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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet dielektrischer Filter, die in HF-Kommunikationsvorrichtungen und
Sendegeräten
mit Frequenzbändern
von einigen 100 MHz Verwendung finden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Heutzutage
werden HF-Vorrichtungen, die in der Mobilkommunikation und beim
Senden zum Einsatz kommen, in zunehmendem Maße kleiner und leichter. Koaxialresonatoren,
die aus dielektrischen Materialien mit hoher dielektrischer Konstante
und niedrigem Verlust bestehen, werden als Filter in HF-Vorrichtungen,
die klein und leicht sein müssen, weithin
eingesetzt. Derartige dielektrische Koaxialresonatoren werden zudem
dadurch kleiner gemacht, dass die Formen der Resonatoren beispielsweise derart
ausgestaltet werden, dass sich die charakteristische Impedanz der
Leitung stufenweise ändert, sowie
dadurch, dass dielektrische Materialien mit einer größeren spezifischen
induktiven Kapazität
verwendet werden.
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Nachstehend
wird ein herkömmliches
dielektrisches Filter beschrieben. 7 ist eine
freigeschnittene Schnittansicht eines herkömmlichen dielektrischen Filters.
Wie in 7 gezeigt ist, sind Durchgangslöcher 2A und 2B an
einem rechteckigen dielektrischen Block 1 ausgebildet,
wobei das Innere der Durchgangslöcher 2A und 2B mit
inneren Leitern 4A und 4B metallisiert ist. Der
Umfang des dielektrischen Blockes 1 ist mit einem äußeren Leiter 5 metallisiert.
Die inneren Leiter 4A und 4B sind mit dem äußeren Leiter 5 jeweils über eine Öffnung in
den Durchgangslöchern 2A und 2B verbunden.
Eine I/O-Elektrode 7A wird
gebildet, indem eine isolierte Elektrode an einem Teil des äußeren Leiters 5 ausgebildet
wird. Die I/O-Elektrode 7A ist elektromagnetisch mit dem
inneren Leiter 4A gekoppelt und darüber hinaus mit einer externen
Schaltung verbunden. Eine weitere I/O-Elektrode 7B (in 7 nicht
gezeigt) ist an einem Schnittteil in Gegenüberlage zu der I/O-Elektrode 7A vorgesehen.
Bei dem vorgenannten Aufbau ist ein Resonator in den Durchgangslöchern 2A und 2B ausgebildet,
wobei das dielektrische Filter von 7 als zweistufiges
Filter arbeitet.
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Wird
der Durchmesser eines Durchgangsloches derart gestuft, dass ein
Koaxialresonator mit einem größeren Lochdurchmesser
am Leerlaufende und einem kleineren Lochdurchmesser am Kurzschlussende
ausgebildet wird, wobei der innere Leiter und der äußere Leiter
verbunden sind, so wird der aus den inneren Leitern 4A und 4B bestehenden
Leitung eine Kapazität
für den äußeren Leiter 5 hinzugefügt, wodurch
eine Verringerung der Resonatorlänge möglich wird.
Mit anderen Worten, die charakteristische Impedanz der von den inneren
Leitern 4A und 4B gebildeten Resonanzleitung wird
gestuft. Indem die charakteristische Impedanz am Leerlaufende kleiner
als am Kurzschlussende ausgebildet wird, kann die Resonatorlänge kleiner
als bei Resonatoren mit fester charakteristischer Impedanz ausgebildet werden,
wodurch die Größe des Filters
insgesamt verringert werden kann.
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Gleichwohl
kann bei dem herkömmlichen
dielektrischen Filter von 7 die Resonatorlänge nur auf
etwa die halbe Größe eines
Resonators mit fester charakteristischer Impedanz verringert werden. Demgemäß ist keine
weitere Verringerung der Größe machbar.
Zum gegenwärtigen
Zeitpunkt kann das herkömmliche
dielektrische Filter von 7 für das 800-MHz-Band in einer
Größe von einigen
Quadratmillimetern ausgestaltet werden, indem hochgradig dielektrisches
Material Verwendung findet. Diese Art von dielektrischen Filtern
wird oftmals im HF-Abschnitt von Mobiltelefonen mit diesem Frequenzband verwendet.
Für andere
HF-Vorrichtungen mit niedrigeren Frequenzbändern von weniger als 800 MHz, bei
denen größere dielektrische
Filter benötigt
werden, werden üblicherweise
Helikalfilter anstatt dielektrischen Filter eingesetzt, um die Größe zu verringern.
Da dielektrische Filter kostengünstig
und leicht herstellbar sind und darüber hinaus einige besondere Vorteile,
so beispielsweise einen niedrigen Verlust und einen hohen Leistungswiderstand,
aufweisen, würde
eine Verringerung von deren Größe auch
deren Verwendung bei Vorrichtungen mit niedrigem Frequenzband zulassen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, vorstehend erläuterte Probleme
zu lösen
und ein im Vergleich zu herkömmlichen
dielektrischen Filtern kleines, leichtes und niedrige Verluste aufweisendes dielektrisches
Filter bereitzustellen, das einfach herzustellen ist und insbesondere
in niedrigeren Frequenzbändern
zwischen dem VHF-Bereich (very high frequency VHF, sehr hohe Frequenz)
und dem UHF-Bereich (ultrahigh frequency UHF, ultrahohe Frequenz)
zum Einsatz kommen kann. Darüber
hinaus besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung dann, ein
dielektrisches Filter mit bevorzugten Störeigenschaften bereitzustellen.
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Die
Druckschrift EP-A-0 869 572 beschreibt ein dielektrisches Filter,
das auf einfache Weise kompakt ausgestaltet werden kann, damit es
in Kommunikationsvorrichtungen zum Einsatz kommen kann. Dieses herkömmliche
dielektrische Filter umfasst: einen dielektrischen Block mit zwei
einander gegenüberliegenden
Endflächen
und einer Außenfläche; Resonatorlöcher in
dem dielektrischen Block, die sich zwischen den Endflächen erstrecken;
innere Leiter an Innenflächen
der Resonatorlöcher;
einen äußeren Leiter
an der Außenfläche des
dielektrischen Blockes; sowie I/O-Elektroden an den Außenflächen des dielektrischen
Blockes. Wenigstens eines der Resonatorlöcher umfasst einen Abschnitt
mit großer
Querschnittsfläche
und einen Abschnitt mit kleiner Querschnittsfläche, die miteinander verbunden
sind, und zwischen denen ein Stufenabschnitt ausgebildet ist; wobei
wenigstens entweder ein ausgesparter Abschnitt oder ein vorstehender
Abschnitt an dem Stufenabschnitt vorgesehen sind.
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Die
Druckschrift
JP 05
226909 A zeigt ein dielektrisches Filter, das umfasst:
einen dielektrischen Block mit einem daran vorgesehenen äußeren Leiter, mehrere
dielektrische Resonatoren, die in dem dielektrischen Block ausgebildet
sind, und die mit einem inneren Leiter versehen sind, der elektrisch
mit dem äußeren Leiter
an einem Ende der Resonatoren verbunden ist; sowie einen ausgesparten
Teil, der an dem anderen Ende der Resonatoren derart vorgesehen
ist, dass ein zusätzlicher
Kondensator in dem ausgesparten Teil gebildet wird. Bei diesem herkömmlichen
dielektrischen Filter wird die Dicke des dielektrischen Blockes
durch spezielle Wahl der Tiefe, Form und Fläche oder dergleichen des ausgesparten
Teiles verringert, wodurch auch die Kapazität des zusätzlichen Kondensators geeignet
gewählt wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale gemäß Darlegung
in den unabhängigen
Ansprüchen
gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
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Das
dielektrische Filter der vorliegenden Erfindung umfasst einen dielektrischen
Block; mehrere parallele Durchgangslöcher, die in dem dielektrischen
Block ausgebildet sind; wenigstens eine Nut, die eine Öffnung des
Durchgangsloches an dem ersten Ende umgibt, wobei das eine Ende
dasjenige von zwei Enden ist, von denen wenigstens das eine offen ist;
einen in der Nut befindlichen Leiter, der durch Ausbilden eines
Leiters im Inneren der Nut hergestellt wird; einen inneren Leiter,
der durch Ausbilden eines Leiters im Inneren von jedem der Durchgangslöcher ausgebildet
wird; einen äußeren Leiter,
der durch Bedecken des Umfanges des dielektrischen Blockes mit einem
Leiter hergestellt wird; und eine I/O-Elektrode, die mit einer äußeren Schaltung
verbunden und mit dem inneren Leiter elektromagnetisch gekoppelt
ist. Der äußere Leiter
und der innere Leiter sind an einem zweiten Ende verbunden, an dem
jedes der Durchgangslöcher
offen ist, wobei der in der Nut befindliche Leiter und der innere
Leiter an der Öffnung
des Durchgangsloches, umgeben von der Nut, verbunden sind. Die Öffnung ist
im Inneren des ersten Endes des dielektrischen Blockes ausgebildet.
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Durch
den vorgenannten Aufbau kann die Länge des von dem inneren Leiter
gebildeten Resonators merklich verringert werden, sodass man insgesamt
im Vergleich zu einem herkömmlichen
Aufbau ein kleineres Filter erhält.
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Bei
dem dielektrischen Filter der vorliegenden Erfindung bildet die
um die Öffnung
des Durchgangsloches ausgebildete Nut eine Leitung mit einem Kurzschlussende,
wobei diese Leitung in Reihe zu dem von dem inneren Leiter gebildeten
Leitungsresonator belastet wird. Mit anderen Worten, die von der
Nut gebildete Leitung weist eine Wellenlänge auf, die kleiner als λ/4 ist. Entsprechend
ist ein Induktivelement in Reihe belastet, und die Impedanz der
Leitung am Leerlaufende wird verringert, um eine große Kapazität hinzuzufügen, wodurch
eine merkliche Verringerung der Resonanzfrequenz möglich wird.
Mit anderen Worten, die Induktivität und die Kapazität können bei
einer festen Resonatorlänge
vergrößert werden.
Ist die Resonanzfrequenz fest, so kann die Resonatorlänge merklich
verringert werden, was eine erhebliche Verringerung der Größe des gesamten
Filters bedeutet. Darüber
hinaus wird aufgrund der Tatsache, dass die Resonatorleitung gemäß Bildung
von dem inneren Leiter und dem in der Nut befindlichen Leiter gemäß Bildung
in dem Durchgangsloch und Nut im Inneren des äußeren Leiters ausgebildet ist,
die Ausbreitung des elektrischen Feldes aus dem äußeren Leiter heraus verhindert.
Ein hoher Q-Wert bei Nulllast kann für den Resonator sichergestellt
werden, wodurch ein geringe Verluste aufweisendes Filter bereitgestellt
wird.
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Durch
Verringerung der Größe des Resonators
gemäß vorstehender
Beschreibung differieren mehrere Resonanzfrequenzen von einem ungeradzahligen
Vielfachen der Grundfrequenz. Entsprechend kann die Harmonische
der Grundfrequenz unterdrückt
werden, wenn das dielektrische Filter der vorliegenden Erfindung
als Ausgangsfilter nichtlinearer Schaltungen, so beispielsweise
bei Leistungsverstärkern,
zum Einsatz kommt.
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Darüber hinaus
kann der dielektrische Block mit den Durchgangslöchern und Nuten integral gegossen
werden. Da die Verbindung des inneren Leiters und des in der Nut
befindlichen Leiters im Inneren des Leerlaufendes vorgesehen ist,
kann das Filter hergestellt werden, indem dielektrische keramische
Substanzen unter Verwendung von Gussformen integral in die Form
des dielektrischen Filters der vorliegenden Erfindung gegossen werden.
Die gesamte Fläche
der dielektrischen keramischen Substanzen ist mit einem Metallfilm
beschichtet, wobei dasjenige Ende, an dem die Nut ausgebildet ist,
geerdet wird, um das Leerlaufende zu bilden. Anschließend wird
die I/O-Elektrode gebildet. Mittels dieser Vorgänge kann das dielektrische
Filter der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise hergestellt
werden, und es ist auch für
eine Massenfertigung geeignet.
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Bei
dem dielektrischen Filter der vorliegenden Erfindung ist die Nut
konzentrisch zu dem Durchgangsloch oder parallel zum Umfang des
dielektrischen Blockes ausgebildet. Konzentrische Nuten erleichtern
deren Gießen
und stellen eine feste Struktur bereit. Parallel zum Umfang des
dielektrischen Blockes angeordnete Nuten ermöglichen eine noch größere Kapazität am Leerlaufende.
Hierdurch wird eine weitere Verringerung der Resonatorlänge möglich, wodurch
die Größe des Filters
insgesamt weiter verringert wird.
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Darüber hinaus
sind mehrere Nuten um die Öffnung
des Durchgangloches herum in dem dielektrischen Filter der vorliegenden
Erfindung ausgebildet. Hierdurch wird eine Belastung mit einer größeren induktanz
in Reihe zu dem von dem inneren Leiter gebildeten Leitungsresonator
möglich.
Hierdurch wird die Resonatorlänge
weiter verringert, wodurch die Größe des Filters insgesamt weiter
gesenkt wird.
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Die
Nut in dem dielektrischen Filter der vorliegenden Erfindung kann
konisch ausgebildet sein. Hierdurch wird ermöglicht, eine tiefere Nut auszubilden,
und damit die Resonatorlänge
weiter zu verringern. Hierdurch wird darüber hinaus ein Abblättern des
in der Nut gebildeten Leiters verhindert, was eine ungleichmäßige Verteilung
des durch die Diskontinuität
der Verbindung bewirkten elektromagnetischen Feldes verringert.
Eine Verschlechterung des Q-Wertes bei Nulllast kann so ebenfalls
verhindert werden. Die Öffnungsfläche kann
auch größer ausgestaltet werden,
was Vorteile bei der Bearbeitung mit sich bringt, so beispielsweise
eine leichtere Bearbeitbarkeit und Herstellbarkeit der Nut.
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Bei
dem dielektrischen Filter der vorliegenden Erfindung werden mehrere
Resonanzfrequenzen des von der Mehrzahl von Durchgangslöchern gebildeten
Leitungsresonators dadurch angepasst, dass überhaupt Nuten bereitgestellt
werden, und die Tiefe jeder Nut verändert wird. Durch eine Kombination
derartiger Resonatoren kann ein dielektrisches Filter mit bevorzugten
Störeigenschaften
ohne unerwünschtes
Passband hergestellt werden.
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Eine
HF-Vorrichtung der vorliegenden Errichtung umfasst Hochfrequenzschaltungen, HF-Kommunikationsvorrichtungen
und Sendegeräte, bei
denen das vorstehend erläuterte
Filter zum Einsatz kommt. Aufgrund der von dem dielektrischen Filter
gebotenen Vorteile können
derartige Schaltungen sowie Vorrichtungen ebenfalls kleiner und
mit geringerem Verlust ausgebildet werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1A ist
eine freigeschnittene Perspektivansicht eines dielektrischen Filters
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel.
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1B ist
eine Schnittansicht des dielektrischen Filters entsprechend dem
ersten Ausführungsbeispiel.
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2 ist
eine freigeschnittene Perspektivansicht eines dielektrischen Filters
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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3 ist
eine Schnittansicht eines dielektrischen Filters entsprechend einem
dritten Ausführungsbeispiel.
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4 ist
eine Schnittansicht eines dielektrischen Filters entsprechend einem
vierten Ausführungsbeispiel.
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5 ist
eine Schnittansicht eines dielektrischen Filters entsprechend einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Blockdiagramm eines HF-Abschnittes in einer HF-Vorrichtung entsprechend
einem sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine Perspektivansicht eines dielektrischen Filters aus dem Stand
der Technik.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiel 1
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Ein
dielektrisches Filter entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel
wird unter Bezugnahme auf 1A und 1B beschrieben. 1A ist
eine freigestellte Perspektivansicht des dielektrischen Filters
mit einem zum leichteren Verständnis
gewählten Aufbau
aus nur einem inneren Leiter und einer Nut. 1B ist
eine Schnittansicht des dielektrischen Filters bezüglich jedes
Durchgangsloches. Wein 1A und 1B gezeigt
ist, sind Durchgangslöcher 12A und 12B in
einem dielektrischen Block 11 ausgebildet. Nuten 13A und 13B sind
konzentrisch um die obere Öffnung
der Durchgangslöcher 12A und 12B herum
ausgebildet. Innere Leiter 14A und 14B sind jeweils
im Inneren der Durchgangslöcher 12A und 12B ausgebildet.
Ein äußerer Leiter 15 ist um
den dielektrischen Block 11 herum metallisiert. In einer
Nut befindliche Leiter 16A und 16B sind jeweils im
Inneren der Nuten 13A und 13B metallisiert. Eine I/O-Elektrode 17A ist
elektromagnetisch mit dem inneren Leiter 14A gekoppelt
und mit einer externen Schaltung verbunden.
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Die
inneren Leiter 14A und 14B werden mit dem äußeren Leiter 15 an
der unteren Fläche
des dielektrischen Blockes 11 und darüber hinaus mit den in der Nut
befindlichen Leitern 16A und 16B an der oberen Öffnung der
Durchgangslöcher 12A und 12B verbunden.
Die in der Nut befindlichen Leiter 16A und 16B und
der äußere Leiter 15 sind
nicht direkt miteinander verbunden und bilden daher Leerlaufenden.
In 1A und 1B werden
zwei Koaxialleitungsresonatoren von den inneren Leitern 14A und 14B gebildet.
Die von den in der Nut befindlichen Leitern 16A und 16B gebildete
Induktivität
wird in Reihe zu dem Koaxialleitungsresonator belastet. Bei Bereitstellung
der Nuten 13A und 13B wird der Abstand zwischen
dem äußeren Leiter 15 und
den in der Nut befindlichen Leitern 16A und 16B am
Leerlaufende des Koaxialleitungsresonators verringert, wodurch die
von dem äußeren Leiter 15 gebildete
Kapazität vergrößert wird.
Der vorbeschriebene Effekt ermöglicht
die Verringerung der Länge
des Resonators und damit der Größe des Filters.
Die Resonatorlänge kann
auf etwa ein Drittel der Größe eines
herkömmlichen
dielektrischen Filters mit fester charakteristischer Impedanz für die Resonanzleitung
verringert werden. Darüber
hinaus erleichtern die konzentrischen Nuten 13A und 138 die
Herstellung des Filters und stellen eine feste Struktur bereit,
die äußeren Kräften standhalten
kann.
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Die Öffnung,
an der die inneren Leiter 14A und 14B und die
in der Nut befindlichen Leiter 16A und 16B verbunden
sind, ist im Inneren des Leerlaufendes, das heißt im Inneren des dielektrischen
Blockes, befindlich. Hierdurch wird verhindert, dass die Strahlung
des elektrischen Feldes bedingt durch die Diskontinuität der charakteristischen
Impedanz an der Verbindung des inneren Leiters und des in der Nut
befindlichen Leiters aus dem äußeren Leiter 15 austritt.
Hierdurch wird eine Verschlechterung des Q-Wertes bei Nulllast des
Resonators verhindert, wodurch ein verlustarmes Filter bereitgestellt
wird.
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Darüber hinaus
differieren durch Verringerung der Größe des Resonators die mehreren
Resonanzfrequenzen jedes Resonators von einem ungeradzahligen Vielfachen
der Grundfrequenz, wodurch ein Filter mit guten Eigenschaften bezüglich der
Unterdrückung
höherer
Harmonischer möglich
wird. Das dielektrische Filter weist darüber hinaus einen guten Leistungswiderstand
auf. Entsprechend ist das dielektrische Filter für den Einsatz als Ausgangsfilter für nichtlineare
Schaltungen, so beispielsweise für Leistungsverstärker, einsetzbar.
Darüber
hinaus kann eine Polarisation bei den Dämpfungseigenschaften des Filters
aufgrund der unausgewogenen elektrischen und magnetischen Kopplung
an der Verbindung der Resonatoren, was durch Änderungen der charakteristischen
Impedanz bedingt ist, auftreten.
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Bei
dem Filter dieses Ausführungsbeispiels kann
der dielektrische Block mit den Durchgangslöchern und den Nuten einstückig beziehungsweise
integral gegossen werden. Insbesondere können bei der Herstellung des
Filters dielektrische keramische Substanzen in die Form des dielektrischen
Filters unter Verwendung von Gussformen gebracht werden, da die
Verbindungen zwischen dem inneren Leiter und den in der Nut befindlichen
Leitern innerhalb des Leerlaufendes vorgesehen sind. Anschließend wird die
gesamte Fläche
der dielektrischen keramischen Substanz mit einem Metallfilm beschichtet,
und das Leerlaufende wird durch Abschleifen der oberen Fläche, an
der die Nut ausgebildet ist, hergestellt. Anschließend wird
eine I/O-Elektrode ausgebildet. Unter Einsatz einfacher Vorgänge kann
das dielektrische Filter derart auf einfache Weise hergestellt werden.
Entsprechend eignet sich das Filter mit dieser Struktur zur Massenfertigung
bei geringen Kosten.
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Das
erste Ausführungsbeispiel
ermöglicht eine
Verringerung der Resonatorlänge,
indem von dem in der Nut befindlichen Leiter gebildete Induktivität und von
der Nutstruktur erzeugte Kapazität
dem inneren Leiter, der die Resonanzleitung darstellt, hinzugefügt wird.
Gleichzeitig verhindert dieser Aufbau eine Verschlechterung des
Q-Wertes bei Nulllast, wodurch ein kleines und mit geringen Verlusten
behaftetes dielektrisches Filter realisiert wird.
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Ausführungsbeispiel 2
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2 ist
eine freigeschnittene Perspektivansicht eines dielektrischen Filters
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel,
das zum leichteren Verständnis
einen Aufbau aus einem inneren Leiter und einer Nut zeigt. Es unterscheidet
sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass eine rechteckige Nut um die Öffnung des Durchgangsloches
parallel zum Umfang des dielektrischen Blockes ausgebildet ist.
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Der
Betrieb des dielektrischen Filters mit vorstehend beschriebenem
Aufbau wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Der grundlegende Betrieb ist der gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine große
Kapazität
zwischen einem in der Nut befindlichen Leiter 26B und einem äußeren Leiter 25 dadurch
erreichbar, dass Nuten 23A und 23B um die obere Öffnung der
Durchgangslöcher 22A und 22B herum
parallel zum Umfang des dielektrischen Blockes 21 vorgesehen
werden. Aufgrund der Tatsache, dass diese Kapazität parallel
zu einem in dem inneren Leiter 24B gebildeten koaxialen
Leitungsresonator hinzugefügt
wird, kann die Resonatorlänge
im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel
weiter verringert werden.
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Gemäß vorstehender
Beschreibung sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel Nuten parallel
zum Umfang des dielektrischen Blocks vorgesehen. Damit kann die
Resonatorlänge
merklich dadurch verringert werden, dass eine große Kapazität zu dem
die Resonatorleitung bildenden inneren Leiter hinzugefügt wird.
Hierdurch wird es möglich,
ein kleines und mit geringen Verlusten behaftetes dielektrisches
Filter bereitzustellen, das bei im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel
niedrigen Frequenzbändern einsetzbar
ist.
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Ausführungsbeispiel 3
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3 ist
eine Schnittansicht eines dielektrischen Filters entsprechend einem
dritten Ausführungsbeispiel.
Es unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass
zwei Nuten jeweils um die obere Öffnung
der Durchgangslöcher 23A und 23B herum
ausgebildet sind.
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Der
Betrieb des dielektrischen Filters mit vorstehend beschriebenem
Aufbau wird nachstehend anhand 3 beschrieben.
Der grundlegende Betrieb ist der gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann die durch die in der Nut befindlichen Leiter 36A, 36B, 36C und 36D bewirkte
Induktivität
dadurch größer gemacht
werden, dass zwei Nuten jeweils um die obere Öffnung der Durchgangslöcher 32A und 32B herum
vorgesehen werden. Durch Belasten der Induktivität in Reihe zu einem von den
inneren Leitern 34A und 34B gebildeten koaxialen
Leitungsresonator kann die Resonatorlänge im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel
weiter verringert werden. Insbesondere kann die Resonatorlänge des
Filters bei diesem Ausführungsbeispiel
im Vergleich zu einem herkömmlichen
dielektrischen Filter mit fester charakteristischer Impedanz für die Resonatorleitung
auf ein Drittel oder weniger verringert werden.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, ermöglicht das dritte Ausführungsbeispiel
die Hinzufügung einer
großen
von den in der Nut befindlichen Leitern gebildeten Induktivität zu dem
inneren Leiter, der die Resonanzleitung darstellt, und zwar dadurch,
dass zwei oder mehr Nuten an jedem Durchgangsloch bereitgestellt
werden. Auf diese Weise kann die Resonatorlänge merklich verringert werden,
wodurch ein kleines und mit geringen Verlusten behaftetes dielektrisches
Filter verwirklicht werden kann, das bei im Vergleich zum ersten
Ausführungsbeispiel
noch niedrigeren Frequenzbändern
eingesetzt werden kann.
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3 zeigt
ein Beispiel für
die jeweilige Bereitstellung der zwei Nuten, wobei hierdurch der
gleiche Effekt der Verringerung der Länge zur Herstellung eines kleineren
Filters auch dadurch erreicht werden kann, dass drei oder mehr Nuten
vorgesehen werden.
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Ausführungsbeispiel 4
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4 ist
eine Schnittansicht eines dielektrischen Filters entsprechend einem
vierten Ausführungsbeispiel.
Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass
die Nut in Richtung ihrer Tiefe konisch ausgebildet ist.
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Der
Betrieb des dielektrischen Filters mit vorstehendem Aufbau wird
nachstehend anhand 4 erläutert. Der grundlegende Betrieb
ist derselbe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann eine tiefere Nut dadurch ausgebildet werden, dass die Nuten 43A und 43B in Richtung
ihrer Tiefe um die obere Öffnung
der Durchgangslöcher 42A und 42B herum
konisch ausgebildet werden, was eine weitere Verringerung der Resonatorlänge ermöglicht.
Darüber
hinaus erleichtern konisch ausgebildete Nuten die Metallisierung
eines in der Nut befindlichen Leiters und bilden gleichzeitig eine
Resonatorstruktur, die nicht ohne Weiteres abblättern kann. Darüber hinaus
verringert die Struktur einer sich allmählich ändernden Impedanz die ungleichmäßige Verteilung
des von der Diskontinuität der
Verbindung zwischen dem inneren Leiter und dem in der Nut befindlichen
Leiter bewirkten elektromagnetischen Feldes, wodurch eine Verschlechterung
des Q-Wertes bei Nulllast verhindert wird. Das Ausführungsbeispiel
ermöglicht
ebenfalls eine Erweiterung des Öffnungsbereiches,
was die Bearbeitung und Herstellung der Nuten vereinfacht. Da die
Struktur die Gussformentnahme erleichtert, ohne dass die Form bei
Gießen
des dielektrischen Blockes beschädigt
würde,
weist sie mit Blick auf die Verarbeitung größere Vorteile, so beispielsweise
eine größere Herstellungsproduktivität, auf.
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Entsprechend
kann durch das vierte Ausführungsbeispiel
ein kleines und geringe Verluste aufweisendes dielektrisches Filter
bereitgestellt werden, das einfach bearbeitet und hergestellt werden
kann, indem die Nut in Richtung der Tiefe konisch ausgebildet wird.
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Ausführungsbeispiel 5
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5 ist
eine Schnittansicht eines dielektrischen Filters entsprechend einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Es unterscheidet sich von dem ersten
Ausführungsbeispiel dadurch,
dass ein dreistufiges Filter dadurch ausgebildet wird, das drei
Durchgangslöcher
vorgesehen werden, und dass keine Nut um die obere Öffnung des
zweiten Durchgangsloches herum ausgebildet wird.
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Der
Betrieb des dielektrischen Filters mit vorstehend erläutertem
Aufbau wird nachstehend anhand 5 beschrieben.
Der grundlegende Betrieb ist der gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Ein Dreistufenfilter wird bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Der Resonator der zweiten Stufe weist eine herkömmliche Struktur auf, die von
einem inneren Leiter 52B gebildet wird. Die Resonatoren,
die jeweils durch Verbinden der in der Nut befindlichen Leiter 56A und 56B gemäß Ausbildung um
die Durchgangslöcher 52A und 52C herum
mit den inneren Leitern 54A und 54C hergestellt
werden, sind die Resonatoren der erste und dritten Stufe. Entsprechend
wird ein dreistufiges Filter gebildet. Im Allgemeinen wird für den Fall,
dass mehrere Resonatoren mit derselben Struktur in einem mehrstufigen
Filter verwendet werden, bei mehreren Resonanzfrequenzen des Resonators
ein unerwünschtes
Passband erzeugt. Durch Herstellen des Filters mit einer Kombination
von Resonatoren mit verschiedenen Strukturen entspre chend diesem
Ausführungsbeispiel
kann ein Filter mit bevorzugten Störeigenschaften, bei dem keine
unerwünschten
Passbänder
auftreten, hergestellt werden. 5 zeigt
ein Beispiel für die
Verwendung eines Resonators ohne Nuten für das Filter der zweiten Stufe.
Gleichwohl ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur
beschränkt. Aufgrund
der Tatsache, dass die Struktur des Filters der vorliegenden Erfindung
eine Anpassung der Mehrzahl von Resonanzfrequenzen durch Änderung der
Abmessungen, so beispielsweise der Tiefe und Breite der Nuten, ermöglicht,
kann derselbe Effekt auch dadurch erreicht werden, dass kleine Resonatoren
bereitgestellt werden, die mit in der Nut befindlichen Leitern für den Resonator
jeder Stufe in dem Mehrstufenresonator sowie durch Ändern der
Tiefe und Breite der Nut hergestellt werden.
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Wie
vorstehend erläutert
wurde, kombiniert das mehrstufige Filter des fünften Ausführungsbeispiels Stufenresonatoren
mit und ohne in der Nut befindlichen Leiter in einem mehrstufigen
Filter oder Stufenresonatoren mit verschiedenen Tiefen oder Breiten
der Nuten jeder Stufe, wodurch ein dielektrisches Filter mit bevorzugten
Störeigenschaften
verwirklicht ist.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Beispiel
für ein
Filter mit einer zweistufigen oder dreistufigen Struktur beschrieben. Es
ist augenscheinlich, dass dieselbe Struktur auch mit vierstufigen
oder noch höher
stufigen Filtern erreichbar ist. Die Figuren zeigen die Bildung
der I/O-Elektrode durch eine isolierte Elektrode an dem äußeren Leiter.
Andere Strukturen, so beispielsweise ein Vorsehen einer Elektrode
an dem Leerlaufende, sind ebenfalls einsetzbar. Solange die Elektrode
nur derart ausgestaltet ist, dass sie eine Kopplung mit den Resonatoren
der ersten und letzten Stufe zulässt,
kann das dielektrische Filter betrieben werden.
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Ausführungsbeispiel 6
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein kostengünstiges und einfach herstellbares
dielektrisches Filter mit geringen Verlusten bereit, dessen geringe Größe den Einsatz
in einem Bereich zwischen dem VHF-Band und dem UHF-Band ermöglicht.
Entsprechend kann eine große
Vielzahl von Hochfrequenzschaltungen und Geräten hergestellt werden, die
sich der Eigenschaften der vorliegenden Erfindung bedienen. Insbesondere
wird der Effekt der geringen Größe des Filters
der vorliegenden Erfindung effektiv dann deutlich, wenn es bei Filtern
von Mobiltelefonen, im HF-Abschnitt von HF-Geräten, üblicherweise Mobilendgeräten mit
PDAs (personal digital assistant PDA) für die Datenkommunikation, wie
auch bei Telefonen sowie bei Schaltungen von Abzweigfiltern und
Antennenduplexern eingesetzt wird.
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6 ist
ein Blockdiagramm eines HF-Gerätes
entsprechend einem sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 6 zeigt
den HF-Abschnitt eines typischen HF-Gerätes mit einem Senderabschnitt 77 und
einem Empfängerabschnitt 76.
Von einer Antenne 61 empfangene Signale werden von einem
rauscharmen Verstärker 63 über einen
Antennenduplexer 62 verstärkt, woraufhin ein Bandpassfilter
(bandpass filter BPF) 64 Signale eines spezifischen Frequenzbandes
herausnimmt. Ein Mischer 65 mischt diese Signale mit Signalen
aus einem lokalen Oszillator 74 nach Durchlaufen eines
lokalen Bandpassfilters 65 zur Umwandlung der Signale auf
Zwischenfrequenzen. Die in Zwischenfrequenzen umgewandelten Signale
werden in einem IF-Abschnitt/Demodulator 66 dekodiert und
einem Basisbandabschnitt 67 zugeleitet. Sendesignale aus
dem Basisbandabschnitt 67 werden von einem Modulator 68 zum
Zwecke der Mischung mit Signalen aus dem lokalen Oszillator 74 nach
Durchlaufen des lokalen Bandpassfilters 75 an einem Mischer 69 moduliert. Der
Ausgang des Mischers 69 läuft durch ein Bandpassfilter 70,
einen Treiber 71 und ein Bandpassfilter 72. Die
Leistung wird von einem Leistungsverstärker 73 verstärkt und
anschließend
von der Antenne 61 über
den Antennenduplexer 62 gesendet.
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Das
dielektrische Filter der vorliegenden Erfindung ist effektiv bei
dem Antennenduplexer 62, dem Bandpassfilter 64 des
Empfängerabschnittes 76,
den Bandpassfiltern 70 und 72 des Senderabschnittes 77 und
dem fokalen Bandpassfilter 75 des lokalen Oszillators 74 einsetzbar.
Hierdurch wird ein kleiner HF-Abschnitt mit höherer Leistung ermöglicht.
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Da
sogar in niedrigen Frequenzbändern (zwischen
VHF und UHF) das Filter der vorliegenden Erfindung kleiner als seine
Entsprechungen aus dem Stand der Technik ist, ist es auch effektiv
bei HF-Geräten
(Fernsehern, Radios, industriellen HF-Einheiten, so beispielsweise
für Taxis)
sowie bei Sendegeräten
einsetzbar, die sich derartiger Frequenzbänder bedienen.
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Ohne
Beschränkung
auf HF-Geräte
bietet das dielektrische Filter der vorliegenden Erfindung weitere
Effekte, wenn es auf eine Vielzahl von Hochfrequenzschaltungen mit
Betriebsfrequenzbändern jenseits
VHF, wo eine geringe Größe erforderlich
ist, angewandt wird.
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6 zeigt
ein repräsentatives
Beispiel eines Blockdiagramms eines HF-Gerätes, das sowohl mit einem Senderabschnitt
wie auch mit einem Empfängerabschnitt
ausgestattet ist. Es ist augenscheinlich, dass eine Anwendung auch
bei HF-Geräten
erfolgen kann, die entweder nur mit einem Senderabschnitt oder nur
mit einem Empfängerabschnitt
ausgestattet sind.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, ermöglicht das dielektrische Filter
der vorliegenden Erfindung eine erhebliche Verringerung der Resonatorlänge, wodurch
ein weitaus kleineres Filter, als dies bei der herkömmlichen
Struktur der Fall ist, erreicht werden kann.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die Verbindungen zwischen dem inneren Leiter
und dem in der Nut befindlichen Leiter im Inneren des äußeren Leiters ausgebildet
sind, kann das Austreten der Strahlung eines elektrischen Feldes
in die Peripherie des äußeren Leiters
verhindert werden, wodurch ein hoher Q-Wert bei Nulllast für den Resonator
ermöglicht wird.
Dies ermöglicht
die Gestaltung eines Filters mit geringen Verlusten.
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Aufgrund
der Tatsache, dass kleine Resonatoren mehrere Resonanzfrequenzen
erzeugen, die kein ungeradzahliges Vielfaches der Grundfrequenz darstellen,
kann ein dielektrisches Filter hergestellt werden, bei dem das Auftreten
höherer
Harmonischer, die bei nichtlinearen Geräten, so beispielsweise bei
Leistungsverstärkern,
auftreten können,
unterdrückt
wird.
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Darüber hinaus
ermöglicht
die vorliegende Erfindung das einstückige Gießen des dielektrischen Blockes
mit den Durchgangslöchern
und Nuten. Insbesondere können
aufgrund der Tatsache, dass die Verbindung des inneren Leiters und
des in der Nut befindlichen Leiters im Inneren des Leerlaufendes ausgebildet
ist, dielektrische keramische Substanzen unter Verwendung von Gussformen
einstückig
gesintert werden. Das Filter kann auf einfache Weise durch Beschichten
der gesamten Fläche
des dielektrischen keramischem Materials mit einem Metallfilm und
durch Abschleifen der Leerlaufendes hergestellt werden, wodurch
es für
kostengünstige
Massenfertigung geeignet wird.
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Das
dielektrische Filter der vorliegenden Erfindung bietet den merklichen
Vorteil, dass es bei Anwendung im Bereich von Hochfrequenzschaltungen und
HF-Geräten,
so beispielsweise bei Sendegeräten,
die bei Frequenzen über
dem VHF-Bereich arbeiten, und bei denen eine geringe Größe wünschenswert
ist, kleinere Abmessungen der Geräte ermöglicht.
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- 1,
11, 21, 31, 41, 51
- dielektrischer
Block
- 2,
12, 22, 32, 42, 52A, 52B, 52C
- Durchgangsloch
- 13,
23, 33, 43, 53A, 53B, 53C
- Nut
- 4,
14, 24, 34, 44, 54A, 54B, 54C
- innerer
Leiter
- 5,
15, 25, 35, 45, 55
- äußerer Leiter
- 16,
26, 36, 46, 56A, 56B, 56C, 56D
- in
der Nut befindlicher Leiter
- 7,
17, 27A, 27B
- I/O-Elektrode
- 61
- Antenne
- 62
- Antennenduplexer
- 63
- rauscharmer
Verstärker
- 64,
70, 72
- Bandpassfilter
(BPF)
- 65,
69
- Mischer
- 66
- IF-Abschnitt/Demodulator
- 67
- Basisbandabschnitt
- 68
- Modulator
- 71
- Treiber
- 73
- Leistungsverstärker
- 74
- lokaler
Oszillator
- 75
- lokales
Bandpassfilter
- 76
- Empfängerabschnitt
- 77
- Senderabschnitt