CN109560355A - 用于5g通信的介质体、介质波导滤波器、射频模块及基站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信设备组件技术领域，具体为一种用于5G通信的介质体、介质波导滤波器、射频模块及基站。该介质体包括多个组合在一起的电介质本体，电介质本体表面覆有导电层，电介质本体包含多个排列设置的谐振部，电介质本体上设有耦合窗口、输入接口和输出接口，耦合窗口所在位置无导电层，输入接口和输出接口设置在同一个电介质本体的不同谐振部上，输入接口所在的谐振部和输出接口所在的谐振部之间至少设有一个隔离部，隔离部使其所连接的两个谐振部之间的耦合带宽小于使用该介质体的介质波导滤波器的工作带宽的10％。本发明提供的用于5G通信的介质体，能解决现有介质波导滤波器存在的装配繁琐、生产成本高以及不方便系统集成的问题。

Description

用于5G通信的介质体、介质波导滤波器、射频模块及基站

技术领域

本发明涉及通信设备组件，具体涉及一种用于5G通信的介质体、介质波导滤波器、射频模块及基站。

背景技术

介质波导滤波器相比传统的金属腔体波导滤波器，具有体积小、插损小、承受功率大、成本低等优势，可以满足5G通信系统中对于滤波器要求。

现有技术中，对于不耦合的两个谐振部通常是采用物理分离的方式，这就会导致介质体的种类和数量比较多，介质波导滤波器的生产对于介质体装配调试的精度要求非常高，介质体位置或对齐关系一旦出现偏差就会对整个介质波导滤波器的性能造成巨大的影响，因此介质体数量越多，装配的难度、复杂度、以及成本就会越大，相应的良品率就会越低。同时，为了使得介质体靠近输入端和输出端的两个谐振部之间处于不耦合状态，通常会使滤波器的输入接口和输出接口不在同一个介质体上，使滤波器在安装至通信系统上后，仍然需要电缆等其它形式将滤波器的信号引至通信系统的电路板上，不利于系统小型化和系统集成。

发明内容

本发明意在提供一种用于5G通信的介质体，能够解决现有介质波导滤波器存在的装配繁琐、生产成本高以及不方便系统集成的问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

用于5G通信的介质体，包括多个组合在一起的电介质本体，所述电介质本体表面覆有导电层，所述电介质本体包含多个排列设置的谐振部，所述电介质本体上还设有耦合窗口，所述耦合窗口所在位置无导电层，所述电介质本体上设有输入接口和输出接口，所述输入接口和输出接口设置在同一个电介质本体两个相邻的谐振部上，所述输入接口所在的谐振部和输出接口所在的谐振部的连接处的通孔为隔离部，所述隔离部使得其所连接的两个谐振部之间的耦合带宽小于使用该介质体的介质波导滤波器的工作带宽的10％。

耦合带宽(CouplingBandwidths,CBWs)，是耦合强度的另一种表示，可以直接而方便采用矢量分析仪(Vector Network Analyser)测得，是滤波器的实际生产和设计开发中经常会用到的参数。

本发明技术方案中，将多个谐振部在不改变耦合关系的前提下合为一体，使用本发明中的介质体，可以大大降低介质波导滤波器在生产时的装配难度，简化此类介质波导滤波器的装配过程，减少耗时，还降低了因为装配时位置尺寸不准确所带来的次品率，从而提高了产品良品率。通过在输入接口所在的谐振部和输出接口所在的谐振部之间设置隔离部，使得两个谐振部之间的耦合带宽小于使用该介质体的介质波导滤波器的工作带宽的10％，不足以对介质波导滤波器的整体性能造成影响，等效于介质谐振部之间“不耦合”。进而可以将输入接口所在的谐振部与输出接口所在的谐振部设置在同一个电介质本体上，方便安装，有利于系统小型化和系统集成，同时由于输入接口所在的谐振部和输出接口所在的谐振部之间可以形成一对零点，提高带外抑制效果。

进一步，所述隔离部为设置在两个谐振部连接处的中间位置的条形通孔。在谐振部中，中间的电场很强，越往边沿电场越弱，在相邻的介质谐振部中间加入一个隔离谐振部的隔离部，把强电场的部分隔离开，只保留电场弱的部分相互连接；由于中间电场强，边沿电场弱，这样的一体化结构使得介质谐振部间的耦合会非常弱，耦合带宽大大降低，简单易行的实现介质谐振部之间的耦合带宽小于使用该介质体的介质波导滤波器的工作带宽的10％。

进一步，所述电介质本体包括第一本体和第二本体，所述第一本体包括依次排列设置的第六谐振部、第一谐振部和第二谐振部，所述输入接口设置在第一谐振部，所述输出接口设置在第六谐振部，所述隔离部设置在第一谐振部和第六谐振部连接处，所述第二本体包括第三谐振部、第四谐振部和第五谐振部，所述耦合窗口包括第二耦合窗口、第三耦合窗口和第四耦合窗口，所述第二耦合窗口设置在第一谐振部的表面和第四谐振部的表面，所述第三耦合窗口设置在第二谐振部的表面和第三谐振部的表面，所述第四耦合窗口设置在第五谐振部的表面和第六谐振部的表面。由第一本体和第二本体组合形成一个六腔的介质体，第一谐振部和第四谐振部之间通过第二耦合窗口实现交叉耦合，第二谐振部和第三谐振部之间通过第三耦合窗口实现主路耦合，第五谐振部和第六谐振部之间通过第四耦合窗口实现主路耦合。

进一步，所述耦合窗口还包括第一耦合窗口，所述第一耦合窗口设置在第一本体位于第一谐振部和第二谐振部连接处的表面上以及第二本体位于第三谐振部和第四谐振部连接处的表面上。设置第一耦合窗口以让第一谐振部、第二谐振部、第三谐振部以及第四谐振部之间实现交叉耦合，进而形成多个零点，近端抑制性能好。

进一步，所述第二耦合窗口设置在第一谐振部的边缘处和第四谐振部的边缘处。在谐振部中，中间的电场很强，越往边沿电场越弱，将第二耦合窗口设置在第一谐振部和第四谐振部的边缘处可以更方便准确的控制耦合带宽。

进一步，所述电介质本体的边棱处设有倒角。通过设置倒角可以方便介质体的装配和调试。

进一步，本申请还公开了一种用于5G通信的介质波导滤波器，包括任意一种上述的用于5G通信的介质体。使用上述的介质体，可以使得滤波器的生产成本降低，同时便于安装和集成。

进一步，上述的用于5G通信的介质波导滤波器，还包括设有低通滤波器的PCB板，所述PCB板和输入接口以及输出接口连接。通过将上述的介质波导滤波器和带有低通滤波器的PCB板集成在一起，既可以改善系统远端抑制，又便于和系统集成。

进一步，申请还公开了一种用于5G通信的射频模块，包括上述的用于5G通信的介质波导滤波器。由于使用了上述的介质波导滤波器，可以使得生产成本得以降低，同时可以减小体积，有利于小型化。

进一步，本申请还公开了一种用于5G通信的基站，包括上述的用于5G通信的射频模块。

由于使用了上述的射频模块，可以降低生产成本，同时由于射频模块体积小，可以减轻塔体的负重。

附图说明

图1为本发明用于5G通信的介质体实施例的示意图；

图2为图1中的谐振部之间的耦合带宽与两个谐振部的连接宽度的关系曲线图；

图3为本发明用于5G通信的介质波导滤波器实施例的示意图；

图4为本发明用于5G通信的介质波导滤波器实施例中的S参数曲线；

图5为现有的介质波导滤波器的S参数曲线图；

图6为现有的介质波导滤波器的远端抑制曲线图；

图7为本发明实施例中的远端抑制曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：第一本体1、第二本体2、通孔3、盲孔4、第三耦合窗口5、第二耦合窗口6、第四耦合窗口7、条形通孔8、连接探针9、PCB板10、第一耦合窗口11。

如图1所示，本实施例用于5G通信的介质体，包括多个组合在一起的电介质本体，电介质本体表面覆有导电层，电介质本体包含多个排列设置的谐振部，电介质本体上设有耦合窗口、输入接口和输出接口，耦合窗口所在位置无导电层，输入接口和输出接口设置在同一个电介质本体的不同谐振部上，输入接口所在的谐振部和输出接口所在的谐振部之间至少设有一个隔离部，隔离部使得其所连接的两个谐振部之间的耦合带宽小于使用该介质体的介质波导滤波器的工作带宽的10％。本体上不同谐振部的连接处设有通孔3，谐振部的表面上设有盲孔4。耦合窗口包括第一耦合窗口11，第一耦合窗口11设置在的同一个电介质本体上两个相邻的谐振部的连接位置处的电介质本体的表面上。

本实施例中，电介质本体采用陶瓷材质，电介质本体包括第一本体1和第二本体2，导电层采用银层，第一本体1包括依次排列设置的第六谐振部、第一谐振部和第二谐振部，输入接口设置在第一谐振部，输出接口设置在第六谐振部，隔离部设置在第一谐振部和第六谐振部连接处的中间位置处，隔离部为一个条形通孔8，在第一谐振部和第二谐振部的连接处上设有一对通孔3，第二本体2包括第三谐振部、第四谐振部和第五谐振部，在第三谐振部和第四谐振部的连接处以及第四谐振部和第五谐振部的连接处均设置有一对通孔3，本实施中，通孔3优选为椭圆形，耦合窗口包括第二耦合窗口6、第三耦合窗口5和第四耦合窗口7，第二耦合窗口6设置在第一谐振部的表面和第四谐振部的表面，本实施例中，第一谐振部和第四谐振部各有两个第二耦合窗口6，两个第二耦合窗口6对称设置，第二耦合窗口6设置在第一谐振部的边缘处和第四谐振部的边缘处，第三耦合窗口5设置在第二谐振部的表面和第三谐振部的表面，第三耦合窗口5为环形。第四耦合窗口7设置在第五谐振部的表面和第六谐振部的表面，第四耦合窗口7也为环形。第一耦合窗口11设置在第一本体1位于第一谐振部和第二谐振部连接处的表面的中间以及第二本体2位于第三谐振部和第四谐振部连接处的表面的中间。本实施例中，第一本体1和第二本体2之间的缝隙处通过银浆烧结连接。本实施例中，电介质本体的边棱处设有倒角，在本申请的另一个实施例中，电介质本体的边棱不设置倒角。通过设置倒角可以方便介质体的装配和调试。

本实施例中，以介质体设置在处于TE模式且工作带宽为100MHz的介质波导滤波器上为例，在谐振部中，中间位置的电场很强，越往边沿电场越弱，理论上介质谐振部四个角上的电场分布为零。在第一谐振部和第六谐振部连接位置的中间设置了一个条形通孔8，把强电场的部分隔离开，只保持边沿部分电场弱的部分连接；由于中间电场强，边沿电场弱，于是这样的一体化结构带来的耦合会非常弱。其耦合带宽(代表了耦合强度)与连接部的宽度的关系曲线如图2所示，图中的横轴为图1中第一谐振部和第六谐振部之间连接的宽度，单位为毫米(mm)，而纵轴则是第一谐振部和第六谐振部之间的耦合带宽,单位为兆赫兹(MHz)。

从图2中可以看到：

当连接部的总宽度小于2.4mm的时候，可保证其所带来的耦合带宽小于10MHZ(低于工作带宽的10％)，此时耦合带宽已经足够的小，不足以影响介质波导滤波器的总体性能了，即可视为两介质谐振部“不耦合”；

当连接部的总宽度小于2.1mm的时候；可保证其所带来的耦合带宽小于5MHZ(低于工作带宽的5％)；

当连接部的总宽度等于2mm的时候，其所带来的耦合带宽仅4MHZ；

而如果要将其所带来的耦合带宽下降至2MHz(工作带宽的2％)，则需要将总宽度减少至1.6mm；

总宽度的下降，势必带来连接强度的降低以及成型难度的上升。

耦合带宽从10MHZ下降至4MHz所需减少的总宽度仅0.4mm，然而，由图中曲线可知，之后耦合带宽随总宽度减少的速度逐渐放缓，所以继续为了降低耦合带宽而减少连接部的总宽度、牺牲连接强度显然得不偿失，所以本实施例优选的使用了2mm作为连接部的总宽度，既能保持足够的连接强度，又使得耦合带宽非常小。

而在另一些实施例中，选择使得耦合带宽下降至工作带宽的2％～10％之间的连接部总宽度也是可性行的。

如图3所示，本实施例还公开了一种用于5G通信的介质波导滤波器，该滤波器包括上述的用于5G通信的介质体。具体来讲，该滤波器包括一个PCB板10，PCB板10上设有低通滤波器，PCB板10和输入接口以及输出接口之间通过连接探针9连接，连接探针9通过回流焊工艺焊接在PCB板10和介质体上，使得介质波导滤波器和低通滤波器连通，PCB板和介质体之间焊接在一起，本实施例中，PCB板10和介质体之间采用回流焊工艺焊接在一起。该介质波导滤波器使用上述的介质体，可以使得滤波器的生产成本降低，同时便于安装和集成。

图4中显示了本实施例中的介质波导滤波器的S参数曲线；

图5中显示了设计与本实施例中的介质波导滤波器完全一致，但使用现有技术中的介质体制成的介质波导滤波器作为对比例形成的S1.2参数曲线。

图4和图5中的横轴为工作频率单位为兆赫兹(MHz)，纵轴为介质波导滤波器的S1.2参数(滤波器的输入端口与输出端口间的S参数)，单位为dB。

本实施例中的介质波导滤波器以及介质波导滤波器对比例的设计要求为：

通带性能：带宽200MHZ(3400-3600MHZ)；

阻带性能：3350MHZ前以及3650MHZ后S参数低于-20dB。

从图4和图5中可知，本实施例中的介质波导滤波器，完全可以达到设计标准，相对于介质波导滤波器对比例可以达到相同的性能设计要求，但是由于可以将多个谐振腔集成到一个介质体上进而生产过程却得以简化，同时由于有四个零点，其近端抑制能力更好。

本实施例中，介质波导滤波器还设有一个带有低通滤波器的PCB板10，有优越的远端抑制能力，图6为现有技术中的介质波导滤波器的远端抑制曲线图，图7为本实施例的介质波导滤波器的远端抑制曲线图，可以看出，本实施例在具有良好的远端抑制能力,其在5至10GHZ的输入下的参数值均在-20dB以下。

本实施例还公开了一种用于5G通信的射频模块，包括上述的用于5G通信的介质波导滤波器，通过介质波导滤波器可以在射频模块收发数据信号时对信号进行滤波处理。

本实施例还公开了一种用于5G通信的基站，包括上述的用于5G通信的射频模块，用于进行数据信号的收发处理。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.用于5G通信的介质体，包括多个组合在一起的电介质本体，所述电介质本体表面覆有导电层，所述电介质本体包含多个排列设置的谐振部，所述电介质本体上还设有耦合窗口，所述耦合窗口所在位置无导电层，所述电介质本体上设有输入接口和输出接口，其特征在于：所述输入接口和输出接口设置在同一个电介质本体两个相邻的谐振部上，所述输入接口所在的谐振部和输出接口所在的谐振部的连接处的通孔为隔离部，所述隔离部使得其所连接的两个谐振部之间的耦合带宽小于使用该介质体的介质波导滤波器的工作带宽的10％。

2.根据权利要求1所述的用于5G通信的介质体，其特征在于：所述隔离部为设置在两个谐振部连接处的中间位置的条形通孔。

3.根据权利要求1所述的用于5G通信的介质体，其特征在于：所述电介质本体包括第一本体和第二本体，所述第一本体包括依次排列设置的第六谐振部、第一谐振部和第二谐振部，所述输入接口设置在第一谐振部，所述输出接口设置在第六谐振部，所述隔离部设置在第一谐振部和第六谐振部连接处，所述第二本体包括第三谐振部、第四谐振部和第五谐振部，所述耦合窗口包括第二耦合窗口、第三耦合窗口和第四耦合窗口，所述第二耦合窗口设置在第一谐振部的表面和第四谐振部的表面，所述第三耦合窗口设置在第二谐振部的表面和第三谐振部的表面，所述第四耦合窗口设置在第五谐振部的表面和第六谐振部的表面。

4.根据权利要求3所述的用于5G通信的介质体，其特征在于：所述耦合窗口还包括第一耦合窗口，所述第一耦合窗口设置在第一本体位于第一谐振部和第二谐振部连接处的表面上以及第二本体位于第三谐振部和第四谐振部连接处的表面上。

5.根据权利要求3所述的用于5G通信的介质体，其特征在于：所述第二耦合窗口设置在第一谐振部的边缘处和第四谐振部的边缘处。

6.根据权利要求1所述的用于5G通信的介质体，其特征在于：所述电介质本体的边棱处设有倒角。

7.用于5G通信的介质波导滤波器，其特征在于：包括如权利要求1至6任一项所述的用于5G通信的介质体。

8.根据权利要求7所述的用于5G通信的介质波导滤波器，其特征在于：还包括设有低通滤波器的PCB板，所述PCB板和输入接口以及输出接口连接。

9.用于5G通信的射频模块，其特征在于：包括如权利要求8所述的用于5G通信的介质波导滤波器。

10.用于5G通信的基站，其特征在于：包括如权利要求9所述的用于5G通信的射频模块。