专利名称：天线双工器和通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线双工器，其中将形成发射滤波器和接收滤波器的谐振电极安装在单个介质块内、介质基片内或介质基片上，本发明还涉及结合了这种天线双工器的通信设备。
在天线双工器中设置发射滤波器和接收滤波器。这种滤波器中的一个滤波器在另一个滤波器的通带中需要大量衰减。结果，例如，提供一种安排，从而当发射滤波器的频率低于接收滤波器的频率时，发射滤波器被形成在通带的高频带侧，即在接收滤波器的通带侧具有衰减极点，而接收滤波器被形成在通带的低频带侧，即在发射滤波器的通带侧上具有衰减极点。
当传统地通过单个介质块整体形成这样的天线双工器时，已经采用了例如如图9所示的结构。
这样的天线双工器具有介质块1。在介质块内，在发射滤波器侧上形成谐振孔2a到2c，在接收滤波器侧上形成谐振孔3a到3c，并形成外部耦合孔4a，其中在每一个内周上形成内部导电体。在介质块1的外部表面上形成传输端Tx、接收端Rx和天线端ANT，并在除了这些形成终端部分外的几乎整个表面上形成外部导电体。每一个谐振孔都由阶梯孔形成，其中内部直径在接近于中间的部分不同，并将不导电部分设置在每一个谐振孔内部导电体上的一个端面的边缘附近，以形成开口端。将天线端ANT直接连接到外部耦合孔的内部导电体，通过分别在传输端Tx和谐振孔2a的内部导电体之间以及接收端Rx和谐振孔3c的内部导电体之间进行电容耦合，得到外部耦合(io耦合)。
在这样的天线双工器中，将发射滤波器设置得具有比接收滤波器更低的频率。如图4的虚线指出的，通过谐振器经阶梯孔的耦合和谐振器经阶梯孔的较大内径部分和较小内径部分的偏心率的耦合的组合，双工器的结构是这样的，从而发射滤波器的谐振器之间的耦合设置为电感耦合，以便在通带的高频率侧上具有两个衰减极点，并将接收滤波器的谐振器之间的耦合设置为电容耦合，以便在通带的低频率侧上具有两个衰减极点。
但是，在上述传统的天线双工器中，使用发射滤波器或接收滤波器，在作为对应部分的滤波器的通带中无法得到足够的衰减。即，当仅仅通过上述谐振器之间的耦合得到衰减极点时，在设置和调节衰减极点的频率和衰减大小上有限制，从而难以得到所需的滤波器特性(衰减特性)。
因此，如
图10所示，采用一种天线双工器，其中将一个陷波谐振器加到单个介质块中。在这样的天线双工器中，除了图9所示的结构外，另外还在介质块1的发射滤波器侧和接收滤波器侧上设置了用于陷波的谐振孔2d和3d以及用于IN/OUT耦合的外部耦合孔4b和4c，由此分别相应于谐振孔2d和谐振孔3d的陷波谐振器分别允许对应部分滤波器通带中的衰减特性得到改进，从而得到所需足够的衰减。但是在这种结构中，虽然可以得到所需的特性，必须要另外设置陷波谐振器和外部耦合孔，这导致增加了天线双工器的尺寸。
另外，还有可能通过使用另一个滤波器之类的部件达到特性的改进。但是，在这种情况下，需要另外的元件和用于安装元件的空间，从而这导致增加成本，或使整个通信设备的尺寸变大。
为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种天线双工器和通信设备，它们是低成本、小型，并有满意的特性。
本发明的一个较佳实施例提供了一种天线双工器，它包含构成发射滤波器和接收滤波器的多个谐振电极；设置在谐振电极和接地电极之间的介质部件；传输端、接收端和天线端，它们在形成接地电极的区域与接地电极分开；传输端和接收端中至少有一个终端在相应于In/Out级的第一级的谐振电极与接近于谐振电极的第二级的谐振电极之间进行电容耦合。
在上述天线双工器中，第一级的谐振器和形成一个低频滤波器的第二级谐振器之间的耦合可以是电感耦合，而第一级的谐振器和形成一个高频滤波器的第二级谐振器之间的耦合可以是电容耦合。
在上述天线双工器中，可以将陷波谐振器加到发射滤波器和接收滤波器中任一个滤波器的In/Out单元。
在上述天线双工器中，谐振器之间的耦合至少有一种可以是交指型耦合。
在上述天线双工器中，各个谐振电极可以具有阶梯状的配置，其中在某一点处线宽度是不同的；谐振电极的阶梯状配置以如此方式形成，即相邻谐振器之间的耦合提供了所需值。
在上述天线双工器中，谐振电极的窄线宽部分可从的宽线宽部分延伸出去。
在上述天线双工器中，谐振电极可以形成在设置在介质部件内侧的谐振孔内周上。
在上述天线双工器中，谐振电极可以条线配置形成在介质部件的内侧或介质部件上。
在上述天线双工器中，至少一个谐振孔或谐振孔的一部分可以是四角形截面的配置。
本发明的另一个较佳实施例提供了一种通信设备，它包含至少一个上述的天线双工器。
在具有上述结构的天线双工器中，形成了传输端或接收端，以在第一级的谐振电极和第二级的谐振电极之间形成电容耦合。在这样的结构中，通过在每一端和第一级谐振电极之间的电容得到外部耦合电容，衰减极点频率的极点频率可以通过每一端和第二级谐振电极之间的电容而变化。具体地说，当将每一端和第二级谐振电极之间产生的电容值设置得较大时，可以将衰减极点移到更接近于通带侧。相应地，不需设置陷波谐振器或配用另一个元件，就可以容易地得到所需的衰减特性。
将低频滤波器的第一级谐振器和第二级谐振器之间的耦合设置为电感耦合，将高频滤波器的第一级谐振器和第二级谐振器之间的耦合设置为电容耦合，其中衰减极点分别在对应部分侧滤波器的通带侧上。然后，如上所述的衰减极点的移动允许在对应部分侧滤波器的通带内容易地得到所需的衰减量。
另外，一个滤波器的In/Out单元可以具有本发明的结构，而另一个滤波器的In/Out单元可具有设置了陷波谐振器的结构。可以通过在结构中使用陷波谐振器得到各种特性。
另外，将谐振器之间的一部分耦合设置为交指型耦合，由此可以增强谐振器之间的耦合的自由度，以便增强谐振器的Q0。
另外，相邻谐振器之间的耦合关系(电容耦合或电感耦合)以及耦合程度可以通过在阶梯状配置中形成谐振电极以改变谐振电极的配置而容易地改变。将阶梯谐振电极的窄线宽部分从宽线宽部分提出允许谐振器之间的耦合在更宽的范围内调节。换句话说，不需要形成用于介质部件中耦合的孔或槽以得到谐振器之间的耦合，从而可以形成低成本和小型的天线双工器。
另外，用其中将谐振孔做在介质部件内，并且谐振电极形成在谐振孔内周上的结构，带状传输线型的谐振电极相比可以更为改进Q0，从而可以减小插入损失。
另外，在介质部件的条线配置中形成有谐振电极的结构允许天线双工器形成得更薄(高度更低)。
在根据本发明的天线双工器中，发射滤波器和接收滤波器整体地形成在单个介质部件中。由此，和每一个滤波器形成在各个介质部件中的天线双工器相比，元件数量减少了，使生产更为容易，从而降低了生产成本和安装成本。
另外，由于根据本发明的通信设备是通过设置具有上述特性的天线双工器而形成的，故它低成本、小型并具有满意的特性。
从下面参照附图对本发明的描述，本发明的其它特点和优点将是显而易见的。
图1A、1B和1C示出了第一实施例中天线双工器的结构，其中图1A是后视图，图1B是平面图，图1C是正视图。
图2是第一较佳实施例的天线双工器的截面图；图3是第一较佳实施例的天线双工器的等效电路图；图4A、4B和4C示出第一较佳实施例的天线双工器和传统的天线双工器的衰减特性的示图，其中图4A示出发射滤波器的特性，图4B示出接收滤波器的特性；图5A、5B和5C示出第二较佳实施例天线双工器的结构，其中图5A是后视图，图5B是平面图，而图5C是正视图；图6A、6B和6C示出第三较佳实施例的天线双工器的结构，其中图6A是后视图，图6B是平面图，图6C是正视图；图7A、7B和7C示出四个较佳实施例的天线双工器的结构，其中图7A是后视图，图7B是平面图；图7C是正视图；图8是第五较佳实施例的通信设备的方块图；图9A、9B和9C示出传统的天线双工器的结构，其中图9A是后视图，图9B是平面图，而图9C是正视图；图10是现有技术天线双工器的平面图。
参照图1A、1B和1C以及图2，对本发明的第一较佳实施例的天线双工器的结构进行描述。
本实施例的天线双工器包括发射侧上的三级带通滤波器和接收侧上的三级带通滤波器。在长方体配置的介质块21中，形成有发射滤波器侧的谐振器孔22a到22c、接收滤波器侧上的谐振器孔23a到23c及外部耦合孔24a。发射滤波器的中心频率低于接收滤波器的中心频率。外形尺寸大致上为12.0mm宽、8.6mm长和2.0mm厚。
谐振器孔22a到22c、23a到23c以及外部耦合孔24a(如图1(b)所示)分别通过介质块21的第一端面26到达与端面26相对的第二端面27，并分别在沿轴中心方向的大致中心处具有阶梯部分，它们是上半部分和下半部分分别具有不同内径的阶梯孔。在各个谐振孔22a到22c、23a到23c和外部耦合孔24a的内壁表面上分别形成有内部导电体32a到32c、33a到33c和34a。在内部导体32a到32c上，阶梯孔的边缘(第一端面26)附近设置不导电部分g，具有大的内径(大内径部分)以形成开口端。在介质块21的外部表面上形成有传输端Tx、接收端Rx和天线端ANT，其中外部导电体36形成在除了各个端子Tx、Rx和ANT以外的几乎整个表面上。内部导电体32a到32c、33a到33c连接到小直径侧(小内径部分)的第二端面27(与开口端相对)上的外部导电体36，其中第二端面27是短路端。各个内部导电体作为谐振电极，而外部导电体36作为接地电极，其中相应于各个内部导电体形成每个同轴谐振器。
发射滤波器上的谐振器孔2a到2c的短路端面侧的小内径部分的轴形成与大内径部分的轴偏心，从而轴相互接近。用这种安排，相应于内部导电体32a、32b和32c的谐振器之间的耦合设置为电感耦合，以便在通带的高频侧上形成两个衰减极点。
至于相应于内部导电体33a到33c的谐振器之间的耦合，使用经阶梯孔的初始电容耦合，并且谐振器之间的耦合通过小内径部分的偏心度改变，而相应于内部导电体3c、3b和3a的谐振器之间的耦合设置为电容耦合，以便在通带的低频侧上形成两个衰减极点。
连接到外部耦合孔24a的内部导电体34a的天线端ANT是通过从一个主表面延伸到第二端面27而形成的。外部耦合孔24a的内部导电体34a和接近于内部导体34a的内部导电体32c和33a之间有交指型耦合，由此，得到发射滤波器和接收滤波器的每一个滤波器的IN/OUT的外部耦合(IN/OUT耦合)。
发射端Tx是通过从一个主表面延伸到发射滤波器侧的开口端面附近的侧表面而形成的，其中在相应于发射滤波器的IN/OUT级第一级的内部导电体32a与第二级的相邻内部导电体32b之间形成电容耦合。
接收端Rx是通过从一个主表面延伸到接收滤波器侧开口端附近的侧表面而形成的，其中在相应于接收滤波器的IN/OUT级的第一级的内部导电体33c与第二级的相邻内部导电体33b之间形成电容耦合。
换句话说，与图9所示的传统的情况相比，发射端Tx和接收端Rx分别沿中心方向延伸得更深，以形成在相对于内部导电体32b和33b的部分上。
图2是穿过图1B中的发射端和接收端的截面图。但是，为了绘图简便而省略了阴影。图3是上述天线双工器的等效电路图。图3中，Rta到Rtc是由图1A、1B和1C及图2中所示的内部导电体32a到32c形成的谐振器，Rra到Rrc是由内部导电体33a到33c形成的谐振器，Rea是由内部导电体34a形成的谐振器，而电容C1和C2是分别形成在图2所示的发射端Tx和内部导电体32a和32b之间的电容，而电容C3和C4是分别形成在接收端Rx和内部导电体33b和33c之间的电容。
在这样的安排中，电容C1作为发射滤波器的外部耦合电容，电容C4作为接收滤波器的外部耦合电容。电容C2用于改变发射滤波器的衰减极点的极点频率，而电容C3用于改变接收滤波器衰减极点的极点频率。
图4A和4B是上述天线双工器的衰减特性的示图。图4A示出发射滤波器的特性，图4B示出接收滤波器的特性。另外，实线表示实施例的特性，虚线表示图9A、9B和9C中所示的传统天线双工器的特性。图4A和4B中，P1和P1’表示通过谐振器Rta和Rtb之间的电感耦合得到的衰减极点，而P2和P2’表示由谐振器Rtb和Rtc之间的电感耦合得到的衰减极点，P3和P3’表示由谐振器Rrc和Rrb之间的电容耦合得到的衰减极点，P4和P4’表示由谐振器Rrb和Rra之间的电容耦合得到的衰减极点。
如图4A和4B所示，与传统的衰减极点P1’到P4’相比更加移到每一个滤波器的通带侧的实施例的衰减极点P1到P4分别示出突然阻碍对应部分滤波器的通带侧的特性。通带宽度中的变动是小的。衰减极点移动的量依赖于电容C2和C3的电容值，其中，已经明白，值设置得越大，则衰减极点越移近通带侧。电容C2和C3根据所需的特性被适当地设置。
如上所述，在实施例的天线双工器中，用一种简单的方式改变衰减极点的位置，以容易地得到所需的衰减特性，该方式使发射端和接收端延伸到与第二级各个谐振电极相对的位置上。
在这种结构中，相邻的谐振器之间的耦合关系和耦合程度通过改变形成谐振孔的阶梯孔的配置而变化。由此，除了由阶梯谐振器给出的谐振器长度减小的优点外，并不需要为谐振器之间的耦合设置孔或槽，从而可以降低天线双工器的成本并小型化。
另外，由于每一个谐振器的开口端形成在从介质块的端面凹入的位置，故减小了从电磁场的开口端的泄漏(电磁场泄漏)。
虽然实施例是通过使用发射滤波器和接收滤波器都由三级谐振器形成的结构描述的，并将两个衰减极点分别设置在对应部分滤波器的通带侧上，但是这种结构不限于这种情况。还有可能使用一种结构，其中至少二级谐振器可以形成带通滤波器，并将一个衰减极点分别设置在对应部分滤波器的通带侧。
参照图5A、5B和5C，将给出对根据本发明的第二较佳实施例的天线双工器结构的描述。虽然将谐振器孔设置在介质块中，并且内部导电体(谐振电极)形成在第一实施例的每一个谐振器孔的内周上，如图5所示的天线双工器具有一种结构，即，谐振电极32a到32c作为发射侧滤波器的谐振器、谐振电极33a到33c作为接收侧滤波器的谐振器，以及用于外部耦合的谐振电极34a都设置在介质基片31中。换句话说，将使用介质基片代替第一实施例中使用的介质块，每一个谐振电极由条线形成，其中其它部分的安排与第一实施例中的相同。
即使是在条线型天线双工器中，由于每一个谐振器形成在线宽在大致中心处不同的阶梯状配置中，并且发射端Tx和接收端Rx分别延伸到与第二级谐振电极32b和33b相对的位置上，所以可以得到与第一实施例的天线双工器相同的优点。另外，双工器可以比第一实施例的双工器薄，使它的高度减小(使它更薄)。
虽然已经用使两块介质基片连接到一起或堆积起来以将谐振电极设置在介质基片内的结构描述了实施例，但还可能使用另一种结构，其中每一个谐振电极形成在介质基片上，并且外部导电体(接地电极)形成在相对的表面上。
参照图6A、6B和6C，给出对根据本发明的第三实施例的天线双工器的结构的描述。本实施例的天线双工器是通过在图1所示的第一实施例的天线双工器的接收滤波器侧上加上用于陷获的谐振器孔23d以及用于IN/OUT耦合的外部耦合孔24c而形成的。作为谐振电极的内部导电体33d和34e形成在谐振器孔23d的内周上和外部耦合孔24c上。将接收端Rx连接到外部耦合孔24c的内部导电体34c，而外部耦合孔23c通过从一个主表面延伸到第二端面27而形成。每一个交指型耦合分别形成在外部耦合孔24c的内部导电体34c与相邻内部导电体33c和33d之间，由此可以得到接收滤波器的外部耦合。其它部分的安排与第一实施例中的相同，这里省略了对它们的解释。
换句话说，发射端Tx是通过延伸到第二级谐振电极32b相对的位置而形成的，而发射滤波器的衰减极点是通过发射端Tx和谐振电极32b之间的电容移动的，从而改进了高频侧衰减特性。同时，将由谐振电极33d形成的陷波谐振器加到接收滤波器侧，从而改进了低频侧衰减特性。
在这样的安排中，由于在发射滤波器侧上应用了本发明以电容耦合为基础的结构，故结构可以比图10所示的传统的结构(将陷波谐振器加到两个滤波器侧上)小。另外，将陷波谐振器加入这个结构允许得到各种特性。
图7A、7B和7C示出根据本发明的第四较佳实施例的天线双工器的结构。本实施例的天线双工器具有一种结构，其中将发射滤波器的第一和第二级的开口端设置在有第二端面27的一侧上。关于其它部分的基本结构几乎与第一实施例相同。
换句话说，在这个实施例中，形成的各个谐振器孔22a和22b的大内径部分被设置在有第二端面27的一侧，并且在有第二端面27的一侧边缘附近形成内部导电体32a和32b的不导电部分g。在由内部导电体32b形成的谐振器和由发射滤波器侧的内部导电体32c形成的谐振器之间形成交指型耦合。发射端Tx是通过从一个主表面延伸到有第二端面27的一侧上的侧表面形成的。在这种安排中，将谐振器之间的一部分耦合设置为交指型耦合，由此，可以促进谐振器之间耦合中的自由度，从而谐振器之间的间距可以更宽，而不需改变整个外形尺寸。相应地，可以改进谐振器的Q0，以控制诸如介入损耗之类的特性。
另外，谐振器孔22b的小内径部分形成为四角形配置，其中小内径部分延伸离开大内径部分。通过改变阶梯孔截面配置和小内径部分和大内径部分之间的偏心度，可在宽范围内调节相邻的谐振器之间的耦合。由于小内径部分是四角形的，故可以减小小内径部分和大内径部分连接处的角度。相应地，可以减小成形模锐角部分的数量，由此可以增强模的耐久性，从而可以抑制谐振器的Q0的劣化。
如在本实施例中所述的，可以通过将根据本发明的通过IN/OUT端的电容耦合调节衰减极点的方法与其它的安排组合，以低成本制造具有满意的特性的整体形成的小型化天线双工器。
根据本发明的天线双工器不应限于上述的各个实施例，在本发明的范围和主旨内可以有各种改变。例如，在上述各个实施例中，已经通过使用每一个谐振器的开口端形成在从介质块或介质基片端面凹入的位置中的结构进行了描述。但是，谐振器孔开口表面也可以用作开口端。另外，可将本发明应用于天线双工器，其中将用于谐振器之间的耦合的凹槽或类似装置设置在介质块中。
图8示出了根据本发明的第五较佳实施例的通信设备的结构。图8中，122是天线，123是天线双工器，126是发射电路，而127是接收电路。将天线双工器123的天线端ANT连接到天线122，将发射端Tx连接到发射电路126，并将接收端Rx连接到接收电路127，由此形成通信设备。
在这种安排下，作为天线双工器123，可以使用第一到第四实施例的天线双工器。使用根据本发明的天线双工器允许得到低成本、小型化、具有满意的特性的通信设备。
虽然已经参照本发明的较佳实施例具体示出和描述了本发明，熟悉本领域的人将知道在不背离本发明的主旨的条件下，可以有上述和其它形式和细节上的变化。
权利要求
1.一种天线双工器，其特征在于包含构成发射滤波器和接收滤波器的多个谐振电极；设置在谐振电极和接地电极之间的介质部件；与形成有接地电极的区域内的接地电极分开的发射端、接收端和天线端；发射端和接收端中至少一个端子设置得在相应于In/Out级第一级谐振电极与和谐振电极相邻的第二级谐振电极之间产生电容耦合。
2.如权利要求1所述的天线双工器，其特征在于在第一级谐振器和形成低频滤波器的第二级谐振器之间的耦合是电感耦合，而在第一级的谐谐振器和形成高频滤波器的第二级谐振器之间的耦合是电容耦合。
3.如权利要求1或2所述的天线双工器，其特征在于将陷波谐振器加到发射滤波器或接收滤波器中任一个滤波器的In/Out单元中。
4.如权利要求1到3的任一条所述的天线双工器，其特征在于谐振器之间的至少一种耦合是交指型耦合。
5.如权利要求1到4所述的天线双工器，其特征在于各个谐振电极具有阶梯状的配置，其中在某一点处的线宽度是不同的；谐振电极的阶梯状配置以如此方式形成，从而相邻的谐振器之间的耦合提供了所需值。
6.如权利要求5所述的天线双工器，其特征在于谐振电极的窄线宽部分延伸离开宽线宽部分。
7.如权利要求1到6任一条所述的天线双工器，其特征在于谐振电极形成在设置于介质部件内部的谐振器孔的内周上。
8.如权利要求1到6的任一条所述的天线双工器，其特征在于谐振电极在介质部件内或介质部件上形成为条线配置。
9.如权利要求7所述的天线双工器，其特征在于至少一个谐振器孔或谐振器孔的一部分是四角截面配置。
10.一种通信设备，其特征在于包含如权利要求1到9所述的天线双工器中的至少一个。
全文摘要
本发明提供了一种天线双工器,包含构成发射滤波器和接收滤波器的多个谐振电极;设置在谐振电极和接地电极之间的介质部件;在形成有接地电极的区域内的接地电极分开的发射端、接收端和天线端;发射端和接收端中至少一个端子,设置得在相应于In/Out级的第一级谐振电极与和谐振电极相邻的第二级谐振电极之间形成电容耦合。上述天线双工器低成本,小型化,并具有满意的特性。
文档编号H01P1/203GK1250236SQ9911817
公开日2000年4月12日 申请日期1999年8月25日 优先权日1998年8月25日
发明者多田齐, 広嵨屹基晴, 加藤英幸 申请人:株式会社村田制作所