專利名稱：在濾波器通帶高端具有改進(jìn)的電特性的介質(zhì)陶瓷濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在小封裝中有高性能的陶瓷塊濾波器。具體涉及比有同樣可比性能指標(biāo)的常規(guī)濾波器小的高性能介質(zhì)陶瓷濾波器的新設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可減小二次和三次諧波。
背景技術(shù)：
通過其長(zhǎng)度鉆有同軸孔的陶瓷體構(gòu)成諧振器，該諧振器在由陶瓷材料的有效介電常數(shù)和孔長(zhǎng)度確定的特定頻率諧振?？淄ǔＪ菆A形或橢圓形。用多個(gè)諧振器組合構(gòu)成介質(zhì)陶瓷濾波器，每個(gè)諧振器穿過整個(gè)陶瓷塊。從頂表面到底表面，在濾波器的軸向方向每個(gè)孔的深度相同。根據(jù)所要求的頻率和所選陶瓷的介電常數(shù)設(shè)計(jì)選擇濾波器的具體的軸長(zhǎng)。
陶瓷塊和濾波器作用，因?yàn)?，每?jī)蓚€(gè)相鄰諧振器之間是電感和/或電容耦合。用設(shè)計(jì)在陶瓷塊頂表面上的并鍍有諸如銀或銅的導(dǎo)電材料的電極圖形構(gòu)成這些耦合。更具體地說，并參見

圖1A-1D，所示的陶瓷塊101有兩個(gè)孔103和105。除兩個(gè)孔103和105穿過它延伸的前敞開面107之外，全部表面均鍍銀，由于孔的尺寸鄰近并均有導(dǎo)電涂層。因此，兩個(gè)孔105和103相互電感或電容耦合。但是，陶瓷塊101不能構(gòu)成濾波器，因?yàn)?，這些耦合相互抵消掉了。
為了形成濾波器，在面107上印刷導(dǎo)電材料圖形，如圖1B所示。本實(shí)施例中，圖形A和A′增強(qiáng)了孔103與105之間的電容性耦合。由于電容性耦合增強(qiáng)，所以電感性耦合基本上不起作用。其原因是，孔之間的間隔，孔的直徑和形狀主要影響電感性耦合。在圖1A和1B中這些參數(shù)相同。
圖1B中，調(diào)節(jié)參數(shù)L和G能調(diào)整電容性耦合，減小G或增大L能增強(qiáng)電容耦合。敞開面107上印刷線M也能減弱電容耦合，因而增強(qiáng)電感耦合。圖1C上的直徑1比圖1D中的斷線M′對(duì)削弱陶瓷塊濾波器101的電容性耦合的作用更大。
已知的由U.K(英國(guó))專利GB2163606公開的陶瓷濾波器在此引作參考。
關(guān)于它的性能，介質(zhì)陶瓷濾波器的帶通特性隨著陶瓷塊中鉆孔數(shù)量的增加而變得尖銳，根據(jù)所要求的濾波器的衰減性能來確定孔數(shù)。典型的單邊濾波器要求至少有兩個(gè)孔，而雙邊(有發(fā)送濾波器和接收濾波器)要求有3個(gè)以上的孔。這在圖2中的曲線10響應(yīng)的孔數(shù)小于曲線12和14響應(yīng)的孔數(shù)。它表明曲線14是表示響應(yīng)最多孔的濾波器，它是3條響應(yīng)曲線中最尖銳的一條曲線。參見圖3，可以看到，在陶瓷塊中鉆孔的陷波作用使實(shí)際的介質(zhì)陶瓷濾波器的帶通特性也變得尖銳。實(shí)線曲線21表示沒有高端陷波的濾波器的響應(yīng)曲線。虛線曲線23表示有高端陷波的相同濾波器的響應(yīng)曲線。
陷波孔或陷波通稱為諧振器，它們?cè)谂c通常簡(jiǎn)稱為孔的主濾波器孔不同的頻率諧振。它們?cè)O(shè)計(jì)成在不需要的頻率諧振。因此，無論是在高端或低端孔匯集所要求的頻率，而陷波孔去掉不需要的頻率。按此方式確定濾波器的帶寬特性，即高通、低通或帶通特性。
在包括蜂窩電話的許多應(yīng)用中，陶瓷塊濾波器會(huì)產(chǎn)生引起包括噪聲的電氣問題的二次和三次諧波。帶通濾波器的設(shè)計(jì)者和用戶通常都期望濾波器只在設(shè)計(jì)的頻率范圍內(nèi)響應(yīng)。但是，有二次和三次諧波的濾波器會(huì)在濾波器通帶以上的一個(gè)或多個(gè)頻率范圍內(nèi)響應(yīng)。具體地說，由于在陶瓷塊濾波器中用的四分之一波長(zhǎng)諧振器也在四分之三波長(zhǎng)諧振，即在三次諧波諧振，所以產(chǎn)生典型的三次諧波。典型的二次諧波是陶瓷塊濾波器的結(jié)構(gòu)造成的。
控制陶瓷塊濾波器的尺寸能抑制二次諧波。通常用低通濾波器控制三次諧波阻擋這些高頻率范圍。其它方法包括在濾波器中用階躍式阻抗孔。
用低通濾波器和階躍式阻抗的辦法能衰減更高次的諧波，但陶瓷塊濾波器變得更復(fù)雜，因此提高了濾波器的生產(chǎn)成本。而且，用低通濾波器，需要在印刷電路板(PCB)上設(shè)單獨(dú)的低通濾波器，或者，用附加孔來阻擋二次和三次諧波。結(jié)果，與類似的沒有附加的低通濾波器的陶瓷塊濾波器相比，濾波器的尺寸增大，或者，在PCB上需要有額外的空間來安裝附加的低通濾波器。更嚴(yán)重的問題是，因?yàn)樘沾蓧K濾波器的一個(gè)主要性能是在盡可能小的封裝中提供有高性能的濾波器。因此，要求設(shè)計(jì)陶濾波器能減小二次和三次諧波而不增大濾波器的尺寸和生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
通常印有導(dǎo)電圖形的陶瓷塊濾波器的頂表面上印刷金屬帶圖形，并在濾波器的底部接地。金屬圖形在接地側(cè)有沿濾波器的至少一個(gè)邊緣的非金屬線。金屬帶與非金屬線組合用作傳輸線，其的端部短路并控制三次諧波。金屬圖形和非金屬線的寬度是衰減二次和三次諧波的設(shè)計(jì)選擇。
附圖簡(jiǎn)述圖1A是所有其它表面鍍銀的陶瓷塊的敞開表面示意圖；圖1B是圖1A所示陶瓷塊的敞開表面上有印刷圖形的示意圖；圖1C是圖1B所示陶瓷濾波器有第2印刷圖形的示意圖；圖1D是圖1C所示陶瓷濾波器有第3印刷圖形的示意圖；圖2是隨濾波器中孔數(shù)增多，介質(zhì)陶瓷塊濾波器的帶通響應(yīng)的尖銳度增大的曲線圖；圖3是除去高端頻率的陷波效果曲線圖；圖4是按本發(fā)明的有金屬圖形的介質(zhì)陶瓷塊濾波器的頂表面的頂斜視圖；圖5是圖4所示介質(zhì)陶瓷塊濾波器頂面圖形的局部放大圖，它包括非金屬線性部分；圖6是曲線圖，它包括三條曲線<i>無二次諧波的陶瓷塊濾波器的理論響應(yīng)曲線<ii>有二次諧波響應(yīng)的陶瓷塊濾波器的典型響應(yīng)曲線<iii>，有衰減的三次諧波的按本發(fā)明的陶瓷塊濾波器的響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式
電子設(shè)備發(fā)生的信號(hào)通常包括基本信號(hào)和更高次的諧波。一般說，在組合信號(hào)達(dá)到電子設(shè)備的天線并發(fā)送之前，把更高次的諧波的功率電平消除或減至盡可能小的程度是有利的。在沒有特別設(shè)計(jì)元件的情況下，被用來選擇達(dá)到天線的頻率范圍的陶瓷濾波器不能濾掉更高次的諧波。傳統(tǒng)的這些特別設(shè)計(jì)的元件包括低通濾波器和階躍阻抗濾波器。但是，這些設(shè)計(jì)元件的缺點(diǎn)是增大了陶瓷塊濾波器的尺寸，或者，在PCB上需要有附加的低通濾波器。
因此，參見圖4，按本發(fā)明用改進(jìn)的導(dǎo)電圖形衰減二次和三次諧波，而不將它們送達(dá)到天線上與基本信號(hào)一起發(fā)射。參見圖3，濾波器頂表面的邊緣，周圍印刷金屬圖形A，并在濾波器30的安裝面31，(即有1/0電極的側(cè)壁)接地?？芍瞥筛鞣N圖形。最簡(jiǎn)單的方式是濾波器的(多個(gè))側(cè)壁基本上全用導(dǎo)電材料覆蓋并接地，沿濾波器的頂邊緣簡(jiǎn)單印刷金屬帶，使它電連接到側(cè)壁31上的導(dǎo)電材料。當(dāng)然，圖4所示金屬帶A是四個(gè)金屬側(cè)壁31的延伸。
按本發(fā)明，衰減對(duì)應(yīng)二次和三次諧波的信號(hào)電平的金屬帶A在濾波器30的表面上與非金屬線B組合，起傳輸線作用，其端部C接地。該傳輸線起分路作用。調(diào)節(jié)非金屬線B的實(shí)際尺寸來衰減適當(dāng)?shù)念l率，在該例中是衰減三次諧波。
參見圖5，圖5中畫出了從本發(fā)明的陶瓷塊濾波器的頂面伸出的導(dǎo)電圖形的非金屬部分B的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。具體地說，該部分B表示為直線幾何圖形并沿陶瓷塊頂面的一個(gè)邊緣設(shè)置。本實(shí)施例中，非金屬部分的整個(gè)長(zhǎng)度L2，從相鄰部分B的前頂邊緣和向內(nèi)預(yù)定的距離，沒有任何導(dǎo)電材料。該距離為0.1mm至2.0mm。
從圖4和5能看到，沿非金屬部分B邊緣伸展的長(zhǎng)度L2是金屬帶圖形A。但是，在B的任一側(cè)，A延伸成部分C，它伸到濾波器30的頂表面邊緣，使得組合A-C金屬部分與陶瓷濾波器30的前面31上的導(dǎo)電材料接觸。這使B部分的端部接地。沿B的邊緣延伸的A部分和兩個(gè)金屬延伸部分C的組合長(zhǎng)度等于L1。注意，非金屬部分B的長(zhǎng)度L2應(yīng)比L1/2大，但小于L1。
參見圖6中的3條曲線，曲線示出3個(gè)帶通濾波器的響應(yīng)。長(zhǎng)虛線表示無二次諧波響應(yīng)的帶通濾波器的理論響應(yīng)。從要求的帶通50斷開約1100MHz后，從濾波器除三次諧波3外沒有相關(guān)的響應(yīng)。但是，短虛線曲線表示更真實(shí)的濾波器響應(yīng)。這表示在51和53處分別是有二次和三次諧波的典型陶瓷塊濾波器的頻率響應(yīng)。實(shí)線表示同樣的濾波器經(jīng)按本發(fā)明改進(jìn)后的頻率響應(yīng)。如圖所示，三次諧波已衰減。從曲線看到，本發(fā)明的濾波器比現(xiàn)有濾波器的電性能改善了5至10dB。而且，不需要低通濾波器，所以它的封裝比現(xiàn)有濾波器的封裝小。
以上只說明了本發(fā)明的原理，本行業(yè)的技術(shù)人員還會(huì)對(duì)器件作出各種改進(jìn)，盡管這里沒有清楚的說明和畫出，但這些改進(jìn)均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種塊濾波器，包括介質(zhì)材料塊，它有頂表面，底表面，沿所述塊的寬度連接所述頂表面到所述底表面的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁，和沿所述塊的高度連接所述頂表面到所述底表面的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁，其中，所述底表面和側(cè)壁基本上由導(dǎo)電材料覆蓋；至少兩個(gè)孔從所述頂表面到所述底表面延伸過所述介質(zhì)材料，其中，所述孔的內(nèi)表面基本上被導(dǎo)電材料覆蓋；導(dǎo)電材料以幾何圖形層疊在所述頂表面上，至少兩個(gè)所述的孔和導(dǎo)電材料的所述圖形組合構(gòu)成具有電容和電感的等效電路，當(dāng)該電路加電源時(shí)在所要求的通帶中有頻率響應(yīng)；和所述頂表面上的導(dǎo)電材料圖形，電接地的并按圖形設(shè)置的所述導(dǎo)電材料構(gòu)成所述頂表面上的介質(zhì)材料區(qū)域，所述的介質(zhì)材料區(qū)域的幾何形狀和尺寸使所述塊濾波器在上述通帶以上的頻率響應(yīng)衰減。
2.按權(quán)利要求1所述的塊濾波器，其中，所述電接地的導(dǎo)電材料圖形是在所述塊濾波器的至少一側(cè)的頂邊緣上。
3.按權(quán)利要求1所述的塊濾波器，其中，所述介質(zhì)材料區(qū)域的幾何形狀是矩形，并其所有邊被電接地的導(dǎo)電材料包圍。
4.按權(quán)利要求3所述的塊濾波器，其中，介質(zhì)材料的所述矩形區(qū)域在一側(cè)與連接側(cè)壁的所述頂表面邊緣接壤，其中，所述側(cè)壁有電接地的導(dǎo)電材料層，包圍所述介質(zhì)材料區(qū)域的所述電接地的導(dǎo)電材料包括來自介質(zhì)材料的矩形區(qū)域的一側(cè)的層狀側(cè)壁和來自介質(zhì)材料所述區(qū)域的其它側(cè)的在所述頂表面上的所述電接地的導(dǎo)電材料。
5.按權(quán)利要求4所述的塊濾波器，其中，所述介質(zhì)材料的矩形區(qū)域具有從所述矩形區(qū)域的所述頂表面、側(cè)壁的邊緣邊界到所述頂表面上的所述電接地的導(dǎo)電材料測(cè)量到的寬度，該寬度約為0.1mm至2.0mm。
全文摘要
設(shè)計(jì)了一種有分路傳輸線衰減三次諧波的陶瓷塊濾波器,在濾波器頂表面沿它的邊緣印刷金屬帶使其連接到側(cè)表面的金屬地線。沿濾波器的一個(gè)邊緣設(shè)有非金屬線,它的端部接地。非金屬線的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成大于金屬帶長(zhǎng)度的一半但小于金屬帶的長(zhǎng)度。非金屬線的長(zhǎng)度和寬度按它衰減的具體頻率來選擇。
文檔編號(hào)H01P1/20GK1351770SQ00807643
公開日2002年5月29日 申請(qǐng)日期2000年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月17日
發(fā)明者北島正彥, 中村浩, 西村浩介 申請(qǐng)人:宇部電子有限公司