单片LC元件 技术领域
本发明涉及单片LC元件，尤其涉及诸如包含多个LC谐振器的带通滤波器的单片LC元件。
背景技术
已知的单片LC元件包括单片LC带通滤波器，其构造如图7和8所示。单片LC带通滤波器1如图7所示包括设有电感器通孔10a-10d和11a-11d的陶瓷片2-8、谐振电容器图案13和14、输入/输出电容器图案17和18和屏蔽图案20和21。
将陶瓷片2-8层叠起来，在陶瓷片2的上表面和陶瓷片8的下表面上设置保护陶瓷片。而后，对带有保护片的陶瓷片2-8烧结，由此产生如图8所示的单片元件24。在单片元件24上设置有输入端子P1、输出端子P2和接地端子G1和G2。输入/输出电容器图案17被连接到输入端子P1，而输入/输出电容器图案14连接到输出端子P2。屏蔽图案20和21连接到接地端子G1和G2。
在带通滤波器1中，电感器通孔10a-10d和11a-11d在对陶瓷片2-8层叠的方向(在Z轴方向)上彼此连接，由此分别形成柱状电感器L1个L2。谐振电容器图案13和14设置在陶瓷片4的X-Y平面上，面向屏蔽图案20，陶瓷片2和3被维持其之间，由此分别限定谐振电容器C1和C2。柱状电感器L1和谐振电容器C1限定LC谐振器Q1，而柱状电感器L2和谐振电容器C2限定LC谐振器Q2。LC谐振器Q1和Q2是这样排列的，即它们彼此之间分开一预定空间，以及用适当的耦合系数使彼此相互电磁耦合。输入/输出电容器图案17和18分别面向谐振电容器图案13和14，陶瓷片4和5被维持在其之间，由此分别限定输入电容器C3和输出电容器C4。
当如上构造的带通滤波器1中需要窄带滤波特性时，应当增大LC谐振器Q1和Q2之间的距离，从而禁止它们之间的电磁耦合。然而，为了增大LC谐振器Q1和Q2之间的空间，LC谐振器Q1和Q2必须位于带通滤波器1的边缘。这便减弱LC谐振器Q1和Q2上屏蔽图案20和21的屏蔽效应，因此降低LC谐振器Q1和Q2的Q值特性。因此，传统方法是，带通滤波器1必须放大，以便维持LC谐振器Q1和Q2的特性在高的水平上。
发明内容
为了克服上述问题。本发明的较佳实施例提供一种紧凑的单片LC元件，其中能够获得谐振器的高Q特性同时满足窄带滤波特性的要求。
根据本发明的第一较佳实施例，一种单片LC元件，包括由层叠的绝缘层限定的单片元件；多个电磁耦合的LC谐振器，每个谐振器由设置在单片元件中的电感器和电容器限定，电感器是通过在绝缘层层叠方向上连接通孔限定的；通过在绝缘层层叠方向上连接通孔限定的耦合调节导体，其中耦合调节导体设置在至少两个相邻LC谐振器之间，从而调节相邻LC谐振器之间的耦合系数，耦合调节导体被接地。
正如以上讨论的，通过在绝缘层层叠方向(在X轴方向)上连接通孔限定的耦合调节导体被设置在两个相邻LC谐振器之间。因此，通过耦合调节导体能够调节相邻LC谐振器之间的互感，由此改变相邻LC谐振器之间的耦合系数。因此有可能抑制相邻LC谐振器之间的耦合系数，无需增大它们之间的距离。于是，LC谐振器不必位于LC元件的边缘。结果，能够维持LC谐振器的Q特性。
通过设置在绝缘层表面(X-Y平面)上的耦合调节导体图案可以使耦合调节导体介于其间的相邻LC谐振器的电感器彼此相互电连接。采用这一配置，能够扩展耦合系数的调节范围。
本发明的其他特征、要素、特征和优点从以下的参考附图所作的对较佳实施例的详细描述中将变得更加清楚。
附图说明
图1是说明根据本发明第一较佳实施例的单片LC元件的分解透视图。
图2是说明图1中所示单片LC元件的外部透视图。
图3是说明图1中所示单片LC元件的等效电路图。
图4是说明根据本发明第二较佳实施例的单片LC元件的分解透视图。
图5是说明对图4中所示单片LC元件所作的改进的分解透视图。
图6是说明根据本发明第三较佳实施例的单片LC元件的部分分解透视图。
图7是说明根据传统的单片LC元件的分解透视图。
图8是说明图7中所示单片LC元件的外部透视图。
较佳实施例的详细描述
以下将参考附图通过对较佳实施例的说明详细描述本发明的单片LC元件。
以下将参考图1至3描述本发明的第一较佳实施例。图1是说明单片LC带通滤波器41的结构，图2和3分别是带通滤波器41的外部透视图和等效电路图。
带通滤波器41较佳地包括，设有电感器通孔50a-50d和51a-51d的绝缘片42-48、谐振电容器图案53和54、输入电容器图案55、输出电容器图案56、屏蔽图案57和58、以及耦合调节通孔59a-59f，如图1所示。绝缘片42-48较佳地是通过用耦合剂对介电陶瓷粉末或磁性粉末进行捏合而形成的。图案53-58较佳地由Ag、Pd、Cu、Ni、Au或Ag-Pd或其他适合材料中的至少一种制成，较佳地是通过诸如印刷、溅射或沉积或其他适合方法的一种方法形成的。电感器通孔50a-50d和耦合调节通孔59a-59f是在所需结构中用模具或激光器对绝缘片42和47穿孔，以及通过用诸如Ag、Pd、Cu、Ni、Au或Ag-Pd或其他适合材料的一种导电材料填充这些孔而形成的。
电感器通孔50a-50d和51a-51d在绝缘片44-48层叠起来的方向(Z轴方向)上彼此连接，由此分别形成柱状电感器L1和L2。即，电感器L1和L2的轴向方向基本上垂直于绝缘片44-48的表面(X-Y平面)。通过调节绝缘片47的厚度，能够改变电感器L1和L2地电感值。在第一较佳实施例中，由于输入电容器C3和输出电容器C4的电容值(下面将讨论)，绝缘片47比绝缘片44和45要厚。然而，如果输入电容器C3和输出电容器C4具有较小的电容值，或者如果绝缘片44和45具有更大的介电常数，谐振电容器图案53和54与输入电容器图案55和输出电容器图案56之间的距离分别应当更大。在这种情况下，绝缘片44和45要比绝缘片47要厚。绝缘片47可以作为单个厚片而形成，或者可以通过将多个薄片(如绝缘片44和45)层叠起来而形成。
电感器L1和L2中每一个的一端(通孔50d或51d)被连接到屏蔽图案58以及通过屏蔽图案58短路。电感器L1和L2的另一端(通孔50a或51a)分别连接到谐振电容器图案53和54。当电流在电感器L1和L2中流动时，在电感器L1和L2周围产生磁场，在基本上垂直于电感器L1和L2轴向方向的平面上循环。
谐振电容器图案53设置在绝缘片44的X-Y平面上，面向屏蔽图案57，绝缘片42和43维持在其之间，由此分别限定谐振电容器C1和C2。谐振电容器图案53连接到电感器L1的一端(通孔50a)。电感器L1和电容器C1限定LC谐振器Q1。谐振电容器图案54直接连接到电感器L2的一端(通孔51a)。电感器L2和电容器C2限定LC谐振器Q2。在电感器通孔50a-50d和51a-51d之间分别限定互感M，由此使谐振器Q1和Q2磁耦合。
输入电容器图案55被延伸到绝缘片46的左侧，而输出电容器图案56被延伸到绝缘片46的右侧。输入电容器图案55和输出电容器图案56分别面向谐振电容器图案53和54，绝缘片44和45维持其之间，由此分别限定输入电容器C3和输出电容器C4。
耦合调节通孔59a-59f基本上分别位于绝缘片42-47的中心，在绝缘片42-47层叠起来的方向(Z轴方向)上彼此相互连接，由此限定柱状耦合调节导体59。柱状耦合调节导体59在Z轴方向上设置柱状电感器L1和L2之间并基本上平行于柱状电感器L1和L2。柱状耦合调节导体59的一端(通孔59f)连接到屏蔽图案58，而另一端(通孔59a)连接到屏蔽图案57。与在电感器通孔50a-50d和51a-51d中一样，在耦合调节通孔59a-59f中，长度D1比截面中的宽度D2要长，例如，D1约为1.2mm，D2约为0.2mm。
将屏蔽图案57和58排列成分别占据绝缘片42和48的大面积(X-Y平面)。LC谐振器Q1和Q2设置在屏蔽图案57和58之间。
按照图1所示的次序将绝缘片42-48层叠起来，在绝缘片42的上表面和绝缘片48的下表面上设置保护绝缘片。然后，将具有保护绝缘片的绝缘片42-48整体地烧结，由此产生如图2所示的单片元件60(例如L＝5mm、W＝4mm和H＝2mm)。输入端子P1和输出端子P2分别设置在单片元件60的左表面和右表面。接地端子G1和G2分别设置在单片元件60的近表面和远表面。输入电容器图案55连接到输入端子P1，而输出电容器图案56连接到输出端子P2。屏蔽图案57和58连接到接地端子G1和G2。
在按照如上所述构造的带通滤波器41中，通过耦合调节通孔59a-59f限定的柱状耦合调节导体59设置在LC谐振器Q1和Q2之间。因此通过耦合调节导体59可以调节LC谐振器Q1和Q2的柱状电感器L1和L2之间的互感。结果，能够改变LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数。即，在按照第一较佳实施例构造的带通滤波器41中，耦合调节导体59以纵向结构设置在截面中，如图1所示，由此极大地分别降低LC谐振器Q1和Q2的柱状电感器L1和L2之间的耦合系数。
于是，能够抑制LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数，无需增大它们之间的距离。因此，LC谐振器Q1和Q2不必设置在带通滤波器41的边缘。结果，能够维持LC谐振器Q1和Q2的Q特性。
现在参考图4和5描述本发明的第二较佳实施例。
图4示出第二较佳实施例的带通滤波器71的构造。在第二较佳实施例中，如图图4所示，提供一个具有小的基本上圆形截面的耦合调节导体72，取代图1中所示第一较佳实施例的带通滤波器41的耦合调节导体59。耦合调节导体72是通过基本上在绝缘片42-47的中心分别提供耦合调节通孔72a-72f以及通过在将绝缘片42-47层叠起来的方向(Z轴方向)上使它们彼此相互连接而限定的。在图4中，与图1中所示相同的元件用相同的参考数字表示，对其说明从略。在按照如上所述构造的单片带通滤波器71中，由于耦合调节导体72的截面构造是一个小圆，能够少量地抑制LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数。即，能够以微增量调节LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数。
耦合调节导体72的数目和位置可以改变。例如，如图5所示，可以将带通滤波器71改进为设有两个柱状耦合调节导体82和83的带通滤波器71A，这两个耦合调节导体82和83分别通过连接耦合调节通孔82a-82f和83a-83f而限定。采用这一结构，能够改变LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数。
图6示出根据本发明第三实施例的带通滤波器90的结构。在图6中，与图1中所示相同的元件采用相同的参考数字表示，因此对其说明从略。在第三较佳实施例中，采用绝缘片91、92和93，取代图1中所示的第一较佳实施例的带通滤波器1的绝缘片47。
电感器通孔50d-50f和51d-51f和耦合调节通孔59f-59h分别设置在绝缘片91-93上。在绝缘片92的表面上，用于电连接电感器通孔50e和51e的两个耦合调节导体图案96和98安排在X-Y平面上环绕耦合调节通孔59g。
在带通滤波器90中，可以改变耦合调节导体图案96和98的位置。例如，耦合调节导体图案96和98可以沿滤波器90的厚度定位，由此改变LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数。更具体地说，耦合调节导体图案96和98可以在将绝缘片44至48层叠起来的方向上向谐振电容器图案53和54移动，由此增大LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数。相反地，耦合调节导体图案96和98可以向屏蔽图案58移动，由此减小LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数。结果，能够扩展LC谐振器Q1和Q2之间的耦合系数的调节范围。
本发明的单片LC元件并不限于上述较佳实施例，在所附权利要求书的精神和范围内可以作出各种改进。
LC元件不仅包括带通滤波器，而且包括低通滤波器、高通滤波器、通过带通滤波器的组合限定的双工器、以及通过不同类型电路(如低通滤波器、高通滤波器和陷波电路)的组合限定的双工器。LC元件还包括三工器(triplexer)和多工器(multiplexer)，它们在单个单片元件中具有多个内置滤波器或者具有一个内置滤波器和另一种类型电路。也可以使用具有内置带通滤波器的耦合器，其中按照由通孔限定的柱状电感器，耦合线沿绝缘层的层叠方向设置。
尽管在以上的较佳实施例中，电感器通孔50a-50d和51a-51d限定截面为长条形状的柱状电感器，它们可以配置为基本上为圆柱形状，正如第二较佳实施例的耦合调节导体72(图4)中那样。另外，由电感器通孔限定的电感器可以基本上为圆柱形的，耦合调节导体可以是截面为长条形的。
屏蔽图案可以仅仅在单片元件的上表面或下表面之一上形成。LC谐振器的数目不限于2个，可以提供多个LC谐振器。耦合调节导体不必一定设置在整个LC谐振器之间。耦合调节导体的截面结构、数目、长度和位置可以改变，在这种情况下，LC谐振器之间的耦合系数可以调节。
第三较佳实施例中所采用的耦合调节导体图案96和98可以具有所需的形状，如直线、V形、或弧形，只要它们连接电感器通孔50e和51e。然而，耦合电流在耦合调节导体图案96或98中流动，它可以反映在三角形(V形)耦合调节导体96或98的角落上。于是，耦合调节导体图案96和98较佳地具有平滑的形状，如弧形。
在以上的较佳实施例中，将设有导体图案和通孔的绝缘片层叠起来，然后整体烧结。然而，可以采用预先烧结的绝缘片。
另一方面，LC元件可以按照以下的方法制备。通过诸如印刷的手段由糊状绝缘材料形成绝缘层，然后可以将糊状导电材料施加到绝缘层的表面上，由此限定导体图案和通孔。接下来，可以将糊状绝缘材料施加到导体图案和通孔，由此限定另一绝缘层。同样，可以交替地施加糊状绝缘材料和糊状导体材料，由此限定单片LC元件。
虽然已经具体地示出并参考较佳实施例描述了本发明，本领域的专业技术人员将会理解，可以在形式和细节上作出上述的和其他的变化，而不偏离本发明的精神和范围。