CN113300064A - 混合腔体、滤波器和通信基站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合腔体、滤波器和通信基站，包括叠置固定在一起的介质块和金属腔，所述介质块的上表面和侧面金属化，下表面设有金属化的谐振盘；所述金属腔上设有空腔，该空腔内设有金属谐振杆，所述谐振杆与所述谐振盘固定连接，所述介质块和金属腔之间形成金属介质混合谐振腔。本发明结构紧凑，其寄生谐波远离基模，可以更灵活实现各种交叉耦合，带外抑制性能更优，强度更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信设备，特别是涉及滤波器耦合技术。
背景技术
随着5G通信系统的建设，其设备对集成度要求越来越高，微波滤波器的小型化，轻量化是未来的应用趋势，介质波导具有高Q值，温漂小等优点，是一种很好的滤波器小型化解决方案。
现有的介质波导滤波器通常是单层结构，其实现容性交叉耦合结构采用频变结构会在通带外引入谐振峰，采用飞杆衍生结构加工会增加产品的零部件和工序，且现有的单层滤波器不易实现不对称传输零点。此外，单层结构还具有结构不紧凑，形式单一等的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种能简单实现容性和感性耦合，其寄生谐波远离基模，可以更灵活实现各种交叉耦合而且结构紧凑的混合腔体结构、滤波器和通信基站。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
提供一种混合腔体，包括叠置固定在一起的介质块和金属腔，所述介质块的上表面以及侧面覆盖金属化层，下表面设有至少一个金属化的谐振盘；所述金属腔上设有至少空腔，该空腔内设有金属谐振杆，所述谐振杆与所述谐振盘固定连接，所述介质块和金属腔之间形成金属介质混合谐振腔。
进一步地：
所述谐振盘中设有凹孔，该凹孔表面覆盖金属化层；相对应地，所述谐振杆高出金属腔的表面，该谐振杆高出金属腔表面的部分嵌入所述谐振盘的凹孔内。
所述介质块的下表面设有至少两个金属化的谐振盘；所述金属腔上表面相对应地设有至少两个空腔，所述介质块和金属腔之间形成至少两个金属介质混合谐振腔，相邻谐振腔之间形成感性耦合或容性耦合。
所述金属腔上的相邻空腔之间开有窗口，相邻所述谐振腔之间通过所述窗口形成感性耦合。
所述介质块下表面的相邻谐振盘之间设置有用于调节相邻谐振腔之间的容性耦合量的耦合盘。
所述耦合盘与谐振盘相连。
所述介质块的上表面对应所述谐振杆或凹孔的位置设有用于调节所对应的谐振腔频率的调谐孔。
所述介质块上的相邻谐振盘之间设有用于调节相应相邻谐振腔之间的耦合量的耦合槽。
所述耦合槽贯穿所述介质块。
所述介质块和金属腔之间至少包括两行、至少两列谐振腔，位于第一行的相邻两个谐振腔之间形成感性耦合，位于第二行的相邻两个谐振腔之间形成感性耦合，一列两个谐振腔之间设有容性耦合结构，与该列谐振腔相邻的另一列两个谐振腔之间设有感性耦合结构，两行的相邻两列谐振腔之间形成四腔交叉耦合结构。
所述介质块和金属腔之间包括六个谐振腔，分两行排列，形成三列谐振腔，所述滤波器第一行的第一谐振腔和第二谐振腔之间，第二行的第一谐振腔和第二谐振腔之间以及第一行的第一谐振腔与第二行的第一谐振腔之间通过金属腔上的相邻空腔之间的窗口形成感性耦合，第一行的第二谐振腔与第二行的第二谐振腔之间通过两者之间的耦合盘形成的电容形成容性耦合；所述第一行的第一谐振腔和第二谐振腔，与第二行的第一谐振腔和第二谐振腔四者之间形成四腔交叉耦合结构；第一行的第三谐振腔和第二谐振腔之间，第二行的第三谐振腔和第二谐振腔之间以及第一行的第三谐振腔与第二行的第三谐振腔之间通过金属腔上的相邻空腔之间的窗口形成感性耦合，第一行的第二谐振腔与第二行的第二谐振腔之间形成容性耦合，第一行的第二谐振腔和第三谐振腔，与第二行的第二谐振腔和第三谐振腔四者之间形成另一四腔交叉耦合结构。
还包括信号输入端和输出端，该输入端和输出端均由设置在金属腔内的空腔内的金属杆与介质块表面的金属化盘连接形成。
提供一种滤波器包括如上所述的混合腔体。
提供一种通信基站，包括如上所述的滤波器。
本发明通过叠置的介质块和金属腔之间形成金属介质混合谐振腔，谐振腔之间可以能简单实现强容性和感性耦合，其寄生谐波远离基模，可以更灵活实现各种交叉耦合，并可设计寄生零点，带外抑制性能更优。并且，本发明通过介质块和金属腔结合，相对单独介质滤波器，强度更高。
附图说明
图1是本发明滤波器实施例单腔的立体结构示意图；
图2是本发明滤波器实施例单腔的剖面结构示意图；
图3是本发明滤波器实施例多腔的介质结构示意图；
图4是本发明滤波器实施例多腔的金属腔结构示意图；
图5是本发明滤波器实施例多腔组合状态立体结构示意图；
图6是本发明滤波器实施例多腔的剖面结构示意图；
图7是本发明滤波器实施例多腔的仿真频率响应曲线图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1和图2所示，一种滤波器的混合腔体包括上下叠置的介质块01和金属腔02，介质上表面和侧面均金属化。介质块01为一整块介质，其下表面设有金属化的谐振盘51。金属腔02上表面设有一空腔21，该空腔21内设有一金属谐振杆41。所述谐振杆41与谐振盘51固定连接，比如焊接。所述谐振盘51的尺寸小于空腔，谐振盘51不与金属腔02接触。介质块01固定例如焊接在金属腔02之上后，介质块表层（即上表面和侧面）的金属层与金属腔一起形成一个密闭的类似金属屏蔽罩。所述介质块和金属腔之间形成金属介质混合谐振腔。本实施例中，为了谐振杆41与谐振盘51的连接更加稳固，谐振盘51中设有凹孔52，凹孔表面金属化；谐振杆41高出金属腔02的表面，二者叠置时，谐振杆41高出于金属腔02表面的部分嵌入谐振盘51的凹孔52内。所述金属介质混合谐振腔中，谐振杆41等效为电感L，谐振盘51与介质块01上表面之间间隙等效为电容C。
一些实施例中，滤波器的上层介质块和下层金属腔之间形成至少两个金属介质混合谐振腔，相邻谐振腔之间形成感性耦合或容性耦合。另一些实施例中，所述介质块和金属腔之间至少包括两行、至少两列谐振腔，位于第一行的相邻两个谐振腔之间形成感性耦合，位于第二行的相邻两个谐振腔之间形成感性耦合，一列谐振腔之间设有容性耦合结构，与该列谐振腔相邻的另一列谐振腔之间设有感性耦合结构，两行的相邻两列谐振腔之间形成四腔交叉耦合结构。
如图3至图6所示，一种滤波器，包括上下叠置的介质块11和金属腔12，二者之间形成两排共六个谐振腔。如图3所示（为了更清楚地显示，图中介质块的下表面朝上），介质块11下表面包括六个金属化谐振盘，分两行排列，第一行包括有第一谐振盘301，第二谐振盘302和第三谐振盘303；第二行包括第四谐振盘304，第五谐振盘305和第六谐振盘306。
如图4所示，金属腔12上表面设有六个单独的空腔，各空腔内分别设有一金属谐振杆，与介质的六个谐振盘一一对应，分两行排列。第一行包括有第一谐振杆401，第二谐振杆402和第三谐振杆403；第二行包括第四谐振杆404，第五谐振杆405和第六谐振杆406。
如图5和图6所示，介质块11和金属腔12叠置贴合形成六个谐振腔。其中，第一行包括有第一谐振腔21，第二谐振腔22和第三谐振腔23；第二行包括有第一谐振腔31，第二谐振腔32，第三谐振腔33。所述第一行的第一谐振腔21由第一谐振盘301和第一谐振杆401及其空腔配合形成，第一行的第二谐振腔22由第二谐振盘302和第二谐振杆402及其空腔配合形成，第一行的第三谐振腔23由第三谐振盘303和第三谐振杆403及其空腔配合形成，第二行的第一谐振腔31由第四谐振盘304和第四谐振杆404及其空腔配合形成，第二行的第二谐振腔32由第五谐振盘305和第五谐振杆405及其空腔配合形成，第二行的第三谐振腔33由第六谐振盘306和第六谐振杆406及其空腔配合形成。
一些实施例中，为了谐振杆与谐振盘的连接更加稳固，上述六个谐振盘中，可以均设有凹孔52，凹孔表面金属化。相对应地，所述六个谐振杆均高出于金属腔12的表面，各谐振杆高出于金属腔表面的部分分别嵌入各谐振盘的凹孔内。另一些实施例中，谐振盘可以是一个平面，相应地，谐振杆的顶端与金属腔表面平齐。
如图3至图6所示，第一行的第三谐振腔23中设有输入端101，输入端101由纵向的金属杆61与介质下表面的金属化盘62连接而成。第二行的第三谐振腔33设有输出端102，输出端口102由纵向的金属杆63与介质下表面的金属化盘64连接而成。一些实施例中，所述输入端101为设置在金属腔的金属空腔内的一金属杆61穿过介质块下表面的金属化盘62形成。输出端102由设置在金属腔的金属空腔内的一金属杆63穿过介质块下表面的金属化盘64形成。
如图4所示，金属腔上的相邻空腔之间开有窗口71，相邻谐振腔之间的感性耦合可以通过窗口71来实现。所述介质块下表面的相邻谐振盘之间可以设置一对耦合盘81，相邻谐振腔之间的容性耦合可以通过一对耦合盘81来实现。本实施例中，所述介质块下表面的一对耦合盘81与相邻的一对谐振盘相连。其它实施例中，所述介质块下表面的耦合盘81也可以与谐振盘分开。通过调节一对耦合盘之间的相对距离来调节相邻谐振腔之间的容性耦合量。
介质块11的上表面对应凹孔52的位置设有调谐孔91，可以通过去除调谐孔91的金属层，来调节所对应的谐振腔的频率。介质块上的相邻谐振盘之间设有耦合槽201，可以通过去除耦合槽201的金属层来调节两者之间耦合量。去除金属层的方式可以采用打磨金属层等方式来实现。
如图5和图6所示，滤波器第一行的第一谐振腔21和第二谐振腔22之间，第二行的第一谐振腔31和第二谐振腔32之间以及第一行的第一谐振腔21与第二行的第一谐振腔31之间通过在金属腔上的相邻空腔之间开窗口实现感性耦合，第一行的谐振腔22与第二行的谐振腔32之间可以通过两者之间的耦合盘形成的电容实现容性耦合。因此，上述第一行的第一谐振腔21和第二谐振腔22，与第二行的第一谐振腔31和第二谐振腔32四者之间共同作用，形成四腔交叉耦合，在通带的左右各产生一个传输零点。同理，第一行的第三谐振腔23和第二谐振腔22之间，第二行的第三谐振腔33和第二谐振腔32之间以及第一行的第三谐振腔23与第二行的第三谐振腔33之间通过在金属腔上的相邻空腔之间开窗口实现感性耦合，第一行的谐振腔22与第二行的谐振腔32之间实现容性耦合。因此，第一行的第二谐振腔22和第三谐振腔23，与第二行的第二谐振腔32和第三谐振腔33四者之间形成另一四腔交叉耦合，在通带的左右各产生一个零点，从而实现强抑制的作用。
上述实施例中，滤波器采用双层介质金属混合谐振腔交叉耦合实现高带外抑制结构，其可实现的容性耦合量带宽可达300M以上，基本覆盖了现有容性耦合带宽的需求，可实现强感性和容性耦合。其寄生谐波远离基模，并可设计寄生零点，如图7所示，带外抑制性能更优。并且结构形式紧凑，更加多样化，克服了现有单层介质谐振腔容性交叉耦合实现难度大和结构不紧凑问题。
在本实施例中，所述滤波器包括两排三列共六个谐振腔，在其他实施例中谐振腔可以为其他数量排列，本发明中，不对谐振腔的数量做具体限定。并且，在本实施例中，两排谐振腔依次线性排列，在其它一些实施例中，两排介质谐振腔也可以不呈线性排列，只要相邻谐振腔分别具有容性耦合结构或感性耦合结构即可。
本实施例中，所述介质块的上表面为金属化表面，下表面设有金属化的谐振盘以及非金属化的区域。
本实施例中，所述介质块的耦合盘成对布局，且每对耦合盘正好对齐。其它实施例中，所述介质块的耦合盘也可以单个布局，或多个错开布局。
本实施例中，所述耦合盘优选方形。其它实施例中，也可以为其它形状。所述耦合盘优选贯穿介质块，也可以不贯穿介质块。
本实施例中，所述谐振盘优选方形或圆形。其它实施例中，也可以是其它形状。
本实施例中，所述谐振盘中凹孔与谐振杆尺寸相匹配，以便于拼接。
一种通信基站，包括如上所述的滤波器。
本发明中，介质块和金属腔叠置时，介质块在“上”，金属腔02在“下”，只是为了方便描述而确定的，根据实际装配情况，也可以介质块01在“下”，金属腔02在“上”。本发明中，介质块上表面是指远离金属腔的一面，介质下表面是与金属腔贴合的一面；金属腔上表面是指与介质块贴合的一面，金属腔下表面是指远离介质块的一面。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (14)
1.一种混合腔体，其特征在于：包括叠置固定在一起的介质块和金属腔，所述介质块的上表面以及侧面覆盖金属化层，下表面设有至少一个金属化的谐振盘；所述金属腔上设有至少空腔，该空腔内设有金属谐振杆，所述谐振杆与所述谐振盘固定连接，所述介质块和金属腔之间形成金属介质混合谐振腔。
2.根据权利要求1所述的混合腔体，其特征在于：所述谐振盘中设有凹孔，该凹孔表面覆盖金属化层；相对应地，所述谐振杆高出金属腔的表面，该谐振杆高出金属腔表面的部分嵌入所述谐振盘的凹孔内。
3.根据权利要求1所述的混合腔体，其特征在于：所述介质块的下表面设有至少两个金属化的谐振盘；所述金属腔上表面相对应地设有至少两个空腔，所述介质块和金属腔之间形成至少两个金属介质混合谐振腔，相邻谐振腔之间形成感性耦合或容性耦合。
4.根据权利要求3所述的混合腔体，其特征在于：所述金属腔上的相邻空腔之间开有窗口，相邻所述谐振腔之间通过所述窗口形成感性耦合。
5.根据权利要求3所述的混合腔体，其特征在于：所述介质块下表面的相邻谐振盘之间设置有用于调节相邻谐振腔之间的容性耦合量的耦合盘。
6.根据权利要求5所述的混合腔体，其特征在于：所述耦合盘与谐振盘相连。
7.根据权利要求3所述的混合腔体，其特征在于：所述介质块的上表面对应所述谐振杆或凹孔的位置设有用于调节所对应的谐振腔频率的调谐孔。
8.根据权利要求3所述的混合腔体，其特征在于：所述介质块上的相邻谐振盘之间设有用于调节相应相邻谐振腔之间的耦合量的耦合槽。
9.根据权利要求8所述的混合腔体，其特征在于：所述耦合槽贯穿所述介质块。
10.根据权利要求3所述的混合腔体，其特征在于：所述介质块和金属腔之间至少包括两行、至少两列谐振腔，位于第一行的相邻两个谐振腔之间形成感性耦合，位于第二行的相邻两个谐振腔之间形成感性耦合，一列两个谐振腔之间设有容性耦合结构，与该列谐振腔相邻的另一列两个谐振腔之间设有感性耦合结构，两行的相邻两列谐振腔之间形成四腔交叉耦合结构。
11.根据权利要求3所述的混合腔体，其特征在于：所述介质块和金属腔之间包括六个谐振腔，分两行排列，形成三列谐振腔，所述滤波器第一行的第一谐振腔和第二谐振腔之间，第二行的第一谐振腔和第二谐振腔之间以及第一行的第一谐振腔与第二行的第一谐振腔之间通过金属腔上的相邻空腔之间的窗口形成感性耦合，第一行的第二谐振腔与第二行的第二谐振腔之间通过两者之间的耦合盘形成的电容形成容性耦合；所述第一行的第一谐振腔和第二谐振腔，与第二行的第一谐振腔和第二谐振腔四者之间形成四腔交叉耦合结构；第一行的第三谐振腔和第二谐振腔之间，第二行的第三谐振腔和第二谐振腔之间以及第一行的第三谐振腔与第二行的第三谐振腔之间通过金属腔上的相邻空腔之间的窗口形成感性耦合，第一行的第二谐振腔与第二行的第二谐振腔之间形成容性耦合，第一行的第二谐振腔和第三谐振腔，与第二行的第二谐振腔和第三谐振腔四者之间形成另一四腔交叉耦合结构。
12.根据权利要求3所述的混合腔体，其特征在于：还包括信号输入端和输出端，该输入端和输出端均由设置在金属腔内的空腔内的金属杆与介质块表面的金属化盘连接形成。
13.一种滤波器，其特征在于：包括如权利要求1至12中任一项所述的混合腔体。
14.一种通信基站，其特征在于：包括如权利要求13所述的滤波器。
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