专利名称：带除介质滤波器、介质双工器和使用它的通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带除介质滤波器、介质双工器和例如用于移动通信系统中的通信装置。
下面参照图8和图9描述传统的带除介质滤波器。
图8是传统的带除介质滤波器110的透视图，图9是底视平面图。带除介质滤波器110包括介质谐振器120，该介质谐振器由陶瓷制成，其中两个介质柱122以交叉的方式安排在腔121中，腔具有导电层，金属罩壳130以及基板140。屏蔽腔包括金属罩壳130和导电腔121。
金属罩壳130包括上罩壳和下罩壳，但为了在图8中描述内部结构，未画出上罩壳。用于把信号输出到外面或把信号从外面输入的外部接头131安装在下罩壳130上。基板140通过在绝缘每一个基板的表面上设置铜薄膜141而形成，并通过蚀刻其一部分而形成带状传输线142。带状传输线142用作λ/4波长传输线，并且其每一端连接到外部接头131的内导体132。在基板140中，带状传输线142安排得在下罩壳130的上表面侧上和下罩壳130相对，从而带状传输线142不直接和下罩壳130接触。
作为外部耦合装置用于外部耦合的的环133的一端连接到带状传输线142。用于外部耦合的环133从基板140朝上并大致上沿垂直方向延伸，而用于外部耦合的环133的另一端连接到基板140下面的蚀刻部分143以及带状传输线142之外的铜薄膜141(接地部分)。在基板140上方，去掉用于外部耦合的环133的穿过部分附近的铜薄膜141，并在基板140上设置接地板134，该接地板具有大致上和去掉的部分相同尺寸的孔。接地板134安装在下罩壳130的内侧表面上，并在电气上连接到那里。
在这样的带除介质滤波器110中，从一外部接头131输入的信号流入两个用于外部耦合的环133和带状传输线142中。用于外部耦合的环133分别产生磁场，用于外部耦合的环133相应地分别和介质柱122磁耦合。然后，除了相应于介质柱122的频率之外信号从输出侧上的外部接头输出。带除介质滤波器110因此用作二级带除介质滤波器，用于阻止由介质柱122的尺寸规定的谐振频率。
介质谐振器的谐振频率和无载Q由腔和介质柱的尺寸决定。当将从介质谐振器的开口侧看的沿横向的距离定义为“宽度”，将沿远侧方向的距离定义为“厚度”，而将腔和介质柱的接触表面之间的距离定义为“高度”时，则得到下面的关系。
例如，当腔的尺寸不变，而介质柱的宽度或厚度增加时，则谐振频率降低。当介质柱的尺寸不变，而增加腔的宽度，则谐振频率降低。至于介质谐振器和无载Q之间的关系，则为当介质柱的高度增加时，无载Q增加。
当介质柱的高度增加时，介质谐振器的无载Q增加，但当介质柱的高度增加时，腔也增大。因此，腔的表面上的导电层尺寸也增加，因而在导电层中流动的实际电流的损耗增加。与之相应的损耗部分地抵消了通过增加介质柱的高度得到的无载Q的增加。因此，为了得到所需的无载Q，要考虑介质谐振器尺寸的增加。由于这个原因，已经设想到了一种免于任何由腔表面上的导电层中实际电流带来的损耗的带除介质滤波器。
在使用TM双模介质谐振器的二级带除介质滤波器(其中两个介质柱以交叉的方式安排在腔内)的情况下，根据所需的谐振频率形成两个相同形状的介质柱。当介质谐振器的无载Q增加时，要求介质柱的高度较大，并且腔也要相应地较高。通过增加一个介质柱的高度来增大腔意味着当从另一个介质柱看时，增加腔的宽度。如上所述，当腔的宽度增加时，谐振频率降低，因而为了得到规定的谐振频率，要减小介质柱的宽度或厚度，因而需要增加谐振频率。谐振频率和无载Q两者有关连，即使是在二级带除介质滤波器中，它们也不能个别地设计。
考虑到上述问题，实现了本发明的带除介质滤波器，其目的是提供带除介质滤波器、带除介质滤波双工器和通信装置，其中消除了由腔中的导电层中流动的实际电流产生的损耗，无载Q较高，并且高度较小。另一个目的是提供带除介质滤波器、介质双工器和通信装置，其中谐振频率和无载Q相互的依从关系(subordination)削弱，并且可以个别地设计谐振频率和无载Q。
为了达到上述目的，本发明的带除介质滤波器包括导电屏蔽腔；介质谐振器，安排在屏蔽腔中，并在两个相对的表面上设置电极；以及安排在屏蔽腔中并且连接到介质谐振器的外部耦合装置。
介质谐振器的腔表面上的导电层中流动的实际电流通过传统的带除介质滤波器消除，因而带除介质滤波器处的损耗被消除。相应的无载Q未抵消，介质谐振器高度不需要这么大，因而可以减小介质谐振器的高度。
在根据本发明的第二方面的带除介质滤波器中，把介质谐振器连续地安排在屏蔽腔中。
由此可以进一步减小高度。
在根据本发明的第三方面的带除介质滤波器中，在屏蔽腔中把介质谐振器相互叠置。
由于消除了介质谐振器的腔的表面上的导电层中流动的实际电流，并且和传统的带除介质滤波器相比高度减小，因而可以减小带除介质滤波器的面积。
在根据本发明的第四方面的介质滤波器中，形成在介质谐振器相对的两个表面上的至少一个电极由薄膜多层电极形成。
由此无载Q进一步提高。
根据本发明的第五方面的介质双工器，包括至少两个介质滤波器；在连接到各个介质滤波器的用于输入/输出连接的装置，以及要共同连接到介质滤波器的用于天线连接的装置，并且至少一个介质滤波器是根据本发明的第一到第四方面的带除介质滤波器。
由此可以提供其高度较小，并且损耗较小的介质双工器。
根据本发明的第六实施例的通信装置包括根据本发明的第五实施例的介质双工器；发射电路(该电路要连接到至少一个用于介质双工器输入/输出连接的装置)；接收电路(该电路要连接到，至少一个用于输入/输出连接的装置，它不同于用于要连接到发射电路的用于输入/输出连接的装置)；以及要连接到用于介质双工器的天线连接的装置。
由此可以得到高度较小，并且损耗较小的通信装置。
图1是本发明的带除介质滤波器部件分解透视图。
图2是本发明的第二实施例中的带除介质滤波器的部件分解透视图。
图3是沿图2的线X-X取的截面图。
图4是本发明的第三实施例中的带除介质滤波器的部件分解透视图。
图5是沿图4的线Y-Y取的截面图。
图6是本发明的第四实施例的介质双工器的部件分解透视图。
图7是本发明的通信装置的示意图。
图8是传统的带除介质滤波器的透视示意图。
图9是传统的带除介质滤波器的底视平面图。
下面参照图1描述本发明的带除介质滤波器的实施例。图1是部件分解透视图，其中为了描述内部情况，将带除介质滤波器10的屏蔽腔11的盖子零件11b打开。
带除介质滤波器10包括由金属(诸如铁)制成的屏蔽腔11；在两个相互面对的表面上的具有电极18的介质谐振器12a；外部耦合装置13；以及安装在屏蔽腔11上，用于输入/输出的外部接头14。即，本实施例中，二级带除介质滤波器10如此构成，从而两个介质谐振器12a连续地安排在屏蔽腔11的腔体11a内，而用于输入/输出的外部接头14通过λ/4波长传输线16导电。
介质谐振器12a由陶瓷形成为圆柱形，电极18通过涂敷或烘培银膏，形成在两个相对的表面上。介质谐振器12a的一个电极表面通过诸如焊接的方式连接并固定到屏蔽腔11的腔体11a的内部底面上。虽然在图中未指出安排，如果把电极表面焊接到铁镍合金的金属接地板，并放在屏蔽腔11中，接地板的线膨胀系数类似于介质谐振器12a的线膨胀系数，则改进了对温度变化的可靠性。在这个实施例中，介质谐振器12a是柱状的，但和传统的带除介质滤波器相比，虽然形状是棱形或者任何其他的形状，可以显示出对诸如无载Q的增加等特性的影响，但是，在棱形介质谐振器中，在其上形成电极的两个相对的表面上从中心到边缘的距离不是常数。由此，在电极的边缘产生电位差，并且其中产生电流。由于电流和由此产生的损耗，从带除介质滤波器的特性而言方面需要柱状的介质谐振器。
外部耦合装置13由金属丝形成，并用焊料连接到外部接端头14的中心导体。外部耦合装置13如此安排，从而在介质谐振器12a和屏蔽腔11之间的空间内延伸，并且介质谐振器12a的电极18和屏蔽腔11被它们之间的间隔隔开，因而不会在电气上连接到那里。
从外部接头14输入的信号从外部接头14端流到外部耦合装置13，以在外部耦合装置13和介质谐振器12a之间产生电容。外部耦合装置13用电容连接到介质谐振器12a，并且在谐振频率达到谐振，该谐振频率由平行于介质谐振器12a的电极18的部分处的面积指定。外部耦合装置13和介质谐振器12a的耦合度由相互面对的面积或它们之间的距离决定，并且当面积更大或距离更短时，耦合度更大。因此，耦合度可以通过改变外部耦合装置13的长度和安排的位置加以调节，阻止宽带的介质滤波器可以通过增加耦合度实现，而阻止窄带的介质滤波器可以通过减小耦合度实现。外部耦合装置13到介质谐振器12a的直接连接使耦合最大化，以得到阻止宽带的介质滤波器。
然后，描述本实施例的介质滤波器10的功能。通过介质谐振器12a与外部耦合装置的耦合，要从外部接头14输入的信号在电极18之间产生电场，电极18在介质谐振器12a两个相互面相对的表面上形成。沿介质谐振器12a的周界产生磁场，而介质谐振器12a中的集中的电磁场导致了电磁场分布类似于TM010模式中的电磁场分布。
在这种构造中，在本发明的带除介质滤波器10中的屏蔽腔11中实际电流几乎不流动。因此，可以消除由传统的带除介质滤波器的介质谐振器的腔表面上的导电层(和屏蔽腔等效)中的实际电流产生的损耗。类似于传统的介质谐振器的无载Q由介质柱的高度指定，本发明的无载Q也由介质谐振器12的高度指定。因为如上所述，本发明中损耗减小，介质谐振器12a高度不需这么大，因而和传统的结构相比，带除介质滤波器10的高度可以减小。
谐振频率由介质谐振器12a在平行于电极18的部分的面积指定，并且无载Q主要由介质谐振器12a的高度指定，实际消除了相互影响的关系。因为谐振频率和无载Q可以根据所需值各自地设计，故设计的自由度增加，便于带除介质滤波器10的制造。
本发明的第二实施例参照图2和图3描述。图2是部件分解透视图，其中类似于图1描述第一实施例，为了描述内部情况，打开带除介质滤波器20的屏蔽腔21的盖子零件21b。另外，图3是沿图2中的线X-X取的截面图。和第一实施例中相同的零件标以相同的符号，并且省略了详细的描述。
图2中描述的带除介质滤波器20包括金属屏蔽腔21，柱状介质谐振器21b，其中薄膜多层电极28形成在两个相对的表面上；以及外部耦合装置13。用于输入/输出的外部接头14安装在屏蔽腔21上，并且外部接头14通过金属导线17相互导电。
要从外部接头14输入的信号从金属导线17流到外部耦合装置13，所述金属导体用焊料连接至外部接头14的中心导体。外部耦合装置13和介质谐振器12b通过电容耦合，其中外部耦合装置13如此安排，从而在屏蔽腔21和焊接到屏蔽腔21的腔体21a的内部底面的介质谐振器12b的不连接电极侧之间的空间内延伸。外部耦合装置在平行于薄膜多层电极28的截面处以由介质谐振器12b的面积规定的谐振频率谐振，并且用作阻止谐振频率的带除介质滤波器。
在这个实施例中，如图3的截面图中描述的，薄膜多层电极28的电极层26和介质层27交替地层叠在介质谐振器12b的两个相对的表面膜上。利用薄膜多层28可以减小电极部分的损耗。因此，和使用单层银电极情况相比，无载Q增加。结果，和第一实施例中的介质滤波器10相比，对于相同的无载Q，带除介质滤波器的高度可以进一步减小。
不用说，通过在第一实施例的二级带除介质滤波器中利用薄膜多层电极可以得到类似的效果。
参照图4和图5描述本发明的第三实施例的带除介质滤波器。图4是本发明的带除介质滤波器的部件分解透视图，图5是沿图4中的线Y-Y取的截面图。和第一实施例中相同的部分标以相同的符号，并且省略了详细的描述。
如图4和5中所示，本发明的带除介质滤波器30包括屏蔽腔31，其中铁质零件是镀银的，并且凹入部分形成在前侧和后侧；圆柱介质谐振器12b(其中薄膜多层电极28形成在两个相对的表面上)；接地板32(其中铜板是镀银的)；外部耦合装置13(包括金属导线)；以及安装在屏蔽腔31上的外部接头14。
把具有阶梯部分和孔(用于焊接)的接地板32焊接在其上形成介质谐振器12b的薄膜多层电极28的表面上。由于接地板32由屏蔽腔31的腔体31a和盖子零件固定，故介质谐振器12b安排在屏蔽腔31的前侧和后侧的凹入部分。
外部耦合装置13的一端连接至安装在屏蔽腔31上的外部接头14的中心导体，并在屏蔽腔31和介质谐振器12b之间延伸。另外，外部接头14的中心导体通过λ/4波长传输线16相互连接。
在这种带除介质滤波器30中，要从外部接头14输入的信号从外部接头14流到外部耦合装置13，并在外部耦合装置13和介质谐振器12b之间产生电容。外部耦合装置13和介质谐振器12b通过电容耦合，并且外部耦合装置在由介质谐振器12b的平行于薄膜多层电极28的部分处的面积规定的谐振频率谐振。
在这样的介质谐振器12b层叠的带除介质滤波器30中，实际电流几乎不在屏蔽腔31中流动，因而可以消除由传统的带除介质滤波器中的介质谐振器的腔体表面上的导电层(等价于屏蔽腔)中流动的实际电流产生的损耗。由此，和传统的带除介质滤波器相比，虽然特性相似，但带除介质滤波器的高度可以减小。另外，和第一实施例相比，面积可以减小，根据需要的用途，可以有选择地使用如第一实施例中所述地连续安排介质谐振器的带除介质滤波器和把介质谐振器相互放置在顶部的带除介质滤波器。
本发明的第四实施例参照图6描述。图6是部件分解透视图，其中为了描述内部情况，打开介质双工器40的屏蔽腔41的盖子零件41b。对和上述实施例相同的部分使用相同符号，并且省略了详细描述。
如图6中所示，介质双工器40包括金属屏蔽腔41；两个具有形成在相对的两个表面上的电极18的圆柱形介质谐振器12a1、12a2，它们具有不同的谐振频率，以及外部耦合装置13。用于发射的介质滤波器部分29a包括介质谐振器12a1，而用于接收的介质滤波器部分29b包括另一个介质谐振器12a2。将用于连接发射电路的外部接头14a、用于连接接收电路的外部接头14b和用于连接天线的外部接头14c安装在屏蔽腔41上，用于连接发射电路的外部接头14a连接到用于发射的介质滤波器部分29a，而用于连接接收电路的外部接头14b连接到用于接收的介质滤波器部分29b，用于连接天线的外部接头14c连接到用于发射的介质滤波器部分29a和用于接收的介质滤波器部分29b。
介质双工器40在平行于电极18的截面处以由用于发射的介质滤波器部分29a的介质谐振器12a1的电极18的面积规定的谐振频率谐振，并阻止谐振频率。类似地，介质双工器在平行于电极18的截面处以由用于接收的介质滤波器部分29b的介质谐振器12a2的面积规定的谐振频率谐振，并且阻止谐振频率。介质双工器用来在发射和接收中阻止各自的频带。
在具有这种结构的介质双工器40中，实际电流几乎不在屏蔽腔41中流动，因而可以消除由传统的介质双工器中的介质谐振器的腔表面上导电层(等效于屏蔽腔)中流动的实际电流产生的损耗。和传统的介质双工器相比，当保持相似的特性时，介质谐振器的高度可以减小。
在本实施例中，用于发射的介质滤波器部分29a和用于接收的接收滤波器部分29b由各个介质谐振器12a1、12a2形成，但是可以使用多个介质谐振器形成多级介质双工器。薄膜多层电极可以用于电极。
另外，参照附图7，描述本发明的第五实施例的通信装置。图7是本实施例的通信装置的示意图。
如图7中所示，本实施例的通信装置50包括介质双工器40、发射电路51、接收电路52和天线53。介质双工器40和上述实施例中所述的相同，要连接到图6中的第一介质滤波器部分29a的外部接头14a连接到发射电路51，而要连接到第二介质滤波器部分29b的外部接头14b连接到接收电路52。外部接头14c连接到天线53。
在这样的结构中，能够提供如果形状相同，则无载Q可以提高，或如果无载Q相同，则高度或者面积可以减小的通信装置。
在本发明中，实际电流几乎不在容纳有介质谐振器的屏蔽腔中流动。由此，消除了在传统部分中产生的损耗，因而提高了无载Q。结果，和传统的结构相比，如果无载Q相同，则带除介质滤波器、介质双工器和通信装置的高度可以减小。
另外，在本发明的二级带除介质滤波器和介质双工器中，可以通过平行于介质谐振器的电极的截面处的面积调节谐振频率，而主要可以由介质谐振器的高度调节无载Q，并且可以各别地调节谐振频率和无载Q。结果，设计介质谐振器形状方面的自由度增加，在制造中精细调节的劳动减小，并且可以容易地提供具有所需特性的带除介质滤波器和介质双工器。另外，以前需要精细调节，从而TM双模介质谐振器的相互交叉的介质柱不耦合，但在本发明的二级带除介质滤波器中。两个介质谐振器相互隔开，并且能够可以各别地调节，而不需要精细调节。
另外，和单层电极相比，通过在介质谐振器的相对的两个薄膜上形成薄膜多层电极的电极，电极处的损耗可以减小。因此，提高了无载Q，并且如果无载Q相同则可以制造则高度进一步减小，以及无载Q进一步提高的带除介质滤波器、介质双工器和通信装置。
权利要求
1.一种带除介质滤波器，其特征在于包括导电屏蔽腔；安排在所述屏蔽腔中的介质谐振器；形成在所述介质谐振器的相对表面上的电极；和和所述介质谐振器耦合的外部耦合装置。
2.如权利要求1所述的带除介质滤波器，其特征在于把所述介质谐振器连续安排在所述屏蔽腔中。
3.如权利要求1所述的带除介质滤波器，其特征在于在所述屏蔽腔中把所述介质谐振器相互叠置。
4.如权利要求1所述的带除介质滤波器，其特征在于形成在所述介质谐振器的两个相对的表面上电极的至少一个电极由薄膜多层电极形成。
5.一种介质双工器，其特征在于包括至少两个介质滤波器；用于要连接到每一个所述介质滤波器的输入/输出连接的装置；及用于天线连接的装置，它要共用地连接到所述介质滤波器；其中，至少一个所述介质滤波器是根据权利要求1到4中之一的带除介质滤波器。
6.一种通信装置，其特征在于包括根据权利要求5的介质双工器；用于发射的电路，它要连接到所述介质双工器的至少一个用于输入/输出连接的装置；用于接收的电路，它要连接到至少一个用于输入/输出连接的装置，所述装置不同于要连接到所述用于发射电路的输入/输出连接装置；及要连接到用于所述介质双工器的天线连接的装置。
全文摘要
本发明提供了一种带除介质滤波器,其中通过大致上消除在屏蔽腔中流动的实际电流来增加无载Q,并且高度较小。带除介质滤波器包括导电屏蔽腔11;安排在屏蔽腔11中,并且电极18形成在两个相对表面上的介质谐振器12;以及安排在屏蔽腔中并且连接到介质谐振器12的外部耦合装置13。
文档编号H04B1/44GK1230036SQ9910092
公开日1999年9月29日 申请日期1999年1月5日 优先权日1998年1月5日
发明者久保田和彦, 伊势智之 申请人:株式会社村田制作所