CN109860966B - 介质滤波器及5g通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介质滤波器.本发明介质滤波器包括至少三个顺次连接的介质谐振器，每个介质谐振器包括由固态介电材料构成的本体以及覆盖于本体表面的导电层；除首、尾位置以外的至少一个介质谐振器的本体表面设置有覆盖导电层的沟槽结构，用于实现容性交叉耦合，所述沟槽结构与其所在介质谐振器共同构成一个二次模谐振腔体。本发明还公开了一种5G通信装置。相比现有技术，本发明可以很方便实现极性为负的交叉耦合，不会降低滤波器的机械强度，且制备工艺简单，便于大量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤波器，尤其涉及一种可用于5G通信的具有负交叉耦合的介质滤波器。
背景技术
5G通信是目前最前沿的通信技术，各通信公司竞相展开相关方面的研究。其中的Sub 6GHz 采用MIMO技术，因此需要大量的滤波器集成于天线内部，因此对滤波器的体积和重量都有更高的要求。传统的金属滤波器由于体积和重量太大，无法实现与天线的集成。
采用高介电常数材料所实现的小型化介质滤波器，由于其尺寸和重量低于传统滤波器的1/100，是目前实现Sub 6GHz MIMO通信系统的有效解决途径。该类介质滤波器采用固态介电材料（如高介电常数的陶瓷材料）制成的本体，并在本体表面金属化(如镀银)，来形成介质谐振器；通过依次连接的多个介质谐振器以及各个谐振器之间的耦合（包括相邻介质谐振器之间的直接耦合和非相邻介质谐振器之间的交叉耦合），形成介质滤波器。其中，各个谐振器之间的耦合根据极性可分为正耦合(也可以称为电感耦合)和负耦合(也可称为电容耦合)。该类介质滤波器实现极性为正的交叉耦合较容易，但是极性为负的交叉耦合较难实现。
为了实现介质滤波器的负交叉耦合，有厂商采用多模技术在同一谐振腔中，利用简并模式之间的交叉耦合实现，虽然采用该技术实现的滤波器可任意实现正交叉耦合和负交叉耦合，但是采用该技术的滤波器必须由多块介质后期拼接而成，制造工序复杂，不利于大批量生产。有厂商采用表面金属化的介质飞杆来连接两个介质谐振器以实现负交叉耦合，但要在实心的介质材料内部制备出表面金属化的介质飞杆存在极大的工艺难度，难以实现规模化的量产。还有厂商通过在两个介质谐振器的耦合窗口处加工一个很深的盲孔（参见公开号为CN104604022A的中国发明专利申请），相当于加载一个很大的电容来实现负交叉耦合，采用该技术，一个介质滤波器只需要一块介质，有利于大批量生产，但是形成负交叉耦合的盲孔很深，盲孔底部到对面的介质很薄，一方面要求制造精度很高且不能调试，造成精度较难控制，另一方面会严重影响介质滤波器的机械强度，容易破碎。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种可以很方便实现极性为负的交叉耦合的介质滤波器，不会降低滤波器的机械强度，且制备工艺简单，便于大量生产。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种介质滤波器，包括至少三个顺次连接的介质谐振器，每个介质谐振器包括由固态介电材料构成的本体以及覆盖于本体表面的导电层；除首、尾位置以外的至少一个介质谐振器的本体表面设置有覆盖导电层的沟槽结构，用于实现容性交叉耦合，所述沟槽结构与其所在介质谐振器共同构成一个二次模谐振腔体。
优选地，所述沟槽结构的形式为以下形式之一：“L”型、“Z”型，“工”型、“X”型、圆弧型、椭圆型、“S”型、长条形。
优选地，除带有沟槽结构的介质谐振器以外的其它介质谐振器中，至少有一个介质谐振器的本体表面设置有至少一个覆盖导电层的盲孔。
进一步地，所述盲孔表面存在部分未被所述导电层覆盖的区域，所述区域面积大小与该盲孔所在介质谐振器的谐振频率相关。
优选地，所述沟槽结构表面存在部分未被所述导电层覆盖的区域，所述区域面积大小与容性交叉耦合的耦合量相关。
优选地，所述固态介电材料为陶瓷材料。
优选地，所有介质谐振器的本体是用同一块固态介电材料整体成型而成。
进一步地，所述介质滤波器还包括分别设置在首、尾位置的介质谐振器上的两个输入输出端口。
优选地，所述输入输出端口通过垂直插针的方式焊接在该介质滤波器上。
根据相同的发明构思还可以得到以下技术方案：
一种5G通信装置，包含至少一个如上任一技术方案所述介质滤波器。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明巧妙地利用二次模谐振腔技术实现介质滤波器的容性交叉耦合，其实现工艺简单，整个滤波器可由一块介质整体加工实现，便于工业化量产；本发明通过在介质谐振器的介质材料本体表面设置沟槽结构来实现二次模谐振腔体，可实现较大的电容加载，从而大大减小谐振腔体积，同时提高Q值，降低插入损耗；并且由于沟槽结构的深度不需要很深，因此不会影响滤波器的机械强度，此外，沟槽结构的具体实现形式多种多样，可根据实际需要灵活选择。
附图说明
图1为本发明介质滤波器第一个实施例其中一个面的结构示意图；
图2为本发明介质滤波器第一个实施例另一个面的结构示意图；
图3为双模谐振腔体的场分布图；
图4为本发明介质滤波器第一个实施例的频率响应曲线；
图5为本发明介质滤波器第二个实施例的沟槽结构示意图；
图6为本发明介质滤波器第三个实施例的沟槽结构示意图；
图7为本发明介质滤波器第四个实施例的沟槽结构示意图；
图8为本发明介质滤波器第五个实施例的沟槽结构示意图；
图9为本发明介质滤波器第六个实施例的沟槽结构示意图。
图中附图标记含义具体如下：
1为输入输出端口，2为盲孔，3为沟槽结构。
具体实施方式
针对现有技术不足，本发明的解决思路是通过在介质谐振器的介质材料本体表面设置沟槽结构来实现二次模谐振腔体，利用二次模谐振腔技术实现介质滤波器的容性交叉耦合，其实现工艺简单，整个滤波器可由一块介质整体加工实现，便于工业化量产；该方案可实现较大的电容加载，从而大大减小谐振腔体积，同时提高Q值，降低插入损耗，且不会影响滤波器的机械强度。
具体而言，本发明的技术方案具体如下：
一种介质滤波器，包括至少三个顺次连接的介质谐振器，每个介质谐振器包括由固态介电材料构成的本体以及覆盖于本体表面的导电层；除首、尾位置以外的至少一个介质谐振器的本体表面设置有覆盖导电层的沟槽结构，用于实现容性交叉耦合，所述沟槽结构与其所在介质谐振器共同构成一个二次模谐振腔体。
所述沟槽结构可实现所在介质谐振器两侧的多组介质谐振器之间的负交叉耦合，并不限于其所紧邻的两侧两个介质谐振器之间的负交叉耦合。介质滤波器中可设置一个或多个二次模谐振腔体，通常设置一个二次模谐振腔体即可，如果滤波器由较多介质谐振器组成，则可根据实际的滤波器结构选择增加二次模谐振腔体的数量。
所述沟槽结构的具体形式和尺寸参数可依据滤波器性能要求以及所在介质谐振器的具体参数，通过HFSS、Momentum、EMX等电磁仿真软件设计得到。从简化制造工艺的角度考虑，优选采用“L”型、“Z”型，“工”型、“X”型、圆弧型、椭圆型、“S”型、长条形等简单结构。
所述固态介电材料和导电层可采用现有的各种材料，优选采用最常用的介电陶瓷材料作为所述固态介电材料，采用银作为所述导电层。
为了更好地调节介质滤波器的参数，减小体积，可在除带有沟槽结构的介质谐振器以外的其它介质谐振器的本体表面设置覆盖导电层的盲孔，用于形成电容加载，以减小谐振腔体的体积尺寸。设置盲孔的介质谐振器数量以及每个介质谐振器上盲孔的具体数量和位置同样可根据实际需要，通过HFSS、Momentum、EMX等电磁仿真软件设计得到。
所述沟槽结构以及盲孔表面可以设置部分未覆盖导电层的区域，以通过这些区域面积大小来分别对负交叉耦合量及盲孔所在介质谐振器的谐振频率进行调整，也可通过这些区域对本体的形状、尺寸等进行微调。
本发明介质滤波器的本体部分可使用多块介电材料部件拼装而成，也可以用同一块介电材料整体成型得到，从简化工艺、降低成本的角度考虑，优选用同一块固态介电材料整体成型而成所有介质谐振器的本体。
为了便于公众理解，下面通过几个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
第一个实施例的具体结构如图1、图2所示，其是一款具有6个介质谐振器、两个零点的陶瓷介质滤波器，整个滤波器的电介质本体为高介电常数的陶瓷介质材料，本体表面镀银金属化实现金属边界条件。图1中的1为该滤波器的输入输出端口，端口阻抗为50欧姆，两个输入输出端口通过垂直插针的方式分别焊接在滤波器首、尾位置的介质谐振器上。如图2所示，本实施例的介质滤波器在左起第三个介质谐振器的本体表面设置有“L”型沟槽结构3，通过该“L”型沟槽结构3的加载使得其所在的第三个介质谐振器成为二次模谐振腔体，该二次模谐振腔体的谐振频率为二次谐振模，通过该二次模谐振腔体可实现第一个、第二个介质谐振器与第四、第五、第六个介质谐振器之间极性为负的交叉耦合。在除第三个介质谐振器以外的每个介质谐振器的本体表面还分别设置有一个表面金属化的盲孔2，用于对其所在介质谐振器形成电容加载，从而有效减小滤波器的体积。
图3显示了上述二次模谐振腔体的场分布，本发明正是通过该二次谐振模式来实现交叉耦合极性翻转。图4显示了该介质滤波器的频率响应曲线，通过该曲线可知，通过第二个谐振器和第五个谐振器之间的负交叉耦合，可以实现滤波器通带左右各一个传输零点。
图5～图9分别显示了本发明介质滤波器的另外五个具体实施例，其分别采用长条型（如图5所示）、工字型（如图6所示）、Z字型（如图7所示）、椭圆型（如图8所示）、S型（如图9所示）的沟槽结构来构建二次模谐振腔体，进而实现负交叉耦合，这五个具体实施例的其余部分均与第一个具体实施例相同，此处不再赘述。
本发明介质滤波器可广泛应用于MIMO天线、收发信机等5G通信设备。
Claims (10)
1.一种介质滤波器，包括至少三个顺次连接的介质谐振器，每个介质谐振器包括由固态介电材料构成的本体以及覆盖于本体表面的导电层；其特征在于，除首、尾位置以外的至少一个介质谐振器的本体表面设置有覆盖导电层的沟槽结构，用于实现容性交叉耦合，所述沟槽结构与其所在介质谐振器共同构成一个二次模谐振腔体。
2.如权利要求1所述介质滤波器，其特征在于，所述沟槽结构的形式为以下形式之一：“L”型、“Z”型、“工”型、“X”型、圆弧型、椭圆型、“S”型、长条形。
3.如权利要求1所述介质滤波器，其特征在于，除带有沟槽结构的介质谐振器以外的其它介质谐振器中，至少有一个介质谐振器的本体表面设置有至少一个覆盖导电层的盲孔。
4.如权利要求3所述介质滤波器，其特征在于，所述盲孔表面存在部分未被所述导电层覆盖的区域，所述区域面积大小与该盲孔所在介质谐振器的谐振频率相关。
5.如权利要求1所述介质滤波器，其特征在于，所述沟槽结构表面存在部分未被所述导电层覆盖的区域，所述区域面积大小与容性交叉耦合的耦合量相关。
6.如权利要求1所述介质滤波器，其特征在于，所述固态介电材料为陶瓷材料。
7.如权利要求1所述介质滤波器，其特征在于，所有介质谐振器的本体是用同一块固态介电材料整体成型而成。
8.如权利要求1所述介质滤波器，其特征在于，还包括分别设置在首、尾位置的介质谐振器上的两个输入输出端口。
9.如权利要求8所述介质滤波器，其特征在于，所述输入输出端口通过垂直插针的方式焊接在该介质滤波器上。
10.一种5G通信装置，包含至少一个如权利要求1～9任一项所述介质滤波器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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