CN112599949B - 介质滤波器及其滤波回路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种介质滤波器及其滤波回路，滤波回路包括第一回路及第二回路。第二回路包括五个依次感性耦合的第二谐振腔，第一个第二谐振腔与第五个第二谐振腔感性耦合，第二个第二谐振腔与第四个第二谐振腔容性耦合，并与第五个第二谐振腔感性耦合。第二回路中设置一个容性耦合结构，并配合五个第二谐振腔之间的耦合关系，便可引出三个传输零点。而且，由于谐振首腔与谐振尾腔耦合，故与第二回路相互作用，还能引出第四个传输零点。也就是说，上述滤波回路中只需设置一个容性耦合结构就能引出四个零点，故只产生一个寄生谐波，从而对阻带的影响显著减弱。因此，上述介质滤波器及其滤波回路的性能可得到显著提升。

Description

介质滤波器及其滤波回路

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种介质滤波器及其滤波回路。

背景技术

陶瓷介质滤波器是一种选频器件，是通信设备不可或缺的一部分。随着通信系统的高速发展进入到5G时代，对滤波器的可靠性要求也越来越高。要实现消除干扰，往往是通过加强阻带的抑制。传统方法是引入传输零点，传输零点越多，则阻带抑制越强。

目前，在介质滤波器中一般是通过增加容性耦合结构实现零点的引入。但容性耦合结构往往会伴随着耦合谐波，当滤波器引入多个容性耦合时，就会产生多个容性耦合谐波。谐波相互之间影响，将恶化阻带性能。而且，当容性耦合谐波之间的频率很接近时，将导致阻带的指标恶化越来越严重。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提升滤波器性能的介质滤波器及其滤波回路。

一种滤波回路，包括：

第一回路，包括多个依次耦合的第一谐振腔，其中一端的所述第一谐振腔形成所述滤波回路的谐振首腔；

第二回路，包括五个依次感性耦合的第二谐振腔，第一个所述第二谐振腔与第五个所述第二谐振腔感性耦合，第二个所述第二谐振腔与第四个所述第二谐振腔容性耦合，第二个所述第二谐振腔与第五个所述第二谐振腔感性耦合，第五个所述第二谐振腔形成所述滤波回路的谐振尾腔；

其中，所述第一回路另一端的所述第一谐振腔与第一个所述第二谐振腔耦合，所述谐振首腔与所述谐振尾腔耦合。

在其中一个实施例中，在所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间的最短回路中，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔的数量之和为奇数，且谐振腔之间均为感性耦合。

在其中一个实施例中，在所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间的最短回路中，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔的数量之和为奇数，且存在奇数个容性耦合结构。

在其中一个实施例中，所述第一回路包括三个所述第一谐振腔，且在所述最短回路中存在一个容性耦合结构。

在其中一个实施例中，在所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间的最短回路中，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔的数量之和为偶数，且存在奇数个容性耦合结构。

在其中一个实施例中，所述第一回路包括两个所述第一谐振腔，且在所述最短回路中存在一个容性耦合结构。

在其中一个实施例中，所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间为感性耦合。

一种介质滤波器，包括：

介质块；

如上述优选实施例中任一项所述的滤波回路，所述滤波回路形成于所述介质块内。

在其中一个实施例中，所述介质块上开设有耦合槽，所述耦合槽延伸至所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间，并使所述谐振首腔与所述谐振尾腔感性耦合。

在其中一个实施例中，多个所述第一谐振腔与五个所述第二谐振腔在所述介质块上排列成错位设置的两行。

上述介质滤波器及其滤波回路，第二回路中设置一个容性耦合结构，并配合五个第二谐振腔之间的耦合关系，便可引出三个传输零点。而且，由于谐振首腔与谐振尾腔耦合，故与第二回路相互作用，还能引出第四个传输零点。也就是说，上述滤波回路中只需设置一个容性耦合结构就能引出四个零点，故只产生一个寄生谐波，从而对阻带的影响显著减弱。因此，上述介质滤波器及其滤波回路的性能可得到显著提升。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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为本发明较佳实施例中介质滤波器的结构示意图；

图2为图1所示介质滤波器中滤波回路的拓扑结构示意图；

图3为图2所示滤波回路的S参数仿真示意图；

图4为图2所示滤波回路经优化后的S参数仿真示意图；

图5(a)至图5(d)为另一个实施例中滤波回路的拓扑结构示意图；

图6为图5(a)至图5(d)所示滤波回路的S参数仿真示意图；

图7(a)至图7(c)为再一个实施例中滤波回路的拓扑结构示意图；

图8为图7(a)至图7(c)所示滤波回路的S参数仿真示意图；

图9为现有技术中滤波回路的拓扑结构示意图；

图10为图9所示滤波回路的S参数仿真示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，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“连接”另一个元件，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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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。

请参阅图1，本发明提供了一种介质谐振器10及滤波回路100。其中，介质滤波器10包括介质块200，滤波回路100形成于介质块200内。

具体的，可在介质块200上形成多个谐振腔，并通过开孔、开槽等方式形成多个耦合结构。多个谐振腔通过耦合结构实现耦合，形成供信号传输的滤波回路100。其中，相邻的两个谐振腔之间可以是容性耦合，也可以是感性耦合。

需要指出的是，在其他实施例中，滤波回路100也可应用于金属滤波器。其中，多个金属谐振腔通过预设的耦合结构实现耦合，也可形成供信号传输的滤波回路100。

请一并参阅图2，本发明较佳实施例中的滤波回路100包括第一回路110及第二回路120。其中：

第一回路110包括多个依次耦合的第一谐振腔111。依次耦合指的是，第二个谐振腔与第一个谐振腔耦合，第三个谐振腔与第二个谐振腔耦合，并依次类推。多个第一谐振腔111之间可以是容性耦合，也可是感性耦合。而且，第一回路110的其中一端的第一谐振腔111形成滤波回路100的谐振首腔。即，第一回路110中第一个或者最后一个第一谐振腔111作为谐振首腔。

如图2及图5(a)至图5(d)所示，第一回路110包括谐振腔1、谐振腔2、谐振腔3三个依次耦合的第一谐振腔111，且谐振腔1作为谐振首腔。如图7(a)至图7(c)所示，第一回路110包括谐振腔1、谐振腔2两个依次耦合的第一谐振腔111，且谐振腔1作为谐振首腔。

第二回路120包括五个依次感性耦合的第二谐振腔121。第二谐振腔121与第一谐振腔111的结构可以完全相同，“第一”、“第二”仅仅只是为了对不同回路中的谐振腔进行区分。而且，第一个第二谐振腔121与第五个第二谐振腔121感性耦合。也就是说，五个第二谐振腔121能够形成环形的信号传输路径。其中，第五个第二谐振腔121形成滤波回路100的谐振尾腔。谐振首腔及谐振尾腔可分别作为信号输入及输出的端口。

如图2及图5(a)至图5(d)所示，第二回路120包括谐振腔4、谐振腔5、谐振腔6、谐振腔7、谐振腔8五个依次感性耦合的第二谐振腔121，且谐振腔8作为谐振尾腔。如图7(a)至图7(c)所示，第二回路120包括谐振腔3、谐振腔4、谐振腔5、谐振腔6、谐振腔7五个依次感性耦合的第二谐振腔121，且谐振腔7作为谐振尾腔。

进一步的，第二个第二谐振腔121与第四个第二谐振腔121容性耦合，且第二个第二谐振腔121与第五个第二谐振腔121感性耦合。如图2及图5(a)至图5(d)所示，第二个第二谐振腔121即为谐振腔5；如图7(a)至图7(c)所示，第二个第二谐振腔121即为谐振腔4。因此，在第二回路120中，第二个第二谐振腔121与其余四个第二谐振腔121均存在耦合关系。而且，第二回路120中仅设置有一个容性耦合结构。

在本实施例中，多个第一谐振腔111与五个第二谐振腔121在介质块200上排列成错位设置的两行。错位设置指的是，其中一行上的谐振腔与另一行上相邻两个谐振腔之间的间隙对齐。如此，可方便在介质块200进行耦合结构的布局，使得介质滤波器10的结构更紧凑。

如图2及图5(a)至图5(d)所示，谐振腔共八个，且每行设置有四个谐振腔；如图7(a)至图7(c)所示，谐振腔共七个，其中一行设置有四个谐振腔，另一行设置有三个谐振腔。

其中，第一回路110另一端的第一谐振腔111与第一个第二谐振腔121耦合，且谐振首腔与谐振尾腔耦合。

第一回路110具有两端，其中一端的第一谐振腔111作为谐振首腔，另一端的第一谐振腔111则与第二回路120中的第一个第二谐振腔121耦合。如此，第一回路110与第二回路120实现耦合，信号便可在第一回路110及第二回路120内实现传输。

由于第二个第二谐振腔121与其余四个第二谐振腔121均存在耦合关系，且第二个第二谐振腔121与第四个第二谐振腔121之间为容性耦合。因此，第二回路120可引出三个传输零点。即，第二回路120中只需设置一个容性耦合结构，便可引出三个零点。

而且，与传统滤波器不同的是，上述滤波回路100中的谐振首腔与谐振尾腔耦合。如此，谐振首腔与谐振尾腔的耦合作用与第二回路120相互配合，还能引出第四个传输零点。也就是说，上述滤波回路100中只需设置一个容性耦合结构就能引出四个零点。

传统滤波器为引入多个传输零点，常需要设置多个容性耦合结构。如图9所示，在一个八腔四零点介质滤波器中，设置有两个容性耦合结构。如此，将会引入两个容性耦合谐波。如图10所示，两个容性耦合谐波之间相互影响，将会恶化阻带性能，从而降低滤波器的性能指标(仅有56dB)。

如图3所示，由于上述滤波回路100在只设置一个容性耦合结构的前提下，便可引出四个零点，故只产生一个寄生谐波，从而对阻带的影响显著减弱。上述一个寄生谐波的幅度远远低于传统的两个谐波给阻带的影响，大大提升了介质滤波器10的性能指标(可提升到75.6dB)。

可以理解，第一谐振腔111与第二谐振腔121之间既可以是容性耦合，也可是感性耦合。此外，谐振首腔与谐振尾腔之间既可以是容性耦合，也可是感性耦合。

具体在本实施例中，谐振首腔与谐振尾腔之间为感性耦合。由于设置容性耦合结构需要更大的空间，故会导致介质滤波器10的体积偏大。因此，采用感性耦合使谐振首腔与谐振尾腔实现耦合，有助于提升介质滤波器10的小型化程度。而且，感性耦合避免引出容性耦合谐波，对滤波性能的影响也更小。

进一步的，具体在本实施例中，介质块200上开设有耦合槽201，耦合槽201延伸至谐振首腔与谐振尾腔之间，并使谐振首腔与谐振尾腔感性耦合。

耦合槽201大致呈L形。其中，通过调节耦合槽201的末端到介质块200边缘之间的距离w，还可对滤波回路100的S参数进行进一步的优化。具体的，距离w越大，则谐振首腔与谐振尾腔的耦合量越大，介质滤波器10右边频的抑制越强，从而达到自由改善频率的目地。

如图4所示，经过优化后，介质滤波器10的滤波性能可以提升到85dB。

此外，通过调整第一回路110中的第一谐振腔111的数量及耦合类型，还可对滤波回路100中传输零点的位置进行调节，以满足不同产品的需求。

如图2所示，在本实施例中，在谐振首腔与谐振尾腔之间的最短回路中，第一谐振腔111与第二谐振腔121的数量之和为奇数，且谐振腔之间均为感性耦合。

最短回路，由第一回路110中所有的第一谐振腔111与第二回路120中的第一个第二谐振腔111及第五个第二个谐振腔111构成，是信号在滤波回路100中传播的最短路径。可见，第一回路110中的第一谐振腔111的数量直接决定了最短回路中谐振腔的数量。即，图2所示的谐振腔1、谐振腔2、谐振腔3、谐振腔4、谐振腔8为最短回路。

此时，如图3所示，将在滤波回路100通带的右边频多产生一个零点。

如图5(a)至图5(d)所示，在另一个实施例中，在谐振首腔与谐振尾腔之间的最短回路中，第一谐振腔111与第二谐振腔121的数量之和为奇数，且存在奇数个容性耦合结构。

除了第一个第二谐振腔121与第五个第二谐振腔121之间，容性耦合结构可以存在于最短回路中任意两个谐振腔之间，图5(a)至图5(d)则分别示出了四种不同的情况。

此时，由于最短回路中的谐振腔数量及耦合关系发生变化，如图6所示，将在滤波回路100通带的左边频多产生一个零点。

进一步的，具体在上述另一个实施例中，第一回路110包括三个第一谐振腔111，且在最短回路中存在一个容性耦合结构。此时，在满足零点位置需求的前提下，滤波回路100的结构最简单，为一个八腔四零点的拓扑结构。

如图7(a)至图7(c)所示，在再一个实施例中，在谐振首腔与谐振尾腔之间的最短回路中，第一谐振腔111与第二谐振腔121的数量之和为偶数，且存在奇数个容性耦合结构。

同样的，除了第一个第二谐振腔121与第五个第二谐振腔121之间，容性耦合结构可以存在于最短回路任意两个谐振腔之间，图7(a)至图7(c)则分别示出了三种不同的情况。

此时，如图8所示，将在滤波回路100通带的左边频和右边频多产生两个零点。

进一步的，具体在上述再一个实施例中，第一回路110包括两个第一谐振腔111，且在最短回路中存在一个容性耦合结构。此时，在满足零点位置需求的前提下，滤波回路100的结构最简单，为一个七腔四零点的拓扑结构。

由此可见，通过改变第一回路110中谐振腔的数量及耦合关系，便可改变最短回路中的谐振腔的数量及耦合关系，从而使得引出的传输零点可分布于滤波回路100频带的不同位置。

上述介质滤波器10及其滤波回路100，第二回路120中设置一个容性耦合结构，并配合五个第二谐振腔121之间的耦合关系，便可引出三个传输零点。而且，由于谐振首腔与谐振尾腔耦合，故与第二回路120相互作用，还能引出第四个传输零点。也就是说，上述滤波回路100中只需设置一个容性耦合结构就能引出四个零点，故只产生一个寄生谐波，从而对阻带的影响显著减弱。因此，上述介质滤波器10及其滤波回路100的性能可得到显著提升。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种滤波回路，其特征在于，包括：

第一回路，包括多个依次耦合的第一谐振腔，其中一端的所述第一谐振腔形成所述滤波回路的谐振首腔；

第二回路，包括五个依次感性耦合的第二谐振腔，第一个所述第二谐振腔与第五个所述第二谐振腔感性耦合，第二个所述第二谐振腔与第四个所述第二谐振腔容性耦合，第二个所述第二谐振腔与第五个所述第二谐振腔感性耦合，第五个所述第二谐振腔形成所述滤波回路的谐振尾腔，使所述第二回路引出三个传输零点；

其中，所述第一回路另一端的所述第一谐振腔与第一个所述第二谐振腔耦合，所述谐振首腔与所述谐振尾腔耦合以引出一个传输零点。

2.根据权利要求1所述的种滤波回路，其特征在于，在所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间的最短回路中，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔的数量之和为奇数，且谐振腔之间均为感性耦合。

3.根据权利要求1所述的种滤波回路，其特征在于，在所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间的最短回路中，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔的数量之和为奇数，且存在奇数个容性耦合结构。

4.根据权利要求3所述的种滤波回路，其特征在于，所述第一回路包括三个所述第一谐振腔，且在所述最短回路中存在一个容性耦合结构。

5.根据权利要求1所述的种滤波回路，其特征在于，在所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间的最短回路中，所述第一谐振腔与所述第二谐振腔的数量之和为偶数，且存在奇数个容性耦合结构。

6.根据权利要求5所述的种滤波回路，其特征在于，所述第一回路包括两个所述第一谐振腔，且在所述最短回路中存在一个容性耦合结构。

7.根据权利要求1所述的种滤波回路，其特征在于，所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间为感性耦合。

8.一种介质滤波器，其特征在于，包括：

介质块；

如上述权利要求1至7任一项所述的滤波回路，所述滤波回路形成于所述介质块内。

9.根据权利要求8所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质块上开设有耦合槽，所述耦合槽延伸至所述谐振首腔与所述谐振尾腔之间，并使所述谐振首腔与所述谐振尾腔感性耦合。

10.根据权利要求8所述的介质滤波器，其特征在于，多个所述第一谐振腔与五个所述第二谐振腔在所述介质块上排列成错位设置的两行。

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