CN116014391A - 一种介质滤波器以及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种介质滤波器以及通信设备，有效降低了介质滤波器的损耗。该介质滤波器包括介质块、介质层以及金属层。在该介质滤波器中，介质层的介电常数小于介质块的介电常数，并且介质块的至少一个表面被介质层覆盖，介质层的表面以及未被所述介质层覆盖的介质块的表面被金属层覆盖。

Description

一种介质滤波器以及通信设备

技术领域

本申请实施例涉及通信技术领域，具体涉及一种介质滤波器以及通信设备。

背景技术

随着无线通信技术的日益发展，无线通信架构中的通信设备(例如：基站等)分布越来越密集，对通信设备的体积要求越来越小。第五代移动通信技术(5th generationmobile networks，5G)多输入多输出(multiple-input multiple output，MIMO)场景中由于传输通道数量剧增，滤波器的数量也相应增多。因此，对滤波器的体积要求较高。通信设备中的介质滤波器，由于介质材料的介电常数高，可以实现滤波器尺寸的小型化，同时具有易生产，成本低的优势，在5G基站产品中已经大规模应用。但是，介质滤波器由于体积相比以往的金属腔滤波器大幅减小，根据基本电磁理论，体积减小，损耗会相应的增大。因此，降低介质滤波器损耗需求尤为迫切。

在现有的介质滤波器的技术方案中，直接在介质块的表面进行金属化，形成金属层。介质块中的电磁波到达金属层，会产生全反射，进而在金属层的表面形成电流。但金属层属于非理想导体，金属层表面形成的电流会产生损耗，进而导致该介质滤波器的损耗较大。

因此，如何降低介质滤波器的损耗成为了一个亟需解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种介质滤波器以及通信设备，有效降低了介质滤波器的损耗。

第一方面，本申请实施例提供了一种介质滤波器。该介质滤波器包括介质块、介质层以及金属层。在该介质滤波器中，介质层的介电常数小于介质块的介电常数。并且，介质块的至少一个表面被介质层覆盖，介质层的表面以及未被所述介质层覆盖的介质块的表面被金属层覆盖。需说明，所描述的介质块的材料可以是介电常数较高、以及低损耗的介质材料，譬如陶瓷等。所描述的金属层的材料可以是银、铜、铝、钛、锡或者金等金属材料。通过上述方式，由于介质块的介电常数与介质层的介电常数和波阻抗不同，所以从介质块中传播的电磁波，依次到达介质层后都会有部分电磁波发生反射，使得能量能够逐渐地被反射回来，那么最后达到金属层的能量更少，使得形成金属层表面的电流的损耗更小，进而有效地降低了介质滤波器的损耗。

在一些可能的实施方式中，介质层包括N层，N层所述介质层中的K层介质层覆盖所述介质块的第一表面，N层所述介质层中的P层介质层覆盖所述介质块的第二表面，所述第一表面与所述第二表面不相同，所述第一表面与所述第二表面为所述至少一个表面中的一个或多个，N为正整数，K、P≤N。该示例中，介质块可以有一个或多个表面，可以在第一表面覆盖K层介质层，这K层介质层可以叠加覆盖。同样地，可以在第二表面覆盖P层介质层，这P层介质层也可以叠加覆盖。通过在介质块的不同表面叠加相同或者不相同层数的介质层，可以从不同程度上减少该介质滤波器的损耗。

在一些可能的实施方式中，N层介质层中的每一层介质层的介电常数相同；或者，N层介质层中的每一层介质层的介电常数也可以不相同。

在一些可能的实施方式中，前述的K可以与P相同，或者K也可以与P不相同。也就是说，覆盖在介质块的第一表面的介质层的层数可以与覆盖在介质块的第二表面的介质层的层数相同，或者也可以不相同。

在一些可能的实施方式中，所述介质块的材料包括陶瓷。

在一些可能的实施方式中，所述介质滤波器的材料包括氧化硅、氧化硼、氧化钙和/或氧化铝。

在一些可能的实施方式中，所述介质块的表面包括至少一个孔和/或至少一个凹槽。

在一些可能的实施方式中，所述介质块的表面不包括孔和/或凹槽。

第二方面，本申请实施例提供一种通信设备。该通信设备包括如前述第一方面以及第一方面任意一种可能实现的介质滤波器。所描述的介质滤波器可以应用在通信系统中的收发通道中，以及连接在该通信系统中的收发通道射频前端滤波器电路中，实现对收发信号进的频率选择。需说明，所描述的通信设备可以是能够用于4G通信、5G通信的基站、卫星通信设备或者终端等设备、也可以是未来能够用于6G通信的基站、卫星通信或者终端等设备，本申请不做限定。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中，由于介质块的介电常数大于介质层的介电常数，使得介质块的介电常数与介质层的介电常数和波阻抗不同。那么将介质层附在介质块的表面，而金属层附在介质层的表面，使得从介质块中传播的电磁波，到达介质层后都会有部分电磁波发生反射，使得能量能够逐渐地被反射回来，那么最后达到金属层的能量更少，使得形成金属层表面的电流的损耗更小，进而有效地降低了介质滤波器的损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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。

图1为现有方案中的介质滤波器的结构示意图；

图2A为本申请实施例提供的介质滤波器的一种截面示意图；

图2B为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种截面示意图；

图3A为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种截面示意图；

图3B为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种截面示意图；

图4A为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种截面示意图；

图4B为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种截面示意图；

图5A为本申请实施例提供的介质滤波器的一种形态示意图；

图5B为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种形态示意图；

图5C为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种形态示意图；

图6为本申请实施例提供的一种通信设备的示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种介质滤波器以及通信设备，有效降低了介质滤波器的损耗。

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作出创造性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。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a、b和c可以是单个，也可以是多个。值得注意的是，“至少一项(个)”还可以解释成“一项(个)或多项(个)”。

通信设备中的介质滤波器，由于介电常数高，体积小，易生产，成本低等优势，在5G通信技术中已经大规模应用。但是，介质滤波器由于体积相比以往的金属腔滤波器大幅减小，根据基本电磁理论，体积减小，损耗会相应的增大。因此，降低介质滤波器损耗需求尤为迫切。

图1为现有方案中的介质滤波器的结构示意图。如图1所示，直接在介质块101的表面进行金属化，形成金属层102。这样，介质块101中的电磁波到达金属层102，会产生全反射，进而在金属层102的表面形成电流。但金属层102属于非理想导体，金属层102表面形成的电流会产生损耗，进而导致该介质滤波器10的损耗较大。

基于此，为了解决上述所提及的介质滤波器10损耗较大的问题，本申请提供了一种介质滤波器。所描述的介质滤波器10可以应用在通信设备中，该通信设备可以用于4G、5G通信或者未来的第六代移动通信技术(6th generation mobile networks，6G)等通信系统中。所描述的介质滤波器10可以包括但不限于陶瓷介质滤波器等。在实际应用中，该介质滤波器10还可以是其他能够对天线的收发信号进行频率选择的滤波器，具体在本申请不做限定说明。

图2A为本申请实施例提供的介质滤波器的一种截面示意图。

如图2A所示，该介质滤波器10包括介质块101、介质层103以及金属层102。所述介质层103的介电常数小于所述介质块101的介电常数；其中，所述介质块101的至少一个表面被所述介质层103覆盖，所述介质层103的表面以及未被所述介质层103覆盖的介质块101的表面被所述金属层102覆盖。

在该示例中，所描述的介质块101的至少一个表面被所述介质层103覆盖，可以理解成介质层103覆盖该介质块101的至少一个表面，也可以不覆盖该介质块101的一个或多个表面，即该介质层103至少要覆盖该介质块101的一个表面。举例来说，若该介质块101类似于长方体的形状，有6个表面，那么该介质层103可以只覆盖该介质块101的一个表面，也可以只覆盖该介质块101的两个表面或者3个表面等等；又或者，该介质层103可以全覆盖在该介质块101的表面，即覆盖该介质块101的6个表面。具体介质层103覆盖该介质块101的多少个表面，可以视情况而定，本申请实施例中不做限定说明。

需说明，上述图2A仅仅示出了该介质块的两个表面被该介质层覆盖的示意图。在实际应用中，该介质块的所有表面被该介质层全覆盖的示意图也可以参阅图2B进行理解。

此外,金属层可以覆盖在该介质层103的表面,以及将没有被介质层103覆盖的介质块101的表面进行覆盖。

在本申请实施例中，由于介质层103的介电常数小于介质块101的介电常数，那么在介质块101的介电常数与介质层103的介电常数和波阻抗不同的情况下，从介质块101中传播的电磁波，到达介质层103后都会有部分电磁波发生反射，使得能量能够逐渐地被反射回来，那么最后达到金属层102的能量更少，使得形成金属层102表面的电流的损耗更小，进而有效地降低了介质滤波器的损耗。

图3A为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种截面示意图。

为了便于理解该介质滤波器，在上述图2A示出的介质滤波器的基础上，如图3A所示，该介质层包括N层，N层所述介质层中的K层介质层覆盖在所述介质块的第一表面,N层所述介质层中的P层介质层覆盖在所述介质块的第二表面,所述第一表面与所述第二表面不相同,所述第一表面与所述第二表面为所述介质块的至少一个表面中的一个或多个,N为正整数,K、P≤N。

在该示例中，所描述的第一表面可以为该介质块的至少一个表面中的一个或多个。譬如说，当该介质块有101类似于长方体的形状，有6个表面时，该第一表面可以为上表面，或者，也可以由上表面与左侧表面这两个表面组成等等，在本申请中不做具体限定。类似地，所描述的第二表面可以为该介质块的至少一个表面中的一个或多个。譬如说，第二表面可以为该介质块中的下表面，或者也可以由下表面与正视图的表面这两个表面组成等等，在本申请中也不做具体限定。

所描述的N层介质层103中的K层介质层覆盖在介质块101的第一表面，可以理解成这K层介质层103中的第一层介质层103K1覆盖在介质块101的第一表面的外侧，然后第二层介质层103K2覆盖在第一层介质层103K1的外表面，第三层介质层覆盖在第二层介质层103K2的外表面，以此类推，直到第K层介质层103KK覆盖在第K-1层介质层的外表面。并且，该第K层介质层103KK的外表面能够被该金属层102覆盖。并且这K层介质层103中的每一层介质层103的介电常数均小于介质块101的介质常数。

同样地，所描述的N层介质层103中的P层介质层覆盖在介质块101的第二表面，可以理解成这P层介质层103中的第一层介质层103P1覆盖在介质块101的第二表面的外侧，然后第二层介质层103P2覆盖在第一层介质层103P1的外表面，第三层介质层覆盖在第二层介质层103P2的外表面，以此类推，直到第P层介质层103PP覆盖在第P-1层介质层的外表面。并且，该第P层介质层103PP的外表面能够被该金属层102覆盖。并且这P层介质层103中的每一层介质层103的介电常数均小于介质块101的介质常数。

需理解，上述图3A仅仅示出了该介质块的第一表面(譬如：左侧表面)被该K层介质层覆盖，以及第二表面(譬如：右侧表面)被P层介质层覆盖的示意图。在实际应用中该介质块的所有表面被该介质层全覆盖的示意图也可以参阅图3B进行理解。

需说明，上述所描述的K与P可以相同，也可以不相同，在本申请实施例不做具体限定。在本申请实施例中仅以K与P不相同为例进行说明。

该介质块101中的电磁波从介质块101的第一表面中传播到与第一层介质层103K1的交界处后，由于介质块101的介电常数和第一层介质层103K1的介电常数和波阻抗不同，一部分电磁波在介质块101与第一层介质层103K1的交界处发生反射，使得一部分能量被反射回来；而另一部分电磁波会传播到第一层介质层103K1，使得另一部分的能量能够穿过第一层介质层103K1，并传播到第一层介质层103K1与第二层介质层103K2的交界处后，反射回来一部分能量，而会有其余的一部分能量穿过第二层介质层103K2后，到达第二层介质层103K2与第三层介质层之间的交界处。以此类推，直到能量穿过第K-1层介质层，到达第K-1层介质层与第K层介质层103KK之间的交界处后，也会反射回部分能量，而剩余的部分能量穿过该第K层介质层103KK后，到达该金属层102，并在该金属层102中发生全反射。同样地，在介质块101的第二表面中传播电磁波，也可以与在第一表面中传播的方式相类似，能量穿过第P-1层介质层，到达第P-1层介质层与第P层介质层103PP之间的交界处后，也会反射回部分能量，而剩余的部分能量穿过该第P层介质层103PP后，到达该金属层102，并在该金属层102中发生全反射。这样，从介质块101中传播的电磁波，依次到达每一层介质层103后都会有部分电磁波发生反射，使得能量能够逐渐地被反射回来，那么最后达到金属层102的能量，相比于前述图1所描述的传统方案更少，使得形成金属层102表面的电流的损耗更小，进而有效地降低了介质滤波器10的损耗。

需说明，所描述的第K层介质层103KK的外表面能够被该金属层102覆盖，也可以理解成通过电镀、印刷、焊接或者喷射等方式，在该第K层介质层103KK的外表面附上一层金属层102。同样地，所描述的第P层介质层103PP的外表面能够被该金属层102覆盖，也可以理解成通过电镀、印刷、焊接或者喷射等方式，在该第P层介质层103PP的外表面附上一层金属层102。该金属层102能够将电磁波限制在介质块101内，防止电磁信号泄露。所描述的金属层102的材料可以包括但不限于银、铜、铝、钛、锡或金等金属材料。

在另一些示例中，N层介质层103中的每一层介质层103的介电常数可以相同，也可以不相同，此处不做限定。或者说，这N层介质层103中的每一层介质层103之间的介电常数的大小并不做限定。举例来说，K层介质层103覆盖在介质块101的第一表面的情况下，第一层介质层103K1的介电常数可以大于第二层介质层103K2的介电常数，也可以小于或者等于该第二层介质层103K2的介电常数；又或者，第三层介质层的介电常数也可以大于第二层介质层103K2的介电常数等等，此处不做限定说明。只要这N层介质层103中每一层介质层103的介电常数均小于该介质块101的介电常数即可。对于P层介质层103覆盖在介质块101的第二表面的情况，也可以参照前述K层介质层103覆盖在介质块101的第一表面的情况进行理解，此处不做赘述。

举例来说，图4A示出了本申请实施例提供的介质滤波器的另一种截面示意图。如图4A所示，当N＝1、K＝P＝1时，该介质滤波器10可以包括介质块101、一层介质层103以及金属层102。该介质层103的介电常数小于介质块101的介电常数。并且，介质层103附在该介质块101的外表面，金属层102则附在该介质层103的外表面。该介质块101的电磁波从介质块101中传播到与介质层103的交界处后，由于介质块101的介电常数和介质层103的介电常数和波阻抗不同，一部分电磁波在介质块101与介质层103的交界处发生反射，使得一部分能量被反射回来；而另一部分电磁波会传播到介质层103，这另一部分的能量能够穿过该介质层103，并传播到该金属层102，并在该金属层102中发生全反射。这样，从介质块101中传播的电磁波，到达介质层103后会发生反射，使得部分能量能够逐渐地被反射回来，那么最后达到金属层102的能量，相比于前述图1所描述的传统方案更少，使得形成金属层102表面的电流的损耗更小，进而有效地降低了介质滤波器10的损耗。

也可以参阅图4B，为本申请实施例提供的介质滤波器的另一种截面示意图。如图4B所示，当N＝2，K＝1，P＝2时，该介质滤波器10可以包括介质块101、两层介质层103以及金属层102。

其中，在该介质块101的第一表面中，介质层103可以包括第一层介质层103K1，并且第一层介质层103K1附在该介质块101的第一表面的外侧。在该介质块101的第二表面中，该介质层103可以包括第一层介质层103P1和第二层介质层103P2，并且第一层介质层103P1附在该介质块101的第二表面的外侧，第二层介质层103P2附在该第一层介质层103P1的外表面。进一步地，金属层102则附在该第一层介质层103K1的外表面以及第二层介质层1032的外表面。

需说明，第一层介质层103K1的介电常数、第一层介质层103P1以及第二层介质层103P2的介电常数都小于介质块101的介电常数。

介质块101中的电磁波从介质块101的第一表面中传播到与第一层介质层103K1的交界处后，由于介质块101的介电常数和第一层介质层103K1的介电常数和波阻抗不同，一部分电磁波在介质块101与第一层介质层103K1的交界处发生反射，使得一部分能量被反射回来，而另一部分穿过第一层介质层103K1后，到达该金属层102，并在该金属层102中发生全反射。同样地，电磁波从介质块101的第二表面中传播到与第一层介质层103P1的交界处后，由于介质块101的介电常数和第一层介质层103P1的介电常数和波阻抗不同，一部分电磁波在介质块101与第一层介质层103P1的交界处发生反射，使得一部分能量被反射回来，而另一部分电磁波能够穿过第一层介质层103P1，并传播到第一层介质层103P1与第二层介质层103P2的交界处后，反射回来一部分能量，而会有其余的一部分能量穿过第二层介质层103P2后，到达该金属层102，并在该金属层102中发生全反射。这样，从介质块101中传播的电磁波，依次到达每一层介质层103后都会发生反射，使得能量能够逐渐地被反射回来，那么最后达到金属层102的能量，相比于前述图1所描述的传统方案更少，使得形成金属层102表面的电流的损耗更小，进而有效地降低了介质滤波器10的损耗。

类似地，在实际应用中也可以在介质块101的表面叠加覆盖三层介质层103、四层介质层103等，在本申请实施例中不做具体限定。

需说明，上述图2A-图4B所示出的介质滤波器10，仅仅从剖面的角度描述了该介质滤波器10的结构。参照图5A，为本申请实施例提供的介质滤波器10的一种形态示意图。从图5A可以看出，在上述图2A-图4B所描述的任一种介质滤波器10的基础上，该介质块101的表面可以包括至少一个孔和/至少一个凹槽。所描述的至少一个孔或者至少一个凹槽可以基于该介质块101呈对称分布。

在另一些示例中，该介质块101的表面也可以是一个平整的平面，即不包括图5A所示的孔和/或凹槽，具体可以参阅图5B至图5C示出的介质滤波器10的另一种形态示意图进行理解。从图5B可以看出，该介质块101的表面既没有孔也没有凹槽。以及从图5C可以看出,该介质块101的表面并没有孔。

另外，图5A至图5C中仅以介质块101的形状为长方体为例进行说明。在实际应用中，该介质块101的形状还可以是正方体、圆柱体、椭圆柱体等立体形状，便于加工、组合。当然，在实际应用中，该介质块101还可以是其他的形状，譬如圆柱形、梯形等，具体的形状在本申请不做限定所描述的孔的形状可以包括但不限于圆形、方形、菱形等。所描述的凹槽的形状也可以包括但不限于十字凹槽、一字凹槽、长方形凹槽等，此处不做限定说明。此外，在本申请实施例中对孔或者凹槽的数量也不做限定。

需说明，前述所描述的介质块101的材料可以是具备高介电常数以及低损耗的介质材料，譬如陶瓷等，此处不做说明。

此外，所描述的介质滤波器10的材料可以包括氧化硅、氧化硼、氧化钙和/或氧化铝等材料。在实际应用中，该介质滤波器10的材料还可以是其他具有低介电常数、低损耗以及趋近于零的温度系数，能够为该介质滤波器10提供较好的介电性能的材料。

图6为本申请实施例提供的一种通信设备的示意图。如图6所示，该通信设备可以包括介质滤波器10。其中，介质滤波器10可以与天线耦接，用于对天线的收发信号进行频率选择。需说明，图6中的介质滤波器10可以参照前述图2A-图5C中所描述的介质滤波器10进行理解，其结构和工作原理在此处不做赘述。

所描述的通信设备可以包括但不限于能够用于5G通信的基站或者终端等设备、也可以是未来能够用于6G通信的基站、卫星通信设备或者终端等设备。所描述的终端又可以包括但不限于可折叠电子设备、平板电脑、桌面型计算机、膝上型计算机、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本、蜂窝电话、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、增强现实(augmented reality，AR)设备、虚拟现实(virtual reality，VR)设备、人工智能(artificial intelligence,AI)设备、可穿戴式设备、车载设备、智能家居设备、或智慧城市设备中的至少一种，具体不做限制。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器包括介质块、介质层以及金属层；所述介质层的介电常数小于所述介质块的介电常数；

其中，所述介质块的至少一个表面被所述介质层覆盖，所述介质层的表面以及未被所述介质层覆盖的介质块的表面被所述金属层覆盖。

2.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质层包括N层，N层所述介质层中的K层介质层覆盖在所述介质块的第一表面，N层所述介质层中的P层介质层覆盖在所述介质块的第二表面，所述第一表面与所述第二表面不相同，所述第一表面与所述第二表面为所述介质块的至少一个表面中的一个或多个，N为正整数，K、P≤N。

3.根据权利要求2所述的介质滤波器，其特征在于，所述N层介质层中的每一层介质层的介电常数相同。

4.根据权利要求2所述的介质滤波器，其特征在于，所述N层介质层中的每一层介质层的介电常数不相同。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的介质滤波器，其特征在于，K与P相同；或者K与P不相同。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质块的材料为陶瓷。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器的材料包括氧化硅、氧化硼、氧化钙和/或氧化铝。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质块的表面包括至少一个孔和/或至少一个凹槽。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质块的表面不包括孔和/或凹槽。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括权利要求1-9中任一项所述的介质滤波器。

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