專利名稱：帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶通濾波器，具體涉及一種有極高機(jī)械強(qiáng)度的高度緊湊型帶通濾波器。
背景技術(shù)：
近年來，通信終端的小型化獲得很大的進(jìn)展，典型的是移動電話，這是由于其中各種元件小型化的結(jié)果。通信終端中包含的一個最重要元件是濾波器元件。
作為一種類型的濾波器元件，例如，日本公開專利No.2000-68711和日本公開專利No.2000-183616描述這樣的濾波器，它包括帶有多個空洞的電介質(zhì)塊，其內(nèi)壁涂敷金屬片。作為另一種類型的濾波器元件，帶通濾波器是由電介質(zhì)塊不規(guī)則表面上形成的金屬片構(gòu)成，這是在“NovelDielectric Waveguide Components-Microwave Applications of NewCeramic Materials(PROCEEDING OF THE IEEE，VOL.79，NO.6，JUNE 1991)，p.734，F(xiàn)ig.31)”一文中描述的。
隨著諸如移動電話的通信終端需要進(jìn)一步小型化，就要求其中的濾波器元件進(jìn)一步小型化，例如，帶通濾波器。
然而，由于在構(gòu)成主體的電介質(zhì)塊中形成空洞或不規(guī)則表面，上述類型的濾波器元件的機(jī)械強(qiáng)度是很低的。所以，這種濾波器元件的小型化是不可能的。具體地說，在電介質(zhì)塊中形成空洞的前一種類型濾波器元件中，電介質(zhì)塊的機(jī)械強(qiáng)度在空洞周圍是很低的；而在電介質(zhì)塊表面上有不規(guī)則性的后一種類型濾波器元件中，凹陷處周圍的機(jī)械強(qiáng)度是很低的。所以，濾波器元件的小型化必須受到限制以保證這些部位的機(jī)械強(qiáng)度。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，在保證足夠機(jī)械強(qiáng)度的同時，很難實(shí)現(xiàn)濾波器元件的小型化。所以，需要一種有極高機(jī)械強(qiáng)度的緊湊型帶通濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的一個目的是提供一種有極高機(jī)械強(qiáng)度的緊湊型帶通濾波器。
本發(fā)明的以上和其他目的可以由這樣的帶通濾波器實(shí)現(xiàn)，該濾波器包括近似矩形棱柱狀的電介質(zhì)塊，它是由電介質(zhì)塊的第一橫截面與第二橫截面之間的第一部分，被第一部分和電介質(zhì)塊表面上形成的金屬片分開的第二部分和第三部分構(gòu)成，其中電介質(zhì)塊的第二橫截面平行于第一橫截面，從而使電介質(zhì)塊中的第一部分及其上面形成的金屬片作為漸消型波導(dǎo)，電介質(zhì)塊中的第二部分及其上面形成的金屬片作為第一諧振器，以及電介質(zhì)塊中的第三部分及其上面形成的金屬片作為第二諧振器，該金屬片包括電介質(zhì)塊第一表面上形成的電容極片，它大致垂直于這兩個橫截面。
按照本發(fā)明的這個方面，即使利用矩形棱柱狀電介質(zhì)塊就可以獲得濾波器功能，由于電介質(zhì)塊第一表面上形成的電容極片，在第一諧振器與第二諧振器之間可以產(chǎn)生所需的耦合常數(shù)。因?yàn)榘凑毡景l(fā)明的帶通濾波器是由矩形棱柱狀電介質(zhì)塊構(gòu)成，它有極高的機(jī)械強(qiáng)度。因此，即使該帶通濾波器的總體尺寸是減小了，仍可以保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，電容極片至少形成在電介質(zhì)塊中第二部分和第三部分的表面。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，電容極片還形成在電介質(zhì)塊中第一部分的表面，使電介質(zhì)塊中第一部分至第三部分的表面上形成連續(xù)和整體的電容極片。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，電介質(zhì)塊中第二部分表面上形成的一部分電容極片和電介質(zhì)塊中第三部分表面上形成的另一部分電容極片有相同的尺寸。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，該金屬片還包括第一激勵電極和第二激勵電極，第一激勵電極形成在大致平行于橫截面的電介質(zhì)塊第二表面，第二激勵電極形成在大致平行于橫截面的電介質(zhì)塊第三表面。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，電介質(zhì)塊中第二部分和第三部分有相同的尺寸。
本發(fā)明的以上和其他目的還可以由這樣的帶通濾波器實(shí)現(xiàn)，該濾波器包括第一平板諧振器和第二平板諧振器，每個諧振器有形成金屬片的上表面和下表面；短路面，使上表面和下表面上形成的金屬片電短路；與短路面相對的第一開放表面；垂直于短路面的第二開放表面；以及與第二開放表面相對的第三開放表面；第一平板諧振器與第二平板諧振器之間的漸消型波導(dǎo)，使?jié)u消型波導(dǎo)與第一平板諧振器和第二平板諧振器的整個第二開放表面相接觸；第一平板諧振器第一開放表面上形成的第一電容極片；第二平板諧振器第一開放表面上形成的第二電容極片；第一平板諧振器第三開放表面上形成的第一激勵電極；和第二平板諧振器第三開放表面上形成的第二激勵電極。
按照本發(fā)明的這個方面，可以得到?jīng)]有表面不規(guī)則性的帶通濾波器，因?yàn)橛捎诘谝浑娙輼O片和第二電容極片可以在第一平板諧振器與第二平板諧振器之間產(chǎn)生所需的耦合常數(shù)。因?yàn)榘凑毡景l(fā)明的帶通濾波器沒有表面不規(guī)則性，它的機(jī)械強(qiáng)度是極高的。因此，即使該帶通濾波器的總體尺寸是減小了，仍可以保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，該帶通濾波器的總體形狀是近似矩形棱柱狀。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，第一平板諧振器和第二平板諧振器有相同的尺寸。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，第一平板諧振器的第一開放表面和第二平板諧振器的第一開放表面是共面的。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，第一平板諧振器和第二平板諧振器的下表面上形成的金屬片是被漸消型波導(dǎo)下表面上形成的金屬片所短路。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，第一電容極片和第二電容極片是被漸消型波導(dǎo)的一個側(cè)表面上形成的金屬片所短路。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，第一電容極片連接到第一平板諧振器下表面上形成的金屬片，而第二電容極片連接到第二平板諧振器下表面上形成的金屬片。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，第一激勵電極形成在與第一平板諧振器第一開放表面相鄰的第一平板諧振器第三開放表面的部分，第二激勵電極形成在與第二平板諧振器第一開放表面相鄰的第二平板諧振器第三開放表面的部分，防止第一激勵電極與第一平板諧振器的上表面和下表面上形成的金屬片相接觸，以及防止第二激勵電極與第二平板諧振器的上表面和下表面上形成的金屬片相接觸。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方面，第一激勵電極形成在與第一平板諧振器短路面相鄰的第一平板諧振器第三開放表面的部分；第二激勵電極形成在與第二平板諧振器短路面相鄰的第二平板諧振器第三開放表面的部分；防止第一激勵電極與第一平板諧振器下表面上形成的金屬片相接觸，而是連接到第一平板諧振器上表面上形成的金屬片；以及防止第二激勵電極與第二平板諧振器下表面上形成的金屬片相接觸，而是連接到第二平板諧振器上表面上形成的金屬片。
本發(fā)明的以上和其他目的還可以由這樣的帶通濾波器實(shí)現(xiàn)，該濾波器包括第一平板諧振器和第二平板諧振器，每個諧振器有形成金屬片的上表面和下表面；短路面，使上表面和下表面上形成的金屬片電短路；與短路面相對的第一開放表面；垂直于短路面的第二開放表面；以及與第二開放表面相對的第三開放表面；第一平板諧振器與第二平板諧振器之間的漸消型波導(dǎo)，使?jié)u消型波導(dǎo)與第一平板諧振器和第二平板諧振器的整個第二開放表面相接觸；第一平板諧振器第三開放表面上形成的第一激勵電極；和第二平板諧振器第三開放表面上形成的第二激勵電極；從而在第一激勵電極與金屬片之間建立第一諧振電路，在第二激勵電極與金屬片之間建立第二諧振電路，以及在第一諧振電路與第二諧振電路之間建立耦合電路；該帶通濾波器還包括一種裝置，用于提供與第一諧振電路并聯(lián)的一個附加電容以及與第二諧振電路并聯(lián)的另一個附加電容。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，該帶通濾波器的總體形狀是近似矩形棱柱狀。


圖1是本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例中從一側(cè)觀察的帶通濾波器1的示意透視圖。
圖2是從相反一側(cè)觀察的圖1中帶通濾波器1的示意透視圖。
圖3是普通的TEM模半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器的示意透視圖。
圖4是普通的四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的示意透視圖。
圖5是說明四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器產(chǎn)生的電場和磁場的示意圖。
圖6是圖1和圖2中所示帶通濾波器1的等效電路圖。
圖7是圖1和圖2中所示帶通濾波器1的頻率特性曲線圖。
圖8是從一側(cè)觀察一個模型的示意透視圖，其中從圖1和圖2所示的通濾波器1中去掉第一電容極片12和第二電容極片13。
圖9是從相反一側(cè)觀察的圖8中該模型的示意透視圖。
圖10是圖8和圖9中所示該模型的等效電路圖。
圖11是第一電容極片12和第二電容極片13的高度h與偶模諧振頻率feven和奇模諧振頻率fodd之間關(guān)系的曲線圖。
圖12是第一電容極片12和第二電容極片13的高度h與耦合常數(shù)ktotal之間關(guān)系的曲線圖。
圖13是說明圖1和圖2中所示帶通濾波器1產(chǎn)生的電場與第一電容極片12和第二電容極片13之間關(guān)系的示意透視圖。
圖14是本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例中從一側(cè)觀察的帶通濾波器47的示意透視圖。
圖15是從相反一側(cè)觀察的圖14中帶通濾波器47的示意透視圖。
圖16是本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例中從一側(cè)觀察的帶通濾波器62的示意透視圖。
圖17是從相反一側(cè)觀察的圖16中帶通濾波器62的示意透視圖。
圖18是本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例中從一側(cè)觀察的帶通濾波器78的示意透視圖。
圖19是從相反一側(cè)觀察的圖18中帶通濾波器78的示意透視圖。
圖20是帶通濾波器1作為例子的示意透視圖，其中電容極片12和13與電介質(zhì)塊2下表面上形成的金屬片9是分開的。
圖21是帶通濾波器78作為例子的示意透視圖，其中電容極片89與電介質(zhì)塊79下表面上形成的金屬片86是分開的。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照

本發(fā)明的幾個優(yōu)選實(shí)施例。
如圖1和圖2所示，作為本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的帶通濾波器1是由電介質(zhì)塊2及其表面上形成的各種金屬片構(gòu)成。電介質(zhì)塊2是由介電常數(shù)εr相對高的電介質(zhì)材料制成，即，εr＝93，它具有矩形棱柱狀，其長度，寬度，和厚度分別為5.0mm，3.4mm，和1.0mm。就是說，電介質(zhì)塊2沒有空洞或表面不規(guī)則性。
此外，電介質(zhì)塊2是由第一橫截面與第二橫截面之間的第一部分以及被第一部分分開的第二部分和第三部分組成，其中第二橫截面平行于第一橫截面。值得注意的是，這并不意味著電介質(zhì)塊2是物理上不同成分的第一部分至第三部分的組合。電介質(zhì)塊2構(gòu)成單個電介質(zhì)單元，即，第一部分至第三部分僅僅是為了便于描述所用的名稱。
長度，寬度，和厚度分別為0.2mm，3.4mm，和1.0mm的第一部分位于矩形棱柱狀電介質(zhì)塊2的中心。電介質(zhì)塊2的第二部分和第三部分的位置相對于第一部分是對稱的。每個部分的尺寸都是長度2.4mm，寬度3.4mm，和厚度1.0mm。定義第一部分至第三部分的“長度”，“寬度”，和“厚度”的方向是與定義電介質(zhì)塊2的“長度”，“寬度”，和“厚度”的方向一致的。
電介質(zhì)塊2有上表面，下表面，和四個側(cè)表面。在電介質(zhì)塊2的四個側(cè)表面中，第二部分的端面定義為“第一側(cè)表面”，第三部分的端面定義為“第二側(cè)表面”，其余的表面定義為“第三側(cè)表面”和“第四側(cè)表面”。所以，上表面和下表面的尺寸都是5.0mm(長度)×3.4mm(寬度)，第一側(cè)表面和第二側(cè)表面的尺寸都是1.0mm(厚度)×3.4mm(寬度)，第三側(cè)表面和第四側(cè)表面的尺寸都是5.0mm(長度)×1.0mm(厚度)。
如圖1和圖2所示，金屬片3和4分別形成在對應(yīng)于第二部分和第三部分的整個表面，它們在電介質(zhì)塊2的上表面。金屬片5和6形成在電介質(zhì)塊2的第三表面部分，分別對應(yīng)于第二部分和第三部分的整個表面。金屬片9形成在除了間隙部分7和8以外的電介質(zhì)塊2下表面。這些金屬片3，4，5，6，和9是互相之間短路和接地的。
如圖1所示，高度為0.9mm和寬度為1.2mm的激勵電極10形成在電介質(zhì)塊2的第一側(cè)表面，其中間隙部分7防止激勵電極10與下表面上形成的金屬片9相接觸。類似地，如圖2所示，高度為0.9mm和寬度為1.2mm的激勵電極11形成在電介質(zhì)塊2的第二側(cè)表面，其中間隙部分8防止激勵電極11與下表面上形成的金屬片9相接觸。激勵電極10和11中的一個電極用作輸入電極，另一個電極用作輸出電極。
如圖1所示，高度為0.35mm和寬度為1.6mm的第一電容極片12形成在電介質(zhì)塊2的第四側(cè)表面，它對應(yīng)于第二部分；而高度為0.35mm和寬度為1.6mm的第二電容極片13形成在電介質(zhì)塊2的第四側(cè)表面，它對應(yīng)于第三部分。第一電容極片12和第二電容極片13連接到該電介質(zhì)塊下表面上形成的金屬片9。定義第一電容極片12和第二電容極片13“寬度”的方向是與定義電介質(zhì)塊2“長度”的方向一致的。
金屬片3，4，5，6，和9，激勵電極10和11，以及第一電容極片12和第二電容極片13都是用銀制成的。然而，本發(fā)明不局限于使用銀，可以使用其他種類的金屬。最好采用絲網(wǎng)印刷方法，把它們制成在電介質(zhì)塊2的各個表面上。
電介質(zhì)塊2的其余表面上沒有形成金屬片或電極，因此這些表面形成開端。
按照以上描述的結(jié)構(gòu)，電介質(zhì)塊2的第一部分及其上面形成的金屬片作為漸消型波導(dǎo)14，電介質(zhì)塊2的第二部分及其上面形成的金屬片作為第一諧振器15，電介質(zhì)塊2的第三部分及其上面形成的金屬片作為第二諧振器16。漸消型波導(dǎo)14是E模波導(dǎo)，第一諧振器15和第二諧振器16中的每個諧振器是四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器。
現(xiàn)在說明第一諧振器15和第二諧振器16構(gòu)成的四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的工作原理。
圖3是普通的TEM模半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器的示意透視圖。
如圖3所示，普通的半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器是由電介質(zhì)塊20，電介質(zhì)塊20上表面上形成的金屬片21，和電介質(zhì)塊20下表面上形成的金屬片22構(gòu)成。電介質(zhì)塊20上表面上形成的金屬片21是電浮動的，而電介質(zhì)塊20下表面上形成的金屬片22是接地的。電介質(zhì)塊20的所有四個側(cè)表面是與空氣接觸的。在圖3中，電介質(zhì)塊20的長度和寬度是用a和t表示。
對于沿這個半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器z方向傳播的TEM主模，若電場在z＝0的平面處是負(fù)的最大，則它在z＝a的平面處應(yīng)當(dāng)是正的最大，如這個圖中箭頭23所示。肯定地說，在z＝a/2的平面處應(yīng)當(dāng)是最小的(零)電場，該平面是諧振器的對稱平面24。
沿對稱平面24切割這個半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器，可以得到兩個四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器。在這個四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器中，平面z＝a/2的作用是一個完全導(dǎo)電體(PEC)。
圖4是按照上述方法得到的四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的示意透視圖。
如圖4所示，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器是由電介質(zhì)塊30，電介質(zhì)塊30上表面上形成的金屬片31，電介質(zhì)塊30下表面上形成的金屬片32，和電介質(zhì)塊30一個側(cè)表面上形成的金屬片34構(gòu)成。電介質(zhì)塊30的其余三個側(cè)表面是與空氣接觸的。電介質(zhì)塊30下表面上形成的金屬片32是接地的。電介質(zhì)塊30一個側(cè)表面上形成的金屬片34相當(dāng)于半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器的完全導(dǎo)電體(PEC)，它使金屬片31和金屬片32短路。在圖4中，箭頭33表示電場，而箭頭35表示電流。
理想地，圖4所示的四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器和圖3所示的半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器應(yīng)當(dāng)有相同的諧振頻率。若有相對高介電常數(shù)的材料用于電介質(zhì)塊30，則該諧振器內(nèi)的電磁場約束是相當(dāng)強(qiáng)的。此外，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的電磁場分布與半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器的電磁場分布大致相同。如圖3和圖4所示，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的體積是半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器體積的一半。因此，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的總能量也是半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器總能量的一半。然而，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的空載品質(zhì)因數(shù)(Q0)幾乎與半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器的相同，因?yàn)樗姆种徊ㄩL(λ/4)電介質(zhì)諧振器的能量損耗下降到半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器能量損耗的50％左右。所以，在基本不改變諧振頻率和空載品質(zhì)因數(shù)(Q0)的條件下，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器能夠小型化。
圖5是說明四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器產(chǎn)生的電場和磁場的示意圖。
如圖5所示，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的磁場36在電介質(zhì)塊30一個側(cè)表面上形成的整個金屬片34中是最大的。通過連接金屬片34，磁場36使諧振器等效電路有附加的串聯(lián)電感。因此，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的諧振頻率變得略低于半波長(λ/2)電介質(zhì)諧振器的諧振頻率。
在這種類型的四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器中，空載品質(zhì)因數(shù)(Q0)取決于該電介質(zhì)塊的厚度和長度。具體地說，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的空載品質(zhì)因數(shù)(Q0)隨電介質(zhì)塊中小于預(yù)定厚度的第一厚度區(qū)中的電介質(zhì)塊厚度按比例增大，而隨電介質(zhì)塊中大于預(yù)定厚度的第二厚度區(qū)中的電介質(zhì)塊厚度按比例減小。此外，四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的空載品質(zhì)因數(shù)(Q0)隨電介質(zhì)塊中小于預(yù)定長度的第一長度區(qū)中的電介質(zhì)塊長度按比例增大，而在電介質(zhì)塊中大于預(yù)定長度的第二長度區(qū)中基本保持恒定。所以，通過優(yōu)化構(gòu)成四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的電介質(zhì)塊厚度和長度，可以得到有所需空載品質(zhì)因數(shù)(Q0)的四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器。
此外，在這種類型的四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器中，諧振頻率主要取決于電介質(zhì)塊的寬度，而與該諧振器的厚度和長度之間的關(guān)系很小。具體地說，諧振頻率隨電介質(zhì)塊寬度的縮短而增大。所以，通過優(yōu)化構(gòu)成四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器的電介質(zhì)塊寬度，可以得到有所需諧振頻率的四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器。
這個實(shí)施例中的帶通濾波器1是由兩個四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器構(gòu)成的，以上說明了它的工作原理，作為E模波導(dǎo)的漸消型波導(dǎo)14配置在這兩個諧振器之間。
圖6是圖1和圖2中所示帶通濾波器1的等效電路圖。
在這個圖中，漸消型波導(dǎo)14是用LC并聯(lián)電路40表示，第一諧振器15和第二諧振器16分別用兩個LC并聯(lián)電路41和42表示。LC并聯(lián)電路41和42的電容Cp是由第一電容極片12和第二電容極片13產(chǎn)生的。激勵電極10和11是用兩個電容Ce表示。
圖7是圖1和圖2中所示帶通濾波器1的頻率特性曲線圖。
在這個圖中，S11代表反射系數(shù)，S21代表傳輸系數(shù)。如圖7所示，帶通濾波器1的諧振頻率約為2.45GHz，它的3-dB帶寬約為120MHz。
現(xiàn)在說明帶通濾波器1中第一電容極片12和第二電容極片13的功能。
為了說明第一電容極片12和第二電容極片13的功能，首先說明帶通濾波器1中去掉第一電容極片12和第二電容極片13的一個模型的功能。
圖8是從一側(cè)觀察該模型的示意透視圖，其中從圖1和圖2所示的通濾波器1中去掉第一電容極片12和第二電容極片13。圖9是從相反一側(cè)觀察的圖8中該模型的示意透視圖。
這個模型是由漸消型波導(dǎo)14，第一諧振器43和第二諧振器44構(gòu)成。第一諧振器43和第二諧振器44中的每個諧振器是四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器。
圖10是圖8和圖9中所示該模型的等效電路圖。
在這個圖中，漸消型波導(dǎo)14是用LC并聯(lián)電路40表示，第一諧振器43和第二諧振器44分別用兩個LC并聯(lián)電路45和46表示。與LC并聯(lián)電路41和42不同，LC并聯(lián)電路45和46不包含電容Cp，因?yàn)樵撃Ｐ筒徊捎玫谝浑娙輼O片12和第二電容極片13。
歸咎于漸消型波導(dǎo)14的耦合常數(shù)ktotal可以用以下的公式表示。
ktotal＝kc+ki其中kc代表電容耦合常數(shù)，而ki代表電感耦合常數(shù)。這些常數(shù)可以用以下的公式表示。
kc＝(兩個諧振器之間的耦合電容)/(每個諧振器的電容)ki＝(兩個諧振器之間的耦合電感)/(每個諧振器的電感)所以，在圖8和圖9所示的模型中，電容耦合常數(shù)kc是用Cm/C表示，而電感耦合常數(shù)ki是用Lm/L表示。在這個模型中，耦合常數(shù)ktotal等于零，因?yàn)镃m/C＝-Lm/L。
所以，圖8和圖9中的模型沒有濾波器功能。
根據(jù)以上的討論顯而易見，若從帶通濾波器1中去掉第一電容極片12和第二電容極片13，則濾波器功能就消失。
與此對比，在這個優(yōu)選實(shí)施例的帶通濾波器1中，由于電容Cp是通過第一電容極片12和第二電容極片13并聯(lián)地添加到LC并聯(lián)電路41和42中，電容耦合常數(shù)kc是用Cm/(C+Cp)表示，而電感耦合常數(shù)ki是用Lm/L表示。在此情況下，耦合常數(shù)ktotal不等于零，因?yàn)镃m/(C+Cp)≠-Lm/L。
因此，這個優(yōu)選實(shí)施例中的帶通濾波器1有所需的濾波器功能。
根據(jù)以上的討論顯而易見，第一電容極片12和第二電容極片13的功能是在第一諧振器15與第二諧振器16之間提供預(yù)定的耦合常數(shù)ktotal。
圖11是第一電容極片12和第二電容極片13的高度h與偶模諧振頻率feven和奇模諧振頻率fodd之間關(guān)系的曲線圖。第一電容極片12和第二電容極片13的寬度都固定在1.6mm。
如圖11所示，偶模諧振頻率feven和奇模諧振頻率fodd都隨第一電容極片12和第二電容極片13高度h的增大而下降，而當(dāng)高度h為零時，即，沒有電容極片，偶模諧振頻率feven與奇模諧振頻率fodd是相等的。從圖11中顯而易見，因?yàn)槠婺ＶC振頻率fodd比偶模諧振頻率feven下降得更快，它們之間的頻率差隨第一電容極片12和第二電容極片13高度h的增大而增大。這意味著，耦合常數(shù)ktotal隨第一電容極片12和第二電容極片13高度h的增大而增大。
圖12是第一電容極片12和第二電容極片13的高度h與耦合常數(shù)ktotal之間關(guān)系的曲線圖。第一電容極片12和第二電容極片13的寬度都固定在1.6mm。
從圖12中顯而易見，耦合常數(shù)ktotal隨第一電容極片12和第二電容極片13高度h的增大按指數(shù)比例增大。在第一電容極片12和第二電容極片13高度h設(shè)定為0.35mm的情況下，如同這個實(shí)施例中帶通濾波器1的情況一樣，可以得到如圖12所示約為0.034的耦合常數(shù)ktotal。
如上所述，第一電容極片12和第二電容極片13給帶通濾波器1提供濾波器功能，通過控制它們的高度h，可以得到所需的耦合常數(shù)ktotal。因?yàn)轳詈铣?shù)ktotal還隨第一電容極片12和第二電容極片13寬度的增大而增大，通過控制它們的寬度，也可以得到所需的耦合常數(shù)ktotal。
圖13是說明圖1和圖2中所示帶通濾波器1產(chǎn)生的電場與第一電容極片12和第二電容極片13之間關(guān)系的示意透視圖。
從圖13中顯而易見，第一電容極片12和第二電容極片13形成在電介質(zhì)塊2的第四側(cè)表面，該處的電場18是最強(qiáng)的。所以，減小了電介質(zhì)塊2第四側(cè)表面處產(chǎn)生的輻射損耗。此外，激勵電極10(11)形成在電介質(zhì)塊2的第一(第二)側(cè)表面區(qū)域，該區(qū)域的電場18是相對地強(qiáng)。如上所述，激勵電極10和11的寬度和高度為1.2mm和0.9mm。所以，可以得到的外部品質(zhì)因數(shù)為29。
如上所述，因?yàn)榘凑者@個實(shí)施例的帶通濾波器1是由沒有空洞或表面不規(guī)則性的矩形棱柱狀電介質(zhì)塊2，以及其表面上形成的金屬片3，4，5，6和9，激勵電極10和11，和第一電容極片12和第二電容極片13構(gòu)成，與普通濾波器比較，它有極高的機(jī)械強(qiáng)度。因此，即使帶通濾波器1的總體尺寸是減小了，仍可以保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
此外，因?yàn)橹灰陔娊橘|(zhì)塊2上涂敷各個金屬片，可以制作按照這個實(shí)施例的帶通濾波器1，即，如同普通濾波器中的一樣，不需要形成空洞或不規(guī)則表面，因此，可以大大降低其制造成本。
現(xiàn)在說明本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例。
圖14是本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例中從一側(cè)觀察的帶通濾波器47的示意透視圖。圖15是從相反一側(cè)觀察的圖14中帶通濾波器47的示意透視圖。
如圖14和15所示，作為另一個優(yōu)選實(shí)施例中帶通濾波器47的結(jié)構(gòu)類似于以上說明的實(shí)施例中帶通濾波器1的結(jié)構(gòu)，但是，帶通濾波器47與帶通濾波器1不同的是，電容極片是作為一個單元形成的。
具體地說，作為另一個優(yōu)選實(shí)施例中帶通濾波器47是由以下各個部件構(gòu)成介電常數(shù)εr為93的矩形棱柱狀電介質(zhì)塊48；分別對應(yīng)于第二部分和第三部分的整個表面上形成的金屬片49和50，它們是在電介質(zhì)塊48的上表面；分別對應(yīng)于第二部分和第三部分的整個表面上形成的金屬片51和52，它們是在電介質(zhì)塊48的第三表面；電介質(zhì)塊48上除了間隙部分53和54以外的下表面上形成的金屬片55；電介質(zhì)塊48第一側(cè)表面上形成的激勵電極56；電介質(zhì)塊48第二側(cè)表面上形成的激勵電極57；以及電介質(zhì)塊48第四側(cè)表面上形成的電容極片58，它是從第一部分連續(xù)至第三部分。
如圖14和15所示，分別利用間隙部分53和54防止激勵電極56和57與電介質(zhì)塊48下表面上形成的金屬片55相接觸，而電容極片58連接到接地面55。激勵電極56和57中的一個電極用作輸入電極，另一個電極用作輸出電極。電容極片58相對于電介質(zhì)塊48的中心是對稱的，因此，第二部分上形成的一部分電容極片58和第三部分上形成的另一部分電容極片58有相同的尺寸。
電介質(zhì)塊48中第一部分至第三部分的定義是與以上所說明的實(shí)施例中電介質(zhì)塊2對應(yīng)部分的定義相同。電介質(zhì)塊48的上表面，下表面，以及第一側(cè)表面至第四側(cè)表面的定義是與以上所說明的實(shí)施例中電介質(zhì)塊2對應(yīng)表面的定義相同。此外，長度，寬度，和厚度的定義是與以上所說明的實(shí)施例中的相同。
按照上述的結(jié)構(gòu)，電介質(zhì)塊48中第一部分及其上面形成的金屬片作為漸消型波導(dǎo)59，電介質(zhì)塊48中第二部分及其上面形成的金屬片作為第一諧振器60，以及電介質(zhì)塊48中第三部分及其上面形成的金屬片作為第二諧振器61。漸消型波導(dǎo)59是E模波導(dǎo)，而第一諧振器60和第二諧振器61中的每個諧振器是四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器。
具有上述結(jié)構(gòu)的帶通濾波器47有與上述實(shí)施例中帶通濾波器1相同的優(yōu)點(diǎn)。具體地說，與普通的濾波器比較，因?yàn)閹V波器47有極高的機(jī)械強(qiáng)度，即使它的總體尺寸是減小了，仍可以保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度。此外，按照這個實(shí)施例，因?yàn)殡娙輼O片58形成在電介質(zhì)塊48的第四側(cè)表面，它是從第一部分連續(xù)到第三部分，所以，電容極片58的面積是很大的。因此，可以更有效地獲得電容極片58產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在說明本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例。
圖16是本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例中從一側(cè)觀察的帶通濾波器62的示意透視圖。圖17是從相反一側(cè)觀察的圖16中帶通濾波器62的示意透視圖。
如圖16和圖17所示，作為另一個優(yōu)選實(shí)施例中帶通濾波器62的結(jié)構(gòu)類似于以上說明的實(shí)施例中帶通濾波器1的結(jié)構(gòu)，但是，帶通濾波器62與帶通濾波器1不同的是，激勵電極是電感型。
具體地說，作為另一個優(yōu)選實(shí)施例中帶通濾波器62是由以下各個部件構(gòu)成介電常數(shù)εr為93的矩形棱柱狀電介質(zhì)塊63；分別對應(yīng)于第二部分和第三部分的整個表面上形成的金屬片64和65，它們是在電介質(zhì)塊48的上表面；分別對應(yīng)于第二部分和第三部分的整個表面上形成的金屬片66和67，它們是在電介質(zhì)塊63的第三表面；電介質(zhì)塊63上除了間隙部分68和69以外的下表面上形成的金屬片70；電介質(zhì)塊63第一側(cè)表面上形成的激勵電極71；電介質(zhì)塊63第二側(cè)表面上形成的激勵電極72；對應(yīng)于第二部分的電介質(zhì)塊63第四側(cè)表面上形成的第一電容極片73；以及對應(yīng)于第三部分的電介質(zhì)塊63第四側(cè)表面上形成的第二電容極片74。
如圖16和17所示，激勵電極71和72分別連接到電介質(zhì)塊63上表面上形成的金屬片64和65，而利用間隙部分68和69防止它們分別與電介質(zhì)塊63下表面上形成的金屬片70相接觸。第一電容極片73和第二電容極片74連接到金屬片70。如圖16和17所示，激勵電極71和72形成在電介質(zhì)塊63的第一側(cè)表面和第二側(cè)表面，電場在該處相對地弱(磁場在該處相對地強(qiáng))。激勵電極71和72中的一個電極用作輸入電極，而另一個電極用作輸出電極。
電介質(zhì)塊63中第一部分至第三部分的定義是與以上所說明的實(shí)施例中電介質(zhì)塊2對應(yīng)部分的定義相同。電介質(zhì)塊63的上表面，下表面，以及第一側(cè)表面至第四側(cè)表面的定義是與以上所說明的實(shí)施例中電介質(zhì)塊2對應(yīng)表面的定義相同。此外，長度，寬度，和厚度的定義是與以上所說明的實(shí)施例中的相同。
按照上述的結(jié)構(gòu)，電介質(zhì)塊63中第一部分及其上面形成的金屬片作為漸消型波導(dǎo)75，電介質(zhì)塊63中第二部分及其上面形成的金屬片作為第一諧振器76，以及電介質(zhì)塊63中第三部分及其上面形成的金屬片作為第二諧振器77。漸消型波導(dǎo)75是E模波導(dǎo)，而第一諧振器76和第二諧振器77中的每個諧振器是四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器。
具有上述結(jié)構(gòu)的帶通濾波器62有與上述實(shí)施例中帶通濾波器1相同的優(yōu)點(diǎn)。具體地說，與普通的濾波器比較，因?yàn)閹V波器62有極高的機(jī)械強(qiáng)度，即使它的總體尺寸是減小了，仍可以保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
現(xiàn)在說明本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例。
圖18是本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例中從一側(cè)觀察的帶通濾波器78的示意透視圖。圖19是從相反一側(cè)觀察的圖18中帶通濾波器78的示意透視圖。
如圖18和圖19所示，作為另一個優(yōu)選實(shí)施例中帶通濾波器78的結(jié)構(gòu)類似于以上說明的實(shí)施例中帶通濾波器47的結(jié)構(gòu)，但是，帶通濾波器78與帶通濾波器47不同的是，激勵電極是電感型。
具體地說，作為另一個優(yōu)選實(shí)施例中帶通濾波器78是由以下各個部件構(gòu)成介電常數(shù)εr為93的矩形棱柱狀電介質(zhì)塊79；分別對應(yīng)于第二部分和第三部分的整個表面上形成的金屬片80和81，它們是在電介質(zhì)塊79的上表面；分別對應(yīng)于第二部分和第三部分的整個表面上形成的金屬片82和83，它們是在電介質(zhì)塊79的第三表面；電介質(zhì)塊79上除了間隙部分84和85以外的下表面上形成的金屬片86；電介質(zhì)塊79第一側(cè)表面上形成的激勵電極87；電介質(zhì)塊79第二側(cè)表面上形成的激勵電極88；以及電介質(zhì)塊79第四側(cè)表面上形成的電容極片89，它是從第一部分連續(xù)到第三部分。
如圖18和圖19所示，激勵電極87和88分別連接到電介質(zhì)塊79上表面上形成的金屬片80和81，而利用間隙部分84和85防止它們分別與電介質(zhì)塊79下表面上形成的金屬片86相接觸。如圖18和圖19所示，激勵電極87和88形成在電介質(zhì)塊79的第一側(cè)表面和第二側(cè)表面，電場在該處相對地弱(磁場在該處相對地強(qiáng))。激勵電極87和88中的一個電極用作輸入電極，而另一個電極用作輸出電極。電容極片89相對于電介質(zhì)塊79的中心是對稱的，因此，第二部分上形成的一部分電容極片89和第三部分上形成的另一部分電容極片89有相同的尺寸。
電介質(zhì)塊79中第一部分至第三部分的定義是與以上所說明的實(shí)施例中電介質(zhì)塊2對應(yīng)部分的定義相同。電介質(zhì)塊79的上表面，下表面，以及第一側(cè)表面至第四側(cè)表面的定義是與以上所說明的實(shí)施例中電介質(zhì)塊2對應(yīng)表面的定義相同。此外，長度，寬度，和厚度的定義是與以上所說明的實(shí)施例中的相同。
按照上述的結(jié)構(gòu)，電介質(zhì)塊79中第一部分及其上面形成的金屬片作為漸消型波導(dǎo)90，電介質(zhì)塊79中第二部分及其上面形成的金屬片作為第一諧振器91，以及電介質(zhì)塊79中第三部分及其上面形成的金屬片作為第二諧振器92。漸消型波導(dǎo)90是E模波導(dǎo)，而第一諧振器91和第二諧振器92中的每個諧振器是四分之一波長(λ/4)電介質(zhì)諧振器。
具有上述結(jié)構(gòu)的帶通濾波器78有與上述實(shí)施例中帶通濾波器47相同的優(yōu)點(diǎn)。具體地說，與普通的濾波器比較，因?yàn)閹V波器78有極高的機(jī)械強(qiáng)度，即使它的總體尺寸是減小了，仍可以保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度。此外，因?yàn)殡娙輼O片89形成在電介質(zhì)塊79的第四側(cè)表面，它是從第一部分連續(xù)到第三部分，所以，電容極片89的面積是很大的。因此，可以更有效地獲得電容極片89產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。
如此展示和描述的本發(fā)明是參照幾個具體的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明絕不局限于所描述的安排，在不偏離所附權(quán)利要求書范圍的條件下，可以作各種變化和改動。
例如，在上述的實(shí)施例中，諧振器和漸消型波導(dǎo)的電介質(zhì)塊部分都是由介電常數(shù)εr為93的電介質(zhì)材料制成的。然而，根據(jù)不同的目的也可以使用具有不同介電常數(shù)的材料。
此外，上述實(shí)施例中規(guī)定的諧振器和漸消型波導(dǎo)的尺寸僅僅作為例子。根據(jù)不同的目的也可以使用有不同尺寸的諧振器和漸消型波導(dǎo)。
此外，在上述的實(shí)施例中，電容極片是這樣形成的，它們是與電介質(zhì)塊上形成的金屬片相接觸。然而，本發(fā)明不局限于與金屬片相接觸的電容極片，它們可以與金屬片分開地形成的。圖20中展示這樣一個例子，其中帶通濾波器1中的第一電容極片12和第二電容極片13是與金屬片9分開地形成的。圖21中展示另一個例子，其中帶通濾波器78中的電容極片89是與金屬片86分開地形成的。通過產(chǎn)生所需的耦合常數(shù)ktotal，這種結(jié)構(gòu)的電容極片也能獲得濾波器功能。值得注意的是，為了有效地獲得這種效應(yīng)，電容極片與金屬片最好是連接的。
如上所述，按照本發(fā)明，可以提供一種具有極高機(jī)械強(qiáng)度的高度緊湊型帶通濾波器。
所以，本發(fā)明提供這樣一種帶通濾波器，它可以有利地用于諸如移動電話等的通信終端，無線LAN(局域網(wǎng))，以及ITS(智能傳輸系統(tǒng))等等。
權(quán)利要求
1.一種帶通濾波器，包括近似矩形棱柱狀的電介質(zhì)塊，它是由電介質(zhì)塊的第一橫截面與第二橫截面之間的第一部分，以及被第一部分和電介質(zhì)塊表面上形成的金屬片分開的第二部分和第三部分構(gòu)成，其中電介質(zhì)塊的第二橫截面大致平行于第一橫截面，從而使電介質(zhì)塊中的第一部分及其上面形成的金屬片作為漸消型波導(dǎo)，電介質(zhì)塊中的第二部分及其上面形成的金屬片作為第一諧振器，以及電介質(zhì)塊中的第三部分及其上面形成的金屬片作為第二諧振器，該金屬片包括電介質(zhì)塊第一表面上形成的電容極片，它大致垂直于這兩個橫截面。
2.按照權(quán)利要求1的帶通濾波器，其中電容極片至少形成在電介質(zhì)塊中第二部分和第三部分的表面。
3.按照權(quán)利要求2的帶通濾波器，其中電容極片還形成在電介質(zhì)塊中第一部分的表面，使電介質(zhì)塊中第一部分至第三部分的表面上形成連續(xù)和整體的電容極片。
4.按照權(quán)利要求2的帶通濾波器，其中電介質(zhì)塊中第二部分表面上形成的一部分電容極片和電介質(zhì)塊中第三部分表面上形成的另一部分電容極片有相同的尺寸。
5.按照權(quán)利要求1的帶通濾波器，其中金屬片還包括第一激勵電極和第二激勵電極，第一激勵電極形成在大致平行于橫截面的電介質(zhì)塊第二表面，而第二激勵電極形成在大致平行于橫截面的電介質(zhì)塊第三表面。
6.按照權(quán)利要求1的帶通濾波器，其中電介質(zhì)塊中第二部分和第三部分有相同的尺寸。
7.一種帶通濾波器，包括第一平板諧振器和第二平板諧振器，每個諧振器有形成金屬片的上表面和下表面；短路面，使上表面和下表面上形成的金屬片電短路；與短路面相對的第一開放表面；垂直于短路面的第二開放表面；以及與第二開放表面相對的第三開放表面；第一平板諧振器與第二平板諧振器之間的漸消型波導(dǎo)，使?jié)u消型波導(dǎo)與第一平板諧振器和第二平板諧振器的整個第二開放表面相接觸；第一平板諧振器第一開放表面上形成的第一電容極片；第二平板諧振器第一開放表面上形成的第二電容極片；第一平板諧振器第三開放表面上形成的第一激勵電極；和第二平板諧振器第三開放表面上形成的第二激勵電極。
8.按照權(quán)利要求7的帶通濾波器，其中帶通濾波器的總體形狀是近似矩形棱柱狀。
9.按照權(quán)利要求7的帶通濾波器，其中第一平板諧振器和第二平板諧振器有相同的尺寸。
10.按照權(quán)利要求7的帶通濾波器，其中第一平板諧振器的第一開放表面和第二平板諧振器的第一開放表面是共面的。
11.按照權(quán)利要求7的帶通濾波器，其中第一平板諧振器下表面和第二平板諧振器下表面上形成的金屬片是被漸消型波導(dǎo)下表面上形成的金屬片所短路。
12.按照權(quán)利要求7的帶通濾波器，其中第一電容極片和第二電容極片是被漸消型波導(dǎo)一個側(cè)表面上形成的金屬片所短路。
13.按照權(quán)利要求7的帶通濾波器，其中第一電容極片連接到第一平板諧振器下表面上形成的金屬片，而第二電容極片連接到第二平板諧振器下表面上形成的金屬片。
14.按照權(quán)利要求7的帶通濾波器，其中第一激勵電極形成在與第一平板諧振器第一開放表面相鄰的第一平板諧振器第三開放表面的部分，第二激勵電極形成在與第二平板諧振器第一開放表面相鄰的第二平板諧振器第三開放表面的部分，防止第一激勵電極與第一平板諧振器的上表面和下表面上形成的金屬片相接觸，以及防止第二激勵電極與第二平板諧振器的上表面和下表面上形成的金屬片相接觸。
15.按照權(quán)利要求7的帶通濾波器，其中第一激勵電極形成在與第一平板諧振器短路面相鄰的第一平板諧振器第三開放表面的部分；第二激勵電極形成在與第二平板諧振器短路面相鄰的第二平板諧振器第三開放表面的部分；防止第一激勵電極與第一平板諧振器下表面上形成的金屬片相接觸，而是連接到第一平板諧振器上表面上形成的金屬片；以及防止第二激勵電極與第二平板諧振器下表面上形成的金屬片相接觸，而是連接到第二平板諧振器上表面上形成的金屬片。
16.一種帶通濾波器，包括第一平板諧振器和第二平板諧振器，每個諧振器有形成金屬片的上表面和下表面；短路面，使上表面和下表面上形成的金屬片電短路；與短路面相對的第一開放表面；垂直于短路面的第二開放表面；以及與第二開放表面相對的第三開放表面；第一平板諧振器與第二平板諧振器之間的漸消型波導(dǎo)，使?jié)u消型波導(dǎo)與第一平板諧振器和第二平板諧振器的整個第二開放表面相接觸；第一平板諧振器第三開放表面上形成的第一激勵電極；第二平板諧振器第三開放表面上形成的第二激勵電極；從而在第一激勵電極與金屬片之間建立第一諧振電路，在第二激勵電極與金屬片之間建立第二諧振電路，以及在第一諧振電路與第二諧振電路之間建立耦合電路；該帶通濾波器還包括一種裝置，用于提供與第一諧振電路并聯(lián)的一個附加電容以及與第二諧振電路并聯(lián)的另一個附加電容。
17.按照權(quán)利要求16的帶通濾波器，其中帶通濾波器的總體形狀是近似矩形棱柱狀。
全文摘要
公開一種具有極高機(jī)械強(qiáng)度的高度緊湊型帶通濾波器。按照本發(fā)明的帶通濾波器采用近似矩形棱柱狀的電介質(zhì)塊,它是由電介質(zhì)塊的第一橫截面與第二橫截面之間的第一部分,以及被第一部分和電介質(zhì)塊表面上形成的金屬片分開的第二部分和第三部分構(gòu)成,其中電介質(zhì)塊的第二橫截面大致平行于第一橫截面。電介質(zhì)塊中的第一部分及其上面形成的金屬片作為漸消型波導(dǎo)。電介質(zhì)塊中的第二部分及其上面形成的金屬片作為第一諧振器。電介質(zhì)塊中的第三部分及其上面形成的金屬片作為第二諧振器。該金屬片包括電介質(zhì)塊第一表面上形成的電容極片,它大致垂直于這兩個橫截面。
文檔編號H01P1/20GK1356844SQ0113702
公開日2002年7月3日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者薰樹亞欄 申請人:Tdk株式會社