人工介質諧振器和基于它的人工介質濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是關于人工介質諧振器和基于它的人工介質濾波器的發(fā)明。
【背景技術】
[0002]近年來，用于微波頻段的高頻濾波器，為了達到小型化和高性能，大多采用高相對介電常數(shù)材料的介質諧振器。介質諧振器通過特定大小和形狀的介質材料塊及其相對介電常數(shù)獲得指定的所需的諧振頻率。
[0003]介質諧振器的介質材料采用高相對介電常數(shù)的陶瓷(介電陶瓷)已廣為人知。這些介電陶瓷，當在其分子上外加電場時，分子中的束縛電子將產(chǎn)生移動而極化，從而顯不出高相對介電常數(shù)?？紤]到高頻下的低損失以及對溫度的穩(wěn)定性，介電陶瓷的相對介電常數(shù)，一般可實用的范圍是20?100。
[0004]介質諧振器也有采用人工介質材料(人工介質諧振器)的案例(例如專利文獻Do人工介質材料由多片金屬片集合而成。這種人工介質材料在外加電場后，因其金屬片上存在的自由電子產(chǎn)生移動而極化，從而起到介質材料的作用，根據(jù)其自由電子的多少和移動距離的大小，對應其金屬片的大小和形狀，可獲得等效的高相對介電常數(shù)。此外，為了保持各金屬片的位置，人工介質材料分別配置在某種形式的基材中。
[0005]如專利文獻I中所述，人工介質材料根據(jù)其金屬片上所加電場的方向不同，具有相對介電常數(shù)的各向異性。根據(jù)這種各向異性，人工介質諧振器可按照在所需頻率的諧振(基本模式)時讓相對介電常數(shù)變高，而在與此頻率比較接近的其他諧波(高次模)時讓相對介電常數(shù)變低來配置金屬片，從而可以分離這些頻率，控制高次模。
_6] 現(xiàn)有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:專利公開號2003 - 133820

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明將解決的課題
[0010]因此，人工介質諧振器通過金屬片的不同大小、形狀和配置，可獲得通常的介電陶瓷共振器所沒有的優(yōu)良性能。但是，相對于人們對基于人工介質諧振器的高頻濾波器(人工介質濾波器)的要求，人工介質諧振器尚有改善的余地。特別是為了滿足小型化的要求，人工介質諧振器需要更進一步提高基本模式下的相對介電常數(shù)。
[0011]基于人工介質諧振器的人工介質濾波器，通常在其內(nèi)部配置多個人工介質諧振器的同時，還配置有與人工介質諧振器耦合、與外部進行信號交互處理的輸入輸出端子。這樣，人工介質濾波器通過對輸入輸出端子和人工介質諧振器之間的耦合度(輸入輸出耦合度)以及2個人工介質諧振器之間的段間耦合度進行適當?shù)目刂疲蓪崿F(xiàn)指定基本模式的所需帶寬的濾波特性(例如切比雪夫型等)。人工介質濾波器有輸入輸出耦合度小、濾波特性帶寬變窄的趨勢，也有難以獲得所需濾波特性的情況。
[0012]此外，人工介質濾波器為了控制2個人工介質諧振器之間的段間耦合度，希望在制造過程中無需經(jīng)過復雜的工序即可對多個人工介質諧振器進行正確的定位。
[0013]本發(fā)明就是針對這些相關問題，其目的是提供基本模式下更高相對介電常數(shù)的人工介質諧振器，并且，利用它提供具有更大輸入輸出耦合度的、可以實現(xiàn)人工介質諧振器正確定位的人工介質濾波器。
[0014]解決課題的方法
[0015]為了所述目的，本發(fā)明優(yōu)選實施方式的人工介質諧振器，具有多個薄板狀金屬條帶沿長度方向隔開微小間隙排列而成的第I系列金屬條帶組和多個薄板狀金屬條帶沿長度方向隔開微小間隙排列而成的第2系列金屬條帶組，所述第I系列金屬條帶組和所述第2系列金屬條帶組沿所述金屬條帶的厚度方向靠近配置，并且，一個金屬條帶組的金屬條帶面對且跨過另一個金屬條帶組的所述間隙的人工介質諧振器。
[0016]優(yōu)選方案的人工介質諧振器是將所述第I系列金屬條帶組和所述第2系列金屬條帶組分別做成環(huán)狀。更優(yōu)選方案的人工介質諧振器是進一步具有:多個薄板狀金屬條帶沿長度方向隔開微小間隙環(huán)狀排列而成的、與所述第I系列金屬條帶組同心的、沿金屬條帶寬度方向靠近配置的第3系列金屬條帶組；多個薄板狀金屬條帶沿長度方向隔開微小間隙環(huán)狀排列而成的、與所述第2系列金屬條帶組同心的、沿金屬條帶寬度方向靠近配置的第4系列金屬條帶組。
[0017]優(yōu)選方案的人工介質濾波器具有多個上述人工介質諧振器和2個輸入輸出端子，相鄰的上述人工介質諧振器相互耦合，上述輸入輸出端子與其相鄰的上述人工介質諧振器鋰A
柄口 O
[0018]優(yōu)選方案的人工介質濾波器，上述各輸入輸出端子分別與其相鄰的上述人工介質諧振器的金屬條帶直接相連。
[0019]優(yōu)選方案的人工介質濾波器，將多個上述人工介質諧振器安裝在整體多層電路板上，以使多個上述人工介質諧振器相對位置固定，以獲得預定的段間耦合度。
[0020]優(yōu)選方案的人工介質濾波器，將上述人工介質諧振器以TEOl δ模式作為基本模式進行諧振。
[0021]發(fā)明的效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，第I系列金屬條帶組和第2系列金屬條帶組沿金屬條帶的厚度方向靠近配置，并且，一個金屬條帶組的金屬條帶跨越另一個金屬條帶組的間隙相對配置，通過其間的大電容量，可提供非常高的相對介電常數(shù)的人工介質諧振器。并且，采用此人工介質諧振器，將輸入輸出端子與金屬條帶直接連接，多個人工介質諧振器安裝在整體多層電路板上，增大輸入輸出耦合度、實現(xiàn)人工介質諧振器正確定位的人工介質濾波器。
【附圖說明】
[0023]圖1本發(fā)明實施方式的人工介質諧振器的立體圖。
[0024]圖2同上人工介質諧振器的第I系列金屬條帶組平面圖。
[0025]圖3同上人工介質諧振器的第2系列金屬條帶組平面圖。
[0026]圖4同上人工介質諧振器的第I系列金屬條帶組和第2系列金屬條帶組中產(chǎn)生的電荷說明圖。
[0027]圖5同上人工介質諧振器的擴展型立體圖。
[0028]圖6同上人工介質諧振器的擴展型中的第I系列金屬條帶組和第3系列金屬條帶組的平面圖。
[0029]圖7同上人工介質諧振器的擴展型中的第2系列金屬條帶組和第4系列金屬條帶組的平面圖。
[0030]圖8同上人工介質濾波器的立體圖。
[0031]圖9同上人工介質濾波器的內(nèi)部平面圖。
[0032]圖10同上人工介質濾波器的段間耦合度特性圖。
[0033]圖11同上人工介質濾波器的輸入輸出耦合度特性圖。
[0034]圖12變更了同上人工介質濾波器的輸入輸出方式后的內(nèi)部平面圖。
[0035]圖13變更了同上人工介質濾波器的輸入輸出方式后的輸入輸出耦合度特性圖。
【具體實施方式】
[0036]以下參照各圖說明本發(fā)明的實施方式。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明實施方式中的人工介質諧振器1，具有由多個薄板狀金屬條帶20、20、……沿長度方向隔開微小間隙20G、20G、……環(huán)狀排列而成的第I系列金屬條帶組2和由多個薄板狀金屬條帶30、30、……沿長度方向隔開微小間隙30G、30G、……環(huán)狀排列而成的第2系列金屬條帶組3。這些第I系列金屬條帶組2和第2系列金屬條帶組3沿金屬條帶20、30的厚度方向靠近配置，并且，一方的金屬條帶組2或3的金屬條帶20或30，面對并跨過另一方的金屬條帶組3或2的間隙30G或20G。
[0037]薄板狀金屬條帶20和30是長寬比很大(寬度很小長度很大)的金屬片。并且，人工介質諧振器I中，第I系列金屬條帶組2和第2系列金屬條帶組3分別配置在保持其位置的基材(例如樹脂多層電路板、LTCC(低溫共燒陶瓷)電路板等后述的多層電路板)中。
[0038]人工介質諧振器I將與第I系列金屬條帶組2或第2系列金屬條帶組3同樣的金屬條帶組按與第I系列金屬條帶組2和第2系列金屬條帶組3同樣的位置關系順序進行適當?shù)寞B加配置。圖1所示為3層和第I系列金屬條帶組2相同的金屬條帶組、與2層和第2系列金屬條帶組3相同的金屬條帶組共計5層的金屬條帶組疊加而成。
[0039]這樣的人工介質諧振器I，其金屬條帶20和30中的自由電子因外加電場而產(chǎn)生移動，金屬條帶20和30的一端顯示正電荷或負電荷、而另一端顯示負電荷或正電荷。這種狀態(tài)是金屬條帶20和30產(chǎn)生極化的狀態(tài)，這些顯示的正電荷和負電荷組成電偶極子。電偶極子中的電荷量和正、負電荷中心間的距離相乘所得的偶極矩越大，則獲得的相對介電常數(shù)也越大。
[0040]因此，形成環(huán)狀的第I系列金屬條帶組2和第2系列金屬條帶組3，對加在環(huán)上的電場顯示出高相對介電常數(shù)。這樣，具有第I系列金屬條帶組2和第2系列金屬條帶組3的人工介質諧振器1，可將諧振電場方向為環(huán)狀的TEOl δ模式作為目標基本模式。TEOl δ模式因為其損失小故被廣泛用作基本模式。
[0041]第I系列金屬條帶組2的金屬條帶20和第2系列金屬條帶組3的金屬條帶30的位置關系，使金屬條帶20和金屬條帶30之間產(chǎn)生大的電容量。這樣，如圖4所示，通過更多電荷(一端的正電荷或負電荷與另一端的負電荷或正電荷)的蓄積，偶極矩變大，可在環(huán)狀方向獲得非常高的相對介電常數(shù)。而且，相鄰的金屬條帶20、20之間以及相鄰的金屬條帶30、30之間的電場也會增強。并且金屬條帶20和金屬條帶30之間也產(chǎn)生電場。
[0042]通過改變第I系列金屬條帶組2中的金屬條帶20的寬度、間隙20G的距離以及第2系列金屬條帶組3中的金屬條帶30的寬度、間隙30G的距離等，可調(diào)整相對介電常數(shù)。
[0043]如果將基本模式作為指定諧振頻率的TEOl δ模式，人工介質諧振器I將可以小型化。當諧振頻率有與TEOl δ模式的諧振頻率比較接近的高次模(例如TMll δ模式等)時，因人工介質諧振器I的大小變化，與此相應地高次模的諧振頻率也將發(fā)生變化，其結果可以分離基本模式和高次模的諧振頻率。
[0044]接下來，說明人工介質諧振器I的擴展