CN112086718A

CN112086718A - 基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器

Info

Publication number: CN112086718A
Application number: CN202010992687.7A
Authority: CN
Inventors: 韦俊杰; 段志奇; 蒋廷利; 冯晓东; 解小东
Original assignee: CETC 26 Research Institute
Current assignee: CETC 26 Research Institute
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2020-12-15

Abstract

本发明公开了一种基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，包括陶瓷介质体，在所述陶瓷介质体上设有至少两个谐振通孔，每一所述谐振通孔的孔口处均通过金属化处理形成有电极，每一所述电极的周围均设有一圈隔离带；每一所述谐振通孔与其周围填充的介质形成一个介质谐振器，所述介质谐振器为半波长谐振器；在所述陶瓷介质体上设有至少一个盲孔，所述盲孔的深度大于陶瓷介质体宽度的一半。本发明中，基于半波长谐振器的两端开路结构设计介质滤波器，增大了介质滤波器的尺寸，从而便于高频滤波器的工程加工；并在陶瓷介质体的前侧面或后侧面设置有盲孔，使介质滤波器的TE10寄生频率升高，从而满足高频滤波器的设计要求。

Description

基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器

技术领域

本发明涉及介质滤波器领域，特别涉及基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器及通信设备。

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。

一体式介质滤波器是采用电子陶瓷材料作为介质，成型为多级谐振腔实现选频功能，一般采用四分之一波长谐振器一端开路、另一端短路的结构。陶瓷材料的高介电常数能大幅减小滤波器尺寸，实现小型化、集成化的应用；但是在频率较高(大于10GHz)时，对应的滤波器高度尺寸过小，实现工程加工的难度大大增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种既适用于高频，又便于工程加工的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器。

本发明的技术方案如下：

一种基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，包括陶瓷介质体，所述陶瓷介质体设有顶面、底面、前侧面、后侧面、左侧面和右侧面；在所述陶瓷介质体上设有至少两个谐振通孔，每一所述谐振通孔均贯穿陶瓷介质体的顶面和底面；每一所述谐振通孔位于顶面的孔口处均通过金属化处理形成有顶面电极，每一所述顶面电极的周围均设有一圈顶面隔离带,所述顶面隔离带之间互相连通；每一所述谐振通孔位于底面的孔口处均通过金属化处理形成有底面电极，每一所述底面电极的周围均设有一圈底面隔离带,所述底面隔离带之间互相连通；每一所述谐振通孔与其周围填充的介质形成一个介质谐振器，所述介质谐振器为半波长谐振器；

在所述陶瓷介质体上设有至少一个盲孔，所述盲孔开设在陶瓷介质体的前侧面或后侧面，且所述盲孔的深度大于陶瓷介质体前侧面与后侧面之间的间距的一半；所述谐振通孔和盲孔的孔壁均通过金属化处理形成有金属层，每一谐振通孔孔壁的金属层均与对应的顶面电极和底面电极连接；在所述陶瓷介质体上通过金属化处理形成有地电极、输入电极和输出电极，所述输入电极的周围设有输入电极隔离带，所述输出电极的周围设有输出电极隔离带。

进一步的，所述输入电极包括相互连接的第一输入电极、第二输入电极和第三输入电极，所述第一输入电极设置在顶面的左下角，所述第二输入电极设置在前侧面的左上角，所述第三输入电极设置在左侧面的右上角。

进一步的，所述输出电极包括相互连接的第一输出电极、第二输出电极和第三输出电极，所述第一输出电极设置在顶面的右下角，所述第二输出电极设置在前侧面的右上角，所述第三输出电极设置在右侧面的左上角。

进一步的，所述地电极包括第一顶面地电极、第二顶面地电极、前侧面地电极、后侧面地电极、左侧面地电极、右侧面地电极和两个底面地电极；所述第一顶面地电极位于第一输入电极和第一输出电极之间，所述第二顶面地电极位于顶面的后端；所述前侧面地电极位于陶瓷介质体的前侧面，且通过输入电极隔离带与第二输入电极隔开，通过输出电极隔离带与第二输出电极隔开，所述后侧面地电极位于陶瓷介质体的后侧面；所述左侧面地电极位于陶瓷介质体的左侧面，且通过输入电极隔离带与第三输入电极隔开，所述右侧面地电极位于陶瓷介质体的右侧面，且通过输出电极隔离带与第三输出电极隔开；两个所述底面地电极分别位于陶瓷介质体底面的前端和后端。

进一步的，所述第一顶面地电极的两端各设有一个延伸部，每一所述延伸部分别伸入两个相邻的顶面电极之间。

进一步的，所述盲孔开设在陶瓷介质体前侧面沿垂直方向的中间位置处或陶瓷介质体后侧面沿垂直方向的中间位置处。

进一步的，所述盲孔沿水平方向开设。

进一步的，所述盲孔倾斜设置。

进一步的，所述谐振通孔的数量为五个，所述盲孔的数量为两个，每一所述盲孔分别穿过两个相邻的谐振通孔之间的空隙。

进一步的，所述盲孔为柱形孔，其截面为圆形、椭圆形、正方形或长方形。

有益效果：本发明中，基于半波长谐振器两端开路结构设计高频一体式介质滤波器，增大了介质滤波器的尺寸，从而便于高频介质滤波器的工程加工；并在陶瓷介质体上沿宽度方向设置有盲孔，使介质滤波器的TE10寄生频率升高，从而满足更高频率介质滤波器的设计要求。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器的立体图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的仰视图；

图4为图1的前视图；

图5为图4的A-A向视图；

图6为图1的后视图；

图7为图1的左视图；

图8为图1的右视图；

图9为本发明实施例一未开设盲孔时的TE10模电场分布图；

图10为本发明实施例一未开设盲孔时的磁场分布图；

图11为本发明实施例一的TE10模电场分布图；

图12为本发明实施例一的磁场分布图；

图13为本发明实施例一的仿真曲线图；

图14为本发明实施例二提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器的前视图；

图15为本发明实施例二提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器的后视图。

图中：1.陶瓷介质体，2.谐振通孔，3.盲孔，4.顶面电极，5.顶面电极隔离带，6.底面电极，7.底面电极隔离带，8.输入电极隔离带，9.输出电极隔离带，11.第一顶面地电极，12.第二顶面地电极，13.前侧面地电极，14.后侧面地电极，15.左侧面地电极，16.右侧面地电极，17.底面地电极，18.延伸部，21.第一输入电极，22.第二输入电极，23.第三输入电极，31.第一输出电极，32.第二输出电极，33.第三输出电极。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

实施例一

如图1至图8所示，本发明实施例一提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器包括陶瓷介质体1，所述陶瓷介质体1设有顶面、底面、前侧面、后侧面、左侧面和右侧面；在所述陶瓷介质体1上设有至少两个谐振通孔2，本实施例中优选为设有五个谐振通孔2，且五个谐振通孔2沿长度L的方向排列；每一所述谐振通孔2均贯穿陶瓷介质体1的顶面和底面；每一所述谐振通孔2位于顶面的孔口处均通过金属化处理形成有顶面电极4，每一所述顶面电极4的周围均设有一圈顶面隔离带5,所述顶面隔离带5之间互相连通；每一所述谐振通孔2位于底面的孔口处均通过金属化处理形成有底面电极6，每一所述底面电极6的周围均设有一圈底面隔离带7,所述底面隔离带7之间互相连通；每一所述谐振通孔2与其周围填充的介质形成一个介质谐振器，所述介质谐振器为半波长谐振器。

在所述陶瓷介质体1的前侧面上设有至少一个盲孔3，所述盲孔3的深度大于陶瓷介质体1宽度W的一半；例如，盲孔3的深度可以是陶瓷介质体1宽度W的55％、60％、70％、80％或90％。本实施例中优选为在陶瓷介质体1的前侧面开设两个盲孔3，所述盲孔3开设在陶瓷介质体1前侧面沿垂直方向(即高度h的方向)的中间位置处，所述盲孔3可以沿水平方向开设，也可倾斜设置；所述盲孔3为柱形孔，其截面为圆形、椭圆形、正方形或长方形，本实施例中盲孔3优选为圆柱形孔；两个所述盲孔3分别穿过中间位置的谐振通孔2与两侧相邻的谐振通孔2之间的空隙。

所述谐振通孔2和盲孔3的孔壁均通过金属化处理形成有金属层，每一谐振通孔2孔壁上的金属层均与对应的顶面电极4和底面电极6连接；在所述陶瓷介质体1上通过金属化处理形成有地电极、输入电极和输出电极，所述输入电极的周围设有输入电极隔离带8，所述输出电极的周围设有输出电极隔离带9。所述输入电极包括相互连接的第一输入电极21、第二输入电极22和第三输入电极23，所述第一输入电极21设置在顶面的左下角，所述第二输入电极22设置在前侧面的左上角，所述第三输入电极23设置在左侧面的右上角。所述输出电极包括相互连接的第一输出电极31、第二输出电极32和第三输出电极33，所述第一输出电极31设置在顶面的右下角，所述第二输出电极32设置在前侧面的右上角，所述第三输出电极33设置在右侧面的左上角。所述地电极包括第一顶面地电极11、第二顶面地电极12、前侧面地电极13、后侧面地电极14、左侧面地电极15、右侧面地电极16和两个底面地电极17；所述第一顶面地电极11位于第一输入电极21和第一输出电极31之间，所述第一顶面地电极11的两端各设有一个延伸部18，每一所述延伸部18分别伸入对应位置的两个相邻顶面电极4之间；所述第二顶面地电极12位于顶面的后端；所述前侧面地电极13位于陶瓷介质体1的前侧面，且通过输入电极隔离带8与第二输入电极22隔开，通过输出电极隔离带9与第二输出电极32隔开，所述后侧面地电极14位于陶瓷介质体1的后侧面；所述左侧面地电极15位于陶瓷介质体1的左侧面，且通过输入电极隔离带8与第三输入电极23隔开，所述右侧面地电极16位于陶瓷介质体1的右侧面，且通过输出电极隔离带9与第三输出电极33隔开；两个所述底面地电极17分别位于陶瓷介质体1底面的前端和后端。

本实施例采用二分之一波长谐振器两端开路的结构，可将谐振器的长度(等于谐振通孔2的深度，即陶瓷介质体1的高度h)在同样的频率下扩展至原来的2倍，例如：根据波长与频率的关系式可以算出，15GHz电磁波在空气中传播时的波长为20mm，四分之一波长为5mm；采用介质填充时，四分之一波长谐振器长度仅为大约1.5mm，如此小的尺寸在产品加工制作调试时都难以操作。在采用本实施例的结构后，15GHz电磁波对应的谐振器长度(即陶瓷介质体1的高度h)约为3mm，从而可满足加工制造调试等常规工艺的要求。

由于一体式介质滤波器其通带谐振器模式为TEM模，整块陶瓷介质体1的最近谐波为TE10模式，是由陶瓷介质体1的高度h和长度L决定的谐波频率。但是，采用二分之一波长谐振器后，陶瓷介质体1的高度h增加较多，导致TE10模频率较低，从而会导致介质滤波器无法满足高频要求；如图9和图10所示，分别为本发明实施例一未开设盲孔3时的TE10模电场分布图和磁场分布图(谐振频率为13.92GHz)。本实施例在陶瓷介质体1中间增加了2个与谐振通孔2垂直的盲孔3，并将其孔壁金属化，相当于在长度L方向上将陶瓷介质体1截断，从而能够将介质滤波器的TE10寄生频率升高，使介质滤波器满足更高频率的设计要求；如图11和图12所示，分别为本发明实施例一沿水平方向开设两个盲孔3，盲孔3的深度为陶瓷介质体1的宽度W的80％时的TE10模电场分布图和磁场分布图(谐振频率为21.16GHz)；由图12可看出，开设两个盲孔3后，在陶瓷介质体1上形成了三个较高的频率，可见，本实施例开设盲孔3后能够满足更高频率的设计要求。如图13所示，为本发明实施例一沿水平方向开设两个盲孔3，盲孔3的深度为陶瓷介质体1的宽度W的80％时的仿真曲线图(中心频率为15.3GHz，带宽为700MHz)。从图13可知，本实施例满足高频率介质滤波器的设计要求。

实施例二

如图14和图15所示，本发明实施例二提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器与实施例一的区别在于：本实施例中，所述盲孔3开设在陶瓷介质体1后侧面沿高度h方向的中间位置处，其他结构与实施例一相同。

本实施例的工作原理与实施例一相同，其TE10模电场分布图、磁场分布图和仿真曲线图与实施例一相似。

本发明未描述部分与现有技术一致，在此不做赘述。

以上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，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims

1.一种基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，包括陶瓷介质体，其特征在于，所述陶瓷介质体设有顶面、底面、前侧面、后侧面、左侧面和右侧面；在所述陶瓷介质体上设有至少两个谐振通孔，每一所述谐振通孔均贯穿陶瓷介质体的顶面和底面；每一所述谐振通孔位于顶面的孔口处均通过金属化处理形成有顶面电极，每一所述顶面电极的周围均设有一圈顶面隔离带,所述顶面隔离带之间互相连通；每一所述谐振通孔位于底面的孔口处均通过金属化处理形成有底面电极，每一所述底面电极的周围均设有一圈底面隔离带,所述底面隔离带之间互相连通；每一所述谐振通孔与其周围填充的介质形成一个介质谐振器，所述介质谐振器为半波长谐振器；

2.根据权利要求1所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述输入电极包括相互连接的第一输入电极、第二输入电极和第三输入电极，所述第一输入电极设置在顶面的左下角，所述第二输入电极设置在前侧面的左上角，所述第三输入电极设置在左侧面的右上角。

3.根据权利要求2所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述输出电极包括相互连接的第一输出电极、第二输出电极和第三输出电极，所述第一输出电极设置在顶面的右下角，所述第二输出电极设置在前侧面的右上角，所述第三输出电极设置在右侧面的左上角。

4.根据权利要求3所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述地电极包括第一顶面地电极、第二顶面地电极、前侧面地电极、后侧面地电极、左侧面地电极、右侧面地电极和两个底面地电极；所述第一顶面地电极位于第一输入电极和第一输出电极之间，所述第二顶面地电极位于顶面的后端；所述前侧面地电极位于陶瓷介质体的前侧面，且通过输入电极隔离带与第二输入电极隔开，通过输出电极隔离带与第二输出电极隔开，所述后侧面地电极位于陶瓷介质体的后侧面；所述左侧面地电极位于陶瓷介质体的左侧面，且通过输入电极隔离带与第三输入电极隔开，所述右侧面地电极位于陶瓷介质体的右侧面，且通过输出电极隔离带与第三输出电极隔开；两个所述底面地电极分别位于陶瓷介质体底面的前端和后端。

5.根据权利要求4所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述第一顶面地电极的两端各设有一个延伸部，每一所述延伸部分别伸入两个相邻的顶面电极之间。

6.根据权利要求1所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述盲孔开设在陶瓷介质体前侧面沿垂直方向的中间位置处或陶瓷介质体后侧面沿垂直方向的中间位置处。

7.根据权利要求6所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述盲孔沿水平方向开设。

8.根据权利要求6所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述盲孔倾斜设置。

9.根据权利要求1所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述谐振通孔的数量为五个，所述盲孔的数量为两个，每一所述盲孔分别穿过两个相邻的谐振通孔之间的空隙。

10.根据权利要求1～9任一项所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器，其特征在于，所述盲孔为柱形孔，其截面为圆形、椭圆形、正方形或长方形。