CN111384536B - 介质加载的腔体滤波器及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于5G通信系统的介质加载的腔体滤波器及通信设备，所述腔体滤波器包括：腔体，用于定义一端开口的谐振腔；调谐筒，沿所述谐振腔的轴线方向设置于所述谐振腔内，并固定于所述腔体的底壁上；第一介质环，支撑于所述调谐筒远离所述腔体底壁的上端面上；第二介质环，突出设置于所述第一介质环靠近所述调谐筒的下端面上，并与所述第一介质环相对固定，其中所述第二介质环从所述调谐筒的上端面插入至所述调谐筒内，进而对所述第一介质环进行定位。本申请能够减小腔体滤波器的体积，以满足5G通信系统所要求的小型化。

Description

介质加载的腔体滤波器及通信设备

技术领域

本申请涉及通信设备技术领域，涉及一种应用于5G通信系统的介质加载的腔体滤波器及通信设备。

背景技术

随着通信技术的突飞猛进，特别是即将到来的5G通信时代，对系统架构提出更为苛刻的技术要求，在实现高效、大容量通信的同时，要求系统模块必须做到高度集成化、小型化、轻量化、低成本。如5G Massive MIMO技术在实现系统信道从目前的8或者16信道，进一步扩展为32、64甚至128信道的同时，要求系统整机架构尺寸不能过大，甚至还需实现一定程度的小型化。微波滤波器作为系统的核心部件，其性能参数、尺寸大小、成本优劣均对系统的性能、架构尺寸、成本造成较大的影响。

本申请的发明人在长期的研发工作中发现，现有技术的金属谐振器设置有尺寸比较大的谐振盘，通过谐振盘和金属谐振器的腔体盖板或者腔体壁形成大电容，导致金属谐振器的体积大，无法满足5G通信系统所要求的小型化。

发明内容

为了解决现有技术的介质滤波器存在的上述问题，本申请提供一种应用于5G通信系统的介质加载的腔体滤波器及通信设备。

为解决上述问题，本申请实施例提供了一种介质加载的腔体滤波器，其包括：

腔体，用于定义一端开口的谐振腔；

调谐筒，沿所述谐振腔的轴线方向设置于所述谐振腔内，并固定于所述腔体的底壁上；

第一介质环，支撑于所述调谐筒远离所述腔体底壁的上端面上；

第二介质环，突出设置于所述第一介质环靠近所述调谐筒的下端面上，并与所述第一介质环相对固定，其中所述第二介质环从所述调谐筒的上端面插入至所述调谐筒内，进而对所述第一介质环进行定位。

为解决上述技术问题，本发还提供一种通信设备，其包括天线及上述的滤波器，所述天线与所述滤波器耦接。

与现有技术相比，本申请的介质加载的腔体滤波器包括第一介质环和第二介质环，第一介质环支撑于所述调谐筒远离所述腔体底壁的上端面上，第二介质环突出设置于所述第一介质环靠近所述调谐筒的下端面上，并与所述第一介质环相对固定；其中，第一介质环和第二介质环的介电常数高于现有技术的谐振盘的介电常数，大幅提高介电常数，减小第一介质环和第二介质环所占用的体积，因此能够减小腔体滤波器的体积，以满足5G通信系统所要求的小型化。

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是本申请第一实施例的介质加载的腔体滤波器的结构示意图；

图2是本申请第二实施例的介质加载的腔体滤波器的结构示意图；

图3是图2中腔体滤波器的仿真波形示意图；

图4是本申请第三实施例的介质加载的腔体滤波器的结构示意图；

图5是本申请第一实施例的通信设备的结构示意图。

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腔体滤波器的结构示意图。该介质加载的腔体滤波器10应用于5G通信系统，其包括：腔体11、调谐筒12、第一介质环13、第二介质环14以及盖板15。

其中，腔体11用于定义一端开口的谐振腔，即腔体11设置有开口端111，调谐筒12、第一介质环13和第二介质环14可以通过开口端111安装在腔体11内；腔体11的材料可以为银、铜、铝、钛或金等金属材料。盖板15设置在腔体11的开口端111上，以使盖板15和腔体11形成一密封空间，避免腔体11内的电磁场泄露，影响腔体滤波器10的性能。该盖板15的材料可以与腔体11的材料相同，例如盖板15的材料和腔体11的材料均可以为铝。

腔体11的侧壁上可以设置有信号输入端112和信号输出端113，腔体滤波器10通过信号输入端112接收输入信号，对输入信号进行滤波处理，并将滤波后的信号通过信号输出端113发送给5G通信系统的其他设备。

其中，谐振腔的轴线A可为腔体11的中心轴线；调谐筒12沿谐振腔的轴线A方向设置于谐振腔内，并且固定于腔体11的底壁上；即调谐筒12沿轴线A方向设置在腔体11内。调谐筒12固定于腔体11的方式可以包括：焊接、粘胶或者其他固定结构等，例如调谐筒12可以通过螺钉固定在腔体11的底壁上。

第一介质环13支撑于调谐筒12远离腔体11底壁的上端面121上，第二介质环14突出设置于第一介质环13靠近调谐筒12的下端面131上，并且与第一介质环13相对固定。其中，第一介质环13的外径可以大于第二介质环14的外径。

具体地，调谐筒12包括筒状主体122以及设置于筒状主体122远离腔体11底壁的一端的凸缘123，其中筒状主体122的外径小于凸缘123的外径，第一介质环13支撑于凸缘123的上端面(即调谐筒12的上端面121)上。

第一介质环13的内部设置有沿轴线A方向与第一介质环13的下端面131间隔的第一环形台面132，第一介质环13在第一环形台面132靠近第一介质13的下端面131一侧的内径大于远离第一介质环13的下端面131一侧的内径。其中，第二介质环14从第一介质环13的下端面131插入第一介质环13，并且支撑于第一环形台面132上。

凸缘123的内部设置有沿轴线A方向与凸缘123的上端面121间隔的第二环形台面124，凸缘123在第二环形台面124靠近凸缘123的上端面121一侧的内径大于远离凸缘123的上端面121一侧的内径，第二介质环14从凸缘123的上端面121插入凸缘123内，并且沿轴线A方向与第二环形台面124间隔设置。

第一介质环13和第二介质环14可以分体成型，并且彼此相对固定。其中第一介质环13和第二介质环14之间通过粘合剂固定，以使得第一介质环13和第二介质环14彼此相对固定。在其他实施例中，第一介质环13和第二介质环14可以一体成型。

第二介质环14的介电常数小于第一介质环13的介电常数，例如第一介质环13的材料可以为陶瓷、玻璃或钛酸盐等，第二介质环14的材料可以为氧化铝等。

为了防止第一介质环13的电磁场通过上端面121泄露到调谐筒12，第一介质环13的下端面131和调谐筒12的上端面121的接触区域上设置有电磁屏蔽层，该电磁屏蔽层的材料可以为银、铜、铝、钛或金等金属材料。此外，第一介质环13的上端面和盖板15的接触区域进一步设置电磁屏蔽层。

在装配腔体滤波器10时，首先将调谐筒12固定在腔体11的底壁上；然后将第二介质环14从第一介质环13的下端面131插入第一介质环13；再将第二介质环14从凸缘123的上端面121插入调谐筒12的凸缘123内，并且第一介质环13支撑于的上端面121上；最后将盖板15设置在腔体11的开口端111上，并将第一介质环13压持固定于调谐筒12上。

本实施例的腔体滤波器10包括第一介质环13和第二介质环14，其中第一介质环13和第二介质环14的介电常数高于现有技术的谐振盘的介电常数，大幅提高介电常数，减小第一介质环13和第二介质环14所占用的体积，因此能够减小腔体滤波器10的体积，以满足5G通信系统所要求的小型化。

本申请进一步提供第二实施例的腔体滤波器，其在第一实施例所揭示的腔体滤波器10的基础上进行描述。如图2所示，腔体滤波器10进一步包括安装于盖板15上并插置于第一介质环13内的调谐杆16，腔体滤波器10还包括设置在盖板15上的螺母18，螺母18可以固定安装在盖板15上，调谐杆16通过螺母18插置于第一介质环13内。

其中，第一介质环13和第二介质环14以及调谐筒12沿轴线A方向均设置有调谐孔17，以使得调谐杆16可以在调谐孔17内进行移动，进而调整腔体滤波器10的谐振频率。例如，调谐杆16位于调谐孔17内的长度越长，腔体滤波器10的谐振频率越小；调谐杆16位于调谐孔内17的长度越短，腔体滤波器10的谐振频率越大。

调频杆16的表面采用金属材料，金属材料可以银、铜、铝、钛或金等金属材料。调频杆16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16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16的成本。

其中，调谐杆16的下端部161可以呈球缺形设置，即可减小调谐杆16的体积，以提高腔体滤波器10的功率容量。腔体11的底壁上突出设置有支撑台114以及设置于支撑台114上的支撑柱115，调谐筒12的内部设置有挡壁125，支撑柱115从调谐筒12的下端面126插入调谐筒12，并与挡壁125固定连接。具体地，挡壁125和支撑柱115上分别设置有安装孔，用于接收从调谐筒12的上端面121插入的固定件19，固定件19用于实现挡壁125和支撑柱115的固定连接，该固定件19可以为螺钉，螺钉将挡壁125固定在支撑柱115上。

其中，调谐筒12在挡壁125靠近调谐孔12的上端面121一侧的内径大于远离调谐筒12的上端面121的内径，挡壁125靠近调谐孔12的上端面121一侧的内径可以等于调谐孔17的内径。

本实施例通过调谐杆16设置在调谐孔17内，用于调节腔体滤波器10的谐振频率，提高腔体滤波器10的性能。该实施例的腔体滤波器10的仿真图如图3所示，根据仿真图可以知道，在腔体滤波器10的体积减小，能够提高腔体滤波器10的阻带抑制能力。

本申请进一步提供第三实施例的腔体滤波器，如图4所示，该腔体滤波器至少包括非级联的第一腔体41和第二腔体42以及飞杆43，第一腔体41和第二腔体42的结构与上述实施例所揭示的腔体11的结构相同，在此不再赘述。

其中，飞杆43的一部分位于第一腔体41内，一部分位于第二腔体42内，以使得得第一腔体41和第二腔体42内的调谐筒产生的磁场穿过分布飞杆43的区域，第一腔体41和第二腔体42内的调谐筒产生的磁场产生电磁场的能量交换，提高耦合带宽。

具体的，飞杆43包括第一耦合杆431、第二耦合杆432以及连接第一耦合杆431和第二耦合杆432的连接杆433。第一耦合杆431位于第一腔体41内，第二耦合杆432位于第二腔体42内，第二耦合杆432的末端接地。连接杆433作为中间的连接体，第一腔体41和第二腔体42之间的连接处开设窗口，飞杆的连接杆433穿过窗口以作为能量交换的提高耦合带宽的介质。

本申请进一步提供第一实施例的通信设备，如图5所示，通信设备100应用于5G通信系统，该通信设备100包括天线101和滤波器102，天线101与滤波器102耦接，该滤波器102为上述实施例所揭示的滤波器，在此不再赘述。该通信设备100可以为用于5G通信系统的基站或者终端，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。

以上对本申请实施例所提供的保护电路和控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种介质加载的腔体滤波器，其特征在于，包括：

腔体，用于定义一端开口的谐振腔；

调谐筒，沿所述谐振腔的轴线方向设置于所述谐振腔内，并固定于所述腔体的底壁上；

第一介质环，支撑于所述调谐筒远离所述腔体底壁的上端面上；

第二介质环，突出设置于所述第一介质环靠近所述调谐筒的下端面上，并与所述第一介质环相对固定，其中所述第二介质环从所述调谐筒的上端面插入至所述调谐筒内，进而对所述第一介质环进行定位。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一介质环和所述第二介质环分体成型，并彼此相对固定；所述第二介质环的介电常数小于所述第一介质环的介电常数。

3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述第一介质环的内部设置有沿所述轴线方向与所述第一介质环的下端面间隔的第一环形台面，所述第一介质环在所述第一环形台面靠近所述第一介质环的下端面一侧的内径大于远离所述第一介质环的下端面一侧的内径，所述第二介质环从所述第一介质环的下端面插入所述第一介质环，并支撑于所述第一环形台面上；所述第一介质环和所述第二介质环之间通过粘合剂固定。

4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一介质环的下端面与所述调谐筒的上端面的接触区域上设置有电磁屏蔽层。

5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述调谐筒包括筒状主体以及设置于筒状主体远离所述腔体底壁的一端的凸缘，其中所述筒状主体的外径小于所述凸缘的外径，所述第一介质环支撑于所述凸缘的所述上端面上。

6.根据权利要求5所述的滤波器，其特征在于，所述凸缘的内部设置有沿所述轴线方向与所述凸缘的上端面间隔的第二环形台面，所述凸缘在所述第二环形台面靠近所述凸缘的上端面一侧的内径大于远离所述凸缘的上端面一侧的内径，所述第二介质环从所述凸缘的上端面插入所述凸缘，并沿所述轴线方向与所述第二环形台面间隔设置。

7.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器进一步包括盖板，所述盖板盖设于所述腔体的开口端上，并将所述第一介质环压持固定于所述调谐筒上；

所述滤波器进一步包括安装于所述盖板上并插置于所述第一介质环内的调谐杆，其中所述调谐杆的下端部呈球缺形设置。

8.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述腔体的底壁上突出设置有支撑台以及设置于所述支撑台上的支撑柱，所述调谐筒的内部设置有挡壁，所述调谐筒的下端面支撑于所述支撑台上，所述支撑柱从所述调谐筒的下端面插入所述调谐筒，并与所述挡壁固定连接。

9.根据权利要求8所述的滤波器，其特征在于，所述挡壁和所述支撑柱上分别设置有安装孔，以接收从所述调谐筒的上端面插入的固定件，进而实现所述挡壁和所述支撑柱的固定连接；所述调谐筒在所述挡壁靠近所述调谐筒上端面一侧的内径大于远离述调谐筒上端面一侧的内径。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括天线及如权利要求1-9任意一项所述的滤波器，所述天线与所述滤波器耦接。

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