DE60020752T2

DE60020752T2 - Dielektrischer Filter

Info

Publication number: DE60020752T2
Application number: DE60020752T
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Sano; Meiji Miyashita
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: CN1266289A; EP1363349B1; US6566986B2; DE60020752D1; EP1024548B1; DE60011482D1; KR100624048B1; DE60011482T2; TW463414B; EP1024548A1; CN1151580C; KR20000057804A; EP1363349A1; US20020039058A1; US6556106B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen dielektrischen Filter und insbesondere auf einen kleinen dielektrischen Filter, der zur Verwendung in einem Hochfrequenzband gleich oder höher als 3 GHz geeignet ist.
STAND DER TECHNIK
Mit der Verbreitung einer mobilen Kommunikationsvorrichtung wird beabsichtigt, ein Frequenzband zu verwenden, das höher als das gegenwärtig in Verwendung befindliche ist. In der konventionellen, mobilen Kommunikation wird das Frequenzband bis zu etwa 2 GHz verwendet und eine Kombination von dielektrischen, koaxialen Resonatoren wurde hauptsächlich als ein Filter angewandt, der in der Mobilstation verwendet wird.
Wenn der dielektrische, koaxiale Resonator jedoch in dem Frequenzband gleich oder höher als 3 GHz verwendet wird, muß eine axiale Abmessung desselben kürzer bzw. kleiner aufgrund der Frequenz gemacht werden, was ihn extrem viel dünner macht und es auch schwierig macht, eine Eingabe- bzw. Eingangs- und Ausgangs- bzw. Ausgabekopplung herzustellen. Zusätzlich sollte, um ein hohes Q sicherzustellen, ein Außendurchmesser des Dielektrikums größer gemacht werden. Beispielsweise ist, um ein Q sicherzustellen, das bei einer Frequenz von 5 GHz erforderlich ist, ein Außendurchmesser von 10 mm und mehr notwendig. Dies läuft gegen ein Erfordernis zum kleineren Ausbilden einer elektronischen Einheit und ist nicht praktikabel. Statt eines koaxialen TEM-Mode-Resonators kann daran gedacht werden, einen TE-Mode-Resonator zu verwenden, was in einer größeren Größe der Struktur resultiert und eine komplexe Struktur einer Eingabe- und Ausgabekopplung erfordert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen dielektrischen Filter zur Verfügung zu stellen, welcher eine ausreichende Filtercharakteristik bei einem Hochfrequenzband, beispielsweise innerhalb des Bereichs von 3 GHz bis 30 GHz zur Verfügung stellt und das Erfordernis eines hohen Q, eines kleineren Dimensionierens und einer dünneren Dicke erfüllt.
Dieses Ziel wird durch einen dielektrischen Filter erfüllt, der die in Anspruch 1 geoffenbarten Merkmale besitzt. Bevorzugte Ausbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Charakteristikum bzw. Merkmal eines dielektrischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
3a ist eine Draufsicht auf eine andere Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3b ist eine perspektivische Ansicht der Ausbildung, die in 3a gezeigt ist;
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Charakteristikum eines dielektrischen Filters, der in 3 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
5a ist eine Draufsicht auf eine andere Ausbildung der vorliegenden Erfindung;
5b ist eine perspektivische Ansicht der Ausbildung, die in 5a gezeigt ist;
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Charakteristikum eines dielektrischen Filters, der in 5 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
7a ist eine Draufsicht auf eine andere Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung;
7b ist eine perspektivische Ansicht der Ausbildung, die in 7a gezeigt ist; und
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Charakteristikum eines dielektrischen Filters, der in 7 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;
wobei jedes der Bezugszeichen 11, 12, 13, 51, 52 und 53 ein Dielektrikum bezeichnet; jedes von 14, 15, 54 und 55 eine Eingabe/Ausgabeelektrode bezeichnet; jedes von 16, 17, 18, 56, 57 und 58 einen Erdleiter bezeichnet; jedes von 19, 20 und 59 einen leitfähigen Streifen bezeichnet; und 99 einen Schlitz bezeichnet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSBILDUNG
Obwohl ein Resonanzmodus bzw. eine Resonanzart eines dielektrischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung nicht vollständig analysiert wurde, wird angenommen, daß dieser dielektrische Filter ähnlich einem Wellenleiter arbeitet. Es wird angenommen, daß ein Inseltyp einer Elektrodenfolie, die auf einer Oberfläche des Dielektrikums ausgebildet ist, als eine Eingabe/Ausgabekopplungsstruktur verwendet wird und ein Kopplung zwischen den Resonatoren an einer verbindenden bzw. Verbindungsoberfläche oder innerhalb des Dielektrikums generiert bzw. erzeugt wird, um eine Filtercharakteristik auszubilden.
Es wird nun eine bevorzugte Ausbildung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung, die einen Zustand eines dielektrischen Filters illustriert, bevor er zusammengebaut wird. In diesem Filter werden drei dielektrische Resonatoren verbunden, um eine Einheit auszubilden. Ein rechteckiges, parallelepipedisches Dielektrikum 11, 13 mit einer Abmessung von 6,41 × 6.0 × 2,5 mm³ und einer Dielektrizitätskonstante von 37 wird jeweils auf jeder Endseite aufgebracht, und eine Inselart einer leitenden bzw. leitfähigen Folie bzw. eines Films 14, 15 mit einer Abmessung von 1,4 × 1,4 mm² ist auf einem zentralen Abschnitt der 6,41 × 6,0 mm² Oberflächen ausgebildet. Ein leitfähiger Film 16, 17 ist diesen leitfähigen Film 14, 15 umgebend ausgebildet, indem er in einem Abstand von 0,5 mm davon angeordnet ist, und ein leitfähiger Film ist auch auf allen anderen Oberflächen mit Ausnahme einer Verbindungsoberfläche ausgebildet, um eine Erdelektrode zu bilden, indem sie mit dem leitfähigen Film 16, 17 verbunden ist.
Ein zwischenliegender dielektrischer Resonator 12 hat eine Abmessung von 5,75 × 6,0 × 2,5 mm³ und ein leitfähiger Film 18 ist auf allen Oberflächen davon ausgebildet mit der Ausnahme von Verbindungsoberflächen, um eine Erdelektrode auszubilden. In den Verbindungsabschnitten der Dielektrika 11, 12, 13 sind, obwohl die Dielektrika freigelegt sind, leitfähige Streifen 19, 20 darauf ausgebildet, die sich von der Oberfläche erstrecken, auf welcher die Eingabe/Ausgabeelektrode zu der gegenüberliegenden Oberfläche davon ausgebildet ist, um eine Kopplung zwischen den Resonatoren ein zustellen. In dieser Ausbildung ist eine Breite von 2 mm eines leitfähigen Streifens auf einem zentralen Abschnitt der Verbindungsoberfläche ausgebildet. In jedem der Verbindungsabschnitte zwischen den dielektrischen Resonatoren 11, 13, die jeweils an einem Ende angeordnet sind, und dem zwischenliegenden, dielektrischen Resonator 12, der damit verbunden ist, kann dieser leitfähige Streifen an jeder der verbindenden Oberflächen ausgebildet sein bzw. werden. In dieser Ausbildung kann bzw. muß der leitfähige Streifen beispielsweise nicht auf dem Resonator 11 ausgebildet werden und kann auch nicht auf einer nicht sichtbaren Verbindungsoberfläche des Resonators 12 ausgebildet werden. So kann der leitfähige Film an wenigstens einer der Verbindungsoberflächen ausgebildet werden.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Charakteristikum bzw. Merkmal des dielektrischen Filters illustriert, das durch ein Verbinden der Dielektrika ausgebildet ist, die in 1 gezeigt sind. Es ist gezeigt, daß die zentrale Frequenz bei 5,81 GHz liegt, eine 3 dB Bandbreite 184 MHz ist und ein Einfügungsverlust an einem Spitzenpunkt 0,77 dB ist.
Im Falle einer Verbindung, die in 1 gezeigt ist, kann ein leitfähiger Film auf beiden Seiten statt eines leitfähigen Streifens ausgebildet sein, um das Dielektrikum an den zentralen Bereichen bzw. Abschnitten freizulegen.
Wie dies in der obigen Ausbildung gezeigt ist, soll eine Abmessung des Dielektrikums, das den Resonator ausbildet, der auf jedem Endabschnitt angeordnet ist, unterschiedlich von jenem des Dielektrikums sein, das den Resonator ausbildet, der in dem zentralen Abschnitt angeordnet ist. Dies kommt von dem Unterschied in einer effektiven Dielektrizitätskonstante, und dadurch soll die Abmessung des Dielektrikums, das an jedem Endabschnitt angeordnet ist, größer als jene des zentralen Abschnitts sein.
Eine Anordnung der dielektrischen Resonatoren ist nicht auf das oben gezeigte Beispiel beschränkt, sondern es kann eine andere Struktur, umfassend bzw. beinhaltend eine Biegung, darin ebenfalls angewandt werden. 3 zeigt eine andere Ausbildung der Erfindung, in welcher 3a eine Draufsicht und 3b eine perspektivische Explosionsdarstellung ist, die einen Zustand eines dielektrischen Filters illustrieren, bevor er zusammengebaut wird. In dieser Ausbildung sind drei dielektrische Resonatoren verbunden, um eine Einheit auszubilden. Ein rechteckiges parallelepipedisches Dielektrikum 51, 52 mit einer Abmessung von 11,8 × 10,0 × 3,0 mm³ ist jeweils auf jeder Seite angeordnet und ein kreisförmiger Inseltyp eines leitfähigen Films 54, 55 mit einem Durchmesser von 4 mm ist darauf jeweils ausgebildet. Ein leitfähiger Film 56, 57 ist durch ein Umgeben des inselartigen, leitfähigen Films 54, 55 ausgebildet, wobei er in einem Abstand von 0,5 mm davon angeordnet ist, und ein leitfähiger Film ist ebenfalls auf allen anderen Oberflächen mit Ausnahme einer Verbindungsoberfläche ausgebildet, um eine Erdelektrode auszubilden, indem sie mit dem leitfähigen Film 56, 57 verbunden ist.
Ein zwischenliegender dielektrischer Resonator 53 hat eine Abmessung von 10,0 × 10,0 × 3,0 mm³ und ein leitfähiger Film 58 ist an allen Oberflächen davon mit Ausnahme von Verbindungsoberflächen aufgebracht, um eine Erdelektrode auszubilden. Der dielektrische Resonator 53 ist verbunden bzw. angeschlossen, indem zwei benachbarte Endoberflächen davon mit den dielektrischen Resonatoren 51 und 52 jeweils verwendet werden. In den Verbindungsabschnitten der Dielektrika 51, 52, 53 sind die Dielektrika freigelegt und leitfähige Streifen 59, 60 sind darauf ausgebildet, welche sich von der Oberfläche, auf welcher die Eingabe/Ausgabeelektrode ausgebildet ist, zu der entgegengesetzten Oberfläche davon erstrecken, um eine Kopplung zwischen den Resonatoren einzustellen. In dieser Ausbildung ist eine Breite von 3,40 mm eines leitfähigen Streifens auf einem zentralen Abschnitt der Verbindungsoberfläche ausgebildet. In jedem der Verbindungsabschnitte zwischen den dielektrischen Resonatoren 51, 52, die jeweils auf jedem Ende angeordnet sind, und dem zwischenliegenden dielektrischen Resonator 53, der damit verbunden ist, kann dieser leitfähige Streifen auf jeder der verbindenden Oberflächen von zwei Resonatoren ausgebildet sein, die miteinander zu verbinden sind. In dieser Ausbildung kann beispielsweise der leitfähige Streifen nicht auf dem Resonator 51 ausgebildet sein und kann ebenfalls nicht auf einer unsichtbaren Verbindungsoberfläche des Resonators 52 ausgebildet sein. Somit kann der leitfähige Streifen auf wenigstens einer der Verbindungsoberflächen ausgebildet sein.
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Charakteristikum des dielektrischen Filters illustriert, der durch ein Verbinden der Dielektrika hergestellt ist, die in 3 gezeigt sind. Es ist gezeigt, daß die zentrale bzw. Zentralfrequenz 3,41 GHz ist, 3 dB Bandbreite 99,1 MHz ist und ein Einfügungs- bzw. Einsetzverlust an einem Spitzenpunkt 0,83 dB ist.
5 beinhaltet eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Er findung, in welcher vier dielektrische Resonatoren so verbunden sind, daß die dielektrischen Resonatoren auf entsprechenden Eingabe/Ausgabeenden davon benachbart zueinander anzuordnen sind. In dieser Ausbildung sind die dielektrischen Resonatoren auf entsprechenden Eingabe/Ausgabeenden davon ausgebildet, um eine Abmessung von 11,2 × 10,0 × 3,0 mm³ aufzuweisen, und zwei zwischenliegende, um eine Abmessung von 10,0 × 9,5 mm² aufzuweisen. Wie für die leitfähigen Filme für ein Einstellen der Kopplung ist der leitfähige Film zwischen zwischenliegenden dielektrischen Resonatoren so festgelegt bzw. eingestellt, daß er 3,8 mm breit ist und daß zwischen dem Resonator auf dem Eingabe/Ausgabeende und dem zwischenliegenden Resonator so festzulegen ist, daß er 3,4 mm breit ist.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Charakteristikum des dielektrischen Filters illustriert, der durch ein Verbinden der Dielektrika ausgebildet ist, die in 5 gezeigt sind. Es ist gezeigt, daß die Zentralfrequenz 3,50 GHz ist, 3 dB Bandbreite 110,2 MHz sind und ein Einsetzverlust an einem Spitzenpunkt 1,05 dB ist.
In 7 sind vier Elemente von dielektrischen Resonatoren, die jeweils dieselbe Abmessung besitzen wie jene, die in 5 gezeigt ist, verbunden, in welchen die Resonatoren 91 und 92, die an Eingabe/Ausgabeenden angeordnet sind, in kapazitive Kopplung gebracht sind. D.h. ein Schlitz 99, der das Dielektrikum freilegt, ist an der Verbindungsoberfläche der Resonatoren 91 und 92 ausgebildet, die jeweils an den Eingabe/Ausgabeenden angeordnet sind. Dieses Charakteristikum bzw. Merkmal mit dem Schlitz, der 0,005 mm breit ist, ist in 8 gezeigt. Es gibt keine Änderung in der Zentralfrequenz, 3 dB Bandbreite und dem Einsetzverlust, jedoch sind Extremstellen P1 und P2 einer Dämpfungskurve an jeder Seite eines Paßbands ausgebildet, was eine steile Dämpfungscharakteristik zur Verfügung stellt.
Somit sind bzw. werden die dielektrischen Resonatoren in kapazitive Kopplung durch diesen Schlitz 99 gebracht, um eine Polarität zur Verfügung zu stellen. Wenn die Struktur, in welcher die dielektrischen Resonatoren gebogen und verbunden sind, angewandt bzw. eingesetzt wird, sind die Eingabe/Ausgabeenden benachbart zueinander angeordnet, so daß sie ohne ein zusätzliches Element verbunden werden können.
Wie dies in den obigen Ausbildungen gezeigt ist, soll eine Abmessung des Dielektrikums, das der Resonator ausbildet, der an jedem Endabschnitt angeordnet ist, unterschiedlich von jenem des Dielektrikums sein, das den Resonator ausbildet, der an dem zentralen Abschnitt angeordnet ist. Dies kommt von dem Unterschied dazwischen in einer effektiven Dielektrizitätskonstante, und dadurch soll die Größe des Dielektrikums, das an jedem Endabschnitt angeordnet ist, größer als jene auf dem zentralen Abschnitt sein. In der obigen Ausbildung ist die Dielektrizitätskonstante von jedem Dielektrikum 37.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein kleiner und dünner, dielektrischer Filter, der fähig ist, in einer Frequenzbandbreite gleich oder mehr als 3 GHz verwendet zu werden, vorgesehen sein bzw. zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich kann ein leicht produzierbarer und billiger, dielektrischer Filter hergestellt bzw. zur Verfügung gestellt werden, da er lediglich durch ein Ausbilden eines leitenden bzw. leitfähigen Films bzw. einer Folie auf einer Oberfläche des rechteckigen bzw. rechtwinkeligen, parallelepipedischen Dielektrikums hergestellt wird.
Weiters kann die Frequenz eines Extremwerts beliebig festgelegt werden, da die dielektrischen Resonatoren, die an den Eingabe/Ausgabeendabschnitten angeordnet sind, in eine kapazitive Kopplung in Abhängigkeit von der Anordnung davon gebracht werden können, und zusätzlich die Kopplungsbedingung bzw. der Kopplungszustand davon leicht eingestellt werden kann.
Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auch vorzugsweise auf einen dielektrischen Filter, in welchem drei oder mehr Resonatoren einstückig bzw. integral in einem rechteckigen, parallelepipedischen, dielektrischen Block angeordnet sind, wobei der dielektrische Filter dadurch gekennzeichnet ist, daß:
in jedem der dielektrischen Resonatoren, die jeweils an jedem Endabschnitt eines dielektrischen Blocks angeordnet sind, in bezug auf die Längsrichtung davon, eine Eingabe/Ausgabeelektrode, die aus einer Inselart eines leitfähigen Films gebildet ist, entsprechend auf derselben Oberfläche des dielektrischen Blocks ausgebildet ist, und eine Erdelektrode auf im wesentlichen der gesamten verbleibenden Fläche derselben Oberfläche so ausgebildet ist, um von der Eingabe/Ausgabeelektrode isoliert zu sein, und auch auf allen anderen Oberflächen ausgebildet ist;
in jedem der anderen dielektrischen Resonatoren eine Erdelektrode, die aus einem leitfähigen Film gebildet ist, auf allen Oberflächen davon ausgebildet ist; und
zwischen den dielektrischen Resonatoren ein Durchtritts- bzw. Durchgangsloch, das sich von der Oberfläche, auf welcher die Eingabe/Ausgabeelektrode ausgebildet ist, zu der Oberfläche gegenüberliegend dazu erstreckt, ausgebildet ist.

Claims

Dielektrisches Filter, bestehend aus drei oder mehreren rechteckigen parallelepipedischen Dielektrika, die in Serie bzw. in einer Linie verbunden sind, wobei in dem dielektrischen Filter: in jedem der Dielektrika (11, 13, 51, 52), die entsprechend an jedem Endabschnitt angeordnet sind, eine Eingabe/Ausgabeelektrode (14, 15, 54, 55), welche aus einem inselartigen leitenden bzw. leitfähigen Film (14, 15, 54, 55) gebildet ist, auf bzw. an einer Oberfläche bzw. -Fäche davon ausgebildet ist, und eine Erdungs- bzw. Erdelektrode (16, 17, 56, 57) auf im wesentlichen der gesamten verbleibenden Fläche der einen Oberfläche ausgebildet ist, um von der Eingabe/Ausgabeelektrode (14, 15, 54, 55) isoliert zu sein, und auch an allen anderen Oberflächen mit Ausnahme einer Verbindungsoberfläche ausgebildet ist; in jedem der zwischenliegenden Dielektrika (12, 53) eine Erdelektrode (18, 58) auf allen Oberflächen bzw. -flächen außer den verbindenden bzw. Verbindungsoberflächen davon ausgebildet ist; und ein leitfähiger Film (19, 20, 59, 60), der mit der Erdelektrode (18, 58) verbunden ist, an bzw. auf einem Teil von wenigstens einer der Verbindungsoberflächen der Dielektrika (11, 12, 13, 51, 52, 53), die zu verbinden sind, ausgebildet ist, wobei der leitfähige Film (19, 20, 59, 60), der mit der Erdelektrode (16, 17, 18, 56, 57, 58) verbunden ist, ein leitender bzw. leitfähiger Streifen (19, 20, 59, 60) ist zum Verbinden der Erdelektrode (16, 17, 18, 56, 57, 58) auf der Oberfläche, auf welcher die Eingabe/Ausgabeelektrode (14, 15, 54, 55) ausgebildet ist, mit der Erdelektrode (16, 17, 18, 56, 57, 58) auf der Oberfläche entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend dazu, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Streifen (19, 20, 59, 60) an einem zentralen Bereich bzw. Abschnitt der leitenden Oberflächen ausgebildet ist und sich von der Oberfläche, auf welcher die Eingabe/Ausgabeelektrode ausgebildet ist, zu der entgegengesetzten Oberfläche davon erstreckt, und der leitfähige Streifen (19, 20, 54, 60) eine Breite schmäler als die Breite der verbindenden Oberflächen aufweist.
Dielektrisches Filter nach Anspruch 1, in welchem wenigstens eines der zwischenliegenden Dielektrika (12, 53) mit anderen Dielektrika (11, 13, 51, 52) an benachbarten Endoberflächen verbunden ist.
Dielektrisches Filter nach Anspruch 2, in welchem die Dielektrika (11, 13, 51, 52), die jeweils in Eingabe/Ausgabeendabschnitten angeordnet sind, benachbart zueinander angeordnet sind.
Dielektrisches Filter nach Anspruch 2 oder 3, in welchem die Dielektrika (11, 13, 51, 52), die jeweils in Eingabe/Ausgabeendabschnitten angeordnet sind, in eine kapazitive Kopplung gebracht sind.