CN1249854A - 介电滤波器及调节其带通特性的方法 - Google Patents

Abstract

一种介电滤波器(10)包括分别设置在各平行平面中的至少两个条形线谐振器(20、40),及夹置在它们之间的介电层(10d、10e),这两个条形线谐振器彼此电磁耦合。两个条形线谐振器(20、40)中的每个包括在其近端接地的第一条形线部分及从第一条形线部分的远端沿与第一条形线部分延伸的相同方向延伸的第二条形线部分。第一条形部分的宽度稍小于第二条形线部分的宽度。第二条形线部分的侧边缘相对于第一条形线部分的侧边缘在垂直于第一及第二条形线部分延伸方向的相同方向上发生位移。

Description

介电滤波器及调节其带通特性的方法

本发明总地涉及适用于高频无线电装置、如移动式电话的介电滤波器，并尤其涉及一种小型芯片型介电滤波器，它通过层叠的介电层及在其中夹置的多个电极构成。本发明也涉及调节这种介电滤波器的带通特性的方法。

对于使便携式无线电通信装置、如移动式电话的高频滤波器的小型化需求正在增长。这种高频滤波器应具有良好的频率选择性及同时必需能以低成本制造。作为能满足上述需求的高频滤波器，已经推荐一多层结构的陶瓷滤波器，其中布置了条形线电极作为谐振器(例如可参考WO 96/19843)。该类介电滤波器的优点在于其尺寸能被减小，因为借助所使用的陶瓷介电材料之高介电常数使其中使用的信号有效波长变短，由此可缩短谐振器的长度。

但是其中使用了高介电常数之介电材料的上述类型的介电滤波器具有的缺点是，它的频率特性通过其中所设电极尺寸的小小变化而受到很大地影响。为此原因，用在该类介电滤波器中的介电材料之介电常数被一定的上限值所限制，该上限值通常约为100。作为能通过具有这种有限介电常数的介电材料进一步减小尺寸的介电滤波器，例如已在日本专利申请公开文献No.7.312503中提出一种具有专门设计形状之谐振器电极的所谓SIR(分级阻抗谐振器)类介电滤波器。SIR类型的每个谐振器包括一在其近端接地的窄的第一谐振器部分(高阻抗的)，及一与第一谐振器部分的远端相连接的宽的第二谐振器部分(低阻抗的)，该第二谐振器部分的远端张开。该类型的SIR谐振器在同一频率时可作得较短，因此滤波器可进一步减小尺寸。但是，上述SIR型介电滤波器的缺点在于：电流集中在窄的第一谐振器部分上，从而产生了较大的损耗，由此引起滤波器插入损耗的增加。

因此，本发明的一个目的是提供一种小尺寸及具有低插入损耗的SIR型介电滤波器。

本发明的另一目的是提供一种其频率特性能以简易方式调节的介电滤波器。

本发明的又一目的是提供一种容易及精细地调节这种介电滤波器之带通特性的方法。

为了实现以上目的，根据本发明的介电滤波器的特征在于：该介电滤波器包括：至少两个条形线谐振器，它们分别配置在平行的平面上并彼此电磁耦合，在其中间夹安置至少一个介电层，该至少两个条形线谐振器的每个包括一在其近端接地的第一条形线部分，及一从第一条形线部分的远端沿与第一条形线部分延伸的相同方向而延伸的第二条形线部分，第一条形线部分的宽度稍小于第二条形线部分的宽度，第二条形线部分的侧缘相对于第一条形线部分的侧缘在垂直于第一及第二条形线部分延伸方向的相同方向上发生位移。

借助具有上述结构的滤波器，由于该条形线谐振器之第一条形线部分的宽度仅仅稍小于第二条形线部分的宽度，则该第一条形线部分具有的电流密度将低于传统的SI型谐振器之电流密度并因而具有较低的损耗。因此，该滤波器将具有较低的插入损耗。

根据本发明的上述介电滤波器可具有至少一个大致方形的切口，其形成在至少一个条形线谐振器的第二条形线部分中并在其至少一个侧缘上。通过设置这些切口，就可在这些谐振器中产生附加的电感及电容，以使该滤波器的中心频率能被降低，此外，截止特性也将被改善。另外，可通过调节这些切口的位置、深度和/或宽度来精细地调节该滤波器的带通特性。

根据本发明的介电滤波器可在夹置于条形线谐振器之间的至少一个介电层上置有至少一个条形调谐电极，用于调节条形线谐振器之间的电磁耦合，至少一个条形调谐电极的至多一端被接地。利用该结构，就能够精细地调节该滤波器的带通特性。

根据本发明的介电滤波器还可具有至少另一设在条形线谐振器外的介电层，在其上设有一电容电极，用于与至少一个条形线谐振器的第二条形线部分电容性地耦合。利用该结构，可以降低和/或调节该滤波器的中心频率。

根据本发明的这种滤波器之带通特性调节方法的特征在于：对相关的第二条形线部分中之切口的深度、宽度和/或位置进行调节。根据该方法，可以容易及精细地调节该滤波器的带通特性。

以下将参照附图来描述本发明的实施例，其附图为：

图1是根据本发明第一实施例之介电滤波器的分解透视图；

图2是图1中实施例的前视图；

图3是图1中实施例的右侧视图；

图4是图1中实施例的介电层10c的平面图；

图5是图1中实施例的介电层10d的平面图；

图6是图1中实施例的介电层10e的平面图；

图7是图1中实施例的介电层10f的平面图；

图8是图1中实施例的介电层10g的平面图；

图9是图1中实施例的等效电路图；及

图10是根据本发明第二实施例之介电滤波器的分解透视图；

图1至8表示根据本发明第一实施例的介电滤波器10。该滤波器是块状型(或芯片型)的，并通过层叠及烧结8个矩形的介电片10a至10h和在它们之间夹置多个薄膜金属电极而构成。每片是由陶瓷材料作的并具有相应的预定厚度。该滤波器10在其一对相反对置的端侧面上(这些侧面中的一个表示在图2中)分别设有接地端电极11a及11b，每个接地端电极完全地覆盖着相关的侧面。该滤波器10在另一对相反对置的端侧面(这些端侧面中的一个表示在图3中)上分别设有条形输入/输出端电极12a及12b，其中每个沿滤波器10的厚度方向延伸在相关侧面的中央部分上。

位于该滤波器一个表面(图1中上表面)侧上的介电片10a被设置成用于保护的目的。该保护介电片10a与介电片10b相邻，后者在其面对该片10a的表面上设有屏蔽电极14，该屏蔽电极实质上完全覆盖了该表面，但将延伸在片10b两相反端侧(图1中较短侧)从空缺部分13及13除外。这些空缺部分13及13被设来防止屏蔽电极14与输入/输出端电极12a及12b发生短路。

介电片10b与介电片10c相邻，后者在其面对片10b的表面上设有输入电极16，该输入电极从与输入端电极12a相邻的片10c的那侧(标记为15)之中央部分延伸在实质上垂直于该侧15的方向上。输入电极16具有一远的半拉部分16a，该部分比其近的半拉部分16b宽得多。该介电片10c在与上述相同的表面上还设有条形电容电极18，它沿与接地端电极11a相邻的侧边延伸。电容电极18配置在输入电极16的远半拉部分16a的(横向)侧旁。

介电片10c与介电片10d相邻，后者在其面对片10c的表面上设有一谐振器电极20，它用作第一条形线谐振器。该谐振器电极20包括一近谐振器部分20a，它从片10d与接地端电极11b相邻的侧边部分以恒定宽度W1延伸在基本垂直于该侧的方向上，及被该近谐振器部分20a从其伸出的那个侧边部分要从该侧边的中央朝输入端电极12a产生位移。该谐振器电极20还包括一远的谐振器部分20b，它从近谐振器部分20a的末端以恒定宽度W2延伸出来，该宽度稍大于近谐振器20a的宽度，并在与近谐振器部分20a延伸的相同方向上延伸。该远谐振器部分20b的远端假定为一方形自由端。该远谐振器部分20b的轴线相对于近谐振器部分20a的轴线被朝输出端电极12b的方向偏移，以致该远谐振器部分20b在输入端电极12a侧的侧边缘相对近谐振器部分20a在输入端电极12a侧的侧边缘被朝着输出端电极12b方向偏移了一距离W3。该距离W3可取大于零的任何值，并在距离W3为零的情况下，该远谐振器部分20b在输入端电极12a侧的侧边缘与近谐振器部分20a在输入端电极12a侧的侧边缘相互对齐。当从滤波器10的厚度方向上看时，远谐振器部分20b的远端部分与上述电容电极18相重叠。远谐振器部分20b在朝输出端电极12b的那侧上并在其一部分中制有一预定宽度及深度的、实质为方形的切口21，它基本上位于该谐振器部分其长度方向的中央。

介电片10d与介电片10e相邻，后者在其面对片10d的表面上设有一第一条形调谐电极23，一第二条形调谐电极24及一第三条形调谐电极25。第一调谐电极23从与接地端电极11b相邻的片10e的那侧边之中央部分作垂直于该侧边地朝该片的中心部分延伸。第二调谐电极24距上述电极23的远端为一预定距离地配置，并在垂直于电极23之轴线的方向上延伸一预定长度。第三调谐电极25距电极24为一预定距离地配置并对着接地端电极11a，及平行于电极24地延伸。

介电片10e与介电片10f相邻，后者在其面对片10e的表面上设有一电极40，它相对于将图1中滤波器10分成左、右两半拉部分的一个虚平面与介电片10d上的电极20形成对称。介电片10f与介电片10g相邻，后者在其面对着片10f的表面上设有电极36及38，它们相对于上述的虚平面与介电片10c上的电极16及18形成对称。与谐振器电极20相对应的介电片10f上的电极40构成该滤波器的一第二条形线谐振器，并包括一近谐振器部分40a及一在其中形成切口41的远谐振器部分40b。与输入电极16相对应的介电片10g上的电极36构成该滤波器的一输出电极，而与电容电极18相对应的介电片10g上的电极38构成该滤波器的一第二电容电极。

介电片10h与上述介电片10g相邻并配置在该滤波器的另一表面侧(图1中的下表面)上，它的设置是用于保护及屏蔽的目的。该介电片在其面对着片10g的表面上设有类似于屏蔽电极14的屏蔽电极34。

现在将参照其等效电路来描述具有上述结构的滤波器10的功能。

图9表示图1至图8中所示介电滤波器10的等效电路。如图9中所示，与滤波器10的输入端电极12a相对应的输入端112a通过输入电极16及谐振器电极20之间的一个电容116与第一谐振器电路120相连接，后者相应于第一谐振器电极20。谐振电路120的非接地端通过一位于两个谐振器电极20及40之间的电容130与第二谐振电路140相连接，后者相应于第二谐振器电极40。第二谐振电路140的非接地端通过一位于谐振器电极40及输出电极36之间的电容136与输出端112b相连接，后者相应于输出端电极12b。

在该等效电路的上述部分中，由于谐振器电极20及40具有此传统的SIR型波滤器的谐振器宽的近谐振器部分，故在这些谐振器部分中的电流密度相对较低。因此，在相应通带中，如谐振电路120及140所示的在这些谐振器上的导电损耗就较低，以致于使得根据本发明的滤波器10的插入损耗要比传统SIR型滤波器的插入损耗有实质性的降低。但是，由于增加了谐振器电极20及40的近谐振器部分的宽度，故这些谐振器具有较低的阻抗，尤其是其电感分量小于传统的SI(分级阻抗)谐振器的电感分量。其结果是，通过滤波器10的谐振器降低中心频率的影响小于传统的SI谐振器。例如，当与普通条形线谐振器相比，传统的SI谐振器具有降低中心频率之作用约为600MHz时，与普通条形线谐振器相比，根据本发明之滤波器10的谐振器仅具有约为400MHz的降低中心频率的影响。

鉴于以上事实，根据本发明的滤波器10还包括电容电极18及38，它们不仅用于相对谐振器电极20和40形成附加电容，耐用还用于将谐振器电极20和40上的电荷拉向其张口端，由此引起这些谐振器电极的电感分量增大。因此，如谐振电路120及140所示的谐振器共振频率被降低。

在上述谐振器的中心频率仅通过设置电容电极18及38而降低的情况下，非常有可能引起：电容电极18及38和谐振器电极20及40之间距离的小变化造成中心频率的大变化。为此原因，在根据本发明的滤波器10中，不是限制电容电极的尺寸，而是分别在谐振器电极20及40的远谐振器部分中设置切口。

因为谐振器电极20及40的远谐振器部分20b及40b上这样地形成了切口21和41，即在这些谐振器部分中电流将沿各切口的边缘流动，结果是在这些谐振器中产生了附加电感及电容。这些附加于谐振器电极20及40(即在谐振电路120及140)上的附加电感及电容的作用可表达为谐振电路121及141，它们分别与谐振电路120及140并联地连接，如图9中所示。因此，与未设置切口的情况相比，谐振器电极20及40的谐振频率有实质性的降低。可以理解，通过改变切口21及41的位置、尺寸(宽度及深度)和/或另外的参数，就可以对滤波器10的带通特性进行精细调节。同样可以理解，由于如谐振电路121及141所示的切口产生了分布在通带高频侧的频率区域中的衰减极，故改善了滤波器10的截止特性。

设在片10e上的电极23、24及25用于调节谐振器电极20和40之间的耦合，并可用图9中的等效电路150来表达。电极23、24及25产生了在截止频率区域中的衰减极。例如，电极23作为一种槽型滤波器工作，并具有小于谐振器20及40的长度。因此电极23具有的谐振点位于比滤波器10的通带中心频率高得多的频率上，由此改善了滤波器10的截止频率。

在上述实施例中，切口21及41设在谐振器电极20及40的远谐振器部分中之特定侧边缘上。但是，该切口也可设在各远谐振器部分的任何一侧边缘上。此外，切口的数目不必限制于一个，也可多于一个。并且，每个介电片10a至10h可选择为各自所需的厚度，其中每个片10b、10c、10f及10g的厚度最好这样地选择，以使得反射衰减量为最佳。

现在将参照图10来描述根据本发明第二实施例的介电滤波器。

根据该第二实施例的介电滤波器210与根据第一实施例的滤波器10的区别在于以下的方面。在滤波器210中，三个介电片210i、210j及210k被夹置在介电片210d及介电片210f之间，在介电片210d上设有第一谐振器电极220，及在介电片210f上设有第二谐振器电极240。在介电片210i、210j及210k上分别设有电极226、227及228，用于调节谐振器电极220及240之间的耦合。

设在片210i上的条形电极226具有一预定长度并配置在分别距离接地端电极211a及211b为预定的距离上，且平行于它们地延伸。当从滤波器210的厚度方向看时，电极226部分地与谐振器电极220的远谐振器部分重叠。在片210k上的电极228与电极226相对于将图10中滤波器210划分成左、右两半拉的一个虚平面形成对称。

设在片210j上的电极227构成一SI型谐振器，并包括一近谐振器部分227a及远谐振器部分227b，该近谐振器部分在其近端与接地电极211b相连接并从该接地电极垂直地以恒定宽度朝片210j的中央部分延伸，及远谐振器部分227b从近谐振器部分以增大的恒定宽度进一步延伸并具有一敞开的远端。远谐振器部分227b具有形成在其两侧缘部分上的切口229a及229b。

借助根据上述第二实施例的滤波器210，可以获得类似于第一实施例的滤波器10所获得的有利效果。同样要中以根据电极226至228的位置、形状及尺寸来调节滤波器210的带通特性。

Claims (9)

1.一种介电滤波器，包括分别设置在各平行平面中的至少两个条形线谐振器，及夹置在它们之间的至少一个介电层，这两个条形线谐振器彼此电磁耦合，所述介电滤波器的特征在于：该至少两个条形线谐振器的每个包括一在其近端接地的第一条形线部分，及一从第一条形线部分的远端沿与第一条形线部分延伸的相同方向延伸的第二条形线部分，第一条形线部分的宽度稍小于第二条形线部分的宽度，第二条形线部分的侧边缘相对于第一条形线部分的侧边缘在垂直于第一及第二条形线部分延伸方向的相同方向上发生位移。

2.根据权利要求1的介电滤波器，其特征在于，所述第二条形线部分的一个侧边缘相对于所述第一条形线部分的相应侧边缘的位移基本上为零。

3.根据权利要求1或2的介电滤波器，其特征在于，在至少一个所述条形线谐振器的第二条形线部分中并至少在其一个侧边缘上形成一大致为方形的切口。

4.根据权利要求1至3中任一项的介电滤波器，其特征在于，在夹置于所述条形线谐振器之间的至少一个介电层上设有至少一个条形调谐电极，用于调节所述条形线谐振器之间的电磁耦合，并且，至少一个条形调谐电极的至多一端被接地。

5.根据权利要求4的介电滤波器，其特征在于，所述至少一个条形调谐电极包括：一在其一端接地的并与所述条形线谐振器相同方向延伸的第一调谐电极，及至少一个在浮动电位状态的并以垂直于所述条形线谐振器延伸方向(之方向)延伸的第二调谐电极。

6.根据权利要求4的介电滤波器，其特征在于，夹置于所述条形线谐振器之间的所述至少一个介电层包括：一第一介电层，在其上设有一在其一端接地的并与所述条形线谐振器相同方向延伸的第一调谐电极；及一第二介电层，在其上设有至少一个在浮动电位状态的并垂直于所述条形线谐振器延伸方向延伸的第二调谐电极。

7.根据权利要求1至6中任一项的介电滤波器，其特征在于，所述滤波器包括配置在所述条形线谐振器外的至少另一介电层，在其上设有一电容电极，用于与至少一个所述条形线谐振器的所述第二条形线部分电容性地耦合。

8.根据权利要求1至7中任一项的介电滤波器，其特征在于，每个介电层当从其厚度方向看时具有一矩形形状，所述至少两个条形线谐振器为一对条形线谐振器，这些条形线谐振器中一个的第一条形线部分从其上设有这个条形线谐振器的介电层之一个长边的一部分上延伸出来，并该部分靠近该同一介电层之基本上垂直于所述长边方向的一个短边，所述一个条形线谐振器的第二条形线部分相对于所述第一条形线部分朝所述介电层的另一短边方向上偏移；所述对的条形线谐振器之另一个则相对该对条形线谐振器的所述一个(谐振器)是镜像逆转的关系。

9.用于调节根据权利要求3至8中任一项的介电滤波器之带通特性的方法，其中，对相关的第二条形线部分中切口的深度、宽度和/或位置进行调节。

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