CN109983616B - 一种滤波器及通信设备 - Google Patents

Abstract

一种滤波器及通信设备，该滤波器包括：金属腔室、金属谐振腔和覆盖金属腔室及金属谐振腔的金属盖板；金属腔室内设置有介质波导，介质波导与金属腔室电连接；金属谐振腔内设置有谐振杆；金属腔室和与金属腔室相邻的金属谐振腔之间设置有耦合结构，耦合结构包括金属腔室和金属谐振腔之间的连通区域，以及伸入到连通区域内的介质本体，介质本体与介质波导相连接，耦合结构与金属谐振腔内的谐振杆耦合连接。在上述实施例中，根据金属谐振腔远端谐波的频率距离通带频率更远的特性。因此，在滤波器内引入金属谐振腔后，可以对整个滤波器的远端谐波进行有效的抑制。

Description

一种滤波器及通信设备

技术领域

本申请涉及到通信技术领域，尤其涉及到一种滤波器及通信设备。

背景技术

介质波导滤波器是无线通信设备(例如，基站)中使用的小型化滤波器的常用形态，但介质波导滤波器远端谐波抑制性能差，制约了其应用场景。为了提升远端谐波抑制性能，现有技术中的介质波导滤波器，通常使用额外的低通器件(例如微带线)进行远端谐波的低通抑制，额外的低通器件的应用，会额外增加信号损耗，装配复杂度也较高。

发明内容

本申请提供了一种滤波器及通信设备，旨在不额外增加信号损耗的同时改善滤波器的性能，从而提高滤波器的适用性。

本申请提供了一种滤波器，该滤波器包括：金属腔室、金属谐振腔和覆盖所述金属腔室及金属谐振腔的金属盖板；所述金属腔室内设置有介质波导，所述介质波导与所述金属腔室电连接；所述金属谐振腔内设置有谐振杆；所述金属腔室和与所述金属腔室相邻的金属谐振腔之间设置有耦合结构，所述耦合结构包括所述金属腔室和金属谐振腔之间的连通区域，以及伸入到所述连通区域内的介质本体，所述介质本体与所述介质波导相连接，所述耦合结构与所述金属谐振腔内的谐振杆耦合连接。根据金属谐振腔远端谐波的频率距离通带频率更远的特性，在将介质波导与金属谐振腔联合使用，可以对整个滤波器的远端谐波进行有效的抑制。此外，介质波导与金属谐振腔的耦合连接时，是通过耦合连接区域的电磁场来实现的，在耦合连接区域的电磁场强度越高时，对耦合连接区域的形状、尺寸等精度的要求越高，即对滤波器的装配精度以及工程实现要求越高；在本申请中，由于介质本体内部的电磁场强度相对于空气中的电磁场强度弱，因此，通过将介质本体伸入到金属腔室和金属谐振腔之间的连通区域，可以降低耦合连接区域的电磁场强度，即降低介质波导与金属腔级联结构的敏感度，从而降低对耦合连接区域的精度要求，进而降低对滤波器的装配精度以及工程实现难度的要求。

在一个可能的设计中，所述介质本体具有朝向所述金属谐振腔内的谐振杆的面，且所述朝向所述金属谐振腔内的谐振杆的面上设有非金属化区域。介质本体通过该非金属化区域与谐振杆耦合。并且在具体设置时，可以采用不同形状的非金属化区域，如矩形、圆形等不同的形状，此外，在一个可能的设计中，上述中介质本体朝向谐振杆的面可以为整个面为非金属的，也可以部分覆盖金属，并开窗形成不同形状的非金属区域。

在一个可能的设计中，所述介质本体表面覆盖有导电金属层。可选的，该导电金属层为银，且在覆盖导电金属层时，介质本体朝向谐振杆的面的非金属区域不被覆盖。

在一个可能的设计中，所述介质本体为沿远离所述介质波导的方向横截面面积逐渐变小的渐变结构。上述介质本体的设计可以有效的降低介质波导与金属腔级联结构的敏感度，同时，采用上述结构可以降低整个滤波器装配时的精度要求。

在一个可能的设计中，所述介质波导与所述介质本体为一体结构。从而使得介质波导与介质本体可以一体制作而成，提高了介质本体与介质波导之间的连接强度，也方便了器件的制作。

在一个可能的设计中，所述金属谐振腔的个数为至少两个，且相邻的金属谐振腔耦合连接。该耦合连接可以采用耦合窗口，或者其他的耦合方式实现耦合连接。

设置在一个金属腔室内的介质波导的个数为至少两个，所述至少两个介质波导叠放在金属腔室内，且介质波导与另一介质波导相接触的面上设置有非金属化区域。即介质波导的个数可以选择不同的个数，如在介质波导的个数为两个时，介质波导采用双层迭代排列方式排列。多个介质波导可以与金属谐振腔形成交叉耦合，此交叉耦合可以有效的提升滤波器通带近端的抑制能力。

在一个可能的设计中，所述介质波导设置有至少一个介质谐振腔，且所述介质波导设置至少两个介质谐振腔时，所述至少两个介质谐振腔之间耦合连接。

在一个可能的设计中，所述金属腔室和金属谐振腔单排排列。从而使得整个滤波器的结构更加紧凑，便于滤波器的小型化发展，当然应当理解的是，该滤波器中的金属腔室不仅限于上述的单排排列，还可以采用其他方式排列，如在采用三个金属腔室时，金属腔室呈品字形排列。

在一个可能的设计中，所述金属腔室位于单排排列的金属谐振腔的一侧。即放置有介质波导的金属腔室设置在单排排列的金属腔室的一端，当然也可以采用介质波导放置在中间位置。介质波导采用放置在金属腔室的一端，可以进一步提高滤波器的结构紧凑。

在一个可能的设计中，所述介质波导通过导电胶或金属弹片与所述金属腔室固定连接。即可以通过不同的导电连接方式实现即可将介质波导与金属腔室电连接又可以将介质波导固定在金属腔室内。

本申请还提供了一种通信设备，该通信设备包括上述任一项所述的滤波器。可选的，所述通信设备可以是无线通信网络中的网络设备，例如，基站或者无线收发装置等；也可以是用户设备，例如，手机等。

在上述实施例中，根据金属谐振腔远端谐波的频率距离通带频率更远的特性。因此，在上述滤波器引入金属谐振腔后，可以对整个滤波器的远端谐波进行有效的抑制。此外，介质波导与金属谐振腔的耦合连接时，是通过耦合连接区域的电磁场来实现的，在耦合连接区域的电磁场强度越高时，对耦合连接区域的形状、尺寸等精度的要求越高，即对滤波器的装配精度以及工程实现要求越高；在本申请中，由于介质本体内部的电磁场强度相对于空气中的电磁场强度弱，因此，通过将介质本体伸入到金属腔室和金属谐振腔之间的连通区域，可以降低耦合连接区域的电磁场强度，从而降低对耦合连接区域的精度要求，进而降低对滤波器的装配精度以及工程实现的要求。

附图说明

图1～图4为本实施例提供的不同结构的滤波器的示意图；

图5为现有技术中的纯介质波导的滤波器的远端响应示意图；

图6为本实施例提供的滤波器的远端响应示意图；

图7示出了同一金属腔室中设置两个介质波导时的滤波器近端响应示意图。

附图标记：

10-金属壳 11-第一金属谐振腔 12-第二金属谐振腔 13-第三金属谐振腔

14-金属腔室 20-耦合窗口 30-谐振杆 40-介质波导 50-耦合结构

51-介质本体 511-耦合面 52-连通区域 60-金属弹片

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例作进一步描述。

一并参考图1～图4，图1～图4示出了不同结构的滤波器。在图1～图4所示的结构中，未示出金属盖板。

本申请实施例提供了一种滤波器，该滤波器包括：金属腔室14、金属谐振腔和覆盖金属腔室14及金属谐振腔的金属盖板；金属腔室14内设置有介质波导40，介质波导40与金属腔室14电连接；金属谐振腔内设置有谐振杆30；金属腔室14和与金属腔室14相邻的金属谐振腔之间设置有耦合结构50，耦合结构50包括金属腔室14和金属谐振腔之间的连通区域52，以及伸入到连通区域52内的介质本体51，介质本体51与介质波导40相连接，耦合结构50与金属谐振腔内的谐振杆30耦合连接。

继续参考图1，由图1可以看出，本实施例提供的金属腔室14及金属谐振腔为在一个金属壳10上形成的腔室，为了方便描述，以图1所示的四个腔室为例进行说明。在图1所示的滤波器中，以图1中滤波器放置的方向为参考方向，四个腔室从左到右依次为金属腔室14、第三金属谐振腔13、第二金属谐振腔12及第一金属谐振腔11，且四个腔室的高度相同，其中，金属腔室14为放置介质波导40的腔室，其余的三个腔室内分别设置了谐振杆30，从而作为三个金属谐振腔，且在具体设置时，相邻的金属谐振腔之间耦合连接，具体的，如图1所示的方式，金属谐振腔之间采用耦合窗口20的方式连接，即第三金属谐振腔13与第二金属谐振腔12之间、第二金属谐振腔12与第一金属谐振腔11之间分别设置了耦合窗口20，通过该耦合窗口20实现了三个金属谐振腔之间的耦合。此外，在金属腔室14与第三金属谐振腔13之间通过介质本体51实现耦合连接。该耦合结构50由两部分组成，分别为：金属腔室14和第三金属谐振腔13之间的连通区域52，以及伸入到连通区域52内的介质本体51，以图1所示的结构为例，该连通区域52为金属腔室14与第三金属谐振腔13之间的隔壁上开设的窗口，通过该窗口以及伸入到该窗口内的介质本体51实现金属腔室14与第三金属谐振腔13的耦合连接。在具体设置时，该介质本体51即可以采用如图1所示的介质本体51位于连通区域52内并未伸入到第三金属谐振腔13内，或者采用如图2～图4所示的，介质本体51穿过连通区域52后伸入到第三金属谐振腔13内。无论采用上述哪种结构均能够实现将介质波导40与第三金属谐振腔13耦合连接。由于金属谐振腔远端谐波的频率距离通带频率更远，比如介质波导40谐振腔的远端谐波的频率一般是通带频率的1.7倍，而金属谐振腔的远端谐波的频率可以达到通带频率的3倍甚至以上，所以上述滤波器引入金属谐振腔后，可以对整个滤波器的远端谐波进行有效的抑制。此外，介质波导40与金属谐振腔的耦合连接时，是通过耦合连接区域的电磁场来实现的，在耦合连接区域的电磁场强度越高时，对耦合连接区域的形状、尺寸等精度的要求越高，即对滤波器的装配精度以及工程实现要求越高；在本申请中，由于介质本体51内部的电磁场强度相对于空气中的电磁场强度弱，因此，通过将介质本体51伸入到金属腔室14和金属谐振腔13之间的连通区域52，可以降低耦合连接区域的电磁场强度，从而降低对耦合连接区域的精度要求，进而降低对滤波器的装配精度以及工程实现的要求。

为了方便理解本实施例提供的滤波器的性能，图5示出了现有技术中的纯介质波导构成的滤波器的远端响应示意图，图6示出了本实施例提供的滤波器的远端响应示意图，由图5及图6对比可以看出，对于仅由介质波导构成的滤波器，当频率在通带中心频率的1.4倍时，滤波器响应已经出现较大的杂波，而引入金属谐振腔级联结构(即本申请实施例)后，3倍频内的远端杂波已经被全部滤除。

通过上述描述可以看出，本申请提供的金属谐振腔的个数为至少为两个时，相邻的金属谐振腔耦合连接，但是耦合方式不限定于具体的耦合窗口的耦合连接方式，其他的耦合连接结构也可以应用到本申请中。

可选的，本申请实施例中的包含介质波导的金属腔室14的个数不受图1所示的金属腔室14的个数限定，还可以根据需要设置两个或者更多的金属腔室以及其中的介质波导，具体设置方式以及耦合结构的设计方式与金属腔室14及耦合结构50相同，不再赘述，且在采用多个带有介质本体51的金属腔室14时，相邻的两个金属腔室之间至少间隔一个金属谐振腔。可选的，金属谐振腔也不限定个数，但至少有一个金属谐振腔，金属腔数量的选取只跟远端谐波的抑制度相关，比如，当远端抑制要求10dB时，可以设置1个金属腔室14，当远端谐波要求70dB时，可以设置3个或3个以上的金属谐振腔。

可选的，本实施例采用的介质波导40结构为介质陶瓷制作而成，同时表面覆盖有导电金属层，可选的，该导电金属层为银，其形状可以采用不同的形状，如图1至图3所示的长方体状，或者如图4所示的圆柱体形状，即本实施例中提供的介质波导40的形状不受限定，可以根据实际的情况而定，此外，在本实施例提供的介质波导40中，可以具有不同个数的介质谐振腔，但应至少具有一个介质谐振腔，如图4所示，图4示出的介质波导40具有一个介质谐振腔；图1至图3示出的介质波导40具有两个或两个以上的介质谐振腔，且多个介质谐振腔之间耦合连接。在采用两个或两个以上的介质谐振腔时，通过在介质波导上开设槽体形成不同个数的介质谐振腔，如图1至图3中，采用T形槽在介质本体51上形成两个或两个以上的介质谐振腔。

对于介质波导40的结构尺寸，在本实施例中，每个介质波导40的高度低于金属腔室14的高度，且在介质波导40的个数至少为两个时，至少两个介质波导40以叠放在金属腔室14内，如采用两个介质波导40，介质波导40采用双层叠放排列设置在金属腔室14内。此时上下两层的介质波导40通过介质本体51与金属谐振腔进行级联耦合。但应当注意的是，在采用多个介质波导40时，多个介质波导40在排列后的高度也低于金属腔室14的高度，从而方便介质波导40放置在金属腔室14内。可选的，当一个金属腔室内设置两个或两个以上介质波导时，每个介质波导都连接有相同的介质本体，并分别通过与各自相连接的介质本体与金属谐振腔内的谐振柱耦合连接。两个相互接触的介质波导，在接触面上均设有非金属化区域，以便实现介质波导之间的耦合连接。在使用两个或两个以上介质波导时，多个介质波导40可以与金属谐振腔形成交叉耦合，此交叉耦合可以有效的提升滤波器通带近端的抑制能力，如图7所示，图7示出了使用双层介质波导40与金属谐振腔13形成交叉耦合时的频率响应曲线，与图6对比可见，通带两旁的频率泄露成分得到了明显的抑制。

在介质波导40与金属谐振腔耦合时，介质波导40通过介质本体51来实现两者之间的连接，具体的，如图1所示，该耦合结构50包括连通区域52以及介质本体51，其中，介质本体51与第三金属谐振腔13内的谐振杆30耦合，在具体设置时，该介质本体51可以伸入到连通区域52中，也可以通过连同区域52插入到第三金属谐振腔13内，并具有朝向谐振杆30的一面(耦合面511)，以实现两者之间的耦合。该耦合面511上设有非金属化区域，通过该非金属化区域与谐振杆30形成耦合，在一个可实施的方案中，该非金属化区域的面积及形状不受限定，如，矩形、圆形等，并且在具体设置时，可以整个耦合面511为非金属化区域，或者部分耦合面511为非金属化区域。如在一个方案中，本体表面覆盖有导电金属层，但介质本体51的耦合面511未被导电金属层覆盖，该耦合面511裸露出来。

在一个具体的实施例中，该介质本体51与介质波导40采用一体结构，即采用一种材质形成介质波导40及介质本体51，从而提高两者之间的连接强度，也方便了整个器件的制作。介质波导40在具体设置时，即可以设置成图1所示的横截面积不变的结构，也可以设计成一个横截面积渐变的结构，具体的，该介质本体51为沿远离所述介质波导40的方向横截面面积逐渐变小的渐变结构，该渐变的介质本体51可以有效的降低介质波导40与金属腔级联结构的敏感度。但是该渐变的介质本体51的具体的形状不受限定，如以下示例：如图2所示，该介质本体51采用朝向谐振杆30的一面为斜面的方式实现横截面逐渐减小的结构，采用该方式可以增大介质波导40与谐振杆30的耦合面积，从而增大耦合量；如图3所示，该介质本体51采用一个阶梯形的结构，实现渐变；如图4所示，该介质本体51采用具有两个相对的倾斜面来实现横截面积逐渐减小的结构。但应当理解的是，本申请实施例提供的介质本体51可以采用不同的形状，不仅限于上述图2～图4示出的结构形状。

在介质波导40与金属腔室14电连接时，介质波导40可以通过导电胶或金属弹片60与金属腔室14固定连接并导电连通。即可以通过不同的导电连接方式实现即可将介质波导40与金属腔室14电连接又可以将介质波导40固定在金属腔室14内。如图1及图2所示，介质波导40通过导电胶与金属腔室14连接，如图3所示，介质波导40通过金属弹片60与金属腔室14连接。通过采用上述连接方式，介质波导40与金属腔室14的在连接时不需要焊接，介质波导40与金属腔混合设计结构的装配工艺简单。

在上述金属腔室14及金属谐振腔设置时，其设置方式可以采用如图1所示的单排排列的方式，即金属谐振腔及金属腔单排排列，如图1至图4所示。从而使得整个滤波器的结构更加紧凑，便于滤波器的小型化发展，当然应当理解的是，该滤波器中的金属腔室14及金属谐振腔不仅限于上述的单排排列，即腔室的排列方式可以发生变化，示例中的直线型排列只是一个特例，还可以采用三角形，品字形都可以，只需保证对应的耦合关系即可。

在采用金属腔室14及金属谐振腔单排排列的设置方式时，金属谐振腔位于金属谐振腔的一侧。即如图1所示的金属腔室14设置在单排排列的金属谐振腔的一端，当然也可以将金属腔室14在其他的位置，如金属腔室14位于多个金属谐振腔之间，此时，金属腔室14分别与其两侧的金属谐振腔耦合连接，在具体耦合时，可以采用上述方案中描述的耦合结构50的实现耦合。金属腔室14采用放置在金属谐振腔的一端，可以进一步提高滤波器的结构紧凑性。

通过上述的描述可以看出，本实施例提供的滤波器中，将介质波导40与金属谐振腔进行混合设计，将介质波导40直接放置在金属腔室14内部，形成一个整体的滤波器。其中，放置介质波导40的金属腔室14本身不参与滤波器谐振，该腔室的形状和尺寸的变化对滤波器的性能无影响，其形状和尺寸可以按需求进行设计，本申请对此不做限定。

在本申请中，该金属腔室14及金属谐振腔均为具有开口的腔室，为了防止信号泄漏，本申请中的滤波器还包括一个金属盖板，该金属盖板覆盖在腔室的开口处将腔室封住，从而避免信号泄漏。

本申请还提供了一种通信设备，该通信设备包括上述任一项的滤波器。可选的，所述通信设备可以是无线通信网络中的网络设备，例如，基站或者无线收发装置等；也可以是用户设备，例如，手机等。

在上述实施例中，根据金属谐振腔远端谐波的频率距离通带频率更远的特性。因此，在上述滤波器引入金属谐振腔后，可以对整个滤波器的远端谐波进行有效的抑制。此外，介质波导40与金属谐振腔的耦合连接时，通过耦合解耦50实现与金属谐振腔耦合，降低了介质波导与金属腔级联结构的敏感度，进而降低对滤波器的装配精度以及工程实现的要求。

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

Claims (12)

1.一种滤波器，其特征在于，包括：金属腔室、金属谐振腔和覆盖所述金属腔室及金属谐振腔的金属盖板；

所述金属腔室内设置有介质波导，所述介质波导与所述金属腔室电连接；

所述金属谐振腔内设置有谐振杆；

所述金属腔室和与所述金属腔室相邻的金属谐振腔之间设置有耦合结构，所述耦合结构包括所述金属腔室和金属谐振腔之间的连通区域，以及伸入到所述连通区域内的介质本体，所述介质本体与所述介质波导相连接，所述耦合结构与所述金属谐振腔内的谐振杆耦合连接。

2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述介质本体具有朝向所述金属谐振腔内的谐振杆的面，且所述朝向所述金属谐振腔内的谐振杆的面上设有非金属化区域。

3.如权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述介质波导表面覆盖有导电金属层。

4.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述介质本体为沿远离所述介质波导的方向横截面面积逐渐变小的渐变结构。

5.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述介质波导与所述介质本体为一体结构。

6.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述金属谐振腔的个数为至少两个，且相邻的金属谐振腔耦合连接。

7.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，设置在一个金属腔室内的介质波导的个数为至少两个，所述至少两个介质波导叠放在金属腔室内，且介质波导与另一介质波导相接触的面上设置有非金属化区域。

8.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述介质波导设置有至少一个介质谐振腔，且所述介质波导设置至少两个介质谐振腔时，所述至少两个介质谐振腔之间耦合连接。

9.如权利要求1～8任一项所述的滤波器，其特征在于，所述金属腔室和金属谐振腔单排排列。

10.如权利要求9所述的滤波器，其特征在于，所述金属腔室位于单排排列的金属谐振腔的一侧。

11.如权利要求9所述的滤波器，其特征在于，所述介质波导通过导电胶或金属弹片与所述金属腔室固定连接。

12.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的滤波器。

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