CN113839160A - 一种通信设备及其介质波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种通信设备及其介质波导滤波器，该介质波导滤波器包括介质体；金属层，覆设在介质体上；其中，介质体设置有依次耦合的六个滤波腔，六个滤波腔中的第二滤波腔与第五滤波腔之间容性交叉耦合，以形成两个交叉耦合零点；其中，介质波导滤波器的带宽范围为3450MHz‑3550MHz。本申请介质波导滤波器能够实现3450MHz‑3550MHz带宽的滤波；同时介质波导滤波器形成两个交叉耦合零点，能够实现对滤波器带宽的强抑制效果，提高滤波器的阻带抑制性能。

Description

一种通信设备及其介质波导滤波器

技术领域

本申请涉及微波通信领域，特别是涉及一种通信设备及其介质波导滤波器。

背景技术

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。传统的金属腔体滤波器由于需要多个谐振器单元以及频率调谐与耦合强度调节组件，通常具有体积大、成本高以及集成度低的问题。

发明内容

本申请提供一种通信设备及其介质波导滤波器，以减小滤波器体积，降低生产成本以及提高集成度。

为解决上述技术问题，本申请提供一种介质波导滤波器，该介质波导滤波器包括：介质体；金属层，覆设在介质体上；其中，介质体设置有依次耦合的六个滤波腔，六个滤波腔中的第二滤波腔与第五滤波腔之间容性交叉耦合，以形成两个交叉耦合零点；其中，介质波导滤波器的带宽范围为3450MHz-3550MHz。

其中，六个滤波腔划分为沿第二方向排列的两列，第一方向与第二方向垂直设置；六个滤波腔的第一滤波腔、第二滤波腔以及第三滤波腔为一列且沿第一方向依次排列；六个滤波腔的第六滤波腔、第五滤波腔以及第四滤波腔为一列且沿第一方向依次排列。

其中，第一滤波腔的中心在第一方向上的投影与第六滤波腔的中心在第一方向上的投影重合；第二滤波腔的中心在第一方向上的投影与第五滤波腔的中心在第一方向上的投影重合；第三滤波腔的中心在第一方向上的投影与第四滤波腔的中心在第一方向上的投影重合。

其中，第二滤波腔与第五滤波腔之间设置有第一凹槽和第二凹槽，第二凹槽位于所述第一凹槽的下方。

其中，第一凹槽沿第一方向的截面形状为长方形，第二凹槽沿所述第一方向的截面形状为工字形。

其中，第一凹槽包括侧壁与底壁，侧壁与底壁均为非电镀面。

其中，第二滤波腔与第五滤波腔之间设置有耦合调节孔，耦合调节孔设置于介质体的第二表面，第一凹槽设置在介质体的第一表面，第一表面与第二表面对称设置。

其中，每个滤波腔设置有谐振杆，谐振杆设置于第二表面，谐振杆包括U形侧壁及由U形侧壁形成的中空内腔。

其中，第三滤波腔与第四滤波腔均设置有谐振柱，谐振柱与谐振杆对称设置，谐振柱设置于第一表面，谐振柱包括柱状侧壁以及由柱状侧壁形成的中空内腔，第一表面设置有两个第三凹槽，第三凹槽与由柱状侧壁形成的中空内腔连通；其中，第三滤波腔和第四滤波腔在第一表面的投影与两个谐振柱在第一表面的投影重合。

为解决上述技术问题，本申请提供一种通信设备，该通信设备包括天线以及与天线连接的射频单元；射频单元包括如上述的介质波导滤波器，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，本申请介质波导滤波器能够实现3450MHz-3550MHz带宽的滤波；同时介质波导滤波器形成两个交叉耦合零点，能够实现对滤波器带宽的强抑制效果，提高滤波器的阻带抑制性能。本申请通过在介质体上形成六个依次耦合的滤波腔，无需设置多个谐振器，能够减小滤波器体积，降低生产成本以及提高集成度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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是本申请介质波导滤波器一实施例的第一结构示意图；

图2是本申请介质波导滤波器一实施例的第二结构示意图；

图3是本申请介质波导滤波器一实施例的第三结构示意图；

图4是本申请介质波导滤波器的拓扑结构示意图；

图5是本申请介质波导滤波器的仿真结果示意图；

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

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的介质波导滤波器及通信设备做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。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他步骤或单元。

请参阅图1至图5，图1是本申请介质波导滤波器一实施例的第一结构示意图；图2是本申请介质波导滤波器一实施例的第二结构示意图；图3是本申请介质波导滤波器一实施例的第三结构示意图；图4是本申请介质波导滤波器的拓扑结构示意图；图5是本申请介质波导滤波器的仿真结果示意图。

本实施例介质波导滤波器1包括介质体10以及金属层(图未标)。金属层覆设在介质体10上，介质体10上设置有依次耦合的六个滤波腔，具体为第一滤波腔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以及第六滤波腔A6。第二滤波腔A2与第五滤波腔A5之间容性交叉耦合，以形成两个交叉耦合零点。其中，介质波导滤波器1的带宽范围为3450MHz-3550MHz。

区别于现有技术，本实施例介质波导滤波器1的第二滤波腔A2与第五滤波腔A5之间容性交叉耦合，在通带的两端各形成一个交叉耦合零点，能够实现对介质波导滤波器1带宽的强抑制效果，因此，能够提高介质波导滤波器1的阻带抑制性能。通过上述方式，本实施例介质波导滤波器1能够实现3450MHz-3550MHz带宽的滤波。

如图1所示，介质体10包括第一方向Ⅰ和第二方向Ⅱ，第一方向Ⅰ与第二方向Ⅱ垂直设置，六个滤波腔划分为第二方向Ⅱ排列的两列。第一滤波腔A1、第二滤波腔A2以及第三滤波腔A3为一列且沿第一方向Ⅰ依次排列；第六滤波腔A6、第五滤波腔A5以及第四滤波腔A4为一列且沿第一方向Ⅰ依次排列。

其中，第一滤波腔A1的中心在第一方向Ⅰ上的投影与第六滤波腔A6的中心在第一方向Ⅰ上的投影重合；第二滤波腔A2的中心在第一方向Ⅰ上的投影与第五滤波腔A5的中心在第一方向Ⅰ上的投影重合；第三滤波腔A3的中心在第一方向Ⅰ上的投影与第四滤波腔A4的中心在第一方向Ⅰ上的投影重合。

由图1可知，六个滤波腔划分为沿第二方向Ⅱ规则排布的两列，并且第一滤波腔A1与第六滤波腔A6、第二滤波腔A2与第五滤波腔A5以及第三滤波腔A3与第四滤波腔A4的投影重合，便于设计，加工工艺简单，提高加工效率，同时能够缩小介质波导滤波器1体积。

如图2-3所示，介质体10的第一表面11上设置有第一凹槽13、第二凹槽14、第三凹槽(图未示)以及谐振柱17，介质体10的第二表面12上设置有谐振杆16以及耦合调节孔15。其中，第一表面11与第二表面12对称设置。

第二凹槽14位于第一凹槽13的下方，第二凹槽14与第一凹槽13设置于第二滤波腔A2与第五滤波腔A5之间。第一凹槽13沿第一方向Ⅰ的截面形状为长方形，第二凹槽14沿第一方向Ⅰ的截面形状为工字形。第一凹槽13包括侧壁131以及底壁132，第二凹槽14包括侧壁141以及底壁142。其中，侧壁131以及底壁132为非电镀面，侧壁141以及底壁142为电镀面，即侧壁141以及底壁142上涂覆有金属层。

耦合调节孔15与第二凹槽14和第一凹槽13对称设置。介质体10上覆设有金属层，即耦合调节孔15的内侧壁涂覆有金属层，耦合调节孔15与第二凹槽14上的金属层可以实现信号的传输。

耦合调节孔15、第二凹槽14与第一凹槽13形成负耦合结构，通过调节第二凹槽14的长度与深度或耦合调节孔15的深度，能够调节负耦合的大小。其中，第二凹槽14的长度与深度和负耦合的大小成反比，耦合调节孔15的深度与负耦合的大小成反比，即第二凹槽14的长度越长或深度越深时，负耦合的强度越强；耦合调节孔15深度越深时，负耦合的强度越强。

每一个滤波腔对应设置有谐振杆16，谐振杆16包括U形侧壁161及由U形侧壁161形成的中空内腔162。每一个滤波腔可通过调节谐振杆16调试滤波腔的谐振频率。

第三滤波腔A3与第四滤波腔A4进一步设置有谐振柱17，谐振柱17与谐振杆16对称设置，谐振柱17包括柱状侧壁171以及由柱状侧壁171形成的中空内腔172，第三凹槽与由柱状侧壁171形成的中空内腔172连通。本实施例介质波导滤波器1可以通过调节两个第三凹槽的深度，进一步调节第三滤波腔A3与第四滤波腔A4的谐振频率。其中，第三滤波腔A3和第四滤波腔A4在第一表面11的投影与两个谐振柱17在第一表面11的投影重合。

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。

如图4所示，第二滤波腔A2与第五滤波腔A5之间设置有第一窗口(图未标)，通过第一窗口实现容性交叉耦合，相当于第二滤波腔A2与第五滤波腔A5之间通过电容C连接，使得介质波导滤波器1在通带的高端和低端分别产生一个传输零点，即两个容性交叉耦合零点。

本实施例的六个滤波腔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之间以及第五滤波腔A5与第六滤波腔A6之间分别设置第二窗口。

进一步地，本实施例介质波导滤波器1还包括：输入端口(图未示)和输出端口(图未示)，输入端口与介质波导滤波器1的第一滤波腔A1连接，输出端口与介质波导滤波器1的第六滤波腔A6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16连接，将电磁信号输入至第一滤波腔A1；输出端口与第六滤波腔A6内的谐振杆16连接，将第六滤波腔A6的电磁信号输出。

进一步参阅图1-3，介质体10上进一步设置有隔离结构18。可选地，隔离结构18可为隔离通槽。本实施例通过设置两个十字形的隔离通槽，分隔出六个滤波腔。

本实施例介质波导滤波器1的仿真结果如图5所示，从图5中可知，本实施例介质波导滤波器1的带宽约为3450MHz-3550MHz；如频带曲线S1所示，共有两个低端耦合零点a、b和一个高端耦合零点c。a点处的抑制超过120dB，b点处的抑制超过80dB，c点处的抑制超过50dB，即介质波导滤波器1通带外低端的抑制大于80dB，通带外高端的抑制大于50dB，使得介质波导滤波器1具有强抗干扰能力的性能。

其中，第二滤波腔A2与第五滤波腔A5之间的容性交叉耦合在通带的高端和低端分别产生一个传输零点，其他滤波腔之间的串联耦合进一步形成低端的一个传输零点。

因此，本实施例介质波导滤波器1是一种应用于5G移动通信系统的6阶介质波导滤波器1，其工作频段为3450MHz-3550MHz，具有强抗干扰能力，整体体积小，重量轻的特点。

请参阅图6，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20包括天线22和与天线22连接的射频单元21，射频单元21包括如上述实施例所示的介质波导滤波器1，介质波导滤波器1用于对射频信号进行滤波。在其他实施例子中，射频单元21还可以和天线22一体设置，一形成有源天线单元(Active Antenna Unit，AAU)。

可选地，通信设备20为单工器、双工器、分路器、合路器以及塔顶放大器中的一种。

以上仅为本申请的实施例，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)

1.一种介质波导滤波器，其特征在于，所述介质波导滤波器包括：

介质体；

金属层，覆设在所述介质体上；

其中，所述介质体设置有依次耦合的六个滤波腔，所述六个滤波腔中的第二滤波腔与第五滤波腔之间容性交叉耦合，以形成两个交叉耦合零点；其中，所述介质波导滤波器的带宽范围为3450MHz-3550MHz。

2.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于，

所述六个滤波腔划分为沿第二方向排列的两列，第一方向与所述第二方向垂直设置；

所述六个滤波腔的第一滤波腔、第二滤波腔以及第三滤波腔为一列且沿所述第一方向依次排列；

所述六个滤波腔的第六滤波腔、第五滤波腔以及第四滤波腔为一列且沿所述第一方向依次排列。

3.根据权利要求2所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第一滤波腔的中心在所述第一方向上的投影与所述第六滤波腔的中心在所述第一方向上的投影重合；

所述第二滤波腔的中心在所述第一方向上的投影与所述第五滤波腔的中心在所述第一方向上的投影重合；

所述第三滤波腔的中心在所述第一方向上的投影与所述第四滤波腔的中心在所述第一方向上的投影重合。

4.根据权利要求3所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第二滤波腔与所述第五滤波腔之间设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第二凹槽位于所述第一凹槽的下方。

5.根据权利要求4所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第一凹槽沿所述第一方向的截面形状为长方形，所述第二凹槽沿所述第一方向的截面形状为工字形。

6.根据权利要求5所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第一凹槽包括侧壁与底壁，所述侧壁与所述底壁均为非电镀面。

7.根据权利要求4所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第二滤波腔与所述第五滤波腔之间设置有耦合调节孔，所述耦合调节孔设置于所述介质体的第二表面，所述第一凹槽设置在所述介质体的第一表面，所述第一表面与所述第二表面对称设置。

8.根据权利要求7所述的介质波导滤波器，其特征在于，每个所述滤波腔设置有谐振杆，所述谐振杆设置于所述第二表面，所述谐振杆包括U形侧壁及由所述U形侧壁形成的中空内腔。

9.根据权利要求8所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第三滤波腔与所述第四滤波腔均设置有谐振柱，所述谐振柱与所述谐振杆对称设置，所述谐振柱设置于所述第一表面，所述谐振柱包括柱状侧壁以及由所述柱状侧壁形成的中空内腔，所述第一表面设置有两个第三凹槽，所述第三凹槽与由所述柱状侧壁形成的中空内腔连通；

其中，所述第三滤波腔和所述第四滤波腔在所述第一表面的投影与两个所述谐振柱在所述第一表面的投影重合。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括天线以及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任意一项所述的介质波导滤波器，用于对射频信号进行滤波。

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