CN205303631U - 滤波结构及滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种滤波结构及滤波器。所述滤波结构包括：至少一个叠层单元，所述叠层单元包括层叠设置的第一叠层结构和第二叠层结构，两层叠层结构均包括基板和位于基板上的多个导电几何结构，所述第一叠层结构的第一导电几何结构包括第一线条；所述第二叠层结构的第二导电几何结构与所述第一导电几何结构对应设置，包括彼此平行的第二线条、第三线条、及位于二者之间的网格结构。该滤波结构实现当入射波为TE波时产生低通及带通功能，当入射波是TM波时电磁波被反射，并且有利于滤波器的小型化。

Description

滤波结构及滤波器

技术领域

本实用新型涉及滤波领域，更具体地，涉及滤波结构及滤波器。

背景技术

在通信应用中，天线和滤波器是重要的射频部件。滤波器允许特定频段的电磁波通过，从而提供带通和带外抑制功能。因而，滤波器可以抑制非工作频段的干扰，有利于改善天线特性和提高增益。

根据滤波器的工作原理不同，滤波器可以有多种类型，例如基于电-声-电转换的表面波滤波器、采用腔体提供谐振结构的谐振腔滤波器等。谐振腔体滤波器的谐振频率取决于腔体的容积。腔体的容积越大，谐振频率越低。因此，谐振腔体滤波器的缺点是在低频应用时体积过大。

在谐振腔中设置滤波结构，可以在不增大滤波器的体积的情形下有效降低谐振频率，有利于实现滤波器的小型化。

图1示出根据现有技术的滤波结构的立体结构示意图。滤波结构100包括堆叠的多个层。第一导电几何结构115夹在第一基板112和第二基板116之间，形成第一叠层结构。第二导电几何结构125夹在第三基板122和第四基板126之间，形成第二叠层结构。第一叠层结构中的第一基板112和第二叠层结构中的第三基板122分别结合在蜂窝层110的两个相对表面上。

在图1所示的实例中，采用第一粘接层111将第一基板112粘接在蜂窝层110的第一表面上，采用第二粘接层121将第三基板122粘接在蜂窝层110的第二表面上。第一叠层结构包括附加的第一支撑层113，用于支撑第一导电几何结构115。第二叠层结构包括附加的第二支撑层123，用于支撑第二导电几何结构125。

第一导电几何结构115和第二导电几何结构125分别是由多个结构单元组成的阵列。每个结构单元为中心对称分布图案，包括外框和位于外框内的十字形图案。相邻的结构单元的外框彼此连接。该滤波结构100可用于带通滤波器，在8.2至9.2GHz频段透波，而且表现出低损耗。

然而，随着技术发展，对滤波器的性能要求越来越高。期望进一步改进谐振腔体滤波器中的滤波结构，使其可以工作于更低的频率。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型要解决的问题是提供一种通过导电几何结构的设计来实现低通或带通功能的滤波器。

根据本实用新型的一方面，提供一种滤波结构，包括：

至少一个叠层单元，所述叠层单元包括层叠设置的第一叠层结构和第二叠层结构，其中，

所述第一叠层结构包括基板以及位于基板上的多个第一导电几何结构，所述第一导电几何结构包括第一线条；

所述第二叠层结构包括基板以及位于基板上的多个第二导电几何结构，所述第二导电几何结构与所述第一导电几何结构对应设置，包括彼此平行的第二线条、第三线条及位于二者之间的网格结构。

优选的，在与所述基板相垂直的方向上，所述第一线条至少将所述网格结构覆盖。

优选的，所述叠层单元包括两个所述第一叠层结构，所述第二叠层结构位于两个所述第一叠层结构之间。

优选的，所述第一线条与所述第二线条平行。

优选的，在所述第一线条的延伸方向上，相邻的第一导电几何结构的第一线条彼此连接；和/或，

所述第二导电几何结构的第一方向为所述第二线条和所述第三线条的延伸方向，第二方向为与所述第二线条和所述第三线条相垂直的方向，

在第一方向上，相邻的第二导电几何结构的第二线条彼此连接，且第三线条彼此连接，

在第二方向上，相邻的第二导电几何结构中相邻的第二线条和第三线条彼此连接。

优选的，所述网格结构在所述第二导电几何结构中居中，并且与所述第二线条、所述第三线条和相邻第二导电几何结构的网格结构分别隔开预定距离。

优选的，所述第一线条在所述第一导电几何结构中居中，所述第一线条的宽度大于所述网格结构的宽度。

优选的，所述网格结构包括线条围绕的多个网孔。

优选的，所述网孔为矩形、多边形、圆形、或椭圆形。

优选的，还包括第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层位于所述第一叠层结构的基板与第一导电几何结构之间，所述第二支撑层位于所述第二叠层结构的基板与第二导电几何结构之间。

优选的，所述支撑层为柔性层。

优选的，还包括蜂窝层，所述叠层单元位于所述蜂窝层的表面上。

优选的，还包括粘接层，所述粘接层将所述叠层单元中的基板结合在所述蜂窝层的表面上。

根据本实用新型的另一方面，提供一种滤波器，其特征在于，包括谐振腔、以及上述的滤波结构，其中，所述滤波结构设置在所述谐振腔中。

本实用新型通过在基板上设计导电几何结构，通过相关叠层结构的电磁响应特征来改变透波特性，从而可以降低滤波结构的工作频率。上述的滤波结构设置在谐振腔滤波器的谐振腔中，使得电磁波入射到滤波结构上实现当入射波为TE波时产生低通及带通功能，当入射波是TM波时电磁波被反射，有利于滤波器的尺寸小型化和减小损耗。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据现有技术的滤波结构的立体结构示意图；

图2示出根据本实用新型实施例的滤波结构的立体结构示意图；

图3示出在根据本实用新型实施例的滤波结构中采用的第一导电几何结构的俯视图；

图4示出在根据本实用新型实施例的滤波结构中采用的第二导电几何结构的俯视图；

图5示出根据本实用新型实施例的滤波结构的截面图；

图6至图9示出根据本实用新型实施例的滤波结构的仿真特性曲线。

图中，211、第一基板；212、第二基板；213、第五基板；214、第六基板；215、第一导电几何结构；2151、第一线条；221、第三基板；222、第四基板；223、第二导电几何结构；2231、第二线条；2232、第二线条；2233、网格结构；230、第一蜂窝层；240、第二蜂窝层；251、第一粘接层；252、第二粘接层；253、第三粘接层；254、第三粘接层；261、第一支撑层；262、第二支撑层。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

应当理解，在描述某个结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将该结构翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图2示出根据本实用新型实施例的滤波结构的立体结构示意图。图5示出根据本实用新型实施例的滤波结构的截面图。滤波结构200为，多个第一导电几何结构215夹在两基板之间，形成第一叠层结构，多个第二导电几何结构223夹在两基板之间，形成第二叠层结构，第一叠层结构和第二叠层结构形成一个叠层单元。在一个优选实施例中，如图2和图5所示，一个叠层单元包括两个第一叠层结构，第二叠层结构夹在两第一叠层结构之间。在两个第一叠层结构中，其中的一组第一导电几何结构215夹在第一基板211和第二基板212之间，另一组第一导电几何结构215夹在第五基板213和第六基板214之间，第二导电几何结构223夹在第三基板221和第四基板222之间。其中一个第一叠层结构中的第二基板212和第二叠层结构中的第三基板221分别结合在第一蜂窝层230的两个相对表面上，另一个第一叠层结构中的第五基板213和第二叠层结构中的第四基板222分别结合在第二蜂窝层240的两个相对表面上。在另一个优选实施例中，一个叠层单元包括一个第一叠层结构，第一叠层结构夹在第一基板和第二基板之间，第二叠层结构夹在第三基板和第四基板之间。第一叠层结构中的第二基板和第二叠层结构中的第三基板分别结合在第一蜂窝层的两个相对表面上。

叠层单元的数量可以为如图2和图5所示的一个，也可以为多个。

为了示出第一导电几何结构215和第二导电几何结构223，在图2中将两组第一导电几何结构215和第二导电几何结构223分离表示，图中的箭头指示其中一组第一导电几何结构215的实际位置应插入第一基板211和第二基板212之间，另一组第一导电几何结构215的实际位置应插入第五基板213和第六基板214之间，第二导电几何结构223的实际位置应插入第三基板221和第四基板222之间。

在图2和图5所示的实施例中，采用第一粘接层251将第二基板212粘接在第一蜂窝层230的第一表面上，采用第二粘接层252将第三基板221粘接在第一蜂窝层230的第二表面上，采用第三粘接层253将第四基板222粘接在第二蜂窝层240的第一表面上，以及，第四粘接层将第五基板213粘接在第二蜂窝层240的第二表面上。在替代的实施例中，采用热压分别将第二基板212和第三基板221固定在第一蜂窝层230的第一表面和第二表面上，将第四基板222和第五基板213分别固定在第二蜂窝层240的第一表面和第二表面上，从而可以省去第一粘接层251、第二粘接层252、第三粘接层253和第四粘接层254。

在图2和图5所示的实施例中，第一叠层结构包括附加的第一支撑层261，用于支撑第一导电几何结构215。第二叠层结构包括附加的第二支撑层262，用于支撑第二导电几何结构223。例如，第一支撑层261和第二支撑层262由与第一至第六基板类似的材料组成，只是厚度较小，以提供机械强度和柔韧性，便于加工工艺的实现。在替代的实施例中，在第一基板211和第二基板212彼此相对的两个表面任一个上，以及第五基板213和第六基板214彼此相对的两个表面任一个上，直接形成第一导电几何结构215，在第三基板221和第四基板222彼此相对的两个表面任一个上，直接形成第二导电几何结构223，从而可以省去第一支撑层261和第二支撑层262。

其中，第一导电几何结构215阵列于第一支撑层261上，第二导电几何结构223阵列于第二支撑层262上，且第一导电几何结构215与第二导电几何结构223为一一对应。

图3示出在根据本实用新型实施例的滤波结构中采用的第一导电几何结构215的俯视图。每个第一导电几何结构215包括第一线条2151，优选在基板的宽度方向上居中设置。在同一叠层单元中，两个第一叠层结构的第一线条2151结构可以相同，也可以不同。该第一导电几何结构215的长度表示为L1，宽度表示为W1。第一线条2151的长度与第一导电几何结构215的长度相等，线宽表示为w1。

图4示出在根据本实用新型实施例的滤波结构中采用的第二导电几何结构223的俯视图。每个第二导电几何结构223为轴对称分布图案，包括彼此平行的第二线条2231和第三线条2232，以及位于两者之间的网格结构2233。

第二导电几何结构223的长度表示为L2，宽度表示为W2。第二线条2231和第三线条2232的长度与第二导电几何结构223的长度相等，线宽表示为w2。网格结构2233的长度表示为L3，宽度表示为W3。网格结构2233的长边和短边分别平行于第二导电几何结构223的长边和短边。网格结构2233在第二导电几何结构223中居中，并且与第二线条2231、第三线条2232和相邻第二导电几何结构223的网格结构2233分别隔开预定距离。网格结构2233包括由线宽表示为w3的线条围绕的多个网孔。例如，网孔为矩形、多边形、圆形、或椭圆形。

在第一线条2151的延伸方向上，相邻的两个第一导电几何结构215的第一线条2151彼此连接。

在第二线条2231和第三线条2232的延伸方向上，相邻的两个第二导电几何结构223的第二线条2231彼此连接，并且第三线条2232彼此连接。在与第二线条2231和第三线条2232垂直的方向上，相邻的两个第二导电几何结构223的第二线条2231和第三线条2232中相邻的线条连接。

在与基板相垂直的方向上，第一线条2151至少将网格结构2233覆盖，在一个优选实施例中，在与第二线条2231和第三线条2232垂直的方向上，第一线条2151的尺寸大于网格结构2233的尺寸，即第一线条2151的宽度大于网格结构2233的短边长度，从而使得第一线条2151能够将网格结构2233所覆盖。进一步优选的，如图2所示的实施例中，第一线条2151的宽度大于第二线条2231与第三线条2232之间的距离。

第一导电几何结构215和第二导电几何结构223可以由任意的导电材料组成。这里的导电材料，可以是金、银、铜等导电性能良好的金属材料，或者主要成分为金、银、铜中的一种或两种的合金材料，也可以是碳纳米管、掺铝氧化锌、铟锡氧化物等可以导电的非金属材料。在本实用新型中，第一导电几何结构215和第二导电几何结构223的材料优选铜或银。第一导电几何结构215和第二导电几何结构223可以是任意物质形态。这里的物质形态，可以是选自固体、液体、流状体和粉状物中的一种，只要其可以维持特定的形状即可。例如液体的导电材料可以容纳在空腔、管道、胶囊之中并且限定其形状。

第一支撑层261、第二支撑层262、第一基板211、第二基板212、第三基板221、第四基板222、第五基板213和第六基板214可以分别为介质基板。介质基板的材料有多种选择，例如陶瓷、FR4、F4B(聚四氟乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯，HighDensityPolyethylene)、ABS(AcrylonitrileButadieneStyrene)等。例如，介质基板的相对介电常数大于2、损耗角正切小于0.1。第一导电几何结构和第二导电几何结构可以通过印刷、镀敷、粘接、热压等方式附着于介质基板上。

在一个实例中，第一导电几何结构215和第二导电几何结构223是介质基板上的图案化金属层。第一导电几何结构215和第二导电几何结构223通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等多种方法附着在介质基板上。其中，蚀刻是较优的制造工艺，其步骤是在设计好合适的人造微结构的平面图案后，先将一张金属箔片整体地附着在介质基板上，然后通过蚀刻设备，利用溶剂与金属的化学反应去除掉人造微结构预设图案以外的箔片部分，余下的即可得到人造微结构。在另一个实例中，第一导电几何结构215和第二导电几何结构223可以由导电油墨印刷形成在介质基板上。

图6至图9示出根据本实用新型实施例的滤波结构的仿真特性曲线。该滤波结构中的第一导电几何结构215如图3所示，第二导电几何结构223如图4所示，其结构如图2和图5所示。

在仿真中，假设两个第一导电几何结构的构造相同，第一导电几何结构215和第二导电几何结构223的外形尺寸相同，即L1＝L2＝10mm，W1＝W2＝5.8mm，厚度均为0.018毫米。在每个第一导电几何结构215中，第一线条2151的线宽w1为3.8mm，居中设置。在每个第二导电几何结构223中，第二线条2231和第三线条2232的线宽w2为1.9毫米，网格结构2233的长度L3和宽度W3分别为7毫米和1.6毫米，线宽w3为0.1毫米。第一蜂窝层230和第二蜂窝层240的材料相同，相对介电常数1.05、损耗角正切0.006，厚度分别为8.2毫米。第一基板211、第二基板212、第三基板221、第四基板222、第五基板213和第六基板214的材料相同，相对介电常数3.15、损耗角正切0.005，第一基板211和第六基板214的厚度为0.8毫米，其余的基板厚度为0.4毫米。第一支撑层261和第二支撑层262的材料相同，相对介电常数3.2、损耗角正切0.002，厚度分别为0.025毫米。第一粘接层251、第二粘接层252、第三粘接层253和第四粘接层254的材料相同，相对介电常数2.9、损耗角正切0.008，厚度分别为0.1毫米。

对于上述参数的滤波结构进行仿真的结果表明，当入射波是TE波时会产生低通及带通滤波器的功能，而相反当入射波是TM波时电磁波会被反射。图6是TE波入射角度为零(即正面入射)时的S21仿真结果，图7为图6中低通部分的近图，图8为图6中带通部分的近图。如图7和图8所示，TE波的S21在6.79GHz以下及17.23-18.08GHz波段均高于-1.31dB，TE波的S21在10.46-14.85GHz及19.15GHz以上波段均低于-20dB。图9是TM波入射角度为零(即正面入射)时的S21仿真结果，如图9所示，TM波的S21在21.7GHz以下波段均低于-20dB。

在以上的描述中，对公知的结构要素和步骤并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来实现相应的结构要素和步骤。另外，为了形成相同的结构要素，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。

Claims (14)

1.一种滤波结构，其特征在于，包括：

至少一个叠层单元，所述叠层单元包括层叠设置的第一叠层结构和第二叠层结构，其中，

所述第一叠层结构包括基板以及位于基板上的多个第一导电几何结构，所述第一导电几何结构包括第一线条；

所述第二叠层结构包括基板以及位于基板上的多个第二导电几何结构，所述第二导电几何结构与所述第一导电几何结构对应设置，包括彼此平行的第二线条、第三线条及位于第二线条和第三线条之间的网格结构。

2.根据权利要求1所述的滤波结构，其特征在于：在与所述基板相垂直的方向上，所述第一线条至少将所述网格结构覆盖。

3.根据权利要求1所述的滤波结构，其特征在于，所述叠层单元包括两个所述第一叠层结构，所述第二叠层结构位于两个所述第一叠层结构之间。

4.根据权利要求2所述的滤波结构，其特征在于，所述第一线条与所述第二线条平行。

5.根据权利要求1至4任一项所述的滤波结构，其特征在于，在所述第一线条的延伸方向上，相邻的第一导电几何结构的第一线条彼此连接；和/或，

所述第二导电几何结构的第一方向为所述第二线条和所述第三线条的延伸方向，第二方向为与所述第二线条和所述第三线条相垂直的方向，

在第一方向上，相邻的第二导电几何结构的第二线条彼此连接，且第三线条彼此连接，

在第二方向上，相邻的第二导电几何结构中相邻的第二线条和第三线条彼此连接。

6.根据权利要求5所述的滤波结构，其特征在于，所述网格结构在所述第二导电几何结构中居中，并且与所述第二线条、所述第三线条和相邻第二导电几何结构的网格结构分别隔开预定距离。

7.根据权利要求6所述的滤波结构，其特征在于，所述第一线条在所述第一导电几何结构中居中，并且，在所述第二方向上，所述第一线条的尺寸大于所述网格结构的尺寸。

8.根据权利要求1至4任一项所述的滤波结构，其特征在于，所述网格结构具有多个网孔。

9.根据权利要求8所述的滤波结构，其特征在于，所述网孔为矩形、多边形、圆形、或椭圆形。

10.根据权利要求1至4任一项所述的滤波结构，其特征在于，还包括第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层位于所述第一叠层结构的基板与第一导电几何结构之间，所述第二支撑层位于所述第二叠层结构的基板与第二导电几何结构之间。

11.根据权利要求10所述的滤波结构，其特征在于，所述支撑层为柔性层。

12.根据权利要求1至4任一项所述的滤波结构，其特征在于，还包括蜂窝层，所述叠层单元位于所述蜂窝层的表面上。

13.根据权利要求12所述的滤波结构，其特征在于，还包括粘接层，所述粘接层将所述叠层单元中的基板结合在所述蜂窝层的表面上。

14.一种滤波器，其特征在于，包括谐振腔、以及根据权利要求1至13中任一项所述的滤波结构，其中，所述滤波结构设置在所述谐振腔中。