig. 7(d) stellt ein Ausführungsbeispiel einer magne tischen Kopplung der Resonanzelemente dar. An einer Stelle in der nähe des oberen Endes des schmalen Teiles des Resonanzelements 5 wird ein durch das Dielektrikum hindurchgehendes Loch und dann eine leitende Schleife 7d in dem Loch ausgebildet. Bei dem Beispiel nach Fig. 7(d) ist das eine Ende der Schleife mit dem Resonanzelement 5 und das andere Ende der Schleife mit dem Masseleiter verbunden. Bei einem abgewandelten Beispiel können beide Enden der Schleife mit den Masseleitern verbunden sein.
Fig. 8 stellt den Aufbau eines Resonanzelements oder inneren Leiters 5 dar. Vorzugsweise hat das Resonanzelement 5 einen ohmschen Widerstand, der so klein wie möglich ist, um die Güte Q des Resonators zu erhöhen. Durch das Sintern nach dem Auftragen einer herkömmlichen leitenden Paste auf dem Dielektrikum läßt sich der ohmsche Widerstand des Resonanzelements jedoch nicht so weit verringern. Erfindungsgemäß wird daher eine Paste, die metallisches Silber in Schuppenform und Pulver aus einer Legierung aus Silber und einem Metall, das eine Legierung mit Silber eingeht, z.B. Kupfer, enthält, als leitende Paste verwendet. Zunächst wird das ungesinterte Dielektrikum (z.B. Keramik) mit der Paste bestrichen und dann werden das Dielektrikum und die Paste zusam men gesintert. Die Sintertemperatur wird so geregelt, daß sie niedriger als der Schmelzpunkt von Silber, jedoch höher als der Schmelzpunkt der Legierung liegt. Infolgedessen wird das schuppenförmige Silber beim Sintern nicht geschmolzen, so daß es die Schuppenform nach dem Sintern beibehält, wie es durch 52 in Fig. 8 dargestellt ist, während die Legierung geschmolzen wird, so daß jedes schuppenförmige Silberteilchen 52 durch die Legierung 54 abgestützt wird. Das Resonanzelement erhält daher einen Aufbau, bei dem das schuppenförmige Silber 52 mittels der Legierung 54 abgestützt oder verstrebt wird, so daß es einen niedrigen ohmschen Widerstand aufweist, der nahe bei dem des Silbers selbst liegt. Die Paste für das Resonanzelement 5 ist beispielsweise wie folgt zusammengesetzt:
Schuppenförmiges Silber 65 bis 75 Gew.-% 10 Pulver aus einer Silber-Kupfer-Legierung 16 bis 6 Gew.-%
Glasfritte 4,5 Gew.-%
Organisches Bindemittel 3,6 Gew.-%
Organisches Lösungsmittel 10,9 Gew.-%
Für den Masseleiter 6 kann als leitende Paste eine herkömmliche Paste verwendet werden, die ein Silber-Palladium-Pulver enthält.
Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Filters beschrieben. Ein ungesintertes keramisches Flächenelement mit einer Dicke von 160 µm, das im Handel erhältlich ist, wird zunächst in eine bestimmte Form zugeschnitten und dann mit der leitenden Paste bestrichen. Danach werden die zugeschnittenen Flächenelemente zu einem Stapel aus vierzehn Schichten übereinander gestapelt, und dann wird dieser Stapel bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis 940º C gesintert, so daß sich ein vollständiges Filter ergibt. Da das Material beim Sintern schrumpfen kann, beträgt die Gesarntdicke des fertigen Filters etwa 2 mm.
Nach diesem Verfahren läßt sich ein Resonator mit einer Güte Q herstellen, die größer als 200 ist.
Nach der Erfindung kann mithin ein Bandpaßfilter mit kleinen Abmessungen und geringen ohmschen Verlusten hergestellt werden. Ein solches Filter kann als Antennen-Duplexer in einer mobilen Kommunikationseinheit 40 verwendet werden.

Claims

1. Bandpaßfilter mit einer Vielzahl von Einheitslaminatstrukturen (3; 4) in gestapelter Anordnung, von denen jede ein erstes dielektrisches Substrat (3a; 4a) aufweist, das mit einer unteren Oberfläche, an der ein erster Masseleiter (6) angebracht ist, und einer Schaltungsanordnungs-Oberfläche versehen ist;

wobei die Schaltungsanordnungs-Oberfläche darin ausgebildete Resonanzelemente (5) aufweist, so daß die Resonanzelemente alle gemeinsam an ihrem einen Ende (8) mit dem Masseleiter verbunden sind, und ein erster und ein zweiter Eingangs/Ausgangs-Anschluß (1, 2) mit den Resonanzelementen, die in Endabschnitten angeordnet sind, verbunden ist und mit einer äußeren Schaltung verbunden werden kann;

dadurch gekennzeichnet, daß

jede der Einheitslaminatstrukturen ein zweites dielektrisches Substrat (3b; 4b) aufweist, das mit dem ersten dielektrischen Substrat über die Schaltungsanordnungs-Oberfläche in Kontakt steht und mit einer oberen Oberfläche versehen ist, auf der ein zweiter Masseleiter (6) angebracht ist, so daß gestapelte Dreiplatten-Einheitslaminatstrukturen gebildet werden,

und das Filter ferner aufweist:

ein Kopplungsmittel (7a, 7b; 7c) zum elektromagnetischen Koppeln der beiden Resonanzelemente (5a, 5b; 5b, 5c; 5c, 5d), die in verschiedenen Einheitslaminatstrukturen (3, 4) angeordnet sind, wobei das Kopplungsmittel in den zweiten dielektrischen Substraten (3b) zwischen den beiden Resonanzelementen ausgebildet ist; und

sich ein Separator durch die ersten und zweiten Substrate (9) erstreckt, um die Resonanzelemente (5a, 5c; 5b, 5d) auf jeder der Einheitslaminatstrukturen (3, 4) elektromagnetisch zu trennen.

2. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem der Separator mehrere in vorbestimmten Abständen angeordnete leitende Stifte (9) zum Kurzschließen der Masseleiter der ersten und zweiten dielektrischen Substrate (3a, 3b) aufweist.

3. Bandpaßfilter nach Anspruch 2, bei dem das Filter die folgende Beziehung erfüllt:

λ&sub0; / (2 &epsi;) > W > 5t,

wobei W der Abstand der leitenden Stifte (9), e die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Substrats, λ&sub0; die Wellenlänge der Betriebsfrequenz in Vakuum und t die Breite eines schmalen Teils (5&sub1;) eines inneren Leiters (5) ist.

4. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem ein Hilfsleitermuster (9b) zum Verbinden der leitenden Stifte in der Schaltungsanordnungs-Oberfläche ausgebildet ist.

5. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem das Filter einen in einem der ersten und zweiten dielektrischen Substrate (3a, 3b) ausgebildeten und zum Resonanzelement (5) auf der Schaltungsanordnungs Oberfläche geöffneten Schlitz (30) zum Trimmen (Feinabgleich) des Resonanzelements mittels eines Lichtstrahls (33) aufweist.

6. Bandpaßfilter nach Anspruch 5, bei dem der Schlitz (30) schmal ist und sich in Längsrichtung des Resonanzelements (5) erstreckt.

7. Bandpaßfilter nach Anspruch 6, bei dem das Filter die folgende Beziehung erfüllt:

wobei s die Breite des Schlitzes und b die Dicke der dielektrischen Struktur ist.

8. Bandpaßfilter nach Anspruch 7, bei dem der Schlitz (30) so geformt ist, daß eine Seite des Schlitzes in einer Längsmitelline des Resonanzelements (5) liegt.

9. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem das Kopplungsmittel ein Loch (7a) in dem dielektrischen Substrat ist.

10. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem das Kopplungsmittel ein Loch in dem dielektrischen Substrat ist und ein leitender Stift (7b) in das Loch eingeführt ist und sich bis zu einer Stelle erstreckt, die in der Nähe der beiden Resonanzelemente (5) liegt, die miteinander gekoppelt sind.

11. Bandpaßfilter nach Anspruch 10, bei dem an beiden Enden des leitenden Stiftes (7b) jeweils eine leitende Scheibe (7c) parallel zu einer Oberfläche des Resonanzelements angebracht ist.

12. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem das Kopplungsmittel ein in dem dielektrischen Substrat ausgebildetes Loch und eine leitende Schleife (7d) ist, die direkt mit einem der Resonanzelemente (5) verbunden ist und sich über das erwähnte Loch bis zu einer Stelle in der Nähe des anderen Resonanzelements erstreckt.

13. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem ein Leiter, der das Resonanzelement (5) bildet, durch Mischen von Metallpulver (54) mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Silber mit einer Paste aus schuppenförmigem metallischen Silber (52) gebildet ist, die gemischte Paste auf dem dielektrischen Substrat aufgestrichen ist und das bestrichene dielektrische Substrat gesintert ist.

14. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem das Resonanzelement (5), dessen Länge gleich oder kleiner als λ/4 ist, einen sich in einer Längsrichtung erstreckenden ersten Abschnitt (5&sub1;) mit einer schmalen Leitungsbreite und einen zweiten Abschnitt (5&sub2;) mit einer breiteren Leitungsbreite als der erste Abschnitt aufweist, ein Ende (8) des ersten Abschnitts mit den Masseleitern kurzgeschlossen und ein Ende des zweiten Abschnitts elektrisch offen ist.

15. Bandpaßfilter nach Anspruch 14, bei dem der die geringere Breite aufweisende Abschnitt (5&sub1;) des Resonanzelements (5) in eine Kammform aufgeteilt und mit dem die größere Breite aufweisende Abschnitt (5&sub2;) gekoppelt ist.

16. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem nur ein gemeinsamer Masseleiter (6) zwischen den beiden benachbarten Einheitslaminatstrukturen (3, 4) angeordnet ist.

17. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem ein Wärmeabstrahler (10) mit dem Masseleiter (6) einer (4) der Einheitslaminatstrukturen verbunden ist.

18. Verfahren zum Herstellen eines Bandpaßfilters mit einer Vielzahl von Einheitslaminatstrukturen (3; 4), die übereinandergestapelt und jeweils gebildet sind aus einem ersten dielektrischen Substrat (3a; 4a) mit einer Unterseite, auf der ein erster Masseleiter (6) angebracht ist, aus einer Schaltungsanordnungs-Oberfläche, die an dem ersten dielektrischen Substrat (3a; 4a) angebracht ist, und aus einem zweiten dielektrischen Substrat, das über die Schaltungsanordnungs-Oberfläche in engem Kontakt mit dem ersten dielektrischen Substrat steht und eine Oberseite aufweist, auf der ein zweiter Masseleiter (6) angebracht ist;

wobei die Schaltungsanordnungs-Oberfläche wenigstens ein Resonanzelement (5) aufweist, das in einem vorbestimmten Abstand ausgebildet ist, so daß es an seinem einen Ende mit den Masseleitern verbunden ist, und

das Filter aufweist:

ein Kopplungsmittel (7a; 7b; 7c) zur elektromagnetischen Kopplung zweier Resonanzelemente (5a, 5b; 5b, 5c; 5c, 5d), die in verschiedenen Einheitslaminatstrukturen (3, 4) angeordnet sind, und das in dem dielektrischen Substrat (3b) zwischen den beiden Resonanzelementen ausgebildet ist;

einen Separator (9) zum elektromagnetischen Trennen der Resonanzelemente (5a, 5c; 5b, 5d) auf jeder der Einheitslaminatstrukturen (3, 4); und einen ersten und einen zweiten Eingangs/Ausgangs-Anschluß (1, 2), die mit den in Endteilen angeordneten Resonanzelementen gekoppelt sind, wobei die Anschlüsse mit einer äußeren Schaltung verbindbar sind;

wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

das Stapeln von Flächenelementen, die durch Zuschneiden eines ungesinterten keramischen Flächenelements in eine bestimmte Form und durch Bestreichen des geformten Flächenelements mit einer leitenden Paste gebildet wurden, und

das Sintern der gestapelten Anordnung bei einer Temperatur im Bereich zwischen 870º C und 940º C;

wobei die leitende Paste metallisches Silber (52) in Schuppenform und Pulver aus einer Legierung (54) aus Silber und einem Metall, das mit Silber eine Legierung eingeht, aufweist.