專利名稱：使用非線性諧振器陣列的介電濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求保護(hù)1999年8月6日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)60/147,676號(hào)的權(quán)益。
陶瓷片起著濾波器的作用，因?yàn)檫@些諧振器在每兩個(gè)相鄰諧振器之間是電感耦合和/或電容耦合的。這些耦合是由設(shè)計(jì)在陶瓷片頂表面上的電極圖形并用諸如銀或銅這類導(dǎo)電材料鍍覆而形成的。更具體地說且參考

圖10A-D，示出了具有兩個(gè)孔103和105的陶瓷片101。除了在其中穿過兩個(gè)孔103和105的前開放面107外，所有的表面都鍍以銀。由于孔的尺寸、它們的鄰近性和導(dǎo)電鍍層，這兩個(gè)孔103和105是相互間電感和電容耦合的。但是，片101不能作為一個(gè)濾波器來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@些耦合相互抵銷。
為了形成一個(gè)濾波器，在面107上要印刷一個(gè)導(dǎo)電材料的圖案，如圖10B所示。在這一實(shí)施例中圖形A和A′增強(qiáng)了孔103和105之間的電容耦合。雖然電容耦合是增強(qiáng)了，但電感耦合仍基本上保持不變。這是因?yàn)殡姼旭詈现饕强椎闹睆?、形狀和孔間距離的函數(shù)。這些參數(shù)在圖10A和10B中是相同的。
在圖10B中電容耦合可以通過調(diào)節(jié)參數(shù)L和G而被調(diào)整。通過減少G或者增加L，電容耦合就得以增強(qiáng)。通過在開放面107上印刷線條M，也可以減弱電容耦合而使電感耦合變得更強(qiáng)。圖10C中簡單的線條M比起圖10D中的斷線條M′對(duì)片狀濾波器101的電容耦合有更大的減弱作用。
陶瓷濾波器在本技術(shù)領(lǐng)域中是公知的，并在例如美國專利4,431,977、4,716,391、和5,783,980號(hào)中有一般說明，所有這些都在此合并供參考就像在此作了充分的提出一樣。
關(guān)于它的性能，在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的，介電陶瓷濾波器的帶通特性是隨著陶瓷片中穿過孔的數(shù)量的增加而變尖銳的。所需的孔數(shù)取決于對(duì)濾波器所希望的衰減性質(zhì)。一般說來單向通信濾波器至少需要兩個(gè)孔而雙向通信則需要三個(gè)以上的孔。這在圖1中有說明，其中曲線10表明比起曲線12和14具有較少孔的濾波器的頻率響應(yīng)。很明顯，曲線14在所示的三種響應(yīng)中是最尖銳的，它是有最多孔數(shù)的濾波器的響應(yīng)。參閱圖2，可以看到，在使用了穿過陶瓷片的陷波孔(traphole)的情況下某一特定陶瓷濾波器的帶通特性也會(huì)變得尖銳。實(shí)線的曲線21表示沒有高端陷波的濾波器的響應(yīng)。虛線曲線23則表示具有高端陷波的同一濾波器的響應(yīng)。
陷波孔，或者通常就把它們簡稱為陷波，是指諧振在不同于主濾波器孔頻率下的諧振器，這些主濾波器孔通常就簡稱為孔。它們被設(shè)計(jì)成諧振在不希望要的頻率上。這樣，這些孔傳送所希望要的頻率的輸入信號(hào)而陷波則去除不論在低端或高端的不希望要的輸入信號(hào)。濾波器的特性就以這種方式來定義，即高通、低通、或帶通。陷波離孔的距離要大于孔之間的距離以避免孔和陷波之間的相互干擾。如圖3所示，孔31之間相互分開一個(gè)距離D，而在陷波33與最靠近陷波33的孔之間距離為2D。精確的距離D是為了實(shí)現(xiàn)規(guī)定的性能時(shí)設(shè)計(jì)選擇之一。D的優(yōu)選范圍通常是在1到10mm之間。按照傳統(tǒng)，陷波離孔的距離為1.5D到2D。
按照常規(guī)，陶瓷濾波器中孔41和陷波43是沿著一條直線定位的，如圖4所示。這樣的設(shè)計(jì)和上面提到的間距的要求限制了濾波器所能縮小其尺寸的限度。具體說，給定的濾波器的性能指標(biāo)是它的寬度、長度、孔的數(shù)量和孔的直徑的函數(shù)。通常的長度是2到20mm。濾波器的寬度是濾波器中孔的數(shù)量的函數(shù)。一般說來，片狀濾波的寬度的范圍為2到70mm。減少孔的數(shù)量、孔的直徑或孔之間的距離將會(huì)影響濾波器的性能。因此，希望能設(shè)計(jì)一種介電陶瓷濾波器，它能有效地減少給定濾波器的尺寸而維持它的給定的性能指標(biāo)。
發(fā)明概述因此，希望設(shè)計(jì)一種盡可能最小封裝的片狀濾波器，且與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的具有給定的孔數(shù)的濾波器相比在性能上不會(huì)有明顯的損失。按照本發(fā)明，通過消除一個(gè)或多個(gè)陷波孔并把一個(gè)或多個(gè)孔定位于偏離分割至少兩個(gè)孔的直線，就可以比常規(guī)設(shè)計(jì)減少具有給定性能指標(biāo)的介電陶瓷濾波器的尺寸。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)孔被定位于偏離中心線時(shí)，各個(gè)孔之間所達(dá)到的外加的相互作用提供了衰減性能，而這種衰減性能在此之前只有在外加陷波孔時(shí)才是可能的。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，一個(gè)常規(guī)的五孔陶瓷濾波器的性能指標(biāo)可以用三個(gè)孔的濾波器來實(shí)現(xiàn)，其中各個(gè)孔被定位為形成一三角形的各個(gè)頂點(diǎn)并且是在特定尺寸范圍以內(nèi)。所得濾波器的寬度約為它所能取代的常規(guī)五孔濾波器的寬度的50％。當(dāng)然也可能有別的幾何安排。
圖2表明陷波在去除高端頻率中的有效性。
圖3是在常規(guī)的陶瓷片濾波器中孔之間和孔與陷波之間的間隔的表示。
圖4是一種常規(guī)介電陶瓷濾波器其孔和陷波位于一條直線上時(shí)頂表面的平面圖。
圖5A是常規(guī)的五孔介電陶瓷濾波器其所有孔都在一直線上時(shí)的斜視圖。
圖5B是本發(fā)明的一種實(shí)施例的斜視圖，其中可以用具有三個(gè)孔且其寬度尺寸為一半的介電陶瓷濾波器來實(shí)現(xiàn)圖5A的濾波器的性能指標(biāo)。
圖6A表明圖5A的濾波器的各孔之間的相互作用。
圖6B表明圖5B的濾波器的各孔之間的相互作用。
圖7進(jìn)一步表明圖5B的濾波器的各孔之間的相對(duì)間隔。
圖8表示本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖9表示本發(fā)明的第三實(shí)施例。
圖10A表明陶瓷片的開放面的表面，其余各面均鍍以銀。
圖10B表示圖10A的陶瓷片，但在其開放面的表面上印刷了圖案。
圖10C表示圖10B的陶瓷濾波器，它有第二個(gè)印刷的圖案。
圖10D表示圖10C的陶瓷濾波器，它有第三個(gè)印刷的圖案。
發(fā)明的詳細(xì)說明參考圖5A，這里示出了一個(gè)寬度為7.4mm的常規(guī)5極濾波器。按照本發(fā)明，可以設(shè)計(jì)出一個(gè)具有3個(gè)孔且寬度為3.5mm的較小的濾波器，但具有與圖5A的濾波器相同的特性。這樣的一個(gè)濾波器示于圖5B。參閱圖6A和6B，濾波器寬度的減少是通過消除陷波1和5并把孔3移到偏離于按常規(guī)由孔2、3和4所形成的直線而實(shí)現(xiàn)的。在常規(guī)的直線配置下，只有孔3能和孔2和孔4相互作用。通過把孔3按照本發(fā)明移開該直線，不僅可使孔3和孔2與4相互作用，孔2和4也能彼此相互作用。這種外加的相互作用建立起一種陷波作用，消除了對(duì)末端陷波孔的需要。其結(jié)果是一個(gè)具有五孔濾波器性質(zhì)的陶瓷濾波器，但有更小的封裝。
本發(fā)明的三角形陶瓷濾波器優(yōu)選地設(shè)計(jì)成三個(gè)孔定位于三角形的各頂點(diǎn)。三孔配置應(yīng)該是這樣的，即L2等于或大于0.5L1，并且等于或小于1.5L1,L1和L2均示于圖7中。此外，各個(gè)孔離陶瓷片的邊緣不應(yīng)小于1mm。對(duì)于這個(gè)具體的實(shí)施例，其寬度約為7mm的五極濾波器通常能實(shí)現(xiàn)的特性可以用這樣一個(gè)其寬度為約3mm的實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的三角形設(shè)計(jì)也同樣可以用來取代4孔濾波器。如上所指出的，關(guān)鍵之點(diǎn)是設(shè)計(jì)各個(gè)孔和它們的相對(duì)位置，以便通過將一個(gè)內(nèi)部的孔從常規(guī)的直線上移走而實(shí)現(xiàn)的增大的相互作用能起到被消除的陷波的作用。
根據(jù)上面的原理，有可能設(shè)計(jì)具有各種不同配置的加外孔的更大的濾波器，如圖8和9所示的那些濾波器。參閱圖8所示的方形的4極配置，這里示出了L1和L2的尺寸。和圖7的三角形配置相似，L2不應(yīng)小于0.5L1且不大于1.5L1。同樣，圖9的配置實(shí)際上是類似于圖7的兩個(gè)三角形配置的相連。這里同樣L2不應(yīng)小于0.5L1且不大于1.5L1。此外，和三角形配置相同，圖8和9的孔的配置離瓷片的邊緣至少應(yīng)為1mm。
片狀濾波器的制造在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的，這包括在電介質(zhì)上敷上導(dǎo)電材料的過程。如上所述，銅或銀是通常被選用的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料通常覆蓋全部底面、孔的內(nèi)壁和瓷片的外部側(cè)壁。這是用若干已知方法中的某種方法來完成的。這些方法包括浸鍍、噴鍍或?qū)~或銀膏印刷在電介質(zhì)上并烘烤涂覆過的電介質(zhì)。其它方法包括電鍍或無電鍍，它們也是本技術(shù)領(lǐng)域中已知的過程。
按照本發(fā)明制成的濾波器可以是單向通信用的(單一濾波器)或雙向通信用的(例如發(fā)射機(jī)濾波器和接收機(jī)濾波器兩者的組合)。
上面僅僅說明了本發(fā)明的原理。熟悉本技術(shù)的人們將能夠設(shè)計(jì)出各種修改，這些修改雖然沒有在這里明確說明或示出，卻體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，因此是在它的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種濾波器，包括一介電材料片，其具有一頂表面、一底表面、將所說的頂表面和所說的底表面沿著該片的寬度方向連接起來的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁，和將所說的頂表面和所說的底表面沿著該片的高度方向連接起來的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁；從所說的頂表面到所說的底表面延伸穿透該介電材料片的至少三個(gè)孔，所說三個(gè)孔中的至少一個(gè)孔沿著該介電材料的所說的頂表面定位，而使所有所說的孔的中心并不位于單獨(dú)一條直線上，所說的至少三個(gè)孔彼此間有間隔，以便達(dá)到某一帶通特性，這個(gè)特性和具有比所說的至少三個(gè)孔至少要多一個(gè)孔的常規(guī)濾波器的特性相似，其中所說的常規(guī)濾波器的每個(gè)所說的孔的中心基本上位于單獨(dú)一條直線上；和導(dǎo)電材料，基本上覆蓋所說的底表面、側(cè)壁表面和所說的至少三個(gè)孔的內(nèi)表面。
2．如權(quán)利要求1的濾波器，還包括在該介電材料片的所說頂表面上的導(dǎo)電材料的電極圖案，以便將所說的至少三個(gè)孔的每一個(gè)孔電氣耦合到所說的至少三個(gè)孔中相鄰的一個(gè)孔上。
3．如權(quán)利要求1的濾波器，其中所說的至少三個(gè)孔中的三個(gè)孔是布置在該介電材料片的所說頂表面上的，以便使它們看上去作為一三角形的各個(gè)頂點(diǎn)。
4．如權(quán)利要求3的濾波器，其中形成三角形的所說三個(gè)孔的間距是這樣的即從所說孔中的一個(gè)孔到連接所說三個(gè)孔的其余兩個(gè)孔的中心的直線的距離大于所說其余兩孔之間距離的一半，但小于所說其余兩孔之間距離的一倍半。
5．如權(quán)利要求1的濾波器，還包括至少一個(gè)第4孔，且其中所說的至少4個(gè)孔在所說的介電材料片的所說頂表面上被這樣安排，以便形成一矩形的各個(gè)角。
6．如權(quán)利要求5的濾波器，其中形成所說矩形的第一條邊的所說4個(gè)孔中的二個(gè)孔的中心之間的距離不小于形成所說矩形的第二條邊的所說4個(gè)孔中的兩個(gè)孔的中心之間的距離的一半，但不大于形成所說矩形的第二條邊的所說兩個(gè)孔的中心之間的距離的一倍半，所說的第二條邊是垂直于第一條邊的。
7．如權(quán)利要求1的濾波器，其中所說的至少三個(gè)孔被安排成至少兩行，這兩行穿越所說介電材料的所說頂表面的寬度。
8．如權(quán)利要求7的濾波器，其中所說的至少兩行的相鄰行彼此間是偏離的，且其中在相鄰兩行中的相鄰孔中心之間的距離不小于單獨(dú)一行上的兩個(gè)相鄰孔中心之間距離的一半，但不大于單獨(dú)一行上的兩個(gè)相鄰孔中心之間距離的一倍半。
全文摘要
一種高性能小封裝的介電陶瓷濾波器,被設(shè)計(jì)成有一個(gè)或多個(gè)孔的位置偏離于分割至少兩個(gè)孔的直線上。這種配置允許消除至少一個(gè)陷波孔而仍保持濾波器的給定性能指標(biāo)。在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中,在三孔濾波器上實(shí)現(xiàn)了常規(guī)五孔陶瓷濾波器的性能指標(biāo),其中各個(gè)孔被定位以形成一三角形的各頂點(diǎn)。所得濾波器的寬度約為它所能取代的常規(guī)五孔濾波器寬度的50%。在另一實(shí)施例中,同樣的三角形定位可以用來實(shí)現(xiàn)四孔陶瓷濾波器的性能指標(biāo)。
文檔編號(hào)H01P1/20GK1320289SQ00801636
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期2000年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月6日
發(fā)明者北島正彥, 西村浩介, 原田信洋 申請(qǐng)人:宇部電子有限公司