專利名稱：壓控可變通帶濾波器及采用該濾波器的高頻電路模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠通過改變直流控制電壓來切換濾波器特性的具有壓控可變通帶的濾波器，它適用于用作無線發射裝置的高頻濾波器，使該無線發射裝置能夠適合多個無線發射系統；還涉及一種采用該壓控可變通帶濾波器的高頻電路模塊。
近些年來，高性能的無線電發射裝置已經被實現，但需要適用于多個無線電發射系統的更高性能的無線電傳輸裝置。這種類型裝置的一個例子是執行下列功能的裝置(1)PDC(個人數字蜂窩電話所謂的通常便攜式電話)裝置，它具有大的發射區域并能夠在高速運動時發射信息；(2)PHS(個人手持式電話系統，或所謂的“第二代無繩電話系統”)裝置，具有低電話計費和高速數字傳送的性能；從而能夠在這些所需要的功能之間切換。
能夠起共用PDC/PHS單元作用的便攜式電話的終端裝置可以由例如圖25所示的終端裝置31實現。話筒32拾取的聲頻信號經放大器33送給模/數轉換器34，轉換成數字信號后再送入處理電路35，處理電路35把它們調制成發射信號。另一方面，接收信號由處理電路35解調，由數/模轉換器36轉換成模擬信號，然后，由放大器37放大，最后再由揚聲器38變換成聲音。
輸入操作裝置40，如十鍵鍵盤，和由液晶板或其它器件實現的顯示裝置41經接口39與處理電路35聯接。
來自處理電路35的發送信號由放大器a1放大后經濾波器fc1或者fs1傳送，然后從天線42發射出去。另一方面，由天線42接收的接收信號經過濾波器fc2或者fs2傳送到放大器a2，經放大后送給處理電路35。濾波器fc1和fc2是其中心頻率約為1.5GHz的PDC帶通濾波器，而濾波器fs1和fs2是中心頻率約為1.9GHz的PHS的帶通濾波器。
當從PDC使用狀態切換到PHS使用狀態或反過來切換時，為了在濾波器對fc1、fc2和濾波器對fs1，fs2之間切換，終端裝置31設置了兩對開關(S11和S12；和S21和S22)以及執行切換控制的控制電路43。控制電路43根據終端裝置是否與PDC或PHS系統一起使用以及發射或接收時隙是否有效，通過同時操作開關S11和S12或S21和S22來執行切換控制。
從上面的說明可以看出，如果濾波器特性被制造成可變的，則終端裝置31的體積將會大大地減小。
為了在用于無線電發射裝置的高頻濾波器中實現可變的濾波器特性，現有技術通常使用變容二極管，例如，日本待審查專利公報第7-131367/1995，61-227414/1986，5-63487/1993，5-235609/1993，7-283603/1995，和8-102636/1996號就公開了這種技術。
作為一個例子，圖26示出了日本待審查專利公報第7-131367/1995號公開的壓控可變帶通濾波器1的等效電路。從壓控可變帶通濾波器1中可以看出，現有技術是這樣構成的，在具有諧振器的濾波器電路中變容二極管4和5連接在輸入/輸出端p1與p2之間。從而，用加給控制端p3的直流控制電壓改變變容二極管4和5的電容量來得到理想的濾波器特性。
另一個例子是用于振蕩電路和其他電路的諧振電路，如日本待審查專利公報第59-229914/1984號公開的諧振電路。如圖27所示，在諧振電路11中，多個串聯的變容二極管12和多個串聯的變容二極管13相互反向地串聯連接，線圈14與該串聯電路并聯連接。
諧振輸出信號從輸入/輸出端p4得到，來自控制端p5的直流控制電壓按需分壓并加到變容二極管12和13的每個接點。這樣，通過連接多級串聯結構的變容二極管12和13，即使從輸入/輸出端p4得到的諧振信號為高電壓時，可靠的諧振特性也可以保證。
一種獲得理想濾波器特性的變容二極管(上述的4，5，12和13)的使用的替代方案由日本待審查專利公報第2-302017/1990，62-259417/1984，62-281319/1987，和63-128618號公開。這是一種使用壓控可變電容器改變電容量的方法。
圖28是示意性說明根據日本待審查專利公報第2-302017/1990號的壓控可變電容器的結構的剖視圖。該壓控可變電容器21是這樣構成的，在一對平板電容電極22和23之間，多個偏移場施加電極24和電荷相反的偏移場施加電極25相互交叉設置，鐵電陶瓷材料位于這些電極之間。
通過在偏移場施加電極24與偏移場施加電極25之問連接偏壓電源26和改變偏壓源26輸出的直流電壓，可以使加給鐵電陶瓷材料的電場改變，從而使介電系數改變。這樣改變了鐵電陶瓷材料的電容量。所以，在壓控可變容量電容器21中，可變的電容量可以在陶瓷基片本身內產生。
當構成使用壓控可變帶通濾波器1或壓控可變電容器21的高頻電路模塊時，為了小型化，最好是在多層基片內形成電路圖案。然而，由于實際元件安裝和組裝處理的其它步驟往往造成的不一致性，因此必須預先為調整目的準備圖案和在確定電路特性的同時通過微調調整的圖案進行調整，直至得到理想的特性。
換句話說，如圖29所示當元件的安裝和焊接以及模塊的其它組裝操作在步驟q1完成時，在步驟q4中檢查該模塊。根據檢查結果在步驟q3中進行微調調整，然后重復步驟q4中的進一步檢查和步驟q3中的進一步微調調整，直至獲得理想的特性，然后在步驟q5中裝運該模塊。
此外，在使用像上述的變容二極管(圖26中的4和5，和圖27中的12和13)的結構中，半導體材料，如Si，GaAs，和Ge被用于變容二極管4，5和12，13。因此，在陶瓷基片內整體設置這些變容二極管4，5和12，13和電路的其它部分是不可能的。因而，它們必須在高頻濾波器電路基片形成后附設在外部上。因此，這些基片具有增加元件數量和組裝步驟的缺點。
此外，這些變容二極管4，5和12，13的特性受到要被處理的高頻信號的影響，但是，當變容二極管12和13以諧振電路11那樣的多級串聯方式連接時，這種影響可以減小。
然而，由于所需的控制電壓與二極管12和13的串聯級數成正比地增加，因此增加了控制電壓源的負擔，而且便攜式電池驅動裝置存在升壓電路必須把低電源電壓提升到與所需控制電壓相應的電壓的缺點。
在由鐵電陶瓷材料制作的壓控可變電容器21中，偏壓場施加電極24和25設置在端電極22和23之間；然而，盡管偏移場施加電極24a與25a(圖30(a)中的陰影區域)之間的鐵電陶瓷材料的介電系數改變，但是在偏移場施加電極之外區域的介電常數并未改變。
因此，該結構的等效電路如圖30(b)所示，較高電容量的可變電容器29串接在另外兩個較低電容量的固定電容器27和28之間。因此，由于確定了電容器的串聯特性，電容量較低的端電容器27和28的影響最大；因而即使較高電容量的電容器29的電容量有大的變化，也不會太大地改變整個合成電容量。因此問題仍然是偏壓的很大變化必須很大地改變合成電容量。
現有技術的另一個問題是，當用微調調整高頻電路模塊的特性時，過度的微調不可能恢復；而且，由于調整變得不可能，因而降低了合格率(yield)。
本發明的目的是提供一種能夠實現具有容易調整特性的體積小重量輕的壓控可變帶通濾波器，和一種與該濾波器結合的高頻模塊。
本發明的第一壓控可變帶通濾波器包括(1)一個具有兩極串聯結構的壓控可變電容器，它設置了(a)一個由介電物質制造的絕緣層，其介電系數根據加在其上的電場而改變；(b)一個設置在絕緣層一個表面上的第一電極，其上加有產生電場的控制電壓；和(c)設置在絕緣層其他表面上的相鄰并相互平行的第二和第三電極，其上加有高頻信號；與第二電極和第三電極相對的第一電極的導電區域作為容性電極，相應的容性電極和第二和第三電極提供兩個串聯的電容器；和(2)一個把控制電壓加到第一電極上的控制電壓施加裝置。
對上述結構而言，由于絕緣層由介電材料制成，因此在其制造過程中，響應施加的電場而變化的介電系數在高頻電路基片或其他基片內被整體提供而且壓控可變電容器不需要附設在濾波器電路基片的外面上。通常由圖30(b)所示的那種類型的結構產生的問題通過這樣的方式得以解決在介電材料的絕緣層的一個表面上設置用于施加控制電壓的第一電極，在相反的表面上設置用于施加高頻信號的第二和第三電極，相對第二和第三電極的第一電極的兩個傳導區域用作容性電極，容性電極和第二和第三電極提供兩個串聯的電容器。
因此，均勻的電場被施加到絕緣層的整個區域，該區域的的一邊位于第一電極上，另一邊位于第二和第三電極上。這樣，靠改變控制電壓產生的介電系數的整體變化造成電容量的變化，而且可以通過控制電壓的較小的變化得到電容量的較大的變化。另外，由于提供了不需要外加附件的可變電容器，它用于替代現有技術的外加的變容二極管，因此，可以減小體積和重量和可以簡化安裝過程。
另外，控制電壓的切換由專用控制電壓施加裝置執行，它能夠使一種調整方法切換到另一種調整方法，即，當調整以使諧振頻率變高時，它能夠再調整以使諧振頻率變低。該調整方法消除了不適當的調整，因而使合格率超過了其它的如微調的調整方法，而且還使調整容易執行。
本發明也可以這樣設置，使用多個相互并聯的第一電極，第二和第三電極分別設置在第一電極的第一和最后級電極對面，多個地電極設置在該多個第一電極的對面并與其交錯排列。
在這種情況中，當電容器，即，第二和第三電極之間的電容器需要高耐壓時，電容器在這兩端以多級方式串聯連接，但用于改變這些電容器的電容量的控制電壓由交錯的第一電極和地電極施加。
因此，由于該壓控可變電容器外表上由電容器的多級排列構成，因此，高頻信號對控制電壓處理的影響減小到1/n，這里n是電容器級的數量。因而，因高頻信號的電壓的變化引起的壓控可變電容器的電容量的變化可以保持在最小值。此外，控制電壓將必須與用于單級的控制電壓相同，而且對控制電壓電源來說不需要特殊的結構。從而簡化了整個結構。
通過下面的說明將會進一步理解本發明的其它目的，特點。此外通過下面的結合附圖的說明將會進一步理解本發明的優點。
圖1是顯示本發明第一實施例的壓控可變帶通濾波器的結構的分解斜視圖；圖2是顯示圖1所示的壓控可變帶通濾波器的結構的垂直剖面圖；圖3是顯示圖1和圖2所示的壓控可變帶通濾波器中的壓控可變電容器的結構和用于施加控制電壓的的機構的等效電路圖；圖4是顯示壓控可變電容器的電容量如何響應直流控制電壓的變化的曲線圖；圖5是圖1和圖2所示的壓控可變帶通濾波器的等效電路圖；圖6是解釋壓控可變帶通濾波器的特性如何響應直流控制電壓變化，和顯示PHS系統的特性的曲線圖；圖7是解釋壓控可變帶通濾波器的特性如何響應直流控制電壓變化，和顯示用于PDC系統的發射電路特性的曲線圖；圖8是解釋壓控可變帶通濾波器的特性如何響應直流控制電壓變化，和顯示用于PDC系統的接收電路特性的曲線圖；圖9是顯示帶有圖1至圖8所示的壓控可變帶通濾波器的高頻電路模塊的斜視圖；圖10是顯示PHS和PDC系統公用的帶有了圖1和圖2所示壓控可變帶通濾波器的終端裝置的電路結構的方框圖；圖11是解釋用于圖9所示高頻電路模塊的制造過程的流程圖12是詳細解釋圖11所示制造過程的檢查步驟的流程圖；圖13是解釋壓控可變帶通濾波器工作的流程圖；圖14是顯示本發明第二實施例的壓控可變帶通濾波器的結構的垂直剖面圖；圖15是顯示圖14所示的壓控可變帶通濾波器中的壓控可變電容器的結構和施加控制電壓的結構的垂直剖面圖；圖16是顯示本發明第三實施例的壓控可變帶通濾波器的結構的斜視圖；圖17是圖16所示的壓控可變帶通濾波器的分解圖；圖18是沿圖16的A-A線的剖面圖；圖19是顯示帶有圖16至圖18所示的壓控可變帶通濾波器的高頻電路模塊的斜視圖；圖20是顯示本發明第四實施例的壓控可變帶通濾波器的結構的垂直剖面圖；圖21是顯示一級結構中的使用壓控可變電容器的諧振器和諧振器結構的實例的電路圖；圖22是顯示三級結構中的使用壓控可變電容器的諧振器和諧振器結構的實例的電路圖；圖23是顯示圖5所示的壓控可變帶通濾波器的再一個實施例的電路圖；圖24是顯示圖16至圖19所示的壓控可變帶通濾波器的再一個實施例的斜視圖；圖25是現有技術試圖實現PHS和PDC系統共享的終端裝置的電路結構的方框圖；圖26是普通現有技術使用變容二極管的壓控可變帶通濾波器的電路圖；圖27是現有技術另一個實例的使用變容二極管的諧振器電路的電路圖；圖28是示意性顯示現有技術再一個實例的壓控可變電容器的結構的剖面圖；圖29是解釋包含圖26所示壓控可變帶通濾波器和圖28所示壓控可變電容器的高頻電路模塊的制造過程的流程圖；圖30(a)和圖30(b)分別是解釋圖28所示壓控可變電容器工作的剖面圖和等效電路圖。
下面結合圖1至圖13說明本發明的第一實施例。
圖1是本發明第一實施例的壓控可變帶通濾波器51的結構的分解斜視圖。壓控可變帶通濾波器51是這樣安排的，在由陶瓷材料，主要由氧化鈦，氧化鋇構成，或相似材料制造的基片52內設置本發明的濾波器電路結構和壓控可變電容器53和53a(下面將作詳細說明)，在基片52上安裝用于控制壓控可變電容器53和53a的集成電路54。壓控可變電容器53a采用與壓控可變電容器53相同的方式配置，所以下面的說明將把壓控可變電容器53的結構和部件與相應的具有附加字母a的相同標號的壓控可變電容器53a的結構和部件作同等對待。
壓控可變帶通濾波器51是具有條線結構的濾波器，其中由平面導體制造的圖案(pattern)55，56，和57嵌入基片52中，起屏蔽導體作用的接地導電層59和60設置在基片52的兩個表面上。集成電路54安裝在接地導電層59上，但借助由陶瓷材料制造的絕緣層61與其隔離。
圖2是壓控可變電容器53放大的垂直剖面圖。諧振器圖案55起諧振器導體的作用，并與諧振器圖案55a構成一對。諧振器圖案55的一端55A通過通路孔67和68分別與接地導電層59和60連接，作為短路端；諧振器圖案55的另一端55B用作開路端。接地圖案56通過通路孔69和70分別與接地導電層59和60連接，接地圖案56的一端56A設置于鄰近諧振器圖案55的一端55B。
諧振器圖案55的一端55B和接地圖案的一端56A設置在絕緣層62上。絕緣層62由從BaTiO3，SrTio3，BaxSr1-xTiO3，PbLaTiO3，Bi4Ti3O12，PZT，和PbTiO3構成的組中選擇的陶瓷材料制成。在與設有圖案55和56的一面相反的絕緣層62的表面上設置控制電極63。控制電極63通過通路孔64和設置在絕緣層61上的控制電壓端65與集成電路54連接。
絕緣層62具有這樣的特性，其介電系數根據施加其上的電場強度變化。換句話說，絕緣層62的介電系數根據控制電極63與圖案55和56之間施加的電壓變化。絕緣層62的厚度根據集成電路54能夠施加的控制電壓和介電系數的所需變化量以及圖案55、56和控制電極63的寬度來確定，例如其厚度將為約0.1μm至10μm。
諧振器圖案55是這樣設置的，短路端55A到開路端55B的長度為λ/4，在這里λ是要處理的高頻信號的波長。輸入/輸出端子66設置在絕緣層61上，并通過通路孔58與輸入/輸出圖案57連接。
圖3是上述構造的壓控可變帶通濾波器51中的壓控可變帶通濾波器53和用于把控制電壓施加到其上的電路部分的結構的等效電路圖。壓控可變電容器53是具有三個電極結構的電容器，其中，第一電容器71和第二電容器72串聯連接。第一電容器71的容性電極是圖2所示的導電區域63(2)，在該區域中絕緣層62處在諧振器圖案55的一端55B(作為第二電極)與控制電極63(作為第一電極)之間；第二電容器72的容性電極是圖2所示的導電區域63(1)，在該區域中絕緣層62處在接地圖案56的一端56A(作為第三電極)和控制電極63之間。
電容器71的一端與高頻信號源73(與是諧振器導體的諧振器圖案55的開路端電極相對應)連接，電容器72的一端與地(與接地圖案56相對應)連接。電容器71和72的相應的另外端子相互連接，來自控制電壓源74(與集成電路54對應)的直流控制電壓通過電阻75和電感器76(與通過通路孔64和64a對應)加到電容器71和72的共同連接端子上。
通過設置絕緣層62和控制電極63以及圖案55和56，兩個電容器71和72實際上被給定了相同的電容量和其它電特性，其結果是電容量可以由低控制電壓有效控制。如果這兩個電容器被視為單個電容器，則如圖4所示，電容量隨直流控制電壓的增加(V1→V2)而減小(M1→M2)。所以，具有一對諧振器圖案55和55a和一對壓控可變電容器53和53a(如圖1所示)的壓控可變帶通濾波器51的等效電路如圖5所示。
換句話說，它是由壓控可變電容器53和53a以及諧振器圖案55和55a構成的二級并聯諧振電路。諧振器圖案55和55a的每一個是四分之一波長諧振器，并起電感和電容器的作用。來自控制電壓端65和65a的直流控制電壓經電阻器75和75a和電感器76和76a分別施加到壓控可變電容器53和53a上，因而改變了電容器53和53a的電容量。
在(1)輸入/輸出端子66與(2)由壓控可變電容器53和諧振器圖案55構成的并聯諧振電路之間有一個由輸入/輸出圖案57和諧振器圖案55建立的耦合電容C1，同樣，在(1)輸入/輸出端66a與(2)由壓控可變電容器53a和諧振器圖案55a構成的并聯諧振電路之間有一個由輸入/輸出圖案57a和諧振器圖案55a建立的耦合電容C1a。此外，在(1)由壓控可變電容器53和諧振器圖案55構成的并聯諧振電路與(2)由壓控可變電容器53a和諧振器圖案55a構成的并聯諧振電路之間，有一個在諧振器圖案55與55a之間建立的耦合電容C2。
因此，如果由集成電路54向控制電壓端65和65a施加例如5V電壓，則如圖6所示得到了峰值頻率約為1.9GHZ的通帶頻率特性。因而可以得到用于PHS系統的高頻電路的第一級或各高頻級之間必需的濾波器特性。另一方面，如果集成電路施加0V電壓，則如圖7所示得到了峰值頻率約為1.44GHZ的通帶特性。因而可以得到用于PDC系統的發送電路的第一級或各高頻級之間必需的濾波器特性。如果集成電路54施加0.5V電壓，則如圖8所示得到了峰值頻率約為1.49GHZ的通帶特性。因而可以得到用于PDC系統的接收電路的第一級或各高頻級之間必需的濾波器特性。
圖9顯示了使用上述的PHS和PDC系統可共用的壓控可變帶通濾波器51的高頻電路模塊的一種結構的例子。高頻電路模塊81由玻璃和陶瓷材料的混合物制成，而且是安裝在基片82外面的像MMIC(單片微波集成電路)和VCD(壓控振蕩器)那樣的半導體元件83至85的電子線路元件組合體，基片82中嵌入導體圖案和電阻R，電感L，和電容C以及其它電路元件。
圖9所示的高頻電路模塊81設有嵌入基片82一部分內的本發明壓控可變帶通濾波器51的電路圖案，和安裝在基片82上的集成電路54。高頻電路模塊81在PHS和PDC系統可共用的終端裝置的高頻電路中使用。
此外，PHS和PDC系統可共用的采用壓控可變帶通濾波器51的終端裝置91的電路結構的一個實例如圖10所示。由話筒92拾取的聲頻信號經放大器93送給模/數轉換器94以轉換成數字信號，然后再送給處理電路95以調制成發送信號。另一方面，接收信號由處理電路95解調，并由數/模轉換器96轉換成模擬信號，然后由放大器97放大，最后由揚聲器98變換成聲音。
像十鍵鍵盤那樣的輸入操作機構100，和由液晶板或其它裝置實現的顯示機構101通過接口99與處理電路95連接。
經放大器A1放大后的來自處理電路95的發送信號經開關S1送給壓控可變帶通濾波器51，然后從天線102發射出去。天線102接收的接收信號經壓控可變帶通濾波器51和開關S1送入放大器A2，經放大后送給處理電路95。
壓控可變帶通濾波器51的通帶特性根據用于在PDC和PHS系統之間切換的外加切換信號和用于確定接收和發送時隙的定時信號由集成電路54控制。此外集成電路54還控制開關S1。與圖25所示的終端裝置31相比較，上述結構的終端裝置91中的的濾波器和開關的數量明顯減少，從而減小了體積和重量。
加入了壓控可變帶通濾波器51的高頻電路模塊81像圖11所示的那樣被制造。形成基片、安裝元件和其它組件后(步驟Q1)，檢查其特性(步驟Q2)。在步驟Q3中，把與該檢查結果一致的控制程序寫入集成電路中。然后在步驟Q4中執行另一特性的檢查，并重復步驟Q3和Q4，直至得到預定的特性。最后在步驟Q5中裝運該單元。
圖12是詳細說明步驟Q2和Q3中的檢查過程的流程圖。在步驟Q11中，經高頻電路模塊81的控制電壓端子65后65a施加直流控制電壓。在步驟Q12中，響應直流控制電壓的模塊工作特性，如靈敏度、雜散輻射、圖像干擾比率、和無用輻射按照PDC技術要求進行測量。在步驟Q13中，確定測量的結果是否滿足PDC技術要求，如果未滿足，則用不同的直流控制電壓重復步驟Q11。這樣，重復步驟Q11至Q12直至發現滿足PDC技術要求的直流控制電壓；發現該電壓后，則在步驟Q14中把它確定為用于PDC。
在步驟Q15中，再次施加直流控制電壓，并在步驟Q16中測量響應該電壓的工作特性。在步驟Q17中，確定測量的結果是否滿足PHS技術要求，如果未滿足，則用不同的直流控制電壓重復步驟Q15。重復步驟Q15至Q17直至發現滿足PHS技術要求的直流控制電壓；然后，在步驟Q18中設置該PHS直流控制電壓。然后執行上面討論的步驟Q3的程序。
由于特性的調整僅通過把程序寫入集成電路54中來完成，因此，即使作出過度的調整也可以再調整。所以，可以得到比圖29所示的傳統制造過程更精確更省時的預定特性。其合格率也可以得到提高。此外，由于能夠執行自動調整，和重復獲得預定特性所需的次數的調整，以及由于根據環境溫度的微調諧等可以主動地執行，因此其它特性(如公差)可以臨時設置。
如圖13所示，在高頻電路模塊81的實際工作期間，在步驟Q21中集成電路54接收反映PDC/PHS切換的系統切換信號，和反映發送/接收切換的定時信號。在步驟Q22中，集成電路54讀取與這些系統切換信號和定時信號對應的直流控制電壓電平，在步驟Q23中，在集成電路54的輸出電路中產生與該電平對應的直流控制電壓，并加到電壓控制端65和65a上。然后，操作返回步驟Q21。
所以，如果集成電路54具有(1)一個能夠存儲每個系統切換信號和定時信號對應的直流控制電壓的存儲器，和(2)一個能夠接收和解碼系統切換和定時信號的電路，則能滿足上述情況。這樣的集成電路可以由低電平微型計算機等實現。
下面參照圖14和圖15說明本發明的第二個實施例。
圖14是顯示本發明第二個實施例的壓控可變帶通濾波器111的結構的剖面圖。與壓控可變帶通濾波器51的部件對應和相似的壓控可變帶通濾波器111的部件將給定同樣的標號，并省略說明。對壓控可變帶通濾波器111來說需要說明的是，在絕緣層62以帶狀設置，在絕緣層62一個表面上以一定間隔設置多個(在圖14所示的實例中為五個)控制電極63。在諧振器圖案55的一端55B與接地圖案56的一端56A之間的絕緣層62的相反表面上設置多個接地電極112，接地電極112與控制電極63相交錯。每個控制電極63通過通路孔64連接控制電壓端65，每個接地電極112通過通路孔113連接接地導電層60。
因此，該結構的等效電路如圖15所示。控制電極63的每一個和接地電極112的每一個還起容性電極的作用，直流控制電壓被加給控制電極63與接地電極112之間的絕緣層62，因而給絕緣層62預定的電容量。通路孔113類似通路孔64，作為電阻器114和電感器115起作用，因而從直流電流的觀點看，各壓控可變電容器之間的區域接地。
所以，直流控制電壓加給電容器71和72的每一個。而來自高頻信號源73的高頻信號用1/10的振幅加給相應的電容器71和72；與壓控可變帶通濾波器51相同，直流控制電壓被加給電容器71和72的每個絕緣層62，這樣就可以得到預定的電容量變化。
所以，甚至在具有高功率的高頻信號的場合也可以用低電壓維持可靠的濾波器特性，因而該濾波器在PDC設備的發送電路中使用特別有效。
下面，參照圖16至圖19說明本發明的第三實施例。
圖16是顯示本發明第三實施例的壓控可變帶通濾波器121的結構的斜視圖；圖17是圖16所示的壓控可變帶通濾波器121的分解圖；圖18是沿濾波器121的A-A線的剖面圖。與壓控可變帶通濾波器51對應和相同的壓控可變帶通濾波器121的部件將給定同樣的標號，并省略說明。對壓控可變帶通濾波器121來說需要說明的是，絕緣層123被設置在基片52的最上面，其上設置壓控可變電容器122和122a。下面的說明將把壓控可變電容器122的部件與帶有字母a的參考數字的122a的相應部件作相同處理。
諧整器圖案55的一端55B經通通路孔123*與設置在絕緣層61上的第二電極125連接，該絕緣層61是基片52的最上層；鄰近第二電極125設置的第三電極126經通路孔127連接接地導電層59。在電極125和126之間以與絕緣層62相似的材料的薄膜形式設置絕緣層123。與設置電極125和126的表面相反的絕緣層123的表面上設置控制電極128，該電極128是第一電極。控制電極128通過偏置電路129連接集成電路54。
絕緣層123由，例如，近似0.1μm厚的Ba0.7Sr0.3TIO3制成，因而通過施加5V的控制電壓能夠改變接近60％的介電系數。控制電極128和偏置電路129可以通過厚膜印刷或光刻形成。
上述結構的的壓控可變電容器122是具有三個電極結構的電容器，其中，第一電容器71和第二電容器72以圖3所示的同樣方式串聯連接。第一電容器71的容性電極是圖18所示的導電區域128(2)，在這里，絕緣層123處在第二電極125與控制電極128(作為第一電極)之間；第二電容器72的容性電極是圖18所示的導電區域128(1)，在這里，絕緣層123處在第三電極126與控制電極128之間。
電容器71的一端連接高頻信號源73(與諧振器圖案55的開路端電極對應，圖案55是諧振器導體)，電容器72的的一端接地(與接地導電層對應59)。電容器71和72的相應的其它端子是控制電極128，它們相互連接；來自控制電壓源74的直流控制電壓(與集成電路54對應)經電阻器75和電感器76(與偏置電路129對應)加給電容器71和72的共同連接端子。
圖19示出了使用壓控可變帶通濾波器121的高頻電路模塊的一種結構的例子，該高頻模塊131與高頻模塊81相似，它由玻璃和陶瓷材料的混合物制成，而且是安裝在基片82外面的像MMIC(單片集成電路)和VCO(壓控振蕩器)那樣的半導體元件83至85的電子線路元件組合體，基片82中嵌入導體圖案和電阻R，電感L，和電容C以及其它電路元件。在圖19所示的高頻電路模塊中壓控可變帶通濾波器121的電路圖案被嵌入基片82的內部，集成電路54和絕緣層123以及其它外部部件安裝在基片82上。高頻電路模塊131用作PDC和PHS系統共用的終端裝置的高頻電路。
由于在基片52的最上面設置了絕緣層123(其上設置壓控可變電容器122和122a)，因此膜的厚度可以比絕緣層嵌入陶瓷基片52內時更容易被控制。該陶瓷基片52由高溫高壓沖壓而成。這種絕緣層不易損壞，因而增加了可靠性。此外，由于把絕緣層123制成薄膜，因此集成電路54的輸出電壓可以保持低值，并可以減小電源消耗。
下面結合圖20討論本發明的第四實施例。
圖20是顯示本發明第四實施例的壓控可變帶通濾波器141的結構的縱剖面圖。與壓控可變帶通濾波器51的部件對應和相同的壓控可變帶通濾波器121的部件將給定同樣的標號，并省略其說明。在壓控可變帶通濾波器141中，絕緣層123以帶狀設置在基片52的最頂層，它類似于第二實施例的絕緣層62。在絕緣層123的一個表面上以一定間隔設置多個(圖20所示例子中五個)控制電極128。在第二電極125與第三電極126之間的絕緣層123的相反表面上設置多個接地電極142，以便與控制電極128交替設置。每個控制電極128經偏置電路129連接集成電路54，每個接地電極142經通路孔143與接地導電層59連接。
借助于上述結構，壓控可變帶通濾波器141將有圖15所示的等效電路。
在壓控可變帶通濾波器111和141中，可以以低電壓獲得預定的濾波器特性，這是因為每一級中的電容器71和72被構造為使它們具有近似相同的電容量。另外，加入了壓控可變帶通濾波器51，111，121，或141的高頻電路模塊不僅可以配置PDC和PHS系統共用的終端裝置，而且還能配置DECT(歐洲數字無繩電話)和GSM系統(全球移動通信系統)共用的發送裝置，或PDC，PHS和衛星發送系統中共用的發送裝置(即，可適用三個或更多的發送系統)。
此外，如圖21所示，代替多級結構中連接壓控可變電容器53和122的是，由壓控可變電容器53或122和諧振器圖案55構成的諧振電路可以在單級中構造，和用作(例如)壓控振蕩器電路(VCO)。另一方面，如圖22所示，該諧振器電路可以在三級或多級結構中使用，因而改善了濾波器的衰減特性。
圖5所示的耦合電容C1，C2和C1a可以用壓控可變電容器C11，C12和C11a(如圖23所示)來代替，其電容量由來自控制電壓端65b和65c的直流控制電壓控制。在這種方式中，(例如)通過移動圖6至圖8中1.66GHZ所示的衰減頂點可非常靈活地改變通帶特性曲線，因而可容易地實現預定的通帶特性曲線。
作為另一種替代方案，集成電路54可以與濾波器分離，如圖24中的壓控可變帶通濾波器151所示。這種結構是芯片型的壓控可變帶通濾波器，其來自集成電路54的控制電壓被送給控制電壓端152和152a，并由濾波器電路153和壓控可變電容器122和122a組成。該壓控可變帶通濾波器151可以安裝在現有的高頻電路模塊上。
如上所述，本發明的第一壓控可變帶通濾波器以三個電極電容器的形式構成，設有由介電材料制成的絕緣層，其介電系數根據施加的電場強度變化，而且整體設置在基片內；施加控制電壓的第一電極設置在絕緣層的一個表面上，第二和第三電極設置在絕緣層的相反表面上，使該電容器為兩級串聯連接。
因此，均勻的電場加給處于在一方面的第一電極與在另一方面的第二和第三電極之間的絕緣層的整個部分上，因而能夠用小的控制電壓的變化使電容量作較大的變化。由于有了這種結構，則不需要外部附設的可變電容器，從而使壓控可變帶通濾波器體積小，重量輕，并簡化了裝配過程。
此外，由于控制電壓的切換由專用的控制電壓施加裝置執行，因此能夠從一種調整方法切換到另一種調整方法，即，當調整使諧振頻率變高時，它可以再調整使諧振頻率變低。這樣與用微調的調整比較，可以消除不適當的調整，從而提高了合格率和使調整更加容易。
如上所述，本發明的第二壓控可變帶通濾波器具有多級并聯結構的第一電極，與第一電極的第一和最后一級相對設置的第二和第三電極，和與第一電極相對設置并與其交錯的地電極的多級結構；其控制電壓加在第一電極與地電極之間。
因此，電容器的各端子之間是串聯的電容器的多級結構，而所需的控制電壓與單級結構的相同。因此，盡管對來自發送電路的高功率來說需要高耐壓，但控制電壓仍處在可行范圍內。所以，不需要用于控制電壓電源的特殊結構，從而簡化了整個結構。
如上所述，本發明的第三壓控可變帶通濾波器是這樣構成的，控制電壓經電阻器和電感器串聯電路加給第一電極。
由于有了上述結構，信號的頻率越高，電感器的阻抗就越大，因而施加控制電壓的線將不影響壓控可變電容器處理的高頻信號。通過把直流控制電壓經串聯電路加給壓控可變電容器，所需電場還可以加給介電材料的絕緣層。
因而，電感器將具有對高頻信號的高阻抗，從而避免了因高頻信號的變化而導致的絕緣層電場的變化，并使其能穩定工作。
如上所述，本發明的第四壓控可變帶通濾波器是這樣配置的，絕緣層由陶瓷材料制成，壓控可變電容器以及濾波器電路的其余部分被整體設置在由陶瓷材料制成的基片內，控制電壓施加裝置由安裝在基片上的集成電路實現以便與之一體化。
在上述結構中，不需要調整的濾波器電路的部分被嵌入多極陶瓷基片內，用于控制控制電壓的控制電壓施加裝置由安裝在基片上的集成電路實現。
所以，只有很少的元件要安裝，從而可以減小體積減輕重量，而且通過調整與嵌入基片內的整個濾波器電路的特性相適應的集成電路的特性，能夠容易地得到所需的濾波器特性。
如上所述，本發明的第五壓控可變帶通濾波器是這樣配置的，集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
采用上述結構，可以通過重寫與整體設置在基片內的濾波器電路的特性相適應的集成電路的軟件得到預定的特性。特性的自動調整能夠實現，而且調整可以重復所需的次數以獲得預定特性。此外，根據環境溫度的微調能夠有效執行。因此，其它必需的特性(如公差)可以是臨時性的。
如上所述，本發明的第六壓控可變帶通濾波器是這樣配置的，絕緣層由介電薄膜材料制成，壓控可變電容器設置在陶瓷基片的上表面上，濾波器電路的其余部分整體設置在陶瓷基片內，控制電壓施加裝置由集成電路實現，該集成電路安裝在基片上以便與其一體化。
在上述結構中，不需要調整的濾波器的部件被嵌入多層陶瓷基片內，用于控制控制電壓的控制電壓施加裝置由安裝在基片上的集成電路實現。
因此，只有很少的元件要安裝，從而可以減小體積減輕重量，而且通過根據嵌入基片內的整個濾波器電路的特性調整集成電路的特性，能夠容易地得到預定的濾波器特性。此外由于絕緣層是以薄膜的形式設置的，集成電路的輸出電壓可以保持低電平，使功率消耗減小。此外，絕緣層的膜厚比絕緣層嵌入通過高溫、高壓沖壓形成的陶瓷基片內時更容易控制。而且絕緣層更不容易損壞，從而增加了可靠性。
如上所述，本發明的第七壓控可變帶通濾波器是這樣配置的，集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
采用上述結構，通過根據整體設置在基片內的濾波器電路的特性重寫該集成電路的軟件，可以獲得所需的特性。特性的自動調整能夠實現，而且調整可以重復所需的次數以獲得所需特性。此外，隨環境溫度的微調等能夠有效執行。因此，其它必需的特性(如公差)可以是臨時性的。
如上所述，本發明的第一高頻電路模塊與多層高頻電路基片一起使用，其中，除了安裝在基片上的集成電路外，上述的第四或第五壓控可變帶通濾波器的元件部分或整體設置在多層基片中。
采用上述結構，高頻電路模塊被安排成使用一個高頻基片，在該高頻基片的多層基片中部分或整體地設置除了第四或第五壓控可變帶通濾波器的集成電路外的其它元件。采用這種安排，高頻電路所必需的和外設的集成電路和其它元件，如壓控振蕩電路和晶體振蕩器，被安裝在高頻電路基片上。高頻電路模塊以這種方式被配備。
所以，通過外設用于壓控可變帶通濾波器的元件，在高頻電路模塊的表面上只占據很小的空間，并可使模塊做得較小。
如上所述，本發明的第二高頻電路模塊與多層高頻電路基片一起使用，其中，除了安裝在基片上的集成電路外，上述的第六或第七壓控可變帶通濾波器的元件被部分或整體地設置在多層基片中。
采用上述結構，高頻電路模塊被安排成使用一個高頻基片，在該高頻基片的多層基片中部分或整體地設置除了第六或第七壓控可變帶通濾波器的集成電路外的其它元件。采用這種安排，高頻電路所必需的和外設的集成電路和其它元件，如壓控振蕩電路和晶體振蕩器，被安裝在高頻電路基片上。高頻電路模塊以這種方式被配備。由于這種安排，高頻電路所必需的和外設的集成電路和其它元件，如壓控振蕩電路和晶體振蕩器，被安裝在高頻電路基片上。高頻電路模塊以這種方式制備。
所以，通過外設用于壓控可變帶通濾波器的元件，在高頻電路模塊的表面上只占據很小的空間，并可使模塊做得較小。
在本發明上述詳細說明中討論的裝置的有關實施例和實例只用于說明本發明的技術細節，不能理解為限定本發明的范圍，在不背離本發明的精神和權利要求書的范圍的條件下本發明可做出許多變化。
權利要求
1.一種壓控可變帶通濾波器，包括一個壓控可變電容器和一個用于施加控制電壓的控制電壓施加裝置；所述的壓控可變電容器包含一個具有第一表面和第二表面的絕緣層，所述的絕緣層由介電材料制成，其介電系數根據施加的電場而變化；一個設置在所述的第一表面上的第一電極，在其上施加用于產生電場的控制電壓；和相互鄰近和平行地設置在所述的第二表面上的第二和第三電極，在其上施加高頻信號。
2.根據權利要求1所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層和所述的第一至第三電極被設置為使所述的第二和第一電極之間設置的第一電容器和所述的第一和第三電極之間設置的第二電容器實際上具有相同的電容量和電特性。
3.根據權利要求2所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的第二電極是四分之一波長諧振器，所述的第三電極接地。
4.根據權利要求1所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述控制電壓經一電阻器和電感器的串聯電路加給所述的第一電極。
5.根據權利要求1所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由陶瓷材料制成，所述的壓控可變電容器和所述濾波器電路的其余部分一起被整體設置在由陶瓷材料制成的基片內；和所述的控制電壓施加裝置是安裝在所述基片上的集成電路，與所述基片形成一個整體。
6.根據權利要求5所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
7.根據權利要求1所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由介電薄膜材料制成，所述的壓控可變電容器整體設置在由陶瓷材料制成的基片的上層，該基片中設置所述濾波電路的其余部分；和所述的控制電壓施加裝置是安裝在所述基片上的集成電路，與該基片形成一個整體。
8.根據權利要求7所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
9.根據權利要求1所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由從BaTiO3，SrTiO3，BaxSr1-xTiO3，PbLaTiO3，Bi4Ti3O12，PZT，和PbTiO3構成的組中選擇的陶瓷材料制成。
10.一種壓控可變帶通濾波器，包括一個壓控可變電容器和一個用于施加控制電壓的控制電壓施加裝置；所述的壓控可變電容器包括一個具有第一表面和第二表面的絕緣層，所述的絕緣層由介電材料制成，其介電系數根據施加的電場而變化；多個以一定間隔設置在所述第一表面上的第一電極，在其上施加用于產生電場的控制電壓；設置在所述的第二表面上的第二和第三電極，在其上施加高頻信號；和與所述多個第一電極相對在所述第二和第三電極之間設置的多個地電極。
11.根據權利要求10所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述控制電壓經一電阻器和電感器的串聯電路加給所述的第一電極。
12.根據權利要求10所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由陶瓷材料制成，所述的壓控可變電容器和所述濾波器電路的其余部分一起被整體設置在由陶瓷材料制成的基片內；和所述控制電壓施加裝置是安裝在所述基片上的集成電路，與該基片形成一個整體。
13.根據權利要求12所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
14.根據權利要求10所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由介電薄膜材料制成，所述的壓控可變電容器整體設置在由陶瓷材料制成的基片的上層，該基片中設置濾波電路的其它元件；和所述的控制電壓施加裝置是安裝在所述基片上的集成電路，與該基片形成一個整體。
15.根據權利要求14所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
16.根據權利要求10所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由從BaTiO3，SrTiO3，BaxSr1-xTiO3，PbLaTiO3，Bi4Ti3O12，PZT，和PbTiO3構成的組中選擇的陶瓷材料制成。
17.一種與多層高頻電路基片一起使用的高頻電路模塊，其中除權利要求5所述的壓控可變帶通濾波器的所述集成電路外的其它元件被部分或整體地設置在一多層基片中。
18.一種與多層高頻電路基片一起使用的高頻電路模塊，其中除權利要求7所述的壓控可變帶通濾波器的所述集成電路外的其它元件被部分或整體地設置在多層基片中。
19.一種與多層高頻電路基片一起使用的高頻電路模塊，其中除權利要求12所述的壓控可變帶通濾波器的所述集成電路外，其它元件被部分或整體地設置在多層基片中。
20.一種與多層高頻電路基片一起使用的高頻電路模塊，其中除權利要求14所述的壓控可變帶通濾波器的所述集成電路外，其它元件被部分或整體地設置在多層基片中。
21.一種壓控可變帶通濾波器，包括一個壓控可變電容器，包含一個由介電材料制成的絕緣層，其介電系數根據施加的電場而變化；一個設置在所述絕緣層的一個表面上的第一電極，在其上施加用于產生電場的控制電壓；和相互鄰近和平行地設置在所述絕緣層的另一個表面上的第二和第三電極，在其上施加高頻信號；所述的壓控可變電容器具有兩級串聯結構，其中，與所述第二電極和第三電極相對的所述第一電極的各對應導電區域作為容性電極，所述各容性電極和所述第二和第三電極提供兩個串聯的電容器；和一個用于把所述控制電壓加給所述第一電極的控制電壓施加裝置。
22.根據權利要求1所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的第一電極包括多個相互并聯的電極，所述的第二和第三電極與所述第一電極的第一和最后一級電極相對設置，所述的濾波器進一步包括多個地電極，與所述第一電極的多個電極相對設置并與其交錯排列。
23.根據權利要求21所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述控制電壓經一電阻器和電感器的串聯電路加給所述的第一電極。
24.根據權利要求22所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述控制電壓經多個具有一電阻器和電感器的串聯電路加給所述的第一電極的所述多個電極。
25.根據權利要求21所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由陶瓷材料制成，所述的壓控可變電容器和所述濾波器電路的其余部分一起被整體設置在由陶瓷材料制成的基片內；和所述的控制電壓施加裝置是安裝在所述基片上的集成電路，與所述基片形成一個整體。
26.根據權利要求22所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由陶瓷材料制成，所述的壓控可變電容器和所述濾波器電路的其余部分一起被整體設置在由陶瓷材料制成的基片內；和所述的控制電壓施加裝置是安裝在所述基片上的集成電路，與該基片形成一個整體。
27.根據權利要求25所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
28.根據權利要求26所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
29.根據權利要求21所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由介電薄膜材料制成，所述的壓控可變電容器整體設置在由陶瓷材料制成的基片的上層，該基片中設置濾波電路的其余部分；和所述的控制電壓施加裝置是安裝在所述基片上的集成電路，與該基片形成一個整體。
30.根據權利要求22所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的絕緣層由介電薄膜材料制成，所述的壓控可變電容器整體設置在由陶瓷材料制成的基片的上層，該基片中設置濾波電路的其它元件；和所述的控制電壓施加裝置是安裝在所述基片上的集成電路，與該基片形成一個整體。
31.根據權利要求29所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
32.根據權利要求30所述的壓控可變帶通濾波器，其中所述的集成電路能夠存儲用于控制電壓切換控制的軟件。
33.一種與多層高頻電路基片一起使用的高頻電路模塊，其中除權利要求25所述的壓控可變帶通濾波器的所述集成電路外，其它元件被部分或整體地設置在多層基片中。
34.一種與多層高頻電路基片一起使用的高頻電路模塊，其中除權利要求26所述的壓控可變帶通濾波器的所述集成電路外，其它元件被部分或整體地設置在多層基片中。
35.一種與多層高頻電路基片一起使用的高頻電路模塊，其中除權利要求29所述的壓控可變帶通濾波器的所述集成電路外，其它元件被部分或整體地設置在多層基片中。
36.一種與多層高頻電路基片一起使用的高頻電路模塊，其中除權利要求30所述的壓控可變帶通濾波器的所述集成電路外，其它元件被部分或整體地設置在多層基片中。
全文摘要
本發明的壓控可變帶通濾波器是這樣構成的,導電圖案、電阻R、電感L、電容C和其它電路元件被嵌入陶瓷基片中。在該基片中還嵌入由相同的陶瓷材料制成的絕緣層,其電容量根據所施加的電場的變化而變化。在絕緣層的一個表面上設置一個控制電極,在另一個表面上設置相互鄰近的施加高頻信號的諧振器圖案和一個接地圖案。因此,串聯連接的兩個電容器在諧振器圖案與接地圖案之間形成,這些串聯電容器的電容量可以由安裝在陶瓷基片上的集成電路調整,從而減小了體積和重量,和簡化了調整。
文檔編號H01G7/00GK1188994SQ9712628
公開日1998年7月29日 申請日期1997年11月19日 優先權日1996年11月19日
發明者津田陽一 申請人:夏普公司