多频带RF单块滤波器的制作方法

文档序号:13689616
多频带RF单块滤波器的制作方法

本申请要求2015年6月17日提交的美国临时专利申请序列号62/181,026的申请日和公开内容的权益,所述临时申请的内容与其中所引用的所有参考文献一样以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及RF电介质单块滤波器,并且具体地涉及多频带RF电介质单块滤波器。



背景技术:

陶瓷电介质块滤波器提供了超过集总部件滤波器的若干优点。所述块相对容易制造、坚固且相对紧凑。在基本的陶瓷块滤波器设计中,谐振器由称为通孔的通常圆柱形通道形成,所述通道从长窄侧到相对的长窄侧延伸穿过所述块。所述块基本上在除了其六个(外)侧中的一个外的所有侧上并且在由谐振器通孔形成的内壁上镀有导电材料(即金属化)。

包含通孔开口的两个相对侧中的一个未完全金属化,而是具有被设计来通过一系列谐振器耦合输入和输出信号的金属化图案。这个有图案侧通常标记为块的顶部。在一些设计中,图案可以延伸到块的形成输入/输出电极的侧面。

相邻谐振器之间的电抗耦合至少在一定程度上由每个谐振器的物理尺寸、由每个谐振器相对于其他谐振器的取向以及由顶部表面金属化图案的各方面所决定。块内和周围的电磁场的相互作用是复杂且难以预测的。

这些滤波器还可以配备有附接到块的开路端并且跨其定位的外部金属屏蔽,以便消除非相邻谐振器之间的寄生耦合并且实现可接受的阻带。

虽然这种RF信号滤波器自20世纪80年代以来已经得到广泛的商业认可,但是对这种基本设计的改进所作出的努力仍在继续。

为了允许无线通信提供商提供附加服务,世界各国政府已经为商业用途分配了新的更高的RF频率。为了更好地利用这些新分配的频率,标准制定机构已采用具有压缩的发送和接收频带以及单独信道的带宽规格。这些趋势正在推动滤波器技术的极限,以提供足够的频率选择性和频带隔离。

外加更高的频率和拥挤的信道是消费者市场趋向于越来越小的无线通信设备和更长的电池寿命。总之,这些趋势对无线部件(诸如滤波器)的设计构成了困难的约束。滤波器设计人员可能不会简单地添加更多的占用空间的谐振器或者允许更大的插入损耗来提供改进的信号抑制。

需要一种RF电介质单块滤波器,其中可以使用单个单块和仅三个RF信号输入/输出端口来对三个或更多个频率带进行滤波。



技术实现要素:

本发明涉及一种用于传输RF信号的多频带RF电介质单块滤波器,其包括:电介质材料块,所述电介质材料块包括顶部表面、底部表面和侧表面;至少第一组、第二组和第三组通孔,其限定至少第一组、第二组和第三组谐振器以及至少第一、第二和第三RF信号传输滤波器,所述通孔中的每一个限定内表面并且延伸穿过所述电介质材料块并终止于所述电介质材料块的所述顶部表面和所述底部表面中的相应开口中;所述电介质材料块的所述顶部表面、所述底部表面和所述侧表面以及所述通孔的所述内表面上的导电材料图案,所述导电材料图案包括在所述顶部表面上围绕分别由所述至少第一组、第二组和第三组通孔限定的所述相应开口的相应的导电材料区域;所述导电材料图案包括限定第一、第二和第三RF信号输入/输出传输线的第一、第二和第三导电材料条,所述第一和第二RF信号输入/输出传输线位于所述第一和第二RF信号传输滤波器的相反端部处,以用于将所述RF信号传输通过所述第一RF信号输入/输出传输线、所述第一和第二滤波器以及所述第二RF信号输入/输出传输线,所述第二和第三RF信号输入/输出传输线位于所述第三RF信号传输滤波器的相反端部处,以用于将所述RF信号传输通过所述第二RF信号输入/输出传输线、所述第三RF信号滤波器以及所述第三RF信号输入/输出传输线。

在一个实施方案中,所述第一和第三RF信号传输滤波器适用于分别传输Tx和Rx信号,所述第二RF信号传输滤波器适用于分别传输Tx或Rx信号。

在一个实施方案中,所述第一和第三RF信号传输滤波器相对于彼此以共线且并排的关系定向,并且所述第一和第二RF信号传输滤波器相对于彼此以平行且并排的关系定向。

在一个实施方案中,所述第一和第二RF信号传输滤波器由细长狭槽分开,所述细长狭槽以与所述第一和第二RF信号传输滤波器间隔且平行的关系延伸。

本发明还涉及一种用于传输RF信号的多频带RF电介质单块滤波器,其包括:电介质材料块,所述电介质材料块包括具有导电材料图案的顶部表面、底部表面和侧表面;限定在所述电介质材料块中的至少第一、第二和第三RF信号滤波器,所述至少第一、第二和第三RF信号滤波器中的每一个包括共同限定多个谐振器的多个通孔和所述导电材料图案,所述通孔中的每一个延伸穿过所述电介质材料块的内部并且终止于所述电介质材料块的所述顶部表面和所述底部表面中的相应开口中;所述第一和第三RF信号滤波器相对于彼此以共线且并排的关系定向,并且所述第一和第二RF信号滤波器相对于彼此以平行且并排的关系定向;以及所述第一、第二和第三RF信号输入/输出传输线,其通过所述导电材料图案限定在所述电介质材料块的所述顶部表面上,所述第一和第二RF信号输入/输出传输线位于所述第一和第二RF信号滤波器的相反侧上,以用于将所述RF信号传输通过所述第一RF信号输入/输出传输线、所述第一和第二滤波器以及所述第二RF信号输入/输出传输线,并且所述第二和第三RF信号输入/输出传输线位于所述第三RF信号滤波器的相对侧上,以用于将所述RF信号传输通过所述第二RF信号输入/输出传输线、所述第三RF信号滤波器以及所述第三RF信号输入/输出传输线。

在一个实施方案中,所述第一和第三RF信号传输滤波器适用于分别传输Tx和Rx信号,所述第二RF信号传输滤波器适用于分别传输Tx或Rx信号。

在一个实施方案中,所述第一和第二RF信号传输滤波器由细长狭槽分开,所述细长狭槽以与所述第一和第二RF信号传输滤波器间隔且平行的关系延伸。

本发明还涉及一种多频带RF电介质单块滤波器,其包括:电介质材料块,所述电介质材料块包括顶部表面、底部表面和侧表面;至少三个RF信号滤波器,其通过由延伸穿过所述块的通孔部分限定的谐振器限定在所述电介质材料单块中;所述RF信号滤波器中的两个以共线且并排的关系延伸,并且另一个滤波器以与另外两个RF信号滤波器中的一个平行且并排的关系定向;并且导电材料图案在所述顶部表面上限定一对端部RF信号输入/输出传输线和一个内部RF信号输入/输出传输线,所述端部RF信号输入/输出传输线位于所述块的相反端部处,并且所述中心RF信号输入/输出位于所述两个共线且并排的RF滤波器之间,以用于将所述RF信号传输通过所述一个端部RF信号输入/输出传输线、所述两个平行且并排的RF信号滤波器以及所述中心RF信号输入/输出传输线并且还传输通过所述另一个端部RF信号输入/输出传输线、所述共线且并排的RF滤波器中的一个以及所述中心RF信号输入/输出传输线。

在一个实施方案中,所述RF信号滤波器中的两个由细长狭槽分开,所述细长狭槽以与所述第一和第二RF信号传输滤波器间隔且平行的关系延伸。

存在本发明的其他优点和特征,其根据本发明的实施方案的以下详述、附图和随附权利要求书将显而易见。

附图说明

附图构成说明书的一部分并且附图中的相同数字用于指定相同部件,在附图中:

图1是根据本发明的多频带RF电介质单块滤波器的放大透视图;

图2是根据本发明的多频带RF电介质单块滤波器的放大俯视图;

图3是沿着图1中的线3-3截取的多频带RF电介质单块滤波器的垂直剖视图;并且

图4是示出图1所示的多频带RF电介质单块滤波器的性能的图。

具体实施方式

图1、2和3示出根据本发明的多频带RF电介质单块滤波器10,其在示出的实施方案中包括大体上细长的平行六面体或矩形盒形刚性和实心块或芯12,其由具有预定和期望介电常数的陶瓷电介质材料组成或制成。

在一个实施方案中,所述介电材料可以是介电常数为约11或更高的氧化铝、钡或钕陶瓷。芯12限定具有六个大致矩形侧面的外部表面或外表面:纵向延伸的顶部外表面14;纵向延伸的底部外表面16,其与顶部外表面14平行并且沿直径相对;纵向延伸的第一外侧表面18;纵向延伸的第二外侧表面20,其与第一外侧表面18平行并且沿直径相对;横向延伸的第三外侧表面或端面22;以及横向延伸的第四侧表面或端面24,其与第三外侧表面或端面22平行并且沿直径相对。

滤波器10具有多个谐振器,其由限定在滤波器10的芯12中的多个通孔30部分地限定,并且更具体地,多个通孔30以如图3所示垂直于滤波器顶部表面14和滤波器底部表面16中的相应开口34并且终止于所述相应开口34中的关系各自延伸穿过芯12的内部。每个通孔30由内圆柱形金属化侧壁表面34A(图3)限定。

在示出的实施方案中,滤波器10包括四组或四群30A、30B、30C和30D通孔30,即共线且间隔开的两组30A和30B通孔30,其以相对于彼此间隔开且共线的关系延伸,并且进一步以与滤波器外侧表面18和滤波器/块纵向轴线L1相邻且间隔开并且平行的关系延伸;以及另外的共线且间隔开的两组30C和30D通孔30,其以相对于彼此间隔开且共线的关系延伸,并且进一步以与相对的滤波器外侧表面20和滤波器/块纵向轴线L1相邻且间隔开并且平行的关系延伸。应当理解,为了图1、2和3的清楚和简化,30A、30B、30C和30D中的每组中的四个通孔30中只有一个用数字30表示。

在示出的实施方案中,所述组30A和30C通孔30相对于彼此以沿直径相对且间隔开的关系位于滤波器10上、位于滤波器10的相对侧上并且与滤波器10的纵向中心轴线L1和第一细长且大致椭圆形的狭槽41两者间隔开且平行,所述狭槽41以与滤波器/块纵向轴线L1共线且相交的关系延伸穿过滤波器10的芯12的内部,并且终止于滤波器10的相应的顶部外表面14和底部外表面16中的相应开口43中。因此,在示出的实施方案中,狭槽41沿所述组30A和30C通孔30中的每组的长度延伸,并且将相应组30A和30C通孔30彼此分离并隔离,并且更具体地将RF滤波器30C与所述一组30A通孔30分离并隔离。

此外,在示出的实施方案中,所述组30B和30D通孔30相对于彼此以沿直径相对且间隔开的关系位于滤波器10上、位于滤波器10的相对侧上并且与滤波器10的纵向轴线L1和第二细长且大致椭圆形的狭槽45两者间隔开且平行,所述狭槽45以与滤波器/块纵向轴线L1共线且相交的关系延伸穿过滤波器10的芯12的内部,并且终止于滤波器10的相应的顶部外表面14和底部外表面16中的相应开口47中。因此,在示出的实施方案中,狭槽45沿所述组30B和30C通孔30中的每组的长度延伸,并且将相应的RF滤波器30B和30D彼此分离并隔离。

此外,在示出的实施方案中,相应组30A和30C以及30B和30D通孔30相对于彼此以沿直径相对且间隔开的关系定位在滤波器10的相对侧上,并且与滤波器10的中心滤波器/块横向轴线T1间隔开,其中所述一组30A通孔30与所述一组30B通孔30沿直径相对且共线,并且所述一组30C通孔30与所述一组30D通孔30沿直径相对且共线。此外,在示出的实施方案中,所述组30A、30B、30C、30D通孔30中的每组包括四个通孔30,但是应理解,所述组30A、30B、30C和30D通孔30中的每组根据具体应用可以包括少于或多于四个通孔30。

此外,在示出的实施方案中,滤波器10包括限定分流零的四个附加的端部通孔30E、30F、30G和30H。两个通孔30E和30F分别位于滤波器10中、在端部外表面22与通孔组30A和30C之间,并且更具体地,位于块12的一端处并且以与相应组30A和30C通孔30间隔开且共线的关系定位。其他两个通孔30G和30H以与端部通孔30E和30F沿直径相对的关系位于块12的另一端处,并且更具体地,位于滤波器10中、在相对的外端表面24与通孔30组30B和30D之间,并且仍更具体地,以与相应组30B和30D通孔30间隔开且共线的关系定位。

此外,在示出的实施方案中,通孔30E和30F与外部端面22相邻地定位在滤波器10的相对侧上并且与滤波器10的纵向轴线L1间隔开,并且定位在滤波器10的相对侧上并且与细长狭槽49A间隔开,所述细长狭槽49A限定在滤波器10的外端表面22中并且以与滤波器/块纵向轴线L1共线且相交的关系延伸,并且分离并隔离相应的通孔30E和30F。

以类似的方式,通孔30G和30H与外部端面24相邻地定位在滤波器10的相对侧上并且与滤波器10的纵向轴线L1间隔开,并且定位在滤波器10的相对侧上并且与细长凹槽49B间隔开,所述细长凹槽49B限定在滤波器10的侧表面20中并且以与滤波器10的滤波器/块纵向轴线L1共线且相交的关系延伸,并且分离并隔离相应的通孔30G和30H。

在示出的实施方案中,通孔30组30A和30B中的通孔30和通孔30G全部都具有相同的直径,所述直径大于通孔30组30C和30D中的每一个中的通孔30以及全部都具有相同的直径的通孔30E、30F和30H的直径。

芯12的顶部外表面14另外限定了导电金属化和绝缘未金属化区域或图案的表面层图案。金属化区域优选为导电含银材料的表面层。

所述图案还限定了至少覆盖底部外表面16、侧外表面18和20、端部外表面22和24、通孔30的内圆柱表面、狭槽41和45的内表面以及凹槽49A和49B的金属化广泛区域或图案42。金属化区域42从谐振器通孔30、狭槽41和45以及凹槽49A和49B内朝向顶部外表面14和底部外表面16两者连续地延伸。金属化区域42也可以标记为接地电极。区域42用于吸收或防止带外信号的传输。

在示出的实施方案中,顶部表面14上的金属化区域的一部分以相应的谐振器焊盘60A和焊盘60B的形式存在,所述谐振器焊盘60A围绕通过通孔30的组30A、30B和30D中的每一个的相应通孔30中的每一个限定在顶部表面14中的每个开口34,所述焊盘60B围绕所述狭槽45并且与所述焊盘60A间隔开。谐振器焊盘60A与侧外表面18、20、22和24上的金属化区域42邻接或连接。谐振器焊盘60A被成形成具有与相邻谐振器和表面层金属化的其他区域的预定电容耦合。

未金属化的区域或图案44在顶部外表面14的部分上延伸。未金属化区域44围绕全部金属化谐振器焊盘60A、焊盘60B、限定通孔30组30A的通孔30的开口34中的每一个以及附加的传输零通孔30E、30F、30G和30H中的每一个。

表面层图案另外限定了三个隔离的金属化RF信号输入/输出区域或带状传输线,或者形成在顶部外表面14上的电极210、220和230,其以垂直于相应组30A、30B、30C和30D通孔30以及滤波器纵向轴线L1的关系延伸并且终止于形成在侧外表面20中的相应的RF信号输入/输出焊盘210A、220A和230A中的一个端部处。

端电极210呈细长的金属化直条带的形式,其位于并形成在滤波器10的芯12的顶部外表面14上,并且以平行于并邻近滤波器10的外端表面24的关系延伸并且进一步以垂直于滤波器/块纵向轴线L1并与其相交的关系延伸。电极210在端部通孔30G和30H与所述组30B和30D通孔30之间并且以与端部通孔30G和30H以及所述组30B和30D通孔30间隔开的关系定位在块12的一端处,并且从侧外表面20在相对的侧外表面18的方向上延伸并且终止于顶部外表面14上的端部末端210B中,所述顶部外表面14以与相对的侧外表面18短间隔开并且与所述一组30B通孔30中的端部通孔30相邻且间隔开的关系定位。

中心电极220呈细长的金属化直条带的形式,其中心位于并形成在滤波器10的芯12的顶部外表面14上,并且以与滤波器10的中心横向轴线T1共线的关系延伸。电极220在所述组30A和30C通孔30与所述组30B和30D通孔30之间定位并延伸并且与所述组30A和30C通孔30以及所述组30B和30D通孔30间隔开,并且从侧外表面18在相对的侧外表面20的方向上延伸并且终止于顶部外表面14上的端部末端220B中,所述顶部外表面14以与相对的侧表面18短间隔开并且与所述组组30A和30B通孔30中的端部通孔30相邻且间隔开的关系定位。

端电极230呈细长的金属化直条带的形式,其位于并形成在滤波器10的芯12的顶部外表面14上,并且以平行于并邻近滤波器10的侧外表面22的关系延伸并且进一步以垂直于滤波器纵向轴线L1的关系延伸。电极230在端部通孔30E和30F与所述组30A和30C通孔之间并且以与端部通孔30E和30F以及所述组30A和30C通孔间隔开的关系定位在块12的一端处,并且从侧外表面20在相对的侧外表面18的方向上延伸并且终止于顶部外表面14上的端部末端230B中,所述顶部外表面14以与相对的侧外表面18短间隔开并且与所述一组30C通孔30中的端部通孔30相邻且间隔开的关系定位。

因此,在示出的实施方案中,相应的电极210和220限定用于通过相应组30B和30D通孔30传输的RF信号的相应公共输入/输出传输线,并且电极230限定用于通过所述一组30C通孔30传输的RF信号的输入/输出传输线。

因此,例如,在其中中心电极220是天线输入/输出电极的滤波器10的实施方案中,电极210限定Tx信号输入/输出电极,并且电极230限定Rx信号输入/输出电极,Tx信号被输入并通过电极210、通过由所述组30B和30D通孔30中的每组限定的谐振器传输、并且随后通过天线电极220输出。Rx信号被输入并通过天线电极220,通过由第一组30A通孔30限定的谐振器传输、并且随后通过Rx输入/输出电极230输出。

因此,在如上所述的实施方案中,所述组30D和30C通孔30分别限定RF信号电介质单块双工器滤波器的Tx和Rx信号滤波器30D和30C,而所述一组30B通孔30限定单独的Tx信号带通滤波器30B。

仍然更具体地,在示出的实施方案中,由所述组30B和30D通孔30限定的一对Tx滤波器30B和30D允许在单个单块结构中对Tx信号的两个不同频带进行滤波和分离。当然应理解,电极210和230的功能可以颠倒以分别限定Rx和Tx信号输入/输出电极,使得所述组30B和30D通孔限定适于在单个单块结构中对Rx信号的两个不同频带进行滤波和分离的相应的Rx信号滤波器部分。

此外,应当理解,在示出的实施方案中,通孔30组30A中的通孔30全部接地,并且滤波器10因此被适配和设计为多频带(即三频带)RF电介质单块滤波器10。在替代实施方案中,所述一组30D通孔30可以被设计成具有在结构上类似于谐振器焊盘60A的谐振器焊盘并且具有输入/输出电极230,所述输入/输出电极230延伸并终止于邻近所述一组30A通孔30中的端部通孔30定位的尖端中,以允许滤波器10操作为多频带(即四频带)RF电介质单块滤波器10。

图4是RF信号幅值对RF信号频率的图,其中三条线S11、S12和S13展示并表示本发明的多频带RF电介质单块滤波器10的三个RF滤波器或频带30B、30C和30D中的每一个的低频带、中频带和高频带性能特性。

可以在不脱离本发明的新颖特征的精神和范围的情况下实现上述多频带RF单块滤波器的许多变化和修改。

例如,应理解,通孔30组30A、30B、30C和30D中的每一个中的通孔30可相对于彼此以相对于彼此的非线性或交错关系定位,并且滤波器10可以包括适于限定附加带通滤波器的附加组通孔,这当然取决于滤波器10的具体应用和目的。

还应理解,关于本文示出的实施方案的任何限制都不是意图的或应推断的。当然,意图是通过所附权利要求覆盖落入权利要求的范围内的所有这类修改。

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