CN111384547B - 一种应用于5g通信系统的滤波器及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于5G通信系统的滤波器及通信设备，滤波器包括：金属腔体，设置有彼此间隔的信号输入口和信号输出口；信号输入端子，设置于信号输入口内，并用于输入信号；信号输出端子，设置于信号输出口内，并用于输出信号；主金属带状线，设置于金属腔体内，并连接信号输入端子和信号输出端子之间，并传输信号；多条四分之一波长金属带状线，设置于金属腔体内，与主金属带状线连接，并沿主金属带状线彼此间隔设置，用于对主金属带状线所传输的信号进行滤波。本申请能够减小金属谐振腔的体积，以满足5G通信系统所要求的小型化。

Description

一种应用于5G通信系统的滤波器及通信设备

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 MassiveMIMO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腔的阻带抑制能力差。

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应用于5G通信系统的滤波器，其包括：

金属腔体，设置有彼此间隔的信号输入口和信号输出口；

信号输入端子，设置于所述信号输入口内，并用于输入信号；

信号输出端子，设置于所述信号输出口内，并用于输出信号；

主金属带状线，设置于所述金属腔体内，并连接所述信号输入端子和信号输出端子之间，并传输所述信号；

多条四分之一波长金属带状线，设置于所述金属腔体内，与所述主金属带状线连接，并沿主金属带状线彼此间隔设置，用于对所述主金属带状线所传输的所述信号进行滤波。

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，本申请的滤波器包括主金属带状线和多条四分之一波长金属带状线，主金属带状线设置于所述金属腔体内，并连接所述信号输入端子和信号输出端子之间，并传输所述信号；多条四分之一波长金属带状线与所述主金属带状线连接，并沿主金属带状线彼此间隔设置，用于对所述主金属带状线所传输的所述信号进行滤波；由于多条四分之一波长金属带状线用于对主金属带状线所传输的信号进行滤波，以使得滤波后的信号能够满足预设的性能指标，提高阻带抑制能力。

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滤波器的结构示意图；

图2是图1中滤波器的仿真示意图；

图3是本申请第二实施例的滤波器的金属谐振腔的结构示意图；

图4是本申请第三实施例的滤波器的金属谐振腔的结构示意图；

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滤波器的结构示意图。该滤波器10应用于5G通信系统，其包括：金属腔体11、信号输入端子12、信号输出端子13、主金属带状线14和多条四分之一波长金属带状线15。

其中，金属腔体11设置有彼此间隔设置的信号输入口和信号输入口，信号输入端子12设置在信号输入口内，用于输入信号；信号输出端子13设置在信号输出口内，用于输出信号。该金属腔体11的材料可以为银、铜、铝、钛或金等金属材料，例如金属腔体11的材料为银。

主金属带状线14设置在金属腔体11内，用于连接信号输入端子12和信号输出端子13，以传输信号输入端子12输入的信号。多条四分之一波长金属带状线15设置在金属腔体11内，分别与主金属带状线14连接；多条四分之一波长金属带状线15沿主金属带状线14彼此间隔设置，用于对主金属带状线14所传输的信号进行滤波。

其中，多条四分之一波长金属带状线15可以为5条四分之一波长金属带状线，每条四分之一波长金属带状线用于对预设波长的信号进行过滤。在其他实施例中，多条四分之一波长金属带状线15可以为其他数量，例如7条或者9条。

其中，四分之一波长金属带状线15的一端与主金属带状线14连接，并垂直于主金属带状线14设置，四分之一波长金属带状线15的另一端与金属腔体11连接。多条四分之一波长金属带状线15可以设置在主金属带状线14的同一侧；在其他实施例中，多条四分之一波长金属带状线15可以设置在主金属带状线14的相对两侧。

滤波器10进一步包括第一金属谐振腔111和第二金属谐振腔112，第一金属谐振腔111与金属腔体11一体成型，并且相邻于信号输入口设置，即第一金属谐振腔111分别与信号输入端子12和主金属带状线14连接。第二金属谐振腔112与金属腔体11一体成型，并且相邻于信号输出口设置，即第二金属谐振腔112分别与信号输出端子13和主金属带状线14连接。第一金属谐振腔111用于对信号输入端子12输入的信号进行带外抑制，第二金属谐振腔112用于对信号输出端子13输出的信号进行带外抑制。

可选地，主金属带状线14与信号输入端子12、信号输出端子13、第一金属谐振腔111、第二金属谐振腔112的连接处以及四分之一波长金属带状线15的另一端与金属腔体11的连接处分别通过金属螺钉16实现连接。

其中，第一金属谐振腔111和第二金属谐振腔112的谐振频率均大于2000MHz，且第二金属谐振腔112的谐振频率大于第一金属谐振腔111的谐振频率。

其中，滤波器10的导通频段可以覆盖3400-5925MHz。滤波器10的仿真图如图2所示，图2中m1点和m2点之间的频段为滤波器10的导通频段，即m1-m2为3400-5925MHz。在m1点之前，第一金属谐振腔111用于产生第一零点A，第二金属谐振腔112用于产生第二零点B，因此滤波器10的多条四分之一波长金属带状线15用于对主金属带状线14所传输的信号进行滤波，以使得滤波后的信号能够满足预设的性能指标，提高阻带抑制能力。

第一实施例所揭示的第一金属谐振腔111的结构和第二金属谐振腔112的结构可以相同，即第一金属谐振腔111的结构和第二金属谐振腔112的结构可以为如图3所示的金属谐振腔，该金属谐振腔包括：腔体31、谐振杆32、第一介质环33、第二介质环34以及盖板35。

其中，腔体31用于定义一端开口的谐振腔，即腔体31设置有开口端311，谐振杆32、第一介质环33和第二介质环34可以通过开口端311安装在腔体31内；腔体31的材料可以为银、铜、铝、钛或金等金属材料。盖板35设置在腔体31的开口端311上，以使盖板35和腔体31形成一密封空间，避免腔体31内的电磁场泄露，影响金属谐振腔的性能。该盖板35的材料可以与腔体31的材料相同，例如盖板35的材料和腔体31的材料均可以为铝。

腔体31的侧壁上可以设置有信号输入端312和信号输出端313，金属谐振腔通过信号输入端312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313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31的中心轴线；谐振杆32沿谐振腔的轴线A方向设置于谐振腔内，并且固定于腔体31的底壁上；即谐振杆32沿轴线A方向设置在腔体31内。谐振杆32固定于腔体31的方式可以包括：焊接、粘胶或者其他固定结构等，例如谐振杆32可以通过螺钉固定在腔体31的底壁上。

第一介质环33支撑于谐振杆32远离腔体31底壁的上端面321上，第二介质环34突出设置于第一介质环33靠近谐振杆32的下端面331上，并且与第一介质环33相对固定。其中，第一介质环33的外径可以大于第二介质环34的外径。

具体地，谐振杆32包括筒状主体322以及设置于筒状主体322远离腔体31底壁的一端的凸缘323，其中筒状主体322的外径小于凸缘323的外径，第一介质环33支撑于凸缘323的上端面(即谐振杆32的上端面321)上。

第一介质环33的内部设置有沿轴线A方向与第一介质环33的下端面331间隔的第一环形台面332，第一介质环33在第一环形台面332靠近第一介质33的下端面331一侧的内径大于远离第一介质环33的下端面331一侧的内径。其中，第二介质环34从第一介质环33的下端面331插入第一介质环33，并且支撑于第一环形台面332上。

凸缘323的内部设置有沿轴线A方向与凸缘323的上端面321间隔的第二环形台面324，凸缘323在第二环形台面324靠近凸缘323的上端面321一侧的内径大于远离凸缘323的上端面321一侧的内径，第二介质环34从凸缘323的上端面321插入凸缘323内，并且沿轴线A方向与第二环形台面324间隔设置。

第一介质环33和第二介质环34可以分体成型，并且彼此相对固定。其中第一介质环33和第二介质环34之间通过粘合剂固定，以使得第一介质环33和第二介质环34彼此相对固定。在其他实施例中，第一介质环33和第二介质环34可以一体成型。

第二介质环34的介电常数小于第一介质环33的介电常数，例如第一介质环33的材料可以为陶瓷、玻璃或钛酸盐等，第二介质环34的材料可以为氧化铝等。

为了防止第一介质环33的电磁场通过上端面321泄露到谐振杆32，第一介质环33的下端面331和谐振杆32的上端面321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33的上端面和盖板35的接触区域进一步设置电磁屏蔽层。

在装配滤波器时，首先将谐振杆32固定在腔体31的底壁上；然后将第二介质环34从第一介质环33的下端面331插入第一介质环33；再将第二介质环34从凸缘323的上端面321插入谐振杆32的凸缘323内，并且第一介质环33支撑于的上端面321上；最后将盖板35设置在腔体31的开口端311上，并将第一介质环33压持固定于谐振杆32上。

本实施例的金属谐振腔包括第一介质环33和第二介质环34，其中第一介质环33和第二介质环34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33和第二介质环34所占用的体积，因此能够减小金属谐振腔的体积，以满足5G通信系统所要求的小型化。

本申请进一步提供第三实施例的滤波器，其在第二实施例所揭示的滤波器的基础上进行描述。如图4所示，滤波器的金属谐振腔进一步包括安装于盖板35上并插置于第一介质环33内的调谐杆36，金属谐振腔还包括设置在盖板35上的螺母38，螺母38可以固定安装在盖板35上，调谐杆36通过螺母38插置于第一介质环33内。

其中，第一介质环33和第二介质环34以及谐振杆32沿轴线A方向均设置有调谐孔37，以使得调谐杆36可以在调谐孔37内进行移动，进而调整滤波器的谐振频率。例如，调谐杆36位于调谐孔37内的长度越长，滤波器的谐振频率越小；调谐杆36位于调谐孔内37的长度越短，滤波器的谐振频率越大。

调频杆36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36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36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36的成本。

其中，调谐杆36的下端部361可以呈球缺形设置，即可减小调谐杆16的体积，以提高金属谐振腔的功率容量。腔体31的底壁上突出设置有支撑台314以及设置于支撑台314上的支撑柱315，谐振杆32的内部设置有挡壁325，支撑柱315从谐振杆32的下端面326插入谐振杆32，并与挡壁325固定连接。具体地，挡壁325和支撑柱315上分别设置有安装孔，用于接收从谐振杆32的上端面321插入的固定件39，固定件39用于实现挡壁325和支撑柱315的固定连接，该固定件39可以为螺钉，螺钉将挡壁325固定在支撑柱315上。

其中，谐振杆32在挡壁325靠近调谐孔32的上端面321一侧的内径大于远离谐振杆32的上端面321的内径，挡壁325靠近调谐孔32的上端面321一侧的内径可以等于调谐孔37的内径。

本实施例通过调谐杆36设置在调谐孔37内，用于调节滤波器的谐振频率，提高滤波器的性能。在金属谐振腔的体积减小，能够提高滤波器的阻带抑制能力。

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 (8)

1.一种应用于5G通信系统的滤波器，其特征在于，所述滤波器包括：

金属腔体，设置有彼此间隔的信号输入口和信号输出口；

信号输入端子，设置于所述信号输入口内，并用于输入信号；

信号输出端子，设置于所述信号输出口内，并用于输出信号；

主金属带状线，设置于所述金属腔体内，并连接所述信号输入端子和信号输出端子之间，并传输所述信号；

多条四分之一波长金属带状线，设置于所述金属腔体内，与所述主金属带状线连接，并沿所述主金属带状线彼此间隔设置，用于对所述主金属带状线所传输的所述信号进行滤波；

所述滤波器包括第一金属谐振腔，所述第一金属谐振腔相邻于所述信号输入口设置，以对所述信号输入端子输入的所述信号进行带外抑制；

所述滤波器包括第二金属谐振腔，所述第二金属谐振腔相邻于所述信号输出口设置，以对向所述信号输出端子输出的所述信号进行带外抑制；

所述第一金属谐振腔和/或所述第二金属谐振腔包括：

腔体，用于定义一端开口的谐振腔；

盖板，设置在所述腔体的开口端上；

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，所述主金属带状线进一步连接所述第一金属谐振腔；所述主金属带状线进一步连接所述第二金属谐振腔。

3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述四分之一波长金属带状线的一端与所述主金属带状线连接，并垂直于所述主金属带状线设置。

4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述四分之一波长金属带状线的另一端与所述金属腔体连接。

5.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述主金属带状线与所述信号输入端子、所述信号输出端子、所述第一金属谐振腔、所述第二金属谐振腔的连接处以及所述四分之一波长金属带状线的另一端与所述金属腔体的连接处分别通过金属螺钉实现连接。

6.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一金属谐振腔和所述第二金属谐振腔的谐振频率均大于2000MHz，且所述第二金属谐振腔的谐振频率大于所述第一金属谐振腔的谐振频率。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器的导通频段覆盖3400-5925MHz。

8.一种应用于5G通信系统的通信设备，其特征在于，所述通信设备包括天线及如权利要求1-7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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