諧振器,濾波器,不可逆電路裝置和通信設備的制作方法

專利名稱：諧振器,濾波器,不可逆電路裝置和通信設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于諸如微波段或毫米波段的無線通信或者電磁波的發射和接收的諧振器、濾波器、不可逆電路裝置和通信設備。
背景技術：
非專利文獻1和專利文獻1和2公開了幾種磁共振隔離器。相關領域中的這種磁共振隔離器利用了這樣一種現象，即當幅度相等而相位差為π/2弧度的高頻電流在二條垂直導線中流過時，在其交點上會產生一個旋轉磁場(圓偏振波)，且該圓偏振波的旋轉方向取決于電磁波沿兩根導線的行進方向而反轉。具體地說，在此交點上安裝一個亞鐵磁部件，并施加一個磁共振所需的靜磁場。當在主線上傳播的電磁波的行進方向是逆向時，在交點處產生的圓偏振波是正圓偏振波，且而發生共振吸收。而當在主線上傳播的電磁波的方向是正向時，該圓偏振波是負圓偏振波，且不發生共振吸收，所以電磁波可被發射。
圖28示出了非專利文獻1中公開的這種結構。在圖28所示的實例中，由導電層6a、6b和6c組成的導線從其上下兩面固定在各自帶有屏蔽電極7的電介質襯底1a和1b之間，以形成一平衡的帶狀線，而十字交叉形的λ/4諧振器置于導電層6a上。在諧振器和在水平方向上延伸的主線的交點處產生一個圓偏振波，該圓偏振波的旋轉方向取決于在主線中傳播的電磁波的行進方向而在正向和逆向中變化。通過向鐵氧體磁芯16施加一個磁共振所需的靜磁場，那么，在正圓偏振波的情況下發生共振吸收；而在負圓偏振波的情況下，不發生共振吸收而發射電磁波。這種裝置擔當隔離器。
圖29示出了專利文獻1中公開的隔離器的結構。在圖29所示的示例中，鐵氧體磁芯16置于電介質板1的中央部分，帶有互相垂直的4個端口的粘合的導體17置于鐵氧體磁芯16之上。四個端口中的兩個相對的端口之一裝有集總常數電容19，而另一個端口裝有集總常數電感20。剩余的相對的端口用作輸入/輸出端子18。
圖30示出了專利文獻2中公開的不可逆電路裝置的結構。在圖30所示的示例中，盤狀的鐵氧體磁芯16被嵌在拐角形狀的介質板1的中央部分中。在介質板1的上表面，匹配線路18a和18b置于粘合的導體17的四個端口中，該導體的末端用作輸入/輸出端子。余下的兩個端口裝有與終端開路線相連的導線18c和18d，構造該終端開路線，使得導線18c′和18d′置于介質板1′和1′上。
專利文獻1日本未經審查的專利申請公開號63-260201專利文獻2日本未經審查的專利申請公開號2001-326504非專利文獻1Tadashi Hashimoto的“Maikuroha Feraito to sono Oyo Gijutsu(微波鐵氧體及其應用技術)”，第1版，Sogo Denshi Shuppansha，1997年5月10日，第83-84頁發明公開本發明要解決的問題專利文獻1或2，或者非專利文獻1公開了一種實質上由相交的微帶線形成的十字形帶狀線諧振隔離器。基模是一種雙模且在交叉點附近的磁場矢量相互正交，即以某個特定頻率產生圓偏振波的這一事實用于形成磁共振隔離器。然而，相關領域中這樣的不可逆電路裝置被設計成因為采用了微帶線而工作于半波長或1/4波長。由于模式大小是基于襯底的介電常數來確定的，因此難以減小尺寸。此外，磁場分布是分布常數型的，而產生具有磁共振吸收效應的圓偏振波的區域也是分布常數型的。因此，相對于磁性材料部件的體積而言，其吸收效率低，也難以減小該磁性材料部件的尺寸。
在相關領域中由不可逆電路裝置組成的微帶線諧振器中，磁場矢量延伸到不再有微帶線電極存在的外部。這也限制了電路的緊湊性和集成化。
本發明的目的是提供一種能在不增加總體結構的復雜性的情況下緊湊而集成的諧振器、濾波器和不可逆電路裝置，以及包括它們的通信設備。
用于解決問題的裝置本發明的諧振器包括襯底，以及置于襯底上的導體層，其中，該導電層上裝有經由第一狹縫彼此相通的第一和第二導體開口，以及通過第二狹縫彼此相通的第三和第四導體開口，且第一和第二狹縫相交。
本發明的諧振器還包括一靠近該導體層的形成電容的導體層，一絕緣層在其厚度方向上處于兩導體層之間，其中該形成電容的導體層被安放在面向該導體層中被相交的第一和第二狹縫劃分的四個部分的位置上。
在本發明的諧振器中，使兩種共振模(其中磁場矢量在第一至第四導體開口處進入或離開)的磁場或電場不平衡，以消除兩種共振模的簡并。
在本發明的諧振器中，第一至第四導體開口中的至少一個包含了具有以下結構的諧振元件。
該諧振元件包含一個或多個環狀諧振單元，每個諧振單元是由一條或多條導線形成的，且具有一電容區和一電感區，其中導線的一端在寬度或厚度方向上接近該導線的另一端或接近包含在同一諧振單元內的另一根導線的一端，以形成電容區。
本發明的濾波器包括諧振器以及與該諧振器耦合的信號輸入/輸出裝置。
本發明的不可逆電路裝置包括諧振器，以及向鐵氧體部件施加直流磁場的磁鐵，該鐵氧體部件被限定在第一到第四導體開口所包圍的區域內。
在本發明的不可逆電路裝置中，第一狹縫和第二狹縫正好實質上以直角相交。
本發明的通信設備包括該諧振器、該濾波器和該不可逆電路裝置的至少一個。
優點根據本發明的諧振器，襯底上的導體層置有經由第一狹縫彼此相通的第一和第二導體開口，以及經由第二狹縫彼此相通的第三和第四導體開口，且第一狹縫和第二狹縫彼此相交。因此，由于縫隙，相交的第一和第二狹縫用作電容區，而第一到第四導體開口用作電感區。這些電容區和電感區用于作為狹縫諧振器而工作。該諧振模中的磁場矢量進入或離開這四個狹縫，且在導體開口的平面圖方向上不會延伸到外面，其結果是減少了到諧振器外部的能量泄漏。這在增強電路的緊湊性和集成化方面是有效的。
另外，根據本發明，構成電容的導體層與該導體層相對，絕緣層在它們中間，且構成電容的導體層放在面向該導體層中由相交的第一和第二狹縫劃分的四個部分的位置上。有了該導體層、絕緣層以及導體層的結構，在厚度方向上產生電容，且得到了一個與形成電容的導體層尺寸成正比的大電容，這允許減小諧振器的大小。
此外，根據本發明，使兩種共振模(其中的磁場矢量在第一至第四導體開口處進入或離開)中的磁場或電場不平衡，以消除這兩種共振模的簡并，從而得到耦合的二級共振器。這就使提供包括諧振器和輸入/輸出裝置的濾波帶設計成為可能。
此外，根據本發明，第一至第四的導體開口中的至少一個包含步進環諧振元件。該步進環諧振元件的存在允許減少由于在導體開口處發生的邊緣效應而引起的電流集中，且達到了減少損失的效果。
此外，按照本發明，該濾波器包含具有上述結構的任一種的諧振器和與該諧振器耦合的輸入/輸出裝置，因而實現了緊湊的、集成的設計。
此外，按照本發明，一鐵氧體部件放置在具有上述結構的任一種的諧振器的第一至第四導體開口包圍的區域中，還提供了一個為鐵氧體部件施加直流磁場的磁鐵。因此，提供了一種諸如隔離器等不可逆電路裝置。
此外，按照本發明，第一狹縫和第二狹縫實質上以直角相交。這可獲得通過四個導體開口沒有偏差的磁場分布，且在奇模和偶模中達到同樣的高Q因子。
此外，按照本發明，可獲得一種緊湊的、輕量的、低成本的通信設備，它包括諧振腔、濾波器和不可逆電路裝置的至少一個，該通信設備是緊湊且集成的，而不會增加總體結構的復雜性。
附圖簡述[

圖1]圖1是示出按照第一實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖2是示出該諧振器的兩種諧振模的示意圖。
圖3是示出該諧振器中其他兩種諧振模的示意圖。
圖4是示出按照第二實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖5是示出該諧振器的兩種諧振模的示意圖。
圖6是示出按照第三實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖7是示出該諧振器中形成電容的導電層的形狀的示意圖。
圖8是示出按照第四實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖9是示出按照第五實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖10是示出按照第六實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖11是示出該諧振器中所使用的諧振元件的工作的示意圖。
圖12是該諧振器中所使用的諧振元件的等效電路圖。
圖13是示出按照第七實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖14是示出按照第八實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖15是示出按照第九實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖16是示出按照第十實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖17是示出按照第十一實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖18是示出按照第十二實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖19是示出按照第十三實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖20是示出按照第十四實施例的諧振器的結構的示意圖。
圖21是示出磁場矢量的交角的示意圖。
圖22是示出磁場矢量的交角的示意圖。
圖23是示出磁場共振吸收的示意圖。
圖24是示出按照第三實施例的諧振器的奇模和偶模的磁場分布的示意圖。
圖25是示出按照第三實施例的諧振器的奇模和偶模的電場分布的示意圖。
圖26是示出相關技術的諧振器與微帶線諧振器之間的關系的示意圖。
圖27是示出按照第十五實施例的通信設備的結構的示意圖。
圖28是相關技術的十字型帶狀線諧振隔離器的結構的分解透視圖。
圖29是專利文獻1中公開的不可逆電路裝置的結構的示意圖。
圖30是專利文獻2中公開的不可逆電路裝置的結構的示意圖。
參考標號1 電介質襯底2 導線2′ 導線集合3 絕緣層4 導體層5 構成電容的導體層6 導體層7 屏蔽電極8 輸入/輸出端子9 輸出/輸出耦合電極10 通孔11 電容耦合電極13 屏蔽盒
14 屏蔽罩15 襯底16 鐵氧體磁芯17 磁鐵100 諧振元件120 通信設備AP 導體開口SL 狹縫SLL 槽實現本發明的最佳方式將參照圖1至圖3描述按照第一實施例的諧振器。
圖1(A)是移去屏蔽罩的諧振器的頂視圖，圖1(B)是當附加了屏蔽罩時，沿圖1(A)中的A-A線的剖面圖。導體層4帶有經由第一狹縫SL1相通的第一和第二導體開口AP1和AP2，以及經由第二狹縫SL2相通的導體開口AP3和AP4，該導體層被安置在一矩形平面狀的電介質襯底1的上表面上。屏蔽電極7在5個表面上形成，即電介質襯底1的側表面和底表面。
覆蓋其中放置導體開口AP1至AP4以及狹縫SL1和SL2的區域，且通過DC連接到導體層4的屏蔽電極14附著在電解質襯底1的上面。
圖2示出了由諧振器的四個導體開口AP1至AP4所產生的兩種諧振模的磁場分布。在圖2中，虛線箭頭表示磁場矢量。圖2(A)示出了一種后文中稱為“偶模”的模式，在此模式中，磁場矢量從第一導體開口AP1指向第三導體開口AP3，且在該模式中，磁場矢量從第四導體開口AP4指向第二導體開口AP2。圖2(B)示出了一種后文中稱為“奇模”的模式，在此模式中，磁場矢量從第一導體開口AP1指向第四導體開口AP4，且在此模式中，磁場矢量從第三導體開口AP3指向第二導體開口AP2。
這四個導體開口AP1至AP4用作單獨的電感區，而形成十字交叉的狹縫SL1和SL2用作電容區。當導體開口AP1至AP4以及狹縫SL1和SL2相對X軸和Y軸具有對稱形狀時，當偶模和奇模中的磁場矢量的分布在幾何上旋轉90度時它們的分布具有重疊的關系(90度旋轉對稱)。這種情況下，兩種模式簡并(處于其中兩種獨立的諧振模式具有相同的諧振頻率且不耦合的狀態)。
圖3示出了使用導體開口和狹縫的組合的另外兩種諧振模。圖3(A)示出一種后文中被稱為“X模”的諧振模的磁場分布平面圖，它利用了導體開口AP1和AP2以及狹縫SL1；圖3(C)是沿圖3(A)中A-A線的剖面圖。在圖3(A)和圖3(C)中，未示出第三和第四導體開口AP3和AP4以及第二狹縫SL2。圖3(B)是示出一種后文中被稱為“Y模”的諧振模的磁場分布的示意圖，它利用了導體開口AP3和AP4以及狹縫SL2；圖3(D)是沿圖3(B)中B-B線的剖面圖。在圖3(B)和圖3(D)中，未示出第一和第二導體開口AP1和AP2以及第一狹縫SL1。
在圖3中，虛線箭頭表示磁場矢量，而點和叉符號表示磁場矢量的方向。圖2中所示的偶模和奇模可用圖3中所示的X模和Y模耦合的方式來表示。在非專利文獻1或專利文獻1或2中公開的帶狀線諧振器中，磁場分布在電極周圍。而在本實施例中，大多數磁場矢量分布在導體開口AP1至AP4中，而不會在平面圖方向上從導體開口向外擴展。這將減少向諧振器外部的能量泄露，這在增強電路的緊湊性和集成度方面是有效的。
放置在導體薄片4上、由四個導體開口AP1至AP4以及兩個狹縫SL1和SL2組成的諧振器被電介質襯底1的邊上的屏蔽電極7和屏蔽罩14所屏蔽。因此防止諧振器與該諧振器附近的其他組件或電路之間的干擾是可能的。
下面參照圖4和圖5來描述根據第二實施例的諧振器。
與圖1所示的諧振器不同，在圖4(A)中，第一至第四導體開口AP1至AP4形成橢圓形，這四個導體開口AP1至AP4相對于X軸和Y軸對稱地排列。在圖4所示的示例中，導體開口AP1和AP3之間以及AP4和AP2之間的距離比導體開口AP1和AP4之間以及AP3和AP2之間的距離要小。
圖5(A)示出諧振器的偶模的磁場矢量分布，圖5(B)示出奇模的磁場矢量分布。偶模的磁場矢量從導體開口AP1指向導體開口AP3，以及從導體開口AP4指向AP2，而奇模的磁場矢量從導體開口AP1指向導體開口AP4，以及從導體開口AP3指向AP2。
如圖3所示，偶模和奇模可被表達為兩個重疊的諧振模，即，利用導體開口AP1、AP2和狹縫SL1的諧振模(X模)和利用導體開口AP3、AP4和狹縫SL2的諧振模(Y模)。在這一情況下，X模和Y模的諧振頻率相等。對于偶模和奇模，在一對兩個導體開口附近旋轉的磁場矢量的路徑長度在奇模中要比在偶模中來得長。因此奇模的頻率比偶模的頻率高。即，根據微擾理論，當開口間的距離增加時對磁場分布執行操作，會測得較高的頻率。此外，當開口間的距離增加時，使磁場密度的分布被展平，且減少了電感量，因而也會測得較高的頻率。
因此，通過消除簡并，提供了一種其中兩個諧振器耦合在一起的二級諧振器。正如下面將要討論的，該諧振器裝有輸入/輸出裝置，由此形成了一個帶有二級諧振器的濾波器。
接下來將參照圖6、圖7和圖24至圖26，描述根據第三實施例的諧振器。
圖6(A)是除去了屏蔽罩的諧振器的頂視圖，圖6(B)當附帶了屏蔽罩時，沿圖6(A)中A-A線的剖面圖。圖6(C)是示出在電介質襯底1的內層中的導體層的形狀和位置的平面圖。如在第一實施例中那樣，帶有四個導體開口AP1至AP4以及兩個狹縫SL1和SL2的導體層4置于電介質襯底1的上表面上。屏蔽電極7在電介質襯底1的四個側表面上以及電介質襯底1的四個側表面和底表面上形成。電介質襯底1的內層還包含了一個構成電容的導體層5。該構成電容的導體層5被置于面向導體層4中由交叉的第一狹縫SL1和第二狹縫SL2劃分的四個部分的位置處，在兩個導體層之間置有絕緣層5。在構成電容的導體層5和導體層4之間產生一個電容。因此，中間有絕緣層3的構成電容的導體層5和導體層4之間的電容區要比僅提供狹縫SL1和SL2時的電容區大。
由于構成電容的導體層5允許增大電容區的電容量，因此允許減小諧振器的大小來獲得所期望的諧振頻率。
圖7(A)示出安置構成電容的導體層5的位置處，導體層4中被交叉的第一和第二狹縫SL1和SL2劃分的四個部分。當用第一至第四象限表示這四個部分時，在偶模和奇模中的電場矢量的方向有下列關系(表1)

表1示出了某特定時刻電場矢量的方向。在表1中，符號+(加號)代表向上，符號-(負號)代表向下，數字0代表平均值為0。如圖7(A)所示，當構成電容的導體層5以兩個狹縫SL1和SL2為對稱軸對稱地旋轉90度(垂直和水平對稱)時，該構成電容的導體層5用作在偶模和奇模中具有相等的電容量的電容區。例如，如圖7(B)的示例所示，形成具有切去部分的構成電容的導體層5，使得在第二和第四象限中減少了構成電容的導體層5的尺寸，以減少第二和第四象限中的電容量。在這一情況下，偶模中的電場能量集中的區域中在電容量減少，但并不影響奇模。因此，偶模的頻率變得高于奇模的頻率。
圖24和25示出包括如圖7(B)所示的構成電容的導體層5的諧振器中的磁場分布和電場分布。為了便于模擬，示出了四個導體開口AP1至AP4，使得AP1-AP2方向以及AP3-AP4方向轉過±45度角。圖24(A)和(B)示出其中磁場矢量從導體開口AP1指向導體開口AP4以及從導體開口AP3指向導體開口AP2的模式(即上述的奇模)。在圖24(A)中，磁場能量的強度用細密的點狀圖的集合來表示。在圖24(B)中，箭頭和點和叉的符號代表磁場矢量的方向。圖25(A)和(B)示出了上述模式的電場分布。在圖25(A)中，電場能量的強度由細密的點狀圖的集合來表示。在圖25(B)中，點和叉的符號代表電場矢量的方向。
同樣，圖24(C)、24(D)、25(C)和25(D)示出了偶模。如可以從圖25中清楚的，在本示例中，構成電容的導體層5上的切去部分c影響了偶模的電場強度，使頻率增至3.40GHz。另一方面，奇模的電場的強度并不受構成電容的導體層5上的切去部分c的影響，頻率仍維持在3.04GHz。
因此，如果四個導體開口AP1至AP4以及兩個狹縫SL1和SL2是90度旋轉對稱(垂直和水平對稱)的，就能消除簡并以將X模和Y模耦合。
圖26是用于將按照第三實施例的諧振器與相關技術的帶狀線諧振器比較的示意圖。圖26(A)示出本實施例的諧振器，而圖26(B)示出相關技術的諧振器。在圖26中，兩個磁場矢量相交的區域被圓圈所包圍。本發明的諧振器包含一個集總常數諧振電路，且在縮小圖形大小方面更有效。例如，當電介質襯底的相對介電常數為30(MSL的有效相對介電常數為15)時，3GHz處的半波長的長度約為13mm。相反，在本實施例中，一邊的長度a′為2.8mm，且大小減至約1/5(在尺寸方面減至約1/25)。
此外，正如下面要討論的，由于諧振模式的電磁場分布的特性，產生圓偏振波的區域所占的比例也較大。
圖8示出按照第四實施例的諧振器的結構。圖8(A)是移去屏蔽罩的諧振器的頂視圖，圖8(B)是當附帶屏蔽罩時，沿圖8(A)中A-A線的剖面圖。圖8(C)是示出電介質襯底1的內層中的導體層的形狀和位置的平面圖。與圖6所示的示例不同，該構成電容的導體層5足夠大，以至能直接靠近導體開口AP1至AP4。其余部分與圖6所示的諧振器相似。以此方式，構成電容的導體層5被限定在較大的區域內，導致電容區的電容量增大，從而實現了降低的頻率和大小的進一步減小。
圖9示出按第五實施例的諧振器的結構。圖9(A)是移去了屏蔽罩的諧振器的頂視圖，圖9(B)是當附帶屏蔽罩時沿圖9(A)中A-A線的剖面圖。如果放置在電介質襯底1上的導體層用第一層、第二層、第三層、…來表示，那么按照從其頂部開始的順序，圖9(C)示出了奇數層(第一、第三層、…)中的導體層圖形，而圖9(D)示出了偶數層(第二、第四層、…)中的構成電容的導體層5的圖形。圖9(E)示出多個層中多達第四層的導體層之間的電場矢量的方向和分布。同樣在圖9(B)中，也示出了多達第四層的各層。
通過交替地層壓包含導體開口AP1至AP4和狹縫SL1、SL2的導體層以及構成電容的導體層5，能在有限的空間(體積)內形成大的電容。因此實現了降低的頻率和減小的尺寸。
圖10示出按照第六實施例的諧振器的結構。圖10(A)是除去了屏蔽罩的諧振器的頂視圖，圖10(B)是當附帶屏蔽罩時沿圖10(A)中A-A線的剖面圖。圖10(C)是諧振器中形成導線的表面上使用的諧振元件的平面圖。圖10(D)是圖10(B)中的部分B的放大后的局部剖面圖。圖10(E)表示在諧振元件100上形成導線圖。
與圖9的諧振器類似，導體層4被安置在電介質襯底1的奇數層上，而構成電容的導體層5被安置在偶數層上。在圖10所示的示例中，諧振元件100被安裝在四個導體開口AP1至AP4的每一個的頂上。
如圖10(C)所示，諧振元件100包含在矩形平面形襯底15的一個主表面上的導線集合2′。正如圖10(C)中的橢圓形虛線所指出的，導線集合2′包含導線2a、2b、2c、2d和2e，它們中的每一個的兩端都在寬度方向彼此靠近。由橢圓虛線所指出的那部分對應于將在下面描述的步進環諧振元件的電容區。在本示例中，導線2a、2b、2c、2d和2e是這樣排列的使得每根導線的前端面對靠近它的另一根導體線的前端，它們之間的距離是預先確定的。
現在參考圖11描述導線2a、2b、2c、2d和2e。
圖11(A)是一個諧振單元的平面圖。圖11(B)示出導線2的兩端彼此靠近的部分處的電場分布。圖11(C)示出導線中的電流分布。
在電介質襯底1上，導線2以恒定寬度的間隔自身纏繞一次或多次，且導線2的兩端在該導線的寬度方向上彼此靠近。
在圖11(B)中，實線箭頭代表電場矢量，空心箭頭代表電流矢量。如圖11(B)所示，電場在導線的兩端x1和x2在寬度方向上彼此靠近的位置處集中。同樣，在導線的一個前端和靠近它的另一近端部分x11之間，以及在另一前端與靠近它的另一近端部分x21之間，也有電場分布并產生電容。
關于電流的分布，正如如11(C)所示，從導線的A點到B點，電流密度迅速增加，而在B點到D點的范圍內實質上維持在恒定值處，而從D點到E點則迅速減少。兩端的值為0。導線兩端在寬度方向彼此靠近的區域A到B以及D到E可稱為電容區，剩下的區域B到D可稱為電感區。電容區和電感區均用來完成諧振工作。當看作集總常數電路時，該諧振單元形成了LC共振電路。
諧振單元由高阻抗的電感區和低阻抗的電容區形成，且阻抗步進式地變化。因此，該諧振單元可稱為步進環。諧振元件由多個諧振單元組成，且被稱為是多步進環諧振元件。
這樣，具有大量導線的導線集合2被排列在有限空間中，以形成含有許多條線的導線，且形成一個緊湊的諧振器。通過使步進環諧振元件的細小電極的線寬小于工作頻率的趨膚深度，就能達到因降低了趨膚效應引起的衰減降低效果。
圖12是圖10所示的諧振元件100的等效電路圖。圖12(B)示出一個槽式諧振器的等效電路，該諧振器包括帶有導體開口AP1至AP4以及狹縫SL1和SL2的導體薄層4，而沒有形成圖10所示的導線2a、2b和2c。如圖12(B)所示，當導體開口AP1至AP4形成的電感區用電感L0表示，且由狹縫SL1和SL2形成的電容區由C0表示時，當看作集總常數電路時，諧振器起LC并聯共振電路的作用。
由圖10所示的導線2a至2e形成的諧振單元的每一個被配置成使得電容區和電感區連接成一個環。如果每個諧振單元用包含一個電容器和一個電感器的并聯電路來表示，那么整個諧振器的等效電路如圖12(A)所示。
因此，將多步進環諧振元件放在用作槽式諧振器的電感區的導體開口內，從而使用作電感區的導體開口邊緣處的電流集中有所緩和，以及減少導體的損耗。此外，通過使多步進環諧振元件的導線的寬度和線間隔等于或小于導體的趨膚深度并增加線的數量，就能全面降低由邊緣效應引起的導體損耗。
在圖10所示的示例中，每一個導體開口均配有諧振元件100。然而，也可以僅僅是一個預先確定的導體開口而不是所有的導體開口AP1至AP4均配有諧振元件100。
下面參考圖13描述按照本發明的第七實施例的濾波器的結構。
圖13(A)是濾波器的頂視圖，圖13(B)是它的前視圖。圖13(E)是沿13(A)中的A-A線所取的剖面圖，圖13(F)是沿13(B)中的B-B線所取的剖面圖。圖13(C)是沿13(E)中的C-C線所取的剖面圖，圖13(D)是沿13(F)中的D-D線所取的剖面圖。
包含四個導體開口AP1至AP4和兩個狹縫SL1和SL2的導體層4被安置在電介質襯底1的上表面。在本例中，一對導體開口AP3和AP4比另一對導體開口AP1和AP2大，以提供90度旋轉對稱。因此，其磁場矢量指向(x+y)軸方向的模式和其磁場矢量指向(x-y)軸方向的模式的頻率是不同的；而其磁場矢量指向x軸方向的模式與其磁場矢量指向y軸方向的模式是耦合的正如圖6所示，構成電容的導體5被置放在面對導體層4中由交叉的第一和第二狹縫SL1和SL2分割的四部分的位置上。
在電介質襯底1內部的構成電容的導體層5的下方，放置了電容耦合電極11a和11b，用于在電容耦合電極11a和11b與構成電容的導體層5之間產生電容；與電容耦合電極11a和11b連接的通孔10a和10b；以及與通孔10a和10b連接的輸入/輸出耦合電極9a和9b。
與輸入/輸出耦合電極9連接的輸入/輸出端子8是在電介質襯底1的側表面上以及底表面上形成的。如圖13(C)至(F)所示，電容耦合電極11a在構成電容的導電層5的中心偏向X軸方向的位置處與構成電容的導體層5的電容性耦合，而電容耦合電極11b在電構成容的導體層5的中心偏向Y軸方向的位置處與電容導體層5的電容性耦合。因此，輸入/輸出端子8a、輸入/輸出耦合電極9a、通孔10a和電容耦合電極11a耦合到其中磁場矢量指向Y軸方向的諧振模。同樣，輸入/輸出端子8b、輸入/輸出端子9b、通孔10b和電容耦合電極11b耦合到其中磁場矢量指向X方向的諧振模。
在圖6和圖7中，兩個狹縫SL1和SL2延伸的方向由X軸和Y軸的方向來表示。然而在圖13所示的示例中，位于垂直于Z軸(與X軸和Y軸相垂直的軸)的平面內且相對于圖6和圖7中所示的軸旋轉45度的軸用X軸和Y軸來表示。
采用這一結構，該濾波器用作一個帶通濾波器，它包含用作輸入/輸出單元的輸入/輸出端子8a、8b和一個二級諧振器。
圖14是示出按照第八實施例的濾波器的結構的示意圖。與圖13所示的示例不同的是它的輸入/輸出裝置部分。在圖14所示的示例中，提供了從安裝在電介質襯底1的側表面上的輸入/輸出端子8a起在x軸方向上延伸的輸入/輸出耦合電極9a，以及從輸入/輸出耦合電極9a的一端起沿z軸方向延伸，并與安裝在底表面上的屏蔽電極7相連的通孔10a。此外，提供了從安裝在電介質襯底1的另一個側表面上的輸入/輸出端子8b起沿y軸方向延伸的輸入/輸出耦合電極9b，以及從輸入/輸出耦合電極9b的一端起沿z軸方向延伸，并與安裝在底表面上的屏蔽電極7相連的通孔10b。其回路表面連同輸入/輸出端子8a平行于x-z平面的輸入/輸出耦合電極9a和通孔10a與其中磁場矢量指向y軸方向的諧振模是磁場耦合的。其回路表面連同輸入/輸出端子8b平行于y-z平面的輸入/輸出耦合電極9b和通孔10b與其中磁場矢量指向x軸方向的諧振模是磁場耦合的。
采用這一結構，該濾波器用作一個帶通濾波器，它包含用作輸入/輸出單元的輸入/輸出端子8a、8b和一個二級諧振器。
下面參照圖15和圖21至圖23描述按第九實施例的隔離器的結構。
圖15(A)是濾波器的頂視圖，圖15(B)是它的前視圖。圖15(E)是沿圖15(A)中A-A線的剖面圖，圖15(F)是沿圖15(A)中B-B線的剖面圖。圖15(C)是沿圖15(E)中C-C截面的平面圖，圖15(D)是沿圖15(F)中D-D截面的平面圖。
在屏蔽罩14內，盤形鐵氧體磁芯16放在電介質襯底1的上面，以使其在內置有四個導體開口AP1至AP4(相交的兩個狹縫SL1和SL2形成十字形)的區域的中央部分上居中。其余部分與圖13所示的諧振器的那些部分類似。因此，磁場矢量指向(x+y)軸方向的模式與磁場矢量指向(x-y)軸方向的模式的頻率不同；而另兩個模式，即磁場矢量方向指向x方向和磁場矢量指向y方向的兩個模式是耦合的。因為輸入/輸出耦合電極9a和9b的方向是相互垂直的，所以，由兩種模式產生的電磁場在其中安置了構成電容的導體層5(見圖16)的區域內形成一個圓偏振波。
直流磁場在垂直于電介質襯底1和鐵氧體磁芯16的主表面的方向上從外部施加給鐵氧體磁心16(例如，通過在屏蔽罩14外放一塊永久磁鐵)。
圖21示出了兩種簡并的諧振模中的磁場矢量間的交角。圖21(A)是隔離器的平面圖。圖21(B)和圖21(C)是示出圖21(A)中所示的x軸方向的交角的示意圖，其中，在圖21(B)中，x坐標范圍為-2到2，而在圖21(C)中為從-0.2到0.2。相對于z軸(高度)方向，從表面上的電極層4的位置(z＝0)開始，以0.1mm的步長，在上至0.3mm的四個層上執行測量，且交角由這四點的平均值來表示。x軸上的交角實際上為90度。離x軸越遠，交角偏離90度就越多。但可以看到，在-0.2≤x≤0.2的范圍內(圖21(A)中虛線S包圍的區域)，其交角分布在60度至120度的范圍內。因此，通過把鐵氧體磁芯放置在這個區域內，可以獲得由于圓偏振的共振吸收而得到的高隔離特性。
圖22也示出了兩種諧振模中的磁場矢量的交角。圖22(A)是諧振器的頂視圖。圖22(B)是x-z平面的截面圖。而圖22(C)示出在x軸上相對于z＝0至1.5的四個位置處的交角。即，示出了高度方向上(z坐標)，兩種簡并模式中磁場矢量交角的依賴關系。從x坐標原點起，以0.1mm的步長，在上至0.3mm的四個層上執行測量，而y坐標恒為0。。圖形中的偏差由有限元素分析法的網格稀疏引起。可以看到，在從底表面至頂表面的范圍內(其中z＝0代表底表面，z＝1.5代表上表面)，獲得了接近90度的交角。因此，正如所能看到的，在高度方向上放置鐵氧體磁芯在從底表面至頂表面的整個區域內都是有效的。
圖23示出通過向磁體施加直流磁場，在高頻處的磁共振吸收的頻率特性。當向磁體施加直流磁場時，發生高頻磁共振吸收，且發生磁共振吸收的頻率是基于直流磁場的大小來確定的。圓偏振波包括正圓偏振波(右旋圓偏振波)和負圓偏振波(左旋圓偏振波)，取決于偏振平面的旋轉方向，且正圓偏振波和負圓偏振波各自的復數磁導率由下式給出μ+＝μ+′+jμ+″μ-＝μ-′+jμ-′圖23示出了鐵氧體磁芯16的示例性特性。如可以從圖23中清楚的，正圓偏振波的復數磁導率損耗項(虛數部分)較大，在約2GHz處發生磁共振吸收。另一方面，負圓偏振波的復數磁導率具有平坦的特性，且不發生磁共振吸收。
當由從輸入/輸出端子8a輸入的信號產生的兩種模式的磁場通過鐵氧體磁芯16時，圓偏振波在不發生磁共振吸收的方向上旋轉，在這一情況下信號被輸出到輸入/輸出端子8a。相反，當由從輸入/輸出端子8b輸入的信號產生的兩種模式的磁場通過鐵氧體磁芯16時，圓偏振波在發生磁共振吸收的方向上旋轉，且信號不被輸出到輸入/輸出端子8a。因此這種裝置可用作隔離器。
圖16是示出按照第十實施例的隔離器的結構的示意圖。圖16(A)是移去屏蔽罩的隔離器的頂視圖，圖16(B)是當附帶屏蔽罩時沿圖16(A)中A-A線的剖面圖。圖16(C)是電介質襯底的內層圖形的平面圖。包含導體開口AP1至AP4以及狹縫SL1和SL2的導體層4安置在電介質襯底1的上表面。導體層4還包括一個從導體開口AP2起沿著與AP1方向相反的方向延伸的槽SLL1，以及一個從導體開口AP4起沿著與AP3方向相反的方向延伸的槽SLL2。
構成電容的導體層5關于x軸和y軸方向是非對稱的。因此，圖2中所示的偶模和奇模的頻率不同，且其中磁場矢量完全指向x軸方向的X模和磁場矢量完全指向y軸方向的Y模是耦合的(見圖3)。
槽SLL1與X模的磁場耦合，且信號以槽線的傳輸模式傳播。而槽SLL2與Y模的磁場耦合，且信號以槽線的傳輸模式傳播。因此，這種裝置可用作隔離器，其中信號能通過槽線輸入和輸出。
圖17是示出按照第十一實施例的隔離器的結構的示意圖。圖17(A)是移去屏蔽罩的隔離器的頂視圖，圖17(B)是當附帶屏蔽罩時沿圖17(A)中A-A線的剖面圖。圖17(C)是電介質襯底的內層圖形的平面圖。
在此示例中，安置一個從導體開口AP2起沿著與AP1方向相反的方向延伸的槽SLL11，以及一個從導體開口AP2附近起沿著槽SLL11延伸的槽SLL12，以形成共面導槽。同樣地，安置一個從導體開口AP4起沿著與AP3方向相反的方向延伸的槽SLL21，以及一個從導體開口AP4附近起沿著槽SLL21延伸的槽SLL22，以形成共面導槽。因此，這種裝置可用作包括用作輸入/輸出裝置的共面導槽的隔離器。
圖18是示出按照第十二實施例的隔離器的結構的示意圖。在此示例中，安置一個從導體開口AP2起沿著與AP1方向相反的方向延伸的槽SLL11，以及一個從導體開口AP2附近起沿著槽SLL11延伸的槽SLL12，以形成共面導槽。另外，安置一個從AP4起沿著與AP3相反的方向延伸的槽SLL2。其余結構與圖16和圖17所示的結構類似。因此，這種裝置可用作一種隔離器，它包括作為一個輸入/輸出單元的共面導槽和作為另一個輸入/輸出單元的槽線。
圖19是示出按照第十三實施例的隔離器的結構的示意圖。在此示例中，導體開口AP1至AP4的形狀實際上是帶有四個圓角的矩形。沒有采用諧振元件100。其余部分與圖16所示的部分類似。因此，導體開口可以有除圓以外的其他形狀，這種裝置也可用作隔離器。
圖20是示出按照第十四實施例的隔離器的結構的示意圖。圖20(A)是電介質襯底放在屏蔽盒內之前電介質襯底的頂視圖，圖20(B)是沿圖20(A)中A-A線的隔離器的剖面圖。20(C)是隔離器的前視圖。電介質襯底1和安置在電介質襯底1上面的導電層和通孔均與圖15所示的相類似。在圖20所示的示例中，電介質襯底1、鐵氧體磁芯16、磁鐵17a和17b整體地放在屏蔽盒13中。屏蔽盒13是磁性的，它不但可以用作對高頻信號的屏蔽，也可用作磁鐵17a和17b的磁軛。
接著，參照圖27描述按本發明的第十五實施例的通信設備的結構。圖27是示出該通信設備的主要部分的結構的框圖。該設備的發射系統包括壓控振蕩器(VCO)138、混頻器134、帶通濾波器133、放大器132、隔離器131和雙工器123的發射濾波器。混頻器134將VCO 138的振蕩信號和發射信號混合，帶通濾波器133發射所需的通頻帶信號。發射的信號經放大器132放大，并通過隔離器131和雙工器123的發射濾波器從天線122發射。接收系統包括雙工器123的接收濾波器、放大器135、帶通濾波器136、混頻器137和帶通濾波器139。來自天線122的接收信號經過雙工器123的接收濾波器由放大器135放大，且帶通濾波器136僅選擇所需要的接收信號頻帶。混頻器137將所得的信號與來自帶通濾波器139的本地信號輸出混合，并將接收信號輸出到接收電路。
具有上述實施例中所示的結構的濾波器能適用于雙工器123、帶通濾波器133、136和139中的任何一個。具有上述實施例中所示的結構的隔離器能適用于隔離器131。
權利要求
1.一種諧振器，包括襯底和安置在所述襯底上的導電層，其中，所述導電層上置有經由第一狹縫相通的第一和第二導體開口，以及經由第二狹縫相通的第三和第四導體開口，且所述第一狹縫和所述第二狹縫彼此相交。
2.如權利要求1所述的諧振器，其特征在于，還包括一構成電容的導體層，所述構成電容的導體層靠近所述導體層，一絕緣層沿該絕緣層厚度方向介于兩導體層之間，其中，所述構成電容的導體層放置在面對著所述導體層中被相交的第一和第二狹縫劃分的四個部分的位置上。
3.如權利要求1或2所述的諧振器，其特征在于，其中磁場矢量進入或離開所述第一至第四導體開口的兩種諧振模中的磁場和電場是不平衡的，以消除兩種諧振模的簡并。
4.如權利要求1至3中的任一項所述的諧振器，其特征在于，所述第一至第四導體開口中的至少一個包括諧振元件，所述諧振元件包括一個或多個環形諧振單元，每個諧振單元是由一根或多根導線形成的，且具有電容區和電感區，其中，所述導線的一端在寬度或厚度方向上靠近所述導線的另一端，或靠近包括在同一諧振單元中的另一根導線的一端，以形成所述電容區。
5.一種濾波器，包括如權利要求1至4中的任一項所述的諧振器以及與所述諧振器耦合的信號輸入/輸出裝置。
6.一種不可逆電路裝置，包括如權利要求1至4中的任一項所述的諧振器，以及向鐵氧體部件施加直流磁場的磁鐵，所述鐵氧體部件置于所述第一至第四導體開口所包圍的區域內。
7.如權利要求6所述的不可逆電路裝置，其特征在于，所述第一狹縫和所述第二狹縫實質上以直角相交。
8.一種通信設備，包括如權利要求1至4中的任一項所述的諧振器、如權利要求5所述的濾波器、以及如權利要求6和7所述的不可逆電路裝置中的至少一個。
全文摘要
電介質襯底(1)上置有經由第一狹縫(SL1)相通的第一和第二導體開口(AP1)和(AP2)，以及經由第二狹縫(SL2)相通的第三和第四導體開口(AP3)和(AP4)，使得狹縫(SL1)和狹縫(SL2)彼此相交。因此，產生以下兩種諧振模，即其磁場矢量從(AP1)指向(AP3)和從(AP4)指向(AP2)的偶模，以及磁場矢量從(AP3)指向(AP2)和從(AP1)指向(AP4)的奇模；或者產生以下兩種諧振模，即其磁場矢量從(AP1)指向(AP2)的X模，以及其磁場矢量從(AP3)指向(AP4)的Y模。
文檔編號H01P1/32GK1860642SQ20048002858
公開日2006年11月8日 申請日期2004年8月26日 優先權日2003年11月6日
發明者日高青路, 德寺博, 松谷圭 申請人:株式會社村田制作所