專利名稱：電介質濾波器、電介質收發轉換開關和通信裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于高頻電路的電介質濾波器、電介質收發轉換開關和具有所述元件的通信裝置。
背景技術：
在常規的電介質濾波器中，在電介質體上開有多個通孔。電介質體的外表面和通孔的內表面被涂覆以形成一系列的諧振腔。每個諧振腔將有一個開路端和一個短路端。在許多這類濾波器中，每個通孔的內直徑有變化，使得諧振腔的線阻抗在諧振腔的開路端和短路端不相同。
圖6示出了這種濾波器1的一個例子。在該示例中，矩形平行六面體電介質塊3上形有多個通孔2a、2b和2c，電介質塊的內外表面基本上涂覆了導電材料以形成多個諧振腔。為此，通過2a、2b和2c的內表面涂覆了各自的內導體4，而形成的外導體5基本上覆蓋了電介質塊的整個外表面。在電介質塊3的端頭6處外導體5直接與內導體4耦合以形成諧振腔的短路端。從電介質塊的端頭7末梢內移的位置處形成未涂覆區或間隙g以形成諧振腔的開路端。電介質塊4的外表面上提供了輸入一輸出電極5a和5b，由電介質塊外表面的未涂覆部分使它們與外導體5分開。輸入一輸出電極用于將輸入和輸出信號耦合到相鄰的諧振腔2a、2b。
為了調節相鄰諧振器間的耦合以及各諧振器的諧振頻率，在諧振腔中形成一臺階，使得每個諧振腔被分為具有不同直徑的開路端部分和短路端部分。
當用作這些濾波器的電介質塊成型時，由于通孔的直徑隨濾波器不同而變化，不同的濾波器要求有不同的模型。
而且，間隙g的形成首先將通孔的內壁用導電材料完成涂覆，然后用切割工具將導電涂層移去一環狀區域。因為在通孔開路端的內直徑尺寸可變，其結果是需要用于控制切割工具操作的控制程序。另外當間隙的位置和寬度隨諧振腔不同而變化時，還需要可調整工具以及進一步的控制程序。
由于這些原因，增加了濾波器的產品成本。
減少產品成本的一種方法是當切割工具切割每個未涂覆區域時使它的刀尖轉一圈所化的時間保持常數。然而，因為通孔的開路端具有不同的內徑，每單位弧光的切割速率作為內徑的函數而不同。因而在切割處理期間內導體和電介質塊的切削量的變化較大。這些變化對濾波器的特性造成不需要的影響。
發明內容
因而，本發明的一個目的是提供能解決上述問題的電介質濾波器和電介質發收轉換開關，使制造成本能減小，并能獲得預定的特性；以及提供具有相同器件的通信裝置。
為了達到上述目的，根據本發明，提供的電介質濾波器包括具有多個通孔的電介質塊，每個所述通孔具有開路端部分和短路端部分，每個所述開路端部分具有相同的圓截面，至少一個所述短路端部分具有角形截面。
形成在所述各個通孔內壁的內導體，形成在所述內導體上的間隙定義了所述通孔的所述開端部分。
外導體覆蓋了電介質塊大部分的外表面，所述外導體在每個內導體的一個相關端電氣耦合到所述內導體。
在較佳實施例中，通孔的開路端是圓柱狀并具有相同的直徑。因而，可以使用相同類型的成模以形成通孔的開路端而與通孔的短路端的形狀和大小無關。況且，可用相同的切割工具和相同的工具控制程序來切割位于通孔開路端部分內壁上的涂覆層上的間隙。即使要形成對間隙的大小和深度進行調整以調節濾波器的電氣特性時也是正確的。上述濾波器可以用作電介質收發轉換開關中的發送濾波器、接收濾波器和/或發送—接收濾波器。
本發明也針對至少包括發送濾波器部分、接收濾波器部分和/或發送—接收濾波器部分的收發轉換開關，至少一個所述濾波器部分包括具有多個通孔的電介質塊，每個所述通孔具有開路端部分和短路端部分，每個所述開路端部分具有圓形截面，至少一個所述短路端部分具有角形截面。
形成有各個通孔內壁上的內導體，形成在所述內導體上的間隙定義了所述通孔的所述開路端部分。
外導體覆蓋了電介質塊大部分的外表面，所述外導體在每個內導體的一個相關端電氣耦合到所述內導體。
況且，根據本發明，形成的通信裝置例如在用于發送—接收高頻電路信號的濾波器電路單元中提供有上述濾波器或收發轉換開關。
附圖簡述從下述參考附圖所作的描述，本發明的其它特點和優點將變得更明顯。
圖1A是根據本發明第一實施例的電介質濾波器的透視圖。
圖1B是在圖1A中沿線1B—1B的電介質濾波器的截面圖。
圖2A、2B、2C和2D示出了電介質濾波器另一種結構的截面構成圖。
圖3是根據本發明的另一個實施例的電介質收發轉換開關的透視圖。
圖4是電介質收發轉換開關的等效電路圖。
圖5是使用本發明電介質濾波器的通信裝置構成的方框圖。
圖6是常規的電介質濾波器的透視圖。
本發明實施例的詳細描述參考圖1A和1B將描述根據本發明第一實施例的電介質濾波器10的構成。
在該示例中，電介質塊12基本上具有矩形平行六面體形狀。在電介質塊12上形成多個通孔14a、14b和14c，并且在通孔的內壁上形成內導體16a、16b和16c以定義各個諧振器腔體18a、18b和18c。基本上電介質塊12所有的外表面(6個面)用外導體20涂覆，與外導體絕緣的輸入—輸出電極22a和22c形成在電介質塊12的外表面上。外導體20較佳地延伸到并與內導體16a、16b和16c接觸以形成由涂覆的通孔形成的諧振器腔體的短路端24。
在電介質塊12的開路端面26附近的通孔14a、14b和14c的內壁上形成未涂覆區或間隙g，并定義了諧振器腔體18a、18b和18c的開路端。最好如圖1B所示，作為切割處理的結果正常地使間隙伸延到電介質塊中。
最好在沿通孔的縱向長度的一半位置處在通孔14a、14b和14c中形成一臺階28以定義通孔的的形路端部分和短路端部分。通孔開路端部分的直徑相對較大而通孔的短路端部分直徑相對較小。在所示實施例中，通孔的開路端部分具有圓柱形且每個都有相同的直徑。另一方面至少一個通孔的短路端部分的形狀不同于至少一個其它通孔的短路端形狀。在圖1A所示示例中，通孔14b的短路端部分是矩形平行六面體而其余通孔的短路端部分形狀是圓柱形。更一般地，在較佳實施例中，至少一個通孔的短路端部分具有角形(例矩形)形狀。
用于形成電介質塊12的成型模(未示出)包括具有基本上為矩形平行六面體形狀的主腔體，它對應于電介質塊的外部形狀且有多個針狀物伸展到腔體中。第一組針用于形成通孔形路端部分而第二組針用于形成通孔的短路端部分。各對針的端頭互相接觸以定義出單個通孔。因為至少一個通孔的短路端部分的形狀和大小有變化，就有可能改變濾波器的特性同時又在基本上相同的直徑形成以圓柱狀孔形成通孔的開路端部分。結果，相同的針可以用于形成水同濾波器通孔的開路端部分。只有通孔的閉路端部分必須改變。而且，用于形成間隙g的切割工具和用于控制切割機旋轉工具刀尖旋轉出一個環狀圖形的控制程序可以對具有不同濾波器特性的多種類型濾波器是相同的。還有，當通過控制間隙g的位置和寬度調節濾波器的特性時，對應于通孔開路端部內直徑的一組調整工具和用于調整工具的一組控制程序可用于具有不同濾波器特性的許多不同濾波器。
根據本發明的較佳實施例，通過改變通孔短路端部分的橫截面大小和形狀、相鄰通孔間的距離等可改變各電介質諧振器的諧振頻率和相鄰電介質諧振器間的諧合而不必改變通孔開路端的形狀和大小。可使用與設計值對應的成型模。
在圖1A和1B所示的例子中，中間通孔的短路端部分具有角形(而不是圓形或橢圓形)橫截面。因而，在短路端部分的中間諧振器腔體和第一級與第三級(外面二個)諧振器腔體間產生的電容分量可以高度的靈活性被設計。
例如，在電介質塊10的厚度方向(如圖1A所見的垂直方向)增加短路端的橫截面寬度使得相鄰諧振器腔體間相對的面積增加，可以增加相鄰諧振器腔體間的靜電容。由于中間諧振器腔體針對外部諧振器腔體的二個面是平坦的，相鄰諧振器腔體內導體間的靜電容可在較寬的范圍上變化。
如何這樣做的例子示于圖2A到2D的裝置截面視圖中，取自穿過二級濾波器的諧振器腔體的短路端部分。圖2A中，通孔的截面形狀(更重要的是定義諧振器腔體的內導體16的內表面)是圓形的。在圖2B、2C和2D中，每個例子示出了具有角形(非圓形或拋物開)截面形狀。通過改變諧振器腔體的大小和形狀，可改變在相鄰諧振器腔體和外部(地)電極間的電容耦合以改變濾波器的電特性。
在每個實施例中，在每個內導體16和外導體14間產生了自電容Ci，而在相鄰內導體16間產生互電容Cij。如果在短路端部分的通孔具有如圖2B所示的矩形截面，在內導體和外導體間的相對面積以及內導體之間的相對面積基本上可以獨立地在寬范圍內改變。亦即，通過用矩形截面成形孔使得孔變得靠近外導體(如圖2C所示)，可增加短路端的自電容Ci，從而增強諧振頻率。通過形成具有角形截面的孔使它們變得靠近相鄰的內導體16(如圖2D所示)，可增加短路電端部分的互電容Cij，從而增強了電感耦合。亦即，在諧振器腔體間的電感耦合增強了或電容耦合減小了。
如上所述，由于通孔的短路端部分具有角形截面，增強了在互電容Cij和自電容Ci和Cj的設計靈活性。因此，可容易地獲得所需濾波器的特性。
以下，將參考圖3和圖3按照另外的實施例描述電介質收發轉換開關的構成。
圖3所示為電介質收發轉換開關10’的外觀透視圖。正如圖3所示，在矩形平行六面體電介質塊12’中形成了諧振器腔體通孔14a到14f以及激勵線通孔30tx和30ant。內導體形成在通孔14a’的內側壁上。外導體20’以及與外導體20絕緣的輸入—輸出電極22’tx，22’ant和22’rx形成在電介質塊12’的六個外表面上。未涂覆的間隙g形成在定義諧振器腔體20’a到20’f的開路端的通孔14’a到14’f的面26’的附近。與前面的實施例一樣，在通孔內形成臺階以定義通孔的各個開路端和短路端部分。與前面實施例一樣，通孔的開路端部分是圓形截面并具有與其它通孔相同的直徑。通孔的短路端部分地截面面積較佳地要小于開路端部分并且至少它們中的一些具有的截面形狀不同于至少其它一些。通孔短路端部分的橫截面形狀和大小隨濾波器的類型而變化以產生不同的濾波器特性。在本示例中，通孔14’b，14’c和14’e的開路端部分橫截面是圓形。通孔14’c的短路端的橫截面具有矩形形狀，如圖3所示在水平方向被伸長。通孔14’d的短路部分具有五邊形形狀，五邊形中面向電介質塊12’的上下表面上的外導體20’的兩個面靠近外導體20。通過14’f的短路端部分被偏移使得它更遠離相鄰通孔14’e的短路端部分并具有梯形截面形狀。
每個激勵線通孔30tx和30ant的內表面被涂覆以分別形成激勵線32tx和32ant。
輸入—輸出電極22’tx和22’ant形成在電介質塊12’的短路端面24’上并朝向電介質塊12’的底面，且電氣連接到形成在激勵線通孔30tx和30ant內壁上的內導體的一端。輸入—輸出電極22’rx形成在通孔14’f中形成的內導體的開路端附近并與它電容性耦合。
圖4是上述電介質收發轉換開關的等效電路圖。在該圖中，諧振器Z1包括諧振器腔體18c、線Z2包括激勵線32tx，諧振器Z3包括諧振器腔體18b，諧振器Z4包括諧振器腔體18c，諧振器Z5包括激勵線32ant，以及諧振器Z6、Z7和Z8分別包括諧振器腔體18d，18e和26’f。另外，在激勵線32tx形成的線和諧振器腔體18a之間的叉指式耦合形成了π/2相位電路Z12。激勵線孔32tx和諧振器腔體18b間的互電容引起的阻抗由標號Z23表示。標號Z34表示由諧振器腔體18b和18c間的互電容引起的阻抗。標號Z45表示由諧振器腔體18c和激勵線32ant間的互電容引起的阻抗。類似地，標號Z56、Z67和Z78分別表示由激勵線孔32ant和諧振器腔體18d之間諧振器腔體18d和18e之間、和諧振器腔體18e和18f之間的互電容引起的阻抗。還有，標號Z8R表示由諧振器腔體18f和輸入—輸出電極22’rx間的耦合電容引起的阻抗。
參考圖4，由于Z12起了π/2相位電路的作用，Z1和Z2起了陷波諧振器作用。Z3和Z4的功能為二級諧振器，由梳狀線互相耦合。Z6、Z7和Z8的功能為三級諧振器，它們順次由梳狀線耦合。使用這一結構，電介質收發轉換開關的功能就像互相集中由發送濾波器和接收濾波器的收發轉換開關，其中發送濾波器包括了一級在發送頻帶有—衰減極點的陷波諧振器和一個兩級帶通濾波器，而接收濾波器包括了一個三級諧振器。
使用本發明濾波器的通信裝置的結構的例子示于圖5。圖中示出了發送一接收天線ANT、收發轉換開關DPX、帶通濾波器BPFa和BPFb、放大電路AMPa和AMPb，混頻器MIXa和MIXb、振蕩器OSC以及頻率合成器SYM。
混頻器MIXa將調制信號IF與從SYN輸出的信號混合。BPFa僅允許從MIXa輸出的混頻信號中的發送頻帶內信號通過。AMPa對該信號作功率放大并通過DPX從ANT發送。AMPb對由ANT接收的信號放大并從DPX輸出。BPFb只允許從AMPb輸出的接收信號的接收頻帶信號通過。MIXb將從SYN輸出的頻率信號和接收信號互相混頻而輸出一中頻信號IF。
對于圖5所示的收發轉換開關DPX，最好使用圖3所示結構的收發轉換開關。至于帶通濾波器BPFa、BPFb和BPFc，最好使用圖1結構的電介質濾波器。
雖然本發明描述的是關于特定的實施例，許多其它的變化和更改以及其它用途對于本領域的技術人員將是顯而易見的。因而本發明較佳地是并不限于這里的具體揭示，而是由所附權利要求書限定。
權利要求
1.一種電介質濾波器，其特征在于包括具有多個通孔的電介質塊，每個所述通孔具有開路端部分和短路部分，每個所述開路端部分具有相同的圓形截面，至少一個所述短路端部分具有矩形截面；在所述各個通孔內壁上形成內導體，形成在所述內導體中的間隙定義了所述通孔的所述開路端；覆蓋了電介質塊大部分外表面的外導體，在每個內導體的一個相關端所述外導體與所述內導體電氣耦合。
2.如權利要求1的電介質濾波器，其特征在于至少一個所述短路端部分具有與至少其它一個所述短路端部分不同的橫截面。
3.如權利要求1所述的電介質濾波器，其特征在于所述角形橫截面是矩形截面。
4.如權利要求1所述的電介質濾波器，其特征在于每個圓形截面具有相同的直徑。
5.如權利要求1所述的電介質濾波器，其特征在于所述開路端部分每一個具有圓柱形狀。
6.如權利要求5所述的電介質濾波器，其特征在于每個所述開路端部分具有相同的橫截面直徑。
7.如權利要求1所述的電介質濾波器，其特征在于至少一個所述短路端部分具有與至少其它一個所述短路端部分不同的橫截面。
8.如權利要求7所述的電介質濾波器，其特征在于，所述角形橫截面是矩形橫截面。
9.一種電介質收發轉換開關，其特征在于包括至少一個發送濾波器部分、一個接收濾波器部分和/或一個發送一接收濾波器部分，至少一個所述濾波器部分包括具有多個通孔的電介質塊，每個所述通孔具有一個開路端部分和一個短路端部分，每個所述開路端部分具有圓形橫截面，至少一個所述短路端部分具有矩形橫截面。形成在各個通孔內壁上的內導體，形成在所述內導體中的間隙定義了所述通孔的所述開路端部分；覆蓋了電介質塊大部分外表面的外導體，在每個內導體的一個相關端所述外導體與所述內導體電氣耦合。
10.如權利要求9所述的電介質收發轉換開關，其特征在于至少一個所述短路端部分具有與至少其它一個所述短路端部分不同的橫截面。
11.如權利要求9所述的電介質收發轉換開關，其特征在于所述角形截面是矩形截面。
12.如權利要求9所述的電介質收發轉換開關，其特征在于每個所述圓形截面具有相同的直徑。
13.如權利要求9所述的電介質收發轉換開關，其特征在于所述開路端部分每一個具有圓柱形狀。
14.如權利要求13所述的電介質收發轉換開關，其特征在于每個所述開路端部分具有相同的橫截面直徑。
15.如權利要求9所述的電介質收發轉換開關，其特征在于至少一個所述短路端部分具有與至少其它一個所述短路端部分不同的橫截面。
16.如權利要求15所述的電介質收發轉換開關，其特征在于所述角形截面是矩形截面。
17.一種具有電介質濾波器的通信裝置，其特征在于包括具有多個通孔的電介質塊，每個所述通孔具有開路端部分和短路端部分，每個所述開路端部分具有一圓形截面，至少一個所述短路端部分具有一矩形截面；在所述各個通孔的內壁上形成內導體，形成在所述內導體中的間隙定義了所述通孔的所述開路端；覆蓋了電介質塊大部分外表面的外導體，在每個內導體的一個相關端所述外導體與所述內導體電氣耦合。
18.一種包括電介質收發轉換開關的通信裝置，其特征在于電介質收發轉換開關包括至少一個發送濾波器部分、一個接收濾波器部分和/或一個發送一接收濾波器部分，至少一個所述濾波器部分包括具有多個通孔的電介質塊，每個所述通孔具有開路端部分和短路端部分，每個所述開路端部分具有圓形截面，至少一個所述短路端部分具有矩形截面；形成在各個通孔內壁上的內導體、形成在所述內導體中的間隙定義了所述通孔的所述開路端部分；覆蓋電介質塊大部分處表面的外導體，所述外導體在與每個內導體的一個相關端電氣耦合到所述內導體。
全文摘要
安排在電介質塊1內的多個內導體形成孔2a、2b和2c,在這些孔的內壁上形成內導體,以及形成的外導體3覆蓋電介質塊1的外表面。在開路端側的各個內導體形成孔2a到2c的開口具有基本上相同直徑的圓孔形狀。在短路端側的部分內導體形成孔的橫截面具有矩形形狀。
文檔編號H01P1/205GK1333582SQ0112314
公開日2002年1月30日 申請日期2001年7月9日 優先權日2000年7月10日
發明者塚本秀樹, 黑田克人, 石原甚誠, 加藤英幸 申請人:株式會社村田制作所