CN111641013A - 一种螺旋式的高性能介质波导滤波器及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，涉及一种螺旋式的高性能介质波导滤波器及通信设备；介质滤波器本体以及设于其表面的两个谐振盲孔；负耦合孔位于两个谐振盲孔之间，用于实现两个介质谐振器之间的电容耦合；负耦合孔包括螺旋台阶和螺旋台阶下方的耦合盲孔，所述负耦合孔的深度为螺旋台阶与耦合盲孔共同形成的深度，且负耦合孔的深度小于或等于所述谐振盲孔的深度，所述介质滤波器本体表面、谐振盲孔表面、耦合盲孔表面以及螺旋线上均涂覆有导电层；本发明通过螺旋台阶的设置，降低了盲孔深度，简化了工艺难度；通过螺旋线的方式增加了负耦合孔的整体电长度；通过控制螺旋线的长度、宽度可以改变负耦合孔的等效深度，从而实现磁耦合和容性耦合的转换。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种介质滤波器，尤其涉及一种螺旋式的高性能介质波导滤波器及通信设备。
背景技术
滤波器是微波通信系统中不可或缺的电子元件，其性能决定了通信系统的质量。随着5G通信技术的到来，5G基站天线端口数从传统8端口增加到64端口、128端口，大幅度提升了滤波器的需求量。因此，小体积、轻量化、高性能滤波器应运而生且势在必行。而介质波导滤波器综合了腔体滤波器和传统介质滤波器的优良性能，故成为5G通信设备中最佳选择。
传统的波导滤波器为空气填充的金属腔结构，其金属材料边缘起到了电磁屏蔽和结构支撑的作用。但较大体积和重量已经不能满足5G基站小形化的要求。而介质波导滤波器采用高介电常数陶瓷材料填充、压制成形，起到电磁波传导和结构支撑作用。同时，由陶瓷粉体材料制作而成的谐振器，其优点是体积小、便于实现电路集成、温度稳定性高，以及在使用上不受频率限制。
传统的耦合盲孔一般是设置在两个谐振盲孔之间，例如华为专利CN108598635A提供了一种介质滤波器，包括至少两个介质谐振器和至少一个负耦合孔，每个负耦合孔位于两个介质谐振器连接位置的本体表面；通过在由固态介电材料制成的本体上打盲孔的方式实现盲孔两侧的谐振器之间形成电容耦合，简化了实现电容耦合的结构的制造工艺；但其负耦合孔的深度至少为谐振盲孔深度的两倍及以上，开凿深孔的加工工艺难度大，并且难以控制精度。
发明内容
基于现有技术存在的问题，提出了一种螺旋式的高性能介质波导滤波器及通信设备。
在本发明的第一方面，本发明提供了一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，包括介质滤波器本体以及设于介质滤波器本体表面的两个谐振盲孔，每个所述盲孔与其周围填充的介质形成介质谐振器，且每个所述盲孔用于调试所在介质谐振器的谐振频率；所述介质滤波器本体上还设有至少一个负耦合孔，所述负耦合孔位于两个介质谐振器的盲孔之间，用于实现两个所述介质谐振器之间的电容耦合；所述负耦合孔包括螺旋台阶和螺旋台阶下方的耦合盲孔，所述负耦合孔的深度为螺旋台阶与耦合盲孔共同形成的深度，且负耦合孔的深度小于或等于所述谐振盲孔的深度，所述介质滤波器本体表面、谐振盲孔表面、耦合盲孔表面以及螺旋线上均涂覆有导电层。
进一步的，所述螺旋台阶的内表面刻蚀有螺纹。
进一步的，所述螺纹所形成的螺旋线为圆柱螺旋线、变径螺旋线或者斐波那契螺旋线。
进一步的，所述负耦合孔位于介质滤波器本体的上表面或者下表面，而谐振盲孔则只能固定在其中一侧，也就是说谐振盲孔和负耦合孔可以设置于同一表面，也可以设置为不同侧表面。
进一步的，还包括在介质滤波器本体的谐振盲孔所对应的另一侧表面设置对称的输入输出盲孔。
进一步的，所述介质滤波器本体为陶瓷材料。
进一步的，所涂覆的导电层为银层。
在本发明的第二方面，本发明还提供了一种通信设备，包括上述螺旋式的高性能介质波导滤波器。
本发明的有益效果：
本发明通过螺旋台阶的设置，降低了盲孔深度，从现有的两倍或高于两倍的深度降低为相同深度甚至更浅的深度，简化了负耦合孔的工艺难度；通过螺旋线的方式增加了负耦合孔的整体电长度；通过控制螺旋线的长度、宽度可以改变负耦合孔的等效深度，从而方便的实现磁耦合和容性耦合的转换。
附图说明
图1为实施例采用圆柱螺旋线的螺旋式的高性能介质波导滤波器剖切结构图；
图2为图1所对应实施例的正面结构图；
图3为图1所对应实施例的另一种正面结构图；
图4为实施例采用变径螺旋线的螺旋式的高性能介质波导滤波器剖切结构图；
图5为图4所对应实施例的正面结构图；
图6为实施例采用斐波那契螺旋线的螺旋式的高性能介质波导滤波器剖切结构图；
图7为图6所对应实施例的正面结构图；
图8为图1所对应实施例的高性能介质波导滤波器的仿真性能图；
图中，1、2、3介质滤波器本体，11、21、31负耦合孔，111、211、311螺旋台阶，112、212、312耦合盲孔，12、22、32谐振盲孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，文中所称元件与另一个元件“固定”时，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与另一个元件“连接”时，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。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。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，并不表示是唯一的实施方式。
如图1所示，一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，包括介质滤波器本体1以及设于介质滤波器本体1表面的两个谐振盲孔12，每个所述谐振盲孔12与其周围填充的介质形成介质谐振器，且每个所述谐振盲孔12用于调试所在介质谐振器的谐振频率；所述介质滤波器本体1上还设有至少一个负耦合孔11，所述负耦合孔11位于两个介质谐振器的盲孔之间，用于实现两个所述介质谐振器之间的电容耦合；所述负耦合孔11包括螺旋台阶111和螺旋台阶下方的耦合盲孔112，所述负耦合孔的深度为螺旋台阶111与耦合盲孔112共同形成的深度，且负耦合孔11的深度小于或等于所述谐振盲孔12的深度，所述介质滤波器本体表面、谐振盲孔表面、耦合盲孔表面以及螺旋线上均涂覆有导电层。
如图2所示，给出了一种位于介质滤波器本体1的下表面的负耦合孔结构；谐振盲孔12位于负耦合孔11的两侧，且谐振盲孔12和负耦合孔11都位于介质滤波器本体1的下表面；负耦合孔11的螺旋台阶111位于耦合盲孔112的下方，螺旋台阶111从介质滤波器本体的下表面通过螺旋线的形式延伸到耦合盲孔112的上表面。
如图3所示，给出了一种位于介质滤波器本体1的上表面的负耦合孔结构；谐振盲孔12位于介质滤波器本体1的下表面，负耦合孔11位于介质滤波器本体1的上表面；谐振盲孔12位于负耦合孔11的两侧，且负耦合孔11的螺旋台阶111位于耦合盲孔112的下方，螺旋台阶111从介质滤波器本体的下表面通过螺旋线的形式延伸到耦合盲孔112的上表面。
如图1-图3所示，所述螺旋台阶111所采用的螺旋线为圆柱螺旋线，也就是说螺旋台阶111的螺旋线直径与耦合盲孔112的外径等大，图1中螺旋台阶111中的内圈即对应耦合盲孔112的外圈；而螺旋台阶111的外圈至内圈部分对应为螺旋齿(螺旋线)部分。
通过这种圆柱螺旋线的设置，控制螺旋线的长度，能够按照一定比例均匀增加负耦合孔的整体电长度；改变负耦合孔的等效深度，避免了开凿深孔的难度。
如图4-图5所示，在上述实施例的基础上，本发明还提供了一种采用变径螺旋线的螺旋式的高性能介质波导滤波器；包括介质滤波器本体2以及设于介质滤波器本体2表面的两个谐振盲孔22，每个所述谐振盲孔22与其周围填充的介质形成介质谐振器，且每个所述谐振盲孔22用于调试所在介质谐振器的谐振频率；所述介质滤波器本体2上还设有至少一个负耦合孔21，所述负耦合孔21位于两个介质谐振器的盲孔之间，用于实现两个所述介质谐振器之间的电容耦合；负耦合孔22的螺旋台阶211位于耦合盲孔212的下方，螺旋台阶211从介质滤波器本体的下表面通过变径螺旋线的形式延伸到耦合盲孔212的上表面。
在制作完成谐振盲孔22后，开凿出负耦合孔21，在负耦合孔21上半部分先刻蚀出台阶；
在台阶表面划出10-20条等分素线，在每条素线上按节距截点，将相邻各点连成螺旋线，从而形成如图4所示的变径螺旋线。
通过上述变径螺旋线的设置，本发明的螺旋台阶211则变为如图5所示的圆台形台阶，圆台形台阶的好处在于其结构更加稳定，在增加了负耦合孔的整体电长度的基础上，还能够将电长度固定在圆台的螺旋线上；将器件的内部电磁场限制在介质谐振器的中央区域，有效降低边缘电磁场的强度。另外，等分线越密制作越准确，螺旋台阶的精度越高，其螺旋线的长度越长，因此可以等效出更深的负耦合孔深度。
如图6-图7所示，在上述实施例的基础上，本发明还提供了一种采用斐波那契螺旋线的螺旋式的高性能介质波导滤波器；包括介质滤波器本体3以及设于介质滤波器本体3表面的两个谐振盲孔32，每个所述谐振盲孔32与其周围填充的介质形成介质谐振器，且每个所述谐振盲孔32用于调试所在介质谐振器的谐振频率；所述介质滤波器本体3上还设有至少一个负耦合孔31，所述负耦合孔31位于两个介质谐振器的盲孔之间，用于实现两个所述介质谐振器之间的电容耦合；负耦合孔32的螺旋台阶311位于耦合盲孔312的下方，螺旋台阶311从介质滤波器本体的下表面通过斐波那契螺旋线的形式延伸到耦合盲孔312的上表面。
在本实施例中，采用左旋的方式将螺旋线从介质滤波器本体的下表面延伸到耦合盲孔312的上表面；
本实施例采用的斐波那契螺旋线所使用的方程是：ρ＝αe^(φk)，其中：α和k为参数，φ是极角，ρ是极径，e是自然对数的底。
斐波那契螺旋线可以随其周围的谐振盲孔所构成的介质谐振器而改变方向和大小。
通过上述斐波那契螺旋线的设置，本发明的螺旋台阶311则变为如图7所示的斜台形台阶，由于斜台形台阶上包覆有更多的等效电长度；图7中位于负耦合孔31右侧的谐振盲孔则拥有更多的电磁通量；则可以更有效的切割右侧的介质谐振器，并在其表面上的表面电流产生负耦合，进而产生频率响应通带外的衰减极点，可以提高介质波导滤波器的频率选择性能；通过控制螺旋线的长度、宽度可以改变负耦合孔的等效深度，从而方便的实现磁耦合和容性耦合的转换。
图8示出了采用圆柱螺旋线的一种螺旋式的高性能介质波导滤波器的仿真效果，可以看出本发明所采用的螺旋式的高性能介质波导滤波器具有较好的性能。
另外，介质滤波器本体1、2、3为高介电常数材料制成；所述介质滤波器本体用于传递电磁波，其可以但不限于为由陶瓷介质材料制成的矩形实心体或者圆柱形实心体。陶瓷介质材料是一种硬质介质材料，具有很高的介电常数和较低的介质损耗，同时能够提供有效的结构支撑。通过这种介质材料设计出的介质波导滤波器等射频器件具有小型化、高稳定性、低损耗、重量轻和成本低等多种优点，能很好的满足未来滤波器的小型化和高性能的要求。此外，为了方便加工制造，在本实施例中，将所述介质滤波器本体设计为矩形实心体结构。
另外，本实施例还包括在介质滤波器本体的另一侧表面设置对称的输入输出盲孔，输入输出盲孔可以设置在陶瓷介质体的下表面。
本实施例还提供了一种通信设备，包括如上述任一个实施例所述的介质滤波器。该通信设备，包含前述的介质滤波器，频率选择特性好。该通信设备可以是天线，也可以是收发信机等，采用前述提供的介质滤波器，提升了进行设计时的频率选择特性，可以根据实际的需要进行设计和布置，不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，包括介质滤波器本体以及设于介质滤波器本体表面的两个谐振盲孔，每个所述谐振盲孔与其周围填充的介质形成介质谐振器，且每个所述谐振盲孔用于调试所在介质谐振器的谐振频率；所述介质滤波器本体上还设有至少一个负耦合孔，所述负耦合孔位于两个介质谐振器的盲孔之间，用于实现两个所述介质谐振器之间的电容耦合；其特征在于，所述负耦合孔包括螺旋台阶和螺旋台阶下方的耦合盲孔，所述负耦合孔的深度为螺旋台阶与耦合盲孔共同形成的深度，且负耦合孔的深度小于或等于所述谐振盲孔的深度，所述介质滤波器本体表面、谐振盲孔表面、耦合盲孔表面以及螺旋台阶表面上均涂覆有导电层。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述螺旋台阶的内表面刻蚀有螺纹。
3.根据权利要求2所述的一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述螺纹所形成的螺旋线为圆柱螺旋线、变径螺旋线或者斐波那契螺旋线。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述负耦合孔位于介质滤波器本体的上表面或者下表面。
5.根据权利要求1所述的一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，其特征在于，还包括在介质滤波器本体的谐振盲孔所对应的另一侧表面设置对称的输入输出盲孔。
6.根据权利要求1所述的一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述介质滤波器本体为陶瓷材料。
7.根据权利要求1所述的一种螺旋式的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所涂覆的导电层为银层。
8.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的一种螺旋式的高性能介质波导滤波器。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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