FI86673B - Keramiskt duplexfilter. - Google Patents

Description

! 86673

Keraaminen dupleksisuodatin - Keramiskt duplexfilter

Keksinnön kohteena on dupleksisuodatin, joka koostuu kahdes-5 ta keraamisesta kaistanpäästösuodattimesta tai kaistanes-tosuodattimesta tai niiden yhdistelmästä. Kumpikin suodatin käsittää dielektristä materiaalia olevan rungon, jossa on ylä-, ala- ja sivupinnat ja joka on ainakin pääosin pinnoitettu sähköä johtavalla kerroksella, useita yläpinnalta 10 alapintaan ulottuvia johtavalla materiaalilla pinnoitettuja reikiä, joista jokainen muodostaa siirtojohtoresonaattorin, sekä kytkentävälineet resonaattoreihin kytkeytymistä varten.

Radiolaitteet, joissa on sekä lähetin että vastaanotin, 15 jotka käyttävät samaa antennia, tarvitsevat siirtoverkon lähetettävän ja vastaanotettavan signaalin ohjaamiseksi asianmukaisesti. Antennilta tuleva signaali on ohjattava vastaanottimelle ilman, että lähetin aiheuttaisi merkittäviä häiriöitä. Vastaavasti lähettimeltä saatu signaali on siir-20 rettävä antennille ilman, että vastaanotin aiheuttaisi siihen häiriöitä. Yleisesti tähän tehtävään käytetään dup-leksisuodatinta. Tällainen muodostuu kahdesta erillisestä kaistanpäästösuodattimesta, joista toinen on liitetty vas-taanotinhaaraan ja sen keskitaajuus ja kaistanleveys vastaa 25 vastaanottokaistaa ja toinen suodatin on liitetty lähetin-haaraan ja sen keskitaajuus ja kaistanleveys vastaavat lähetyskaistaa. Suodattimien toiset päät on kytketty usein impedanssin sovittavan siirtojohdon kautta yhteiseen anten-nilinjaan. Vaikka dupleksisuodatin on usein sijoitettu saman 30 kotelon sisään, jossa on liitännät lähettimelle, vastaanottimelle ja antenniin, muodostuu se kuitenkin käytännössä kahdesta erillisestä kaistanpäästösuodattimesta, koska suodattimien välinen isolaatio on saatava hyvin suureksi, etteivät niiden keskinäiset sähkömagneettiset vuodot vaikut-35 taisi haitallisesti toimintaan. Helix-tekniikalla konstruoitujen suodattimien kohdalla asia on melko helppo järjestää, koska kummankin suodattimen välille voidaan sijoittaa metallinen väliseinä, jolla saadaan tehokkaasti tarvittava iso- 2 86673 laatio. Sensijaan keraamitekniikalla toteutettuna duplek-sisuodatinta ei ole tähän asti voitu toteuttaa käyttäen yhtä monoliittista keraamipalaa, sillä keraamipalan kautta tapahtuvaa induktiivista kytkentää ei voida kokonaan estää.

5 Käytännössä onkin menetelty siten, että valmistetaan ensin erillisesti sekä lähetinhaaran kaistanpäästösuodatin ja vastaanottohaaran kaistanpäästösuodatin, joissa on siis liitännät antenniin ja lähettimeen/vastaanottimeen. Kummankin suodattimen keraamirungon sivupinnat ja pohjapinta on 10 päällystetty johtavalla kerroksella. Valmiit suodattimet juotetaan yhteiselle alustalle, joka voi olla levy, kehikko tai vast. Samalla juotetaan keraamipalat päädyistään kiinni toisiinsa. Juottaminen käy päinsä, koska keraamipalojen ulkopinnat on pinnoitettu. Antenniliitännät yhdistetään 15 yhdeksi liitännäksi ja näin on saatu aikaan dupleksisuodatin, joka on näennäisesti yhtä kappaletta.

Tunnetulla, kahdesta erillisestä keraamipalasta yhteenliite-tyllä dupleksisuodattimella on hyvänä puolena se, että koska 20 suodattimen eri haarojen välillä on kummankin palan pinnoitteesta muodostuva johtava väliseinä, saavutetaan erittäin hyvä isolaatio suodatinhaarojen välillä. Haittana on puolestaan se, että on prosessoitava erikseen kummankin haaran keraamilohkot, pinnoitettava ne erikseen ja sijoitettava 25 erikseen sähköiset kytkennät resonaatoreihin liittymiseksi. Tämän jälkeen valmiit itsenäiset yksiköt liitetään mekaanisesti yhteen. Lohkojen sähköinen ja mekaaninen yhteeniliit-täminen on hankala ja hidas työvaihe. Toisin sanoen tuotantokapasiteetin täytyy olla kaksinkertainen verrattuna 30 siihen, jos olisi mahdollista tehdä koko dupleksisuodatin yhdestä keraamilohkosta.

Suomalaisissa patenttihakemuksissa FI-892855 ja FI-892856, hakija LK-Products Oy, kuvataan yhdellä keraamisella lohkol-35 la toteutettuja kaistanpäästösuodattimia, joiden keksinnöllinen idea perustuu siihen, että suodattimen toinen sivupinta on oleellisesti pinnoittamaton ja tähän sivupintaan sijoitetaan liuskajohdinkuviot siirtojohtoresonaattoreihin 3 86673 kytkeytymistä varten. Kun kytkentäkuviot tehdään rungon sivupinnalle, voidaan suodattimen sisääntulo ja ulostulo sekä resonaattoreiden väliset kytkennät tehdä halutulla tavalla joko puhtaasti kapasitiivisesti tai induktiivisesti 5 tai näiden yhdistelmällä. Tämän sivupinnan kytkentäkuvioihin voidaan myös liittää palakomponentteja ja induktanssilanko-ja, joilla vaikutetaan resonaattoreihin ja niiden välisiin kytkentöihin. Tämä sivupinta peitetään lopuksi johtavalla kannella, jolloin keraamipala on kauttaaltaan johtavan mate-10 riaalin ympäröimä.

Tämän keksinnön tarkoitus on aikaansaada dupleksisuodatin, jolla ei ole edellä kuvattuja tunnettujen dupleksisuodatti-mien haittoja ja joka voidaan toteuttaa yhdellä ainoalla 15 keraamilohkolla, jossa on useita resonaattoreita. Keksintö pohjautuu mainittujen FI-hakemusten mukaisten suodattimien resonaattorikytkentöjen edelleen kehittämiseen.

Asetettu tavoite saadaan aikaan patenttivaatimuksen 1 mukai-20 sella dupleksisuodattimena.

On yllättäen havaittu, että tekemällä resonaattoripiirien väliin suodatinlohkon pinnoittamattomaan sivupintaan johtava alue, pinnoite, sopivalla tavalla, voidaan tämän johtavan 25 alueen molemmilla puolilla olevien resonaattoreiden välinen sähköinen ja magneettinen kytkentä säätää lähes nollaan. Tekemällä johtava alue nauhaksi, joka ylettyy keraamilohkon alapinnalta, jossa se on yhteydessä lohkon johtavaan pinnoitukseen, aina sivun yläpintaan saakka, saadaan lähes täydel-30 linen sähköinen ja magneettinen erotus resonaattoreiden välille. Tämä sähköinen "väliseinä" tehdään sopivaan kohtaan useita resonaattoreita käsittävän keraamisen lohkon sivupintaan, jolloin se saa aikaan tehokkaan isolaation sen erottamien resonaattoriryhmien välillä. Toinen resonaattoriryhmä 35 muodostaa Rx-haaran kaistanpäästösuodattimen ja toinen ryhmä muodostaa Tx-haaran kaistanpäästösuodattimen. Keksinnön mukainen johtava alue aikaansaa ikäänkuin sähköisen "väliseinän" suodatinhaarojen välille. Kytkettäessä yksittäiset 4 86673 resonaattorit toisiinsa Rx-haarassa ja Tx-haarassa on edullista käyttää samaa periaatetta kuin FI-patenttihakemuksissa 892856 ja 892855 eli käyttää maskilla tehtävää kytkentäku-viota suodattimen sivussa. Kytkentäkuvioihin voidaan liittää 5 myös erillisiä komponentteja, kuten palakondensaattoreita ja induktanssilankoja. Kun johtava alue on koko sivuseinän korkuinen, voidaan antenniliitäntä tehdä toisen suodattimen ensimmäiseen, väliseinän viereiseen resonaattoriin ja tästä liitännästä viedään johtavan alueen ylittävä eristetty 10 johdinlanka ensimmäisen suodattimen ensimmäiseen väliseinän viereiseen resonaattoriin. Koko tämä sivu voidaan peittää lopuksi johtavalla kannella, jolloin kaksi erillistä suodatinta sisältävä keramiikkalohko on olennaisesti kaikilta sivuiltaan johtavan kerroksen ympäröimä.

15

Keksintöä havainnollistetaan viittaamalla oheiseen kuvaan, joka esittää dupleksisuodatinta, joka on toteutettu käyttäen yhtä ainoata monoliittistä keraamilohkoa.

20 Keksinnön mukainen dupleksisuodatin 1 perustuu yhteen ainoaan monoliittiseen keraamilohkoon, jossa on yläpinnalta 2 alapinnalle ulottuvat yhdensuuntaiset reiät Ra, R2, R3/ R4 ja Ti, Ta, T3· Lohkon kaikki pinnat lukuunottamatta yläpintaa 2 sekä kuvassa näkyvää sivupintaa 5 on pinnoitettu 25 kauttaaltaan sähköä johtavalla aineella 4. Myös reikien sisäpinta on pinnoitettu ja niiden pinnoitus yhdistyy pohjan pinnoitukseen. Näin muodostuu tunnetulla tavalla 7 kpl siirtojohtoresonaattoreita. Liittyminen resonaattoreihin tapahtuu siten, että sivulle 5 muodostetaan maskia hyväksi 30 käyttäen kytkentäkuviot, jotka muodostuvat tietyn muotoisista johtavista alueista. Nämä kytkentäkuviot muodostavat esim. kuvan mukaiset vinoviivoituksella esitetyt johtavat alueet, joissa on yläosan johtava aluekuviointi 7 ja alaosan johtava aluekuviointi 6. Kuvioinnissa on kontaktitäplät, 35 joihin liitetään juottamalla antenniin menevä signaali johdin ANT, vastaanottimelle menevä johdin Rx ja lähettimelle menevä johdin Tx. Tarpeen mukaan voidaan käyttää myös pala-komponentteja, esimerkiksi antenniliittimen kontaktitäplä 5 86673 on kytketty paitsi siirtojohdolla myös palakondensaattorin 8 kautta sivun alareunassa kulkevaan johdinaluenauhaan.

Nämä kytkentäkuviot on vain tarkoitettu havainnollistamaan kytkentäkuvioiden käyttöä keraamisen lohkon sivupinnalla 5.

5 Niiden määrä, muoto, ominaisuudet ja mahdolliset diskreetit komponentit vaihtelevat suodattimen haluttujen ominaisuuksien mukaan ja toteutustavan mukaan, eikä niillä sinänsä ole olennaista merkitystä keksinnön kannalta. Niiden muodostamista ja merkitystä resonaattoreiden väliseen kytkentään 10 on selostettu tarkemmin aiemmin mainituissa FI-patenttihake-muksissa 892856 ja 892855, joten kuvioiden muodostusta maskin avulla ei tässä ole tarpeen tarkemmin selittää.

Keksinnön ydin on johtavassa liuskassa 9, joka kuvassa 15 ulottuu lohkon sivun 5 alareunan johtavasta alueesta yläreunan viereiseen johtavaan alueeseen ja sijaitsee täsmälleen resonaattoreiden R4 ja Tx välissä. Yllättäen on havaittu, että tämä liuska 9 saa aikaan sen, että resonaattoreiden välinen kapasitiivinen ja induktiivinen kytkentä kumoavat 20 toisensa, toisin sanoen resonaattoreiden välinen kytkentä tulee lähes nollaksi. Muodostuu ikäänkuin "sähköinen väliseinä" resonaattoreiden välille. Tämä aiheuttaa sen, että muodostuu kaksi erillistä suodatinta samalle monoliittiselle keraamilohkolle: suodatin A, johon kuuluvat resonaattorit 25 Ri, R2, R3, R4 ja suodatin B, johon kuuluvat resonaattorit Ti, T2, T3. Suodatin A on vastaanotinhaaran kaistanpääs-tösuodatin ja suodatin B on lähetinhaaran kaistanpäästö-suodatin. Vaikka nämä suodattimet ovat samalla keraamiloh-kolla, ne eivät vaikuta toistensa toimintaan, koska keksin-30 nön mukainen sähköinen väliseinä saa aikaan lähes täydellisen isolaation niiden välille. Ainoa yhteys niiden välillä on kytkentälanka 10, joka liittää lähetinhaaran suodattimen antenniliitäntään. Lopuksi sivuseinä 5, joka sisältää kytkentäkuviot ja liitännät, peitetään johtavalla kannella, 35 jolloin keraaminen lohko on olennaisesti kauttaaltaan ympäröity johtavalla kerroksella.

6 86673

Keksinnön mukaisella nauhamaisella johtavalla alueella kahden resonaattorin välillä voidaan toteuttaa dupleksi-suodatin yhdellä keraamisella lohkolla, koska suodattimen toiminnan kannalta tarpeellinen erotus on helposti saavutet-5 tavissa. Tällöin dupleksisuodatin voidaan valmistaa yhtenä prosessina, kun taas tähän asti on valmistettu kaksi erillistä suodatinta, jotka on myöhemmin liitetty yhteen. Säästö tuotantokustannuksissa on merkittävä. Yhden keraamilohkon etuna on lisäksi, että saadaan mekaanisesti vahva duplek-10 sisuodatin.

Aikaisemmin on esitetty, että sähköisen väliseinän aikaansaava johtava alue on yhtenäinen, sivun alapinnalta yläpinnalle kulkeva nauha. Tämän nauhan leveydellä on vaikutusta 15 sähköisen väliseinän erotuskykyyn ja niinpä sen leveyttä muuttamalla voidaan saada aikaan haluttu määrä kytkentää resonaattoreiden välille. Se ei ole kuitenkaan ainoa vaihtoehto. Johtavassa nauhassa voi olla määrätyn pituinen katkos, johtamaton alue. Edullisesti tämä katkos on lähempä-20 nä sivun 5 alareunaa, jossa induktiivinen kytkentä on suurimmillaan. Katkoskohta mahdollistaa myös sen, että johdin 9 voidaan toteuttaa liuskajohtona suoraan seinämän pinnalla. Tämä katkos vaikuttaa myös suodattimien A ja B vierekkäisten resonaattorien R4 ja Ti väliseen kytkentään. Kytkentää 25 voidaan siten säätää johtavan alueen muotoa ja epäjatkuvuus-kohtia varioimalla patenttivaatimusten suojapiirissä pysyen.

Claims (5)

86673 7

1. Keraaminen dupleksisuodatin, joka käsittää ensimmäisen, vastaanotinhaaraan (Rx) kytkettävän suodattimen (A) ja toisen, lähetinhaaraan (Tx) kytkettävän suodattimen 5 (B), jotka suodattimet muodostuvat dielektristä ainetta ole vista lohkoista, joissa on yläpinnalta alapinnalle ulottuvia sähköä johtavalla aineella pinnoitettuja reikiä (Rlf R2, R3, R* ja Ti, T2, T3) ja joiden ylä-, ala- ja sivupinnat on ainakin osittain peitetty sähköä johtavalla kerroksella ja jois-10 sa on pääasiassa yhdellä pinnalla kytkentävälineet ja kyt-kentäkuviot resonaattoreihin kytkeytymistä varten, tunnettu siitä, että suodattimien lohkot muodostavat yhden ainoan monoliittisen keraamisen lohkon, jonka yhdellä, olennaisesti sähköä johta-15 mattomalla sivupinnalla (5) on sen alareunasta yläreunaan kulkeva sähköä johtavaa ainetta oleva nauhamainen alue (9), joka sijaitsee ensimmäisen suodattimen (A) ensimmäisen resonaattorin (R4) ja toisen suodattimen (B) viimeisen resonaattorin (T]) välisellä alueella ja jonka mitat ja muoto on 20 valittu sellaiseksi, että se olennaisesti kumoaa mainittujen resonaattoreiden välisen sähkö- ja magneettikentän.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keraaminen dupleksisuodatin, tunnettu siitä, että johtava nauhamainen alue (9) ei 25 ole jatkuva, jolloin epäjatkuvuuskohdan pituudella vaikutetaan viereisten resonaattoreiden (R4, Tx) väliseen kytkentään .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keraaminen dupleksisuo-30 datin, tunnettu siitä, että johtava nauhamainen alue (9) on kapeampi kuin mitä vaaditaan resonaattoreiden välisen sähköjä magneettikentän kumoamiseksi, jolloin alueen leveyttä muuttamalla vaikutetaan viereisten resonaattoreiden (R4, Ti) väliseen kytkentään. 35 β 86673

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keraaminen dupleksisuo-datin, tunnettu siitä, että johtava nauhamainen alue (9) aikaansaadaan suodattimen sivupintaan (5) samalla maskilla, jolla myös kytkentäkuviot siirretään mainittuun sivupintaan. 5

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keraaminen dupleksisuo-datin, tunnettu siitä, että kytkentävälineet, kytkentäkuviot sekä johtavaa nauhamaista aluetta (9) käsittävää sivupintaa (5) peittävä sähköä johtava kerros on erillinen johtavaa 10 ainetta oleva kansi.