DE69231171T2

DE69231171T2 - Dielektrischer Filter

Info

Publication number: DE69231171T2
Application number: DE69231171T
Authority: DE
Inventors: Kachio Ikeda; Yasumi Kobayashi; Kazuhiko Kuroki; Kenichi Shibata; Kousuke Takeuchi
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1992-03-25
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: DE69231171D1; US5293141A; DE69232296T2; EP0788179A2; DE69232296D1; EP0788182A3; EP0506340A3; US5345202A; US5422612A; EP0788182A2; EP0788179B1; EP0506340B1; EP0506340A2; EP0788179A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches Filter und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Filter, das eine Anzahl von Koaxialresonatoren, einen dielektrischen Block und leitfähige Schichten aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Herkömmlicherweise ist ein dielektrisches Filter, das einen dielektrischen Coaxialresonator verwendet, jeweils durch Verbinden von Coaxialresonatoren mit einer Endfläche der kurzgeschlossenen Bauart aufgebaut worden, die jeweils durch Ausbilden eines dielektrischen Elementes mit einem Durchgangsloch und Beschichten einer äußeren Umfangsfläche des dielektrischen Elementes und einer inneren Umfangsfläche des Durchgangsloches mit einem leitfähigen Element (beispielsweise Silber) und Elektroden, die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, welche zu den entsprechenden Koaxialresonatoren kapazitiv koppelnd sind, geformt sind.
In den vergangenen Jahren sind Kommunikationsgeräte auf dem Gebiet der mobilen Kommunikation bezüglich ihres Gewichts und ihres Umfangs gesenkt worden. Mit dem Senken des Gewichtes und des Umfangs sind kleiner dimensionierte elektrische Filter erforderlich geworden.
Inzwischen muß das Verhältnis von innerem Koaxialdurchmesser zu äußerem Koaxialdurchmesser 3,6 sein, um einen hohen Q-Wert (unbelasteter Q-Wert) zu erhalten. Bei der Herstel lung von klein dimensionierten dielektrischen Filtern ist daher, wenn der äußere Koaxialdurchmesser nicht größer als 4 mm ist, der innere Koaxialdurchmesser nicht größer als 1,2 mm. Es ist daher schwierig, ein Element für den externen Anschluß in die Durchgangslöcher der vorstehend beschriebenen Koaxialresonatoren einzusetzen, um diese an einen externen Schaltkreis anzuschließen, wie dies vorstehend beschrieben ist. Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat in der US-Patentanmeldung S. N. 671615 ein dielektrisches Filter zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen.
Wenn weiterhin ein Filter durch Koaxialresonatoren gebildet ist, die nicht weniger als drei Stufen aufweisen, ist die Länge des Koaxialresonators in der mittleren Stufe länger als diejenige der Koaxialresonatoren der ersten Stufe und der Endstufe gemacht. Daher tritt das Problem auf, daß Koaxialresonatoren mit unterschiedlichen Längen erforderlich sind.
Andererseits wird bei mobilen Kommunikationsgeräten eine Antennen-Sende-Empfangs-Weiche zum Trennen und Kombinieren von Signalen, die unterschiedliche Frequenzen haben, in Abhängigkeit von der Frequenz, verwendet. Eine derartige Antennen-Sende-Empfangs-Weiche hat ein dielektrisches Filter zum Senden und ein dielektrisches Filter zum Empfangen, das sich bezüglich der Mittenfrequenz unterscheidet. Für ein derartiges dielektrisches Filter wird das Intervall zwischen der Mittenfrequenzen eines Empfangsbandes und eines Sendebandes mit höherer Frequenz bei der Mobilkommunikation kürzer, so daß es schwierig wird, die erforderliche Durchlaßbereichsranddämpfung zu erzielen. Daher muß das in dem Antennenduplexer verwendete dielektrische Filter einen Dämpfungspol in seinen Charakteristika haben.
Beispiele eines Verfahrens zum Ausbilden eines Pols in einem Dämpfungsbereich umfassen eines zum direkten Anschließen von Resonatoren durch ein Reaktanzelement, wobei wenig stens ein Resonator übersprungen wird, um in einem dielektrischen Filter einen solchen Pol zu bilden, wie dies in der japanischen Patentoffenlegungs-Gazette Nr. 77703/1987 offenbart ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Filter kleiner Baugröße zu schaffen, bei dem die Antiresonanzkapazitanz zum Erzielen der Filtercharakteristika einen Dämpfungspol hat, und zwischen den Koaxialresonatoren eine gute Kopplung mit guter Verarbeitbarkeit erzielt werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat auch die Aufgabe, ein Filter zum Verhindern einer Eingangs-Ausgangs-Direktkopplung zu schaffen, die durch eine Masseelektrode erzielt wird, und zwar infolge der Tatsache, daß das an Masse legen der Masseelektrode ein offener Zustand ist.
Die vorliegende Erfindung hat auch die Aufgabe, ein Filter kleiner Baugröße zu schaffen, bei dem unerwünschte Filtercharakteristika bei der Resonanzfrequenz in einem höheren TEM-(Transvers-Electromagnetic)-Modus ohne daß eine Schaltung komplizierter wird, gelöst werden kann.
Die Erfindung schafft ein dielektrisches Filter mit: einer Anzahl von Koaxialresonatoren, wobei jeder Koaxialresonator aufweist: einen dielektrischen Block mit einer äußeren Umfangsfläche und einer inneren Umfangsfläche parallel zu einer gemeinsamen Achse und mit ersten und zweiten Endflächen, die die Achse schneiden, ersten und zweiten leitfähigen Schichten, die die äußere Umfangsfläche und die innere Umfangsfläche beschichten, einer dritten leitfähigen Schicht, die auf der zweiten Endfläche ausgebildet ist, um die erste und zweite leitfähige Schicht kurzzuschließen, gekennzeichnet durch einen abgesenkten Teil, der durch Entfernen eines Teils der ersten leitfähigen Schicht auf der Seite der ersten Endfläche oder eines Teils der ersten leitfähigen Schicht, die den dielektrischen Block enthält, gebildet ist; und ein dielektrisches Substrat mit einer Anzahl von Elektroden zur externen Verbindung, die auf seiner einen Hauptfläche ausgebildet sind und einer Anzahl von Masselektroden entsprechend den Elektroden zur externen Verbindung und zu diesen elektrisch isoliert, die auf der anderen Hauptfläche ausgebildet sind, und auf dem abgesenkten Teil befestigt sind, wobei eine Hauptfläche an diesem anliegt.
Ein Filter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der US-PS-4703291 bekannt.
Ein die vorliegende Erfindung verkörperndes, dielektrisches Filter kann aufweisen eine Anzahl von Koaxialresonatoren, wobei jeder Koaxialresonator aufweist einen dielektrischen Black mit einer äußeren Umfangsfläche und einer inneren Umfangsfläche parallel zu einer gemeinsamen Achse und mit ersten und zweiten Endflächen, die die gemeinsame Achse schneiden, erste und zweite leitfähige Schichten, die die äußere Umfangsfläche und die innere Umfangsfläche beschichten, eine dritte leitfähige Schicht, die auf der zweiten Endfläche ausgebildet ist, um die ersten und zweiten leitfähigen Schichten kurzzuschließen, und einen abgesenkten Teil, der durch Entfernen eines Teils der ersten leitfähigen Schicht auf der Seite der ersten Endfläche oder eines Teils der ersten leitfähigen Schicht, die den dielektrischen Block enthält, gebildet ist; ein dielektrisches Substrat mit einer Anzahl von Kapazitanz-bildenden Elektroden zum Erzeugen von Kapazitanzen zwischen den Elektroden und den zweiten leitfähigen Schichten der Koaxialresonatoren und externen Anschlußmitteln, die auf diesen ausgebildet sind, und auf dem abgesenkten Teil befestigt sind; und Reaktanz-Mittel, die auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind, um die Kapazitanz-bildenden Elektroden miteinander zu koppeln.
Weiterhin kann ein dielektrisches Filter, das die vorliegende Erfindung verkörpert, aufweisen einen dielektrischen Block, der eine äußere Umfangsfläche und eine Anzahl von inneren Umfangsflächen parallel zu einer gemeinsamen Achse aufweist, und erste und zweite Endflächen hat, die die gemeinsame Achse schneiden; eine erste leitfähige Schicht, die auf der äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist; eine Anzahl von zweiten leitfähigen Schichten, die auf der Anzahl von inneren Umfangsflächen ausgebildet sind; eine dritte leitfähige Schicht, die auf der zweiten Endfläche ausgebildet ist, um die ersten und zweiten leitfähigen Schichten kurzzuschließen; einen abgesenkten Teil, der durch Entfernen eines Teils der ersten leitfähigen Schicht auf der Seite der ersten Endfläche oder eines Teils der ersten leitfähigen Schicht, die den dielektrischen Block enthält, ausgebildet ist; ein dielektrisches Substrat mit einer Anzahl von Kapazitanz-bildenden Elektroden zum Bilden von Kapazitanzen zwischen den Elektroden und den zweiten leitfähigen Schichten und externen Anschlußmitteln, die auf diesen ausgebildet sind, und auf dem abgesenkten Teil befestigt sind; und Reaktanzmitteln, die auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind, um die Kapazitanz-bildenden Elektroden miteinander zu koppeln.
Die Kapazitanz-bildenden Elektroden, welche auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind, bilden Antiresonanz- Kapazitanzen zwischen den Elektroden und den zweiten leitfähigen Schichten, und das Reaktanzelement zum Koppeln der Kapazitanz-bildenden Elektroden ist auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen, wodurch ein dielektrisches Filter kleiner Baugröße erhalten wird, das leicht hergestellt werden kann.
Weiterhin kann ein die vorliegende Erfindung verkörperndes dielektrisches Filter aufweisen eine Anzahl von Koaxialresonatoren, wobei jeder Koaxialresonator aufweist einen die lektrischen Block mit einer äußeren Umfangsfläche und einer inneren Umfangsfläche parallel zu einer gemeinsamen Achse und erste und zweite Endflächen, die die gemeinsame Achse schneiden, erste und zweite leitfähige Schichten, die die äußere Umfangsfläche und die innere Umfangsfläche beschichten, eine dritte leitfähige Schicht, die auf der zweiten Endfläche ausgebildet ist, um die ersten und zweiten leitfähigen Schichten kurzzuschließen, und einen abgesenkten Teil, der durch Entfernen eines Teils der ersten leitfähigen Schicht auf der Seite der ersten Endfläche oder eines Teils der ersten leitfähigen Schicht, welche den dielektrischen Block enthält, gebildet ist; und ein dielektrisches Substrat mit einer Anzahl von Elektroden zum externen Anschließen, die auf dessen einer Hauptfläche ausgebildet sind und eine Anzahl von Masseelektroden entsprechend den externen Anschlußelektroden und elektrisch gegeneinander isoliert, die auf der anderen Hauptfläche ausgebildet und auf dem abgesenkten Teil befestigt sind, wobei die eine Hauptfläche an diesem anliegt.
Weiterhin kann ein die vorliegende Erfindung verkörperndes, dielektrisches Filter aufweisen einen dielektrischen Block mit einer äußeren Umfangsfläche und einer Anzahl von inneren Umfangsflächen parallel zu einer gemeinsamen Achse und mit ersten und zweiten Endflächen, die die gemeinsame Achse schneiden; eine erste leitfähige Schicht, die auf der äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist; eine Anzahl von zweiten leitfähigen Schichten, die auf der Anzahl von inneren Umfangsflächen ausgebildet sind; eine dritte leitfähigen Schicht, die auf der zweiten Endfläche ausgebildet ist, um die ersten und zweiten leitfähigen Schichten kurzzuschließen; einen abgesenkten Teil, der durch Entfernen eines Teils der ersten leitfähigen Schicht auf der Seite der ersten Endfläche oder eines Teils der ersten leitfähigen Schicht, die den dielektrischen Block enthält, gebildet ist; und ein dielektrisches Substrat mit einer Anzahl von Elektroden zum externen Anschließen, die auf dessen einer Hauptfläche ausgebildet sind, und mit einer Anzahl von Masseelektroden entsprechend den externen Anschlußelektroden und gegeneinander elektrisch isoliert, die auf der anderen Hauptfläche ausgebildet und auf diesem abgesenkten Teil befestigt sind, wobei die eine Hauptfläche an diesem anliegt.
Bei den vorstehend beschriebenen dielektrischen Filtern sind die Anzahl der Masselektroden, die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, gegeneinander elektrisch isoliert. Demgemäß fließen alle Teile mit Ausnahme eines reflektierten Teils der Leistung, der nicht an den Koaxialresonator an der Eingangsseite gekoppelt ist, in die Masse, woraus keine Eingangs-Ausgangs-Direktkopplung resultiert.
Weiterhin hat in einem dielektrischen Filter, welches die vorliegende Erfindung verkörpert, und das eine Anzahl von Koaxialresonatoren hat, die jeweils einen äußeren Umfangsleiter und einen inneren Umfangsleiter haben, der durch Beschichten einer äußeren Umfangsfläche und einer inneren Umfangsfläche eines dielektrischen Elementes mit einem leitfähigen Element gebildet ist, und bei denen eine Endfläche kurzgeschlossen ist, wenigstens ein Koaxialresonator der Anzahl von Koaxialresonatoren, eine andere Länge als die anderen Koaxialresonatoren und hat die gleiche Basis-Resonanzfrequenz wie diejenige der anderen Koaxialresonatoren, in dem eine Resonanzfrequenz-Korrekturkapazitanz an den inneren Umfangsleiter angeschlossen ist.
Bei diesem dielektrischen Filter unterscheiden sich die Koaxialresonatoren bezüglich der Länge und damit bezüglich der höheren Resonanzfrequenzkomponente, selbst wenn die Basisresonanzfrequenzen der Anzahl von Koaxialresonatoren durch die Resonanzfrequenz-Korrekturkapazitanz die gleiche ist. Daraus folgt, daß es möglich ist, ein dielektrisches Filter kleiner Baugröße zu erhalten, bei dem die Durchgangscharakteristika in einer Resonanzfrequenz in einem höheren TEM-Modus begrenzt und die Streufiltercharakteristika verbessert sind, ohne daß ein Schaltkreis komplizierter ist.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Figuren hervor.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Aussehen eines ersten dielektrischen Filters das für die vorliegende Erfindung relevant ist;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des ersten dielektrischen Filters;
Fig. 3 ein Diagramm der Frequenzcharakteristika des ersten dielektrischen Filters;
Fig. 4 das Aussehen eines zweiten dielektrischen Filters, das für die vorliegende Erfindung relevant ist;
Fig. 5A bis 5F schematische Darstellungen eines Kapazitanz- Teils, der auf einem dielektrischen Substrat ausgebildet wird;
Fig. 6 das Aussehen eines dritten dielektrischen Filters in perspektivischer Darstellung, das für die vorliegende Erfindung relevant ist;
Fig. 7 ein Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des dritten dielektrischen Filters;
Fig. 8 ein Diagramm der Frequenzcharakteristika des dritten dielektrischen Filters;
Fig. 9A und 9B schematische Darstellungen einer Induktanz, die auf einem dielektrischen Substrat ausgebildet ist;
Fig. 10A das Aussehen eines dielektrischen Filters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung;
Fig. 10B das dielektrische Filter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht im Schnitt;
Fig. 10C das dielektrische Filter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht von unten;
Fig. 10D ein dielektrisches Substrat in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht;
Fig. 11 ein Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des dielektrischen Filters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ein Diagramm der Frequenzcharakteristika des dielektrischen Filters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13A das Aussehen eines dielektrischen Filters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung;
Fig. 13B das dielektrische Filter gemäß der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht von unten;
Fig. 14 ein Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des dielektrischen Filters gemäß der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15A das Aussehen eines sechsten dielektrischen Filters, das für die vorliegende Erfindung relevant ist, in perspektivischer Darstellung;
Fig. 15B das dielektrische Filter gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht von unten;
Fig. 16 das Diagramm der Frequenzcharakteristika des dielektrischen Filters gemäß des sechsten dielektrischen Filters;
Fig. 17 das Aussehen eines siebten dielektrischen Filters, das für die vorliegende Erfindung relevant ist, in perspektivischer Darstellung;
Fig. 18A eine explosionsartige perspektivische Darstellung eines Resonators, mit einem Koaxialresonator und einem eine Kapazitanz-bildenden Teil in dem siebten dielektrischen Filter;
Fig. 18B den Resonator mit dem Koaxialresonator und dem, die Kapazitanz-bildenden Teil in dem siebten dielektrischen Filter in einer Schnittansicht;
Fig. 19 ein Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des siebten dielektrischen Filter;
Fig. 20 ein Diagramm der Frequenzcharakteristika des siebten dielektrischen Filters;
Fig. 21A bis 21C einen achten Resonator im Schnitt;
Fig. 22 das Aussehen eines Antennenduplexers in perspektivischer Darstellung;
Fig. 23 ein schematisches Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des Antennenduplexers gemäß Fig. 22;
Fig. 24 das Aussehen eines weiteren Antennenduplexers in perspektivischer Darstellung;
Fig. 25 das schematische Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des in der Fig. 24 gezeigten Antennen-Duplexers;
Fig. 26 das Aussehen eines weiteren Antennenduplexers in perspektivischer Darstellung;
Fig. 27 ein schematisches Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des in der Fig. 26 gezeigten Antennenduplexers;
Fig. 28 ein schematisches Schaltbild einer Äquivalenzschaltung eines weiteren Antennenduplexers;
Fig. 29 ein Diagramm der Frequenzcharakteristika des in der Fig. 28 gezeigten Antennenduplexers;
Fig. 30 ein Diagramm der Frequenzcharakteristika des Antennenduplexers gemäß Fig. 22;
Fig. 31A das Aussehen eines herkömmlichen dielektrischen Filters in perspektivischer Darstellung;
Fig. 31B das herkömmliche dielektrische Filter im Schnitt;
Fig. 32A ein dielektrisches Substrat des herkömmlichen dielektrischen Filters in perspektivischer Darstellung;
Fig. 32B das dielektrische Substrat des herkömmlichen dielektrischen Filters in einer Ansicht von unten;
Fig. 32C das dielektrische Substrat des herkömmlichen dielektrischen Filters im Schnitt;
Fig. 33 ein Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des herkömmlichen dielektrischen Filters; und
Fig. 34 ein Diagramm der Frequenzcharakteristika des herkömmlichen dielektrischen Filters.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines ersten Beispiels eines dielektrischen Filters, bei dem drei Koaxialresonatoren 25 bis 27 ein Bandpaßfilter bilden, das einen Pol im Sperrbereich hat. Jeder der Koaxialresonatoren 25 bis 27 ist ein Koaxialresonator mit einer Endfläche vom kurzgeschlossenen Typ, bei dem eine äußere Umfangsfläche eines dielektrischen Elementes (Dielektrizitätskonstante 40) aus einem TiO&sub2;- SnO&sub2;-ZrO&sub2;-System, mit einem Durchgangsloch versehen ist, und eine innere Umfangsfläche des Durchgangsloches mit einem leitfähigen Element, wie beispielsweise Silber, beschichtet ist. Die Seiten des Resonators im Querschnitt, rechtwinklig zu der Längsrichtung sind jeweils 3 mm lang, und die Länge des Resonators in der Längsrichtung beträgt 4,8 mm. Die Koaxialresonatoren 25 bis 27 sind mit einem abgesenkten Teil 28 versehen, der durch Entfernen eines Teils eines äußeren Umfangsleiters 25c bis 27c, der die dielektrischen Elemente 25a bis 27a enthält, auf eine Tiefe von ungefähr 0,5 mm an der Seite des offenen Endes, ausgebildet.
Ein aus Aluminiumoxid hergestelltes dielektrisches Substrat 29 ist auf dem abgesenkten Teil 28 befestigt. Auf der Oberseite des dielektrischen Substrats 29 sind Kapazitanz-bildende Elektroden 29a bis 29c, Eingangs-Ausgangs-Elektroden 29d und 29e und eine Kopplungselektrode 19f für die Zwischenstufe ausgebildet. Die Kapazitanz-bildenden Elektroden 29a bis 29c liegen den inneren, peripheren Leitern 25d bis 27d mit dazwischen liegenden dielektrischen Elementen gegenüber, wenn das dielektrische Substrat 29 auf dem abgesenkten Teil 28 der Koaxialresonatoren 25 bis 27 befestigt wird, um Antiresonanz-Kapazitanzen C10 bis C12 zu bilden, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist. Die Werte der Antiresonanz-Kapazitanzen C10 bis C12 sind bestimmt, beispielsweise durch die Flächen der die Kapazitanz-bildenden Elektroden 29a bis 29c, und den Abstand zwischen dem inneren peripheren Leitern 25d bis 27d und den die Kapazitanz-bildenden Elektroden 29a bis 29c. Je größer die Werte der Antiresonanz-Kapazitanzen C10 bis C12 sind, umso tiefer ist ein Dämpfungspol in den Filtercharakteristika ausgebildet, und umso größer ist die Differenz zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanz-Frequenz.
Die Chip-Kondensatoren 30 bis 33 sind an vorbestimmten Orten zwischen den vorstehend beschriebenen Elektroden 29a bis 29e, die an der Oberseite des dielektrischen Substrats 29 ausgebildet sind, vorgesehen. Die Chipkondensatoren 30 und 31 werden als Zwischenstufenkopplungskondensatoren verwendet, die jeweils mit der Zwischenstufenkopplungselektrode 29f verbunden sind, um die Koaxialresonatoren 25 und 26 und 26 und 27 zu koppeln. Die Chipkondensatoren 32 und 33 werden als Eingangskopplungskondensatoren verwendet, die jeweils zwischen die Eingangs-Ausgangs-Elektroden 29d und 29e und die Kapazitanz-bildenden Elektroden 29a und 29c geschaltet sind.
Die Eingangs-Ausgangs-Elektroden 29d und 29e werden einer Durchgangsloch-Metallisierung unterzogen und sind mit Eingangs-Ausgangs-Stapelelektroden (nicht dargestellt), die an der gegenüberliegenden Oberfläche des dielektrischen Substrats 29 durch Einsetzen vorgesehen sind, verbunden.
Das so aufgebaute dielektrische Filter ist in der Fig. 2 durch eine Äquivalenzschaltung repräsentiert gezeigt, und es werden Filtercharakteristika erzielt, die an der unteren Frequenzseite eines Durchlaßbereiches einen Dämpfungspol haben, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist. In dem dielektrischen Filter sind die Antiresonanz-Kapazitanzen jeweils zwischen den inneren peripheren Leitern der Koaxialresonatoren und den Kapazitanz-bildenden Elektroden ausgebildet, die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, und die Kapazitanz-bildenden Elektroden sind miteinander durch ein Reaktanzelement gekoppelt, das durch die Zwischenstufenkopplungskondensatoren 30 und 31 gebildet ist, so daß die entsprechenden Resonatoren miteinander gekoppelt sind, um Frequenzcharakteristika mit einem Dämpfungspol zu haben. Da die Kapazitanz-bildenden Elektroden miteinander durch das Reaktanzelement gekoppelt sind, welches durch die Zwischenstufenkopplungskondensatoren 30 und 31 gebildet ist, kann darüberhinaus eine Eingangs-Ausgangs-Direktkopplung, die durch eine Masselektrode infolge der Tatsache, daß das an Masse legen der Masseelektrode in einem offenen Zustand ist, verhindert werden. Daraus folgt, daß die Verschlechterung der Außerbanddämpfung in den Frequenzcharakteristika des Filters begrenzt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines zweiten Beispiels eines dielektrischen Filters mit einer Anzahl von Koaxialresonatoren, die jeweils eine Endfläche kurzgeschlossen haben, jeweils mit einem äußeren Umfangsleiter und inneren Umfangsleitern, die ausgebildet sind, indem ein dielektrisches Element 34 mit einer Anzahl von Durchgangslöchern 34a bis 34c versehen ist, und eine äußere Umfangsfläche des dielektrischen Elementes 34 und die inneren Umfangsflächen der Durchgangslöcher mit einem leitfähigen Element beschichtet sind. Ein abgesenkter Teil 35 ist durch Entfernen eines Teils des äußeren Umfangsleiters an der offenen Stirnseite der Koaxialresonatoren oder eines Teils des äußeren Umfangsleiters, der das dielektrische Element umfaßt, ausgebildet, und ein dielektrisches Substrat 29a, welches das gleiche wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist, ist auf dem abgesenkten Teil 35 befestigt.
Obwohl in den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten dielektrischen Filtern die Chipkondensatoren als ein Kapazitanzelement verwendet werden, das auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen ist, können die in den Fig. 5A bis 5F gezeigten Strukturen ebenfalls verwendet werden. Im ein zelnen bilden in den Fig. 5A und 5B ein paar Elektroden 29g und 29h, deren Enden mit vorbestimmtem Abstand einander gegenüber liegen, die auf einem dielektrischen Substrat 29 ausgebildet sind, eine Kapazitanz. In der Fig. 5B ist jede der Elektroden 29g und 29h in einer Doppelkammform ausgebildet, so daß es möglich ist, eine größere Kapazitanz als in der Fig. 5A gezeigt, zu bilden.
In den Fig. 5C und 5D ist in einem Ende der einen Elektrode 29g ein dielektrisches Stück 36 angeordnet, und die aridere Elektrode 29h erstreckt sich der oberen Oberfläche des dielektrischen Stückes 36, um eine Kapazitanz zu bilden. Die Fig. 5C ist eine perspektivische Darstellung, und die Fig. 5D zeigt eine Ansicht im Schnitt. In den Fig. 5E und 5F ist ein dielektrisches Stück 38, auf dessen oberer Oberfläche eine Elektrode 37 vorgesehen ist, auf den Oberseiten der in der Fig. 5A gezeigten Elektroden angeordnet, um eine Kapazitanz zu bilden. Fig. 5E ist eine perspektivische Darstellung und Fig. 5F zeigt eine Ansicht im Schnitt.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung eines dritten Beispiels eines dielektrischen Filters, bei dem drei Koaxialresonatoren 39 bis 41 verwendet werden, um ein Sperrfilter zu bauen.
Die Musterinduktoren 42d bis 42g, die mit den Kapazitanzbildenden Elektroden 42a bis 42c verbunden sind, sind auf einem dielektrischen Substrat 42 ausgebildet. Dieses dielektrische Filter ist in der Fig. 7 durch eine Äquivalenzschaltung repräsentiert gezeigt, und die Filtercharakteristika sind bandverhindernde Charakteristika, die einen Dämpfungspol haben, wie dies in der Fig. 8 gezeigt ist.
Obwohl bei dem dritten dielektrischen Filter die Musterinduktoren 42d bis 42g, die auf dem dielektrischen Substrat 42 ausgebildet sind, als ein Induktanzelement verwendet werden, können Strukturen, wie sie in den Fig. 9A und 9B gezeigt sind, verwendet werden. Wie in einer perspektivi schen Darstellung der Fig. 9A und einer Darstellung im Schnitt gemäß Fig. 9B gezeigt, ist auf der oberen Oberfläche eines Paares Elektroden 42h und 42i, die einander mit vorbestimmten Abstand gegenüber liegen und auf dem dielektrischen Substrat 42 vorgesehen sind, ausgebildet, und ein dielektrisches Stück 43 mit einem Paar miteinander verbundener, metallisierter Durchgangslöcher 43b und 43c ist mit der Elektrode 43a verbunden.
In den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten dielektrischen Filtern sind die Kapazitanz-bildenden Elektroden durch das Reaktanzelement, das durch die Zwischenstufenkopplungskondensatoren 30 und 31 gebildet ist, miteinander gekoppelt. Demgemäß wird eine Eingangs-Ausgangs-Direktkopplung, die durch eine Masselektrode erzielt wird, und zwar infolge der Tatsache, daß das an Masse legen der Masseelektrode in einem offenen Zustand ist, verhindert. Daraus folgt, daß es möglich ist, die Verschlechterung der Außenbanddämpfung in den Frequenzcharakteristika des Filters zu begrenzen.
In einem dielektrischen Filter, das zum Ausbilden eines Pols P in einem Dämpfungsbereich der Filtercharakteristika durch Sprungkapazitanzen C3, C'3 und C"3 verwendet wird, wie dies in der Fig. 32 gezeigt ist, wird jedoch, wenn das an Masse legen einer Masseelektrode 3b an ein dielektrisches Substrat 3' unvollständig ist, durch die Masseelektrode 3b zwischen den Verbindungselektroden 3d' und 3d" eine kapazitive Kopplung erzielt, wodurch die Filtercharakteristika signifikant verschlechtert werden. Insbesondere in einem Mikrowellenband von nicht weniger als 10 GHz, ist es schwierig, eine vollständige Erdung zu erzielen, so daß die Außerbanddämpfung in den Frequenzcharakteristika des Filters signifikant verschlechtert ist.
In den folgenden dielektrischen Filtern wird eine Eingangs- /Ausgangs-Direktkopplung durch eine Masseelektrode erzielt, und zwar infolge der Tatsache, daß das an Masse legen der Masseelektrode in einem unvollständigen Zustand, bei einem dielektrischen Filter, das für das Ausbilden eines Pols P in einem Dämpfungsbereich der Filtercharakteristika durch eine Sprungkopplung verwendet wird, verhindert wird.
Fig. 10 ist eine Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein erster Koaxiaresonator 50 und ein zweiter Koaxialresonator 51 ein dielektrisches Filter bilden. Der erste Koaxialresonator 50 ist einer an der Eingangsseite und der zweite Koaxialresonator 51 ist einer an der Ausgangsseite. Die ersten und zweiten Koaxialresonatoren 50 und 51 sind jeweils mit abgesenkten Teilen 52 und 52' versehen und ein dielektrisches Substrat 53, das wie in der Fig. 10D gezeigt, eine Eingangs-Verbindungselektrode 53a und eine Ausgangsverbindungselektrode 53a hat, sind auf den abgesenkten Teilen 52 und 52' befestigt, so daß die Verbindungselektroden 53a und 53a' jeweils an die inneren Umfangsleiter 50d und 51d' der Koaxialresonatoren 50 und 51 gekoppelt sind.
Weiterhin wird eine Kopplung (Zwischenstufenkopplung) zwischen den Koaxialresonatoren 50 und 51 erzielt, in dem Fenster (nicht dargestellt), die durch Entfernen von Teilen der entsprechenden äußeren Umfangsleiter 50c und 51c der Koaxialresonatoren 50 und 51 ausgebildet sind, miteinander verbunden werden.
Wie in der Ansicht von unten gemäß Fig. 10C zu sehen ist, sind an der rückwärtigen Oberfläche des dielektrischen Substrats 53 entsprechend der Eingangs-Ausgangs- Verbindungselektroden 53a und 53a erste und zweite Masseelektroden 53b und 53b' ausgebildet. Der Abstand zwischen den ersten und zweiten Masseelektroden 53b und 53b' ist im wesentlichen ein Abstand, bei welchen die Elektroden nicht miteinander gekoppelt werden, und das Eindringen von Rauschen verhindert ist, und beträgt beispielsweise 0,2 mm.
Fig. 11 zeigt ein Schaltbild einer Äquivalenzschaltung des dielektrischen Filters gemäß Fig. 10, wobei C1 und C1' jeweils Kopplungskapazitanzen anzeigen, die zwischen den inneren Umfangsleitern 50d und 51d' der Koaxialresonatoren 50 und 51 und den Verbindungselektroden 53a und 53a auf dem dielektrischen Substrat 53 ausgebildet sind, C2 und C2' zeigen Kapazitanten an, die jeweils zwischen den Verbindungselektroden 53a und 53a' und den ersten und zweiten Masseelektroden 53b und 53b' ausgebildet sind, C3 zeigt eine Zwischenstufenkopplungskapazitanz an und Z und Z' zeigen Impedanzkomponenten an, die auftreten, wenn das an Masse legen der Masseelektroden 53b und 53b' unvollständig ist.
Fig. 12 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristika des dielektrischen Filters gemäß Fig. 10 zeigt, wobei eine gestrichelte Linie die Frequenzcharakteristika eines dielektrischen Filters zeigt, das den in der Fig. 31 gezeigten Aufbau hat. Wie aus dem Charakteristikadiagramm zu ersehen ist, ist eine Eingangs-Ausgangs-Direktkopplung verhindert, indem eine Masseelektrode, die auf der gegenüberliegenden Oberfläche des dielektrischen Substrats 53 ausgebildet ist, geteilt ist, um die Außerbanddämpfungscharakteristika des Filters zu verbessern.
Fig. 13 ist eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der fünf Koaxialresonatoren 61 bis 64 ein Filter bilden.
Fig. 13A ist eine perspektivische Darstellung und Fig. 13B zeigt eine Ansicht von unten. Die Resonatoren 61 bis 64 sind mit einem abgesenkten Teil 65 versehen, und ein dielektrisches Substrat 70 ist auf dem abgesenkten Teil 65 befestigt. Die Resonatoren 61 bis 64 sind miteinander über Kopplungsfenster (nicht gezeigt) gekoppelt.
Die Eingangs-Ausgangs-Verbindungselektroden 70a und 70a' und die Kapazitanz-bildenden Elektroden 70c und 70c' sind jeweils an der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 70 ausgebildet und Flachelektroden für die externe Verbindung 70d und 70d' sind durch Verlängern der Eingangs- /Ausgangs-Verbindungselektroden 70a und 70a' und der Masseelektroden 70b&sub1; bis 70b&sub4; bis zu Positionen entsprechend der Verbindungselektroden 70a bis 70a ausgebildet, und die Kapazitanz-bildenden Elektroden 70c und 70c' sind an deren unterer Oberfläche ausgebildet.
Die Eingangs-/Ausgangs-Kopplungskapazitanzen C21 und C21' sind jeweils zwischen den Eingangs-Ausgangs-Verbindungselektroden 70a und 70a' und den inneren Umfangsleitern 61d und 64d der Koaxialresonatoren 61 und 64 ausgebildet, und die Resonatorlänge korrigierende Kapazitanzen C24 und C24' sind jeweils zwischen den die Kapazitanz-bildenden Elektroden 70c und 70c' und den inneren Umfangsleitern 62d und 63d der Koaxialresonatoren 62 und 63 angeordnet sind, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist.
Fig. 14 zeigt eine Äquivalenzschaltung des dielektrischen Filters gemäß Fig. 13. In dem Schaltbild gemäß Fig. 14 bezeichnen C23, C23' und C23" Zwischenstufenkopplungskapazitanzen, und C25 und C25' bezeichnen Kapazitanzen, die jeweils zwischen den Kapazitanz-bildenden Elektroden 70C und 70C' und den Masselelektroden 70b2 und 70b3 ausgebildet sind.
Wenn in einem Dämpfungsbereich der Filtercharakteristika ein Pol P ausgebildet ist, sind die Resonatoren über eine Sendeleitung miteinander verbunden, wobei wenigstens ein Resonator übersprungen wird. Beispielsweise können die Eingangs-Ausgangs-Verbindungselektrode 70 und die Kapazitanz- bildende Elektrode 70c' und/oder die Eingangs-Ausgangs- Verbindungselektrode 70a' und die Kapazitanz-bildende Elek trode 70c miteinander über eine Übertragungsleitung in überspringender Art und Weise verbunden sein.
Fig. 15 zeigt eine Darstellung eines sechsten dielektrischen Filters, das eine Anzahl von Koaxialresonatoren enthält, die jeweils eine kurzgeschlossene Endfläche haben, die einen äußeren Umfangsleiter 81c und innere Umfangsleiter haben, die durch Schaffen eines dielektrischen Elementes mit einer Anzahl von Durchgangslöchern 81b, 81b' und 81b" und Beschichten einer äußeren Umfangsfläche des dielektrischen Elementes und der inneren Umfangsflächen der Durchgangslöcher mit einem leitfähigen Element gebildet sind.
Ein abgesenkter Teil 82 ist durch Entfernen eines Teils des äußeren Umfangsleiters an der Seite der offenen Stirnseite der Koaxialresonatoren oder eines Teils des äußeren Umfangsleiters, der das dielektrische Element enthält, gebildet, und ein dielektrisches Substrat 83, das externe Verbindungselektroden 83a und 83a und Masseelektroden 83b und 83b' hat, die in einem im wesentlichen mittleren Teil separiert sind, ist auf dem abgesenkten Teil 82 befestigt, um ein dielektrisches Filter aufzubauen.
Wenn Kapazitanz-bildende Elektroden auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, ist eine Masseelektrode an der gegenüberliegenden Oberfläche vorgesehen und entsprechend der Kapazitanz-bildenden Elektroden geteilt.
Wenn ein Pol P in einem Dämpfungsbereich der Filtercharakteristika ausgebildet ist, sind die externen Verbindungselektroden 83a und 83a' jeweils miteinander über eine Übertragungsleitung verbunden, so daß die Resonatoren miteinander verbunden sind, wobei ein Resonator übersprungen wird.
Die Anzahl der Masseelektroden, die an der rückwärtigen Oberfläche des dielektrischen Substrats, welches wenigstens die externen Verbindungselektroden hat, das auf dem abgesenkten Teil der Koaxialresonatoren befestigt ist, sind voneinander entsprechend der externen Verbindungselektroden und der Kapazitanz-bildenden Elektroden separiert. Demgemäß ist ein Eingangs-Ausgangs-Direktkopplung verhindert, wodurch es möglich wird, die Außerbanddämpfung in den Frequenzcharakteristika des Filters zu verbessern, ohne daß die Rausch-Abschirm-Wirkung verschlechtert wird.
Als das vorstehend beschriebene dielektrische Filter, das Koaxialresonatoren verwendet, wird ein Filter, das Resonatoren vom Viertelwellenlängentyp verwendet, die bei einer Wellenlänge resonieren, die ein Viertel der Wellenlänge in der Resonanzfrequenz ist, durch Kurzschließen der einen Seiten der Resonatoren erzielt.
Beispielsweise ist in dem in der Fig. 10 gezeigten dielektrischen Filter davon auszugehen, daß Keramiken eines TiO&sub2;-ZrO&sub2;-SnO&sub2;-Systems als ein Material für die Koaxialresonatoren verwendet werden, und deren Dielektrizitätskonstante &epsi;r 40 ist. Wenn die Länge der einen Seite jedes der Koaxialresonatoren im Querschnitt rechtwinkelig zur Längsrichtung 3 mm ist, der Durchmesser des Durchgangsloches 0,8 mm ist und die Länge L des Resonators 4,6 mm ist, ist eine charakteristische Impedanz Z&sub0; gleich 12 Ohm.
In einem derartigen dielektrischen Filter werden Impedanzen von der Eingangsseite her betrachtet in ein bestimmtes Frequenzband angepaßt, um die Charakteristika eines Bandpaßfilters zu zeigen.
Die Resonanzbedingungen des Resonators vom Viertelwellentyp sind durch die folgende Gleichung (1) gegeben:
Z&sub0; · tan (β · l) = ∞ (1)
(wobei β eine Fortpflanzungskonstante im Resonator ist).
Weiterhin ist die Länge l des Resonators durch die folgende Gleichung (2) gegeben, wenn c als Lichtgeschwindigkeit genommen wird:
l = c / (4f&sub0; &epsi; r1/2) (2)
Aus der Gleichung (2) wird die folgende Gleichung erhalten:
f&sub0; = c / (4l&sub0; &epsi; r1/2) (3)
Daraus folgt, daß die Resonanzfrequenzen der in der Fig. 10 gezeigten Koaxialresonatoren 50 und 51 2,6 GHz sind.
Ein Resonator, der ein Filter bildet, kann in einigen Fällen allgemein unerwünschte Filtercharakteristika zeigen, und zwar deswegen, weil er nicht weniger als zwei Resonanzmodi hat. Um beispielsweise die Länge des Resonators vom Viertelwellentyp so klein als möglich zu machen, wird im allgemeinen ein Basis-TEM-Modus verwendet. Es existiert jedoch ein höherer TEM-Modus, der eine Resonanzfrequenz hat, die eine ungeradzahlige Ordnung der Frequenz im Basis-TEM- Modus ist. In dem in der Fig. 10 gezeigten dielektrischen Filter beträgt die Resonanzfrequenz im Basis-TEM-Modus 2,6 GHz. Zu diesem Zeitpunkt existiert die Resonanzfrequenz im höheren TEM-Modus in der Nähe von 7,8, 13,0 und 18,2 GHz. Fig. 16 zeigt die Frequenzcharakteristika des in der Fig. 10 gezeigten dielektrischen Filters. Der Grund, warum große Resonanzcharakteristika in der Resonanzfrequenz im höheren TEM-Modus erscheinen, liegt darin, daß die Resonanzfrequenzen der Koaxialresonatoren 50 und 51 in dem höheren TEM- Modus gleich sind, so daß sie sich gegenseitig verstärken.
Somit erscheinen Störfilter-Charakteristika, die eine Mittenfrequenz in der Nähe einer Frequenz haben, die ein ungeradzahliges Vielfaches der Mittenfrequenz der gewünschten Filtercharakteristika ist. Solche Störfiltercharakteristika üben verschiedene nachteilige Wirkungen auf Mikrowellenaus rüstungen aus. Wenn beispielsweise solche unnötigen Filtercharakteristika in einem Filter auf der Empfangsseite existieren, tritt eine Mikrowelle eines anderen Bandes in einen Schaltkreis ein. Zusätzlich wird, wenn solche unnötigen Filtercharakteristika in einem Filter auf der Sendeseite existieren, eine Mikrowelle mit einer anderen Frequenz als der intrinsischen Mittenfrequenz in einen Raum frei gegeben.
In jedem der folgenden Filter ist ein dielektrisches Filter kleiner Baugröße geschaffen, in welchem Störfiltercharakteristika in einer Resonanzfrequenz im höheren TEM-Modus gelöst werden können, ohne daß die Schaltung verkompliziert wird.
Fig. 17 und Fig. 18 sind Darstellungen eines siebten dielektrischen Filters, das für die vorliegende Erfindung relevant ist. In Koaxialresonatoren 90 und 100 vom Typ kurzgeschlossener einer Endfläche, sind eine äußere Umfangsfläche eines dielektrischen Elementes, das mit Durchgangslöchern und inneren Umfangsflächen der Durchgangslöcher versehen ist, mit Ausnahme ihrer offenen Stirnflächen 90a und 100a, mit einem leitfähigen Element, wie beispielsweise Silber beschichtet. Ein Material für die Resonatoren ist Keramik eines TiO&sub2;-ZrO&sub2;-SnO&sub2;-Systems und dessen Dielektrizitätskonstante ist 40.
Der Koaxialresonator 90 ist der gleiche, wie der in der Fig. 10 gezeigte, und seine Resonanzfrequenz ist 2,6 GHz. Ein Kapazitanz-bildender Teil 101 ist an der offenen Stirnfläche 100a des Koaxialresonators 100 befestigt. Fig. 18A ist eine explosionsartige perspektivische Darstellung eines Koaxialresonators 100 und eines Kapazitanz-bildenden Teils 101, und Fig. 18B zeigt einen Längsschnitt desselben.
Die Länge der einen Seite des Koaxialresonators 100 im Querschnitt rechtwinkelig zur Längsrichtung beträgt 3 mm, der Durchmesser des Durchgangsloches beträgt 0,8 mm, und die Länge des Resonators beträgt 2,3 mm.
Ein erster Leiter 100d ist elektrisch mit einem äußeren Umfangsleiter 100b verbunden, und ein zweiter Leiter 100e ist elektrisch mit einem inneren Umfangsleiter 100c verbunden, die an der offenen Stirnfläche 100a des Koaxialresonators 100 ausgebildet sind.
Der Kapazitanz-bildende Teil 101 weist ein dielektrisches Element 102 in Form eines quadratischen Pols auf, das eine Bodenfläche hat, die weitgehend die gleiche wie die offene Stirnfläche 100a des Koaxialresonators 100 ist. Das dielektrische Material desselben kann das gleiche wie dasjenige des Koaxialresonators sein oder irgendein anderes dieelektrisches Material sein. Das dielektrische Element 102 ist mit einem Durchgangsloch 102a versehen und ist mit einem Kapazitanz-bildenden Leiter 102b auf seiner einen Oberfläche versehen. Eine Oberfläche des Kapazitanz-bildenden Teils 101, auf welcher der Kapazitanz-bildende Leiter 102b nicht ausgebildet ist, ist an der offenen Stirnfläche 100a des Koaxialresonators 100 durch einen Klebstoff oder eine dielektrische Paste 96 befestigt. Der Kapazitanz-bildende Leiter 102b auf dem Kapazitanz-bildenden Teil 101 bildet jeweils Resonanzfrequenzkorrigierende Kapazitanzen C31 und C32, wie in der Fig. 19 gezeigt, zwischen dem Kapazitanzbildenden Leiter 102b und dem ersten Leiter 100d und dem zweiten Leiter 100e an der offenen Stirnfläche 100a des Koaxialresonators 100.
Die Resonanzfrequenz des Resonators, der den Koaxial-Resonator 100 und den die Kapazitanz-bildenden Teil 101 hat, ist auf 2,6 GHz eingestellt, der gleichen Frequenz wie diejenige des Koaxialresonators 90. Daher ist eine kombinierte Kapazitanz C der die Resonanzfrequenz korrigierenden Kapazitanz C31 und C32 auf 5 pF eingestellt. Die kombinierte Kapazitanz C wird aus der Gleichung (4) ermittelt, die die Resonanzbedingungen des Resonators zeigt:
Zo tan (βl) = 1 / (2πf&sub0;C) (4)
Die Resonanzfrequenz des Resonators in einem höheren TEM- Modus erscheint in der Nähe von 11.1, 21.0 und 31.2 GHz. Andererseits unterscheiden sich die Koaxialresonatoren 90 und 100 in ihrer Länge, so daß die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators 90 in einem höheren TEM-Modus in der Nähe von 7, 8, 13,0 und 18,2 GHz erscheint, was sich von den vorstehend angegebenen Werten unterscheidet. Daraus folgt, daß ihre jeweiligen höheren harmonischen Komponenten nicht zueinander addiert werden, so daß unerwünschte Filtercharakteristika begrenzt werden.
Die Koäxialresonatoren 90 und 100 sind mit einem abgesenkten Teil 95 versehen, ähnlich wie das in der Fig. 10 gezeigte dielektrische Filter, und auf dem abgesenkten Teil 95 ist ein dielektrisches Substrat 110 befestigt, auf welchem externe Verbindungselektroden 110a und 110b ausgebildet sind. Die Eingangs-Ausgangs-Kopplungskapazitanzen C33 und C34 sind jeweils zwischen den externen Verbindungselektroden 110a und 110b und den inneren Umfangsleitern 90C und 100C der Koaxialresonatoren 90 und 100 ausgebildet. Zusätzlich sind die Koaxialresonatoren 90 und 100 miteinander über Kopplungsfenster (nicht dargestellt) gekoppelt, die auf den äußeren Umfangsleitern ausgebildet sind.
Fig. 19 zeigt eine Äquivalenzschaltung des in der Fig. 18 gezeigten dielektrischen Filters. L bezeichnet eine Kopplungsinduktanz zwischen den Resonatoren 90 und 100.
Fig. 20 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristika des in der Fig. 18 gezeigten dielektrischen Filters zeigt. Wie aus dem Charakteristikadiagramm zu ersehen ist, sind die Durchgangscharakteristika in der Resonanzfrequenz in dem höheren TEM-Modus, verglichen mit den in der Fig. 16 gezeigten Frequenzcharakteristika, begrenzt.
Die Fig. 21A bis 21C zeigen Beispiele unterschiedlicher Strukturen eines Kapazitanz-bildenden Teils 101, der auf einem Koaxialresonator 100 befestigt ist, im Querschnitt. Ein in der Fig. 21A gezeigter Resonator ist konstruiert durch Ausbilden eines ersten Leiters 100e auf einer offenen Stirnfläche 100a des Koaxialresonators 100, der mit einem inneren Umfangsleiter 100c elektrisch leitend verbunden ist, und Befestigen eines dielektrischen Elementes 102 an der offenen Stirnfläche 100a des Koaxialresonators 100, das einen Kapazitanz-bildenden Leiter 102b hat, der elektrisch mit einem äußeren Umfangsleiter 100b verbunden ist, der auf diesem ausgebildet ist.
Ein in der Fig. 21b gezeigter Resonator ist durch Ausbilden eines ersten Leiters 100d auf einer offenen Stirnfläche 100a eines Koaxialresonators 100, der elektrisch mit einem äußeren Umfangsleiter 100b verbunden ist, und Befestigen eines dielektrischen Elementes 102 an der offenen Stirnfläche 100a des Koaxialresonators 100, das einen Kapazitanzbildenden Leiter 100b hat, der elektrisch mit einem inneren Umfangsleiter 100c verbunden ist, aufgebaut.
In einem in der Fig. 21C gezeigten Resonator sind eine Anzahl von Kapazitanz-bildenden Leitern 102 angeordnet, wobei sie abwechselnd einander in einem Kapazitanz-bildenden Teil 101 gegenüber angeordnet sind, wodurch es möglich wird, eine größere Kapazitanz zu bilden.
Obwohl in dem vorstehend beschriebenen Filter die Resonanzfrequenz-korrigierenden Kapazitanzen nur an den inneren Umfangsleiter eines Koaxialresonators von einem Paar Koaxialresonatoren angeschlossen sind, können unterschiedliche Kapazitanzen an die beiden Koaxialresonatoren angeschlossen werden, so daß die Basisresonanzfrequenzen der Koaxialreso natoren gleich sind. Auf eine solche Art und Weise können die Längen der beiden Koaxialresonatoren reduziert werden, wodurch es möglich wird, das Filter mit kleiner Baugröße herzustellen.
Wie im vorstehenden beschrieben ist es möglich, ein dielektrisches Filter kleiner Baugröße zu erzielen, bei dem die Durchgangscharakteristika in einer Resonanzfrequenz in einem höheren TEM-Modus begrenzt sind und unerwünschte Filtercharakteristika verbessert sind, ohne daß ein Schaltkreis verkompliziert ist.
Fig. 22 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Antennenduplexers, der als ein Empfangsfilter (Rx) ein Bandpaßfilter verwendet, das einen Pol im Sperrbereich 44 gemäß der ersten Ausführungsform hat, und der als ein Sendefilter (Tx) ein Bandsperrfilter 45 gemäß der dritten Ausführungsform verwendet.
Elektroden 46a bis 46c für dieses Bandpaßfilter haben einen Pol im Sperrbereich 44, Elektroden 46d bis 46f für das Bandsperrfilter 45, und Musterinduktionsspulen 46g bis 46j sind auf der Oberfläche eines dielektrischen Substrats 46 ausgebildet, das aus Aluminiumoxid hergestellt ist und an seiner rückwärtigen Oberfläche eine Masseelektrode ausgebildet hat, und Chipkondensatoren 47 bis 50 sind auf diesem angeordnet. Zusätzlich sind eine Abgleichschaltung an der Empfangsseite 51 und eine Abgleichschaltung an der Sendeseite 52 zum Verbinden des Empfangsfilters und des Sendefilters mit einer Antenne vorgesehen. Eine Tx-Eingangselektrode 46k, die an einen Sender 53 angeschlossen ist, eine Rx-Ausgangselektrode 46m, die an einen Empfänger 54 angeschlossen ist, und eine Antennenelektrode 46n, die an eine Antenne 55 angeschlossen ist, sind wie in der Fig. 23 gezeigt, ausgebildet. Die Fig. 23 ist ein schematisches Schaltbild, das den Antennenduplexer zeigt.
Das Empfangsfilter (Rx) hat die Eigenschaften, ein empfangenes Wellenband durchzulassen und ein gesendetes Wellenband zu sperren, und das Sendefilter (Tx) hat die Eigenschaften, ein gesendetes Wellenband durchzulassen und ein empfangenes Wellenband zu sperren.
Da eine Eingangsimpedanz des Empfangsfilters (Rx) bezogen auf eine gesendete Welle oder eine Eingangsimpedanz des Sendefilters (Tx) bezogen auf eine empfangene Welle einen endlichen Wert hat, können die Impedanzen in einigen Fällen zwischen den beiden Filtern und der Antenne fehlangepaßt sein. Demgemäß ist die Abgleichschaltung an der Empfangsseite 51 und die Abgleichschaltung an der Sendeseite 52 zum Verbinden der Filter mit einer Antenne ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Abgleichschaltung an der Empfangsseite 51 und die Abgleichschaltung an der Sendeseite 52 so aufgebaut, daß sie die Änderung der Phase infolge einer Übertragungsleitung, verwenden. Genauer gesagt, die Phase eines Signals variiert in Abhängigkeit von der Länge der Übertragungsleitung, welche die Länge der Ausbreitungsdistanz ist. Durch Wählen der Länge der Übertragungsleitung wird die Eingangsimpedanz des Sendefilters (Tx) in dem empfangenen Wellenband als unendlich betrachtet, und die Eingangsimpedanz des Empfangsfilters (Rx) in dem gesendeten Wellenband wird als unendlich betrachtet. Als ein Ergebnis werden Charakteristika des Antennenduplexers einer gemeinsam benutzten Antenne erhalten.
In einem derartigen Antennenduplexer sind die Abgleichschaltungen 51 und 52 zum Einstellen der Charakteristika der Filter 44 und 45 auf dem gleichen dielektrischen Substrat 46 aufgebaut, um die Anzahl der Komponenten zu senken und die Herstellung zu vereinfachen.
Bei dem Antennenduplexer kann auch ein dielektrisches Filter, das Koaxialresonatoren verwendet, als Filter für das Senden und Empfangen verwendet werden, welches durch Be schichten einer äußeren Umfangsfläche eines dielektrischen Elementes, das mit einer Anzahl von Durchgangslöchern und inneren Umfangsflächen der Durchgangslöcher versehen ist, mit einem leitfähigen Element gebildet werden, wie dies bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist.
Fig. 24 zeigt eine perspektivische Darstellung eines weiteren Antennenduplexers, der als ein Empfangsfilter (Rx) ein Bandpaßfilter, das einen Pol im Sperrbereich 44 hat, gemäß der ersten Ausführungsform, und als ein Sendefilter (Tx), ein Bandsperrfilter 45 gemäß der dritten Ausführungsform verwendet, wie dies bei der neunten Ausführungsform der Fall ist.
Dieser Antennenduplexer ist der gleiche wie der vorstehend beschriebene Antennenduplexer mit Ausnahme der Strukturen der Abgleichschaltung auf der Empfangsseite 51' und einer Abgleichschaltung auf der Sendeseite 52' zum Verbinden des Empfangsfilters und des Sendefilters mit einer Antenne.
Die Abgleichschaltung bei der neunten Ausführungsform ist unter Verwendung einer Übertragungsleitung ausgebildet. In der Abgleichschaltung, die unter Verwendung der Übertragungsleitung ausgebildet ist, kann jedoch die Länge der Leitung in vielen Fällen in der Nähe einer Viertelwellenlänge liegen, so daß die Abgleichschaltung selbst eine große Fläche erfordert, so daß der gesamte Antennenduplexer vergrößert wird. Bei der zehnten Ausführungsform ist daher die Abgleichschaltung unter Verwendung eines Induktanzelementes und eines Kapazitanzelementes aufgebaut, um die Größe der Abgleichschaltung zu vermindern.
Musterkondensatoren 51a und 52a werden als Kapazitanzteile verwendet und Leitungsinduktionsspulen 51b und 52b werden als Induktanzelemente verwendet. Die Leitungsinduktionsspule 51 ist an eine Masseelektrode an der rückwärtigen Oberfläche über ein metallisiertes Durchgangsloch 51c an Masse gelegt. Fig. 25 zeigt ein schematisches Schaltbild des Antennenduplexers.
In einem derartigen Antennenduplexer können die Schaltkreise 56 und 57 zum Einstellen der Charakteristika der Filter 44 und 45 und die Abgleichschaltungen 51 und 52 auf dem gleichen dielektrischen Substrat 46 ausgebildet sein, wodurch die Anzahl der Komponenten verringert wird und die Herstellung erleichtert wird.
Auch bei diesem Antennenduplexer kann als Sendefilter und Empfangsfilter ein dielektrisches Filter verwendet werden, das Koaxialresonatoren verwendet, die durch Beschichten einer äußeren Umfangsfläche eines dielektrischen Elementes, welches mit einer Anzahl von Durchgangslöchern versehen ist, und der inneren Umfangsflächen der Durchgangslöcher mit einem leitfähigen Element, wie bei der zweiten Ausführungsform, gebildet ist.
Fig. 26 zeigt in perspektivischer Darstellung einen weiteren Antennenduplexer, der als ein Empfangsfilter (Rx) ein Bandpaßfilter mit einem Pol im Sperrbereich 44 gemäß der ersten Ausführungsform, und als ein Sendefilter (Tx), ein Bandsperrfilter 45 gemäß der dritten Ausführungsform verwendet. Bei diesem Antennenduplexer ist der ganze Abgleichschaltkreis 52 durch zwei Induktanzen und eine Kapazitanz gebildet. Musterinduktionsspulen 4 und 6 werden als Induktanzen verwendet und ein Chipkondensator 5 wird als die Kapazitanz verwendet. Fig. 27 zeigt eine Äquivalenzschaltung des Antennenduplexers gemäß Fig. 26. Induktanzelemente oder Kondensatoren 7 sind zwischen dem Empfangsfilter (Rx) 44 und dem Sendefilter (Tx) 45 ausgebildet und eine Tx- Eingangselektrode 46k ist mit einem Sender 53 verbunden, eine Rx-Ausgangselektrode 46n ist mit einem Empfänger 54 verbunden, und eine Antennenelektrode 46n ist mit einer Antenne 55 verbunden, wie dies in der Fig. 26 gezeigt ist. Es gibt jedoch dort keine genaue Lösung für das Finden der Werte der entsprechenden Elemente. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher der folgende Vorgang dazu verwendet, die Werte der Induktanzelemente oder Kondensatoren zu bestimmen.
Die Charakteristika des Empfangsfilters (Rx) und des Sendefilters (Tx) werden durch Simulation oder Messung ermittelt. Die Charakteristika werden durch Daten einer Frequenz repräsentiert, die eine ausreichend kleine Breite und einen S-Parameter entsprechend der Frequenz haben und werden an einem Elektronikcomputer eingegeben. Eine geeignete objektive Funktion wird bestimmt, um eine Optimierungsberechnung durchzuführen. Beispiele eines Verfahrens zur Optimierung umfassen das Monte-Carlo-Verfahren. Ein Beispiel der objektiven Funktion wird durch die folgende Gleichung (5) repräsentiert:
Wobei f1 bis f2 Frequenzen in einem empfangenen Wellenband bezeichnen, f3 bis f4 Frequenzen in einem gesendeten Wellenband angeben, und Snm ein S-Parameter ist, der in einer Dezibel-Notation des Antenneduplexers repräsentiert ist, und die Anschlußziffern entsprechen den in der Fig. 27 gezeigten. 100 und 10, die Koeffizienten des S-Parameters sind, sind Bewertungen.
Als ein Ergebnis der Optimierung wird die Verbindung in einen geöffneten Zustand geschaltet, wenn der absolute Wert des Wertes eines Elementes, das durch eine Impedanz repräsentiert ist, extrem groß ist, während er in einem kurzgeschlossenen Zustand geschaltet wird, wenn er extrem klein ist. Die Optimierung wird ferner durchgeführt, um eine Endschaltung zu bestimmen. Als ein Maß für das Schalten zu diesem Zeitpunkt wird die Verbindung auf einen offenen Zustand geschaltet, wenn der Absolutwert nicht weniger als 200 Ohm ist, während er auf einen kurzgeschlossenen Zustand geschaltet wird, wenn er nicht mehr als 10 Ohm ist.
Fig. 28 ist ein Schaltbild, das eine Äquivalentschaltung eines weiteren Antennenduplexers zeigt, der ein Beispiel zeigt, bei dem die Optimierung durchgeführt ist.
Die Verbindung von einer Antenneelektrode 46n zu einem Masseleiter und die Verbindung von einem Sendefilter 45 zu dem Masseleiter wird in einen offenen Zustand geschaltet. Eine Induktionsspule 4 von ungefähr 6 nH ist zwischen der Antennenelektrode 46n und dem Sendefilter 45 positioniert, und ein Kondensator 5 von ungefähr 1,5 pF ist zwischen der Antennenelektrode 46n und einem Empfangsfilter 44 positioniert. Ferner ist eine Induktionsspule 6 von ungefähr 10H zwischen dem Empfangsfilter 44 und dem Masseleiter positioniert.
Fig. 29 zeigt die Charakteristika des Antennenduplexers gemäß Fig. 28. Die Anschlußziffern eines S-Parameters entsprechen jenen in der Fig. 28 gezeigten. Es wird angenommen, daß ein gesendetes Wellenband 1,453 bis 1,465 GHz beträgt, und ein empfangenes Wellenband 1,501 bis 1,513 GHz beträgt. Die Einfügungsdämpfung des empfangenen Signals be trägt 2,7 dB und die Rückflußdämpfung beträgt 9,2 dB, die Einfügungsdämpfung eines empfangenen Signals beträgt 1,7 dB und die Rückführungsdämpfung beträgt 16 dB und der Grad der Trennung zwischen Sendung und Empfang beträgt 38 dB.
Fig. 30 zeigt die Charakteristika des Antennenduplexers gemäß Fig. 22. Ein gesendetes Wellenband und ein empfangenes Wellenband sind das gleiche wie die vorstehend beschriebenen Bänder. Die Einfügungsdämpfung eines empfangenen Signals beträgt 2,9 dB und die Rückführungsdämpfung desselben beträgt 11,4 dB, die Einfügungsverlust eines gesendeten Signals beträgt 2,6 dB und die Rückführungsdämpfung desselben beträgt 5,6 dB, und der Grad der Trennung zwischen Sendung und Empfang beträgt 38 dB. Aus dem Vergleich zwischen Fig. 29 und Fig. 30 ist zu bestätigen, daß in dem Antennenduplexer gemäß Fig. 29 die Einfügungsdämpfung kleiner und die Rückführungsdämpfung größer ist, das heißt die Charakteristika höher sind.
Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß auf einem dielektrischen Substrat vorgesehene Kapazitanz-bildende Elektroden Antiresonanzkapazitanzen zwischen den Elektroden und den inneren Umfangsleitern bilden, und daß ein Reaktanzelement zum Koppeln der Kapazitanz-bildenden Elektroden auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist, wodurch ein dielektrisches Filter erhalten wird, welches leicht herzustellen ist und eine kleine Baugröße hat. Weiterhin können in einem Antennenduplexer, der das dielektrische Filter als Sende- und Empfangsfilter verwendet, Abgleichschaltungen simultan auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet werden, welches die Kapazitanz-bildenden Elektroden der beiden Filter aufweist, wodurch der Aufbau vereinfacht wird und die Herstellung erleichtert wird.

Claims

1. Dielektrisches Filter mit:

einer Anzahl von Koaxial-Resonatoren (50, 51, 61-64),

wobei jeder Koaxial-Resonator aufweist:

einen dielektrischen Block mit einer äußeren Umfangsfläche und einer inneren Umfangsfläche parallel zu einer gemeinsamen Achse und mit ersten und zweiten Endflächen, die die Achse schneiden,

eine erste und zweite leitfähige Schicht (50c, 51c, 50d, 51d), die die äußere Umfangsfläche und die innere Umfangsfläche beschichten,

eine dritte leitfähige Schicht, die auf der zweiten Endfläche ausgebildet ist, um die erste und zweite leitfähige Schicht kurzzuschließen,

gekennzeichnet durch:

einen abgesenkten Teil (52, 52') der durch Entfernen eines Teils der ersten leitfähigen Schicht auf der Seite der ersten Endfläche oder eines Teils der ersten leitfähigen Schicht, die den dielektrischen Block enthält, gebildet ist; und

ein dielektrisches Substrat (53) mit einer Anzahl von Elektroden (53a, 53a') zur externen Verbindung, die auf seiner einen Hauptfläche ausgebildet sind, und einer Anzahl von Masseelektroden (53b, 53b') entsprechend den Elektroden zur externen Verbindung und zu diesen elektrisch isoliert, die auf der anderen Hauptfläche ausgebildet sind, und auf dem abgesenkten Teil befestigt sind, wobei eine Hauptfläche an diesem anliegt.

2. Dielektrisches Filter nach Anspruch 1, wobei Teile der Elektroden (53a, 53a') zur externen Verbindung, die auf der einen Hauptfläche des dielektrischen Substrats ausgebildet sind, Kapazitanz-bildende Elektroden sind, wobei Teile der Masseelektroden (53b, 53b') auf der anderen Hauptfläche den Kapazitanz-bildenden Elektroden entsprechen, und die Masseelektroden (53b, 53b') gegeneinander elektrisch isoliert sind.

3. Dielektrisches Filter nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin mit: Reaktanzmitteln, die auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind, um die Kapazitanz-bildenden Elektroden aneinander zu koppeln.

4. Dielektrisches Filter nach Anspruch 3, das durch jeweiliges Schalten von Stufenkopplungskondensatoren (30, 31) zwischen den die Kapazitanz-bildenden Elektroden aufgebaut ist.

5. Dielektrisches Filter nach Anspruch 3, wobei die Reaktanzmittel Musterinduktionsspulen (42e, 42f) haben, die durch die Strukturierung der Kapazitanz-bildenden Elektroden gebildet sind.

6. Dielektrisches Filter nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die Reaktanzmittel Musterinduktionsspulen aufweisen, die durch Strukturierung der Kapazitanz-bildenden Elektroden gebildet sind.

7. Dielektrisches Filter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Anzahl Koaxialresonatoren (50, 51, 61-64) eine andere Länge als die anderen Koaxialresonatoren hat, der durch eine Resonanzfrequenz-Korrekturkapazitanz (101) die gleiche Basisresonanzfrequenz wie die anderen Koaxialresonatoren hat, die an den inneren Umfangsleiter angeschlossen ist.

8. Dielektrisches Filter nach Anspruch 7, wobei die Resonanzfrequenz-Korrekturkapazitanz (101) durch Befestigen des dielektrischen Elementes (102), auf welchem der Kapazitanz-bildende Leiter ausgebildet ist, an einer offenen Oberfläche des Koaxialresonators ausgebildet ist.

9. Antennenduplexer mit:

einem Empfangsfilter und einem Sendefilter, die jeweils ein dielektrisches Filter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche aufweisen: und

einem dielektrischen Substrat mit einer Anzahl von Kapazitanz-bildenden Elektroden zum Bilden von Kapazitanzen zwischen den Elektroden und den inneren Umfangsleitern der Koaxialresonatoren, einem Reaktanzelement zum Koppeln der Reaktanz-bildenden Elektroden, und einer Abgleichschaltung (51) auf der Empfangsseite und einer Abgleichschaltung (52) auf der Sendeseite, um das Empfangsfilter und das Sendefilter mit einer darauf ausgebildeten Antenne zu verbinden,

wobei sowohl das Empfangsfilter als auch das Sendefilter durch Befestigen des abgesenkten Teils der Anzahl Koaxialresonatoren an Positionen, wo die Kapazitanz-bildenden Elektroden, die den inneren Umfangsleitern der Koaxialresonatoren entsprechen, auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, aufgebaut sind.

10. Antennenduplexer nach Anspruch 9, wobei sowohl die Abgleichschaltung auf der Empfangsseite als auch die Abgleichschaltung auf der Sendeseite durch eine Sendeleitung gebildet ist.

11. Antennenduplexer nach Anspruch 9, wobei sowohl die Abgleichschaltung auf der Empfangsseite als auch die Abgleichschaltung auf der Sendeseite durch ein Induktanzelement (51b, 52b) und ein Kapazitanzelement (51a, 51b) gebildet ist.

12. Antennenduplexer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Empfangsfilter ein Bandpassfilter ist, das einen Pol im Sperrbereich hat und das Sendefilter ein Bandsperrfilter ist.

13. Antennenduplexer nach Anspruch 11, wobei ein Chipkondensatorelement und eine Musterinduktanz als Induktionselement verwendet wird.