CN205488429U - 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、第二叠层结构和第三叠层结构，第一叠层结构的导电几何结构包括矩形框以及位于矩形框内的十字框，矩形框的四边均具有缺口，缺口的两侧均设置有第一线条；第二叠层结构的导电几何结构包括网格结构；第三叠层结构的导电几何结构包括相互交叉的两个工字型结构。该滤波结构实现当TE波入射时产生低通滤波器功能而当TM波入射时产生低通及带通滤波器功能，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，涉及小型化和低损耗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：

至少一个叠层单元，所述叠层单元包括层叠设置的第一叠层结构、第二叠层结构和第三叠层结构，三层叠层结构均包括基板和位于基板上的导电几何结构，其中，

所述第一叠层结构包括基板以及设置于基板上的第一导电几何结构，所述第一导电几何结构包括矩形框以及位于矩形框内的十字框，矩形框的四边均具有缺口，缺口的两侧均设置有向外延伸的第一线条；

所述第二叠层结构包括基板以及设置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，第二导电几何结构包括网格结构；

所述第三叠层结构包括基板以及设置于基板上的多个第三导电几何结构，所述第三导电几何结构与所述第一导电几何结构对应设置，第三导电几何结构包括相互交叉的两个工字型结构。

优选的，在所述矩形框的长度方向和宽度方向上，相邻两所述第一导电几何结构的所述第一线条彼此连接；和/或，

相邻两所述网格结构之间隔开第一预定距离；和/或，

相邻两所述相互交叉的两个工字型结构之间隔开第二预定距离。

优选的，在所述第一导电几何结构中，所述十字框的四个端部分别与所述矩形框的四个缺口对应设置。

优选的，所述十字框的端部宽度小于所述缺口的宽度；

所述矩形框长边上的缺口宽度大于短边上的缺口宽度。

优选的，所述十字框在所述矩形框中居中设置。

优选的，所述网格结构由线条围绕而成且具有多个网孔。

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、第二支撑层和第三支撑层，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，所述第三支撑层位于所述第三叠层结构的基板与第三导电几何结构之间。

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TE波入射时产生低通滤波器功能而当TM波入射时产生低通及带通滤波器功能，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示出在根据本实用新型实施例的滤波结构中采用的第三导电几何结构的俯视图；

图6示出根据本实用新型实施例的滤波结构的截面图；

图7至图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。

图中，211、第一基板；212、第二基板；213、第一导电几何结构；2131、矩形框；2132、十字框；2133、缺口；2134、第一线条；221、第三基板；222、第四基板；223、第二导电几何结构；2231、网格结构；231、第五基板；232、第六基板；233、第三导电几何结构；2331、第一线条；2332、第二线条；240、第一蜂窝层；250、第二蜂窝层；261、第一粘接层；262、第二粘接层；263、第三粘接层；264、第四粘接层；271、第一支撑层；272、第二支撑层；273、第三支撑层。

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6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，多个第三导电几何结构233夹在第五基板231和第六基板232之间，形成第三叠层结构，第一叠层结构、第二叠层结构以及第三叠层结构形成一个叠层单元。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240的两个相对表面上，第二叠层结构中的第四基板222和第三叠层结构中的第五基板231分别结合在第二蜂窝层250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213、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233，在图2中将第一导电几何结构213、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233分离表示，图中的箭头指示第一导电几何结构213的实际位置应插入第一基板211和第二基板212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，第三导电几何结构233的实际位置应插入第五基板231和第六基板232之间。

在图2和图6所示的实施例中，采用第一粘接层261将第二基板212粘接在第一蜂窝层240的第一表面上，采用第二粘接层262将第三基板221粘接在第一蜂窝层240的第二表面上，采用第三粘接层263将第四基板222粘接在第二蜂窝层250的第一表面上，以及，第四粘接层264将第五基板231粘接在第二蜂窝层250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240的第一表面和第二表面上，将第四基板222和第五基板231分别固定在第二蜂窝层250的第一表面和第二表面上，从而可以省去第一粘接层261、第二粘接层262、第三粘接层263和第四粘接层264。

在图2和图6所示的实施例中，第一叠层结构包括附加的第一支撑层271，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272，用于支撑第二导电几何结构223。第三叠层结构包括附加的第三支撑层273，用于支撑第三导电几何结构233。例如，第一支撑层271、第二支撑层272以及第三支撑层273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，直接形成第一导电几何结构213，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，以及第五基板231和第六基板232彼此相对的两个表面任一个上，直接形成第三导电几何结构233，从而可以省去第一支撑层271、第二支撑层272和第三支撑层273。

其中，多个第一导电几何结构213阵列于第一支撑层271上，多个第二导电几何结构223阵列于第二支撑层272上，多个第三导电几何结构233阵列于第三支撑层273上，且第一导电几何结构213、第二导电几何结构223以及第三导电几何结构233均为一一对应。

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213的俯视图。每个第一导电几何结构213为轴对称分布图案，包括矩形框2131以及位于矩形框2131内的十字框2132，矩形框2131的四边均具有缺口2133，缺口2133的两侧均设置有向外延伸的第一线条2134，优选设置在缺口2133边沿处。第一线条2134和与其连接的矩形框2131的线条垂直。进一步优选的，矩形框2131的长边和短边分别平行于第一导电几何结构213的长边和短边，十字框2132的横边和竖边也分别平行于第一导电几何结构213的长边和短边。十字框2132在矩形框2131中居中设置，十字框2132的四个端部分别与矩形框2131的四个缺口2133对应设置，十字框2132的端部宽度小于缺口2133的宽度，矩形框2131长边上的缺口2133宽度大于短边上的缺口2133宽度。该第一导电几何结构213的长度表示为L1，宽度表示为W1。十字框2132的长度表示为L2，宽度表示为W2，十字框2132的横框和竖框的宽度相同，均为w1，十字框2132的线条宽度均相同，为w2，长边缺口宽度为w3，短边缺口宽度为w4。第一线条2134的长度均为l1。

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包括网格结构2231。第二导电几何结构223的长度表示为L3，宽度表示为W3。网格结构2231的长度表示为L4，宽度表示为W4。网格结构2231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2231在第二导电几何结构223中居中，并且与相邻第二导电几何结构223的网格结构2231分别隔开第一预定距离。网格结构2231由线宽表示为w5的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。

图5示出根据本实用新型实施例的滤波结构中采用的第三导电几何结构233的俯视图。每个第三导电几何结构233为轴对称分布图案，包括相互交叉的两个工字型结构，每个工字型结构第一线条2331以及第一线条2331两端的第二线条2332。优选的，两个工字型结构的第一线条2331相互垂直交叉设置，且两个第一线条2331分别平行于第三导电几何结构233的长边和短边。第三导电几何结构233的长度表示为L5，宽度表示为W5。与第三导电几何结构233的长边平行的第一线条2331的长度表示为L6，与第三导电几何结构233的短边平行的第一线条2331的长度表示为W6，第一线条2331的线宽表示为w6，与第三导电几何结构233的长边平行的第二线条2332长度为l2，与第三导电几何结构233的短边平行的第二线条2332长度为l3，第二线条2332的线宽表示为w7。

相邻两第一导电几何结构213的第一线条2134彼此连接，相邻两网格结构2231之间隔开第一预定距离，相邻两相互交叉的两个工字型结构之间隔开第二预定距离。

第一导电几何结构213、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233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、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233的材料优选铜或银。第一导电几何结构213、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233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271、第二支撑层272、第三支撑层273、第一基板211、第二基板212、第三基板221、第四基板222、第五基板231和第六基板232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，High Density Polyethylene)、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)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、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233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、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233是介质基板上的图案化金属层。第一导电几何结构213、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233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、第二导电几何结构223和第三导电几何结构233可以由导电油墨印刷形成在介质基板上。

图7至图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。该滤波结构中的第一导电几何结构213如图3所示，第二导电几何结构223如图4所示，第三导电几何结构233如图5所示，其结构如图2和图6所示。

在仿真中，假设三种导电几何结构的外形尺寸相同，即L1＝L3＝L5＝10mm，W1＝W3＝W5＝6mm，厚度均为0.018毫米。在每个第一导电几何结构213中，矩形框2132的宽度与第一导电几何结构213的宽度相同。十字框2132的长度L2和宽度W2分别为7.3毫米和4.3毫米，居中设置。十字框2132的横框和竖框宽度w1为0.7毫米。十字框2132的线条宽度w2为0.1毫米。长边缺口2133宽度w3为2.7毫米，短边缺口2133宽度w4为1.7毫米。第一线条的长度l1为0.25毫米。在每个第二导电几何结构223中，网格结构2231的长度L4和宽度W4分别为9.3毫米和5.2毫米，线宽w3为0.1毫米。每个网孔的长为2.96667毫米，宽为0.92毫米。在每个第三导电几何结构233中，与第三导电几何结构233的长边平行的第一线条2331的长度L6为6.3毫米，与第三导电几何结构233的短边平行的第一线条2331的长度W6为4毫米，第一线条2331的线宽w6为0.1毫米。与第三导电几何结构233的长边平行的第二线条2332长度l2为3毫米，与第三导电几何结构233的短边平行的第二线条2332长度l3为5.3毫米，第二线条2332的线宽w7为0.5毫米。第一蜂窝层240和第二蜂窝层250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231和第六基板232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232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271、第二支撑层272和第三支撑层273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261、第二粘接层262、第三粘接层263和第四粘接层264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波时会产生低通及带通滤波器的功能。图7是CST仿真的S21结果。图8是TE波入射角度为零(即正面入射)时的S21仿真结果，图9为图8中低通部分的近图，如图7至图9所示，TE波的S21在5.05GHz以下波段均高于-2.1dB，TE波的S21在5.96GHz以上波段均低于-15dB。图10是TM波入射角度为零(即正面入射)时的S21仿真结果，图11为图10中低通部分的近图，图12为图10中带通部分的近图，如图10至图12所示，TM波的S21在4.91GHz以下、16.14-18.77GHz波段均高于-2.1dB，TM波的S21在5.88-13.94GHz、21.37GHz以上波段均低于-15dB。

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 (12)

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、第二叠层结构和第三叠层结构，其中，

所述第一叠层结构包括基板以及设置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矩形框以及位于矩形框内的十字框，矩形框的四边均具有缺口，缺口的两侧均设置有向外延伸的第一线条；

所述第二叠层结构包括基板以及设置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，第二导电几何结构包括网格结构；

所述第三叠层结构包括基板以及设置于基板上的多个第三导电几何结构，所述第三导电几何结构与所述第一导电几何结构对应设置，第三导电几何结构包括相互交叉的两个工字型结构。

2.根据权利要求1所述的滤波结构，其特征在于，在所述矩形框的长度方向和宽度方向上，相邻两所述第一导电几何结构的所述第一线条彼此连接；和/或，

相邻两所述网格结构之间隔开第一预定距离；和/或，

相邻两所述相互交叉的两个工字型结构之间隔开第二预定距离。

3.根据权利要求1所述的滤波结构，其特征在于：在所述第一导电几何结构中，所述十字框的四个端部分别与所述矩形框的四个缺口对应设置。

4.根据权利要求3所述的滤波结构，其特征在于：所述十字框的端部宽度小于所述缺口的宽度；

所述矩形框长边上的缺口宽度大于短边上的缺口宽度。

5.根据权利要求3或4所述的滤波结构，其特征在于：所述十字框在所述矩形框中居中设置。

6.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。

7.根据权利要求6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。

8.根据权利要求1至4、6、7任一项所述的滤波结构，其特征在于，还包括第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层，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，所述第三支撑层位于所述第三叠层结构的基板与第三导电几何结构之间。

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4、6、7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。

11.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单元中的基板结合在所述蜂窝层的表面上。

12.一种滤波器，其特征在于，包括谐振腔、以及根据权利要求1至11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。