DE69524673T3

DE69524673T3 - Dielektrisches Filter

Info

Publication number: DE69524673T3
Application number: DE69524673T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Tsujiguchi; Haruo Matsumoto; Hideyuki Kato
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2015-06-17
Also published as: KR950034889A; EP0688059B1; EP0688059B2; US5905420A; DE69524673T2; KR0147726B1; DE69524673D1; EP0688059A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein dielektrisches Filter zur Verwendung bei einem Mobilkommunikationsgerät, wie z. B. einem zellularen Telefon oder einem anderen tragbaren Telefon.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Der Aufbau eines dielektrischen Filters des Standes der Technik, das einen dielektrischen Block 1 aufweist, ist in 7 gezeigt. In den folgenden Figuren zeigen die schattierten Abschnitte sichtbare Teile des dielektrischen Materials des dielektrischen Blocks an. Auf diesen sichtbaren Abschnitten ist kein Leiter gebildet.
Wie in 7 gezeigt, weist dieses dielektrische Filter beispielsweise zwei Resonatorlöcher 2 auf, die sich zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Endoberflächen des dielektrischen Filters erstrecken, die mit den Bezugszeichen 1a und 1b bezeichnet sind. Auf den inneren Oberflächen der Resonatorlöcher 2 sind innere Leiter 3 gebildet. Auf der äußeren Oberfläche des Blocks 1 ist ein äußerer Leiter 4 gebildet. An gewünschten Positionen auf der äußeren Oberfläche des dielektrischen Blocks ist ein Paar von Eingangs-/Ausgangselektroden 7 gebildet. Die inneren Leiter 3 sind nicht an Abschnitten (im folgenden als nicht leitfähige Abschnitte bezeichnet) gebildet, die sich nahe einer ”offenen” Oberfläche 1a (im folgenden als die offene Endoberfläche bezeichnet) der Öffnungen der Resonatorlöcher 2 befinden. Diese nicht leitfähigen Abschnitte sind von dem äußeren Leiter 4 isoliert. An der gegenüberliegenden Oberfläche 1b (im folgenden als die kurzgeschlossene Endoberfläche bezeichnet) sind die inneren Leiter 3 mit dem äußeren Leiter 4 elektrisch verbunden oder kurzgeschlossen. Dieses dielektrische Filter besteht aus zwei Stufen von Resonatoren, von denen jede jeweils in einem der Resonatorlöcher 2 gebildet ist. Diese Resonatoren sind durch Streukapazität, die in den nicht leitfähigen Abschnitten erzeugt wird, in einer sogenannten Kammlinien-Verbindungskopplung miteinander verbunden.
Bei diesem Aufbau wird, wie in 7 gezeigt, eine Externkopplungskapazität Ce zwischen jeder Eingangs-/Ausgangselektrode 7 und dem entsprechenden inneren Leiter 3 erzeugt. Diese Externkopplungskapazität Ce liefert eine externe Kopplung.
Wenn unter Verwendung zweier derartiger dielektrischer Filter ein Antennenfilter gebaut wird, wird eine phaseneinstellende, wellentrennende Schaltung zwischen einem Filterende und einem Antennenende eingefügt, das als das gemeinsame Eingangs-/Ausgangsende beider Filter fungiert, so daß die Phase reflektierter Wellen in dem Durchlaßbereich des gegenüberliegenden Filters bewirkt, daß das gegenüberliegende Filter als offene Schaltung auftritt. Als wellentrennende Schaltung wird ein konzentriertes konstantes Element, wie z. B. ein kapazitives Element oder ein induktives Element, oder eine verteilte konstante Leitung, wie z. B. ein Kabel oder eine Streifenleitung, verwendet.
Bei dem oben beschriebenen Filter des Standes der Technik, das die Externkopplungskapazität Ce verwendet, um eine externe Kopplung zu erhalten, kann der Bereich der Eingangs-/Ausgangselektroden vergrößert werden, wenn ein großer Durchlaßbereich oder eine starke externe Kopplung benötigt wird. Alternativ dazu können die Resonatorlöcher in außermittigen Positionen angeordnet sein, um den Abstand zwischen jeder Eingangs-/Ausgangselektrode und dem entsprechenden inneren Leiter zu verkürzen. Auf diese Weise wird eine adäquate externe Kopplung abgeleitet.
Immer dann, wenn es erwünscht ist, einen bestimmten Grad an externer Kopplung zu erhalten, ist es jedoch notwendig, Eingangs-/Ausgangselektroden unterschiedlicher Form oder unterschiedlicher Abmessungen zu verwenden. Dies macht es schwierig, die Eingangs-/Ausgangselektroden zu standardisieren.
Wenn der Bereich der Eingangs-/Ausgangselektroden vergrößert wird oder die Resonatorlöcher an außermittigen Stellen positioniert werden, sinkt zudem das unbelastete Q (oder QO) jedes Resonators. Des weiteren reduziert eine Vergrößerung des Bereichs der Eingangs-/Ausgangselektroden die effektive dielektrische Konstante, wodurch die elektrische Länge des Resonators erhöht wird.
Wenn unter Verwendung der dielektrischen Filter des Stands der Technik wie oben beschrieben ein Antennenfilter oder dergleichen hergestellt wird, sind zusätzlich zu den dielektrischen Filtern phaseneinstellende Komponenten, wie beispielsweise Kondensatoren, Spulen oder Streifenleitungen, erforderlich. Zudem ist ein gewisser Prozeß zum Anbringen oder Anlöten derselben auf einem Substrat oder zum Bilden derselben auf einem Substrat erforderlich. Folglich ist es schwer, das Antennenfilter zu miniaturisieren. Somit sind die Kosten der Komponenten oder die Herstellungskosten erhöht.
Insbesondere wird bei dem dielektrischen Filter des Standes der Technik auch die Phase des Filters bestimmt, nachdem der Grad der externen Kopplung an den Eingangs-/Ausgangsabschnitten bestimmt wurde. Dies macht es unmöglich, die externe Kopplung und Phase unabhängig voneinander einzustellen. Folglich ist es schwierig, einen bestimmten erwünschten Grad an externer Kopplung und eine bestimmte erwünschte Phase gleichzeitig zu erhalten. Dort, wo eine gewünschte Phase der Verbindung mit einem anderen Filter oder einer externen Schaltung zugeordnet wird, ist es nötig, ein separates Teil zum Einstellen der Phase hinzuzufügen.
Die US-A-4 559 508 offenbart ein dielektrisches Filter des Standes der Technik.
Die US-A-3 505 618 offenbart die Charakteristika gemäß der Definition im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 7 definiert. Besondere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 angeführt.
Es wird beabsichtigt, mit der vorliegenden Erfindung die vorstehenden Probleme der Methoden des Standes der Technik zu lösen. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein dielektrisches Filter zu schaffen, das es gestattet, mit Leichtigkeit eine angemessene externe Kopplung zu erhalten, ohne die Form oder Abmessung der Eingangs-/Ausgangselektroden zu modifizieren bzw. ohne das QO der Resonatoren zu verringern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein dielektrisches Filter zu schaffen, das es ermöglicht, die Phase an den Eingangs- und Ausgangsabschnitten auf einen gewünschten Wert einzustellen, ohne phaseneinstellende Teile hinzuzufügen, wodurch das Filter aus einer kleineren Anzahl von Komponenten zusammengesetzt ist und kostengünstiger und kleiner als bisher ausfallen kann.
Die obengenannten Aufgaben können durch ein dielektrisches Filter erreicht werden, das besteht aus: einem dielektrischen Block mit zwei gegenüberliegenden Endoberflächen und einer äußeren Oberfläche; Resonatorlöchern, die in dem dielektrischen Block zwischen den Endoberflächen gebildet sind und als Eingangs-/Ausgangsstufen fungieren; inneren Leitern, die jeweils auf inneren Oberflächen der Resonatorlöcher gebildet sind; und einem äußeren Leiter, der auf der äußeren Oberfläche des dielektrischen Blocks gebildet ist. Dieses dielektrische Filter umfaßt auch Erregungslöcher, die benachbart zu den Resonatorlöchern in dem Block gebildet sind und innere Leiter aufweisen, die innerhalb der Erregungslöcher gebildet sind, und daß die Erregungslöcher elektromagnetisch mit den Resonatorlöchern, die als die Eingangs- bzw. Ausgangsstufen fungieren, gekoppelt sind, wodurch eine externe Kopplung geschaffen wird.
Die Erregungslöcher sind benachbart zu den Resonatorlöchern, die als die Eingangs-/Ausgangsstufen fungieren, in dem Block gebildet und weisen innere Leiter auf, die innerhalb der Erregungslöcher gebildet sind, und die Position, Form oder Größe der Erregungslöcher wurden so eingestellt, daß die erwünschte externe Kopplung und Phase erhalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 3 sind die Externkopplungs-Einstellöcher jeweils nahe Erregungslöchern, die als Eingangs-/Ausgangsstufen fungieren, in dem Block gebildet und weisen innere Leiter auf, die jeweils auf inneren Oberflächen der Externkopplungs-Einstellöcher gebildet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 4 wurden die inneren Leiter, die innerhalb der Externkopplungs-Einstellöcher gebildet sind, teilweise entfernt, um die externe Kopplung und die Phase einzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 5 sind ferner Eingangs-/Ausgangsanschlüsse bereitgestellt, die in die Erregungslöcher eingebracht sind und mit den inneren Leitern, die innerhalb der Erregungslöcher gebildet sind, elektrisch verbunden sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 6 ist ferner ein metallisches Gehäuse bereitgestellt, das so auf dem dielektrischen Block angebracht ist, daß zumindest ein Teil des Blocks bedeckt ist.
Gemäß der Erfindung sind die Erregungslöcher mit ihren jeweiligen Resonatorlöchern elektromagnetisch gekoppelt, wodurch das Filter eine externe Kopplung liefert. Der Grad der externen Kopplung wird durch Variieren der Durchmesser oder Positionen der Erregungslöcher angepaßt oder eingestellt.
Gemäß der Erfindung sind die Erregungslöcher mit ihren jeweiligen Resonatorlöchern elektromagnetisch gekoppelt, wodurch das Filter eine externe Kopplung liefert. Die gewünschte externe Kopplung und Phase können durch Variieren der Position, Form oder Größe der Erregungslöcher festgelegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 3 wird die gewünschte externe Kopplung durch Variieren der Position, der Form oder der Größe der Externkopplungs-Einstellöcher geliefert. Dies bedeutet, daß die externe Kopplung mit einem größeren Freiheitsgrad festgelegt werden kann, da die Externkopplungs-Einstellöcher bereitgestellt sind. Dort, wo Resonatorlöcher auf gegenüberliegenden Seiten jedes Erregungslochs gebildet sind, kann die Kopplung zwischen zwei Resonatorlöchern auf gegenüberliegenden Seiten mindestens einen Erregungslochs unterdrückt werden.
Gemäß der Erfindung kann das Filter durch die Eingangs-/Ausgangselektroden, die mit den in den Erregungslöchern gebildeten Leitern elektrisch verbunden sind, mit einer externen Schaltung oder einem Packungssubstrat verbunden sein. Es ist nicht beabsichtigt, daß diese Eingangs-/Ausgangselektroden eine externe Kopplung liefern. Vielmehr kann die Form und Abmessung dieser Elektroden nach Wunsch eingestellt werden. Dies bedeutet, daß die Form und Abmessung derart eingestellt werden kann, daß die Charakteristika, wie z. B. QO, nicht verschlechtert werden. Wenn die Eingangs-/Ausgangselektroden so gestaltet sind, daß sie sich von einer Endoberfläche zu einer Seitenoberfläche erstrecken, kann jede beliebige der Endoberfläche bzw. der Seitenoberfläche als Anbringungsoberfläche verwendet werden. Das heißt, daß das dielektrische Filter entweder horizontal oder vertikal plaziert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 5 kann das Filter über Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, die elektrisch mit den innerhalb der Erregungslöcher gebildeten Leitern verbunden sind, mit einer externen Schaltung oder einem Packungssubstrat verbunden sein. Dies bedeutet, daß das Filter auf einem Anschluß-Einfügetyp-Packungssubstrat angebracht sein kann. Durch Biegen der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse kann das dielektrische Filter entweder horizontal oder vertikal plaziert sein. Zudem kann die Position, bei der die Verbindung mit dem Packungssubstrat hergestellt ist, durch Variieren der Länge der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse nach Wunsch eingestellt werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig, Eingangs-/Ausgangselektroden zu bilden. Die Charakteristika, wie z. B. QO, können weiter verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 6 kann das leckmäßige Austreten des elektromagnetischen Feldes aus den Öffnungen der Resonatorlöcher durch Anbringen eines metallischen Gehäuses auf dem Filter reduziert werden.
Andere Aufgaben und Charakteristika der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filters, das nicht Teil der Erfindung ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filters gemäß einem Beispiel der Erfindung;
3(a) bis 3(d) sind schematische Querschnitte von dielektrischen gemäß der Erfindung, die in der Nähe von Erregungslöchern genommen wurden;
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen Eigenkapazität und Gegenkapazität von Erregungslöchern bei einem dielektrischen Filter gemäß einem Beispiel der Erfindung, sowie die Beziehung zwischen Eigenkapazität und Reflexionsphase, zeigt;
5(a) ist eine perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filters (Antennenduplexer) gemäß einem anderen Beispiel der Erfindung;
5(b) ist eine Draufsicht der kurzgeschlossenen Endoberfläche des in 5(a) gezeigten dielektrischen Filters (Antennenduplexers);
6 ist eine perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filters, das eine Variante des in 5 gezeigten Beispiels der Erfindung darstellt;
7 ist eine perspektivische Ansicht des dielektrischen Filters des Standes der Technik.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im folgenden werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen aufweisen. Der Aufbau eines dielektrischen Filters, das ein Beispiel eines dielektrischen Filters darstellt, der nicht Teil der Erfindung ist, ist in 1 gezeigt.
Wie in 1 gezeigt, weist dieses dielektrische Filter einen dielektrischen Block 1 auf, der die Form eines im wesentlichen rechtwinkligen Parallelepipeds annimmt. In dem Block 1 sind zwei Resonatorlöcher 2 und ein Paar Erregungslöcher 5 gebildet. Die Resonatorlöcher 2 erstrecken sich zwischen zwei gegenüberliegenden Endoberflächen des Blocks. Auf den inneren Oberflächen der Resonatorlöcher 2 bzw. der Erregungslöcher 5 sind innere Leiter 3 gebildet. Ein äußerer Leiter 4 ist im wesentlichen auf der gesamten Oberfläche des dielektrischen Blocks 1 gebildet. Die Erregungslöcher 5 sind jeweils außerhalb der Resonatorlöcher 2 gebildet. Ein Paar von Eingangs-/Ausgangselektroden 7 erstreckt sich von der offenen Endoberfläche 1a bis zu einer Seitenoberfläche 1c (der oberen Oberfläche in der Figur). Die Elektroden 7 sind mit inneren Leitern 3 elektrisch verbunden, aber von dem äußeren Leiter 4 getrennt. Dies bedeutet, daß die inneren Leiter 3 in den Erregungslöchern 5 von dem äußeren Leiter 4 an der offenen Endoberfläche 1a getrennt und mit dem äußeren Leiter 4 an der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b elektrisch verbunden sind.
In den inneren Leitern 3 innerhalb der Resonatorlöcher 2 in der Nähe der offenen Endoberfläche 1a sind nicht leitfähige Abschnitte gebildet. An der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b sind die inneren Leiter 3 mit dem äußeren Leiter 4 elektrisch verbunden oder kurzgeschlossen. Durch die Resonatorlöcher 2 jeweils gebildete Resonatoren sind in sogenannter Kammlinien-Verbindung durch Streukapazität, die in den nicht leitfähigen Abschnitten erzeugt wird, miteinander verbunden.
Bei diesem Aufbau sind die Erregungslöcher 5 und ihre jeweiligen benachbarten Resonatorlöcher 2 elektromagnetisch zusammengekoppelt. Diese elektromagnetische Kopplung liefert eine externe Kopplung der Eingangs-/Ausgangsabschnitte des dielektrischen Filters. Die Eingangs-/Ausgangselektroden 7 sind einfach nur gebildet, um eine Verbindung mit einer externen Schaltung herzustellen.
Der Grad der externen Kopplung kann durch Variieren des Abstands zwischen dem Leiter 3 innerhalb jedes Erregungslochs 5 und dem Leiter 3 innerhalb des benachbarten Resonatorlochs 2 eingestellt oder festgelegt werden, was durch Variieren des Innendurchmessers oder der Position des Erregungslochs 5 bewerkstelligt wird. Wird also der Innendurchmesser jedes Erregungslochs 5 erhöht oder wird er dem Resonatorloch 2 angenähert, so wird der Abstand zwischen den benachbarten inneren Leitern verringert. Dies liefert eine stärkere externe Kopplung.
Bei dieser Struktur wird die externe Kopplung weder durch die Form noch durch die Abmessung der Eingangs-/Ausgangselektroden 7 bestimmt. Deshalb können die Form und die Abmessung der Eingangs-/Ausgangselektroden 7 auch dann nach Wunsch eingestellt werden, wenn gewünscht wird, eine externe Kopplung unterschiedlicher Stärke zu erhalten. Somit können die Eingangs-/Ausgangselektroden 7 standardisiert werden. Dies ermöglicht die Standardisierung von Strukturen auf Packungssubstraten. Folglich können die Anbringungskosten verringert werden.
Zudem kann der Bereich der Eingangs-/Ausgangselektroden reduziert werden, und deshalb findet die Abnahme des QO, die normalerweise durch große Eingangs-/Ausgangselektroden verursacht würde, nicht statt. Ferner wird eine Erhöhung der elektrischen Länge der Resonatoren, die normalerweise durch eine Verringerung der effektiven dielektrischen Konstante verursacht würde, verhindert. Des weiteren ist es nicht notwendig, die Resonatorlöcher 2 in stark außermittig verschobenen Positionen zu plazieren. Folglich kann die Abnahme des QO, die normalerweise durch außermittige Positionierung der Resonatorlöcher 2 verursacht würde, unterdrückt werden. Somit kann ein dielektrisches Filter von geringer Größe erhalten werden, das ein hohes QO aufweist, lediglich eine geringe Menge an Einfügungsverlust erzeugt und eine gewünschte externe Kopplung liefert.
Da die Eingangs-/Ausgangselektroden 7 so gebildet sind, daß sie sich von der offenen Endoberfläche 1a bis zu einer Seitenoberfläche 1c erstrecken, kann entweder die offene Endoberfläche 1a oder die Seitenoberfläche 1c auf einem Packungssubstrat angebracht sein. Das bedeutet, daß das dielektrische Filter des vorliegenden Beispiels entweder horizontal oder vertikal auf dem Packungssubstrat plaziert sein kann.
Der Aufbau eines dielektrischen Filters gemäß der Erfindung ist in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, ist dieses dielektrische Filter ähnlich dem dielektrischen Filter, das bereits in Verbindung mit 1 beschrieben wurde, abgesehen davon, daß ein Paar von Eingangs-/Ausgangselektroden 7 sich von der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b bis zu einer Seitenoberfläche 1c (der oberen Oberfläche in der Figur) erstreckt und jeweils mit den inneren Leitern 3 in den Erregungslöchern 5 elektrisch verbunden, aber von dem äußeren Leiter 4 getrennt ist. Dies bedeutet, daß die Leiter 3 innerhalb der Erregungslöcher 5 mit dem äußeren Leiter 4 an der offenen Endoberfläche 1a elektrisch verbunden, aber von dem äußeren Leiter 4 an der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b isoliert sind. Bei diesem dielektrischen Filter sind die Eingangs-/Ausgangselektroden 7 auf der Seite der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b in einer umgekehrten Beziehung zum Aufbau des in Verbindung mit 1 zuvor beschriebenen Beispiels eines dielektrischen Filters, der nicht Teil der Erfindung ist, gebildet.
Bei diesem Aufbau wird die kurzgeschlossene Endoberfläche 1b in größerem Maße durch ein magnetisches Feld beeinflußt als die offene Endoberfläche 1a. Somit kann das in 2 gezeigte Beispiel eine stärkere externe Kopplung oder eine stärkere elektromagnetische Kopplung liefern als das in 1 gezeigte Beispiel. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel kann der Grad der externen Kopplung durch Variieren des Durchmessers oder der Position der Erregungslöcher 5 angepaßt oder eingestellt werden, ohne die Position oder Abmessung der Eingangs-/Ausgangselektroden 7 oder die Position der Resonatorlöcher 2 zu verändern. Dies macht es leicht, die Eingangs-/Ausgangselektroden 7 zu standardisieren. Außerdem wird eine Abnahme des QO verhindert.
Bei den oben beschriebenen Beispielen sind die inneren Leiter 3a in den Erregungslöchern 5 mit dem äußeren Leiter 4 an einem Ende jedes Erregungslochs 5 elektrisch verbunden. Dieser Aufbau kann eine stärkere externe Kopplung oder stärkere elektromagnetische Kopplung liefern als ein Aufbau, bei dem die Erregungslöcher 5 von dem äußeren Leiter 4 elektrisch getrennt sind.
Bei den oben beschriebenen Beispielen erstrecken sich die Eingangs-/Ausgangselektroden 7 von einer Endoberfläche des dielektrischen Blocks 1 bis zu einer benachbarten Seitenoberfläche.
Bei den oben beschriebenen Beispielen in 1–2 sind die Erregungslöcher 5 im wesentlichen entlang der Mittellinie gebildet, die durch die Mitte des dielektrischen Blocks 1 in Richtung der Dicke verläuft.
Zudem können bei dielektrischen Filtern der verschiedenen oben beschriebenen Beispiele die Phase sowie die externe Kopplung durch Variieren der Position, der Form oder des Innendurchmessers der Erregungslöcher eingestellt werden. Dies bedeutet, daß die Phase variiert werden kann, während die externe Kopplung konstant gehalten wird.
Bezüglich der Beziehungen zwischen den Positionen der Erregungslöcher, der Form, der externen Kopplung und der Phase wurden Experimente durchgeführt. Die Experimente und Ergebnisse werden nun beschrieben. 3(a)–3(d) sind schematische Querschnitte von dielektrischen Filtern, die nahe der Position eines Erregungslochs genommen wurden. Diese Figuren veranschaulichen ein Verfahren des Festlegens der Eigenkapazität C11 des Erregungslochs 5, die zwischen dem Leiter innerhalb des Erregungslochs 5 und dem äußeren Leiter gebildet ist, und der Gegenkapazität C12, die zwischen dem Erregungsloch 5 und dem Leiter innerhalb des Resonatorlochs 2 erzeugt wird.
Bei 3(a) ist das Erregungsloch 5 entweder zur oberen oder zur unteren Seite des dielektrischen Blocks hin verschoben. Bei diesem veranschaulichten Beispiel ist das Loch zur unteren Seite hin verschoben, um die Eigenkapazität C11 zu erhöhen und die Gegenkapazität C12 zu verringern. Bei den 3(b) und 3(c) nimmt das Erregungsloch 5 im wesentlichen eine elliptische Form an. Die Eigenkapazität C11 und die Gegenkapazität C12 können durch Variieren der Längsrichtung des Erregungslochs 5 auf verschiedene Werte eingestellt werden. Bei 3(d) wird der Innendurchmesser des Erregungslochs 5 erhöht, um sowohl die Eigenkapazität C11 als auch die Gegenkapazität C12 zu erhöhen. Auf diese Weise können die Eigenkapazität C11 und die Gegenkapazität C12 durch Variieren der Position, Form oder Größe des Erregungslochs verändert werden.
Die Beziehungen dieser Kapazitäten C11 und C12 des dielektrischen Filters gemäß dem in 3 gezeigten Beispiel der Erfindung zu der externen Kopplung und zu der Phase sind in 4 gezeigt. 4 zeigt Ergebnisse von gemessenen Reflexionsphasen um dieses Filter mit einer Mittenfrequenz von 836,5 MHz im Durchlaßbereich des gegenüberliegenden Filters, wobei der Durchlaßbereich im Frequenzbereich von 869 bis 894 MHz liegt. In 4 wird die Beziehung zwischen der Eigenkapazität C11 des Erregungslochs und der Gegenkapazität C12, die dort erhalten wird, wo die externe Kopplung konstant ist, durch Dreiecke Δ angezeigt. Unter dieser Bedingung ist die Beziehung zwischen der Eigenkapazität C11 und der Reflexionsphase bei 869 MHz durch weiße Kreise O angezeigt. Die Beziehung zwischen der Eigenkapazität C11 und der Reflexionsphase bei 894 MHz ist durch schwarze Kreise • angegeben.
Wie in 4 gezeigt, kann die externe Kopplung durch Variieren der Position, der Form oder eines anderen Faktors des Erregungslochs konstant gehalten werden, um so die Eigenkapazität C11 und die Gegenkapazität C12 zu variieren. Das heißt, daß die Reflexionsphase reduziert werden kann, während die externe Kopplung konstant gehalten wird, indem sowohl die Eigenkapazität C11 als auch die Gegenkapazität C12 reduziert wird. Mit anderen Worten, die Reflexionsphase kann so gestaltet werden, daß sie sich an den offenen Zustand annähert.
Dort, wo ein Antennenfilter unter Verwendung derartiger dielektrischer Filter gebaut wird, kann somit die Reflexionsphase in dem Durchlaßbereich des gegenüberliegenden Filters so gestaltet werden, daß sie einen offenen Zustand annimmt, wenn die Position, Form oder Größe der Erregungslöcher in einem Filter, das einem Antennenende entspricht, variiert werden. Folglich kann ein Antennenfilter ohne Hinzufügen von separaten phaseneinstellenden Komponenten, wie beispielsweise kapazitiven Vorrichtungen, induktiven Vorrichtungen oder Streifenleitungen, mit Leichtigkeit gebaut werden. Insbesondere kann ein Antennenfilter einfach durch Verwendung zweier derartiger dielektrischer Filter oder durch Verwendung eines derartigen dielektrischen Filters zusammen mit dem in 7 gezeigten dielektrischen Filter des Standes der Technik und durch anschließendes direktes Miteinanderverbinden jeweiliger Eingangs- oder Ausgangselektroden der beiden Filter gebaut werden.
Es versteht sich, daß die Anwendung der Erfindung nicht auf Antennenfilter beschränkt ist. Dort, wo eine Verbindung mit einer externen Schaltung hergestellt wird und es notwendig ist, die Phase an dem Eingangs-/Ausgangsabschnitt zu variieren, kann entsprechende Abgleichung mit der externen Schaltung auf ähnliche Weise erhalten werden, ohne separate phaseneinstellende Komponenten hinzuzufügen.
Jedes Erregungsloch kann zu jeder beliebigen Form gestaltet sein. Beispielsweise kann die Querschnittsform des Lochs eine Ellipse, ein Rechteck, ein Dreieck oder jede beliebige andere Form annehmen. Bei den vorstehenden Beispielen setzt sich das dielektrische Filter aus zwei Resonatorstufen zusammen. Das Filter kann auch aus lediglich einer Resonatorstufe bestehen. Ferner kann das Filter aus drei oder mehr Resonatorstufen bestehen.
Der Aufbau eines dielektrischen Filters (Antennenduplexers) gemäß einem anderen Beispiel der Erfindung ist in den 5(a) und 5(b) gezeigt. 5(a) ist eine perspektivische Ansicht des dielektrischen Filters (Antennenduplexers) aus der Ansicht der Seite der offenen Endoberfläche. Die untere Oberfläche, die eine Anbringungsoberfläche bildet, ist hier als oben in der Figur befindlich gezeigt. 5(b) ist eine Draufsicht der kurzgeschlossenen Endoberfläche. Die untere Oberfläche, die eine Anbringungsoberfläche bildet, ist hier als unten in der Figur befindlich dargestellt.
Wie in 5(a) und 5(b) gezeigt, weist das dielektrische Filter (Antennenfilter) des vorliegenden Beispiels einen dielektrischen Block 1 auf, der im wesentlichen die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds aufweist. Dieser Block weist ein Paar von gegenüberliegenden Endoberflächen 1a und 1b auf. Sieben Resonatorlöcher 2a–2g erstrecken sich zwischen diesen Endoberflächen 1a und 1b. Ein Erregungsloch 5a und ein Externkopplungs-Einstelloch 6a sind zwischen den Resonatorlöchern 2a und 2b gebildet. Ein Erregungsloch 5b und ein Externkopplungs-Einstelloch 6b sind zwischen den Resonatorlöchern 2c und 2d gebildet. Ein Erregungsloch 5c und ein Externkopplungs-Einstelloch 6c sind zwischen den Resonatorlöchern 2f und 2g gebildet. Leiter 3 sind auf den inneren Oberflächen der Resonatorlöcher 2a–2g und auf den inneren Oberflächen der Externkopplungs-Einstellöcher 6a–6c gebildet. Ein äußerer Leiter 4 ist im wesentlichen auf der gesamten Oberfläche der äußeren Oberfläche des dielektrischen Blocks 1 gebildet.
Drei Eingangs-/Ausgangselektroden 7a, 7b und 7c erstrecken sich von der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b bis zu einer Seitenoberfläche oder der unteren Oberfläche. Die Eingangs-/Ausgangselektroden 7a, 7b und 7c sind mit den Leitern 3 innerhalb der Erregungslöcher 5a–5c elektrisch verbunden, aber von dem äußeren Leiter 4 isoliert. Dies bedeutet, daß die Leiter 3 innerhalb der Erregungslöcher 5a–5c mit dem äußeren Leiter 4 an der offenen Endoberfläche 1a elektrisch verbunden und von dem äußeren Leiter 4 an der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b getrennt sind. Die Leiter 3 innerhalb der Resonatorlöcher 2a–2e sind von dem äußeren Leiter 4 durch nicht leitfähige Abschnitte, die in den inneren Leitern nahe der offenen Endoberfläche 1a gebildet sind, getrennt und mit dem äußeren Leiter 4 an der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b elektrisch verbunden.
Die Externkopplungs-Einstellöcher 6a, 6b und 6c sind nahe den Erregungslöchern 5a, 5b bzw. 5c gebildet. Die Anordnung der Einstellöcher 6a–6c ist parallel zur Anordnung der Erregungslöcher 5a–5c. Die Leiter 3, die innerhalb der Externkopplungs-Einstellöcher 6a, 6b und 6c gebildet sind, sind mit dem äußeren Leiter 4 an der oberen Endoberfläche 1a sowie an der kurzgeschlossenen Endoberfläche 1b elektrisch verbunden. Dies bedeutet, daß die Leiter 3 innerhalb der Einstellöcher 6a–6c als Erdungsleiter ähnlich dem äußeren Leiter 4 fungieren.
Bei diesem Aufbau ist das Erregungsloch 5a mit den benachbarten Resonatorlöchern 2a und 2b elektromagnetisch gekoppelt. Das Erregungsloch 5b ist mit den benachbarten Resonatorlöchern 2c und 2d elektromagnetisch gekoppelt. Das Erregungsloch 5c ist mit den benachbarten Resonatorlöchern 2f und 2g elektromagnetisch gekoppelt. Durch diese elektromagnetischen Kopplungen wird eine externe Kopplung geliefert. Das Filter ist über die Eingangs-/Ausgangselektroden 7a, 7b und 7c, die mit den Leitern 3 innerhalb der Erregungslöcher 5a–5c elektrisch verbunden sind, mit einer externen Schaltung verbunden. Die Eingangs-/Ausgangselektrode 7b ist eine Antennenelektrode, die als ein Eingang/Ausgang eines Sendefilters und ferner als ein Eingang/Ausgang eines Empfangsfilters fungiert.
Bei dem Antennenfilter des vorliegenden Beispiels kann die Eigenkapazität jedes Erregungslochs durch Variieren der Position, Form oder des Innendurchmessers des Externkopplungs-Einstellochs, das in der Nähe des Erregungslochs gebildet ist, erhöht bzw. verringert werden. Somit kann die externe Kopplung modifiziert werden, und die externe Kopplung kann angemessener festgelegt werden. Das heißt, die externe Kopplung kann durch Hinzufügen der Externkopplungs-Einstellöcher mit einem größeren Freiheitsgrad festgelegt werden.
Die Eigenkapazität jedes Erregungslochs ist die Kapazität, die zwischen dem Leiter innerhalb des Erregungslochs und dem Erdungsleiter, oder dem äußeren Leiter plus dem Leiter innerhalb des Externkopplungs-Einstellochs erzeugt wird. Die Eigenkapazität jedes Erregungslochs kann durch Bereitstellen des Externkopplungs-Einstellochs erhöht werden. Durch Verringerndes Abstands zwischen dem Erregungsloch und dem Externkopplungs-Einstelloch kann die Eigenkapazität des Erregungslochs erhöht und die externe Kopplung geschwächt werden. Umgekehrt kann durch Erhöhen des Abstands zwischen dem Erregungsloch und dem Externkopplungs-Einstelloch die Eigenkapazität des Erregungslochs verringert und die externe Kopplung intensiviert werden.
Da die externe Kopplung durch derartiges Bereitstellen der Externkopplungs-Einstellöcher geschwächt werden kann, kann der Abstand zwischen jedem Erregungsloch und dem benachbarten Resonatorloch reduziert werden. Somit kann die Größe des Filters reduziert werden. In dem vorliegenden Beispiel kann somit der Abstand zwischen den Resonatorlöchern 2a und 2b, der Abstand zwischen den Resonatorlöchern 2c und 2d sowie der Abstand zwischen den Resonatorlöchern 2f und 2g reduziert werden.
Des weiteren kann die Kopplung zwischen zwei Resonatorlöchern, zwischen denen ein Erregungsloch und ein Externkopplungs-Einstelloch positioniert ist, durch das Externkopplungs-Einstelloch unterdrückt werden. Bei dem vorliegenden Beispiel kann eine direkte Kopplung zwischen den Resonatorlöchern 2a und 2b, eine direkte Kopplung zwischen den Resonatorlöchern 2c und 2d sowie eine direkte Kopplung zwischen den Resonatorlöchern 2f und 2g durch die Externkopplungs-Einstellöcher 6a, 6b bzw. 6c unterdrückt werden. Insbesondere kann eine direkte Kopplung der durch das Resonatorloch 2a gebildeten Falle stark reduziert werden. Zudem kann die direkte Kopplung des durch die Resonatorlöcher 2b, 2c gebildeten Filters, des durch die Resonatorlöcher 2d, 2e, 2f gebildeten Filters und der durch das Resonatorloch 2g gebildeten Falle stark reduziert werden. Folglich können die Charakteristika der Filter und Fallen ohne weiteres eingestellt werden. Folglich können gute Charakteristika erhalten werden.
Nachdem ein Filter gebaut wurde, kann die Eigenkapazität oder ein anderer Faktor jedes Erregungslochs durch Schleifen von Teilen der Leiter entweder in den Erregungslöchern oder in den Externkopplungs-Einstellöchern mit einem Schleifwerkzeug oder Schleifstein variiert werden. Auf diese Weise können die externe Kopplung und Phase eingestellt werden. Somit können die Charakteristika verbessert werden. Auch der Prozentsatz an defekten Produkten kann reduziert werden. In diesem Fall kann die dielektrische Substanz zusammen mit den inneren Leitern geschliffen werden.
Bei den obigen Beispielen ist ein Externkopplungs-Einstelloch entsprechend jedem einzelnen Erregungsloch gebildet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Eine Mehrzahl von Externkopplungs-Einstellöchern kann entsprechend jedem einzelnen Erregungsloch gebildet sein. Die Externkopplungs-Einstellöcher können zu jeder willkürlichen Form ausgebildet sein, die eine Ellipse, ein Rechteck, ein Dreieck oder ein Rhomboid sein kann.
Bei dem oben genannten Beispiel sind zwei Filter und zwei Fallen in einem dielektrischen Block gebildet. Auf diese Weise weist das dielektrische Filter oder der Antennenresonator einen komplizierten Aufbau auf. Man beachte, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt ist. Dieses Beispiel der vorliegenden Erfindung ist auch auf ein dielektrisches Filter anwendbar, das einen dielektrischen Block 1 aufweist, in dem ein Filter gebildet ist, wie in 6 gezeigt.
Bei dem in 6 gezeigten dielektrischen Filter ist der dielektrische Block 1 mit zwei Resonatorlöchern 2 versehen. Erregungslöcher 5 und Externkopplungs-Einstellöcher 6 sind außerhalb ihrer jeweiligen Resonatorlöcher 2 gebildet. Auch bei diesem dielektrischen Filter kann der Grad der externen Kopplung durch Variieren der Position, der Form oder des Innendurchmessers eines jeden Externkopplungs-Einstellochs variiert werden. Zudem können die externe Kopplung und die Phase durch Schleifen von Teilen von Leitern, die innerhalb der Erregungslöcher und innerhalb der Externkopplungs-Einstellöcher gebildet sind, eingestellt werden. Auch die Anzahl von in dem dielektrischen Block gebildeten Resonatorlöchern kann Eins sein.
Bei dem oben genannten Beispiel weist jedes Erregungsloch mindestens ein entsprechendes Externkopplungs-Einstelloch auf. Die Erfindung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Jedes Externkopplungs-Einstelloch kann für weniger als den vollen Satz von Erregungslöchern, z. B. für mindestens eines der Erregungslöcher, gebildet sein.
Bei den bisher beschriebenen vorstehenden Beispielen wird Kopplung zwischen benachbarten Resonatoren durch Streukapazität geliefert, die in nicht leitfähigen Abschnitten in den inneren Leitern erzeugt wird. Die Erfindung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Es können auch Koppellöcher oder andere Koppeleinrichtungen verwendet werden, um die benachbarten Resonatoren zusammenzukoppeln. Zudem ist die Art und Weise, auf die die Leiter innerhalb der Resonatorlöcher von dem äußeren Leiter an der offenen Endoberfläche getrennt werden, nicht auf das Verfahren der veranschaulichten Beispiele beschränkt.
Wie bisher beschrieben wurde, sind die Eingangs-/Ausgangsabschnitte bei einem dielektrischen Filter gemäß der vorliegenden Erfindung mit Erregungslöchern versehen. Eine externe Kopplung wird durch elektromagnetisches Koppeln jedes Erregungslochs mit dem benachbarten Resonatorloch geliefert. Die beste externe Kopplung kann erhalten werden, indem man den Innendurchmesser, die Position oder die Länge der Erregungslöcher angemessenerweise so festlegt, daß der Grad der externen Kopplung eingestellt oder festgelegt wird. Zudem ist es nicht notwendig, die Resonatorlöcher in außermittigen Positionen zu bilden, um die externe Kopplung einzustellen. Somit wird eine Abnahme des QO verhindert.
Bei bestimmten dielektrischen Filtern gemäß der Erfindung sind Externkopplungs-Einstellöcher nahe bei Externkopplungs-Erregungslöchern gebildet. Die gewünschte externe Kopplung und Phase können durch angemessenes Festlegen der Position, der Form und der Abmessung der Externkopplungs-Einstellöcher erhalten werden. Folglich können die externe Kopplung und Phase mit einem größeren Freiheitsgrad festgelegt werden. Die externe Kopplung kann durch Bilden der Externkopplungs-Einstellöcher geschwächt werden. Deshalb kann der Abstand zwischen jedem Erregungsloch und dem benachbarten Resonatorloch reduziert werden. Dies ermöglicht eine Miniaturisierung des Filters. Zudem kann die über ein Erregungsloch erfolgende Kopplung zwischen zwei Resonatorlöchern, die sich benachbart zueinander befinden, durch die Externkopplungs-Einstellöcher unterdrückt werden. Somit kann eine Interferenz zwischen den Filtern sogar dort verhindert werden, wo eine Mehrzahl von Filtern in einem dielektrischen Block gebildet ist. Die Charakteristika der Filter können leicht eingestellt werden. Nachdem ein Filter gebaut wurde, können die externe Kopplung und Phase durch Schleifen von Teilen von Leitern oder dielektrischen Substanzen innerhalb von Erregungslöchern eingestellt werden. Somit können die Charakteristika verbessert werden. Auch der Prozentsatz an defekten Produkten kann beträchtlich reduziert werden. Somit können die Herstellungskosten reduziert werden. Auch die Eingangs-/Ausgangselektroden können kleiner als bisher ausgeführt werden. Die Resonatorlänge kann verkürzt werden, ohne daß sich QO verschlechtert.
Falls das Filter durch Verwendung von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen mit einer externen Schaltung verbunden ist, ist es nicht notwendig, Eingangs-/Ausgangselektroden zu bilden. Zudem wird verhindert, daß QO abnimmt. Das Filter kann auf einem Anbringungssubstrat des Anschlußeinfügetyps angebracht werden. Zudem kann leckmäßiges Austreten des elektromagnetischen Feldes durch Anbringen eines metallischen Gehäuses reduziert werden.
Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein dielektrisches Filter von geringer Größe zu erhalten, das leicht an einem Substrat angebracht werden kann, auf verschiedene Art angebracht werden kann, ein hohes QO aufweist und eine optimale externe Kopplung und Phase aufweist.

Claims

Dielektrisches Filter, umfassend: – einen dielektrischen Block (1) mit zwei gegenüberliegenden Endflächen (1a, 1b) und einer Außenfläche, – wenigstens ein Resonatorloch (2), das in dem dielektrischen Block zwischen den Endflächen ausgebildet ist, – (einen) innere(n) Leiter (3), der/die auf einer jeweiligen Innenfläche des oder jedes Resonatorlochs (2) ausgebildet ist/sind, – einen äußeren Leiter (4), der auf der Außenfläche des dielektrischen Blocks ausgebildet ist, – wenigstens ein Erregungsloch (5), das in dem dielektrischen Block benachbart zu wenigstens einem Resonatorloch (2) ausgebildet ist, und – (einen) innere(n) Leiter (3), der/die auf einer jeweiligen Innenfläche des oder jedes Erregungsloches (5) ausgebildet ist/sind, – wobei eine der Endflächen des dielektrischen Blocks eine kurzgeschlossene Endfläche (1b) ist, – wobei das oder jedes Erregungsloch (5) mit einem jeweiligen Resonatorloch (2) elektromagnetisch gekoppelt ist, um dadurch eine externe Kopplung bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, – daß (ein) nichtleitende(r) Abschnitt(e) in dem/den inneren Leiter des/der Resonatorlochs/-löcher (2) ausgebildet ist/sind, – wobei der/die nichtleitende/n Abschnitt/e in der Nähe der Endfläche (1a) gegenüber der kurzgeschlossenen Endfläche (1b) angeordnet ist/sind, – daß der/die innere/n Leiter in dem/den Erregungsloch/-löchern (5) mit dem äußeren Leiter an der Endfläche (1a) gegenüber der kurzgeschlossenen Endfläche (1b) elektrisch verbunden ist/sind, – daß Eingangs-/Ausgangselektroden (7) auf der kurzgeschlossenen Endfläche des dielektrischen Blocks (1) ausgebildet sind, – wobei die Eingangs-/Ausgangselektroden (7) mit dem/den Leiter/n (3), der/die im Inneren des/der Erregungsloches/-löchern (5) ausgebildet ist/sind, elektrisch verbunden sind, und – wobei die Eingangs-/Ausgangselektroden (7) von dem äußeren Leiter (4) elektrisch getrennt sind.
Dielektrisches Filter nach Anspruch 1, wobei – die Position, Größe und/oder Form jedes Erregungslochs so eingestellt ist, daß ein vorbestimmter Grad an externer Kopplung und eine vorbestimmte Phase erhalten werden.
Dielektrisches Filter nach Anspruch 1, ferner umfassend: – wenigstens ein Externkopplungs-Einstelloch (6), das in dem dielektrischen Block nahe einem Erregungsloch ausgebildet ist, und – (einen) innere(n) Leiter (3), der/die auf einer jeweiligen Innenfläche des oder jedes Externkopplungs-Einstellochs (6) ausgebildet ist/sind.
Dielektrisches Filter nach Anspruch 3, wobei – wenigstens ein innerer Leiter (3), der innerhalb eines Externkopplungs-Einstellochs (6) ausgebildet ist, teilweise entfernt wurde, um die externe Kopplung und Phase einzustellen.
Dielektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei – ferner wenigstens ein Eingangs-/Ausgangsanschluß (20) vorgesehen ist, der in einem Erregungsloch (5) des Filters eingefügt ist und mit dem inneren Leiter (3), der innerhalb des Erregungsloches ausgebildet ist, elektrisch verbunden ist.
Dielektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner umfaßt: – ein metallisches Gehäuse (30), das an dem dielektrischen Block angebracht ist, um wenigstens einen Teil des Blocks abzudecken.
Antennenduplexer, umfassend: – das dielektrische Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, – wobei wenigstens eines der Resonatorlöcher ein Transmissionsfilter darstellt und – wobei wenigstens eines der Resonatorlöcher ein Empfangsfilter darstellt.