CN111384500A - 一种介质滤波器及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种介质滤波器及通信设备。本申请实施例介质滤波器介包括至少两个介质块组合，彼此并排且间隔设置，且分别包括共面设置且彼此间隔的至少两个介质块；第一介质耦合件，设置于至少两个介质块组合之间，并用于对不同的介质块组合在空间上相邻设置的两个介质块之间进行耦合，以形成交替经过至少两个介质块组合内的介质块的主耦合路径；第二介质耦合件，设置于同一介质块组合的在空间上相邻设置的至少两个介质块之间，以形成交叉耦合路径；其中，至少两个介质块组合、第一介质耦合件以及第二介质耦合件一体烧结成型。通过这种方式，能够提高生产效率，节约成本，便于量产；且能够在提高带外抑制等特性的同时，缩小体积。

Description

一种介质滤波器及通信设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种应用于5G通信系统的介质滤波器及通信设备。

背景技术

随着通信技术的突飞猛进，特别是即将到来的5G通信时代，对系统架构提出更为苛刻的技术要求，在实现高效、大容量通信的同时，要求系统模块必须做到高度集成化、小型化、轻量化、低成本。如5G Massive MIMO技术在实现系统信道从目前的8或者16信道，扩展为32、64甚至128信道的同时，要求系统整机架构尺寸不能过大，甚至还需实现一定程度的小型化。微波滤波器作为系统的核心部件，其性能参数、尺寸大小、成本优劣均对系统的性能、架构尺寸、成本造成较大的影响。

本申请的发明人在长期的研发工作中发现，介质滤波器具有小型化、高性能的特点，受到越来越多的关注。现有的介质滤波器均采用分体拼接成型工艺，该工艺需要钢网披银、夹具高精度定位拼接、二次高温烧结等复杂繁琐的工艺，这些工艺会导致介质滤波器批量生产的成品率与量产效率低下，造成生产成本问题突出，甚至难于量产。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种介质滤波器及通信设备，以解决上述问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种介质滤波器，该介质滤波器包括至少两个介质块组合，彼此并排且间隔设置，且分别包括共面设置且彼此间隔的至少两个介质块；第一介质耦合件，设置于至少两个介质块组合之间，并用于对不同的介质块组合在空间上相邻设置的两个介质块之间进行耦合，以形成交替经过至少两个介质块组合内的介质块的主耦合路径；第二介质耦合件，设置于同一介质块组合的在空间上相邻设置的至少两个介质块之间，以形成交叉耦合路径；其中，至少两个介质块组合、第一介质耦合件以及第二介质耦合件一体烧结成型。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种通信设备，该通信设备包括上述的介质滤波器及天线，介质滤波器与天线耦接，介质滤波器用于对天线的收发信号进行过滤。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请实施例介质滤波器包括至少两个介质块组合，彼此并排且间隔设置，且分别包括共面设置且彼此间隔的至少两个介质块；第一介质耦合件，设置于至少两个介质块组合之间，并用于对不同的介质块组合在空间上相邻设置的两个介质块之间进行耦合，以形成交替经过至少两个介质块组合内的介质块的主耦合路径；第二介质耦合件，设置于同一介质块组合的在空间上相邻设置的至少两个介质块之间，以形成交叉耦合路径；其中，至少两个介质块组合、第一介质耦合件以及第二介质耦合件一体烧结成型。本申请实施例的介质块组合、第一介质耦合件及第二介质耦合件采用一体烧结成型，能够改善现有介质滤波器烧结成型工艺中钢网披银、夹具高精度定位拼接、二次高烧结等复杂繁琐工艺带来的弊端，能够提高生产效率，节约成本，便于量产；同时本申请实施例的介质块组合采用并排设置，并通过第二介质耦合件实现非级联的介质谐振单元之间的交叉耦合，能够在实现传输零点，提高带外抑制等特性的同时，缩小体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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申请的一些实施例，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是介质滤波器一实施例的结构示意图；

图2是本申请介质滤波器第一实施例的3D结构示意图；

图3是图2实施例介质滤波器的拓扑结构示意图；

图4是图2实施例介质滤波器的性能仿真结果示意图；

图5是本申请介质滤波器第二实施例的拓扑结构示意图；

图6是本申请介质滤波器第三实施例的3D结构示意图；

图7是图6实施例介质滤波器的拓扑结构示意图；

图8是图6实施例介质滤波器的性能仿真结果示意图；

图9是本申请通信设备一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请介质滤波器及通信设备可以用于5G通信系统。

介质滤波器因其谐振腔采用高介电常数的陶瓷等材料填充制备，能够产生微波波长压缩效应，可以大幅度压缩谐振腔的有效尺寸，使介质滤波器的整体尺寸小型化，同时因陶瓷等材料易于模具成型，可以实现较低成本的批量化生产，故介质滤波器与5G微基站(Small Cells)、MIMO系统的技术需求高度匹配，已获得较高的关注度与相关通信场景的市场应用。

如图1所示，介质滤波器101为了实现尽可能小的结构尺寸，其实现方式主要采用陶瓷材料烧结成所需的多个陶瓷谐振模块，并通过复杂的工序把陶瓷谐振模块表面金属化(耦合窗口处不需要做金属化处理)，然后采用夹具将多个陶瓷谐振模块拼接定型，再高温烧结成型。其中，级联的陶瓷谐振模块之间通过耦合窗口实现信号耦合，非级联的陶瓷谐振模块之间可以通过交叉耦合模块实现交叉耦合。

但上述介质滤波器101因采用分体拼接成型工艺，该工艺需要钢网披银、夹具高精度定位拼接、二次高温烧结等复杂繁琐的工艺，导致生产时性能稳定性及一致性差的问题，且导致介质滤波器101批量生产的成品率与量产效率低下，造成生产成本问题突出，甚至难于量产。

为解决上述问题，本申请首先提出一种介质滤波器，如图2及图3所示，图2是本申请介质滤波器一实施例的3D结构示意图；图3是图2实施例介质滤波器的拓扑结构示意图。本实施例介质滤波器201包括：至少两个介质块组合202及203、第一介质耦合件204及第二介质耦合件205，介质块组合202与介质块组合203彼此并排且间隔设置，且介质块组合202包括共面设置且彼此间隔的至少两个介质块206，介质块组合203包括共面设置且彼此间隔的至少两个介质块207；第一介质耦合件204设置于介质块组合202及介质块组合203之间，第一介质耦合件204用于对介质块组合202及介质块组合203在空间上相邻设置的介质谐振单元206及介质谐振单元207之间进行耦合，以形成交替经过至少介质块组合202及介质块组合203内的主耦合路径；第二介质耦合件205设置于同一介质块组合202在空间上相邻设置的至少两个介质块206之间，以形成交叉耦合路径；其中，介质块组合202、介质块组合203、第一介质耦合件204以及第二介质耦合件205一体烧结成型。

具体地，本实施例可以采用特定的模具形成介质块组合202、介质块组合203、第一介质耦合件204及第二介质耦合件205，并将介质块组合202、介质块组合203、第一介质耦合件204及第二介质耦合件205一次烧结成型。采用模具工艺可以避免成型后复杂的表面金属化与定位装夹工艺，实现尺寸精度可控，提高性能稳定性、一致性差。

当然，在其它实施例中，在形成介质本体后，可以通过挖槽或者蚀刻等工艺在介质本体上形成第一凹槽及多个第二凹槽，以通过第一凹槽将介质本体间隔形成介质块组合及介质耦合件，并通过第二凹槽将介质块组合间隔形成至少两个介质块，然后将介质块及介质耦合件一次烧结成型。

其中，本实施例的介质块206、介质块207、第一介质耦合件204及第二介质耦合件205由同一种介质材料一体烧结成型，该介质材料可以是陶瓷材料。在其它实施例中，介质块及介质耦合件的材料为还可以是其它具有高介电常数和低损耗等性能的材料，如玻璃、石英晶体或者钛酸盐等，且不限定介质块与介质耦合件的材料是否相同。

区别于现有技术，本实施例的介质块组合、第一介质耦合件及第二介质耦合件采用一体烧结成型，能够改善现有介质滤波器烧结成型工艺中钢网披银、夹具高精度定位拼接、二次高烧结等复杂繁琐工艺带来的弊端，能够提高生产效率，节约成本，便于量产；同时本申请实施例的介质块组合采用并排设置，并通过第二介质耦合件实现非级联的介质谐振单元之间的交叉耦合，能够在实现传输零点，提高带外抑制等特性的同时，缩小体积。

进一步地，本实施例介质滤波器201进一步包括涂覆于介质块组合202、介质块组合203、第一介质耦合件204及第二介质耦合件205外表面的电磁屏蔽层。电磁屏蔽层用于将电磁场限制在介质块组合202、介质块组合203、第一介质耦合件204及第二介质耦合件205内，能够防止电磁信号泄露，以在介质块组合202、介质块组合203、第一介质耦合件204及第二介质耦合件205内形成驻波振荡信号，实现电磁信号传输。

本实施例的电磁屏蔽层可以是金属层，金属层具体可以通过电镀、喷浆或焊接等方式覆盖在介质块组合202、介质块组合203、第一介质耦合件204及第二介质耦合件205的外表面。金属层的材料可以是银、铜、铝、钛、锡或金等。

可选地，本实施的介质块组合202内的至少部分介质块206的表面与介质块组合203中的其中两个介质块207在垂直于水平方向上重叠设置，并在重叠区域内形成有第一介质耦合件204。也就是说，部分介质块206能够通过多个第一介质耦合件204分别与两个介质块207实现耦合。

具体地，本实施例的介质块组合202内的介质块206与介质块组合203内的介质块207沿该长度方向彼此错开，以使部分介质块206与两个介质块207重叠。当然，在其它实施例中，可以根据实际产品及性能需要对介质块组合的形状及尺寸进行修改。

可选地，本实施的介质块组合202内的与介质块组合203中的两个介质块207重叠设置的介质块206为位于主传耦合路径端部的介质块以外的介质块。也就是说位于主传耦合路径非端部的介质块206与介质块组合203中的两个介质块207两个重叠设置。

介质块组合203也有类似的结构，这里不赘述。

可选地，本实施例的第一介质耦合件204设置于介质块组合202及介质块203组合之间的间隙内。

可选地，第二介质耦合件205设置于其所耦合的相邻设置的介质块206及介质块207之间的间隙内。

进一步地，本实施介质滤波器201进一步包括输入端子208和输出端子209，输入端子208和输出端子209分别设置于位于主耦合路径端部的介质块206及介质块207上。

具体地，输入端子208设置于介质块组合203内远离介质块组合202的介质块207上；输出端子209设置于介质块组合202内远离介质块组合203的介质快206上。当然，在其它实施例中，还可以将输入端子及输出端子的位置调换。

其中，输入端子208的轴线及输出端子209的轴线均垂直于介质块组合203的长度方向。

可选地，本实施例的介质块组合202内的介质块206分别沿介质块组合202的长度方向顺次级联设置，介质块组合203内的介质块207分别沿介质块组合203的长度方向顺次级联设置，且介质块组合202及介质块组合203垂直于该长度方向彼此并排且间隔设置。

为满足介质块的性能，本实施例的介质块206及介质块207的长度及宽度较大，高度相对较小，通过将介质块206及介质块207沿垂直于长度方向(即高度方向)层叠设置，能够缩小介质滤波器201的体积。当然，在其它实施例中，两介质块组合还可以沿宽度方向层叠设置。

可选地，本实施例的介质块组合202内的介质块206的数量与介质块组合203内的介质块207的数量相同，且两两相邻设置。

具体地，本实施例的介质块206的数量及介质块207的数量均为3。

本实施例的第一介质耦合件204能够实现主耦合路径中级联(相邻)的介质块206与介质块207之间的耦合，第二介质耦合件205设置在介质块206(标号为2的介质块)及介质块207(标号为4的介质块)之间，用于形成CT交叉耦合路径，能够实现主耦合路径中非级联(非相邻)的介质块206与介质块207之间的交叉耦合，因此能够形成介质滤波器201的交叉耦合路径，以产生传输零点，提高介质滤波器201的带外抑制等性能，如图4所示，传输零点为虚线圈所示。

传输零点是滤波器传输函数等于零，即在传输零点对应的频点上电磁能量不能通过网络，因而起到完全隔离作用，对通带外的信号起到抑制作用，能更好的实现多个通带间的高度隔离。

在其它实施例中，两个介质组合内的介质块的数量可以不同，且不限定该数量及介质块组合的叠层方式。

在其它实施例中，多个介质块之间还可以采用其它的拓扑结构实现多种交叉耦合结构，以改善滤波器选频性能，提高带外抑制等性能。例如，其它拓扑结构可以如图5所示。

本申请进一步提出第三实施例的介质滤波器，如图6及图7所示，本实施例的介质滤波器601与上述介质滤波器的不同之处在于：本实施例的第一介质耦合件602设置于介质块组合603及介质块组合604之间，第一介质耦合件602用于对介质块组合603及介质块组合604在空间上相邻设置的介质块605及介质块606之间进行耦合，以形成主耦合路径；第二介质耦合件607设置于介质块组合603及介质块组合604之间，第二介质耦合件607用于对介质块组合603及介质块组合604在空间上相邻设置但沿该主耦合路径非相邻设置的介质块605及介质块606之间进行耦合，以形成交叉耦合路径。

其中，第一介质耦合件602对分别位于介质块组合603端部的介质块605及介质块组合604端部的介质块606进行耦合；第二介质耦合件607对第一介质耦合件602及第二介质耦合件607的由第一介质耦合件602所耦合的介质块605及介质块606以外的其他介质块605及介质块606进行耦合。

具体地，标号为3的介质块与标号为4的介质块通过第一介质耦合件602进行耦合，标号为2的介质块与标号为5的介质块通过第二介质耦合件607进行耦合交叉耦合，以形成一个CQ交叉耦合路径，能够产生一对传输零点，如图8所示(图中虚线圆圈所示)，即一个位于频带左侧的底端传输零点及一个位于频带右侧的高端传输零点，能进一步提高介质滤波器601的带外抑制等性能。

本申请的介质滤波器201与介质滤波器601相比较：CQ交叉耦合结构的介质滤波器601可以在频带两侧产生一对/多对传输零点来提升介质滤波器601近端带外抑制，但对频带单一一侧的抑制提升不如CT交叉耦合结构的介质滤波器201，且介质滤波器201的传输零点位置可控，不易对带外抑制或响应产生干扰，同时介质滤波器201不要求在结构排列上有对称性，因此在空间分布上灵活度更大。

本实施例为提升介质滤波器601的近端带外抑制，将至少两个介质块组合叠层设置，在另一实施例用，为提升介质滤波器的远端带外抑制，可以至少两个介质块组合叠层设置或者同层设置。

本申请进一步提出一种通信设备，如图9所示，本实施例通信设备901包括介质滤波器902及天线903，其中，介质滤波器902与天线903耦接，介质滤波器902用于对天线903的收发信号进行过滤。其中，本实施例的介质滤波器902为上述实施例介质滤波器，其结构及工作原理这里不赘述。

该通信设备901可以为用于5G通信的基站或者终端，该终端具体可以为手机、平板电脑、具有5G通信功能的可穿戴设备等。

区别于现有技术，本申请实施例介质滤波器包括至少两个介质块组合，彼此并排且间隔设置，且分别包括共面设置且彼此间隔的至少两个介质块；第一介质耦合件，设置于至少两个介质块组合之间，并用于对不同的介质块组合在空间上相邻设置的两个介质块之间进行耦合，以形成交替经过至少两个介质块组合内的介质块的主耦合路径；第二介质耦合件，设置于同一介质块组合的在空间上相邻设置的两个介质块之间，以形成交叉耦合路径；其中，至少两个介质块组合、第一介质耦合件以及第二介质耦合件一体烧结成型。本申请实施例的介质块组合、第一介质耦合件及第二介质耦合件采用一体烧结成型，能够改善现有介质滤波器烧结成型工艺中钢网披银、夹具高精度定位拼接、二次高烧结等复杂繁琐工艺带来的弊端，能够提高生产效率，节约成本，便于量产；同时本申请实施例的介质块组合采用并排设置，并通过第二介质耦合件实现非级联的介质谐振单元之间的交叉耦合，能够在实现传输零点，提高带外抑制等特性的同时，缩小体积。

进一步地，本申请实施例介质滤波器采用消逝模方式耦合，避免窗口拼接工序技术带来的精度和一致性问题。

进一步地，本申请实施例介质滤波器因外表规整的对称结构可实现极高的空间利用率。

本申请实施例的介质谐振单元的位置和大小不局限于上述实施例，可根据介质滤波器实际电性能进行调整；本申请实施例的介质谐振单元的数量与拓扑结构不限于上述实施例；本申请实施例的输入端子及输出端子不限于上述位置；本申请实施例的输入端子及输出端子不限于探针形式，也可为平面印刷PCB电路板、微带线等形式；本申请实施例的交叉耦合拓扑结构上述实施例，具体拓扑结构可根据介质滤波器实际电性能要求和输入端子、输出端子的位置等要求进行调整；本申请实施例的不限于上述的双层结构，可以为三层及更多层数的结构。

需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。

以上对本申请实施例所提供的保护电路和控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器包括：

至少两个介质块组合，彼此间隔设置，且分别包括彼此间隔的至少两个介质块；

第一介质耦合件，设置于所述至少两个介质块组合之间，并用于对不同的所述介质块组合在空间上相邻设置的两个介质块之间进行耦合，以形成交替经过所述至少两个介质块组合内的介质块的主耦合路径；

第二介质耦合件，设置于同一所述介质块组合的在空间上相邻设置的至少两个介质块之间，以形成交叉耦合路径；

其中，所述至少两个介质块组合、所述第一介质耦合件以及所述第二介质耦合件一体烧结成型。

2.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，至少部分所述介质块组合内的至少部分所述介质块的表面与其他所述介质块组合中的其中两个介质块在长度方向上重叠设置，并在重叠区域内形成有所述第一介质耦合件。

3.根据权利要求2所述的介质滤波器，其特征在于，所述至少部分所述介质块为位于所述主耦合路径端部的介质块以外的介质块。

4.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器进一步包括输入端子和输出端子，所述输入端子和输出端子分别设置于位于所述主传输路径端部的两个介质块上。

5.根据权利要求3所述的介质滤波器，其特征在于，所述至少两个介质块组合内的介质块分别沿所述介质块组合的长度方向间隔设置，且所述至少两个介质块组合垂直于所述长度方向彼此并排且间隔设置。

6.根据权利要求5所述的介质滤波器，其特征在于，所述至少两个介质块组合内的介质块沿所述长度方向彼此错开。

7.根据权利要求1述的介质滤波器，其特征在于，所述第二介质耦合件用于形成CT交叉耦合路径。

8.据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述第一介质耦合件设置于所述至少两个介质块组合之间的间隙内。

9.据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述第二介质耦合件设置于其所耦合的所述相邻设置的两个介质块之间的间隙内。

10.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器进一步包括涂覆于所述至少两个介质块组合、所述第一介质耦合件以及所述第二介质耦合件外表面的电磁屏蔽层。

11.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述两个介质块组合、所述第一介质耦合件以及所述第二介质耦合件由同一种介质材料一体烧结成型。

12.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括权利要求1-11任一项所述的介质滤波器及天线，所述介质滤波器与所述天线耦接，所述介质滤波器用于对所述天线的收发信号进行过滤。

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