CN113851798B - 一种具有负耦合结构的介质滤波器、多工器、通信天线 - Google Patents
一种具有负耦合结构的介质滤波器、多工器、通信天线 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种具有负耦合结构的介质滤波器，包括固体介质本体和设置在所述固体介质本体上的负耦合结构，所述固体介质本体上至少设置有两个调试孔，两个所述调试孔为盲孔，所述负耦合结构包括介电常数大于固体介质本体的介质块，所述介质块设置在两个所述调试孔之间的固体介质本体中，所述介质块上设置有负耦合孔，所述负耦合孔的深度小于调试孔的深度。本发明还公开了一种多工器和通信天线。本发明通过改变负耦合结构的设计，改变负耦合孔的深度，不仅有利于加工时提高产品的良率，还可以延长产品的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种具有负耦合结构的介质滤波器、多工器、通信天线。
背景技术
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。随着无线通信系统的快速发展，要求滤波器具有低插损，高抑制，承受功率大，低成本，小型化等特点。其中，采用高介电常数的陶瓷介质材料制作滤波器本体，同时在介质块表面镀银起电磁屏蔽作用，这样实现的小型化介质滤波器，由于其尺寸和重量低于传统的金属波导滤波器，现广泛应用于各种射频模块中。
随着5G时代的到来，要求整个通讯系统高性能化、小型化。现有的滤波器结构已经不能满足5G低延时、更高速、更可靠的要求。为了满足5G通信基站的要求，谐振器及滤波器的结构设计也越来越复杂。为了实现高选择性和大容量的特性，腔体滤波器需要引入交叉耦合结构来达到更高的带外抑制。只有利用谐振器交叉耦合作用来获得传输零点(TZ)才可以满足越来越严格的性能要求。
由于固体介质滤波器电容耦合难度较大，结构比较复杂，目前电容耦合难度大的问题主要是依赖在介质本体上设置负耦合结构，目前主要采用的负耦合结构大多是根据专利CN104604022A所公开的结构，这种结构是在两个调试孔之间设置负耦合孔，实现交叉耦合，但是为了得到体积较小的电容，需要将负耦合孔的深度做得足够深，一般要大于两侧的调试孔深度。这种结构导致了滤波器在压制成型过程中，不仅容易产生开裂、拉伤等诸多问题，良率较低，还会直接影响到产品长期可靠性寿命。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有负耦合结构的介质滤波器，通过改变负耦合结构的设计，改变负耦合孔的深度，不仅有利于加工时提高产品的良率，还可以延长产品的使用寿命。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种具有负耦合结构的介质滤波器，包括固体介质本体和设置在所述固体介质本体上的负耦合结构，所述固体介质本体上至少设置有两个调试孔，两个所述调试孔为盲孔，所述负耦合结构包括介电常数大于固体介质本体的介质块，所述介质块设置在两个所述调试孔之间的固体介质本体中，所述介质块上设置有负耦合孔，所述负耦合孔的深度小于调试孔的深度。
作为进一步优选的方案，本发明所述的负耦合孔的深度h与介质块的介电常数k1、固体介质本体的介电常数k之间的关系满足：k1/k值越大，h值越小。
作为进一步优选的方案，本发明所述的k1/k的取值范围为2～200。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质块与所述固体介质本体的接触面存在界面。
作为进一步优选的方案，本发明所述的负耦合孔的深度小于或等于1/2调试孔的深度。
作为进一步优选的方案，本发明所述的固体介质本体和介质块均采用介电常数大于2的材料。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质块的上表面与所述固体介质本体上表面在同一水平面，所述介质块的下表面与所述固体介质本体的下表面在同一水平面。
作为进一步优选的方案，本发明所述的介质块的上表面与所述固体介质本体上表面在同一水平面，所述介质块的下表面位于所述固体介质本体内部。
作为进一步优选的方案，本发明所述的固体介质本体上设置有与所述介质块配合的缺口，所述介质块设置在缺口中与固体介质本体无缝连接。
作为进一步优选的方案，本发明所述的缺口底部位于所述固体介质本体内，所述缺口为两面开口的槽。
作为进一步优选的方案，本发明所述的缺口为三面开口的槽。
本发明还提供一种多工器，所述多工器包括本发明所述的负耦合结构的介质滤波器。
本发明还提供一种通信天线，所述通信天线包括本发明所述的负耦合结构的介质滤波器。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的具有负耦合结构的介质滤波器，介质块的介电常数大于固体介质本体的介电常数，两个介质块的介电常数不同，可以保证滤波器在同等性能的情况下可以使调试孔的深度和负耦合孔的深度变浅，介质块的介电常数越大，负耦合孔的深度越浅，同时调试孔的深度越浅，从而使介质滤波器的加工变得容易，不易产生开裂、拉伤等问题，良品比例得到提高，大大节约了介质滤波器的制造成本。
2.本发明所述的具有负耦合结构的介质滤波器在不同材料的界面可以进行金属化和刻蚀窗口，实现更灵活的耦合设计。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明所述的具有负耦合结构的介质滤波器的结构示意图；
图2为本发明实施例1所述的具有负耦合结构的介质滤波器的结构图；
图3为本发明实施例2所述的具有负耦合结构的介质滤波器的结构图；
图4为本发明所述的具有负耦合结构的介质滤波器产生零点位置的效果图；
其中，各附图标记为：10、固体介质本体；11、调试孔；20、介质块；21负耦合孔。
具体实施方式
本发明中出现的相关术语的解释：
“固体介质本体”是指谐振器的本体部分，所述“介质块”是与“固体介质本体”介电常数不同的部分。
如图1所示，本发明所述的具有负耦合结构的介质滤波器，包括固体介质本体10和设置在所述固体介质本体10上的负耦合结构，所述固体介质本体10上至少设置有两个调试孔11，两个所述调试孔11为盲孔，所述负耦合结构包括介电常数大于固体介质本体的介质块20，所述介质块20设置在两个所述调试孔之间的固体介质本体11中，所述介质块20上设置有与所述调试孔11开口方向相同的负耦合孔21，所述负耦合孔21的深度小于调试孔11的深度。
实施例1
如图2所示，在该实施例中，所述具有负耦合结构的介质滤波器，包括固体介质本体和设置在所述固体介质本体10上的负耦合结构，所述固体介质本体10上至少设置有两个调试孔11，两个所述调试孔11为盲孔，所述负耦合结构包括介电常数大于固体介质本体的介质块20，所述介质块20设置在两个所述调试孔之间的固体介质本体10中，介质块20的上表面与所述固体介质本体10上表面在同一水平面，所述介质块20的下表面与所述固体介质本体10的下表面在同一水平面；所述介质块20上设置有与所述调试孔11开口方向相同的负耦合孔21，所述负耦合孔21的深度小于调试孔11的深度。在该方案中，介质块的上下表面与所述固体介质本体的上下表面一致。
实施例2
如图3所示，在该实施例中，所述具有负耦合结构的介质滤波器，包括固体介质本体10和设置在所述固体介质本体10上的负耦合结构，所述固体介质本体10上至少设置有两个调试孔11，两个所述调试孔11为盲孔，所述负耦合结构包括介电常数大于固体介质本体10的介质块20，所述介质块20设置在两个所述调试孔11之间的固体介质本体10中，介质块20的上表面与所述固体介质本体10上表面在同一水平面，所述介质块20的下表面位于所述固体介质本体10内部；所述介质块20上设置有与所述调试孔11开口方向相同的负耦合孔21，所述负耦合孔21的深度小于调试孔11的深度。
实施例3
在该实施例中，所述具有负耦合结构的介质滤波器，包括固体介质本体和设置在所述固体介质本体上的负耦合结构，所述固体介质本体上至少设置有两个调试孔，两个所述调试孔为盲孔，所述负耦合结构包括介电常数大于固体介质本体的介质块，所述固体介质本体上设置有与所述介质块配合的缺口，所述介质块设置在缺口中与固体介质本体无缝连接；所述缺口为两面开口槽；所述介质块上设置有与所述调试孔开口方向相同的负耦合孔，所述负耦合孔的深度小于调试孔的深度。
实施例4
在该实施例中，所述具有负耦合结构的介质滤波器，包括固体介质本体和设置在所述固体介质本体上的负耦合结构，所述固体介质本体上至少设置有两个调试孔，两个所述调试孔为盲孔，所述负耦合结构包括介电常数大于固体介质本体的介质块，所述固体介质本体上设置有与所述介质块配合的缺口，所述介质块设置在缺口中与固体介质本体无缝连接；所述的缺口为三面开口槽；所述介质块上设置有负耦合孔，所述负耦合孔的深度小于调试孔的深度。
进一步的，在上述实施例1-4任意实施例的基础上，本发明所述的负耦合孔的深度h与介质块的介电常数k1、固体介质本体的介电常数k之间的关系满足：k1/k值越大，h值越小；同时位于负耦合孔两侧的调试孔的深度也越小。
这样的结构使介质滤波器在加工成型时，相对于现有的介质滤波器，由于孔的深度变浅，不仅调试孔和负耦合孔的加工难度都大大降低，在加工时不容易开裂和拉伤，提高了介质滤波器的良品率，大大降低成本；而且在介质滤波器被覆金属层时也变得更加容易和均匀，可以提高介质滤波器的使用寿命。优选的，本发明所述的k1/k的取值范围为1～20，其中，为了取得更好效果，所述k1/k的取值范围为2～5，在这个范围内h取值最小可达到0.75mm。
为了验证介质块介电常数k1的取值与负耦合孔及调试孔之间的关系，以及其对介质滤波器性能的影响，在本发明中，发明人对不同介电常数的介质块及固体介质本体的介质滤波器进行了性能测试实验，具体参数设置及检测结果参见表一。
表一：k1的取值与负耦合孔深度的关系
进一步的方案中，上述实施例1-4中，由于所述介质块与固体介质本体采用不同的材料，因此所述的介质块与所述固体介质本体的接触面存在界面，是介质块与介质本体之间的储能存在差异，改变了介质谐振器的能量储存分布方式。在加工时，可以先将固体介质本体的坯体加工成型，并预留用于安装介质块的缺口，待介质块成型之后整体进行烧结形成介质滤波器本体；在烧结的过程中，介质块与固体介质本体之间的截面可能会存在不同材质之间的原子渗透等物理反应，也可能会存在形成化合物的化学反应而使介质块与固体本体介质之间实现无缝连接，并且保证两者连接的牢固性。
作为进一步优选的方案，本发明所述的负耦合孔的深度小于或等于1/2调试孔的深度。由于调试孔和负耦合孔为盲孔结构，负耦合孔和调试孔的深度越浅其更加容易实现，工艺也容易控制，能有效降低废品率；且在浅盲孔表面实施金属层的工艺也更加简单，得到的金属层均匀性更好，保证了电容耦合结构及介质滤波器的性能。
作为进一步优选的方案，本发明所述的负耦合孔的开口方向与所述调试孔开口方向相同。
作为进一步优选的方案，本发明所述的固体介质本体和介质块均采用介电常数大于2的材料。优选的，在本发明中所述固体介质本体和介质块的材料均可以选自陶瓷、玻璃、塑料、石料、水晶、混凝土、宝石、玛瑙中的一种。所述固体介质本体和介质块为不同材料。
本发明还提供一种多工器，所述一种多工器包括本发明上述实施例1-4任意一个实施例所述的负耦合结构的介质滤波器。
本发明还提供一种通信天线，所述通信天线包括本发明上述实施例1-4任意一个实施例所述的负耦合结构的介质滤波器。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (11)
1.一种具有负耦合结构的介质滤波器，包括固体介质本体和设置在所述固体介质本体上的负耦合结构，所述固体介质本体上至少设置有两个调试孔，两个所述调试孔为盲孔，其特征在于，所述负耦合结构包括介电常数大于固体介质本体的介质块，所述介质块设置在两个所述调试孔之间的固体介质本体中，所述介质块上设置有与所述调试孔开口方向相同的负耦合孔，所述负耦合孔的深度小于调试孔的深度；所述负耦合孔的深度h与介质块的介电常数k1、固体介质本体的介电常数k之间的关系满足：k1/k值越大，h值越小，所述的k1/k的取值范围为1~20。
2.根据权利要求1所述的具有负耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述介质块与所述固体介质本体的接触面存在界面。
3.根据权利要求1所述的具有负耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述负耦合孔的深度小于或等于1/2调试孔的深度。
4.根据权利要求1所述的具有负耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述固体介质本体和介质块均采用介电常数大于2的材料。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有负耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述介质块的上表面与所述固体介质本体上表面在同一水平面，所述介质块的下表面与所述固体介质本体的下表面在同一水平面。
6.根据权利要求1-4任一项所述的具有负耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述介质块的上表面与所述固体介质本体上表面在同一水平面，所述介质块的下表面位于所述固体介质本体内部。
7.根据权利要求1-4任一项所述的具有负耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述固体介质本体上设置有与所述介质块配合的缺口，所述介质块设置在缺口中与固体介质本体无缝连接。
8.根据权利要求7所述的具有负耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述缺口底部位于所述固体介质本体内，所述缺口为两面开口的槽。
9.根据权利要求7所述的具有负耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述缺口为底部开口的三面开口的槽。
10.一种多工器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的负耦合结构的介质滤波器。
11.一种通信天线，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的负耦合结构的介质滤波器。
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