CN110088977B - 介质谐振器及应用其的介质滤波器、收发信机及基站 - Google Patents

Abstract

本申请涉及通信设备组件，尤其涉及介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站。本申请实施例提供的一种介质谐振器包括由固态介电材料制成的介质块，且介质块表面覆盖有导电层，介质块的两个相邻的面上分别有孔或缺口，且一个面上的孔或缺口与另一个面上的孔或缺口相连通，且孔或缺口内表面覆盖有导电层。本申请实施例提供的介质谐振器旨在实现耦合系数与谐振频率调整的便捷性，在获得宽带耦合的同时又保证了介质谐振器的小型化，使得应用其的介质滤波器、收发信机及基站均可以实现宽带化及小型化，以满足无线基站宽带化及小型化的需求。

Description

介质谐振器及应用其的介质滤波器、收发信机及基站

技术领域

本申请涉及通信设备组件，尤其涉及介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站。

背景技术

滤波器是无线通信设备中射频模块的重要组成部分，滤波器的种类和形式非常多，其中介质多模滤波器因其小型化、高性能的特点，受到越来越多的关注。介质多模滤波器由介质谐振器构成，利用介质谐振器的多模特性，实现一个介质谐振器产生两个或两个以上的谐振模式，从而一个多模谐振腔可以代替传统的两个或两个以上的单模谐振腔。

传统的介质谐振器将介质块的一个棱边切斜角或者切直角，如图1a和图1b所示，以便改变需要耦合的两个谐振模式的电场分布，从而实现两个谐振模式的耦合。但这种耦合方式在调整耦合系数的同时，因为改变了介质块其他方向上的电磁场分布，也会比较大的影响介质谐振器其他方向上的谐振频率。也就是说，现有技术中介质谐振器的耦合方式，在调整需要耦合的谐振模式的耦合系数的同时，较大的影响了介质谐振器其他谐振模式的谐振频率，如果需要利用其他谐振模式，则需要增加介质块的体积或某个维度的面积，以便调整其他谐振模式的谐振频率。即目前的介质谐振器的耦合方式使得谐振频率与耦合系数相互影响较强，调整比较复杂，且通常需要增加介质谐振器的体积或者某一维度的面积。

故此，需要一种介质谐振器，可以在调整耦合系数时，不明显影响其他谐振模式的谐振频率，以便便捷的实现介质谐振器的耦合系数以及谐振频率的调整。

发明内容

本申请实施例提供一种介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站，以期将调整介质谐振器的耦合系数和调整谐振频率相对分离，实现耦合系数和谐振频率调整的便捷性。

第一方面，本申请实施例提供一种介质谐振器，包括由固态介电材料制成的介质块，所述介质块表面覆盖有导电层；所述介质块的两个相邻的面上分别有孔或缺口，且一个面上的孔或缺口与另一个面上的孔或缺口相连通；所述孔或缺口内表面覆盖有导电层。可选的，所述介质块可以是正方体、长方体等形状，本申请不做限定。可选的，可以通过调整所述孔的位置、直径、深度、所述缺口的位置、形状、深度、横截面积等至少一项参数实现耦合系数的调整。可选的，相邻两个面上可以都有孔、或者都有缺口、也可以一个面上有孔，另一个面上有缺口，且两个面上的孔、缺口或者孔和缺口相互连通。通过在两个相邻的面上设置相连通的孔或者缺口，可以改变需要耦合的两个谐振模式的电磁场方向，从而实现两个谐振模式的耦合，同时由于孔或者缺口的切割形式，不会贯穿整个介质块，对介质块形状的改变较小，从而对其他谐振模式的电磁场影响较小，所以对其他谐振模式的谐振频率影响较小。故，本申请实施例所提供的技术方案可以实现调整耦合系数的同时，又不显著影响其他谐振模式的谐振频率，实现了调整耦合系数和调整其他谐振模式的谐振频率相对分离，二者的调整可以相对独立的进行，避免了上述耦合系数与谐振频率的反复调整，也避免了为了调整谐振频率而增加谐振器的体积，既实现了耦合系数与谐振频率调整的便捷性，又保证了介质谐振器的小型化。同时，因为耦合系数的调整对其他谐振模式的谐振频率影响较小，就可以在较大范围内对耦合系数进行调整，以便实现宽带耦合或者强耦合，从而适应滤波器宽带化的需求。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述两个相邻的面上的相连通的所述孔或缺口为一对相连通的孔或缺口，所述介质块上有至少两对相连通的孔或缺口。其中，所述一对相连通的孔或缺口，是指分布在两个相邻的面上的，相互连通的孔或缺口。可选的，所述至少两对相连通的孔或缺口，可以分布在相同的两个相邻的面上，即两个相邻的面上分布有至少两对相连通的孔或缺口；也可以分布在不同的相邻的面上，即所述至少两对相连通的孔或缺口，分布在至少三个面上。在两个相邻的面上设置有至少两对相连通的孔或缺口，可以更加灵活的调整两个谐振频率的耦合系数。在不同的相邻的面上，设置相连通的孔或缺口，可以实现更多的谐振频率的耦合，如交叉耦合，从而提升介质谐振器以及应用其的介质滤波器的性能。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述介质块的两个相邻的面上分别有孔或缺口，且一个面上的孔或缺口与另一个面上的孔或缺口相连通，包括：所述两个相邻的面上分别有盲孔，所述两个面上的盲孔在介质块内部连通；或者，所述两个相邻的面上分别有缺口，所述两个面上的缺口相连通；或者，所述两个相邻的面上分别有孔，所述两个面上的孔在介质块内部相连通，形成一个通孔。可选的，介质块上设置至少两对相连通的孔或缺口时，上述不同的实现方式可以混合使用。例如，在第一组相邻的面上分别有孔，两个面上的孔在介质块内部相连通，形成一个通孔；在第二组相邻的面上分别有缺口，两个面上的缺口相连通。

第二方面，本申请实施例提供一种介质滤波器，包含上述第一方面或上述第一方面任一种可能的实现方式中所述的介质谐振器。

第三方面，本申请实施例提供一种收发信机，包含第二方面所述的介质滤波器。

第四方面，本申请实施例提供一种基站，包含第三方面所述的收发信机和/或第二方面所述的介质滤波器。

相较于现有技术，本申请实施例提供的介质谐振器，可以实现耦合系数与谐振频率调整的便捷性，又保证了介质谐振器的小型化和宽带化，使得应用其的介质滤波器、收发信机及基站得以满足小型化和宽带化的需求。

附图说明

下面将对本申请中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1a为本申请涉及的一种介质谐振器的立体示意图；

图1b为本申请涉及的另一种介质谐振器的立体示意图；

图2为本申请实施例提供的一种介质谐振器的立体示意图；

图3a为本申请涉及的一种介质谐振器的磁场方向示意图；

图3b为本申请实施例提供的一种介质谐振器的磁场方向示意图；

图4为本申请涉及的耦合系数与谐振频率变化关系示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种介质谐振器的立体示意图；

图6为本申请实施例提供的再一种介质谐振器的立体示意图；

图7为本申请实施例提供的再一种介质谐振器的立体示意图；

图8为本申请实施例提供的再一种介质谐振器的立体示意图；

图9为本申请实施例提供的一种可能的介质滤波器的立体示意图；

图10为本申请实施例提供的一种可能的基站结构示意图。

具体实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。

需要说明的是，本申请实施例中借助三维直角坐标系来描述本申请相关的介质谐振器和/或介质滤波器的结构以及电磁场分布等特征，为了描述和理解的便利，本申请实施例中以X、Z轴平行于水平面，Y轴垂直于水平面的三维直角坐标系为例进行说明。实际应用中的三维直角坐标系中的X、Y、Z轴的方向以及所对应的平面，可以根据具体的设备或者系统需求进行变化，本申请对此不做限定。

图2为本申请实施例提供的一种介质谐振器的示意图。该实施例中的介质谐振器，包括由固态介电材料制成的介质块200，介质块200上覆盖有导电层；介质块200的两个相邻的面201和202上分别有孔211和孔212，且面201上的孔211与另一个面202上的孔212相连通，图2中213部分示出了孔211和孔212的连通部分；孔211和孔212的内表面覆盖有导电层。

可选的，所述导电层可以是金属导电层，例如，金、银、铜、铝等。

可选的，所述由固态介电材料制成的介质块200可以为陶瓷。当然，所述由固态介电材料制成的介质块200也可以选用其它非导电材料，如玻璃、石晶、塑料、电绝缘的高分子聚合物等。

可选的，上述实施例提供的介质谐振器中的孔211和/或孔212的形状并不限于图2中所示的圆形，也可以是方形或是其它形状；同时，孔211和/或孔212可以根据具体需要，例如调整两个谐振模式的耦合系数，调整其直径、深度、位置等至少一个参数。

在图2对应的示例中，所述孔211和孔212为盲孔，且在介质块200内部相连通，形成了连通区域213。可选的，在图2对应的示例中，孔211的中心对称轴平行于Y轴方向，孔212的中心对称轴平行于X轴方向，相交于介质块200内部。可选的，在面201和面202上的孔还可以使用其他的角度，例如，孔211的中心对称轴与Y轴方向存在一定夹角，和/或孔202的中心对称轴与X轴方向存在一定夹角，本申请不做限定。

在图2对应的实施例中，因为孔211和孔212，改变了原电场强度方向平行于X轴方向的谐振模式(简称X方向谐振模式)的电磁场方向和原电场强度方向平行于Y轴方向的谐振模式(简称Y方向谐振模式)的电磁场方向，使得上述两个谐振模式的电磁场产生了耦合，从而实现了两个谐振模式的耦合。如图3a中的磁感线301和磁感线302所示，在介质块上没有任何耦合结构(例如孔211和孔212)时，磁感线301所在的平面平行于YZ平面，其对应的电场强度方向平行于X轴方向，磁感线302所在的平面平行于XZ平面，其对应的电场强度方向平行于Y轴方向，磁感线301所对应的谐振模式(即X方向谐振模式)与磁感线302所对应的谐振模式(即Y方向谐振模式)的电磁场方向基本正交，两个谐振模式基本没有耦合；如图3b所示，在介质块上设置孔211和孔212后，磁感线301所在的平面与YZ平面产生了一定的夹角，磁感线302所在的平面与XZ平面产生了一定的夹角，即，X方向谐振模式与Y方向谐振模式的电磁场方向不再正交，产生了一定量的能量耦合，从而实现了两个谐振模式的耦合。需要说明的是，为了视图清晰，图3a和图3b中仅示意出了具有代表性的磁感线，没有示出介质谐振器中真实的电磁场分布。孔211和孔212在Z轴方向上所处的位置，以及其在XY平面上的投影面积决定了X方向谐振模式和Y方向谐振模式的耦合系数，当孔211和孔212在Z轴方向上所处的位置一定时，其在XY平面上的投影面积越大，耦合系数越大。

孔211和孔212，相较于现有技术中的耦合方式(如图1a或图1b所示)，在Z轴方向上对介质块的形状改变没有贯通整个Z轴，从而对电场强度方向平行于Z轴的谐振模式(简称Z方向谐振模式)的谐振频率影响较小。如图4a所示，在图1a或图1b所示的耦合方式下，随着对介质块切割量大小的变化，耦合系数由0.005变化到0.0127，Z方向谐振模式的谐振频率由3589.3MHz变化为3599MHz，如耦合系数变化到0.055，Z方向谐振模式的谐振频率变化至3878MHz。在本申请实施例提供的耦合方式下，随着对介质块切割量大小的变化，耦合系数由0.005变化到0.0127，Z方向谐振模式的谐振频率由3587.6MHz变化为3588.3MHz，如耦合系数变化到0.055，Z方向的频率变化至3590.5MHz。对比可见，本申请实施例所提供的介质谐振器及其耦合方式，在对两个谐振模式的耦合系数进行调整的同时，对其他谐振模式的谐振频率影响很小，可以便捷的调整耦合系数和谐振频率，而且可以在其他谐振频率变化不大的情况下，实现两个谐振模式的宽带耦合。

图5为本申请实施例提供的另一种介质谐振器的示意图。本实施例中，介质谐振器包括由固态介电材料制成的介质块500，介质块500上覆盖有导电层；介质块500的两个相邻的面501和502上分别有孔，且面501上的孔与另一个面502上的孔相连通，形成了一个通孔510，孔510的内表面覆盖有导电层。将两个面上的孔相连通，形成一个通孔，可以降低工程实现的复杂度。

图6为本申请实施例提供的又一种介质谐振器的示意图。本实施例中，介质谐振器包括由固态介电材料制成的介质块600，介质块600上覆盖有导电层；介质块600的两个相邻的面601和602上分别有缺口，且面601上的缺口与另一个面602上的缺口相连通，缺口610的内表面覆盖有导电层。

可选的，在本实施例中，面601上的缺口与面602上的缺口相连通，形成了一个三角形的缺口610，该实现方式可以降低工程实现的复杂度。

可选的，缺口的形状还可以根据具体需求进行设计，如图7所对应的实施例，具体实现方式与图6类似，不同在于，介质块700的两个面701和702上的缺口相连通后，形成了一个正方形的缺口710，缺口710的内表面覆盖有导电层。该缺口的形状设计可以进一步减低工程实现的复杂度，便于介质谐振器的生产以及工程实现过程中的测量。

可选的，在一个介质谐振器上还可以有至少两对相连通的孔或缺口，所述一对相连通的孔或缺口，是指在相邻的面上的相连通的孔或缺口，例如图2中的孔211和孔212为一对相连通的孔，图6中的缺口610为一对相连通的缺口。所述至少两对相连通的孔或缺口可以分布在相同的相邻的面上，例如，结合图2，可以在介质块200的面201和面202上，设置至少两个孔211和至少两个孔212，且孔211和孔212一一对应，并相连通，也可以在面201和面202上设置图2所示的孔211和孔212、图5所示的孔510、图6所示的缺口610以及图7所示的缺口710中的至少两个，且上述孔或缺口内表面均覆盖有导电层。在相同的相邻的面上设置多组相连通的孔或缺口，耦合相同的两个谐振模式，可以实现对耦合系数更加灵活的调整。

可选的，所述至少两对相连通的孔或缺口可以在不同的相邻的面上，即所述至少两对相连通的孔或缺口分布在介质块的至少三个面上，以便实现更多谐振模式之间的相互耦合，例如交叉耦合，从而提升介质谐振器以及应用其的介质滤波器的性能。在一个示例中，以图8为例，在表面覆盖导电层的介质块800上，面801和面802上有相连通的缺口810，实现X方向谐振模式和Y方向谐振模式的耦合；面801和面803上有相连通的缺口811，实现Y方向谐振模式和Z方向谐振模式的耦合；面803和面804上有相连通的缺口812，实现X方向谐振模式和Z方向谐振模式的耦合。上述缺口810、811及812内表面均覆盖有导电层。

可选的，在上述实施例中，介质块以及导电层的材料、孔的形状、位置、直径、深度等参数可以根据具体需要进行选取和设计，具体实施方式可以参考图2所对应的描述；缺口的形状、位置、宽度、深度等参数也可以根据具体需要进行选取和设计。可选的，孔和缺口也可以结合使用，例如在相邻的两个面中的一个面上设置孔，另一个面上设置缺口，且孔和缺口相连通。在不同的实施例中，孔或缺口对谐振模式的耦合以及对其他谐振频率的影响原理类似，可以参考图3a、图3b和图4所对应的描述。可选的，介质块的形状可以是正方体、长方体或者其他形状，其尺寸也可以按照具体需求进行设计，本申请不做限定。

可选的，本申请实施例所提供的介质谐振器还可以进行级联使用，可以通过介质谐振器上的未被导电层覆盖的区域来实现多个介质谐振器之间的信号耦合，或者使用其他介质谐振器的级联方式，本申请不做限定。可选的，用于级联的两个或两个以上的上述介质谐振器可以是相同的或者不同的；本申请中所述的介质谐振器也可以根据具体需求与其他介质谐振器和/或金属腔谐振器级联使用，本申请对此不做限定。

本申请实施例所提供的介质滤波器，包含至少一个本申请实施例所提供的介质谐振器。在一个具体的示例中，如图9所示的介质滤波器，由两个本申请实施例所提供的介质谐振器构成。

本发明实施例还提供了一种收发信机，其中包含有上述实施例描述的任一种或多种介质滤波器。

本发明实施例还提供了一种基站，其中包含有上述实施例描述的介质滤波器和/或收发信机。本申请所提及的基站(Base Station，BS)是指通过无线信道与用户设备进行直接通信的装置，所述基站可以包括各种形式的宏基站、微基站、中继站、接入点或射频拉远单元(Remote Radio Unit，RRU)等。在采用不同的无线接入技术的系统中，具备基站功能的设备的名称可能会有所不同，例如在长期演进(Long Term Evolution，LTE)网络中，称为演进的节点B(evolved NodeB，eNB或eNodeB)，在3G(the 3rd Generation，第三代)网络中，称为节点B(Node B)等，为方便描述，本申请中，上述通过无线信道与用户设备进行直接通信的装置统称为基站。

图10为本申请实施例提供的一种可能的基站结构示意图。其中所示的滤波器为本申请实施例所提供任一种或多于一种介质滤波器，其中包括本申请实施例所提供的任一种或多于一种介质谐振器。在上行方向上，信号经由天线接收，通过滤波器、噪声放大器、混频器的处理变换至基带，送入基带处理器处理；下行方向上，经过基带处理器处理的基带信号经过混频器、功率放大器、滤波器的处理变换至射频，通过天线发送。可以理解的，图10所示的基站结构仅作为示例说明基站的基本构成，实际中的基站还可以包括任意数量的上述结构或者装置，也可以根据其功能包括其他的结构或者装置，滤波器在基站结构中所处的位置也可以根据需求进行设计，本申请对此不做限定。

需要说明的是，本申请实施例所提供的介质谐振器和介质滤波器还可以应用在其他需要使用介质谐振器和/或介质滤波器的装置或者场景中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种介质谐振器，包括：由固态介电材料制成的介质块，所述介质块表面覆盖有导电层；其特征在于，

所述介质块的两个相邻的面上，一个面上设置有孔，另一个面上设置有缺口，且一个面上的孔与另一个面上的缺口相连通；

所述孔和缺口内表面覆盖有导电层。

2.如权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于，所述两个相邻的面上的相连通的所述孔和缺口为一对相连通的孔和缺口，所述介质块上有至少两对所述相连通的孔和缺口。

3.如权利要求2所述的介质谐振器，其特征在于，所述至少两对相连通的孔和缺口，分布在所述介质块的至少三个面上。

4.一种介质滤波器，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的介质谐振器。

5.一种收发信机，其特征在于，包含权利要求4所述的介质滤波器。

6.一种基站，其特征在于，包含权利要求5所述的收发信机。

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