Streifenleitungsfilter

Abstract

 Ein Streifenleitungsfilter besitzt zumindest einen auf einer Oberflächenseite eines Keramiksubstrats (1) angeordneten Streifenleitungsresonator (2). Ferner sind kapazitive Ankopplungsstrukturen (3 bis 6) zur Ein- bzw. Ankopplung eines HF-Signals vorgesehen. Die Ankopplungsstrukturen (3 bis 6) werden dadurch gebildet, daß Ankopplungsmetallflächen (3) ausgebildet werden, die durch galvanische Trennung (4) von der Massemetallisierung abgetrennt sind. Diese Metallflächen (3) sind durch innenmetallisierte Durchgangslöcher (6) mit Metallflächen (5) galvanisch verbunden, die auf der Seite mit den Streifenleitungsresonatoren (2) angeordnet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Streifenleitungsfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

[0002] Bei bekannten Streifenleistungsfiltern erfolgt die Ankopplung der Streifenleitungsresonatoren üblicherweise kapazitiv, indem auf der Grundfläche des Keramiksubstrats eine Fläche von der umgebenen Masse galvanisch getrennt wird, so daß diese Fläche zu einer durch das Dielektrikum getrennten oben auf dem Keramiksubstrat angeordneten Leiterbahn eine Kapazität bildet. Diese Kapazität ist nach der Plattenkondensatorformel abhängig vom ε des Dielektrikums, der Dicke des Substrates und der Größe der Flache. Geringe Schwankungen der Lage der Fläche können, wenn diese Ankopplungskapazität z. B. zur Injizierung einer Mikrowellenleistung in einem Leistungsresonator benötigt wird, die Frequenz des durch die Ankopplung verstimmten Resonators verändern.

[0003] Zur Behebung dieser Schwierigkeiten waren bisher aufwendige Strukturierungsverfahren, Photolithograpie/Ätztechniken und hoch genaue Schlifftechniken bei der Substratherstellung erforderlich.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen nahezu abgleichfreien Resonator für ein Streifenleitungsfilter kostengünstig herzustellen, der auch bei Verkoppelung mit anderen Resonatoren zur Herstellung entsprechender Filter geringe Resonanzfrequenztoleranzen aufweist und sich durch engtolerierte Ankopplungskapazitäten auszeichnet.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Streifenleitungsfilter gelöst, das die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

[0006] Zweckmäßige Ausgestaltungen dieses Streifenleitungsfilters sind Gegenstand von Unteransprüchen.

[0007] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0008] In der dazu gehörenden Zeichnungen zeigen

Figur 1

die Ansicht eines Streifenleitungsfilters,

Figur 2

eine Seitenansicht des Streifenleitungsfilters nach Figur 1 und

Figur 3

eine weitere Ausführungsform eines Streifenleitungsfilters in Draufsicht.

[0009] In der Figur 1 ist ein Keramiksubstrat 1 dargestellt, auf dem zwei Streifenleitungsresonatoren 2 angeordnet sind. Ankopplungsmetallflächen 3 sind durch eine galvanische Trennung 4 von der allseitigen Massemetallisierung getrennt. Auf der Oberfläche des Keramiksubstrats 1, auf der sich die Streifenleitungsresonatoren 2 befinden, sind Metallflächen 5 angeordnet, die unter Zuhilfenahme von, vorzugsweise innen metallisierten, Durchgangslöchern 6 mit den Ankopplungsmetallflächen 3 kontaktiert sind. Die Ankopplung des Streifenleitungsfilters erfolgt somit dadurch, daß die durch die Trennflächen 4 galvanisch von der umgebenden Masse getrennten Ankopplungsmetallflächen 3 zur anderen Seite des Keramiksubstrats 1 durchkontaktiert sind und die kapazitive Kopplung mit den Streifenleitungsresonatoren 2 auf der gegenüberliegenden Seite erfolgt. Auch wenn das Bauelement durch diese Maßnahme geringfügig größer wird, wird die Kopplung hauptsächlich durch den Abstand der Strukturen bestimmt und nicht durch die Substratdicke, die vorzugsweise aus hochdielektrischer Mikrowellenkeramik besteht. Durch die Durchkontaktierung mit Hilfe der Durchgangslöcher 6 kann die Haftfestigkeit der Ankopplungsstruktur deutlich verbessert werden. Die Struktur auf der Grundfläche kann mechanisch oder ätztechnisch mit deutlich größeren Toleranzen und somit ggf. geringerem Aufwand hergestellt werden. Die Kopplung kann ebenfalls ätztechnisch erstellt werden, wobei die Lage der Fotomaske für die Koppelkapazität unkritischer ist.

[0010] Die Leitungsstrukturen können entweder in Dickschichttechnik (Siebdruck mit Dickschichtsilber) oder in Dünnschichttechnik (Kupfer geätzt) hergestellt werden.

[0011] Eine andere Möglichkeit besteht darin, vor der Sinterung die Struktur in den Keramikkörper einzupressen. Bei Entfernung der Metallisierung an der Oberseite wird die Resonanzfrequenz nicht oder kaum beeinflußt.

[0012] Der Abstand b zwischen den Streifenleitungsresonatoren 2 und den Metallflächen 5 der Ankopplungsstruktur bestimmt die Größe der Ankoppelkapazität. Die kapazitive Kopplung bewerkstelligt die Transformation des niederohmigen Streifenleitungsresonators (typischerweise 5 bis 10 Ω) auf die in den meisten Anwendungen benötigte Anpassung auf 50 oder 75 Ω.

[0013] Der Abstand a zwischen den Metallflächen 5 der Ankopplungsstruktur bestimmt die Größe der externen Verkopplung. Über die Einstellung der Kapazität läßt sich die Lage der beiden Notches der Filtercharakteristik anwendungsgerecht einstellen.

[0014] Das derart entstandene Filter zeichnet sich durch niedrige Einfügungsdämpfung, hohe Sperrselektion und durch hohe oder vollständige Abgleichfreiheit aus. Es ist zudem deutlich flacher als ein in seinen Eigenschaften vergleichbares aus gekoppelten Koaxialresonatoren bestehendes Mikrowellenkeramikfilter.

[0015] In der Figur 2 ist das Streifenleitungsfilter nach Figur 1 in Seitenansicht dargestellt.

[0016] Eine Weiterbildung des beschriebenen Zweipolfilters kann darin bestehen, durch Hinzufügen weiterer Streifenleitungsresonatoren die Selektionseigenschaften des Filters zu erhöhen.

[0017] Es besteht ferner auch die Möglichkeit, flache Einzelresonatoren mit nur einem Streifenleitungsresonator herzustellen, die beispielsweise als frequenzbestimmende Komponente eines Oszillators (Bandpaßbeschaltung) oder als Bandsperre geschaltet als Notchfilter zur zusätzlichen Filterung von Störfrequenzen dienen können. Hierbei können die Leiterbahnen sehr schmal ausgeführt und somit höhere charakteristische Impedanzen hergestellt werden. Ein Oszillator läßt sich dann besser ziehen (höhere Güte).

[0018] Ferner ist es möglich, das Filter durch einen über der Oberseite angeordneten Bügel oder ein Gehäuse zu schirmen, die beispielsweise mit dem Keramiksubstrat 1 verlötet bzw. verklebt sind. Hierbei kann bei besonders hohen Anforderungen an die Frequenzgenauigkeit das Filter durch Gehäuseschlitze oder in die Schlitze eingefügte Abstimmlaschen nachjustiert werden.

[0019] Zur weiteren Miniaturisierung besteht zusätzlich die Möglichkeit, anstelle eines Abschirmbleches ein bis auf die dem Filter zugewandte Fläche metallisiertes Substrat auf das Grundsubstrat 1 zu montieren (Fügen durch Löten oder Kleben möglich).

[0020] Bei verschiedenen Anwendungen im Bereich schnurloser Telefone und Mobilfunk ist eine besonders hohe einseitige Versteilerung der Filtercharakteristik gewünscht, um Spiegelfrequenzen - oder bei Duplexerbetrieb das Nachbarband - gezielt zu unterdrücken. Hierfür ist in der Figur 3 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das einen zusätzlichen Koppelkondensator 9 aufweist, der die Ankopplungsstrukturen zusätzlich kapazitiv verkoppelt. Hierbei können Durchkontaktierungen (Löcher 12 oder Schlitze 13) zusätzlich zur Einstellung der Kopplung zwischen den Einzelresonatoren 2 verwendet werden. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist im Bereich der Ankopplungsstruktur die offene Seite (metallisierungsfrei) 11 und gegenüberliegend die Kurzschlußseite 10.

[0021] Eine weitere Möglichkeit zur einseitigen Verbesserung der Flankensteilheit besteht darin, eine Leitungsdiskontinuität in Form eines Breitseitensprunges in der Resonatorleitung 2 zu erzeugen. Dies geschieht dadurch, daß entweder der Streifenleitungsresonator 2 im Bereich der Kurzschlußseite 10 einen verminderten Querschnitt aufweist (metallfreie Fläche 8) oder in diesem Bereich verbreitert ist (zusätzliche Metallisierung 7). Im ersten Fall resultiert eine induktive und im zweiten eine kapazitive Wirkung.

[0022] Hierbei besteht die Möglichkeit, die Ankopplung entweder über die in Figur 1 dargestellte Durchkontaktierung zu erreichen, oder eine direkt kapazitive Ankopplung (ohne Durchgangslöcher 6) vorzunehmen. Bei direkt kapazitiver Ankopplung sind die Streifenleitungsresonatoren 2 durchgehend bis zur metallisierungsfreien offenen Seite 11 angeordnet.

[0023] Derartige Filter mit einem Breitseitensprung in den Streifenleitungsresonatoren 2 zeichnen sich dadurch aus, daß die Filtercharakteristik eine Versteilerung zu niedrigeren Frequenzen aufweist. Werden die Breitseitensprünge zur offenen Seite 11 hingespiegelt, kann eine Versteilerung zu höheren Frequenzen realisiert werden. Die Breitseitensprünge mit kapazitiver Wirkung (Vergrößerung der Abmessungen um die Fläche 7) zeichnen sich besonders dadurch zusätzlich aus, daß die Kopplung sehr gut reproduzierbar ist, da der Leitungssprung nach außen geführt ist.

[0024] Der Breitseitensprung kann gegebenenfalls auch so ausgeführt sein, daß ein Stück des Innenleiters gegen das andere verschoben ist. Hiermit läßt sich die Notchlage zusätzlich einstellen. Da es sich hierbei um eine Hinterschneidung handelt, kann man diesen Körper nur in der vorher beschriebenen Form herstellen, d.h. er ist nicht in einem Stück (monolithisch) zu pressen.

[0025] Falls zusätzlich ein Keramikdeckel montiert werden soll, besteht auch die Mögichkeit, den Deckel im gepreßten Zustand mit dem ebenfalls grünen Grundsubstrat zu fügen und anschließend zu sintern. Man erspart sich dadurch den im anderen Fall notwendigen Arbeitsschritt, die funktional notwendigen metallisierungsfreien Flächen zu entmetallisieren bzw. metallisierungsfrei zu halten.

[0026] Zur Minimierung der Einfügungsdämpfung und somit zur Reduktion der Verluste kann das Streifenleitungsfilter insofern unsymmetrisch aufgebaut werden, daß das Kermiksubstrat 1 dicker als der Keramikdeckel ist. Die unbelastete Güte der Resonatoren läßt sich auf diese Weise um bis zu 50 % steigern.

Ansprüche

1. Streifenleitungsfilter mit zumindest einem auf einer Oberflächenseite eines Keramiksubstrats (1) angeordneten Streifenleitungsresonator (2), das kapazitive Ankoppelstrukturen (3 bis 6) zur Ein- bzw. Ankopplung eines HF-Signals aufweist, und bei dem das Keramiksubstrat (1) mit Ausnahme der Stirnseite mit den Ankoppelstrukturen (3 bis 6) und der Oberflächenseite mit den Streifenleitungsresonatoren (2) eine allseitige Massemetallisierung aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ankoppelstrukturen (3 bis 6) dadurch gebildet sind, daß auf der die Streifenleitungsresonatoren (2) gegenüberliegenden Oberflächenseite durch galvanische Trennung (4) von der Massemetallisierung getrennte Ankopplungsmetallflächen (3) ausgebildet sind, daß auf der die Streifenleitungsresonatoren (2) tragenden Oberflächenseite von den Streifenleitungsresonatoren (2) galvanisch getrennte Metallflächen (5) vorgesehen sind und daß die Ankopplungsmetallflächen (3) und die Metallflächen (5) durch Durchgangslöcher (6) im Keramiksubstrat (1) galvanisch miteinander verbunden sind.

2. Streifenleitungsfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ankoppelkapazität zwischen den Ankoppelstrukturen (3 bis 6) und den Streifenleitungsresonatoren (2) durch einen Abstand (b) zwischen Ankoppelstrukturen (3 bis 6) und Streifenleitungsresonatoren (2) festgelegt sind.

3. Streifenleitungsfilter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Größe der externen Verkopplung durch einen Abstand (a) zwischen den Metallflächen (5) festgelegt ist.

4. Streifenleitungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch hinzugefügte weitere Streifenleitungsresonatoren (2) die Selektionseigenschaften des Filters erhöht sind.

5. Streifenleitungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallisierungsstrukturen mittels Dickschichttechnik (z. B. Siebdruck mit Dickschichtsilber) oder mittels Dünnschichttechnik (Kupfer, geätzt) hergestellt sind.

6. Streifenleitungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallisierungsstrukturen vor dem Sintervorgang in das Keramiksubstrat (1) eingepreßt sind.

7. Streifenleitungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ankopplungsstrukturen (3 bis 6) durch einen zusätzlichen Koppelkondensator (9) zusätzlich kapazitiv verkoppelt sind.

8. Streifenleitungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Streifenleitungsresonatoren (2) eine Leitungsdiskontinuität in Form eines Breitseitensprungs (7, 8) angeordnet ist.

9. Streifenleitungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß über dem Keramiksubstrat (1) ein Keramikdeckel angeordnet ist.

10. Streifenleitungsfilter nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Keramiksubstrat (1) dicker als der Keramikdeckel ist.

Zeichnung