DE69514155T2

DE69514155T2 - Resonator mit verbesserten Bandpasscharakteristiken

Info

Publication number: DE69514155T2
Application number: DE69514155T
Authority: DE
Inventors: Harufumi Mandai; Ken Tonegawa; Teruhisa Tsuru
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-06-14
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: EP0688058A1; DE69514155D1; US5770986A; JPH07336107A; EP0688058B1; JP3351102B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gegliederten Resonator vom konstanten Typ, der in Verbindung mit einem Hochfrequenzkreis verwendet werden kann und der angepaßt werden kann, um höhere harmonische Komponenten in einem Signal zu reduzieren.

Stand der Technik

Ein konventioneller Resonator, der als ein gegliederter Bandpaßfilter vom konstanten Typ dargestellt ist, ist in den Fig. 6a und 6b gezeigt, die eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht von diesem zeigen. In den Fig. 6a und 6b bezeichnet das Bezugszeichen 21 ein dielektrisches Substrat, das an beiden seitlichen Enden einer Oberfläche von diesem Erdungselektroden 22 bzw. 23 aufweist. Eine Vielzahl von Streifenleitern 24 und 26 erstrecken sich von der Elektrode 22 in Richtung der Mitte des Substrates. Die Streifenleiter haben an ihren oberen Enden, die in Richtung der Mitte des Substrats angeordnet sind, eine verringerte Breite. Eine Vielzahl von Streifenleitern 25 und 27 erstrecken sich von der Elektrode 23 in Richtung der Mitte des Substrats und haben ebenfalls an ihren oberen Enden, die in Richtung der Mitte des Substrats angeordnet sind, eine verringerte Breite. Die Streifenleiter 24 bis 27 sind in einer abwechselnden Art und Weise angeordnet, so daß die schmalen oberen Enden der abwechselnden Streifenleiter benachbart zueinander in einer beabstandeten Beziehung im mittleren Bereich der oberen Oberfläche des Substrats liegen. Ferner sind auf gegenüber liegenden Seiten des Substrats Eingangs- bzw. Ausgangselektroden 28 bzw. 29 ausgebildet. Eine Erdungselektrode 30 ist auf im wesentlichen der gesamten Rück-(oder Unter-) Seite des dielektrischen Substrats 21 gebildet, um dadurch einen Bandpaßfilter 31 bereitzustellen.
Der Bandpaßfilter 31 der obigen Struktur gelangt bei einer Frequenz f1, die mit einer Wellenlänge λ verbunden ist, in Resonanz, wobei die Länge von jedem der Streifenleiter 24 bis 27 λg/4 ist, wobei λg durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt wird:
λg = λ/ &epsi;
wobei &epsi; die dielektrische Konstante des dielektrischen Substrates bezeichnet.
Der Bandpaßfilter 31 hat jedoch den Nachteil, daß zusätzlich zu der Resonanzfrequenz f1, die mit der Länge λg/4 eines jeden Streifenleiters verbunden ist, ebenso höhere harmonische Resonanzen bei jeder der Frequenzen f3, f5 usw. auftreten, welche ungerade Vielfache von f1 (z. B. 3f1, 5f1 usw.) sind. Diese höheren harmonischen Frequenzen sind mit den Längen der Streifenleiter 24 bis 27 verbunden, die als λg/12, λg/20 usw. dargestellt sind. Folglich erzeugt die Störcharakteristik des Filters einen unerwünschten Durchlaßbereich, der schwer von dem Filter zu entfernen ist.
Die Vorrichtung, die in dem Dokument DE-A-42 13 195 offenbart ist, umfaßt einen Resonator mit zumindest einem gegliederten konstanten Streifenleiter 2 (vgl. Fig. 1 des Dokumentes), der auf einem dielektrischen Substrat vorgesehen ist. Zur Bereitstellung der weiteren Kapazität, die in Kooperation mit der weiteren Induktivität zu der parallelen Resonanzfrequenz führt, wird ein separater Kondensator 7, 8 zwischen einer vorbestimmten Position auf dem Streifenleiter und der Erde 1 geschaltet. Die Position, in welcher der Kondensator mit dem konstanten Streifenleiter verbunden ist, bestimmt die Induktivität, die durch den gegliederten konstanten Streifenleiter zur Einstellung der parallelen Resonanzfrequenz bereitgestellt wird.
Die Resonatorstruktur, die aus dem Dokument DE-A-42 13 196 bekannt ist, weist den Nachteil auf, daß ein separates Kondensatorelement in diese Struktur zur Bereitstellung der parallelen Resonanzfrequenz eingefügt werden muß.

Wesen der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, das oben beschriebene Problem zu lösen. Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 9 definiert. Eine beispielhafte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Resonatorkreis bereitzustellen, bei welchem die Kondensatoren parallel mit Induktivitätskomponenten der gegliederten Streifenleiter verbunden sind, und eine parallele Resonanzfrequenz des Kreises wird so gewählt, daß sie mit der höheren harmonischen Resonanzfrequenz überlagert, um dadurch die Störcharakteristik des Filters zu verbessern.
Um die vorangegangene Aufgabe zu erfüllen, sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf den Gebrauch eines Resonators gerichtet, der ein dielektrisches Substrat umfaßt, das gegliederte Streifenleiter darauf aufweist. Ferner werden Kondensatoren an dem dielektrischen Substrat bereitgestellt, die parallel mit Induktivitätskomponenten der gegliederten Streifenleiter verbunden sind.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung von zumindest einem ersten dielektrischen Substrat, einem zweiten dielektrischen Substrat und Kondensatoren. In beispielhaften Ausführungsformen ist das erste Substrat mit einer Vielzahl von Streifenleitern versehen, die sich longitudinal von einem Mittelbereich einer oberen Oberfläche des Substrats zu einer Rückseite des Substrats erstrecken, wobei die Streifenleiter entlang der kürzeren Längsseite des Substrats nach hinten gekrümmt werden, so daß die oberen Enden der Streifenleiter, die auf der oberen Oberfläche angeordnet sind, elektromagnetisch gekoppelt sind. Das zweite Substrat ist auf der oberen Oberfläche des ersten Substrats laminiert und ist mit einer Vielzahl von Erdungselektroden versehen. Kondensatoren, die parallel mit Induktivitätskomponenten der Streifenleiter verbunden sind, sind an den nach hinten gekrümmten Bereichen der Streifenleiter gebildet.
Ein weiteres Merkmal von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine parallele Resonanzfrequenz, die auf den oben erwähnten Induktivitätskomponenten und Kondensatoren basiert, gewählt wird, um mit einer höheren harmonischen Resonanzfrequenz des Resonators zusammenzufallen.
Gemäß der oben beschriebenen beispielhaften Strukturen kann, da das dielektrische Substrat mit Kondensatoren versehen ist, die mit den gegliederten konstanten Streifenleitern parallel verbunden sind, ein Frequenzgangpol in der Impedanz bei der parallelen Resonanzfrequenz gewählt werden, um mit jenem einer höheren harmonischen Resonanzfrequenz des Resonators zusammenzufallen. Im Ergebnis wird ein unerwünschter Durchgangsbereich aufgrund der Resonanz bei einer Frequenz, die ein ungerades Vielfaches von f1 ist, kontrolliert, wodurch die Störcharakteristik des Resonators verbessert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Bandpaßfilters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Bandpaßfilters gemäß der beispielhaften Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Filtercharakteristik eines konventionellen Bandpaßfilters zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Filtercharakteristik des beispielhaften Bandpaßfilters aus Fig. 2 zeigt;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Bandpaßfilters gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6a ist eine Draufsicht eines konventionellen Bandpaßfilters; und
Fig. 6b ist eine Schnittansicht, die entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 6a gezeigt ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Bandpaßfilters, der als ein Resonator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines kompletten Resonatorproduktes.
In Fig. 1 ist ein dielektrisches Substrat 1 mit einer Vielzahl von leitfähigen Streifenleitern 2, 3, 4 und 5 versehen, die sich longitudinal von einem Zentralbereich auf einer ersten oberen Oberfläche zu einer zweiten rückwärtigen (oder unteren) Oberfläche des Substrates, das aus dielektrischer Keramik hergestellt ist, erstrecken, wobei jeder Streifenleiter entlang der einen oder der anderen Seite von einem ersten Satz von gegenüberliegenden Seiten des Substrates (beispielsweise den kürzeren Seitenoberflächen des Substrates) in einer abwechselnden Weise nach hinten umgebogen ist. Die oberen offenen Enden 2a bis 5a der Streifenleiter 2 bis 5, die auf der oberen Oberfläche des Substrates 1 gebildet sind, können in ihrer Breite enger ausgebildet sein, als die übrigen Bereiche, so daß sie parallel zueinander am Zentralbereich des Substrats liegen und dadurch eine gegenseitige elektromagnetische Kopplung unter sich ausbilden. Weiterhin bildet ein Bereich des Substrats, der zwischen gegenüberliegenden Bereichen eines jeden Streifenleiters (d. h. ein Bereich des Substrats, der zwischen: (1) einem ersten Bereich eines Streifenleiters auf der oberen Oberfläche des Substrats und (2) einem zweiten Bereich desselben Streifenleiters, der auf die untere Oberfläche des Substrats nach hinten gebogen ist, angeordnet ist), einen Kondensator 6, bei dem das dielektrische Substrat als eine Zwischenschicht dient.
An einem Zentralbereich der rückwärtigen Oberfläche des dielektrischen Substrats 1 ist eine Erdungselektrode 7 gebildet, die mit den Enden der Streifenleiter 2 bis 5 an der rückwärtigen Oberfläche des dielektrischen Substrats 1 verbunden ist. Ferner sind dort eine Eingangselektrode 8 und eine Ausgangselektrode 9 ausgebildet, die sich von den Streifenleitern 2 und 5 an der rückwärtigen Oberfläche des dielektrischen Substrats zu den zweiten gegenüberliegenden Seiten (z. B. die längeren Seitenenden) des dielektrischen Substrats in dieser Reihenfolge erstrecken. Darüber hinaus wird ein anderes dielektrisches Substrat 11, das aus dielektrischer Keramik hergestellt ist, an dem dielektrischen Substrat 1 auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 1 befestigt (z. B. laminiert) oder zusammen befestigt. Eine Erdungselektrode 10 wird auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 11, die auf einer Seite des dielektrischen Substrats 11, welche dem ersten dielektrischen Substrat 1 gegenüberliegt, angeordnet ist, gebildet, um dadurch eine kombinierte, laminierte oder monolythische Komponente 12 bereitzustellen.
Ferner werden, wie in Fig. 2 gezeigt auf einer Seitenoberfläche der Lamination 12 externe Elektroden 13 und 14 gebildet, die mit der Eingangselektrode 8 bzw. der Ausgangselektrode 9 verbunden sind. Die Erdungselektroden 16a bis 15f werden mit den Erdungselektroden 7 und 10 verbunden, um dadurch einen Bandpaßfilter 16 zu bilden.
Bei dem Bandpaßfilter 16 der oben beschriebenen Struktur sind die Kondensatoren 6 parallel mit den Induktivitätskomponenten der Streifenleiter 2 bis 5 ver bunden. Ferner tritt ein Frequenzgangpol in der Impedanz bei der parallelen Resonanzfrequenz aufgrund der Induktivitätskomponenten der Streifenleiter 2 bis 5 und der Kondensatoren 6 auf. Somit kann, falls dieser Frequenzgangpol gewählt wird, um mit der höheren harmonischen Resonanzfrequenz des Bandpaßfilters 16 zusammenzufallen, der Durchgangsbereich aufgrund einer höheren harmonischen Resonanz gesteuert werden, um dadurch die Störcharakteristik des Resonators zu verbessern. Die statische Kapazität des Kondensators 6 kann natürlich durch Änderung der dielektrischen Konstante und/oder der Dicke des dielektrischen Substrats angepaßt werden, und/oder durch Ändern des Bereichs der gegenüberliegenden Bereiche für jeden der nach hinten gebogenen Streifenleiter 2 bis 5.
Um die Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu illustrieren, ist in Fig. 3 die Filtercharakteristik des konventionellen Bandpaßfilters gezeigt, während eine Filtercharakteristik eines Bandpaßfilters gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Fig. 4 gezeigt ist. Die exemplarische Charakteristik aus Fig. 4 zeigt eine Einstellung der parallelen Resonanzfrequenz aufgrund der Induktivitätskomponenten der Streifenleiter und der Kondensatoren auf eine höhere Resonanzfrequenz von z. B. ungefähr 6 GHz. In den Fig. 3 und 4 bezeichnen die durchgezogenen Linien die Bandpaßcharakteristiken und die gestrichelten Linien bezeichnen die Reflexion- oder Echoverlustcharakteristiken. Wie aus den Fig. 3 und 4 deutlich wird, ist bei einem Bandpaßfilter gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung seine höhere harmonische Resonanz kontrolliert, um seine Störcharakteristik zu verbessern.
Obwohl der Bandpaßfilter 16, der in Fig. 2 gezeigt ist, von einer Doppelschicht- (oder gestapelten) Struktur ist, der die dielektrischen Substrate 1 und 11 umfaßt, kann ebenso ein Bandpaßfilter 19 mit einer monolytischen 3-Schicht- (Stapel-) Struktur ausgeführt werden, wie in Fig. 5 dargestellt. Die Ausführungsform der Fig. 5 wird durch Laminieren eines dielektrischen Substrates 18, das aus die lektrischer Keramik hergestellt ist, auf die rückwärtige (untere) Oberfläche des dielektrischen Substrats 1 gebildet. Das dielektrische Substrat 18 weist eine Erdungselektrode 17 auf, die auf der rückwärtigen Oberfläche des dielektrischen Substrats 18, wie in Figur b gezeigt, gebildet ist. Die exemplarische Ausführungsform der Fig. 5 weist denselben Betrieb und die Wirkung auf, wie der Bandpaßfilter 16 der Fig. 2. Das dielektrische Substrat 18 ist in der Struktur ähnlich zu dem dielektrischen Substrat 11.
Wie oben beschrieben, beinhalten die exemplarischen Ausführungsformen eines Resonators in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zumindest einen gegliederten konstanten Streifenleiter und zumindest einen Kondensator, der mit diesem auf den dielektrischen Substrat parallel verbunden ist. Eine parallele Resonanzfrequenz aufgrund der Induktivitätskomponente des gegliederten konstanten Streifenleiters und des Kondensators kann gewählt werden, um mit der höheren harmonischen Resonanzfrequenz des Resonators zusammenzufallen, so daß ein unerwünschter Durchgangsbereich aufgrund von zumindest einer höheren harmonischen Resonanz kontrolliert wird, um dadurch die Störcharakteristik des Resonators zu verbessern.
Fachleute werden erkennen, daß die Dimensionen der konstanten Streifenleiter, die auf der oberen Oberfläche des Dielektrikums 1 Bereiche mit reduzierter Breite aufweisen, in jeder bekannten Art und Weise ausgewählt werden können, um die gewünschten Durchlaßcharakteristiken zu erreichen. Beispielsweise können diese Dimensionen in Übereinstimmung mit denselben Techniken, die verwendet werden, um die Dimensionen für die konstanten Streifenleiter in Fig. 1 auszuwählen, ausgewählt werden. Ferner können die exemplarischen Dimensionen des Dielektrikums ausgewählt werden, um die Charakteristiken für den Bandpaßfilter in einer Weise ähnlich zu der, die verwendet wird, um ein Dielektrikum in Bezug auf einen konventionell Resonator auszuwählen, auszuwählen, mit der Ausnahme, daß in Übereinstimmung mit den exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Dicke des Dielektrikums unter Be rücksichtigung der Charakteristiken der Kondensatoren 6 ausgewählt werden kann.

Claims

1. Filter mit:

- einem ersten dielektrischen Substrat (1) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten, zur ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche und

- zumindest einem gegliederten konstanten Streifenleiter (2 bis 5), der einen Resonator bildet, der eine Resonanzfrequenz aufweist und auf dem ersten dielektrischen Substrat (1) gebildet ist, wobei der Streifen des gegliederten konstanten Streifenleiters (2 bis 5) sich in einen ersten Streifenbereich erstreckt, der auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, weiterhin umfassend:

- eine Kapazität (6), die mit dem zumindest einen gegliederten konstanten Streifenleiter (2 bis 5) verbunden ist, und

- eine Induktivität, die durch den zumindest einen gegliederten konstanten Streifenleiter bereitgestellt wird, wobei die parallele Resonanzfrequenz aufgrund der Induktivität und der Kapazität (6) mit einer harmonischen Frequenz der Resonanzfrequenz zusammentrifft, und weiterhin mit einem zweiten Streifenabschnitt, der auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist und eine Verlängerung des zumindest einen gegliederten konstanten Streifenleiters bildet, wobei der erste Streifenabschnitt, der zweite Streifenabschnitt und der Abschnitt des dielektrischen Substrats (1) zwischen dem ersten Streifenabschnitt und dem zweiten Streifenabschnitt die Kapazität (6) bereitstellen.

2. Filter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Eingangselektrode (8) und eine Ausgangselektrode (9), die auf der zweiten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats (1) gebildet sind, bei welchem eine Vielzahl von gegliederten konstanten Streifenleiter parallel auf der ersten Oberfläche gebildet sind, wobei jeder der gegliederten konstanten Streifenleiter (2 bis 5) alternierend mit der Eingangselektrode (8) und der Ausgangselektrode (9) verbunden ist.

3. Filter nach Anspruch 2, bei welchem das erste dielektrische Substrat (1) weiterhin umfaßt: gegenüberliegende Seiten, die sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche erstrecken, wobei jeder aus der Vielzahl der gegliederten konstanten Streifenleiter (2 bis 5) sich von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrats (1) entlang einer der Seiten des dielektrischen Substrats (1) erstreckt.

4. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei welchem jeder aus der Vielzahl der konstanten Streifenleiter (2 bis 5) ferner umfaßt: einen in der Dicke reduzierten Bereich (2a bis 5a), der auf der ersten Oberfläche des dielektrischen Substrats (I) angeordnet ist, wobei die konstanten Streifenleiter (2 bis 5) auf der ersten Oberfläche parallel zueinander ausgebildet sind, um gegenseitige Induktivitätsn zu bilden.

5. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner umfassend: ein zweites dielektrisches Substrat (11) mit einer darauf ausgebildeten Erdungsfläche (10), wobei das zweite dielektrische Substrat auf dem ersten dielektrischen Substrat (1) geschichtet ist.

6. Filter nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: externe Elektroden (13, 14), die auf den Seiten der geschichteten ersten (1) und zweiten (11) dielektrischen Substrate gebildet sind, wobei jede der externen Elektroden (13, 14) mit einer von der Eingangselektrode (8) und der Ausgangselektrode (9) verbunden ist.

7. Filter nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: eine Vielzahl von Erdungselektroden (15a bis 15f) die auf den Seiten der geschichteten ersten und zweiten dielektrischen Substrate (11) angeordnet sind, wobei jede der Erdungselektroden (15a bis 15f) elektrisch mit der Erdungsfläche (10) auf dem zweiten dielektrischen Substrat (11) verbunden ist.

8. Filter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, weiterhin umfassend: ein drittes dielektrisches Substrat (18), das auf der zweiten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrate (1) geschichtet ist, wobei das dritte dielektrische Substrat (18) eine Erdungselektrode (17) aufweist, die auf einer Oberfläche von diesem gebildet ist, welche gegenüberliegend zu einer Oberfläche des dritten dielektrischen Substrats (18) ist, die dem ersten dielektrischen Substrat (1) zugewandt ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Filters, mit den Schritten:

- Bilden eines ersten dielektrischen Substrats (1) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüberliegend zur ersten Oberfläche und

- Bilden von zumindest einem gegliederten konstanten Streifenleiter (2 bis 5), der einen Resonator bildet, der eine Resonanzfrequenz aufweist und auf dem ersten dielektrischen Substrat (1) gebildet ist, wobei der Streifen des gegliederten konstanten Streifenleiters (2 bis 5) sich in einen ersten Streifenabschnitt erstreckt, der auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, weiterhin bildend:

- eine Induktivität, die durch den zumindest einen gegliederten konstanten Streifenleiter gebildet wird, wobei die parallele Resonanzfrequenz aufgrund der Induktivität und der Kapazität (6) mit einer harmonischen Frequenz der Resonanzfrequenz zusammentrifft, und ferner Bilden eines zweiten Streifenabschnitts, der auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist und eine Verlängerung von dem zumindest einen gegliederten konstanten Streifenleiter bildet, wobei der ersten Streifenabschnitt, der zweite Streifenabschnitt und der Abschnitt des dielektrischen Substrats (1) zwischen dem ersten Streifenabschnitt und dem zweiten Streifenabschnitt die Kapazität (6) bilden.