人工介质谐振器和基于它的人工介质滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于人工介质谐振器和基于它的人工介质滤波器的发明。
【背景技术】
[0002]近年来，用于微波频段的高频滤波器，为了达到小型化和高性能，大多采用高相对介电常数材料的介质谐振器。介质谐振器通过特定大小和形状的介质材料块及其相对介电常数获得指定的所需的谐振频率。
[0003]介质谐振器的介质材料采用高相对介电常数的陶瓷(介电陶瓷)已广为人知。这些介电陶瓷，当在其分子上外加电场时，分子中的束缚电子将产生移动而极化，从而显不出高相对介电常数。考虑到高频下的低损失以及对温度的稳定性，介电陶瓷的相对介电常数，一般可实用的范围是20?100。
[0004]介质谐振器也有采用人工介质材料(人工介质谐振器)的案例(例如专利文献Do人工介质材料由多片金属片集合而成。这种人工介质材料在外加电场后，因其金属片上存在的自由电子产生移动而极化，从而起到介质材料的作用，根据其自由电子的多少和移动距离的大小，对应其金属片的大小和形状，可获得等效的高相对介电常数。此外，为了保持各金属片的位置，人工介质材料分别配置在某种形式的基材中。
[0005]如专利文献I中所述，人工介质材料根据其金属片上所加电场的方向不同，具有相对介电常数的各向异性。根据这种各向异性，人工介质谐振器可按照在所需频率的谐振(基本模式)时让相对介电常数变高，而在与此频率比较接近的其他谐波(高次模)时让相对介电常数变低来配置金属片，从而可以分离这些频率，控制高次模。
_6] 现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:专利公开号2003 - 133820
【发明内容】
[0009]发明将解决的课题
[0010]因此，人工介质谐振器通过金属片的不同大小、形状和配置，可获得通常的介电陶瓷共振器所没有的优良性能。但是，相对于人们对基于人工介质谐振器的高频滤波器(人工介质滤波器)的要求，人工介质谐振器尚有改善的余地。特别是为了满足小型化的要求，人工介质谐振器需要更进一步提高基本模式下的相对介电常数。
[0011]基于人工介质谐振器的人工介质滤波器，通常在其内部配置多个人工介质谐振器的同时，还配置有与人工介质谐振器耦合、与外部进行信号交互处理的输入输出端子。这样，人工介质滤波器通过对输入输出端子和人工介质谐振器之间的耦合度(输入输出耦合度)以及2个人工介质谐振器之间的段间耦合度进行适当的控制，可实现指定基本模式的所需带宽的滤波特性(例如切比雪夫型等)。人工介质滤波器有输入输出耦合度小、滤波特性带宽变窄的趋势，也有难以获得所需滤波特性的情况。
[0012]此外，人工介质滤波器为了控制2个人工介质谐振器之间的段间耦合度，希望在制造过程中无需经过复杂的工序即可对多个人工介质谐振器进行正确的定位。
[0013]本发明就是针对这些相关问题，其目的是提供基本模式下更高相对介电常数的人工介质谐振器，并且，利用它提供具有更大输入输出耦合度的、可以实现人工介质谐振器正确定位的人工介质滤波器。
[0014]解决课题的方法
[0015]为了所述目的，本发明优选实施方式的人工介质谐振器，具有多个薄板状金属条带沿长度方向隔开微小间隙排列而成的第I系列金属条带组和多个薄板状金属条带沿长度方向隔开微小间隙排列而成的第2系列金属条带组，所述第I系列金属条带组和所述第2系列金属条带组沿所述金属条带的厚度方向靠近配置，并且，一个金属条带组的金属条带面对且跨过另一个金属条带组的所述间隙的人工介质谐振器。
[0016]优选方案的人工介质谐振器是将所述第I系列金属条带组和所述第2系列金属条带组分别做成环状。更优选方案的人工介质谐振器是进一步具有:多个薄板状金属条带沿长度方向隔开微小间隙环状排列而成的、与所述第I系列金属条带组同心的、沿金属条带宽度方向靠近配置的第3系列金属条带组；多个薄板状金属条带沿长度方向隔开微小间隙环状排列而成的、与所述第2系列金属条带组同心的、沿金属条带宽度方向靠近配置的第4系列金属条带组。
[0017]优选方案的人工介质滤波器具有多个上述人工介质谐振器和2个输入输出端子，相邻的上述人工介质谐振器相互耦合，上述输入输出端子与其相邻的上述人工介质谐振器锂A
柄口 O
[0018]优选方案的人工介质滤波器，上述各输入输出端子分别与其相邻的上述人工介质谐振器的金属条带直接相连。
[0019]优选方案的人工介质滤波器，将多个上述人工介质谐振器安装在整体多层电路板上，以使多个上述人工介质谐振器相对位置固定，以获得预定的段间耦合度。
[0020]优选方案的人工介质滤波器，将上述人工介质谐振器以TEOl δ模式作为基本模式进行谐振。
[0021]发明的效果
[0022]根据本发明，第I系列金属条带组和第2系列金属条带组沿金属条带的厚度方向靠近配置，并且，一个金属条带组的金属条带跨越另一个金属条带组的间隙相对配置，通过其间的大电容量，可提供非常高的相对介电常数的人工介质谐振器。并且，采用此人工介质谐振器，将输入输出端子与金属条带直接连接，多个人工介质谐振器安装在整体多层电路板上，增大输入输出耦合度、实现人工介质谐振器正确定位的人工介质滤波器。
【附图说明】
[0023]图1本发明实施方式的人工介质谐振器的立体图。
[0024]图2同上人工介质谐振器的第I系列金属条带组平面图。
[0025]图3同上人工介质谐振器的第2系列金属条带组平面图。
[0026]图4同上人工介质谐振器的第I系列金属条带组和第2系列金属条带组中产生的电荷说明图。
[0027]图5同上人工介质谐振器的扩展型立体图。
[0028]图6同上人工介质谐振器的扩展型中的第I系列金属条带组和第3系列金属条带组的平面图。
[0029]图7同上人工介质谐振器的扩展型中的第2系列金属条带组和第4系列金属条带组的平面图。
[0030]图8同上人工介质滤波器的立体图。
[0031]图9同上人工介质滤波器的内部平面图。
[0032]图10同上人工介质滤波器的段间耦合度特性图。
[0033]图11同上人工介质滤波器的输入输出耦合度特性图。
[0034]图12变更了同上人工介质滤波器的输入输出方式后的内部平面图。
[0035]图13变更了同上人工介质滤波器的输入输出方式后的输入输出耦合度特性图。
【具体实施方式】
[0036]以下参照各图说明本发明的实施方式。如图1、图2、图3所示，本发明实施方式中的人工介质谐振器1，具有由多个薄板状金属条带20、20、……沿长度方向隔开微小间隙20G、20G、……环状排列而成的第I系列金属条带组2和由多个薄板状金属条带30、30、……沿长度方向隔开微小间隙30G、30G、……环状排列而成的第2系列金属条带组3。这些第I系列金属条带组2和第2系列金属条带组3沿金属条带20、30的厚度方向靠近配置，并且，一方的金属条带组2或3的金属条带20或30，面对并跨过另一方的金属条带组3或2的间隙30G或20G。
[0037]薄板状金属条带20和30是长宽比很大(宽度很小长度很大)的金属片。并且，人工介质谐振器I中，第I系列金属条带组2和第2系列金属条带组3分别配置在保持其位置的基材(例如树脂多层电路板、LTCC(低温共烧陶瓷)电路板等后述的多层电路板)中。
[0038]人工介质谐振器I将与第I系列金属条带组2或第2系列金属条带组3同样的金属条带组按与第I系列金属条带组2和第2系列金属条带组3同样的位置关系顺序进行适当的叠加配置。图1所示为3层和第I系列金属条带组2相同的金属条带组、与2层和第2系列金属条带组3相同的金属条带组共计5层的金属条带组叠加而成。
[0039]这样的人工介质谐振器I，其金属条带20和30中的自由电子因外加电场而产生移动，金属条带20和30的一端显示正电荷或负电荷、而另一端显示负电荷或正电荷。这种状态是金属条带20和30产生极化的状态，这些显示的正电荷和负电荷组成电偶极子。电偶极子中的电荷量和正、负电荷中心间的距离相乘所得的偶极矩越大，则获得的相对介电常数也越大。
[0040]因此，形成环状的第I系列金属条带组2和第2系列金属条带组3，对加在环上的电场显示出高相对介电常数。这样，具有第I系列金属条带组2和第2系列金属条带组3的人工介质谐振器1，可将谐振电场方向为环状的TEOl δ模式作为目标基本模式。TEOl δ模式因为其损失小故被广泛用作基本模式。
[0041]第I系列金属条带组2的金属条带20和第2系列金属条带组3的金属条带30的位置关系，使金属条带20和金属条带30之间产生大的电容量。这样，如图4所示，通过更多电荷(一端的正电荷或负电荷与另一端的负电荷或正电荷)的蓄积，偶极矩变大，可在环状方向获得非常高的相对介电常数。而且，相邻的金属条带20、20之间以及相邻的金属条带30、30之间的电场也会增强。并且金属条带20和金属条带30之间也产生电场。
[0042]通过改变第I系列金属条带组2中的金属条带20的宽度、间隙20G的距离以及第2系列金属条带组3中的金属条带30的宽度、间隙30G的距离等，可调整相对介电常数。
[0043]如果将基本模式作为指定谐振频率的TEOl δ模式，人工介质谐振器I将可以小型化。当谐振频率有与TEOl δ模式的谐振频率比较接近的高次模(例如TMll δ模式等)时，因人工介质谐振器I的大小变化，与此相应地高次模的谐振频率也将发生变化，其结果可以分离基本模式和高次模的谐振频率。
[0044]接下来，说明人工介质谐振器I的扩展