专利名称：使用非线性谐振器阵列的介电滤波器的制作方法
技术领域：
本发明要求保护1999年8月6日提交的美国临时申请60/147,676号的权益。
陶瓷片起着滤波器的作用，因为这些谐振器在每两个相邻谐振器之间是电感耦合和/或电容耦合的。这些耦合是由设计在陶瓷片顶表面上的电极图形并用诸如银或铜这类导电材料镀覆而形成的。更具体地说且参考
图10A-D，示出了具有两个孔103和105的陶瓷片101。除了在其中穿过两个孔103和105的前开放面107外，所有的表面都镀以银。由于孔的尺寸、它们的邻近性和导电镀层，这两个孔103和105是相互间电感和电容耦合的。但是，片101不能作为一个滤波器来实现，因为这些耦合相互抵销。
为了形成一个滤波器，在面107上要印刷一个导电材料的图案，如图10B所示。在这一实施例中图形A和A′增强了孔103和105之间的电容耦合。虽然电容耦合是增强了，但电感耦合仍基本上保持不变。这是因为电感耦合主要是孔的直径、形状和孔间距离的函数。这些参数在图10A和10B中是相同的。
在图10B中电容耦合可以通过调节参数L和G而被调整。通过减少G或者增加L，电容耦合就得以增强。通过在开放面107上印刷线条M，也可以减弱电容耦合而使电感耦合变得更强。图10C中简单的线条M比起图10D中的断线条M′对片状滤波器101的电容耦合有更大的减弱作用。
陶瓷滤波器在本技术领域中是公知的，并在例如美国专利4,431,977、4,716,391、和5,783,980号中有一般说明，所有这些都在此合并供参考就像在此作了充分的提出一样。
关于它的性能，在本技术领域中是已知的，介电陶瓷滤波器的带通特性是随着陶瓷片中穿过孔的数量的增加而变尖锐的。所需的孔数取决于对滤波器所希望的衰减性质。一般说来单向通信滤波器至少需要两个孔而双向通信则需要三个以上的孔。这在图1中有说明，其中曲线10表明比起曲线12和14具有较少孔的滤波器的频率响应。很明显，曲线14在所示的三种响应中是最尖锐的，它是有最多孔数的滤波器的响应。参阅图2，可以看到，在使用了穿过陶瓷片的陷波孔(traphole)的情况下某一特定陶瓷滤波器的带通特性也会变得尖锐。实线的曲线21表示没有高端陷波的滤波器的响应。虚线曲线23则表示具有高端陷波的同一滤波器的响应。
陷波孔，或者通常就把它们简称为陷波，是指谐振在不同于主滤波器孔频率下的谐振器，这些主滤波器孔通常就简称为孔。它们被设计成谐振在不希望要的频率上。这样，这些孔传送所希望要的频率的输入信号而陷波则去除不论在低端或高端的不希望要的输入信号。滤波器的特性就以这种方式来定义，即高通、低通、或带通。陷波离孔的距离要大于孔之间的距离以避免孔和陷波之间的相互干扰。如图3所示，孔31之间相互分开一个距离D，而在陷波33与最靠近陷波33的孔之间距离为2D。精确的距离D是为了实现规定的性能时设计选择之一。D的优选范围通常是在1到10mm之间。按照传统，陷波离孔的距离为1.5D到2D。
按照常规，陶瓷滤波器中孔41和陷波43是沿着一条直线定位的，如图4所示。这样的设计和上面提到的间距的要求限制了滤波器所能缩小其尺寸的限度。具体说，给定的滤波器的性能指标是它的宽度、长度、孔的数量和孔的直径的函数。通常的长度是2到20mm。滤波器的宽度是滤波器中孔的数量的函数。一般说来，片状滤波的宽度的范围为2到70mm。减少孔的数量、孔的直径或孔之间的距离将会影响滤波器的性能。因此，希望能设计一种介电陶瓷滤波器，它能有效地减少给定滤波器的尺寸而维持它的给定的性能指标。
发明概述因此，希望设计一种尽可能最小封装的片状滤波器，且与传统设计的具有给定的孔数的滤波器相比在性能上不会有明显的损失。按照本发明，通过消除一个或多个陷波孔并把一个或多个孔定位于偏离分割至少两个孔的直线，就可以比常规设计减少具有给定性能指标的介电陶瓷滤波器的尺寸。当一个或多个孔被定位于偏离中心线时，各个孔之间所达到的外加的相互作用提供了衰减性能，而这种衰减性能在此之前只有在外加陷波孔时才是可能的。
在本发明的一个特定实施例中，一个常规的五孔陶瓷滤波器的性能指标可以用三个孔的滤波器来实现，其中各个孔被定位为形成一三角形的各个顶点并且是在特定尺寸范围以内。所得滤波器的宽度约为它所能取代的常规五孔滤波器的宽度的50％。当然也可能有别的几何安排。
图2表明陷波在去除高端频率中的有效性。
图3是在常规的陶瓷片滤波器中孔之间和孔与陷波之间的间隔的表示。
图4是一种常规介电陶瓷滤波器其孔和陷波位于一条直线上时顶表面的平面图。
图5A是常规的五孔介电陶瓷滤波器其所有孔都在一直线上时的斜视图。
图5B是本发明的一种实施例的斜视图，其中可以用具有三个孔且其宽度尺寸为一半的介电陶瓷滤波器来实现图5A的滤波器的性能指标。
图6A表明图5A的滤波器的各孔之间的相互作用。
图6B表明图5B的滤波器的各孔之间的相互作用。
图7进一步表明图5B的滤波器的各孔之间的相对间隔。
图8表示本发明的第二实施例。
图9表示本发明的第三实施例。
图10A表明陶瓷片的开放面的表面，其余各面均镀以银。
图10B表示图10A的陶瓷片，但在其开放面的表面上印刷了图案。
图10C表示图10B的陶瓷滤波器，它有第二个印刷的图案。
图10D表示图10C的陶瓷滤波器，它有第三个印刷的图案。
发明的详细说明参考图5A，这里示出了一个宽度为7.4mm的常规5极滤波器。按照本发明，可以设计出一个具有3个孔且宽度为3.5mm的较小的滤波器，但具有与图5A的滤波器相同的特性。这样的一个滤波器示于图5B。参阅图6A和6B，滤波器宽度的减少是通过消除陷波1和5并把孔3移到偏离于按常规由孔2、3和4所形成的直线而实现的。在常规的直线配置下，只有孔3能和孔2和孔4相互作用。通过把孔3按照本发明移开该直线，不仅可使孔3和孔2与4相互作用，孔2和4也能彼此相互作用。这种外加的相互作用建立起一种陷波作用，消除了对末端陷波孔的需要。其结果是一个具有五孔滤波器性质的陶瓷滤波器，但有更小的封装。
本发明的三角形陶瓷滤波器优选地设计成三个孔定位于三角形的各顶点。三孔配置应该是这样的，即L2等于或大于0.5L1，并且等于或小于1.5L1,L1和L2均示于图7中。此外，各个孔离陶瓷片的边缘不应小于1mm。对于这个具体的实施例，其宽度约为7mm的五极滤波器通常能实现的特性可以用这样一个其宽度为约3mm的实施例来实现。
本发明的三角形设计也同样可以用来取代4孔滤波器。如上所指出的，关键之点是设计各个孔和它们的相对位置，以便通过将一个内部的孔从常规的直线上移走而实现的增大的相互作用能起到被消除的陷波的作用。
根据上面的原理，有可能设计具有各种不同配置的加外孔的更大的滤波器，如图8和9所示的那些滤波器。参阅图8所示的方形的4极配置，这里示出了L1和L2的尺寸。和图7的三角形配置相似，L2不应小于0.5L1且不大于1.5L1。同样，图9的配置实际上是类似于图7的两个三角形配置的相连。这里同样L2不应小于0.5L1且不大于1.5L1。此外，和三角形配置相同，图8和9的孔的配置离瓷片的边缘至少应为1mm。
片状滤波器的制造在本技术领域中是已知的，这包括在电介质上敷上导电材料的过程。如上所述，铜或银是通常被选用的导电材料。导电材料通常覆盖全部底面、孔的内壁和瓷片的外部侧壁。这是用若干已知方法中的某种方法来完成的。这些方法包括浸镀、喷镀或将铜或银膏印刷在电介质上并烘烤涂覆过的电介质。其它方法包括电镀或无电镀，它们也是本技术领域中已知的过程。
按照本发明制成的滤波器可以是单向通信用的(单一滤波器)或双向通信用的(例如发射机滤波器和接收机滤波器两者的组合)。
上面仅仅说明了本发明的原理。熟悉本技术的人们将能够设计出各种修改，这些修改虽然没有在这里明确说明或示出，却体现了本发明的原理，因此是在它的精神和范围之内。
权利要求
1．一种滤波器，包括一介电材料片，其具有一顶表面、一底表面、将所说的顶表面和所说的底表面沿着该片的宽度方向连接起来的两个相对的侧壁，和将所说的顶表面和所说的底表面沿着该片的高度方向连接起来的两个相对的侧壁；从所说的顶表面到所说的底表面延伸穿透该介电材料片的至少三个孔，所说三个孔中的至少一个孔沿着该介电材料的所说的顶表面定位，而使所有所说的孔的中心并不位于单独一条直线上，所说的至少三个孔彼此间有间隔，以便达到某一带通特性，这个特性和具有比所说的至少三个孔至少要多一个孔的常规滤波器的特性相似，其中所说的常规滤波器的每个所说的孔的中心基本上位于单独一条直线上；和导电材料，基本上覆盖所说的底表面、侧壁表面和所说的至少三个孔的内表面。
2．如权利要求1的滤波器，还包括在该介电材料片的所说顶表面上的导电材料的电极图案，以便将所说的至少三个孔的每一个孔电气耦合到所说的至少三个孔中相邻的一个孔上。
3．如权利要求1的滤波器，其中所说的至少三个孔中的三个孔是布置在该介电材料片的所说顶表面上的，以便使它们看上去作为一三角形的各个顶点。
4．如权利要求3的滤波器，其中形成三角形的所说三个孔的间距是这样的即从所说孔中的一个孔到连接所说三个孔的其余两个孔的中心的直线的距离大于所说其余两孔之间距离的一半，但小于所说其余两孔之间距离的一倍半。
5．如权利要求1的滤波器，还包括至少一个第4孔，且其中所说的至少4个孔在所说的介电材料片的所说顶表面上被这样安排，以便形成一矩形的各个角。
6．如权利要求5的滤波器，其中形成所说矩形的第一条边的所说4个孔中的二个孔的中心之间的距离不小于形成所说矩形的第二条边的所说4个孔中的两个孔的中心之间的距离的一半，但不大于形成所说矩形的第二条边的所说两个孔的中心之间的距离的一倍半，所说的第二条边是垂直于第一条边的。
7．如权利要求1的滤波器，其中所说的至少三个孔被安排成至少两行，这两行穿越所说介电材料的所说顶表面的宽度。
8．如权利要求7的滤波器，其中所说的至少两行的相邻行彼此间是偏离的，且其中在相邻两行中的相邻孔中心之间的距离不小于单独一行上的两个相邻孔中心之间距离的一半，但不大于单独一行上的两个相邻孔中心之间距离的一倍半。
全文摘要
一种高性能小封装的介电陶瓷滤波器,被设计成有一个或多个孔的位置偏离于分割至少两个孔的直线上。这种配置允许消除至少一个陷波孔而仍保持滤波器的给定性能指标。在本发明的一个特定实施例中,在三孔滤波器上实现了常规五孔陶瓷滤波器的性能指标,其中各个孔被定位以形成一三角形的各顶点。所得滤波器的宽度约为它所能取代的常规五孔滤波器宽度的50%。在另一实施例中,同样的三角形定位可以用来实现四孔陶瓷滤波器的性能指标。
文档编号H01P1/20GK1320289SQ00801636
公开日2001年10月31日 申请日期2000年8月3日 优先权日1999年8月6日
发明者北岛正彦, 西村浩介, 原田信洋 申请人:宇部电子有限公司