CN113036325B - 一种介质滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型介质滤波器，该介质滤波器包括介质体、N+4个贯通孔、端面金属层；端面金属层包括第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块和、末位金属块、第一金属边线、第二金属线段、第三金属线段、第四金属线段、第五金属线段；所述的第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块分别形成在第一谐振孔、第二谐振孔、N个中间谐振孔、倒数第二个谐振孔与末位谐振孔的周侧，且首位子边框区、次位子边框区、N个中间子边框区、倒数第二个子边框区、末位子边框区分别形成在第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块的周侧。

Description

一种介质滤波器
技术领域
本发明涉及一种介质滤波器。
背景技术
通常，介质滤波器由陶瓷材料制成的介质块与贯穿于介质块的多个同轴谐振孔构成。介质滤波器要求通带内最小插入损耗和通带外最小的衰减比，保证通信系统信号传送的品质。介质滤波器开放面上涂敷金属图案，这些图案的设计会根据通讯系统要求的工作频谱而不同，随着通信频谱频率利用率不断提高，如果滤波器表面的图案设计不合理时，在满足滤波器近端高抑制指标时，通常无法兼顾次远端抑制要求，进而影响通讯信号的质量。
发明内容
本发明提供一种介质滤波器，该介质滤波器包括：
介质体，其具有一开放面、一短路面、一顶面、一底面以及二侧面，所述开放面上形成由镂空区域A和端面金属层构成的端面图案，该底面上左右两侧分别设有镂空区域B，两个镂空区域B分别延伸至所述的开放面上；
N+4个贯通孔，其中N为不小于1的自然数，其自左至右间隔贯穿该介质体设置，所述的贯通孔一端位于所述的开放面上，另一端位于所述的短路面上，所述N+4个贯通孔内壁具有金属层以构成N+4个谐振孔，所述N+4个谐振孔包括自左侧至右侧依次排列的第一谐振孔、第二谐振孔、N个中间谐振孔、倒数第二个谐振孔以及倒数第一个谐振孔；
所述的镂空区域A包括围绕第一谐振孔的首位子边框区、围绕第二谐振孔的次位子边框区，围绕倒数第二个谐振孔的倒数第二个子边框区、围绕在倒数第一个谐振孔的末位子边框区以及分别围绕N个中间谐振孔的N个中间子边框区；
所述的端面金属层包括第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块和、末位金属块、第一金属边线、第二金属线段、第三金属线段、第四金属线段、第五金属线段；所述的第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块分别形成在第一谐振孔、第二谐振孔、N个中间谐振孔、倒数第二个谐振孔与末位谐振孔的周侧，且首位子边框区、次位子边框区、N个中间子边框区、倒数第二个子边框区、末位子边框区分别形成在第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块的周侧；
第一金属边线设于该开放面与其相邻的二侧面、顶面以及底面的交接处，分别与左侧面、右侧面、底面、顶面相连接；第二金属线段设置在开放面对应首位子边框区与次位子边框区的下侧，第三金属线段设置在开放面对应N个中间子边框区的下侧，第四金属线段自次位子边框区的下侧开始延伸至第N+2个子边框区的下侧，第四金属线段平行布设在第三金属线段的上侧且与第三金属段之间形成间隔；第五金属线段设置在开放面对应倒数第二个子边框区与末位子边框区的下侧；
接地金属层，其设置在顶面、底面、二侧面以及短路面镂空区域B以外的区域上，其中，设于该短路面上的接地金属层与N+4个谐振孔内壁的金属层电性连接形成短路端，N+4个谐振孔分别与开放面上第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块电性连接形成开放端；
其中，一个镂空区域B延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的首位子边框区、次位子边框区相连，另一个镂空区域B延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的第六子边框区、第七子边框区相连，
输入电极，其一端设置其中一个镂空区域B处，其另一端延伸至开放面上呈L形且与开放面上的第二金属线段相连，以使得输入电极将信号连接到第二谐振孔上，同时与第一谐振孔形成一个外挂零点；
输出电极，其一端设置其中一个镂空区域B处，其另一端延伸至开放面上呈L形且与开放面上的第五金属线段相连，以使得输入电极将信号连接到倒数第二个谐振孔上，同时与倒数第一个谐振孔形成一个外挂零点。
在一些实施方式中，所述谐振孔的数量为七个， 包括第一谐振孔、第二谐振孔、第三谐振孔、第四谐振孔、第五谐振孔、第六谐振孔以及第七谐振孔，围绕第一谐振孔、第二谐振孔、第三谐振孔、第四谐振孔、第五谐振孔、第六谐振孔以及第七谐振孔分别形成首位子边框区、次位子边框区之间、第三子边框区、第四子边框区、倒数第二个子边框区以及末位子边框区。
在一些实施方式中，所述的首位子边框区与次位子边框区之间形成第一纵向金属直线段，所述的次位子边框区与第三子边框区之间具有第一镂空间隔段，第三子边框区与第四子边框区之间形成第二纵向金属直线段，第四子边框区与第五子边框区之间之间具有第二镂空间隔段，第五子边框区与倒数第二个子边框区之间形成第三纵向金属直线段；倒数第二个子边框区与末位子边框区之间形成第四纵向金属直线段；
第一纵向金属直线段一端位于镂空区域A的首位子边框区与次位子边框区处，另一端与第二金属线段连接；
第二纵向金属直线段一端与第一金属边线连接，另一端位于第三子边框区和第四子边框区；
第三纵向金属直线段一端与第一金属边线连接，另一端与第三金属线段连接；
第四纵向金属直线段一端与第一金属边线连接，另一端处于倒数第二个子边框区和末位子边框区处。
在一些实施方式中，所述短路面上还设有纵向延伸的镂空直线段。
在一些实施方式中，所述第二金属线段、第一纵向金属直线段与第一金属块之间形成第一个衰减极点；所述第五金属线段与末位金属块之间形成在高频边带外形成第二个衰减极点。
在一些实施方式中，所述的N+4个谐振孔在介质体上等高平行排布。
在一些实施方式中，其中一个镂空区域B呈U型且其两侧分别延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的首位子边框区、次位子边框区相连；另一镂空区域B呈U型且其两侧分别延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的末位子边框区和倒数第二个子边框区相连。在一些实施方式中，该介质滤波器还包括金属屏蔽罩。
本发明一方面提升通带外近端处的衰减比，另一方面通过在兼顾衰减零点的同时，增加感性耦合，延迟远端谐波的影响。
附图说明
图1-4为本发明提供的介质滤波器的结构示意图；
图5为本发明提供的介质滤波器的电路等效图；
图6为本发明提供的介质滤波器的量测曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“纵向”、“横向”、“顶”、“底”“内”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。
请参阅图1-3，本发明实施方式提供一种介质滤波器，该介质滤波器包括该介质滤波器包括介质体、N+4个贯通孔（其中N为不小于1的自然数）、接地的金属层以及输入电极114与输出电极115；
介质体100为具有一个由陶瓷材料构成的一体式介质块，具有一开放面101、一短路面102、一顶面104、一底面103以及二侧面105，106，所述开放面上形成镂空区域A 119和端面金属层构成的端面图案，该底面上左右两侧分别设有镂空区域B 116,117，两个镂空区域B 116，117分别延伸至所述的开放面101上；
N+4个贯通孔自左至右间隔贯穿该介质体设置，所述的贯通孔一端位于所述的开放面101上，另一端位于所述的短路面102上，所述N+4个贯通孔内壁具有金属层以构成N+4个谐振孔，所述N+4个谐振孔包括自左侧至右侧依次排列的第一谐振孔107、第二谐振孔108、N个中间谐振孔109，110，111、倒数第二个谐振孔112以及倒数第一个谐振孔113；示例性地，请参阅图1，本实施例提供的谐振孔的数量为七个，包括第一谐振孔107、第二谐振孔108、第三谐振孔109、第四谐振孔110、第五谐振孔111、第六谐振孔112以及第七谐振孔113；
所述的镂空区域A 119包括围绕第一谐振孔107的首位子边框区、围绕第二谐振孔108的次位子边框区，围绕倒数第二个谐振孔112的倒数第二个子边框区、围绕在倒数第一个谐振孔113的末位子边框区以及分别围绕N个中间谐振孔109,110,111的N个中间子边框区；
所述的端面金属层包括第一金属块120、第二金属块121、N个中间金属块122，123，124、倒数第二个金属块125和末位金属块126、第一金属边线118、第二金属线段132、第三金属线段131、第四金属线段130、第五金属线段133；所述的第一金属块120、第二金属块121、N个中间金属块122，123，124、倒数第二个金属块125和末位金属块126分别形成在第一谐振孔、第二谐振孔、N个中间谐振孔、倒数第二个谐振孔与末位谐振孔的周侧，以使得谐振孔与开放面电连接形成开放端，且首位子边框区、次位子边框区、N个中间子边框区、倒数第二个子边框区、末位子边框区分别形成在第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块的周侧以为耦合提供条件；
这里需要说明的是，所述的“金属块”可以为任意形状，例如为矩形以及其他任意异性形状；所述的“边线”包括但不局限于直线、折线或者弧线；所述的的“线段”包括但不局限于直线段、折线段或者弧线段。
第一金属边线118设于该开放面101与其相邻的二侧面105,106、顶面104以及底面104的交接处，使得开放面101分别与左侧面105、右侧面106、底面104、顶面104相连接；第二金属线段132设置在开放面101对应首位子边框区与次位子边框区的下侧，第三金属线段131设置在开放面对应N个中间子边框区的下侧，第四金属线段130自次位子边框区的下侧开始延伸至第N+2个子边框区的下侧，第四金属线段130平行布设在第三金属线段131的上侧且与第三金属段之间形成间隔；第五金属线段133设置在开放面101对应倒数第二个子边框区与末位子边框区的下侧；
接地金属层设置在顶面、底面、二侧面以及短路面镂空区域B 116,117以外的区域上；其中，设于该短路面102上的接地金属层与N+4个谐振孔内壁的金属层电性连接形成短路端，N+4个谐振孔分别与开放面上第一金属块120、第二金属块121、N个中间金属块122，123，124、倒数第二个金属块125和末位金属块126电性连接形成开放端；
其中，一个镂空区域B116延伸至开放面101上且其两端分别与开放面上的首位子边框区、次位子边框区相连，另一个镂空区域B117延伸至开放面101上且其两端分别与开放面上的倒数第二个子边框区、末位子边框区相连；
输入电极114一端设置其中一个镂空区域B 116处，其另一端延伸至开放面上呈L形且与开放面101上的第二金属线段132相连，以使得输入电极114将信号连接到第二谐振孔108上，同时与第一谐振孔107形成一个外挂零点；
输出电极115一端设置其中一个镂空区域B117处，其另一端延伸至开放面101上呈L形且与开放面101上的第五金属线段133相连，以使得输入电极将信号连接到倒数第二个谐振孔112上，同时与倒数第一个谐振孔113形成一个外挂零点。
围绕第一谐振孔107、第二谐振孔108、第三谐振孔109、第四谐振孔110、第五谐振孔111、第六谐振孔112以及第七谐振孔113分别形成首位子边框区、次位子边框区之间、第三子边框区、第四子边框区、倒数第二个子边框区以及末位子边框区。
在本实施例中，所述的首位子边框区与次位子边框区之间形成第一纵向金属直线段134，所述的次位子边框区与第三子边框区之间具有第一镂空间隔段，第三子边框区与第四子边框区之间形成第二纵向金属直线段127，第四子边框区与第五子边框区之间之间具有第二镂空间隔段，第五子边框区与倒数第二个子边框区之间形成第三纵向金属直线段128；倒数第二个子边框区与末位子边框区之间形成第四纵向金属直线段129；第一纵向金属直线段134一端位于镂空区域A 119的首位子边框区与次位子边框区处，另一端与第二金属线段132连接第二纵向金属直线段127一端与第一金属边线118连接，另一端位于第三子边框区和第四子边框区；第三纵向金属直线段128一端与第一金属边线118连接，另一端与第三金属线段131连接；第四纵向金属直线段129一端与第一金属边线118连接，另一端处于倒数第二个子边框区和末位子边框区处。
图5给出了介质滤波器的电路等效图，输入端IN代表信号输入电极114，输出端OUT代表信号输出电极115，第二金属线段132、第一纵向金属直线段134与第二谐振孔108的第二金属块121之间的距离等效电容Cin；第五金属线段133与第六谐振孔112第六金属块125之间的距离等效电容Cout；各谐振孔107、108、109、110、111、112、113以及围绕着谐振孔表面的金属块等效为兼顾容性和感性的谐振器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7。
第二金属块121和第三金属块122之间的距离等效为电容C1，第三金属块122、第四金属块123之间的镂空区域和第二纵向金属直线段127形成的电场等效为电感L1，第四金属块123和第五金属块124之间的距离等效为电容C2，第五金属块124、第六金属块125之间的镂空区域和第三纵向金属直线段128形成的电场等效为L2, 第六金属块125、第七金属块126之间的的镂空区域和第四纵向金属直线段129形成的电场等效为L3；
第四金属线段130等效电感Ln，与第二金属块121和第五金属块124之间的距离等效为电容Cln1和Cln2，分别在低频边带、高频边带形成衰减极点。
如图6所示，第二金属线段132、第一纵向金属直线段134与第一金属块120的距离在高频边带外形成第一个衰减极点N1；第五金属线段133和第七金属块126之间的距离在高频边带外形成第二个衰减极点N2。
请参阅图3，所述短路面上还设有纵向延伸的镂空直线段135，减弱感性耦合量，作用在于感性接地的完整性，延迟谐波对带外抑制的影响。
所述的N+4个谐振孔直径相同，在介质体上等高平行排布。
具体地，其中一个镂空区域B呈U型且其两侧分别延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的首位子边框区、次位子边框区相连；另一镂空区域B呈U型且其两侧分别延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的末位子边框区和倒数第二个子边框区相连。
该介质滤波器还包括金属屏蔽罩。
图6示意了滤波器结构的正向传输系数S21量测曲线示意图，如图所示，基于此滤波器结构的金属图案的不同，除了满足设计所选择频段外，根据带外抑制点其衰减极点的位置也不同。图中N1是第二金属线段132、第一纵向金属直线段134与第一金属块120之间的电容耦合形成的衰减极点，N2是第五金属线段133和第七金属块126之间的容性耦合形成的衰减极点；第六谐振孔112开放面上的倒数第二个金属块125与倒数第一个谐振孔113开放面上的末位金属块126之间加上感性耦合，改善远端谐波的影响。
本发明优化滤波器结构特性，金属图案外置在滤波器的开放面上；通过将端口耦合改于相对两个谐振器一侧，同时在两个谐振孔开放面的金属层之间加上感性耦合，这样可以改善滤波器的远端抑制，克服增加介质块体积和腔数。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”、“可选实施例”、“示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种介质滤波器，其特征在于，该介质滤波器包括：
介质体，其具有一开放面、一短路面、一顶面、一底面以及二侧面，所述开放面上形成由镂空区域A和端面金属层构成的端面图案，该底面上左右两侧分别设有镂空区域B，两个镂空区域B分别延伸至所述的开放面上；
N+4个贯通孔，其中N为不小于1的自然数，其自左至右间隔贯穿该介质体设置，所述的贯通孔一端位于所述的开放面上，另一端位于所述的短路面上，所述N+4个贯通孔内壁具有金属层以构成N+4个谐振孔，所述N+4个谐振孔包括自左侧至右侧依次排列的第一谐振孔、第二谐振孔、N个中间谐振孔、倒数第二个谐振孔以及倒数第一个谐振孔；
所述的镂空区域A包括围绕第一谐振孔的首位子边框区、围绕第二谐振孔的次位子边框区，围绕倒数第二个谐振孔的倒数第二个子边框区、围绕在倒数第一个谐振孔的末位子边框区以及分别围绕N个中间谐振孔的N个中间子边框区；
所述的端面金属层包括第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块和、末位金属块、第一金属边线、第二金属线段、第三金属线段、第四金属线段、第五金属线段；所述的第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块分别形成在第一谐振孔、第二谐振孔、N个中间谐振孔、倒数第二个谐振孔与末位谐振孔的周侧，且首位子边框区、次位子边框区、N个中间子边框区、倒数第二个子边框区、末位子边框区分别形成在第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块的周侧；
第一金属边线设于该开放面与其相邻的二侧面、顶面以及底面的交接处，分别与左侧面、右侧面、底面、顶面相连接；第二金属线段设置在开放面对应首位子边框区与次位子边框区的下侧，第三金属线段设置在开放面对应N个中间子边框区的下侧，第四金属线段自次位子边框区的下侧开始延伸至第N+2个子边框区的下侧，第四金属线段平行布设在第三金属线段的上侧且与第三金属段之间形成间隔；第五金属线段设置在开放面对应倒数第二个子边框区与末位子边框区的下侧；
接地金属层，其设置在顶面、底面、二侧面以及短路面镂空区域B以外的区域上，其中，设于该短路面上的接地金属层与N+4个谐振孔内壁的金属层电性连接形成短路端，N+4个谐振孔分别与开放面上第一金属块、第二金属块、N个中间金属块、倒数第二个金属块、末位金属块电性连接形成开放端；
其中，一个镂空区域B延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的首位子边框区、次位子边框区相连，另一个镂空区域B延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的倒数第二个子边框区、末位子边框区相连，
输入电极，其一端设置其中一个镂空区域B处，其另一端延伸至开放面上呈L形且与开放面上的第二金属线段相连，以使得输入电极将信号连接到第二谐振孔上，同时与第一谐振孔形成一个外挂零点；
输出电极，其一端设置其中一个镂空区域B处，其另一端延伸至开放面上呈L形且与开放面上的第五金属线段相连，以使得输入电极将信号连接到倒数第二个谐振孔上，同时与倒数第一个谐振孔形成一个外挂零点；
所述的首位子边框区与次位子边框区之间形成第一纵向金属直线段，倒数第二个子边框区与末位子边框区之间形成第四纵向金属直线段；
所述第二金属线段、第一纵向金属直线段与第一金属块之间形成第一个衰减极点；所述第五金属线段与末位金属块之间形成在高频边带外形成第二个衰减极点；
倒数第二个金属块与末位金属块之间的镂空区域和第四纵向金属直线段形成等效电感。
2.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述谐振孔的数量为七个，包括第一谐振孔、第二谐振孔、第三谐振孔、第四谐振孔、第五谐振孔、第六谐振孔以及第七谐振孔。
3.根据权利要求2所述的介质滤波器，其特征在于，所述的次位子边框区与第三子边框区之间具有第一镂空间隔段，第三子边框区与第四子边框区之间形成第二纵向金属直线段，第四子边框区与第五子边框区之间具有第二镂空间隔段，第五子边框区与倒数第二个子边框区之间形成第三纵向金属直线段；
第一纵向金属直线段一端位于镂空区域A的首位子边框区与次位子边框区处，另一端与第二金属线段连接；
第二纵向金属直线段一端与第一金属边线连接，另一端位于第三子边框区和第四子边框区；
第三纵向金属直线段一端与第一金属边线连接，另一端与第三金属线段连接；
第四纵向金属直线段一端与第一金属边线连接，另一端处于倒数第二个子边框区和末位子边框区处。
4.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述短路面上还设有纵向延伸的镂空直线段。
5.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述的N+4个谐振孔在介质体上等高平行排布。
6.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，其中一个镂空区域B呈U型且其两侧分别延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的首位子边框区、次位子边框区相连；另一镂空区域B呈U型且其两侧分别延伸至开放面上且其两端分别与开放面上的末位子边框区和倒数第二个子边框区相连。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的介质滤波器，其特征在于，该介质滤波器还包括金属屏蔽罩。
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