FI87853C - Keramiskt spaerrfilter - Google Patents

Description

1 37853

Keraaminen estosuodatin - Keramiskt spärrfilter Tämä keksintö koskee dielektristä estosuodatinta, joka 5 käsittää kaksi tai useampia koaksiaalityyppisiä siirtojohto-resonaattoreita.

Tunnetusti keraaminen resonaattori muodostuu perusrakenteesta, jossa suuren dielektrisyysvakion omaavaan, esim. tita-10 naattiperustaiseen keraamiseen lohkoon, jossa on sivupinnat, ylä- ja alapinta, on tehty yläpinnalta alapinnalle kulkeva reikä. Lohkon pinnat yläpintaa lukuunottamatta sekä reiän sisäpinta on pinnoitettu sähköä johtavalla materiaalilla. Yläpinnalle sijoitetaan kytkentäkuviot, joilla signaali 15 kytketään kapasitiivisesti resonaattoriin ja johdetaan siitä pois. Rakenne muodostaa siirtojohtoresonaattorin, jonka resonanssitaajuuden määrää reiän pituus eli lohkon paksuus. Tavallisesti reiän pituus mitoitetaan siten, että saadaan neljännesaallon pituinen siirtojohtoresonaattori. Tekemällä 20 lohkoon useita reikiä voidaan toteuttaa kaistanpäästösuoda-tin, jossa on useita napoja, mutta nollien lukumäärä on rajoitettu yhteen, koska nollaa vastaavan resonaattorin isolaatio muista resonaattoreista on vaikea toteuttaa. Keraamitekniikalla toteutettu estosuodatin onkin tullut 25 kaupallisesti saataville vasta viime aikoina. Kaikille näille tunnetuille estosuodattimille on tunnusomaista se, että suodatin koostuu erillisistä resonaattoreista eli alussa kuvatunlaisista perusrakenteista, joissa keraamipala sisältää yhden reiän ja pala on ainakin sivu- ja alapinnal-30 taan pinnoitettu johtavalla aineella. Näitä pinnoitettuja erillisiä resonaattoripaloja sijoitetaan haluttu määrä peräkkäin, jolloin saadaan kaistanleveydeltään ja keskitaa-juudeltaan haluttu kaistanestosuodatin. Kukin resonaattori-pala muodostaa tavallaan imupiirin ja nämä imupiirit kytke-' 35 tään peräkkäin induktiivisen tai reaktiivisen kytkennän kautta, jolla resonaattoreiden yläpäät kytketään käyttäen esim. erillistä siirtojohdon pätkää. Erillisten ulkopinnaltaan pinnoitettujen resonaattoreiden käyttö on välttämätön, 2 87853 koska resonaattoreiden väliset induktiiviset ja kapasitiivi-set vuodot ovat muutoin vaikeasti hallittavissa, toisin sanoen resonaattoreiden välisen riittävän isolaation aikaansaamiseksi. Erillisten resonaattoreiden välisen isolaation 5 muodostaa juuri resonaattoreiden pinnoitus, joka muodostaa tehokkaan väliseinän palojen välille.

Erillisistä resonaattoreista kootulla estosuodattimella on haittana se, että useista paloista koottu suodatin vaatii 10 suuren valmistuskapasiteetin, koska jokainen pala sintrataan ja pinnoitetaan erikseen ja palat liitetään sähköisesti yksilöllisesti toisiinsa tavallisimmin juottamalla kytkentä-langat käsin. Lisäksi erilliset palat on kiinnitettävä mekaanisesti luotettavasti johonkin kiinnitysalustaan.

15

Periaatteessa olisi mahdollista tehdä useista resonaattoreista koostuva estosuodatin yhdelle ainoalle keraamipa-lalle. Tällöin olisi kuitenkin hyvän isolaation saamiseksi resonaattoreiden reikien väli tehtävä hyvin suureksi, jol-20 loin suodattimesta tulisi erittäin kookas. Tämä nostaisi materiaalikustannuksia ja suuri koko on muutenkin haitallista kannettavissa radiolaitteissa.

US-patentissa 4 823 098, Motorola, on kuvattu monoliittista 25 keraamista suodatinta, jossa on kaistanesto-ominaisuus. Suodatin käsittää samalle keraamipalalle sijoitettuna 7 resonaattoria, joista kolme toimii kaistanestosuodattimena ja loput kaistanpäästösuodattimena. Kaistanestopuolen resonaattorit on kytketty neljännesaallon siirtojohdoilla 30 toisiinsa. Siirtojohdot kääntävät resonaattoreiden impedanssin, jolloin resonaattorit tuottavat nollat suodattimeen. Julkaisussa mainitaan, että mainitut kolme suodatinta voidaan myös erottaa sahaamalla lohkosta ja pinnoittaa leikkauksessa syntynyt uusi sivuseinä johtavalla aineella, 35 jolloin saatu suodatin toimii kuten itsenäinen kaistanes-tosuodatin, jolla on useita nollia. Julkaisussa ei ole mainintaa siitä, mitä resonaattoreiden välinen, keramiikan kautta tapahtuva induktiivinen kytkentä vaikuttaa suodatti- 3 37853 men ominaiskäyriin, mutta on todennäköistä, että resonaatto-reiden välinen kytkentä tekee ominaisuuksien hallinnan vaikeaksi.

5 Suomalaisissa patenttihakemuksissa FI-892855 ja Fi-892856, hakija LK-Products Oy, kuvataan yhdellä keraamisella lohkolla toteutettuja kaistanpäästösuodattimia, joiden keksinnöllinen idea perustuu siihen, että suodattimen toinen sivupinta on oleellisesti pinnoittamaton ja tähän sivupintaan 10 sijoitetaan liuskajohdinkuviot siirtojohtoresonaattoreihin kytkeytymistä varten. Kun kytkentäkuviot tehdään rungon sivupinnalle, voidaan suodattimen sisääntulo ja ulostulo sekä resonaattoreiden väliset kytkennät tehdä halutulla tavalla joko puhtaasti kapasitiivisesti tai induktiivisesti 15 tai näiden yhdistelmällä.

Tämän keksinnön tarkoitus on aikaansaada estosuodatin, joka on toteutettu yhdellä ainoalla keraamilohkolla, jossa on useita resonaattoreita ja jossa resonaattoreiden välinen 20 sähkö- ja magneettikentän vaikutus voidaan estää käyttämättä tunnetun tekniikan mukaisia erillisiä resonaattoripaloja. Keksintö pohjautuu mainittujen FI-hakemusten mukaisten suodattimien resonaattorikytkentöjen edelleen kehittämiseen.

25 Tämä tavoite saadaan aikaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella estosuodattimellä.

On yllättäen havaittu, että tekemällä resonaattoripiirien väliin suodatinlohkon pinnoittamattomaan sivupintaan johtava 30 alue, pinnoite, sopivalla tavalla voidaan resonaattoreiden välinen sähköinen ja magneettinen kytkentä säätää lähes nollaan. Tekemällä johtava alue nauhaksi, joka ylettyy keraamilohkon alapinnalta, jossa se on yhteydessä lohkon johtavaan pinnoitukseen, aina sivun yläpintaan saakka, 35 saadaan lähes täydellinen sähköinen ja magneettinen erotus resonaattoreiden välille. Keksinnön mukaiset johtavat alueet aikaansaavat ikäänkuin sähköisen "väliseinän" resonaattoreiden välille. Jos väliseinään halutaan tehdä "aukko", jonka 4 37853 kautta resonaattoreiden välille voidaan aikaansaada kytkentä, se voidaan suorittaa siten, että johtavaa aluetta lyhennetään tai sitä kavennetaan tai tehdään molempia. Riippuen siitä, tehdäänkö lyhennys resonaattorin avoimessa päässä 5 vai oikosuljetussa päässä, vaikutetaan kapasitiiviseen tai induktiiviseen kytkentään. Kaventamalla johtavaa aluetta resonaattorin suunnassa voidaan vaikuttaa resonaattoreiden välisen kytkennän voimakkuuteen. Yksittäiset resonaattorit kytketään toisiinsa induktiivisen ja/tai reaktiivisen kyt-10 kennän avulla. Tällöin voidaan käyttää samaa periaatetta kuin FI-hakemuksissa 892856 ja 892855 eli käyttää maskilla tehtävää kytkentäkuviota suodattimen sivussa. Kytkentäkuvi-oihin voidaan liittää myös erillisiä komponentteja kuten palakondensaattoreita ja induktanssilankoja. Jos johtava 15 alue on koko sivuseinän korkuinen, tehdään kytkentä resonaattorista toiseen induktiivisella langalla, joka ylittää johtavan alueen. Koko tämä sivu voidaan peittää lopuksi johtavalla kannella.

20 Keksintöä selostetaan havainnollisemmin viittaamalla oheisiin kuviin, jotka esittävät kuva 1 kolme resonaattoria sisältävää estosuodatinta, kuva 2 pelkistetysti kuvan 1 suodatinta, jossa 25 johtavia alueita on modifioitu, ja kuva 3 kuvan 1 resonaattorin vaimennuskäyrää.

Keksinnön mukainen estosuodatin 1 muodostuu kolmesta siir-tojohtoresonaattorista A, B ja C. Tankomaiseen keraamista 30 materiaalia olevaan lohkoon on muodostettu reiät 2]_, 22 ja 2g, jotka ulottuvat yläpinnalta 3 lohkon alapinnalle. Reiät, lohkon alapinta, päädyt ja toinen sivu on pinnoitettu johtavalla aineella, esim. hopea-kupari-seoksella. Myös yläpinta 3 voidaan pinnoittaa lukuunottamatta kapeata rengasmaista 35 aluetta reikien 2lf 23 ja 23 yläreunan ympärillä. Lohkon pinnoittamattomalle sivulle 4 muodostetaan maskin avulla johdinkuvio 5, joka kiertää nauhana myös sivun reunoilla. Maskin avulla muodostetaan myös kontaktitäplät 9, 10 ja 11 5 87853 kunkin resonaattorin kylkeen. Samalla maskilla muodostetaan myös keksinnön mukaiset resonaattoreiden väliset johtavat alueet 14 ja 15, jotka ulottuvat lohkon alareunasta, jossa ne yhtyvät sivun 4 alareunassa kulkevaan johtavaan nauhaan, 5 lohkon yläreunaan, jossa ne yhtyvät yläreunassa kulkevaan johtavaan nauhaan. Maskin avulla lohkon sivulle muodostettu johdinkuvio on esitetty kuvassa vinoviivoituksella. Lohkon päätypinta, joka on yksi pinnoitetuista sivuista, on myös esitetty vinoviivoituksella. Maskilla muodostettuun johdin-10 kuvioon liitetään tarpeelliset komponentit ja johtimet signaalin kytkemiseksi suodattimeen, resonaattoreiden kytkemiseksi toisiinsa ja signaalin johtamiseksi ulos suodattimesta. Suurtaajuussignaali tuodaan johtimella IN resonaattorin A keskellä olevaan kytkentäpisteeseen 9. Tämän pisteen 15 ja sivun alareunassa olevan johtavan nauhan väliin on kytketty palakondensaattori 6. Resonaattorista A signaali viedään johdinlangan 12 kautta toisen resonaattorin B kyt-kentätäplään 10, joka on myös palakondensaattorin 7 kautta kytketty sivun alareunan johtavaan nauhaan. Johdinlanka 12 20 edustaa määrättyä induktanssia. Vastaavalla tavalla on resonaattori B kytketty resonaattoriin C induktanssia edustavan johdinlangan 13 avulla ja kytkentätäplä 11 on kytketty sivun alareunan johtavaan nauhaan palakondensaattorilla 8. Signaali viedään täplästä 11 ja siten suodattimesta 1 ulos 25 johtimella OUT. Jotta kytkentä toimisi estosuodattimena, ei resonaattoreiden A, B ja C välillä saa olla mitään kytkentää dielektrisen materiaalin kautta, vaan kytkennän pitää tapahtua vain johdinlankojen 12 ja 13 kautta. Tämä on mahdollista vain siten, että resonaattoreiden väliin on sijoi-30 tettu kuvan osoittamalla tavalla johtavat alueet 14 ja 15.

On havaittu, että johtavien alueiden mitoilla voidaan saada aikaan resonaattoreiden välisen induktiivisen ja kapasitii-visen kytkennän lähes täydellinen kumoutuminen, jolloin muodostuu lähes täydellinen sähköinen "väliseinä" resonaatto-35 reiden väliin. Tämä mahdollistaa kytkennän toimimisen estosuodattimena, jolla on määrätty estokaista. Kaistanleveys Ja koski taajuus määräytyvät maskin avulla tehdystä Johdinku-viosta ja keskitetyistä induktansseista ja kapasitansseista, 6 87853 joten näitä varioimalla voidaan saada haluttu estosuodatin. Johdinkuvion muodostamisen ja komponenttien kiinnityksen jälkeen lohkon sivu peitetään metallisella suojakannella siten, että sen ja lohkon sivupinnan väliin jää pieni väli.

5

Joissakin tarkoituksissa on ehkä tarpeen pienentää resonaat-toreiden välistä isolaatiota. Tällöin voidaan järjestää resonaattoreiden välille hallitusti kytkentä kuvan 2 mukaisesti. Kuvassa käytetään samoja viitenumerolta kuin kuvassa 10 1, mutta erilliset kytkentävälineet on yksinkertaisuuden vuoksi jätetty pois. Resonaattoreiden välistä kytkentää voidaan lisätä siten, että resonaattoreiden välistä johtavaa aluetta lyhennetään, kuten resonaattoreiden A ja B välisessä johtavassa alueessa 14 on menetelty, tai johtavaa aluetta 15 kavennetaan, kuten resonaattoreiden B ja C välisessä johtavassa alueessa 15 on menetelty. Voidaan myös käyttää näiden yhdistelmiä. Sillä, kummasta päästä johtavaa aluetta lyhennetään, on oma merkityksensä resonaattoreiden välisen kytkennän luonteeseen.

20

Kuva 3 esittää keksinnön mukaisesti valmistetun yhden keraa-mipalan estosuodattimen todellista mitattua vaimennuskäyrää. Toteutettu suodatin on tarkoitettu erityisesti vaimentamaan taajuusaluetta 890 - 915 MHz, joka on GSM- matkapuhelinjär-25 jestelmän lähetystaajuusalue, jolloin suodatin sopii käytettäväksi esim. antennisuodattimen yhteydessä vastaanotinhaa-rassa. Käyrästä I, joka on vaimennuskäyrä, nähdään, että vaimennus on suuri merkkien 1 ja 2 välillä, suurempi kuin 40 dB, joka on juuri mainittu taajuusalue, jonka jälkeen 30 vaimennus lähenee nopeasti nollaa. Tämä on edullista, jotta lähettimen taajuus ei pääsisi vastaanottimelle. Käyrä 11 esittää suodattimen sovitusta.

Käyttämällä keksinnön mukaista johtavaa aluetta resonaatto-35 reiden välissä, saadaan siis aikaan "sähköinen väliseinä" resonaattoreiden väliin. Tästä on paljon etuja. Estosuoda-tinta ei tarvitse koota erillisistä pinnoitetuista resonaat-toripaloista, vaan voidaan käyttää yhtä ainoata keraamista 7 87 8 5 3 runkoa. Tämä säästää sekä työvaiheita että materiaalia.

Koska tarvittavat kytkennät tehdään maskin avulla keraami-rungon sivuun, voidaan samaa runkoa käyttää sekä estosuodat-timen valmistamiseen että päästösuodattimen valmistamiseen, 5 jolloin päästösuodatin konstruoidaan esim. suomalaisten patenttihakemusten FI-892855 tai FI-892856 mukaisesti. Estosuodattimen ominaisuuksia voidaan helposti varioida muuttamalla maskia ja komponenttiarvoja.

10

Claims (5)

8 87853

1. Keraaminen estosuodatin, joka käsittää kaksi tai useampia resonaattoreita, jotka muodostuvat dielektristä ainetta olevista lohkoista (A, B, C), joissa on yläpinnalta alapin- 5 nalle ulottuva sähköä johtavalla aineella pinnoitettu reikä (2j, 22, 23) ja joiden ylä-, ala- ja sivupinnat on ainakin osittain peitetty sähköä johtavalla kerroksella, kytkentävälineet ja kytkentäkuviot signaalin johtamiseksi suodattimeen ja resonaattoreihin kytkeytymistä varten sekä 10 lähtösignaalin johtamiseksi suodattimesta ulos, tunnettu siitä, että resonaattoreiden lohkot (A, B, C) muodostavat yhden ainoan keraamisen lohkon (1), jonka yksi sivupinta ei ole kokonaan pinnoitettu sähköä johtavalla aineella ja 15 että tällä sivupinnalla on kohtisuoraan alareunasta yläreunaan kulkevat sähköä johtavaa ainetta olevat nauhamaiset alueet (14; 15), jotka sijaitsevat resonaattoreiden (A ja B, B ja C) välisellä alueella ja joiden mitat on valittu sellaisiksi, että ne olennaisesti kumoavat resonaattoreiden 20 välisen sähkö- ja magneettikentän.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keraaminen estosuodatin, tunnettu siitä, että johtava nauhamainen alue (14; 15) ei ole jatkuva, jolloin epäjatkuvuuskohdan pituudella vaikute- 25 taan viereisten resonaattoreiden (A, B tai B, C) väliseen kytkentään.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keraaminen estosuodatin, tunnettu siitä, että johtava nauhamainen alue (14; 15) on 30 kapeampi kuin mitä vaaditaan resonaattoreiden välisen sähköjä magneettikentän kumoamiseksi, jolloin alueen leveyttä muuttamalla vaikutetaan viereisten resonaattoreiden (A, B tai B, C) väliseen kytkentään.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keraaminen estosuodatin, tunnettu siitä, että kytkentävälineet, kytkentäkuviot sekä johtavat alueet (14; 15) sijaitsevat samalla sivupinnalla 9 87853 (4) ja tätä sivupintaa (4) peittävä sähköä johtava kerros on erillinen johtavaa ainetta oleva kansi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen keraaminen estosuodatin, 5 tunnettu siitä, että johtava nauhamainen alue (14; 15) aikaansaadaan suodattimen sivupintaan (4) samalla maskilla, jolla kytkentäkuviot siirretään mainittuun sivupintaan.