帶通濾波器的製作方法
2023-05-26 05:45:46 2
專利名稱：帶通濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及帶通濾波器，具體涉及可靠地獲得所需特性的小型帶通濾波器。
現有技術近年來，已經實現通信終端的小型化，例如，行動電話，這是由於該通信終端中有各種小型化部件。通信終端中一種最重要的部件是濾波器部件。作為一種濾波器部件，「Low-Profile Dual-Mode BPFUsing Square Dielectric Disk Resonator(Proceeding of the 1997Chugoku-region Autumn Joint Conference of 5 Institutes，p272，1997)」中描述的帶通濾波器是眾所周知的。
這篇文獻中描述的帶通濾波器是由TEM雙模介質盤諧振器構成的。這種介質盤諧振器的平面尺寸是5mm×5mm，它的上表面和下表面塗敷銀層。上表面上的塗敷銀層是電位浮動的，而下表面上的塗敷銀層是接地的。介電常數為εr＝93的介質材料置於這兩個塗敷銀層之間。該介質諧振器的所有側表面是與空氣接觸的。因此，電場在整個諧振器壁處是最大(+ve或-ve)。該電場在諧振器的對稱面處應當是最小。由於這個緣故，這種類型的介質諧振器稱之為半波長(λ/2)介質盤諧振器。
圖1表示該文獻中描述的介質諧振器厚度與空載品質因數(Q0)之間關係的理論值和實驗測得值的特性曲線圖。
如圖1所示，當介質諧振器的厚度為1mm時，它的空載品質因數(Q0)為最大(≈250(實驗值))。因此，在這種類型的介質諧振器中，表示性能參數的空載品質因數(Q0)取決於該介質諧振器的厚度。
與此對比，介質諧振器的諧振頻率取決於它的平面圖尺寸。例如，若上述文獻中描述的介質諧振器製作成諧振頻率為2GHz，則該諧振器的尺寸為8.5mm×8.5mm×1.0mm。因此，利用這種介質諧振器製成的帶通濾波器體積很大。
隨著對通信終端進一步小型化的需求，例如，行動電話，也要求其中的濾波器部件進一步小型化，例如，帶通濾波器。
然而，在仍然得到所需特性的同時，還能使濾波器部件小型化是極其困難的，如上所述，因為其特性(例如，空載品質因數(Q0)和諧振頻率)取決於濾波器的尺寸。
發明概述所以，本發明的目的是提供一種有所需特性的小型帶通濾波器。
本發明的以上和其他目的可以由這樣一種帶通濾波器完成，它包括盤形第一諧振器，它有形成在其一個側面上的輸入終端；盤形第二諧振器，它有形成在其一個側面上的輸出終端；置於第一諧振器與第二諧振器之間的漸消型波導；和電容性短片，它有形成在第一諧振器另一個側面上的第一部分和形成在第二諧振器另一個側面上的第二部分。
按照本發明的這個方面，因為第一諧振器和第二諧振器的諧振頻率因電容性短片而降低，與沒有電容性短片的第一諧振器和第二諧振器諧振頻率確定的尺寸比較，可以減小該帶通濾波器的總體尺寸。此外，因為第一諧振器與第二諧振器之間的耦合常數因電容性短片而降低，與沒有電容性短片的比較，可以增大漸消型波導的厚度，因此，增強了該帶通濾波器的機械強度。而且，電容性短片減小了該帶通濾波器中多餘高階模諧振的效應。
在本發明的一個優選方面，該帶通濾波器還包括形成在漸消型波導一個側面上的金屬板，從而連接電容性短片的第一部分與電容性短片的第二部分。
在本發明的另一個優選方面，電容性短片的第一部分和電容性短片的第二部分有相同的尺寸。
在本發明的另一個優選方面，電容性短片還有形成在第一諧振器一個側面上的第三部分和形成在第二諧振器一個側面上的第四部分。
按照本發明的這個優選方面，可以進一步減小該帶通濾波器的總體尺寸和進一步增強該帶通濾波器的機械強度。
本發明的以上和其他目的還可以由這樣一種帶通濾波器完成，它包括第一介質塊和第二介質塊，每個介質塊有上表面，下表面，相對的第一側面和第二側面，以及相對的第三側面和第四側面；第三介質塊，它與第一介質塊第一側面和第二介質塊第一側面相接觸；形成在第一介質塊和第二介質塊的上表面，下表面，和第二側面上的金屬板；形成在第一介質塊第三側面上的第一電極；形成在第二介質塊第三側面上的第二電極；形成在第一介質塊第四側面上的第一電容性短片；形成在第二介質塊第四側面上的第二電容性短片。
按照本發明的這個方面，因為由第一介質塊和第二介質塊構成的兩個諧振器的諧振頻率因第一電容性短片和第二電容性短片而降低，與沒有電容性短片的兩個諧振器諧振頻率確定的尺寸比較，可以減小該帶通濾波器的總體尺寸。此外，因為兩個諧振器之間的耦合常數因第一電容性短片和第二電容性短片而降低，與沒有電容性短片的比較，可以增大第三介質塊構成的漸消型波導的厚度，因此，增強了該帶通濾波器的機械強度。此外，第一介質塊第四側面和第二介質塊第四側面處出現的輻射損耗因第一電容性短片和第二電容性短片而減小。而且，第一電容性短片和第二電容性短片減小了該帶通濾波器中多餘高階模諧振的效應。
在本發明的一個優選方面，第一介質塊和第二介質塊有相同的尺寸。
在本發明的另一個優選方面，第一電容性短片與形成在第一介質塊下表面上的金屬板相接觸，而第二電容性短片與形成在第二介質塊下表面上的金屬板相接觸。
在本發明的另一個優選方面，第一電容性短片和第二電容性短片有相同的尺寸。
在本發明的另一個優選方面，第三介質塊有與第一介質塊第一側面相接觸的第一側面，與第二介質塊第一側面相接觸的第二側面，與第一介質塊第三側面平行的第三側面，與第一介質塊第四側面平行的第四側面，與第一介質塊上表面平行的上表面，以及與第一介質塊下表面平行的下表面，金屬板形成在第一介質塊的下表面上。
在本發明的另一個優選方面，第一介質塊至第三介質塊的下表面是共面的。
在本發明的另一個優選方面，第一介質塊第三側面與第三介質塊第三側面是共面的，而第一介質塊第四側面與第三介質塊第四側面是共面的。
在本發明的另一個優選方面，第一介質塊第三側面與第二介質塊第三側面是共面的，而第一介質塊第四側面與第二介質塊第四側面是共面的。
在本發明的另一個優選方面，金屬板形成在第三介質塊的第四側面上，從而使第一電容性短片，第二電容性短片和形成在第三介質塊第四側面上的金屬板成一整體。
在本發明的另一個優選方面，第一介質塊第三側面與第二介質塊第四側面是共面的，而第一介質塊第四側面與第二介質塊第三側面是共面的。
在本發明的另一個優選方面，該帶通濾波器還包括形成在第一介質塊第四側面上的第三電容性短片和形成在第二介質塊第四側面上的第四電容性短片。
按照本發明的這個優選方面，可以進一步減小該帶通濾波器的總體尺寸和進一步增強該帶通濾波器的機械強度。
在本發明的另一個優選方面，第一電極與形成在第一介質塊上表面上的金屬板相接觸，而第二電極與形成在第二介質塊上表面上的金屬板相接觸。
在本發明的另一個優選方面，第一介質塊與形成在其上表面，下表面和第二側面上的金屬板構成一個四分之一波長(λ/4)介質諧振器，而第二介質塊與形成在其上表面，下表面和第二側面上的金屬板構成另一個四分之一波長(λ/4)介質諧振器。
在本發明的另一個優選方面，第一電容性短片的一端位於第一介質塊第四側面的中心，而第二電容性短片的一端位於第二介質塊第四側面的中心。
按照本發明的這個優選方面，因為第一電容性短片和第二電容性短片形成在第一介質塊和第二介質塊第四側面區域，其中電場相對較強，可以獲得降低諧振頻率的顯著效果，增大第三介質塊構成的漸消型波導厚度，減小輻射損耗和減小多餘高階模諧振的效應。
本發明的以上和其他目的還可以由這樣一種帶通濾波器完成，它包括第一介質塊和第二介質塊，每個介質塊有上表面，下表面，相對的第一側面和第二側面，以及與第一側面垂直的第三側面；第三介質塊，它與第一介質塊第一側面和第二介質塊第一側面相接觸；形成在第一介質塊和第二介質塊的上表面，下表面，和第二側面上的金屬板；形成在第一介質塊第三側面上的第一電極；形成在第二介質塊第三側面上的第二電極；第一諧振電路與第二諧振電路之間建立的耦合電容，第一諧振電路形成在第一電極與金屬板之間，而第二諧振電路形成在第二電極與金屬板之間，該帶通濾波器還包括一種裝置，用於提供與第一諧振電路並聯的一個附加電容和與第二諧振電路並聯的另一個附加電容。
附圖描述圖1表示該文獻中描述的介質諧振器厚度與空載品質因數(Q0)之間關係的理論值和實驗測得值的特性曲線圖。
圖2表示從一側觀察的本發明一個優選實施例中帶通濾波器1的透視示意圖。
圖3表示從相反側觀察的圖2中帶通濾波器的透視示意圖。
圖4表示圖2中帶通濾波器的分解透視示意圖。
圖5表示普通TEM模平面型半波長(λ/2)介質諧振器的透視示意圖。
圖6表示普通TEM模平面型四分之一波長(λ/4)介質諧振器的透視示意圖。
圖7表示解釋四分之一波長(λ/4)介質諧振器產生的電場和磁場的示意圖。
圖8表示圖2至圖4所示帶通濾波器1的等效電路圖。
圖9表示圖2至圖4所示帶通濾波器1的頻率特性曲線圖。
圖10表示漸消型波導4的厚度與耦合常數k之間關係的曲線圖。
圖11表示解釋圖2至圖4所示帶通濾波器1產生的電場與電容性短片16之間關係的側面示意圖。
圖12表示從一側觀察的本發明另一個優選實施例中帶通濾波器50的透視示意圖。
圖13表示從相反側觀察的圖12所示帶通濾波器50的透視示意圖。
圖14表示從一側觀察的本發明另一個優選實施例中帶通濾波器67的透視示意圖。
圖15表示從相反側觀察的圖14所示帶通濾波器67的透視示意圖。
圖16表示從一側觀察的一個例子的透視示意圖，其中激勵電極80和81分布在帶通濾波器67的不同側。
圖17表示從相反側觀察的一個例子的透視示意圖，其中激勵電極80和81分布在帶通濾波器67的不同側。
圖18表示另一個例子中帶通濾波器1的透視示意圖，其中電容性短片16與形成在第一介質塊，第二介質塊，和漸消型波導的下表面上的金屬板8，12和13是分開的。
優選實施例描述現在參照附圖解釋本發明的幾個優選實施例。
如圖2至圖4所示，本發明一個優選實施例中的帶通濾波器1是由第一諧振器2，第二諧振器3，和置於第一諧振器2與第二諧振器3之間的漸消型波導4構成的。
第一諧振器2和第二諧振器3是對稱的。每個諧振器是由介質塊組成，其長度，寬度，和厚度分別為2.95mm，2.4mm，1.2mm。這些介質塊是由介質材料製成，其介電常數εr相對較大，即，εr＝93。漸消型波導4是由介質塊構成的，其長度，寬度，和厚度分別為0.3mm，2.4mm，1.0mm。它是由與構成第一諧振器2與第二諧振器3的相同介質材料製成的。因此，帶通濾波器1的長度，寬度，和厚度分別為6.2mm，2.4mm，1.2mm。
第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導(evanescentwaveguide)4是這樣組合的，它們的下表面是共面的。
在這個技術說明中，每個與相關介質塊下表面相對的表面定義為「上表面」，這些介質塊構成第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4。在構成第一諧振器2和第二諧振器3的介質塊各個表面中，與漸消型波導4接觸的每個表面定義為「第一側面」。在構成第一諧振器2和第二諧振器3的介質塊各個表面中，與第一側面相對的每個表面定義為「第二側面」。構成第一諧振器2和第二諧振器3的介質塊其餘各個表面定義為每個介質塊的「第三側面」和「第四側面」。在構成漸消型波導4的介質塊各個表面中，與第一諧振器2第一側面接觸的表面定義為「第一側面」。在構成漸消型波導4的介質塊各個表面中，與第二諧振器3第一側面接觸的表面定義為「第二側面」。構成漸消型波導4的介質塊其餘各個表面定義為「第三側面」和「第四側面」。所以，第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4的「長度」，「寬度」，和「厚度」分別定義為第一側面與第二側面之間的距離，第三側面與第四側面之間的距離，和上表面與下表面之間的距離。第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4的第三側面是共面的，而第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4的第四側面也是共面的。
如圖2至圖4所示，金屬板5和6形成在第一諧振器2的整個上表面和整個第二側面，除了間隙部分7以外，金屬板8形成在第一諧振器2的下表面。這些金屬板5，6，和8是互相之間短路的。類似地，金屬板9和10形成在第二諧振器3的整個上表面和整個第二側面，除了間隙部分11以外，金屬板12形成在第二諧振器3的下表面。這些金屬板9，10，和12是互相之間短路的。金屬板13形成在漸消型波導4的整個下表面。因此，這些金屬板5，6，8，9，10，12，和13是互相之間短路和接地的。
如圖2和圖4所示，高度和寬度為1mm和1.3mm的激勵電極14形成在第一諧振器2的第三側面，其中間隙部分7防止激勵電極14與形成在下表面上的金屬板8相接觸。類似地，高度和寬度為1mm和1.3mm的激勵電極15形成在第二諧振器3的第三側面，其中間隙部分11防止激勵電極15與形成在下表面上的金屬板12相接觸。利用激勵電極14和15之一作為輸入電極，而另一個電極作為輸出電極。
如圖3所示，高度和寬度為1mm和3.2mm的電容性短片16形成在第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4的第四側面。電容性短片16連接到形成在第一諧振器2下表面上的金屬板8，形成在第二諧振器3下表面上的金屬板12，和形成在漸消型波導4下表面上的金屬板13。電容性短片16相對於漸消型波導4的中心是對稱的，所以，作為第一諧振器2中一部分的電容性短片16的一部分和作為第二諧振器3中一部分的電容性短片16的另一部分有相同的尺寸。
金屬板5，6，8，9，10，12，和13，激勵電極14和15，以及電容性短片16都是由銀製成的。然而，本發明不局限於銀，也可以利用其他種類的金屬代替。
第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4的其餘表面上沒有形成電極，所以，這些表面構成開端。
每個有上述結構的第一諧振器2和第二諧振器3用作四分之一波長(λ/4)介質諧振器。有上述結構的漸消型波導4用作E模波導。
現在解釋由第一諧振器2和第二諧振器3構成的四分之一波長(λ/4)介質諧振器的原理。
圖5表示普通TEM模平面型半波長(λ/2)介質諧振器的透視示意圖。
如圖5所示，普通半波長(λ/2)介質諧振器是由介質塊20，形成在介質塊20上表面上的金屬板21，和形成在介質塊20下表面上的金屬板22構成的。形成在介質塊20上表面上的金屬板21是電位浮動的，而形成在介質塊20下表面上的金屬板22是接地的。介質塊20中所有四個側面是與空氣接觸。在圖5中，介質塊20的長度和寬度是用a和t表示。
為了使主要的TEM模沿這個半波長(λ/2)介質諧振器的z方向傳播，若電場在z＝0的平面處是負最大，則它應當在z＝a的平面處是正最大，如這個圖中的箭頭23所示。確定地，在z＝a/2的平面處應當是最小(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)介質諧振器，可以得到兩個四分之一波長(λ/4)介質諧振器。在這個四分之一波長(λ/4)介質諧振器中，z＝a/2平面的作用是一個完全電導體(PEC)。
圖6表示利用上述方法得到的四分之一波長(λ/4)介質諧振器的透視示意圖。
如圖6所示，四分之一波長(λ/4)介質諧振器是由介質塊30，形成在介質塊30上表面上的金屬板31，形成在介質塊30下表面上的金屬板32，和形成在介質塊30一個側面上的金屬板34所構成。介質塊30的其餘三個側面是與空氣接觸。形成在介質塊30下表面上的金屬板32是接地的。形成在介質塊30一個側面上的金屬板34相當於半波長(λ/2)介質諧振器的完全電導體(PEC)，它使金屬板31與金屬板32短路。在圖6中，箭頭33表示電場，而箭頭35表示電流。
理想地，圖6所示的四分之一波長(λ/4)介質諧振器和圖5所示的半波長(λ/2)介質諧振器應當有相同的諧振頻率。若有相對高介電常數的材料用作介質塊30，則限制在該諧振器內的電場是充分地強。此外，四分之一波長(λ/4)介質諧振器的電磁場分布基本上與半波長(λ/2)介質諧振器的電磁場分布相同。如圖5和圖6所示，四分之一波長(λ/4)介質諧振器的體積是半波長(λ/2)介質諧振器體積的一半。因此，四分之一波長(λ/4)介質諧振器的總能量也是半波長(λ/2)介質諧振器總能量的一半。然而，四分之一波長(λ/4)介質諧振器的空載品質因數(Q0)幾乎與半波長(λ/2)介質諧振器的相同，因為四分之一波長(λ/4)介質諧振器的能量損耗減小到半波長(λ/2)介質諧振器能量損耗的50％左右。所以，在基本不改變諧振頻率和空載品質因數(Q0)的條件下，該四分之一波長(λ/4)介質諧振器能夠小型化。
具體地說，在上述的現有技術中，若諧振頻率為2GHz的帶通濾波器用於製作半波長(λ/2)介質諧振器，該諧振器的尺寸為8.5mm×8.5mm×1.0mm。所以，切割該半波長(λ/2)介質諧振器可以得到尺寸為8.5mm×4.25mm×1.0mm的四分之一波長(λ/4)介質諧振器。然而，8.5mm×4.25mm×1.0mm的四分之一波長(λ/4)介質諧振器的諧振頻率略低於8.5mm×8.5mm×1.0mm的半波長(λ/2)介質諧振器的諧振頻率，因為形成在四分之一波長(λ/4)介質諧振器的介質塊30一個側面上的金屬板34給諧振電路提供了附加的串聯電感。
圖7表示解釋四分之一波長(λ/4)介質諧振器產生的電場和磁場的示意圖。
如圖7所示，四分之一波長(λ/4)介質諧振器的磁場36在整個金屬板34內最大，該金屬板形成在介質塊30的一個側面上。通過連接金屬板34，磁場36使附加的串聯電感改變諧振頻率。所以，四分之一波長(λ/4)介質諧振器的諧振頻率略低於半波長(λ/2)介質諧振器的諧振頻率。在一個實驗中，利用8.5mm×4.25mm×1.0mm的四分之一波長(λ/4)介質諧振器得到的諧振頻率為1.9GHz，它比8.5mm×8.5mm×1.0mm的半波長(λ/2)介質諧振器的諧振頻率低55MHz。
如上所述，雖然空載品質因數(Q0)取決於介質塊的厚度，但在該四分之一波長(λ/4)介質諧振器中，空載品質因數(Q0)不僅取決於介質塊的厚度，還取決於它的寬度。具體地說，該四分之一波長(λ/4)介質諧振器的空載品質因數(Q0)在小於預定寬度的介質塊第一寬度區中隨介質決的寬度按比例增大，而在大於預定寬度的介質塊第二寬度區中基本保持恆定。
所以，通過優化構成四分之一波長(λ/4)介質諧振器的介質塊厚度和寬度，可以得到有所需空載品質因數(Q0)的四分之一波長(λ/4)介質諧振器。例如，為了得到空載品質因數(Q0)約為240的四分之一波長(λ/4)介質諧振器，在諧振頻率約為1.945GHz的四分之一波長(λ/4)介質諧振器情況下，該介質塊的厚度和寬度應當設置成約1.0mm×3.0mm，而在諧振頻率約為2.458GHz的四分之一波長(λ/4)介質諧振器情況下，其厚度和寬度應當設置成約1.2mm×2.4mm。
此外，在這種類型的四分之一波長(λ/4)介質諧振器中，諧振頻率主要取決於該介質塊的長度，而與該諧振器的寬度和厚度幾乎沒有關係。具體地說，諧振頻率隨介質塊長度的縮短而增大。
所以，通過優化構成四分之一波長(λ/4)介質諧振器的介質塊長度，可以得到有所需諧振頻率的四分之一波長(λ/4)介質諧振器。例如，為了得到諧振頻率約為1.945GHz的四分之一波長(λ/4)介質諧振器，該介質塊長度應當設置成約4.25mm，而為了得到諧振頻率約為2.458GHz的四分之一波長(λ/4)介質諧振器，該介質塊長度應當設置成約3.55mm。
這個實施例中的帶通濾波器1是由兩個四分之一波長(λ/4)介質諧振器和漸消型波導4構成的，以上解釋了該介質諧振器的工作原理，漸消型波導4的作用是介於這兩個介質諧振器之間的E模波導。
圖8表示圖2至圖4所示帶通濾波器1的等效電路圖。
在這個圖中，第一諧振器2和第二諧振器3分別用兩個LC並聯電路40和41代表。電阻G是由損耗因數產生的。電容Cs是由電容性短片16產生的。激勵電極14和15是用兩個電容Ce代表。電感Ld代表激勵電極14與15之間的直接耦合電感。作為E模波導的漸消型波導4產生第一諧振器2與第二諧振器3之間串聯的耦合電容C12(內部耦合電容)，並產生一對接地並聯電容C11。電容Css也是由該漸消型波導提供的，其作用是構成與C12的串聯電容。
圖9表示圖2至圖4所示帶通濾波器1的頻率特性曲線圖。
在這個圖中，S11代表反射係數，而S12代表傳輸係數。如圖9所示，帶通濾波器1的諧振頻率約為2.458GHz，它的3dB帶寬約為200MHz。
現在解釋帶通濾波器1中電容性短片16的功能。
如圖8所示，電容性短片16產生與LC並聯電路40和41並聯的電容Cs，並聯電路40和41是由第一諧振器2和第二諧振器3形成的。所以，帶通濾波器1的諧振頻率低於沒有電容性短片16的情況。這意味著，通過添加電容性短片16可以縮短帶通濾波器1的長度。
如上所述，第一諧振器2和第二諧振器3的諧振頻率主要取決於介質塊的長度，即，諧振頻率隨介質塊長度的減小而增大。所以，帶通濾波器1的諧振頻率也隨介質塊長度的減小而增大。因此，帶通濾波器1的長度是由所需諧振頻率(例如，2.458GHz)唯一地確定。然而，在添加電容性短片16的情況下，因為與其長度確定的諧振頻率比較，該諧振頻率降低了，所以，相對基於所需諧振頻率確定的長度，可以縮短帶通濾波器1的長度。
具體地說，為了得到諧振頻率約為2.458GHz的四分之一波長(λ/4)介質諧振器，構成該四分之一波長(λ/4)介質諧振器的介質塊長度通常必須設定在約3.55mm。所以，若這種四分之一波長(λ/4)介質諧振器用作第一諧振器2和第二諧振器3，則帶通濾波器1的長度就是7.4mm(3.55mm×2+0.3mm)。然而，按照這個實施例，因為在帶通濾波器1中採用電容性短片16以降低諧振頻率，可以利用長度為2.95mm的四分之一波長(λ/4)介質諧振器作為第一諧振器2和第二諧振器3以得到上述的諧振頻率(約為2.458GHz)。所以，如圖2至圖4所示，帶通濾波器1的長度可以縮短到6.2mm。
如上所述，添加電容性短片16減小了帶通濾波器1的尺寸。
電容性短片16產生的電容Cs降低了耦合常數k。這意味著，添加電容性短片16可以增大漸消型波導4的厚度。
圖10表示漸消型波導4的厚度與耦合常數k之間關係的曲線圖。漸消型波導4的寬度和長度固定在2.4mm和0.3mm。
如圖10所示，耦合常數k隨漸消型波導4厚度的增大而按指數比例增大。所以，漸消型波導4的厚度是由所需耦合常數k確定的。例如，為了得到0.058的耦合常數k，如圖10所示，漸消型波導4的厚度應當是0.86mm。另一方面，因為漸消型波導4置於第一諧振器2與第二諧振器3之間，最好是，漸消型波導4是足夠的厚以保證帶通濾波器1的機械強度。
然而，在電容性短片16添加到帶通濾波器1中的情況下，因為與漸消型波導4厚度確定的值比較，耦合常數k降低了，漸消型波導4厚度的設定值應當大於根據所需耦合常數k確定的厚度值。
表1表示耦合常數k和諧振頻率如何隨電容性短片16的高度h而變化的情況(BPF尺寸為7.4mm×2.4mm×1.2mm)。
表1
表1表示在寬度為2.4mm，長度為0.3mm，厚度為0.86mm的漸消型波導4情況下，耦合常數k隨寬度為4mm的電容性短片16各種高度h而變化。
電容性短片16的「寬度」定義為在第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4長度方向上延伸的一側寬度。電容性短片16的「高度」定義為在第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4厚度方向上延伸的一側高度。
根據表1顯而易見，耦合常數k隨電容性短片16高度h的增大而降低。
具體地說，在沒有電容性短片16的情況下(高度h＝0mm)，漸消型波導4的厚度必須為0.86mm以得到耦合常數k為0.058的帶通濾波器1，按照這個實施例，可以利用厚度為1.0mm的較厚漸消型波導4以得到相同的耦合常數k，因為帶通濾波器1採用高度為1.0mm的電容性短片16以降低耦合常數k。所以，與不採用電容性短片16的情況比較，可以增強帶通濾波器的機械強度。
如上所述，電容性短片16增強了帶通濾波器1的機械強度。
表1還表示諧振頻率隨寬度為4mm的電容性短片的16各種高度h而變化。
根據表1顯而易見，奇模諧振頻率和偶模諧振頻率都隨電容性短片16高度h的增大而下降。這意味著，有效諧振頻率((奇模諧振頻率+偶模諧振頻率)/2)隨電容性短片16高度h的增大而下降。
此外，輻射損耗降低了，因為電容性短片16形成在第一諧振器2和第二諧振器3的第四側面區域，在該區域中電場是很強的。
圖11表示解釋圖2至圖4中所示帶通濾波器1產生的電場與電容性短片16之間關係的側面示意圖。
根據圖11顯而易見，電容性短片16形成在第一諧振器2和第二諧振器3的第四側面區域，在該區域中電場42是很強的。在不採用電容性短片16的情況下，相對大的輻射損耗出現在第一諧振器2和第二諧振器3的第四側面處，因為這兩個第四側面都與空氣接觸。然而，在電容性短片16形成在第一諧振器2和第二諧振器3的第四側面區域情況下，在該區域中電場是很強的，顯著降低了輻射損耗。
此外，電容性短片16使主模諧振頻率與高階模諧振頻率之間的頻率間隔增大。所以，減小了多餘的高階模諧振對帶通濾波器1處理信號的效應。
如上所述，這個實施例中的帶通濾波器1由於存在電容性短片16而獲得各種效應。
現在解釋本發明的另一個優選實施例。
圖12表示從一側觀察的本發明另一個優選實施例中帶通濾波器50的透視示意圖。圖13表示從相反側觀察的圖12所示帶通濾波器50的透視示意圖。
如圖12和圖13所示，本發明另一個優選實施例中的帶通濾波器50是由第一諧振器51，第二諧振器52，和置於第一諧振器51與第二諧振器52之間的漸消型波導53構成的。第一諧振器51，第二諧振器52和漸消型波導53的總體尺寸與上述實施例的帶通濾波器1中第一諧振器2，第二諧振器3和漸消型波導4的總體尺寸相同。構成第一諧振器51，第二諧振器52，和漸消型波導53的介質塊是用介質材料製成的，其介電常數εr相對較大，即，εr＝93，如同帶通濾波器1中的一樣。
構成第一諧振器51和第二諧振器52介質塊的上表面，下表面，第一側面，和第二側面以及構成漸消型波導53介質塊的上表面，下表面，第一側面，第二側面，第三側面，和第四側面，都按照與以上解釋的帶通濾波器1中對應面的相同定義。然而，在這個實施例的帶通濾波器50中，構成第一諧振器51介質塊的第三側面，構成第二諧振器52介質塊的第四側面，和構成漸消型波導53介質塊的第三側面是共面的。構成第一諧振器51介質塊的第四側面，構成第二諧振器52介質塊的第三側面，和構成漸消型波導53介質塊的第四側面也是共面的。
如圖12和圖13所示，金屬板54和55形成在第一諧振器51的整個上表面和整個第二側面；除了間隙部分56以外，金屬板57形成在第一諧振器51的下表面。這些金屬板54，55，和57是互相之間短路的。類似地，金屬板58和59形成在第二諧振器52的整個上表面和整個第二側面；除了間隙部分60以外，金屬板61形成在第二諧振器52的下表面。這些金屬板58，59，和61是互相之間短路的。金屬板62形成在漸消型波導53的整個下表面。因此，這些金屬板54，55，57，58，59，61，和62是互相之間短路並接地的。
如圖12和圖13所示，激勵電極63形成在第一諧振器51的第三側面上，其中間隙部分56防止激勵電極63與形成在下表面上的金屬板57相接觸。類似地，激勵電極64形成在第二諧振器52的第三側面上，其中間隙部分60防止激勵電極64與形成在下表面上的金屬板61相接觸。利用激勵電極63和64之一作為輸入電極，而另一個電極作為輸出電極。
如圖12和圖13所示，第一電容性短片65形成在第一諧振器51的第四側面上。第一電容性短片65連接到形成在第一諧振器51下表面上的金屬板57。類似地，第二電容性短片66形成在第二諧振器52的第四側面上。第二電容性短片66連接到形成在第二諧振器52下表面上的金屬板61。第一電容性短片65和第二電容性短片66有相同的尺寸。
有上述結構的第一諧振器51和第二諧振器52中的每個諧振器作為四分之一波長(λ/4)介質諧振器。漸消型波導53作為E模波導。
有上述配置的帶通濾波器50具有與上述實施例中帶通濾波器1的相同優點。此外，按照這個實施例，可以降低製造成本，因為第一諧振器51和第二諧振器52有相同的結構。
現在解釋本發明的另一個優選實施例。
圖14表示從一側觀察的本發明另一個優選實施例中帶通濾波器67的透視示意圖。圖15表示從相反側觀察的圖14中帶通濾波器67的透視示意圖。
如圖14和圖15所示，本發明另一個優選實施例中的帶通濾波器67是由第一諧振器68，第二諧振器69，和置於第一諧振器68與第二諧振器69之間的漸消型波導70構成的。構成第一諧振器68，第二諧振器69和漸消型波導70的介質塊是由介質材料製成的，其介電常數εr相對較大，即，εr＝93，與構成帶通濾波器1中第一諧振器2，第二諧振器3，和漸消型波導4的介質塊一樣。
構成第一諧振器68和第二諧振器69介質塊的上表面，下表面，第一側面，和第二側面以及構成漸消型波導70介質塊的上表面，下表面，第一側面，第二側面，第三側面，和第四側面，都按照與以上解釋的帶通濾波器1中對應面的相同定義。在這個實施例的帶通濾波器67中，如同在帶通濾波器1中一樣，第一諧振器68，第二諧振器69，和漸消型波導70的第三側面是共面的，而第一諧振器68，第二諧振器69，和漸消型波導70的第四側面也是共面的。
如圖14和圖15所示，金屬板71和72形成在第一諧振器68的整個上表面和整個第二側面；除了間隙部分73以外，金屬板74形成在第一諧振器68的下表面。這些金屬板71，72，和74是互相之間短路的。類似地，金屬板75和76形成在第二諧振器69的整個上表面和整個第二側面；除了間隙部分77以外，金屬板78形成在第二諧振器69的下表面。這些金屬板75，76，和78是互相之間短路的。金屬板79形成在漸消型波導70的整個下表面。因此，這些金屬板71，72，74，76，77，78和79是互相之間短路並接地的。
如圖14所示，激勵電極80形成在第一諧振器68的第三側面上，其中間隙部分73防止激勵電極80與形成在下表面上的金屬板74相接觸。類似地，激勵電極81形成在第二諧振器69的第三側面上，其中間隙部分77防止激勵電極81與形成在下表面上的金屬板78相接觸。激勵電極81與連接到金屬板71的金屬板75和80相連接。利用激勵電極80和81之一作為輸入電極，而另一個電極作為輸出電極。激勵電極80和81是電感性激勵電極，而上述實施例中所用的激勵電極是電容性激勵電極。
如圖14和圖15所示，其高度與漸消型波導70高度相同的第一電容性短片82形成在第一諧振器68，第二諧振器69，和漸消型波導70的第三側面上。其高度與漸消型波導70高度相同的第二電容性短片83形成在第一諧振器68，第二諧振器69，和漸消型波導70的第四側面上。第一電容性短片82和第二電容性短片83與形成在第一諧振器68，第二諧振器69，和漸消型波導70下表面上的金屬板74，78，和79相接觸。第一電容性短片82和第二電容性短片83中的每個電容性短片相對於漸消型波導70的中心是對稱的，因此，作為第一諧振器68中一部分的第一電容性短片82和第二電容性短片83中的每個部分和作為第二諧振器69中一部分的第一電容性短片82和第二電容性短片83中的另一部分有相同的尺寸。
有上述結構的第一諧振器68和第二諧振器69中的每個諧振器作為四分之一波長(λ/4)介質諧振器。漸消型波導70作為E模波導。
按照這個實施例，因為第一電容性短片82和第二電容性短片83分別形成在第三側面和第四側面上，這兩個電容性短片產生的效應遠遠強於帶通濾波器1和50情況中得到的效應。可以進一步減小帶通濾波器67的總體尺寸，還可以進一步增強它的機械強度。
本發明的展示和描述是參照幾個特定的實施例。然而，應當注意，本發明絕不受所描述裝置細節的限制，在不偏離所附權利要求書範圍的條件下可以作各種變化和改動。
例如，在上述的實施例中，諧振器和漸消型波導的介質塊是由介電常數εr為93的介質材料製成的。然而，可以根據目的利用有不同介電常數的材料。
此外，上述實施例中規定的諧振器和漸消型波導的尺寸僅僅作為例子。可以根據目的利用有不同尺寸的諧振器和漸消型波導。
此外，在上述的實施例中，諧振器和漸消型波導是作為各不相同的部件給以解釋的。然而，這並不意味著它們必須是物理上不同的部件，可以採取另一種方法，在單個介質塊的上表面切割一個縫隙以形成兩個諧振器和置於它們之間的一個漸消型波導。
此外，按照上述的實施例的帶通濾波器1中電容性短片16的寬度是這樣設定的，其相對的兩端位於第一諧振器2和第二諧振器3的第四側面中心。然而，電容性短片16的寬度可以比這個寬度長一些或短一些。值得注意的是，最好這樣設定電容性短片16的寬度，相對的兩端位於第一諧振器2和第二諧振器3的第四側面中心。當電容性短片16的寬度較短時，電容性短片16產生的各種效應就減小。當電容性短片16的寬度較長時，傳導損耗的增加超過電容性短片16產生的各種效應的增加。
此外，按照上述的實施例的帶通濾波器67中激勵電極80和81放置在相同的一側。然而，它們可以放置在不同的一側。圖16和17表示這樣一個例子，其中激勵電極80和81放置在帶通濾波器67中不同的一側。圖16表示從一側觀察這個例子的透視示意圖，而圖17表示從相反側觀察這個例子的透視示意圖。
此外，在上述的實施例中，電容性短片是這樣的，它們與形成在第一介質塊，第二介質塊，和漸消型波導上的金屬板相接觸。然而，本發明不局限於電容性短片與金屬板相接觸，它們可以與金屬板分開地形成。圖18表示這樣一個例子，其中電容性短片16和金屬板在帶通濾波器1中是分開的。利用這種配置可以得到電容性短片16產生的上述效應。值得注意的是，為了有效地得到這種效應，最好是，電容性短片與金屬板是連接的。
如上所述，按照本發明，因為帶通濾波器採用電容性短片，可以減小該帶通濾波器的總體尺寸，並可以增強其機械強度。此外，按照本發明，可以減小出現在該帶通濾波器中諧振器側面處的輻射損耗。而且，按照本發明，可以減小該帶通濾波器中多餘的高階模諧振效應。
所以，本發明提供這樣一種帶通濾波器，可以有利地用於諸如行動電話等的通信終端，LAN(區域網)，和用於ITS(智能傳輸系統)等中的各種通信裝置。
權利要求
1.一種帶通濾波器，包括盤形第一諧振器，它有形成在其一個側面上的輸入終端；盤形第二諧振器，它有形成在其一個側面上的輸出終端；置於第一諧振器與第二諧振器之間的漸消型波導；和電容性短片，它有形成在第一諧振器另一個側面上的第一部分和形成在第二諧振器另一個側面上的第二部分。
2.按照權利要求1的帶通濾波器，還包括形成在漸消型波導一個側面上的金屬板，從而連接電容性短片的第一部分與電容性短片的第二部分。
3.按照權利要求1的帶通濾波器，其中電容性短片的第一部分和電容性短片的第二部分有相同的尺寸。
4.按照權利要求1的帶通濾波器，其中電容性短片還有形成在第一諧振器一個側面上的第三部分和形成在第二諧振器一個側面上的第四部分。
5.一種帶通濾波器，包括第一介質塊和第二介質塊，每個介質塊有上表面，下表面，相對的第一側面和第二側面，以及相對的第三側面和第四側面；第三介質塊，它與第一介質塊第一側面和第二介質塊第一側面相接觸；形成在第一介質塊和第二介質塊的上表面，下表面，和第二側面上的金屬板；形成在第一介質塊第三側面上的第一電極；形成在第二介質塊第三側面上的第二電極；形成在第一介質塊第四側面上的第一電容性短片；形成在第二介質塊第四側面上的第二電容性短片。
6.按照權利要求5的帶通濾波器，其中第一介質塊和第二介質塊有相同的尺寸。
7.按照權利要求5的帶通濾波器，其中第一電容性短片與形成在第一介質塊下表面上的金屬板相接觸，而第二電容性短片與形成在第二介質塊下表面上的金屬板相接觸。
8.按照權利要求5的帶通濾波器，其中第一電容性短片和第二電容性短片有相同的尺寸。
9.按照權利要求5的帶通濾波器，其中第三介質塊有與第一介質塊第一側面相接觸的第一側面，與第二介質塊第一側面相接觸的第二側面，與第一介質塊第三側面平行的第三側面，與第一介質塊第四側面平行的第四側面，與第一介質塊上表面平行的上表面，以及與第一介質塊下表面平行的下表面，金屬板形成在第一介質塊下表面上。
10.按照權利要求9的帶通濾波器，其中第一介質塊至第三介質塊的下表面是共面的。
11.按照權利要求9的帶通濾波器，其中第一介質塊第三側面與第三介質塊第三側面是共面的，而第一介質塊第四側面與第三介質塊第四側面是共面的。
12.按照權利要求5的帶通濾波器，其中第一介質塊第三側面與第二介質塊第三側面是共面的，而第一介質塊第四側面與第二介質塊第四側面是共面的。
13.按照權利要求12的帶通濾波器，其中金屬板形成在第三介質塊的第四側面上，從而使第一電容性短片，第二電容性短片和形成在第三介質塊第四側面上的金屬板成一整體。
14.按照權利要求5的帶通濾波器，其中第一介質塊第三側面與第二介質塊第四側面是共面的，而第一介質塊第四側面與第二介質塊第三側面是共面的。
15.按照權利要求5的帶通濾波器，還包括形成在第一介質塊第四側面上的第三電容性短片和形成在第二介質塊第四側面上的第四電容性短片。
16.按照權利要求15的帶通濾波器，其中第一電極與形成在第一介質塊上表面上的金屬板相接觸，而第二電極與形成在第二介質塊上表面上的金屬板相接觸。
17.按照權利要求5的帶通濾波器，其中第一介質塊與形成在其上表面，下表面和第二側面上的金屬板構成一個四分之一波長(λ/4)介質諧振器，而第二介質塊與形成在其上表面，下表面和第二側面上的金屬板構成另一個四分之一波長(λ/4)介質諧振器。
18.按照權利要求5的帶通濾波器，其中第一電容性短片的一端位於第一介質塊第四側面的中心，而第二電容性短片的一端位於第二介質塊第四側面的中心。
19.一種帶通濾波器，包括第一介質塊和第二介質塊，每個介質塊有上表面，下表面，相對的第一側面和第二側面，以及與第一側面垂直的第三側面；第三介質塊，它與第一介質塊第一側面和第二介質塊第一側面相接觸；形成在第一介質塊和第二介質塊的上表面，下表面，和第二側面上的金屬板；形成在第一介質塊第三側面上的第一電極；形成在第二介質塊第三側面上的第二電極；第一諧振電路與第二諧振電路之間建立的耦合電容，第一諧振電路形成在第一電極與金屬板之間，而第二諧振電路形成在第二電極與金屬板之間，該帶通濾波器還包括一種裝置，用於提供與第一諧振電路並聯的一個附加電容和與第二諧振電路並聯的另一個附加電容。
全文摘要
公開一種可靠地獲得所需特性的小型帶通濾波器。按照本發明的帶通濾波器利用第一盤形諧振器和第二盤形諧振器,該諧振器有形成在其一個側面上的激勵電極;置於第一盤形諧振器與第二盤形諧振器之間的漸消型波導;和形成在第一盤形諧振器和第二盤形諧振器其他側面上的電容性短片。電容性短片減小該帶通濾波器的尺寸,因為盤形諧振器的諧振頻率因電容性短片而降低。此外,電容性短片增強該帶通濾波器的機械強度,因為兩個盤形諧振器之間的耦合常數k因電容性短片而降低。
文檔編號H01P1/20GK1355575SQ0112286
公開日2002年6月26日 申請日期2001年7月12日 優先權日2000年11月29日
發明者薰樹亞欄 申請人:Tdk株式會社