HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Einstellen eines Frequenzgangs in einer Filtervorrichtung mit
einem Dreileiter-Aufbau, die z. B. als Bandpaßfilter verwendet
werden kann.
-
Die Bereitstellung einer Filtervorrichtung mit einem
Dreileiter-Aufbau, die als Bandpaßfilter für einen Mikrowellenofen
verwendet wird, ist bekannt. Ein Beispiel einer solchen
herkömmlichen Filtervorrichtung ist in Fig. 1 und 2 dargestellt.
Wie man in Fig. 1 und 2 sieht, umfaßt sie ein unteres
dielektrisches Substrat 1 und ein oberes dielektrisches Substrat 2,
die aufeinander gestapelt sind. Jedes der dielektrischen
Substrate 1 und 2 kann aus dielektrischem keramischem Material
mit einer hohen dielektrischen Elektrizitätszahl und einem
geringen dielektrischen Verlust bestehen, wie z. B. BaO-TiO&sub2;,
seltene Erden vom Typ BaO-TiO&sub2; oder dergleichen. Das untere
dielektrische Substrat 1 ist mit einer äußeren Erdleiterschicht
3 an dem peripheren Abschnitt und seiner unteren Fläche
versehen. Ähnlich ist das obere dielektrische Substrat 2 mit einer
äußeren Erdleiterschicht 4 an dem peripheren Abschnitt und
seiner oberen Fläche versehen. Auf der oberen Fläche des unteren
dielektrischen Substrats 1 sind eine Vielzahl von
Streifenleitungsresonator-Leiterschichten 5, 6 und 7 angeordnet, die ein
Filterelement bilden. Jede Resonator-Leiterschicht hat ein von
der Erdleiterschicht 3 beabstandetes Ende oder Leerlaufende 5a,
6a und 7a sowie ein mit der Erdleiterschicht 3 verbundenes
anderes Ende oder Kurzschlußende 5b, 6b und 7b. Die Leerlaufenden
5a, 6a und 7a der jeweiligen Resonator-Leiterschichten 5, 6 und
7 sind abwechselnd angeordnet, um eine fingerartig
ineinander
greifende (interdigitierende) Anordnung zu bilden. Das obere
dielektrische Substrat 2 ist auf dem unteren dielektrischen
Substrat 1 befestigt, und die Erdleiterschichten 3 und 4 der
jeweiligen dielektrischen Substrate sind miteinander verbunden.
-
Wie im Stand der Technik bekannt ist, hat die Filtervorrichtung
dieser Bauart einen Frequenzgang, der von der Anordnung und
Dielektrizitätszahl der Substrate sowie der Abmessung der
Resonatorleiter abhängt. Beim Herstellen der Filtervorrichtung
werden die Dielektrizitätszahl der Substrate und die Größe der
Resonator-Leiterschichten streng bestimmt. Es kann allerdings
nicht verhindert werden, daß Dispersionen der
Dielektrizitätszahl der Substrate und der Abmessung der Resonator-
Leiterschichten auftreten. Es ist daher notwendig, den
Frequenzgang der Filtervorrichtung nach der Fertigstellung
einzustellen.
-
Die Einstellung des Frequenzgangs kann nicht durchgeführt
werden, indem man die Länge der Resonator-Leiterschichten
einstellt, da sie in den dielektrischen Substraten eingebettet
sind. Eine Lösung für dieses Problem wurde in dem US-Patent Nr.
4,157,517 vorgeschlagen. Gemäß dem in diesem US-Patent
vorgeschlagenen Einstellverfahren wird die Frequenz des Filters
zuvor auf einen niedrigeren als den gewünschten Pegel
eingestellt, und der äußere Leiter oder die Erdleiterschicht 4, der
bzw. die an der oberen Fläche des oberen Substrats 2 angeordnet
ist, wird in Bereichen 8, die neben den Leerlaufenden der
Resonator-Leiterschichten 5, 6 und 7 liegen, teilweise entfernt, um
die Kapazität zwischen der äußeren Leiterschicht 4 und den
jeweiligen Resonator-Leiterschichten zu verringern, um den
Frequenzgang des Filters dadurch zu erhöhen, wodurch eine
Einstellung der Frequenz ermöglicht wird.
-
Wenn jedoch bei diesem Einstellverfahren das zusammengebaute
Filter nach dem Durchführen der Einstellung des Frequenzgangs
in einem äußeren Gehäuse 9 eingeschlossen werden soll, kommen
die für die Frequenzeinstellung entfernten Bereiche 8 der
oberen Fläche des oberen dielektrischen Substrats 2 der oberen
Wand des äußeren Gehäuses 9 nahe oder mit ihr in Berührung,
weil die entfernten Bereiche 8 auf der oberen Fläche des oberen
dielektrischen Substrats 2 angeordnet sind. Daher kann es zu
einer Veränderung der Streukapazität vom eingestellten Wert
kommen, so daß es zu einer Abweichung des Frequenzgangs kommen
kann. Falls das oben erwähnte Einstellverfahren verwendet wird,
sollte aus diesem Grund das äußere Gehäuse so geformt sein, daß
es eine innere Höhe hat, die größer als die Höhe der
Filteranordnung ist, und daß die obere Fläche des oberen dielektrischen
Substrats 2 von der oberen Wand des Gehäuses 9 ausreichend
beabstandet ist, wie man in Fig. 2 sieht. In der letzten Zeit
sind verschiedene Ausstattungen oder Elemente, die zur
Verwendung in einem Mikrowellenofen ausgelegt sind, dünner geworden,
und daher ist es erforderlich, daß die Filtervorrichtungen
sowie die Elemente in einer dünneren Anordnung oder Abmessung
konstruiert werden sollten.
-
Allerdings kann eine solche Anforderung für eine dünnere
Konstruktion unter Verwendung des oben erwähnten
Einstellverfahrens nicht erfüllt werden, in welchem ein Gehäuse mit einer
größeren inneren Höhe notwendigerweise verwendet wird.
-
Das Dokument WO-A-8500929 offenbart eine Mikrowellenvorrichtung
mit einem Bandpaßfilter, wobei die Vorrichtung aus einem Block
aus dielektrischem Material gebildet ist, das mit einer Schicht
aus elektrisch leitfähigem Material überzogen ist. Diese
Vorrichtung ist mit einer Anzahl von Löchern ausgestattet, die mit
elektrisch leitfähigem Material beschichtet sind und
Resonatorröhren bilden. Eine solche Filtervorrichtung gehört nicht der
Bauart (mit eingebetteten Streifenleitungsresonator-
Leiterschichten) der vorliegenden Erfindung an. Folglich kann
das Verfahren zum Einstellen des Frequenzgangs in der
Vorrichtung mit demjenigen der vorliegenden Erfindung nicht verglichen
werden, obwohl das angeführte Dokument das Prinzip des
Entfer
nens des leitfähigen Überzugsmaterials an einigen Abschnitten
für Abstimmzwecke aufzeigt. Als wichtiger Unterschied sollte
bemerkt werden, daß in der Vorrichtung des Dokuments WO-A-
8500929 eine Frequenz-Feineinstellung das teilweise Entfernen
von Material an der Innenseite der Löcher erfordert, um die
Länge von Resonator-Leiterschichten einzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Einstellung eines Frequenzgangs einer
Filtervorrichtung mit Dreileiter-Aufbau bereitzustellen, bei dem jegliche
Änderung der Frequenz kompensiert werden kann, die auftreten
kann, wenn das Filter in einem Gehäuse enthalten ist, ohne daß
die oben erwähnten Nachteile auftreten und ohne Entfernen
innerer Leiterschichten.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Einstellung eines Frequenzgangs einer Filtervorrichtung mit einem
Dreileiter-Aufbau vorgeschlagen, mit einem Paar dielektrischer
Substrate, die beim Zusammenbau des Filters aufeinander
gestapelt werden, wobei jedes eine periphere Fläche sowie äußere
Flächen hat, die mit einer äußeren Erdleiterschicht
ausgestattet sind, und einer Vielzahl von Streifenresonator-
Leiterschichten, die zwischen den dielektrischen Substraten
eingebettet sind, wobei jede der Resonator-Leiterschichten eine
vorbestimmte Länge hat und ein Kurzschlußende hat, das mit der
äußeren Erdleiterschicht auf einer seitlichen Fläche jedes
dielektrischen Substrats verbunden ist, und ein Leerlaufende hat,
das so angeordnet ist, daß es von der äußeren Erdleiterschicht
auf der anderen seitlichen Fläche jedes dielektrischen
Substrats, welches sich gegenüber der einen seitlichen Fläche
befindet, beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verfahren einen Schritt aufweist zum teilweisen Entfernen der
äußeren Erdleiterschicht auf den seitlichen Flächen jedes
dielektrischen Substrats bei einem Abschnitt, der dem Leerlaufende
jeder Resonator-Leiterschicht entspricht, während die
vorbestimmte Länge jeder Resonator-Leiterschicht beibehalten wird,
wodurch die Filtervorrichtung auf einen gewünschten
Frequenzgang eingestellt wird.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
weist das Verfahren einen weiteren Schritt auf, um die äußere
Erdleiterschicht an der peripheren Fläche jedes Substrats an
einem Abschnitt teilweise zu entfernen, der dem Kurzschlußende
jeder Resonatorleiterschicht entspricht, um ein Überschreiten
der durch den ersten Schritt getätigten Abstimmung zu
kompensieren.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung haben die dielektrischen Substrate jeweils eine
periphere Oberfläche, die mit einer Vielzahl von Vertiefungen
ausgestattet ist, wobei das Verfahren einen Schritt aufweist, um
die äußere Erdleiterschicht auf der peripheren Fläche jedes der
die Vertiefungen bestimmenden Substrate an einem Abschnitt
teilweise zu entfernen, der dem Leerlaufende jeder der
Resonator-Leiterschichten entspricht, um den Frequenzgang der
Filtervorrichtung auf einen gewünschten Pegel zu erhöhen.
-
Durch teilweises Entfernen der äußeren Erdleiterschicht an der
peripheren Fläche jedes Substrats bei einem Abschnitt, der dem
Leerlaufende jeder der Resonator-Leiterschichten entspricht,
wird die Kapazität zwischen jedem entfernten Abschnitt und dem
zugeordneten Leerlaufende jeder Resonator-Leiterschicht
verringert.
-
Die vorliegenden Erfindung wird nun an Hand eines Beispiels
unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Fig. 1 ist eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht,
die eine Dreileiter-Filtervorrichtung des Stands der Technik
zeigt;
-
Fig. 2 ist ein Längsschnitt, der die in einem Gehäuse
enthaltene Filtervorrichtung von Fig. 1 zeigt;
-
Fig. 3 ist eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht,
die ein Filter schematisch zeigt, dessen Frequenzgang gemäß
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingestellt
wird;
-
Fig. 4 ist ein Längsschnitt, der die in einem Gehäuse
enthaltene Filtervorrichtung von Fig. 3 zeigt;
-
Fig. 5 ist eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht,
die ein Filter schematisch zeigt, dessen Frequenzgang gemäß
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
eingestellt wird;
-
Fig. 6 ist ein Längsschnitt, der die in einem Gehäuse
enthaltene Filtervorrichtung von Fig. 5 zeigt;
-
Fig. 7 ist eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht,
die ein Filter schematisch zeigt, dessen Frequenzgang gemäß
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
eingestellt wird;
-
Fig. 8 ist ein Längsschnitt, der die in einem Gehäuse
enthaltene Filtervorrichtung von Fig. 7 zeigt;
-
Fig. 9 und 10 sind Diagramme, welche die Frequenzgänge des
Filters zeigen, bevor die Frequenzeinstellung durchgeführt wird;
-
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches den Frequenzgang des
eingestellten Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Fig. 3 und 4 zeigen ein Dreileiter-Filter, das gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
-
Das dargestellte Filter umfaßt ein unteres und ein oberes
dielektrisches Substrat 11 und 12, die beim Zusammenbau des
Filters aufeinander gestapelt werden. Jedes der dielektrischen
Substrate 11 und 12 kann aus dielektrischem keramischem
Material mit einer hohen Dielektrizitätszahl und einem geringeren
dielektrischen Verlust bestehen, wie z. B. BaO-TiO&sub2;, seltene
Erden vom Typ BaO-TiO&sub2; oder dergleichen. Das untere
dielektrische Substrat 11 ist mit einer äußeren Erdleiterschicht 13 auf
dem peripheren Abschnitt und seiner äußeren Fläche versehen.
Ähnlich ist das obere dielektrische Substrat 12 mit einer
äußeren Erdleiterschicht 14 an dem peripheren Abschnitt und seiner
oberen oder äußeren Fläche versehen. An der oberen oder inneren
Fläche des unteren dielektrischen Substrats 11 sind eine
Vielzahl von Streifenleitungsresonator-Leiterschichten 15, 16 und
17 vorgesehen, die ein Filterelement interdigitierender Bauart
bilden. Bei dieser Verbindung ist es im wesentlichen
unvermeidbar, daß bei der Herstellung einige Abweichungen der
Dielektrizitätszahlen der verwendeten Substrate und/oder der Abmessung
der Resonator-Leiterschiclhten auftreten, was dazu führt, daß
der Frequenzgang des fertiggestellten Filters von einem
beabsichtigten Frequenzgang abweicht. Daher werden die Abmessungen
der Resonator-Leiterschichten 15, 16 und 17 so bestimmt, daß
die Resonanzfrequenz des Filters geringfügig kleiner als die
beabsichtigte wird, wie in Fig. 9 gezeigt. Jede Resonator-
Leiterschicht hat eines der Enden als Leerlaufende (15a, 16a
und 17a), das von der Erdleiterschicht 13 beabstandet ist, und
ein anderes Ende als Kurzschlußende (15b, 16b und 17b), das mit
der Erdleiterschicht 13 verbunden ist. Die Leerlaufenden 15a,
16a und 17a der jeweiligen Resonator-Leiterschichten 15, 16 und
17 sind abwechselnd angeordnet, um einen Resonator mit
interdi
gitierendem Aufbau zu bilden. Das obere dielektrische Substrat
12 ist an dem unteren dielektrischen Substrat 11 befestigt, und
die Erdleiterschichten 13 und 14 der jeweiligen dielektrischen
Substrate sind miteinander verbunden.
-
Die Resonator-Leiterschichten 15 und 17 haben jeweils seitliche
Vorsprünge 15c und 17c. Einer der seitlichen Vorsprünge 15c und
17c ist mit einem Signaleingabeanschluß (nicht gezeigt)
verbunden, und der andere Vorsprung ist mit einem
Signalausgabeanschluß (nicht gezeigt) verbunden.
-
Um mit dem so aufgebauten Dreileiter-Filter irgendwelche
Abweichungen der Dielektrizitätszahlen der verwendeten
dielektrischen Substrate 11 und 12 sowie der Länge jeder Resonator-
Leiterschicht zu kompensieren, ist es notwendig, die Frequenz
des Filters einzustellen, nachdem die dielektrischen Substrate
11 und 12 mit den dazwischen eingebetteten Resonator-
Leiterschichten zusammengebaut werden. Hierfür wird die an der
peripheren Fläche jedes Substrats vorhandene äußere
Erdleiterschicht auf einem Abschnitt (13a und 14a) teilweise entfernt,
welcher dem Leerlaufende jeder Resonator-Leiterschicht
entspricht, um die Kapazität zwischen jedem entfernten Abschnitt
und der zugeordneten Resonator-Leiterschicht zu verringern.
Dieser Entfernungsvorgang kann durch ein Schneidwerkzeug,
maschinelle Bearbeitung mittels Laserstrahl, Sandstrahlen oder
dergleichen durchgeführt werden. Auf diese Weise kann das
Filter auf einen gewünschten Frequenzgang eingestellt werden.
-
Das heißt, daß, wie in Fig. 9 gezeigt, das Filter eine
Mittenfrequenz f1 hat, die geringfügig niedriger als eine gewünschte
Ansprechfrequenz f0 ist, bevor die Frequenzeinstellung
durchgeführt wird. Durch Entfernen der Abschnitte 13a und 14a der
äußeren Erdleiterschichten 13 und 14, welche den Leerlaufenden
15a, 16a und 17a der jeweiligen Resonator-Leiterschichten 15,
16 und 17 entsprechen, wird die Mittenfrequenz f1 zu einem
höheren Frequenzbereich hin verschoben, so daß sie mit der
ge
wünschten Ansprechfrequenz f0 identisch wird, wie in Fig. 11
gezeigt.
-
Dann wird das so auf den gewünschten Frequenzgang eingestellte
Dreileiter-Filter in einem Gehäuse 18 untergebracht, wie in
Fig. 4 gezeigt. Das Gehäuse 18 kann aus Metall bestehen und hat
eine innere Höhe, die gleich der Höhe des Filters ist, und eine
Breite, die größer als diejenige des Filters ist. Indem man die
Abmessung des Gehäuses 18 auf diese Weise auswählt, kann die
Filtervorrichtung ohne wesentliche Erhöhung der Höhe
konstruiert werden, und es kann verhindert werden, daß der periphere
Abschnitt des Filters mit der inneren Fläche des Gehäuses 18 in
Berührung gebracht wird. Selbst wenn die Breite des Gehäuses 18
größer als diejenige des Filters eingestellt wird, kann in
diesem Fall die Forderung nach einer dünneren Abmessung für
elektronische Schaltungselemente wirkungsvoll erfüllt werden.
-
Fig. 5 und 6 veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem ein zusätzliches
Einstellmittel vorgesehen ist, um die Mittenfrequenz des Filters zu
einem niedrigeren Frequenzbereich zu verschieben.
-
Wie in Fig. 10 gezeigt, kann es vorkommen, daß die
Mittenfrequenz f2 des Filters über die gewünschte Mittenfrequenz f0
hinaus verschoben wird, indem man die entfernten Abschnitte 13a
und 14a an den äußeren Erdleiterschichten 13 und 14
bereitstellt, die an der peripheren Fläche der jeweiligen Substrate
11 und 12 in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel
vorgesehen sind. Um dieses Überschreiten zu kompensieren,
werden in diesem Ausführungsbeispiel die äußeren
Erdleiterschichten 13 und 14, die an den peripheren Flächen der Substrate 11
und 12 vorgesehen sind, bei den Abschnitten 13b und 14b
teilweise entfernt, welche mit den Kurzschlußenden 15b, 16b und 17b
der Resonator-Leiterschichten 15, 16 und 17 in Berührung sind.
Dieser Entfernungsvorgang kann auch durch ein Schneidwerkzeug,
maschinelle Bearbeitung mittels Laserstahl, Sandstrahlen oder
dergleichen wie im Falle der Bildung der entfernten Abschnitte
13a und 14a durchgeführt werden. Daher wird die Kapazität
zwischen jedem entfernten Abschnitt und der zugeordneten
Resonator-Leiterschicht verringert, so daß die Mittenfrequenz f2 zu
einem niedrigeren Frequenzbereich verschoben wird, so daß sie
mit der gewünschten Ansprechfrequenz f0 identisch wird, wie in
Fig. 11 gezeigt.
-
Bei den in Fig. 3 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispielen kann
das obere dielektrische Substrat 12 auch mit einem
Übertragungsleitung-Muster aus Resonator-Leiterschichten an der
unteren Fläche versehen werden, welches derart angeordnet ist, daß
es eine Reflexionsbild-Beziehung bezüglich des Streifenleitung-
Musters der Resonator-Leiterschichten 15, 16 und 17 an dem
unteren dielektrischen Substrat 11 hat. Beim Zusammenbau kommt
das Streifenleitung-Muster an dem unteren dielektrischen
Substrat 11 mit dem Übertragungsleitung-Muster an dem oberen
dielektrischen Substrat 12 gegenüberliegend in Berührung, ohne
daß Spalte zwischen dem unteren dielektrischen Substrat 11 und
dem oberen dielektrischen Substrat 12 auftreten.
-
Desweiteren kann das Streifenleitung-Muster der Resonator-
Leiterschichten 15, 16 und 17 in der Art eines Kammes gebildet
werden, bei dem die Leerlaufenden und die Kurzschlußenden
jeweils auf denselben Seiten angeordnet sind.
-
Fig. 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem
rechteckförmige Vertiefungen 20 an den Abschnitten der
dielektrischen Substrate 11 und 12 vorgesehen sind, welche
gegenüberliegend zu den Leerlaufenden 15a, 16a und 17a und den
Kurzschlußenden 15b, 16b und 17b der Resonator-Leiterschichten 15,
16 und 17 sind. In diesem Ausführungsbeispiel kann die
Einstellung des Frequenzgangs durchgeführt werden, indem man die
Abschnitte der an diesen Vertiefungen 19 vorgesehenen
Erdleiterschichten 13 und 14 teilweise entfernt, die mit 13c und 14c
bezeichnet sind. Wenn das Filter in das Gehäuse 18 eingeführt
wird, können die entfernten Abschnitte 13c und 14c von den
inneren Endflächen 18a und 1.8b des Gehäuses 18 beabstandet
werden, wodurch verhindert werden kann, daß die durch die
entfernten Abschnitte 13c und 14c freigelegten Abschnitte der
dielektrischen Substrate 11 und 12 mit der zugeordneten inneren
Endfläche des Gehäuses 18 in Berührung kommen. Daher wird die
Kapazität zwischen der Erdleiterschicht und der zugeordneten
Resonator-Leiterschicht nicht verändert, wenn das Filter in das
Gehäuse 18 eingefügt wird, und daher kann der Frequenzgang des
Filters auf dem gewünschten Pegel stabil aufrechterhalten
werden, ohne daß eine Neueinstellung notwendig ist.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist alternativ jede der inneren
Endwände 18a und 18b des Gehäuses 18 in den Bereichen, die
gegenüber von den für die Frequenzeinstellung zu entfernenden
Abschnitten liegen, mit einem Vorsprung nach außen versehen, um
innere Vertiefungen zu bilden, wodurch verhindert wird, daß die
durch die entfernten Abschnitte freigelegten Abschnitte der
dielektrischen Substrate 11 und 12 mit der zugeordneten inneren
Endfläche des Gehäuses 18 in Berührung kommen.
-
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die
Frequenzeinstellung des Filters durchgeführt, indem man die an
dem peripheren Abschnitt jedes dielektrischen Substrats
vorgesehene Erdleiterschicht in solchen Bereichen teilweise
entfernt, die den Leerlaufenden oder aber den Leerlaufenden und
den Kurzschlußenden der Resonator-Leiterschichten entsprechen.
Da der äußere Leiter des Filters in Bereichen, die an der
inneren Fläche eines Gehäuses anliegen sollen, wie im Falle der
herkömmlichen Filtervorrichtung, nicht entfernt werden, hat die
vorliegende Erfindung daher den Vorteil, daß es zu keiner
Änderung oder Abweichung der eingestellten Frequenzcharakteristik
des Filters kommt, wenn die Filtervorrichtung durch Einfügen
des Filters in das Gehäuse fertiggestellt wird. Desweiteren hat
die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß eine
Frequenzein
stellung ohne Erhöhen der Dicke oder der Höhe des Gehäuses
korrekt durchgeführt werden kann.