CN113497317A - 一种滤波器及通信设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种滤波器及通信设备。该滤波器包括：壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；八个滤波腔，设置在壳体上，八个滤波腔沿主耦合路径依次耦合，八个滤波腔中的第三滤波腔和第六滤波腔之间、第三滤波腔和第七滤波腔之间、第四滤波腔和第六滤波腔之间分别形成感性交叉耦合，形成滤波器的三个感性耦合零点；其中，滤波器的带宽范围为879MHz～916MHz。通过这种方式，能够提高滤波器的物料一致性，减少温度漂移，且缩小滤波器的体积，节约成本。

Description

一种滤波器及通信设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种滤波器及通信设备。
背景技术
腔体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；腔体滤波器是由射频连接器、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，现有的腔体滤波器为提高带外抑制等性能，通常在非级联的滤波腔之间形成多个耦合零点，导致排腔结构复杂，体积较大，且物料种类较多，成本较高，温度漂移严重。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种滤波器及通信设备，以提高滤波器的物料一致性，减少温度漂移，且缩小滤波器的体积，节约成本。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种滤波器。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；八个滤波腔，设置在所述壳体上，所述八个滤波腔沿主耦合路径依次耦合，所述八个滤波腔中的第三滤波腔和第六滤波腔之间、第三滤波腔和第七滤波腔之间、第四滤波腔和第六滤波腔之间分别形成感性交叉耦合，形成所述滤波器的三个感性耦合零点；其中，所述滤波器的带宽范围为879MHz～916MHz。
可选地，所述八个滤波腔划分成沿所述第一方向排布的三列；所述八个滤波腔中的第五滤波腔、第六滤波腔、第七滤波腔及第八滤波腔为一列且沿所述第二方向依次排布，所述八个滤波腔中的第二滤波腔、第三滤波腔及第四滤波腔为一列且沿所述第二方向依次排布，所述八个滤波腔中的第一滤波腔位一列；所述第二滤波腔的中心在所述第一方向上的投影位于所述第一滤波腔的中心和所述第八滤波腔的中心在所述第一方向上的投影之间；所述第二滤波腔的中心在所述第二方向上的投影位于所述的第七滤波腔的中心和所述第八滤波腔的中心在所述第二方向上的投影之间；所述第一滤波腔的中心在所述第二方向上的投影与所述第八滤波腔的中心在所述第二方向上的投影重叠。八个滤波腔划分成沿第一方向排布的三列，且每一列滤波腔沿第二方向排布，能够避免滤波器沿第一方向和沿第二方向的尺寸过大；且该三列滤波腔交错设置，使得滤波器的排腔规则，便于加工及缩小其体积。
可选地，所述第三滤波腔和所述第六滤波腔之间、所述第三滤波腔和所述第七滤波腔之间、所述第四滤波腔和所述第六滤波腔之间分别设置第一窗口。通过第一窗口实现感性交叉耦合。
可选地，所述第一窗口设有调节杆；所述第四滤波腔和所述第六滤波腔之间的第一窗口还设有金属耦合筋。通过调节杆调节感性交叉耦合的耦合强度，通过金属耦合筋提高感性交叉耦合的耦合强度。
可选地，所述八个滤波腔沿所述主耦合路径依次相邻设置，且任意一组相邻设置的滤波腔之间分别设有第二窗口。主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间通过第二窗口进行电磁能量传递。
可选地，所述第二窗口设有调节杆。通过调节杆调节主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间的耦合强度。
可选地，所述第三滤波腔与所述第四滤波腔之间的第二窗口、所述第七滤波腔与所述第八滤波腔之间的第二窗口还分别设有加强筋。通过加强筋提高主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间的耦合强度。
可选地，每个所述滤波腔内设置有：谐振杆，包括U形侧壁及由所述U形侧壁形成的中空内腔；调谐杆，所述调谐杆的一端置于所述中空内腔内。可以通过调节调谐杆在中空内腔内的深度来调节谐振腔的谐振频率。
可选地，所述U形侧壁的两端向背离所述中空内腔的方向弯折延伸，以在所述U形侧壁的两端形成盘状结构，所述盘状结构与所述U形侧壁的底部平行设置。U形侧壁两端的盘状结构能够加大谐振杆的信号耦合量。
为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种通信设备。所述通信设备包括天线和与所述天线连接的射频单元，所述射频单元包括上述滤波器，用于对射频信号进行滤波。
本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请实施例滤波器包括：壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；八个滤波腔，设置在壳体上，八个滤波腔沿主耦合路径依次耦合，八个滤波腔中的第三滤波腔和第六滤波腔之间、第三滤波腔和第七滤波腔之间、第四滤波腔和第六滤波腔之间分别形成感性交叉耦合，形成滤波器的三个感性耦合零点；其中，滤波器的带宽范围为879MHz～916MHz。本申请实施例滤波器能够实现879MHz～916MHz带宽的滤波；本申请实施例滤波器通过五个滤波腔实现三个耦合零点，能够在保证带外抑制性能的同时，使排腔更紧凑，能够缩小滤波器的体积；本申请实施例滤波器的耦合零点均为感性耦合零点，不仅能够提高物料一致性，节约成本，而且还能够改善滤波器的温度漂移的问题。
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实施例滤波器的拓扑结构示意图；
图3是图1实施例滤波器中调谐杆、谐振杆及安装柱组合结构的结构示意图；
图4是图1实施例滤波器的等效电路结构示意图；
图5是图1实施例滤波器的仿真结构示意图；
图6是本申请通信设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请首先提出一种滤波器，如图1至图5所示，图1是本申请滤波器一实施例的结构示意图；图2是图1实施例滤波器的拓扑结构示意图；图3是图1实施例滤波器中调谐杆、谐振杆及安装柱组合结构的结构示意图；图4是图1实施例滤波器的等效电路结构示意图；图5是图1实施例滤波器的仿真结构示意图。本实施例滤波器10包括：壳体11和八个滤波腔A1-A8，其中，壳体11具有相互垂直的第一方向x和第二方向y；八个滤波腔A1-A8设置在壳体11上，八个滤波腔A1-A8沿主耦合路径依次耦合，并在第三滤波腔A3和第六滤波腔A6之间、第三滤波腔A3和第七滤波腔A7之间、第四滤波腔A4和第六滤波腔A6之间分别感性交叉耦合，以形成滤波器10的三个感性耦合零点；其中，滤波器10的带宽范围为879MHz～916MHz。
其中，八个滤波腔A1-A8包括：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。
滤波腔是一种选频和抑制信号的通信设备，滤波腔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滤波腔。
区别于现有技术，本实施例滤波器10能够实现879MHz～916MHz带宽的滤波；本实施例滤波器10通过五个滤波腔A3-A7实现三个耦合零点，能够在保证带外抑制性能的同时，使排腔更紧凑，能够缩小滤波器10的体积；本实施例滤波器10的耦合零点均为感性耦合零点，不仅能够提高物料一致性，节约成本，而且还能够改善滤波器10的温度漂移的问题。
可选地，如图1所示，八个滤波腔A1-A8划分成沿第一方向x排布的三列；其中，第五滤波腔A5、第六滤波腔A6、第七滤波腔A7及第八滤波腔A8为一列且沿第二方向y依次排布，第二滤波腔A2、第三滤波腔A3及第四滤波腔A4为一列且沿第二方向y依次排布，第一滤波腔A1为一列；第二滤波腔A2的中心在第一方向x上的投影位于第一滤波腔A1的中心和第八滤波腔A8的中心在第一方向x上的投影之间，第二滤波腔A2的中心在第二方向y上的投影位于第七滤波腔A7的中心和第八滤波腔A8的中心在第二方向y上的投影之间，第一滤波腔A1的中心在第二方向y上的投影与第八滤波腔A8的中心在第二方向y上的投影重叠。
由上述分析可知，八个滤波腔A1-A8划分成沿第一方向x排布的三列，且每一列滤波腔沿第二方向y排布，能够避免滤波器10沿第一方向x和沿第二方向y的尺寸过大；且该三列滤波腔交错设置，使得滤波器10的排腔规则，便于加工及缩小其体积。
如图1和图3所示，八个滤波腔A1-A8内均设置有谐振杆20和调谐杆30；其中，谐振杆20包括U形侧壁210及由U形侧壁210形成的中空内腔220，调谐杆30的一端置于中空内腔220内；可以通过调节调谐杆30在中空内腔220内的深度来调节谐振腔的谐振频率。
其中，本实施例的谐振杆20、中空内腔220及调谐杆30同轴设置。
可选地，如图3所示，U形侧壁210的两端向背离中空内腔220的方向弯折延伸，以在U形侧壁210的两端形成盘状结构230，盘状结构230与U形侧壁210的底部平行设置。
U形侧壁210两端的盘状结构230能够加大谐振杆20的信号耦合量。
可选地，本实施例的八个滤波腔A1-A8可以为金属滤波腔，谐振杆20可以为金属谐振杆。
其中，本实施例的谐振杆20材质可以是hpb59-1铅黄铜。当然，在其它实施例中，谐振杆还可以是M8号或者M4号螺杆等，采用银材质等材质。
八个滤波腔A1-A8的尺寸相同，便于生产，节约成本。八个滤波腔A1-A8的半径可以小于29mm，例如，28mm、27mm、26mm等。
可选地，如图3所示，壳体11上还设有安装柱40，U形侧壁210固定在安装柱40上。谐振杆20通过安装柱40固定在壳体11上。
进一步地，还可以在U形侧壁210的底部上设置安装孔(图未标)，安装柱40的一端固定在壳体11上，安装柱40的另一端安装在安装孔内，以将谐振杆20固定在安装柱40上；该安装孔可以是通孔，该安装孔可以是螺纹孔，安装柱40为螺柱。在其它实施例中，该安装孔还可以是盲孔。
进一步地，滤波器10还包括盖板(图未示)，盖设在八个滤波腔A1-A8上，且调谐杆30的另一端穿设在盖板上，其中，调谐杆30可以是金属螺杆。
如图1和图2所示，第三滤波腔A3和第六滤波腔A6之间、第三滤波腔A3和第七滤波腔A7之间、第四滤波腔A4和第六滤波腔A6之间分别感性交叉耦合，以形成滤波器10的三个高端耦合零点，能够提高滤波器10高端抑制性能。
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。
可选地，本实施例在第三滤波腔A3和第六滤波腔A6之间、第三滤波腔A3和第七滤波腔A7之间、第四滤波腔A4和第六滤波腔A6之间分别设置第一窗口，通过第一窗口实现感性交叉耦合。
可选地，为调节感性交叉耦合的耦合强度，可以在第一窗口设置调节杆60。例如在第三滤波腔A3和第六滤波腔A6之间的第一窗口、第三滤波腔A3和第七滤波腔A7之间的第一窗口、第四滤波腔A4和第六滤波腔A6之间的第一窗口分别设置调节杆60。
为提高感性交叉耦合的耦合强度，可以在第一窗口设置金属耦合筋70，例如在第四滤波腔A4和第六滤波腔A6之间的第一窗口设置金属耦合筋70，以提高第四滤波腔A4和第六滤波腔A6之间的耦合强度。
如图1所示，八个滤波腔A1-A8沿主耦合路径依次相邻排布，且任意一组相邻设置的滤波腔之间均设有第二窗口(图未标)，主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间通过第二窗口进行电磁能量传递。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之间分别设置第二窗口。
本实施例滤波器10还包括多个调节杆50和多个加强筋80。
为调节主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间的耦合强度，可以在第二窗口设置调节杆50，例如在第一滤波腔A1与第二滤波腔A2之间的第二窗口、第二滤波腔A2与第三滤波腔A3之间的第二窗口、第三滤波腔A3与第四滤波腔A4之间的第二窗口、第四滤波腔A4与第五滤波腔A5之间的第二窗口、第五滤波腔A5与第六滤波腔A6之间的第二窗口、第六滤波腔A6与第七滤波腔A7之间的第二窗口、第七滤波腔A7与第八滤波腔A8之间的第二窗口分别设置调节杆50。
为提高主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间的耦合强度，可以在第二窗口设置加强筋80，例如在第三滤波腔A3与第四滤波腔A4之间的第二窗口、第七滤波腔A7与第八滤波腔A8之间的第二窗口分别设置加强筋80。
进一步地，如图1所示，本实施例滤波器10还包括：输入端口(图未示)和输出端口(图未示)，输入端口与滤波器10的第一滤波腔A1连接，输出端口与滤波器10的第八滤波腔A8连接。
输入端口和输出端口均为抽头，输入端口与第一滤波腔A1内的谐振杆20连接，将电磁信号输入至第一滤波腔A1；输出端口与第八滤波腔A8内的谐振杆20连接，将第八滤波腔A8内的电磁信号输出。
本实施例滤波器10的等效电路如图4所示，输入端口处的阻抗Z1约为50欧姆，输出端口处的阻抗Z2约为50欧姆；为保证电磁信号在滤波器10的滤波腔A1-A8之间传输，需要在输入端口与第一滤波腔A1之间、主耦合路径上的相邻滤波腔之间、形成交叉耦合的非级联的滤波腔之间及第八滤波腔A8与输出端口之间分别设置阻抗调节器ZV，以实现阻抗匹配。
本实施例滤波器10的仿真结果如图5所示，从图5中可知，本实施例滤波器10的带宽约为879MHz～916MHz；如频带曲线S1所示，共有三个高端耦合零点a、b、c；频点880MHz(m1)的抑制为-0.744dB，频点915MHz(m2)的抑制为-1.347dB，使得滤波器10具有带内损耗小(小于1.8dB)的特性；且频点925MHz(m3)的抑制为-181.879dB，频点935MHz(m4)的抑制为-91.971dB，使得滤波器10具有强抗干扰能力(通带外10MHz大于75dB抑制，25MHz频段抑制大于85dB)的性能。
本实施例滤波器10是一种应用于5G移动通信系统的8阶微波滤波器，其工作频段为879MHz～916MHz，具有带内损耗小(小于1.8dB),零点强零点多(连续5个腔产生3个强零点)，强抗干扰能力(通带外10MHz大于75dB抑制，25MHz频段抑制大于85dB)的特点。
本申请实施例滤波器损耗小，能够确保通信模块低能耗；滤波器由8阶谐振腔组合设计，并且导入耦合零点结构，具备强抗干扰能力，能够确保通信系统不受杂散信号干扰；滤波器设计方案简洁，成本低廉，具有良好的结构与电性能稳定性；滤波器能够满足目前最新型5G移动通信系统的使用，滤波器主要涉及900MHz频段。
本申请进一步提出一种通信设备，如图6所示，图6是本申请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32和与天线32连接的射频单元31，射频单元31包括如上述实施例所示的滤波器10，滤波器10用于对射频信号进行滤波。
在其他实施例子中，射频单元31还可以和天线32一体设置，一形成有源天线单元(Active Antenna Unit，AAU)。
区别于现有技术，本申请实施例滤波器包括：本申请实施例滤波器包括：壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；八个滤波腔，设置在壳体上，八个滤波腔沿主耦合路径依次耦合，八个滤波腔中的第三滤波腔和第六滤波腔之间、第三滤波腔和第七滤波腔之间、第四滤波腔和第六滤波腔之间分别形成感性交叉耦合，形成滤波器的三个感性耦合零点；其中，滤波器的带宽范围为879MHz～916MHz。本申请实施例滤波器能够实现879MHz～916MHz带宽的滤波；本申请实施例滤波器通过五个滤波腔实现三个耦合零点，能够在保证带外抑制性能的同时，使排腔更紧凑，能够缩小滤波器的体积；本申请实施例滤波器的耦合零点均为感性耦合零点，不仅能够提高物料一致性，节约成本，而且还能够改善滤波器的温度漂移的问题。
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；
八个滤波腔，设置在所述壳体上，所述八个滤波腔沿主耦合路径依次耦合，所述八个滤波腔中的第三滤波腔和第六滤波腔之间、第三滤波腔和第七滤波腔之间、第四滤波腔和第六滤波腔之间分别形成感性交叉耦合，形成所述滤波器的三个感性耦合零点；
其中，所述滤波器的带宽范围为879MHz～916MHz。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述八个滤波腔划分成沿所述第一方向排布的三列；
所述八个滤波腔中的第五滤波腔、第六滤波腔、第七滤波腔及第八滤波腔为一列且沿所述第二方向依次排布，所述八个滤波腔中的第二滤波腔、第三滤波腔及第四滤波腔为一列且沿所述第二方向依次排布，所述八个滤波腔中的第一滤波腔位一列；
所述第二滤波腔的中心在所述第一方向上的投影位于所述第一滤波腔的中心和所述第八滤波腔的中心在所述第一方向上的投影之间；所述第二滤波腔的中心在所述第二方向上的投影位于所述的第七滤波腔的中心和所述第八滤波腔的中心在所述第二方向上的投影之间；所述第一滤波腔的中心在所述第二方向上的投影与所述第八滤波腔的中心在所述第二方向上的投影重叠。
3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述第三滤波腔和所述第六滤波腔之间、所述第三滤波腔和所述第七滤波腔之间、所述第四滤波腔和所述第六滤波腔之间分别设置第一窗口。
4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述第一窗口设有调节杆；
所述第四滤波腔和所述第六滤波腔之间的第一窗口还设有金属耦合筋。
5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述八个滤波腔沿所述主耦合路径依次相邻设置，且任意一组相邻设置的滤波腔之间分别设有第二窗口。
6.根据权利要求5所述的滤波器，其特征在于，所述第二窗口设有调节杆。
7.根据权利要求5所述的滤波器，其特征在于，所述第三滤波腔与所述第四滤波腔之间的第二窗口、所述第七滤波腔与所述第八滤波腔之间的第二窗口还分别设有加强筋。
8.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，每个所述滤波腔内设置有：
谐振杆，包括U形侧壁及由所述U形侧壁形成的中空内腔；
调谐杆，所述调谐杆的一端置于所述中空内腔内。
9.根据权利要求8所述的滤波器，其特征在于，所述U形侧壁的两端向背离所述中空内腔的方向弯折延伸，以在所述U形侧壁的两端形成盘状结构，所述盘状结构与所述U形侧壁的底部平行设置。
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，所述射频单元包括如权利要求1-9任意一项所述的滤波器，用于对射频信号进行滤波。
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CN113054354A (zh) * 2019-12-27 2021-06-29 深圳市大富科技股份有限公司 一种滤波器及通信设备

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