CN205385099U - 滤波结构及滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种滤波结构及滤波器。所述滤波结构包括：至少一个叠层结构，所述叠层结构包括基板和位于基板上的导电层，所述导电层上错位排列有多个第一镂空结构和第二镂空结构，其中所述第一镂空结构为十字框形镂空结构，所述第二镂空结构为口字框形镂空结构。本申请中的滤波结构，当TE波和TM波入射时会产生三段带通滤波器功能，但是对TE波和TM波的滤波范围不同。

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，涉及小型化的滤波结构及滤波器。

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11夹在第一基板21和第二基板22之间，形成第一叠层结构。第二导电几何结构12夹在第三基板23和第四基板24之间，形成第二叠层结构。第一叠层结构中的第一基板21和第二叠层结构中的第三基板23分别结合在蜂窝层3的两个相对表面上。

在图1所示的实例中，采用第一粘接层41将第一基板21粘接在蜂窝层3的第一表面上，采用第二粘接层42将第三基板23粘接在蜂窝层3的第二表面上。第一叠层结构包括附加的第一支撑层51，用于支撑第一导电几何结构11。第二叠层结构包括附加的第二支撑层52，用于支撑第二导电几何结构12。

第一导电几何结构11和第二导电几何结构12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三段带通功能，有利于尺寸小型化和减小损耗的滤波器。

根据本实用新型的第一方面提供一种滤波结构，包括：至少一个叠层结构，所述叠层结构包括基板和位于基板上的导电层，所述导电层上错位排列有多个第一镂空结构和第二镂空结构，其中所述第一镂空结构为十字框形镂空结构，所述第二镂空结构为口字框形镂空结构。

优选的，所述第一镂空结构和第二镂空结构相互间隔的多行排列，并且每个所述第二镂空结构位于四个相邻的所述第一镂空结构之间，形成导电几何结构。

优选的，所述导电几何结构包括多个结构单元，每个结构单元的形状为矩形，所述结构单元包括彼此隔开的第一至第三导电图案，所述第一导电图案为位于结构单元周边的矩形框，并且在所述矩形框各个侧边的中间开口，所述第二导电图案为具有矩形中空区域的第一矩形块，并且在所述第一矩形块的各个侧边的中间设置有朝向所述开口突出的突起，所述第三导电图案为位于所述矩形中空区域内的第二矩形块，所述第一矩形块和所述第二矩形块之间形成所述口字框形镂空结构。

优选的，所述结构单元的第一方向为所述第二矩形块的延伸方向，第二方向为与所述第二矩形块相垂直的方向；在第一方向上和第二方向上，相邻的结构单元的矩形框彼此连接，且相邻结构单元的所述突起之间彼此连接。

优选的，所述第二导电图案相对第一导电图案居中设置，所述第三导电图案相对第二导电图案居中设置。

优选的，所述突起为矩形，并且该矩形的外端面平行于所述矩形框的外端面。

优选的，所述第三导电图案的第二矩形块平行于所述矩形框的位于宽度方向的侧边。

优选的，所述导电几何结构夹在两个基板之间。

优选的，还包括支撑层，所述支撑层位于所述导电几何结构和所述基板之间。

优选的，所述支撑层为柔性层。

优选的，还包括蜂窝层，所述叠层结构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结构中的基板结合在所述蜂窝层的表面上。

根据本实用新型的第二方面，提供一种滤波器，包括谐振腔、以及所述的滤波结构，其中，所述滤波结构设置在所述谐振腔中。

优选的，所述滤波器带通滤波器。

优选的，所述带通滤波器为三段带通滤波器。

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三段带通功能，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结构单元的俯视图；

图4示出根据本实用新型实施例的S21的仿真特性曲线；

图5示出根据本实用新型实施例的TE波入射角度为零的仿真特性曲线；

图6示出根据本实用新型实施例的以6.06至7.17GHz为中心的仿真结果(TE波)的近图；

图7示出根据本实用新型实施例的以11.01至11.26GHz为中心的仿真结果(TE波)的近图；

图8示出根据本实用新型实施例的以15.63至16.06GHz为中心的仿真结果(TE波)的近图；

图9示出根据本实用新型实施例的TM波入射角度为零的仿真特性曲线；

图10示出根据本实用新型实施例的以6.00至6.19GHz为中心的仿真结果(TM波)的近图；

图11示出根据本实用新型实施例的以10.21至10.07GHz为中心的仿真结果(TM波)的近图；

图12示出根据本实用新型实施例的以15.18至15.63GHz为中心的仿真结果(TM波)的近图。

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。如图2所示，所述滤波结构包括至少一个叠层结构，所述叠层结构包括基板和位于基板上的导电层，所述导电层上错位排列有多个第一镂空结构1000和第二镂空结构2000，其中所述第一镂空结构1000为十字框形镂空结构，所述第二镂空结构2000为口字框形镂空结构。

所述第一镂空结构和第二镂空结构相互间隔的多行排列，并且每个所述第二镂空结构位于四个相邻的所述第一镂空结构之间，形成导电几何结构。

优选的，所述滤波结构包括三个叠层结构。第一导电几何结构215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225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。

为了示出第一导电几何结构215，在图1中将第二基板116分离表示，图中的箭头指示第二基板116的实际位置应该覆盖于第一导电几何结构215。

在图2所示的实施例中，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。在替代的实施例中，采用热压分别将第一基板112和第三基板122固定在蜂窝层110的第一表面和第二表面上，从而可以省去第一粘接层111和第二粘接层121。

在图2所示的实施例中，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215。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225。例如，第一支撑层113和第二支撑层123由与第一至第四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112和第二基板116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，以及在第三基板122和第四基板126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225，从而可以省去第一支撑层113和第二支撑层123。

第一导电几何结构215和第二导电几何结构225分别是由多个结构单元2150组成的阵列。图3示出在根据本实用新型实施例的滤波结构中采用的结构单元的俯视图。每个结构单元2150为轴对称分布图案，每个结构单元的形状为矩形，包括彼此隔开的第一至第三导电图案，所述第一导电图案2151为位于结构单元周边的矩形框，并且在所述矩形框各个侧边的中间开口，所述第二导电图案2152为具有矩形中空区域的第一矩形块，并且在所述第一矩形块的各个侧边的中间设置有朝向所述开口突出的突起，所述第三导电图案2153为位于所述矩形中空区域内的第二矩形块，所述第一矩形块和所述第二矩形块之间形成所述口字框形镂空结构；所述第三导电图2153案沿着所述结构单元的长度方向延伸。

所述多个结构单元2150阵列排布，并且相邻的结构单元之间彼此连接。所述第二导电图案2152相对第一导电图案2151居中设置，所述第三导电图案2153相对第二导电图案2152居中设置，所述第三导电图案2153的第二矩形块平行于所述矩形框的位于宽度方向的侧边，并沿着所述矩形框的宽度方向延伸。所述突起均为矩形，并且该矩形的外端面平行于所述矩形框的外端面。

该结构单元2150的长度表示为L1，宽度表示为W1，第一矩形块的长度和宽度分别表示为L2和W2，第三导电图案的第二矩形块的长度和宽度分别表示为L3和W3；所述突起包括第一突起10和第二突起20，所述第一突起沿着所述结构单元的长度方向延伸，所述第二突起沿着所述结构单元的宽度方向延伸，这里将第一突起10的长度和宽度分别表示为L4和W4，将第二突起20的长度和宽度分别表示为L5和W5。

在第一导电几何结构215和第二导电几何结构225中，多个结构单元2150排列成阵列。在所述结构单元的长度和宽度方向上，相邻的结构单元的矩形框彼此连接，且相邻结构单元的所述突起之间彼此连接。第一导电几何结构215和第二导电几何结构225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225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225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113、第二支撑层123、第一基板112、第二基板116、第三基板122和第四基板126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215和第二导电几何结构225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225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225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225可以由导电油墨印刷形成在介质基板上。图4-12示出根据本实用新型实施例的滤波结构的仿真特性曲线。该滤波结构中的结构单元如图3所示，滤波结构如图2所示，包括第一至第二叠层结构。

在仿真中，假设第一导电几何结构215、第二导电几何结构225的构造相同，其中，每个结构单元2150的长度L1和宽度W1分别为12毫米和8毫米，厚度为0.018毫米。在每个结构单元2150中，矩形块的长度L2和宽度W2分别为10.7毫米和6.7毫米，第三导电图案的线条的长度L3和宽度W3分别为3.7毫米和5.7毫米；第一突起10的长度L4和宽度W4分别为0.65毫米和1毫米，第二突起20的长度L5和宽度W5分别为1.5毫米和1.3毫米。第一至第四基板的介电常数均为3.15，蜂窝层的介电常数为1.05，粘结层的介电常数为2.9，支撑层的介电常数为3.2。所述第一和第三基板的厚度为0.4毫米，第二和第四基板的厚度为0.8毫米。

对于上述参数的滤波结构进行仿真的结果表明，当TE波和TM波入射时会产生三段带通滤波器功能。在图4中示出TE波和TM的S21仿真曲线，由此仿真曲线可得出，当入射波是TE波时，TE波在6.06至7.17GHz、11.01至11.26GHz及15.63至16.06GHz可透波而4.60GHz以下、8.23至10.52GHz、12.03至15.11GHz、18.35GHz以上会被抑制，这是TE波三段带通滤波器；当入射波是TM波时，TM波在6.00至6.19GHz、10.21至10.70GHz及15.18至15.63GHz可透波而5.45GHz以下、6.46至9.25GHz、11.54至14.66GHz、17.69GHz以上会被抑制，这是TM波三段带通滤波器。

由图5-12的仿真结果可知，TE波的S21在6.06-7.17GHz、11.01-11.26GHz及15.63-16.06GHz波段均高于-2.0dB；TE波的S21在4.60GHz以下及18.35GHz以上波段均低于-20.0dB；TE波的S21在8.23-10.52GHz及12.03-15.11GHz波段均低于-20.0dB；TM波的S21在6.00-6.19GHz、10.21-10.70GHz及15.18-15.63GHz波段均高于-2.0dB；TM波的S21在5.45GHz以下及17.69GHz以上波段均低于-20.0dB；TM波的S21在6.46-9.25GHz及11.54-14.66GHz波段均低于-20.0dB。

本申请中的滤波结构，可设置在谐振腔中，形成带通滤波器，例如三段带通滤波器，该三段带通滤波器对TE波和TM具有的不同的透波范围。

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 (15)

1.一种滤波结构，其特征在于，包括：

至少一个叠层结构，所述叠层结构包括基板和位于基板上的导电层；

所述导电层上错位排列有多个第一镂空结构和第二镂空结构，其中所述第一镂空结构为十字框形镂空结构，所述第二镂空结构为口字框形镂空结构。

2.根据权利要求1所述的滤波结构，其特征在于，所述第一镂空结构和第二镂空结构相互间隔的多行排列，并且每个所述第二镂空结构位于四个相邻的所述第一镂空结构之间，形成导电几何结构。

3.根据权利要求2所述的滤波结构，其特征在于，所述导电几何结构包括多个结构单元，每个结构单元的形状为矩形，所述结构单元包括彼此隔开的第一至第三导电图案，所述第一导电图案为位于结构单元周边的矩形框，并且在所述矩形框各个侧边的中间开口，所述第二导电图案为具有矩形中空区域的第一矩形块，并且在所述第一矩形块的各个侧边的中间设置有朝向所述开口突出的突起，所述第三导电图案为位于所述矩形中空区域内的第二矩形块，所述第一矩形块和所述第二矩形块之间形成所述口字框形镂空结构。

4.根据权利要求3所述的滤波结构，其特征在于，所述结构单元的第一方向为所述第二矩形块宽度延伸的方向，第二方向为与所述第一方向相垂直的方向；

在第一方向上和第二方向上，相邻的结构单元的矩形框彼此连接，且相邻结构单元的所述突起之间彼此连接。

5.根据权利要求3所述的滤波结构，其特征在于，所述第二导电图案相对第一导电图案居中设置，所述第三导电图案相对第二导电图案居中设置。

6.根据权利要求3所述的滤波结构，其特征在于，所述突起为矩形，并且该矩形的外端面平行于所述矩形框的外端面。

7.根据权利要求5所述的滤波结构，其特征在于，所述第三导电图案的第二矩形块平行于所述矩形框的位于宽度方向的侧边。

8.根据权利要求4所述的滤波结构，其特征在于，所述导电几何结构夹在两个基板之间。

9.根据权利要求4所述的滤波结构，其特征在于，还包括支撑层，所述支撑层位于所述导电几何结构和所述基板之间。

10.根据权利要求9所述的滤波结构，其特征在于，所述支撑层为柔性层。

11.根据权利要求4所述的滤波结构，其特征在于，还包括蜂窝层，所述叠层结构位于所述蜂窝层的表面上。

12.根据权利要求11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结构中的基板结合在所述蜂窝层的表面上。

13.一种滤波器，其特征在于，包括谐振腔、以及根据权利要求1至12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。

14.根据权利要求13所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器为带通滤波器。

15.根据权利要求14所述的滤波器，其特征在于，所述带通滤波器为三段带通滤波器。