CN114788087A

CN114788087A - 多层带通滤波器

Info

Publication number: CN114788087A
Application number: CN202180003285.2A
Authority: CN
Inventors: 黄小龙; 伍裕江; 张玉贤; 曾江州
Original assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Current assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Priority date: 2021-09-23
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2041-09-30
Also published as: CN114788087B

Abstract

公开了一种带通滤波器，其包括多层的主体、形成在主体的第一层上的第一谐振器导体和形成在主体的第二、较低层上的第二谐振器导体。第一谐振器导体和第二谐振器导体包括仅由第一谐振器导体和第二谐振器导体的部分重叠形成的第一耦合区。每个所述谐振器导体的长度在λ_g/3至λ_g/5之间，其中λ_g是带通滤波器通带的中心波长。

Description

多层带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种多层带通滤波器，特别是，但不限于，涉及一种用于5G通信应用的毫米波多层带通滤波器。

背景技术

5G通信应用使用毫米波频率，使大量频谱能够实现比4G通信应用高1000倍的数据速率。大规模多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)技术用于扩展覆盖范围并提高频谱效率。在毫米波大规模MIMO设备和装置中，一个天线通常对应一个或两个滤波器。随着系统中天线数量的增加，所需的滤波器数量也成比例增加。因此，带通滤波器的尺寸对于任何具有大量天线的实用5G产品来说都是至关重要的。

射频(radio frequency，RF)电子器件，如滤波器，被设计用来通过一定范围内的频率并拒绝该范围以外的频率。如今，射频前端技术正朝着集成化方向发展，这需要器件的紧凑排列，因此对器件和设备的小型化有相当大的需求。为了减轻泄漏到周围环境的电磁辐射的影响，一些带通滤波器被配置成使得多个滤波器谐振器被一个屏蔽件包围。滤波器至少应设计成具有良好的屏蔽效果，以及其他方面。

US10432161B2描述了一种芯片型多级滤波器，每个谐振器导体都在同一层上。

US10749234B2、US10784551B、US2020/0106148A1和US2020/0303798A1各自描述了一种使用半波长谐振器的带通滤波器。

US8674791B描述了一种信号传输装置，其具有设置在间隔开的基底上的谐振器。

CN112242597A描述了一种基于具有完全重叠谐振器导体的多层PCB结构的带通滤波器。

需要一种改进的最好能提供高性能的带通滤波器，包括低插入损耗、紧凑的尺寸和良好的屏蔽。

发明目的

本发明的一个目的是在一定程度上减轻或避免与已知带通滤波器有关的一个或多个问题。

上述目的是通过主权利要求的特征组合来实现的；从属权利要求公开了本发明的进一步有利实施例。

本发明的另一个目的是提供一种改进的带通滤波器。

本领域技术人员将从以下描述中得出本发明的其他目的。因此，上述目的陈述并非详尽无遗，仅用于说明本发明多个目的中的一些目的。

发明内容

本发明涉及一种带通滤波器以及包括这种滤波器的设备和装置。

在第一主要方面，本发明提供了一种带通滤波器，包括多层的主体、形成在主体的第一层上的第一谐振器导体和形成在主体的第二、较低层上的第二谐振器导体。第一谐振器导体和第二谐振器导体包括仅由第一谐振器导体和第二谐振器导体的部分重叠形成的第一耦合区。每个所述谐振器导体的长度在λ_g/3至λ_g/5之间，其中λ_g是带通滤波器通带的中心波长。

在第二主要方面，本发明提供了一种用于通信设备的射频(RF)前端系统，包括根据本发明第一主要方面的带通滤波器。

在第三主要方面，本发明提供了一种用于形成具有多层的主体的带通滤波器的方法，该方法包括以下步骤：在多层的主体的第一层上形成第一谐振器导体；在多层的主体的第二、较低层上形成第二谐振器导体，使第一谐振器导体和第二谐振器导体具有第一耦合区，该第一耦合区包括第一谐振器导体和第二谐振器导体的部分重叠；并使每个所述谐振器导体的长度在λ_g/3至λ_g/5之间，其中λ_g是带通滤波器通带的中心波长。

本发明内容不一定公开了定义本发明所必需的所有特征；本发明可以存在于所公开特征的子组合中。

前面已经相当广泛地概述了本发明的特征，以便可以更好地理解以下对本发明的详细描述。本发明的其他特征和优点将在下文中描述，它们构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员将理解，所公开的概念和具体实施例可以很容易地用作修改或设计其他结构的基础，以实现本发明的相同目的。

附图说明

本发明的上述和进一步的特征将从以下对优选实施例的描述中显而易见，所述优选实施例仅以举例的方式结合附图来提供，其中：

图1是显示通信系统中带通滤波器(bandpass filter，BPF)的一个例子的示意框图；

图2是显示通信设备的射频(RF)前端系统中的带通滤波器(BPF)的一个例子的示意框图；

图3是显示通信设备的集成RF前端系统的示意框图；

图4是通信设备的基于衬底的集成RF前端系统的侧视图；

图5是根据本发明第一实施例的多层带通滤波器的透视图，其中屏蔽盒围绕滤波器装置，但没有屏蔽盖；

图6是图5的多层带通滤波器的透视图，为了便于显示，屏蔽盒是透明的；

图7是图5和图6的多层带通滤波器的平面图；

图8是图5和图6的多层带通滤波器的截面侧视图；

图9是图5和图6的多层带通滤波器的端视图；

图10是图5和图6的多层带通滤波器的平面图，仅显示第一和第四谐振器导体及它们与包括多个过孔的导电结构的关系；

图11是图5和图6的多层带通滤波器的平面图，仅显示第二和第三谐振器导体及它们与包括多个过孔的导电结构的关系；

图12是根据本发明第二实施例的多层带通滤波器的透视图，其屏蔽墙是围绕滤波器装置的过孔，但没有屏蔽盖；

图13是图12的多层带通滤波器的截面侧视图

图14是图12的多层带通滤波器的端视图；

图15是图12的多层带通滤波器的平面图，仅显示第一和第四谐振器导体及它们与包括多个过孔的导电结构的关系；

图16是图12的多层带通滤波器的平面图，仅显示第二和第三谐振器导体及它们与包括多个过孔的导电结构的关系；

图17是根据本发明第三实施例的多层带通滤波器的透视图，其屏蔽盒(制成透明的)围绕滤波器装置，但没有屏蔽盖；

图18是图17的多层带通滤波器的平面图；

图19是图17的多层带通滤波器的截面侧视图；

图20是图17的多层带通的端视图；

图21是图17的多层带通滤波器的平面图，仅显示第一和第四谐振器导体及它们与包括多个过孔的导电结构的关系；

图22是图17的多层带通滤波器的平面图，仅显示第二和第三谐振器导体及它们与包括多个过孔的导电结构的关系；

图23是根据本发明第四实施例的多层带通滤波器的透视图，其屏蔽盒(制成透明的)围绕滤波器装置，但没有屏蔽盖；

图24是图23的多层带通滤波器的平面图；

图25是图23的多层带通滤波器的截面侧视图；

图26是图23的多层带通的端视图；

图27是图23的多层带通滤波器的平面图，仅显示第一和第四谐振器导体及它们与包括多个过孔的导电结构的关系；

图28是图23的多层带通滤波器的平面图，仅显示第二和第三谐振器导体及它们与包括多个过孔的导电结构的关系。

具体实施方式

以下描述只是以举例的方式对优选实施例进行描述，并不限制将本发明付诸实施的必要特征的组合。

本说明书中提到的“一个实施例”或“一实施例”是指与该实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都是指同一实施例，也不是与其他实施例相互排斥的单独或替代实施例。此外，所描述的各种特征可能由一些实施例展示，而不是由其他实施例展示。同样，描述了各种要求，这些要求可能是一些实施例的要求，而不是其他实施例的要求。

本说明书说明了本发明的原理。因此，将理解，本领域技术人员能够设计出各种布置，这些布置尽管在本文没有明确地描述或示出，但体现了本发明的原理，并包括在其精神和范围内。

此外，本文叙述了本发明的原理、方面和实施例及其具体示例，旨在涵盖其结构和功能等效物。此外，这种等效物还包括当前已知的等效物以及将来开发的等效物，即任何开发的、执行相同功能的元件，无论其结构如何。

因此，例如，本领域技术人员将理解，这里呈现的框图代表了体现本发明原理的系统和设备的概念图。

图1显示了典型通信系统布置中的无线通信系统中带通滤波器(BPF)1的一个例子。图2显示了用于通信设备的射频(RF)前端系统中的BPF的一个例子。在图1和图2的例子中，无线电接收器和无线电发射器没有集成在一起。相反，图3显示了用于通信设备的集成射频(RF)前端系统1，其包括由多个天线(每个天线用“X”表示)组成的天线阵列2、形成在多层衬底中的BPF阵列3(图4)、以及连接到BPF阵列3的收发器4。图4是用于通信设备的基于衬底的集成RF前端系统1的侧视图，对应于图3的RF前端系统1的配置。图3和4显示了本发明的主旨，下面将进行更全面的描述。

参考图5-11，所示为根据本发明的BPF 10的第一实施例。图5显示了BPF 10的第一实施例，其中屏蔽盒11围绕滤波器装置，但没有屏蔽盖，而图6显示第一实施例的BPF 10，为了便于显示，其屏蔽盒11是透明的，但也没有屏蔽盖。BPF 10包括多层的衬底主体12。多层的衬底主体12优选地包括多层层压的介电衬底(laminated dielectric substrate)。BPF10包括第一谐振器导体14，在图7中由“1”表示，形成在主体12的第一层16(在图8中由虚线16表示)上。如图所示，第一谐振器导体14优选形成在主体12的内层中，而不是在其上表面18上(图8)。第一谐振器导体14具有短路端14A和开路端14B。在本实施例中，第一谐振器导体14是细长形的，其长度l₁(图7)在尺寸上大于其宽度w₁，即l₁＞w₁。BPF 10的输入端口20连接到第一谐振器导体14。输入端口20可以由从主体12的上表面18延伸到第一谐振器导体14的上表面14C的金属过孔22形成。优选地，输入端口20连接到第一谐振器导体14，更靠近短路端14A而不是开路端14B。第一谐振器导体14在层压的介电衬底的主体12内形成一个导电层。第一谐振器导体14优选地包括金属条。

BPF 10包括第二谐振器导体24，在图7中由“2”表示，形成在主体12的第二、较低层26(在图8中由虚线26表示)上。第二谐振器导体24优选地包括金属条。第二谐振器导体24也有短路端24A和开路端24B。在本实施例中，第二谐振器导体24也是细长形的，其长度l₂大于其宽度w₂。第二谐振器导体24的长度l₂和宽度w₂可以与第一谐振器导体14的长度l₁和宽度w₁相同或相似。第二谐振器导体24相对于第一谐振器导体14在空间上布置，使得它们包括第一耦合区28，第一耦合区28是由第一谐振器导体14和第二谐振器导体24的部分重叠形成的。第一耦合区在图7中由实线框28表示。同样参考图7，第二谐振器导体24相对于第一谐振器导体14在空间上布置，使得第二谐振器导体24的纵轴B-B与第一谐振器导体14的纵轴A-A成一角度。在本实施例中，第一和第二谐振器导体14、24的纵轴A-A、B-B彼此正交，但是应当理解，它们可以被设置为小于90°的角度。优选的角度范围是45°到90°。

通过将第一和第二谐振器导体14、24的纵轴A-A、B-B布置成彼此成一定角度，意味着第一耦合区28不能是第一和第二谐振器导体14、24的完全重叠，而只能是它们各自覆盖区域的部分重叠。第一和第二谐振器导体14、24形成BPF 10的第一谐振器耦合。

优选地，第一谐振器导体14的长度l₁在λ_g/3到λ_g/5之间，但优选地选择为λ_g/4，其中λ_g是带通滤波器通带的中心波长。

同样优选地，第二谐振器导体24的长度l₂在λ_g/3到λ_g/5之间，但也优选地选择为λ_g/4。

第二谐振器导体24相对于第一谐振器导体14在空间上布置，使得第一谐振器导体14的开路端14B更靠近第二谐振器导体24的短路端24A，而不是靠近第二谐振器导体24的开路端24B。输入端口20优选地连接到所述第一谐振器导体14的一部分，该部分不是第一耦合区28。

如图6所示，可在主体12中设置接地结构30，以将第二谐振器导体24接地。接地结构30可布置成与第一耦合区28部分或完全重叠。

BPF 10可以包括围绕主体12的导电屏蔽墙32。在一个实施例中，屏蔽墙32可以是围绕主体12的屏蔽盒11的一部分。在另一实施例中，屏蔽墙32可以是围绕主体12的金属化墙。在又一个实施例中，屏蔽墙32可以是形成在主体12周边的带有间隔排列金属过孔的环。在所有情况下，屏蔽墙将优选地包括一个盖子和一个底部，以包围住BPF 10。

在对图5-11所示的BPF10的描述中，到目前为止只提到了第一和第二谐振器导体14、24。然而，可以看出，BPF 10优选地包括第三谐振器导体34(在图7中表示为“3”)和第四谐振器导体36(在图7中表示为“4”)，它们一起形成BPF 10的第二谐振器耦合，并且优选地与第一和第二谐振器导体14、24形成镜像布置。第四谐振器导体36优选地与第一谐振器导体14形成在相同的层16中，但与第一谐振器导体14间隔开，放置在与第一谐振器导体14相同的方向(direction)，但与第一谐振器导体14的取向(orientation)相反，即它们各自的短路端14A、36A和它们的闭路端14B、36B互为镜像，其长度l₄和宽度w₄等于或相似于第一谐振器导体14的长度l₁和宽度w₁。第三谐振器导体34优选地与第二谐振器导体24形成在相同的层26中，但与第二谐振器导体24间隔开，以相同的取向(orientation)放置，并且其长度l₃和宽度w₃等于或相似于第二谐振器导体24的长度l₂和宽度w₂。因此，第三和第四谐振器导体34、36也仅部分重叠，在它们之间形成第二耦合区38，如图7中实线框38所示。第三和第四谐振器导体34、36具有短路端34A、36A和开路端34B、36B。第三和第四谐振器导体34、36每个都优选地包括金属条。

BPF 10的输出端口40连接到第四谐振器导体36。输出端口40可以由从主体12的上表面18延伸到第四谐振器导体36的上表面36C的金属过孔42形成。优选地，输出端口40连接到第四谐振器导体36，更靠近短路端36A，而不是开路端36B。输出端口40优选地连接到第四谐振器导体36的一部分，该部分不与第二耦合区38重叠。

在主体12中可设置第二接地结构31，以将第三谐振器导体34接地。

优选地，包括第一和第二谐振器导体14、24的第一组耦合谐振器尽可能靠近包括第四和第三谐振器导体34、36的第二组耦合谐振器，在本实施例中，至少不使第一和第四谐振器导体14、36接触。

优选地，在第一和第二组耦合谐振器之间的空间44中，在主体12中设置一个导电结构43。导电结构43优选地向下延伸，至少穿过包含谐振器导体14、24、34、36的主体12的层16、26。导电结构43可以包括多个间隔开的金属过孔46，这些过孔向下穿过至少层16、26，并且优选地穿透到层16、26之下。金属过孔46可以均匀地间隔开，但是在一些实施例中，间隔可以是不规则的。优选地，第一和第二组耦合谐振器之间的空间44大到足以容纳金属过孔46，并且优选地，任何一个谐振器导体14、24、34、36与金属过孔46之间没有任何接触。

图8是第一实施例的BPF 10的截面侧视图，通过例子，显示第二接地结构31，其包括金属块或功能等效的金属过孔阵列，位于第三谐振器导体34下方，在此情况下，与第二耦合区38部分重叠。虽然在图8中未示出，第一接地结构30也可以包括金属块或功能等效的金属过孔阵列，位于第二谐振器导体24下面，并与第一耦合区28部分重叠。图9是第一实施例的BPF 10的端视图，显示了第一和第二接地结构30、31。图10是第一实施例的BPF 10的平面图，仅显示了第一和第四谐振器导体14、36以及它们与包括多个过孔46的导电结构43的关系。图11是第一实施例的BPF 10的平面图，仅显示了第二和第三谐振器导体24、34以及它们与包括多个过孔46的导电结构43的关系。

在图5-11的BPF 10的第一实施例中，第一至第四谐振器导体14、24、34、36是规则形状的。

参考图12-16，显示了根据本发明的BPF的第二实施例。在下面的描述中，相同的标号将用于表示与图5-11的第一实施例中所示相同的部件，但相同的标号前面加了一个“1”。应该假设，在没有对第二实施例的一部分进行描述的情况下，该部分在形式和/或至少功能上与第一实施例的同一部分相同。

在图12中，第二实施例的BFP 110与第一实施例的不同之处在于，第一实施例的屏蔽墙32被由多个过孔133形成的屏蔽墙132代替。虽然未示出，但是由多个过孔133形成的屏蔽墙132由顶部和底部屏蔽盖部件完成。BPF 10的第一实施例与BPF 110的第二实施例之间的进一步区别在于，第一实施例的第一和第二接地结构30、31被替换为相应的过孔组150、152。第二实施例的BPF 110的第一接地结构130，如图12-14和16所示，包括布置在第一耦合区128的至少一部分下方的三个过孔150的三角形阵列。同样地，第二实施例的BPF 110的第二接地结构131包括布置在第一耦合区138的至少一部分之下的三个过孔152的三角形阵列。

图13是第二实施例的BPF 110的截面侧视图，显示了第二接地结构131。图14是第二实施例的BPF 110的端视图，显示了第一和第二接地结构130、131分别由过孔组150、152形成，其中第一接地结构130的过孔组150与第一耦合区128部分重叠。图15是第二实施例的BPF 110的平面图，仅显示第一和第四谐振器导体114、136以及它们与包括多个过孔146的导电结构143的关系，图16是第二实施例的BPF 110的平面图，仅显示第二和第三谐振器导体124、134以及它们与包括多个过孔146的导电结构143的关系。

参考图17-22，显示了根据本发明的BPF的第三实施例。在以下描述中，相同的标号将用于表示与图5-11的第一实施例中所示相同的部件，但标号前面加了一个“2”。应当假设，在没有对第三实施例的一部分进行描述的情况下，该部分在形式和/或至少功能上与第一实施例的同一部分相同。

在图17中，第三实施例的BFP 210与第一实施例的不同之处在于，第一至第四谐振器导体214、224、234、236的形状不规则，但仍形成一种布置：第一和第二谐振器导体214、224的空间重叠不是完全重叠，而是只包括部分重叠。第三和第四谐振器导体234、236的空间关系也是如此。

第一实施例的BPF 10与第三实施例的BPF 210之间的进一步区别在于，第三实施例的BPF 210包括连接第二谐振器导体224和第三谐振器导体234的导电元件248，导电元件248优选地形成在多层的主体212的包含第二和第三谐振器导体224、234的同一层226(图19中由虚线表示)中。导电元件248的设置是为了将第二谐振器导体224电连接到第三谐振器导体234。导电元件248穿过包括多个过孔246的导电结构243，而不连接或不接触所述多个过孔246中的任何一个。导电元件248可以包括金属条。导电元件248增加了BPF 210的带宽。

图19是第三实施例的BPF 210的截面侧视图，显示了位于第三谐振器导体234下方的第二接地结构231。图20是第三实施例的BPF 210的端视图，显示了第一和第二接地结构230、231，每个都由金属块或功能等效的金属过孔阵列形成。图21是第三实施例的BPF 210的平面图，仅显示了第一和第四谐振器导体214、236以及它们与包括多个过孔246的导电结构243的关系。图22是第三实施例的BPF 210的平面图，仅显示了第二和第三谐振器导体224、234以及它们与包括多个过孔246的导电结构243的关系。

参考图23-28，显示了根据本发明的BPF的第四实施例。在以下描述中，相同的标号将用于表示与图5-11的第一实施例中所示相同的部件，但标号前面加了一个“3”。应当假设，在没有对第四实施例的一部分进行描述的情况下，该部分在形式和/或至少功能上与第一实施例的同一部分相同。

在图23中，第四实施例的BPF 310与第一实施例的BPF 310的不同主要在于，第一至第四谐振器导体314、324、334、336的形状是三角形，但仍形成这样的布置：第一和第二谐振器导体314、324的空间重叠不是完全重叠，而只包括部分重叠。第三和第四谐振器导体334、336的空间关系也是如此。

图25是第四实施例的BPF 310的截面侧视图，显示了位于第三谐振器导体334下方的第二接地结构331。图26是第四实施例的BPF 310的端视图，显示第一和第二接地结构330、331，每个都由金属块或功能等效的金属过孔阵列形成。图27是第四实施例的BPF 310的平面图，仅显示了第一和第四谐振器导体314、336以及它们与包括多个过孔346的导电结构343的关系。图28是第四实施例的BPF 310的平面图，仅显示了第二和第三谐振器导体324、334以及它们与包括多个过孔346的导电结构343的关系。

一般来说，谐振器之间的能量耦合强度越大，例如第一谐振器导体14、114、214、314和第二谐振器导体24、124、224、324之间的能量耦合强度越大，导致BPF 10、110、210、310的带宽越大。通常，耦合谐振器之间的耦合面积越大，意味着它们之间的能量耦合越强，因此BPF带宽越大。因此，有效耦合面积与带宽正相关。

以图7为例，第一谐振器导体14的宽度w₁和第二谐振器导体24的宽度w₂为本实施例定义了第一耦合区28的最大尺寸，即最大尺寸为w₁*w₂。如果第一和第二组耦合谐振器之间的空间44定义为g₂₃，第一和第四谐振器导体14、36的开路端14B、36B之间的距离定义为g₁₄，第一和第四谐振器导体14、36的开路端14B、36B按设计不应延伸到空间44中，则第一耦合区28的尺寸与g₁₄有关。在g₁₄大于g₂₃的情况下，第一耦合区28的尺寸<w₁*w₂。当g₁₄≤g₂₃时，则第一耦合区28的尺寸是w₁*w₂的100％。当g₁₄＞g₂₃时，则第一耦合区28的尺寸小于w₁*w₂的100％。对于第二耦合区38的尺寸以及w₃和w₄的大小，关系也是如此。

其中l_total是BPF 10的总长度，假设第一和第四谐振器导体14、36的长度l₁、l₄是固定的，那么BPF主体12的总长度l_total为：

l_total＝l₁+l₄+g₁₄

因此，最好使g₁₄尽可能地小。g₁₄和g₂₃均优选地大于过孔46的直径，并留出额外空间以满足加工要求。然而，在一些实施例中，g₁₄可以小于g₂₃(g₁₄＜g₂₃)，这在图17-22的第三实施例中确实如此，该实施例中g₂₃尺寸增大，且包括连接第二谐振器导体224和第三谐振器导体234的导电元件248。

根据BPF设计原理，第一和第四谐振器导体14、36之间的耦合强度远小于第二和第三谐振器导体24、34之间的耦合强度。较大的距离对应于较弱的耦合。因此，优选地，g₁₄≥g₂₃。受第一及第四谐振器导体14、36的开路端14B、36B不能或不应延伸到具有g₂₃尺寸的空间44内的约束，第一耦合区28的尺寸应该小于等于w₁*w₂。第二耦合区38也是如此。优选地，第一和第二耦合区28、38中的每一个的尺寸在其最大尺寸的50％至100％的范围内，最好是在80％或以上。换言之，第一耦合区28的尺寸最好是w₁*w₂的至少80％，第二耦合区38的尺寸最好是w₃*w₄的至少80％。

包括多个过孔46的导电结构43控制着至少第一谐振器导体14和第四谐振器导体36之间的耦合强度。第一谐振器导体14和第四谐振器导体36之间的耦合强度受最靠近第一谐振器导体14和第四谐振器导体36过孔46的影响最大，和/或受过孔46间隔的影响最大。此外，包括多个过孔46的导电结构43控制第二谐振器导体24和第三谐振器导体34之间的耦合强度。所有过孔46对第二谐振器导体24和第三谐振器导体34之间的耦合强度都有影响。如已经指出的，g₁₄和g₂₃必须大于导电过孔46的直径。

虽然本发明的BPF 10、110、210、310旨在提供用于5G通信应用的毫米波PBF，但BPF不限于此类应用，而是具有更广泛的适用性，例如片上系统(SoC)应用和物联网(IoT)应用。

通过举例参考图8，注意到用于5G通信应用的毫米波BPF是窄带的。实现这一点的一种方式是通过使g₁₄(图7)更大来减小第一和第二耦合区28、38的尺寸。然而，如图7所示，使g₁₄更大会增加BPF 10的长度l_total，从而增加其占用面积。调整BPF带宽的另一种方式是使用与第二谐振器导体24接触并位于其下方的第一接地结构30(图9)来降低第一谐振器导体14和第二谐振器导体24之间的耦合强度。同样，连接至第三谐振器导体34并位于其下方的第二接地结构31，可用于降低第四谐振器导体36与第三谐振器导体34之间的耦合强度。第一和第二接地结构30、31优选地包括：金属块或功能等效的金属过孔阵列。

如图8所示，第二接地结构31的长度l_g，如图所示，其与第二耦合区38(图7)部分重叠。第一接地结构30的长度也是l_g，与第一耦合区28(图7)部分重叠。每个第一和第二接地结构30、31都可以有一个最大长度l_gmax，该结构30、31在这个最大长度l_gmax上与其各自的耦合区28、38完全重叠。当l_g<l_gmax，每个耦合区28、38的一部分是没有被其接地结构30、31重叠。没有被第一和第二接地结构30、31重叠的第一和第二耦合区的非重叠部分，分别提供了第一和第二耦合区28、38的有效耦合区。换句话说，第一和第二耦合区28、38的那些分别被第一和第二接地结构30、31重叠的部分，没有提供有效的耦合，因为第一和第二耦合区28、38的这些重叠部分被接地结构30、31接地。

第一和第二耦合区28、38的重叠接地部分并不提供能量耦合。例如，第二谐振器导体24的接地部分在整个第一耦合区28不具有能量耦合。随着l_g的增加，第二谐振器导体24的接地部分变得更大，第一谐振器导体14和第二谐振器导体24之间的有效耦合区变得更小。第一耦合区28的有效耦合面积变小。因此，BPF 10的带宽变窄，谐振频率增加。

因此将理解，在上述设计约束条件下，可以使g₁₄尽可能小，以保持l_total尽可能小，但又减少第一和第二耦合区28、38的耦合强度，以调整BPF带宽和/或谐振频率。此外，在BPF10需要非常窄的带宽的情况下，可以使用重叠接地结构30、31的组合来增加与第一和第二耦合区28、38的重叠量，并增加g₁₄的尺寸。虽然这会使l_total超过其最小尺寸，但仍然可以通过限制g₁₄的大小来使BPF 10比已知的BPF更紧凑。在这种情况下，最好不要使g₁₄大到使第一耦合区28的尺寸小于50％的w₁*w₂，同样的限制也适用于第二耦合区38，即g₁₄不应大到使第二耦合区38的尺寸小于50％的w₃*w₄。

本发明还提供了一种用于通信设备的RF前端系统，包括根据本发明的BPF。

本发明还提供了一种形成本发明带通滤波器的方法，该方法包括以下步骤：在多层的主体的第一层上形成第一谐振器导体；在多层的主体的第二、较低层上形成第二谐振器导体，使得第一谐振器导体和第二谐振器导体具有第一耦合区，该第一耦合区包括第一谐振器导体和第二谐振器导体的至少部分重叠；并使每个所述谐振器导体的长度在λ_g/3至λ_g/5之间，其中λ_g是带通滤波器通带的中心波长。

本发明提供一种具有BPF的RF前端设备，其BPF具有优良性能，包括低插入损耗、紧凑尺寸和优良的屏蔽。

本发明提供了一种用于5G应用的具有多个谐振器和屏蔽件的毫米波BPF。

本发明实现上述优点的主要原因是：层压的衬底谐振器导体比单层排列的谐振器导体具有更小的覆盖面积；1/4波长谐振器比1/2波长谐振器具有更小的面积和/或更宽的阻带；为BPF提供大的带宽范围；并通过增加导电结构，如多个对齐的金属过孔，来提供更宽的阻带。

1/4波长谐振器的最低寄生谐振频率是PBF通带中心频率的三倍，而1/2波长谐振器的最低寄生谐振频率是PBF通带中心频率的两倍。较小的波导会导致较高的寄生频率。因此，由于1/4波长谐振器的面积小于1/2波长谐振器，因此使用1/4波长谐振器会导致更高的寄生频率。1/4波长谐振器也比1/2波长谐振器具有更宽的阻带。

屏蔽件32和屏蔽件32内的介电材料构成类一个似于波导的结构。波导模式产生不想要的谐振，其谐振频率在通带以上的频率区域，因此降低了通带以上频率区域中的衰减特性。最低阶波导模式的共振频率根据由屏蔽件32限定的空间的形状而变化。通常，空间越大，最低阶波导模式的谐振频率越低。包括多个金属过孔46的导电结构43在寄生谐振和通带之间提供一个大的频率间隙。

在本发明的实施例中，第一至第四谐振器导体的形状可以是矩形、梯形、三角形或上述的任意组合。

虽然已在附图和前面的描述中详细地说明和描述了本发明，但应将其视为说明性的而不是限制性的，应当理解的是，仅示出和描述了示例性实施例，并不以任何方式限制本发明的范围。可以理解，这里描述的任何特征可以用于任何实施例。说明性的实施例不排斥彼此或本文未述及的其他实施例。因此，本发明还提供了包括上述一个或多个说明性实施例的组合的实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行修改和变化，因此，仅应施加如所附权利要求书中所示的限制。

在所附权利要求书和本发明的前述描述中，除非上下文由于明确的语言或必要的暗示而另有要求，否则“包括”一词或诸如“包含”等变体是以包容的意义使用，即指定所述特征的存在，但不排除本发明的各种实施例中存在或添加进一步的特征。

应当理解，如果在本文中提到任何现有技术出版物，这种参考不构成承认该出版物构成本领域公知常识的一部分。

Claims

1.一种带通滤波器，包括：

多层的主体；

形成在所述主体的第一层上的第一谐振器导体；

形成在所述主体的第二、较低层上的第二谐振器导体；

其中，所述第一谐振器导体和所述第二谐振器导体包括由所述第一谐振器导体和所述第二谐振器导体部分重叠形成的第一耦合区；

其中，每个所述谐振器导体的长度在λ_g/3至λ_g/5之间，其中λ_g是所述带通滤波器通带的中心波长。

2.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中所述第一层包括在所述多层的主体的上表面以下的内部层。

3.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中每个所述谐振器导体的长度为λ_g/4。

4.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中所述多层的主体包括层压的介电多层衬底。

5.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中每个所述谐振器导体有短路端和开路端，其中所述第一谐振器导体的开路端距离所述第二谐振器导体的短路端比距离所述第二谐振器导体的开路端更近。

6.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中所述带通滤波器具有围绕所述多层的主体的导电屏蔽件。

7.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中所述第一谐振器导体的纵轴与所述第二谐振器导体的纵轴以一夹角相交。

8.根据权利要求7所述的带通滤波器，其中所述第一谐振器导体的纵轴与所述第二谐振器导体的纵轴的夹角在45°～90°之间。

9.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中在所述多层的主体中设有接地结构，以将所述第二谐振器导体接地，所述接地结构被布置为与所述第一和第二谐振器导体之间的所述第一耦合区部分或全部重叠。

10.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中所述带通滤波器包括：

形成在所述主体的所述第一层上的第三谐振器导体；

形成在所述主体的所述第二、较低层上的第四谐振器导体；

其中，所述第三谐振器导体和所述第四谐振器导体与所述第一谐振器导体和所述第二谐振器导体间隔开；

其中，所述第三谐振器导体和所述第四谐振器导体包括由所述第三谐振器导体和所述第四谐振器导体部分重叠形成的第二耦合区；

其中每个所述谐振器导体的长度在λ_g/3至λ_g/5的范围内。

11.根据权利要求10所述的带通滤波器，其中所述部分重叠的第三谐振器导体和第四谐振器导体被布置成，与所述第一谐振器导体和所述第二谐振器导体的配置，成镜像配置。

12.根据权利要求10所述的带通滤波器，其中所述带通滤波器的输入端口连接到不与所述第二谐振器导体重叠的所述第一谐振器导体的一部分，且所述带通滤波器的输出端口连接到不与所述第三谐振器导体重叠的所述第四谐振器导体的一部分。

13.根据权利要求10所述的带通滤波器，其中在所述多层的主体中，在包括所述第一和第二谐振器导体的配置与包括所述第三和第四谐振器导体的配置之间的空间中，设有导电结构，其中所述导电结构向下延伸，至少穿过所述多层的主体中包含所述谐振器导体的层。

14.根据权利要求13所述的带通滤波器，其中所述导电结构包括多个金属过孔，所述多个金属过孔至少向下穿过所述多层的主体中包含所述谐振器导体的层。

15.根据权利要求13所述的带通滤波器，其中包括所述第一和第二谐振器导体的配置与包括所述第三和第四谐振器导体的配置之间的所述空间的大小，被制成刚好足以容纳所述导电结构，而不会在任何所述谐振器导体和所述导电结构之间发生接触。

16.根据权利要求10所述的带通滤波器，其中提供导电元件以将所述第二谐振器导体连接到所述第三谐振器导体，所述导电元件与所述第二和第三谐振器导体形成在所述多层的主体的同一层中。

17.根据权利要求13所述的带通滤波器，其中提供导电元件以将所述第二谐振器导体连接到所述第三谐振器导体，所述导电元件与所述第二和第三谐振器导体形成在所述多层的主体的同一层中，并且所述导电元件穿过所述导电结构而不连接到所述导电结构。

18.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中所述带通滤波器是毫米(mm)波带通滤波器。

19.一种用于通信设备的射频(RF)前端系统，包括根据权利要求1所述的带通滤波器。

20.一种形成具有多层的主体的带通滤波器的方法，该方法包括以下步骤：

在所述多层的主体的第一层上形成第一谐振器导体；

在所述多层的主体的第二、较低层上形成第二谐振器导体，使所述第一谐振器导体和所述第二谐振器导体具有第一耦合区，所述第一耦合区包括所述第一谐振器导体和所述第二谐振器导体的部分重叠；并使每个所述谐振器导体的长度在λ_g/3至λ_g/5之间，其中λ_g是所述带通滤波器通带的中心波长。