CN111342187A - 滤波器及其介质谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滤波器及其介质谐振器，介质谐振器包括介质块及包覆于介质块外表面的金属层。介质谐振器具有相对设置的第一表面及第二表面，第一表面形成有供射频连接器的PIN针插入的金属化盲孔，第一表面还形成有异于金属化盲孔的内凹结构。通过在介质谐振器的第一表面形成内凹结构，可以起到增强射频连接器与介质谐振器之间的耦合的作用，从而实现输入输出端的带宽调节，改变时延。当内凹结构的尺寸增大时，相应的输入输出端的时延增长。因此，可在加大金属化盲孔深度的同时，通过调节内凹结构的尺寸，以使时延满足需求。而随着金属化盲孔的深度增大，PIN针插入的长度也变长，故PIN针焊接的强度更高，上述滤波器的可靠性得到显著提升。

Description

滤波器及其介质谐振器

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，特别涉及一种滤波器及其介质谐振器。

背景技术

滤波器是通信设备中不可或缺的选频器件，随着通信系统的高速发展进入到5G时代，器件的小型化其通信设备发展的关键。介质波导滤波器由于同时具有5G设备小型化的所有特点，故在5G通信设备中具有广泛的应用前景。

传统的介质波导滤波器，通常选用射频连接器作为信号输入输出的装置，射频连接器的内芯通过PIN针(Pin needle)插入介质谐振器的金属化盲孔中，以实现耦合。而且，PIN针深入金属化盲孔的深度，决定了输入输出端口的时延。

对于绝大多数滤波器而言，为满足端口的时延需求，PIN针深入金属化盲孔的深度一般较小。譬如，以频率2.6GHZ为例，若时延要达到2.15ns，则盲孔深度仅为0.3mm。由于PIN针插入深度过小，故PIN针的焊接强度将受到影响，从而导致滤波器的可靠性较差。

发明内容

基于此，有必要针对现有介质波导滤波器可靠性较差的问题，提供一种可靠性较高的滤波器及其介质谐振器。

为解决上述技术问题，其技术方案如下：

一种介质谐振器，包括介质块及包覆于所述介质块外表面的金属层，所述介质谐振器具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面形成有供射频连接器的PIN针插入的金属化盲孔，所述第一表面还形成有异于所述金属化盲孔的内凹结构。

上述技术方案至少具备以下技术效果：

通过在介质谐振器的第一表面形成内凹结构。因此，当上述介质谐振器与射频连接器配合，组成滤波器时，可以起到增强射频连接器与介质谐振器之间的耦合的作用，从而实现滤波器的输入端及输出端的带宽调节，改变时延。当内凹结构的尺寸增大时，相应的输入端及输出端的时延增长。因此，可在加大金属化盲孔深度的同时，通过调节内凹结构的尺寸，以使时延满足需求。而随着金属化盲孔的深度增大，射频连接器的PIN针插入的长度也变长，故PIN针焊接的强度更高，从而显著提升所得到的滤波器的可靠性。

进一步的技术方案如下：

在其中一个实施例中，所述内凹结构为形成于所述介质块边缘的下沉台。

在其中一个实施例中，所述下沉台相邻的两个内壁相互垂直。

也就是说，下沉台的内壁为直角面。因此，下沉台的尺寸可通过长度、宽度及高度进行精确表征。在根据所需时延确定下沉台的尺寸时，长度、宽度及高度便于计算，从而可方便尺寸确定。而且，当长度、宽度及高度确定后，由于下沉台的内壁为规则形状，故可便于根据确定的尺寸进行加工。可见，上述介质谐振器及滤波器更便于生产。

在其中一个实施例中，所述内凹结构为由所述第一表面向所述第二表面延伸的盲孔。

在其中一个实施例中，所述盲孔为圆形孔或正多边形孔。

圆形或正多边形孔的盲孔形状规则易于加工，故可使得介质谐振器及滤波器的生产过程更加方便。而且，由于圆形盲孔的尺寸可通过孔径及深度进行精确的表征，正多变形盲孔的尺寸可通过边长与深度表示。因此，在根据所需时延确定盲孔的尺寸时，该盲孔的尺寸更容易确定，从而进一步方便对介质谐振器及滤波器进行加工。

在其中一个实施例中，所述第二表面向内凹陷形成有频率调节孔。

频率调节孔可对介质谐振器的频率造成影响，频率调节孔的尺寸越小则介质谐振器的频率越高。因此，通过改变频率调节孔的尺寸，可对介质谐振器实现频率的调节。所谓时延，是在某一特定频率下的时延。当增大内凹结构的尺寸，以达到所需时延时，将会导致节介质谐振器的频率变低。此时，可通过将频率调节孔的尺寸变小，以将频率调回到特定频率。

在其中一个实施例中，所述频率调节孔为圆形盲孔或正多边形盲孔。

圆形及正多边形盲孔形状规则易于加工，故可使得介质谐振器及滤波器的生产过程更加方便。而且，由于圆形盲孔的尺寸可通过孔径与深度进行精确的表征，正多变形盲孔的尺寸可通过边长与深度表示。因此，在利用频率调节孔实现频率调节时，频率调节孔的尺寸更容易确定并被加工出来。

在其中一个实施例中，所述频率调节孔位于所述第二表面与所述金属化盲孔相对的设置，并与所述金属化盲孔同轴设置。

在其中一个实施例中，所述金属化盲孔的孔壁与所述金属层之间形成有环形的隔离带。

隔离带的作用是将金属层与金属化盲孔的孔壁隔开，以防止两者之间形成电连接，进而避免射频连接器的壳体与内芯短接。

此外，本发明还提供一种滤波器。一种滤波器，包括：

如上述优选实施例中任一项所述的介质谐振器；及

射频连接器，包括PIN针，所述PIN针插设于所述金属化盲孔并与所述金属化盲孔的孔壁接触。

通过在介质谐振器的第一表面形成内凹结构，可以起到增强射频连接器与介质谐振器之间的耦合的作用，从而实现输入输出端的带宽调节，改变时延。当内凹结构的尺寸增大时，相应的输入输出端的时延增长。因此，可在加大金属化盲孔深度的同时，通过调节内凹结构的尺寸，以使时延满足需求。而随着金属化盲孔的深度增大，PIN针插入的长度也变长，故PIN针焊接的强度更高，上述滤波器的可靠性得到显著提升。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中滤波器的结构示意图；

图2为图1所示滤波器中介质谐振器的俯视图；

图3为本发明另一个实施例中滤波器的结构示意图；

图4为图3所示滤波器中介质谐振器的俯视图；

图5为图1所示滤波器的时延仿真模拟示意图；

图6为图1所示滤波器的时延仿真模拟示意图；

图7为图1所示滤波器的时延仿真模拟示意图；

图8为传统滤波器的时延仿真模拟示意图；

图9为图1所示滤波器的时延仿真模拟示意图；

图10为图1所示滤波器的时延仿真模拟示意图；

图11为图1所示滤波器的时延仿真模拟示意图；

图12为图1所示滤波器的时延仿真模拟示意图；

图13为图1所示滤波器的时延仿真模拟示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”、“第三”等类似用语不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种滤波器10及介质谐振器100，滤波器10包括上述介质谐振器100及射频连接器200。其中：

介质谐振器100可作为滤波器10的首腔谐振器及尾腔谐振器，射频连接器200与介质谐振器100实现信号耦合，以作为滤波器10的输入端口或输出端口。具体的，与首腔谐振器相连的射频连接器200作为滤波器10的输入端口，与尾腔谐振器相连接的射频连接器200射频连接器200将作为滤波器10的输出端口。

需要指出的是，介质谐振器100不仅可应用于滤波器，还可直接应用于介质天线。在其他射频元件中，也可包括上述介质谐振器100及射频连接器200。其中，介质谐振器100及射频连接器200配合，可作为微波信号的发射端或者接收端。

射频连接器200包括PIN针221。PIN针221用于插入介质谐振器100内，以导出信号。具体在本实施例中，射频连接器200还包括壳体210、内芯220及PCB板230。壳体210与PCB板电连接，内芯220包括上述PIN针221。壳体210一般由铜、银等金属良导体材料成型。而且，内芯200与壳体210之间进行绝缘处理，以使PIN针221与壳体210之间绝缘。射频连接器200可以采用市面上常见的射频接头，故对于射频连接器200的结构将不再赘述。

介质谐振器100包括介质块110及金属层120。金属层120包覆于介质块110的外表面。介质块110可以由微波介质陶瓷等绝缘材料成型，以满足微波信号在介质块110内顺利传播。介质块110的形状一般呈立方体形，便于加工。金属层120可以是银层、铜层等导电金属膜层结构，可通过溅射、蒸镀等方式形成于介质块110的外表面。

介质谐振器100具有相对设置的第一表面及第二表面，即图1所示的左侧表面及右侧表面。第一表面形成有金属化盲孔101，金属化盲孔101供射频连接器200的PIN针221插入。在安装射频连接器200时，PCB板230贴设于第一表面并与金属层120接触，PIN针221插入金属化盲孔101并与金属化盲孔的孔壁接触。如此，射频连接器200的壳体210及内芯220将分别与介质谐振器100的金属层120及介质块110内部实现信号连接，射频连接器200便可作为滤波器10的信号端口，以实现微波信号的导入及导出。

具体在本实施例中，金属化盲孔101的孔壁与金属层120之间形成有环形的隔离带103。

金属化盲孔101的孔壁可与金属层120具有相同的结构和材质，可以在金属层120成型后，通过蚀刻、镭雕等方式将在金属层120局部镂空，以得到隔离带103，也可以通过选择性镀膜的方式得到隔离带103。隔离带103的作用是将金属层120与金属化盲孔101的孔壁隔开，以防止两者之间形成电连接，进而避免射频连接器200的壳体210与内芯220短接。

此外，隔离带103的宽度会对介质谐振器100的频率以及射频连接器200与介质谐振器100之间的耦合强度产生一定的影响。因此，在滤波器10的加工过程中，为了获得特定频率下所需的时延，还可通过调节隔离带103的宽度而实现。而且，由于直接蚀刻金属化盲孔101边缘的金属层120即可改变隔离带103的宽度，加工难度小、且可进行多次加工，故调节方便。

需要指出的是，在其他实施例中，还可以通过设置绝缘垫层等其他方式将金属层120与金属化盲孔101的孔壁隔开。

进一步的，第一表面还形成有异于金属化盲孔101的内凹结构102。内凹结构102可以位于第一表面的中部或边缘，与金属化盲孔101指的是两个不同的结构。需要指出的是，内凹结构102的内壁也覆设有金属层120。

背景技术中有提到，在传统使用插针式连接的滤波器中，为了获得所需的时延，其PIN针的插入深度过小，从而导致PIN针的焊接强度不够，滤波器可靠性较差。而且，由于PIN针与金属化过孔的接触面积过小，导致装配不便、产品一致性较差，从而不利于大规模的生产。

如图8所示，在传统的滤波器中，为使得时延达到2.15ns，金属化过孔101的深度h₁仅为0.3mm。可见，其金属化过孔与PIN针的接触面积较小，从而造成上述一系列的问题。

而内凹结构102的设置，可以起到增强射频连接器200与介质谐振器100之间耦合强度的作用，从而实现滤波器100的输入端口及输出端口的带宽调节，以改变时延。当内凹结构102的尺寸(如，深度、宽度及长度等)增大时，输入端口及输出端口的时延也将相应增长。因此，在加工上述滤波器10及介质谐振器100时，可先将金属化盲孔101深度设置为较大。如此，PIN针221插入金属化盲孔101的长度也相应变长，其与金属化盲孔101的孔壁接触面积增大。因此，PIN针221焊接的强度更高，从而有利于提升上述滤波器10的可靠性。

假设由于金属化盲孔101的深度过大而导致时延不符合需求，则可通过调节内凹结构102的尺寸来改变时延，直至时延满足需求。这样，便可在满足滤波器100时延需求的同时，实现提升滤波器10的可靠性的目的。

具体的，可将在仿真软件中建立滤波器10的模型，将所需的金属化盲孔101的深度设置为一个固定参数，将内凹结构102的体积参数作为一个可变参数，在某特定频率下的时延作为随内凹结构102的体积参数变化的输出结果。然后，启动仿真模拟，直至输出结果为所需的时延。此时，对应的内凹结构102的体积参数便是内凹结构102所需加工的尺寸。

如图9至图12所示，在保持时延为2.15ns不变的前提下，通过设置内凹结构102，金属化过孔101的深度h₁至少可以达到0.7mm。可见，与传统的滤波器相比，在时延不便的同时，金属化过孔101的深度h₁的深度可显著增大。

而且，由于PIN针221插入的深度相应增大，故更便于将PIN针221与金属化盲孔101的内壁进行焊接。而且，所得到的产品一致性较好，便于大规模的生产。

在本实施例中，第二表面向内凹陷形成有频率调节孔104。具体的，频率调节孔104可以是圆孔、方形孔或者异形孔。频率调节孔104可对介质谐振器100的频率造成影响，频率调节孔104的尺寸越小则介质谐振器100的频率越高。因此，通过改变频率调节孔104的尺寸，可对介质谐振器100实现频率的调节。

所谓时延，是在某一特定频率下的时延。当增大内凹结构102的尺寸，以达到所需时延时，将会导致节介质谐振器100的频率变低。此时，可通过将频率调节孔104的尺寸变小，以将频率调回到特定频率。

需要指出的是，在其他实施例中，频率调节孔104并非必须的，还可通过外设的调谐盘等结构实现介质谐振器100频率的调节。

进一步的，在本实施例中，频率调节孔104为圆形盲孔或正多边形盲孔。圆形及正多边形盲孔形状规则易于加工，故可使得介质谐振器100及滤波器10的生产过程更加方便。而且，由于圆形盲孔的尺寸可通过孔径与深度h₃进行精确的表征，正多变形盲孔的尺寸可通过边长与深度表示。因此，在利用频率调节孔104实现频率调节时，频率调节孔104的尺寸更容易确定并被加工出来。

进一步的，在本实施例中，频率调节孔104位于第二表面与金属化盲孔101相对的设置，并与金属化盲孔101同轴设置。如此，频率调节孔104在实现频率调节时，精确度更高。

具体在本实施例中，第一表面为轴对称图形，且第一表面的对称轴穿过金属化盲孔101及内凹结构102的中心。

如图2及图4所示，对于立方体形的介质块110，第一表为矩形。此时，金属化盲孔101设置于第一表面的中心，而第一表面一条边的垂直平分线则作为对称轴，可穿过内凹结构102的中心。如此设置，一方面是便于对介质谐振器100进行布局及加工；另一方面，内凹结构102对耦合强度的影响最大。

需要指出的是，在其他实施例中，金属化盲孔101及内凹结构102不限于上述方式，只要能保证金属化盲孔101及内凹结构102位于介质谐振器100的同一个表面即可。

内凹结构102的形式很多，可以孔、槽、下沉台等，只要能起到加强射频连接器200与介质谐振器100之间耦合强度的作用即可。请再次参阅图1及图2，在本实施例中，内凹结构102为形成于介质块110边缘的下沉台。

下沉台可以看作是将介质快110局部切割后，所形成的台阶结构。下沉台至少设置有1个，也可根据需要，沿介质块110的边缘设置多个。下沉台的尺寸可以由长度w₁、宽度w₂及高度h₂三个参数表征，以上三个参数中任一个发生变化，都可引起介质谐振器100的时延发生变化。

如图5所示，保持长度w₁＝5，宽度w₂＝2不变时，当高度h₂＝3时，时延为3.2ns；当高度h₂＝2时，时延为2.8ns；当高度h₂＝1时，时延为2.4ns；当高度h₂＝0时，时延为2.1ns。其中，w₁、w₂及h₂的单位可以一般毫米，上述数值也可以只是表达参数之间的比例关系。可见，随着下沉台的高度h₂增加，时延将逐渐增大。

如图6所示，保持高度h₂＝4.5，宽度w₂＝2不变时，当长度w₁＝5时，时延为3.2ns；当长度w₁＝4时，时延为2.7ns；当长度w₁＝3时，时延为2.5ns；当长度w₁＝0时，时延为2.1ns。可见，随着下沉台的长度w₁增加，时延将逐渐增大。

如图7所示，保持高度h₂＝4.5，长度w₁＝4.5不变时，当宽度w₂＝2.5时，时延为2.7ns；当宽度w₂＝2时，时延为2.4ns；当宽度w₂＝0时，时延为2.1ns。可见，随着下沉台的宽度w₂增加，时延将逐渐增大。

因此，加工滤波器10的过程中，可通过改变下沉台的长度w₁、宽度w₂及高度h₂中任意一个或几个参数的组合，来实现对时延的调节，从而使得滤波器10在满足时延需求的同时，还能保证金属化过孔101具有较大的深度。

进一步的，在本实施例中，下沉台相邻的两个内壁相互垂直。也就是说，下沉台的内壁为直角面。因此，下沉台内部空间的体积可通过长度w₁、宽度w₂及高度h₂的乘积精确表征。在根据仿真结果确定下沉台的各个尺寸时，长度w₁、宽度w₂及高度h₂更便于计算，从而方便对介质谐振器100及滤波器10进行加工。

下面根据具体的模拟数据，进一步说明内凹结构102对，金属化过孔101深度h₁的影响：

如前所述，图8所示为传统的滤波器时延达到2.15ns时，金属化过孔101的深度h₁＝0.3mm。

如图9所示，在保持时延为2.15ns不变的前提下，由于具有内凹结构102下沉台，可设置下沉台的深度h₂＝1mm、长度w₁＝2mm、宽度w₂＝2mm。此时，金属化过孔101的深度h₁＝0.7mm。可见，金属化过孔101的深度相较于传统滤波器显著增加，故PIN针221焊接更牢固。

如图10所示，在保持时延为2.15ns不变的前提下，继续对下沉台的尺寸进行更改。当设置下沉台的深度h₂＝2mm、长度w₁＝2mm、宽度w₂＝2mm时，金属化过孔101的深度h₁可以达到0.9mm。

如图11所示，在保持时延为2.15ns不变的前提下，继续对下沉台的尺寸进行更改。当设置下沉台的深度h₂＝3mm、长度w₁＝2mm、宽度w₂＝2mm时，金属化过孔101的深度h₁可以达到1.1mm。

如图12所示，在保持时延为2.15ns不变的前提下，继续对下沉台的尺寸进行更改。当设置下沉台的深度h₂＝4mm、长度w₁＝2mm、宽度w₂＝2mm时，金属化过孔101的深度h₁可以达到1.3mm。

请参阅图3及图4，在本发明另一个实施例中，介质谐振器100的其他结构与上述实施例中完全相同，故不再赘述，其区别在于：内凹结构102为由第一表面向第二表面延伸的盲孔。

该盲孔的结构可以与频率调节孔104相同，盲孔的尺寸可以孔径d₁及深度h₄两个参数进行表征，其中任一个参数变化，都可引起介质谐振器100的时延变化。因此，通过对孔径d₁及深度h₄进行设置，便可得到所需的时延。如图12所示，当孔径d₁及深度h₄任一个参数变大时，都可导致时延增大。

作为内凹结构102的上述盲孔同样可以为圆孔、方孔或异形孔。进一步的，具体在该实施例中，盲孔为圆形孔或正多边形孔。

圆形及正多边形的盲孔形状规则易于加工，故可使得介质谐振器100及滤波器10的生产过程更加方便。而且，由于圆形盲孔内部空间的体积可通过孔径d₁及深度h₄进行精确的表征，而正多边形盲孔的尺寸可通过边长及深度表示。因此，在根据仿真结果确定盲孔的尺寸时，该盲孔的尺寸更容易确定，从而进一步方便对介质谐振器100及滤波器10进行加工。

上述滤波器10及其介质谐振器100，通过在介质谐振器100的第一表面形成内凹结构102，可以起到增强射频连接器200与介质谐振器100之间的耦合的作用，从而实现输入输出端的带宽调节，改变时延。当内凹结构102的尺寸增大时，相应的输入输出端的时延增长。因此，可在加大金属化盲孔101深度的同时，通过调节内凹结构102的尺寸，以使时延满足需求。而随着金属化盲孔101的深度增大，PIN针221插入的长度也变长，故PIN针221焊接的强度更高，上述滤波器10的可靠性得到显著提升。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种介质谐振器，其特征在于，包括介质块及包覆于所述介质块外表面的金属层，所述介质谐振器具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面形成有供射频连接器的PIN针插入的金属化盲孔，所述第一表面还形成有异于所述金属化盲孔的内凹结构。

2.根据权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于，所述内凹结构为形成于所述介质块边缘的下沉台。

3.根据权利要求2所述的介质谐振器，其特征在于，所述下沉台相邻的两个内壁相互垂直。

4.根据权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于，所述内凹结构为由所述第一表面向所述第二表面延伸的盲孔。

5.根据权利要求4所述的介质谐振器，其特征在于，所述盲孔为圆形孔或正多边形孔。

6.根据权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于，所述第二表面向内凹陷形成有频率调节孔。

7.根据权利要求6所述的介质谐振器，其特征在于，所述频率调节孔为圆形盲孔或正多边形盲孔。

8.根据权利要求6所述的介质谐振器，其特征在于，所述频率调节孔位于所述第二表面与所述金属化盲孔相对的设置，并与所述金属化盲孔同轴设置。

9.根据权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于，所述金属化盲孔的孔壁与所述金属层之间形成有环形的隔离带。

10.一种滤波器，其特征在于，包括：

如上述权利要求1至9任一项所述的介质谐振器；及

射频连接器，包括PIN针，所述PIN针插设于所述金属化盲孔并与所述金属化盲孔的孔壁接触。

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