Ceramic low-pass filter

Abstract

A ceramic radio frequency (RF) low-pass filter (100) is provided, including a transmission structure (110), a reference ground (120), a ceramic body (130) separating the transmission structure and the reference ground, an input terminal to inject an RF signal into a first end (112) of the transmission structure, and an output terminal for extracting a low-pass filtered version of the RF signal from a second, opposite end (114) of the transmission structure. To form cascaded higher-and lower-impedance sections (140a-e) between the input and output terminals to low-pass filter the RF signal, a distance (ha-he) separating the transmission structure and the reference ground changes between the higher-and lower-impedance sections.

Description

CERAMIC LOW-PASS FILTERTechnical field

[0001] The present disclosure relates to filters for use in radio communication equipment. In particular, the present disclosure relates to a ceramic filter design for implementing a low-pass filter.Background

[0002] As the radio spectrum used in modern telecommunication systems becomes more crowded, there is a need for better front-end filter solutions. At the same time, the available physical space within e.g. radio base stations and radio units is also becoming more crowded which leads to a need also for more compact and integrated such filter designs.

[0003] One example of a commonly used filter is the low-pass filter, which may be placed in the front-end of a radio unit in order to select wanted frequencies and attenuate unwanted frequencies. Examples of currently available low pass filter solutions include e.g. metal filters, low-temperature co-fired ceramic (LTCC) filters, resistance-inductance-capacitance (RLC) filters, and similar. Low-pass metal filters may be formed as striplines and placed in a metal air cavity, and be implemented as so-called stepped impedance filters in which alternating sections of higher-and lower-impedance are used to generate a desired frequency response. Such metal filters are known to perform well in terms of insertion loss and stop-band width, and can be manufactured using mature production processes. In order to reduce the size and weight of metal filters, various solutions have been proposed such as using sheet-metal bodies, semi-solid die-cast filter housings, lid-soldering, and similar. However, due to limitations of such mechanical processes, further reduction of the size and weight of metal filters has proven difficult.

[0004] Compared to metal filters, low-pass filters based on ceramic material have smaller footprints, and are also easily integrated with the rest of the radio system using e.g. surface mount technology (SMT) processes. Ceramic wave guide (CWG) filters and many multi-mode filters may have a decent out-of-band rejection and insertion loss, but their harmonics are normally close to pass band and may fall into the regulated frequency range. A low-pass filter is often used in conjunction with such  band pass filter to filter out unwanted emissions. LTCC low-pass filters may be made small and easy to integrate, but may have overall limited performance and are not commonly used in e.g. mid-band wireless communication radio front-ends. RLC-type low-pass filters are widely used in circuit-design, but their performance may be less than adequate for radio front-end applications.Summary

[0005] In light of the above-discussed disadvantages of currently available low-pass filters for radio systems, there is therefore a need for an improved filter design which allows for a small overall size while maintaining good performance, in particular to enable the use of multi-mode ceramic filters in e.g. smarter and smaller advanced antenna system (AAS) solutions.

[0006] For this purpose, the present disclosure provides an improved ceramic radio frequency (RF) low-pass filter as defined in and by the accompanying independent claims. Various embodiments of the improved low-pass filter are defined in and by the accompanying dependent claims.

[0007] According to a first aspect, there is provided a ceramic radio frequency (RF) low-pass filter. The low-pass filter includes a transmission structure and a reference ground that extends along the transmission structure. The low-pass filter further includes a first ceramic body separating the transmission structure from the reference ground, an input terminal configured to inject an RF signal into a first end of the transmission structure, and an output terminal configured to extract a low-pass filtered version of the RF signal from another, second end of the transmission structure. To form cascaded higher-and lower-impedance sections between the input and output terminals to low-pass filter the RF signal, a distance separating the transmission structure and the reference ground changes between the higher-and lower-impedance sections.

[0008] As used herein, a “reference ground” is to be understood as a metal structure which serves the purpose of a ground plane commonly used in e.g. contemporary stepped impedance low-pass filters. However, in the envisaged improved low-pass filter, the reference ground is not necessarily planar, and the term “ground plane” is thus not used. As also used herein, a “transmission structure” may  e.g. include a metal transmission line, but may also include e.g. one or more stubs or shunt resonators extending out from one or both sides of such a transmission line.

[0009] The use of a ceramic material instead of e.g. a regular PCB-material (such as FR-4 glass epoxy) may improve the performance of the filter, as ceramic materials may provide a larger dielectric constant and a lower loss tangent. In contemporary stepped impedance low-pass filters, the distance between the transmission line and the ground plane is kept fixed, and the necessary change in impedance between one section and the next is generated solely by changing a width of the transmission line. If using high-performance ceramic materials with high dielectric constants and low loss tangent, creating a high-impedance section may thus require to substantially reduce a width of the transmission line, often approaching or even reaching the limit of what is possible to fabricate in terms of e.g. metallization accuracy. Likewise, to create a low-impedance section in such contemporary low-pass filters, a required width of the transmission line may be larger than what is desired in terms of overall size and volume of the low-pass filter. In the envisaged improved low-pass filter of the first aspect, at least part of the change in impedance between one section and the next is instead generated by changing the distance between the transmission structure and the reference ground. This may allow to increase the required width of the transmission section / line in the high-impedance sections, which may provide an improved insertion loss performance and avoid reaching the limits of fabrication in the high-impedance sections. Likewise, the it may also make possible to reduce the required width of the transmission section / line in the low-impedance sections, thus making the overall size of the filter smaller. The envisaged low-pass filter of the first aspect thus improves upon contemporary available low-pass filters and technology in that it may be easier to manufacture, have an improved performance and also an overall reduced size, and thus enables the use of multi-mode ceramic filters in e.g. radio units and similar.

[0010] In one or more embodiments of the low-pass filter, to provide the changing distance, the transmission structure may be provided on a side of the first ceramic body having one or more lowered and / or raised sections. Phrased differently, along transmission structure, there may for example be a step-up followed by a step-down, or vice versa, in order to create the change in separation-distance when moving from one section to the next.

[0011] In one or more embodiments of the low-pass filter, to provide the changing distance, the reference ground may be provided on a side of the first ceramic body having one or more lowered and / or raised sections. Phrased differently, it may also be possible to e.g. keep the transmission structure planar and instead make the reference ground move closer to / further away from the transmission structure when moving from one section to the next.

[0012] In one more embodiments of the low-pass filter, to provide the changing distance, the transmission structure and reference ground may be provided on opposite sides of the first ceramic body both having one or more lowered and / or raised sections. Phrased differently, it may be possible to create the change in separation-distance by move both of the transmission structure and reference ground closer together / further apart when moving from one section to the next.

[0013] As used herein, “lowered and / or raised sections” may e.g. correspond to a plurality of steps, wherein a “lowered section” is e.g. formed by a step-down, a section of flat surface (valley) , and then a step-up. Likewise, a “raised section” may e.g. be formed by a step-up, a section of flat surface (plateau) , and then a step-down, or similar. By providing such steps on either one or both sides of the first ceramic body at which the transmission structure and reference ground are provided, the distance between the transmission structure and reference ground may thus be alternated. As envisaged herein, such step-ups and step-downs occur in the direction in which the ceramic body separates the transmission structure from the reference ground, e.g. in a direction perpendicular to both a longitudinal direction and a lateral direction of the transmission structure.

[0014] In one or more embodiments of the low-pass filter, the one or more lowered and / or raised sections may at least partially be created by at least one hole or groove in the first ceramic body. For example, a “lowered section” may be created by such a hole or groove.

[0015] In one or more embodiments of the low-pass filter, the transmission structure may form part of a metallization of at least part of a bottom of the at least one hole or groove. The transmission structure may e.g. include a transmission line which follows the surface of the side of the first ceramic body at which the transmission structure is provided, including the surface of the hole or groove.

[0016] In one or more embodiments of the low-pass filter, the transmission structure may form part also of a metallization of at least part of one or more walls of the at least one hole or groove. For example, if a lowered section of the first ceramic body is created by a hole having a flat bottom and e.g. four walls, the transmission section may form a metallization on both the bottom and on one or more of the walls of the hole, which may be e.g. easier to fabricate than to e.g. deposit metal on only the bottom, and which may also help to increase e.g. a capacitance formed between the ground reference and the transmission structure and thereby lower an impedance of this section.

[0017] In one or more embodiments of the low-pass filter, the one or more lowered and / or raised sections may at least partially be created by at least one protrusion or ridge on the first ceramic body. For example, a “raised section” may be created by such a protrusion or ridge.

[0018] In general, by forming the shape of the first ceramic body (e.g. before deposition one or both of the transmission structure and reference ground) , the resulting distance between the transmission structure and the reference ground may thus be changed between adjacent sections.

[0019] In one or more embodiments of the low-pass filter, the low-pass filter may further include an additional, second ceramic body, and the transmission structure may be a stripline structure provided between the first and second ceramic bodies. Here, a stripline “structure” may include e.g. one or more stripline transmission lines, and optionally also one or more stubs and / or shunt resonators extending out from one or both sides of such a transmission line. Providing the transmission structure as a stripline structure may e.g. reduce a leakage compared with a microstrip structure. In these one or more embodiments, the transmission structure may e.g. be provided between first sides of the first and second ceramic bodies facing towards each other, and the reference ground may be provided on one or both of second, opposite sides of the first and second ceramic bodies facing away from each other.

[0020] In one or more embodiments of the low-pass filter, the transmission structure may be a microstrip structure. Here, a microstrip “structure” may include e.g. one or more microstrip transmission lines, and optionally also one or more stubs and / or shunt resonators extending out from one or both sides of such a transmission  line. Providing the transmission structure as a microstrip structure may e.g. make the transmission structure easier to fabricate than compared to a stripline structure.

[0021] As used herein, a microstrip is provided on top / bottom of a single ceramic body, while a stripline is provided in between two ceramic bodies.

[0022] In one or more embodiments of the low-pass filter, the low-pass filter may be a stepped impedance filter. As envisaged herein, a filter having one or more stubs and / or shunt resonators may also be referred to as a stepped impedance filter, as long as there is some impedance change between neighboring sections of the filter caused by changing the distance separating the transmission structure and reference ground (and optionally also by changing a width of the transmission structure, such as e.g. a width of the main transmission line) . One envisaged form of a stepped impedance filter may be a Chebyshev-type filter.

[0023] In one or more embodiments of the low-pass filter, the transmission structure may include a main transmission line and one or more shunt resonators (and / or stubs) . This may allow to create e.g. an elliptic low-pass filter, wherein such shunt resonators including both a capacitance (formed by the hole) and inductor (formed by the arms connecting the hole to the main transmission line) may be required.

[0024] In one or more embodiments of the low-pass filter, in at least one higher-impedance section, the distance separating the transmission structure and reference ground may be larger than in a neighboring lower-impedance section.

[0025] In one or more embodiments of the low-pass filter, in at least one higher-impedance section, a width of the transmission structure may be smaller than in a neighboring lower-impedance section.

[0026] In one or more embodiments of the low-pass filter, in at least one higher-impedance section, the distance separating the transmission structure and the reference ground may be larger than in a neighboring lower-impedance section, and a width of the transmission structure may be smaller than in the neighboring lower-impedance section.

[0027] Phrased differently, in addition to (or instead of) e.g. increasing an impedance of a section of a stepped impedance low-pass filter by reducing a width of the transmission line, an increase in impedance of the section may obtained by  increasing the separation between the transmission line and reference ground. Likewise, in addition to (or instead of) e.g. decreasing an impedance of a section by increasing a width of the transmission lines, a decrease in impedance of the section may be obtained by decreasing the separation between the transmission line and reference ground.

[0028] Other objects and advantages of the present disclosure will be apparent from the following detailed description, the drawings and the claims.Brief description of the drawings

[0029] Exemplifying embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings, in which:

[0030] Figures 1A and 1B provide perspective and cross-sectional views of a ceramic stepped impedance low-pass filter in accordance with embodiments of the present disclosure;

[0031] Figures 2A, 2B and 2C provide perspective and cross-sectional views of another ceramic stepped impedance low-pass filter in accordance with embodiments of the present disclosure;

[0032] Figures 3A, 3B and 3C provide perspective and cross-sectional views of yet another ceramic stepped impedance low-pass filter in accordance with embodiments of the present disclosure;

[0033] Figure 4 provides a perspective view of an elliptic ceramic low-pass filter in accordance with embodiments of the present disclosure, and

[0034] Figure 5 provides results of a validation of a use of high-performance ceramic materials for LPFs as envisaged herein.

[0035] In the drawings, like reference numerals will be used for like elements unless stated otherwise. Unless explicitly stated to the contrary, the drawings show only such elements that are necessary to illustrate the example embodiments, while other elements, in the interest of clarity, may be omitted or merely suggested. If not stated to the contrary, the drawings are also not necessarily drawn to scale, and one or several dimensions may be exaggerated to highlight one or more particular features.Detailed description

[0036] Exemplifying embodiments of the envisaged ceramic low-pass filter will now be described in more detail with reference to the Figures of the accompanying drawings, illustrating for example various envisaged configurations of filters that fall within the scope of the accompanying patent claims. The drawings and the Figures thereon show only certain embodiments of the present disclosure. The envisaged invention of the present disclosure may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein; rather, the scope of the envisaged invention is defined by the accompanying patent claims, and the various embodiments illustrated in the drawings are provided only for thoroughness and completeness, and fully convey the scope of the invention of the present disclosure to the skilled person (as defined by the accompanying patent claims) .

[0037] The present disclosure envisages an improved design of a ceramic low-pass filter (LPF) , which allows for a smaller overall size, good performance, and is easy to manufacture, and which may enable the use of ceramic multi-mode filters in e.g. radio units.

[0038] One embodiment of such a ceramic low-pass filter will now be described in more detail with reference to Figures 1A and 1B.

[0039] Figure 1A schematically illustrates, in a perspective view, a low-pass filter (LPF) 100. The LPF 100 includes a ceramic body 130 which (with reference to the coordinate system spanned by the x-, y-and z-direction shown in Figure 1A) has a longitudinal extension along the y-direction, a lateral extension along the x-direction, and a vertical extension along the z-direction. The particular choice of these orientations is of course arbitrary, and here only used to refer to relative directions and / or orientations. In this particular example, the LPF 100 also has a longitudinal extension coinciding with the y-direction, a lateral extension coinciding with the x-direction, and a vertical extension coinciding with the z-direction.

[0040] The ceramic body 130 has a first side 131 and a second, opposite side 132. In this particular example, the second side 132 is flat, and the first side 131 includes a plurality of lowered and raised sections 140a-e formed by multiple grooves 150a, 150c and 150e through the ceramic body 130 and ridges 150b and 150d on the ceramic  body 130. The grooves and ridges 150a-e are aligned with the x-direction and thus perpendicularly to the longitudinal extension of the LPF 100. The grooves and ridges 150a-e may e.g. be formed by adding or removing material to / from a rectangular block of ceramic material, or similar, using e.g. dry-pressing, sintering, grinding, milling, ceramic injection, and / or any other suitable (solid state) forming process.

[0041] The LPF 100 further includes a metallic transmission structure 110 which is deposited on the first side 131 and across the grooves and ridges 150a-e. The transmission structure 110 is thus a microstrip structure. The transmission structure 110 forms a microstrip transmission line, which extends between its first end 112 and its opposite second end 114. The first and second ends 112 and 114 may e.g. be used as terminals for injecting / extracting an RF signal, or may e.g. be connected to such terminals (not shown) dedicated for that purpose.

[0042] The LPF 100 further includes a reference ground 120, which in this particular example is a metal ground plane provided on the second side 132 of the ceramic body 130. The reference ground 120 extends along the transmission line 110, from the first end 112 to the second end 114, and along the longitudinal y-direction of the transmission line 110. The ceramic body 130 separates the reference ground 120 from the transmission line 110 in the z-direction.

[0043] The grooves and ridges 150a-e divide the LPF 100 into at least five sections 140a, 140b, 140c, 140d and 140e, wherein the grooves and ridges 150a-e cause a distance separating the reference ground 120 and transmission line 110 to change between one section and the next. In the section 140a, the reference ground 120 and transmission line 110 are separated by a distance ha. In the section 140b, the reference ground 120 and transmission line 110 are separated by a distance hb that is larger than the distance ha. In the section 140c, the reference ground 120 and transmission line 110 are separated by a distance hc that is smaller than the distance hb. In the section 140d, the reference ground 120 and transmission line 110 are separated by a distance hd that is larger than the distance hc. Finally, in the section 140e, the reference ground 120 and transmission line 110 are separated by a distance he that is smaller than the distance hd. Thus, the grooves and ridges 150a-e form a plurality of cascaded sections 150a-e, wherein the distance separating the reference ground 120 and transmission line 110 changes between the sections 140a-e.

[0044] In addition, in this particular example, a width of the transmission line 110 also changes between the sections 140a-e. In this particular example, the “width” of the transmission line 110 is measured in the x-direction. In the section 140a, the transmission line 110 has a width wa. In the section 140b, this width is instead wb and smaller than wa. In the section 140c, this width is instead wc and larger than wb. In the section 140d, this width is instead wd and smaller than wc. Finally, in the section 140e, the transmission line 110 has a width we that is larger than wd.

[0045] Due to the changing distance between the reference ground 120 and transmission line 110 (and in this particular example also the changing width of the transmission line 110) between the cascaded sections 140a-e, the LPF 100 is a stepped impedance filter, where higher-impedance sections are formed in the sections 140b and 140d, and lower-impedance sections are formed in the sections 140a, 140c and 140e, where “higher” and “lower” are used to indicate the relative difference in impedance between such sections.

[0046] There may also be assumed to be “sections” including the first and second ends 112 and 114 of the transmission line 110. It is envisaged that in these sections, the respective distances separating the reference ground 120 and the transmission line 110, and optionally also to widths of the transmission line 110, may be configured to e.g. generate a desired input and output impedance of the LPF 100, and similar. An overall order of the LPF 100 may be determined by the number of sections. In this particular example, the LPF 100 includes five sections of alternating impedance (plus sections at the first and second ends 112 and 114 of the transmission line 110) , and may thus be considered to form a fifth-order LPF, e.g. of Chebyshev type. To create LPFs of different order, it is of course envisaged that the exact number of sections may be adjusted accordingly.

[0047] Figure 1B schematically illustrates a cross-section of the LPF 100 taken in a vertical plane of the LPF 100 along the line A-Aillustrated in Figure 1A. Figure 1B further illustrates how the distances ha-he separating the reference ground 120 and transmission line 110 changes between the sections 140a-e, due to the grooves 150a, 150c, 150e and ridges 150b, 150d formed in / on the ceramic body 130. In particular, in this example, the stepped impedances are at least partially formed by moving the transmission line 110 closer or further from the (fixed) reference ground 120 in the  various sections 140a-e, as the grooves and ridges 150a-e are provided only on the side 131 of the ceramic body at which the transmission line 110 is formed.

[0048] Other embodiments of a ceramic low-pass filter as envisaged herein will now be described in more detail with reference to Figures 2A, 2B and 2C.

[0049] Figure 2A schematically illustrates, in a perspective view, a low-pass filter (LPF) 200. The LPF 200 includes a ceramic body 230 which (with reference to the coordinate system spanned by the x-, y-and z-direction shown in Figure 2A) has a longitudinal extension along the y-direction, a lateral extension along the x-direction, and a vertical extension along the z-direction. As mentioned before, the particular choice of these orientations is of course arbitrary, and here only used to refer to relative directions and / or orientations. In this particular example, the LPF 200 also has a longitudinal extension coinciding with the y-direction, a lateral extension coinciding with the x-direction, and a vertical extension coinciding with the z-direction.

[0050] The ceramic body 230 has a first side 231 and a second, opposite side 232. In this particular example, the second side 232 is flat, and the first side 231 includes a plurality of lowered sections formed by multiple holes 250a, 250b and 250c formed in the ceramic body 130 at the first side 231. The holes 250a-c are in this particular example rectangular, but may e.g. have any other suitable shape. The holes 250a-c may e.g. be formed by adding or removing material to / from a rectangular block of ceramic material, or similar, using e.g. dry-pressing, sintering, grinding, milling, ceramic injection, and / or any other suitable (solid state) forming process.

[0051] The LPF 200 further includes a metallic transmission structure 210 in form of a microstrip transmission line, which is deposited on the first side 231 and across the holes 250a-c. The holes 250a-c are fully metallized, i.e. there is a metallic layer formed on both the bottom and all four walls of each hole 250a-c. The transmission line 210 thus forms part of the metallization of the holes 250a-c, and vice versa. The transmission line 210 extends between a first end 212 and an opposite, second end 214. The first and second ends 212 and 214 may e.g. be used as terminals for injecting / extracting an RF signal, or may e.g. be connected to such terminals (not shown) dedicated for that purpose. In this particular example, the first and second ends 212 and 214 of the transmission line 210 do not coincide with the ends of the ceramic block 230, such that the transmission line 210 only extends partially along  the full width of the ceramic body 230. Fully metallizing the holes 250a-c may e.g. be easier in terms of manufacturing than to only partially metallize the holes 250a-c, and may e.g. also increase a capacitance between the holes 250a-c / transmission line 210 and the reference ground 210 and thereby help to lower the impedance.

[0052] The LPF 200 further includes a reference ground 220, which in this particular example is a metal ground plane provided on the second side 232 of the ceramic body 230. The reference ground 220 extends along the transmission line 210, from the first end 212 to the second end 214, and along the longitudinal y-direction of the transmission line 210.

[0053] The holes 250a-c divide the LPF 200 into at least five sections 240a, 240b, 240c, 240d and 240e, wherein the sections 240a, 240c and 240e includes a respective one of the holes 250a-c, and wherein the sections 240b and 240d are flat parts of the first side 231 of the ceramic body 230 formed between the holes 250a-c. The holes 250a-c cause a distance separating the reference ground 220 and transmission line 210 to change between one section and the next. In the section 240a, the reference ground 220 and transmission line 210 are separated by a distance ha. In the section 240b, the reference ground 220 and transmission line 210 are separated by a distance hb. Due to the presence of the hole 250a, the distance ha is smaller than the distance hb. In the section 240c, the reference ground 420 and transmission line 410 are separated by a distance hc that is, due to the presence of the hole 250b, smaller than the distance hb. In the section 240d, the reference ground 220 and transmission line 210 are separated by a distance hd that is larger than the distance hc. Finally, in the section 240e, the reference ground 220 and transmission line 210 are separated by a distance he that is (due to the hole 250c) smaller than the distance hd. Thus, the holes 250a-c generate a plurality of cascaded sections 240a-e of the LPF 200, wherein the distances ha-he separating the reference ground 220 and transmission line 210 changes between the sections 240a-e.

[0054] In addition, in this particular example, a width of the transmission line 210 also changes (due to the holes 250a-c) between the sections 240a-e. In the section 240a, the transmission line 110 and the hole 250a have a width wa. In the section 240b, the transmission line 210 has a width wb that is smaller than wa. In the section 240c, the transmission line 210 and the hole 250b have a width wc that is larger than wb. In the section 240d, the width of the transmission line 210 is wd (smaller than  wc) . Finally, in the section 240e, the transmission line 210 and the hole 250c have a width we that is larger than wd.

[0055] Due to the changing distance between the reference ground 220 and transmission line 210 (and in this particular example also the changing width of the transmission line 210) between the cascaded sections 240a, the LPF 100 is a stepped impedance filter, where higher-impedance sections are formed in the sections 240b and 240d, and lower-impedance sections are formed in the sections 140a, 140c and 140e, where “higher” and “lower” are used to indicate the relative difference in impedance between such sections.

[0056] It may also be assumed to be “sections” including the first and second ends 212 and 214 of the transmission line 210. It is envisaged that in these sections, the respective distances separating the reference ground 120 and the transmission line 210, and optionally also to widths of the transmission line 210, may be configured to e.g. generate a desired input and output impedance of the LPF 200, and similar. Just as for the LPF 100 described with reference to Figures 1A and 1B, an overall order of the LPF 200 may be determined by the number of sections. In this particular example, the LPF 200 includes five sections of alternating impedance (plus sections at the first and second ends 212 and 214 of the transmission line 210) , and may thus be considered to form a fifth-order LPF, e.g. of Chebyshev type. To create LPFs of different order, it is of course envisaged that the exact number of sections may be adjusted accordingly, e.g. by increasing or reducing the number of holes provided in the ceramic body 230.

[0057] Figure 2B schematically illustrates a cross-section of the LPF 200 taken in a vertical plane of the LPF 200 along the line A-Aillustrated in Figure 2A. Figure 2B further illustrates how the distances ha-he separating the reference ground 120 and transmission line 210 changes between the sections 240a-e, due to the holes 250a-c formed in / on the ceramic body 230. In particular, in this example, the stepped impedances are formed by moving the transmission line 210 closer to the reference ground 220 in the sections 240a, 240c and 240d including a hole 240a-c, as the holes 240a-c are provided only on the side 231 of the ceramic body at which the transmission line 210 is formed.

[0058] Although the sections 240b and 240d are not “raised” relative to e.g. the end-sections at the first and second ends 212 and 214 of the transmission line 210,  the sections 240b and 240d may still be considered “raised” if considered relative to the sections 240a, 240c and 240e. Thus, as generally used herein, “lowered and raised” sections means that the sections are such that the distance between the reference ground and transmission structure changes between two adjacent sections. Thus, “lowered and raised” sections may just as well be referred to as “more lowered and less lowered” , “more raised and less raised” , and similar, as long as the sections provides the desired change in separation between reference ground and transmission section between adjacent sections.

[0059] Figure 2C schematically illustrates a cross-section of another example LPF 201, but wherein the ceramic body 230 is provided with one or more raised and / or lowered sections on both of the first and second sides 231 and 232 of the ceramic body 230. The LPF 201 may thus correspond to the LPF 200 with holes provided also on the second side 232, or similar, or e.g. to the LPF 100 described with reference to Figures 1A and 1B, but with grooves and / or ridges provided also on the second side 132 of the ceramic body 130, or to any other LPF as envisaged herein. It may, of course, also be possible to e.g. have ridges and grooves on one side and holes on the other side, or e.g. combine both holes, protrusions, ridges and grooves on one or both sides. In particular, in the LPF 201, the change in distance between the reference ground 220 and the transmission structure 210 is thus generated by moving both (and not just only one of) the reference ground 220 and transmission structure 210 closer together or further apart when moving from one section to the next. Other examples are of course also possible, e.g. where multiple holes are only provided in some of the sections, and / or where multiple ridges (i.e., at least one ridge on each side of the ceramic body) are only provided in some of the sections, and similar. The exact configuration of the one or more lowered and / or raised sections, on one or both of the first and second sides of the ceramic body, and the resulting exact distances separating the reference ground and transmission structure in each such section, and optionally also a width of the transmission structure in each such section, may of course be configured in accordance with a desired set of impedances in each section.

[0060] Yet other example embodiments of a ceramic low-pass filter as envisaged herein will now be described in more detail with reference to Figures 3A-3C.

[0061] Figure 3A schematically illustrates, in a perspective view, a low-pass filter (LPF) 300. The LPF 300 includes a first ceramic body 330 as well as a second  ceramic body 360. The first ceramic body 330 has a first side 331 and an opposite second side 332. The second ceramic body 360 also has a first side 361 and an opposite second side 362. The first and second ceramic bodies 330 and 360 are arranged such that the second side 332 of the first ceramic body 330 faces the first side 361 of the second ceramic body 360, and such that the first side 331 of the first ceramic body 330 and the second side 362 of the second ceramic body 360 thus faces away from each other.

[0062] In this example, a transmission structure 310 in form of a transmission line is provided in between the first and second ceramic bodies 330 and 360, e.g. on one or both of the second side 332 of the first ceramic body 330 and the first side 361 of the second ceramic body 360. The transmission line 310 is thus interposed between the ceramic bodies 330 and 360, and forms a stripline transmission line.

[0063] A plurality of raised and lowered sections 340a, 340b, 340c, 340d and 340e are provided at the first side 331 of the first ceramic body 330, in the form of grooves 350a, 350c and 350e in the ceramic body 330 and ridges 350b and 350d on the ceramic body 330. A reference ground 320 is deposited on the first side 331 of the ceramic body 330 and across the grooves and ridges 350a-e. Consequently, the grooves and ridges 350a-e divide the LPF 300 into a plurality of cascaded sections 340a-e, wherein, as corresponding distances ha, hb, hc, hd and he separating the reference ground 320 and transmission line 310 in the sections 340a-e change between one section and the next, there is formed a plurality of cascaded higher-and lower-impedance sections 340a-e. As before, a smaller distance separating the reference ground 320 and the transmission line 310 gives rise to a lower-impedance section, while a larger distance gives rise to a higher-impedance section (in relative measurements) . The section 340a is thus a lower-impedance section compared to the section 340b which is a higher-impedance section, and so on.

[0064] In this particular example, to further increase the difference in impedance between one section and the next, a width of the transmission line 310 changes between the sections 340a-e. The transmission line 310 has a width wa in section 340a, a width wb smaller than wa in section 340b, a width wc larger than wb in section 340c, a width wd smaller than wc in section 340d, and a width we larger than wd in section 340e.

[0065] Just as described earlier herein, the cascaded higher-and lower-impedance sections 340a-e formed by the changing distances ha-he between the sections 340a-e thus help to provide low-pass filtering of a signal injected e.g. at the first end 312 of the transmission line 310 and extracted at the second end 314 of the transmission line 310.

[0066] Figure 3B schematically illustrates a cross-section of the LPF 300 taken in a vertical plane along the line A-Aindicated in Figure 3A. Figure 3B serves to illustrate how, contrary to the examples described earlier herein with reference to e.g. Figures 1A and 2A, a stripline configuration may also be used instead of (or in addition to) a microstrip configuration.

[0067] Figures 3A and 3B also serve to illustrate that the reference ground and transmission line of the envisaged LPFs need not be provided on different sides of a same ceramic body, but may be provided on different ceramic bodies as long as the desired functionality of the LPF is achieved. In the example LPF 300, the transmission line 310 may e.g. be provided on one side of the first ceramic body 330 and the reference ground 320 may be provided on one side of the second ceramic body 360. The two ceramic bodies 330 and 360 may then e.g. be bonded together, such that the transmission line 310 ends up between the two bodies 330 and 360. In other envisaged examples, both the transmission line 310 and the reference ground 320 may instead be provided on opposite sides of a same first ceramic body, and another second ceramic body may be bonded to this first ceramic body, using one or more contemporarily known techniques for this purpose. Of course, such bonding may also (or instead) be performed between e.g. one ceramic body and a transmission structure or reference ground provided on the other ceramic body.

[0068] Figure 3C schematically illustrates a cross-section of another embodiment of a LPF 301 similar to the LPF 300, but where the reference ground 320 is provided on both the first side 331 of the first ceramic body 330 and on the second side 362 of the second ceramic body 360. This may e.g. be achieved by providing the reference ground 320 as a metallization of the entire outer surface of the LPF 301 / 300, or similar. Such a full metallization of the entire outer surface of the LPF 301 / 300 may e.g. provide a better shielding of the interposed stripline.

[0069] Yet another example embodiment of a ceramic low-pass filter as envisaged herein will now be described in more detail with reference to Figures 4.

[0070] Figure 4 schematically illustrates, in a perspective view, a ceramic low-pass filter (LPF) 400. The LPF 400 includes a ceramic body 430 which (with reference to the coordinate system spanned by the x-, y-and z-direction shown in Figure 4) has a longitudinal extension along the y-direction, a lateral extension along the x-direction, and a vertical extension along the z-direction. The particular choice of these orientations is of course, as mentioned earlier herein, arbitrary, and here only used to refer to relative directions and / or orientations. In this particular example, the LPF 400 thus also has a longitudinal extension coinciding with the y-direction, a lateral extension coinciding with the x-direction, and a vertical extension coinciding with the z-direction.

[0071] The ceramic body 430 has a first side 431 and a second, opposite side 432. In this particular example, the second side 432 is flat, and the first side 431 includes a plurality of holes 450a, 450b, 450c and 450d. The holes 450a-d may e.g. be metallized, and e.g. have a metallic layer on one, some or all of the respective bottom and walls of each hole.

[0072] The LPF 400 further includes a metallic reference ground 420 that is deposited on the (flat) second side 432 of the ceramic body 430.

[0073] The LPF 400 further includes a metallic transmission structure 410, which includes a main transmission line 411 that is deposited on the first side 431 of the ceramic body 430 and which extends between a first end 412 and a second end 414. The main transmission line 411 does not intersect with the holes 450a-d. Instead, to connect the main transmission line 411 with the holes 450a-d, the transmission structure 410 further includes arms 416a-d which connects the main transmission line 411 to each of the holes 450a-d, respectively. The arms 416a-d may e.g. be formed from a same (metallic) material as that of the main transmission line 411.

[0074] Here, the main transmission line 411 and the arms 416a-d are arranged in a same plane, but the metallization of the holes 450a-d form part of the transmission structure 410 as the arms 416a-d are in contact with / forms part of the metallization of the holes 450a-d, and vice versa. Consequently, the LPF 400 includes a plurality of raised and / or lowered sections 440a-i (wherein e.g. the sections 440a, 440c, 440e, 440g and 440i include only parts of the main transmission line 411, and wherein the sections 440b, 440d, 440f and 440h include parts of the transmission line 411 as well as corresponding parts of the arms 416a-d and (metallization of) the holes 450a-d. In  particular, a distance separating the transmission structure 410 and the reference ground 420 thus changes between the cascaded sections 440a-i, as the holes 450a-d reduces the distance between the transmission structure 410 and the reference ground 420 at least where the holes 450a-d are located. It may also be assumed that e.g. a width of the transmission section 410 changes between the sections 440a-i.

[0075] At the first and second ends 412 and 414 of the transmission line 411, the transmission line 411 has a width w1 and w2, respectively. In the sections 440a, 440c, 440e, 440g and 440i, the transmission line 411 have widths wa, wc, we, wg and wi, respectively. In the sections 440b, 440d, 440f and 440h, the arms 440a-d have widths wb, wd, wf and wf, respectively. The parts of the transmission structure 410 not belonging to the holes 450a-d may be assumed to be separated with a distance h1 from the reference ground 420. At the holes 450a-d, the transmission structure 410 may be assumed to be separated from the reference ground 420 with a distance ha, hb, hc and hd, respectively (not shown in Figure 4) . Thus, as the distances ha-hd are smaller than h1, there are lowered and / or raised sections of the LPF 400 as described earlier herein.

[0076] In this particular example, the geometry is more complex than in e.g. the examples described with reference to for example Figures 1A, 2A and 2C. Here, the arms 416a-d and holes / metallization 450a-d form shunt resonators connected to the main transmission line 411, and may be used to e.g. create an elliptic LPF. Shown in Figure 4 is also examples of additional holes 470 which do not form part of the transmission structure 410, but which may optionally be provided for e.g. tuning of the LPF 400.

[0077] In general, the envisaged LPFs described herein can be utilized to implement various LPFs of various topologies. For example, such filters may be designed using e.g. ladder topologies and lumped-element prototypes, also commonly referred to as e.g. cascaded lines designs, wherein cascaded sections of alternating higher-and lower-impedance are formed and correspond to series inductors and shunt capacitors, respectively. A series inductor may correspond to a section of transmission line having a smaller width and / or increased distance to the reference ground, and a shunt capacitor may correspond to a section of transmission line (or of the transmission structure) having an increased width (or size) and / or decreased distance to the reference ground. For more complex topologies requiring also one or  more shunt resonators, this may also be achieved by e.g. a structure such as that illustrated in Figure 4. It is also envisaged that contrary to e.g. the examples described with reference to for example Figures 1A, 2A and 3A, the transmission structure does not necessarily need to be symmetric in the plane spanned by the x-and y-directions. For example, instead of symmetrically extending the width of the transmission line on both sides in a lower-impedance section, it is envisaged to instead only (at least in some sections) extend the width on one side of the transmission line, in order to create a so-called “stub” . In general, it is envisaged that the concept of changing the distance between the transmission structure and reference ground instead of (or in addition to) solely adjusting the width to alter the impedance may be utilized in any lumped-element section wherein such a change in impedance between one section and the next is required, with the same benefits as discussed earlier herein and also below.

[0078] A comparison of the use of higher-performance ceramic materials versus PCB-based counterparts for LPF designs will now be described in more detail with reference to Figure 5.

[0079] To validate the performance of ceramic-vs PCB-based materials, simulations were conducted for both microstrip and stripline LPF-designs and the results thereof are presented in Table 1.

[0080] Table 1.

[0081] In Table 1, “Dk” is the dielectric constant and “Df” is the dissipation factor. For CLPF1 and CLPF2, a ceramic material with higher dielectric constant was used, and it can be seen that the resulting losses are lower for both CLPF1 and CLPF2 compared to their PCB-based counterparts. Thus, as validated in Table 1, the use of higher-performance ceramic materials allows to create low-pass filters with lower insertion loss.

[0082] Figure 5 illustrates a plot 500 of the results of further such simulations (over a finite frequency interval) , and includes a curve 501 illustrating insertion-loss (y-axis, measured in dB) for the design CLPF1, a curve 502 illustrating insertion-loss for the design CLPF2, a curve 503 illustrating insertion-loss for the design PLPF1, and a curve 504 illustrating insertion-loss for the design PLPF2, all as a function of frequency (x-axis, measured in GHz) . As may be derived from Figure 5, the improved designs CLPF1 and CLPF2 provides lower insertion-loss through the full frequency spectra from 3.0 to 4.0 GHz.

[0083] In summary of what has been described herein so far, an as further validated by the results presented in Table 1 and Figure 5, use of higher-performance ceramic materials may provide LPFs with lower insertion loss. As described earlier herein, by generating at least some part of the changing impedance between adjacent sections by changing the distance between the transmission structure and the reference ground, the width of the transmission structure / line in the high-impedance sections does not need to be as narrow as if keeping the distance between the transmission structure / line and reference ground constant everywhere, which reduces the risk of exceeding the capabilities of the manufacturing process in terms of e.g. metallization accuracy, as would otherwise be the risk if attempting to manufacture LPFs using the high-performance ceramic materials discussed herein. The present disclosure thus enables the manufacturing of such high-performance ceramic LPFs. In addition, as the concept of the present disclosure also allows to make the width of the transmission structure in the lower-impedance sections smaller (for a same assumed impedance) , the envisaged improved LPFs may also be made smaller with an overall reduced footprint, and thus particularly suitable for use in e.g. radio units and similar wherein the available space for such filters is becoming more crowded and / or more limited as technology evolves. The present disclosure thus enables the use of such high-performance ceramic materials for LPF- manufacturing, enables to provide LPFs with more superb in-band performance, with lower insertion loss, and with sufficiently decent out-of-band rejection compared to e.g. contemporary CWG filters.

[0084] Although features and elements may be described above in particular combinations, each feature or element may be used alone without the other features and elements or in various combinations with or without other features and elements. Additionally, variations to the disclosed embodiments may be understood and effected by the skilled person in practicing the claimed invention as defined by the appended patent claims, from a study of the drawings, the disclosure, and the appended claims themselves. In the claims, the words “comprising” and “including” does not exclude other elements, and the indefinite article “a” or “an” does not exclude a plurality. The mere fact that certain features are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these features cannot be used to advantage.

Claims

1.A ceramic radio frequency, RF, low-pass filter (100) , comprising:-a transmission structure (110) ;-a reference ground (120) extending along the transmission structure;-a first ceramic body (130) separating the transmission structure from the reference ground;-an input terminal configured to inject an RF signal into a first end (112) of the transmission structure, and-an output terminal configured to extract a low-pass filtered version of the RF signal from another, second end (114) of the transmission structure,wherein, to form cascaded higher-and lower-impedance sections (140a-e) between the input and output terminals to low-pass filter the RF signal, a distance (ha-he) separating the transmission structure and the reference ground changes between the higher-and lower-impedance sections.2.The filter according to claim 1, wherein, to provide the changing distance, the transmission structure is provided on a side (131) of the first ceramic body having one or more lowered and / or raised sections (150a-e) .3.The filter according to claim 1, wherein, to provide the changing distance, the reference ground is provided on a side of the first ceramic body having one or more lowered and / or raised sections.4.The filter according to claims 2 and 3, wherein, to provide the changing distance, the transmission line and the reference ground are provided on opposite sides of the first ceramic body both having one or more lowered and / or raised sections.5.The filter according to any one of claims 2 to 4, wherein the one or more lowered and / or raised sections are at least partially created by at least one hole or groove (150a, 150c, 150e) in the first ceramic body.6.The filter according to claim 5 depending on claim 2, wherein the transmission structure forms part of a metallization of at least part of a bottom of the at least one hole or groove.7.The filter according to claim 6, wherein the transmission structure forms part also of a metallization of at least part of one or more walls of the at least one hole or groove.8.The filter according to any one of claims 2 to 7, wherein the one or more lowered and / or raised sections are at least partially created by at least one protrusion or ridge (150b, 150d) on the first ceramic body.9.The filter according to any one of the preceding claims, further comprising an additional, second ceramic body, wherein the transmission structure is a stripline structure and provided between the first and second ceramic bodies.10.The filter according to any one of claims 1 to 8, wherein the transmission structure is a microstrip structure.11.The filter according to any one of the preceding claims, wherein the filter is a stepped impedance filter.12.The filter according to any one of the preceding claims, wherein the transmission structure includes a main transmission line and one or more shunt resonators.13.The filter according to any one of the preceding claims, wherein in at least one higher-impedance section, the distance separating the transmission structure and the reference ground is larger than in a neighboring lower-impedance section.14.The filter according to any one of the preceding claims, wherein in at least one higher-impedance section, a width of the transmission structure is smaller than in a neighboring lower-impedance section.15.The filter according to any one of the preceding claims, wherein in at least one higher-impedance section, the distance separating the transmission structure and the reference ground is larger than in a neighboring lower-impedance section, and a width of the transmission structure is smaller than in the neighboring lower-impedance section.

Images