专利名称：介质滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于高频无线通讯装置例如移动电话的介质滤波器，特别涉及通过若干介质层层叠并将电极夹在其中构成的微型片状介质滤波器。
在移动电话和其他手提无线通讯装置领域对更微型高频滤波器的需求日益增长，同时要求这种滤波器既满足高频选择性又满足低插入损耗的要求。已经提出可以满足上述要求的高频滤波器为一种多层陶瓷滤波器，它包含几个带状线电极作为谐振器(即所谓带状线滤波器)。关于这种多层陶瓷滤波器，可以查阅例如PCT WO 96/19843和日本公开特许公报NO.312503195。这种多层陶瓷滤波器优点在于因为其中使用的陶瓷材料的介电常数高，所以信号的有效波长就缩短，因此其谐振器所要求的长度可以更短些。因此，滤波器尺寸可以缩小，插入损耗较小。
使用高介电常数介质材料的上述类型介质滤波器制造成本主要取决于介质材料的成本。因此，为了减少这种类型介质滤波器制造成本，可以考虑进一步减小这种滤波器尺寸，从而减少所使用的介质材料量。然而，因为滤波器尺寸本身与其频率特性(尤其是其中心频率)直接有关，所以通过减小滤波器尺寸降低成本又受到限制。
还可以考虑减少介质滤波器制造成本的另一途径是介质材料本身的成本较低。然而，因为滤波器主要特性例如截止特性和插入损耗由所使用介质材料决定的，滤波器的制造必须要使用其介电常数和介质损耗精确调节或控制的介电材料。因此，通过这种途径降低制造成本又受到限制。
因此本发明目的是提供可以用较低成本制造的微型介质滤波器。
本发明的另个一目的是提供在通频带中插入损耗较低的介质滤波器。
本发明的再一个目的是提供一种在截止频带中呈现较大衰减的介质滤波器。
本发明还有另一个目的是提供一种受环境电磁影响较小的介质滤波器。
为了达到上述目的，本发明的介质滤波器包括包含至少一对相互电磁耦合的带状线谐振器的第一介质层；以及位于第一介质层两侧，并将第一介质层夹在其中的第二和第三介质层，第二和第三介质层具有基本相同的介电常数K1并且每层包含至少一个屏蔽电极，其特征在于第四和第五介质层具有基本相同的介电常数K2，并分别插入在第一和第二介质层之间以及第一和第三介质层之间；以及第四和第五介质层的介电常数K2选择为小于第二和第三介质层的介电常数K1和第一介质层介电常数K3中任一个。在这种情况下，介电常数K2最好至少小于介电常数K1和K3中较小一个的三分之一。
与利用价贵的高介电常数介质材料制造所有介质层的常规滤波器相比较，可以通过利用例如含有玻璃为主要成份的陶瓷、胶膜等等低介电常数廉价介质材料形成第四和第五层而以较低的成本制造上述结构的介质滤波器。应指出使用高和低介电常数的介质层构成介质滤波器已在日本公开特许公告NO.214209/97提示。然而，这种已知介质滤波器低介电常数的介质层不是插在高介电常数介质层之间。在本发明中，尽管介电常数K1和K3之间关系可以是K1＝K3，K1＞K3和K1＜K3中任一种，但是K1＝K3的关系是最好的，因为减少了所使用的材料种类的数目。在这种情况下，在一些专用目的滤波器中，介电常数K1和K3一般可以选择在70至100之间，介电常数K2一般可以选择在5至25之间。
与第四和第五介质层有高介电常数K3的情况相比，在本发明上述结构的介质滤波器中，介电常数K2小于第一介质层介电常数的第四和第五介质层设置在具有介电常数K3和包含谐振器电极的第一介质层的外面，因此谐振器电极周围电场更集中在第一介质层，特别在两个谐振器电极之间。此时，介电常数K2比介电常数K3小得越多，电场越集中在第一介质层。由于这样的电场集中，两个谐振器电极之间电场就更加笔直，即更少的电场朝着谐振器电极边缘向外弯曲。因此在谐振器电极之间电场分布更为均匀，而不会局部集中在这些电极边缘部分，因此减小了由于这种电场在电极边缘局部集中引起的传导损耗，从而减小了这种滤波器在通频带内的插入损耗。同样，这种滤波器Q值提高，截止频带中的衰减增加。
在上述结构的介质滤波器中，第二和第三介质层介电常数K1也选择为大于与其贴近的第四和第五介质层介电常数K2。因此，屏蔽电极周围电场不会从屏蔽电极边缘向外发散，即不会发散到这滤波器侧面以外，因此这种滤波器特性对侧面以外区域的电磁影响不太敏感。
在本发明的介质滤波器中，可以在第一介质层内相互平行并且在该介质层厚度方向隔开的不同平面内设置一对带状线谐振器电极。或者，可以在位于第一介质层内并且与第一介质层平行的一个平面上以间隔形式设置这对带状线谐振器电极。而且，在本发明滤波器中，第一介质层还可以包括与这对带状线谐振器分别电容耦合的电容电极，和/或用来调节这对带状线谐振器之间的电磁耦合的调谐电极。
图1是本发明第一实施例的介质滤波器的分解透视图。
图2是第一实施例的样品和另一对比样品的频率特性的曲线图。
图3是本发明第二实施例的介质滤波器的分解透视图。
现在结合附图叙述本发明实施例的介质滤波器。
图1表示本发明第一实施例的介质滤波器10。这滤波器10是板状(或片状)滤波器，它包含10a至10l的12层介质层，每层具有各自的预定厚度和矩形顶视图。滤波器10在一对侧面(图1中的前侧面和后侧面)上分别有全部盖住相应侧面表面的接地端电极11a和11b。滤波器10在另一对侧面(图1中的右侧面和左侧面)上分别有输入/输出端电极12a和12b，每个电极具有带状线形状并且在相应侧面中央部分沿滤波器10厚度方向伸展。
设置在这滤波器一个表面侧面上(图1中顶面)的介质层10a起保护作用。介质层10a贴近介质层10b，在介质层10b朝向介质层10a的表面上设置有屏蔽电极14，屏蔽电极14盖住除边缘部分13和13以外整个所述表面，所述边缘部分13和13以预定宽度沿表面的相对的侧边(图1中短边)伸展，屏蔽电极14在表面的另一对相对的侧边与电极11a和11b连接。设置边缘部分13和13是为了防止屏蔽电极14与电极12a和12b短路。
在介质层10b背向介质层10a的面上依次有介质层10c和10d。介质层10d贴近介质层10e，在介质层10e的朝向介质层10d的面上设置有输入电极16，输入电极16在其近侧端与电极12a连接，远侧的一半部分增加宽度。介质层10e还在上述面上有带状电容电极18，电容电极18与电极11a连接。
介质层10e贴近介质层10f，在介质层10f朝向介质层10e的面上设置有作为第一带状线谐振器的谐振器电极20，谐振器电极20在其近侧端与电极11b连接，构成通常具有反F形的改进型阶梯式阻抗揩振器(SIR)。电极20的位置靠近电极12a，使得它与输入电极16电磁耦合，与电容电极18电容耦合。
介质层10f贴近介质层10g，在介质层10g朝向介质层10f的面上设置有其近侧端与电极11b连接的带状第一调谐电极22，以及与电极11a平行、与电极22的未端相分离的处于浮动状态的第二和第三调谐电极23和24。
介质层10g贴近介质层10h，在介质层10h朝向介质层10g的面上设置有与位于层10f上电极20相对应的谐振器电极25，后者的位置如图1所示，与电极20成横向对称。介质层10h贴近介质层10i，在介质层10i朝向介质层10h的面上有输出电极26和电容电极28，输出电极26和电容电极28分别与电极16和18相对应，并且位置上成横向对称。
在介质层10i远离层10h的一侧依次有介质层10j和10k。较后的介质层10k贴近介质层10l，在介质层10l朝向层10k的面上设置有与电极14相同的屏蔽电极29。层10l用于保护滤波器10的另一表面(图1中底面)。
在上述结构的滤波器10中，层10a，10b，10k和10l中每一层为具有介电常数K1的介质层，它们包括例如钛酸钡的高介电常数陶瓷材料作为其基础材料。另一方面，层10c和10j中每一层为具有介电常数K2的介质层，它例如由包含作为主要成分的玻璃等的低介电常数的廉价陶瓷材料或胶膜制成。层10d至10i中的每一层是具有介电常数K3的介质层，它包含例如钛酸钡的高介电常数陶瓷材料作为其基础材料。
未烧结的薄片(green sheet)由具有介电常数等于75(K3＝75)的、其基础材料为钛酸钡的高介电常数陶瓷材料制成，采用丝网印刷法在未烧结的薄片上涂以银作为其主要成份的导电胶。将未烧结的薄片上导电胶干燥，从而形成电极14；16和18；20；22；23和24；25；26和28。把其上具有这样形成电极的未烧结的薄片与预定数量不带有电极的未烧结的薄片组装，构成介质层10a至10l的每一层。这些介质层是层叠的，然后同时被加压，并在单一的烧结处理步骤中加热，此后在各侧面上形成电极11a，11b，12a和12b，以便获得供对比的样品A。构成层10a和10b的部分的厚度是100μm，层10c厚度400μm，构成层10d至10i的部分的厚度是700μm，层10j厚度400μm，而构成层10k至10l的部分的厚度是100μm。
供对比用的样品B采用相同工艺步骤制作，不同的是介质层10c至10j使用由钛酸钡介质材料制成并含有玻璃重量比约20％的添加剂的未烧结的薄片制成，这未烧结的薄片介电常数为50(K2＝50)。此外，样品C采用相同工艺制作，不同的是介质层10c至10j使用由钛酸钡介质材料制成并包含玻璃重量比约60％的添加剂的未烧结的薄片制成，这未烧结的薄片介电常数为15(K2＝15)。
测量每个样品A，B和C的频率特性，其结果画在图2中。图2中，水平轴表示输入信号频率，垂直轴表示插入损耗。实线A表示样品A频率特性，虚线B表示样品B频率特性，点划线C表示样品C频率特性。从图2所示特性曲线可看到，按本发明制作的样品C比样品A(对应于常规滤波器)和样品B有更好的特性，即通频带中插入损耗减小，截止频带中衰减更大，以及有更高的Q值。全面考虑和研究图2所示特性，其他样品特性，所使用陶瓷材料成本等，发现K1和K3介电常数最好在70至100之间，K2介电常数最好在5至25之间。
图3表示本发明第二实施例的介质滤波器110，其与图1所示部分的对应的部分标以增加100的类似标号。滤波器110是片状滤波器，与图1的滤波器10有基本相同的结构，但有以下一些不同之处。
在滤波器110的介质层110e朝向层110d的面上只有条状电容电极118，该电极118与接地端电极111a连接。介质层110f在其朝向层110e的面上只设置有输入电极116。介质层110g在其朝向层110f的面上设置有两个相距预定距离的平行的带状线谐振器电极120和125，这两个电极近侧端与接地端电极111b连接。介质层110h在朝向层110g的面上设置有输出电极126，输出电极126与层110f上电极116相对应，并如图3所示与电极116横向对称。同样，介质层110i在朝向层110h的面上设置有电容电极128，电容电极128与层110e上电极118相对应，并如图3所示，与电极118横向对称。
在上述结构的滤波器110中，层110a，110b，110k和110l中每一层是具有介电常数K4的介质层，它包括例如较高介电常数的陶瓷材料作为其基础材料。另一方面，层110c和110j中的每一层是具有介电常数K5的介质层，它例如由包含作为主要成分的玻璃等的低介电常数的廉价陶瓷材料或胶膜制成。层110d至110i中的每一层是具有介电常数K6的介质层，它包括例如高介电常数的陶瓷材料作为其基础材料。此例中，介电常数K4小于介电常数K6，介电常数K5远大于介电常数K4和K6中的任一个。
实验证明，图3实施例也呈现与由图1实施例所获得的基本上相同效果。
例如上述第一和第二实施例之类的专用介质滤波器的每层介质层的厚度尤其根据所使用的介质材料和在其上形成的电极形状而有所不同。然而，一般认为构成介质层10a(110a)和10b(110b)的部分的厚度可以在50至120μm之间，介质层10c(110c)厚度在200至400μm之间，构成介质层10d(110d)至10i(110I)的部分的厚度在50至700μm之间，介质层10j(110j)厚度在200至400μm之间，而构成介质层10k(110k)和10l(110l)的部分的厚度在50至120μm之间。
在上述第一和第二实施例中，当介质层10c(110c)和10j(110j)由低介电常数K2(或K5)的胶膜等制成时，必须首先通过烧结分开地制成构成介电常数K1(或K4)的介质层10a和10b(或110a和110b)的部分、构成介电常数K1(或K4)的介质层10k和10l(或110k和110l)的部分和构成介电常数K3(或K6)的介质层10d至10i(或110d至110i)的部分，再将这些烧结件与胶膜层层压成一个整体部件。
权利要求
1.一种介质滤波器，它包括包含至少一对相互电磁耦合的带状线谐振器的第一介质层；以及与所述第一介质层彼此相对地设置并将所述第一介质层夹在其中的具有基本相同的介电常数(K1)的第二和第三介质层，所述第二和第三介质层中的每一层包含至少一个屏蔽电极，所述介质滤波器的特征在于第四和第五介质层具有基本上相同的介电常数(K2)，它们分别插入在所述第一和第二介质层之间以及所述第一和第三介质层之间；以及所述第四和第五介质层的介电常数(K2)选择为小于所述第二和第三介质层的介电常数(K1)和所述第一介质层的介电常数(K3)中的任一个。
2.根据权利要求1的介质滤波器，其特征在于所述介电常数(K2)小于所述介电常数(K1)和(K3)中较小一个的1/3。
3.根据权利要求1或2的介质滤波器，其特征在于所述介电常数(K1)基本上与所述介电常数(K3)相同。
4.根据权利要求1或2的介质滤波器，其特征在于所述介电常数(K1)小于所述介电常数(K3)。
5.根据权利要求1或2的介质滤波器，其特征在于所述介电常数(K1)大于所述介电常数(K3)。
6.根据权利要求1至5中的任一权利要求的介质滤波器，其特征在于所述一对带状线谐振器位于所述第一介质层内各自的平面上，这些平面是平行的并且沿所述第一介质层厚度方向相互分开。
7.根据权利要求1至5中的任一权利要求的介质滤波器，其特征在于所述一对带状线谐振器位于所述第一介质层内同一平面上并且相互隔开，所述平面平行于所述第一介质层而伸展。
8.根据权利要求1至7中的任一权利要求的介质滤波器，其特征在于所述第一介质层还包含分别与所述一对带状线谐振器电容耦合的电容电极，和/或用来调节所述一对带状线谐振器之间的电磁耦合的调谐电极。
9.根据权利要求1至8中的任一权利要求的介质滤波器，其特征在于所述第四和第五介质层包括包含玻璃的低介电常数介质材料。
10.根据权利要求1至8中的任一权利要求的介质滤波器，其特征在于所述第四和第五介质层包括包含胶膜作为其基础材料的低介电常数介质材料。
全文摘要
本发明的介质滤波器包括:含有至少一对相互电磁耦合的带状线谐振器的第一介质层;以及与所述第一介质层彼此相对地设置并将第一介质层夹在其中的具有基本相同的介电常数(K1)的第二和第三介质层,第二和第三介质层中的每一层包含至少一个屏蔽电报。该滤波器还具有基本上相同的介电常数(K2)的第四和第五介质层,第四和第五介质层分别插入在第一和第二介质层之间以及第一和第三介质层之间。所述第四和第五介质层的介电常数(K2)选择为小于所述第二和第三介质层的介电常数(K1)以及所述第一介质层的介电常数(K3)中的任一个。
文档编号H01P1/203GK1274476SQ99801219
公开日2000年11月22日 申请日期1999年5月14日 优先权日1998年5月29日
发明者堀江健一, 岩谷昭一 申请人:皇家菲利浦电子有限公司