CN106058397B

CN106058397B - 利用交叉耦合的腔体滤波器

Info

Publication number: CN106058397B
Application number: CN201610227953.0A
Authority: CN
Inventors: 千东完; 徐在玉
Original assignee: Ace Technology Co Ltd
Current assignee: Ace Technology Co Ltd
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2036-04-13
Also published as: US20160301122A1; KR101677950B1; CN106058397A; JP6291699B2; JP2016201801A; US9991577B2; KR20160121901A

Abstract

本发明公开一种利用交叉耦合的腔体滤波器，包括：形成有向第一方向开放的多个腔体的外壳；分别容纳于多个腔体内的多个谐振器；以及，配置成通过多个腔体中第一腔体与第二腔体之间的开口部，位于第一腔体内的第一谐振器与第二腔体内的第二谐振器之间的耦合部件，其中耦合部件包括第一延长部及第二延长部，第一谐振器比第二谐振器更邻近第一延长部，第一延长部在第一方向上向外壳的一侧延长，第二谐振器比第一谐振器更邻近第二延长部，第二延长部在第一方向上向与外壳的一侧相对的外壳的另一侧延长。并且，根据本发明的部分实施例，提供能够向两个谐振器之间提供大量的电容交叉耦合且容易组装的腔体滤波器及耦合部件。

Description

利用交叉耦合的腔体滤波器

技术领域

本发明涉及射频腔体滤波器(RF腔体滤波器)，尤其涉及一种利用交叉耦合的腔体滤波器。

背景技术

滤波器是只通过特定频带的信号的装置，根据带通特性分为低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器等。并且，根据滤波器的结构分为集总电路滤波器、陶瓷滤波器、腔体滤波器等。

滤波器利用电感(inductance)与电容的组合引起的谐振过滤特定频率信号，带通特性取决于电感与电容的连接方式。

滤波器具有两种重要特性，其中一个为插入损耗，另一个为裙特性。插入损耗是指输入的电能并非全部输出，而是发生损耗的特性，裙特性是指关于带通特性曲线的斜率的特性。这种插入损耗及裙特性主要与滤波器的阶数相关，滤波器的阶数越高，裙特性越佳，而插入损耗却越差，即彼此之间具有权衡(trade off)关系。

另外，为了特性信号的带通及延迟，移动通信系统的基站一般采用具有多个腔体且谐振器容纳于各腔体的腔体滤波器。

就RF滤波器的技术动向来讲，目前基站运营商对小型化滤波器的要求日益增多。滤波器小型化技术有多种，就代表性的宏蜂窝(macro cell)滤波器来讲，对容易纤薄化的TM模式滤波器的研究非常广泛。对于小型基站(small cell)滤波器来讲，实现小型化更是被视为重要要素，为此可以利用适用陶瓷材料的小型同轴谐振器。

这两个技术的相似之处在于谐振模式，在适用陶瓷材料的同轴谐振器的头部(head)部分，E-场不同于现有TEM模式，其垂直(longitudinal)成分胜过水平(transverse)成分，具有与TM模式相似的Quasi-TM模式场分布。

通常，为了解决BPF的衰减特性，必须适用传输零点，主要通过在不相邻的谐振器之间适用交叉耦合(cross-coupling)来实现。电感(inductive)交叉耦合可通过两个谐振器之间的开口部或窗口实现，而电容(capacitive)交叉耦合需要通过增加耦合部件之类的构件实现负(negative)耦合。耦合部件是通过使两个谐振器的水平方向E-场间隙耦合(gapcoupling)以增大电容值的结构。

但TM模式谐振器的TM模式及适用陶瓷材料的谐振器的Quasi-TM模式下，垂直方向E-场成分胜过水平方向E-场，因此通过需要水平方向E-场成分的耦合部件之类的结构物实现电容交叉耦合方面具有局限性。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的在于提供具有小型化的结构且能够向谐振器之间提供大量的电容交叉耦合的腔体滤波器及耦合部件。

本发明的另一目的在于提供一种能够向两个谐振器之间提供大量的电容交叉耦合且容易组装的腔体滤波器及耦合部件。

技术方案

根据本发明的一个实施例，提供一种腔体滤波器，其特征在于，包括：外壳，其形成有向第一方向开放的多个腔体；多个谐振器，其分别容纳于多个腔体内；以及，耦合部件，其配置成通过多个腔体中第一腔体与第二腔体之间的开口部，位于第一腔体内的第一谐振器与第二腔体内的第二谐振器之间，其中，耦合部件包括第一延长部及第二延长部，第一谐振器比第二谐振器更邻近第一延长部，第一延长部在第一方向上向外壳的一侧延长，第二谐振器比第一谐振器更邻近第二延长部，第二延长部在第一方向上向与外壳的一侧相对的外壳的另一侧延长。

根据本发明的一个实施例，第一延长部可包括向朝向第二谐振器的方向延长的纵支撑部。这种情况下，第一延长部在纵支撑部的基础上还可以包括从纵支撑部向对应于开口部的宽度方向的第二方向延长的横支撑部。

第一延长部在不包括纵支撑部的情况下也可包括向对应于开口部的宽度方向的第二方向延长的横支撑部。

根据本发明的一个实施例，第一延长部包括向第二方向延长的第一横支撑部，第二延长部包括向第二方向延长的第二横支撑部，第一横支撑部及第二横支撑部彼此可以向反方向延长。

第一横支撑部及第二横支撑部中至少一个可以在第一方向上结合到外壳的一侧或另一侧。

第一横支撑部及第二横支撑部中至少一个可以在第二方向上结合到外壳的一侧或另一侧。

外壳可包括在一侧或另一侧向第二方向容纳横支撑部凹陷的容纳槽或支撑横支撑部的突出的柱。

根据本发明的一个实施例，第一延长部可包括向朝向第二谐振器的方向延长的第一纵支撑部，第二延长部可包括向朝向第一谐振器的方向延长的第二纵支撑部。这种情况下第一纵支撑部可以在第一方向上结合于开口部的一侧，第二纵支撑部可以在第一方向上结合于开口部的另一侧。

腔体滤波器还可以包括在第一方向上结合于外壳的盖，这种情况下耦合部件的一端可以结合于所述盖。

根据本发明的另一方面，提供一种腔体滤波器用耦合部件，其用于包括形成有向第一方向开放的多个腔体的外壳及分别容纳于多个腔体内的多个谐振器的腔体滤波器。耦合部件包括：第一延长部，其与多个谐振器中的第二谐振器的距离大于与近第一谐振器的距离，在第一方向上向外壳的一侧延长；以及，第二延长部，其与第一谐振器的距离大于与第二谐振器的距离，在第一方向上向与外壳的一侧相对的外壳的另一侧延长，耦合部件可以配置成通过多个腔体中容纳第一谐振器的第一腔体与容纳第二谐振器的第二腔体之间的开口部，位于第一腔体内的第一谐振器及第二腔体内的第二谐振器之间。

技术效果

根据本发明的部分实施例，提供一种具有小型化的结构且能够向谐振器之间提供大量的电容交叉耦合的腔体滤波器及耦合部件。

并且，根据本发明的部分实施例，提供一种能够向两个谐振器之间提供大量的电容交叉耦合且容易组装的腔体滤波器及耦合部件。

附图说明

图1为从概念上显示根据本发明一个实施例的能够适用用于交叉耦合的耦合部件的三极(3-pole)结构的腔体滤波器的平面图；

图2为从概念上显示根据本发明一个实施例的腔体滤波器中一个腔体的E-场及H-场分布的剖面图；

图3为从概念上显示根据本发明一个实施例的能够适用于腔体滤波器的耦合部件及相应的E-场与H-场分布的剖面图；

图4为从概念上显示根据本发明一个实施例的腔体滤波器及耦合部件的示意图；

图5为从概念上显示图4所示腔体滤波器的H-场分布的示意图；

图6为显示通过根据本发明一个实施例的腔体滤波器得到的BPF特性的曲线图。

具体实施方式

本发明可做多种变更，可具有多种形态，以下在附图中显示特定实施例并在说明书中进行具体说明。但是，这并非使本发明限定于特定的公开形态，本领域的普通技术人员应当理解：还包括不脱离本发明的思想及技术方案范围的所有变更、等同物及替代物。在说明各附图时对类似的构成要素采用了类似的附图标记。

第一、第二等用语可用于说明多种构成要素，但所述构成要素不得限定于所述用语。所述用语仅使一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明技术方案的前提下，可以把第一构成要素命名为第二构成要素，类似地，也可以把第二构成要素命名为第一构成要素。以下参照附图具体说明本发明的实施例。

图1为从概念上显示根据本发明一个实施例的能够适用用于交叉耦合的耦合部件的三极(3-pole)结构的腔体滤波器的平面图。

图1只显示有各腔体100，而对于本领域技术人员来讲，腔体100形成于定义这些腔体100的外壳10内是显而易见的。

外壳10作为滤波器的本体，外壳10内部可以形成多个腔体100。图1显示形成有三个腔体100的例子，但腔体100的数量可以根据需要进行变更。谐振器200可设置在各腔体100。

外壳10可通过向铝材料的基底进行镀银处理形成。镀银的目的在于确保具有高导电性，除镀银之外，还可以使用经过镀铜处理的外壳10。

外壳10可以向第一方向开放使得各腔体100向所述第一方向开放。这种情况下容易在各腔体100内设置谐振器200及耦合部件300等。可以在开放的第一方向将盖50结合到外壳10。

盖50可结合到外壳10的开放的一面，例如可以结合到外壳10的上部，可结合到外壳10的上部形成外壳10的遮蔽结构。结合盖50的情况下滤波器内部形成遮蔽电磁波的结构。盖50同样也可以在形成铝基底后向该基底结构进行镀银处理形成。

盖50与外壳10可通过多种结合方式结合。例如，盖50可通过多个螺钉结合到外壳10，也可以通过焊接结合到外壳10。

根据本发明的一个实施例，各谐振器200可以由电介质材料形成，例如可以由陶瓷材料形成。由电介质材料形成的谐振器200容纳于腔体100内部的情况下，各腔体100处的谐振可以以TM模式谐振。

谐振器200可具有圆筒形状，圆筒的至少一部分可以形成有槽或孔。但也可以根据需要使用圆盘形状的谐振器，本发明可以采用已知的多种形状的电介质谐振器。谐振器200可利用螺钉等结合到腔体100的底部。

当然，也可以用电介质以外的多种材料形成谐振器200。例如，可利用同轴谐振器及结合于其上部的陶瓷头部形成谐振器200。

图1从概念上显示适用交叉耦合的三极滤波器结构。为了在通带(passband)的上侧实现传输零点，可在谐振器201与谐振器202之间适用电感(inductive)交叉耦合，这可以通过开口部或窗口实现。为了在通带的下侧实现传输零点，可在谐振器201与谐振器202之间适用电容(capacitive)交叉耦合，而这可以通过耦合部件等实现。

图2为从概念上显示根据本发明一个实施例的腔体滤波器中一个腔体的E-场及H-场分布的剖面图，图3为从概念上显示根据本发明一个实施例的能够适用于腔体滤波器的耦合部件及相应的E-场与H-场分布的剖面图。

如上所述，谐振器200可以具有圆筒形状，盖50上可以结合用于调谐滤波器特性的调谐螺钉55且可以插入到腔体100内部。如图2所示，调谐螺钉55也可插入到谐振器200的圆筒形空间内部。

为了使滤波器的外壳10及盖50在电方面具有接地电位，以及确保所需的电特性且牢固结合谐振器200，谐振器200应牢固地紧密附着到盖50。因此，可以包括提供压力使得牢固地紧密附着的加压部件57等。

参照图2，在谐振器200上侧部位，垂直E-场成分胜过水平E-场成分，因此可能在实现电容耦合方面具有局限性。而如图3所示地在第一谐振器201与第二谐振器202之间利用耦合部件30、300的情况下能够实现很强的交叉耦合。

图3显示适用于TM模式谐振器之间的耦合环线型所对应的E-场、H-场及感应电流分布。图3中右侧图的情况下，各谐振器感应产生的电流的方向相同，因此耦合符号为正(+)，这是电感耦合。图3中左侧图的情况下，耦合部件连接于腔体100的下面与上面(即，外壳10的下面与盖50的下面)，因此各谐振器中感应电流方向相反。此处的耦合符号为负(-)，是电容耦合。即，不像现在通过耦合部件对E-场进行间隙耦合，而是可通过耦合H-场实现电容耦合。这种原理也可以适用于适用陶瓷头部的同轴谐振器。

图4为从概念上显示根据本发明一个实施例的腔体滤波器及耦合部件的示意图。

图3中左侧显示的例子中，耦合部件300应连接在腔体100的下面与上面。腔体滤波器由外壳10与盖50结合而成的情况下，可能不容易把厚度相对小的耦合部件300稳定地结合到盖50，并且无法把耦合部件300排列成正确姿势。相反，如果是因不使用盖50使得腔体100的上面不分离的结构，向腔体100内设置耦合部件300本身伴随着繁琐的作业。

为此，根据本发明的一个实施例，可以构成耦合部件300使得简化将耦合部件300结合到外壳10及盖50的过程。

图4中(a)是从概念上显示根据本发明一个实施例的腔体滤波器的剖面图，显示的是省略盖50的状态。图4中(b)是从概念上显示耦合部件300配置在欲实现交叉耦合的第一谐振器201与第二谐振器202之间的状态的立体图。图4中(c)是从概念上显示耦合部件300配置在容纳第一谐振器201的第一腔体101与容纳第二谐振器202的第二腔体102之间的状态的立体图，图4中(d)是耦合部件300的放大立体图。

参照图4，耦合部件300可包括配置在邻近第一谐振器201的位置的第一延长部310、配置在邻近第二谐振器202的位置的第二延长部320及连接第一延长部310与第二延长部320的中间支撑部350。

如图4所示，第一延长部310从邻近第一谐振器201的位置沿第一方向向外壳10的一侧(外壳10的上部)延长，可以包括从第一延长部310的端部再向朝向第二谐振器202的方向延长的第一纵支撑部315。

类似地，第二延长部320可以从邻近第二谐振器202的位置沿第一方向向外壳10的另一侧(外壳10的下部)延长，可以包括从第二延长部320的端部再向朝向第一谐振器201的方向延长的第二纵支撑部325。因此，耦合部件300可以构成近似字的形状。

本说明书为了便于说明而使用术语″第一方向″、″第二方向″及″第三方向″。第一方向是指盖50未安装在外壳10的情况下，包括第一腔体101与第二腔体102的各腔体100的开放方向，是对应于第一谐振器201及第二谐振器202的长度方向及第一谐振器201与第二谐振器202之间的开口部105的长度方向的方向。第二方向是指对应于开口部105的宽度方向的方向。第三方向是指从第一谐振器201朝向二谐振器202的方向。第一方向、第二方向及第三方向可以相互正交，但并不受限于此。

耦合部件300具有预定宽度的情况下，耦合部件300具有第一纵支撑部315及第二纵支撑部325时能够配置得更加稳定。第一纵支撑部315及第二纵支撑部325配置成通过第一谐振器201及第二谐振器202之间的开口部105，能够在外壳10内接触外壳10的下面及盖50的下面。这使得耦合部件300的结构更加稳定且与外壳10之间更稳定地保持电连接。

第一纵支撑部315及第二纵支撑部325如图4中(a)所示的例子，可以延长成具有相同长度。在没有下述横支撑部317、327的实施例中，形成于第一纵支撑部315及第二纵支撑部325的结合部370可沿第一方向位于一条直线上。但本发明不受限于此，第一纵支撑部315及第二纵支撑部325的延长长度可以更长或更短，并且第一纵支撑部315及第二纵支撑部325的延长长度可以不同，还可以使第一延长部310与第二延长部320中仅任意一个包括纵支撑部。

第一延长部310还可以包括从第一纵支撑部315向第二方向延长的第一横支撑部317。类似地，第二延长部320还可以包括从第二纵支撑部325向第二方向延长的第二横支撑部327。第一横支撑部317及第二横支撑部327可通过增大耦合部件300与外壳10之间的接触面积增大支撑耦合部件300的面积，并且横向(第二方向)支撑耦合部件300使得耦合部件300从结构上更加稳定地立起来。

如图4所示，第一延长部310与第二延长部320均包括横支撑部317、327的情况下，第一横支撑部317与第二横支撑部327可以向相反的方向延长。第一横支撑部317及第二横支撑部327这样向相反方向延长的情况下，组装时更容易进行适用结合部370的作业。

另外，外壳10上可以形成用于容纳第一横支撑部317的容纳空间130。参照图4中(c)，在对应于开口部105的部分，外壳10的一侧具有向内侧凸出的柱(post)150，柱150的上部可以形成有能够配置第一横支撑部317及适用于其的结合部370的容纳空间130。即，柱150可以在开口部105部分从外壳10的下面向第一方向延长，且延长到不触及外壳10的上面的位置形成容纳空间130。图4中(c)是省略外壳10仅显示腔体101、102的示意图，柱150显示成空的空间，而实际上柱150可以用与外壳10相同的材料填充，中间也可以是中空。

容纳空间130的高度，即从柱150的上面到盖50的下面的高度可以对应于容纳于容纳空间130的第一横支撑部317的厚度与将第一横支撑部317固定到柱150的上面的结合部370的高度。固定插入到容纳空间130的第一横支撑部317的结合部370可以是螺钉、铆钉、螺杆等。结合部370可以由导电材料形成使得耦合部件300与外壳10及/或耦合部件300与盖50之间电连接。

通过这种构成，耦合部件300可以结合到柱150的上面以替代结合到盖50本身，可以使之后的将盖50结合到外壳10时盖50与耦合部件300之间保持稳定的电连接。当然，耦合部件300的第一横支撑部317可以在容纳空间130以安装到柱150的上面的状态结合到盖50。即，结合部370可以是通过形成于盖50的孔(未示出)并固定第一横支撑部317的螺钉或螺杆。

形成于外壳10的容纳空间130也可以不通过采用向内侧突出的柱150形成。例如，容纳空间130可以是形成于外壳10内壁的容纳槽(未示出)。并且，固定插入到容纳空间130的第一横支撑部317的结合部370也可以是螺钉、铆钉、螺杆等且可以具有多种大小及形态。

在图4中(d)所示实施例的情况下，第一横支撑部317容纳于形成于柱150的上部的容纳空间130内，第二横支撑部327在未容纳于另外的容纳空间内的状态下结合到外壳10的下面。这种情况下，与盖50结合的部分即外壳10的上部不易结合耦合部件300，而外壳10的下部却容易结合耦合部件300。

当然，外壳10还可以具有用于第二横支撑部327的容纳空间。例如，可在外壳10的两侧形成从开口部105部分向内侧凸出的柱150，并使一侧的柱150从外壳10的下面延长到不触及上面的位置，使另一侧的柱从外壳10的上面延长到不触及下面的位置后，将第一横支撑部317以容纳在一侧的容纳空间130，并将第二横支撑部327容纳在另一侧的容纳空间。

又例如，可以使从开口部105部分向内侧凸出的柱150的上部及下部均具有容纳空间，第一横支撑部317与第二横支撑部327向相同方向延长，容纳到形成于柱150的上部及下部的容纳空间。这种情况下，固定插入到柱150下部的容纳空间的第二横支撑部327的结合部370可以是通过形成于外壳10的下面的孔(未示出)并固定第二横支撑部327的螺钉或螺杆等。

结合部370只要能够固定耦合部件300的第一横支撑部317或第二横支撑部327且使耦合部件300与外壳10之间保持电接触的前提下，其形状不受特殊限制。结合部370可以是如图4所示的另外的构成要素，也可以是耦合部件300的一部分。

第一横支撑部317及第二横支撑部327中至少一个能够通过结合部370在第一方向结合到外壳10的一侧或另一侧。根据另一例子，第一横支撑部317及第二横支撑部327中至少一个可以在第二方向结合到外壳10的一侧或另一侧。根据耦合部件300结合到外壳10的位置，耦合部件300的端部可以弯曲成与外壳10的内面平行。

另外，如上所述，第一横支撑部317与第二横支撑部327以第二方向为基准结合于不同位置的情况下更容易组装耦合部件300。

根据未示出的本发明的一个实施例，耦合部件300可以不包括第一横支撑部317及第二横支撑部327中至少一个。例如，可以仅包括第一横支撑部317使得耦合部件300的一端容纳于容纳空间130内，耦合部件300的另一端通过第二纵支撑部325直接结合到外壳10的下面。

耦合部件300不包括第一横支撑部317也无妨，例如在外壳10的开放的面中对应于开口部105的位置设置横梁(beam)之类的结构，使开口部105的上侧部分也被外壳10本身完整定义，耦合部件300的第一纵支撑部315可以与该横梁(未示出)结合。

并且，根据未示出的本发明的一个实施例，耦合部件300可不包括第一纵支撑部315及第二纵支撑部325中至少一个。即，第一延长部310可以从延长成与第一谐振器201平行的部分的末端直接连接到第一横支撑部317，同样，第二延长部320可以从延长成与第二谐振器202平行的部分的末端直接连接到第二横支撑部327。

根据以上说明的本发明实施例，需要交叉耦合的两个相邻腔体101、102内的各谐振器201、202之间具有耦合部件300，因此谐振器201、202之间能够获得很高的电容交叉耦合。如上构成的腔体滤波器容易制造成小型的产品且能够提供所需程度的交叉耦合。

尤其，外壳10的一面具有开放结构使得能够将盖50结合到外壳10，从而使得腔体滤波器的制造及组装变得容易，并且耦合部件300能够安装成结构及电方面稳定，从而能够确保稿可靠性。

图5为从概念上显示图4所示腔体滤波器的H-场分布的示意图，图6为显示通过根据本发明一个实施例的腔体滤波器得到的BPF特性的曲线图。

参照图5可知，H-场向预测方向耦合。各谐振器感应产生的电流方向彼此相反，因此可以确定获得了负耦合。参照图6可知，本发明的腔体滤波器通过电容交叉耦合使得传输零点非常接近通带的下侧。

如上所述，本发明通过具体的构成要素等特定事项与限定的实施例及附图进行了说明，但是其目的仅在于帮助理解，本发明并非限定于上述的实施例，本发明所属领域的普通技术人员可根据以上记载做多种修改及变更。因此，本发明的思想不得限定于说明的实施例，而是应该视为包括技术方案范围及与该技术方案范围等同或有等价变换的所有方案。

Claims

1.一种腔体滤波器，其特征在于，包括：

外壳，其形成有向第一方向开放的多个腔体；

多个谐振器，其分别容纳于所述多个腔体内；以及

耦合部件，其配置成通过所述多个腔体中第一腔体与第二腔体之间的开口部，位于所述第一腔体内的第一谐振器与所述第二腔体内的第二谐振器之间，

其中，所述耦合部件包括中间支撑部、第一延长部及第二延长部，

所述中间支撑部与所述外壳的下面平行，

所述第一谐振器比所述第二谐振器更邻近所述第一延长部，所述第一延长部从所述中间支撑部在所述第一方向上向所述外壳的上部延长，

所述第二谐振器比所述第一谐振器更邻近所述第二延长部，所述第二延长部从所述中间支撑部在所述第一方向上向所述外壳的下部延长，

所述第一延长部包括：

第一纵支撑部，其向朝向所述第二谐振器的方向延长；以及

第一横支撑部，其从所述第一纵支撑部向对应于所述开口部的宽度方向的第二方向延长，

所述第二延长部包括向朝向所述第一谐振器的方向延长的第二纵支撑部及向所述第二方向延长的第二横支撑部，

所述第二纵支撑部及所述第二横支撑部接触于所述外壳的下面。

2.根据权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于：

所述外壳包括在一侧或另一侧向第二方向容纳所述第一横支撑部及所述第二横支撑部中任意一个的凹陷的容纳槽或支撑所述第一横支撑部及所述第二横支撑部中任意一个的突出的柱。

3.根据权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，还包括：

盖，其在所述第一方向上结合于所述外壳，

所述耦合部件的一端结合于所述盖，另一端结合于所述外壳。