CN212695291U - 一种带通滤波器及通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带通滤波器，该带通滤波器中，第一金属层、介质板和第二金属层依次层叠，介质板上设置有两排相互平行的金属化通孔且所述金属化通孔贯穿所述第一金属层、介质板和第二金属层，从而形成基片集成波导，此外，基片集成波导的作为金属地的第二金属层上还刻蚀有缺陷地结构，充分利用了地平面空间，且由于基片集成波导高通的特性，而缺陷地结构具有低通的特性，从而使得基片集成波导和缺陷地结构相结合得到的带通滤波器具有宽带带通特性，且通过刻蚀的方式设置缺陷地结构，不用额外打孔形成腔体，结构更加紧凑。本实用新型还公开了一种通信设备，具有与上述带通滤波器相同的有益效果。

Description

一种带通滤波器及通信设备

技术领域

本实用新型涉及微波电路技术领域，特别是涉及一种带通滤波器及通信设备。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，射频滤波器作为射频前端的重要器件，其性能的好坏将直接影响整个通信设备的性能。射频滤波器本质为带通滤波器，现有技术中的射频滤波器的带宽通常较窄且通常工作在高频段，对于低频段的关注较少，从而制约了射频滤波器在无线通信中的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带通滤波器及通信设备，具有宽带带通特性，且通过刻蚀的方式设置缺陷地结构，不用额外打孔形成腔体，结构更加紧凑。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带通滤波器，包括依次层叠的第一金属层、介质板和作为金属地的第二金属层，所述介质板上设置有两排相互平行的金属化通孔且所述金属化通孔贯穿所述第一金属层、介质板和第二金属层；还包括刻蚀于所述第二金属层上的缺陷地结构。

优选地，还包括：

一端与第一微带线连接、另一端分别与所述第一金属层、介质板和第二金属层的一端连接的第一阻抗匹配部；

一端与第二微带线连接、另一端分别与所述第一金属层、介质板和第二金属层的另一端连接的第二阻抗匹配部。

优选地，所述第一阻抗匹配部和所述第二阻抗匹配部的截面均呈等腰梯形，且对应所述等腰梯形的上底的一端与所述第一金属层、介质板和第二金属层连接，对应所述等腰梯形的下底的一端与对应地微带线连接，所述等腰梯形的上底的长度大于下底的长度。

优选地，所述缺陷地结构为多个，多个所述缺陷地结构沿所述金属化通孔的排列方向周期性地排列在所述第二金属层上。

优选地，多个所述缺陷地结构排列在所述第二金属层上两排所述金属化通孔之间的中心位置。

优选地，多个所述缺陷地结构的尺寸相同。

优选地，所述介质板为介电常数为2.65的介质板，所述介质板的尺寸为47.2mm*14.2mm*1mm。

优选地，所述缺陷地结构包括S型缺陷单元、第一L型缺陷单元和第二L型缺陷单元，所述S型缺陷单元的一端与所述第一L型缺陷单元的一端连接，所述S型缺陷单元的另一端与所述第二L型缺陷单元的一端连接，所述第一L型缺陷单元和第二L型缺陷单元的开口方向相向。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种通信设备，包括如上述所述的带通滤波器。

本实用新型提供了一种带通滤波器，该带通滤波器中，第一金属层、介质板和第二金属层依次层叠，介质板上设置有两排相互平行的金属化通孔且所述金属化通孔贯穿所述第一金属层、介质板和第二金属层，从而形成基片集成波导，此外，基片集成波导的作为金属地的第二金属层上还刻蚀有缺陷地结构，充分利用了地平面空间，且由于基片集成波导高通的特性，而缺陷地结构具有低通的特性，从而使得基片集成波导和缺陷地结构相结合得到的带通滤波器具有宽带带通特性，且通过刻蚀的方式设置缺陷地结构，不用额外打孔形成腔体，结构更加紧凑。

本实用新型还提供了一种通信设备，具有与上述带通滤波器相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种带通滤波器的反面的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种带通滤波器的正面的结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种基片集成波导的结构示意图；

图4为本实用新型提供的另一种带通滤波器的反面的结构示意图；

图5为图1中所示的缺陷地结构的等效电路示意图；

图6为图5所示的等效电路的S参数频率响应图；

图7a为本实用新型提供的一种带通滤波器不同a参数下的频率响应曲线图；

图7b为本实用新型提供的一种带通滤波器不同b参数下的频率响应曲线图；

图7c为本实用新型提供的一种带通滤波器不同c参数下的频率响应曲线图；

图7d为本实用新型提供的一种带通滤波器不同p参数下的频率响应曲线图；

图8为本实用新型提供的一种带通滤波器的S参数频率响应曲线图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种带通滤波器及通信设备，具有宽带带通特性，且通过刻蚀的方式设置缺陷地结构，不用额外打孔形成腔体，结构更加紧凑。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1和图2，其中，图1为本实用新型提供的一种带通滤波器的反面的结构示意图，图2为本实用新型提供的一种带通滤波器的正面的结构示意图。

该带通滤波器包括依次层叠的第一金属层11、介质板和作为金属地的第二金属层12，介质板上设置有两排相互平行的金属化通孔13且金属化通孔13贯穿第一金属层11、介质板和第二金属层12；还包括刻蚀于第二金属层12上的缺陷地结构2。

具体地，第一金属层11、介质板和第二金属层12依次层叠，且介质板上设置有两排相互平行的金属化通孔13且金属化通孔13贯穿第一金属层11、介质板和第二金属层12，从而形成了基片集成波导，基片集成波导结合了波导和微带线的优势，具有高Q值、高功率容量、结构紧凑和易于集成的优点。以介质板的上截面为长方形为例，则两排金属化通孔13可以沿介质板的长度方向设置于介质板的两侧。

请参照图3，图3为本实用新型提供的一种基片集成波导的结构示意图。

基片集成波导腔体可以等效为普通的金属波导腔体，等效宽度为：

其中，W_eff为基片集成波导腔体的等效宽度，W为基片集成波导腔体的实际宽度，D为金属化通孔13的直径，S为相邻金属化通孔13之间的孔间距。

基片集成波导的截止频率为：

其中，c是自由空间中的光速，ε_r是介电常数；这样，基片集成波导的设计就转换为传统金属波导的设计。

基片集成波导具有高通的特性，若仅以基片集成波导形成带通滤波器，则该带通滤波器的带宽较窄且工作频率较高，只适用于高频段。为了增大带通滤波器的带宽，本申请中，还在作为金属地的第二金属层12上刻蚀有缺陷地结构2，缺陷地结构2具有低通的特性，则基片集成波导和缺陷地结构2相结合可产生带通特性，且带宽较宽。具体地，第一金属层11作为信号层，第二金属层12作为金属地，缺陷地结构2设置于第二金属层12上，缺陷地结构2可以充分利用地平面空间，且缺陷地结构2可以与信号层耦合，进而形成滤波器响应。

此外，本申请通过刻蚀的方式将缺陷地结构2设置在作为金属地的第二金属层12上，无需额外打孔形成腔体，加工精度高，简单易行，且使得带通滤波器的结构更加紧凑。此外，本申请中的第一金属层11、第二金属层12也即金属贴片，整个带通滤波器由介质板、金属贴片和金属化通孔13构成，因此，可以由传统的印刷电路板技术实现，故而成本低廉。

综上，本实用新型提供的一种带通滤波器，该带通滤波器中，包括基片集成波导，且基片集成波导的作为金属地的第二金属层12上还刻蚀有缺陷地结构2，充分利用了地平面空间，且由于基片集成波导高通的特性，而缺陷地结构2具有低通的特性，从而使得基片集成波导和缺陷地结构2相结合得到的带通滤波器具有宽带带通特性，且结构紧凑。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，还包括：

一端与第一微带线连接、另一端分别与第一金属层11、介质板和第二金属层12的一端连接的第一阻抗匹配部31；

一端与第二微带线连接、另一端分别与第一金属层11、介质板和第二金属层12的另一端连接的第二阻抗匹配部32。

具体地，带通滤波器的输入输出通常均与微带线连接，申请人考虑到若直接将微带线与带通滤波器连接，电流的流动方式会在微带线和带通滤波器的连接处发生突变，从而造成反射增大，阻抗匹配效果较差。

为解决上述技术问题，本实施例中，还在基片集成波导与微带线之间设置了阻抗匹配部，具体地，基片集成波导的一端与第一微带线之间设置了第一阻抗匹配部31，基片集成波导的另一端与第二微带线之间设置了第二阻抗匹配部32，第一阻抗匹配部31和第二阻抗匹配部32的设置能够减少微带线与基片集成波导之间的电流的反射，提高阻抗匹配效果。

作为一种优选地实施例，第一阻抗匹配部31和第二阻抗匹配部32的截面均呈等腰梯形，且对应等腰梯形的上底W1的一端与第一金属层11、介质板和第二金属层12连接，对应等腰梯形的下底W2的一端与对应地微带线连接，等腰梯形的上底W1的长度大于下底W2的长度。

请参照图4，图4为本实用新型提供的另一种带通滤波器的反面的结构示意图。

该带通滤波器中，第一阻抗匹配部31和第二阻抗匹配部32的截面均呈等腰梯形，从而实现微带线到基片集成波导之间的平缓过渡，减小反射，实现了微带线与基片集成波导在较宽频段的阻抗匹配。

当然，这里的第一阻抗匹配部31和第二阻抗匹配部32还可以为其他结构，本申请在此不作特别的限定。

作为一种优选地实施例，缺陷地结构2为多个，多个缺陷地结构2沿金属化通孔13的排列方向周期性地排列在第二金属层12上。

本实施例中，在第二金属层12上设置了多个缺陷地结构2，且多个缺陷地结构2沿金属化通孔13的排列方向周期性排列，各个缺陷地结构2的尺寸相同，通过调整各个缺陷地结构2之间的间距能够调整各个缺陷地结构2之间的耦合，进而能够对3dB带宽和传输零点进行调节，且多个缺陷地结构2能够有效拓宽带通滤波器的带宽。

具体地，这里的缺陷地结构2可以但不仅限为3个，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，多个缺陷地结构2排列在第二金属层12上两排金属化通孔13之间的中心位置。

考虑到缺陷地结构2排列设置在第二金属层12上两排金属化通孔13之间的中心位置时，缺陷地结构2与信号层的耦合作用最强，因此，本实施例中，将多个缺陷地结构2排列在第二金属层12上两排金属化通孔13之间的中心位置，提高了带通滤波器的宽带带通特性。

作为一种优选地实施例，多个缺陷地结构的尺寸相同。

本实施例中，将多个缺陷地结构的尺寸设置为相同，以便于通过改变缺陷地结构2的尺寸或者缺陷地结构2之间的距离来实现对3dB带宽和传输零点的调节。此外，多个缺陷地结构的尺寸相同便于其在第二金属层12上的设置。

作为一种优选地实施例，介质板为介电常数为2.65的介质板，介质板的尺寸为47.2mm*14.2mm*1mm。

本实施例提供的介质板能够设置足够数量的缺陷地结构2，从而拓宽带通滤波器的带宽，此外，介质板的厚度较小，从而减小了介质损耗。当然，这里的介质板还可以为其他尺寸，本申请在此不作特别的限定。

作为一种优选地实施例，缺陷地结构2包括S型缺陷单元、第一L型缺陷单元和第二L型缺陷单元，S型缺陷单元的一端与第一L型缺陷单元的一端连接，S型缺陷单元的另一端与第二L型缺陷单元的一端连接，第一L型缺陷单元和第二L型缺陷单元的开口方向相向。

本实施例提供了一种缺陷地结构2，具体形状请参照图1，该缺陷地结构2刻蚀在第二金属层12上，这里的第一L型缺陷单元和第二L型缺陷单元的尺寸可以相同，请参照图5和图6，图5为图1中所示的缺陷地结构的等效电路示意图，图6为图5所示的等效电路的S参数频率响应图；该缺陷地结构2结构等效为并联谐振电路，根据对该缺陷地结构2的仿真，该等效电路对特定频率有抑制作用。

需要说明的是，第一L型缺陷单元和第二L型缺陷单元均包括第一缺陷子单元和第二缺陷子单元，第一缺陷子单元的一端与S型缺陷单元的一端连接，第一缺陷子单元的另一端与第二缺陷子单元的一端连接，第一缺陷子单元和第二缺陷子单元之间的夹角方向即为所在L型缺陷单元的开口方向，例如第一缺陷子单元和第二缺陷子单元垂直时，则第一缺陷子单元和第二缺陷子单元之间的90°夹角方向即为所在L型缺陷单元的开口方向。

在采用本实施例提供的缺陷地结构2时，通过改变缺陷地结构2的尺寸或者缺陷地结构2之间的距离便可实现对3dB带宽和传输零点的调节。具体地，图1中，a为缺陷地结构2的长度，b为缺陷地结构2的宽度，c为第二缺陷子单元的长度，p为相邻两个缺陷子单元之间的距离。

具体地，请参照图7a、7b、7c及7d，其中，图7a为本实用新型提供的一种带通滤波器不同a参数下的频率响应曲线图，图7b为本实用新型提供的一种带通滤波器不同b参数下的频率响应曲线图，图7c为本实用新型提供的一种带通滤波器不同c参数下的频率响应曲线图，图7d为本实用新型提供的一种带通滤波器不同p参数下的频率响应曲线图。

可见，通过改变缺陷地结构2的尺寸或者缺陷地结构2之间的距离来对3dB带宽和传输零点的调节。

请参照图8，图8为本实用新型提供的一种带通滤波器的仿真和实测的S参数频率响应曲线图。

图8显示了本申请提供的带通滤波器在5.5-10GHz的S参数仿真结果，3dB带宽的范围从6.7GHz到8.4GHz，中心频率为7.55GHz，3dB相对带宽为22.5％，带内回波损耗好于-27dB，带内插入损耗小于0.55dB，实测的S参数频率响应曲线图与仿真的S参数频率响应曲线图相差不大，可见，本申请提供的带通滤波器的带宽较宽，带内回波损耗大于20dB，插入损耗较小。

本实用新型还提供了一种通信设备，包括如上述的带通滤波器。

具体地，这里的通信设备可以为移动终端，例如手机等，本申请在此不作特别的限定。

对于本申请提供的通信设备中的带通滤波器的介绍请参照上述实施例，本实用新型在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种带通滤波器，其特征在于，包括依次层叠的第一金属层、介质板和作为金属地的第二金属层，所述介质板上设置有两排相互平行的金属化通孔且所述金属化通孔贯穿所述第一金属层、介质板和第二金属层；还包括刻蚀于所述第二金属层上的缺陷地结构。

2.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，还包括：

一端与第一微带线连接、另一端分别与所述第一金属层、介质板和第二金属层的一端连接的第一阻抗匹配部；

一端与第二微带线连接、另一端分别与所述第一金属层、介质板和第二金属层的另一端连接的第二阻抗匹配部。

3.如权利要求2所述的带通滤波器，其特征在于，所述第一阻抗匹配部和所述第二阻抗匹配部的截面均呈等腰梯形，且对应所述等腰梯形的上底的一端与所述第一金属层、介质板和第二金属层连接，对应所述等腰梯形的下底的一端与对应地微带线连接，所述等腰梯形的上底的长度大于下底的长度。

4.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，所述缺陷地结构为多个，多个所述缺陷地结构沿所述金属化通孔的排列方向周期性地排列在所述第二金属层上。

5.如权利要求4所述的带通滤波器，其特征在于，多个所述缺陷地结构排列在所述第二金属层上两排所述金属化通孔之间的中心位置。

6.如权利要求5所述的带通滤波器，其特征在于，多个所述缺陷地结构的尺寸相同。

7.如权利要求4所述的带通滤波器，其特征在于，所述介质板为介电常数为2.65的介质板，所述介质板的尺寸为47.2mm*14.2mm*1mm。

8.如权利要求1至7任一项所述的带通滤波器，其特征在于，所述缺陷地结构包括S型缺陷单元、第一L型缺陷单元和第二L型缺陷单元，所述S型缺陷单元的一端与所述第一L型缺陷单元的一端连接，所述S型缺陷单元的另一端与所述第二L型缺陷单元的一端连接，所述第一L型缺陷单元和第二L型缺陷单元的开口方向相向。

9.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的带通滤波器。

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