CN112928406A - 一种具备新型负耦合结构的介质滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备新型负耦合结构的介质滤波器，包括至少两个介质谐振器、至少一个负耦合孔，每个介质谐振器包括由固态电介质材料制作的本体和位于本体表面的调试孔；每个负耦合孔位于两个介质谐振器连接位置的本体表面，其所处的位置和所述的两个介质谐振器相连，所述的负耦合孔为贯穿介质滤波器的通孔；在所述的介质滤波器的其中一个端面，环绕负耦合孔设有非金属环层，调试孔内壁、负耦合孔内壁、介质滤波器除非金属环层外设有金属层。本发明通过在固态电介质材料上制作的本体上开具通孔和设置金属隔离层，实现介质滤波器两侧的谐振器之间的电容耦合，通过改变内部台阶孔的深度和金属隔离层的宽度等方式来调节电容耦合的耦合量。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备组件，涉及介质滤波器，尤其是涉及一种具备新型负耦合结构的介 质滤波器。
背景技术
射频滤波器是通信设备中常用的必备组件，拥有多种形态和方式，在4G通信时代及之 前，传统金属腔滤波器是广泛应用的大功率无线通信基站射频组件。随着5G时代的到来， 基站高度的集成化和多单元系统的广泛采用，以及无线通信基站的分布日益密集，对基站的 体积要求越来越小型化，介质滤波器逐渐成为不可替代的首选目标。以5G基站为例，同等 工作频率下的金属腔滤波器为介质滤波器的体积的7～10倍，重量为为介质滤波器5～10 倍。可见，介质滤波器在小型化上的优势十分明显，很大程度上影响到5G基站的尺寸和重 量。
目前，以介质陶瓷为本体，并在本体上进行金属化处理(如银浆涂布后烧银的工艺)来 形成介质谐振器，由多个谐振器及各个谐振器之间的耦合形成介质滤波器。各个谐振器之间 的耦合(相当于信号传输方式)根据极性分为正耦合(电感耦合)和负耦合(电容耦合)。 鉴于各个谐振器之间的耦合极性可以形成传输零点。传输零点是指滤波器通带外的某一频 点，在该频点上滤波器对此频点的抑制度理论上为无穷大，增加传输零点，可以提高滤波器 的近场(离通带较近的频点)抑制能力。
发明内容
常规实心介质滤波器通过盲孔实现电容耦合，生产制造困难，基于此，本发明的目的是 提供一种新型负耦合结构设计的介质滤波器，同时简化了生产加工工艺，通过结构的设计改 变传输相位差，实现高低边各一个零点，可用于通讯设备组件技术领域。
为达到以上目前，本发明的实施例采用了如下技术方案：
一种具备新型负耦合结构的介质滤波器，包括至少两个介质谐振器、至少一个负耦合 孔，每个介质谐振器包括由固态电介质材料制作的本体和位于本体表面的调试孔，通过调试 孔的直径和深度调试所在的介质谐振器的谐振频率；每个负耦合孔位于两个介质谐振器连接 位置的本体表面，其所处的位置和所述的两个介质谐振器相连，所述的负耦合孔为贯穿实心 介质滤波器的通孔；在所述的介质滤波器的其中一个端面，环绕负耦合孔采用金属层隔离工 艺处理形成非金属环层(为TEM开路面)，调试孔内壁、负耦合孔内壁、介质滤波器除非金 属环层外的所有表面进行金属化处理形成金属层(信号输入输出端除外)。
所述的固态电介质材料为微波介质陶瓷材料，微波介质陶瓷材料的介电常数在3～95之 间，有极低的点损耗特性和良好的频率温度稳定性，在选取不同介电常数的微波介质陶瓷材 料后，可设计出种类繁多的介质滤波器产品，在拥有很小的体积的情况下可承受较高的功 率，并具有良好的可靠性。
所述的固态电介质材料也可以是玻璃或高分子材料、高分子复合材料。
介质滤波器表面电极主要为烧制银浆构成，也可以是表面电镀或者其它类型的金属材料 构成。
所述的调试孔为盲孔。
介质滤波器可由多个谐振器构成，其中至少包含一个负耦合孔，也可以设置多个负耦合 孔。通常介质滤波器两个谐振器之间的负耦合孔的数量为一个，实现一个传输零点。而介质 滤波器上的负耦合孔的个数可以为一个或者多于一个，可以依据实际需要的设计方案和频 率，带宽等要求来决定负耦合孔的数量和位置(可设置在任意二个谐振器之间)。
所述的负耦合孔的横截面是圆形、方形或多边形，纵截面是矩形。
优选的，为了提高电长度的调试范围，所述的负耦合孔的纵截面呈台阶状或上下对称的 台阶状。
所述的负耦合孔的孔径为1.5～6.0mm。
所述的非金属环层的环宽一般为1.0～6.0mm。
优选的，为了进一步提高电长度的调试范围，在所述的非金属环层内环绕负耦合孔进行 金属化好处理形成金属环层。
所述的金属环层的环宽一般为0.1～5.0mm且金属环层的环宽通常小于非金属环层的宽 度。金属环层和非金属环层的宽度不存在关联，金属环层宽度决定频率，非金属环层的宽度 决定功率。
制造时对介质陶瓷本体进行金属化的工艺来实现，所述的金属层、金属环层通过银浆涂 布再烧制等工艺来实现，金属层、金属环层的主要成分为银或者其它金属如铜等等。采用激 光或者其他蚀刻方式等金属层隔离工艺处理去掉介质滤波器表面金属层获得非金属环层。
本发明通过耦合孔上部和表面金属层之间的非金属化部分形成TEM模结构。非金属环 层与TEM开路面相连，圆环直径越大，功率承受越大，尺寸不限，根据实际情况设计而定。通过负耦合孔进行信号的传输和连接，负耦合孔金属化内壁和介质谐振器之间构成一个 耦合电容；同时由于负耦合孔上端非金属环层的设置，在表面和表面电极之间有形成一个电 容，进一步加强了电容耦合，增加了两个相邻谐振器之间的耦合。
本发明通过金属层隔离工艺，改变了传统盲孔负耦合孔的物理结构和耦合原理，通过改 变中间负耦合孔的电长度(内部台阶孔的深度和金属隔离层的宽度等)，从而改变传输相位 差，实现一个零点，提高了介质滤波器的带外抑制能力。同时，通孔工艺可以避免盲孔工艺 深度难以控制，造成产品性能离散性较大、耦合量难以控制的弊端，便于加工，通过控制非 金属化区域的面积精确控制耦合电容量，获得理想的耦合效果，并且简化了生产工艺并提高 了批量生产的稳定度，对介质滤波器产品的加工成本和最终成品率有积极贡献，明显降低了 产品的制造成本。通孔负耦合孔内全部进行金属化工艺处理，负耦合孔在介质滤波器中起极 性转换的功能，对多节介质滤波器的最终性能设计和调试起了关键性的作用。
本发明的另一个目的是提供大功率无线通信基站，所述的大功率无线通信基站的射频前 端包括本发明所述的介质陶瓷滤波器。
所述的大功率无线通信基站的功率在30～200W，大功率无线通信基站的标准工作的功 率在30～60W之间，极限可承受200W功率。
本发明的有益效果：
本发明解决了现有实心滤波器实现电容耦合的困难，通过在固态电介质材料上制作的本 体上开具通孔和设置金属隔离层的方式，实现介质滤波器两侧的谐振器之间的电容耦合，通 过改变内部台阶孔的深度和金属隔离层的宽度等方式来调节电容耦合的耦合量，大大减小了 生产制造的难度和工艺，对提高产品成品率明显，相对于盲孔负耦合方式，本发明成品率提 高了20％左右，显著降低了成本效果。
附图说明
图1为实施例1介质滤波器的剖面图；
图2为实施例1介质滤波器的的俯视图；
图3为实施例2介质滤波器的俯视图；
图4为实施例3介质滤波器的剖面图；
图5为实施例3介质滤波器的的俯视图；
图6为实施例4介质滤波器的俯视图。
图中，1-介质谐振器，2-调试孔，3-负耦合孔，4-非金属环层，5-金属环层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
如图1和图2所示，一种介质滤波器，包括至少两个介质谐振器1，每个介质谐振器1包括由固态电介质材料制作的本体和位于本体表面的调试孔2；位于两个介质谐振器连接位 置的本体表面设有1个负耦合孔3，其所处的位置和所述的两个介质谐振器1相连，所述的 负耦合孔3为贯穿实心介质滤波器的圆柱形通孔；在所述的介质滤波器的其中一个端面(本 实施例为调试孔的开孔端面)，环绕负耦合孔3采用金属层隔离工艺处理形成非金属环层 4，调试孔内壁、负耦合孔内壁、介质滤波器除非金属环层外的所有表面进行金属化处理形 成金属层。
所述的负耦合孔的直径为1.5～6.0mm，所述的非金属环层的环宽为1.0～6.0mm。
实施例2
如图3所示，在实施例1所述的介质滤波器的基础上，在所述的非金属环层4内环绕负 耦合孔进行金属化好处理形成金属环层5。
所述的负耦合孔的直径为1.5～6.0mm。所述的非金属环层的环宽为1.0～6.0mm。所述 的金属环层的环宽为0.1～5.0mm且金属环层的环宽小于非金属环层的宽度。
实施例3
如图4和图5所示，在实施例1所述的介质滤波器的基础上，调整所述的负耦合孔3的 形状，所述的负耦合孔3的横截面是圆形、纵截面呈台阶状，即所述的负耦合孔3由2个直径依次缩小的圆柱组成。
实施例4
如图6所示，在实施例2所述的介质滤波器的基础上，调整所述的负耦合孔3的形状， 所述的负耦合孔3的横截面是圆形、纵截面呈台阶状，即所述的负耦合孔3由2个直径依次 缩小的圆柱组成；在所述的非金属环层4内环绕负耦合孔进行金属化好处理形成金属环层 5。
Claims (9)
1.一种具备新型负耦合结构的介质滤波器，包括至少两个介质谐振器、至少一个负耦合孔，每个介质谐振器包括由固态电介质材料制作的本体和位于本体表面的调试孔；每个负耦合孔位于两个介质谐振器连接位置的本体表面，其所处的位置和所述的两个介质谐振器相连，其特征在于所述的负耦合孔为贯穿介质滤波器的通孔；在所述的介质滤波器的其中一个端面，环绕负耦合孔设有非金属环层，调试孔内壁、负耦合孔内壁、介质滤波器除非金属环层外设有金属层。
2.根据权利要求1所述的具备新型负耦合结构的介质滤波器，其特征在于所述的固态电介质材料为微波介质陶瓷材料。
3.根据权利要求1所述的具备新型负耦合结构的介质滤波器，其特征在于所述的负耦合孔的横截面是圆形、方形或多边形，纵截面是矩形。
4.根据权利要求1或3所述的具备新型负耦合结构的介质滤波器，其特征在于所述的负耦合孔的纵截面呈台阶状或上下对称的台阶状。
5.根据权利要求1所述的具备新型负耦合结构的介质滤波器，其特征在于所述的非金属环层的环宽为1.0～6.0mm。
6.根据权利要求1所述的具备新型负耦合结构的介质滤波器，其特征在于在所述的非金属环层内环绕负耦合孔设有金属环层。
7.根据权利要求6所述的具备新型负耦合结构的介质滤波器，其特征在于所述的金属环层的环宽0.1～5.0mm，且金属环层的环宽小于非金属环层的宽度。
8.大功率无线通信基站，其特征在于所述的大功率无线通信基站的射频前端包括权利要求1所述的介质滤波器。
9.根据权利要求1所述的大功率无线通信基站的功率在30～200W。
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