CN112271424A - 一种介质谐振器、滤波器、双工器、多工器、通讯基站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介质谐振器，包括具有第一介电常数的介质本体和至少一个具有第二介电常数的嵌入体，所述嵌入体镶嵌在所述介质本体内，所述嵌入体至少有一个表面为裸露面，所述第一介电常数不等于第二介电常数。本发明还公开了一种滤波器、双工器以及多工器。本发明采用嵌入式结构，改变了现有的谐振器的结构，提高了谐振器的工业价值，在介质本体体积相同的情况下本发明的介质谐振器Q值相对于传统打孔谐振器的Q值明显提高。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种介质谐振器、滤波器、双工器、多工器、通讯基站。
背景技术
电磁谐振器是一种储存一定电磁能量的元件，电能和磁能在其中周期地互相转换，这种过程称为振荡。振荡的频率称为谐振频率。传统的谐振器是金属空腔，电能和磁能在腔内互相转换。
随着无线通信系统的快速发展，高性能、小型化的无源器件成为研究的热点。传统的介质谐振器滤波器是将其置于金属波导中，体积大、重量大、加工复杂。目前常用的滤波器通过在介质本体上开设盲孔形成谐振腔，通过调节盲孔的尺寸(例如深度、直径等)实现谐振频率的调节，例如中国专利ZL201810247185.4公开了在介质本体上开设盲孔的谐振器，通过盲孔可以实现谐振频率的调节，在一定程度上减轻了谐振器的重量，也能满足目前通信领域对滤波器的要求。
但是，随着5G时代的到来，要求整个通讯系统高性能化、小型化。现有的滤波器结构已经不能满足5G低延时、更高速、更可靠的要求。为了满足5G通信基站的要求，谐振器及滤波器的结构设计也越来越复杂，原有的谐振器的孔槽数量和形状都发生了变化，虽然能使滤波器在性能上大大提升；但是，由于孔槽数量和形状的变化，一方面会使得导电金属材料(银浆的用量)增加，增加了产品的成本；另一方由于滤波器的使用场景大多在户外，调试孔表面的金属层会随着时间的推移被磨掉导致产品性能受损或无法使用；此外，孔槽数量及形状的变化也加大了加工的难度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种介质谐振器，采用嵌入式结构，改变现有的谐振器的结构，提高谐振器的工业价值和电性能。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种介质谐振器，包括具有第一介电常数的介质本体和至少一个具有第二介电常数的嵌入体，所述嵌入体镶嵌在所述介质本体内，嵌入体至少一个表面为裸露面，所述第一介电常数不等于第二介电常数。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质本体上设置有至少一端开口的容纳腔，所述嵌入体配合设置于所述容纳腔中，所述嵌入体位于开口处的裸露面与其所在的介质本体表面齐平。
作为进一步优选的方案，本发明所述的第一介电常数大于所述第二介电常数。
作为进一步优选的方案，本发明所述的第一介电常数小于所述第二介电常数。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质本体与嵌入体外周存在界面。
作为进一步优选的方案，本发明所述的所述介质本体表面包被有金属导电层。优选的，所述嵌入体的裸露面涂覆有金属导电层。
本发明还公开了一种介质谐振器，该介质谐振器包括具有第一介电常数的介质本体、至少一个具有第二介电常数的嵌入体以及至少一个位于介质本体和嵌入体之间且具有第三介电常数的介质中间体，所述介质中间体包覆在嵌入体外周，所述嵌入体至少有一个表面为裸露面，所述第一介电常数不等于第二介电常数。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质中间体具有外露的表面。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质本体外表面包覆有金属层，所述嵌入体的裸露面及介质中间体的表面均涂覆有金属层。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质中间体被完全包覆在介质本体与嵌入体直接的介质本体内部。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质本体与介质中间体的接触面以及介质中间体与嵌入体的接触面均存在界面。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质本体为介质本体的材料为陶瓷、玻璃、塑料、石料、水晶、混凝土、宝石、玛瑙中的一种，所述内置体的材料为陶瓷、玻璃、塑料、石料、水晶、混凝土、宝石、玛瑙中的一种。
作为进一步优选的方案，本发明所述的第一介电常数的取值范围为2～200，所述第二介电常数的取值范围为2～200。
进一步的，本发明还提供了一种滤波器，该滤波器至少包括一个本发明所述的介质谐振器。
进一步的，本发明还提供了一种双工器，该双工器至少包括一个本发明所述的介质谐振器。
进一步的，本发明还提供了一种多工器，该多工器至少包括一个本发明所述的介质谐振器。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的介质谐振器采用嵌入式结构，是一种无需开孔的谐振器，改变了传统开孔设计的谐振器结构；嵌入式结构的谐振器由于无需开孔设计，极大提高了谐振器的工业价值，表现为在介质本体体积相同的条件下，其Q值可以提高10％-80％。
2.本发明所述的介质谐振器改变了能量储存分布方式，介质谐振器的储能主要集中在介质内部，余下能量以指数衰减分布在周围空间，保留了储能的结构，且未增加耗能的结构。
3.本发明所述的介质谐振器采用的嵌入式结构大大较低了加工难度，提高了成品率，并且可以缩小整个谐振器及滤波器的体积。
4.本发明所述的介质谐振器相对于现有技术，其金属表面积减小，节约了银浆的使用，降低了产品的成本，同时延长了产品的使用寿命。
5.本发明所述的介质谐振器可应用于通讯领域的滤波器、双工器，及多工器。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
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为本发明所述的介质谐振器的示意图；
图2为本发明图1的介质谐振器A-A方向的剖视图；
其中，各附图标记为：1、介质本体；2、嵌入体。
具体实施方式
本发明中出现的相关名词解释：
“介质本体”是指谐振器的本体部分，所述“嵌入体”是指镶嵌在在介质本体内用于与本体部分形成谐振器的部分。
“裸露面”是指不被介质本体所覆盖的表面。
本发明中出现的“第一”、“第二”等词汇等仅用于描述目的，不是数量限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明所述的介质谐振器，包括具有第一介电常数的介质本体1和至少一个具有第二介电常数的嵌入体2，所述嵌入体镶嵌2在所述介质本体内1，嵌入体2至少一个表面为裸露面，所述第一介电常数不等于第二介电常数。在本发明中，嵌入体设置在介质本体内部，由于两者的介电常数不相等，嵌入体和介质本体的储能不相等，通过调节介质本体的体积或者/和嵌入体的体积得到不同谐振频率的谐振器，也可以通过采用不同介电常数的嵌入体得到不同频率的谐振器。
实施例1
在该实施例中，所述的介质谐振器，包括具有第一介电常数的介质本体1和至少一个具有第二介电常数的嵌入体2，所述嵌入体镶嵌2在所述介质本体内1，嵌入体2至少一个表面为裸露面，所述第一介电常数大于所述第二介电常数，所述介质本体2表面包被有金属导电层。在该方案中，介质谐振器的储能主要集中在介质内部，余下能量以指数衰减分布在周围空间。意味这种结构改变了能量储存分布，不需要通过打盲孔降低频率，保留了储能的结构，并未增加耗能的结构。这种结构使谐振器相对于现有的谐振器的Q值明显提高。
实施例2
在该实施例中，所述的介质谐振器，包括具有第一介电常数的介质本体1和至少一个具有第二介电常数的嵌入体2，所述嵌入体镶嵌2在所述介质本体内1，嵌入体2至少一个表面为裸露面，所述第一介电常数小于所述第二介电常数，所述介质本体2表面包被有金属导电层。在该方案中，等效介电常数介于介质本体的介电常数和嵌入体的介电常数之间，从而使得谐振器的尺寸介于两者之间，能明显缩小谐振器尺寸，减轻谐振器的重量。
实施例3
在上述实施例1或实施例2方案的基础上，进一步的，本发明所述的介质本体上设置有至少一端开口的容纳腔，所述嵌入体配合设置于所述容纳腔中，所述嵌入体的裸露面位于开口处。在上述实施例1-实施例3的基础上，进一步的，所述嵌入体的数量可以为两个或三个以上，可以根据谐振器频率的要求进行设置。
在上述实施例1-实施例3的基础上，进一步的，本发明所述介质本体表面包被有金属导电层。进一步的，所述嵌入体的裸露面与其所在的介质本体表面齐平，裸露面也涂覆有金属导电层。优选的，介质本体表面的金属导电层与裸露面的金属导电层材质相同。进一步的，作为进一步优选的方案，本发明所述的介质本体表面包被有金属导电层。优选的，所述金属导电层可以但不限于采用银、铜、铬、钯、镍、镍铜、锡铜合金、锡银铜合金等材料中的一种。优选的，表面金属材料为镀银层，通过在介质本体表面通过电镀、化学镀、印刷、喷涂、浸渍、溅射、物理沉积、化学沉积等方式形成。
在上述实施例1-实施例3的基础上，容纳腔与内置体之间紧密接触，不存在空隙。但是作为进一步优选的方案，本发明所述的介质本体与嵌入体外周存在界面。由于介质本体和内置体采用两种不同介电常数的材料，两种材料之间不会融合，存在明显界面，该界面的存在可以是介质本体与内置体之间存在明显的储能差别。
实施例4
一种介质谐振器，该介质谐振器包括具有第一介电常数的介质本体、至少一个具有第二介电常数的嵌入体以及至少一个位于介质本体和嵌入体之间且具有第三介电常数的介质中间体，所述介质中间体包覆在嵌入体外周，所述嵌入体至少有一个表面为裸露面。优选的，所述裸露面与其所在的介质本体表面齐平，所述第一介电常数不等于第二介电常数。在该方案包括介质本体、介质中间体、嵌入体多层结构的方案，介质中间体可以是一个，也可以是多个，过个介质中间体以层级的方式由内向外包裹，相互接触的介质中间体的介电常数不同，即相互接触的介质中间体采用不同材料，但是不相互接触的介质中间体的介电常数可以相同，即不相互接触的介质中间体可以采用相同的材料；而且不与介质本体或者嵌入体接触的介质中介体可以采用与介质本体或嵌入体相同的材料。
在上述实施例4的方案的基础上，作为进一步变形的方案，本发明所述的介质中间体具有外露的表面，所述表面与嵌入体的裸露面及介质本体的表面齐平。
在上述实施例4的方案的基础上，作为进一步变形的方案，本发明所述的介质本体外表面包覆有金属层，所述嵌入体的裸露面及介质中间体的表面均涂覆有金属层。
在上述实施例4的方案的基础上，作为进一步变形的方案，本发明所述的介质中间体被完全包覆在介质本体与嵌入体直接的介质本体内部。
在上述实施例4的方案的基础上，进一步的，介质本体与介质中间体的接触面以及介质中间体与嵌入体的接触面均存在界面。
在上述实施例1-实施例4的基础上，进一步的，本发明所述的介质本体为介质本体的材料为陶瓷、玻璃、塑料、石料、水晶、混凝土、宝石、玛瑙中的一种，所述内置体的材料为陶瓷、玻璃、塑料、石料、水晶、混凝土、宝石、玛瑙中的一种。在本发明中考虑谐振器引用领域对其性能、成本、重量以及体积的要求，优选的采用介质本体和内置体的材料采用陶瓷、水晶或玻璃。
在上述实施例1-4的基础上，进一步的，作为进一步优选的方案，本发明所述的第一介电常数的取值范围为2～200，所述第二介电常数的取值范围为2～200。第三介电常数的取值范围为2-200。
在上述实施例1-4的基础上，进一步的，所述嵌入体的形状可选但不限于长方体、正方体、梯形台、圆柱体、圆台形、棱柱体、棱锥体等实体形状的结构。
对比例1
为了验证在体积相同的条件下，本发明所述的谐振器与传统的打孔谐振器在电性能上的差别，进一步的，进行以下性能对比。本发明采用的介质谐振器与传统谐振器的参数条件及性能结果参见表1。
表1：谐振器参数及性能比较
根据上表1的数据可知在介质本体材质及体积相同，同等频率下，实施例1的谐振器单腔Q值达到1972，相对于传统盲孔谐振器单腔的Q值，单腔Q值提高了29.7％。实施例2的谐振器的介质本体采用与传统打孔谐振器的材质相同，体积相同，同等频率下，其Q值为2280，相对提高了50.0％。
对比例2
为了验证在电性能相同的条件下，本发明所述的谐振器与传统的打孔谐振器子体积上的差别，进一步的，进行以下性能对比。本发明采用的介质谐振器与传统谐振器的参数条件及性能结果参见表2。
表2：谐振器参数及性能比较
| 项目 | 实施例1的介质谐振器 | 实施例2的介质谐振器 | 传统打孔谐振器 |
| 介质本体参数 | 陶瓷本体，介电常数为20 | 陶瓷本体，介电常数为20 | 陶瓷材料，介电常数为20 |
| 嵌入体参数 | 陶瓷圆柱体，介电常数为8 | 陶瓷圆柱体，介电常数为45 | / |
| 单腔Q值 | 1500 | 1500 | 1500 |
| 介质本体的尺寸 | 7mm*7mm*5mm | 6mm*6mm*4mm | 11mm*11mm*6mm |
| 体积减小率 | 66.3％ | 80.2％ | / |
根据上表1的数据可知在介质本体材质及体积相同，当谐振器满足同等电性能的情况下，即Q值均在1500时，实施例1的谐振器的体积相对传统打孔的谐振器的体积，减小率为66.3％。实施例2的谐振器的体积相对传统打孔的谐振器的体积，减小率达到80.2％。
进一步的，本发明还提供了一种滤波器，该滤波器至少包括一个上述实施例1-3任一项所述的介质谐振器。本发明所述的滤波器可以是双模、三模、四模或者多模的滤波器结构，凡是具有谐振腔的任意一种模式的滤波器都可以采用本发明的介质谐振器。
进一步的，本发明还提供了一种双工器，该双工器至少包括一个本发明上述实施例1-3任一项所述的介质谐振器。
进一步的，本发明还提供了一种多工器，该多工器至少包括一个本发明上述实施例1-3任一项所述的介质谐振器。
本发明还公开了一种通讯基站，至少包括一个上述实施例1实施例1-实施例5任一方案所述的介质谐振器。其中涉及的通讯基站具体可以列举但不限于宏基站小型基站等通讯设备或通讯基站。总之涉及包含介质谐振器的任何通讯设备都可以采用本发明封闭式结构的介质谐振器以提高其工业价值。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (17)
1.一种介质谐振器，其特征在于，包括具有第一介电常数的介质本体和至少一个具有第二介电常数的嵌入体，所述嵌入体镶嵌在所述介质本体内，所述嵌入体至少有一个表面为裸露面，所述第一介电常数不等于第二介电常数。
2.根据权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质本体上设置有至少一端开口的容纳腔，所述嵌入体设置于所述容纳腔中，所述嵌入体的裸露面位于开口处。
3.根据权利要求1或2所述的介质谐振器，其特征在于，所述第一介电常数大于所述第二介电常数。
4.根据权利要求1或2所述的介质谐振器，其特征在于，所述第一介电常数小于所述第二介电常数。
5.根据权利要求1或2所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质本体与嵌入体在介质本体内的部分存在界面。
6.根据权利要求1或2所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质本体表面包被有金属导电层，所述嵌入体的裸露面涂覆有金属导电层。
7.一种介质谐振器，其特征在于，包括具有第一介电常数的介质本体、至少一个具有第二介电常数的嵌入体以及至少一个位于介质本体和嵌入体之间且具有第三介电常数的介质中间体，所述介质中间体包覆在嵌入体外周，所述嵌入体至少有一个表面为裸露面，所述第一介电常数不等于第二介电常数。
8.根据权利要求7所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质中间体具有外露的表面。
9.根据权利要求7所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质本体外表面包覆有金属层，所述嵌入体的裸露面及介质中间体的表面均涂覆有金属层。
10.根据权利要求7所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质中间体被完全包覆在介质本体与嵌入体直接的介质本体内部。
11.根据权利要求7所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质本体与介质中间体的接触面以及介质中间体与嵌入体的接触面均存在界面。
12.根据权利要求1-2、7-11任一项所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质本体为介质本体的材料为陶瓷、玻璃、塑料、石料、水晶、混凝土、宝石、玛瑙中的一种，所述内置体的材料为陶瓷、玻璃、塑料、石料、水晶、混凝土、宝石、玛瑙中的一种。
13.根据权利要求1-2、7-11任一项所述的介质谐振器，其特征在于，所述第一介电常数的取值范围为2～200，所述第二介电常数的取值范围为2～200。
14.一种滤波器，其特征在于，至少包括一个权利要求1-13任一项所述的介质谐振器。
15.一种双工器，其特征在于，至少包括一个权利要求1-13任一项所述的介质谐振器。
16.一种多工器，其特征在于，至少包括一个权利要求1-13任一项所述的介质谐振器。
17.一种通讯基站，其特征在于，至少包括一个权利要求1-13任一项所述的介质谐振器。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022261880A1 (zh) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | 华为技术有限公司 | 一种介质谐振器、滤波器、多工器及基站 |
| WO2023066038A1 (zh) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | 华为技术有限公司 | 一种介质滤波器以及通信设备 |
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2020
- 2020-11-13 CN CN202011267454.7A patent/CN112271424A/zh active Pending
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Legal Events
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