专利名称：带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带通滤波器，尤其是涉及一种非常紧凑的带通滤波器，该带通滤波器具有非常好的机械强度。
现有技术的说明近年来，由于各种内置元件小型化，通信终端(典型地为移动电话)的小型化获得了显著发展。包含在通信终端中的一个最重要的部件是滤波器部件。
作为一种滤波器部件，例如日本专利申请公开No.2000-68711和日本专利申请公开No.2000-183616所述的各带通滤波器包括一个形成有多个孔的电介质块，该电介质块的内壁由金属板覆盖。作为另一种滤波器部件，在“新型的介质波导管元件-新陶瓷材料的微波应用(IEEE学报，卷79，No.6，1991年6月，第734页，图31)”一文中介绍了一种通过在电介质块的不规则表面上形成金属板而构成的带通滤波器。
目前仍然需要使通信终端例如移动电话进一步小型化，因此也需要使包含于其中的滤波器部件例如带通滤波器进一步小型化。
不过，上述类型的滤波器部件的机械强度较低，这是因为在构成主体的电介质块中形成有孔，或者该电介质块形成得不规则。因此，不可能使该滤波器部件小型化。特别是，在电介质块上形成有孔的前一种滤波器部件中，电介质块的机械强度在孔周围较低，而在电介质块表面不规则的后一种滤波器部件中，机械强度在凹口周围较低。因此，必须对该滤波器部件的小型化进行限制，以保证在这些部分处的机械强度。
这样，在现有技术中，很难在使滤波器部件小型化的同时保证足够的机械强度。因此，希望能有一种具有极好机械强度的紧凑型带通滤波器。
发明概述因此，本发明的一个目的是提供一种具有极好机械强度的紧凑型带通滤波器。
本发明的上述和其它目的可以通过这样一种带通滤波器来实现，该带通滤波器包括一电介质块，该电介质块由第一部分以及第二和第三部分构成，该第一部分位于电介质块的第一横截面和电介质块的基本上与该第一横截面平行的第二横截面之间，该第二和第三部分由第一部分分开；以及金属板，该金属板形成于电介质块的表面上，因此，电介质块的第一部分以及形成于该第一部分上的金属板能够起到损耗波导管的作用，电介质块的第二部分以及形成于该第二部分上的金属板能够起到第一谐振器的作用，而电介质块的第三部分以及形成于该第三部分上的金属板能够起到第二谐振器的作用；该金属板包括至少一个形成于电介质块的第一表面上的激励电极，该第一表面的面积最大。
根据本发明的该方面，因为激励电极形成于电介质块的面积最大的第一表面上，因此，在采用非常薄的电介质块的同时，能够获得宽带特性。而且，当采用非常薄的电介质块时，还能够获得很高的空载品质系数(Q0)，这是因为辐射损失降低。
在本发明的一个优选方面中，电介质块的基本平行于第一横截面的基本全部表面都是开口端。
根据本发明的该优选方面，因为不需要在基本平行于第一横截面的表面上形成任何金属板或激励电极，因此能够降低制造成本。
在本发明的又一优选方面中，电介质块基本为正交棱柱形状。
根据本发明的该优选方面，因为电介质块基本为正交棱柱形状，所以它的机械强度非常高。因此，可以获得非常紧凑的尺寸和极好的机械强度。
在本发明的又一优选方面，激励电极形成于电介质块第一表面的拐角处或靠近该拐角的区域处。
本发明的上述和其它目的也可以通过这样一种带通滤波器来实现，该带通滤波器包括一电介质块，该电介质块有一顶表面、一底表面、彼此相对的第一和第二侧表面以及彼此相对的第三和第四侧表面，该电介质块由第一部分、第二部分和第三部分构成，该第一部分位于该电介质块的基本平行于第一侧表面的第一横截面和该电介质块的基本平行于第一横截面的第二横截面之间，该第二部分位于第一侧表面和第一横截面之间，而该第三部分位于第二侧表面和第二横截面之间；一第一金属板，该第一金属板形成于电介质块顶表面的与该第二部分相对应的部分上；一第二金属板，该第二金属板形成于电介质块顶表面的与该第三部分相对应的部分上；一第三金属板，该第三金属板形成于电介质块第三侧表面的与该第二部分相对应的部分上；一第四金属板，该第四金属板形成于电介质块第三侧表面的与该第三部分相对应的部分上；一第五金属板，该第五金属板形成于电介质块的底表面上；一第一激励电极，该第一激励电极形成于电介质块底表面的与该第二部分相对应的部分上；以及一第二激励电极，该第二激励电极形成于电介质块底表面的与该第三部分相对应的部分上。
根据本发明的该方面，因为激励电极形成于电介质块的底表面上，通过使电介质块变薄，可以获得宽带特性。
在本发明的一个优选方面中，该电介质块的基本全部第一和第二侧表面都是开口端。
在本发明的又一优选方面中，该带通滤波器还包括第三激励电极和第四激励电极，该第三激励电极形成于电介质块第四侧表面的与第二部分相对应的部分上，该第四激励电极形成于电介质块第四侧表面的与第三部分相对应的部分上，该第一和第三激励电极彼此接触，该第二和第四激励电极彼此接触。
根据本发明的该优选方面，因为提高了外部耦合，能够获得更宽的带宽，且能减小辐射损失。
在本发明的又一优选方面中，该带通滤波器还包括电容性短线，该电容性短线形成于电介质块第四侧表面的与至少第二和第三部分相对应的部分上。
根据本发明的该优选方面，带通滤波器的总尺寸能减小。
在本发明的又一优选方面中，该第五金属板与该电容性短线接触。
根据本发明的该优选方面，因为电容性短线的效应被加强，所以带通滤波器的总尺寸能够进一步减小。
在本发明的又一优选方面中，电介质块的基本全部第四侧表面为开口端。
根据本发明的该优选方面，因为不需要在电介质块的第四侧表面上形成金属板，因此能减小制造成本。
在本发明的又一优选方面中，形成于电介质块第二部分的表面上的第五金属板的一部分与形成于电介质块第三部分的表面上的第五金属板的另一部分的尺寸相同。
在本发明的又一优选方面中，该电介质块为基本正交棱柱形状。
在本发明的又一优选方面中，电介质块的第二部分以及形成于该电介质块第二部分上的第一金属板、第三金属板和第五金属板的一部分能够起到第一四分之一波电介质谐振器的作用，而电介质块的第三部分以及形成于该电介质块第三部分上的第二金属板、第四金属板和第五金属板的另一部分能够起到第二四分之一波电介质谐振器的作用。
本发明的上述和其它目的还可以通过这样一种带通滤波器来实现，该带通滤波器包括多个四分之一波电介质谐振器，该多个四分之一波电介质谐振器包括成直线布置的至少第一和第二四分之一波电介质谐振器，它们中的每一个都由形成于电介质块第一表面、与该第一表面相对的电介质块第二表面以及基本垂直于该第一表面的电介质块第三表面上的金属板构成；一损耗波导管，该损耗波导管插入相邻的四分之一波电介质谐振器之间；第一激励电极，该第一激励电极形成于电介质块的与第一四分之一波电介质谐振器相对应的部分的第二表面上；以及第二激励电极，该第二激励电极形成于电介质块的与第二四分之一波电介质谐振器相对应的另一部分的第二表面上。
在本发明的一个优选方面中，在第一和第二激励电极之间设置有直接耦合。
在本发明的又一优选方面中，该带通滤波器的总体形状基本为正交棱柱。
在本发明的又一优选方面中，该电介质块的、垂直于第一和第三表面的几乎全部表面为开口端。
在本发明的又一优选方面中，该带通滤波器还包括一电容性短线，该电容性短线形成于与第三表面相对的电介质块表面上。
由下面的参考附图的说明，本发明的上述和其它目的和特征将会变得显而易见。
附图的简要说明
图1是从上侧看的示意透视图，表示本发明一个优选实施例的带通滤波器1；图2是从底侧看的示意透视图，表示图1的带通滤波器1；图3是表示普通TEM模式半波(λ/2)电介质谐振器的示意透视图；图4是表示普通的四分之一波(λ/2)电介质谐振器的示意透视图；图5是用于解释由四分之一波电介质谐振器产生的电场和磁场的示意图；图6是图1和2中所示的带通滤波器1的等效电路图；图7是表示图1和2中所示的带通滤波器1的频率特性曲线的曲线图；图8是表示将凸起部分14添加到图1和2所示的带通滤波器1的金属板7上的一个实例的示意透视图；图9是表示在图1和2所示的带通滤波器1的金属板7中形成除去部分15的一个实例的示意透视图；图10是从上侧看的示意透视图，表示本发明另一优选实施例的带通滤波器70；图11是从底侧看的示意透视图，表示图10的带通滤波器70；图12是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一优选实施例的带通滤波器75；图13是从底侧看的示意透视图，表示图12的带通滤波器75；图14是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一优选实施例的带通滤波器50；图15是从底侧看的示意透视图，表示图14的带通滤波器50；图16是图14和15中所示带通滤波器50的等效电路图；图17是表示图14和15中所示的带通滤波器50的频率特性曲线的曲线图；图18是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一优选实施例的带通滤波器80；图19是从底侧看的示意透视图，表示图18的带通滤波器80；图20是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一优选实施例的带通滤波器90；图21是从底侧看的示意透视图，表示图20的带通滤波器90；图22是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一优选实施例的带通滤波器110；图23是从底侧看的示意透视图，表示图22的带通滤波器110。
优选实施例的详细说明下面将参考附图介绍本发明的优选实施例。
如图1和2所示，本发明优选实施例的带通滤波器1由电介质块2和形成于该电介质块2表面上的各种金属板构成。该电介质块2由例如介电常数εr为33的电介质材料制成，为正交棱柱形状，该正交棱柱的长度、宽度和厚度为4.0mm、3.25mm和0.6mm。也就是，该电介质块2没有孔或不规则表面。
而且，电介质块2由第一部分以及第二和第三部分构成，该第一部分位于第一横截面和平行于该第一横截面的第二横截面之间，该第二和第三部分由该第一部分分开。这并不意味着该电介质块2由物理上为不同部件的第一至第三部分组成。该电介质块2构成为单个电介质单元，即，第一至第三部分的名称只是为了便于说明。
电介质块2的第一部分位于正交棱柱电介质块2的中心，该第一部分的长度、宽度和厚度为0.2mm、3.25mm和0.6mm。电介质块2的第二和第三部分相对于第一部分对称布置。各部分的长度、宽度和厚度为1.9mm、3.25mm和0.6mm。定义第一至第三部分的“长度”、“宽度”和“厚度”的方向与定义该电介质块2的“长度”、“宽度”和“厚度”的方向相同。
电介质块2有一顶表面、一底表面和四个侧表面。在电介质块2的四个侧表面中，第二部分的端表面定义为“第一侧表面”，第三部分的端表面定义为“第二侧表面”，其余的表面定义为“第三侧表面”和“第四侧表面”。因此，顶表面和底表面都为4.0mm(长度)×3.25mm(宽度)，第一和第二侧表面都为0.6mm(厚度)×3.25mm(宽度)，第三和第四侧表面都为4.0mm(长度)×0.6mm(厚度)。
如图1和2所示，金属板3和4分别形成于电介质块2顶表面的与整个第二和第三部分相对应的部分上；金属板5和6分别形成于电介质块2第三侧表面的与整个第二和第三部分相对应的部分上；长度和宽度为4.0mm和2.2mm的金属板7形成于电介质块2的底表面上；以及长度和宽度为0.5mm和0.6mm的激励电极8和9形成于电介质块的底表面上。金属板7与激励电极8和9通过间开部分10而被防止相互接触。如图2所示，金属板7为矩形形状，它的一个长边与底表面靠近第三侧表面的边重合，各短边分别与底表面靠近第一和第二侧表面的边重合。激励电极8位于靠近第一和第四侧表面的电介质块2的底表面的拐角处。激励电极9位于靠近第二和第四侧表面的电介质块2的底表面的拐角处。
金属板5与金属板4和7接触。金属板6与金属板3和7接触。也就是，这些金属板3-7彼此短路且接地。激励电极8和9中的一个用作输入电极，另一个用作输出电极。
金属板3-7与激励电极8和9由银制成。不过，本发明并不局限于采用银，也可以采用其它种类的金属。优选是，利用丝网印刷方法在该电介质块2的表面上形成它们。
在电介质块2的其余表面上没有形成金属板或电极，因此它们构成开口端。因为带通滤波器1并不需要在电介质块2的第一、第二和第四侧表面上形成任何金属板或电极，因此，在该带通滤波器1的制造过程中，仅需要在电介质块2的顶表面、底表面和第三侧表面上进行金属喷镀。
根据上述结构，电介质块2的第一部分和形成于该第一部分上的金属板起到损耗波导管11的作用，该电介质块2的第二部分和形成于该第二部分上的金属板起到第一谐振器12的作用，该电介质块2的第三部分和形成于该第三部分上的金属板起到第二谐振器13的作用。该损耗波导管11是E型波导管，而各第一和第二谐振器12和13是四分之一波(λ/4)电介质谐振器。
下面将介绍由第一谐振器12和第二谐振器13构成的四分之一波(λ/4)电介质谐振器的原理。
图3是表示普通TEM模式半波(λ/2)电介质谐振器的示意透视图。
如图3所示，普通半波(λ/2)电介质谐振器由电介质块20、形成于该电介质块20上表面上的金属板21和形成于该电介质块20的下表面上的金属板22构成。形成于该电介质块20的上表面上的金属板21电浮接，而形成于电介质块20下表面上的金属板22接地。电介质块20的所有四个侧表面都是开端的。在图3中，电介质块20的上表面的一边的长度、电介质块20的上表面的与该一边垂直的另一边的长度、以及该电介质块20的厚度分别表示为2L、w和h。
为了沿该半波(λ/2)电介质谐振器的z方向进行主要为TEM模式的传播，如果电场在z＝0平面上为负最大值，那么它在z＝2L平面上将为正最大值，如图中的箭头23所示。显然，最小(零)电场在z＝L平面上，该平面是谐振器的对称平面24。
沿该对称平面24切开该半波(λ/2)电介质谐振器，可以获得两个四分之一波(λ/4)电介质谐振器。在该四分之一波(λ/4)电介质谐振器中，z＝L平面起到完全电导体(PEC)的作用。
图4是表示通过上述方法获得的四分之一波(λ/4)电介质谐振器的示意透视图。
如图4所示，四分之一波(λ/4)电介质谐振器由电介质块30、形成于该电介质块30的上表面上的金属板31、形成于该电介质块30的下表面上的金属板32和形成于该电介质块30的一个侧表面上的金属板34构成。该电介质块30的其余三个侧表面是开端的。形成于电介质块30的下表面上的金属板32接地。形成于电介质块30的一个侧表面上的金属板34相当于半波(λ/2)电介质谐振器的完全电导体(PEC)，以便使金属板31和金属板32短路。在图4中，箭头33表示电场，箭头35表示电流。
理想情况是，图4所示的四分之一波(λ/4)电介质谐振器和图3所示的半波(λ/2)电介质谐振器有相同的谐振频率。当用于该电介质块30的材料有相对较高的介电常数时，谐振器内部的电磁场吸持将足够强。而且，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的电磁场的分布基本与半波(λ/2)电介质谐振器的电磁场分布相同。如图3和4所示，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的体积是半波(λ/2)电介质谐振器的体积的一半。因此，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的总能量也为半波(λ/2)电介质谐振器的总能量的一半。不过，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的空载品质系数(Q0)保持与半波(λ/2)电介质谐振器的空载品质系数几乎相同，这是因为四分之一波(λ/4)电介质谐振器的能量损失大约为半波(λ/2)电介质谐振器的50％。因此，四分之一波(λ/4)电介质谐振器能够在基本不改变谐振频率和空载品质系数(Q0)的情况下进行小型化。
图5是用于解释由四分之一波(λ/4)电介质谐振器产生的电场和磁场的示意图。
如图5所示，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的磁场36在形成于该电介质块30的一个侧表面上的整个金属板34上有最大值。通过连接金属板34，磁场36起到向谐振器等效电路中添加了附加串联电感的作用。因此，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的谐振频率稍微低于半波(λ/2)电介质谐振器的谐振频率。
在该类型的四分之一波(λ/4)电介质谐振器中，谐振频率f可以由以下公式表示f＝c/[4×l(εeff)1/2]……(1)
其中c表示真空中的光速，l表示四分之一波(λ/4)谐振器的长度，而εeff表示有效介电常数，它可以表示为εeff＝(εr+1)/2+[(εr-1)/2](1+10h/w)-.5……(2)其中εr表示构成四分之一波(λ/4)电介质谐振器的电介质块的材料的相对电容率，h表示四分之一波(λ/4)电介质谐振器的厚度，而w表示四分之一波(λ/4)电介质谐振器的宽度。
参考公式(1)和(2)，显然，谐振频率主要取决于电介质块的长度，但也非常小地取决于该谐振器的厚度和宽度。特别是，当电介质块的长度缩短时谐振频率增加。因此，通过优化构成四分之一波(λ/4)电介质谐振器的电介质块的长度，可以获得有所需谐振频率的四分之一波(λ/4)电介质谐振器。
另一方面，在该类型的四分之一波(λ/4)电介质谐振器中，空载品质系数(Q0)取决于电介质块的厚度和宽度。特别是，在电介质块的厚度小于预定厚度的第一厚度区域中，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的品质系数(Q0)与电介质块的厚度成比例增加，而在电介质块的厚度大于预定厚度的第二厚度区域中，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的品质系数(Q0)与电介质块的厚度成比例减小。而且，在电介质块的宽度小于预定宽度的第一宽度区域中，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的品质系数(Q0)与电介质块的宽度成比例增加，而在电介质块的宽度大于预定宽度的第二厚度区域中，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的品质系数(Q0)变得基本恒定。因此，通过优化构成四分之一波(λ/4)电介质谐振器的电介质块的厚度和宽度，可以获得有所需空载品质系数(Q0)的四分之一波(λ/4)电介质谐振器。
本实施例的带通滤波器1由两个四分之一波(λ/4)电介质谐振器构成，这两个四分之一波(λ/4)电介质谐振器的工作原理如前所述，起到H型波导管作用的损耗波导管11布置在这两个四分之一波(λ/4)电介质谐振器之间。
为了加宽由两个四分之一波(λ/4)电介质谐振器构成的带通滤波器的带宽(通带宽度)，提高外部耦合(激励电容)将很有效。例如，在如图1和2所示的本实施例的带通滤波器1中，当激励电极8和9布置在电介质块2的底表面上时，外部耦合C可以由以下公式表示C＝ε0εrA/h……(3)其中，ε0表示空气的相对电容率，A表示激励电极的面积，而h表示四分之一波(λ/4)电介质谐振器的厚度。
在已经确定电介质块的材料的情况下，由公式(3)可知，激励电极的面积A可以较大和/或四分之一波(λ/4)电介质谐振器的厚度h可以较薄，以便提高外部耦合C。
不过，当激励电极的面积A较大时，四分之一波(λ/4)电介质谐振器的总尺寸将较大。而且，很难任意设定激励电极的面积A，因为谐振频率在很大程度上取决于电介质块的长度。因此，为了提高外部耦合C，优选是使四分之一波(λ/4)电介质谐振器的厚度h制得较薄。当四分之一波(λ/4)电介质谐振器的厚度h制得较薄时，不仅能使四分之一波(λ/4)电介质谐振器的总尺寸变小，而且辐射损失也能减小，因为开口端的面积减小了。
鉴于上面的论述，在本实施例的带通滤波器1中，激励电极8和9布置在电介质块2的底表面上，该电介质块2的厚度非常薄(0.6mm)。
图6是图1和2所示的带通滤波器1的等效电路图。
在该图中，损耗波导管11由L-C并联电路40表示。第一谐振器12和第二谐振器13分别由两个L-C并联电路41和42表示。激励电极8和9由两个电容Ce表示。而且，在I/O口之间有直接耦合电容Cd。
在第一和第二谐振器12和13之间通过损耗波导管11的耦合系数能够通过改变形成于电介质块2底表面上的金属板7的尺寸而进行调节。例如，在本实施例的带通滤波器1中，当通过将间开部分10的宽度设置为1.05mm而使金属板7的宽度为2.2mm时，第一和第二谐振器12和13之间的耦合常数为大约0.08，它们之间的有效耦合将成为电感性的。至于外部品质系数(Qe)，可以通过改变形成于电介质块2的底表面上的激励电极8和9的尺寸来进行调节。例如，在本实施例的带通滤波器1中，当激励电极8和9的尺寸设定为0.6mm×0.5mm时，外部品质系数(Qe)大约为12.5。
图7是表示该带通滤波器1的频率特性曲线的曲线图。
在图7中，S11表示反射系数，S21表示透射系数。如图7所示，该带通滤波器1的谐振频率为大约5.2GHz，它的3-dB带宽为大约580MHz。也就是，根据本实施例的带通滤波器1，可以获得非常宽的带宽。而且，衰减极点在大约4.6GHz和大约7.9GHz处，这样，该频率特性曲线的通带的较高边缘和较低边缘都很陡。有该衰减极点的原因是在激励电极8和9之间存在直接耦合电容Cd。
如上所述，因为本实施例的带通滤波器1由没有孔或不规则表面的正交棱柱电介质块2以及形成于该电介质块2表面上的金属板3-7与激励电极8和9构成，所以与普通滤波器相比，机械强度非常高。因此，即使该带通滤波器1的总尺寸减小，也能保证足够的机械强度。
而且，因为本实施例的带通滤波器1能够仅通过在电介质块2上形成各种金属板而制成，即因为不需要象在普通滤波器上那样形成孔或不规则形状，因此能大幅度降低制造成本。尤其是，在本实施例的带通滤波器中，因为在其上形成有金属板或电极的表面仅是顶表面、顶表面和第三侧表面，且不需要在其它表面(第一、第二和第四侧表面)上形成金属板或激励电极，因此，能够通过较少的步骤来制造该带通滤波器1。
而且，因为本实施例的带通滤波器1具有布置在电介质块2的底表面上的激励电极8和9，因此在采用非常薄的电介质块2的同时能获得宽带特性。此外，因为电介质块2的厚度非常薄，因此辐射损失非常小，这样，可以获得很高的空载品质系数(Q0)。
而且，在本实施例的带通滤波器1中，因为在激励电极8和9之间存在直接耦合电容Cd，所以在频率特性曲线的通带的较高和较低边缘处都有衰减极点，因此能获得很陡的衰减特性。
在第一和第二谐振器12和13之间的耦合系数不仅能通过改变间开部分10的宽度来调节，而且能通过如图8所示将凸起部分14添加到金属板7上或通过如图9所示从金属板7上形成除去部分15来进行调节。如果采用具有某种不规则形状的金属板7，则该金属板7的形状应该相对于对称平面对称，这是因为由该不规则形状所产生的效果应该同等地加到第一和第二谐振器12和13上。因此，当采用具有不规则形状的金属板7时，不仅能提高设计的灵活性，而且也有可能减小带通滤波器的总尺寸。
下面将介绍本发明的另一优选实施例。
图10是从上侧看的示意透视图，表示本发明另一实施例的带通滤波器70。图11是从底侧看的示意透视图，表示图10的带通滤波器70。
如图10和11所示，带通滤波器70是上述实施例的带通滤波器1的一种变化形式，除了在电介质块2的第四侧表面上增加有激励电极71和72之外其有着与带通滤波器1相同的结构。激励电极71与形成于电介质块2的底表面上的激励电极8接触，而激励电极72与形成于电介质块2的底表面上的激励电极9接触。也就是，可以认为激励电极71是激励电极8的一个延伸部分，激励电极72是激励电极9的一个延伸部分。
在本实施例的带通滤波器70中，因为增加了激励电极71和72，因此可以获得比在带通滤波器1中更大的外部耦合。这样，根据本实施例的带通滤波器70，可以获得更宽的带宽(通带宽度)。而且，因为激励电极71和72在电场最大的部分处，辐射损失能够减小。
还有，在本实施例的带通滤波器70中，第一和第二谐振器12和13之间的耦合系数不仅能够通过改变间开部分10的宽度来调节，还可以通过将金属板7的形状改变为如图8和9所示的不规则形状来进行调节。
下面将介绍本发明的又一优选实施例。
图12是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一实施例的带通滤波器75。图13是从底侧看的示意透视图，表示图12的带通滤波器75。
如图12和13所示，带通滤波器75是上述实施例的带通滤波器70的一种变化形式，除了在电介质块2的第四侧表面上增加有一个非接地的电容性短线73之外，其有着与带通滤波器70相同的结构。该非接地的电容性短线73不与任何金属板或激励电极接触。通过增加非接地的电容性短线73，本实施例的带通滤波器75的谐振频率比原来的谐振频率低，这意味着在更小尺寸的情况下可以获得与带通滤波器70基本相同的特性曲线。
因此，本实施例的带通滤波器75除了具有与上述实施例的带通滤波器70相同的效果外，还具有由于设置有非接地的电容性短线73，从而能够减小总尺寸的效果。
而且，在本实施例的带通滤波器75中，第一和第二谐振器12和13之间的耦合系数不仅能够通过改变间开部分10的宽度来调节，还可以通过将金属板7的形状改变为如图8和9所示的不规则形状来进行调节。
值得注意的是，尽管在电介质块2的第四侧表面上设置有激励电极71和72，但是在本实施例的带通滤波器75中也可以没有激励电极71和72，同时留下非接地的电容性短线73。
下面将介绍本发明的又一优选实施例。
图14是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一实施例的带通滤波器50。图15是从底侧看的示意透视图，表示图14的带通滤波器50。
如图14和15所示，带通滤波器50由电介质块52和形成于该电介质块52表面上的各个金属板构成。该电介质块52由例如介电常数εr为33的电介质材料制成，为正交棱柱形状，该正交棱柱的长度、宽度和厚度为3.6mm、2.9mm和0.6mm。也就是，该电介质块52上没有孔或不规则表面。该电介质块52在长度和宽度上比用于带通滤波器1的电介质块2短大约10％。
而且，电介质块52由第一部分以及第二和第三部分构成，该第一部分位于第一横截面和平行于该第一横截面的第二横截面之间，该第二和第三部分被该第一部分分开。电介质块52的第一部分位于正交棱柱电介质块52的中心，该第一部分的长度、宽度和厚度为0.2mm、2.9mm和0.6mm。电介质块52的第二和第三部分相对于该第一部分对称布置。各部分的长度、宽度和厚度为1.7mm、2.9mm和0.6mm。
如图14和15所示，金属板53和54分别形成于电介质块52顶表面的与整个第二和第三部分相对应的部分上；金属板55和56分别形成于电介质块52第三侧表面的与整个第二和第三部分相对应的部分上；T形金属板57形成于电介质块52的底表面上；以及长度和宽度为1.1mm和0.9mm的激励电极58和59形成于电介质块52的底表面上。金属板57和激励电极58通过宽度为0.3mm的间开部分60而被防止相互接触。金属板57和激励电极59通过宽度为0.3mm的间开部分61而被防止相互接触。如图15所示，金属板57的与底表面靠近第三侧表面的整个边都接触，并且与底表面靠近第一、第二和第四侧表面的各边的一部分接触。金属板57的与底表面靠近第一和第二侧表面的各边接触的边缘的长度为1.7mm。金属板57的与底表面靠近第四侧表面的边接触的边缘的长度为0.8mm。激励电极58位于靠近第一和第四侧表面的电介质块52底表面的拐角处。激励电极59位于靠近第二和第四侧表面的电介质块52底表面的拐角处。
还有，在电介质块52的第四侧表面的中心处形成有电容性短线62，该电容性短线62的宽度和高度为0.8mm和0.42mm。该电容性短线62与形成于底表面上的金属板57接触。也就是，可以认为该电容性短线62是形成于底表面上的金属板57的一个延伸部分。电容性短线62的“宽度”方向与限定电介质块52的“长度”方向重合。
金属板55与金属板54和57接触。金属板56与金属板53和57接触。也就是，这些金属板53-57以及电容性短线62彼此短路且接地。激励电极58和59中的一个用作输入电极，另一个用作输出电极。
在电介质块52的其余表面上没有形成金属板或电极，因此构成开口端。因为带通滤波器50并不需要在电介质块52的第一和第二侧表面上形成任何金属板或电极，因此，在该带通滤波器50的制造过程中，仅需要在电介质块52的顶表面、底表面以及第三和第四侧表面上进行金属喷镀。
根据上述结构，电介质块52的第一部分和形成于该第一部分上的金属板起到损耗波导管63的作用，该电介质块52的第二部分和形成于该第二部分上的金属板起到第一谐振器64的作用，该电介质块52的第三部分和形成于该第三部分上的金属板起到第二谐振器65的作用。该损耗波导管63是E型波导管，而各第一和第二谐振器64和65是四分之一波(λ/4)电介质谐振器。
图16是带通滤波器50的等效电路图。
在该图中，损耗波导管63由L-C并联电路43表示。第一谐振器64和第二谐振器65分别由两个L-C并联电路44和45表示。两个电容Cp由电容性短线62形成。在本实施例的带通滤波器50中，在I/O口之间几乎没有直接耦合电容，因为金属板57插入激励电极58和59之间。
图17是表示该带通滤波器50的频率特性曲线的曲线图。
在图17中，S11表示反射系数，S21表示透射系数。如图17所示，该带通滤波器50的谐振频率为大约5.3GHz，它的3-dB带宽为大约450MHz。也就是说，该带通滤波器50有与带通滤波器1几乎相同的特性曲线。
如上所述，对于带通滤波器50，即使它的长度和宽度都比带通滤波器1短大约10％，也能够获得与带通滤波器1基本相同的特性曲线。这主要是由于增加了电容性短线62而引起的效果。当增加有电容性短线62时，第一和第二谐振器64和65之间的有效耦合成为电感性的。而且，因为电容性短线62通过与金属板57接触而接地，这与用于带通滤波器75中的非接地电容性短线73不同，因此与非接地电容性短线73相比，它在减小带通滤波器的总尺寸方面的效果非常明显。
因此，在本实施例的带通滤波器50中，除了具有与上述实施例的带通滤波器1的相同效果外，还能够进一步减小总尺寸。
下面将介绍本发明的又一优选实施例。
图18是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一实施例的带通滤波器80。图19是从底侧看的示意透视图，表示图18的带通滤波器80。
如图18和19所示，带通滤波器80是上述实施例的带通滤波器50的一种变化形式，除了在电介质块52的第四侧表面上增加有激励电极81和82之外，其有着与带通滤波器50相同的结构。激励电极81与形成于电介质块52的底表面上的激励电极58接触，而激励电极82与形成于电介质块52的底表面上的激励电极59接触。也就是，可以认为激励电极81是激励电极58的一个延伸部分，激励电极82是激励电极59的一个延伸部分。
在本实施例的带通滤波器80中，因为增加了激励电极81和82，可以获得比带通滤波器50中更大的外部耦合。这样，根据本实施例的带通滤波器80，可以获得更宽的带宽(通带宽度)，且辐射损失能够减小。
下面将介绍本发明的又一优选实施例。
图20是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一实施例的带通滤波器90。图21是从底侧看的示意透视图，表示图20的带通滤波器90。
如图20和21所示，带通滤波器90由电介质块91和形成于该电介质块91表面上的各个金属板构成。该电介质块91由例如介电常数εr为33的电介质材料制成，为正交棱柱形状。也就是，该电介质块91上没有孔或不规则表面。
电介质块91由第一部分、第二部分、第三部分、第四部分以及第五部分构成，该第一部分位于A-A横截面(第一横截面)和平行于该第一横截面的B-B横截面(第二横截面)之间，该第二部分位于C-C横截面(第三横截面)和平行于该第三横截面的D-D横截面(第四横截面)之间，该第三部分位于第一侧表面和A-A横截面(第一横截面)之间，该第四部分位于B-B横截面(第二横截面)和C-C横截面(第三横截面)之间，该第五部分位于第二侧表面和D-D横截面(第四横截面)之间。后面将详细介绍，第一和第二部分分别构成第一和第二损耗波导管的一部分，而该第三至第五部分分别构成第一至第三谐振器的一部分。
电介质块91的顶表面、底表面以及第一至第四侧表面的定义与电介质块2中的定义相同。
如图20所示，金属板92-94分别形成于电介质块91顶表面的与第三、第四和第五部分相对应的部分上。如图21所示，金属板95-97分别形成于电介质块91第三侧表面的与第三、第四和第五相对应的部分上。而且，金属板98以及激励电极99和10形成于电介质块91的底表面上。金属板98与激励电极99和100通过间开部分101而被防止相互接触。如图21所示，金属板98为矩形形状，它的一个长边与底表面靠近第三侧表面的边重合，各短边分别与底表面靠近第一和第二侧表面的边重合。激励电极99位于靠近第一和第四侧表面的电介质块91底表面的拐角处。激励电极100位于靠近第二和第四侧表面的电介质块91底表面的拐角处。
金属板95与金属板92和98接触。金属板96与金属板93和98接触。金属板97与金属板94和98接触。也就是，这些金属板92-98彼此短路且接地。激励电极99和100中的一个用作输入电极，另一个用作输出电极。
在电介质块91的其余表面上没有形成金属板或电极，因此构成开口端。因为带通滤波器90并不需要在电介质块91的第一、第二和第四侧表面上形成任何金属板或电极，因此，在该带通滤波器90的制造过程中，仅需要在电介质块91的顶表面、底表面和第三侧表面上进行金属喷镀。
根据上述结构，电介质块91的第一部分和形成于该第一部分上的金属板起到第一损耗波导管102的作用，该电介质块91的第二部分和形成于该第二部分上的金属板起到第二损耗波导管103的作用，该电介质块91的第三部分和形成于该第三部分上的金属板起到第一谐振器104的作用，该电介质块91的第四部分和形成于该第四部分上的金属板起到第二谐振器105的作用，该电介质块91的第五部分和形成于该第五部分上的金属板起到第三谐振器106的作用。各第一和第二损耗波导管102和103是E型波导管，而各第一至第三谐振器104至106是四分之一波(λ/4)电介质谐振器。也就是，带通滤波器90是一种采用三个谐振器的三级带通滤波器。
在带通滤波器90中，通过将第一谐振器104和第二谐振器105之间的耦合常数k1和第二谐振器105和第三谐振器106之间的耦合常数k2设置成基本相同的值，可以获得具有与上述带通滤波器1相当的陡峭边缘的频率特性曲线。
如上所述，因为本实施例的带通滤波器90由没有孔或不规则表面的正交棱柱电介质块91以及形成于该电介质块91表面上的金属板和电极构成，因此，即使该带通滤波器90的总尺寸减小，也能保证有足够的机械强度。而且，因为激励电极99和100布置在电介质块91的底表面上，因此在采用非常薄的电介质块91的同时能够获得宽带特性。
下面将介绍本发明的又一优选实施例。
图22是从上侧看的示意透视图，表示本发明又一实施例的带通滤波器110。图23是从底侧看的示意透视图，表示图22的带通滤波器110。
如图22和23所示，带通滤波器110由电介质块111和形成于该电介质块111表面上的各个金属板构成。该电介质块111由例如介电常数εr为33的电介质材料制成，为正交棱柱形状。也就是，该电介质块111上没有孔或不规则表面。
电介质块111由第一部分、第二部分、第三部分、第四部分以及第五部分构成，该第一部分位于E-E横截面(第一横截面)和平行于该第一横截面的F-F横截面(第二横截面)之间，该第二部分位于G-G横截面(第三横截面)和平行于该第三横截面的H-H横截面(第四横截面)之间，该第三部分位于第一侧表面和E-E横截面(第一横截面)之间，该第四部分位于F-F横截面(第二横截面)和G-G横截面(第三横截面)之间，该第五部分位于第二侧表面和H-H横截面(第四横截面)之间。后面将详细介绍，第一和第二部分分别构成第一和第二损耗波导管部分，而该第三至第五部分分别构成第一至第三谐振器部分。
电介质块111的顶表面、底表面以及第一至第四侧表面的定义与电介质块2中的定义相同。
如图22所示，金属板112-114分别形成于电介质块111顶表面的与第三、第四和第五部分相对应的部分上。如图23所示，金属板115-117分别形成于电介质块111第三侧表面的与第三、第四和第五相对应的部分上。而且，金属板118以及激励电极119和120形成于电介质块111的底表面上。金属板118与激励电极119通过间开部分121而被防止相互接触，金属板118与激励电极120通过间开部分122而被防止相互接触。如图23所示，金属板118为T形形状，与底表面靠近第三侧表面的整个边都接触，并且与底表面靠近第一、第二和第四侧表面的各边的一部分接触。激励电极119位于靠近第一和第四侧表面的电介质块111底表面的拐角处。激励电极120位于靠近第二和第四侧表面的电介质块111底表面的拐角处。
还有，第一至第三电容性短线123-125分别形成于电介质块111第四侧表面的与第三、第四和第五部分相对应的部分上。该第一至第三电容性短线123-125与形成于底表面上的金属板118接触。
金属板115与金属板112和118接触。金属板116与金属板113和118接触。金属板117与金属板114和118接触。也就是，这些金属板112-118和第一至第三电容性短线123-125彼此短路且接地。激励电极119和120中的一个用作输入电极，另一个用作输出电极。
在电介质块111的其余表面上没有形成金属板或电极，因此构成开口端。因为带通滤波器110不需要在电介质块111的第一和第二侧表面上形成任何金属板或电极，因此，在该带通滤波器110的制造过程中，仅需要在电介质块111的顶表面、底表面以及第三和第四侧表面上进行金属喷镀。
根据上述结构，电介质块111的第一部分和形成于该第一部分上的金属板起到第一损耗波导管126的作用，该电介质块111的第二部分和形成于该第二部分上的金属板起到第二损耗波导管127的作用，该电介质块111的第三部分和形成于该第三部分上的金属板起到第一谐振器128的作用，该电介质块111的第四部分和形成于该第四部分上的金属板起到第二谐振器129的作用，该电介质块111的第五部分和形成于该第五部分上的金属板起到第三谐振器130的作用。各第一和第二损耗波导管126和127是E型波导管，而各第一至第三谐振器128至130是四分之一波(λ/4)电介质谐振器。也就是，带通滤波器110是一种采用三个谐振器的三级带通滤波器。
在带通滤波器110中，通过将第一谐振器128和第二谐振器129之间的耦合常数k1和第二谐振器129和第三谐振器130之间的耦合常数k2设置成基本相同的值，可以获得具有与上述带通滤波器50相当的陡峭边缘的频率特性曲线。
如上所述，因为本实施例的带通滤波器110由没有孔或不规则表面的正交棱柱电介质块111以及形成于该电介质块111表面上的金属板和电极构成，因此，即使该带通滤波器110的总尺寸减小，也能保证有足够的机械强度。而且，因为激励电极119和120布置在电介质块111的底表面上，因此在采用非常薄的电介质块111的同时能够获得宽带特性。
这样，已经参考特殊实施例介绍和说明了本发明。不过，应当知道，本发明并不局限于所述结构的细节，而是在不脱离附属的权利要求的范围的情况下，可以进行改变和变化。
例如，在上述实施例中，用于谐振器和损耗波导管的电介质块部分由介电常数εr为33的电介质材料制成。不过，也可以采用具有不同介电常数的材料来达到目的。
而且，在上述实施例中，所述谐振器和损耗波导管的尺寸仅仅是例子。也可以采用具有不同尺寸的谐振器和损耗波导管来达到目的。
而且，在带通滤波器110中，尽管第一至第三电容性短线123-125相互分离地设置在电介质块111的第四侧表面上，但是它们也可以在第四侧表面上连接起来，形成为一个单个的电容性短线。
而且，尽管介绍了两级带通滤波器1、50、70、75和80以及三级带通滤波器90和110，但是本发明并不局限于两级和三级带通滤波器，也可以用于四级或更多级带通滤波器。
如上所述，因为根据本发明的带通滤波器由没有孔或不规则表面的正交棱柱电介质块以及形成于该电介质块的表面上的金属板和电极构成，因此，与传统的滤波器相比，它具有非常高的机械强度，这样，即使该带通滤波器的总尺寸减小，也能保证有足够的机械强度。而且，因为根据本发明的带通滤波器能够仅通过在电介质块上形成各种金属板等而制造，并不需要象在普通滤波器中那样形成孔或不规则表面，因此能大幅度减小制造成本。
而且，根据本发明，因为激励电极布置在电介质块的底表面上，因此在采用非常薄的电介质块的同时，能够获得宽带特性。
而且，当在本发明的带通滤波器中设置有电容性短线时，带通滤波器的总尺寸可以进一步减小，并且辐射损失能够降低。
因此，本发明提供了一种带通滤波器，该带通滤波器优选地使用于通信终端例如移动电话等、无线LAN(局域网)以及ITS(智能传送系统)等。
权利要求
1.一种带通滤波器，其包括电介质块和金属板，该电介质块由第一部分以及第二和第三部分构成，该第一部分位于该电介质块的第一横截面和该电介质块的基本上与该第一横截面平行的第二横截面之间，该第二和第三部分被该第一部分分开；所述金属板形成于该电介质块的表面上；因此，该电介质块的第一部分以及形成于该第一部分上的金属板能够起到损耗波导管的作用，该电介质块的第二部分以及形成于该第二部分上的金属板能够起到第一谐振器的作用，而该电介质块的第三部分以及形成于该第三部分上的金属板能够起到第二谐振器的作用；所述金属板包括至少一个形成于该电介质块的第一表面上的激励电极，该第一表面的面积最大。
2.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中所述电介质块的基本平行于第一横截面的基本全部表面都是开口端。
3.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中所述电介质块为基本正交棱柱形状。
4.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中激励电极形成于所述电介质块第一表面的拐角处或靠近该拐角的区域处。
5.一种带通滤波器，包括一电介质块，该电介质块具有一顶表面、一底表面、彼此相对的第一和第二侧表面以及彼此相对的第三和第四侧表面，该电介质块由第一部分、第二部分和第三部分构成，该第一部分位于该电介质块的基本平行于第一侧表面的第一横截面和该电介质块的基本平行于第一横截面的第二横截面之间，该第二部分位于第一侧表面和第一横截面之间，而该第三部分位于第二侧表面和第二横截面之间；一第一金属板，该第一金属板形成于所述电介质块顶表面的与该第二部分相对应的部分上；一第二金属板，该第二金属板形成于所述电介质块顶表面的与该第三部分相对应的部分上；一第三金属板，该第三金属板形成于所述电介质块第三侧表面的与该第二部分相对应的部分上；一第四金属板，该第四金属板形成于所述电介质块第三侧表面的与该第三部分相对应的部分上；一第五金属板，该第五金属板形成于所述电介质块的底表面上；一第一激励电极，该第一激励电极形成于所述电介质块底表面的与该第二部分相对应的部分上；以及一第二激励电极，该第二激励电极形成于所述电介质块底表面的与该第三部分相对应的部分上。
6.根据权利要求5所述的带通滤波器，其中该电介质块的基本全部第一和第二侧表面是开口端。
7.根据权利要求5所述的带通滤波器，还包括第三激励电极和第四激励电极，该第三激励电极形成于所述电介质块第四侧表面的与第二部分相对应的部分上，该第四激励电极形成于所述电介质块第四侧表面的与第三部分相对应的部分上，该第一和第三激励电极彼此接触，该第二和第四激励电极彼此接触。
8.根据权利要求5所述的带通滤波器，还包括一电容性短线，该电容性短线形成于所述电介质块第四侧表面的与至少第二和第三部分相对应的部分上。
9.根据权利要求8所述的带通滤波器，其中所述第五金属板与所述电容性短线接触。
10.根据权利要求5所述的带通滤波器，其中所述电介质块的基本全部第四侧表面为开口端。
11.根据权利要求5所述的带通滤波器，其中形成于所述电介质块第二部分的表面上的第五金属板的一部分与形成于所述电介质块第三部分的表面上的第五金属板的另一部分的尺寸相同。
12.根据权利要求5所述的带通滤波器，其中该电介质块为基本矩形棱柱形状。
13.根据权利要求5所述的带通滤波器，其中所述电介质块的第二部分以及形成于该电介质块第二部分上的第一金属板、第三金属板和第五金属板的一部分能够起到第一四分之一波电介质谐振器的作用，而所述电介质块的第三部分以及形成于该电介质块第三部分上的第二金属板、第四金属板和第五金属板的另一部分能够起到第二四分之一波电介质谐振器的作用。
14.一种带通滤波器，包括多个四分之一波电介质谐振器，该多个四分之一波电介质谐振器包括成直线布置的至少第一和第二四分之一波电介质谐振器，它们中的每一个都由形成于电介质块第一表面、与该第一表面相对的电介质块第二表面以及基本垂直于该第一表面的电介质块第三表面上的金属板构成；一损耗波导管，该损耗波导管插入在相邻的四分之一波电介质谐振器之间；一第一激励电极，该第一激励电极形成于电介质块的与第一四分之一波电介质谐振器相对应的部分的第二表面上；以及一第二激励电极，该第二激励电极形成于电介质块的与第二四分之一波电介质谐振器相对应的另一部分的第二表面上。
15.根据权利要求14所述的带通滤波器，其中在所述第一和第二激励电极之间设置有直接耦合。
16.根据权利要求14所述的带通滤波器，其中该带通滤波器的总体形状为基本正交棱柱。
17.根据权利要求14所述的带通滤波器，其中该电介质块的垂直于第一和第三表面的几乎全部表面为开口端。
18.根据权利要求14所述的带通滤波器，还包括一电容性短线，该电容性短线形成于电介质块的一个与第三表面相对的表面上。
全文摘要
本发明公开了一种非常紧凑的、具有极好机械强度的带通滤波器，其采用了基本正交棱柱形状的电介质块和金属板，该电介质块由第一部分以及第二和第三部分构成，该金属板形成于该电介质块的表面上。电介质块的第一部分以及形成于该第一部分上的金属板能够起到损耗波导管的作用；电介质块的第二部分以及形成于该第二部分上的金属板能够起到第一谐振器的作用；电介质块的第三部分以及形成于该第三部分上的金属板能够起到第二谐振器的作用。该金属板包括至少一个形成于电介质块的第一表面上的激励电极，该第一表面的面积最大。因此，在采用非常薄的电介质块的同时，能够获得宽带特性和很高的空载品质系数(Q
文档编号H01P1/203GK1405920SQ02141668
公开日2003年3月26日 申请日期2002年9月10日 优先权日2001年9月10日
发明者薰树亚栏 申请人:Tdk株式会社