EP1074058B1 - Mikrowellen-keramikfilter mit verbesserter flankensteilheit - Google Patents

Mikrowellen-keramikfilter mit verbesserter flankensteilheit Download PDF

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EP1074058B1
EP1074058B1 EP99910137A EP99910137A EP1074058B1 EP 1074058 B1 EP1074058 B1 EP 1074058B1 EP 99910137 A EP99910137 A EP 99910137A EP 99910137 A EP99910137 A EP 99910137A EP 1074058 B1 EP1074058 B1 EP 1074058B1
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resonators
ceramic
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ceramic body
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Bernhard Reichel
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/205—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities
    • H01P1/2056—Comb filters or interdigital filters with metallised resonator holes in a dielectric block

Definitions

  • the present invention relates to a microwave ceramic filter with improved slope, the least two resonators in a one-piece ceramic body and coupling structures assigned to the resonators for capacitive Coupling the ceramic filter to an external high-frequency circuit having.
  • Such a microwave ceramic filter with resonator holes and interposed coupling holes is from the Document EP 0809315 A1 known.
  • the coupling holes serve for a better coupling of the resonators.
  • With the coupling holes are particularly successful, the magnetic Share of the coupling field of the side by side Increase resonators.
  • a microwave ceramic filter which consists of a ceramic body in which two parallel inner conductor holes with round Cross section are designed as resonators.
  • the ceramic body itself consists of two pressed and sintered together Presslings, so that he can be regarded as one piece is, although the two compacts have different dielectrics form.
  • the ceramic body still has coupling structures on by galvanic isolation of the otherwise metallization applied to the entire surface of the ceramic body are formed. This separation can be mechanical, etching or photoresist.
  • microwave ceramic filters are preferred as cellular filters used in mobile phones ("Handy").
  • each the ceramic body is made of high-dielectric ceramic, the lower the insertion loss because the quality of the in the ceramic body coupled line resonators proportional to the volume of the ceramic body.
  • the microwave ceramic filter designed as small as possible for mobile radio purposes should be the size of a cellular phone as well to be as low as possible. It should be noted is that the selection can only be made by increasing the number of poles or through complex coupling of the resonators of the microwave ceramic filter with coils and capacitors to a bandstop can be achieved.
  • the present invention is based on the object Microwave ceramic filter with improved slope to create that through a low insertion loss on the belt edge and thus by a correspondingly high slope distinguished.
  • the central axis of the counteroscillator is essentially parallel to the resonator central axes.
  • the central axes of the resonators lie in a sectional plane, which are arranged essentially centrally in the ceramic body is.
  • the distance between the counteroscillator and the coupling structures is larger than the distance between the coupling structures and the resonators, where the counteroscillator is only weakly excitable.
  • each resonator a counteroscillator is assigned.
  • the resonators themselves can have a rectangular cross section because with such an unloaded quality and thus the insertion loss of the microwave ceramic filter further improve to let.
  • the ceramic body is complete except for its raised face metallized, the coupling structures in the usual Way are separated from this metallization.
  • the two resonators which, as explained, prefer one have rectangular cross-section, are over the coupling structures capacitively excited.
  • the suggestion of the counter-vibrator is done weakly to cause insertion loss the frequency at which the characteristic of "Gegenennotch" trains, is highly selective. simultaneously is then the insertion loss at the band edge low, so that the slope is correspondingly high is.
  • Fig. 1 shows a microwave ceramic filter according to a first Embodiment of the present invention.
  • This microwave ceramic filter has a ceramic body 1, in which Resonators 2, 3 are provided for the improvement the unloaded quality and thus the insertion loss have a rectangular cross section and also gradations 4, which have the edges of the transmission characteristic of the microwave ceramic filter.
  • the ceramic body 1 is perfect with the exception of its end face 5 metallized, which is also the case for the resonators 2, 3 Inner holes apply.
  • Coupling structures 6, 7 and ground or mass ranges 8, 9 are of the otherwise with the exception of the raised end face 5 the ceramic body enveloping metallization separated what what already mentioned was pointed out by galvanic separation, for example mechanical, etching or photoresist can happen.
  • a counteroscillator 10 is provided, one has circular cross section.
  • the two resonators 2, 3 are due to the coupling structures 6, 7 capacitively excited.
  • the counter-oscillator's suggestion 10 is only weak to cause that the insertion loss of the frequency at which there is a corresponding Counter-notch trains, as highly selective as possible is. At the same time, the insertion loss is then on the band edge low, so that the edge steepness accordingly is high.
  • the course of the insertion loss D as a function of Frequency f is for the microwave ceramic filter of FIG. 1 and 2 schematically shown in Fig. 4.
  • a curve 11 shows the characteristic of a microwave ceramic filter without counter-oscillator 10
  • a curve 12 the characteristic of Microwave ceramic filter according to the invention with the counteroscillator 10 indicates. It can be clearly seen that at higher Frequencies a greater steepness of the characteristic and so that there is a better selection.
  • the insertion loss is also overall at the belt edge less than one Microwave ceramic filter without counteroscillator 10.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention
  • Microwave ceramic filter here in addition to the counteroscillator 10 of the first embodiment of FIG Fig. 1 is also a second counter-oscillator 13 is provided.
  • the slope can be reduced and further increase selection if the counter notch 14 and 15 (see FIG. 5) of the two resonators 2, 3 approximately is chosen the same, what by appropriate arrangement and Design of the counteroscillator 10, 13 is achieved.
  • the counter-notch Select 16 or 17 so that both filter edges are distributed as shown in FIG. 6.
  • Typical dimensions for the resonators 2, 3 are approximately side lengths of 1.2 mm, with a square cross section is assumed to be 8.16 mm for the length of the cuboid ceramic body 1, 4.5 mm for its depth and 4.76 mm for its Height.
  • the gradations 4 can be at a depth of about 0.8 mm from the end face 5 can be arranged.
  • the diameter the counteroscillator 10 and 13 with a circular cross section is about 0.9 mm.
  • Ceramic body 1 itself be used. It is also possible to use the ceramic body 1 to be made in one piece from, for example, two parts.

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellen-Keramikfilter mit verbesserter Flankensteilheit, das mindestens zwei Resonatoren in einem einstückigen Keramikkörper und den Resonatoren zugeordnete Ankopplungsstrukturen zum kapazitiven Ankoppeln des Keramikfilters an eine externe Hochfrequenz-Schaltung aufweist.
Ein solches Mikrowellenkeramik-Filter mit Resonatorbohrungen und dazwischen angeordneten Kopplungsbohrungen ist aus der Druckschrift EP 0809315 A1 bekannt. Die Kopplungsbohrungen dienen hier zu einer besseren Kopplung der Resonatoren. Mit den Kopplungsbohrungen gelingt es insbesondere, den magnetischen Anteil des Kopplungsfeldes der nebeneinander angeordneten Resonatoren zu erhöhen.
In der DE 197 41 147 A1 ist ein Mikrowellen-Keramikfilter beschrieben, das aus einem Keramikkörper besteht, in welchem zwei zueinander parallele Innenleiterbohrungen mit rundem Querschnitt als Resonatoren ausgebildet sind. Der Keramikkörper selbst besteht aus zwei miteinander verpreßten und gesinterten Preßlingen, so daß er insoweit als einstückig anzusehen ist, obwohl die beiden Preßlinge unterschiedliche Dielektrika bilden. Der Keramikkörper weist noch Ankopplungsstrukturen auf, die durch galvanische Auftrennung der sonst ganzflächig auf dem Keramikkörper aufgebrachten Metallisierung gebildet sind. Dieses Auftrennen kann mechanisch, ätztechnisch oder photolacktechnisch vorgenommen werden.
Weiterhin beschreibt die DE 197 41 177 A1 ein Mikrowellen-Keramikfilter, das aus einem einheitlichen Keramikkörper mit auf dessen Oberfläche ausgebildeten Ankopplungsstrukturen und zwei Innenleiterbohrungen mit kreisförmigem Querschnitt als Resonatoren gebildet ist, wobei diese beiden Innenleiterbohrungen Abstufungen aufweisen, die zur Versteilerung der Flanken der Durchlaßcharakteristik des Mikrowellen-Keramikfilters dienen. Auch der Keramikkörper dieses Mikrowellen-Keramikfilters ist einschließlich der Innenflächen der Innenleiterbohrungen allseitig metallisiert, wobei die Ankopplungsstrukturen von dieser Metallisierung galvanisch getrennt sind.
Derartige Mikrowellen-Keramikfilter werden bevorzugt als Mobilfunkfilter in Mobilfunktelefonen ("Handy") eingesetzt.
Mobilfunkgeräte und speziell Mobilfunktelefone sollen eine möglichst hohe Ausgangsleistung haben. Damit nun eine maximale Ausgangsleistung gewährleistet werden kann, sollten in Mobilfunkgeräten einerseits Sendefilter sich durch eine möglichst geringe Einfügungsdämpfung auszeichnen, und andererseits sollte das Senderauschen in einem Empfangsband durch hohe Selektion der Sendefilter minimiert werden. Insgesamt ist also ein Sendefilter gefragt, das bei geringer Einfügungsdämpfung eine hohe Selektion hat.
Nun besteht bei Mikrowellen-Keramikfiltern ein grundsätzlicher Zusammenhang zwischen Einfügungsdämpfung bzw. Güte des Filters und dem Volumen des Keramikkörpers des Filters: je größer der Keramikkörper aus hochdielektrischer Keramik ist, desto niedriger ist die Einfügungsdämpfung, da die Güte der im Keramikkörper verkoppelten Leitungsresonatoren proportional zum Volumen des Keramikkörpers ist. Dies bedeutet, daß eine Verringerung der Einfügungsdämpfung nur über eine Vergrößerung des Volumens des Keramikkörpers zu erzielen ist. Dem steht jedoch die Forderung entgegen, daß die Mikrowellen-Keramikfilter für Mobilfunkzwecke möglichst klein gestaltet werden sollten, um die Größe eines Mobilfunktelefons ebenfalls so gering als möglich gestalten zu können. Anzumerken ist, daß die Selektion nur durch Erhöhung der Polzahl oder durch aufwendige Verkopplung der Resonatoren der Mikrowellen-Keramikfilter mit Spulen und Kondensatoren zu einer Bandsperre erreicht werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrowellen-Keramikfilter mit verbesserter Flankensteilheit zu schaffen, das sich durch eine niedrige Einfügungsdämpfung an der Bandkante und damit durch eine entsprechend hohe Flankensteilheit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einem Mikrowellen-Keramikfilter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch wenigstens einen Gegenschwinger gelöst, der im Keramikkörper etwa parallel zu den Resonatoren geführt ist und zwischen der Schnittebene und der dazu parallelen Außenseite des Keramikkörpers zur Außenseite des Keramikkörpers hin versetzt angeordnet ist.
Die Mittelachse des Gegenschwingers liegt im wesentlichen parallel zu den Resonator-Mittelachsen.
Die Mittelachsen der Resonatoren liegen in einer Schnittebene, welche im Keramikkörper im wesentlichen mittig angeordnet ist. Der Abstand zwischen dem Gegenschwinger und den Ankopplungsstrukturen ist größer als der Abstand zwischen den Ankopplungsstrukturen und den Resonatoren eingestellt, wobei der Gegenschwinger nur schwach anregbar ist.
Gegebenenfalls können auch zwei oder mehr Gegenschwinger vorgesehen werden, wobei in bevorzugter Weise jedem Resonator ein Gegenschwinger zugeordnet ist. Die Resonatoren selbst können einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, da sich mit einem solchen die unbelastete Güte und damit die Einfügungsdämpfung des Mikrowellen-Keramikfilters weiter verbessern lassen.
Der Keramikkörper ist bis auf seine erhabene Stirnfläche komplett metallisiert, wobei die Ankopplungsstrukturen in üblicher Weise von dieser Metallisierung getrennt sind.
Die beiden Resonatoren, die, wie erläutert, bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt haben, werden über die Ankopplungsstrukturen kapazitiv angeregt. Die Anregung der Gegenschwinger erfolgt dabei nur schwach, um zu bewirken, daß die Einfügungsdämpfung der Frequenz, bei der sich in der Kennlinie der "Gegennotch" ausbildet, möglichst hoch selektiv ist. Gleichzeitig ist dann nämlich die Einfügungsdämpfung an der Bandkante gering, so daß die Flankensteilheit entsprechend hoch ist.
Durch die Verwendung eines zweiten Gegenschwingers läßt sich die Flankensteilheit und Selektion weiter erhöhen, wenn der "Gegennotch" bei beiden Resonatoren etwa gleich gewählt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Gegenschwinger so vorzusehen, daß beide Filterflanken des Mikrowellen-Keramikfilters versteilert werden.
Grundsätzlich ist es auch möglich, mehr als zwei Resonatoren zu verwenden, obwohl dann die Einfügungsdämpfung leicht ansteigt. Durch den Einsatz entsprechender Gegenschwinger kann aber auch hier eine weitere Verbesserung der Flankensteilheit erreicht werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1.
eine perspektivische Darstellung eines Mikrowellen-Keramikfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2
einen Schnitt A-A durch das Mikrowellen-Keramikfilter von Fig. 1,
Fig. 3
eine perspektivische Darstellung eines Mikrowellen-Keramikfilters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4
den frequenzabhängigen Dämpfungsverlauf bei einem Mikrowellen-Keramikfilter mit und ohne Gegenschwinger,
Fig. 5
den frequenzabhängigen Dämpfungsverlauf bei einem erfindungsgemäßen Mikrowellen-Keramikfilter, bei dem zwei Gegenschwinger verwendet werden, wobei der Gegennotch für beide Resonatoren etwa gleich gewählt ist, und
Fig. 6
den frequenzabhängigen Dämpfungsverlauf bei einem Mikrowellen-Keramikfilter gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem durch Verwendung von zwei Gegenschwinger beide Filterflanken versteilert sind.
Fig. 1 zeigt ein Mikrowellen-Keramikfilter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Mikrowellen-Keramikfilter weist einen Keramikkörper 1 auf, in welchem Resonatoren 2, 3 vorgesehen sind, die für die Verbesserung der unbelasteten Güte und somit der Einfügungsdämpfung einen rechteckförmigen Querschnitt haben und außerdem Abstufungen 4 aufweisen, welche die Flanken der Durchlaßcharakteristik des Mikrowellen-Keramikfilters versteilern. Der Keramikkörper 1 ist mit Ausnahme seiner Stirnseite 5 vollkommen metallisiert, was auch für die die Resonatoren 2, 3 bildenden Innenbohrungen gilt. Ankopplungsstrukturen 6, 7 und Ground- bzw. Massebereiche 8, 9 sind dabei allerdings von der sonst mit Ausnahme der erhabenen Stirnfläche 5 den Keramikkörper umhüllenden Metallisierung getrennt, was, worauf bereits eingangs hingewiesen wurde, durch galvanisches Auftrennen, beispielsweise mechanisch, ätztechnisch oder photolacktechnisch geschehen kann.
Erfindungsgemäß ist ein Gegenschwinger 10 vorgesehen, der einen kreisrunden Querschnitt hat.
Die beiden Resonatoren 2, 3 werden durch die Ankopplungsstrukturen 6, 7 kapazitiv angeregt. Die Anregung des Gegenschwingers 10 erfolgt dabei nur schwach, um zu bewirken, daß die Einfügungsdämpfung der Frequenz, bei der sich ein entsprechender Gegennotch ausbildet, möglichst hoch selektiv ist. Gleichzeitig ist dann nämlich die Einfügungsdämpfung an der Bandkante gering, so daß die Flankensteilheit entsprechend hoch ist.
Der Verlauf der Einfügungsdämpfung D in Abhängigkeit von der Frequenz f ist für das Mikrowellen-Keramikfilter der Fig. 1 und 2 schematisch in Fig. 4 dargestellt. Eine Kurve 11 zeigt die Charakteristik eines Mikrowellen-Keramikfilters ohne Gegenschwinger 10, während eine Kurve 12 die Charakteristik des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Keramikfilters mit dem Gegenschwinger 10 angibt. Deutlich ist zu erkennen, daß bei höheren Frequenzen eine größere Steilheit der Charakteristik und damit eine bessere Selektion vorliegt. Auch ist die Einfügungsdämpfung an der Bandkante insgesamt geringer als bei einem Mikrowellen-Keramikfilter ohne Gegenschwinger 10.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Keramikfilters, wobei hier zusätzlich zu dem Gegenschwinger 10 des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 1 noch ein zweiter Gegenschwinger 13 vorgesehen ist. Durch diesen zweiten Gegenschwinger 13 läßt sich die Flankensteilheit und Selektion weiter erhöhen, wenn der Gegennotch 14 bzw. 15 (vgl. Fig. 5) der beiden Resonatoren 2, 3 in etwa gleich gewählt wird, was durch entsprechende Anordnung und Gestaltung der Gegenschwinger 10, 13 erreicht wird. Ebenso bietet sich aber auch die Möglichkeit, durch entsprechende Gestaltung und Anordnung der Gegenschwinger 10, 13 den Gegennotch 16 bzw. 17 so zu wählen, daß beide Filterflanken versteilert werden, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
Gegebenenfalls können auch mehr als zwei Resonatoren 2, 3 vorgesehen werden. Es ergibt sich dann zwar eine leichte Steigerung der Einfügungsdämpfung, die aber durch Verwendung entsprechender Gegenschwinger kompensiert wird, so daß insgesamt eine weitere Verbesserung der Flankensteilheit zu erreichen ist.
Typische Abmessungen für die Resonatoren 2, 3 sind etwa Seitenlängen von 1, 2 mm, wobei ein quadratischer Querschnitt angenommen wird, 8,16 mm für die Länge des quaderförmigen Keramikkörpers 1, 4,5 mm für dessen Tiefe und 4,76 mm für dessen Höhe. Die Abstufungen 4 können in einer Tiefe von etwa 0,8 mm von der Stirnseite 5 aus angeordnet sein. Der Durchmesser der Gegenschwinger 10 und 13 mit kreisförmigem Querschnitt beträgt etwa 0,9 mm.
Selbstverständlich sind aber auch jederzeit auch andere Abmessungen möglich und geeignet, was vom jeweiligen Verwendungszweck des Mikrowellen-Keramikfilters abhängig ist.
Für den Keramikkörper 1 selbst können übliche Keramikmaterialien verwendet werden. Auch ist es möglich, den Keramikkörper 1 aus beispielsweise zwei Teilen insgesamt einstückig zu gestalten.

Claims (8)

  1. Mikrowellen-Keramikfilter mit verbesserter Flankensteilheit, das mindestens zwei Resonatoren (2, 3) in einem einstückigen Keramikkörper (1) und den Resonatoren (2, 3) zugeordnete Ankopplungsstrukturen (6, 7) zum kapazitiven Ankoppeln des Keramikfilters an eine externe HF-Schaltung aufweist,
    wobei die Mittelachsen der Resonatoren (2, 3) in einer Schnittebene liegen, die im Keramikkörper (1) im wesentlichen mittig angeordnet ist,
    wobei im Keramikkörper (1) wenigstens ein Gegenschwinger (10, 13) angeordnet ist,
    wobei die Mittelachse des Gegenschwingers im wesentlichen parallel zu den Resonator-Mittelachsen liegt,
    wobei der Abstand zwischen dem Gegenschwinger und den Ankopplungsstrukturen (6, 7) größer als der Abstand zwischen den Ankopplungsstrukturen (6, 7) und den Resonatoren (2, 3) eingestellt ist,
    wobei der Gegenschwinger nur schwach anregbar ist,
    gekennzeichnet dadurch, daß
    der Gegenschwinger (10, 13) zwischen der Schnittebene und der dazu parallelen Außenseite des Keramikkörpers (1) zur Außenseite des Keramikkörpers hin versetzt angeordnet ist.
  2. Mikrowellen-Keramikfilter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Keramikkörper (1) mit zwei Resonatoren (2, 3) zwei Gegenschwinger (10, 13) vorgesehen sind.
  3. Mikrowellen-Keramikfilter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (1) bis auf seine Stirnseite (5) metallisiert ist.
  4. Mikrowellen-Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (2, 3) einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt haben.
  5. Mikrowellen-Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenschwinger (10, 13) einen kreisförmigen Querschnitt haben.
  6. Mikrowellen-Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenschwinger (10, 13) so angeordnet ist, daß der Gegennotch bei zwei Resonatoren (2, 3) etwa gleich gewählt ist oder beide Filterflanken versteilert sind.
  7. Mikrowellen-Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    bei dem der Gegenschwinger in einem Eck des Keramikkörpers angeordnet ist.
  8. Mikrowellen-Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    bei dem der Durchmesser des Gegenschwingers kleiner als die Ausdehnung der Resonatoren quer zur Resonator-Mittelachse ist.
EP99910137A 1998-03-18 1999-02-12 Mikrowellen-keramikfilter mit verbesserter flankensteilheit Expired - Lifetime EP1074058B1 (de)

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