DE69529382T3

DE69529382T3 - Verbessertes keramisches duplexfilter

Info

Publication number: DE69529382T3
Application number: DE69529382T
Authority: DE
Inventors: R. Reddy VANGALA; Truc Hoang
Original assignee: CTS Corp
Current assignee: CTS Corp
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2015-02-11
Also published as: JPH08512187A; EP0706719A4; AU1914695A; EP0706719A1; DE69529382D1; JP2005253098A; US5512866A; DE69529382T2; ATE231291T1; EP0706719B2; WO1995030250A1; EP0706719B1; CN1040927C; CN1128086A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen keramische Filter und insbesondere einen verbesserten Duplexfilter.
Hintergrund der Erfindung
Die JP 05-226909 offenbart einen keramischen Filter gemäß dem Stand der Technik. Weiter offenbaren die US 5,146,193 , die US 5,177,458 und die US 5,250,916 alle auf einer Fläche aufbaubare keramische Filter.
Keramische Filter mit den Merkmalen des einleitenden Teiles von Anspruch 1 sind in der Technik bekannt. Keramische Bandpassfilter des Standes der Technik werden im Allgemeinen aus Blöcken keramischen Materials aufgebaut und haben verschiedene geometrische Formen, die typischerweise an externe Schaltungen durch diskrete Drähte, Kabel, Stifte oder auf der Oberfläche anbringbare Kontaktflächen gekoppelt sind.
Einige der Hauptziele bei der elektronischen Gestaltung sind es, die körperliche Größe zu verringern, Zuverlässigkeit zu erhöhen, die Herstellbarkeit zu verbessern und die Herstellungskosten zu reduzieren.
Duplexfilter des Standes der Technik erfordern im Allgemeinen verschiedene Metallisierungsschemen auf einer oberen Fläche, um die gewünschte Frequenzantwort zur Verfügung zu stellen. Bei diesen Duplexfiltern ist es schwierig, sie zuverlässig auf einer konsistenten Basis herzustellen, da, wenn das obere Metallisierungsschema leicht variiert wird, die Frequenzantwort unerwünscht geändert werden kann. Darüber hinaus ist es schwierig, oder es erfordert zusätzliche Prozessschritte, diese Vorrichtungen in geeigneter Weise abzustimmen. Zum Beispiel erfordert das Abstimmen des Standes der Technik das Entfernen der unteren Metallisierung, des Schleifens eines Teils der Keramik am Boden, dann das erneute Metallisieren der Bodenfläche der Keramik und das Backen des Duplexers, um die unerwünschten Lösungsmittel freizumachen, und danach das Sintern des neu metallisierten Bodens.
Aus der JP-A-22,002 sind Konfigurationen des Standes der Technik, wie diejenigen, die oben beschrieben sind, bekannt. Weiter ist aus der US-A-5,177,458 eine Konfiguration des Standes der Technik bekannt, bei der Ausnehmungen benutzt werden, um eine Kopplungseinrichtung zu bilden, die die Eingangs- und Ausgangsverbindungen für die Signale zur Verfügung stellen, welche von den keramischen Duplexfiltern des Standes der Technik verarbeitet werden sollen.
Aus diesen Gründen würde ein Duplexfilter, der viele der vorangehenden Mangel überwindet, als eine Verbesserung in der Technik betrachtet werden. Es würde auch als eine Verbesserung betrachtet werden, wenn ein Verfahren und eine Duplexstruktur vereinfacht werden könnten, um das Abstimmen und den Herstellungsprozess leichter und zuverlässiger zu machen.
Dies wird erreicht, gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einem keramischen Duplexfilter, der zusätzlich die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Duplexfilters.
2 ist eine Ausfühungsform des Duplexfilters, der in 1 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Draufsicht auf den Duplexfilter, der in 1 gezeigt ist.
4 ist ein Schaubild einer Äquivalenzschaltung des Duplexfilters, der in den 1 bis 3 gezeigt ist.
5 ist eine repräsentative Frequenzantwort des gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Duplexfilters, der in 2 gezeigt ist.
6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Duplexfilters.
7 ist eine perspektivische Ansicht des Duplexfilters, wie er in 6 gezeigt ist, von unten.
8 ist eine Draufsicht auf den Duplexfilter, der in 6 gezeigt ist.
9 ist eine Teilansicht einer alternativen Ausführungsform, die eine Eingangs-Ausgangs-Kontaktfläche für bestimmte Anwendungen zeigt.
10 ist eine Frequenzantwort des Duplexfilters, der in den 6–8 gezeigt ist.
11 ist ein Blockschaubild eines Verfahrens zum Abstimmen des Duplexfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Blockschaubild eines alternativen Verfahrens zum Abstimmen des Duplexfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Der Duplexfilter 10 in den 1 und 3 umfasst einen allgemein parallelepipedisch geformten Filterkörper 12, welcher einen Block aus dielektrischem Material aufweist, mit einer Oberseite 14, einem Boden 16 und Seitenflächen 18, 20, 22 und 24, die alle im Wesentlichen planar sind. Der Filterkörper 12 hat auch eine Vielzahl von Durchgangslöchern oder Öffnungen, einschließlich einem ersten bis zehnten Durchgangsloch 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 bzw. 46, die sich von der oberen Fläche 14 zu der Bodenfläche 16 erstrecken. Der Filterkörper in 3 hat auch eine Vielzahl von Ausnehmungen, die den Teilen 50, 52, 54 und 54', 56 und 56', 58 und 58', 60 und 60', 62 und 62', 64 und 64', 66 und 66' und 68 entsprechen, angrenzend an die obere Fläche 14 und mit einer geeigneten Tiefe, um ein leitendes Material in sich aufzunehmen. Viele der äußeren Flächen 16, 18, 20, 22 und 24 des Filterkörpers 12 sind im Wesentlichen mit leitendem Material bedeckt, das eine metallisierte Schicht 25 definiert, mit der Ausnahme, dass die obere Fläche 14 im Wesentlichen nicht metallisiert ist.
Die Ausnehmungen umfassen eine leitende Schicht aus Material, ausreichend, eine vorbestimmte Kapazität zu definieren. Bei einer Ausführungsform umfassen die leitenden Schichten mehrere leitende Schichten, entsprechend den Teilen 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88 bzw. 90. Diese leitenden Schichten sind jeweils durch im Wesentlichen vertikale Wände 72', 74', 76', 78', 80', 82', 84', 86', 88' und 90' und horizontale Böden 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89 und 91 für jede Ausnehmung begrenzt.
Der Duplexfilter 10 umfasst weiter Kopplungsvorrichtungen zum Koppeln von Signalen in den Filterkörper 12 und aus ihm heraus, einschließlich im Wesentlichen eingebetteter kapazitiver Vorrichtungen 94, 96 und 98 zum Koppeln an äußere Komponenten, sowie externe Schaltungen, Schaltkarten und dergleichen. Diese Vorrichtungen 94, 96 und 98 sind im Wesentlichen von einem nicht leitenden oder dielektrischen Material umgeben. Die eingebetteten kapazitiven Vorrichtungen 94, 96 und 98 sind üblicherweise insbesondere so ausgelegt, dass sie mit einem Empfänger, einer Antenne bzw. einem Sender verbunden werden. In 2 umfassen die Kopplungen 94, 96 und 98 jeweils Empfänger-, Antennen- und Sender-Kontaktflächen 100, 102 bzw. 104 auf der vorderen Seitenfläche 20. Jede ist unmittelbar von dem dielektrischen Material des Körpers 12 umgeben.
Diese Struktur liefert den Vorteil des strategischen Positionierens der Reihenkondensatoren nahe der oberen Fläche für die Anpassung der Nullstellen und der Nebenschluss-Kondensatoren nahe der Oberfläche für die geeignete Einrichtung der Pole bei spezifischen Frequenzen, um jeweils die gewünschte Stoppband- und Passband-Welligkeitsantwort zu erhalten. Die Reihen-, Nebenschluss- und Kopplungskondensatoren liegen innen und sind in dem Filterkörper gebildet.
Diese Struktur bildet einen Duplexer für die vereinfachte und effizientere und effektive Frequenzabstimmung. Diese Struktur erfordert keine komplizierte und unzuverlässige Bedruckung auf der Oberseite oder Verbindungen zu externen Komponenten (Kondensatoren).
Genauer passt die Einstellung der Länge L der Duplexfilter hierin in geeigneter Weise die Reihen-, Nebenschluss- und Kopplungskondensatoren an, im Wesentlichen gleichzeitig, falls gewünscht, um eine bestimmte Frequenzantwort zur Verfügung zu stellen. Diese Struktur befindet sich in einer kompakten und tragbaren Vorrichtung, die in zuverlässiger Weise massenproduziert werden kann.
Diese Gestaltung liefert eine dreidimensionale Struktur in einem Duplexfilter, unterhalb der oberen Fläche, die in zuverlässiger Weise hergestellt werden kann und die den Abstimmpro zess vereinfacht. Im Gegensatz dazu erfordern Duplexfilter des Standes der Technik das komplizierte und genaue Drucken leitender Muster auf der Oberseite. Sie erfordern weiterhin zusätzliche Schritte des Entfernens und Wiederaufbringens von leitenden Überzügen auf der Bodenfläche. Die vorliegende Gestaltung bietet eine vereinfachte Konstruktion und ein reproduzierbares Design, was auch die Herstellungszeit, Kosten und Prozessschritte beim Herstellen und Abstimmen eines Duplexfilters reduzieren kann.
Die Durchgangslöcher umfassen im Allgemeinen jedes jeweilige Ausnehmungen angrenzend an und unmittelbar unterhalb der oberen Fläche 14. Genauer umfasst jedes Durchgangsloch 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 und 46 einen angrenzenden Ausnehmungsbereich 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 und 68, angrenzend an und unmittelbar unterhalb der oberen Fläche 14.
Die Durchgangslöcher 28, 30, 32, 34, 36 und 38 liefern die Empfänger-Bandpassantwort der 5, während die Durchgangslöcher 42, 44 und 46 die Bandpassantwort der Sendefilter-Bandpassantwort liefern. Das Durchgangsloch 40 wird von sowohl dem Sender- als auch dem Empfängerfilter gemeinsam genutzt und erlaubt es, dass die beiden Filter mit einer einzigen Antenne verbunden werden, wie es in 2 gezeigt ist.
Die Ausnehmungen 50–68 (einschließlich) werden benutzt, um einen Abschnitt der Reihenkondensatoren zur Verfügung zu stellen, wie in 4 gezeigt, als C14, C15, C16, C17, C18, C19, C20, C21 bzw. C22. Diese Kondensatoren sind parallel mit ihren jeweiligen Induktoren L11, L12, L13, L14, L15, L16, L17, L18 und L19 der 4, um so genannte Nullstellen in 5 zu bilden. Die meisten dieser Nullstellen werden benutzt, um die Dämpfung bei bestimmten (ungewünschten) Frequenzen zu vergrößern.
Die Ausnehmungen definieren einen im Allgemeinen trichterförmigen oberen Abschnitt der Durchgangslöcher, und jede ist wenigstens teilweise komplementär zu einem Abschnitt wenigstens eines jeweiligen benachbarten Durchgangsloches konfiguriert, ausreichend, um eine vorbestimmte kapazitive Kopplung zu wenigstens einem benachbarten Durchgangsloch zur Verfügung zu stellen.
Die einander gegenüberliegenden leitenden Seitenflächen der benachbarten trichterförmigen Abschnitte zusammen mit dem dielektrischen Material, definiert als Spalte g1–g9 in 2, das zwischen den beiden Flächen eingeschlossen ist, bilden Reihenkondensatoren, die notwendig sind, um die Nullstellen zu bilden, wie es oben beschrieben ist.
Die trichterförmigen Abschnitte bilden parallele Plattenkondensatoren, die wesentlich weniger anfällig für Kapazitätsänderungen sind als die auf der Oberseite der bedruckten Duplexfilter des Standes der Technik.
Der Abstand von der oberen zur unteren Fläche 14 und 16 kann als Länge L des Filterkörpers definiert werden, und jede der Ausnehmungen 18 umfasst eine Länge von etwa einem Sechstel L oder weniger und bevorzugt ungefähr einem Zehntel L oder weniger für die gewünschte Frequenzantwort, so wie die in den 5 und 10 gezeigte.
Bei einer Ausführungsform definiert der Abstand L von der oberen zu der unteren Fläche 14 und 16 weniger als etwa eine Viertelwellenlänge. Jedoch fügt das Vorliegen der Ausnehmungen nahe der oberen Fläche der notwendige konzentrierte kapazitive Ladung bei, um eine vorbestimmte Bandpassantwort bei einer vorbestimmten Frequenz zur Verfügung zu stellen, typisch für eine resonante Struktur mit Viertelwellenlänge. Wie es bei den Fachleuten verstanden werden sollte, können Viertelwellenlängen-, Halbwellenlängen und ähnliche Resonanzstrukturen hergestellt werden, ohne dass man sich von der Lehre dieser Erfindung entfernt.
Die eingebetteten kapazitiven Vorrichtungen 94, 96 und 98 entsprechend einem empfängerkoppelnden Kondensator, einem antennenkoppelnden Kondensator und einem senderkoppelnden Kondensator, die jeder einen vorbestimmten Wert haben, mit dem sie zum Bereitstellen einer gewünschten Bandbreite beitragen. Bei einer Ausführungsform hat jeder dieser Kondensatoren einen Wert, der im Bereich von ungefähr 0.5 Picofarad (hiernach pf) bis ungefähr 5 pf liegt und bevorzugt ungefähr 1 pf bis ungefähr 3 pf für UHF-Frequenzen.
Die kapazitiven Werte der eingebetteten Vorrichtungen 94, 96 und 98 sind durch eine Oberfläche der jeweiligen leitenden Schichten 95, 97 und 99 darin und durch den Abstand von den Vorrichtungen 94, 96 und 98 zu den jeweiligen benachbarten Durchgangslöchern 28, 40 und 46 definiert.
Diese Struktur bildet eine dauerhafte und robuste Einrichtung zum Koppeln zu und von dem Filter, und weiter werden die eingebetteten Vorrichtungen zur gleichen Zeit gebildet, zu der der dielektrische Filterkörper 2 gebildet wird, um präzise Abmessungen und Werte zu halten. Vorteilhaft minimiert oder eliminiert diese Struktur die Notwendigkeit des präzisen Positionierens eines Siebdrucks und leitender Spalte auf der Oberfläche, wie beim Stand der Technik.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jede der kapazitiven Vorrichtungen 94, 96 und 98 wenigstens einen Bereich, der im Wesentlichen konzentrisch und komplementär in Bezug auf eines der jeweiligen benachbarten Durchgangslöcher 28, 40 und 46 konfiguriert ist, um eine tragbarere und kompaktere Gesamtstruktur zur Verfügung zu stellen.
Die Vielzahl der Ausnehmungen, definiert als Aufnahmen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 und 68, sind im Allgemeinen trichterförmig und sind angrenzend an die obere Fläche 14 angeordnet, um eine Reihenkapazität zu definieren, die ausreichend ist, um eine gewünschte Bandpassantwort und gewünschte Nullstellen zur Verfügung zu stellen, wie es zum Beispiel in 5 gezeigt ist.
Genauer umfasst jede Ausnehmung eine oder mehrere leitende Schichten, die durch eine benachbarte horizontale Fläche und eine oder mehrere vertikale Flächen begrenzt sind, um den gewünschten kapazitiven Wert zur Verfügung zu stellen. In weiteren Einzelheiten umfasst jede leitende Schicht 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88 und 90 eine leitende Schicht angrenzend an und begrenzt durch die jeweilige vertikale Wand und den horizontalen Boden 72' und 73', 74' und 75, 76' und 77, 78' und 79, 80' und 81, 82' und 83, 84' und 85, 86' und 87, 88' und 89 bzw. 90' und 91. Die Reihenkondensatoren in 4 sind im Wesentlichen definiert als C14, C15, C16, C17, C18, C19, C20, C21 und C22. Sie befinden sich physikalisch zwischen benachbarten Aufnahmen und sind im Wesentlichen definiert durch die Spaltflächen zwischen den benachbarten Durchgangslöchern in 1 bis 4.
Die Reihenkondensatoren C14–C22 sind teilweise durch die obigen leitenden Schichten definiert und sind durch die vertikalen Wände und horizontalen Böden und Spaltflächen zwischen benachbarten Ausnehmungen begrenzt. Jeder der Vielzahl der Reihenkondensatoren kann einen großen Bereich annehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt jeder Reihenkondensator mit seinem Wert im Bereich von ungefähr 0.1 pf bis ungefähr 5 pf, um die gewünschte Frequenzantwort zur Verfügung zu stellen. Bei der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, sind die kapazitiven Vorrichtungen 94, 96 und 98 an den Empfänger, die Antenne und den Sender von oder angrenzend an die obere Fläche 14 durch eine Übertragungsleitung, leitendes Material usw. (in 1 nicht gezeigt) oder in irgendeiner geeigneten Weise gekoppelt. Die in 1 gezeigte Vorrichtung kann zusätzliche Verbindungssonden erfordern, um sie an einer Schaltkarte oder einer externen Schaltung zu befestigen. Dies kann eine bevorzugte Ausführungsform sein, wenn die Länge L wesentlich kleiner ist als die Breitenbemessung W, wie bei Anwendungen bei höheren Frequenzen, so wie 2 GHz oder darüber, mit Bezug auf persönliche Kommunikationsvorrichtungen usw.
In 2 sind die kapazitiven Vorrichtungen 94, 96 und 98 elektrisch mit Kontaktflächen 100, 102 und 104 für Empfänger, Antenne und Sender für die direkte Oberfächenassemblage verbunden. Die Vorrichtung, die in 2 gezeigt ist, kann direkt beispielsweise auf einer Schaltkarte auf der Oberfläche angebracht werden. Diese Konfiguration kann beispielsweise bevorzugt sein, wenn die Länge L dieselbe oder größer ist als die Breitenbemessung W.
Der Duplexfilter 10 kann auch eine Anzahl von Erdungsausnehmungen umfassen, um eine vorbestimmte Frequenzantwort zur Verfügung zu stellen. Die Erdungsausnehmungen können angrenzend auf die obere 14 und die Seitenflächen 18, 22 und 24 für die gewünschte Polfrequenz sein, um die Filtermittenfrequenzen für das Senden (Tx) und Empfangen (Rx) anzupassen. Die leitenden Überzüge auf jeder Erdungsausnehmung sind mit der metallisierten Schicht 25 (oder elektrischer Masse für den Filter 10) verbunden. Diese Struktur schafft vorbestimmte Kurzschlusskondensatoren zum Anpassen der Mittenfrequenzen der Tx- und Rx-Filter.
Genauer, wie es in den 1 und 3 gezeigt ist, ist eine rechte Masseausnehmung 108 gezeigt, welche den Kondensator C1 in 4 bildet. Eine erste rückwärtige Masseausnehmung 110 befindet sich benachbart dem zehnten Durchgangsloch und der zehnten Ausnehmung 46 bzw. 68, um den Kondensator C2 zu bilden. Die zweite rückwärtige Ausnehmung 112 befindet sich benachbart dem neunten Durchgangsloch 40 und der Ausnehmung 66, um den Kondensator C4 zu bilden. Die dritte und vierte rückwärtige Ausnehmung 114 und 116 befinden sich ausgerichtet benachbart dem achten und siebten Durchgangsloch und den Ausnehmungen 64 und 62, um die Kondensatoren C6 und C7 zu bilden. Die fünfte rückwärtige Ausnehmung 118 ist ausgerichtet mit und ausgebildet benachbart dem fünften Durchgangsloch und der Ausnehmung 58, um den Kondensator C9 zu bilden. Die sechste rückwärtige Erdungsausnehmung 120 befindet sich benachbart dem vierten Durchgangsloch und ist mit diesem und der Aufnahme 56 ausgerichtet, um den Kondensator C10 zu bilden. Die siebte rückwärtige Ausnehmung 122 befindet sich benachbart dem dritten Durchgangsloch und der Ausnehmung 54, um den Kondensator C11 zu bilden. Die achte rückwärtige Ausnehmung 124 ist angeordnet, konfiguriert und mit dem ersten und zweiten Durchgangsloch und den Ausnehmungen 50 und 52 ausgerichtet, um Kondensatoren C13 bzw. C12 zu bilden. Genauer umfasst die achte rückwärtige Ausnehmung 124 einen ersten Abschnitt 126 und einen zweiten Abschnitt 128 benachbart der zweiten und ersten Ausnehmung 52 bzw. 50, welche dieselben oder unterschiedliche Abmessungen haben können. Zusätzlich sind eine erste und zweite vordere Ausnehmung 130 und 132 benachbart der achten und neunten Ausnehmung 64 und 66 positioniert und damit ausgerichtet, um Kondensatoren C5 und C3 zu bilden.
Die Kondensatoren C1–C6 der 4 bestimmen die Polfrequenzen und somit das Passband des Tx-Filters der 5. Der Kondensator C7 bestimmt die Antennenresonatorfrequenz. Und die Kondensatoren C8–C13 bestimmen die Polfrequenzen und somit das Passband des Rx-Filters der 5.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Erdungsausnehmungen wenigstens einen metallisierten horizontalen Abschnitt und einen metallisierten vertikalen Abschnitt, mit Masse verbunden, wobei der vertikale Abschnitt im Wesentlichen parallel zu einem Abschnitt eines jeweiligen benachbarten Durchgangsloches ist und damit ausgerichtet ist, um die gewünschte Nebenschlusskapazität zu liefern.
Die Vielzahl der Durchgangslöcher umfasst Empfänger-Durchgangslöcher, die dem ersten bis fünften Durchgangsloch 28, 30, 32, 34 und 36 entsprechen. Die Vielzahl der Durchgangslöcher umfasst auch ein Antennen-Durchgangsloch oder das siebte Durchgangsloch 40, und die Sender-Durchgangslöcher werden durch das achte, neunte und zehnte Durchgangsloch 42, 44 bzw. 46 gebildet.
Bei einer Ausführungsform sind die Empfänger-Durchgangslöcher 28, 30, 32, 34, 36 und 38 kleiner als die Antennen- und Sender-Durchgangslöcher, gebildet an den Stücken 40, 42, 44 und 46. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt der Durchgangslöcher im Wesentlichen elliptisch geformt, um die gewünschte Frequenzantwort und die kompakte Gesamtgestaltung des Filters 10, jedoch sind Löcher mit kreisförmigem, rechtwinkligem usw.
Querschnitt ebenso möglich. Dies stellt eine kompakte Struktur bereit, um die gewünschten Frequenzeigenschaften zu erhalten, wobei die parallelepipedische Struktur des Filterkörpers 12 benutzt wird. Wenn die Abmessungen Länge L, Breite W und Höhe des Körper 12 konstant eingestellt werden, die Tx- und Antennen-Durchgangslöcher größer als die Rx-Durchgangslöcher gemacht werden, bietet dies einen minimalen Einfügungsverlust (oder weniger Einfügungsverlust) in dem Tx-Filter, was ein wünschenswertes Merkmal beispielsweise bei Funkgeräten, drahtlosen und zellularen Telefonen ist.
In 2 sind die Kopplungsvorrichtungen 94, 96 und 98 für Empfänger, Sender und Antenne mit den Eingangs-Ausgangs-Kontaktflächen 100, 102, und 104 verbunden. Die Kontaktflächen 100, 102 und 104 umfassen eine Fläche aus leitendem Material, angeordnet auf der vorderen Seitenfläche 20 und umgeben von dielektrischem Material, um die Eingangs-Ausgangs-Kontaktflächen von der metallisierten Schicht 25 zu isolieren. Dieses schafft einen oberflächenmontierbaren Duplexfilter.
Eine Äquivalentschaltung für den Duplexfilter ist in 4 gezeigt. Der Duplexfilter weist einen Sende-(Tx)-Filter und einen Empfangs-(Rx)-Filter auf. Der Tx-Filter hat drei parallele Resonanzschaltungen, einschließlich: Induktor L1 und Kondensatoren C1 und C2; Induktor L2 und Kondensatoren C3 und C4 und Induktor L3 und Kondensatoren C5 und C6, wobei jeder der Kondensatoren C1–C6 mit Masse verbunden ist, um drei Pole zu bilden. Diese Pole werden auf vorbestimmte Frequenzen gesetzt, um eine bevorzugte Tx-Bandpassantwort zu bilden, im Wesentlichen wie in 5 gezeigt.
Es gibt drei Übertragungs-Nullstellen, die durch den Induktor L19 und den Kondensator C22, den Induktor L18 und den Kondensator C21 und den Induktor L17 und den Kondensator C20 gebildet werden, die in dem Stoppband-Bereich gesetzt sind, um die Dämpfung bei den gewünschten Frequenzen zu vergrößern, wie es in den 4 und 5 gezeigt ist.
Der Induktor L4 und der Kondensator C7 bestimmen die Polfrequenz der Antennen.
Der Rx-Filter hat sechs Pole, gebildet durch: Induktor L5 und Kondensator C8; Induktor L6 und Kondensator C9; Induktor L7 und Kondensator C10; Induktor L8 und Kondensator C11; Induktor L9 und Kondensator C12 und Induktor L10 und Kondensator C13, welche die Rx-Bandpassantwort bestimmen.
Die sechs Übertragungs-Nullstellen, gebildet durch das folgende, befinden sich auf jeder Seite des Rx-Passbandes, um die Dämpfungen bei vorbestimmten Frequenzen zu vergrößern: Induktor L16 und Kondensator C19; Induktor L15 und Kondensator C18; Induktor L14 und Kondensator C17; Induktor L13 und Kondensator C16; Induktor L12 und Kondensator C15 und Induktor L11 und Kondensator C14.
Der Kondensator C3 koppelt den Sender an den Eingang des Senderfilters. Der Kondensator C24 koppelt den Ausgang des Senderfilters und den Eingang des Empfängerfilters, die miteinander über den Antennenresonator an eine einzelne Antenne angebunden sind, in 4 als ANT bezeichnet. Und der Kondensator C25 verbindet den Ausgang des Empfängerfilters mit einem Empfänger beispielsweise in einem Funkgerät, zellulären Telefon usw..
Die Frequenzantworten in 5 sind im Wesentlichen selbsterklärend. Die Nullstellen sind strategisch an bestimmten Frequenzen angeordnet, um die Dämpfung bestimmter ungewünschter Frequenzen zu vergrößern.
Die Spalte g6, g2 und g4 sind gebildet, um Nullstellen (oder zusätzliche Dämpfung) des Rx-Filters in dem Sendeband zu erzeugen.
Die Spalte g5 und g3 bilden Nullstellen (oder zusätzliche Dämpfung) für den Rx-Filter in dem lokalen Oszillatorband (oder Stoppband), beispielsweise um 914 MHz herum oder darüber.
Der Spalt g1 bildet eine Nullstelle für die zusätzliche Dämpfung für den Rx-Filter in dem Tx-Bildband (d. h. ungefähr im Bereich von 940–960 MHz).
Die Spalte g9, g8 und g7 sind vorgesehen, um Nullstellen für den Tx-Filter in dem Empfängerband zu erzeugen, um die Rauschinterferenz des Senders mit dem Empfänger zu minimieren.
Mit Bezug auf die 6, 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform eines Duplexfilters 210 gezeigt. Dieser Filter 210 enthält viel derselben Struktur, wie sie zuvor in den 1– 3 beschrieben ist (gleiche Bezugsziffern sind durchgängig benutzt worden, um ähnliche Strukturen zu beschreiben, zum Beispiel Filter 10 und 210, Körper 12 und 212 usw.).
Der Duplexfilter 210, der in den 6–8 gezeigt ist, umfasst einen Filterkörper 212, welcher einen Block aus dielektrischem Material aufweist, der eine obere, untere und Seitenflächen 214, 216 bzw. 218, 220, 222 und 224 aufweist. Der Filterkörper 212 hat eine Vielzahl von Durchgangslöchern, die sich von der oberen zu der unteren Fläche 214 zu 216 erstrecken, wobei der obere Abschnitt der Durchgangslöcher eine Ausnehmung definiert, die in geeigneter Weise konfiguriert ist und eine ausreichende Tiefe hat, um ein leitendes Material aufzunehmen. Die äußeren Flächen 216, 218, 220, 222 und 224 sind im Wesentlichen mit einem leitenden Material abgedeckt, das eine metallisierte Schicht 225 definiert, mit der Ausnahme, dass die obere Fläche 214 im Wesentlichen nicht metallisiert ist. Ebenfalls nicht metallisiert ist wenigstens eine unbeschichtete Fläche 211 aus dielektrischem Material auf der Seitenfläche 220, die die Eingangs-Ausgangs-Kontaktflächen umgibt. Jede der Ausnehmungen angrenzend an und beabstandet unterhalb der oberen Fläche 214 umfasst eine leitende Schicht aus Material, die ausreichend ist, um eine vorbestimmte Kapazität zur Verfügung zu stellen. Und der Duplexfilter 210 umfasst weiterhin eine erste, zweite und dritte Eingangs-Ausgangs-Kontaktfläche 300, 302 und 304, welche eine Fläche aus leitendem Material umfassen, die auf einer der Seitenflächen angeordnet ist, bevorzugt der Seitenfläche 220, und von einem dielektrischen oder isolierenden Material umgeben ist, wie den unbeschichteten Flächen 211.
Der vorliegende Duplexfilter 210 bildet einen auf einer Oberfläche anbringbaren Duplexfilter, der kompakter und tragbar ist und einfacher und kosteneffektiver hergestellt werden kann als der Stand der Technik. Zusätzlich erfordert diese Erfindung kein Bedrucken auf der Oberfläche, keinen Schleifschritt für den Boden und erneute Elektrodenbildung, was für die Frequenzanpassung bei Duplexern des Standes der Technik erforderlich ist, was den Herstellungsprozessstrom und die Abstimmung gegenüber Duplexfiltergestaltungen des Standes der Technik, die Druckstrukturen auf der Oberseite haben, stark vereinfacht.
Bei der Ausführungsform, die in den 6–8 gezeigt ist, umfassen die Ausnehmungen 250, 252, 254, 256, 258, 260, 262 und 264 im Wesentlichen planare vertikale Seitenwände 272', 274', 276', 278', 280', 282', 284' und 286' und im Wesentlichen planare horizontale Bodenbereiche 273, 275, 277, 279, 281, 284, 285 und 287 mit einem Port auf dem jeweiligen Boden, der zu dem Rest der jeweiligen Durchgangslöcher führt, um die gewünschte Fre quenzantwort, wie es zum Beispiel in 10 gezeigt ist, und ein kompaktes Design zu erhalten.
Mit Bezug auf 4, wenn C21, L18, C22, L19 kurzgeschlossen würden und L9, C12 und L10, C13 offengehalten würden, würde im Allgemeinen diese Schematik äquivalent der Erfindung sein, die in den 6–8 gezeigt ist. Bei der Ausführungsform mit unteren Ausnehmungen 237, 239, 241, 243 jedoch würde die äquivalente Schaltung weiter mehrere Malherbe-gekoppelte Übertragungsleitungs-Schaltungsdarstellungen umfassen.
Bei einer Ausführungsform sind die Seitenwände 272'–286' leicht von einer vertikalen Achse geneigt, so wie ungefähr 15° von der vertikalen Achse oder weniger, bevorzugt ungefähr 10°, um die Herstellung und das Formen des keramischen Filterkörpers 212 zu vereinfachen.
Die horizontalen Bodenabschnitte 273–287 der Ausnehmungen sind im Wesentlichen horizontal, um das Metallisieren zu vereinfachen oder um eine leitende Schicht darin aufzunehmen oder darauf anzuordnen. Diese Struktur bildet kapazitive Kopplungen zwischen den Ausnehmungen 250–264 zu der metallisierten Schicht 225 oder Masse, um dazu beizutragen, eine bevorzugte Frequenzantwort zur Verfügung zu stellen, im Wesentlichen wie in 10 gezeigt.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein horizontaler (Komponenten)-Abschnitt der im Wesentlichen vertikalen Seitenwände 272'' und 286'' in den 6 und 8 der Ausnehmungen 250 und 264, benachbart und parallel zu der ersten und der dritten Eingangs-Ausgangs-Kontaktfläche 300 und 304 auf der vorderen Fläche 220 eine größere Oberfläche als die ähnlichen Abschnitte auf den Seitenwänden der anderen Ausnehmungen 252–262, die den Eingangs-Ausgangs-Kontaktflächen nicht benachbart liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die horizontale Komponente der Wände 272'' und 286'' seitlich breiter als die anderen, die den Ausnehmungen 250 und 264 nicht benachbart liegen, um die gewünschte kapazitive Kopplung zwischen den Ausnehmungen 250 und 264 und den Eingangs-Ausgangs-Kontaktflächen 300 und 304 zur Verfügung zu stellen. Dies geschieht, um die kapazitive Kopplung bei Eingang und Ausgang den jeweiligen Resonatorabschnitten und den Eingangs-Ausgangs-Kontaktflächen 300 und 304 zu verbessern. Diese Struktur bietet eine stärkere kapazitive Kopplung zum Bereitstellen eines gewünschten Passbandes mit einer geeigneten Bandbreite.
Bei einer Ausführungsform ist eine vertikale (Tiefen-)Komponente der zweiten Eingangs-Ausgangs-Kontaktfläche (oder Antennen-Kontaktfläche) 302 länger als dieselbe vertikale Komponente der ersten und dritten Eingangs-Ausgangs-Kontaktfläche 300 und 304, um an beide die Empfänger- und Senderfrequenzen anzukoppeln. Da der Antennen-Eingang sowohl dem Empfänger als auch dem Sender gemeinsam ist, sollte er die gesendeten und empfangenen Signale mit minimalem Verlust durchlassen, und das Passband sollte in geeigneter Weise die Tx- und Rx-Passbänder durchlassen. Somit bietet die vertikale Komponente der zweiten Kontaktfläche 302 einen größeren kapazitiven Wert und eine größere und längere leitende Kontaktfläche, um die gewünschte Kopplung zur Verfügung zu stellen.
Jede Ausnehmung 250, 252, 254, 256, 258, 260, 262 und 264 ist sorgfältig konfiguriert, um eine bestimmte kapazitive Kopplung zu wenigstens einer oder mehreren benachbarten Ausnehmungen und der metallisierten Schicht auf den Außenflächen, die Masse definieren, zu bilden, um die gewünschten Frequenzeigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Die Ausnehmung 250 bildet die gewünschte kapazitive Last für die erste Resonatorschaltung des Tx-Filters, die gewünschte Kopplung zu der Sender-Kontaktfläche 300 und die kapazitive Kopplung zwischen der ersten und zweiten Ausnehmung 250 und 252. Die Ausnehmung 252 bildet die kapazitive Last für den zweiten Resonator und die gewünschten Kapazitäten für die Kopplung vom ersten zum zweiten Resonator und die Kopplung vom zweiten zum dritten Resonator. Die Ausnehmung 254 bildet die gewünschte kapazitive Last für den dritten Resonator und bildet eine vorbestimmte Kapazität für die Kopplung vom zweiten zum dritten und vom dritten zum Antennen-Resonator. Die Ausnehmung 256 bildet die gewünschte kapazitive Last für den Antennenresonator und bildet eine vorbestimmte Kopplung zu der Antennen-Kontaktfläche 302 und dem dritten Resonator zum Antennenresonator und die Kapazität zum Koppeln von dem Antennenresonator (vierte Aufnahme) zu dem fünften Resonator. Die Ausnehmung 258 bildet eine vorbestimmte kapazitive Last für die Kopplungskapazität von dem vierten Resonator zu dem fünften und dem fünften zu dem sechsten Resonator. In ähnlicher Weise bilden die Ausnehmungen 260 und 262 ähnliche kapazitive Kopplungen, wie in Einzelheiten oben ausgeführt. Die Ausnehmung 264 bildet die gewünschte kapazitive Last zu dem Resonator und bildet die gewünschte Kopplung zwischen dem achten Resonator und der Empfänger-Kontaktfläche 304. Spalte g1, g2, g3, g4, g5, g6 und g7 definieren die Spaltfläche aus dielektrischem Material zwischen benachbarten Ausnehmungen, um im Wesentlichen die gewünschte kapazitive Kopplung zwischen solchen benachbarten Ausnehmungen zur Verfügung zu stellen.
Die Vielzahl der Ausnehmungen hat eine Tiefe, die weit variieren kann, zum Beispiel eine Tiefe von ungefähr einem Fünftel oder weniger der Länge L des Filterkörpers 212, wie sie als der Abstand von der oberen zu der unteren Fläche 214 zu 216 definiert ist, und ist bevorzugt ein Zehntel der Länge L für die gewünschte Frequenzantwort. Große elektrische Felder treten an oder nahe der oberen Fläche 214 des keramischen Blockes zwischen den leitenden Ausnehmungen und den leitenden äußeren Wänden (metallisierte Schicht 225) des Filterkörpers 212 auf. Die Feldintensität (oder Aktivität) verringert das Wandern von der oberen Fläche 214 durch die Tiefe der Ausnehmungen. Da die Tiefe der Ausnehmung über 1/10 der Länge L hinaus vergrößert wird, wird die Effizienz der kapazitiven Belastung verringert. Bevorzugt beträgt die Tiefe jeder Ausnehmung ungefähr 1/10 der Länge L. Anders ausgedrückt wird vermutet, dass mehr als 70% der maximalen potentiellen Ladekapazität der Ausnehmung durch eine Ausnehmung von ungefähr 1/10 der Länge L Tiefe oder weniger realisiert wird. Weiter kann eine Ausnehmung mit dieser Tiefe von ungefähr 1/10 der Länge L zuverlässig hergestellt werden.
Bei einer Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, können sich die Eingangs-Ausgangs-Kontaktflächen 300, 302 und 304 nach außen 400 von den Seitenflächen 320 mit einer Ausnehmung 402 aus leitendem Material erstrecken, welche Kontaktflächen 300, 302 und 304 definieren. Diese Struktur liefert die Vorteile des Vereinfachens von Eingangs-Ausgangs-Verbindungen bei bestimmten Anwendungen. Dies würde keine metallisierte Seitenbedruckung erfordern, und der Duplexfilter könnte in einem vereinfachten Prozess hergestellt werden.
Die Tiefe der Vielzahl der Ausnehmungen 250–264, definiert als der Abstand von der oberen Fläche 214, sind im Wesentlichen gleich, um die Herstellung zu vereinfachen.
Bei einer Ausführungsform können eine oder mehrere Ausnehmungen unterschiedliche Tiefen umfassen, um die kapazitive Ladungen für die Zelle zu vergrößern, jedoch nicht die kapazitive Kopplung zwischen Zellen zu erhöhen.
Mit Bezug auf die 6 und 7 haben einige der Ausnehmungen vier oder mehr vertikale Seitenwände, wenn man von der oberen Fläche 214 herschaut, für die gewünschten Frequenzeigenschaften und die kompakte Gestaltung. Die besondere Form und Konfiguration jeder Ausnehmung ist durch die gewünschte kapazitive Ladung bestimmt, die kapazitive Kopplung zu den Eingangs-Ausgangs-Kontaktflächen und die gewünschten Kopplungskapazitäten von Resonator zu Resonator. Jede Ausnehmung umfasst üblicherweise ungefähr vier vertikale Seitenwände. Die geometrische Form kann sich für jede Ausnehmung ändern und ist im Allgemeinen durch die gewünschten Frequenzeigenschaften und gewünschten Abmessungen des Filters 210 und Herstellungsbedingungen bestimmt.
Wie in den 7 und 8 gezeigt, haben wenigstens einige der Durchgangslöcher überall im Wesentlichen dieselbe geometrische Form. Der Querschnitt der Durchgangslöcher ist im Wesentlichen elliptisch für die gewünschten Frequenzeigenschaften und Abmessungen des Filters 210. Zum Beispiel haben die Sender-Durchgangslöcher, die als erstes, zweites und drittes Durchgangsloch 228, 230 und 232 definiert sind, und das Antennen-Durchgangsloch 234 im Wesentlichen dieselbe geometrische Form, von der Ausnehmung oder dem oberen Abschnitt des Durchgangsloches, wo es die jeweilige Ausnehmung trifft, zur Bodenfläche 216, für das leichtere Herstellen, Punzen und die gewünschte Frequenzantwort.
In 6 haben wenigstens einige der Durchgangslöcher im Wesentlichen unterschiedliche geometrische Formen, zum Beispiel umfassen die Empfangs(Rx)-Durchgangslöcher, definiert als das fünfte, sechste, siebte und achte Durchgangsloch 236, 238, 240 und 242 ausgestellte, im Wesentlichen trichterförmige Bodenabschnitte 237, 239, 241 bzw. 243.
Indem man die Rx-Durchgangslöcher nahe der Bodenfläche 216 größer macht (oder einschließlich der ausgestellten Geometrie) als diejenige der Tx-Durchgangslöcher, kann eine Verbesserung im unbelasteten Resonator Q der Rx-Resonatoren verbessert werden, und die Arbeitsfrequenz der Rx-Resonatoren kann höher gemacht werden als die Arbeitsfrequenz der Tx-Resonatoren. Da ein Duplexer zwei Arbeitsbänder hat, wenn er mit diesem Merkmal gestaltet ist, wird die Seite mit dem höheren Arbeitsband die ausgestellten Abschnitte 237, 239, 241 und 243 haben. Das Antennen-Durchgangsloch 234 ist so gewählt, dass es denselben Querschnitt im Durchgangsloch haben wird wie den der Tx-Durchgangslöcher 228, 230 und 232, für das einfache Herstellen und Bereitstellen der gewünschten Frequenzantwort-Eigenschaften, im Wesentlichen wie zum Beispiel in 10 gezeigt.
Bei einer Ausführungsform sind wenigstens einige der Durchgangslöcher nicht gleich von benachbarten Durchgangslöchern beabstandet. Zum Beispiel sind die folgenden Durchgangslöcher nicht gleich von benachbarten Durchgangslöchern beabstandet, um die endgültige Frequenzantwort und die gewünschte Dimensionierung zu optimieren. Zum Beispiel sind die Tx-Filter-Durchgangslöcher enger beabstandet, um eine größere Bandbreite zur Verfügung zu stellen, und die Rx-Filter-Durchgangslöcher sind leicht weiter von benachbarten Durchgangslöchern beabstandet, um die Dämpfung in den Stoppbändern zu vergrößern. Dieses Merkmal kann zum Optimieren der Gestaltung beitragen, wobei bessere elektrische Leistung für ein definiertes Volumen oder eine Größe zur Verfügung gestellt wird. Anders ausgedrückt kann das Variieren des Abstandes zwischen den Resonator-Durchgangslöchern zum Verringern der Form und Komplexität der Ausnehmung beitragen und die Herstellung des Filterkörpers 212 vereinfachen.
Wie in 8 gezeigt, umfassen wenigstens einige der Durchgangslöcher in der Nähe der Bodenfläche 216 eine Bodenaufnahme (ausgestellte Abschnitte 237, 239, 241 und 243), mit einer leitenden äußeren Schicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bodenausnehmung im Allgemeinen nach außen und unten ausgestellt (oder im Allgemeinen trichterförmig). Das Ausstellen dieser Durchgangslöcher geschieht, um die Arbeitsfrequenz dieser Ausnehmungen höher zu schieben. Anders ausgedrückt werden die Durchgangslöcher mit den ausgestellten geometrischen Formen bei höheren Frequenzen resonieren als ohne diese.
In 7 umfasst das fünfte, sechste, siebte und achte Durchgangsloch 236, 238, 240 und 242 Bodenausnehmungen 237, 239, 241 und 243, aus Gründen, die oben in Einzelheiten dargelegt sind.
Genauer definieren einige der Durchgangslöcher Sende(Tx)-Durchgangslöcher 228, 230 und 232, das vierte Durchgangsloch ist das Antennen-Durchgangsloch 234, und das fünfte, sechste, siebte und achte Durchgangsloch 236, 238, 240 und 242 definieren die Empfänger(Rx)-Durchgangslöcher. Die Empfänger-Durchgangslöcher 236, 238, 240 und 242 haben Bodenausnehmungen 237, 239, 241 bzw. 243, mit größeren Durchmessern als die Durchgangslöcher selbst, so dass die effektive Empfängerfrequenz angehoben wird, wie es oben in Einzelheiten dargelegt ist.
Die Bodenausnehmungen 237, 239, 241 und 243 des Empfängerbandes verringern die wirksame Länge der Durchgangslöcher 236, 238, 240 und 242, so dass die Frequenz des Empfängerfilters angehoben wird. Dies ist der Fall, da die Resonanzfrequenz einer Viertelwellenlängen-Resonatorstruktur umgekehrt proportional zu ihrer Länge ist, definiert als Größe L in 6.
Eine Abschirmvorrichtung 410, die aus einem metallischen Material oder einem Äquivalent besteht, kann benutzt werden, um Ableitung zu minimieren, Signale außerhalb des Bandes zurückzuweisen und den Einfügeverlust von Signalen im Band zu verbessern, sie kann mit der metallisierten Schicht 225 durch Zinnaufschmelzen verbunden werden, beispielsweise wie in 6 veranschaulicht.
Die Frequenzeigenschaften, die in 10 gezeigt sind, sind recht ähnlich denjenigen, die mit Bezug auf 5 im Detail dargelegt sind. Die Bandpass-Bereiche und Nullstellen sind strategisch angeordnet, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erfindung insbesondere ausgelegt zum Einsatz in Verbindung mit zellularen Telefonen.
Mit Bezug auf 11 ist ein Verfahren zum Abstimmen eines Duplexfilters 500 in seiner vereinfachtesten Form gezeigt. Das Verfahren kann umfassen: (i) einen Messschritt 502, welcher die Mittenfrequenz von wenigstens einem Filter eines Duplexfilters misst; (ii) einen Bestimmungsschritt 504, der die Differenz zwischen der gemessenen Mittenfrequenz und einer gewünschten Mittenfrequenz bestimmt; und (iii) einen Abstimmschritt 506, der die Frequenzeigenschaften des Filters abstimmt, indem wahlweise eine im Wesentlichen planare Schicht aus dielektrischem Material von einem oberen Bereich des Filters entfernt wird, um die Frequenzeigenschaften des Filters anzupassen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform würden die beispielsweise Frequenzeigenschaften, im Wesentlichen wie sie in den 5 oder 10 dargestellt sind, erhalten werden. Bei diesem Verfahren wird ein planarer Abschnitt der oberen Fläche 14 und 214 entfernt, der leicht geläppt, abgearbeitet oder vom Filterkörper abgeschliffen wird. Der Abstimmschritt 506 ist insbesondere ausgelegt, dass er automatisiert wird, was von einem Herstellungsstandpunkt vorteilhaft ist, da Kosten dann reduziert werden können. Es kann jedoch auch von Hand geschehen.
Der Duplexfilter, auf den hierin Bezug genommen wird, kann den Duplexfilter 10 oder 210 in den 1 bis 4 und 6 bis 8 umfassen. Beide Duplexfilter 10 (und 210) haben einen Senderfiltssr und einen Empfängerfilter. Bei einer Ausführungsform ist wenigstens einer der Filter angepasst, indem ausgewählt eine im Wesentlichen planare Schicht aus dielektrischem Material von einem oberen Abschnitt der Fläche 14 des Duplexfilters 10 in der Nähe des Senderfilters, des Empfängerfilters oder beiden entfernt wird. Anders ausgedrückt ermöglicht es dieser Schritt einem Bediener, wahlweise die Frequenzeigenschaften von entweder dem Senderfilter, dem Empfängerfilter oder beiden anzupassen. Dieses Merkmal kann dabei helfen, die Produktionsausbeute beim Herstellen zu verbessern und kann das genaue Anpassen von Duplexern für unterschiedliche Kundenspezifikationen erleichtern. Dieses Verfahren kann eine Filtergestaltung liefern, die kleine vorangegangene Herstellungsfehler korrigieren kann und eine konsistentere Gruppe von Duplexfiltern erzeugt als diejenigen, die durch Verfahren des Standes der Technik erhältlich sind.
Der Abstimmschritt 506 bei diesem Verfahren kann das unabhängige Abstimmen des Sender- und Empfängerfilters auf dieselbe oder unterschiedliche Länge umfassen. Mit der Möglichkeit, den Sender- und/oder Empfängerfilter unabhängig abzustimmen, auf dieselbe oder unterschiedliche Länge, kann ein maßgeschneiderter Duplexfilter fliegend produziert werden, während des Herstellens, für unterschiedlich arbeitende Frequenzbänder. Die Automatisierung der Abstimmung kann mit diesem Verfahren erleichtert und vereinfacht werden.
Der Abstimmschritt 506 kann das Abstimmen beider Filter des Duplexfilters im Wesentlichen simultan oder zu unterschiedlichen Zeiten umfassen, bevorzugt simultan für eine verbesserte Abstimmrate und die Verringerung der Zykluszeit. Wenn jedoch Fehler eingeführt werden oder Anpassungen im Herstellungsprozess benötigt werden, kann es vorteilhafter sein, zu unterschiedlichen Zeiten abzustimmen oder einen oder beide Filter in dem Duplexfilter beispielsweise erneut zu bearbeiten.
Der Abstimmschritt 506 kann das Anpassen jeder Filterlänge umfassen, definiert durch den Abstand von der oberen zu der unteren Fläche 14 bis 16, in einem Durchlauf oder in mehr als einem Durchlauf, durch Läppen, Schleifen und/oder Entfernen eines planaren oberen Abschnittes der oberen Fläche 14.
Mit Bezug auf 12 kann bei einer anderen Ausführungsform das Verfahren zum Abstimmen eines Duplexfilters 600 die folgenden Schritte umfassen. Ein erster Messschritt 602 kann das Messen der Mittenfrequenz eines ersten Filter umfassen. Ein zweiter Messschritt 604 kann das Messen der Mittenfrequenz eines zweiten Filters umfassen. Der dritte Schritt kann einen Mittelungsschritt 606 umfassen, der das Mitteln der Mittenfrequenz des ersten und zweiten Filters aus dem ersten und zweiten Schritt 602 und 604 umfasst, um eine vorbestimmte Messung zu erhalten. Und der vierte Schritt oder der Schritt 608 zum wahlweisen Entfernen kann das wahlweise Entfernen einer im Wesentlichen planaren Schicht einer oberen Fläche 14 des Duplexfilters 10 umfassen, um die Frequenzeigenschaften des Duplexfilters anzupassen. Dieses Verfahren ist an die Automatisierung anpassbar, was zu höheren Ausbeuten und verbesserter Leistung der Duplexfilter führen kann, wie es hier im Detail dargelegt ist.
Der Mittelungsschritt kann das stärkere Gewichten einer der Mittenfrequenzen als der anderen umfassen. Zum Beispiel kann der Empfangsfilter mit dem 1.1fachen der Sender- (oder zweiten) Filterfrequenz gewichtet werden. Der Schritt des gewichteten Mittelns ist insbesondere vorteilhaft in Fällen, wo zwei einzelne Mittenfrequenzen beträchtlich auseinander liegen. Der gewichtete Mittelungsschritt sieht vor, dass einer der zwei Filter unterschiedlich von dem anderen angepasst werden wird, so dass ein gewünschtes nicht gleichförmiges Abstimmen des Duplexers erreicht wird.
BEISPIEL 1
Mehrere Duplexfilter sind hergestellt worden, im Wesentlichen wie in 2 gezeigt. Das Folgende ist eine Beschreibung dessen, wie diese Filter abgestimmt wurden.
Sei die gewünschte Sender-Mittenfrequenz gleich F_tx. Sei die gewünschte Empfänger-Mittenfilterfrequenz gleich F. Und sei die mittlere gewünschte Duplexfrequenz gleich F_avg, wobei F_avg gleich (F_tx + F_rx)/2 MHz ist.
Der erste Schritt bestand darin, F_avg zu berechnen. Diese Frequenz ist fest oder konstant für das bestimmte Produkt oder den Duplexer. Die Duplexfilter in Beispiel 1 wurden zum Einsatz auf dem inländischen Markt für zellulare Telefone gemacht. Die gewünschte Frequenzantwort ist im Wesentlichen wie in 5 gezeigt.
Der zweite Schritt umfasst das Messen der Blocklänge L'. Diese Messung ist äquivalent zu der Länge L in 2. Der dritte Schritt betrifft das Messen der Sender-Mittenfrequenz, die als F'_tx bezeichnet wird. Dies ist eine tatsächliche Messung, die bei jedem Duplexfilter durchgeführt wird.
Der vierte Schritt betrifft das Messen der Empfänger-Mittenfrequenz, die gleich F'_rx ist. Dies ist auch eine tatsächliche Messung, die für jeden Duplexfilter vorgenommen wird.
Der fünfte Schritt umfasst das Berechnen der mittleren Duplexfrequenz, die als F'_avg bezeichnet wird, wobei F'_avg = (F'_tx + F'_rx)/2 MHz ist. Diese Frequenz ist üblicherweise geringer als es gewünscht ist, so dass eine geeignete (oder zweckmäßige) Schicht aus Keramik von der Oberseite des Filterkörpers entfernt werden kann. Es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, keramisches Material zu einem Filterblock hinzuzufügen, wie in 2 gezeigt.
Im Schritt Sechs wird die gewünschte Länge des Blockes, hiernach als L bezeichnet, berechnet, wobei L gleich L' – (F_avg – F'_avg)/R mil ist, wobei R der Anteil des Entfernen der Keramik ist, was empirisch, theoretisch oder mit beidem entschieden werden kann, ausgedrückt in MHz pro mil.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird R empirisch für den gewünschten Duplexfilter bestimmt und kann für Prozessvariationen modifiziert werden.
Im Schritt Sieben wird die obere Fläche des Filterkörpers des Duplexers in 2 weggeschliffen. Genauer wird eine im Wesentlichen gleichförmige und im Wesentlichen planare Schicht aus Keramik von der oberen Fläche (Teil 14 in 2) des Filterkörpers weggeschliffen, um die Länge in Schritt 6 oben auf L zu verringern.
Genauer wird das Verkleinern von L im Schritt Sieben im Wesentlichen jeden Kondensator (C1–C25) in 4 verkleinern, wodurch die Senderfilter-Mittenfrequenz von F'_tx auf F_tx und die Empfängerfilter-Mittenfrequenz von F'_rx auf F_rx angewächst. Anders ausgedrückt passt Schritt 7 die gemessenen Mittenfrequenzen auf die gewünschten Mittenfrequenzen an, um die gewünschte Antwort anzugleichen.
Mehrere Duplexfilter für den inländischen Markt für zellulare Telefone sind erfolgreich wie oben beschrieben abgestimmt worden, wobei die obigen Werte und Formeln benutzt wurden. Viele Duplexfilter wie in 2 gezeigt, sind in der oben beschriebenen Weise abgestimmt worden.
BEISPIEL 2
Bei diesem Beispiel wurde allen Schritten, die bei Beispiel 1 beschrieben worden sind, gefolgt. Beispiel 2 ist insbesondere auf das Abstimmen eines bestimmten Duplexers für inländische zellulare Telefone gerichtet. F_tx = 836.5 MHz, F_rx = 881.5 MHz und F'_avg ist gleich 836.5 plus 881.5)/2, was gleich 859 Mhz ist. Dies entspricht dem Schritt 1.
Die dielektrische Konstante der Keramik (Bariumtitanat) war ungefähr 37.5. Die Rate des Entfernens R wurde experimentell abgeleitet und war gleich 3.5 MHz pro mil.
In Schritt 2 ist L' = 525 mil und in Schritt 3 und 4 waren F'_tx = 825 MHz und F'_rx = 870 MHz jeweils die gemessenen Werte.
Somit ist in Schritt 5 F'_avg = 847.5 MHz. Daher, wenn man die Formel in Schritt 6 benutzt, ist L = 525 – (859 – 847.5)/3.5 = 521.7 mil. Dies bedeutet, dass eine 3.3 mil dicke Schicht aus Keramik von der oberen Fläche entfernt (abgeschliffen) wurde, so dass man auf die Frequenzkurven in 5 kommt.
BEISPIEL 3
Die folgende Beschreibung ist ein Prozessfluss eines Verfahrens zum Abstimmen eines Duplexfilters, von dem vermutet wird, dass es für alle Duplexfilter der Erfindung arbeitet, und ist insbesondere auf den Duplexfilter ausgelegt, der in 6 bis 8 gezeigt ist.
Der erste Schritt würde das Messen der Frequenzantwort (einschließlich einer vorbestimmten Mittenfrequenz) des ersten und des zweiten Filters des Duplexfilters betreffen.
Der zweite Schritt würde das Aufzeichnen der Messung in einem geeigneten Computerspeicher betreffen.
Der dritte Schritt betrifft das Vergleichen der Messung der Frequenzantwort in Schritt Zwei mit einem bekannten Satz von Antwortkurven, die in der Datenbank eines Computers gespeichert sind. Wenn die Messung nicht zu irgendeiner der Antwortkurven der Datenbank passt, dann würde der Duplexfilter beiseite getan und geeignet bezeichnet werden, dass er weitere Bearbeitung von Hand erfordert. Das Ergebnis dieser Neubearbeitung per Hand kann in die Datenbank eingegeben werden. Wenn die Messung zu einer der Antwortkurven der Datenbank des Computers als abstimmbar passt, dann würde die Prozedur fortgeführt werden.
Der vierte Schritt würde das wahlweise Entfernen einer oder mehrerer im Wesentlichen planerer Schichten von dem oberen Abschnitt des Duplexers an vorbestimmten Orten betreffen, wie es durch das Computerprogramm festgelegt wird. Zum Beispiel würde für ein bestimmtes Duplexfiltermodell die Messung zeigen, dass der zweite Filter auf der gewünschten Frequenz ist und der erste Filter 2 MHz unterhalb der gewünschten Frequenz ist, und beide haben Antwortformen, die durchgehen (oder innerhalb der Antwortkurven der Datenbank des Computers abstimmbar sein), dann würde das Entfernen einer geeigneten planeren Schicht aus keramischem Material vorgenommen. Die Fläche, die entfernt werden soll, ist so definiert, dass sie im Wesentlichen die gesamte obere Fläche benachbart dem ersten Filter abdeckt.
Der fünfte Schritt betrifft das Messen der Frequenzantworten des zuvor abgestimmten Filters in Schritt 4, um diese Antwort mit der Antwortkurve aus der Datenbank des Computers zu vergleichen. Wenn der Duplexfilter keine weitere Abstimmung braucht, wird der Computer in geeigneter Weise anzeigen, dass geeignete Frequenzeigenschaften vorliegen. Dieser Duplexfilter kann dann in geeigneter Weise sortiert werden, dass er bestimmte Anforderungen erfüllt.
Wenn mehr Duplexfilter für bestimmte Modelle abgestimmt werden, wird die Computerdatenbank für das Modell verbessert und erweitert und wird somit mehr Antwortkurven abdecken. Die bestimmte Abstimmaktion wird basierend auf diesen empirischen Daten (das Erweitern der Datenbank mit Information) basieren.
Das vorliegende Verfahren kann eine Reduktion in der Anzahl der Prozessschritte liefern, die notwendig sind, um zuverlässige Duplexfilter herzustellen. Dies kann sich übersetzen in eine Verringerung der Zykluszeit, verbesserte Leistung und Kosten und zuverlässiger reproduzierbare Filter. Im Gegensatz dazu wird bei vielen Vorrichtungen des Standes der Technik die Anpassung der Frequenz erreicht, indem eine Schicht aus Keramik von dem Boden des Filterblockes entfernt wird, was induktives Abstimmen ist. Dieses induktive Abstimmen erfordert wenigstens drei oder mehr Schritte. Zum Beispiel wird die Länge angepasst, indem leitende Beschichtung von dem Boden entfernt wird, eine keramische Schicht von dem Boden entfernt wird und erneut leitende Beschichtung auf den Boden aufgebracht wird (ein Nassverfahren) und das Material erneut gebrannt wird, um unerwünschte Lösungsmittel (aus dem Nassverfahren) zu entfernen.
Das vorliegende Verfahren umfasst nur einen Schritt des ausgewählten Entfernens eines planaren Schicht aus keramischem Material, so dass Zykluszeiten, Kosten reduziert werden und Effizient und Zuverlässigkeit erhöht werden.
Auch im Gegensatz zu dem Verfahren des Standes der Technik umfasst das vorliegende Verfahren das kapazitive Abstimmen der Kondensatoren in 4 durch geeignetes Abstimmen und Entfernen einer planaren oberen Schicht aus keramischem Material auf dem Duplexfilter dieser Erfindung. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist es, dass das Abstimmverfahren leitendes Material spart, was oftmals eines der teuersten Komponenten des Filters ist.

Claims

Duplexfilter (10), der aufweist: – einen Filterkörper (12), der aus einem Block aus dielektrischem Material gebildet ist, mit Deck- (14), Boden- (16) und Seitenflächen (18–24); – eine Vielzahl beabstander Durchgangslöcher (28–46) mit Innenflächen, die sich von der Deckfläche (14) zu der Bodenfläche (16) erstrecken; – eine Beschichtung aus elektrisch leitendem Material (25), das im Wesentlichen nur die Bodenfläche (16) und die Seitenflächen (18–24) und die Innenflächen der Durchgangslöcher (28–46) bedeckt; und – eine Koppeleinrichtung zum Koppeln von Signalen in den Filterkörper (10) und aus ihm heraus, die im Wesentlichen eingebettete kapazitive koppelnde Einrichtungen (94–98), die in die Deckfläche eingebettet und von den jeweiligen Durchgangslöchern beabstandet sind, wobei sich die kapazitiven koppelnden Einrichtungen (94, 96, 98) in eine der Seitenflächen erstrecken und elektrisch mit einer jeweiligen ersten, zweiten und dritten Eingabe-Ausgabe-Kontaktfläche (100, 102, 104) verbunden sind, die auf der einen der Seitenfläche (20) gebildet sind, zum Aufbau auf äußere Komponenten umfasst und die im Wesentlichen von dem dielektrischen Material umgeben sind; und – eine Vielzahl von Ausnehmungen, mit Flächen, die sich in die Deckfläche (14) erstrecken und eine Beschichtung aus elektrisch leitfähigem Material (72–90) haben, wobei die Vielzahl der Ausnehmungen von einer zweiten Art (50–68) ist, die einem jeweiligen aus der Vielzahl der Durchgangslöcher (28–46) benachbart liegt, wobei die Beschichtung der Ausnehmungen in elektrischem Kontakt mit der Beschichtung ist, welche die Innenfläche des einen aus der Vielzahl der Durchgangslöcher (28–46) bedeckt, ist, wobei jede der Ausnehmungen der zweiten Art eine vorbestimmte Kapazität in Bezug auf entweder eine zweite der Vielzahl der Ausnehmungen der zweiten Art oder ein benachbartes beabstandetes Durchgangsloch definiert.
Duplexfilter nach Anspruch 1, bei dem die eingebettete kapazitive Einrichtung einen empfängerkoppelnden Kondensator C₂₃, einen senderkoppelnden Kondensator C₂₅ und einen antennenkoppelnden Kondensator C₂₄ umfasst, wobei jeder einen vorbestimmten kapazitiven Wert aufweist, um eine vorbestimmte Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
Duplexfilter nach Anspruch 1, bei dem die Ausnehmungen der zweiten Art (50–68) im Allgemeinen trichterförmig benachbart der Deckfläche (14) sind, um eine seriengeschaltete Kapazität zwischen benachbarten Ausnehmungen zu definieren, die ausreichend ist, eine gewünschte Bandpass-Antwort zur Verfügung zu stellen.
Duplexfilter nach Anspruch 1, der weiterhin geerdete Ausnehmungen (108–114, 130, 142) benachbart der Deck- (14) und Seitenflächen (22, 24) aufweist, welche Nebenschluss-Kondensatoreinrichtungen zum Bereitstellen einer vorbestimmten Polfrequenz definieren.
Duplexfilter nach Anspruch 1, bei dem wenigstens einige der Durchgangslöcher (228–234) in ihrer Form elliptisch sind.