专利名称：性能可控的介电陶瓷滤波器的制作方法
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60/147,677号的权益。
滤波器通常包括一个陶瓷体和穿越其长度的一个同轴孔而形成一谐振器，它谐振在由孔的长度和陶瓷材料的有效介电常数所决定的特定的频率上。这些孔一般是圆形的或椭圆形的。当多个谐振器组合时就形成一滤波器。这些孔在滤波器中必须穿过整个陶瓷片，从顶表面一直到底表面。这意味着孔的深度与滤波器的轴向长度具有完全相同的长度。滤波器的轴向长度是根据所希望的频率和陶瓷的特定介电常数而选择的。
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案形成的，图案用诸如银或铜这样的导电材料镀覆。更具体地并参考图6A-D，示出的陶瓷片101有两个孔103和105。除了两个孔103和105延伸穿过的前面开放表面107外，所有的表面都镀以银。由于孔的尺寸、它们的邻近性以及导电的镀层，这两个孔103和105是相互电感和电容耦合的。但是，片101并不起滤波器的作用，因为这些耦合相互抵销。
为了形成一个滤波器，在面107上印刷一个导电材料的图案，如图6B所示。在这个实施例中图形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，但电感耦合基本上未受影响。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6C和6D中是相同的。
在图6B中的电容耦合可以通过调节参数L和G而被调整。通过减少G或者增大L，电容耦合可被增强。通过在开放面107上印刷线条M，也可以减弱电容耦合以便使电感耦合更强。图6C中简单的线条M比起图6D中断开的线条M′对片状滤波器101的电容耦合有更大的减弱作用。
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是具有最多孔的滤波器的响应，它是所示的三种响应中最尖锐的。参考图2，可以看到，在使用了穿透陶瓷片的陷波孔(trap hole)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传输孔。它们被设计成谐振在不希望的频率上。这样，这些孔传送所希望频率的输入信号而陷波则移走不论在低端或高端的不希望要频率的输入信号。滤波器的特性就以这种方式来定义，即高通、低通或带通。陷波和传输孔间分开的距离要大于各传输孔之间的距离，以避免传输孔和陷波之间的相互干扰。如图3所示，传输孔31相互之间分开的距离为D，而陷波33和最靠近陷波33的传输孔之间所分开的距离为2D。准确的距离D是为达到规定性能而在设计时选择的。一般说来D是在优选的范围1到10mm之间。传统上，陷波与传输孔分开的间距将为1.5到2D。
尽管所有各种考虑都是为了设计具有所希望性能的滤波器，但通常滤波器的响应的尖锐程度仍不如人意。尖锐性是表示通频带的高边和零点之间的距离的另一种方法。在曲线上这两个点靠得越近则响应就越尖锐。参考图4，零点A产生的滤波器响应不如零点B产生的那样尖锐。希望改进滤波器的衰减使它的响应包括零点A，从而使零点移向B。
本发明的一个具体实施例是滤波器的一种新的设计，其中零点响应是通过将传输孔的直径对滤波器高度之比调节到值0.16-0.2∶1和将传输孔直径对传输孔间的距离之比调节到值0.45-0.5∶1而加以控制的。
图2表示陷波在去除高端频率中的有效性。
图3是在传统的陶瓷片状滤波器中各个孔之间和孔和陷波之间的间距的表示。
图4是滤波器的响应曲线，表明零点对滤波器响应的尖锐程度所具有的影响。
图5是按照本发明设计的介电陶瓷滤波器的顶表面的平面图。
图6A表示陶瓷片的开放表面，它的其余各表面均镀以银。
图6B表示图6A的陶瓷片，但在其开放面的表面上有印刷的图案。
图6C表示图6B的陶瓷滤波器，但带有第二个印刷图案。
图6D表示图6C的陶瓷滤波器，但带有第三个印刷图案。
发明的详细说明本发明描述一种高性能介电陶瓷滤波器，其中的零点响应可以被控制而不影响滤波器性能的任何其余关键参数。该滤波器包括一介电材料片，它具有一顶表面、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而穿过所说的介电材料片的至少三个孔，其中在所说的至少三个孔中至少有一个孔相对来说比较靠近于沿着该片的所说高度连接该顶表面和该底表面的所说的侧壁中的一个壁，该孔是一个陷波孔，而且所说的至少三个孔中的至少两个相邻的孔是传输孔，所说的传输孔相互之间沿着片的宽度方向的间隔距离是D，并且其中所说的滤波器所具有的传输孔直径对滤波器高度之比为0.16-0.2∶1，而传输孔直径对各传输孔之间的距离之比为0.45-0.5∶1。滤波器中零点响应的控制是通过选择传输孔直径(d)对滤波器高度(T)的恰当比例和传输孔直径(d)对各传输孔之间的距离(D)之比而确定的。
按照本发明来控制高性能介电陶瓷滤波器中的零点是在不影响滤波器性能的任何其余关键参数的情况下通过选择恰当的传输孔直径对滤波器高度之比和传输孔直径对传输孔之间的距离之比而进行的。这两个比例是同时存在于滤波器中的。各陷波孔之间的距离并不一定要相互间是等距的。在传输孔并不是相等地间隔时，传输孔之间的适当间距是由平均值确定的。参阅图5以方便这一讨论，滤波器的高度是用变量T示出的。变量D表示各传输孔51之间的间隔或距离。变量d表示传输孔51的直径。按照本发明传输孔直径(d)对滤波器高度(T)之比(d∶T)应为0.16-2∶1。而传输孔直径(d)对各传输孔51间的距离(D)之比(d∶D)应为0.45-0.5∶1。通过维持这两个比例，除了改善衰减外，变化是如此之小以致不会影响滤波器的性能指标。因此，滤波器的生产率得以改进且针对所需的性能指标还会有增加的裕度。
对于其它电介质的滤波器，选择电介质是设计工作之一。在本发明的一种优选的实施例中，电介质是陶瓷，其有效介电常数在20到150之间。
片状滤波器的制造在本技术领域中是已知的，包括将导电材料涂敷在电介质上的过程。如上所述，铜或银是通常选择的导电材料。导电材料一般要覆盖陶瓷片的基本上所有的底面和侧壁。这包括浸镀、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，这些在本技术中也是已知的过程。
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)或双工的(例如发送机滤波器和接收机滤波器这样两个滤波器的组合)。
上面仅仅说明了本发明的原理。熟悉本技术的人们能够设计出各种修改，这些修改虽然没有明确说明或在此示出，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，包括一电介电材料片，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，和将该顶表面和该底表面沿着该片的高度方向连接起来的两个相对的侧壁；至少三个孔，它们从所说的顶表面向所说的底表面延伸而穿过所说的介电材料片，其中在所说的至少三个孔中至少有一个孔相对来说比较靠近于沿着该片的所说的高度方向连接该顶表面和该底表面的所说的侧壁中的一个壁，该孔是一个陷波孔，而且所说的至少三个孔中的至少两个相邻的孔是传输孔，所说的传输孔相互之间沿着片的宽度方向的间隔距离为D；其中所说的滤波器所具有的传输孔直径对滤波器高度之比为0.16-0.2∶1，而传输孔直径对各传输孔之间的距离D之比为0.45-0.5∶1；以及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，并且在所说的顶表面上涂层为一定的几何图形。
2．如权利要求1的滤波器，其中所说的陷波的间隔距离是所说的至少两个传输孔之间的距离的一倍半至两倍。
3．如权利要求1的滤波器，其中所说的片是陶瓷。
4．如权利要求1的滤波器，其中所说的片的介电常数在20到150之间。
5．如权利要求1的滤波器，其中所说的导电材料是从包括铜或银的组中选择的。
全文摘要
一种陶瓷片状滤波器,具有一系列相互间隔一定距离的传输孔和一陷波孔,其中滤波器的传输孔直径对滤波器高度之比为0.16－0.2∶1,传输孔直径对传输孔之间的距离之比为0.45－0.5∶1。陷波孔的间隔距离为所说至少两个传输孔之间距离的一倍半到两倍。在不影响诸如滤波器尺寸、插入损耗和衰减等关键参数的情况下,该滤波器的零点是通过调整传输孔直径对滤波器高度和传输孔直径对传输孔间的距离之比来控制的。
文档编号H01P1/20GK1320287SQ00801634
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, 中村浩 申请人:宇部电子有限公司