Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine dielektrische Filtereinrichtung mit einer
Mehrzahl von nebeneinander angeordneten koaxialen dielektrischen Resonatoren.
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Ein Beispiel einer herkömmlichen dielektrischen Filtereinrichtung dieser Art ist in der
japanischen Patentveröffentlichung Kokai Nr. 3-136502 offenbart, wobei die
dielektrische Filtereinrichtung eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten
koaxialen dielektrischen Resonatoren umfaßt, wobei jeder der dielektrischen
Resonatoren eine äußere leitfähige Lage, die an dessen äußerer Oberfläche mit
Ausnahme von dessen vorderer Oberfläche vorgesehen ist, und eine axial sich
erstreckende Bohrung aufweist, deren innere Oberfläche mit einer inneren
leitfähigen Lage beschichtet ist. Jeder dielektrische Resonator ist mit einer
gedruckten Schaltungsplatte bedeckt, mit der eine Mehrzahl von Leitern, die ein
vorbestimmtes Muster besitzen, angeschlossen sind, um eine
Kondensatorschaltung auszubilden, die eine Kopplungskapazität erzeugt. Jeder Leiter ist mit der
inneren leitfähigen Lage des zugeordneten koaxialen Resonators verbunden.
Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sind mit den inneren leitfähigen Lagen der ganz
außen angeordneten koaxialen Resonatoren verbunden, mit denen Kondensatoren
extern angeschlossen werden können, um Eingangs- und Ausgangskapazitäten zu
erhalten. Um ein Frequenzverhalten der Filtereinrichtung einzustellen und die Länge
jedes Resonators zu reduzieren, können außerdem Streukapazitäten vorgesehen
sein. In diesem Fall ist ein Kondensator zwischen der inneren leitfähigen Lage jedes
koaxialen Resonators und einem Masseanschluß angeschlossen.
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Eine derartige herkömmliche Filtereinrichtung besitzt jedoch insofern Nachteile, als
die Anordnung kompliziert und sperrig ist, da die Eingangs- und
Ausgangs-Kopplungskapazitäten und die Kopplung zwischen den Resonatoren
durch das gleiche dielektrische Substrat hergestellt sind und es notwendig ist,
extern anzubringende Elemente vorzusehen, die verschieden von der gedruckten
Schaltungsplatte sind, um die erforderlichen Kapazitäten und die Streukapazitäten
zu gewährleisten. Außerdem ist es schwierig oder im wesentlichen unmöglich, die
Kapazitäten festzulegen und einzustellen, nachdem der Filter zusammengesetzt ist.
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Die japanische Patentveröffentlichung Kokai Nr. 61-156903 offenbart eine weitere
herkömmliche Filtereinrichtung, die eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten
koaxialen dielektrischen Resonatoren, die jeweils eine axial sich erstreckende
Bohrung aufweisen, deren innere Oberfläche mit einer inneren leitfähigen Lage
versehen ist, einen Verbindungsanschluß, der ein Ende in die Bohrung eingesetzt
und mit der inneren leitfähigen Lage verbunden und das andere Ende sich von der
vorderen Oberfläche erstreckend besitzt, sowie eine äußere leitfähige Lage umfaßt,
die an dem beabsichtigten Abschnitt der äußeren Oberfläche vorgesehen ist. Jeder
Resonator ist durch Überlagern von zwei dielektrischen Blockhälften aufgebaut, die
in Längsrichtung derart geteilt sind, daß die darin vorgesehenen Bohrungshälften
einander gegenüberliegen, um die Bohrung zu vervollständigen.
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Bei der in dieser Literaturstelle offenbarten Anordnung ist es wichtig, daß
Leitungsdrähte durch Löten oder dergleichen mit den inneren leitfähigen Lagen
verbunden werden sollten, die an den beiden äußersten koaxialen dielektrischen
Resonatoren des Filters angeordnet sind. Deshalb sollten
Leitungsdraht-Führungslöcher an beiden Seitenabschnitten der dielektrischen Blockhälften in einer Richtung
orthogonal zu der Achse der Bohrungshälften vorgesehen sein. Jeder Leitungsdraht
wird durch das entsprechende Loch nach außen geführt. Den Führungslöchern ist
eine ausreichende Innenabmessung gegeben, um zu vermeiden, daß die Dicke der
Leitungsdrähte oder eines Lotes das Verbinden der dielektrischen Blockhälften
behindert. Um jedoch die Blockhälften mit derartigen Leitungsdraht-Führungslöchern
zu bilden, muß eine komplizierte Form hergestellt werden, was nicht nur
dazu führt, daß das Bilden der Blockhälften teuer ist, sondern auch daß die
Blockhälften aufgrund der Anwesenheit der Leitungsdraht-Führungslöcher
geschwächt werden.
Abriß der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine dielektrische Filtereinrichtung mit den
in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer dielektrischen
Filtereinrichtung, welche die vorliegende Erfindung nicht verkörpert,
jedoch zum besseren Verständnis derselben gezeigt ist;
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Fig. 2 ist eine Draufsicht eines ersten dielektrischen Substrats, das bei der
dielektrischen Filtereinrichtung von Fig. 1 verwendet ist, wobei (A)
und (B) eine innere bzw. äußere Oberfläche desselben zeigen;
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Fig. 3 ist eine Draufsicht eines zweiten dielektrischen Substrats, das bei der
dielektrischen Filtereinrichtung von Fig. 1 verwendet ist, wobei (A)
und (B) eine innere bzw. äußere Oberfläche desselben zeigen;
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Fig. 4 ist ein schematischer Längsschnitt der dielektrischen Filtereinrichtung
von Fig. 1 längs der Mittelachse eines der dielektrischen Resonatoren;
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Fig. 5 ist ein äquivalenter Schaltplan der in Fig. 1 gezeigten dielektrischen
Filtereinrichtung;
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Fig. 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer dielektrischen
Filtereinrichtung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert;
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Fig. 7 ist eine Draufsicht eines dielektrischen Substrats, das bei der
dielektrischen Filtereinrichtung von Fig. 6 verwendet ist, wobei (A)
und (B> eine innere bzw. äußere Oberfläche desselben zeigen;
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Fig. 8 ist ein schematischer Querschnitt der dielektrischen Filtereinrichtung
von Fig. 6 längs der Achse von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen;
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Fig. 9 ist ein schematischer Längsschnitt der dielektrischen Filtereinrichtung
von Fig. 6 längs der Mittelachse eines der dielektrischen Resonatoren;
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und
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Fig. 10 ist ein äquivalenter Schaltplan der in Fig. 6 gezeigten dielektrischen
Filtereinrichtung.
Detaillierte Beschreibung
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Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 wird eine dielektrische Filtereinrichtung gezeigt.
Obwohl diese Einrichtung die vorliegende Erfindung nicht verkörpert, wird deren
Betriebsweise beschrieben, um ein besseres Verständnis derselben zu ermöglichen.
Die dargestellte Filtereinrichtung umfaßt zwei nebeneinander angeordnete
dielektrische koaxiale Resonatorkörper 1a und 1b, die jeweils aus
Titanoxid-Dielektrikum-Keramikmaterial gebildet sind und als ein Quader geformt
sind. Die Resonatorkörper 1a und 1b besitzen Durchgangsbohrungen 2a bzw. 2b,
die sich jeweils von dem Vorderende zu dem Hinterende längs der Mittelachsen
derselben erstrecken. Jede der Durchgangsbohrungen 2a und 2b besitzt eine innere
Oberfläche, die mit einer inneren leitfähigen Lage 3a oder 3b versehen ist. Jeder
der Resonatorkörper 1a und 1b ist mit einer äußeren leitfähigen Lage 4a oder 4b an
der äußeren Oberfläche mit Ausnahme der Vorderoberfläche desselben versehen.
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Die Bezugszahlen 5a und 5b repräsentieren Verbindungssteckerteile aus Metall,
von denen jedes ein Ende fest in den Vorderendabschnitt der Bohrung 2a oder 2b
eingesetzt aufweist, um die elektrische Verbindung derselben mit der inneren
leitfähigen Lage 3a oder 3b zu gewährleisten, und das andere Ende oder
Vorderende 6a oder 6b mit reduziertem Durchmesser sich von der
Vorderoberfläche des zugeordneten Resonatorkörpers 1a oder 1b nach außen
erstreckend besitzt.
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Erste und zweite dielektrische Substrate 7 und 8 sind übereinandergelegt und über
den Vorderoberflächen der Resonatorkörper 1a und 1b angeordnet. Diese
dielektrischen Substrate sind aus dielektrischem Keramikmaterial hergestellt.
Das erste dielektrische Substrat 7 besitzt eine Innenoberfläche, an welcher, wie in
Fig. 2-(A) gezeigt, Eingangs- und Ausgangsleiter 9a und 9b (oder 9b und 9a)
gegenüber den koaxialen Resonatorkörpern 1a bzw. 1b ausgebildet sind, sowie
eine Außenoberfläche, an welcher, wie in Fig. 2-(B) gezeigt, Verbindungsleiter 10a
und 10b gegenüber den Eingangs- und Ausgangsleitern ausgebildet sind.
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Montagelöcher 13a und 13b sind sich erstreckend durch den Eingangs- oder
Ausgangsleiter, das erste dielektrische Substrat 7 und den Verbindungsleiter
vorgesehen, um die Vorderenden 6a und 6b der Verbindungssteckerteile 5a bzw.
5b einzusetzen.
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Die Eingangs- und Ausgangsleiter 9a und 9b (oder 9b und 9a) sind teilweise an den
Randabschnitten der Montagelöcher 13a und 13b derart entfernt, daß diese nicht
mit den eingefügten Verbindungssteckerteilen 5a und 5b verbunden sind, wie in
den Fig. 2-(A) und 4 gezeigt. die Verbindungsleiter 10a und 10b sind zu dem
Randabschnitt der Montagelöcher 13a und 13b derart ausgebreitet, daß diese mit
den Vorderenden 6a und 6b der eingefügten Verbindungssteckerteile 5a und 5b
verbunden sind, wie in den Fig. 2-(B) und 4 gezeigt.
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Das erste dielektrische Substrat 7 ist ferner mit zwei Schlitzen 14a und 14b an den
Stellen versehen, an denen diese nicht in Kontakt mit den Verbindungsleitern 10a
und 10b kommen.
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Das zweite dielektrische Substrat 8 besitzt eine innere Oberfläche, an welcher, wie
in Fig. 3-(A) gezeigt, Leiter 15a und 15b mit einem ineinandergreifenden Muster
derart ausgebildet sind, daß diese in Kontakt mit den Verbindungsleitern 10a bzw.
10b kommen, wenn die ersten und zweiten dielektrischen Substrate 7 und 8
übereinandergelegt werden. Die ineinandergreifenden Abschnitte beider Leiter 15a
und 15b bilden eine kapazitive Kopplung. Auf der äußeren Oberfläche des zweiten
dielektrischen Substrats 8, wie es in Fig. 3-(B) gezeigt ist, ist ein Masseleiter 1 6
gegenüber den Leitern 15a und 15b ausgebildet.
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Montagelöcher 17a und 17b sind derart vorgesehen, daß diese sich durch die
Leiter 15a und 15b, das zweite dielektrische Substrat 8 und den Masseleiter 16
erstrecken, um die Vorderenden 6a und 6b der Verbindungssteckerteile 5a bzw. 5b
einzusetzen.
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Der Masseleiter 16 ist an den Randabschnitten der Montagelöcher 17a und 17b
derart teilweise entfernt, daß dieser nicht mit den eingesetzten
Verbindungssteckerteilen 5a und 5b verbunden ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Die Leiter 15a
und 15b sind durch die Verbindungsleiter 10a und 10b an dem ersten
dielektrischen Substrat 7 mit den jeweiligen Verbindungssteckerteilen 5a und 5b
und somit den inneren leitfähigen Lagen 3a und 3b in den Resonatorkörpern 1a und
1b verbunden. Alternativ können die Leiter 15a und 15b derart angeordnet sein,
daß diese direkt mit den jeweiligen Verbindungssteckerteilen 5a und 5b verbunden
sind.
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Außerdem ist das zweite dielektrische Substrat 8 mit Schlitzen 18a und 18b an
den Stellen versehen, an denen diese nicht in Kontakt mit den Leitern 15a und 15b
kommen, sondern mit den Schlitzen 14a und 14b in dem ersten dielektrischen
Substrat 7 fluchten.
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Anschlußplatten 19a und 19b sind in Kontakt gebracht mit den Eingangs- und
Ausgangsleitern 9a und 9b (oder 9b und 9a) an dem ersten Substrat 7. Die
Anschlußplatten 19a und 19b besitzen Verbindungsschenkel 20a und 20b, die in
die Schlitze 14a und 18a; 14b und 18b in den ersten und zweiten Substraten 7 und
8 eingesetzt sind, und sind mit einer externen Eingangs- und Ausgangsleiterleitung
an einer gedruckten Schaltungsplatte (nicht gezeigt) verbunden, wodurch die
Eingangs- und Ausgangsleiter 9a und 9b mit den externen Eingangs- bzw.
Ausgangsleiterleitungen verbunden werden. Außerdem ist der Masseleiter 16 über
ein nicht gezeigtes Gehäuse oder dergleichen mit Masse verbunden.
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Wenn die ersten und zweiten dielektrischen Substrate 7 und 8 übereinandergelegt
und an dem Vorderabschnitt der nebeneinander angeordneten Resonatorkörper 1a
und 1b angebracht werden, werden die inneren leitfähigen Lagen 3a und 3b in den
Resonatorkörpern 1a und 1b über die Verbindungssteckerteile 5a und 5b mit den
Verbindungsleitern 10a und 10b an der Außenoberfläche des ersten dielektrischen
Substrats 7 elektrisch verbunden. Jeder der Eingangs- und Ausgangsleiter 9a und
9b und der entsprechende Verbindungsleiter 10a oder 10b, zwischen denen das
erste dielektrische Substrat 7 sandwichartig eingefügt ist, bildet Eingangs- und
Ausgangskapazitäten C1 bzw. C2, wie es in der äquivalenten Schaltung von Fig.
5 gezeigt ist. Die Eingangs- und Ausgangskapazitäten C 1 und C2 sind über die
Anschlußplatten 19a und 19b mit externen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen
21 bzw. 22 verbunden.
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Die Verbindungsleiter 10a und 10b sind mit den ineinandergreifenden Leitern 15a
und 15b verbunden, deren kapazitive Kopplung eine Kopplungskapazität C3 bildet
(Fig. 5).
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Jeder der ineinandergreifenden Leiter 15a und 15b und der Masseleiter 16,
zwischen denen das zweite dielektrische Substrat 8 sandwichartig eingefügt ist,
bildet Streukapazitäten C4 bzw. C5, wie in der äquivalenten Schaltung von Fig. 5
gezeigt. Diese Streukapazitäten C4 und C5 sind über den Masseleiter 16 mit Masse
verbunden.
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In dieser Ausführungsform umfaßt die Filtereinrichtung zwei koaxiale
Resonatorkörper. Die Filtereinrichtung kann jedoch unter Verwendung von drei oder
mehr koaxialen nebeneinander angeordneten Resonatorkörpern aufgebaut sein. In
diesem Fall sollten die Eingangs- und Ausgangsleiter an der Innenoberfläche des
ersten dielektrischen Substrats derart angeordnet sein, daß diese den beiden
äußersten koaxialen Resonatorkörpern entsprechen. Gegenüberliegend zu den
somit angeordneten Eingangs- und Ausgangsleitern sollten die Verbindungsleiter
außerdem derart an der äußeren Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats
angeordnet sein, daß die Eingangs- und Ausgangskapazitäten C1 und C2 gebildet
werden. An der Innenoberfläche des zweiten dielektrischen Substrats sollten die
Leiter in der gleichen Anzahl wie die Resonatorkörper angeordnet sein, die zum
Bilden der Kopplungskapazitäten verwendet werden.
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Die Fig. 6 bis 9 veranschaulichen eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der die veranschaulichte Filtereinrichtung zwei nebeneinander
angeordnete koaxiale Resonatorkörper 23a und 23b umfaßt. Jeder Resonatorkörper
ist aus einem Titanoxid-Dielektrikum-Keramikmaterial hergestellt, ist als ein Quader
geformt und ist aufgebaut durch Aufeinanderlegen zweier Abschnitte, die in
Längsrichtung geteilt sind als Hälften 23a-1 und 23a-2; 23b-1 und 23b-2. Die
Hälften besitzen Innenoberflächen, die aufeinanderzulegen sind. An jeder der
inneren Oberflächen ist eine in Längsrichtung sich erstreckende Nut 24a; 24b mit
halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Aufgebracht auf jeder Nut 24a; 24b ist
eine innere leitfähige Lage 25a; 25b. Diese inneren leitfähigen Lagen 25a und 25b
können gebildet sein unter Verwendung eines Siebdrucks oder anderer geeigneter
Dünnfilmbildungsprozesse. Eine äußere leitfähige Lage 26a; 26b ist an der äußeren
Oberfläche jeder der Hälften mit Ausnahme der Innen- und Vorderoberflächen
derselben ausgebildet. Außerdem, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, ist an der inneren
Oberfläche eines 23a-1; 23b-1 der Abschnitte eine leitfähige Verbindungsleitung
27a; 27b ausgebildet, die sich von der inneren leitfähigen Lage 25a; 25b in der Nut
24a; 24b zu einem rechteckigen Eingangs- oder Ausgangsanschluß 28a; 28b auf
der seitlichen Oberfläche des Abschnitts erstreckt. Diese Eingangs- und
Ausgangsanschlüsse 28a und 28b (oder 28b und 28a) können vorgesehen werden
durch teilweises Entfernen der äußeren leitfähigen Lagenabschnitte an den
seitlichen Oberflächen der jeweiligen Abschnitte, um rechteckige Abschnitte
auszubilden, die von der äußeren leitfähigen Lage elektrisch getrennt sind. Wenn
die Hälften 23a-1 und 23a-2; 23b-1 und 23b-2 zusammengesetzt werden, um den
jeweiligen Resonatorkörper 23a; 23b zu bilden, bilden die halbkreisförmigen Nuten
24a und 24a; 24b und 24b eine Durchgangsbohrung. Montiert in die somit
ausgebildeten Durchgangsbohrungen der jeweiligen Resonatorkörper 23a und 23b
werden Verbindungssteckerteile 29a und 29b aus Metall, von denen jedes ein
Außenende oder Vorderende 30a; 30b reduzierten Durchmessers besitzt, das sich
von der Vorderoberfläche des zugeordneten Resonatorkörpers 23a; 23b nach
außen erstreckt.
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Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, werden die Resonatorkörper 23a und 23b auf eine
gedruckte Schaltungsplatte P montiert, und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse
28a und 28b können, nicht gezeigt, mit beabsichtigten leitenden Stromleitern an
der Platte P durch Löten verbunden werden, was allgemein durch die Bezugszahl
31 bezeichnet ist, ohne irgendeinen Leitungsdraht zu verwenden.
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An den Vorderoberflächen der nebeneinander angeordneten Resonatorkörper 23a
und 23b ist ein dielektrisches Substrat 32 angeordnet, das aus dielektrischem
Keramikmaterial hergestellt ist.
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Das dielektrische Substrat 32 besitzt eine Innenoberfläche, an welcher, wie es in
den Fig. 6 und 7-(A) gezeigt ist, Leiter 33a und 33b mit einem ineinandergreifenden
Muster derart ausgebildet sind, daß diese in Kontakt mit den
Verbindungssteckerteilen 29a bzw. 29b kommen, wenn das dielektrische Substrat
32 an den Vorderoberflächen der nebeneinander angeordneten Resonatorkörper
23a und 23b angebracht wird. Die ineinandergreifenden Abschnitte der beiden
Leiter 33a und 33b bilden eine kapazitive Kopplung. An der Außenoberfläche des
dielektrischen Substrats 32 ist, wie in Fig. 7-(B) gezeigt, ein Masseleiter 34
gegenüber den Leitern 33a und 33b ausgebildet.
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Montagelöcher 35a und 35b sind durch die Leiter 33a und 33b, das dielektrische
Substrat 32 und den Masseleiter 34 sich erstreckend vorgesehen, um die
Vorderenden 30a und 30b der Verbindungssteckerteile 29a bzw. 29b einzusetzen.
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Der Masseleiter 34 ist an den Randabschnitten der Montagelöcher 35a und 35b
derart teilweise entfernt, daß dieser nicht mit den eingesetzten
Verbindungssteckerteilen 29a und 29b verbunden ist, wie es in Fig. 9 gezeigt ist.
Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 28a und 28b sind mit nicht gezeigten
externen leitenden Eingangs- bzw. Ausgangsstromleitern verbunden und der
Masseleiter 34 ist über ein Gehäuse (nicht gezeigt) oder dergleichen mit Masse
verbunden.
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Die inneren leitfähigen Lagen 25a und 25b sind mit den Leitern 33a bzw. 33b
verbunden. Die kapazitive Kopplung zwischen den Leitern 33a und 33b bildet eine
Kopplungskapazität C1, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Die jeweiligen Leiter 33a und
33b liegen über das dielektrische Substrat 32 dem Masseleiter 34 gegenüber, um
Streukapazitäten C2 und C3 zu bilden, wie es in Fig. 10 gezeigt ist.
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Wie in dem Fall der vorherigen, in den Fig. 1 bis 4 veranschaulichten
Ausführungsform kann die in den Fig. 6 bis 9 veranschaulichte Ausführungsform
wie folgt modifiziert werden.
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Die Filtereinrichtung kann drei oder mehr koaxiale nebeneinander angeordnete
Resonatorkörper aufweisen, bei denen die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse
lediglich an den beiden äußersten Resonatorkörpern vorgesehen sind. An der
Innenoberfläche des dielektrischen Substrats können die Leiter in der gleichen
Anzahl wie die Resonatorkörper angeordnet sein, die zum Bilden von
Kopplungskapazitäten verwendet sind.
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Wie es oben veranschaulicht und beschrieben wurde, ist es gemäß der
vorliegenden Ausführungsform durch Übereinanderlegen von zwei dielektrischen
Substraten möglich, in geeigneter Weise Eingangs- und Ausgangskapazitäten, eine
Kopplungskapazität sowie Streukapazitäten festzusetzen und somit ist kein
externer Kondensator erfordert, was zu einer vereinfachten Anordnung führt. Durch
das Vorsehen der Streukapazitäten kann jeder Resonatorkörper in seiner Länge
reduziert werden. Durch teilweises Entfernen oder Hinzufügen des Masseleiters an
dem zweiten dielektrischen Substrat nach Zusammensetzen der Resonatorkörper
können die Kopplungskapazität sowie die Streukapazitäten in einfacher Weise
eingestellt werden, um eine gewünschte Frequenzverhalten-Charakteristik zu
erhalten. Die vorliegende Ausführungsform kann deshalb eine dielektrische
Filtereinrichtung mit reduzierter Größe bereitstellen, die hervorragende
Eigenschaften besitzt.
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Ferner, da die beiden äußersten Resonatorkörper mit leitfähigen
Verbindungsleitungen vorgesehen sind, von denen jede ein Ende mit der inneren leitfähigen
Lage in der Durchgangsbohrung und das andere Ende mit dem Eingangs- oder
Ausgangsanschluß verbunden besitzt, der an der seitlichen Oberfläche des
zugeordneten Resonatorkörpers vorgesehen ist, ist es nicht notwendig,
irgendwelche komplizierten Formen zum Herstellen der Hälften des
Resonatorkörpers zu verwenden und irgendein Leitungsdrahtführungsloch an dem
Resonatorkörper vorzusehen, welches die mechanische Festigkeit desselben
reduziert. Die Filtereinrichtung der vorliegenden Ausführungsform besitzt deshalb
insofern Vorteile, als diese mit geringeren Kosten einfach hergestellt werden kann
und als diese an der gedruckten Schaltungsplatte oberflächenmontiert werden
kann.