专利名称：介质滤波器、介质双工器以及使用它们的通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种介质滤波器、介质双工器和使用它们的通信设备。
已经知道一种用于移动通信装置的介质滤波器，这种介质滤波器具有单个的介质块，介质块中有多个谐振器孔。谐振器孔具有相互机械连接的大直径孔区域和小直径孔区域，并且在大直径孔区域和小直径孔区域之间还有台阶部分。内导体形成在谐振器孔的内表面上，而外导体形成在介质块的除了谐振器孔具有开口的两个端面之间的一个开口端面之外的几乎所有外表面上。内导体在一个开口端面(开路端面)处电气断开(开路)，而在另一个开口端面(短路端面)处电气短路(连接)。一对输入和输出电极形成在介质块的外表面上但不连接到外导体。
这样的介质滤波器的中心频率依赖于从开路端面到短路端面的内导体的导电路径长度。设定内导体的长度为λ/4，其中λ指中心频率的波长。介质滤波器的中心频率随着导电路径长度的增加而降低，而中心频率随着导电路径的减小而升高。因此，为了通过不改变中心频率，减小谐振器孔沿轴向(从开路端面到短路端面的方向)的尺寸而使介质滤波器小型化，就需要增加大直径孔区域的直径与小直径孔区域的直径的比值，以使内导体的导电路径长度等于小型化之前的滤波器中的路径长度。
但由于相邻谐振器孔的轴线之间的距离(该距离规定了介质滤波器中的耦合度)被设定为某一长度，因此限制了大直径孔区域的直径。另一方面，利用介质滤波器的成形技术难于把小直孔区域的直径减得非常小。
另外，由于从输入和输出电极看去，传统的介质滤波器有较低的阻抗，因此滤波器需要通过电容器或者其它的元件连接到外部电路。因此，需要保留安装电容器所需的空间，而且要将电容器焊到介质滤波器，这是很复杂的。
因此，本发明的一个目的是提供一种介质滤波器和一种介质双工器，可以很容易地使它们小型化并可以将它们连接到外部电路而不需使用电容器或者其它元件，并提供一种装有这种介质滤波器或者介质双工器的通信设备。
本发明提供的介质滤波器或者介质双工器包含具有两个相对的端面和一个外表面的介质块；并在所述端面之间延伸的在所述介质块中的谐振器孔；在所述谐振器孔的内表面上的内导体；在所述介质块的外表面上的外导体；在所述介质块的外表面上的输入和输出电极；至少一个所述谐振器孔，包括相互连接的大截面区域部分和小截面区域部分，并在其间提供台阶部分；和至少一个凹陷部分和突起部分，设置在所述台阶部分。
按照上述结构，由于凹槽部分或者突起部分被提供在台阶部分上，台阶部分处的内导体导电路径沿凹陷部分或者突起部分的表面经过，并长出该凹陷部分或者突起部分的长度。因此，当介质滤波器和介质双工器沿谐振器孔的轴线的方向的减小尺寸时，内导体的导电路径的长度不变。
在上述介质滤波器或者介质双工器中，所述谐振器孔的内表面上的所述内导体可以直接连接到所述输入和输出电极。
当把内导体直接连接到输入和输出电极时，外部耦合度Qe通常变得太强。但是由于通过将凹陷部分或者突起部分设置在台阶部分上使得在内导体与外导体之间，以及在输入和输出电极与外导体之间产生较大电容，从输入和输出电极看去的阻抗变得较低，外部耦合Qe变弱，因而不需要使用传统地连接到外部电路所需的电容器或者其它元件。因此，不再需要保留安装电容器所需的空间，以及不需要在介质滤波器或者介质双工器和电容器之间完成复杂的焊接。
在上述介质双式器中，构成发射滤波器的至少一个所述第一谐振器孔的形状可以不同于构成接收滤波器的至少一个所述第二谐振器孔的形状，或者至少一个，发射滤波器可能包括至少两个具有不同形状的第一谐振器孔或者至少一个接收滤波器包括至少两个具有不同的形状的第二谐振器孔。
按照上述结构，增加了介质双工器设计中的自由度。
本发明还提供了一种通信设备，这种设备包括了上述介质滤波器或者介质双工器。
通过使用上述具有较短的谐振器孔的轴线长度的介质滤波器或者上述介质双工器，设备可以做得较小。另外，可以省去除连接到介质滤波器或介质双工器传统地所需的电容器或者其它元件。
图1是根据本发明的第一实施例的介质滤波器的透视图。
图2是图1所示的介质滤波器的平面图。
图3是沿图2所示的直线III-III所取的截面图。
图4是表明图1中所示的介质滤波器的寄生特性的曲线图。
图5是图1所示的介质滤波器的输入和输出电极的一种修改的透视图。
图6是图1所示的介质滤波器的输入和输出电极的另一种修改的透视图。
图7是图1所述的介质滤波器的凹槽的一种修改的截面图。
图8是根据本发明的第二实施例的介质滤波器的透视图。
图9是根据本发明的第三实施例的介质滤波器的平面图。
图10上沿图9所示直线X-X所取的截面图。
图11是根据本发明的第四实施例的介质滤波器的平面图。
图12是沿图11所示直线XII-XII所取的截面图。
图13是根据本发明的第五实施例的平面图。
图14是沿图13所示直线XIV-XIV所取的截面图。
图15是根据本发明的第六实施例的介质滤波器的截面图。
图16是根据本发明的一个实施例的介质双工器的平面图。
图17是图16所示的介质滤波器的正面图。
图18是沿图17所示直线XVIII-XVIII所取的截面图。
图19是根据本发明的一个实施例的通信设备的电路方框图。
图20是根据本发明的另一个实施例的介质滤波器的平面图。
从下面参考附图对本发明的较佳实施例所进行的描述，本发明的其它的特点和优点将是显然的，其中相同的标号表示相同的部件以避免重复描述。
(第一实施例，图1到图8)如图1到图3所示，介质滤波器10有两个通过介质块1的相对的表面1a和1b的谐振器孔11a和11b。谐振器孔11a和11b有作为大截面区域部分的大的矩形截面的孔部分12a和12b，和作为小截面区域部分的小的圆形截面的孔部分13a和13b，所述小截面区域部分13a和13b分别机械地连接到大截面区域部分12a和12b。大截面区域部分12a和12b的轴线自小截面区域部分13a和13b的轴线处移开。介质滤波器10中耦合度由相邻大截面区域部分12a和12b的轴线的距离，小截面区域部分13a和13b的轴线之间的距离和其它因素决定。
在大截面区域部分12a和12b和小截面区域部分13a和13b处的边界的台阶部分14a和14b上，在离小截面区域部分13a和13b某一个距离的地方形成凹槽15a和15b。换句话说，这样形成凹槽15a和15b，从而它们沿大截面区域部分12a和12b的内表面，除了大截面(区域部分12a和12b相邻的内表面)包围小截面区域部分13a和13b的大约四分之三。
在介质块1的外表面上形成有外导体21和一对输入和输出电极22a和22b。在谐振器孔11a和11b的内表面上形成内导体23a和23b。除了输入和输出电极22a和22b形成的部分和大截面区域部分12a和12b的开口端面1a(下文中称为开路端面1a)之外，外导体21形成在介质块1外表面上。形成所述输入和输出电极对22a和22b，它们不电气连接到外导体21，而与外导体21有间隙。输入和输出电极22a和22b直接连接到内导体23a和23b。
内导体23a和23b在开路端面1a处和外导体21电气开路(与其分开)，连接到输入和输出电极22a和22b，而且在小截面区域部分13a和13b的开口端面1b(下文中称为短路端面1b)处电气短路(连接)至外导体21。
由于台阶部分14a和14b设有凹槽15a和15b，从开口端面1a到输入和输出电极22a和22b的内导体23a和23b的导电路径比传统的没有凹槽的介质滤波器中导电路径要长，长出了凹槽15a和15b的侧壁长度L1的两倍。介质滤波器10的中心频率随内导体23a和23b的导电路径长度的增加而减小，并且中心频率随导电路径的长度的减小而增加。因此，对同样的中心频率，介质滤波器10的谐振器孔11a和11b的轴线的长度“d”可以比传统的介质滤波器的更短。
输入和输出电极22a直接连接到内导体23a。在传统的介质滤波器中，当把内导体直接地连接到输入和输出电极时，滤波器外部耦合Qe太强。但在根据第一实施例的介质滤波器10中，在内导体23a和外导体21之间，以及在输入和输出电极和外导体21之间，由于为台阶部分14a设置的凹槽15a产生较大的电容，因而从输入和输出电极22a看去的阻抗减小了。另一方面，由于介质滤波器10的外部耦合Qe(它表示了外部电路和内导体23a之间连接匹配的良好程度)和阻抗成比例，外部耦合Qe变弱。这意味着外部耦合度强。因此，不再需要传统的连接到外部电路所需的电容器或其它元件来将外部电路连接到内导体23a。
按同样的方式，把输入和输出电极22b直接连接到内导体23b。由于在内导体23b和外导体21之间，以及在输入和输出电极22b和外导体21之间产生较大的电容，从输入和输出电极22b看去的阻抗减小了。因此，不用电容器或其它的元件就可以将外部电路连接到介质滤波器10。不需要为安装电容器准备一个空间，并且不需要在电容器和介质滤波器之间作复杂的焊接.
由于把输入和输出电极22a和22b直接连接到内导体23a和23b，因此在介质滤波器10的阻止区域寄生谐振减小了。这意味着，介质滤波器10的频率特性改善了。图4是一曲线图，示出根据图1到图3所示的第一实施例，介质滤波器的衰减和频率之间测得的关系(见实线35)。为了比较，还示出传统介质滤波器的衰减和频率之间的关系(见虚线36)。尽管，传统的介质滤波器在4.0到5.4GHz的频率范围中有很大的寄生谐振，但在4.5GHz处介质滤波器10有较小的寄生谐振。
为了将介质滤波器10安装在印刷电路板上，开路端面1a可用作安装表面。减小了电磁场漏泄，并防止了和其它电路元件的干扰。
可以用各种方式改变输入和输出电极22a和22b与内导体23a和23b之间的连接。如图5中所示，例如，它们可以通过一个通孔25连接。输入和输出电极22a和22b可以用各种方式形成。如图6中所示，例如，输入和输出电极22a和22b可以这样形成，从而外导体21形成在介质滤波器1的外表面上，并且然后把围绕通孔25的一部分从外导体21用槽刨(router)去掉。
凹槽15a和15b的横截面的形状可以是如图7中所示的倒三角形或曲线形。这种灵活性增加了设计介质滤波器10的自由度。
(第二实施例，图8)如图8所示，根据第二实施例的介质滤波器18除了外导体21，内导体23a和23b以及输入和输出电极22a和22b之外，和根据第一实施例的介质滤波器10具有相同的结构。外导体21几乎形成在介质块1的整个的外表面上。输入和输出电极对22a和22b形成在介质块的外表面上，以与外导体21的间隙而不电气连接到外导体21。如有需要，把输入和输出电极22a和22b通过电容器或其它元件连接到外部电路。
内导体23a和23b几乎形成在谐振器孔11a和11b的全部内表面上。间隙19设置在内导体23a和23b与外导体21之间，延伸到大截面区域部分12a和12b的开口部分。形成有间隙19的大截面区域部分12a和12b的开口表面1a作为开路端面，而小截面区域部分13a和13b的开口表面1b作为短路的端面。具有如上结构的介质滤波器18有着与根据第一实施例的介质滤波器10相同的优点并如介质滤波器10那样工作。
(第三实施例，图9和图10)如图9和图10中所示，在介质滤波器20中，突起部分16a和16b形成在谐振器孔11a和11b中的台阶部分14a和14b上。与小截面区域部分13a和13b隔开某一距离，突起部分16a和16b如此形成，从而它们围着小截面区域部分13a和13b的大约四分之三，剩下大截面区域部分12a和12b的相邻的内表面。
在具有如上结构的介质滤波器20中，由于突起部分16a和16b形成在台阶部分14a和14b上，内导体23a和23b的导电路径长度变得比传统的没有突起部分的介质滤波器要长出突起部分16a和16b的侧壁的长度L2的两倍。因此，对相同的中心频率，介质滤波器20可以比传统的介质滤波器具有更短的谐振器孔11a和11b的轴的长度“d”，且由此介质滤波器20可以做得更小巧。
(第四、第五和第六实施例，图11到图15)如图11和图12所示，根据第四实施例的介质滤波器30除了凹槽15c和15d之外，具有和根据第一实施例的介质滤波器10相同的结构.凹槽15c和15d这样地形成，从而它们沿大截面区域部分12a和12b的内表面围着小截面区域部分13a和13b四分之三，除了大截面区域部分12a和12b的形成输入和输出电极22a和22b处的内表面。在具有如上结构的介质滤波器30中，谐振器孔11a和11b的轴线长度“d”可以作得比传统的介质滤波器中的更短。另外，谐振器孔11a和11b之间的耦合电容变得较大，因而介质滤波器30的耦合度可以增加。
如图13和14所示，根据第五实施例的介质滤波器40除了凹槽15e和15f之外，和根据第一实施例的介质滤波器10具有相同的结构。凹槽15e和15f如此形成，从而它们沿大截面区域部分12a和12b的内表面完全围绕小截面区域部分13a和13b。凹槽15e和15f在靠近输入和输出电极22a和22b两侧处的深度设置得大于凹槽15e和15f的其它部分的深度。因此，频率可以进一步地减小，而且谐振器孔11a和11b的轴线长度可以进一步减小。
如图15所示，根据第六实施例的介质滤波器50除了凹槽15g、15h、15i和15j之外和根据第一实施例的介质滤波器10具有相同的结构。凹槽15g和15h如此形成，从而它们双重地围着小截面区域部分13a的大约四分之三，除了靠近大截面区域部分12b的大截面区域部分12a的内表面，其中把凹槽15g放置在里面而把凹槽15h放置在外面。按同样的方式，凹槽15i和15j如此形成，从而它们双重地围着小截面区域部分13b的大约四分之三，除了靠近大截面区域部分12a的大截面区域部分12b的内表面，其中把凹槽15i放置在里面，而把凹槽15j放置在外面。因此，增加了设计介质滤波器50的自由度。
(第七实施例，图16到图18)如图16到图18所示，下面将描述根据第七实施例，由制作在一个介质块1上的七个谐振器11a到11g形成的介质双工器60。在第七实施例中，介质双工器在谐振器孔的大截面区域部分和小截面区域部分之间的边界处的台阶部分上有突起部分。不用说，介质双工器可以有凹陷部分而不是突起部分。
谐振器孔11a到11g有作为大截面区域部分的大的矩形截面的开孔部分12a到12g，以及与所述大截面区域部分12a到12g机械连接的，作为小截面区域部分的小的圆形截面的开孔部分13a到13g。在大截面区域部分12a到12g和小截面区域部分13a到13g之间的边界处的台阶部分14a到14g上，形成有和小截面区域部分13a到13g的侧边连接的突起部分16e到16i。独立地规定谐振器孔11a到11g的尺寸以及突起部分16e到16i的尺寸和高度，以得到想要的双工器60的电特性。换句话说，给谐振器孔11a，11c，11d和11g设置大尺寸，给谐振器孔11e和11f设置小尺寸，并给谐振器孔11b设置中间尺寸。另外，谐振器孔11a到11g之间的距离也根据规格独立地规定。
使几乎在双工器60的左侧的三个谐振器孔11a到11c相互电气连接，形成发射谐振电路(发射滤波器)65。同样地，谐振器孔11c和几乎在双工器60的右侧的四个谐振器孔11d到11g相互地电气连接，形成接收谐振电路(接收滤波器66)。
在介质块1的外表面上形成有外导体21、发射电极61、接收电极62和天线电极63。在谐振器孔11a到11g的内表面上形成有内导体23a到23g。把内导体23a直接连接到发射电极61，把内导体23直接连接到天线电极63，而把内导体23g直接连接到接收电极62。按这种方式，便得到具有共有天线电极63的双工器60，这种双工器的谐振器孔11a到11g的轴线的长度比传统的双工器的短。
在双工器60中，构成发射滤波器65的谐振器孔11a到11c的形状不同于构成接收滤波器66的谐振器孔11e到11f的形状。发射滤波器65由谐振器孔11a和11c以及形状不同于谐振器孔11a和11c的谐振器孔11b构成。接收滤波器66由谐振器孔11d和11g以及形状不同于谐振器孔11d和11g的谐振器孔11e和11f构成。这样，增加了设计介质双工器60的自由度。
(第九实施例，图19)下面将以一个便携式电话机为例，描述根据本发明的第九实施例的通信设备。
图19是便携式电话机120的RF电路的方框图。图19中，示出天线部件122，天线多路复用滤波器(双工器)123、发射隔离器131、发射放大器132、发射级间带通滤波器133、发射混频器134、接收放大器135、接收级间带通滤波器136、接收混频器137、压控振荡器(VCO)128和本地带通滤波器139。
例如，根据第七实施例的双工器60可以用作天线多路复用滤波器(双工器)123。例如根据第一到第六实施例的介质滤波器10、18、20、30、40和50可以用作发射和接收级间带通滤波器133和136，以及本地带通滤波器139。
(其它实施例)根据本发明的介质滤波器、介质双工器或者通信设备不限于上述实施例的那些。介质滤波器、介质双工器和通信设备可以在本发明的范围内以各种方式变化。
介质滤波器或介质双工器中的大截面区域部分和小截面区域部分可以有各种截面形状。如图20所示，例如，根据第五实施例的介质滤波器40可以如此构成，使大截面区域部分12a和12b有圆形截面，而凹槽15e和15f做得象环状。还可以应用例如椭圆形之类的其它形状。
本发明的介质滤波器包括在一个介质块中构成的一个滤波器，和在一个介质块中构成的多个滤波器。凹陷部分和突起部分可以适当地配合在介质滤波器或介质双工器中。这增加了设计介质滤波器或介质双工器的自由度。可以容易地制作双工器和多路复用器。
虽然已经参照本发明最佳实施例具体地示出和描述了本发明，但那些熟悉本领域的人会知道可以作形式上和细节上的上述和其它变化，而不背离本发明的主旨。
权利要求
1.一种介质滤波器，其特征在于包括具有两个相对的端面和一个外表面的介质块；在所述端面之间延伸的在所述介质块中的谐振器孔；在所述谐振器孔的内表面上的内导体；在所述介质块的外表面上的外导体；在所述介质块的外表面上的输入和输出电极；至少一个所述谐振器孔包括相互连接的大截面区域部分和小截面区域部分，并在其间提供台阶部分；及至少一个凹陷部分和突起部分，所述部分被设置在所述台阶部分处。
2.如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于把所述谐振器孔的内表面上的所述内导体直接连接到所述输入和输出电极。
3.一种介质双工器，其特征在于包括具有两个相对的端面和一个外表面的介质块；至少一个在所述介质块中构成发射滤波器，并在所述端面之间延伸的第一谐振器孔；至少一个在所述介质块中构成接收滤波器，并在所述端面之间延伸的第二谐振器孔；在所述第一和第二谐振器孔的内表面上的内导体；在所述介质块的外表面上的外导体。在所述介质块的外表面上的输入和输出电极；至少一个所述第一和第二谐振器孔，包含相互连接的大截面区域部分和小截面区域部分，并在其间提供台阶部分；及至少一个凹陷部分和突起部分，所述部分被设置在所述台阶部分处。
4.如权利要求3所述的介质双工器，其特征在于构成发射滤波器的至少一个所述第一谐振器孔的形状不同于构成接收滤波器的至少一个所述第二谐振器孔的形状。
5.如权利要求3所述的介质双工器，其特征在于至少一个所述发射滤波器包括至少两个不同形状的第一谐振器孔。
6.如权利要求3或4所述的介质双工器，其特征在于至少一个所述接收滤波器包括至少两个不同形状的第二谐振器孔。
7.如权利要求3到6之一所述的介质双工器，其特征在于把所述谐振器孔的内表面上的所述内导体直接连接到所述输入和输出电极。
8.包括如权利要求1或2所述的介质滤波器的通信设备。
9.包括如权利要求3到7所述的介质双工器的通信设备。
全文摘要
本发明提供了一种具有谐振器孔11a和11b的介质滤波器10,而谐振器孔11a和11b分别具有大截面区域部分12a和12b以及小截面区域部分13a和13b。在大截面区域部分12a和12b与小截面区域部分13a和13b之间的台阶部分14a和14b上,凹槽15a和15b分别大体上围着小截面区域部分13a和13b。把形成在谐振器孔11a和11b的内表面上的内导体23a和23b直接连接到形成在介质块1的外表面上的输入和输出电极22a和22b。
文档编号H01P1/20GK1201271SQ98106178
公开日1998年12月9日 申请日期1998年3月31日 优先权日1997年3月31日
发明者辻口达也 申请人:株式会社村田制作所