CN112787055B - 腔体滤波器及通信射频器件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种腔体滤波器及通信射频器件。该腔体滤波器至少包括：十个谐振器，十个谐振器级联设置；第一交叉耦合元件，十个谐振器中的第三个谐振器与第五个谐振器之间通过第一交叉耦合元件连接，以形成一个传输零点；两个第二交叉耦合元件，十个谐振器中的第一个谐振器与第三个谐振器之间通过一第二交叉耦合元件连接，十个谐振器中的第五个谐振器与第八个谐振器之间通过另一第二交叉耦合元件连接，以形成两个传输零点；十个谐振器中的第六个谐振器与第八个谐振器之间形成一个传输零点；腔体滤波器的工作频带为3.4GHz‑3.6GHz。能够实现3.4GHz‑3.6GHz，且隔离度高、谐波干扰小等性能稳定性的腔体滤波器。

Description

腔体滤波器及通信射频器件

技术领域

本申请涉及通信技本术领域，特别是涉及一种腔体滤波器及通信射频器件。

背景技术

在移动通信的基站系统中，通常通过发射天线发射特定频率范围内的承载通信数据的通信信号，并通过接收天线接收通信信号。由接收天线接收的通信信号中不仅包含上述特定频率范围内的承载通信数据的通信信号，而且还包括许多上述特定频率范围外的杂波或干扰信号。要从接收天线接收的信号中获取发射天线发射的特定频率范围内的承载通信数据的通信信号，通常需要将该接收天线接收的信号通过滤波器进行滤波，将该承载通信数据的通信信号特定频率外的杂波或干扰信号滤除。

本申请的发明人在长期的研发工作中发现，目前，基站系统中普遍采用腔体滤波器对天线的收发信号进行滤波。腔体滤波器可以实现带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器或低通滤波器等。但现有技术不能实现中心频率为3.5GHz，带宽为200MHz，且具有隔离度高、谐波干扰少等性能稳定的腔体滤波器。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种腔体滤波器及通信射频器件，以解决上述问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一腔体种滤波器。该腔体滤波器至少包括：十个谐振器，十个谐振器级联设置；第一交叉耦合元件，十个谐振器中的第三个谐振器与第五个谐振器之间通过第一交叉耦合元件连接，以形成一个传输零点；两个第二交叉耦合元件，十个谐振器中的第一个谐振器与第三个谐振器之间通过一第二交叉耦合元件连接，十个谐振器中的第五个谐振器与第八个谐振器之间通过另一第二交叉耦合元件连接，以形成两个传输零点；十个谐振器中的第六个谐振器与第八个谐振器之间形成一个传输零点；腔体滤波器的工作频带为3.4GHz-3.6GHz。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种通信射频器件。该通信射频器件包括上述腔体滤波器及天线，腔体滤波器与天线耦接，腔体滤波器用于对天线的收发信号进行过滤。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请实施例腔体滤波器至少包括：十个谐振器，十个谐振器级联设置；第一交叉耦合元件，十个谐振器中的第三个谐振器与第五个谐振器之间通过第一交叉耦合元件连接，以形成一个传输零点；两个第二交叉耦合元件，十个谐振器中的第一个谐振器与第三个谐振器之间通过一第二交叉耦合元件连接，十个谐振器中的第五个谐振器与第八个谐振器之间通过另一第二交叉耦合元件连接，以形成两个传输零点；十个谐振器中的第六个谐振器与第八个谐振器之间形成一个传输零点；腔体滤波器的工作频带为3.4GHz-3.6GHz。通过这种方式，本申请实施例腔体滤波器能够实现3.4GHz-3.6GHz，即中心频率为3.5GHz，带宽为200MHz的频带，且该频带具有4个传输零点，能够提升腔体滤波器的带外抑制等性能，提高其隔离度，同时可以通其他未形成传输零点的谐振器减少谐波干扰，提高腔体滤波器性能的稳定性。

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是本申请腔体滤波器一实施例的3D结构示意图；

图2是图1实施例腔体滤波器的拓扑结构示意图；

图3是图1实施例腔体滤波器中谐振器一实施例的结构示意图；

图4是图3实施例谐振器中谐振杆的截面结构示意图；

图5是图1实施例腔体滤波器的电路结构示意图；

图6是图1实施例腔体滤波器的全腔仿真结果示意图；

图7是图1实施例腔体滤波器的性能仿真结果示意图；

图8是本申请腔体通信射频器件一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请谐振器、腔体滤波器及通信射频器件可以用于5G通信系统。

本申请首先提出一种腔体滤波器，如图1至图3所示，图1是本申请腔体滤波器一实施例的拓扑结构示意图；图2是图1实施例腔体滤波器的3D结构示意图；图3是图1实施例腔体滤波器中谐振器一实施例的结构示意图。本实施例腔体滤波器10腔体滤波器至少包括：十个谐振器110、一个第一交叉耦合元件120及两个第二交叉耦合元件(图未标)，其中，十个谐振器110级联设置；10个谐振器110中第三个谐振器110与第五个谐振器110通过第一交叉耦合元件120连接，以形成一个传输零点；十个谐振器110中的第一个谐振器110与第三个谐振器110之间通过第二交叉耦合元件121连接，十个谐振器110中的第五个谐振器110与第八个谐振器110之间通过第二交叉耦合元件122连接，以形成两个传输零点；十个谐振器110中的第六个谐振器110与第八个谐振器110之间形成一个传输零点；腔体滤波器10的工作频带为3.4GHz-3.6GHz。

谐振器110是一种选频和抑制信号的通信设备，本实施例的谐振器110可以是石英晶体谐振器或陶瓷谐振器等。谐振器110主要起频率控制的作用，凡涉及频率的发射和接收的通信设备都需要谐振器110。

本实施例腔体滤波器10在十个谐振器110共同作用下形成所需的频响曲线，以实现一定带宽的频带信号，且形成有4个传输零点，能够获得较优的带外抑制等性能，同时可以通过其它未形成传输零点的谐振器110减少谐波干扰，提高腔体滤波器10性能的稳定性。

传输零点是滤波器传输函数等于零，即在传输零点对应的频点上电磁能量不能通过网络，因而起到完全隔离作用，对通带外的信号起到抑制作用，能更好的实现多个通带间的高度隔离。

区别于现有技术，本实施例腔体滤波器10能够实现3.4GHz-3.6GHz的频带，且能够形成4个传输零点，能够获得较优的带外抑制等性能，同时可以通过其它未形成传输零点的谐振器110减少谐波干扰，提高腔体滤波器10性能的稳定性，且谐振器110的腔体数量较少，有利于其小型化。

可选地，第一交叉耦合元件120为设置在第三个谐振器110与第五个谐振器110之间的第一窗口(等效于如图2所示的电感L1)，第一窗口用于形成感性传输零点，且第六个谐振器110与第八个谐振器110之间形成的传输零点为感性传输零点(等效于如图2所示的电感L2)；第二交叉耦合元件121为连接第一个谐振器110和第三个谐振器110的飞杆(等效于如图2所示的电容C1)，第二交叉耦合元件122为连接第五个谐振器110和第八个谐振器110的飞杆(等效于如图2所示的电容C2)，飞杆用于形成容性传输零点。

本实施例通过第一交叉耦合元件120能够实现一个高端传输零点，通过第六个谐振器110与第八个谐振器110之间的交叉耦合形成另一个高端传输零点；本实施例通过第二交叉耦合元件121和第二交叉耦合元件122能够实现两个低端传输零点。

其中，通过第二交叉耦合元件121实现的传输零点和通过第一交叉耦合元件120实现的传输零点的强度较弱，通过第二交叉耦合元件122实现的传输零点和第六个谐振器110与第八个谐振器110之间形成的传输零点的强度较强。

可选地，腔体滤波器10进一步包括第一加强筋111，第一加强筋111设在第一窗口，用于加强第三个谐振器110与第五个谐振器110之间的耦合强度。

其中，本实施例中级联的两个谐振器110的腔体之间设置有第二窗口(图未标)，第二窗口用于实现级联的两个谐振器110之间的耦合。

可选地，腔体滤波器10进一步包括多个第二加强筋140，第二个谐振器110和第三个谐振器110之间的第二窗口、第四个谐振器110和第五个谐振器110之间的第二窗口、第六个谐振器110和第七个谐振器110之间的第二窗口及第八个谐振器110和第九个谐振器110之间的第二窗口均设有第二加强筋140，以加强级联的两个谐振器110之间的耦合强度。

第一个谐振器110与天线端子(图未标)连接，第十个谐振器110与收发射端子(图未标)连接。

其中，第一个谐振器110的腔体进一步设置有第四窗口(图未标)，第四窗口进一步设置有第一抽头(图未示)，第一个谐振器110的谐振杆101通过第一抽头与天线端子连接；第十个谐振器110的腔体进一步设置有第五窗口(图未标)，第五窗口进一步设置有第二抽头(图未示)，第十个谐振器110的谐振杆101通过第二抽头与收发端子连接。

通过这种结构，能够实现天线端子与收发端子之间的信号传输。在其它实施例中，天线端也可以与十个谐振器中的第十个谐振器连接，收发端与十个谐振器中的第一个谐振器连接。

进一步地，本实施例腔体滤波器10包括多个调节杆150。第一窗口设置有调节杆150，用于调节第三个谐振器110与第五个谐振器110之间的耦合频率；第二窗口设置有调节杆150，用于调节级联的两个谐振器110之间耦合频率。

可选地，如图3和图4所示，图3是图1实施例腔体滤波器中谐振器一实施例的结构示意图；图4是图3实施例谐振器中谐振杆的截面结构示意图。谐振器101包括腔体102、谐振杆103及调谐杆104，谐振杆103容置于腔体102内，且谐振杆103设置有一中空内腔，调谐杆104的一端置于中空内腔内，调谐杆104用于调节谐振器101的谐振频率。

本实施例的腔体102呈圆柱形，腔体102至少包括侧壁和底壁，腔体102上还进一步盖设有盖板(图未示)，盖板开设有一开孔，调谐杆104通过该开孔将插入腔体102的容置空间中。在其它实施例中腔体还可以呈方形等结构。

本实施例的谐振杆103呈圆柱形，容置于腔体102内，且与腔体102的底壁垂直连接；谐振杆103形成有一圆柱形容置空间。在其它实施例中，谐振杆和/或容置空间还可以是阶梯圆柱形等结构。

本实施例的调谐杆104可以是螺钉，其形状与谐振杆103的中空内腔匹配，以使中空内腔能够容纳调谐杆104，且能避免腔体102中的电磁信号从开孔泄露。具体地，可以将调谐杆104的外表面与谐振杆103的内表面之间的缝隙小于该电磁信号波长的四分之一。

本实施例的腔体102、谐振杆103及调谐杆104同轴设置。且腔体102、谐振杆103及调谐杆104均可以采用金属材料，该金属材料可以为银、铜、铝、钛或金等。

其中，谐振杆103的一端通过固定件(图未标)与腔体102的底壁固定设置，且谐振杆103的侧壁与底壁一体成型。

可选地，谐振器101的腔体102的直径可以为26mm-30mm，该直径具体可以为26mm、27mm、28mm、29mm及30mm等；腔体102的高度可以为22mm-25mm，该高度具体可以为22mm、23mm、24mm及25mm等。

可选地，谐振杆103的外直径R1可以为11.7mm-11.9mm，R1具体可以为11.7mm、11.72mm、11.79mm、11.88mm及11.9mm等；谐振杆103的内直径R2可以为7.9mm-8.1，R2具体可以为7.9mm、7.95mm、8mm、8.05mm及8mm等；谐振杆103的高度H可以为13.1mm-13.3mm，H具体可以为13.1mm、13.15mm、13.2mm、13.25mm及13.3mm等。

可选地，谐振杆103采用镀银合金材质；谐振杆103的无载品质因素为[2000-100，2000+100]，具体可以是1900、2000及2100等；调谐杆104为M3号螺杆，且为黄铜材质；谐振器101的谐振频率为[3.52-0.1GHz，3.52-+0.1GHz]，具体可以是3.51GHz、3.52GHz及3.53GHz等；谐振器101在-40°时的频偏为+0.45MHz，在25°时的频偏为-0.05MHz，在85°时的频偏为-0.3MHz。

进一步地，如图5至图7所示，图5是图1实施例腔体滤波器的电路结构示意图；图6是图1实施例腔体滤波器的全腔仿真结果示意图；图7是图1实施例腔体滤波器的性能仿真结果示意图，本实施例腔体滤波器10的工作频段为3.4GHz-3.6GHz，腔体滤波器10的工作频带具有2个高端传输零点和2个低端传输零点(虚线圆圈所示)。关于传输零点的获取方法、原理及强度分布这里不赘述。图中mij表示某一频点及其频率，dB(s(i，j))表示该频点的信号功率大小，mij可以反应频带某一频点的信号功率情况，可以进一步反映频带的带外抑制、插入损耗及回波损耗等参数(具体介绍如图7)，mij的选择可以根据用户实际需要确定，工作频段3.4GHz-3.6GHz带外抑制性能很好；进一步地，通过高频结构仿真可知，本实施例的腔体滤波器10满足表1中所示的各种指标要求，从表1可知，腔体滤波器10能够实现3.4GHz-3.6GHz，即中心频率为3.5GHz，带宽为200MHz的频带，且该频带的带外抑制、隔离度及谐波抑制(参阅互调分量)等性能好。

具体地，在全腔仿真中，如图7及表2所示，曲线S21为频带曲线，从频点a1及频点a2的测试数据可知，滤波器201的工作频带为3.4GHz-3.6GHz；从频点a3-a8的测试数据可知，该工作频带的带外抑制及插损等性能满足表1所示的要求；插入损耗指在传输系统中某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率的损耗，其可以通过曲线S21表现出来；曲线S11及曲线S22均为回波损耗曲线，回波损耗是表示信号反射性能的参数，回波损耗说明入射功率的一部分被反射回信号源，从曲线S11及曲线S22可知，该工作频带的回波损耗满足表1所示的要求。

表1

关于腔体滤波器10的其它性能参数这里不一一对应介绍。

其中，表1中所示功率值为功率绝对值。

在整个设计过程中，做到了使电路的模型精简，排腔合理等要求，从而使该设计利于实现且可靠性好，又节约了大量的成本，以至可批量生产。

表2腔体滤波器的测试数据

a1	3.400GHz	-1.0792dB	a5	3.391GHz	-21.420dB
						a2	3.600GHz	-1.1061dB	a6	3.609GHz	-21.909dB
a3	3.330GHz	-43.770dB	a7	3.619GHz	-34.392dB
						a4	3.381GHz	-33.147dB	a8	3.619GHz	-34.392dB

当然，在其它实施例中，可以调整腔体滤波器中谐振器的数量、连接方式、拓扑结构、排腔方式、交叉耦合元件的数量及谐振器的大小等，以获取其它频段信号或其它性能参数。

本申请进一步提出一种通信设备，如图8所示，本实施例通信射频器件801包括腔体滤波器802及天线803，其中，腔体滤波器802与天线803耦接，腔体滤波器802用于对天线803的收发信号进行过滤。其中，本实施例的腔体滤波器802为上述实施例中腔体滤波器10，其结构及工作原理这里不赘述。

该通信射频器件801可以为用于5G通信的基站或者终端，该终端具体可以为手机、平板电脑、具有5G通信功能的可穿戴设备等。

区别于现有技术，本申请实施例腔体滤波器至少包括：十个谐振器，十个谐振器级联设置；第一交叉耦合元件，十个谐振器中的第三个谐振器与第五个谐振器之间通过第一交叉耦合元件连接，以形成一个传输零点；两个第二交叉耦合元件，十个谐振器中的第一个谐振器与第三个谐振器之间通过一第二交叉耦合元件连接，十个谐振器中的第五个谐振器与第八个谐振器之间通过另一第二交叉耦合元件连接，以形成两个传输零点；十个谐振器中的第六个谐振器与第八个谐振器之间形成一个传输零点；腔体滤波器的工作频带为3.4GHz-3.6GHz。通过这种方式，本申请实施例腔体滤波器能够实现3.4GHz-3.6GHz，即中心频率为3.5GHz，带宽为200MHz的频带，且该频带具有4个传输零点，能够提升该频带的带外抑制等性能，提高其隔离度，同时可以通其他未形成传输零点的谐振器减少谐波干扰，提高腔体滤波器性能的稳定性。

此外，本申请实施例腔体滤波器以合理的谐振器，恰当的传输零点，良好的结构设计，实现稳定的性能指标，结构设计简单化，加工工艺，装配工艺简单化，能够降低生产成本，能够提高生产效益，便于装载，运输，有利于通信射频器件的一体化集成设计，更具竞争力，在通信系统中表现出色并且稳定，能够长时间运作不出现故障，并且有相应的后期技术支持，能够应对各种状况。

需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。

以上对本申请实施例所提供的保护电路和控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器至少包括：

十个谐振器，所述十个谐振器级联设置；

第一交叉耦合元件，所述十个谐振器中的第三个谐振器与第五个谐振器之间通过所述第一交叉耦合元件连接，以形成一个传输零点；

两个第二交叉耦合元件，所述十个谐振器中的第一个谐振器与第三个谐振器之间通过一所述第二交叉耦合元件连接，所述十个谐振器中的第五个谐振器与第八个谐振器之间通过另一所述第二交叉耦合元件连接，以形成两个传输零点；

所述十个谐振器中的第六个谐振器与第八个谐振器之间形成一个传输零点；

其中，所述腔体滤波器的工作频带为3.4GHz-3.6GHz。

2.根据权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述第一交叉耦合元件为设置在所述第三个谐振器与所述第五个谐振器之间的第一窗口，所述第一窗口用于形成感性传输零点，且所述第六个谐振器与所述第八个谐振器之间形成的传输零点为感性传输零点；

所述一所述第二交叉耦合元件为连接所述第一个谐振器和所述第三个谐振器的飞杆，所述另一所述第二交叉耦合元件为连接所述第五个谐振器和所述第八个谐振器的飞杆，所述飞杆用于形成容性传输零点。

3.根据权利要求2所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器进一步包括第一加强筋，所述第一加强筋设在所述第一窗口，用于加强所述第三个谐振器与所述第五个谐振器之间的耦合强度。

4.根据权利要求2所述的腔体滤波器，其特征在于，级联的两个所述谐振器的腔体之间设置有第二窗口，所述第二窗口用于实现所述级联的两个谐振器之间的耦合。

5.根据权利要求4所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器进一步包括多个第二加强筋，第二个所述谐振器和第三个所述谐振器之间的第二窗口、第四个所述谐振器和第五个所述谐振器之间的第二窗口、第六个所述谐振器和第七个所述谐振器之间的第二窗口及第八个所述谐振器和第九个所述谐振器之间的第二窗口均设有所述第二加强筋，所述第二加强筋用于加强所述级联的两个谐振器之间的耦合强度。

6.根据权利要求4所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器进一步包括多个调节杆，所述第一窗口和所述第二窗口均设置有所述调节杆。

7.根据权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述谐振器包括：

腔体；

谐振杆，容置于所述腔体内，且所述谐振杆设置有一中空内腔；

调谐杆，所述调谐杆的一端置于所述中空内腔内，用于调节所述谐振器的谐振频率。

8.根据权利要求7所述的腔体滤波器，其特征在于，所述谐振杆的一端与所述腔体的底壁固定设置。

9.根据权利要求7所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体的直径为26mm-30mm，所述腔体的高度为22mm-25mm；

所述谐振杆的外直径为11.7mm-11.9mm，所述谐振杆的内直径为7.9mm-8.1mm，所述谐振杆的高度为13.1mm-13.3mm。

10.一种通信射频器件，其特征在于，所述通信射频器件包括权利要求1-9任一项所述的腔体滤波器及天线，所述腔体滤波器与所述天线连接，所述腔体滤波器用于对所述天线的收发信号进行过滤。

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