DE69432058T2

DE69432058T2 - Geschichtetes dielektrisches Filter

Info

Publication number: DE69432058T2
Application number: DE69432058T
Authority: DE
Inventors: Toshio Kobe-shi Hyogo Ishizaki; Atsushi Toyonaka-shi Sasaki; Yuki Katano-shi Satoh; Hiroshi Izumisano-shi Kushitani; Hideaki Souraku-gun Nakakubo; Toshiaki Nara-shi Nakamura; Kimio Ikoma-shi Aizawa; Takashi Izumi-shi Fujino
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2014-08-24
Also published as: DE69432059T2; EP0917234A3; EP0917233B1; DE69426283D1; EP0917232B1; US6304156B1; EP0641035A3; EP0641035A2; DE69432058D1; EP0641035B1; US6020799A; US5719539A; DE69433305D1; EP0917235A2; EP0917232A3; EP0917235B1; DE69432060T2; EP0917235A3; DE69426283T2; EP0917233A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eingeschichtetes dielektrisches Filter, das hauptsächlich für dielektrische Antennenduplexer und in Hochfrequenz-Funkgeräten, z. B. in Mobiltelefonen, verwendet wird. Ein Antennenduplexer ist eine Vorrichtung, in der eine Antenne durch einen Sender und einen Empfänger gemeinsam verwendet wird, und er besteht aus einem Sende- und einem Empfangsfilter. Die Erfindung betrifft insbesondere ein laminiertes dielektrisches Filter mit einer Laminatstruktur, die durch Laminieren einer dielektrischen Lage und einer Elektrodenschicht und durch Brennen der Struktur zu einem Körper hergestellt wird.
Im Zuge der Weiterentwicklungen mobiler Kommunikationen werden Antennenduplexer in vielen Mobil- und Autotelefonen weit verbreitet verwendet. Nachstehend wird ein Beispiel eines herkömmlichen Antennenduplexers unter Bezug auf eine Zeichnung beschrieben.
9 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines herkömmlichen Antennenduplexers. In 9 bezeichnen , Bezugszeichen 701 bis 706 dielektrische Koaxialresonatoren, 707 ein Kopplungssubstrat, 708 ein Metallgehhäuse, 709 eine Metallabdeckung, 710 bis 712 Serienkondensatoren, 713 und 714 Induktionsspulen oder Induktoren, 715 bis 718 Kopplungskondensatoren, 721 bis 726 Kontaktstifte oder -anschlüsse, 731 einen Sendeanschluß, 732 einen Antennenanschluß, 733 einen Empfangsanschluß und 741 bis 747 auf dem Kopplungssubstrat 707 ausgebildete Elektrodenmuster.
Die dielektrischen Koaxialresonatoren 701, 702, 703, die Serienkondensatoren 710, 711, 712 und die Induktoren 713, 714 sind kombiniert, um ein Durchlaßbereichunterdrückungsfilter zu bilden. Die dielektrischen Koaxialresonatoren 704, 705, 706 und die Kopplungskondensatoren 715, 716, 717, 718 bilden ein Empfangsbandpaßfilter.
Ein Ende des Sendefilters ist mit einem Sendeanschluß verbunden, der mit einem Sender elektrisch verbunden ist, und das andere Ende des Sendefilters ist mit einem Ende eines Empfangsfilters und außerdem mit einem Antennenanschluß verbunden, der mit der Antenne elektrisch verbunden ist. Das andere Ende des Empfangsfilters ist mit einem Empfangsanschluß verbunden, der mit einem Empfänger elektrisch verbunden ist.
Nachstehend wird die Funktionsweise eines Antennenduplexers beschrieben. Das Durchlaßbereichunterdrückungsfilter weist eine geringe Durchlaßdämpfung für das Sendesignal im Sendefrequenzband auf und kann das Sendesignal vom Sendeanschluß nahezu dämpfungsfrei zum Antennenanschluß übertragen, Es weist andererseits eine größere Durchlaßdämpfung für das Empfangssignal im Empfangsfrequenzband auf und reflektiert die Eingangssignale im Empfangsfrequenzband nahezu vollständig, so daß das vom Antennenanschluß ankommende Empfangssignal zum Empfangsbandpaßfilter zurückkehrt.
Das Empfangsbandpaßfilter weist andererseits eine geringe Durchlaßdämpfung für das Empfangssignal im Empfangsfrequenzband auf und überträgt das Empfangssignal nahezu dämpfungsfrei vom Antennenanschluß zum Empfangsanschluß. Es weist eine große Durchlaßdämpfung für das Sendesignal im Sendefrequenzband auf und reflektiert die Eingangssignale im Sendefrequenzband nahezu vollständig, so daß die vom Sendefilter zugeführten Sendesignale zum Antennenanschluß übertragen werden.
Bei dieser Konstruktion besteht jedoch bei der Herstellung dielektrischer Koaxialresonatoren eine Einschränkung hinsichtlich der Feinverarbeitung von Keramik, so daß es schwierig ist, ihre Größe zu reduzieren. Außerdem ist eine Größenreduzierung schwierig, weil viele Teile verwendet werden, z. B. Kondensatoren und Induktoren, und ein anderes Problem besteht in der Schwierigkeit der Reduzierung der Montagekosten.
Das dielektrische Filter ist ein Bauteil des Antennenduplexers und wird auch weit verbreitet als unabhängiges oder separates Filter in Mobiltelefonen und Funkgeräten verwendet, und es besteht Bedarf für eine Größenreduzierung und eine höhere Leistung des Filters. Unter Bezug auf eine andere Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel eines herkömmlichen dielektrischen Filters des Blocktyps mit einer sich von der vorstehend beschriebenen Struktur unterscheidenden Struktur beschrieben.
10 zeigt eine perspektivische Schrägansicht eines herkömmlichen dielektrischen Filters des Blocktyps. In 10 bezeichnen Bezugszeichen 1200 einen dielektrischen Block, 1201 bis 1204 Durchgangslöcher und 1211 bis 1214 und 1221, 1222, 1230 Elektroden. Der dielektrische Block 1200 ist, mit Ausnahme von Umfangsabschnitten der Elektroden, auf deren Oberfläche die Elektroden 1221, 1222 und andere ausgebildet sind, einschließlich der Oberfläche der Durchgangslöcher 1201 und 1204 vollständig mit Elektroden bedeckt.
Nachstehend wird die Funktionsweise des derart konstruierten dielektrischen Filters beschrieben. Die Oberflächenelektroden in den Durchgangslöchern 1201 bis 1204 dienen als Resonator, und die Elektrode 1230 dient als Abschirmungselektrode. Die Elektroden 1211 bis 1214 dienen zum Vermindern der Resonanzfrequenz des aus den Elektroden in den Durchgangslöchern gebildeten Resonators und dienen als Lade kapazitätselektrode. Eine vorgeschaltete 1/4-Wellenlängen-Kurzschlußübertragungsleitung koppelt nicht bei der Resonanzfrequenz an und weist eine Bandsperrcharakteristik auf, wobei jedoch durch diese Reduzierung der Resonanzfrequenz eine elektromagnetische Feldkopplung zwischen Übertragungsleitungen im Filterdurchlaßband auftritt, so daß ein Bandpaßfilter erzeugt wird. Die Elektroden 1221, 1222 sind Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden, und die Eingangs- und Ausgangskopplung wird durch die Kapazität zwischen diesen Elektroden und dem Resonator und den Ladekapazitätselektroden erhalten.
Das Funktionsprinzip dieses Filters ist eine modifizierte Version des Funktionsprinzip eines in der Literatur beschriebenen Kamm- (Comb-line-) Filters (vergl. z. B. G. L. Matthaei, "Comb-Live Band-pass Filters of Narrow or Moderate Bandwidth", the Microwave Journal, August 1963). Dieses Filters des Blocktyps ist ein Comb-line-Filter, das aus einem dielektrischen Keramikmaterial besteht (vergl. z. B. US-Patent Nr. 4431977). Für das Comb-line-Filter ist immer eine hohe Ladekapazität zum Vermindern der Resonanzfrequenz erforderlich, um die Bandpaßcharakteristik zu realisieren.
11 zeigt die Übertragungskennlinie des herkömmlichen dielektrischen Filters des Comb-line-Typs. Die Transmissionskennlinie ist eine Chebyshev-Kennlinie, die stetig zunimmt, weil die Dämpfung außerhalb der Bandbreite von der Mittenfrequenz abweicht.
Bei dieser Konstruktion kann jedoch die Kennlinie einer elliptischen Funktion, die einen Dämpfungspol in der Nähe der Bandbreite der Übertragungskennlinie aufweist, nicht realisiert werden, so daß der Auswahlbereich für die Filter-leistung nicht ausreichend ist.
Außerdem wird erwartet, daß hinsichtlich der Herstellung einer kleinformatigeren und dünneren Struktur ein fla ches laminiertes dielektrisches Filter geeigneter ist als ein dielektrisches Filter des Koaxialtyps, und es wurden mehrere Versuche unternommen, um eine solche Vorrichtung zu entwickeln. Nachstehend wird ein herkömmliches Beispiel eines laminierten dielektrischen Filters beschrieben. Die folgende Beschreibung betrifft ein laminiertes "LC Filter" (Handelsbezeichnung), das als ein laminiertes dielektrisches Filter realisiert ist, wobei als Steckelemente ausgebildete-Kondensatoren und Induktoren in einer Laminatstruktur angeordnet werden.
12 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht zum Darstellen der Struktur eines herkömmlichen laminierten "LC-Filters". In 12 bezeichnen Bezugszeichen 1 und 2 dicke dielektrische Schichten. Ruf einer dielektrischen Lage 3 sind Induktorelektroden 3a, 3b ausgebildet, und auf einer dielektrischen Lage 4 sind Kondensatorelektroden 4a, 4b ausgebildet, auf einer dielektrischen Lage 5 sind Kondensatorelektroden 5a, 5b ausgebildet, und auf einer dielektrischen Lage 7 sind Abschirmungselektroden 7a, 7b ausgebildet. Durch stapelförmiges Anordnen all dieser dielektrischen Schichten und Lagen zusammen mit einer dielektrischen Lage 6 zum Schützen der Elektroden wird eine fertige Laminatstruktur hergestellt.
Nachstehend wird die Funktionsweise des derart hergestellten dielektrischen Filters beschrieben. Die sich gegenüberliegenden Kondensatorelektroden 4a und 5a bzw. 4b und 5b bilden jeweils Parallelplattenkondensatoren. Jeder Parallelplattenkondensator wirkt als Resonanzschaltung, weil sie über Seitenelektroden 8a, 8b mit den Induktorelektroden 3a, 3b in Serie geschaltet sind. Die Induktoren sind magnetisch gekoppelt. Die Seitenelektrode 8b ist eine Erdungselektrode, und die Seitenelektrode 8c ist mit Anschlüssen 3c, 3d verbunden, die mit der Induktorelektrode verbunden sind, um den Ein- bzw. Ausgangsanschluß eines Bandpaßfilters zu bilden (vergl. z. B. JP-A-3-72706 (1991)).
Bei einer solchen Struktur wird jedoch, wenn die Induktorelektroden näher zueinander hin gebracht werden, wodurch der Abstand vermindert wird, um ihre Größe zu reduzieren, die magnetische Feldkopplung zwischen den Resonatoren zu groß, und es ist schwierig, eine geeignete Bandpaßkennlinie mit schmaler Bandbreite zu realisieren. Außerdem ist es schwierig, die Güte bzw. den Q-Faktor der Spulenelektroden im lastfreien Zustand zu erhöhen, so daß die Filterdurchlaßdämpfung groß wird.
Nachstehend wird ein anderes herkömmliches Beispiel eines laminierten dielektrischen Filters unter Bezug auf eine beigefügte Zeichnung beschrieben. 13(a) und (b) zeigen die Struktur eines herkömmlichen laminierten dielektrischen Filters. In den 13(a) und (b) sind auf einem dielektrischen Substrat 819 1/4-Wellenlänge-Streifenleitungen 820, 821 ausgebildet. Ein- und Ausgangselektroden 823, 824 sind auf der gleichen Ebene ausgebildet wie die Streifenleitungen 820, 821. Die Streifenleitung 820 besteht aus einem ersten Abschnitt 820a (L₁ bezeichnet die Länge des Abschnitts 820a) mit einer ersten Leitungsbreite W₁ (Z₁ bezeichnet die charakteristische Impedanz von W₁), der der den Ein- und Ausgangselektroden 823 gegenüberliegt, einem zweiten Abschnitt 820b (L₂ bezeichnet die Länge des Abschnitts 820b) mit einer zweiten Leitungsbreite W₂, die kleiner ist als die erste Leitungsbreite W₁, und einem dritten Abschnitt 820c mit einer dritten Leitungsbreite, die kleiner ist als die erste Leitungsbreite W₁, jedoch größer als die zweite Leitungsbreite W₂ (Z₂ bezeichnet die charakteristische Impedanz von W₂). Ähnlicherweise besteht die Streifenleitung 821 aus einem ersten Abschnitt 821a mit einer ersten Leitungsbreite W₁, der der Ein- und der Ausgangselektrode 824 gegenüberliegt, einem zweiten Abschnitt 821b mit einer zweiten Leitungsbreite W₂, die kleiner ist als die erste Leitungsbreite W₁, und einem dritten Abschnitt 821c mit einer dritten Leitungsbreite, die kleiner ist als die erste Leitungsbreite W₁, jedoch größer als die zweite Leitungsbreite W₂. Die Streifenleitungen 820, 821 sind mit einer Kurzschlußelektrode 822 verbunden, und der Resonator 801 ist π-förmig. Ein dielektrisches Substrat 810 ist an beiden Oberflächen von Erdungselektroden 825, 826 bedeckt. An einer Seite 819a sind Seitenelektroden 827, 828 ausgebildet, und die Erdungselektroden 825, 826 und die Kurzschlußelektroden 822 sind verbunden. An der anderen Seite 819b sind mit der Ein- bzw. der Ausgangselektrode 823, 824 zu verbindende Seitenelektroden ausgebildet. Die Streifenleitungen 820, 821 sind mit der Ein- und der Ausgangselektrode 823 bzw. 824 kapazitiv gekoppelt, wodurch sie ein Filter bilden, wie beispielsweise im US-Patent Nr. 5248949 beschrieben ist.
Bei einer solchen Konstruktion kann jedoch wie beim herkömmlichen dielektrischen Filter des Blocktyps die Kennlinie einer elliptischen Funktion, die einen Dämpfungspol in der Nähe des Durchlaßbereichs der Übertragungskennlinie aufweist, nicht realisiert werden, so daß der Leistungsbereich des Filters nicht breit genug ist.
In der US-A-4701727 wird ein Stripline-Hairpin-Filter mit Leitungsabgriff beschrieben, das ein erstes Substrat aufweist, wobei N Hairpin-Resonatoren auf gegenüberliegenden Flächen des ersten Substrats alternierend angeordnet sind. Jeder der Hairpin-Resonatoren steht in einer parallelen gekoppelten Beziehung mit einem auf einer gegenüberliegenden Fläche des ersten Substrats angeordneten, benachbarten Hair pin-Resonator. Der erste und der letzte Hairpin-Resonator weisen jeweils ein damit verbundenes Element auf, das auf dem Substrat angeordnet ist, um jeweils ein Signal in die N Hairpin-Resonatoren einzukoppeln bzw. davon auszukoppeln. Es sind ein zweites und ein drittes Substrat vorgesehen, wobei jedes dieser Substrate benachbart zu einzelnen der N Hairpin-Resonatoren auf gegenüberliegenden Flächen des ersten Substrats angeordnet ist. Es sind eine erste und eine zweite Erdungsebene vorgesehen, wobei die Erdungsebenen jeweils benachbart zum zweiten bzw. zum dritten Substrat angeordnet sind.
Es ist eine primäre Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges geschichtetes dielektrisches Filter mit einer sehr guten Bandpaßkennlinie, einer geringen Durchlaßdämpfung und einer hohen Bandbreitenselektivität bereitzustellen. Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein geschichtetes oder laminiertes dielektrisches Filter mit einer kleinen und flachen Struktur bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein geschichtetes dielektrisches Filter bereitgestellt, wobei ein erster Streifenleitungsresonator über eine erste dielektrische Schicht mit der Dicke t₁ auf einer ersten Abschirmelektrode angeordnet ist, zweite bis n-te Streifenleitungsresonatoren über zweite bis n-te dielektrische Schichten mit der Dicke t₂ bis t₀ (wobei n die Anzahl von Streifenleitungsresonatoren, d. h. 2 oder mehr, bezeichnet) auf dem ersten Streifenleitungsresonator angeordnet sind, eine zweite Abschirmelektrode über die (n + 1)-te dielektrische Schicht mit der Dicke tn + 1 auf dem n-ten Streifenleitungsresonator angeordnet ist, und die Dicken t₂ bis t₀ so eingestellt werden, daß sie von der Dicke t₁ und der Dicke t_n+1 verschieden sind. Bei diesem geschichteten dielektrischen Filter werden ein großer Kopplungsgrad zwischen Resonatoren und ein hoher Q-Faktor im lastfreien Zustand erhalten, wodurch ein kleinformatiges Filter mit ausgezeichneten Filterkenngrößen realisiert werden kann, z. B. mit einer geringen Dämpfung und einer hohen Selektivität, und wobei kein breiter Einbauplatz erforderlich ist, wenn das Filter als mehrstufiges Filter ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, daß der Maximalwert der Dicken t₂ bis t_n kleiner ist als die Dicke t₁ und die Dicke t_n+1. Es ist bevorzugt, daß der Maximalwert der Dicken t₂ bis t_n kleiner ist als der Maximalwert der Dicken t₁ und t_n+1. Es ist außerdem bevorzugt, daß der Maximalwert der Dicken t₂ bis t₀ kleiner ist als die Dicke t₁ und die Dicke t_n+1 . Außerdem ist es bevorzugt, daß die Anzahl n von Streifenleitungsresonatoren 3 oder mehr beträgt (für Fachleute ist ersichtlich, daß die Anzahl n auch 3 oder mehr betragen kann) und die Dicken t₂ bis t₀ alle gleich sind. In dieser Ausführungsform eines geschichteten dielektrischen Filters werden ein großer Kopplungsgrad zwischen Resonatoren und ein hoher Q-Faktor im lastfreien Zustand erhalten, wodurch ein kleinformatiges Filter mit ausgezeichneten Filterkenngrößen realisiert wird, z. B. mit geringer Dämpfung und hoher Selektivität, wobei kein breiter Einbauplatz- erforderlich ist, wenn das Filter als mehrstufiges Filter ausgebildet ist.
Vorzugsweise sind die erste Abschirmelektrode und die zweite Abschirmelektrode aus Elektroden innerer Lagen gebildet, die von dielektrischen Schichten umschlossen sind. Die Abschirmelektrode kann im gleichen Fertigungsschritt hergestellt werden wie die Streifenleitungsresonatorelektrode und die Kapazitätselektrode, wodurch die Fertigung vereinfacht wird.
Vorzugsweise werden die erste dielektrische Schicht und die (n + 1)-te dielektrische Schicht durch Laminieren mehrerer dünner dielektrischer Schichten hergestellt. Durch Herstellen der dicken dielektrischen Schicht aus dünnen dielektrischen Schichten mit genormter Dicke können die Fertigungskosten weiter reduziert werden.
Vorzugsweise sind die Eingangs- und die Ausgangskopplungskapazitätselektrode in einer der dünnen dielektrischen Schichten ausgebildet, die die erste dielektrische Schicht bilden, bzw. in einer der dünnen dielektrischen Schichten, die die (n + 1)-te dielektrische Schicht bilden. Das Filter kann kleinformatiger ausgebildet werden als im magnetischen Feldkopplungssystem, indem der Streifenleitungsresonator und der Eingangs- und Ausgangsanschluß durch kapazitive Kopplung gekoppelt werden. Die Berechnung des Kopplungsgrades ist einfach, und der Eingangs- und der Ausgangskopplungsgrad können lediglich durch Ändern der Fläche des Elektrodenmusters geändert werden, so daß die Konstruktion einfach ist.
Vorzugsweise ist die Position der Mittellinie der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren in jeder der ersten bis n-ten dielektrischen Schichten in der lateralen Richtung parallelverschoben. Bei dieser Ausführungsform des geschichteten dielektrischen Filters kann der Kopplungsgrad zwischen Streifenleitungsresonatoren. sehr einfach eingestellt werden.
Außerdem ist es bevorzugt, daß die ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren als am vorderen Ende kurzgeschlossene Streifenleitungsresonatoren ausgebildet und durch Ausrichten der Kurzschlußenden laminiert sind. Dadurch kann das geschichtete dielektrische Filter einfach konstruiert werden, und es kann ein kleinformatiges Filter erhalten werden.
Außerdem ist es bevorzugt, daß die breiten Erdungselektroden am Kurzschlußende der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren ausgebildet sind, an der Erdungsseite angeordnete Abschirmelektroden aus Außenelektroden am Kurzschlußende des Streifenleitungsresonators der dielektrischen Schicht ausgebildet sind, die aus den ersten bis (n + 1)-ten dielektrischen Schichten besteht, und das Kurzschlußende des Streifenleitungsresonators über die Erdungselektrode mit der erdungsseitigen Abschirmelektrode verbunden und geerdet ist. In dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters hat eine Änderung der Länge der breiten Erdungselektroden eine geringere Auswirkung auf die Resonanzfrequenz als eine Änderung der Länge der Streifenleitungsresonatorelektrode, wodurch Resonanzfrequenzschwankungen unterdrückt werden, die durch beim Schneiden der dielektrischen Schicht auftretende Unterschiede verursacht werden. Außerdem wird, weil die Seite durch die Seitenelektrode des erdungsseitigen Erdungsanschlusses abgeschirmt wird, die Feldkennlinie durch äußere Einwirkungen kaum beeinflußt.
Vorzugsweise werden die Eingangs- und die Ausgangskopplungskapazitätselektrode in einer der dünnen dielektrischen Schichten der ersten dielektrischen Schicht bzw. in einer der dünnen dielektrischen Schichten der (n + 1)-ten dielektrischen Schicht ausgebildet, ist die Entnahmeseite der Eingangs- und der Ausgangskopplungskapazitätselektrode in der einen dielektrischen Schicht die rechte Seite des Streifenleitungsresonators und in der anderen dielektrischen Schicht die linke Seite, und die Elektroden sind als Eingangs- und Ausgangsanschluß mit den aus Außenelektroden gebildeten seitlichen Eingangs- und Ausgangselektroden verbunden, vor ausgesetzt, daß die rechte und die linke Seite der Schichtstruktur bzw. des Laminats aus den ersten bis (n + 1)-ten dielektrischen Schichten besteht. Die Entnahmeseite des Eingangs- und des Ausgangsanschlusses wird auf die rechte Seite bzw. die linke Seite der Streifenleitung festgelegt, und der Eingangs- und der Ausgangsanschluß können isoliert bzw. getrennt werden.
Außerdem ist bevorzugt, daß die Seitenabschirmelektroden an den Seiten der aus den ersten bis (n + 1)-ten dielektrischen Schichten gebildeten Schichtstruktur aus Außenelektroden gebildet werden. Es ist bevorzugt, daß die an der offenen Seite angeordnete Abschirmelektrode an der Seite des offenen Endes des Streifenleitungsresonators der aus den ersten bis (n + 1)-ten dielektrischen Schicht bestehenden Schichtstruktur aus einer Außenelektrode gebildet wird. In dieser Ausführungsform eines geschichteten dielektrischen Filters kann eine durch äußere Einwirkungen verursachte Änderung der Filterkenngrößen durch die Abschirmwirkung verhindert werden, und außerdem wird die Resonanz der Abschirmelektrode unterdrückt, um eine Verschlechterung der Filterkenngröße zu verhindern.
Es ist bevorzugt, daß die Leitungsbreite am Kurzschlußende der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren schmaler ist als die Leitungsbreite am offenen Ende. Im erfindungsgemäßen geschichteten Filter weist die Streifenleitung einen breiten Abschnitt und einen schmalen Abschnitt auf, um eine SIR- (stepped impedance resonator) Struktur zu bilden, so daß die Länge des Resonators kleiner ist als 1/4 Wellenlänge und die Filtergröße reduziert werden kann.
Außerdem ist bevorzugt, daß der Leitungsabstand der schmalen Abschnitte am Kurzschlußende der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren sich vom Leitungsabstand der breiten. Abschnitte am offenen Ende unterscheidet. Es ist be vorzugt, daß die Positionen der Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte am offenen Ende der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren vertikal ausgerichtet sind und die Positionen der Leitungsmittellinien der schmalen Abschnitte am Kurzschlußende in jeder der ersten bis n-ten dielektrischen Schichten in der lateralen Richtung parallelverschoben sind. Im erfindungsgemäßen geschichteten Filter können der elektromagnetische Kopplungsgrad der breiten Abschnitte und der elektromagnetische Kopplungsgrad der schmalen Abschnitte der Streifenleitung unabhängig eingestellt werden, so daß der Dämpfungspol bei einer gewünschten Frequenz erzeugt werden kann. Durch Verschieben der Positionen der Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte der Streifenleitung im oberen und im unteren Teil des Laminats kann der maximale Kopplungsgrad in den breiten Abschnitten erhalten werden. Außerdem kann die laterale Breite des Filters auf den kleinsten Wert eingestellt werden.
Es ist bevorzugt, daß die Leitungsbreite am Kurzschlußende der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren breiter ist als die Leitungsbreite am offenen Ende. Es ist bevorzugt, daß der Leitungsabstand der breiten Abschnitte am Kurzschlußende der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren sich vom Leitungsabstand der schmalen Abschnitte am offenen Ende unterscheidet. Es ist außerdem bevorzugt, daß die Positionen der Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte am Kurzschlußende der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren vertikal ausgerichtet sind und die Positionen der Leitungsmittellinien der schmalen Abschnitte am offenen Ende in jeder der ersten bis n-ten dielektrischen Schichten in der lateralen Richtung parallelverschoben sind. In dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters kann der Widerstandsverlust des Hochfrequenzstroms durch Verbreitern des Erdungsendes des Streifenlei tungsresonators vermindert werden, so daß der Q-Faktor im lastfreien Zustand verbessert werden kann. Außerdem kann durch Anordnen der Positionen der Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte der Streifenleitung im oberen und im unteren Teil des Laminats der maximale Kopplungsgrad in den breiten Abschnitten erhalten werden. Außerdem kann die laterale Breite des Filters auf den kleinsten Wert eingestellt werden.
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters;
2 zeigt eine Querschnittansicht A–A' der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters;
3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters;
4(a) zeigt eine Querschnittansicht A–A' der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters;
4(b) zeigt eine Querschnittansicht B–B' der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters;
5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters;
6(a) zeigt eine Querschnittansicht A–A' der in 5 dargestellten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters;
6(b) zeigt eine Querschnittansicht B–B' der in 5 dargestellten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters;
7 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters;
8(a) zeigt eine Querschnittansicht A–A' der in 7 dargestellten vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters;
8(b) zeigt eine Querschnittansicht B–B' der in 7 dargestellten vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten Filters;
9 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines herkömmlichen dielektrischen Antennenduplexers;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen dielektrischen Filters des Blocktyps bzw. eines Block-Filters;
11 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Übertragungskennlinie und der Reflexionskennlinie eines herkömmlichen dielektrischen Kamm- (Como-line-) Filters;
12 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines herkömmlichen geschichteten oder laminierten LC-Filters; und
13(a) und (b) zeigen eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen geschichteten oder laminierten dielektrischen Filters.
Beispiel 1
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters. 2 zeigt eine Querschnittansicht entlang den Linien A–A' in 1.
In 1 sind dielektrische Schichten 310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 310f, 310g, 310h aus bei niedriger Tempe ratur brennbarem dielektrischem Keramikmaterial hergestellt, und als dielektrische Materialien können beispielsweise Bi-Ca-Nb-O-Keramikmaterialien mit einer Dielektrizitätskonstante von 58 und andere Keramikmaterialien, die bei 950°C oder weniger gebrannt werden können, verwendet werden, und es werden Roh- oder Grünschichten hergestellt. Die inneren Elektroden, aus denen die Streifenleitungsresonatorelektroden 311a, 311b, 311c gebildet werden, Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden 313a, 313b und Ladekapazitätselektroden 314a, 314b werden mit dielektrischen Schichten laminiert und integral gebrannt, während Elektrodenmuster durch Metallpaste mit hoher Leitfähigkeit, z. B. Silber, Kupfer und Gold, gedruckt werden. Die Außenelektroden der Abschirmelektroden 315a, 315b, Seitenelektroden 316a, 316b und 317a, 317b, 317c, 317d werden in dieser Ausführungsform später mit Metallpaste gebrannt.
Die Dicken t₂, t₃, ..., t_n, (n bezeichnet die Anzahl von Streifenleitungsresonatoren) der dielektrischen Schicht zwischen den Streifenleitungsresonatorelektrodenschichten, d. h. die kombinierte Dicke der dielektrischen Schichten 310c und 310d, oder die kombinierte Dicke der dielektrischen Schichten 310e und 310f, wird so festgelegt, daß sie sich von den Dicken t₁, t_n+1 der dielektrischen Schichten zwischen der Streifenleitungsresonatorelektrodenschicht und der Abschirmelektrodenschicht unterscheidet, d. h., von der kombinierten Dicke der dielektrischen Schichten 310a und 310b oder der kombinierten Dicke der dielektrischen Schichten 310g und 310h, wodurch ein großer Kopplungsgrad verwendet werden kann, ohne daß der Q-Faktor im lastfreien Zustand des Resonators abnimmt. D.h., der Maximalwert der Dicken t₂ bis t₂ wird so festgelegt, daß er kleiner ist als jede der Dicken t₁ oder t_n+1, und die Gesamtdicke t₂ bis t_n wird vorzugsweise so festgelegt, daß sie kleiner ist als jede der Dicken t₁ oder t_n+1. Außerdem kann, wenn die Anzahl der Streifenleitungsresonatoren drei oder mehr beträgt, durch Gleichmachen aller Dicken t₂ bis t₀ die Dicke der dielektrischen Schicht auf einen spezifischen Wert genormt werden, so daß die Fertigungskosten gesenkt werden können.
Außerdem können, indem die dicken dielektrischen Schichten 310a, 310h durch Laminieren mehrerer dünner dielektrischer Schichten hergestellt werden, alle dielektrischen Schichten aus den gleichen genormten dünnen dielektrischen Schichten hergestellt werden, so daß die Fertigungskosten weiter gesenkt werden können.
Die Streifenleitungsresonatorelektroden 311a, 311b, 311c sind über die an einem Ende angeordneten Erdungselektroden 312a, 312b, 312c mit der Seitenelektrode 317 des erdungsendseitigen Erdungselements verbunden und geerdet. Die Änderung der Länge der breiten Erdungselektroden hat eine geringere Auswirkung auf die Resonanzfrequenz als eine Änderung der Länge der Streifenleitungsresonatorelektrode, wodurch Resonanzfrequenzschwankungen unterdrückt werden, die aufgrund von Änderungen bei der Genauigkeit des Schneidens der dielektrischen Schicht verursacht werden. Außerdem dient die Seitenelektrode 317d des erdungsendseitigen Erdungsanschlusses auch als Abschirmeleketrode der Erdungsseite zum Abschirmen der Seite, so daß die Filterkennlinie von außen kaum beeinflußt wird.
In der Ausführungsform als an einem Ende kurzgeschlossener 1/4-Wellenlängen-Streifenresonator ist es, weil der Resonator eine Laminatstruktur aufweist, in der die Kurzschlußenden ausgerichtet sind, daher einfach, den Resonator ähnlich wie in einem Comb-line-Filter zu konstruieren, so daß ein kleinformatiges Filter erhalten werden kann.
Der zwischen der Eingangs- und der Ausgangskopplungskapazitätselektrode 313a und der Streifenleitungsresonatorelektrode 311a gebildete parallele Flachplattenkondensator und der zwischen der Eingangs- und der Ausgangskopplungselektrode 313b und der Streifenleitungsresonatorelektrode 311c gebildete parallele Flachplattenkondensator dienen beide als Eingangs- und Ausgangskopplungskondensator. Die einzelnen Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden 313a, 313b sind mit aus den Seitenelektroden gebildeten Eingangs- und Ausgangsanschlüssen 316a, 316b verbunden.
Durch Koppeln des Streifenleitungsresonators und der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse in einem Kapazitätskopplungssystem kann die Filtergröße im magnetischen Feldkopplungssystem reduziert werden. Im Kapazitätskopplungssystem ist die Berechnung des Kopplungsgrades einfach, und der Eingangs- und Ausgangskopplungsgrad können durch Ändern der Elektrodenmusterfläche eingestellt werden, so daß es einfach konstruierbar ist.
Durch Festlegen der Entnahmeseite der Eingangs- und des Ausgangsanschlüsse 316a, 316b auf die rechte Seite der Streifenleitung im einen Resonator und auf die linke Seite der Streifenleitung im anderen Resonator können die Ein- und Ausgangsanschlüsse isoliert bzw. getrennt werden.
Der zwischen den Ladekapazitätselektroden 314a, 314b gebildete parallele Flachplattenkondensator und die Streifenleitungsresonatorelektroden 311a, 311b, 311c dienen als paralleler Ladekondensator zum Vermindern der Resonanzfrequenz des Streifenleitungsresonators. Daher kann die Länge der Streifenleitungsresonatorelektroden 311a, 311b, 311c kleiner sein als 1/4 Wellenlänge, so daß das Filter als Comb-line-Filter betreibbar ist.
Im Bereich der Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden 313a, 313b und der Ladekapazitätselektroden 314a, 314b, der einen äußeren Rand der Streifenleitungsresonatorelektroden 311a, 311b, 311c überlappt, ist in den Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden und in den Ladekapazitätselektroden eine Vertiefung ausgebildet, und die Breite der Elektroden ist schmäler. Durch Ausbilden eines schmalen, vertieften Bereichs kann die Änderung der Fläche des Überlappungsbereichs im Fall einer Positionsabweichung der Streifenleitungsresonatorelektrodenschicht und der Kapazitätselektrodenschicht kleiner gemacht werden als in dem Fall, wenn keine Vertiefung vorgesehen ist.
Weil das gesamte Filter durch die obere und die untere Abschirmelektroden 315a, 315b, die aus Außenelektroden gebildet sind, abgeschirmt ist, können durch äußere Einwirkungen verursachte Änderungen der Filterkennlinie verhindert werden. Die Abschirmelektrode ist mit den Seitenelektroden 317a, 317b des seitlichen Erdungsanschlusses und mit der Seitenelektrode 317c des Erdungsanschlusses am offenen Ende sowie mit der Seitenelektrode 317d des Erdungsanschlusses am Erdungsende verbunden und geerdet. Durch Erden der als Erdungsanschluß dienenden Seitenelektroden am offenen Ende, am Erdungsende und an der Seitenfläche des Streifenleitungsresonators wird die Resonanz der Abschirmelektrode unterdrückt, wodurch eine Verschlechterung der Filterkennlinie verhindert wird.
Weil die Seitenelektroden 317a, 317b des seitlichen Erdungsanschlusses ähnlich wie die Seitenelektroden 317c, 317d als Seitenabschirmelektroden dienen, haben sie eine Abschirmwirkung, gemäß der verhindert wird, daß die Filterkennlinie aufgrund äußerer Effekte beeinflußt wird.
Die zwischen der Seitenelektrode 317c des am offenen Ende angeordneten Erdungsanschlusses und den Streifenleitungsresonatorelektroden 311a, 311b, 311c am offenen Ende erzeugte Kapazität wird parallel zur Ladekapazität einge fügt, so daß die Leitungslänge des Streifenleitungsresonators weiter vermindert werden kann.
Nachstehend wird die Funktions- oder Arbeitsweise des derart konstruierten geschichteten dielektrischen Filter beschrieben. Das elektrische Funktionsprinzip dieser Ausführungsform des Filters ist nahezu das gleiche wie für das Comb-line-Filter. Das Funktionsprinzip des Comb-line-Filters ist in der Literatur dargestellt (G. L. Matthaei, "Comb-Line Bandpass Filters of Narrow or Moderate Bandwidth"; Microwave Journal, August 1963).
Zunächst werden die Streifenleitungsresonatorelektroden 311a, 311b, 311c durch Ausrichten des Erdungsendes angeordnet, und durch wechselseitige Kopplung im elektromagnetischen Feld arbeiten sie als Comb-line-Filter. Der elektromagnetische Feldkopplungsgrad zwischen den Streifenleitungen wird durch Verschieben der Position der Mittellinie der Streifenleitung in jeder nach oben und unten laminierten Schicht eingestellt. Daher ist die Einstellung des Kopplungsgrades sehr einfach. Der Kopplungsgrad ist am größten, wenn die Positionen der Mittellinien der Streifenleitungen übereinstimmen.
Gemäß dem Stand der Technik, gemäß dem die Streifenleitungen lateral auf der gleichen Ebene angeordnet sind, beträgt der Zwischenraum zwischen den Leitungen aufgrund der begrenzten Druckgenauigkeit mindestens etwa 200 μm, und die Größe des Kopplungsgrades war begrenzt. Bei der Ausführungsform, gemäß der die Streifenleitungen sich erfindungsgemäß nach oben und unten überlappen, kann die Dicke der dielektrischen Schichten 310d, 310f zwischen den Streifenleitungen auf nur 20 μm eingestellt werden, so daß ein sehr großer Kopplungsgrad erhalten werden kann ist. Außerdem wird, weil die beiden Streifenleitungsresonatorelektroden über eine große Fläche miteinander in Kontakt stehen, der Kopplungsgrad weiter erhöht.
Weil die elektromagnetische Feldkopplung zwischen den Streifenleitungen bei einer 1/4 der Wellenlänge entsprechenden Frequenz null beträgt, kann das Bandpaßfilter in diesem Zustand nicht gebildet werden, durch Verschieben der Resonanzfrequenz durch die aus den Ladekapazitätselektroden 314a, 314b und den Streifenleitungsresonatorelektroden 311a, 311b, 311c gebildete Ladekapazität wird der erforderliche Zwischenkopplungsgrad jedoch erhalten. In dieser Ausführungsform wird durch Ausbilden einer Kapazität in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung einer Ladekapazitätselektrode die Anzahl von Ladekapazitätselektrodenschichten vermindert, so daß sie einfach herstellbar ist.
Die Eingangs- und Ausgangskopplung wird durch magnetische Feldkopplung. des Eingangs- und Ausgangsanschlusses und der Streifenleitungen durch die Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden 313a, 313b erhalten. Die Eingangs- und Ausgangskopplungskapazität bildet einen Teil eines Admittanzinverters. Die Kapazitätskopplungsausführungsform ist vorteilhaft, weil sie kleinformatig realisierbar ist, weil durch die Bandpaßkopplungsausführungsform ein relativ schmales Band herausfiltert wird.
Außerdem ist in der Ausführungsform, gemäß der die Streifenleitungen in der lateralen Richtung angeordnet sind, weil der Hochfrequenzstrom sich am Rand der Leitung konzentriert, der Q-Faktor im lastfreien Zustand reduziert. In der Ausführungsform, gemäß der die Streifenleitungen sich erfindungsgemäß nach oben und unten überlappen, ist der Hochfrequenzstrom jedoch über die gesamte Leitungsbreite relativ gleichmäßig verteilt, so daß ein hoher Q-Faktor im lastfreien Zustand erhalten wird. Dadurch kann die Durchlaßdämpfung des Filters reduziert werden.
Daher kann erfindungsgemäß, weil das Filter eine Filterkennlinie mit geringer Dämpfung aufweist, ein kleinformatiges, planares, geschichtetes dielektrisches Filter mit geringer Dicke realisiert werden.
Beispiel 2
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters. 4(a) zeigt eine Querschnittansicht entlang den Linien A–A' in 3, und 4(b) zeigt eine Querschnittansicht entlang den Linien B–B' in 3.
In 3 bezeichnen Bezugszeichen 330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h dielektrische Schichten. Bezugszeichen 331a, 331b, 331c bezeichnen Streifenleitungsresonatorelektroden, 335a, 335b Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden und 336a, 336b Abschirmelektroden, die aus auf die dielektrischen Schichten auflaminierten inneren Elektroden ausgebildet sind.
In der zweiten Ausführungsform, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet, werden die Abschirmelektroden aus inneren Elektroden gebildet. In dieser Ausführungsform können die Abschirmelektroden in der gleichen Form ausgebildet sein wie die Streifenleitungsresonatorelektroden und die Kapazitätselektroden, so daß sie leicht herstellbar sind. Weil das gesamte Filter durch die oberen und unteren Abschirmelektroden 336a, 336b abgeschirmt ist, die aus inneren Elektroden gebildet werden, kann wie in der ersten Ausführungsform-verhindert werden, daß die Filterkennlinie sich aufgrund äußerer Einwirkungen ändert.
Seitenelektroden 337a, 337b sind als Eingangs- und Ausgangsanschluß ausgebildet, und Seitenelektroden 338a, 338b, 338c, 338d werden aus externen Elektroden gebildet, die nach Aufbringen einer Metallpaste gebrannt werden.
Außer mit der Seitenelektrode 338d des Erdungsanschlusses am Erdungsende sind die Abschirmelektroden mit den Seitenelektroden 338a, 338b der seitlichen Erdungsanschlüsse und der Seitenelektrode 338c des Erdungsanschlusses am offenen Ende verbunden und geerdet. Durch Erden der Seitenelektroden, die als Erdungsanschlüsse verwendet werden, am offenen Ende und am Erdungsende des Streifenleitungsresonators wird die Resonanz der Abschirmelektrode unterdrückt und eine Verschlechterung der Filterkennlinie verhindert.
Die Streifenleitungsresonatorelektroden 331a, 331b, 331c bestehen aus am Erdungsende angeordneten schmalen Abschnitten 333a, 333b, 333c, deren Leitungsbreite schmäler ist, und am offenen Ende angeordneten breiten Abschnitten 332a, 332b, 332c, deren Leitungsbreite breiter ist. Die Erdungsenden der Streifenleitungsresonatorelektroden 331a, 331b, 331c sind über die Erdungselektroden 334a, 334b, 334c mit der Seitenelektrode 338d des am Erdungsende angeordneten Erdungsanschlusses verbunden und geerdet.
Ein zwischen der Eingangs- und der Ausgangskopplungskapazitätselektrode 335a und der Streifenleitungsresonatorelektrode 331a gebildeter paralleler Flachplattenkondensator und ein zwischen der Eingangs- und der Ausgangskopplungskapazitätselektrode 335b und der Streifenleitungsresonatorelektrode 331c gebildeter paralleler Flachplattenkondensator dienen als Eingangs- und Ausgangskopplungskondensatoren. Die Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden 335a, 335b sind mit aus Seitenelektroden gebildeten Eingangs- und Ausgangsanschlüssen 337a, 337b verbunden.
In dieser Ausführungsform sind die Dicken t₂, t₃, ..., t_n, (n bezeichnet die Anzahl von Streifenleitungsresonatoren) der dielektrischen Schichten zwischen den Streifenleitungsresonatorelektrodenlagen, d. h. die kombinierte Dicke der dielektrischen Schichten 330d und 330e, wie in der ersten Ausführungsform, kleiner als die Dicken t₁, t_n+1 der dielektrischen Schichten zwischen der Streifenleitungsresonatorelektrodenlage und der Abschirmelektrodenlage, d. h., die Gesamtdicke der dielektrischen Schichten 330f und 330g, so daß ein großer Kopplungsgrad erhalten wird, ohne daß der Q-Faktor im lastfreien Zustand des Resonators abnimmt. Beispielsweise betragen in einer Produktion die Dicke der dielektrischen Schichten 330b, 330G 500 μm, die Dicke der dielektrischen Schichten 330c, 330f 55 μm und die Dicke der dielektrischen Schichten 330d, 330e 44 μm, wodurch eine vorteilhafte Filterkennlinie erhalten werden kann. D. h., wenn vorausgesetzt wird, daß der Maximalwert der Dicken t₂, t₃ ..., t_n t_max ist, ist es wünschenswert, daß t_max kleiner ist als t₁ und kleiner als t_n+ ₁. Noch bevorzugter. sollte die Gesamtdicke t₂, t₃ ..., t₀ kleiner sein als die Summe aus t₁ und t_n+1. Noch bevorzugter sollte die Gesamtdicke t₂, t₃ ..., t_n kleiner sein als die Dicke t₁ und kleiner als die Dicke t_n+1. In diesem Fall können der für die Filterkonstruktion erforderliche Kopplungsgrad und der hohe Q-Faktor im lastfreien Zustand gleichzeitig erhalten werden.
Außerdem können, indem die dicken dielektrischen Schichten 330a, 330g durch Laminieren mehrerer dünner dielektrischer Schichten hergestellt werden und die Dicken aller dielektrischer Schichten 330d, 330e zwischen den Streifenleitungsresonatoren gleich gemacht werden, alle dielektrischen Schichten durch dünne dielektrische Schichten mit einer genormten Dicke hergestellt werden, so daß die Fertigungskosten gesenkt werden können.
Nachstehend wird die Funktionsweise des derart konstruierten geschichteten dielektrischen Filters beschrieben. Das elektrische Funktionsprinzip dieser Ausführungsform des Filters unterscheidet sich geringfügig vom Funktionsprinzip der ersten Ausführungsform des Filters. D. h., in der ersten Ausführungsform ist das Funktionsprinzip grundsätzlich dasjenige eines Comb-line-Filters. In der zweiten Ausführungsform werden, indem an Stelle der Ladekapazität eine SIR-Struktur (stepped impedance structure) verwendet wird, die elektromagnetischen Feldkopplungsgrade der ersten Übertragungsleitungen und zweiter Übertragungsleitungen unabhängig eingestellt, und ein Durchlaßband und ein Dämpfungspol werden in der Übertragungskennlinie erzeugt. Diese Grundstruktur ist die gleiche wie in der ersten Ausführungsform des geschichteten dielektrischen Filters.
Zunächst werden die Streifenleitungsresonatorelektroden 331a, 331b, 331c durch Ausrichten der Erdungsenden angeordnet, und die breiten Abschnitte 332a, 332b, 332c am offenen Ende und die schmalen Abschnitte 333a, 333b, 33c am Erdungsende werden jeweils elektromagnetisch gekoppelt. Jede Streifenleitung bildet die SIR-Strukur mit den breiten und den schmalen Abschnitten. Daher kann die Länge der Streifenleitungsresonatorelektroden 331a, 331b, 331c kürzer sein als 1/4 Wellenlänge.
Der elektromagnetische Feldkopplungsgrad zwischen den Streifenleitungen wird durch Verschieben der Positionen der Streifenleitungen in vertikaler Richtung eingestellt. Durch eine Abweichung der Leitungsmittellinie der breiten Abschnitte und der schmalen Abschnitte der Streifenleitung von der gleichen Linie können der elektromagnetische Feldkopplungsgrad für die breiten Abschnitte und der elektromagneti sche Feldkopplungsgrad für die schmalen Abschnitte der Streifenleitungen unabhängig eingestellt werden. Durch unabhängiges Einstellen der Kopplungsgrade kann auf diese Weise ein Dämpfungspol bei der gewünschten Frequenz gebildet werden. Dieses Funktionsprinzip ist für die erste Ausführungsform des Filters erläutert worden.
Indem alle dielektrischen Schichten an der gleichen Position angeordnet werden, wobei die dielektrischen Schichten, bezogen auf die Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte der Streifenleitungen, aufeinander ausgerichtet vertikal laminiert werden, kann der maximale Kopplungsgrad in den breiten Abschnitten realisiert werden. Außerdem kann, weil die vertikalen Positionen der Elektroden ausgerichtet sind, die Filterbreite minimiert werden, so daß die Filtergröße reduziert werden kann. Andererseits kann der Kopplungsgrad der schmalen Abschnitte durch Verschieben der Position der Leitungsmittellinien für jede dielektrische Schicht eingestellt werden.
Auf diese Weise wird aufgrund der unabhängigen elektromagnetischen Feldkopplung der breiten Abschnitte am offenen Ende und der schmalen Abschnitte am Erdungsende nicht nur die Bandpaßkennline im Durchlaßband erhalten, sondern darüber hinaus kann bei der gewünschten Frequenz der Frequenzkennlinie ein Dämpfungspol erzeugt werden. Dadurch kann eine Selektivitätskennlinie erhalten werden, die besser ist als die Chebyshev-Kennlinie.
Daher werden in dieser Ausführungsform die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielt, und es können ein Dämpfungspol bei der gewünschten Frequenz der Frequenzkennline und eine ausgezeichnete Selektivität erhalten werden. Dadurch wird ein kleinformatiges Filter mit einer geringen Dämpfung erhalten.
Beispiel 3
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters. 6(a) zeigt eine Querschnittansicht entlang den Linien A–A' in 5, und 6(b) zeigt eine Querschnittansicht entlang den Linien B–B' in 5.
In 5 bezeichnen Bezugszeichen 350a, 350b, 350c, 350d, 350e, 350f, 350g, 350h, 350i, 350j dielektrische Schichten. Bezugszeichen 351a, 351b, 351c bezeichnen Streifenleitungsresonatorelektroden, 353a, 353b Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden, 354a, 354b Abschirmelektroden und 355a, 355b Kopplungsabschirmelektroden, die aus auf die dielektrischen Schichten auflaminierten inneren Elektroden gebildet sind. Als Eingangs- und Ausgangsanschlüsse dienende Seitenelektroden 357a, 357b und als Erdungsanschlüsse dienende Seitenelektroden 358a, 358b, 358c, 358d werden aus Außenelektroden gebildet, die nach Aufbringen einer Metallpaste gebrannt werden.
Die Abschirmelektroden sind außer mit der Seitenelektrode 358d des Erdungsanschlusses am Erdungsende mit den Seitenelektroden 358a, 358b der seitlichen Erdungsanschlüsse und mit der Seitenelektrode 385c des Erdungsanschlusses am offenen Ende verbunden und geerdet. Die Erdungsenden der Streifenleitungsresonatorelektroden 351a, 351b, 351c sind am Erdungsende über Erdungselektroden 352a, 352b, 352c mit der Seitenelektrode 358d des Erdungsanschlusses verbunden und geerdet.
Ein zwischen der Eingangs- und der Ausgangskopplungskapazitätselektrode 353a und der Streifenleitungsresonatorelektrode 351a gebildeter paralleler Flachplattenkondensator und ein zwischen der Eingangs- und der Ausgangskopplungskapazitätselektrode 353b und der Streifenleitungsresonatorelektrode 351c gebildeter paralleler Flachplattenkondensator dienen als Eingangs- und Ausgangskopplungskondensator. Die Eingangs- und und die Ausgangskopplungskapazitätselektroden 353a, 353b sind mit aus Seitenelektroden gebildeten Eingangs- und Ausgangsanschlüssen 357a, 357b verbunden.
In der dritten Ausführungsform wird der Kopplungsgrad zwischen den Streifenleitungsresonatoren, anders als bei der ersten und der zweiten Ausführungsform, durch in den Kopplungsabschirmelektroden 355a, 355b ausgebildete elektrische oder magnetische Feldkopplungsfenster 356a, 356b gesteuert. In Abhängigkeit von der Größe, der Form und der Position des Kopplungsfensters ist es einfach, den Kopplungsgrad zwischen einem großen und einem kleinen Kopplungsgrad einzustellen, so daß eine Filterkennlinie in einem breiten Bereich zwischen einer breitbandigen und einer schmalbandigen Kennlinie erhalten wird. Aufgrund der Kapazitätskopplung für die Eingangs- und Ausgangskopplung ist die Konstruktion einfach und kann die Filtergröße reduziert werden.
Daher kann gemäß dieser Ausführungsform, außer den durch die erste und die zweite Ausführungsform erhaltenen Wirkungen, durch eine einfache Konstruktion eine Filterkennlinie in einem breiten Bereich zwischen einer breitbandigen und einer schmalbandigen Kennlinie erhalten werden.
Beispiel 4
Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 7 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen geschichteten dielektrischen Filters. 8(a) zeigt eine Querschnittansicht entlang den Linien A–A' in 7, und 8(b) zeigt eine Querschnittansicht entlang den Linien B–B' in 7.
In 7 bezeichnen Bezugszeichen 370a, 370b, 370c, 370d, 370e, 370f dielektrische Schichten. Bezugszeichen 371a, 371b, 371c bezeichnen Streifenleitungsresonatorelektroden, 375a, 375b Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden und 377a, 377b Abschirmelektroden, die aus auf die dielektrischen Schichten auflaminierten inneren Elektroden gebildet sind.
Als Eingangs- und Ausgangsanschlüsse dienende Seitenelektroden 378a, 378b und als Erdungsanschlüsse dienende Seitenelektroden 379a, 379b, 379c, 379d werden aus Außenelektroden gebildet, die nach Aufbringen einer Metallpaste gebrannt werden.
Die Abschirmelektroden sind außer mit der Seitenelektrode 379d des Erdungsanschlusses am Erdungsende mit den Seitenelektroden 379a, 379b der seitlichen Erdungsanschlüsse und mit der Seitenelektrode 379c des Erdungsanschlusses am offenen Ende verbunden und geerdet.
Die Streifenleitungsresonatorelektroden 371a, 371b, 371c bestehen aus am Erdungsende angeordneten breiten Abschnitten 373a, 373b, 373c, deren Leitungsbreite breiter ist, und am offenen Ende angeordneten schmalen Abschnitten 372a, 372b, 372c, deren Leitungsbreite schmäler ist. Die Erdungsenden der Streifenleitungsresonatorelektroden 371a, 371b, 371c sind über die Erdungselektroden 374a, 374b, 374c mit der Seitenelektrode 379d des am Erdungsende angeordneten Erdungsanschlusses verbunden und geerdet. In der vierten Ausführungsform sind die breiten Abschnitte am Erdungsende des Streifenleitungsresonators angeordnet, d. h. an der bezüglich der zweiten Ausführungsform entgegengesetzten Seite.
Durch Verschieben der Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte am Erdungsende und der Leitungsmittellinien der schmalen Abschnitte am offenen Ende jeder Streifenleitung, ohne eine Ausrichtung bezüglich der gleichen Linie vorzunehmen, können die elektromagnetischen Feldkopplungsgrade für die breiten Abschnitte und die schmalen Abschnitte des Streifenleitungsresonators, wie bei der zweiten Ausführungsform, unabhängig eingestellt werden. Dadurch kann ein Dämpfungspol bei der gewünschten Frequenz der Übertragungskennlinie des Filters erzeugt und eine ausgezeichnete Selektivität erhalten werden.
Außerdem kann durch Ausbilden breiter Abschnitte am Erdungsende des Streifenleitungsresonators der Widerstandsverlust des in der Streifenleitung fließenden Hochfrequenzstroms reduziert werden, so daß der Q-Faktor für den lastfreien Zustand verbessert werden kann. Außerdem kann, indem alle Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte der Streifenleitungen auf den vertikal laminierten dielektrischen Schichten auf die gleiche Position angeordnet werden, ein maximaler Kopplungsgrad in den breiten Abschnitten erhalten werden. Weil die vertikalen Positionen der Elektroden ausgerichtet sind, kann die Breite des Filters minimiert werden, so daß die Größe des Filters reduziert werden kann.
Ein Interdigital-Kondensator 376a, der zwischen der Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektrode 375a und der Streifenleitungsresonatorelektrode 371a gebildet wird, und ein Interdigital-Kondensator 376b, der zwischen der Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektrode 375b und der Streifenleitungsresonatorelektrode 371c gebildet wird, dienen als Eingangs- und Ausgangskopplungskondensatoren. Die Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden 375a, 375b sind mit aus Seitenelektroden gebildeten Eingangs- und Ausgangsanschlüssen 378a, 378b verbunden. Durch Ausbilden der Eingangs- und der Ausgangskopplungskapazität durch Interdigital-Kondensatoren wird eine große Kopplungskapazität erhalten, und es wird eine breitbandige Bandpaßfilterkennlinie realisiert.
Daher kann gemäß dieser Ausführungsform, außer daß die gleichen Effekte erhalten werden wie in den ersten bis dritten Ausführungsformen, in denen ein kleinformatiges geschichtetes dielektrisches Filter mit einer geringen Dämpfung und mit einer dünnen und flachen Struktur erhalten wird, die Anzahl der dielektrischen Schichten und die Anzahl der Elektrodendruckvorgänge reduziert werden, so daß der Fertigungsprozeß vereinfacht wird.

Claims

Geschichtetes dielektrisches Filter, das gebildet wird durch: eine erste Streifenleitungsresonatorelektrode (311a), die über eine erste dielektrische Schicht (310a, b) mit einer Dicke t₁ auf eine erste Abschirmelektrode (315a) laminiert ist, zweite bis n-te Streifenleitungsresonatorelektroden (311b, 311c), die über zweite bis n-te dielektrische Schichten (310c ... f) mit einer Dicke t₂ bis t₀ (wobei n die Anzahl von Streifenleitungsresonatorelektroden bezeichnet) auf der ersten Streifenleitungsresonatorelektrode (311a) laminiert sind, eine zweite Abschirmelektrode (315b), die über die (n + 1)-te dielektrische Schicht (310h, g) mit der Dicke t_n+1 auf der n-ten Streifenleitungsresonatorelektrode (311c) laminiert ist, wobei die Dicken t₂ bis t₀ sich von der Dicke t₁ oder t_n+1 unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleitungsresonatorelektroden (311a, 311b, 311c) in der vertikalen Richtung so laminiert sind, daß sie sich nach oben und unten überlappen.
Geschichtetes dielektrisches Filter nach Anspruch 1, wobei die Dicken t₂ bis t₀ einen Maximalwert aufweisen, der kleiner ist als die Dicke t₁ oder t_n+1.
Filter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicken t₂ bis t₀ kleiner sind als die Summe der Dicken t₁ und t_n+1.
Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Summe der Dicken t₂ bis t₀ kleiner ist als die Dicke t₁ oder t_n+1
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anzahl n der Streifenleitungsresonatorelektroden 3 oder mehr beträgt und die Dicken t₂ bis t₀ gleich sind.
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Abschirmelektrode und die zweite Abschirmelektrode aus Elektroden (336a bzw. 336b) innerer Lagen gebildet werden, die von dielektrischen Schichten umschlossen sind.
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste dielektrische Schicht und die (n + 1)-te dielektrische Schicht mehrere laminierte dünne dielektrische Schichten aufweisen.
Filter nach Anspruch 7, wobei eine Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektrode (313a bzw. 313b) in einer der dünnen dielektrischen Schichten der ersten dielektrischen Schicht bzw. in einer der dünnen dielektrischen Schichten der (n + 1)-ten dielektrischen Schicht ausgebildet ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Position der Mittellinie der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatoren in jeder der ersten bis n-ten die lektrischen Schichten in der lateralen Richtung parallelverschoben ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatorelektroden (311a, 311b, 311c) als am vorderen Ende kurzgeschlossene Streifenresonatoren verwendet und laminiert werden, indem die Kurzschlußenden ausgerichtet werden, so daß ein an einem Ende kurzgeschlossener 1/4-wellenlängen-Streifenleitungsresonator gebildet wird.
Filter nach Anspruch 10, wobei breite Erdungselektroden (331a, 331b, 331c), die sich vertikal zu Streifenleitungsresonatorelektroden erstrecken, am Kurzschlußende der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatorelektroden (311a, 311b, 311c) gebildet werden, erdungsseitige Abschirmelektroden durch Außenelektroden (317d) am Kurzschlußende der Streifenleitungsresonatorelektrode der dielektrischen Laminatstruktur bereitgestellt werden, die aus den ersten bis (n + 1)-ten dielektrischen Schichten gebildet wird, und das Kurzschlußende der Streifenleitungsresonatorelektrode über die Erdungselektrode mit der erdungsseitigen Abschirmelektrode (317d) verbunden und geerdet ist.
Filter nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektrode (313a bzw. 313b) in einer der dünnen dielektrischen Schichten der ersten dielektrischen Schicht bzw. in einer der dünnen dielektrischen Schichten der (n + 1)-ten dielektrischen Schicht ausgebildet ist, die Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden in einer der dünnen dielektrischen Schichten an der rechten Seite der Strei fenleitungselektrode und in der anderen dielektrischen dünnen Schicht an der linken Seite der Streifenleitungselektrode angeordnet ist, und wobei die Eingangs- und Ausgangskopplungskapazitätselektroden als Eingangs- und Ausgangsanschluß mit den als Außenelektroden ausgebildeten seitlichen Eingangs- und Ausgangselektroden verbunden sind, die an der rechten und der linken Seite der Laminatstruktur angeordnet sind, die durch die ersten bis (n + 1)-ten dielektrischen Schichten gebildet wird.
Filter nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei Seitenabschirmelektroden aus Außenelektroden an den Seiten der Laminatstruktur angeordnet sind, die durch die ersten bis (n + 1)-ten dielektrischen Schichten gebildet wird.
Filter nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei am offenen Ende des Streifenleitungsresonators der Laminatstruktur, die durch die ersten bis (n + 1)-ten dielektrischen Schichten gebildet wird, eine Abschirmelektrode aus einer Außenelektrode gebildet wird.
Filter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Leitungsbreite am Kurzschlußende (333a, 333b, 333c) der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatorelektroden schmaler ist als die Leitungsbreite am offenen Ende (332a, 332b, 332c).
Filter nach Anspruch 15, wobei der Leitungsabstand der schmalen Abschnitte am Kurzschlußende (333a, 333b, 333c) der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatorelektroden vom Leitungsabstand der breiten Abschnitte am offenen Ende (332a, 332b, 332c) verschieden ist.
Filter nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Positionen der Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte am offenen Ende (332a, 332b, 332c) der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatorelektroden vertikal ausgerichtet sind, und wobei die Positionen der Leitungsmittellinien der schmalen Abschnitte am Kurzschlußende für jede der ersten bis n-ten dielektrischen Schichten in der lateralen Richtung parallelverschoben sind.
Filter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Leitungsbreite am Kurzschlußende (373a, 373b, 373c) der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatorelektroden breiter ist als die Leitungsbreite am offenen Ende (372a, 372b, 372c).
Filter nach Anspruch 18, wobei der Leitungsabstand der breiten Abschnitte am Kurzschlußende (373a, 373b, 373c) der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatorelektroden vom Leitungsabstand der schmalen Abschnitte am offenen Ende (372a, 372b, 372c) verschieden ist.
Filter nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Positionen der Leitungsmittellinien der breiten Abschnitte am Kurzschlußende (373a, 373b, 373c) der ersten bis n-ten Streifenleitungsresonatorelektroden vertikal ausgerichtet sind, und wobei die Positionen der Leitungsmittellinien der schmalen Abschnitte am Kurzschlußende (372a, 372b, 372c) für jede der ersten bis n-ten dielektrischen Schichten in der lateralen Richtung parallelverschoben sind.