CN104409813A - 一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信用滤波器技术领域，特别涉及一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器。其包括：从上到下排列的第一金属接地层、第一谐振器层、第二谐振器层、第三谐振器层、第四谐振器层、第五谐振器层、第六谐振器层、第七谐振器层和第二金属接地层；在第一金属接地层和第二金属接地层之间，每两个相邻的谐器振层之间设置有介质层，在第一金属接地层和第一谐振器层之间设置有介质层，在第七谐振器层和第二金属接地层设置有介质层；所述同轴线竖直贯穿第二谐振器层、第三谐振器层、第四谐振器层、第五谐振器层、第六谐振器层。

Description

一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器

技术领域

本发明属于无线通信用滤波器技术领域，特别涉及一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，本发明是一种基于低温共烧陶瓷技术的垂直交指型带通滤波器，适用于各种射频终端、前端，也能够封装成独立的器件单独使用，能够广泛应用于无线通信领域。

背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展，给人们的生活带来了诸多的便利，在众多领域中如广播、电视、移动通信、卫星定位、射频识别中均有广泛的应用。而广泛的应用对滤波器的设计提出了更高的要求如高可靠性、小型化、高性能，从而应对日益紧张的频率资源。

虽然实现滤波器的方式有多种多样，但是要满足高可靠性、高性能、小型化这些要求实属不易。首先，在常见的技术中，平面微带滤波器可以减小体积，但是其平面结构无法更进一步减小体积；其次，由于微带结构是半开放的结构，不可避免的辐射会导致损耗过大；另外，传统的滤波器结构难以保持较好的选择性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，本发明是一种七阶垂直交指型带通滤波器，具有结构简单紧凑、选择性好、可靠性高的特点。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，包括：位于顶部的第一金属接地层、位于底部的第二金属接地层；

在第一金属接地层和第二金属接地层之间，从上到下依次排列有第一谐振器层、第二谐振器层、第三谐振器层、第四谐振器层、第五谐振器层、第六谐振器层、以及第七谐振器层，每两个相邻的谐振器层之间设置有介质层，在第一金属接地层和第一谐振器层之间设置有介质层，在第七谐振器层和第二金属接地层设置有介质层；每个谐振器层包括金属结构层、以及由金属结构层包围的谐振腔；

所述基于源和负载耦合的垂直交指滤波器还包括至少一个互联通孔，每个互联通孔为导电通孔，每个互联通孔位于第一金属接地层和第二金属接地层之间，并贯穿各个谐振器层和各个介质层；

所述第一谐振器层的侧面设置有馈电端口，所述第七谐振器层的侧面设置有馈电端口；所述基于源和负载耦合的垂直交指滤波器还包括与水平面垂直的同轴线，所述同轴线的上端与所述第一谐振器层的馈电端口水平对齐，所述同轴线的下端与所述第七谐振器层的馈电端口水平对齐，所述同轴线竖直贯穿第二谐振器层、第三谐振器层、第四谐振器层、第五谐振器层、第六谐振器层。

本发明的特点和进一步改进在于：

所述每个谐振器层的谐振腔为四分之一波长谐振腔。每个谐振器层的金属结构层包括位于其外围的外围金属结构、以及从外围金属结构伸入至对应的谐振腔内的金属伸入结构；对于第二谐振器层、第四谐振器层、以及第六谐振器层，每个谐振器层的金属伸入结构从对应的外围金属结构的第一侧伸入对应的谐振腔内；对于第三谐振器层和第五谐振器层，每个谐振器层的金属伸入结构从对应的外围金属结构的第二侧伸入对应的谐振腔内；第一侧为左侧或右侧，当第一侧为左侧时，第二侧为右侧，当第一侧为右侧时，第二侧为左侧。

所述第一谐振器层和第七谐振器层具有相同的内部结构；对于第一谐振器层和第七谐振器层，每个谐振器层的金属伸入结构在远离对应的外围金属结构的一端设有长方形的金属片。

所述各个金属接地层、各个介质层、各个谐振器层组合成长方体状的封闭结构。

所述第一谐振器层的馈电端口和所述第七谐振器层的馈电端口位于所述基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的同一侧。

每个介质层的材料为Ferro-A6生胚材料。

所述第一谐振器层的馈电端口设置有抽头线，所述第七谐振器层的馈电端口设置有抽头线；

所述同轴线包括位于其外部的金属管状外导体、位于金属管状外导体内部的内导体、以及位于金属管状外导体和内导体之间的绝缘介质，所述内导体的横截面为圆形，所述金属管状外导体中心线与所述内导体的中心线重合，所述内导体的横截面的直径小于抽头线的直径，并且大于所述抽头线的直径的一半。

本发明的有益效果为：本发明的谐振器使用四分之一波长的谐振器，谐振器以交指型结构进行耦合，进一步地减小了体积重量。本发明的介质层的材料为低温共烧陶瓷，这种材料具有较低的介电常数、小的损耗角正切和低的插入损耗，使本发明具有优异的高频性能。本发明引入了源和负载的耦合，使得本发明的滤波器的过渡带更加陡峭，选择特性更好。本发明可以通过调节抽头线的宽度来调节其特性阻抗，便于其集成于各种电路中与相连接的电路匹配。

附图说明

图1a为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第一金属接地层的结构示意图；

图1b为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第一谐振器层的部分结构示意图；

图1c为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第二谐振器层的结构示意图；

图1d为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第三谐振器层的结构示意图；

图1e为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第四谐振器层的结构示意图；

图1f为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第五谐振器层的结构示意图；

图1g为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第六谐振器层的结构示意图；

图1h为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第七谐振器层的部分结构示意图；

图1i为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第二金属接地层结构示意图；

图2为本发明实施例在互联通孔处的部分剖视示意图；

图3为本发明实施例中同轴线处的部分剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器包括位于顶部的第一金属接地层1、位于底部的第二金属接地层9；在第一金属接地层1和第二金属接地层9之间，从上到下依次排列有第一谐振器层2、第二谐振器层3、第三谐振器层4、第四谐振器层5、第五谐振器层6、第六谐振器层7、以及第七谐振器层8。参照图1a，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第一金属接地层的结构示意图；参照图1b，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第一谐振器层的部分结构示意图；参照图1c，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第二谐振器层的结构示意图；参照图1d，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第三谐振器层的结构示意图；参照图1e，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第四谐振器层的结构示意图；参照图1f，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第五谐振器层的结构示意图；参照图1g，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第六谐振器层的结构示意图；参照图1h，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第七谐振器层的部分结构示意图；参照图1i，为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的第二金属接地层结构示意图。本发明实施例中，每个金属接地层采用金属铜制成，每两个相邻的谐振器层之间设置有介质层，在第一金属接地层1和第一谐振器层2之间设置有介质层，在第七谐振器层8和第二金属接地层9设置有介质层；每个介质层的材料为Ferro公司生产的A6生坯材料，其介电常数为5.9，每个介质层的厚度为0.193mm。每个谐振器层包括金属结构层、以及由金属结构层包围的谐振腔16。每个谐振器层为封闭结构，其金属结构层采用金属铜制成，每个金属接地层呈长方体状，每个介质层呈长方体状，每个谐振器层呈长方体状，各个金属接地层、各个介质层、各个谐振器层相互平行，各个金属接地层、各个介质层、各个谐振器层组合成长方体状的封闭结构，也就是说，各个金属接地层、各个介质层、各个谐振器层的横截面尺寸相同。在制备本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器时，依次经过叠层、对齐、热压、切片等工艺形成各个金属接地层、各个介质层、各个谐振器层组合成的长方体。

本发明实施例中，结合图1b和图1h，第一谐振器层2的侧面设置有馈电端口，所述第七谐振器层8的侧面设置有馈电端口，第一谐振器层2的馈电端口和第七谐振器层8的馈电端口位于本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的同一侧(各个金属接地层、各个介质层、各个谐振器层组合成的长方体的同侧)，每个馈电端口的材料为金属铜，馈电端口为本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的输入/输出端口，用于接入需要进行滤波的信号或输出滤波后信号，对于第一谐振器层2的馈电端口和第七谐振器层8的馈电端口，其中一个馈电端口为本发明的输入端口，另一个馈电端口为本发明的输出端口。在使用本发明时，在第一谐振器层2的馈电端口设置抽头线14，在所述第七谐振器层8的馈电端口设置抽头线14，这样，利用抽头线就可以接入信号或输出信号。抽头线14为纵截面为圆形。

本发明实施例中，每个谐振器层的谐振腔16为四分之一波长谐振腔，每个谐振器层的金属结构层包括位于其外围的外围金属结构11、以及从外围金属结构11伸入至对应的谐振腔内的金属伸入结构12。结合图1c、图1e和图1g，对于第二谐振器层3、第四谐振器层5、以及第六谐振器层7，每个谐振器层的金属伸入结构12从对应的外围金属结构11的右端(短路端)伸入对应的谐振腔内，金属伸入结构12远离外围金属结构11的一端为开路端；结合图1d和图1f，对于第三谐振器层4和第五谐振器层6，每个谐振器层的金属伸入结构12从对应的外围金属结构11的左端(短路端)伸入对应的谐振腔内，金属伸入结构12远离外围金属结构11的一端为开路端。第一谐振器层2、第二谐振器层3、第三谐振器层4、第四谐振器层5、第五谐振器层6、以及第六谐振器层7、第七谐振器层8组合成形成交指型结构。

本发明实施例中，上述基于源和负载耦合的垂直交指滤波器还包括至少一个互联通孔15，参照图2，为本发明实施例在互联通孔处的部分剖视示意图，每个互联通孔15为导电通孔，其内壁上涂有导电涂层，每个互联通孔15于第一金属接地层1和第二金属接地层9之间，并贯穿各个谐振器层和各个介质层。每个互联通孔与水平面垂直，各个谐振器层、各个接地层通过互连通孔实现电连接。

本发明实施例中，上述基于源和负载耦合的垂直交指滤波器还包括与水平面垂直的同轴线10，参照图3，为本发明实施例中同轴线处的部分剖视示意图。同轴线10的上端与第一谐振器层2的馈电端口水平对齐，同轴线10的下端与所述第七谐振器层8的馈电端口水平对齐，同轴线10竖直贯穿第二谐振器层3、第三谐振器层4、第四谐振器层5、第五谐振器层6、第六谐振器层7、以及相应的介质层。本发明实施例中，同轴线10包括位于其外部的金属管状外导体、位于金属管状外导体内部的内导体、以及位于金属管状外导体和内导体之间的绝缘介质，所述内导体的横截面为圆形，所述金属管状外导体中心线与所述内导体的中心线重合，所述金属管状外导体的横截面的直径为所述内导体的横截面的直径的二倍，所述内导体的横截面的直径小于抽头线14的直径，并且大于抽头线14的直径的一半。同轴线10用于向本发明中引入源和负载的耦合，同轴线10的内导体的直径决定了引入的源和负载的耦合强度。源和负载的耦合引入后，会在带外产生传输零点，从而使本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的过渡带更陡峭，选择性更好。

本发明实施例中，为避免本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器在使用过程中发生频率的偏移，对于第一谐振器层2和第七谐振器层8，每个谐振器层的金属伸入结构12在远离对应的外围金属结构11的一端设有长方形的金属片13，金属片13是具有补偿电容功能的结构，通过改变金属片13的长和宽，就可以补偿频率的偏移。

将本发明的滤波器在商业电磁仿真软件Ansys HFSS中进行仿真，其仿真结果表明，在通带8～12GHz的频段，本发明端口的回波损耗小于-20dB，插入损耗大于-1.3dB，阻带内具有25dB的衰减，可见本发明的基于源和负载耦合的垂直交指滤波器具有良好的选择性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，其特征在于，包括：位于顶部的第一金属接地层(1)、位于底部的第二金属接地层(9)；

在第一金属接地层(1)和第二金属接地层(9)之间，从上倒下依次排列有第一谐振器层(2)、第二谐振器层(3)、第三谐振器层(4)、第四谐振器层(5)、第五谐振器层(6)、第六谐振器层(7)、以及第七谐振器层(8)，每两个相邻的谐振器层之间设置有介质层，在第一金属接地层(1)和第一谐振器层(2)之间设置有介质层，在第七谐振器层(8)和第二金属接地层(9)设置有介质层；每个谐振器层包括金属结构层、以及由金属结构层包围的谐振腔(16)；

所述基于源和负载耦合的垂直交指滤波器还包括至少一个互联通孔(15)，每个互联通孔(15)为导电通孔，每个互联通孔(15)位于第一金属接地层(1)和第二金属接地层(9)之间，并贯穿各个谐振器层和各个介质层；

所述第一谐振器层(2)的侧面设置有馈电端口，所述第七谐振器层(8)的侧面设置有馈电端口；所述基于源和负载耦合的垂直交指滤波器还包括与水平面垂直的同轴线(10)，所述同轴线(10)的上端与所述第一谐振器层(2)的馈电端口水平对齐，所述同轴线(10)的下端与所述第七谐振器层(8)的馈电端口水平对齐，所述同轴线(10)竖直贯穿第二谐振器层(3)、第三谐振器层(4)、第四谐振器层(5)、第五谐振器层(6)、第六谐振器层(7)。

2.如权利要求1所述的一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，其特征在于，所述每个谐振器层的谐振腔(16)为四分之一波长谐振腔。

3.如权利要求2所述的一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，其特征在于，每个谐振器层的金属结构层包括位于其外围的外围金属结构(11)、以及从外围金属结构(11)伸入至对应的谐振腔内的金属伸入结构(12)；对于第二谐振器层(3)、第四谐振器层(5)、以及第六谐振器层(7)，每个谐振器层的金属伸入结构(12)从对应的外围金属结构(11)的第一侧伸入对应的谐振腔内；对于第三谐振器层(4)和第五谐振器层(6)，每个谐振器层的金属伸入结构(12)从对应的外围金属结构(11)的第二侧伸入对应的谐振腔内；第一侧为左侧或右侧，当第一侧为左侧时，第二侧为右侧，当第一侧为右侧时，第二侧为左侧。

4.如权利要求1所述的一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，其特征在于，每个谐振器层的金属结构层包括位于其外围的外围金属结构(11)、以及从外围金属结构(11)伸入至对应的谐振腔内的金属伸入结构(12)，所述第一谐振器层(2)和第七谐振器层(8)具有相同的内部结构；对于第一谐振器层(2)和第七谐振器层(8)，每个谐振器层的金属伸入结构(12)在远离对应的外围金属结构(11)的一端设有长方形的金属片(13)。

5.如权利要求1所述的一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，其特征在于，所述各个金属接地层、各个介质层、各个谐振器层组合成长方体状的封闭结构。

6.如权利要求1所述的一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，其特征在于，所述第一谐振器层(2)的馈电端口和所述第七谐振器层(8)的馈电端口位于所述基于源和负载耦合的垂直交指滤波器的同一侧。

7.如权利要求1所述的一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，其特征在于，每个介质层的材料为Ferro-A6生胚材料。

8.如权利要求1所述的一种基于源和负载耦合的垂直交指滤波器，其特征在于，所述第一谐振器层(2)的馈电端口设置有抽头线(14)，所述第七谐振器层(8)的馈电端口设置有抽头线(14)；

所述同轴线(10)包括位于其外部的金属管状外导体、位于金属管状外导体内部的内导体、以及位于金属管状外导体和内导体之间的绝缘介质，所述内导体的横截面为圆形，所述金属管状外导体中心线与所述内导体的中心线重合，所述内导体的横截面的直径小于抽头线(14)的直径，并且大于所述抽头线(14)的直径的一半。