专利名称：介质滤波器、复合介质滤波器、单双向双工器和通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及装有介质谐振器的滤波器、诸如双向双工器的复合介质滤波器、以及装有它们的通信装置。
例如，通常在移动通信系统中的蜂窝式基站一直采用由多个介质谐振器形成的复合介质滤波器，如用于发射的单向双工器(diplexer)和用于发射和接收的双向双工器(duplexer)。
例如，日本未审定专利申请公布10-75104提供一种通过利用多个TM双模介质谐振器形成的介质滤波器。在这种介质滤波器中，TM双模介质谐振器的开口面彼此齐平对准。设置一金属面板覆盖开口面。在面板中，形成耦合回路，用于输入／输出信号和进行谐振器之间的耦合。多个介质滤波器彼此平行排列，以形成复合介质滤波器。
图8示出根据一般现有技术的复合介质滤波器的结构例子。在图8中，参考数字9表示输入三个通道ch1、ch2和ch3信号的同轴连接器。参考数字8表示使三个输入信号功率合成并输出的同轴连接器。参考符号R1a至R3c是TM双模介质谐振器。这些TM双模介质谐振器通过谐振模式之间的耦合起两级谐振器的作用。此外，采用耦合回路来进行相邻介质谐振器的预定谐振模式之间的耦合以及进行预定谐振模式与同轴连接器之间的耦合。具体地说，耦合回路3a耦合至谐振器R1a、R2a、R3a中一个的谐振模式之一。耦合回路3c耦合至谐振器R1c、R2c、R3c中一个的谐振模式之一。此外，耦合回路3ab进行谐振器R1a和R1b的预定谐振模式之间的耦合、谐振器R2a和R2b的预定谐振模式之间的耦合、以及谐振器R3a和R3b的预定谐振模式之间的耦合。同样，耦合回路3bc进行谐振器R1b和R1c的预定谐振模式之间的耦合、谐振器R2b和R2c的预定谐振模式之间的耦合、谐振器R3b和R3c的预定谐振模式之间的耦合。上述配置允许构成三个介质滤波器F1、F2和F3。
当调节介质滤波器的特性时，通过调节设置在金属面板上的孔插入切割夹具，切割介质芯的预定部分。
然而，在根据一般现有技术的复合介质滤波器(如图8所示)中，当将多个介质滤波器彼此靠近排列时，从调节孔漏泄的耦合回路的电场可能容易彼此耦合，由此降低相邻滤波器之间的隔离，结果使衰减特性劣化。
于是，本发明的一个目的是提供介质滤波器、复合介质滤波器、介质双向双工器和介质单向双工器，其中能够获得相邻滤波器之间的隔离，由此能够阻止滤波器特性的劣化。本发明的另一个目的是提供装有介质滤波器、复合介质滤波器、介质双向双工器和介质单向双工器之一的通信装置。
根据本发明的第一方面，提供一种复合介质滤波器，包括通过在腔体内设置介质芯而形成的介质谐振器、与介质谐振器的预定谐振模式耦合的耦合回路、以及多个介质滤波器，每个介质滤波器包括介质谐振器和耦合回路。在上述复合介质滤波器中，介质滤波器的介质谐振器和耦合回路以这样的方式排列，即介质滤波器之间的相邻耦合回路的方向基本上彼此相互垂直。
采用这一结构，即使当介质滤波器彼此靠近时，介质滤波器之间的相邻耦合回路很难彼此耦合。
根据本发明的第二方面，提供一种介质滤波器，包括通过在腔体内设置介质芯而形成的介质谐振器和与介质谐振器的预定谐振模式耦合的耦合回路。在这种介质滤波器中，多个介质谐振器以这样的方式排列，即从信号输入部分到信号输出部分的信号流动在其路径上返回，采用介质谐振器的这一排列，耦合回路以这样的方式排列，即相邻耦合回路的方向基本上彼此相互垂直。
采用这一配置，在介质谐振器的这一安排中，即使在介质谐振器彼此相互邻近的地方，相邻介质谐振器的耦合回路很难彼此相互耦合。
根据本发明的第三方面，提供一种介质双向双工器，包括复合介质滤波器或者与上述介质滤波器相同的两个介质滤波器，第一滤波器输入端用作发射信号输入端，第二滤波器输出端用作接收信号输出端，对于第一滤波器和第二滤波器共用的输入／输出端用作天线端。
根据本发明的第四方面，提供一种介质单向双工器，包括复合介质滤波器或者与上述介质滤波器相同的多个介质滤波器，用作让从预定频率通道发射的信号通过的多个发射滤波器，以及发射滤波器共用的输出端，用作天线端。
根据本发明的第五方面，提供一种通信装置，包含如上所述的复合介质滤波器、介质滤波器、介质双向双工器和介质单向双工器之一。
图1是分解透视图，表明根据本发明第一实施例的介质单向双工器的介质滤波器的结构。
图2是介质单向双工器的俯视图，其中去除单向双工器的上腔体盖板。
图3是介质单向双工器的俯视图，其中设置有单向双工器的上腔体盖板。
图4A、4B、4C和4D示出介质单向双工器中所使用的介质谐振器的谐振模式的电场分布的例子。
图5示出根据本发明第二实施例的介质双向双工器的结构。
图6示出根据本发明第三实施例的介质滤波器的结构。
图7示出根据本发明第四实施例的通信装置的结构。
图8示出根据一般现有技术的复合介质滤波器的结构例子。
将参考图1至4说明根据本发明第一实施例的介质单向双工器的结构。
图1是分解透视图，表明形成介质单向双工器的多个介质滤波器之一的结构。在图1中，参考数字1表示每个矩形管腔体，其上下表面是敞开的。在腔体1内侧，十字形介质芯2与腔体1一体化形成。在每个腔体1的外表面上，形成银电极或类似的导体薄膜。参考数字5表示覆盖腔体1下表面的下腔体盖，参考数字6表示覆盖腔体1上表面的上腔体盖。两个盖板均由金属板形成。
参考符号Ra、Rb和Rc表示介质谐振器，每一个是由腔体作为一个单元而形成的。正如以下将描述的，每一个介质谐振器Ra、Rb和Rc形成两级TM模介质谐振器。图4A至4D示出介质谐振器的电磁场分布的例子。在这些图中，实线箭头代表电场矢量，虚线箭头代表磁场矢量。图4A和4B各示出用作谐振器的基本模式。由于图4A中所示的模式是电场取向为x+y的模式，这一模式称为TM110x+y模式。同样，由于图4B中所示的模式是电场取向为x-y的模式，这一模式称为TM110x-y模式。此外，图4C和4D示出当上述两个模式是基本模式时所获得的耦合模式。图4C示出奇数模式，图4D示出偶数模式。
采用在十字形介质芯2的角落上设置的孔ha1、ha2、hb1和hb2的上述关系，由孔hb1和hb2的尺寸，能够调节TM110x+y模式的谐振频率。同样，通过孔ha1和ha2的尺寸，能够调节TM110x-y模式的谐振频率。此外，通过设置在两个介质小柱的轴向方向中的孔hy1和hy2的尺寸，能够改变奇数模式的频率。通过改变孔hx1和hx2的尺寸，能够改变偶数模式的频率。采用这一配置，能够调节TM110x+y模式与TM110x-y模式之间的耦合强度。
经设置在上腔体盖板6上的孔(如图1所示)切割介质芯的预定孔，能够调节每一级的谐振频率和两个谐振器之间的耦合系数。
图2示出通过设置三个介质滤波器而形成的介质单向双工器的俯视图，三个介质滤波器与图1中所示的介质滤波器相同，其中去除了介质滤波器的上腔体盖板。图3示出介质单向双工器的俯视图，其中设置有上腔体盖板。
在图2和3中，参考数字9表示输入从三个传输通道ch1、ch2和ch3发射的信号的同轴连接器，参考数字8表示输出通过使给天线的发射信号功率合成而获得的信号的同轴连接器。参考数字7表示使从三个发射滤波器发射的信号功率合成的功率合成器。由三个介质谐振器R1a、R1b和R1c构成的介质滤波器F1起信道ch1的发射滤波器的作用。同样，由三个介质谐振器R2a、R2b和R2c构成的介质滤波器F2起信道ch2的发射滤波器的作用。由三个介质谐振器R3a、R3b和R3c构成的介质滤波器F3起信道ch3的发射滤波器的作用。
在三个发射滤波器中，参考数字3a表示连接至同轴连接器9的中心导体的耦合回路，参考数字3c表示连接至功率合成器7的耦合回路。此外，参数数字3ab和3bc表示耦合至相邻介质谐振器的预定谐振模式的耦合回路。
采用上述配置，介质滤波器F1的耦合回路3a进行至介质谐振器R1a的TM110x+y模式的磁场耦合。介质滤波器F1的耦合回路3c进行至介质谐振器R1c的TM110x-y模式的磁场耦合。此外，介质滤波器F1的耦合回路3ab进行至介质谐振器R1a的TM110x-y模式的磁场，与此同时，进行至介质谐振器R1b的TM110x+y模式的磁场耦合。此外，介质滤波器F1的耦合回路3bc进行至介质谐振器R1b的TM110x-y模式的磁场耦合，与此同时，进行至介质谐振器R1c的TM110x+y模式的磁场耦合。采用这一方法，介质滤波器F1起到了由六级谐振器构成的带通特性的滤波器的作用。
同样，介质滤波器F2和F3分别起到由六级谐振器构成的带通特性的滤波器的作用。在这种情况中，在介质滤波器F1与F2之间以及在介质滤波器F2与F3之间，以这样的方式设置耦合回路，即相邻耦合回路的方向基本上彼此相互垂直。
为了调节介质滤波器的特性，正如图3所示，经设置在上腔体盖板6中的调节孔H切割腔体内介质芯的预定部分。
采用以上配置，相邻介质滤波器的调节耦合回路很难进行它们之间的磁场耦合，因为耦合回路的方向是彼此相互垂直的。因此，在相邻耦合回路之间，很难发生信号的漏泄和干扰。即，例如在图2中，由于介质滤波器F1和F2的耦合回路3a在这些部分上并不进行磁场耦合，因为回路的方向彼此相互垂直。此外，由于介质滤波器F1和F2的耦合回路3c在这些部分上并不进行磁场耦合，因为回路的方向彼此相互垂直。再有，关于介质滤波器F1和F2的耦合回路3ab以及关于其耦合回路3bc，由于相邻回路的方向彼此相互垂直，耦合回路3ab和耦合回路3bc分别并不进行磁场耦合。这些关系也可应用于介质滤波器F2和F3的情况。结果，即使当介质滤波器彼此相互靠近时以及腔体盖板中的特性调节孔打开时，相互相邻的介质滤波器的耦合回路很难进行磁场耦合。因此，很难发生信号的漏泄和干扰。
接着，将描述根据本发明第二实施例的介质双向双工器。
图5示出介质双向双工器的俯视图，其中介质双向双工器的上腔体盖板已去除。在图5中，参考数字10表示输入发射信号Tx的同轴连接器，同轴连接器10与发射机连接。参考数字12表示输出接收信号的同轴连接器，同轴连接器12与接收电路连接。参考数字11表示输出发射信号和输入接收信号的同轴连接器，同轴连接器11与天线连接。由参考数字15表示的部分构成分支单元，用于对发射／接收信号的分支。由三个介质谐振器Rta、Rtb和Rtc构成的介质滤波器Ft起发射滤波器的作用。由三个介质谐振器Rra、Rrb和Rrc构成的介质滤波器Fr起接收滤波器的作用。
在介质滤波器Ft中，参考数字3a表示与同轴连接器10的中心导体连接的耦合回路，参考数字3c表示与分支单元15连接的耦合回路。此外，参考数字3ab和3bc表示耦合至相邻介质谐振器的预定谐振模式的耦合回路。
采用以上配置，介质滤波器Ft的耦合回路3a进行至介质谐振器Rta的TM110x+y模式的磁场耦合。介质滤波器Ft的耦合回路3c进行至介质谐振器Rtc的TM110x-y模式的磁场耦合。介质滤波器Ft的耦合回路3ab进行至介质谐振器Rta的TM110x-y模式的磁场耦合，同时进行至介质谐振器Rtb的TM110x+y模式的磁场耦合。此外，介质滤波器Ft的耦合回路3bc进行至介质谐振器Rtb的TM110x-y模式的磁场耦合，同时进行至介质谐振器Rtc的TM110x+y模式的磁场耦合。用这种方法，介质滤波器Ft起了具有由六级谐振器构成的带通特性的滤波器作用。
同样，介质滤波器Fr起了具有由六级谐振器构成的带通特性的滤波器作用。在这种情况中，在介质滤波器Ft与Fr之间，以这样的方式设置耦合回路，即相邻耦合回路的方向基本上彼此相互垂直。
为了调节介质滤波器的特性，正如在第一实施例的情况中那样，经设置在上腔体盖板上的调节孔H切割腔体内的介质芯的预定部分。
采用以上配置，相邻耦合回路很难进行它们之间的磁场耦合，因为回路的方向彼此相互垂直。因此，很难发生信号的漏泄和干扰。
正如由图5虚线L1表示的，由于介质滤波器Ft的耦合回路3a的方向和介质滤波器Fr的一部分耦合回路3bc的方向处于平行关系中，从相邻孔漏泄的两个回路的磁场进行二者之间的耦合。然而，作为介质谐振器Rrc耦合至耦合回路3bc的TM110x+y模式的谐振器并不是接收滤波器的最后一级谐振器。与介质滤波器Fr的耦合回路3c耦合的TM110x-y模式谐振器是最后一级谐振器。因此，采用最后一级谐振器，从介质滤波器Ft的耦合回路3a漏泄到介质滤波器Fr的耦合回路3bc的发射信号被衰减。结果，发射信号对接收机没有影响。此外，正如图5中由虚线L2表示的，由于介质滤波器Fr的耦合回路3c的方向与介质滤波器Ft的一部分耦合回路3bc的方向也平行，两个回路的漏泄波进行彼此的磁场耦合。然而，由于耦合量十分小，对接收电路几乎没有影响。
接着，参考图6，将描述根据本发明第三实施例的介质滤波器的结构例子。
图6示出介质滤波器的俯视图，其中滤波器的上腔体盖已去除。在图6中，参考数字13表示信号输入同轴连接器，参考数字14表示信号输出同轴连接器。参考符号Ra、Rb、Rc和Rd表示TM双模介质谐振器。这些介质谐振器的结构与第一和第二实施例中所使用的介质谐振器的结构相同。
参考数字3a表示与同轴连接器13的中心导体连接的耦合回路。参考数字3d表示与同轴连接器14的中心导体连接的耦合回路。此外，参考符号3ab、3bc和3cd表示与相邻介质谐振器的预定谐振模式耦合的耦合回路。
耦合回路3a进行至介质谐振器Ra的TM110x-y模式的磁场耦合。耦合回路3d进行至介质谐振器Rd的TM110x+y模式的磁场耦合。耦合回路3ab进行至介质谐振器Ra的TM110x+y模式的磁场耦合，同时进行至介质谐振器Rb的TM110x-y模式的磁场耦合。此外，耦合回路3bc进行至介质谐振器Rb的TM110x+y模式的磁场耦合，同时进行至介质谐振器Rc的TM110x-y模式的磁场耦合。耦合回路3cd进行至介质谐振器Rc的TM110x+y模式的磁场耦合，同时进行至介质谐振器Rd的TM110x-y模式的磁场耦合。采用这一方法，介质滤波器起了由八级谐振器构成的带通特性的滤波器的作用。
采用这一配置，相邻耦合回路很难进行它们之间的磁场耦合，因为回路的方向彼此相互垂直。因此很难发生信号的漏泄和干扰。
接着，将参考图7描述根据本发明的通信装置的结构例子。
图7示出使用在蜂窝型移动通信系统的基站中的通信装置。图7所示的单向双工器等效于第一实施例中所示的介质单向双工器。作为双向双工器，采用第二实施例中所示的介质双向双工器。此外，作为接收滤波器，采用第三实施例中所示的介质滤波器。单向双工器把从发射电路输出的三个通道的发射信号Tx1、Tx2和Tx3功率合成，提供给双向双工器的发射信号输入端。双向双工器把发射信号输出到天线，然后把从天线接收的信号提供给接收滤波器。接收滤波器把接收频带的信号Rx提供接收电路。
如上所述，根据本发明的第一和第二方面，即使当介质滤波器彼此相互靠近时，相互相邻的介质滤波器的耦合回路很难彼此相互耦合。因此，在减小介质滤波器的整个结构的尺寸的同时，能够获得相邻介质滤波器之间的隔离。结果，能够防止滤波器特性的劣化。
根据本发明的第三方面，当作为发射滤波器的第一滤波器和作为接收滤波器的第二滤波器彼此相互靠近时，由于能够获得两个滤波器之间的隔离，因此能够减小介质双向双工器的整个尺寸。
根据本发明的第四方面，当涉及多个通道的信号时，即使当滤波器彼此紧靠着设置时，由于能够保证它们之间的隔离，因此能够减小介质单向双工器的整个尺寸。
根据本发明的第五方面，由于采用具有预定滤波器特性的紧凑介质滤波器和紧凑复合介质滤波器，能够减小通信装置的整个尺寸。
虽然以上描述了本发明的较佳实施例，但是应当理解将可以作出各种不同改进和变化，而不偏离本发明的范围和精神。
权利要求
1．一种复合介质滤波器，包括通过在腔体中设置介质芯而形成的介质谐振器；与介质谐振器的预定谐振模式耦合的耦合回路；以及多个介质滤波器，每个介质滤波器包括介质谐振器和耦合回路，其特征在于，包含在每个介质滤波器中的介质谐振器和耦合回路是以这样的方式排列的，即介质滤波器之间的相邻耦合回路的方向基本上彼此相互垂直。
2．一种介质滤波器，包括通过在腔体中设置介质芯而形成的多个介质谐振器；以及与介质谐振器的预定谐振模式耦合的耦合回路，其特征在于，多个介质谐振器是以这样的方式排列的，即从信号输入部分到信号输出部分的信号流动在其路径上返回，采用介质谐振器的这种安排，耦合回路是以这样的方式排列的，即相邻耦合回路的方向基本上彼此相互垂直。
3．一种介质双向双工器，包括如权利要求1所述的复合介质滤波器或者与如权利要求2所述的介质滤波器相同的两个介质滤波器；第一滤波器输入端，用作发射信号输入端；第二滤波器输出端，用作接收信号输出端；以及第一滤波器和第二滤波器共用的输入／输出端，用作天线端。
4．一种介质单向双工器，包括如权利要求1所述的复合介质滤波器或者与如权利要求2所述的介质滤波器相同的多个介质滤波器，用作让从预定频率通道发射的信号通过的多个发射滤波器；以及发射滤波器共用的输出端，它用作天线端。
5．一种通信装置，包括如权利要求1所述的复合介质滤波器、如权利要求2所述的介质滤波器、如权利要求3所述的介质双向双工器和如权利要求4所述的介质单向双工器之一。
全文摘要
本发明提供介质滤波器、复合介质滤波器、介质双向双工器、介质单向双工器和通信装置,其中能够获得相邻介质滤波器之间的隔离以及由此能够防止滤波器特性的劣化。通过在腔体中设置介质芯而形成的多个介质谐振器和与介质谐振器的预定谐振模式耦合的耦合回路形成介质滤波器。介质谐振器和耦合回路以这样的方式排列,当介质滤波器的介质谐振器彼此相互靠近时,相邻耦合回路的方向基本上彼此相互垂直。
文档编号H01P1/20GK1294421SQ00132338
公开日2001年5月9日 申请日期2000年11月2日 优先权日1999年11月2日
发明者安藤正道, 田中纪洋, 笹井英一 申请人:株式会社村田制作所