CN112164845B - 一种介质滤波器和级联滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种介质滤波器，包括：一个介质谐振腔，所述介质谐振腔包括实心的介质本体和包裹所述介质本体的外表面的金属镀层；金属传输线，所述金属传输线与所述介质谐振腔之间以介质材料间隔；耦合结构，所述耦合结构连接在所述介质谐振腔和金属传输线之间，所述介质谐振腔通过耦合结构与金属传输线耦合，以在传输通道的任意一侧形成一个传输零点。本发明提供一种介质滤波器和级联滤波器，其采用一个介质谐振腔和金属传输线之间的直接耦合即可实现传输零点，不需要多腔之间的交叉耦合，能够极大地精简介质滤波器的结构。

Description

一种介质滤波器和级联滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器领域，特别涉及一种介质滤波器和级联滤波器。

背景技术

现有的介质滤波器使用介质谐振器之间的耦合实现传输零点，这种方式需要滤波器中非相邻腔(non-adjacent resonators)之间的结构设计产生交叉耦合来实现传输零点，因此该方式至少需要两个介质谐振腔的耦合(通常是负耦合)才能实现，由此导致结构复杂、体积较大，对于整机结构排布有很大局限；

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种介质滤波器和级联滤波器，其采用一个介质谐振腔和金属传输线之间的直接耦合即可实现传输零点，不需要多腔之间的交叉耦合，能够极大地精简介质滤波器的结构。

在一个实施例中提供了一种介质滤波器，包括：

一个介质谐振腔，所述介质谐振腔包括介质本体和包裹所述介质本体的外表面的金属镀层；

金属传输线，所述金属传输线与所述介质谐振腔之间以介质材料间隔；

耦合结构，所述耦合结构连接在所述介质谐振腔和金属传输线之间，所述介质谐振腔通过耦合结构与金属传输线耦合，以在传输通道的任意一侧形成一个传输零点。

在一个优选实施例中，所述耦合结构的第一端嵌入至所述介质本体内，

所述第一端不与所述介质谐振腔表面的金属镀层电连接，以形成容性传输零点；或者

所述第一端与所述介质谐振腔表面的金属镀层电连接，以形成感性传输零点。

在一个优选实施例中，所述金属传输线设置于电路板背离所述介质谐振腔的一侧表面。

在一个优选实施例中，所述耦合结构的第二端自电路板面向所述介质谐振腔的一侧表面贯穿所述电路板，以与所述金属传输线电连接。

在一个优选实施例中，所述电路板的面向所述介质谐振腔的一侧表面进一步包括绝缘层，所述绝缘层环绕所述第二端，以将所述耦合结构与所述电路板信号绝缘。

在一个优选实施例中，所述电路板进一步包括贯穿电路板的金属过孔，所述耦合结构的第二端与电路板面向介质谐振腔的一侧表面电连接，以通过金属过孔与所述金属传输线信号连接。

在一个优选实施例中，所述耦合结构的第二端与所述金属传输线的中点连接。

在一个优选实施例中，进一步包括调试孔，所述调试孔开设于所述介质谐振腔的一侧表面上，所述调试孔与所述电路板分别位于所述介质谐振腔的相对的表面。

在一个优选实施例中，所述调试孔开设于所述介质本体的顶面，所述耦合结构的第一端自所述介质本体的底面伸入至所述介质本体内。

本发明还提供一种级联滤波器，包括：

多个如上所述的介质滤波器，

所述多个介质滤波器的介质谐振腔沿着直线间隔设置，每个介质滤波器的金属传输线的一端或两端与其他介质滤波器的金属传输线电连接，以组合形成多个传输零点，所述级联滤波器的传输零点的数量与所述介质滤波器的数量对应。

由以上技术方案可知，在本实施例的介质滤波器中，仅包含一个介质谐振腔，耦合的方式不是在不同的谐振腔之间建立交叉耦合的方式，而是采用介质谐振腔与金属传输线(微带线等)耦合这种谐振腔与非谐振腔相互耦合的方式，其中金属传输线两端开放，从而形成非闭合形谐振节点，其在传输通道内形成一个谐振峰，并在传输通道的任意一侧形成一个传输零点。

在本实施例中，金属传输线通常是设置在电路板表面的金属化线，其可与介质滤波器的输入输出电路等形成在同一电路板上，也就是说，本实施例的介质滤波器可仅通过一个介质谐振腔及其附属电路而形成独立的传输零点，从而优化滤波器的滤波性能。本实施例的介质滤波器结构简单，在无交叉耦合结构的前提下即可实现传输零点，能够极大程度地精简介质滤波器的体积和结构，并且基于单腔的结构，能够合理地布局整机空间。

进一步地，由于本实施例是采用单谐振腔产生独立的传输零点的方式，因此传输零点的频率和位置不受其他滤波器的谐振腔特性的影响，每个谐振腔可单独加工制造，由此可提高每个介质滤波器的性能、并降低每个介质滤波器的加工精度要求，从而在降低成本的前提下提高产品性能。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1是本发明的介质滤波器的第一实施例的结构示意图。

图2是本发明的介质滤波器的第一实施例的剖视图。

图3是本发明的介质滤波器的第二实施例的结构示意图。

图4是本发明的介质滤波器的第二实施例的剖视图。

图5是本发明的级联滤波器的结构示意图。

图6是图5的级联滤波器的波形图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

现在将参照附图更完全地描述各示例实施例。

为了解决现有技术中问题，本发明提供一种介质滤波器和级联滤波器，其采用一个介质谐振腔和金属传输线之间的直接耦合即可实现传输零点，不需要多腔之间的交叉耦合，能够极大地精简介质滤波器的结构

如图1和图2所示，本发明的一个实施例提供一种介质滤波器1，包括：

一个介质谐振腔10，介质谐振腔10包括介质本体11和包裹介质本体11的外表面的金属镀层12；

金属传输线30，金属传输线30与介质谐振腔10之间以介质材料间隔；

耦合结构40，耦合结构40连接在介质谐振腔10和金属传输线30之间，介质谐振腔10通过耦合结构40与金属传输线30耦合，以在传输通道的任意一侧形成一个传输零点。

其中，金属传输线30与介质谐振腔10之间的间隔可以为空气层或者电路板的板材。

在本实施例的介质滤波器中，仅包含一个介质谐振腔10，耦合的方式不是在不同的谐振腔之间建立交叉耦合的方式，而是采用介质谐振腔与金属传输线(微带线等)耦合这种谐振腔与非谐振腔相互耦合的方式，其中金属传输线30两端开放，从而形成非闭合形谐振节点，其在传输通道内形成一个谐振峰，并在传输通道的任意一侧形成一个传输零点。

在传统的介质滤波器中，传输零点需要通过非相邻的谐振腔之间的耦合结构来实现，即，一个传输零点至少需要三个谐振腔组成的介质滤波器来实现，并且需要在谐振腔之间设置交叉耦合(多为负耦合)结构。由于传输零点需要在两个非相邻的谐振腔之间耦合实现，因此，传统的介质滤波器的谐振腔大多采用Z字型、S字型、或U字型的形式排布。以三个谐振腔组成的介质滤波器为例，传输通道内可形成三个谐振峰，但只有一个传输零点。

在本实施例中，金属传输线30通常是设置在电路板20表面的金属化线，其可与介质滤波器的滤波电路等形成在同一电路板20上，也就是说，本实施例的介质滤波器可仅通过一个介质谐振腔及其附属电路而形成独立的传输零点，从而优化滤波器的滤波性能。本实施例的介质滤波器结构简单，在无交叉耦合结构的前提下即可实现传输零点，能够极大程度地精简介质滤波器的体积和结构，并且基于单腔的结构，能够合理地布局整机空间。

进一步地，由于本实施例是采用单谐振腔产生独立的传输零点的方式，因此传输零点的频率和位置不受其他滤波器的谐振腔特性的影响，每个谐振腔可单独加工制造，由此可提高每个介质滤波器的性能、并降低每个介质滤波器的加工精度要求，从而在降低成本的前提下提高产品性能。

在一个优选实施例中，介质谐振腔10的介质本体11为实心结构，其表面覆盖金属镀层。介质本体11由固态介电材料制成。

在如图1和图2所示的实施例中，耦合结构40的第一端41嵌入至介质本体11内，并且，第一端41不与介质谐振腔10表面的金属镀层12电连接，以在传输通道的左侧形成容性传输零点。

其中，耦合结构40可以为柱形实体金属结构，也可以是形成在介质本体11内的金属化盲孔的形式。

耦合结构40的第一端41嵌入在介质本体11内，而不与介质谐振腔10表面的金属镀层12电连接，而由此不接地，耦合结构40的第二端42与金属传输线30连接(电连接或者信号连接)，则介质谐振腔10和金属传输线30之间通过耦合结构40实现负耦合(电耦合)，从而在传输通道的左侧形成容性传输零点。

如图2所示，介质谐振腔10进一步包括调试孔50，调试孔50开设于介质谐振腔10的一侧表面上，金属镀层12同样地覆盖调试孔50的表面。调试孔50是用于调试谐振频率的盲孔。

在一个优选实施例中，调试孔50与电路板20分别位于介质谐振腔10的相对的表面。例如，如图2所示，调试孔50开设于介质本体11的顶面，耦合结构40的第一端41自介质本体11的底面伸入至介质本体11内。

如图2所示，金属传输线30设置于电路板20背离介质谐振腔10的一侧表面，则介质谐振腔10可以其底面固定至电路板20，而电路板20的介质材料可在介质谐振腔10和金属传输线30之间形成间隔。其中，介质谐振腔10的底面也覆盖金属镀层12，其与电路板或者金属传输线之间的缝隙可以焊锡填充。

在本实施例中，耦合结构40的第二端42自电路板20面向介质谐振腔10的一侧表面贯穿电路板20，以与金属传输线30形成电连接。

在一个优选实施例中，电路板20的面向介质谐振腔10的一侧表面进一步包括绝缘层21，绝缘层21环绕第二端42，以将耦合结构40与电路板20信号绝缘。

如图3和图4所示，本发明的一个实施例提供一种介质滤波器1，包括：

一个介质谐振腔10，介质谐振腔10包括实心的介质本体11和包裹介质本体11的外表面的金属镀层12；

金属传输线30，金属传输线30与介质谐振腔10之间以介质材料间隔；

耦合结构40，耦合结构40连接在介质谐振腔10和金属传输线30之间，介质谐振腔10通过耦合结构40与金属传输线30耦合，以在传输通道的任意一侧形成一个传输零点。

其中，金属传输线30与介质谐振腔10之间的间隔可以为空气层或者电路板的板材。

在如图3和图4所示的实施例中，耦合结构40的第一端41嵌入至介质本体11内，并且，第一端41与介质谐振腔10表面的金属镀层12电连接，以在传输通道的右侧形成感性传输零点。

其中，耦合结构40可以为柱形实体金属结构，也可以是形成在介质本体11内的金属化过孔的形式。

耦合结构40的第一端41嵌入在介质本体11内，并通过与介质谐振腔10表面的金属镀层12电连接而接地，耦合结构40的第二端42与金属传输线30连接(电连接或者信号连接)，则介质谐振腔10和金属传输线30之间通过耦合结构40实现正耦合(磁耦合)，从而在传输通道的右侧形成感性传输零点。

如图4所示，介质谐振腔10进一步包括调试孔50，调试孔50开设于介质谐振腔10的一侧表面上，金属镀层12同样地覆盖调试孔50的表面。调试孔50是用于调试谐振频率的盲孔。

在一个优选实施例中，调试孔50与电路板20分别位于介质谐振腔10的相对的表面。例如，如图2所示，调试孔50开设于介质本体11的顶面，耦合结构40的第一端41自介质本体11的底面伸入至介质本体11内。

由此，耦合结构40的第一端41不是与覆盖介质谐振腔10顶面的金属镀层12电连接，而是与覆盖介质谐振腔10侧面的金属镀层电连接，因此，耦合结构40的第一端41在介质本体11内可具有折弯。

如图4所示，金属传输线30设置于电路板20背离介质谐振腔10的一侧表面，则介质谐振腔10可以其底面固定至电路板20，而电路板20的介质材料可在介质谐振腔10和金属传输线30之间形成间隔。其中，介质谐振腔10的底面也覆盖金属镀层12，其与电路板或者金属传输线之间的缝隙可以焊锡填充。

在本实施例中，电路板20进一步包括贯穿电路板20的金属过孔22，耦合结构40的第二端42与电路板20面向介质谐振腔10的一侧表面电连接，以通过金属过孔22与金属传输线30信号连接。

在一个优选实施例中，电路板20的面向介质谐振腔10的一侧表面进一步包括绝缘层21，绝缘层21环绕第二端42，以将耦合结构40与电路板20面向介质谐振腔10的一侧表面信号绝缘。

在图1至图4的两个实施例中，优选地，耦合结构40的第二端42可与金属传输线30的特定位置(例如中点)连接(电连接或者信号连接)。其中，金属传输线30的形状、宽度、延伸方向等可影响由此产生的传输零点的幅度和频率，因此，金属传输线30的形状并不仅限于图1和图3中示出的形状。

本发明的实施例中提供了采用单谐振腔产生独立的传输零点的方式，因此传输零点的频率和位置不受其他滤波器的谐振腔特性的影响，每个谐振腔可单独加工制造，由此可提高每个介质滤波器的性能、并降低每个介质滤波器的加工精度要求，从而在降低成本的前提下提高产品性能。但是本发明的介质滤波器并仅限于单谐振腔的方案，如图5所示，本发明的另一实施例还提供了一种级联滤波器2，其由本发明提供的介质滤波器组合而成。

具体地，级联滤波器2包括：

多个如图1至图4中所示的介质滤波器1，

多个介质滤波器1的介质谐振腔10沿着直线间隔设置，每个介质滤波器1的金属传输线30的一端或两端与其他介质滤波器1的金属传输线30电连接，以组合形成多个传输零点，其中，级联滤波器2的传输零点的数量与介质滤波器1的数量对应。

由于介质滤波器1为由单个谐振腔产生独立传输零点的方案，并且可以通过调整耦合结构与谐振腔的连接方式调节传输零点的位置，由此可以方便地将介质滤波器1进行组合而形成多个传输零点的级联滤波器2。

具体地，介质滤波器1的连接方式为将每个介质滤波器1的金属传输线30进行连接，而介质谐振腔10则相互独立，由此，组成级联滤波器2的每个介质滤波器1可独立地形成传输零点。

并且如图5可知，本实施例的级联滤波器2可将多个介质滤波器1直线排列，只需将金属传输线30的端部设置在相对应的位置即可实现便捷的连接。并且可以根据需要选择介质滤波器1的类型，例如，根据传输零点的频率选择产生容性传输零点和感性传输零点的介质滤波器1的数量。

图5中的级联滤波器2进一步包括了一个双腔滤波器3，其包括第一谐振腔31和第二谐振腔32，其中第一谐振腔31和第二谐振腔32通过窗口耦合，由于腔体的数量和设置位置所限，双腔滤波器3并不产生传输零点。

结合图5和图6所示，图5中的级联滤波器2包括三个产生容性传输零点的介质滤波器、一个产生感性传输零点的介质滤波器、和一个不产生传输零点的双腔滤波器。对应地，在传输通道的左侧产生三个容性传输零点，在传输通道的右侧产生一个感性传输零点。

通过对比可知，本实施例的介质滤波器1和由介质滤波器1组合形成的级联滤波2具有结构简单、传输零点独立不受干扰、布局紧凑的优点，特别适用于整机空间小的设备，能够布置于狭长的边缘处。在使用传统的带通滤波器的情况下，为了产生如图6所示的四个传输零点，则需要超过四个谐振腔的方案，并且谐振腔的排列方式需要满足交叉耦合的方案，且需要在非相邻的两个谐振腔之间设置交叉耦合结构。

由以上技术方案可知，在本实施例的介质滤波器中，仅包含一个介质谐振腔，耦合的方式不是在不同的谐振腔之间建立交叉耦合的方式，而是采用介质谐振腔与金属传输线(微带线等)耦合这种谐振腔与非谐振腔相互耦合的方式，其中金属传输线两端开放，从而形成非闭合形谐振节点，其在传输通道内形成一个谐振峰，并在传输通道的任意一侧形成一个传输零点。

在本实施例中，金属传输线通常是设置在电路板表面的金属化线，其可与介质滤波器的滤波电路等形成在同一电路板上，也就是说，本实施例的介质滤波器可仅通过一个介质谐振腔及其附属电路而形成独立的传输零点，从而优化滤波器的滤波性能。本实施例的介质滤波器结构简单，在无交叉耦合结构的前提下即可实现传输零点，能够极大程度地精简介质滤波器的体积和结构，并且基于单腔的结构，能够合理地布局整机空间。

进一步地，由于本实施例是采用单谐振腔产生独立的传输零点的方式，因此传输零点的频率和位置不受其他滤波器的谐振腔特性的影响，每个谐振腔可单独加工制造，由此可提高每个介质滤波器的性能、并降低每个介质滤波器的加工精度要求，从而在降低成本的前提下提高产品性能。

本实施例的介质滤波器和由介质滤波器组合形成的级联滤波具有结构简单、传输零点独立不受干扰、布局紧凑的优点，特别适用于整机空间小的设备，能够布置于狭长的边缘处。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种介质滤波器(1)，其特征在于，包括：

一个介质谐振腔(10)，所述介质谐振腔(10)包括介质本体(11)和包裹所述介质本体(11)的外表面的金属镀层(12)；

金属传输线(30)，所述金属传输线(30)与所述介质谐振腔(10)之间以介质材料间隔；

耦合结构(40)，所述耦合结构(40)连接在所述介质谐振腔(10)和金属传输线(30)之间，所述介质谐振腔(10)通过耦合结构(40)与金属传输线(30)耦合，以在传输通道的任意一侧形成一个传输零点；

所述耦合结构(40)的第一端(41)嵌入至所述介质本体(11)内，所述耦合结构(40)的第二端(42)与所述金属传输线(30)电连接或信号连接。

2.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述第一端(41)不与所述介质谐振腔(10)表面的金属镀层(12)电连接，以形成容性传输零点；或者

所述第一端(41)与所述介质谐振腔(10)表面的金属镀层(12)电连接，以形成感性传输零点。

3.根据权利要求2所述的介质滤波器，其特征在于，电路板(20)设置于所述金属传输线(30)与所述介质谐振腔(10)之间，所述金属传输线(30)设置于电路板(20)背离所述介质谐振腔(10)的一侧表面。

4.根据权利要求3所述的介质滤波器，其特征在于，所述耦合结构(40)的第二端(42)自电路板(20)面向所述介质谐振腔(10)的一侧表面贯穿所述电路板(20)，以与所述金属传输线(30)电连接。

5.根据权利要求4所述的介质滤波器，其特征在于，所述电路板(20)的面向所述介质谐振腔(10)的一侧表面进一步包括绝缘层(21)，所述绝缘层(21)环绕所述第二端(42)，以将所述耦合结构(40)与所述电路板(20)信号绝缘。

6.根据权利要求3所述的介质滤波器，其特征在于，所述电路板(20)进一步包括贯穿电路板(20)的金属过孔(22)，所述耦合结构(40)的第二端(42)与电路板(20)面向介质谐振腔(10)的一侧表面电连接，以通过金属过孔(22)与所述金属传输线(30)信号连接。

7.根据权利要求2至6中任一权利要求所述的介质滤波器，其特征在于，所述耦合结构(40)的第二端(42)与所述金属传输线(30)的中点连接。

8.根据权利要求3至6中任一权利要求所述的介质滤波器，其特征在于，进一步包括调试孔(50)，所述调试孔(50)开设于所述介质谐振腔(10)的一侧表面上，所述调试孔(50)与所述电路板(20)分别位于所述介质谐振腔(10)的相对的表面。

9.根据权利要求8所述的介质滤波器，其特征在于，所述调试孔(50)开设于所述介质本体(11)的顶面，所述耦合结构(40)的第一端(41)自所述介质本体(11)的底面伸入至所述介质本体(11)内。

10.一种级联滤波器(2)，其特征在于，包括：

多个如权利要求1至9中任一权利要求所述的介质滤波器(1)，

所述多个介质滤波器(1)的介质谐振腔(10)沿着直线间隔设置，每个介质滤波器(1)的金属传输线(30)的一端或两端与其他介质滤波器(1)的金属传输线(30)电连接，以组合形成多个传输零点，所述级联滤波器(2)的传输零点的数量与所述介质滤波器(1)的数量对应。

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