CN111384499B - 一种滤波器、双工器以及通讯设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤波器，其特征在于，该滤波器包括：第一谐振腔和第二谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔内均容置有层叠设置的加载介质和谐振柱；飞杆，连接第一谐振腔和第二谐振腔，飞杆一部分位于第一谐振腔内，一部分位于第二谐振腔内，使得第一谐振腔和第二谐振腔内的谐振柱产生的磁场穿过分布飞杆的区域，进而产生电磁场的能量交换，提高耦合带宽。以上结构使得第一谐振腔和第二谐振腔内的谐振柱产生的磁场穿过分布飞杆的区域。由于滤波器在工作的时候，谐振柱产生的是交变磁场，进而与飞杆产生切割，进而产生交变的电磁场，并通过飞杆进行电磁场的能量交换，提高耦合带宽。本申请还提供一种包括上述滤波器的双工器和通讯设备。

Description

一种滤波器、双工器以及通讯设备

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，特别是涉及一种用于5G通讯系统的滤波器、双工器以及通讯设备。

背景技术

目前无线通信技术快速发展，无线通信系统需要高性能介质滤波器，介质滤波器的主要性能是选频和滤波。在5G通信系统中，由于收发信道数量由原来4G通信系统的8个增加到64甚至128个，因此5G通信系统的介质滤波器具有小型化、高性能等特点。

本申请的发明人在长期的研发工作中发现，利用现有的介质滤波器的飞杆结构形成的耦合带宽非常低，导致滤波器的性能较差。

发明内容

为了解决现有技术的滤波器存在的上述问题，本申请提供一种滤波器、双工器以及通信设备。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种滤波器，其包括：

第一谐振腔和第二谐振腔，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔内均容置有层叠设置的加载介质和谐振柱；

飞杆，连接所述第一谐振腔和所述第二谐振腔，所述飞杆一部分位于所述第一谐振腔内，一部分位于所述第二谐振腔内，使得所述第一谐振腔和所述第二谐振腔内的谐振柱产生的磁场穿过分布所述飞杆的区域，进而产生电磁场的能量交换，提高耦合带宽。

为解决上述技术问题，本发还提供一种双工器，其包括以上所述的滤波器。

为解决上述技术问题，本发还提供一种通信设备，其包括以上所述的滤波器。

与现有技术相比，本申请的滤波器包括第一谐振腔和第二谐振腔，两个谐振腔内均分布有层叠设置的加载介质和谐振柱。滤波器中加载介质之后，加载介质产生的电场极大部分均在加载介质内部，形成在加载介质外的电场非常少，如果采用结构改进前的飞杆，则通过飞杆进行的能量交换非常少，导致最后产生的耦合带宽非常小。本申请通过在第一谐振腔和第二谐振腔之间设置新结构的飞杆，该飞杆一部分位于第一谐振腔内，一部分位于第二谐振腔内，使得第一谐振腔和所述第二谐振腔内的谐振柱产生的磁场穿过分布飞杆的区域。由于滤波器在工作的时候，谐振柱产生的是交变磁场，进而与飞杆产生切割，进而产生交变的电磁场，并通过飞杆进行电磁场的能量交换，提高耦合带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例中滤波器的剖面结构示意图；

图2是本申请结构改进前滤波器的剖面结构示意图；

图3是本申请结构改进前的滤波器的耦合带宽仿真效果图；

图4是本申请一实施例中滤波器的耦合带宽仿真效果图；

图5是本申请一实施例中滤波器的拓扑结构示意图；

图6是本申请双工器一实施例的简易结构示意图；

图7是本申请通讯设备一实施例的简易结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参见图1所示，图1是本申请第一实施例的滤波器的结构示意图。本申请的滤波器10应用于5G通信，该滤波器10包括第一谐振腔11、第二谐振腔12以及连接第一谐振腔和第二谐振腔的飞杆13。

为了更好地体现本申请的创新点，以下先介绍以下结构改进前滤波器10a的结构。参见图2所示，图2为本申请结构改进前滤波器10a的结构示意图。结构改进前，滤波器10a一般包括两个两个谐振器11a，两个谐振器11a之间通过哑铃形状的飞杆12a进行电磁场的传递，实现能量的交换。随着5G移动通信系统大规模组网的到来，5G需要的基站数量激增，在5G系统中，为达到增加载频带宽，降低功耗，增加信号覆盖范围。客户需要一款700M-800M-900M合路的宽频多工器，体积在原4G的基础上，通道数和指标不变，体积尽可能做得更小。

滤波器10a的改进过程中发现采用加载介质会更好，但是采用加载技术后，滤波器10a出现压缩电场，降低频率的现象。采用介质加载技术后，由于加载介质所产生的电场80％以上均在加载介质内，因此导致采用的哑铃状结构的飞杆12a进行能量交换率特别低，耦合带宽在-5M左右，如图3所示为结构改进前的滤波器的耦合带宽仿真效果图，远远无法满足客户要求。为解决此问题，本申请的发明人研究出了一种新型结构的飞杆13，很好地解决了上数问题，使产品指标满足客户要求。以下进一步详细介绍本申请滤波器10的结构。

继续参见图1，具体的，第一谐振腔11和第二谐振腔12为金属材质，第一谐振腔11和第二谐振腔12均包括盖板111、侧壁112及底壁113，盖板111、侧壁112及底壁113共同围设形成封闭的腔体114。第一谐振腔11和第二谐振腔12内均容置有层叠设置的加载介质115和谐振柱116。具体的，加载介质115的两端分别电镀了金属层，且其中一端与盖板111的抵接，另一端与谐振柱116抵接。可选地，金属层的材料可以为银、铜、铝、钛或金等金属材料。例如：金属层的材料可以为银，将银浆通过电喷在加载介质的上下表面上，以在加载介质的上下表面上形成金属层；或者，金属层的材料可以为金属薄膜，如银薄膜，通过电焊将银薄膜焊接在加载介质115的上下表面上，以在加载介质115的上下表面上形成金属层。其中谐振柱116也为金属材质，可以理解的，加载介质115的两端分别电镀了金属层，使得加载介质115能够与盖板111以及谐振柱116实现良好的接触。

一实施例中，第一谐振腔11和第二谐振腔12的加载介质115均设置有至少一个调节孔1152，调节孔1152沿加载介质115的表面向加载介质115的内部延伸。加载介质115的材料可以为具有高介电常数和低损耗等性能的材料，例如陶瓷、玻璃或者钛酸盐等。

具体地，加载介质115可以设置一个调节孔1152，以使得加载介质115的结构产生改变，在加载介质115内的电磁场产生改变，进而可以改变第一谐振腔11和第二谐振腔12产生的频率。因此本实施例可以通过调节孔1152的截面面积改变第一谐振腔11和第二谐振腔12产生的频率；或者通过改变调节孔1152的深度或者直径来改变第一谐振腔11和第二谐振腔12产生的频率。该调节孔1152的形状可以为圆形，并且从加载介质115的表面向加载介质115的内部进行垂直延伸。在其他实施例中，调节孔1152可以通过其他延伸方式从加载介质115的表面向加载介质115的内部延伸，例如弓字形延伸。

可选地，一实施例中，调节孔1152为贯穿加载介质115的通孔，以增加调节孔1152的深度。其他实施例中，调节孔1152也可以是开设在加载介质115的盲孔，此不做具体限定。

可选地，另一实施例中，谐振柱116与加载介质115连接的一端开设凹槽1161，凹槽1161与调节孔1152相互连通，以进一步增加调频杆117能够移动的深度。可以理解的，不同的实施例中，调节孔1152的深度，以及谐振柱116上是否开设凹槽1161均可以根据滤波器10所需要形成的带宽进行调整，此不进行具体限定。

可选地，一实施例中，谐振柱116与加载介质115连接的一端开设卡合部1162，具体的，卡合部1162可以是盲孔，或者卡台，例如在谐振柱116开设的凹槽1161的实施例中，卡合部1162为卡台，卡台与凹槽1161相互连通。加载介质115与谐振柱116连接的一端固定有限位部1154，限位部1154卡合固定在卡合部1162中，以将加载介质115和谐振柱116连接形成一体。具体的，限位部1154为固定在加载介质115底部的金属块，可选地，限位部1154与加载介质115可以通过胶层粘合等方式进行固定。采用以上结构，限位部1154卡合在卡合部1162上，因此能够很好地使加载介质115固定在谐振柱116上，避免滤波器10或者用了该滤波器10的设备在运输或者使用的的过程中，二者发生脱离的现象，保证产品的性能。

一实施例中，第一谐振腔11和第二谐振腔12内均设置有调频杆117，调频杆117的一端贯穿盖板111，另一端延伸至调节孔1152内。可选地，一实施例中，盖板111设置有第一螺纹，调频杆117通过第一螺纹固定在调节孔1152内，以使得调频杆117设置在调节孔1152内，与现有技术的调节螺杆相对比，本实施例能够降低滤波器10的厚度，减小滤波器10的体积。

其中，调频杆117用于调节第一谐振腔11和第二谐振腔12的谐振频率。在调节孔1152的截面面积固定时，可以通过调节调频杆117位于调节孔1152内的长度，以改变加载介质115内的电磁场，进而调节第一谐振腔11和第二谐振腔12内的谐振频率。调频杆117位于调节孔1152内的长度越长，第一谐振腔11和第二谐振腔12的谐振频率越低；调频杆117位于调节孔1152内的长度越短，第一谐振腔11和第二谐振腔12的谐振频率越高。可以理解的，第一谐振腔11和第二谐振腔12内均单独设置一个调频杆117。

进一步，调频杆117的表面的材料可以为金属材料，具体可以为银、铜、铝、钛或金等金属材料，以防止加载介质115内的电磁场通过调频杆117泄露，提高滤波器的性能。

其中，调频杆117的表面设置有第二螺纹，第二螺纹与第一螺纹对应设置。调频杆117的其他区域的材料可以为非金属材料，例如塑料等非金属材料。与现有的调频杆全部由金属材料制成相对比，本申请的调频杆117的表面的材料为金属材料，其他区域为非金属材料，可以降低调频杆117的成本。

谐振柱116与底壁113连接的一端电镀金属层，谐振柱116与底壁113抵接，进而使得第一谐振腔11/第二谐振腔12的盖板111、加载介质115、谐振柱116以及第一谐振腔11/第二谐振腔12的底壁113形成良好的电性接触。

可选地，一实施例中，加载介质、加载盘、谐振柱及调频杆均为圆柱形结构，且均同轴设置。

飞杆13连接第一谐振腔11和第二谐振腔12，飞杆13一部分位于第一谐振腔11内，一部分位于第二谐振腔12内。以上结构使得第一谐振腔11和第二谐振腔12内的谐振柱116产生的磁场穿过分布飞杆13的区域，两根谐振柱116所产生的磁力线在工作的时候与飞杆产生切割，进而第一谐振腔11和第二谐振腔12内的谐振柱116产生的磁场产生电磁场的能量交换，提高耦合带宽。具体的，一实施例中，飞杆13包括第一耦合杆131、第二耦合杆132以及连接第一耦合杆131和第二耦合杆132的连接杆133。第一耦合杆131位于第一谐振腔11内，第二耦合杆132位于第二谐振腔12内，第二耦合杆132的末端接地。连接杆133作为中间的连接体，第一谐振腔11与第二谐振腔13之间的连接处开设窗口，飞杆的连接杆133穿过窗口以作为能量交换的提高耦合带宽的介质。

本申请一实施例中，第一谐振腔11和第二谐振腔12为非级联关系，飞杆13为容质飞杆。第二耦合杆132的末端与第二谐振腔12的底壁113接触以实现接地接地，而第一耦合杆131的末端没有与第一谐振腔11的底壁113接触，第一耦合杆131的末端与第一谐振腔11的底壁113之间的间距小于等于预设阈值，进而使得该飞杆13形成容质飞杆。可以理解的，不同的实施例中，第一耦合杆131的末端与第一谐振腔11的底壁113可以存在较大的距离也可以无限接近第一谐振腔11的底壁113，具体根据不同滤波器10的耦合带宽大小进行调整，此不做具体限定。

采用以上结构，由于飞杆13的第一耦合杆131位于第一谐振腔11内，第二耦合杆132位于第二谐振腔12内，因此第一谐振腔11内的谐振柱116和第二谐振腔12内的谐振柱116产生的磁力线均穿过飞杆13围设的范围内。可以理解的，由于滤波器10在使用的过程中，谐振柱116产生交变的磁场，因此采用新型结构的飞杆13，两个谐振柱116所产生的磁力线会与飞杆13的第一耦合杆131和第二耦合杆132产生切割，飞杆13通过切割磁力线并通过飞杆13的连接杆133交换能量。新型结构的飞杆13与加载介质115耦合能量的大小，产生耦合带宽的大小，主要由通过新型结构飞杆13包围面积的磁通量决定，因此易于增加耦合带宽。一实施例中，采用以上结构的滤波器10耦合带宽超过-60M，如图4为采用本申请一实施例中的滤波器的结构所产生的耦合带宽的仿真效果图，相比结构改进前采用哑铃状的飞杆耦合带宽只能做到-5M的情况，本申请提供的方案耦合带宽是结构改进前的12倍，起到了非常显著的有益效果。

可以理解的，穿过飞杆13的磁力线越多，耦合带宽越大，不同的实施例中，飞杆13的第一耦合杆131与第二耦合杆132之间的宽度可根据具体需要的耦合带宽的大小进行调整，此不进行限定。可以理解的，在第一耦合杆131和第二耦合杆132之间的宽度一定的情况下，第一耦合杆131的末端越接近第一谐振腔11的底壁113，则飞杆13包围的面积越大，耦合带宽越大。该申请新型结构的飞杆13结构设计简单，性能指标好，互调稳定，生产加工，工艺流程易操作，降低生产成本，实现滤波器10易于大批量生产的同时更具竞争力。

一实施例中，飞杆13的连接杆133超出谐振柱116上方预设距离，采用这样的结构，使得谐振柱116产生的磁力线能够尽可能多地穿过飞杆13围设的面积，提高耦合带宽。不同的实例中，上述预设距离根据实际耦合带宽的大小调整。其他实施例中，飞杆13的连接杆133也可以低于谐振柱116与加载介质115的连接处，只要最后形成的滤波器10的耦合带宽能够符合要求即可，此不做具体限定。

可选地，一实施例中，谐振柱116与加载介质115连接的一端形成加载盘1161，其中，加载盘1161用于与加载介质115连接，加载盘1161的宽度大于谐振柱116其他部位的宽度。可以理解的，加载介质115与加载盘1151连接的底部宽度小于等于加载盘1151的宽度，进而使得加载介质115的底面尽可能全部与加载盘1151接触。

进一步，一实施例中，第一耦合杆131至第一谐振腔11内的加载盘1161的外壁之间的距离大于等于1mm，第二耦合杆132至第二谐振腔12内的加载盘1161的外壁之间最小的距离大于等于1mm。可以理解的，如果第一耦合杆131至第一谐振腔11内的加载盘1161的外壁之间的距离太小，或者第二耦合杆132至第二谐振腔12内的加载盘1161的外壁之间最小的距离太小，容易导致损耗增大，甚至导致飞杆13附近发热起火，使得整个滤波器10损坏。采用以上结构，保证了第一耦合杆131至第一谐振腔11内的加载盘1161的外壁之间的距离，或者第二耦合杆132至第二谐振腔12内的加载盘1161的外壁之间最小的距离在安全范围内，进而保证整个滤波器10的工作性能以及安全性。

参加图5，可选地，一实施例中，该滤波器10还包括第三谐振腔14，第三谐振腔14内也容置有层叠设置如图1所示的加载介质115和谐振柱116，第一谐振腔11与第二谐振腔12为非级联关系，第一谐振腔11或者第二谐振腔12与第三谐振腔14之间为级联关系。进一步，可选地，第一谐振腔11或者第二谐振腔12与第三谐振腔14之间的连接处形成窗口，由窗口实现电磁场能量的耦合与交换。

本申请还提供一种双工器20，该双工器20包括以上任一实施例所描述的滤波器10。该双工器20可以为用于5G通信的基站或者终端，该终端具体可以为手机、平板电脑、具有5G通信功能的可穿戴设备等。

本申请进一步提供一种通信设备，如图7所示，该通信设备100包括天线101和滤波器10，天线101与滤波器10耦接，该滤波器10为上述各实施例所揭示的滤波器10，在此不再赘述。该通信设备100可以为用于5G通信的基站或者终端，该终端具体可以为手机、平板电脑、具有5G通信功能的可穿戴设备等。

需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种滤波器，其特征在于，所述滤波器包括：

第一谐振腔和第二谐振腔，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔内均容置有层叠设置的加载介质和谐振柱；

飞杆，连接所述第一谐振腔和所述第二谐振腔，所述飞杆一部分位于所述第一谐振腔内，一部分位于所述第二谐振腔内，使得所述第一谐振腔和所述第二谐振腔内的谐振柱产生的磁场穿过分布所述飞杆的区域，进而产生电磁场的能量交换，提高耦合带宽；

所述飞杆包括第一耦合杆、第二耦合杆以及连接所述第一耦合杆和所述第二耦合杆的连接杆，所述第一耦合杆位于所述第一谐振腔内，所述第二耦合杆位于所述第二谐振腔内，所述第二耦合杆的末端接地。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔之间连接处开设窗口，所述飞杆的连接杆穿过所述窗口。

3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔均包括盖板、侧壁及底壁，所述第一耦合杆的末端与所述第一谐振腔的底壁之间的间距小于等于预设阈值。

4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述加载介质的两端分别电镀了金属层，且其中一端与所述盖板的抵接，另一端与所述谐振柱抵接。

5.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述谐振柱与所述底壁连接的一端电镀金属层，所述谐振柱与底壁抵接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的滤波器，其特征在于，所述谐振柱与所述加载介质连接的一端开设卡合部，所述加载介质与所述谐振柱连接的一端固定有限位部，所述限位部卡合固定在所述卡合部中，以将所述加载介质和所述谐振柱连接形成一体。

7.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，还包括第三谐振腔，所述第三谐振内也容置有层叠设置的加载介质和谐振柱，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔为非级联关系，所述第一谐振腔或者所述第二谐振腔与所述第三谐振腔之间为级联关系。

8.一种双工器，其特征在于，所述双工器包括权利要求1-7任一项所述的滤波器。

9.一种通讯设备，其特征在于，所述通讯设备包括如权利要求1-7任一项所述的滤波器。

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