CN1237007A - 介质滤波器、发射－接收共用单元和通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种介质滤波器、装有这种滤波器的发射－接收共用单元和收发机;其中,能够抑制诸如HE110模、HE210模、HE310模等寄生模式,从而改善阻挡波段的衰减特性。介质滤波器包括电介质板;具有无电极部分的电极,无电极部分形成在电介质板的两个主表面上,从而形成介质谐振器;以及与介质谐振器对准直线平行设置的探针。

Description

介质滤波器、发射-接收共用单元和通信装置
本发明涉及微波波段和毫米波波段用的介质滤波器、发射-接收共用单元和通信装置。
为了实现下一代的移动通信和多媒体通信，超高速地发送大量数据是必不可少的。具有较大带宽的毫米波波段能够满足这一要求。此外，在通信之外的其它领域中，已经推出了利用毫米波特性的优点的新型吸震车载雷达。可以预料，毫米波雷达能够保证雾天或雪天的安全性。利用光的传统激光雷达不具有这种能力。
当把几乎专由微带线构成的传统电路结构运用在毫米波波段时，由于Q值的降低造成损耗增大。此外，在广泛使用的TE01δ介质谐振器的传统类型中，大量的谐振能量漏泄到谐振器之外。结果，在谐振器和电路的相对尺寸较小的毫米波波段中，出现了不希望有的与微带线的耦合，由此而造成了设计和特性再现上的困难。
为了解决这些问题，提出了利用PDICTM(平面介质集成电路)技术的毫米波波段模件。在日本未审定专利申请公布号为8-265015的专利中例举了这样一个高模数介质谐振器的一个例子。
在上述的介质谐振器中，在电介质板的每个主表面上形成一个电极；电极中有些部分是无电极，从而使电介质板上无电极部分可以起介质谐振器的作用。
图10A、10B和10C分别示出在构成介质滤波器的电介质板上形成多个介质谐振器的一个例子。图10A示出去除介质滤波器的上导体板的状态；图10B示出沿图10A中A-A线截取的截面图；图10C示出沿图10A中B-B线截取的截面图。在这幅图中，参考标号3表示电介质板，在电介质板的第一主表面上形成具有无电极部分4a和4b的电极1，在电介质板的第二主表面上形成具有与无电极部分4a和4b相对的无电极部分5a和5b的电极2。位于这些无电极部分之间的电介质板部分用作TE010-模介质谐振器。在腔体8中形成同轴连接器10和11，从其各自的中心导体伸出探针6和7，从而与介质谐振器分别耦合。在两个谐振器之间产生磁场耦合。
在图10A、10B和10C中所示的介质滤波器中，如下所述，寄生响应会引起问题。
图11示出图10A、10B和10C中所示的介质滤波器的衰减特性。在该图中，示出了每个模的响应：参考字符(a)至(e)分别表示HE110模、HE210模、HE310模、TE110模和TE010模。正如这里所示出的，除了作为主模的TE010模的响应外，还出现了许多不需要的寄生响应。当这些寄生响应与指定的衰减电平在频率上相重合时，它们便不能满足衰减电平的要求。
图12A至12E示出上述各个谐振模的磁场分布的例子。在这些图中，实线表示电力线，虚线表示磁力线。这些线示出了磁场分布。在每一幅图中，上半部分示出介质谐振器的平面图，下半部分示出从电介质板的截面方向看的剖视图。
图13A至13E示出在两个相邻介质谐振器之间可能产生耦合的每一种模式的方式。正如这里所示出的，在任何一种模式中，在相邻介质谐振器的靠近部分出现二者之间的磁场耦合。
本发明提供一种抑制寄生模式以改善阻挡波段衰减特性的介质滤波器、装有这种滤波器的发射-接收共用单元和收发机。
本发明还提供这样一种介质滤波器，包括：电介质板；在电介质板的第一主表面上形成的第一电极，电极中有部分是无电极；在电介质板的第二主表面上形成的第二电极，电极中与第一主表面的无电极部分相对的部分是无电极；这里，由电介质板上无电极部分形成介质谐振器；这里，介质谐振器直线对准；这里，由所述直线与直线形成耦合件之中与介质谐振器中指定一个谐振器耦合的至少一个耦合件所形成的角度为90度之外的规定个数的度数。
即使在对准的介质谐振器之间产生耦合的寄生模式中，当寄生模式是这样一种模式时，即与介质谐振器对准直线形成一规定角度的直线形成耦合件几乎不产生耦合时，能够抑制寄生模式的响应。例如，直线形成耦合件设置为平行于介质谐振器的对准直线时，可抑制HE110模等的寄生模式的响应。相反，象TE010模一样，当把不管耦合件与介质谐振器所形成的角度如何能够进行耦合的模式设定为主模时，在介质谐振器与耦合件之间的主模耦合，以及在相邻介质谐振器之间的主模耦合方面不存在问题。
与介质谐振器中指定一个谐振器耦合的耦合件中的另一个线性形成耦合件可以设置为垂直于介质谐振器的对准直线。
此外，由于根据角度能够避免与指定寄生模式的耦合，所以，适当地选择角度可以有选择地抑制寄生模式。
另外，本发明提供这样一种介质滤波器，它包括：电介质板；在电介质板的第一主表面上形成的第一电极，所述电极中有部分是无电极；在电介质板的第二主表面上形成的第二电极，所述电极中与第一主表面的无电极部分相对的部分是无电极；这里，由所述电介质板上的无电极部分形成介质谐振器；这里，介质谐振器是以这样的方式设置的，即连接各相邻介质谐振器中心的直线不是在同一直线上相互重合的。
即使在两个相邻介质谐振器之间寄生模式的耦合中，可以将再一个相邻介质谐振器以一角度定位，它不同于寄生模式的传输方向。因此，这种排列能够根据角度而避免指定的寄生模式，此外，还能够有选择地抑制寄生模式。
图1A、1B和1C是根据本发明第一实施例的介质滤波器的结构图。
图2示出在本发明的第一实施例中寄生模的传输方式。
图3A、3B和3C示出根据本发明第二实施例的介质滤波器的结构图。
图4A和4B示出根据本发明第三实施例的介质滤波器的结构图。
图5A和5B示出根据本发明第四实施例的介质滤波器的每个介质谐振器设置的一个例子。
图6A和6B示出介质滤波器的每个介质谐振器设置的另一个例子。
图7示出介质滤波器的每个介质谐振器设置的另一个例子。
图8示出根据本发明第五实施例的发射-接收共用单元的结构。
图9是说明收发机结构的一个例子的方框图。
图10A、10B和10C分别示出传统介质滤波器结构的一个例子。
图11是说明传统介质滤波器的阻挡波段衰减特性的曲线图。
图12A至12E示出各个谐振模的磁场分布的例子。
图13A至13E示出各个谐振模中耦合状态的例子。
参考图1A至1C和图2，给出对本发明第一实施例的介质滤波器的结构的描述。
图1A示出去除介质滤波器的上导体板的状态；图1B示出沿图1A中A-A线截取的截面图；图1C示出沿图1A中B-B线截取的截面图。在这幅图中，参考标号3表示电介质板，在其第一主表面上形成具有无电极部分4a、4b和4c的电极1，在电介质板的第二主表面上形成具有与无电极部分4a、4b和4c相对的无电极部分5a、5b和5c的电极2。位于这些无电极部分之间的电介质板部分用作TE010-模介质谐振器。同轴连接器10和11设置在腔体8中，从其各自的中心导体伸出探针6和7。设置的探针6和7与介质谐振器对准的直线相平行。由无电极部分4a和5a构成的介质谐振器Ra处于在TE010模式或其它寄生模式下能够谐振的状态中，且探针6与这些模式相耦合。此外，由无电极部分4c和5c构成的介质谐振器Rc处于在TE010模式或其它寄生模式下能够谐振的状态中，探针7与这些模式相耦合。相反，一种特定的寄生模式在相邻谐振器，即Ra与Rb之间和Rb与Rc之间几乎不产生耦合。
图2示出这些状态。在图1A中所示的三个介质谐振器当中，第一谐振器，如介质谐振器Ra与探针6相耦合，从而在该图所示的HE110模下产生谐振。第一谐振器Ra与第二谐振器Rb之间以及第二谐振器Rb与第三谐振器Rc之间的磁场耦合不太可能出现如图2所示的位置关系。因此，HE110模的信号不会在探针6与7之间传输，所以能够有效地抑制HE110模的寄生响应。相反，在相邻介质谐振器之间会出现TE010(这是主模)的耦合，不管探针与介质谐振器之间形成的角度如何，如图12E和图13E所示。
图3A、3B和3C分别示出根据本发明第二实施例的介质滤波器的结构。图1A、1B和1C中所示的排列与图3A、3B和3C中所示的排列之间的差别在于探针7是以这样的方式设置的，即它垂直于三个介质谐振器在这些图中对准的直线。其它的排列与图1A至1C中所示的排列相同。在这一状态中，当采用同轴连接器11作为输入端口和采用同轴连接器10作为输出端口时，由无电极部分4c和5c构成的介质谐振器Rc受TE010模激励，它还受HE110模激励。这两种模依次从谐振器Rc和Rb传输到谐振器Ra。尽管探针6与TE010模相耦合，但是它几乎不与HE110模相耦合，因为该模的磁场分布方向实际上平行于探针6。因此，能够抑制HE110模的响应。
图4A和4B示出根据本发明第三实施例的介质滤波器的结构。这些图中的排列与第一实施例和第二实施例中所示的排列不同，探针6和7设置在相对于三个介质谐振器对准的直线成规定斜角θ1和θ2下。通过把角度θ1和θ2的值设定为规定值能够抑制特定的寄生模式。例如，当把角度θ1和θ2分别设定为45度时，在相邻介质谐振器以HE210模相互耦合的情况中，HE210模与探针6和7之间的角度很难进行耦合。这就允许对HE210模的传输进行阻挡，从而抑制HE210模的寄生响应。同样，当把角度θ1和θ2分别设定为30度时，能够抑制HE310模的寄生响应。此外，当把角度θ1和θ2之一设定为45度时，能够抑制HE210模的寄生响应。当把角度θ1和θ2之一设定为30度时，能够抑制HE310模的寄生响应。于是，当把角度θ1设定为45度而把θ2设定为30度时，或者当把角度θ1设定为30度而把θ2设定为45度时，能够抑制HE210模和HE310模二者的寄生响应。
接着，将参考图5A、5B、6A、6B和7给出对本发明第四实施例的介质滤波器结构的描述。
尽管在第一至第三实施例中三个介质谐振器是直线对准的，而第四实施例采纳了与相邻介质谐振器连接的各条线不在同一条线上的排列。在图5A和5B所示的例子中，在连接介质谐振器Ra和Rb的直线与垂直于探针6的直线之间形成45度角度。同样，在连接介质谐振器Rb和Rc的直线与垂直于探针7的直线之间形成45度角度。图5B示出HE210模的耦合状态。关于介质谐振器Ra和Rc以及探针6和7，除了作为主模的TE010模的耦合之外，还存在HE210模的耦合。然而，由于HE210模的耦合难以在介质谐振器Ra与Rb之间以及介质谐振器Rb与Rc之间的位置关系中发生，所以，能够抑制HE210模的寄生响应。
在图6A和6B所示的例子中，在连接介质谐振器Ra和Rb的直线与垂直于探针6的直线之间形成30度的角度。同样，在连接介质谐振器Rb和Rc的直线与垂直于探针7的直线之间形成30度的角度。图6B示出HE310模的耦合状态。至于介质谐振器Ra和Rc以及探针6和7，除了作为主模的TE010模的耦合之外，还可能存在HE310模的耦合。然而，由于鉴于介质谐振器Ra与Rb之间以及介质谐振器Rb与Rc之间的位置关系HE310模的耦合是困难的，所以，能够抑制HE310模的寄生响应。
在图7所示的例子中，在连接介质谐振器Ra和Rb的直线与垂直于探针6的直线之间形成45度的角度。同样，在连接介质谐振器Rb和Rc的直线与垂直于探针7的直线之间形成30度的角度。至于介质谐振器Ra和Rc以及探针6和7，除了作为主模的TE010模的耦合之外，还可能存在HE210模或HE310模的耦合。然而，在介质谐振器Ra与Rb之间的位置关系中HE210模的耦合是困难的，而在介质谐振器Rb与Rc之间的位置关系中HE310模的耦合是困难的。因此，能够同时抑制HE210模和HE310模的寄生响应。
现在参考图8，将给出对本发明第五实施例的发射-接收共用单元结构的描述。
图8是发射-接收共用单元处于去除上导体板的状态中的平面图。整个基本结构与上述的具有两个端口的介质滤波器的结构相同。在这种排列中，在电介质板的上表面上形成具有五个无电极部分(以4a、4b、4c、4d和4e表示)的电极1，而在电介质板的下表面上形成其无电极部分与无电极部分4a至4e相对的另一个电极。这种排列允许在单个电介质板上形成五个TE010模的介质谐振器。同轴连接器10、11和12与从连接器各自中心导体伸出的探针6、7、16和17设置在腔体8中。探针7和16具有从同轴连接器11的中心导体的指定点分支的形式。
在这一结构中，采用同轴连接器10作为接收信号的输出端口，采用同轴连接器12作为发射信号的输入端口，以及采用同轴连接器11作为I/O端口；在无电极部分4a、4b和4c形成的三个介质谐振器被用作包括三个谐振器的接收滤波器，而在无电极部分4d和4e形成的两个介质谐振器被用作包括两个谐振器的发射滤波器。
接收滤波器的第一介质谐振器的等效短路表面与探针7和16分支点之间的电学长度设定为发射频率波长的1/4波长的奇数倍，而发射滤波器的最后一个介质谐振器的等效短路表面与探针7和16分支点之间的电学长度设定为接收频率波长的1/4波长的奇数倍。这允许发射信号和接收信号的分路。
上述的排列允许接收滤波器和发射滤波器二者都具有抑制HE110模的带通滤波器特性。
图9示出利用上述发射-接收共用单元作为共用天线单元的收发机的实施例。在该图中，参考标号46a表示上述的接收滤波器，参考标号46b表示上述的发射滤波器，由参考标号46所表示的部分包括共用天线单元。如图所示，接收电路47与共用天线单元46的接收信号输出端口46c连接，发射电路48与共用天线单元46的发射信号输入端口46d连接，天线49与共用天线单元46的I/O端口46e连接。这就是收发机50的总体结构。
利用具有优良分支特性的共用天线单元能够形成小型和高效的收发机。
本发明提供一种介质滤波器，它包括其上具有多个介质谐振器的电介质板，能够控制寄生模式通过相邻介质谐振器的传输，从而抑制寄生响应。这能够改善介质滤波器的阻挡波段衰减特性，所以，能够获得具有良好衰减特性的介质滤波器、具有良好分支特性的发射-接收共用单元和具有高效率的收发机。
此外，本发明允许对指定寄生模式进行有选择的抑制，从而有效地降低寄生模式的影响。

Claims (6)

1．一种介质滤波器，其特征在于所述滤波器包括：
电介质板；
在电介质板的第一主表面上形成的第一电极，所述电极中有部分是无电极；
在电介质板的第二主表面上形成的第二电极，所述电极中与第一主表面的无电极部分相对的部分是无电极；
这里，由所述电介质板上的无电极部分形成介质谐振器；
这里，所述介质谐振器直线对准；以及
这里，由所述直线与直线形成耦合件之中与所述介质谐振器中指定一个谐振器耦合的至少一个耦合件所形成的角度为90度之外的规定个数的度数。
2．如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于：指定度数的角度为0度。
3．如权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于：指定度数的角度设定在0度至90度之间。
4．一种介质滤波器，其特征在于所述滤波器包括：
电介质板；
在电介质板的第一主表面上形成的第一电极，所述电极中有部分是无电极；
在电介质板的第二主表面上形成的第二电极，所述电极中与第一主表面的无电极部分相对的部分是无电极；
这里，由所述电介质板上的无电极部分形成介质谐振器；以及
这里，所述介质谐振器是以这样的方式设置的，即连接各相邻介质谐振器中心的直线不是在同一直线上相互重合的。
5．一种包含如权利要求1所述介质滤波器的发射-接收单元，其特征在于：所述介质滤波器被用作发射滤波器和接收滤波器中的至少一个；所述发射滤波器设置在发射信号输入端口和I/O端口之间；所述接收滤波器设置在接收信号输出端口与所述I/O端口之间。
6．一种包含如权利要求5所述发射-接收共用单元的收发机，其特征在于：将发射电路接至所述发射-接收共用单元的所述发射信号输入端口；将接收电路接至所述发射-接收共用单元的所述接收信号输出端口；将天线单元接至所述发射-接收共用单元的I/O端口。
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