带通滤波器的制造方法
【专利摘要】为了防止电特性降低，带通滤波器包括：具有彼此相反的上表面和下表面的电介质基板，该电介质基板在波导轴方向上延伸；分别在电介质基板的上表面和下表面上布置的一对导体层；两排用作侧壁的通孔组，其在波导轴方向上以预定的间隔形成以便于电连接该对导体层；和电连接该对导体层的多个通孔，该多个通孔平行于波导轴方向形成并布置在波导的中心，该波导形成在由该对导体层和作为侧壁的两排通孔组包围的区域中。
【专利说明】带通滤波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带通滤波器，尤其涉及一种在电介质基板中等效实现的带通波导滤波器。
【背景技术】
[0002]目前，在高频无线电装置的发展中，需要实现集成各种类型的高频电路的低损耗连接以及降低成本和批量生产每个元件电路。因此，实现具有小间隙的高频无线电装置同时保持高性能和高功能特征是一个重要因素。在高频无线电装置中，诸如滤波器的无源电路的物理尺寸是由设计频率充分确定的。因此，鉴于灵活安装其每个部件，诸如滤波器的无源电路是具有低自由度的电路中的一种电路。
[0003]相关的带通滤波器是通过将E面平行的金属板夹在通过在H面的中心将矩形波导分成两半得到的矩形波导的中间以配置单波导来实现的。在上述结构的情况下，需要具有高制造精度机械元件的金属板和受到切割加工的矩形波导。在与外围平面电路的连接和集成方面，需要有安装空隙。
[0004]因此，迄今已经提出了在电介质基板中等效实现带通波导滤波器的技术。
[0005]例如，在JP-A-11_284409(专利文件I)中，公开了具有高生产率且能满足尺寸缩减要求的“带通波导滤波器”。专利文件I中公开的带通波导滤波器包括将电介质基板夹在中间的一对主导体层，和在信号传输方向上以小于信号波长1/2的间隔形成以便电连接主导体层的作为侧壁的两排穿通导体组。电连接主导体层以形成电感窗(电感元件)的多个穿通导体，在电介质波导线内部在信号传输方向上以小于波长1/2的间隔提供在波导中，用于穿过由这一对主导体层和用于侧壁的两排穿通导体组包围的区域传输高频信号。
[0006]在专利文件I的一个实施例的实例中，对于多个穿通导体，在接近电介质波导线的中间部分中形成最大数量(实施例中为3)的穿通导体，以使其在宽度方向上相互隔开。当在信号传输方向上由中间部分隔成两边时，其数量将减少。
[0007]现有技术文件
[0008]专件文件
[0009]专利文件I JP-A-11-284409
【发明内容】
[0010]要由发明解决的问题
[0011]在专利文件I中公开的带通波导滤波器中，多个穿通导体形成在电介质波导线的接近中间部分中，以使其在宽度方向上相互隔开。因此，当穿通导体的位置在宽度方向上改变时，存在电特性降低的问题。
[0012]本发明的目的在于提供一种能够防止电特性降低的带通滤波器。
[0013]解决问题的方式
[0014]根据该发明的带通滤波器包括:电介质基板，其具有彼此相反的上表面和下表面，该电介质基板在波导轴方向上延伸；一对导体层，其分别布置在电介质基板的上表面和下表面上；用于侧壁的两排通孔组，其在波导轴方向上以预定的间隔形成以便于电连接该一对导体层；和多个通孔，其用于电连接该一对导体层，该多个通孔平行于波导轴方向形成并布置在波导的中心，该波导形成在由该一对导体层和作为侧壁的两排通孔组包围的区域中。
[0015]发明效果
[0016]根据该发明的带通滤波器能够防止电特性降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是示例相关带通波导滤波器的构造的局部剖面分解透视图；
[0018]图2是示出通过电磁场模拟分析图1所示的相关带通波导滤波器的S参数的频率特性的结果的特性图；
[0019]图3是示例根据该发明的第一实例的带通滤波器的结构的透视图；和
[0020]图4是示出通过电磁场模拟分析图3所示的带通滤波器的S参数的频率特性的结果的特性图。
【具体实施方式】
[0021][相关技术]
[0022]参考图1，为了更容易地理解本发明，现在将描述相关带通波导滤波器10的结构。图1是示例相关带通波导滤波器10的结构的局部剖面分解透视图。
[0023]在图1的实例中，正交坐标系(x，y，z)具有横向延伸的X方向、垂直延伸的y方向及纵向延伸的Z方向。X方向、y方向和Z方向相互正交。X方向也称为水平方向或者宽度方向。y方向也称为垂直方向、厚度方向或者高度方向。z方向也称为纵向方向。信号(电磁波)在Z方向上传输(传播)。因此，Z方向也称为信号传输方向(波导轴方向)。
[0024]带通波导滤波器10包括通过在H面的中心将矩形波导分成两半得到的矩形波导侧壁11，和E面平行金属板12。通过将E面平行金属板12夹在通过分离得到的矩形波导侧壁11的中间，构成单个波导。E面平行金属板12基于以阶梯状图案布置的金属板的形状(诸如板厚度或者金属翼片(metal fin)的宽度,及金属翼片之间的间隙)，确定带通滤波器所需的耦合系数。
[0025]每个矩形波导侧壁11都具有U型横截面，并且具有宽度W为7.9mm,高度(厚度)H为7.9mm，以及长度LI为124臟。
[0026]E面平行金属板12包括:平行布置以便在垂直方向(y方向)上彼此隔开并且在信号传输方向(z方向)上延伸的两个金属片122，以及在该两个金属片122之间以阶梯状图案布置的多个金属板124。金属板124也称为金属翼片。金属翼片124充当感应兀件。金属翼片124的形状(诸如板厚度、金属翼片的宽度及金属片之间的间隙)确定了带通滤波器所需的耦合系数。
[0027]图2是示出通过电磁场模拟分析相关带通波导滤波器10的S参数的频率特性的结果的特性图。图2的水平轴表示频率[GHz]，而垂直轴表示S参数的S21 [dB]和Sll [dB]。
[0028]在本【技术领域】中众所周知的，对于S参数，S21对应于插入损耗，Sll对应于回波损耗。插入损耗S21是当信号输入到端子1(输入端子)时穿过端子2 (输出端子)的信号(功率)的损耗，其用dB(分贝)表示。回波损耗Sll是当信号输入到端子I (输入端子)时被反射并且返回端子I (输入端子)的信号(功率)的损耗，其用dB (分贝)表示。
[0029]在图1所示的相关带通波导滤波器10的结构的情况下，需要是具有高制造精度的机械部件的E面平行金属板12，和通过切割加工得到的该一对矩形波导侧壁11。在与外围平面电路连接和集成方面，需要有安装空隙。
[0030]另一方面，在专利文件I公开的带通波导滤波器中，多个穿通导体形成在电介质波导线的接近中间部分中以使其在宽度方向上彼此隔开。因此，当穿通导体的位置在宽度方向上改变时，存在电特性降低的问题。
[0031][示例性实施例]
[0032]现在描述该发明的特征。
[0033]该发明的特征是在电介质基板中布置通孔以形成波导和电感耦合元件，从而实现带通滤波器。
[0034]在该发明中，将金属板通孔布置为波导侧壁以形成波导。金属翼片部分用通孔代替。通过这种方式，构成与上述带通滤波器等效的带通滤波器。
[0035]利用上述的构造，该滤波器能够在电介质基板中实现，并且其适于在与外围的基于平面线路的高频电路(RF电路)连接和集成。而且，需要高制造精度的机械元件，诸如金属板和矩形波导不是必需的。因此，该带通滤波器通过相对电容率减小了尺寸并因此在安装间隙方面是有利的。
[0036]换句话说，在该发明中，带通滤波器是通过在具有金属接合上表面和下表面的电介质基板内部布置镀金属通孔来实现的。该带通滤波器在不需要机械元件的情况下可以用常规印制板加工技术制造。而且，带通滤波器通过基板的电容率减小了尺寸，可以用常规印制技术制造，并且适于与在同一基板中的外围平面电路连接并集成。
[0037]换句话说，该发明的特征是，通过用镀金属通孔“置换”来构造使用诸如常规金属板和矩形波导的机械元件的E面带通波导滤波器。
[0038]由上述的观点，最初的设计是使用需要小计算负荷的封闭波导，而最终设计是考虑到通孔确定的。因此，容易计划该设计，提供优良的设计性能。
[0039]带通滤波器仅通过在基板厚度方向上布置通孔来构造，因此在厚度方向(y方向)上具有一致的二维结构。因此，带通滤波器在制造、分析及设计方面是有利的。
[0040]位于波导中间部分的通孔平行于波导轴(ζ方向)布置。如上所述，将用于确定耦合系数的通孔布置在波导的中心。因此，能够防止当穿通导体的位置如同专利文件I的情况在宽度方向(X方向)上变化时发生的电特性降低。这是因为波导中的电磁场在波导轴中心附近具有正弦分布的峰值，并耐制造误差。
[0041][第一实例]
[0042]图3是示例根据该发明第一实例的13GHz带模带通滤波器20的结构的透视图。
[0043]在图3的实例中，正交坐标系(x，y，z)具有横向延伸的X方向、垂直延伸的y方向及纵向延伸的ζ方向。X方向、y方向和ζ方向相互正交。X方向也称为水平方向或者宽度方向。y方向也称为垂直方向或者厚度方向。ζ方向也称为纵向方向。信号(电磁波)在Z方向上传输(传播)。因此，Z方向也称为信号传输方向(波导轴方向)。
[0044]该示例的带通滤波器20是设计频率为13.6GHz，通带为200MHz及在离开中心频率±200MHz处衰减为40dB的设计实例，并且具有六级构造。
[0045]带通滤波器20包括厚度T为1.6mm且长度L2为10mm的长方体形状的电介质基板21。电介质基板21在波导轴方向(z方向)上延伸。在电介质基板21的上表面和下表面上，接合一对由金属制成的导体层22的每一个。
[0046]将两排镀金属通孔23布置在电介质基板21中以使它们在宽度方向(X方向)上以10.8mm的距离S相互隔开。镀金属通孔23将这一对导体层22相互电连接。布置每排中的镀金属通孔23以使其以约0.3波长或者更小的间隔在波导轴方向(z方向)延伸并充当侧壁。在所示的实例中，每排镀金属通孔23都是通过以2.4mm的间隔布置直径为1.2mm的通孔形成的。
[0047]在由一对金属层22和两排镀金属通孔23包围的区域中，构成(形成)波导(22 ；23)。
[0048]因此，对应于图1所示的矩形波导侧壁11的部分与图3所示的布置在两侧的镀金属通孔23的部分相对应。
[0049]布置在两侧的镀金属通孔23也称为两排用于侧壁的通孔组。
[0050]带通滤波器20还包括在波导(22 ；23)中心(中间)布置的多个通孔24。多个通孔24电连接一对导体层22。多个通孔24平行于波导轴方向(z方向)布置在波导(22 ；23)的中心。
[0051]具体地，在带通滤波器20中，对应于在图1所示的波导H面的中心提供的E面平行金属板12的感应元件124的部分，通过在波导(22 ；23)的中心布置的镀金属通孔24构成。换句话说，对应于图1所示的金属翼片(感应元件)124的部分与图3中布置在中心的镀金属通孔24的部分相对应。
[0052]在图1所示的带通波导滤波器10的情况下，对期望带通滤波器所要求的耦合系数是基于E面平行金属板12的以阶梯状图案布置的每个金属翼片124的形状确定的。
[0053]另一方面，在图3所示的带通滤波器20中，对期望带通滤波器所要求的耦合系数是基于在波导H面的中心布置的镀金属通孔24的数量、半径及位置确定的。在这种情况下，为了得到适当的耦合系数，将每个通孔24的直径设定为0.6mm。该结构可以通过印制技术来实现，并且适合与在同一基板21中的外围平面电路集成。
[0054]在所示的实例中，布置在中间的镀金属通孔24的数量是五组各四个通孔以及两个单独的通孔，即，总共22个。具体地，作为布置在中间的镀金属通孔24，单独的通孔和四个通孔的组以间隔布置。然而，取决于设计频率，通孔24的数量和布置位置不限制于上述那些并且可以产生各种变更。
[0055]接着，将描述图3所示的带通滤波器20的操作和效果。
[0056]在平行于E面的方向(y方向)上约以0.3波长或者更小布置的镀金属通孔23在通孔23之间具有小的功率泄漏损耗，并且因此在电介质基板21中等效为金属壁操作。
[0057]因此，通过在适当的位置布置镀金属通孔23，包括E面平行金属板12的带通波导滤波器10的常规金属壁部分可以用镀金属通孔23来代替。
[0058]根据该实例，在不使用三维机械元件，诸如受到切割加工的矩形波导和E面平行金属板的情况下，带通滤波器20可以通过在其上表面和下表面上接合有金属22的电介质基板21中布置镀金属通孔23和24的常规印制技术来构造。该带通滤波器可以在电介质基板21中实现，并因此适合在同一基板21中与外围的基于平面线路的高频电路集成。
[0059]而且，该结构在厚度方向(y方向)上是不一致的，并因此可以用任意厚度的电介质基板21来实现。从而，提供优良的设计性能。
[0060]该带通滤波器配置在电介质基板21中，因此其尺寸与电介质基板21的相对电容率的平方根的倒数成比例减小，由此在安装间隙方面提供有优势。例如，当使用特氟龙(商标)基板(相对电容率为2.2)作为电介质基板21时，在13GHz带模的情况下，该尺寸会在宽度方向(X方向)上从15.8mm减小到10.8mm,在波导轴方向(z方向)上从124mm减小到10mm0
[0061]作为实例，图4示出了通过电磁场模拟分析13GHz带模带通滤波器20的S参数的频率特性的结果。在图4中，水平轴表示频率[GHz]，而垂直轴表示S参数的S21[dB]和Sll[dB]。
[0062]当使用特氟龙基板(相对电容率为2.2且tan δ = 0.00085)作为电介质基板21时，实现约为200MHz的通带，并且在离开200MHz处衰减约为40dB。
[0063]与图2的比较明显的是，与相关带通波导滤波器10的特征完全等效的特征还可以实现为通带中除插入损耗S21以外的衰减特性。与相关的带通波导滤波器10的插入损耗相比较，该插入损耗增加到约3.0dB。该增加主要属于电介质损耗，并且非常希望通过选择小tan δ的材料来改善。
[0064]接着，将描述该发明的第一实例的效果。
[0065]第一实例的效果是防止电特性降低。这是因为平行于波导轴方向(ζ方向)在波导的中心布置了镀金属通孔24。
[0066]虽然参考其实例已具体地示出并描述了该发明，但是该发明不限制于该实例。本领域普通技术人员应该理解，在不偏离由权利要求限定的该发明的精神和范围的情况下，可以进行形式及细节的各种变更。
[0067]工业适用性
[0068]本发明可以用于包括在简化的无线电装置的输入部中的RF发射/接收分离电路，以构建低成本的、灵活的主干网络系统。
[0069]参考符号列表
[0070]20…带通滤波器
[0071]21…电介质基板
[0072]22…导体层
[0073]23…布置在两侧的镀金属通孔(用作侧壁的通孔组)
[0074]24…布置在中心的镀金属通孔
[0075]该申请基于并要求了 2012年6月4日提出的日本专利申请N0.2012-127061的优先权的权益，其公开通过引用全部并入本文。
【权利要求】
1.一种带通滤波器，包括: 电介质基板，所述电介质基板具有彼此相反的上表面和下表面，所述电介质基板在波导轴方向上延伸； 一对导体层，所述一对导体层分别布置在所述电介质基板的所述上表面和所述下表面上； 两排用于侧壁的通孔组，所述两排用于侧壁的通孔组在所述波导轴方向上以预定的间隔形成以电连接所述一对导体层；和 多个通孔，所述多个通孔用于电连接所述一对导体层，所述多个通孔平行于所述波导轴方向形成并且布置在波导的中心，所述波导形成在由所述一对导体层和所述两排用于侧壁的通孔组包围的区域中。
2.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中，所述预定的间隔约为0.3波长或者更小。
3.根据权利要求2所述的带通滤波器，其中，所述两排中的所述用于侧壁的通孔组中的每一个具有1.2mm的直径,并且所述预定的间隔为2.4mm。
4.根据权利要求3所述的带通滤波器，其中，所述多个通孔包括形成在两个端部中的每一个中的一个通孔和在所述两个端部之间以间隔布置的多个通孔的组。
5.根据权利要求4所述的带通滤波器，其中，包括在所述组中的每一个中的所述多个通孔的数量是四个。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的带通滤波器，其中，所述多个通孔中的每一个具有0.6mm的直径。
【文档编号】H01P3/12GK104335414SQ201380027919
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年4月1日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】甲斐贵文 申请人:日本电气株式会社