專利名稱：多層帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明各實施例涉及濾波器，尤其涉及可在諸如雙工器或同向雙工器的電氣系統(tǒng)中使用的多層帶通濾波器。
背景技術：
近年來，由于其中結(jié)合的各種組件的小型化，已實現(xiàn)了諸如移動電話和無線LAN(局域網(wǎng))裝置的移動通信裝置小型化的顯著進步。結(jié)合在通信裝置中的組件之一是帶通濾波器。帶通濾波器抑制具有特定帶寬以外的頻率的信號，并在很少或無抑制地通過頻率在該特定帶寬內(nèi)的信號。帶通濾波器被廣泛地使用。例如，帶通濾波器可在與移動電話相關聯(lián)的雙工器和同向雙工器中找到。帶通濾波器也可以允許移動電話的天線以一頻帶進行發(fā)射同時以另一頻帶進行接收。
一種帶通濾波器在美國專利6020799中加以描述，其圖12重現(xiàn)為本文的圖1。參考圖1，帶通濾波器由兩個TEM(橫向電磁模式)諧振器構成。這些諧振器用級聯(lián)連接連在一起。每個諧振器都包括一對傳輸線，包括高阻抗的窄傳輸線和低阻抗的寬傳輸線。每個諧振器的窄傳輸線被認為是相應諧振器的近端。每個諧振器的近端連接到另一諧振器的近端，并且還接地。每個諧振器的阻抗低于任一窄傳輸線的寬傳輸線可被認為是相應諧振器的遠端。每個諧振器的遠端是“斷開”的，因為不可流過直流。每個諧振器的窄傳輸線電磁耦合到另一諧振器的窄傳輸線，且每個諧振器的寬傳輸線電磁耦合到另一諧振器的寬傳輸線。每個諧振器中生成的電磁場與另一諧振器中生成的電磁場干擾并耦合，形成了諧振器之間所謂的“耦合”或“電磁耦合”。
但在美國專利6020799中，每個TEM模式諧振器的遠端電容耦合到輸入和輸出端子并接地。整個結(jié)構提供了電容耦合的基本量。還添加級間耦合電容器以控制耦合以及衰減極點頻率，但貫穿該結(jié)構，電抗耦合完全是電容性的。由于耦合完全是電容性的，只有有限的控制可用于精確地設置衰減極點。為減輕該電容性電抗耦合，可減小諧振器之間的線路距離，且也可通過改變第一傳輸線的線路距離和第二傳輸線的線路距離來調(diào)節(jié)傳輸特征的衰減極點頻率。但減輕電抗耦合的過度電容的這些方法只能僅此而已，因為光刻技術不能超過光刻限制(現(xiàn)今，一般為0.2mm)將線路更靠近地放置在一起。此外，通過調(diào)節(jié)傳輸線與線路間距離的偶模和奇模阻抗比，可改變耦合度。然而，諧振器之間的線路距離僅能被減少至此。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種帶通濾波器可包括第一諧振器和第二諧振器。第一諧振器和第二諧振器之間的耦合可通過以下至少之一加以控制(i)第一諧振器和第二諧振器之間的間距，以及(ii)與所述耦合相耦合的分流電感。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種濾波器可包括用于通過一頻帶的濾波裝置。該濾波裝置可具有第一諧振器裝置和第二諧振器裝置。該濾波器還可包括第一諧振器裝置和第二諧振器裝置之間的耦合裝置。該耦合裝置可通過以下至少之一加以控制(i)第一諧振器裝置和第二諧振器裝置之間的間距以及(ii)與所述耦合裝置耦合的分流電感裝置。


圖1是根據(jù)美國專利6020799中所述公知實現(xiàn)的公知疊片介質(zhì)帶通濾波器(BPF)結(jié)構的透視分解圖。
圖2是圖1的介質(zhì)BPF結(jié)構的等效電路。
圖3示出了根據(jù)圖1和圖2中所述公知結(jié)構的用于改善接近介質(zhì)濾波器的通頻帶的衰減量的傳輸特征模擬結(jié)果的兩個曲線圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的帶通濾波器配置的透視分解圖。
圖5是圖4的帶通濾波器配置的等效電路。
圖6是示出根據(jù)圖4和圖5的實施例的帶通濾波器的傳輸和反射特征(以dB為單位)對頻率的曲線圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的帶通濾波器配置的透視分解圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的帶通濾波器配置的透視分解圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的帶通濾波器配置的透視分解圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的帶通濾波器配置的透視分解圖。
圖11是圖10的帶通濾波器配置的等效電路。
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的改變帶通濾波器中的分流電感的影響的曲線圖。
圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的改變帶通濾波器中的直接耦合電容(Cd)的影響的曲線圖。
具體實施例方式
需要一種通信裝置，它可包括集成于單個多層體中的一個以上被動組件。通過調(diào)節(jié)被動組件的電抗，諸如帶通濾波器(BPF)內(nèi)的電容器和電感器，可更精確和容易地定位BPF的衰減極點。單個多層體可具有通過一個或多個通路連接的若干端子，并且不需要大端接電極。一些通路電感對BPF電氣性能較敏感，這可加以考慮。
圖1是根據(jù)美國專利6020799中所述公知實現(xiàn)的疊片介質(zhì)BPF結(jié)構的透視分解圖。疊片介質(zhì)BPF結(jié)構具有可在7Ω到35Ω范圍內(nèi)實現(xiàn)的偶模阻抗Ze。由于光刻限制，線路一般不能用窄于0.2mm和大于2mm的線寬或間隙來實現(xiàn)。因此，在每個諧振器的傳輸線之間，最小偶模阻抗階躍率Ke是0.2。此外，如果Ke較大，則不能縮短諧振器長度，因此存在Ke的合適范圍，且對于帶狀線的結(jié)構參數(shù)，它優(yōu)選為0.2到0.8，更優(yōu)選為0.4到0.6。因此，當偶模阻抗為7Ω時，能實現(xiàn)的偶/奇模阻抗比P約1.4或以下，在20Ω時為1.9或以下，且在35Ω時為2.2或以下。
圖1的疊片介質(zhì)BPF結(jié)構具有其上提供器件的多個厚介質(zhì)片10a-e。介質(zhì)片10a包含一對帶狀線諧振器，作為傳輸線17a和17b。第一傳輸線17a具有帶狀線諧振器電極11a，且第二傳輸線17b具有帶狀線諧振器電極11b。第一傳輸線17a和第二傳輸線17b共享共用接地電極16。第一傳輸線17a和17b具有較高特征阻抗并在一端接地，且第二傳輸線18a和18b具有較低特征阻抗并在一端斷開。耦合電容(Cc)28(圖2中示出)形成于耦合電容電極20與帶狀線諧振器電極11a和11b之間。負荷電容(CL)26和27(圖2中示出)形成于負荷電容電極19與所添加的帶狀線諧振器電極11a和11b之間。因此，在帶狀線諧振器電極11a和11b之間實現(xiàn)疊片導電BPF。
疊片BPF結(jié)構具有諧振器結(jié)構中的兩個TEM模式諧振器，其中整個線路長度短于四分之一波長。第一傳輸線(即，具有相對較高阻抗的窄傳輸線)與各第二傳輸線(即，具有較低阻抗的寬傳輸線)級聯(lián)連接。第二傳輸線的特征阻抗低于第一傳輸線的特征阻抗。第一傳輸線中的每一條都在近端接地，且第二傳輸線中的每一條都在遠端斷開。第一傳輸線被電磁耦合，且第二傳輸線被電磁耦合。在這兩種情況中獨立設定電磁耦合的量。
介質(zhì)片10c包含負荷電容電極19，它分別與帶狀線諧振器電極11a和11b形成負荷電容(CL)26、27(圖2中示出)。介質(zhì)片10c還包含與帶狀線諧振器電極11a形成第一電容器的電容電極12a、以及與帶狀線諧振器電極11b形成第二電容器的電容電極12b。介質(zhì)片10b分別包含輸入和輸出端子14a和14b，以及接地端子15a和15b。
耦合電容(Cc)28(圖2中示出)及負荷電容(CL)26和27(圖2中示出)的組合允許偶/奇模阻抗比(P1，P2)的調(diào)節(jié)。因此，衰減極點被設定于通頻帶附近。介質(zhì)片10b和介質(zhì)片10d分別用屏蔽電極13a和13b覆蓋。諧振器端16、負荷電容器端19以及I/O端子12a和12b分別與大電極15d、15c、14a和14b側(cè)向端接。由于電極的面積相對較大，這些電極的電感效應是可以忽略的。
兩個TEM模式諧振器通過單獨的耦合裝置電容耦合，從而可以靠近濾波器的通頻帶生成衰減極點。負荷電容(CL)26和27(圖2中示出)與帶狀線諧振器電極11a和11b平行。
通過設定P1和P2的關系，可在指定頻率處自由地形成衰減極點。但是，TEM模式諧振器的開路端用分流負荷電容器接地。TEM模式諧振器以及輸入和輸出端子被電容耦合。通過改變第一傳輸線的線路距離以及第二傳輸線的線路距離來調(diào)節(jié)傳輸特征的衰減極點頻率。通過設定線路之間的距離來調(diào)節(jié)傳輸線的偶模和奇模阻抗比，可改變耦合度。如圖2所示，添加級間耦合電容(Cc)28，以控制該耦合以及衰減極點頻率。
然而，采用該設計的一個問題在于盡管可在通頻帶附近生成衰減極點，但不能在通頻帶兩側(cè)上提供多個衰減極點。在通頻帶兩側(cè)上有衰減極點的濾波器能同時增加帶外頻率的衰減，這對于許多濾波器應用來說都是期望的。
此外，在圖1的現(xiàn)有技術設計中，由于衰減極點變成傳輸線阻抗、負荷電容器和內(nèi)部耦合電容器的復雜函數(shù)，很難為期望的濾波器中心頻率和期望的諧振器耦合(即為了中心頻率的任一側(cè)上向下3dB的期望濾波器帶寬)實現(xiàn)期望頻率處的衰減極點。由于輸入和輸出耦合電容器(電容器23和24，如圖2所示并在圖1中分別位于帶狀線諧振器電極11a和11b以及電容電極12a和12b之間)，如圖2所示的級間耦合電容(Cc)28以及如圖2所示的負荷電容器(CL)26和27都在同一層上，所以很難設計需要較大輸入和輸出耦合電容器23和24的寬帶濾波器。此外，由于輸入和輸出耦合電容器23和24、級間耦合電容(Cc)28以及負荷電容(CL)26和27都在同一層上，至少相對于x-y空間平面很難設計小型化的BPF。至少出于這些理由，如圖1所示的帶狀線諧振器BPF不適用于需要寬頻帶(即大帶寬)的濾波器。
圖1的BPF結(jié)構的另一問題是端接電極的大小和位置。通信裝置的小型化會需要將一個以上的被動組件集成于單個多層體中。較好的方法是使各組件的端子通過一個或多個通路連接，使這些端子能位于裝置的底部，代替具有較大的側(cè)向端接端子。如果在這一改善中使用通路，一些通路電感會對BPF電氣性能敏感，并因此必須加以考慮。
圖2是圖1的介質(zhì)BPF結(jié)構的等效電路。如圖2所示，大輸入和輸出耦合電容器23和24分別具有輸入/輸出端子21和22。
圖3示出了圖1和圖2所示的介質(zhì)BPF結(jié)構的傳輸特征模擬結(jié)果的兩個曲線圖。圖3的上方曲線圖涉及具有低零衰減極點的濾波器，且下方曲線圖涉及具有高零衰減極點的濾波器。在這兩種情況中，實線示出了當衰減極點離濾波器中的通頻帶最遠時的特征。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的BPF配置的透視分解圖。圖5是圖4的帶通濾波器配置的等效電路。
參考圖4，可并排放置兩個四分之一波長的平面TEM模式帶狀線諧振器52和54。諧振器的一端可通過通路電感器的電感連接在一起并連接到系統(tǒng)接地，該通路電感器的電感可以通過層03中的孔和通孔56～60從短路端116到接地來實現(xiàn)。諧振器52和54之間的電磁耦合可取決于諧振器52和54之間的間距以及通路電感器的分流電感的值。對于這種類型的結(jié)構，由于可從短路端116通過層03中的孔和通孔56～60實現(xiàn)的通路電感器的相對較大的電感，諧振器52和54之間的主要耦合可變成電感性的。I/O端口之間的輸入/輸出端口電容可以用I/O電容器形成，它可在板62和74之間以及板66和76之間實現(xiàn)。直接耦合電容(Cd)和諧振器52和54之間的電感內(nèi)部耦合可在BPF的通頻帶的兩側(cè)處提供衰減極點。這些衰減極點的位置可通過改變板72與I/O電極62和66之間實現(xiàn)的直接耦合電容(Cd)的值來加以控制。直接耦合電容(Cd)可以對內(nèi)部耦合沒有影響。
可分別在板74和76之間實現(xiàn)的分流負荷電容器C11和C12以及接地板78可置于分開的介質(zhì)片上，且可以用BPF的系統(tǒng)接地78形成電容。分別由板74和76形成的分流負荷電容器C11和C12以及接地78可通過通路電感連接到諧振器的斷開端，這可以通過孔82-88并通過層03中的孔繼續(xù)到遠端110和112來實現(xiàn)。負荷電容器C11和C12可幫助減少用于期望中心頻率的諧振器長度。諧振器長度可確定諧振器的等效電容和電感。每個諧振器可被理解為等效于與一電感并聯(lián)的電容，它可以與Le串聯(lián)。L1和C11的串聯(lián)基本上與諧振器并聯(lián)，且諧振器的全部諧振頻率會受到這些被動組件中的每一個的影響。諧振頻率可通過等式1/(2π√(LC))進行計算，其中L和C表示包括L1、分流負荷電容器C11、Le以及諧振器的內(nèi)部電感和電容(由包含其長度的諧振器幾何形態(tài)確定)的諧振器環(huán)境的總電感和總電容。因此，可設計最佳負荷電容以小型化BPF大小。
對于寬帶BPF，板62和74之間以及板66和76之間形成的I/O耦合電容器可適當較大。I/O耦合電容器(板62和74以及板66和76)被示為在獨立介質(zhì)片上并可以與分流負荷電容器(板74和76，以及接地78)電容耦合，其中可能按照濾波器設計要求來設計較大的I/O電容器。I/O耦合電容器(板62和74以及板66和76)可通過通路電感連接到系統(tǒng)接地平面78的I/O墊64和68。在系統(tǒng)接地平面78上，I/O墊64和68以及接地平面78可相互分開。
對于寬帶濾波器，諧振器52和54之間的內(nèi)部耦合應足夠大，以滿足設計要求。諧振器52和54之間的耦合可按至少兩種方式加以控制?？刂岂詈系囊环N方式可以是通過控制諧振器52和54之間的間距，即諧振器52和54之間的間距越短，耦合越強，且諧振器52和54之間的間距越大，耦合越弱。但在特定極限之后，該間距會由于處理限制而不能降低?？刂岂詈系牧硪环绞娇梢允峭ㄟ^使用分流電感，這可以通過層03中的孔(短路端116處)和孔56-60來實現(xiàn)。分流電感可通過提供附加的電感耦合來控制諧振器的內(nèi)部耦合。當通過層03中的孔以及通孔56-60從短路端116到接地而實現(xiàn)時，通路電感器的電感可通過改變層03中的孔(短路端116處)以及孔56-60的通路大小來加以控制。如果需要較大的電感，則可以向通路串聯(lián)地添加某些物理串聯(lián)電感(未示出)。通過使用一個或多個并聯(lián)通路(未示出)或增大通路直徑(未示出)可減小電感值。
如果負荷電容器(例如，通過板74和76與接地78形成的電容器)被置于諧振器層(圖4中的層03)之上，它們可電連接到浮動接地34A，它可以通過若干通路電感(例如，可通過孔92-106實現(xiàn))連接到系統(tǒng)接地。這種通路電感(未示出)可對諧振器52和54的諧振器內(nèi)部耦合敏感。小的通路電感變化會影響諧振器耦合，以及上頻帶衰減極點的位置。因此，分流負荷電容器(它可使用板74和76)可置于結(jié)構的底層處，如圖4所示，它可電連接到系統(tǒng)接地平面78。
BPF配置可包括七個疊片層，圖4中標識為層01-07。介質(zhì)片可以是相同的介質(zhì)材料或不同的介質(zhì)材料?？梢杂脤щ姼嗵畛鋸亩搪范?16通過層3和通孔56-60的通路孔、以及從遠端110和從遠端112通過層03和通孔82-88的那些通路孔。同樣，可以用導電膏等填充任何其它通路孔，以在期望處建立通路。
層01可包括BPF結(jié)構頂上的偽介質(zhì)片。層02可提供浮動接地34A，且層07可提供系統(tǒng)接地78。層02可以相當厚，并且存在兩個接地平面(層02和07上)，它們可通過若干通路(例如孔92-106)相互連接以維持BPF結(jié)構的適當接地。通路孔92-106表示沿著圖4所示結(jié)構的第一邊緣(例如前邊緣)的通路孔。沿著該結(jié)構的第二邊緣(例如后邊緣)，類似數(shù)量的通路孔可提供用作類似的互連通路。這種通路在圖4中用在層02中的四個邊角孔和層03中的四個邊角孔之間延伸的虛線表示。圖4還示出了層04、05和06的每一個中的相應邊角孔，它們允許浮動接地34A到系統(tǒng)接地78的通路互連，但為簡化附圖，未示出層03到07之間的虛線。
類似的慣例被用于示出圖4中的其它虛線通路表示。特別是，與通路相連并從其向下延伸的每個金屬板或區(qū)域(例如，層03上的諧振器52和54以及層05上的I/O電容器板62和66)由一個或多個小圓圈標記，每個圓圈標記都表示一通路耦合和從其向下延伸的位置。向下延伸的通路由虛線表示，它們(為簡化附圖)僅示出從它們的第一層向下延伸，即從它們開始發(fā)源的各自的金屬板或區(qū)域向下延伸。例如，示出三條虛線通路，它們從層03上的諧振器52和54上的三個圓圈標記向下延伸。在層03和04之間示出諧振器52和54的虛線通路近端116，但在層04下面未示出(為簡化附圖)，然而可以理解該通路從層04通過通路孔56-60繼續(xù)到層07上的系統(tǒng)接地78。類似地，在層03和04之間示出諧振器52和54的兩個虛線通路近端110和112，但在層04下面未示出(為簡化附圖)，然而可以理解該通路從層04通過通路孔82-88繼續(xù)到負荷電容器74和76。同樣，在層05和06之間示出了兩個虛線通路，它們從層05上的I/O電容器板62和66向下延伸，但在層06下面未示出(為簡化附圖)，然而可以理解該通路從層06通過通路孔118和120繼續(xù)到層07上的I/O墊64和68。圖7-10中采用虛線通路表示的類似標記慣例。
帶狀線諧振器BPF(包括第一諧振器52和第二諧振器54)可置于兩個接地平面之間。用于TEM四分之一波長諧振器(以下稱作第一諧振器52和第二諧振器54)的圖形可置于層03的介質(zhì)片上。第一諧振器52和第二諧振器54各自可具有斷開端110和112，在此處電場會相對較大且磁場會相對較??；以及短路端114和116，此處磁場會較大且電場較小?？倛鍪窍嗤?。諧振器52和54的短路端114和116可連接在一起，隨后通過通路電感器的電感(Le)端接到系統(tǒng)接地78，該通路電感器可通過層03中的孔(短路端116處)以及通孔56-60得以實現(xiàn)，如以下參層07所述的。
濾波器還可具有第一諧振器52和第二諧振器54之間的耦合。第一諧振器52和第二諧振器54之間的耦合例如可以是電感分流諧振器耦合。該耦合可以是允許在第一諧振器52處產(chǎn)生、并影響第二諧振器54的或者在第二諧振器54處產(chǎn)生、并影響第一諧振器52的電場或磁場或者電場和磁場的組合的任何結(jié)構。因此，該耦合可通過(i)第一諧振器52和第二諧振器54之間的間距，以及(ii)耦合到該耦合的分流電感(可通過短路端116處的層03中的孔以及通孔56-60實現(xiàn))的至少之一來控制。該耦合也可通過第一諧振器52和第二諧振器54之間耦合的電容(例如，可通過直接耦合電容器板72以及諧振器52和54的短路端114和116形成的直接耦合電容)來控制。如果需要，結(jié)構電感(圖4中未示出)可置于第一諧振器52和第二諧振器54之間以控制該耦合，如下所述。
由于第一諧振器52和第二諧振器54之間的耦合，圖4的濾波器可解釋為具有相對較寬帶寬的帶通濾波器。特別是，濾波器可具有第一極點和第二極點，其間有足夠間距以形成預定帶寬，例如一千兆赫帶寬。如果需要，由于可通過分流電感提供附加耦合，可以形成很寬的頻帶BPF。
用于直接耦合電容器(Cd)72的電極可駐留在層04上。用于直接耦合電容器(Cd)72的電極可被認為是兩個串聯(lián)電容之間的節(jié)點，這兩個串聯(lián)電容之一用第一輸入/輸出電容器電極(Ce1)62形成而另一個用第二輸入/輸出電容器電極(Ce2)66形成。
第一輸入/輸出電容器電極(Ce1)62和第二輸入/輸出電容器電極(Ce2)66可駐留在層05上。這些電極以及它們所形成的電容器也可稱作“激勵”或“端口”電極和電容器，且各自可與層06上的電極形成電容。
直接耦合電容器(Cd)可形成于層4上的電極72與層5上的I/O電極62和66之間。BPF的衰減極點頻率的控制可通過調(diào)整直接耦合電容器(Cd)72來實現(xiàn)。直接耦合電容器(Cd)72的實現(xiàn)也可在圖5所示的等效電路上看到，其中第一輸入/輸出電容器電極和第二輸入/輸出電容器電極被表示為第一輸入/輸出電容器電極(Ce1)62和第二輸入/輸出電容器電極(Ce2)66的一部分。
由于諧振器層(層03)可以是較厚的介質(zhì)片，直接耦合電容器(Cd)72可不與第一諧振器52和第二諧振器54之間的內(nèi)部耦合相干擾。如圖4所示，介質(zhì)片層03可以比其它層更厚。(Cd)72的調(diào)整可控制帶外衰減極點頻率，而不影響第一諧振器52和第二諧振器54的內(nèi)部耦合。因此，衰減極點的控制不需要依賴于內(nèi)部耦合。
第一負荷電容器電極(C11)74和第二負荷電容器電極(C12)76可位于層06上。第一負荷電容器電極(C11)74和第二負荷電容器電極(C12)76可與系統(tǒng)接地78形成第一負荷電容(C11)和第二負荷電容(C12)。當負荷電容器C11和C12進行適當?shù)某叽缯{(diào)節(jié)時，可在較寬范圍上調(diào)節(jié)I/O電容器值。第一負荷電容器電極和第二負荷電容器電極也在圖5中示出，分別作為第一負荷電容器(C11)74和第二負荷電容器(C12)76的一部分。第一負荷電容器電極和第二負荷電容器電極可電容耦合到接地78，如圖4中層07上的系統(tǒng)接地和圖5中的接地所示。
層07可在同一介質(zhì)片的下表面上實現(xiàn)，該介質(zhì)片的上表面上可以實現(xiàn)第一負荷電容器電極(C11)74和第二負荷電容器電極(C12)76。層07可包含系統(tǒng)接地78以及輸入/輸出墊64和68。負荷電容器74和76可減小諧振器52或54的物理長度。由于負荷電容器74和76可駐留在單獨的介質(zhì)表面上，可優(yōu)化總的諧振器長度和負荷電容器大小以設計最佳BPF尺寸。I/O電容器電極62和66(層05上)也可通過通路電感器(可通過孔118和120以及通過層05的相應孔實現(xiàn))連接到I/O端子墊64和68(層07上，它可以在介質(zhì)層06的下側(cè)上)。這些通路電感器可表示為圖5中的Le1和Le2。
層07上的系統(tǒng)接地也可通過一通路(例如短路端116處層03中的孔以及孔56-60)電感耦合到層02上的第一諧振器52以及第二諧振器54的近端114和116，它可以形成分流電感，以下也稱作電感分流諧振器耦合。該分流電感在圖5中表示為Le。
包含電感器以分流諧振器可允許BPF過濾更大的帶寬。為設計低損耗濾波器，可按照空載品質(zhì)因數(shù)優(yōu)化諧振器寬度。諧振器52和54之間的電磁耦合可通過改變它們之間的間距以及將它們連接到系統(tǒng)接地78的通路電感來控制。當諧振器52和54相互移近時，它們間的耦合增加。由于當前的處理限制，第一諧振器52可與第二諧振器54如何接近地隔開存在限制。為設計寬帶濾波器，可通過改變(在短路端116處的通過層03的孔中以及在孔56-60中的)通路電感來添加附加耦合。附加耦合可通過添加物理串聯(lián)電感(未示出)以及短路端116處層03中的孔和孔56-60的通路電感來實現(xiàn)，且可以通過將并聯(lián)電感(未示出)添加到系統(tǒng)接地78來減少總耦合。因此，能自由設計寬帶濾波器，而不管當前的處理限制。對于這種類型的BPF結(jié)構，諧振器之間的主要耦合可以是電感性的，而非電容性的，盡管也可以包括電容耦合。
短路端116處層03中的孔和孔56-60的分流電感可允許第一諧振器52和第二諧振器54之間耦合的更大控制，因此允許BPF的3-dB轉(zhuǎn)折點之間間距的更大控制。
如圖4所示，第一諧振器52可通過短路端116處層03中的孔和孔56-60使短路端114耦合到分流電感，且第二諧振器54也可通過短路端116處層03中的孔和孔56-60使短路端116耦合到分流電感。電感耦合可通過一通路(通過短路端116處層03中的孔并通過孔56-60)在(i)第一諧振器52的短路端114和第二諧振器54的短路端116、以及(ii)系統(tǒng)接地78之間實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明一示例性實施例的濾波器可包括以下至少之一(a)一通路(通過短路端116處層03中的孔并通過孔56-60)和(b)物理電感，例如電感器。例如，通路可用于提供系統(tǒng)接地78以及可包含每個諧振器52和54的短路端114和116的節(jié)點之間的傳導路徑。如果確定了需要附加電感，例如當需要更大的帶寬時，則可用物理電感(未示出)補充濾波器的電感。濾波器可包括一個層(例如層03)，它具有第一諧振器52和第二諧振器54以及物理電感(未示出)?；蛘撸摓V波器可包括具有第一諧振器52和第二諧振器54的第一層(例如層03)、以及具有物理電感(圖4中未示出，但可添加于層04的不使用區(qū)域并耦合到端114和116)的第二層(例如層04)。
如果需要，第一諧振器52可在第一層(例如層03)上實現(xiàn)，第二諧振器54可在第二層(通常足夠接近以直接在第一諧振器52和第二諧振器54之間提供電感耦合)上實現(xiàn)，且物理電感(未示出)可在第三層上實現(xiàn)。該物理電感(未示出)可包括金屬或另外的導電材料，諸如導電陶瓷或?qū)щ姱B片材料，或者可以包括可在特定條件下傳導的活性元素。
在不背離本發(fā)明的情況下，前述實施例的變化也是可能的。例如，直接耦合電容器72(圖5中)的Cd電容可在任一層上實現(xiàn)，或者以并聯(lián)、串聯(lián)或其任何組合形式在多個層上實現(xiàn)，因為Cd電容72可具有比直接耦合電容還要進一步分開地連接的端子。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，濾波器可包括疊片介質(zhì)濾波器。疊片介質(zhì)濾波器構造成本較低并極小。但可以理解根據(jù)本發(fā)明各實施例的其它濾波器可以不是疊片介質(zhì)濾波器。疊片介質(zhì)濾波器可允許用預定層上的第一板和第二板實現(xiàn)電容器，或者用第一層上的第一板和第二層上的第二板實現(xiàn)該電容器。通過允許導電路徑在層間延伸到系統(tǒng)接地，與這些層和板垂直的通路可提供電感。此外，根據(jù)本發(fā)明一實施例，第一諧振器52和第二諧振器54各自可包括橫向電模式(TEM)諧振器。但如果需要，可在一個層上或其內(nèi)諸如通過導電線圈實現(xiàn)物理電感。
圖6是根據(jù)圖4和圖5的實施例的BPF的傳輸和反射對頻率的曲線圖。第一極點132提供約58dB的衰減，而第二極點134提供超過30dB的衰減。30dB的抑制可有助于相鄰頻帶的分離。反射的抑制也可被視為接近30dB。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的BPF的透視分解圖。本發(fā)明的第二實施例與第一實施例的區(qū)別在于通過孔156-160和156A-160A實現(xiàn)的兩個通路(而非一個)可將層03的諧振器152和154連接到層07的系統(tǒng)接地178。通過孔156-160的通路可繼續(xù)到第一諧振器152的短路端(近端)，且通過孔156A-160A的通路可繼續(xù)到第二諧振器154的短路端(近端)。添加通過一個或多個通路的電感器可允許將較小的電感耦合到諧振器152和154，并因此可以減小諧振器152和154之間的內(nèi)部耦合。
與圖4的實施例相同，圖7的實施例可由多個層構成。虛設層32B可在層01上實現(xiàn)，浮動接地34B可在層02上實現(xiàn)，且系統(tǒng)接地178可在層07上實現(xiàn)。帶狀線諧振器BPF可置于兩個接地平面，即層02和層07之間。用于TEM四分之一波長諧振器(以下稱作第一諧振器152和第二諧振器154)的圖形可置于層03的介質(zhì)片上。與圖4的諧振器相同，圖7的第一諧振器152和第二諧振器154各自可具有遠端110A(即斷開端)，此處電場相對較高且磁場較??；以及近端112A，此處磁場相對較大且電場較小。諧振器的近端112A可連接在一起并通過通路電感器的電感(Le)端接到系統(tǒng)接地178，所述電感可通過近端112A處層03中的孔、孔156-160和156A-160A實現(xiàn)，如以下參照層07所述的。本領域的熟練技術人員可理解圖7(以及圖8和9)的圖解類似于圖4中所示，因此未加以顯示。
層04上，可沉積用于直接耦合電容器(Cd)172的電極。層05上，可沉積第一輸入/輸出電容器電極(Ce1)162和第二輸入/輸出電容器電極(Ce2)166。第一負荷電容器電極(C11)174和第二負荷電容器(C12)176可駐留在層06上。層07可在同一介質(zhì)片的下表面上實現(xiàn)，該介質(zhì)片的上表面上可以實現(xiàn)第一負荷電容器電極C11 174和第二負荷電容器電極(C12)176。層07不僅可包含系統(tǒng)接地178，還可包含輸入/輸出墊164和168。在本發(fā)明的第二實施例中，層07的系統(tǒng)接地178可通過兩個通路耦合到諧振器152和154以提供附加電感，這兩個通路是通過通路孔156-160和156A-160a并通過層03中的相應孔實現(xiàn)的。。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的BPF的透視分解圖。本發(fā)明的第三實施例與第一實施例的區(qū)別在于物理電感200可在層05上實現(xiàn)。物理電感200可允許將更大的電感耦合到諧振器252和254，并因此可以增加諧振器252和254之間的內(nèi)部耦合。
與圖4和圖7的實施例相同，圖8的實施例可包括多個層。虛設層32C可實現(xiàn)于層01上，浮動接地34C可實現(xiàn)于層02上，且系統(tǒng)接地278可實現(xiàn)于層07上。帶狀線諧振器BPF可置于兩個接地平面，即層02和層07之間。用于TEM四分之一波長諧振器(以下稱作第一諧振器252和第二諧振器254)的圖形可駐留在層03的介質(zhì)片上。與圖4的諧振器相同，圖8的第一諧振器252和第二諧振器254可分別具有遠端210和212，此處電場相對較大且磁場較小；以及近端214和216，此處磁場相對較大且電場較小。諧振器252和254的近端214和216可連接一起并通過通路電感器的電感(Le)端接到系統(tǒng)接地278，其中電感(Le)可通過層03中的孔、孔256、物理電感200和層05中的孔以及孔260實現(xiàn)，如下所述。
層04上，可沉積用于直接耦合電容器(Cd)272的電極。層05上，可沉積第一輸入/輸出電容器電極(Ce1)262和第二輸入/輸出電容器電極(Ce2)266。第一負荷電容器電極(C11)274和第二負荷電容器電極(C12)276可置于層06上。層07可在同一介質(zhì)片的下表面實現(xiàn)，該介質(zhì)片的上表面上可實現(xiàn)第一負荷電容器電極(C11)274和第二負荷電容器電極(C12)276。層07不僅可包含系統(tǒng)接地278還可包括輸入/輸出墊264和268。在本發(fā)明的第三實施例中，層07的系統(tǒng)接地278可通過層05上的物理電感200耦合，以增加總分流電感，從而增加諧振器252和254之間的總內(nèi)部耦合。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的BPF的透視分解圖。本發(fā)明的第四實施例與第三實施例的區(qū)別在于不僅可以在層05上實現(xiàn)物理電感300(如圖8的實施例中)，還可以將諧振器352和354校直。校直的諧振器352和354可允許諧振器352和354之間更大的內(nèi)部耦合。
與圖4、圖7和圖8的實施例相同，圖9的實施例可包括多個層。虛設層32D可實現(xiàn)于層01上，浮動接地34D可實現(xiàn)于層02上，且系統(tǒng)接地378可實現(xiàn)于層07上。帶狀線諧振器BPF可駐留于兩個接地平面，即層02和層07之間。用于TEM四分之一波長諧振器(以下稱作第一諧振器352和第二諧振器354)的圖形可駐留在層3的介質(zhì)片上。與圖4的諧振器相同，圖9的第一諧振器352和第二諧振器354可分別具有遠端310和312，此處電場相對較大且磁場較小；以及近端314和316，此處磁場相對較大且電場較小。諧振器352和354的近端314和316可分別連接在一起、并通過通路電感器的電感(Le)端接到系統(tǒng)接地378，該電感(Le)可通過層03中的孔、孔356、耦合電感器300、層05中的孔和孔360實現(xiàn)。
層04上，可沉積用于直接耦合電容器(Cd)372的電極。層05上，可沉積第一輸入/輸出電容器電極(Ce1)362和第二輸入/輸出電容器電極(Ce2)366。第一負荷電容器電極(C11)374和第二負荷電容器電極(C12)376可駐留于層06上。層07可在同一介質(zhì)片的下表面上實現(xiàn)，該介質(zhì)片的上表面上可實現(xiàn)第一負荷電容器電極(C11)374和第二負荷電容器電極(C12)376。層07不僅可包含系統(tǒng)接地378，還可包括輸入/輸出墊364和368。在本發(fā)明的第四實施例中，層07的系統(tǒng)接地378可通過層05上的物理電感300耦合以提供附加電感，從而增加諧振器352和354之間的總內(nèi)部耦合。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的BPF的透視分解圖。圖11是圖10實施例的等效電路的示意圖。本發(fā)明的第五實施例與第四實施例的區(qū)別在于可添加附加諧振器450。該BPF可包括三個(或更多)諧振器級。諧振器450-454可以是三個四分之一波長TEM模式諧振器。諧振器450-454的短路端414-416可連接在一起，隨后通過通路電感器的電感接地，該電感可通過孔456-460并通過層03中的孔實現(xiàn)。每個諧振器450-454可被校直，以增加諧振器450-454之間的耦合。此外，可將三個負荷電容器電極474-476置于層06上。
與圖4、圖7、圖8和圖9的實施例相同，圖10的實施例可包括多個層。虛設層32E可實現(xiàn)于層01上，浮動接地34E可實現(xiàn)于層02上，且系統(tǒng)接地478可實現(xiàn)于層07上。帶狀線諧振器BPF可置于兩個接地平面，即層02和層07之間，盡管圖10的帶狀線諧振器BPF可包括三個(或更多)諧振器450-454而非兩個，且諧振器450-454可被校直。用于TEM四分之一波長諧振器(以下稱作第一諧振器452、第二諧振器454和第三諧振器450)的圖形可駐留在層3的介質(zhì)片上。與圖4的諧振器相同，圖10的第一諧振器452、第二諧振器454和第三諧振器450可分別具有遠端410-412，此處電場相對較大且磁場較小；以及近端414-416，此處磁場相對較大且電場較小。諧振器450-454的近端414-416可連接在一起，并通過通路電感器的電感450(Le)端接到系統(tǒng)接地478，該電感(Le)可通過層03中的孔、通孔456-460實現(xiàn)，如下所述。
層04上，可沉積用于直接耦合電容器(Cd)472的電極。層05上，可沉積第一輸入/輸出電容器電極(Ce1)462和第二輸入/輸出電容器電極(Ce2)466。第一負荷電容器電極(C11)474、第二負荷電容器電極(C12)476和第三負荷電容器電極(C13)475可置于層06上。層07可在同一介質(zhì)片的下表面上實現(xiàn)，該介質(zhì)片的上表面上可實現(xiàn)第一負荷電容器電極(C11)474、第二負荷電容器電極(C12)476和第三負荷電容器電極(C13)475。層07不僅可包含系統(tǒng)接地478，還可包括輸入/輸出墊464和468。在本發(fā)明的第五實施例中，層07的系統(tǒng)接地478可通過通路電感耦合，它可延伸通過層03中的孔并通過相應的孔456-460，以增加諧振器450-454之間的總內(nèi)部耦合。附加諧振器450可與第二諧振器454并聯(lián)。應理解也可添加附加諧振器，其中耦合可用于改進濾波器電氣性能的曲線形狀。
參考圖11，第一負荷電容器電極、第二負荷電容器電極和第三負荷電容器電極各自可電容耦合到接地478，形成分流負荷電容器(C11)474、(C12)476和(C13)475。如在前述實施例中，層5上可有兩個I/O電容器端子462和466，各自可與層07上的I/O墊464和468電感耦合。
如在前述實施例中，層07上的系統(tǒng)接地478可通過一通路電感耦合到層03上的第一諧振器452、第二諧振器454和第三諧振器450的近端，該通路可延伸通過層03中的孔和孔456-460形成分流電感，這里也稱為電感分流諧振器耦合。分流電感在圖11中示為Le 450。
在前述實施例中，包含電感器以分流諧振器可允許對內(nèi)部耦合的更大控制，并允許BPF過濾更大的帶寬。為設計低損耗濾波器，可按照空載品質(zhì)因數(shù)優(yōu)化諧振器寬度。諧振器之間的電磁耦合可通過改變它們之間的間距以及將它們連接到系統(tǒng)接地的通路電感來控制。隨著諧振器更加相互移近，它們之間的耦合增加。由于當前的處理限制，可在諧振器間建立某一最小間隔。但為了設計寬帶濾波器，可通過改變通路電感值來增加附加的耦合。附加耦合可通過增加物理串聯(lián)電感和通路電感來實現(xiàn)，且通過將并聯(lián)電感添加到系統(tǒng)接地來減小總耦合。因此，在當前或未來處理限制的情況下，可自由地設計寬帶濾波器。對于這種類型的BPF結(jié)構，諧振器之間的主要耦合可變成電感性，而非電容性的，盡管也可包括電容耦合。
分流電感可允許諧振器之間耦合的更大控制，因此允許BPF的3-dB轉(zhuǎn)折點之間間距的更大控制。
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的由于內(nèi)部耦合變化而改變關系的曲線圖，即3-dB帶寬隨變化的分流電感變化。標記為S(1，2)的圖12的曲線圖的第一軌跡502示出了0.2nH分流電感的BPF的傳輸損耗。通過增加分流電感，可以增加濾波器的帶寬。
標記為S(3，4)的圖12的曲線圖的第二軌跡530示出了0.3nH分流電感的BPF的傳輸損耗。通過將分流電感從0.2nH增加到0.3nH，可增加濾波器的帶寬。
標記為S(5，6)的圖12的曲線圖的第三軌跡550示出了0.4nH分流電感的BPF的傳輸損耗。在將分流電感從0.2nH增加到0.3nH隨后增加到0.4nH時，可進一步增加濾波器的帶寬。
圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的由于直接耦合電容(Cd)變化而改變關系的曲線圖。標記為S(1，2)的圖13的曲線圖的第一軌跡610示出了0.1pF直接耦合電容的BPF的傳輸損耗。描述發(fā)送器內(nèi)損耗的傳輸損耗對2.0GHz的信號可具有約28dB的抑制，且該傳輸損耗會在約2.85GHz的頻率處具有衰減極點(約46dB的抑制)。傳輸信號在通頻帶內(nèi)，特別在約4.25GHz和6.15GHz之間具有很小的抑制。因此，在寬頻帶外有很強的抑制，且在該頻帶內(nèi)有很小的抑制，形成很有效的BPF。
標記為S(3，4)的圖13的曲線圖的第二軌跡630示出了0.15nF直接耦合電容的BPF的傳輸損耗。該傳輸損耗在通頻帶外沒有同樣大的抑制。
標記為S(5，6)的圖13的曲線圖的第三軌跡650示出了0.2pF直接耦合電容的BPF的傳輸損耗。與軌跡610和630的特征相比，該傳輸損耗在通頻帶外的抑制更小。
因此，圖13示出了衰減極點和BPF的其它特征可通過改變直接耦合電容加以控制。
因此，已示出了用于無線LAN(局域網(wǎng))和/或其它通信系統(tǒng)的具有高空載品質(zhì)因數(shù)的低檔多層介質(zhì)BPF。該低檔多層介質(zhì)BPF可具有若干層薄介質(zhì)片和電極層，它們可燒制在一起以形成一單體。應理解，前述的僅僅是電感并聯(lián)諧振器耦合的一個示例，且在不背離本發(fā)明精神的情況下，其它實施例和設計也是可能的。例如，可添加附加諧振器，或可添加諸如附加電容器或電感器的附加被動元件以進一步形成通頻帶。此外，多個BPF可在同一個單片結(jié)構中實現(xiàn)。諸如低通濾波器、阻帶濾波器和高通濾波器以及具有多頻帶的濾波器的其它類型濾波器也可在本發(fā)明的范圍內(nèi)實現(xiàn)。
權利要求
1.一種帶通濾波器，包括第一諧振器；第二諧振器；以及所述第一諧振器和第二諧振器之間的耦合，所述耦合通過以下至少之一加以控制(i)所述第一諧振器和第二諧振器之間的間距；以及(ii)與所述耦合相耦合的分流電感。
2.如權利要求1所述的帶通濾波器，其特征在于，所述第一諧振器具有與所述分流電感耦合的第一端；所述第二諧振器具有與所述分流電感耦合的第一端；以及所述分流電感包括在(i)所述第一諧振器的第一端和所述第二諧振器的第一端以及(ii)系統(tǒng)接地之間的導體。
3.如權利要求2所述的帶通濾波器，其特征在于，所述導體包括(a)通路和(b)物理電感中的至少一個。
4.如權利要求1所述的帶通濾波器，其特征在于，所述帶通濾波器的衰減通過直接耦合電容器加以控制。
5.如權利要求1所述的帶通濾波器，其特征在于，所述濾波器包括疊片介質(zhì)濾波器。
6.如權利要求2所述的帶通濾波器，其特征在于，所述第一諧振器包括第一TEM諧振器，所述第二諧振器包括第二TEM諧振器，且所述第一諧振器的第一端耦合到所述第二諧振器的第一端。
7.如權利要求2所述的帶通濾波器，其特征在于，所述導體包括(a)多個通路和(b)物理電感中的至少一個。
8.一種濾波器，包括濾波裝置，用于通過限定頻帶內(nèi)的信號，所述濾波裝置具有第一諧振器裝置和第二諧振器裝置；以及所述第一諧振器裝置和所述第二諧振器裝置之間的耦合裝置，所述耦合裝置通過(i)所述第一諧振器裝置和所述第二諧振器裝置之間的間距以及(ii)與所述耦合裝置耦合的分流電感裝置中的至少一個加以控制。
9.如權利要求8所述的濾波器，其特征在于，所述第一諧振器裝置具有與所述分流電感裝置耦合的第一端；所述第二諧振器裝置具有與所述分流電感裝置耦合的第一端；以及所述分流電感裝置包括在(i)所述第一諧振器裝置的第一端和所述第二諧振器裝置的第一端以及(ii)系統(tǒng)接地裝置之間的導體裝置。
10.如權利要求9所述的濾波器，其特征在于，所述導體裝置包括(a)通路裝置和(b)物理電感裝置中的至少一個。
11.如權利要求8所述的濾波器，其特征在于，所述濾波器的衰減通過直接耦合電容裝置加以控制。
12.如權利要求8所述的濾波器，其特征在于，所述濾波器包括疊片介質(zhì)濾波器。
13.如權利要求9所述的濾波器，其特征在于，所述第一諧振器裝置包括第一TEM諧振器，所述第二諧振器裝置包括第二TEM諧振器，且其中所述第一諧振器裝置的第一端連接到所述第二諧振器裝置的第一端。
14.如權利要求9所述的濾波器，其特征在于，所述導體裝置包括(a)多個通路裝置和(b)物理電感裝置中的至少一個。
全文摘要
一種濾波器包括帶通濾波器，它可具有第一諧振器，第二諧振器，以及第一諧振器和第二諧振器之間的耦合。該耦合通過以下至少之一加以控制(i)第一諧振器和第二諧振器之間的間距；以及(ii)與上述耦合相耦合的分流電感。
文檔編號H01P1/203GK1893172SQ20061010078
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權日2005年7月1日
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