CN114930637A - Cwg滤波器以及具有该cwg滤波器的ru、au或bs - Google Patents
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Abstract
公开了一种陶瓷波导滤波器、一种无线电单元、一种天线单元和一种基站。根据一个实施例,陶瓷波导滤波器包括主体(1),该主体由陶瓷材料制成并且具有多个谐振器,每个谐振器都包括盲孔(101)。两个谐振器的盲孔(101)在主体(1)的第一表面上开口并朝向主体(1)的相对的第二表面延伸。通过基板(2)上/中的耦合结构(201)实现所述两个谐振器之间的电容性耦合是,主体(1)在所述第二表面侧附接到该基板(2)上。
Description
技术领域
本公开总体上涉及通信装置的部件,更具体地涉及陶瓷波导(CWG)滤波器、具有CWG滤波器的无线电单元(RU)或天线单元(AU)以及具有RU和/或AU的基站(BS)。
背景技术
本节介绍可有助于更好地理解本公开的方面。因此,本节的陈述应在这方面进行阅读,并且不应被理解为认可与现有技术有关或与现有技术无关的内容。
BS是移动通信系统的重要组成部分,可以包括RU和AU。考虑到安装/固定/占用,体积更小和重量更轻一直是包括传统基站、街道宏基站、微基站、小型蜂窝基站和高级天线系统(AAS)基站在内的基站设计的重要演进方向。
随着第5代(5G)通信的发展,多输入多输出(MIMO)技术在亚6GHz基站产品中得到广泛应用,其中需要大量的滤波器单元(FU)集成/嵌入AU或RU。考虑到成本和节省空间,FU通常焊接在无线电母板、低通滤波器(LPF)板、天线校准板或天线功分板上,这意味着更小、更轻的FU需求量很大。
在传统的BS解决方案中,最推荐使用金属腔体FU,因为它具有高品质因数(Q)值和功率处理性能。对于5G高级无线电系统,功率处理要求变得不那么重要,而FU的尺寸和重量成为热点问题。CWG滤波器是最受欢迎的5G FU解决方案之一,因为它的Q值具有竞争力、重量轻、体积小并且成本低。
CWG滤波器主体由固体介电材料——如涂有导电材料(例如银)的陶瓷——形成。高介电常数的陶瓷特性减小了波导波长,从而使CWG滤波器在特定谐振频率下具有比传统腔体滤波器小的物理尺寸。而且,主体内的介电腔体/谐振器通过直接耦合或交叉耦合结构相关联。在滤波器拓扑中,通常采用电感性耦合(也称为正耦合)和电容性耦合(也称为负耦合)来实现谐振器耦合。负/电容性耦合对于实现交叉耦合尤为重要。
目前,CWG滤波器大多通过陶瓷主体上较深的盲孔或盲槽来实现负/电容性耦合,这不便于进行耦合值/强度控制,耦合位置设置不灵活,也增加了成本,并且由于谐波杂散而降低了近带衰减性能。
发明内容
提供此发明内容采用简化形式介绍一系列概念,这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。此发明内容既非旨在识别要求保护的主题的关键特征或基本特征,也非旨在用于限制要求保护的主题的范围。
本公开的一个目的是提供一种用于在CWG滤波器中引入电容性交叉耦合的改进的解决方案。
根据本公开的第一方面,提供了一种CWG滤波器。该CWG滤波器包括由陶瓷制成并且具有多个谐振器的主体,每个谐振器都包括盲孔。两个谐振器的盲孔在主体的第一表面处开口并朝向主体的相对的第二表面延伸。通过基板上/中的耦合结构实现所述两个谐振器之间的电容性耦合,主体在第二表面侧附接到该基板上。
在本公开的一个实施例中,在主体的第二表面上对应于所述两个谐振器的相应位置处设有金属化槽,所述耦合结构经由焊盘连接到所述金属化槽。
在本公开的一个实施例中,在主体的第二表面上对应于所述两个谐振器的相应位置处设有金属引脚,所述耦合结构借助于所述金属引脚连接到所述主体。
在本公开的一个实施例中,在主体的第二表面上对应于所述两个谐振器的相应位置处设有焊盘,耦合结构借助于所述焊盘连接到所述主体。
在本公开的一个实施例中,基板也是CWG滤波器的一部分,基板可以是其上形成有耦合结构的印刷电路板(PCB)或塑料板。
根据本公开的第二方面,提供了一种无线电单元,该无线电单元包括根据第一方面的CWG滤波器,和CWG滤波器的主体附接于其上的基板。
在本公开的一实施例中,所述基板为无线电母板或LPF板。
在本公开的一实施例中,所述耦合结构为基板上/中的传输线、平行耦合器、交指耦合器或宽边带状线耦合器。
在本公开的一个实施例中,所述基板由塑料制成,所述耦合结构为通过在塑料上电镀(POP)而一体成型于基板上的金属层。
根据本公开的第三方面,提供了一种天线单元,该天线单元包括根据第一方面的CWG滤波器,和CWG滤波器的主体附接于其上的基板。
在本公开的一个实施例中,所述基板为天线校准板或天线功分板。
在本公开的一个实施例中,所述耦合结构为基板上/中的传输线、平行耦合器、交指耦合器或宽边带状线耦合器。
在本公开的一个实施例中,所述基板由塑料制成,所述耦合结构为通过POP而一体成型于基板上的金属层。
根据本公开的第四方面,提供了一种基站,该基站包括根据第二方面的无线电单元和/或根据第三方面的天线单元。
附图说明
本公开的这些和其他目的、特征和优点将从下面应结合附图阅读的对其说明性实施例的详细描述中变得显而易见。
图1示出了从上方观察的本公开的一个实施例的CWG滤波器,以及CWG滤波器的主体附接于其上的基板;
图2示出了从图1朝上侧倾斜的CWG滤波器;
图3是沿着图1和2所示的线A-A’截取的CWG滤波器的截面图;
图4是根据该实施例的CWG滤波器的主体的仰视图。
图5是图示了基板上的耦合结构的第一示例的示意图;
图6是图示了耦合结构的第二示例的示意图;
图7是图示了耦合结构的第三示例的示意图;
图8是图示了耦合结构的第四示例的示意图;
图9是图示了根据该实施例的CWG滤波器的拓扑结构的示意图;
图10是图示了根据该实施例的CWG滤波器的频率响应曲线的示意图。
具体实施方式
参考附图详细描述本公开的实施例。应当理解,讨论这些实施例仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解并由此实施本公开,而不是暗示对本公开范围的任何限制。在本说明书全文中对特征、优点或类似语言的引用并不意味着可以通过本公开实现的所有特征和优点都应该在或存在于本公开的任何单个实施例中。相反,涉及特征和优点的语言应理解为意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。此外,本公开所描述的特征、优点和特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例中进行组合。相关领域的技术人员将认识到,可以在没有特定实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实践本公开。在其他情况下,可以在某些实施例中认识到可能不存在于本公开的所有实施例中的另外的特征和优点。
一般而言,本文中使用的所有术语应根据它们在相关技术领域中的普通含义进行解释,除非在使用它的上下文中明确给出不同含义和/或从使用它的上下文中暗示不同含义。除非明确另外说明,否则所有对一/一个/该元件、设备、部件、装置、步骤等的引用都应公开解释为指代该元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。只要适合,本文公开的任何实施例的任何特征都可以应用于任何其他实施例。同样,任何实施例的任何优点都可以应用于任何其他实施例,反之亦然。所附实施例的其他目的、特征和优点将从以下描述中显而易见。
图1示出了当从CWG滤波器的上侧观察时根据本公开的一个实施例的CWG滤波器。图2是从图1朝上侧倾斜的视图。应当注意的是,在图1和图2中,还示出了一些实际上不可见的部件,以图示其相对于其他部件的相对位置。图3是沿着图1和图2所示的线A-A’截取的CWG滤波器的截面图。
根据该实施例的CWG滤波器包括由陶瓷材料制成的主体1。主体1的表面覆盖有导电层。该导电层可以是金属化层,例如通过在主体1的表面上电镀金属而形成。该金属可以是银,也可以是满足特定要求的另一种金属。
在图示的实施例中,主体1具有六个、即第一至第六谐振器或谐振腔。每个谐振器都包括盲孔101。尽管盲孔101被示为具有圆形横截面,但是本公开不限于此。例如,盲孔101的横截面可以呈矩形、椭圆形或任何其他形状。如本领域技术人员将理解的,每个盲孔101都可用于调谐相应谐振器的谐振频率。
在图示的实施例中,六个盲孔101均设置在主体1的顶面上。换言之,每个盲孔101都在主体1的顶面开口并朝向主体1的底面延伸。在另一实施例中,一些盲孔101可以在主体1的底面开口并朝向主体1的顶面延伸。盲孔101可以具有相同或不同的深度,即在盲孔延伸方向上的尺寸。每个盲孔101的深度都可以根据具体的应用场景进行设置,以便获得所需的谐振频率。
进一步地,盲孔101设有导电层,该导电层例如通过在盲孔101的底面和壁面上电镀金属而形成。例如,通过去除导电层的覆盖相应盲孔101的底面和/或壁面的一部分,可以对每个谐振器的谐振频率进行调谐。
在主体1的中央部分处,设有多个贯通通道102,其从主体1的顶面贯穿至其底面。贯通通道102用作两个相邻谐振器之间的隔离壁,这有助于调整两个相邻谐振器之间的耦合值。贯通通道102在主体1的横截面中可以采取任何合适的形状。例如,如图1所示,在第一谐振器与第六谐振器之间设有条形通道,并且设置了十字形通道以隔离第二至第五谐振器。
在另一实施例中,两个相邻的谐振器可以通过贯通槽彼此耦合,该贯通槽从主体1的顶面贯穿至其底面。
主体1在其底面上设有一对输入和输出端口103。信号可以经由输入端口输入,并且可以经由输出端口输出。该对输入和输出端口103的位置对应于两个谐振器的位置。在图示的实施例中,输入和输出端口103位于第一和第六盲孔101下方。在另一实施例中,输入和输出端口103可以位于其他盲孔101下方。在又一实施例中,输入和输出端口103可以设置在主体1的侧表面上。
在使用中,CWG滤波器通常布置在基板2上并由基板2支承。基板2可以是PCB。在一个实施例中,CWG滤波器集成/嵌入无线电单元,并且基板2可以是该无线电单元的无线电母板或LPF板。在另一实施例中,CWG滤波器集成/嵌入天线单元,并且基板2可以是该天线单元的天线校准板或功分板。
在图示的实施例中,基板2被放置在CWG滤波器的主体1下方,并且主体1在主体1的底侧附接到基板2上。例如,可以通过焊盘将主体1焊接到基板2上,并且主体1和基板2共同接地。
根据本公开,基板2设有耦合结构201,这从图3可以清楚地看到。耦合结构201用于在主体1的两个谐振器——例如图1和图2所示的第二和第五谐振器——之间产生电容性耦合。
为了实现电容性耦合,图1和图2中的第二和第五谐振器中的每一个都在主体1的底面上设有金属化槽104,这从图4中可以清楚地看到,该图4是主体1的仰视图。金属化槽104位于对应的盲孔101下方,其直径小于盲孔101的直径。耦合结构201具有两个连接部分,每个连接部分都经由焊盘105连接到金属化槽104。
如图1所示,金属化槽104的中心不必与对应的盲孔101的中心重合。可以通过改变金属化槽104的位置(或换言之,耦合结构201与主体1的连接点)来控制或优化电容性耦合值。另外,可以通过改变耦合结构201的长度和/或宽度来优化电容性耦合值。
在另一实施例中,图1和图2中的第二和第五谐振器中的每一个都可以在主体1的底面上设有金属引脚。该金属引脚可以位于对应的盲孔101下方,并且其直径可以小于盲孔101的直径。耦合结构201的两个连接部分可以连接到该金属引脚。
在另一实施例中,图1和图2中的第二和第五谐振器中的每一个都可以在主体1的底面上设有焊盘,该焊盘例如经由基板上的焊盘连接到基板。主体1的底面上的焊盘可以位于对应的盲孔101的下方。换言之,在本实施例中省略了图1至图4所示的金属化槽104。
在又一实施例中,电容性耦合可以在不同于图1和图2所示的第二和第五谐振器的另两个谐振器之间产生。
耦合结构201可以采用多种构型实施。例如,耦合结构201可以通过如图5所示的传输线、如图6所示的平行耦合器、如图7所示的交指耦合器或如图8所示的宽边带状线耦合器来实现。传输线、平行耦合器、交指耦合器和宽边带状线耦合器的构型为本领域技术人员所熟知,因此省略相关描述。
图9是图示了图1所示的CWG滤波器的拓扑结构的示意图。圆圈中的序号01、02、03、04、05和06分别对应于CWG滤波器的第一至第六谐振器。
在第一谐振器01与第二谐振器02之间提供了直接耦合k12。在第二谐振器02与第三谐振器03之间提供了直接耦合k23。在第三谐振器03与第四谐振器04之间提供了直接耦合k34。在第四谐振器04与第五谐振器05之间提供了直接耦合k45。在第五谐振器05与第六谐振器06之间提供了直接耦合k56。在第一谐振器01与第六谐振器06之间提供了交叉耦合k16。直接耦合k12、k23、k34、k45、k56和交叉耦合k16是可以通过经通道、槽、开口和/或孔导电而提供的正/电感性耦合,这是本领域技术人员众所周知的。
在第二谐振器02与第五谐振器05之间提供了交叉耦合k25。交叉耦合K25是由基板2上/中的耦合结构201提供的电容性/负耦合。交叉耦合K25的电容性耦合值可以如上所述进行优化。
图10是图示了图1所示的六极CWG滤波器的频率响应曲线的示意图。如图10所示,CWG滤波器具有用020指示的通带。在通带020的低侧产生一对传输零点021。在通带020的高侧产生另一对传输零点022。可以通过优化交叉耦合值来调整传输零点021、022的频点位置。
在上述实施例中,CWG滤波器具有六个谐振器,因此具有六个极。本领域技术人员容易理解,谐振器或极的数量不限于六个,并且根据本公开的其他实施例的CWG滤波器可以具有与图1所示不同的拓扑结构。此外,任何谐振器都可以包括两个或更多个盲孔。
在上述实施例中,基板2为PCB。耦合结构201可以设计在PCB的表面上,也可以设计在PCB的内层上。例如,如图8所示的宽边带状线耦合器设计在基板的表层和内层上。另外,本公开不限于PCB。例如,基板2可以由塑料制成,并且耦合结构201可以是通过POP而一体形成在基板2上的金属层。
基于上述实施例,CWG滤波器可以包括陶瓷主体和其中/其上形成有耦合结构的基板。CWG滤波器不仅可以嵌入在基站的无线电单元或天线单元上,还可以嵌入在其他可以使用CWG滤波器的电子设备中。
在上述实施例中,CWG滤波器的主体1由大块陶瓷材料形成。然而,本公开不限于此。例如,CWG滤波器的主体1可以包括两个彼此上下堆叠的陶瓷块。
下面将描述根据本公开实施例的CWG滤波器的优点。
滤波器优化目标始终是在最小滤波器阶数或滤波器极数下实现带内和带外性能。滤波器谐振器的数量决定并且实际上等于极数。在相同的滤波器阶数下,交叉耦合产生的滤波器传输零点的数量和强度对滤波器的带外衰减性能有很大影响。
电容性耦合由于CWG滤波器的小尺寸和实心陶瓷块结构而比传统金属腔体更难在CWG滤波器中实现和控制。现有的CWG滤波器采用深盲孔或槽来使场反转以实现电容性耦合,在耦合值/强度控制方面不太方便,耦合位置设置不灵活,也增加了成本,并且由于谐波杂散而降低了近带衰减性能。
相反,根据本公开的实施例,电容性耦合是通过基板2上的耦合结构201实现的,CWG滤波器的主体1附接到该基板2上。耦合结构201将CWG滤波器的一个谐振器的电场能量耦合到另一个谐振器的电场能量,从而实现两个谐振器之间的电容性耦合。
根据本公开的实施例,可以通过改变耦合结构201的长度、宽度、形状和/或位置来控制或优化电容性耦合值/强度。更容易在基板2上/中布设或成形耦合结构201。因此,与现有的深盲孔/槽解决方案相比,电容性耦合可以更灵活地实现,并且更有效地形成滤波器拓扑结构。此外,电容性耦合值的精度比现有的盲孔/槽解决方案要好得多,这使得CWG滤波器具有更好的生产一致性。
此外,根据本公开实施例的CWG滤波器不仅可以实现更好的带外衰减性能,而且有利于近带谐波杂散和带内插入损耗。
在本公开的优选实施例中,其上设有耦合结构201的基板2为无线电单元的无线电母板或LPF板,或者为天线单元的天线校准板或功分板,这取决于基站产品的平面布置图。通过重新使用这种原有的PCB来实现电容性耦合,不会增加额外的成本。
本公开还涉及包括上文描述的CWG滤波器的无线电单元或天线单元,以及包括该无线电单元和/或天线单元的基站。
本公开中对“一个实施例”、“另一实施例”等的引用表明所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性,但并非每个实施例都必定包括该特定特征、结构或特征。此外,此类短语不一定指同一个实施例。此外,当描述与实施例有关的特定特征、结构或特性时,认为与其他实施例有关地实施这种特征、结构或特性(无论是否有明确描述)是在本领域技术人员的知识范围内的。
应当理解,尽管在本文中可以使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件,但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于对各元件进行区分。例如,可以将第一元件称为第二元件,类似地,可以将第二元件称为第一元件,而并不脱离本公开的范围。如本文所用,术语“和/或”包括一个或多个相关列举术语的任何和所有组合。
本文使用的术语仅出于描述特定实施例的目的,并非旨在限制本公开。如本文所用,单数形式“一”、和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文另有明确指示。应进一步理解的是,术语“包括”、“具有”、“包含”当在本文中使用时指所述特征、元件和/或部件的存在,但不排除一个或多个其他特征、元件、部件和/或它们的组合的存在或添加。本文使用的术语“连接”涵盖了两个元件之间的直接和/或间接连接。
本公开包括本文公开的任何新颖特征或特征的组合,无论是明确地公开还是其任何概括。当结合附图阅读时,根据前面的描述,对本公开的前述示例性实施例的各种修改和调整对于相关领域的技术人员来说是显而易见的。然而,任何和所有修改仍将落入本公开的非限制性和示例性实施例的范围内。
Claims (14)
1.一种陶瓷波导滤波器,包括由陶瓷制成并且具有多个谐振器的主体(1),每个谐振器都包括盲孔(101),两个谐振器的盲孔(101)在所述主体(1)的第一表面开口并朝向所述主体(1)的相对的第二表面延伸,
其中,通过基板(2)上/中的耦合结构(201)实现所述两个谐振器之间的电容性耦合,所述主体(1)在所述第二表面侧附接到所述基板(2)上。
2.根据权利要求1所述的陶瓷波导滤波器,其中,在所述主体(1)的第二表面上对应于所述两个谐振器的相应位置处设有金属化槽(104),所述耦合结构(201)经由焊盘(105)连接到所述金属化槽(104)。
3.根据权利要求1所述的陶瓷波导滤波器,其中,在所述主体(1)的第二表面上对应于所述两个谐振器的相应位置处设有金属引脚,所述耦合结构(201)借助于所述金属引脚连接到所述主体(1)。
4.根据权利要求1所述的陶瓷波导滤波器,其中,在所述主体(1)的第二表面上对应于所述两个谐振器的相应位置处设有焊盘,所述耦合结构(201)连接到所述焊盘。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的陶瓷波导滤波器,其中,所述陶瓷波导滤波器还包括所述基板(2),所述基板为印刷电路板或由塑料制成,其上形成有所述耦合结构(201)。
6.一种无线电单元,包括根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷波导滤波器,和所述陶瓷波导滤波器的主体(1)附接于其上的所述基板(2)。
7.根据权利要求6所述的无线电单元,其中,所述基板(2)为无线电母板或低通滤波器板。
8.根据权利要求6或7所述的无线电单元,其中,所述耦合结构(201)是所述基板(2)上/中的传输线、平行耦合器、交指耦合器或宽边带状线耦合器。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的无线电单元,其中,所述基板(2)由塑料制成,并且所述耦合结构(201)是通过在塑料上电镀而一体形成在所述基板(2)上的金属层。
10.一种天线单元,包括根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷波导滤波器,和所述陶瓷波导滤波器的主体(1)附接于其上的所述基板(2)。
11.根据权利要求10所述的天线单元,其中,所述基板(2)是天线校准板或天线功分板。
12.根据权利要求10或11所述的天线单元,其中,所述耦合结构(201)是所述基板(2)上/中的传输线、平行耦合器、交指耦合器或宽边带状线耦合器。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的天线单元,其中,所述基板(2)由塑料制成,并且所述耦合结构(201)是通过在塑料上电镀而一体形成在所述基板(2)上的金属层。
14.一种基站,包括根据权利要求6至9中任一项所述的无线电单元和/或根据权利要求10至13中任一项所述的天线单元。
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