专利名称:具有提供增进的功率负载处理的金属化图案的陶瓷单体滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电滤波器，并且特别地，涉及介电陶瓷单体滤波器，其包括在其顶表面上适于并且被构建用于提供滤波器功率负载处理能力中的改进的金属化图案。
背景技术：
陶瓷介电块滤波器提供优于空气介电空腔滤波器的许多益处。这些块相对容易制造，稳定并相对紧凑。在基本陶瓷块滤波器设计中，谐振器由称为通孔的圆柱形通道形成，所述通孔在块的相对的顶表面和底表面之间延伸。块在其除六个(外)侧面之一的所有(外)侧面上以及在谐振器通孔的内壁上基本上被镀覆导电材料(即金属化)。
顶表面不被完全金属化，而是替代地具有金属化的图案，该图案被设计为通过串联谐振器来耦合输入和输出信号。在有些设计中，该图案可以延伸到块的侧表面，在该处形成输入/输出电极或焊盘。
相邻谐振器之间的电抗耦合至少在某种程度上由以下所决定每一谐振器的物理尺寸、每一谐振器相对于其它谐振器的取向，和顶表面金属化图案的状况。
虽然这样的RF信号滤波器自二十世纪70年代以来已受到广泛的商业认可，但至今仍在继续努力改进该基本设计。
例如，对于更高功率应用，一直以来都需要增进陶瓷滤波器的功率处理能力。目前，将陶瓷体尺寸和/或顶部图案间隙增加到其最大值是用来增进单体滤波器的功率处理能力的基本方法。然而，在一些情况中，增加间隙会降低滤波器的电性能并且产生制造敏感性问题。此外，在尺寸和空间受到限制的地方，增加陶瓷体的尺寸并不可选。
从而，一直以来都需要一种改进的RF单体滤波器，其可以提供改进的并且增强的功率处理能力，而不需要增加滤波器的尺寸或者增加顶部金属化图案中的间隙的尺寸。
实用新型内容
本实用新型的特征是提供一种包括由顶表面、底表面以及侧表面所限定的介电材料块的陶瓷单体滤波器，其中侧表面和底表面基本上由导电材料所覆盖。
多个彼此隔开的谐振器由多个彼此分开的谐振器通孔限定，并且该通孔在块的顶表面和底表面之间延伸，并在顶表面上由限定导电谐振器板的导电材料所围绕。顶表面上的导电材料的图案限定由导电材料的第一延长带限定的至少一个输入/输出传输线，该导电材料的第一延长带在多个谐振器的第一和第二个之间的顶表面上延伸并且彼此分开。
该图案附加地在顶表面上限定由导电材料的第二带限定的条。该条在限定第一和第二谐振器的谐振器板上延伸并且与谐振器板彼此分开。该条总的处于与输入/输出传输线的顶部边缘相对并且与其彼此分开。
该图案还限定由顶表面上的导电材料的一个或者多个附加带限定的接地板。该接地板耦合到覆盖侧表面的导电材料并且总的与该条相对并且与其彼此分开。
在一个实施例中，接地板和条包括导电材料的相应的交错延伸带，该导电材料的相应的交错延伸带限定该条和接地板之间分负载电容器。在一个实施例中，相应的交错彼此分开的延伸带总的是螺旋形的。
该输入/输出传输线和该条可以附加地限定导电材料的相应的交错彼此分开的延伸带，该导电材料的相应的交错彼此分开的延伸带限定该条和该输入/输出传输线之间的分负载电容器。
可以由在第一和第二谐振器的相应部分上延伸的条的终端部来限定附加的分负载电容器。
本实用新型存在其他优点和特征，其将从如下本实用新型的优选实施例的具体描述、附图和附后的权利要求
中更加显而易见。
本实用新型的这些和其他特征能够通过以下描述和附图最好地理解，其中
图1是具有本实用新型特征的陶瓷单体滤波器的放大透视图；
图2是具有现有技术输入端电容性承载金属化图案的滤波器的顶表面的顶视图；
图3是图1所示的陶瓷单体滤波器的顶表面上的金属化图案的放大顶视图；
图4是图1中所示的滤波器的输入端电容性承载金属化图案的放大的、不完整的、顶视图；
图5是通过图2所示的现有技术滤波器的输入端金属化图案限定的电路的示意图；
图6是通过图1和图4中所示的本实用新型的滤波器的输入端金属化图案限定的电路的示意图；
图7是描述图2的现有技术滤波器的功率处理特征的图；
图8是描述图1的滤波器的功率处理特征的图；
图9是比较图1和图2的滤波器的性能特征的图；和
图10是比较图1和图2的滤波器的延迟特征的图。
具体实施方式
虽然本实用新型可具有许多不同形式的实施例，但说明书和附图仅公开一个优选形式作为本实用新型的例子。然而，本实用新型不旨在限制于所描述的实施例。本实用新型的范围在附后的权利要求
中确定。
图1、3和4示出滤波器100的优选实施例，该滤波器100具有本实用新型的增强的和改进的功率处理金属化图案特征。
滤波器100包括块110，所述块110包括介电材料，且所述块110被选择地镀覆导电材料。块110具有顶表面或顶面112、底表面(未示)和四个侧表面或侧面116、117、120和122。滤波器100可以由具有低损耗、高介电常数和低温度系数的合适的介电材料构造。
块110上的镀层或者材料是导电的，优选地为铜、银或它们的合金。这样的镀层或者材料优选地覆盖除顶表面112之外的块110的所有表面来限定接地，它们的镀覆在下文中略为详细地描述。
在图1、3和4的实施例中，块110包括每一个从顶表面112延伸到底表面(未示)的八个通孔101、102、103、104、105、106、107和108(101-108)。限定通孔(101-108)的内壁同样被镀覆电导电材料。镀覆的通孔101-108的每一个主要是包括短路的共轴传输线的传输线谐振器/杆，所述短路的共轴传输线具有为希望的滤波器响应特征而选定的长度。对于通孔101-108的附加描述，参见Sokola等人的美国专利4431977号。尽管块110所示具有八个镀覆的通孔101-108，但是本实用新型并不被这样限制并且包括具有更多或者更少的通孔的滤波器。
块110的顶表面限定相对的外围纵向边缘130和133、相对的外围侧边缘115和119，并且被选择性地镀覆以和块110上所镀覆相类似的电导电材料。选择性镀覆包括并且限定相应的RF信号输入-输出(I/O)传输线/焊盘/板，具体为输入电极/端口/线114和输出电极/端口/线118。还包括围绕相应的通孔101、102、103、104、105、106、107和108并且组合限定相应的谐振器的导电谐振器板121、122、123、124、125、126、127和128(121-128)。板121、122、123、124、125、126、127和128的每一个由不含有导电材料的区域被隔离并且每一个限定相应的相对并且彼此分开的板边缘，例如图3中所示，标识为板126的边缘126A、板127的边缘127A和其间的非金属化区域112A。
顶表面112附加地限定至少四个接地板131、132、134和135。板121-128被用来将由镀覆的通孔101-108提供的传输线谐振器电容性耦合到接地涂层或者带131、132、134和135，该带耦合到覆盖相应的侧表面和底表面的接地材料。板121-128的部分还将通孔101-108的相关的谐振器耦合到输入电极114以及输出电极118。
接地板或者带131位于顶滤波器表面112上并且沿着顶表面112的外围下部边缘的中央部分总的在输入端114和输出端118之间纵向延伸。板131的相对的端部与端口114和118彼此分开。接地板132也位于滤波器顶表面112上并且沿着顶表面112的下部边缘总的在侧表面120的边缘和输出端口118之间纵向延伸。板132与端口118彼此分开。接地板134位于顶滤波器表面112上并且沿着顶表面112的下部边缘总的在相对的侧表面122的边缘和输入端114口之间纵向延伸。板134与端口114彼此分开。接地板或者带135位于顶表面112上并且沿着滤波器100的顶部纵向边缘133延伸该滤波器的全长。
镀覆的通孔101-108所提供的传输线谐振器之间的耦合至少部分通过块110的介电材料实现并且通过改变介电材料的宽度和相邻传输线谐振器之间的距离来改变。相邻通孔101-108之间的介电材料的宽度可以以如本领域内所公知的任一适合的常规的或者非常规的方式来调整，例如通过使用开槽、圆柱形孔、方形或者矩形孔、或者不规则形状孔。
本实用新型涉及滤波器100的顶表面112上的金属化图案，并且更具体地涉及输入焊盘或者端口114的区域中的金属化图案的部分，如以下详细描述的，其适于改进电容性耦合到地的输入，并且随之增强滤波器的功率负载特征和能力。
参见图4，可以理解通过分别桥接顶表面112和侧表面118的金属化/导电材料的延长带来限定输入传输端口或者焊盘或者线114。更具体地，输入端口114限定位于侧表面118上的导电材料的带的第一部分；第二带缠绕并且桥接侧表面118和顶表面112之间的边缘；并且第三延长带部分总的在金属化谐振器板127和128之间延伸并且与之彼此分开。输入端口或者焊盘114优选地以和谐振器板127和128彼此分开并且与其平行的关系延伸，并且以总的分别横穿顶部下部和上部纵向滤波器边缘130和133的关系延伸。
在图1和4的特定实施例中，输入焊盘114附加地限定金属化材料的带，该带限定多个指状件136、138和140，该指状件总的从在相应的谐振器板127和128之间延伸的输入焊盘114的顶部部分的相对侧向外垂直延伸。指状件136、138和140交错(即突出)到在相应的谐振器板127和128中限定的相应的凹槽142、144和146中。当然，该凹槽142、144和146限定不含有金属化材料的区域。指状件136、138和140与限定板122和128的金属化材料彼此分开。
在相应的谐振器板127和128之间延伸的输入焊盘114的顶部部分还限定中央延长凹槽142，该中央延长凹槽142限定具有至少两个尖头144和146的叉状件，其以总的垂直于上部顶部纵向滤波器边缘130和133的方向延伸。凹槽142限定不含有导电材料的区域。
滤波器100的输入侧上的金属化图案还通过金属化导电材料的延长带或者条148限定，该延长带或者条148位于相应的谐振器板127和128之上并且以总的与相应的谐振器板127和128的上部边缘平行并彼此分开的取向和布置来延伸。条148以平行于下部和上部纵向滤波器边缘130和133的方向延伸。
更具体地，条148限定中央部分和相应的相对的端部150和152。中央部分总的位于与条的尖头144和146正对位置，并且相应的端部150和152总的以与其平行并彼此分开的方式延伸并且覆盖相应的谐振器板127和128的至少大约四分之一长度。条148与板127和128的顶部彼此分开。
谐振器板127附加地限定金属化导电材料的带或者指状件或者延伸部154，带或者指状件或者延伸部154总的从谐振器板127的顶部纵向边缘以总的与该条148横越的关系并且与条148的终端部150彼此分开向外并且向上垂直突出。谐振器板128随之限定上部肩部156，该上部肩部156和条148的相对终端部152彼此分开。
条148还限定金属化导电材料的总的处于中央位置的延长第一延伸部或者带或者指状件157，延长第一延伸部或者带或者指状件157总的从条148的下部边缘向外并且向下垂直延伸。延伸部157交错到(突出到)在输入焊盘114的顶部部分中限定的延长凹槽142中。延伸部157和限定输入焊盘114的导电材料彼此分开。
条148还限定一对第二和第三延长金属化延伸部/带/指状件158和160，延伸部/带/指状件158和160总的从相应的条终端部150和152的每一个的顶部纵向边缘向上并且向外垂直突出并且延伸。条延伸部158和160互相之间相对彼此分开并且平行来定向和定位。一对其它的金属化延伸部/带/指状件162和164总的从条延伸部158和160的相对的相应内部边缘正常向内突出。延伸部162和164限定弯曲、曲线形的或者螺旋形的指状件。
条148还限定多个凹槽166、168和170，该多个凹槽166、168和170突出到其顶部边缘并且总的以彼此分开和平行关系沿着其长度来延伸。凹槽166、168和170限定不含有导电材料的区域。
根据本实用新型的金属化图案还包括接地板延伸部172，该延伸部172包括顶部滤波器表面112上的金属化材料的一个或者多个带或者条或者延伸部或者指状件，其从接地板135一体地向内并且向外突出，该接地板135沿着滤波器100的顶部边缘133延伸。
接地板延伸部172总的位于条148的对面并且与其彼此分开。在图1和4的实施例中，由金属化材料的相应的带174、176和178限定接地板延伸部172，该相应的带174、176和178组合限定“I型梁”形状的金属图案。带174是板135的一体的、不可分的延伸部，沿着滤波器100的顶部滤波器边缘133延伸并且其宽度优选大于接地板135的宽度。带178和带174彼此分开，并且通过带176与其互耦，带176以总的横越关系在其间延伸。
根据本实用新型，接地板延伸部172并且更具体地，其中带174和178与条148彼此分开并且分离。
接地板延伸部172还由金属化材料的一对带、延伸部或者指状件限定，该一对带、延伸部或者指状件从带174的相对的终端部向下并且向内延伸并且限定相应的弯曲的或者螺旋形的终端指状件180和182，该指状件180和182在所示实施例中在形状和配置上和条148上限定的指状件162和164相同，只是其镜像图像。
螺旋形指状件162和164以及指状件180和182分别以彼此分开的关系相应地齿合/交织/互连/交错在一起，并且通过不含有导电材料的区域互相隔离并且被包围，从而限定如下更详细描述的条148和接地板135之间的间接电容性耦合。
在图4的实施例中，接地板延伸部172总的位于在条148的指状件158和60之间以接地板延伸部172的带178和条148彼此分开并且平行的关系限定的空间中；带178上的接片或者指状件200交错到(突出到)在条148中以与限定条148的导电材料彼此分开的关系限定的相应的凹槽166、168和170中，并且接地板延伸部172的指状件180和182与条148的相应的指状件158和160彼此分开。接片200总的从带178正常向外延伸。
顶表面112限定通常从顶部接地板135向内延伸的导电材料的附加的带202。带202位于一侧上的条延伸部160和其它侧上的谐振器板128的左侧边缘之间并且与其彼此分开。带202和条延伸部160相对于每一个以平行关系布置。
通过背景知识，可以知道滤波器的功率处理和具有最大存储能量增长的元件直接相关。在陶瓷单体滤波器，包含在陶瓷块上的电路图案形成接地的电容器和谐振器之间的电容器。具有最大存储能量的电容器是具有从高功率产生电弧的最高可能性的元件。本实用新型的输入焊盘金属化图案通过修改具有产生电弧的最大几率的部件来增强陶瓷单体滤波器的功率处理。这通过存储的能量分到两个或者多个串联的电容器上来实现。
以下视图A示出施加1伏特的1法拉电容器。在该例中，所存储的能量“E”等于1/2CV2。计算得(1/2)*(1F)*(1V)＝1/2焦耳。如果视图A的电路改变为视图B中所示的等效电路，则产生电弧的电势降低。
视图A
在下面视图B中，电路中总的存储能量仍旧为1/2焦耳。然而每一个电容器(C1和C2)中所存储的能量等于1/2C1*V12＝1/2C2*V22。计算得(1/2)*(2F)*(1/2)2＝1/4焦耳。现在每个电容器具有视图A的电容器的所存储能量的1/2。注意到所存储的能量和电压平方(V2)相关。
在电磁理论中，电场强度和电压直接相关。当电场强度增强时电弧产生，使得超过空气的击穿电压(29000V/cm)，在电容器的两个金属化板之间产生导电路径。空气的击穿电压的单位是伏/厘米，当然这意味着电容性板的间距在电弧产生中是重要的变量。随着电容性板移动而相互靠近，电弧产生的可能性增大。
视图B
视图B的电容值大于视图A的电容值。电容值越大，金属板的位置必须更靠近。这就降低了功率处理。然而，在单体滤波器上空间允许的情况下，板的表面面积可以增加，以维持期望的电容值并且还保持更宽的板间距。宽的板间距组合较低的电容性存储能量可以增强滤波器的功率处理。
根据本实用新型并且更具体地参考图4和图6，可以理解输入传输线或者端口114、谐振器127和128以及接地板延伸部172组合在一起限定经由功率负载分布条148电容性加载到输入传输线或者端口114的多个源。更具体地，可以理解接地延伸板172的极性为负并且输入焊盘114的极性为正。当负载施加到滤波器100时，限定条148的金属化图案的极性将改变为正。因为该条148如上所述电容性加载到多个源，该效应和直接将输入加载到接地相同，这在本领域内公知并且在图2所示的现有技术滤波器300的输入端口金属化图案302中示出。
图5是现有技术滤波器300的输入金属化图案302的电气法和电路的示意图。图6是本实用新型的输入金属化图案的分开的电气法和电路的示意图。
然而根据本实用新型的金属化图案提供了促进功率负载在条148的全长上分布的优点，从而增加了滤波器可以处理的功率负载的量。
更具体地，并且仍旧参考图4和6，根据视图B中所示的原理，可以理解条148的向下延伸部157限定条148和输入端口114之间的电容器210，用于将功率负载分在条148和输入端口114之间；条148的终端部150和152在相应的谐振器板127和128部分上延伸并覆盖，来限定条148和谐振器板127与128之间的额外的相应电容器212和214，用于将负载分在相应的谐振器板127和128之间；并且条148的延伸部158和160结合接地板延伸部172限定附加的电容器216，其将负载分在输入端口114和接地板135之间。
根据本实用新型的金属化图案的优选实施例，谐振器127上的指状件154和条148的终端边缘150之间的、在图4中总的标为X的距离大约是0.007英寸；接地板178和功率负载分布条148之间的、图4中总的标以Y的距离也优选大约是0.007英寸；并且接地条178和输入传输端口114的顶部终端边缘之间的、在图4中总的标以Z的距离优选大约是0.03英寸。
图7和8组合示出根据本实用新型的金属化图案已经示出在发生灾难性故障之前提供从大约47dbm/50瓦特(如用于图2现有技术滤波器的图7中所示)增加到大约49dbm/79瓦特(如用于图1滤波器的图8中所示)。
图9随之示出根据本实用新型的金属化图案也已经被示出来建立显示类似于图2的现有技术滤波器的“带内”性能特征的滤波器，然而同时提供增加的“带外”排斥，这是由于较重的加载到经由条148分开的接地端和源。图9中的线400表示图2中示出的滤波器的性能。图9中的线402表示本实用新型的滤波器的性能。
图10示出根据本实用新型的金属化图案不仅允许滤波器处理增加的功率负载，还额外地有益导致滤波器100所经历的延迟的增加，因此当然允许滤波器100在更长的时间周期来处理较高的功率负载。图10中的线500表示图2中所示的滤波器的性能。图10中的线502表示本实用新型的滤波器的性能。
在不脱离本实用新型的新颖特征的精神和保护范围的情况下，可以对以上所描述的实施例进行多种变化和修改。不旨于或不应推断出对于在此图示的具体模块的任何限制。
权利要求
1.一种陶瓷单体滤波器，包括
由顶表面、底表面以及侧表面限定的介电材料的块，其中所述侧表面和底表面基本上由导电材料所覆盖，所述侧表面的至少一个上的导电材料限定接地板并且所述顶表面限定相对的上部和下部外围纵向边缘；
多个彼此分开的通孔，在顶表面和底表面之间延伸通过该块并且在顶表面上由限定导电谐振器板的导电材料所围绕；
顶表面上的导电材料的第一带，其限定输入/输出传输线，该导电材料的第一带在导体谐振器板的第一和第二个之间延伸；
顶表面上限定的导电材料的条，总的在谐振器板的第一和第二个与相对的外围纵向边缘的上部的一个之间；和
和接地板和/或该条相连的装置，在顶表面上限定功率分负载电容器。
2.权利要求
1所述的陶瓷单体滤波器，其中，由分别与接地板和该条一体的导电材料的第一和第二延伸带限定功率分负载电容器。
3.权利要求
2所述的陶瓷单体滤波器，其中，分别与接地板和该条一体的导电材料的相应的第一和第二延伸带总的是螺旋形的，导电材料的第一和第二延伸带是互相连接在一起的。
4.权利要求
1所述的陶瓷单体滤波器，还包括和该条相连的部件，用于限定该条与谐振器板的第一和第二个之间的功率分负载电容器。
5.权利要求
4所述的陶瓷单体滤波器，其中该条包括在谐振器板的第一和第二个的相应部分上延伸的相对的终端部，该终端部限定该条与谐振器板的第一和第二个之间的相应的功率分负载电容器。
6.权利要求
1所述的陶瓷单体滤波器，还包括和该条相关联的部件，用于限定该条与输入/输出传输线之间的功率分负载电容器。
7.权利要求
6所述的陶瓷单体滤波器，其中该条与输入/输出传输线之间的功率分负载电容器由该条上的导电材料的带限定，该导电材料的带延伸到限定输入/输出传输线的材料的带中限定的凹槽中。
8.一种陶瓷单体滤波器，包括
由顶表面、底表面以及侧表面限定的介电材料的块，其中所述侧表面和底表面基本上由导电材料所覆盖；
多个彼此隔开的谐振器，由多个彼此分开的谐振器通孔限定，并且该通孔在所述块的顶表面和底表面之间延伸，并在顶表面上由限定导电谐振器板的导电材料所围绕；并且
顶表面上的导电材料的图案至少限定
一个由导电材料的第一延长带限定的输入/输出传输线，该导电材料的第一延长带在多个谐振器的第一和第二个之间的顶表面上延伸并且彼此分开；
一个在顶表面上由导电材料的第二带限定的条，该条在围绕所述限定第一和第二谐振器的通孔的谐振器板的至少一部分上延伸并且与谐振器板彼此分开并且覆盖在其上，该条总的处于所述输入/输出传输线的顶部边缘的相对面并且与其彼此分开；和
一个通过顶表面上的导电材料的一个或者多个附加带限定的接地板，该接地板耦合到覆盖所述侧表面的导电材料并且总的位于该条的相对面并且与其彼此分开，接地板和条包括导电材料的相应的延伸带，该导电材料的所述延伸带在该条和接地板之间限定分负载电容器。
9.权利要求
8所述的陶瓷单体滤波器，其中，该接地板和该条限定导电材料的相应交错的、彼此分开的延伸带。
10.权利要求
9所述的陶瓷单体滤波器，其中，相应交错的、彼此分开的延伸带通常是螺旋形。
11.权利要求
8所述的陶瓷单体滤波器，其中，该输入/输出传输线和该条限定导电材料的相应的交错的彼此分开的延伸带，该导电材料的所述延伸带限定该条和该输入/输出传输线之间的分负载电容器。
12.一种陶瓷单体滤波器，包括
由顶表面、底表面以及侧表面限定的介电材料的块，其中，所述底表面和所述侧表面基本上由导电材料所覆盖；
多个彼此分开的通孔，在顶表面和底表面之间延伸通过该块并且在顶表面上由限定导电板的导电材料所围绕；
输入/输出传输线，由顶表面上的导电材料的第一带限定，所述输入/输出传输线位于导电板的第一和第二个之间；
接地板，由顶表面上限定的导电材料的第二带限定；
由顶表面上的导电材料的第三带限定的分负载条，该导电材料的第三带限定覆盖谐振器板的第一和第二个的相对部分的相对终端，该条和输入/输出传输线以及接地板彼此分开并且限定和导电材料的第二带交错的导电材料的至少一个第一延伸带以及和导电材料的第一带交错的导电材料的至少一个第二延伸带，其中该第二带限定接地板。
13.权利要求
12所述的陶瓷单体滤波器，其中，该条的导电材料的第一延伸带和限定接地板的导电材料的第二带都是螺旋形的。
14.权利要求
12所述的陶瓷单体滤波器，其中，限定输入/输出传输线的导电材料的第一带限定凹槽，该条的第二延伸带突出到所述凹槽中。
15.权利要求
12所述的陶瓷单体滤波器，其中，所述导电板的第一和第二个的每一个限定至少一个凹槽，限定导电材料的附加的相应带的该条突出到在所述导电板中限定的凹槽中。
专利摘要
陶瓷单体滤波器包括限定输入/输出传输线的顶表面输入/输出端金属化图案、功率负载分布条、和接地板。传输线、功率负载分布条和接地板都互相相对地定位和取向并且谐振器中的两个谐振器限定滤波器，来限定分负载电容器，提供了改进的功率负载处理特征。
文档编号H01P7/10GKCN201498574SQ200890000064
公开日2010年6月2日 申请日期2008年6月13日
发明者J·莫伽, J·纽摩多, S·伯吉斯 申请人:Cts公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan