DE69216896T2 - Keramisches Filter - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein dielektrisches Filter mit mindestens zwei dielektrischen, z. B. keramischen Resonatorblöcken.
• Es ist bekannt, daß zur Kürzung eines λ/4-Hohlraumresonators der Hohlraum zwischen seinen koaxialen Leitern mit einem Dielektrikum aufgefüllt werden kann. Dielektrische Filter werden für Anwendungen im Mikrowellenbereich benutzt, wie etwa in Funktelefon-Duplexfiltern und in Empfängervorstufenfiltern. Bekannte Vorteile von solchen keramischen Filtern sind ihre kleine Größe, geringe Verluste und ausgezeichnete Stabilitätseigenschaften.
• Dielektrische Filter, die dem Stand der Technik entsprechen, enthalten einen oder mehrere dielektrische Resonatorblöcke. Ein Filter könnte aus verschiedenen diskreten Resonatoren aufgebaut sein, wobei jeder einzelne durch ein Stück Dielektrikum, üblicherweise Keramik, gebildet wird, umgeben von leitfähigem Material sowie mit einem Loch versehen. Die Ummantelung und die elektrischen Schnittstellen sind so ausgelegt, daß ein Übertragungsleltungsresonator mit einer Eigenfrequenz gebildet wird, die durch die physikalische Länge oder "Höhe" des Resonators in Richtung des Lochs bestimmt ist. Die elektrische Länge des Resonators ist üblicherweise gleich der Viertel-Wellenlänge, weshalb das Bau element auch λ/4- Resonator genannt wird. Eine gewünschte Anzahl von Resonatorblöcken könnte aneinander angrenzend gekoppelt sein, wodurch ein Filter mit einer gewünschten Bandbreite gewonnen wird, z. B. eine Bandsperre. Es ist ebenso möglich, einen monolithischen Block keramischen Materials zu benutzen, der eine gewünschte Anzahl von Löchern enthält, die von leitfählgem Material umgeben sind und eine korrespondierende Anzahl von übertragungsleitungsresonatoren bilden. Durch einen einzelnen Block kann leicht, z. B. ein Bandpaß realisiert werden. Ein Duplexfilter könnte mittels zwei solcher Filter gebildet werden. In diesem Fall könnten die zwei separaten Filterblöcke mechanisch verbunden sein, z. B. durch Verlöten in einen gemeinsamen Rahmen oder einem Gehäuse.
• Wie oben erwähnt, werden Resonatoren normalerweise als λ/4-Resonatoren hergestellt, wobei die Länge des Resonatorlochs, z. B. die Höhe des keramischen Teils, durch die Resonanzfrequenz bestimmt ist. Da die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in einem dielektrischen Material mit einer dielektrischen Konstanten εx gleich der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit In Luft ist, geteilt durch die Quadratwurzel der dielektrischen Konstanten, können aufgrund der hohen εx Werte von keramischen Materialien sehr kleine Filter gewonnen werden. Als Konsequenz der Tatsache, daß die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in einem dielektrischen Material von seiner dielektrischen Konstanten abhängt, variiert die Resonanzfrequenz eines Resonators abhängig von der physikalischen Länge ("Höhe") des keramischen Blocks aus diesem Material.
• Falls ein Filter aus verschiedenen separaten Resonatorblöcken gebildet wird, die mechanisch Seite an Seite gekoppelt sind, um einen langen Stab zu formen, ähnelt sein Profil von der Seite gesehen einer Treppe, bei der der Unterschied zwischen dem kürzesten und dem höchsten Resonatorblock erheblich sein kann. Wird ein Filter, das Resonatoren mit unterschiedlichen Höhen enthält, eingekapselt, so wird im Gehäuse viel Platz in vertikaler Richtung verschwendet, da der größte Resonator die Größe des Filters bestimmt. Dasselbe gilt für ein Duplexfilter. Da die Mittenfrequenz des Filters im Empfangsbereich erheblich von der Mittenfrequenz des Filters im Sendebereich abweicht, ist eine erkennbare Höhendifferenz zwischen diesen Filterblöcken vorhanden, was einen Nachteil darstellt, wenn die Einrichtung eingekapselt wird. Da alle Resonatorblöcke typischerweise aus demselben Material gefertigt sind, könnten die kürzeren Resonatoren aus Material gefertigt sein, das eine bessere Qualität aufweist als erforderlich wäre, da ein Material mit einer unnötig hohen dielektrischen Konstanten für die geforderte Höhe benutzt wird. Der Preis des keramischen Materials steigt steil mit zunehmender dielektrischer Konstante an.
• Die JP-A-2094901 beschreibt ein Filter In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Gemäß der Erfindung wird ein Filter mit drei oder mehreren dielektrischen Resonatorblöcken zur Verfügung gestellt, wobeij eder dielektrische Resonatorblock jeweils einen oder mehrere Übertragungsleitungsresonatoren enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Gehäuse aufweist, in dem die dielektrischen Resonatorblöcke eingekapselt sind, und in dem die dielektrischen Resonatorblöcke im wesentlichen dieselbe physikalische Länge aufweisen, um Platzverschwendung im Gehäuse zu reduzieren.
• Ein dielektrisches keramisches Filter in Übereinstimmung mit der Erfindung nützt die Tatsache aus, daß ein Resonator mit einer gegebenen Höhe für verschiedene Frequenzen hergestellt werden kann, indem ein keramisches Material mit einer dielektrischen Konstanten ausgewählt wird, die für den Zweck geeignet ist und eine gewünschte Resonanzfrequenz bei den gegebenen Abmessungen liefert. Folglich ist es möglich, das Material gemäß der Nutzung auszuwählen und somit die Materialkosten zu optimieren.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
• Figur 1 eine perspektivische Darstellung der Resonatoren eines Filters, das dem Stand der Technik entspricht; und
• Figur 2 eine perspektivische Darstellung der Resonatoren eines Filters in Übereinstimmung mit der Erfindung.
• Das Filter in Figur 1 ist ein bereits bekanntes Duplexfilter, das aus nur einem dielektrischen Material gefertigt ist. Das Filter hat z. B. einen dreifachen Resonatorempfangsteil 10 und einen dreifachen Resonatorsendetell 20, wobei die sichtbaren Seiten, mit Ausnahme der oberen, mit einem leitfähigen Material ummantelt sind. Die Höhe der Resonatoren im Empfangsteil ist in der Regel geringer als die im Sendeteil, was anzeigt, daß der Empfangsbandpaß bei einer höheren Frequenz liegt als der Sendebandpaß. Die Resonatoren 12 im Empfangsteil und die Resonatoren 22 im Sendeteil sind kürzer als die Jeweiligen Mittenresonatoren 14, 24. Als Folge dieser Höhenunterschiede ist die Hülle des Duplexers entweder stufenförmig oder sie enthält erheblichen ungenutzten Platz im Inneren.
• Figur 2 zeigt einen Duplexer in Übereinstimmung mit der Erfindung. In diesem Zusammenhang sollte darauf geachtet werden, daß Im Vergleich zum Filter aus Figur 1 alle Resonatoren im wesentlichen eine gleiche Höhe haben. Die individuel len Resonatoren sind aus Materialien mit verschiedenen dielektrischen Konstanten hergestellt. Im einzelnen weist das Material der Resonatoren im Empfangsteil eine niedrigere dielektrische Konstante auf als das der Resonatoren im Sendeteil 40. Die höhere dielektrische Konstante erlaubt somit, die normalerweise längeren Tieffrequenzsenderesonatoren genau so klein herzustellen wie die Hochfrequenzempfangsresonatoren. Ähnlich werden die Resonatoren 32 des Empfangsteils aus einem Material (durch ein gepunktetes Muster dargestellt), das eine niedrigere dielektrische Konstante aufweist als der mittlere niedrigere Frequenzresonator 34 (dargestellt durch ein x Muster), hergestellt. Ebenso werden die Senderesonatoren 42 aus einem Material (gestrichelt dargestellt) mit einer niedrigeren dielektrischen Konstante als der mittlere Resonator 44 hergestellt.
• Verschiedene unterschiedliche keramische Materialien sind als Stand der Technik bekannt mit verschiedenen dielektrischen Konstanten für den Gebrauch in Filtern. Diese bekannten keramischen Materialien könnten zur Herstellung eines Filters gemäß der Erfindung benutzt werden, wodurch die Individuellen Resonatorblöcke gleich hoch hergestellt werden können. Eine geeignete Höhe für einen Resonator kann durch einen Fachmann auf diesem Gebiet auf bekannte Weise berechnet werden, Indem die Frequenz und die dielektrische Konstante des dielektrischen Materials berücksichtigt werden. In einem Filter in Übereinstimmung mit der Erflndung sind mögliche keramische Materialien z.B. keramische Verbindungen, die auf Titanat basieren, wie etwa Ba&sub2;Ti&sub9;O&sub2;&sub0; (ε = 37) und Ba(Sm,Nd)&sub2;Ti&sub5;O&sub1;&sub4; (ε = 78). Ein geeignetes Material sollte Jedoch von Fall zu Fall in Anbetracht der gewünschten Frequenz und der Filtergröße ausgewählt werden.
• Aufgrund der vorangegangenen Beschreibung wird es für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein, daß mit der Erfindung verschiedene Filterkonfigurationen möglich sind. Z. B. könnten ein oder mehrere der dielektrischen Blöcke zwei oder mehrere Löcher enthalten, z. B. Resonatoren in demselben Block. Mehr noch, das Filter könnte drei oder mehrere diskrete dielektrische Blockresonatoren enthalten, die aus keramischen Materialien mit unterschiedlichen dielektrlschen Konstanten hergestellt sind. In diesem Fall eines Multiblockfilters könnte jeder einzelne Block aus einem Material mit einer unterschiedlichen dielektrischen Konstanten hergestellt werden.
• Alternativ könnten einige der Blöcke aus einem Material mit derselben dielektrischen Konstanten hergestellt werden, wobei in diesem Fall aber zumindest ein anderer Block im Filter aus einem Material mit einer unterschiedlichen dielektrischen Konstanten hergestellt ist.

Claims (7)

1. Filter mit drei oder mehreren dielektrlschen Resonatorblöcken (32, 34, 42, 44), wobei jeder einzelne dielektrische Resonatorblock jeweils einen oder mehrere Übertragungsleitungsresonatoren enthält, und mindestens ein Resonatorblock aus einem dielektrischen Material hergestellt ist, dessen Dielektrizitätskonstante zu denen der anderen Resonatorblöcke verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

(i) das Filter ein Gehäuse aufweist, in dem die dielektrischen Resonatoren eingekapselt sind; und

(ii) die Resonatorblöcke (32, 34, 42, 44) im wesentlichen dieselbe physikalische Länge aufweisen, damit kein unnötiger Platz im Gehäuse verschwendet wird.

2. Filter nach Anspruch 1, bei dem zumindest einer der dlelektrischen Resonatorblöcke (32, 34, 42, 44) einen einzelnen Übertragungsleitungsresonator enthält.

3. Filter nach irgendeinem vorangegangenen Anspruch, bei dem zumindest einer der Resonatorblöcke eine Vielzahl von Übertragungsleitungsresonatoren enthält.

4. Filter nach irgendeinem vorangegangenen Anspruch, bei dem die Resonatorblöcke aneinandergrenzend angeordnet sind.

5. Filter nach irgendeinem vorangegangenen Anspruch, bei dem die Resonatorblöcke (32, 34, 42, 44) keramisches Material enthalten.

6. Filter nach irgendeinem vorangegangenen Anspruch, bei dem zumindest einer der Resonatorblöcke eine auf Titanat basierende Verbindung enthält.

7. Filter nach irgendeinem vorangegangenen Anspruch, das als Duplexfilter ausgebildet ist.