CN205452490U - 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：至少一个叠层结构，所述叠层结构包括基板和位于基板上的多个导电几何结构，所述导电几何结构包括网格结构以及仅设置于网格结构一对侧的连接线条。该滤波结构实现当入射波是TE波时产生低通滤波器效果，而当入射波是TM波时会产生双段带通滤波器效果，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：

至少一个叠层结构，所述叠层结构包括基板和位于基板上的多个导电几何结构，

所述导电几何结构包括网格结构以及仅设置于网格结构一对侧的连接线条。

优选地，所述导电几何结构的第一方向为所述连接线条的延伸方向，第二方向为与所述连接线条相垂直的方向，

在第一方向上，相邻的导电几何结构的连接线条彼此连接，

在第二方向上，相邻的导电几何结构的网格结构之间隔开预定距离。

优选地，所述网格结构的外形轮廓呈矩形，所述连接线条设置于所述网格结构的短边上，所述连接线条与所述网格结构的长边平行。

优选地，所述网格结构由线条围绕而成且具有多个网孔。

优选地，所述网格结构外围线条的线宽与内部线条的线宽不同。

优选地，所述网孔为矩形、多边形、圆形、或椭圆形。

优选地，所述导电几何结构夹在两个基板之间。

优选地，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。

优选地，所述支撑层为柔性层。

优选地，还包括蜂窝层，所述叠层结构位于所述蜂窝层的表面上。

优选地，所述叠层结构夹在两个蜂窝层之间。

优选地，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是TE波时产生低通滤波器效果，而当入射波是TM波时会产生双段带通滤波器效果，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导线几何结构的俯视图；

图4示出根据本实用新型实施例的滤波结构的截面图；

图5至图10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、第一导电几何结构；221、第三基板；222、第四基板；223、第二导电几何结构；230、蜂窝层；241、第一粘接层；242、第二粘接层；251、第一支撑层；252、第二支撑层；261、网格结构；262、连接线条。

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4示出根据本实用新型实施例的滤波结构的截面图。该滤波结构200为，包括两个叠层结构，分别为第一叠层结构和第二叠成结构。每个叠层结构均包括基板以及位于基板上的多个导电几何结构，其中，多个第一导电几何结构213夹在第一基板211和第二基板212之间，形成第一叠层结构。多个第二导电几何结构223夹在第三基板221和第四基板222之间，形成第二叠层结构。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分别结合在蜂窝层230的两个相对表面上。

叠层结构的数量可以为如图2和图4所示的两个，也可以为一个或多个，其结构与两个的情况类似，在此不再赘述。

进一步的，为了示出第一导电几何结构213，在图1中将第一基板211分离表示，图中的箭头指示第二基板212的实际位置应该覆盖于第一导电几何结构213。

在图2所示的实施例中，采用第一粘接层241将第二基板212粘接在蜂窝层230的第一表面上，采用第二粘接层242将第三基板221粘接在蜂窝层230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固定在蜂窝层230的第一表面和第二表面上，从而可以省去第一粘接层241和第二粘接层242。

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251，用于支撑第一导电几何结构213。第二叠层结构包括附加的第二支撑层252，用于支撑第二导电几何结构223。例如，第一支撑层251和第二支撑层252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211和第二基板212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213，以及在第三基板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251和第二支撑层252。

多个第一导电几何结构213阵列于第一支撑层251上，多个第二导电几何结构223阵列于第二支撑层252上。图3示出在根据本实用新型实施例的滤波结构中采用的导电几何结构的俯视图。每个导线几何结构为轴对称分布图案，包括网格结构261以及仅设置于网格结构261一对侧的连接线条262。网格结构261的外形轮廓优选呈矩形，连接线条262设置于网格结构261的短边上，连接线条262与网格结构261的长边平行。在替代的实施例中，网格结构261的外形轮廓还可以呈梯形、六边形等多边形等其他形状。

导线几何结构的长度表示为L1，宽度表示为W1。网格结构261的长度表示为L2，宽度表示为W2。网格结构261的长边和短边分别平行于导线几何结构的长边和短边。网格结构261在导线几何结构中居中。网格结构261由线条围绕而成且具有多个网孔。例如，网孔为矩形、多边形、圆形、或椭圆形。网格结构261外围线条的线宽与内部线条的线宽可以相同，也可以不同，在一个优选实施例中，内部线条的线宽大于外围线条的线宽。其中，外围线条的线宽表示为w2，内部线条的线宽表示为w3。连接线条262位于网格结构261短边的中部，长度表示为l1，宽度表示为w1。

在连接线条262的延伸方向上，相邻的两个导线几何结构的连接线条彼此连接。在与连接线条262相垂直的方向上，相邻的导线几何结构的网格结构261之间隔开预定距离。

第一导电几何结构213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213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213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251、第二支撑层252、第一基板211、第二基板212、第三基板221和第四基板222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213和第二导电几何结构223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213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213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213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5至图10示出根据本实用新型实施例的滤波结构的仿真特性曲线。该滤波结构中的导线几何结构如图3所示，其结构如图4所示，包括第一和第二叠层结构。

在仿真中，假设第一导电几何结构213和第二导电几何结构223的构造相同，其中，每个导线几何结构的长度L1和宽度W1分别为15毫米和10毫米，厚度为0.018毫米。在每个导线几何结构中，网格结构261的长度L2和宽度W2分别为13毫米和9毫米，外围线条的线宽w2为0.1毫米，内部线条的线宽w3为0.5毫米，网孔的长度和宽度分别为2.6毫米和2.16毫米。连接线条262的长度l1和宽度w1分别为2毫米和1毫米。蜂窝层230的材料相对介电常数1.05、损耗角正切0.006，厚度为11毫米。第一基板211、第二基板212、第三基板221和第四基板222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和第四基板222的厚度为0.8毫米，第二基板212和第三基板221的厚度为0.4毫米。第一支撑层251和第二支撑层252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241和第二粘接层242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波时会产生低通滤波器的效果，而当入射波是TM波时会产生双段带通滤波器的功能。在图5中示出CST仿真的S21结果，图6示出TE波入射角度为零(即正面入射)的CST仿真结果，图7是图6中低通部份的近图。如图5至图7所示，TE波的S21在3.79GHz以下波段均高于-2.01dB，TE波的S21在6.23GHz以上波段均低于-20dB。图8示出TM波入射角度为零(即正面入射)的CST仿真结果，图9示出图8中以9.48至10.89GHz为中心的近图，如图9所示，TM波的S21在9.48至10.89GHz及18.22至18.55GHz波段均高于-2.01dB。图10示出图8中以18.22至18.55GHz为中心的近图，如图10所示，TM波的S21在7.61GHz以下、11.82至15.27GHz及19.25GHz以上波段均低于-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 (13)

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多个导电几何结构，

所述导电几何结构包括网格结构以及仅设置于网格结构一对侧的连接线条。

2.根据权利要求1所述的滤波结构，其特征在于，所述导电几何结构的第一方向为所述连接线条的延伸方向，第二方向为与所述连接线条相垂直的方向，

在第一方向上，相邻的导电几何结构的连接线条彼此连接，

在第二方向上，相邻的导电几何结构的网格结构之间隔开预定距离。

3.根据权利要求2所述的滤波结构，其特征在于，所述网格结构的外形轮廓呈矩形，所述连接线条设置于所述网格结构的短边上，所述连接线条与所述网格结构的长边平行。

4.根据权利要求1所述的滤波结构，其特征在于：所述网格结构由线条围绕而成且具有多个网孔。

5.根据权利要求4所述的滤波结构，其特征在于：所述网格结构外围线条的线宽与内部线条的线宽不同。

6.根据权利要求4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。

7.根据权利要求1至6任一项所述的滤波结构，其特征在于，所述导电几何结构夹在两个基板之间。

8.根据权利要求1至6任一项所述的滤波结构，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。

9.根据权利要求8所述的滤波结构，其特征在于，所述支撑层为柔性层。

10.根据权利要求1至6任一项所述的滤波结构，其特征在于，还包括蜂窝层，所述叠层结构位于所述蜂窝层的表面上。

11.根据权利要求10所述的滤波结构，其特征在于，所述叠层结构夹在两个蜂窝层之间。

12.根据权利要求10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。