CN111668580A - 具有陡峭带外抑制的介质滤波器及天线 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种具有陡峭带外抑制的介质滤波器及天线，属于通讯技术领域。该介质滤波器包括本体；所述本体上加载有顺次连接的六个谐振腔；所述六个谐振腔中的第二个谐振腔和第五个谐振腔之间的交叉耦合窗口上加载有盲孔，所述盲孔用于实现负交叉耦合，所述负交叉耦合形成两个传输零点；所述六个谐振腔中的第一个谐振腔和第六个谐振腔之间实现正交叉耦合，所述正交叉耦合形成两个传输零点。本发明实施例中整个介质滤波器可以形成四个传输零点，因此，带外抑制更加陡峭。由于没有在介质滤波器的传输主路上加载负交叉耦合，因此，介质滤波器的整体插损较低，且带外抑制度更高。

Description

具有陡峭带外抑制的介质滤波器及天线
技术领域
本发明实施例涉及通讯技术领域，特别涉及一种具有陡峭带外抑制的介质滤波器及天线。
背景技术
5G（5th Generation，第五代移动通信系统）通信是目前最前沿的通信技术，各通信公司竞相展开相关方面的研究。5G通信中的Sub 6GHz段采用MIMO（Multi Input MultiOutput，多输入多输出）技术，因此，需要在天线内部集成大量的滤波器，这对滤波器的插损、带外抑制、体积和重量都提出了更高的要求。传统的金属滤波器由于体积和重量太大，无法集成于天线内部，而介质滤波器能够满足5G系统的需求，因此，介质滤波器是目前研究的热点领域。
通常采用固态介电材料（如高介电常数的陶瓷材料）制成本体，并在本体表面金属化（如镀银）来形成介质谐振器；通过依次连接的多个介质谐振器以及各个介质谐振器之间的耦合（包括相邻介质谐振器之间的直接耦合和非相邻介质谐振器之间的交叉耦合）形成介质滤波器。其中，各个介质谐振器之间的耦合根据极性可分为正耦合（也可以称为电感耦合）和负耦合（也可称为电容耦合），且该类介质滤波器实现极性为正的交叉耦合较容易，但是极性为负的交叉耦合较难实现。
相关技术中，可以在介质滤波器的主路上的一个耦合窗口处加工一个很深的盲孔，这就相当于加载一个很大的电容来实现负交叉耦合。当介质滤波器中包括六个谐振腔时，该介质滤波器只有两个传输零点，且对介质滤波器的插损有一定的损失。
发明内容
本发明实施例提供了一种具有陡峭带外抑制的介质滤波器及天线，用于解决现有技术中的问题。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种具有陡峭带外抑制的介质滤波器，所述介质滤波器包括本体；
所述本体上加载有顺次连接的六个谐振腔；
所述六个谐振腔中的第二个谐振腔和第五个谐振腔之间的交叉耦合窗口上加载有盲孔，所述盲孔用于实现负交叉耦合，所述负交叉耦合形成两个传输零点；
所述六个谐振腔中的第一个谐振腔和第六个谐振腔之间实现正交叉耦合，所述正交叉耦合形成两个传输零点。
在一种可能的实施方式中，所述盲孔位于所述六个谐振腔所在的表面，或者，所述盲孔位于所述六个谐振腔所在的表面的背面。
在一种可能的实施方式中，所述盲孔的深度和所述介质滤波器的频率呈负相关关系。
在一种可能的实施方式中，所述本体上还设置有隔墙。
在一种可能的实施方式中，所述隔墙与所述盲孔之间的距离小于预定距离阈值。
在一种可能的实施方式中，所述六个谐振腔中的第二个谐振腔和第四个谐振腔之间形成寄生耦合，或者，所述六个谐振腔中的第三个谐振腔和第五个谐振腔之间形成寄生耦合，所述寄生耦合用于调节所述负交叉耦合形成的两个传输零点的平衡。
在一种可能的实施方式中，所述寄生耦合是第三个谐振腔和第四个谐振腔之间的耦合窗口向所述盲孔偏移所形成的。
在一种可能的实施方式中，所述介质滤波器还包括输入端和输出端，所述输入端和所述输出端通过垂直插针的方式焊接在所述本体上。
在一种可能的实施方式中，所述滤波器中包括至少两个所述本体，至少两个所述本体之间级联。
一方面，提供了一种天线，所述天线内部集成有如上所述的介质滤波器。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
介质滤波器的本体上加载有顺次连接的六个谐振腔，这样，可以在其中的第二个谐振腔和第五个谐振腔之间的交叉耦合窗口上加载盲孔，由于加载该盲孔相当于加载一个电容，所以，加载该盲孔可以实现负交叉耦合，且该负交叉耦合可以在介质滤波器的通带的左边和右边分别实现一个传输零点，从而形成两个传输零点。另外，六个谐振腔中的第一个谐振腔和第六个谐振腔之间可以实现正交叉耦合，该正交叉耦合能够形成另外两个传输零点，这样，整个介质滤波器中可以形成四个传输零点，因此，带外抑制更加陡峭。由于没有在介质滤波器的传输主路上加载负交叉耦合，因此，介质滤波器的整体插损较低，带外的抑制度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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是本发明一个实施例中的一种介质滤波器的示意图；
图2是本发明一个实施例中的一种介质滤波器的拓扑结构示意图；
图3是本发明一个实施例中的一种介质滤波器的示意图；
图4是本发明一个实施例中的介质滤波器的频率响应曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种具有陡峭带外抑制的介质滤波器，该介质滤波器包括本体100。
其中，本体100是采用高介电常数的固态介电材料制成的。其中，陶瓷具有较高的介电常数，且陶瓷的硬度及耐高温的性能也都较好，所以，可以选用陶瓷材料制成本体100。当然，固态介电材料还可以是玻璃等其他材料，本实施例不作限定。
本实施例中，本体100上加载有顺次连接的六个谐振腔110。其中，这六个谐振腔110可以以任意排列方式加载在本体100上。在一种实现方式中，这六个谐振腔110可以呈两列排布，如图1中的第一至三个谐振腔100排成一列，第四至六个谐振腔100排成一列。
在一种实现方式中，本体100上设置有六个调试孔，且这六个调试孔周围设置有隔墙120，从而通过调试孔和隔墙加载六个谐振腔110。这样，可以降低谐振频率，减小介质滤波器的尺寸，从而实现小型化介质滤波器。请参考图1，图2中的隔墙120可以是矩形、十字形等等，本实施例不对隔墙120的形状作限定。
本实施例中，六个谐振腔110中的第二个谐振腔110和第五个谐振腔110之间的交叉耦合窗口上加载有盲孔130，该盲孔130用于实现负交叉耦合，负交叉耦合形成两个传输零点。
需要说明的是，当在第二个谐振腔110和第五个谐振腔110之间的交叉耦合窗口上加载盲孔130时，也就相当于在该交叉耦合窗口上加载了一个较大的电容，从而可以实现负交叉耦合，且该负交叉耦合会在介质滤波器的通带的两边各形成一个传输零点，从而得到两个传输零点。由于该负交叉耦合没有加载在介质滤波器的传输主路上，因此，没有改变介质滤波器中每一个谐振腔110的传输极性，同时对第二个谐振腔110和第五个谐振腔110的品质因数Q值影响较小。
在上述负交叉耦合的基础上，还可以在第一个谐振腔110和第六个谐振腔110之间开一个正交叉耦合。即，六个谐振腔110中的第一个谐振腔110和第六个谐振腔110之间实现正交叉耦合，正交叉耦合可以形成另外两个传输零点，这样，整个介质滤波器中形成有四个传输零点，因此，有更加陡峭的带外抑制特性。
请参考图1中的耦合窗口140，耦合窗口140是第一个谐振腔110和第六个谐振腔之间的耦合窗口，该耦合窗口140可以实现另外两个传输零点。现有技术中，由于负交叉耦合加载在介质滤波器的传输主路上，因此，通带两边的传输零点基本平衡，但是谐振腔的传输极性已经改变，所以，第一个谐振腔和第六个谐振腔之间的正交叉耦合不能够实现另外两个传输零点，而本实施例中，由于负交叉耦合没有改变谐振腔110的传输极性，所以可以形成另外两个传输零点。
本实施例中，盲孔130可以位于六个谐振腔110所在的表面，即，盲孔130与六个谐振腔110位于同一表面；或者，盲孔130可以位于六个谐振腔110所在的表面的背面，即，盲孔130与六个谐振腔110位于相对的表面。若将图1中六个谐振腔110所在的表面作为介质滤波器的正面，则盲孔130可以加载在图1中介质滤波器的正面，也可以加载在图1中介质滤波器的反面，都可以起到相同的作用。
本实施例中，还可以根据介质滤波器的频率来调节盲孔130的深度。其中，盲孔130的深度和介质滤波器的频率呈负相关关系。即，当要求介质滤波器的频率较低时，可以设置较深的盲孔130；当要求介质滤波器的频率较高时，可以设置较浅的盲孔130。
由于本体100上还设置有隔墙120，还可以调节隔墙120与盲孔130之间的距离。为了避免盲孔130的深度较深，导致盲孔130的顶端到对面的壁厚太薄，从而影响可靠性，可以设置隔墙120与盲孔130之间的距离小于预定距离阈值。其中，该预定距离阈值可以是预先设置的数值，使得在隔墙120与盲孔130之间的距离小于该预定距离阈值时，盲孔130可以保持一个合理的深度，从而保证可靠性。
本实施例中，由于加载的负交叉耦合是在第二个谐振腔110和第五个谐振腔110之间，所以，介质滤波器在左边的零点靠近通带，而右边的零点远离通带，使得介质滤波器的传输零点很难平衡，会导致介质滤波器不能满足指标的性能需求。为了解决上述问题，可以在六个谐振腔110中的第二个谐振腔110和第四个谐振腔110之间形成寄生耦合，或者，也可以在六个谐振腔110中的第三个谐振腔110和第五个谐振腔110之间形成寄生耦合，该寄生耦合用于调节负交叉耦合形成的两个传输零点的平衡。其中，寄生耦合是第三个谐振腔110和第四个谐振腔110之间的耦合窗口向盲孔130偏移所形成的。
请参考图1中的耦合窗口150，该耦合窗口150是第三个谐振腔110和第四个谐振腔110之间的耦合窗口，该耦合窗口150的中心位置不在第三个谐振腔110和第四个谐振腔110中间，而是向盲孔130偏移，目的是在第二个谐振腔110和第四个谐振腔110之间产生一个较小的寄生耦合，用来调节介质滤波器通带两边的传输零点的平衡。
请参考图2所示的介质滤波器的拓扑结构，其中，第一个谐振腔110和第六个谐振腔110之间形成正交叉耦合，第二个谐振腔110和第五个谐振腔110之间形成负交叉耦合，第二个谐振腔110和第四个谐振腔110之间形成寄生耦合。
请参考图3，介质滤波器还包括输入端160和输出端170，输入端160和输出端170通过垂直插针的方式焊接在本体100上。在一个可选的实施例中，输入端160和输出端170的端口阻抗可以是50欧姆，当然，端口阻抗还可以是其他数值，本实施例不作限定。
需要说明的是，输入端160和输出端170位于六个谐振腔110所在的表面的背面。
上文中所述的本体100中包括六个谐振腔110，在实际实现时，还可以将至少两个本体100进行级联，从而形成具有更多谐振腔110的介质滤波器。
在实现时，可以通过一体成形的方式来生产本体100，即生成的本体100上带有调试孔和盲孔130。采用一体化成形的方式来获得介质滤波器，可以使得其加工工艺更简单。
在得到本体100后，可以在本体100的表面通过镀银来进行金属化，从而实现金属边界条件。
由于本实施例中的介质滤波器相比现有技术中的介质滤波器多两个传输零点，因此，在相同的带宽条件下，带外抑制会比现有技术中的介质滤波器高大约10dB。
本实施例中介质滤波器的所有尺寸是按照滤波器的技术指标，由电磁仿真软件（HFSS、CST）通过仿真优化得到。
需要说明的是，本实施例中所述的介质滤波器可以应用于5G通信中sub 6GHz频段，也可以应用于其他频段，本实施例不作限定。
请参考图4所示的介质滤波器的频率响应曲线，通过该频率响应曲线可知，该介质滤波器可以实现六腔四个传输零点的频率响应，且可以通过调整3/4谐振腔110之间的耦合窗口的位置来调整零点的平衡。
综上所述，本实施例提供的介质滤波器，介质滤波器的本体上加载有顺次连接的六个谐振腔；这样，可以在其中的第二个谐振腔和第五个谐振腔之间的交叉耦合窗口上加载盲孔，由于加载该盲孔相当于加载一个电容，所以，加载该盲孔可以实现负交叉耦合，且该负交叉耦合可以在介质滤波器的通带的左边和右边分别实现一个传输零点，从而形成两个传输零点。另外，六个谐振腔中的第一个谐振腔和第六个谐振腔之间可以实现正交叉耦合，该正交叉耦合能够形成另外两个传输零点，这样，整个介质滤波器中可以形成四个传输零点，因此，带外抑制更加陡峭。由于没有在介质滤波器的传输主路上加载负交叉耦合，因此，介质滤波器的整体插损较低，且带外抑制度更高。
本发明一个实施例还提供了一种天线，基于MIMO技术，该天线内部集成有多个上文中所述的介质滤波器。
以上所述并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有陡峭带外抑制的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器包括本体；
所述本体上加载有顺次连接的六个谐振腔；
所述六个谐振腔中的第二个谐振腔和第五个谐振腔之间的交叉耦合窗口上加载有盲孔，所述盲孔用于实现负交叉耦合，所述负交叉耦合形成两个传输零点；
所述六个谐振腔中的第一个谐振腔和第六个谐振腔之间实现正交叉耦合，所述正交叉耦合形成两个传输零点。
2.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，
所述盲孔位于所述六个谐振腔所在的表面，或者，
所述盲孔位于所述六个谐振腔所在的表面的背面。
3.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述盲孔的深度和所述介质滤波器的频率呈负相关关系。
4.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述本体上还设置有隔墙。
5.根据权利要求4所述的介质滤波器，其特征在于，所述隔墙与所述盲孔之间的距离小于预定距离阈值。
6.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述六个谐振腔中的第二个谐振腔和第四个谐振腔之间形成寄生耦合，或者，所述六个谐振腔中的第三个谐振腔和第五个谐振腔之间形成寄生耦合，所述寄生耦合用于调节所述负交叉耦合形成的两个传输零点的平衡。
7.根据权利要求6所述的介质滤波器，其特征在于，所述寄生耦合是第三个谐振腔和第四个谐振腔之间的耦合窗口向所述盲孔偏移所形成的。
8.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器还包括输入端和输出端，所述输入端和所述输出端通过垂直插针的方式焊接在所述本体上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述滤波器中包括至少两个所述本体，至少两个所述本体之间级联。
10.一种天线，其特征在于，所述天线内集成有如权利要求1至9中任一项所述的介质滤波器。
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