CN113497313A - 通信设备及其滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种通信设备及其滤波器。该滤波器包括：壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；滤波支路，设置在壳体上，包括依次耦合的九个滤波腔，滤波支路的九个滤波腔形成两个容性交叉耦合零点和两个感性交叉耦合零点；滤波支路的第三滤波腔至第九滤波腔划分为沿第一方向排列的两列。通过上述方式，本申请的滤波器能够实现零点抑制，便于调试指标，且滤波腔排布规则，能够减小滤波器的体积。

Description

通信设备及其滤波器

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种通信设备及其滤波器。

背景技术

微波滤波器是现代移动通讯系统的关键设备，被广泛应用于无线通讯基站及各类通信终端；微波腔体滤波器结构是由射频连接器、腔体、盖板、多个谐振器单元、及频率调谐与耦合强度调节组件构成，多个谐振单元谐振频率分布于通带范围内，对于谐振频率外的信号具备阻隔功能，从而实现对微波传输信号的择取功能；腔体滤波器具有结构可靠、滤波频带宽、寄生通带远离信道、Q值高、电性能稳定、散热性能好等优点。

本申请的发明人在长期的研发工作中发现，现有技术中的滤波器为实现700MHz的低频率，滤波器体积庞大，不能满足5G小型化要求。

发明内容

为了解决现有技术的滤波器存在的上述问题，本申请提供一种通信设备及其滤波器。

为解决上述问题，本申请实施例提供了一种滤波器，该滤波器包括：壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；滤波支路，设置在壳体上，包括依次耦合的九个滤波腔，滤波支路的九个滤波腔形成两个容性交叉耦合零点和两个感性交叉耦合零点；滤波支路的第三滤波腔至第九滤波腔划分为沿第一方向排列的两列。

其中，滤波支路的第四滤波腔、第六滤波腔和第七滤波腔为一列且沿第二方向依次排列；滤波支路的第三滤波腔、第五滤波腔、第八滤波腔和第九滤波腔为一列且沿第二方向依次排列；滤波支路的第一滤波腔至第三滤波腔呈三角形设置，滤波支路的第一滤波腔和第二滤波腔沿第一方向依次排列。

其中，滤波支路的第一滤波腔、第二滤波腔、第三滤波腔、第四滤波腔和第九滤波腔均为金属滤波腔，滤波支路的第五滤波腔、第六滤波腔、第七滤波腔和第八滤波腔均为介质滤波腔，其中，金属滤波腔的直径大于介质滤波腔的直径。

其中，滤波支路的第一滤波腔与第三滤波腔之间以及第五滤波腔和第八滤波腔之间分别容性交叉耦合；滤波支路的第三滤波腔与第五滤波腔之间以及第六滤波腔与第八滤波腔之间分别感性交叉耦合。

其中，滤波器还包括：第一耦合探针和第一支撑卡座，第一支撑卡座将第一耦合探针固定在壳体上；滤波支路的第一滤波腔与第三滤波腔之间设置有第一耦合探针，以实现容性交叉耦合，第一耦合探针为圆柱状；第二耦合探针和第二支撑卡座，第二支撑卡座将第二耦合探针固定在壳体上；滤波支路的第五滤波腔与第八滤波腔之间设置有第二耦合探针，以实现容性交叉耦合，第二耦合探针为Y形。

其中，金属滤波腔内设置有金属谐振杆和调谐杆，金属谐振杆设置有中空内腔，调谐杆的一端置于中空内腔内，用于调整金属滤波腔的谐振频率；介质滤波腔内设置有介质谐振杆和调谐杆，介质谐振杆上设置有一容置空间，调谐杆的一端置于容置空间内，用于调整介质滤波腔的谐振频率。

其中，滤波支路的九个滤波腔中依次耦合的两个滤波腔之间、第三滤波腔与第五滤波腔之间和第六滤波腔与第八滤波腔之间均设置有窗口和调谐杆，以实现窗口耦合，调谐杆用于调节依次耦合的两个滤波腔之间的耦合带宽或滤波支路的第三滤波腔与第五滤波腔之间或滤波支路的第六滤波腔与第八滤波腔之间的耦合带宽。

其中，滤波器还包括加强筋，滤波支路的第五滤波腔与第六滤波腔之间以及第七滤波腔和第八滤波腔之间分别设置有加强筋。

其中，滤波支路的带宽范围为：758～788MHz。

为解决上述问题，本申请实施例提供了一种通信设备，该通信设备包括天线和与天线连接的射频单元，射频单元包括上述任一实施例的滤波器，用于对射频信号进行滤波。

区别于现有技术的情况，本申请中，滤波支路的九个滤波腔形成两个容性交叉耦合零点和两个感性交叉耦合零点，以实现零点抑制，便于调试指标。且滤波支路的第三滤波腔至第九滤波腔划分为沿第一方向排列的两列，滤波腔排布规则，滤波器的设计方案简洁，可以减小滤波器的体积，使其能够满足最新型5G移动通信系统的使用。

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是本申请滤波器一实施例的结构示意图；

图2是图1中滤波器的金属谐振杆和调谐杆的结构示意图；

图3是图1中滤波器的介质谐振杆和调谐杆的结构示意图；

图4是图1中滤波支路的拓扑结构示意图；

图5是图1中滤波器的第一支撑卡座和第一耦合探针的结构示意图；

图6是图1中滤波器的第二支撑卡座和第二耦合探针的结构示意图；

图7是图1中滤波器的等效电路示意图；

图8是图1中滤波器的仿真结果示意图；

图9是本申请的通信设备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。

请参阅图1，图1是本申请提供的滤波器一实施例的结构示意图。本实施例的滤波器包括壳体11和滤波支路12，壳体11具有第一方向L1和与所述第一方向L1垂直的第二方向L2，第一方向L1可以为壳体11的宽度方向，第二方向L2可以为壳体11的长度方向。

如图1所示，滤波支路12设置在壳体11上，由依次耦合的九个滤波腔组成，滤波支路12的九个滤波腔形成两个感性交叉耦合零点和两个容性交叉耦合零点；滤波支路12的九个滤波腔为滤波支路12的第一滤波腔A1、第二滤波腔A2、第三滤波腔A3、第四滤波腔A4、第五滤波腔A5、第六滤波腔A6、第七滤波腔A7、第八滤波腔A8和第九滤波腔A9。即滤波器由九阶滤波腔组成，产生四个传输零点，两个感性交叉耦合零点使得滤波器在通带高端产生两个传输零点，提高滤波器在高端阻带的抑制性能；两个容性交叉耦合零点使得滤波器在通带低端产生两个传输零点，提高滤波器在低端阻带的抑制性能，具有强抗干扰能力，提高滤波器的带外抑制性能，确保通信系统不受杂散信号干扰。

进一步地，如图1所示，滤波支路12的第三滤波腔A3至第九滤波腔A9划分成沿第一方向L1排列的两列。具体地，滤波支路12的第四滤波腔A4、第六滤波腔A6和第七滤波腔A7为一列且沿第二方向L2依次排列；滤波支路12的第三滤波腔A3、第五滤波腔A5、第八滤波腔A8和第九滤波腔A9为一列且沿第二方向L2依次排列；本实施例中，滤波支路12的第一滤波腔A1、第二滤波腔A2和第三滤波腔A3呈三角形设置，且第一滤波腔A1和第二滤波腔A2沿第一方向L1依次排列。本实施例的滤波器的滤波腔规则排布，以使滤波器的设计方案简单，降低生产成本，且可缩小滤波器的体积。

可选地，滤波支路12的九个滤波腔A1-A9，可以是金属滤波腔或者介质滤波腔。金属滤波腔内设置有金属谐振杆13，介质滤波腔内设置有介质谐振杆14。具体地，可根据每个滤波腔的功率的大小来选择滤波腔的类型，比如当滤波腔的功率较大时可选择介质滤波腔，当滤波腔的功率较小时，则可选择金属滤波腔。

本实施例中，滤波支路12的第一滤波腔A1、第二滤波腔A2、第三滤波腔A3、第四滤波腔A4和第九滤波腔A9为金属谐振腔，滤波支路12的第五滤波腔A5、第六滤波腔A6、第七滤波腔A7和第八滤波腔A8为介质谐振腔，以使滤波器实现设计要求，且可减小滤波器的体积。

本实施例中，金属滤波腔的直径大于介质滤波腔的直径，具体地，金属滤波腔的直径范围为44-48mm，金属滤波腔的高度范围为17-21mm。介质谐振腔的直径范围为34-38mm，介质滤波腔的高度范围为17-21mm。即本实施例中滤波腔的整体高度较低，能够减小滤波器的体积，减轻滤波器的重量，且本实施例中，通过使用部分体积更小的介质滤波腔，能够进一步减小滤波器的体积，利于滤波器的小型化，使其能满足5G小型化的需求。

如图1所示，金属滤波腔内设置有金属谐振杆13和调谐杆19，如图2所示，图2是图1中金属谐振杆13和调谐杆19的结构示意图，金属谐振杆13设置有一中空内腔(图中未标示)，调谐杆19的一端置于该中空内腔内，用于调节金属滤波腔的谐振频率。金属谐振杆13包括有翻盘131和支撑杆132，翻盘131的直径大于支撑杆132的直径，翻盘131和支撑杆132可以一体成型，以使设计更简单。金属谐振杆13材质可以是304不锈钢以提高滤波器的稳定性。在其他实施例中，金属谐振杆13的材质还可以是易切的1215MS等。当然，在其它实施例中，金属谐振杆13还可以是M8号或者M4号螺杆等，采用铜或银等材质。本实施例中，金属谐振杆13、中空内腔及调谐杆19可以同轴设置。

如图1所示，介质滤波腔内设置有介质谐振杆14和谐振杆19，如图3所示，图3是图1中介质谐振杆14和调谐杆19的结构示意图。介质谐振杆14上设置有一容置空间(图中未标示)，调谐杆19的一端置于该容置空间内，介质谐振杆14由介质和金属组合而成。本实施例中，介质谐振杆14包括有金属部141和介质盘142，金属部141连接介质盘142，其中金属部141的材质可以为铁，介质盘142的材质可以为陶瓷。优选地，介质盘142的材质为介电常数为45的陶瓷，以提高滤波器的稳定性。在其他实施例中金属部141的材质还可以为银、铜、铝、钛或金等。本实施例中，介质谐振杆14、容置空间及调谐杆19可以同轴设置。

进一步地，滤波器还包括盖板(图未示)，盖设在九个滤波腔A1-A9上，且调谐杆19的另一端穿设在盖板上，其中，调谐杆19可以是金属螺杆。

可选地，九个滤波腔A1-A9的材质和尺寸也可以相同，且九个滤波腔中的谐振杆的材质和尺寸也可以相同，以提高滤波器的一致性。

如图1所示，九个滤波腔A1-A9沿主耦合路径依次相邻排布，沿该主耦合路径依次排布且相邻(即级联设置)的两个滤波腔之间设置有窗口(图中未标示)，主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间通过该窗口进行电磁能量传递。

本实施例的滤波器还包括多个调节螺杆15和多个加强筋16。

为调节主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间的耦合强度，可以在上述窗口设置调节螺杆15，例如在第一滤波腔A1与第二滤波腔A2之间、第二滤波腔A2与第三滤波腔A3之间、第三滤波腔A3与第四滤波腔A4之间、第四滤波腔A4与第五滤波腔A5之间、第五滤波腔A5与第六滤波腔A6之间、第六滤波腔A6与第七滤波腔A7之间、第七滤波腔A7与第八滤波腔A8之间、第八滤波腔A8与第九滤波腔A9之间均设置调节螺杆15。

为提高主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间的耦合强度，还可以在窗口设置加强筋16，例如可以在滤波支路12的第五滤波腔A5与第六滤波腔A6之间、第七滤波腔A7与第八滤波腔A8之间设置加强筋16，以增加耦合强度。在其他实施例中，还可以根据实际情况选择性的在第一滤波腔A1与第二滤波腔A2之间、第二滤波腔A2与第三滤波腔A3之间等设置加强筋16。

如图1和图4所示，图4是图1中滤波支路12的拓扑结构示意图，滤波支路12的第三滤波腔A3与第五滤波腔A5之间以及第六滤波腔A6与第八滤波腔A8之间分别感性交叉耦合，形成两个感性耦合零点，以实现滤波器的两个高端耦合零点，提高滤波器频带的高端抑制性能。滤波支路12的第一滤波腔A1与第三滤波腔A3之间以及第五滤波腔A5和第八滤波腔A8之间容性交叉耦合，形成滤波支路12的两个容性交叉耦合零点，以实现滤波器的两个低端耦合零点，提高滤波器在低端阻带的抑制性能。

其中，交叉耦合零点也称为传输零点。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。

具体地，如图1所示，本实施例可以通过在滤波支路12的第三滤波腔A3与第五滤波腔A5之间以及第六滤波腔A6和第八滤波腔A8之间分别开设窗口，以实现第三滤波腔A3与第五滤波腔A5之间以及第六滤波腔A6与第八滤波腔A8的感性交叉耦合。如图1所示，为进一步调节第三滤波腔A3与第五滤波腔A5以及第六滤波腔A6与第八滤波腔A8之间的耦合强度，还可以在第三滤波腔A3与第五滤波腔A5之间以及第六滤波腔A6与第八滤波腔A8之间设置调节螺杆15。本实施例通过开设窗口的方式实现感性交叉耦合，设计方案简洁，能够降低滤波器的成本。

如图1所示，滤波器还包括第一飞杆17和第二飞杆18。本实施例可以在第一滤波腔A1与第三滤波腔A3之间设置第一飞杆17，在第五滤波腔A5与第八滤波腔A8之间设置第二飞杆18，以分别实现第一滤波腔A1与第三滤波腔A3之间的容性交叉耦合以及第五滤波腔A5与第八滤波腔A8之间的容性交叉耦合。

图5所示，图5是图1中第一飞杆17的结构示意图，第一飞杆17包括：第一耦合探针171和第一支撑卡座172，第一耦合探针171固定在第一支撑卡座172；第一耦合探针171的形状可为圆柱状、方形等。可选地，第一耦合探针141为金属探针，第一支撑卡座142的材料可以为PTFE(Poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)或者工程塑料。第一飞杆17适用于金属滤波腔之间的交叉耦合，以提高交叉耦合的效果。

可选地，如图6所述，图6是图1中第二飞杆18的结构示意图，本实施例的第二飞杆18包括第二耦合探针181和第二支撑卡座182，第二耦合探针181固定在第二支撑卡座182上，第二耦合探针181的形状可以为Y形。可选地，第二耦合探针181为金属探针，第二支撑卡座为PTFE(Poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)或者工程塑料。第二飞杆18适用于介质滤波腔之间的耦合，通过Y形设置的第二耦合探针181，提高介质滤波腔之间的交叉耦合的稳定性，提升滤波器的性能。

滤波器还包括第一端口(图未标示)和第二端口(图未标示)，滤波支路12的第一滤波腔A1与第一端口连接，滤波支路12的第九滤波腔A9与第二端口连接，其中第一端口和第二端口可以为滤波器的抽头。

第一端口12与第一滤波腔A1连接，将电磁信号输入至第一滤波腔A1；第二端口与第九滤波腔A9连接，将第九滤波腔A9内的电磁信号输出。

在一个应用场景中，本申请实施例为实现滤波器的下列参数：带内损耗小于1.5dB；常温常压承受功率大于2600W；通带外3MHz的抑制大于20dB，建立如图4所示的拓扑结构，并在先进设计系统(Advanced Design System，ADS)中构建与该拓扑结构相应的电路模型(如图7所示)，该电路模型中包括有滤波腔A1-A9和阻抗变换器71，其中每个滤波腔对应一个阻抗变换器71，使得通过每个滤波腔的阻抗与传输链路的阻抗相匹配，以实现信号传输。

然后对该电路模型进行电路仿真，得到如图8所示的滤波器的仿真结果示意图，滤波支路12的仿真带宽如图8中的频带曲线81所示，从仿真图中可以看出，滤波支路12的带宽范围位于758MHz～788MHz的范围内，符合滤波器的设计要求，能够精准控制滤波支路12的带宽。

且滤波支路12在频率为791MHz时，抑制大于20dB，滤波支路12在频率为733MHz时，抑制大于105dB，滤波支路12在频率为832MHz时，抑制大于105dB。因此能够提高滤波支路12的带外抑制等性能，具备强抗干扰能力，避免通信系统受杂散信号干扰。

本申请的滤波支路12可以为接收滤波支路或者发射滤波支路。

综上，本实施例提供的滤波器由九阶滤波腔组合设计，滤波器设计方案简洁，排腔规则，因此能够减少设计成本，减小滤波器的体积且具有良好的结构与电性能稳定性。另外，本实施例的滤波腔的腔深较浅，具备强抗干扰能力，使通信系统不受杂散信号干扰，能够满足目前最新型5G移动通信系统使用。

本申请还提供一种通信设备，如图9所示，图9是本申请提供的通信设备一实施例的结构示意图。本实施例的通信设备包括天线62和射频单元61。其中，天线62和射频单元61可以安装于基站上，还可以安装在路灯等物体上；天线62与射频单元(Remote Radio Unit，RRU)61连接。该射频单元61包括上述实施例所揭示的滤波器，用于对射频信号进行滤波。

在其他的一些实施例中，射频单元61可以集成到天线62进而形成有源天线单元(Active Antenna Unit，AAU)。

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。

Claims (10)

1.一种滤波器，其特征在于，所述滤波器包括：

壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；

滤波支路，设置在所述壳体上，包括依次耦合的九个滤波腔，所述滤波支路的九个滤波腔形成两个容性交叉耦合零点和两个感性交叉耦合零点；

所述滤波支路的第三滤波腔至第九滤波腔划分为沿所述第一方向排列的两列。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，

所述滤波支路的第四滤波腔、第六滤波腔和第七滤波腔为一列且沿所述第二方向依次排列；

所述滤波支路的第三滤波腔、第五滤波腔、第八滤波腔和第九滤波腔为一列且沿所述第二方向依次排列；

所述滤波支路的第一滤波腔至第三滤波腔呈三角形设置，所述滤波支路的第一滤波腔和第二滤波腔沿所述第一方向依次排列。

3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述滤波支路的第一滤波腔、第二滤波腔、第三滤波腔、第四滤波腔和第九滤波腔均为金属滤波腔，所述滤波支路的第五滤波腔、第六滤波腔、第七滤波腔和第八滤波腔均为介质滤波腔，其中，所述金属滤波腔的直径大于所述介质滤波腔的直径。

4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，

所述滤波支路的第一滤波腔与第三滤波腔之间以及第五滤波腔和第八滤波腔之间分别容性交叉耦合；所述滤波支路的第三滤波腔与第五滤波腔之间以及第六滤波腔与第八滤波腔之间分别感性交叉耦合。

5.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，滤波器还包括：

第一耦合探针和第一支撑卡座，所述第一支撑卡座将所述第一耦合探针固定在所述壳体上；所述滤波支路的第一滤波腔与第三滤波腔之间设置有所述第一耦合探针，以实现容性交叉耦合，所述第一耦合探针为圆柱状；

第二耦合探针和第二支撑卡座，所述第二支撑卡座将所述第二耦合探针固定在所述壳体上；所述滤波支路的第五滤波腔与第八滤波腔之间设置有所述第二耦合探针，以实现容性交叉耦合，所述第二耦合探针为Y形。

6.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述金属滤波腔内设置有金属谐振杆和调谐杆，所述金属谐振杆设置有中空内腔，所述调谐杆的一端置于所述中空内腔内，用于调整所述金属滤波腔的谐振频率；

所述介质滤波腔内设置有介质谐振杆和所述调谐杆，所述介质谐振杆上设置有一容置空间，所述调谐杆的一端置于所述容置空间内，用于调整所述介质滤波腔的谐振频率。

7.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述滤波支路的九个滤波腔中依次耦合的两个滤波腔之间、第三滤波腔与第五滤波腔之间和第六滤波腔与第八滤波腔之间均设置有窗口和调谐杆，以实现窗口耦合，所述调谐杆用于调节所述依次耦合的两个滤波腔之间的耦合带宽或所述滤波支路的第三滤波腔与第五滤波腔之间或所述滤波支路的第六滤波腔与第八滤波腔之间的耦合带宽。

8.根据权利要求7所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括加强筋，所述滤波支路的第五滤波腔与第六滤波腔之间以及第七滤波腔和第八滤波腔之间分别设置有所述加强筋。

9.根据权利要求1-8任一项所述的滤波器，其特征在于，

所述滤波支路的带宽范围为：758～788MHz。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括天线和与所述天线连接的射频单元，所述射频单元包括权利要求1-9任一项所述的滤波器，用于对射频信号进行滤波。

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