一种介质滤波器及通信设备的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种介质滤波器及通信设备。


背景技术：

2.随着移动通信技术进入5g时代，大规模mimo技术的发展，加上基站集成化、小型化、轻量化等要求的不断提高，通信系统对微波射频器件提出了更高的要求，常用金属腔体射频器件体积越小，性能指标越差，在高频段不具竞争力。
3.介质滤波器在满足核心性能要求的前提下，具有重量轻、抗温漂特性好、小型化等综合优点，在下一代滤波器领域引起了极大的关注。
4.现有的介质谐振器，由一个贯穿上下表面的导通孔，及顶部金属贴片组成。腔体的频率由几个参数共同调节，如导通孔的半径大小，腔体的高度，金属贴片的尺寸。而介质滤波器由介质谐振器耦合级联而成，其中的耦合主要通过控制谐振器之间金属贴片的间距以及形状来完成。
5.在传统介质谐振器设计中，金属顶盘负责谐振腔之间的耦合，并调节每个谐振腔的频率。在设计中，当改变贴片形状以改变谐振器之间的耦合时，频率也会常常改变，这为介质滤波器的设计与优化带来了困难。
6.同时，介质谐振器中的两个腔体，经常存在较为明显的非线性耦合，对于介质滤波器中的非线性耦合的控制，常用的方法如改变贴片形状，但这种方法增加了电路面的设计难度。或改变同轴间的距离以及连接两个谐振器，这种方法连接了两个导通孔底部，增大了两个谐振器之间的磁耦合，产生了一个高端的传输零点，但导通孔底部一般为滤波器的调试端，这种结构为介质滤波器的调试带来难度。
7.介质滤波器的交叉耦合以导通孔错位的方法来实现交叉耦合零点，但错位会使得滤波器的q值降低。而利用介质滤波器上的微带线来实现交叉耦合，但这会增加滤波器谐振器之间的泄露，以及提高电路面设计的复杂度，同时交叉耦合的调节范围有限。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明提供了一种介质滤波器及通信设备，用以解决现有技术中的介质滤波器耦合与频率设计中影响较大，非线性耦合难以控制，交叉耦合不易实现的问题。
9.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
10.一种介质滤波器，包括：
11.陶瓷基体，其包含有至少两个介质谐振器，且每一所述介质谐振器有一垂直设置的导通孔；
12.设于所述陶瓷基体内且与一所述导通孔连接并相互垂直设置用于调节频率的侧壁通孔。
13.作为本发明的一种优选方案，所述陶瓷基体上设有一电极面，位于所述电极面上
包含有输入接口和输出接口，且所述电极面与pcb板焊接。
14.作为本发明的一种优选方案，所述陶瓷基体的一端面设有位于所述导通孔开口端一侧的金属贴片。
15.作为本发明的一种优选方案，每一所述导通孔处于同一水平中心线上。
16.作为本发明的一种优选方案，所述陶瓷基体上包含有三个介质谐振器，第一和第二的所述介质谐振器上设有两不同朝向的侧壁通孔，第三的所述介质谐振器上设有与两不同朝向的侧壁通孔中任一相同方向的侧壁通孔。
17.作为本发明的一种优选方案，所述陶瓷基体上包含有三个介质谐振器，第一至三的所述介质谐振器上均设有朝向相同且处于同一水平中心线上的侧壁通孔，其中，两相互间隔设置的所述介质谐振器上设有位于一侧壁通孔下方对应位置且与小于一侧壁通孔直径的另一侧壁通孔。
18.作为本发明的一种优选方案，所述陶瓷基体上包含有九个介质谐振器，第一至八的所述介质谐振器处于同一水平中心线上，第九所述介质谐振器与第一至八的所述介质谐振器相错位；
19.第一所述介质谐振器的上端部设有位于陶瓷基体一端面的侧壁通孔，第二所述介质谐振器的下端部设有两不同朝向且相错位的侧壁通孔，第三所述介质谐振器的中端部设有位于陶瓷基体另一端面的侧壁通孔，第四和第五所述介质谐振器的中端部设有两不同朝向的侧壁通孔，第六所述介质谐振器的下端部设有位于陶瓷基体一端面的侧壁通孔，第七和第八所述介质谐振器的中端部设有两不同朝向且相错位的侧壁通孔，第九所述介质谐振器的上端部设有位于陶瓷基体侧端面的侧壁通孔；
20.第一和第九所述介质谐振器的侧壁通孔直径相同，第二至第八所述介质谐振器的侧壁通孔直径相同。
21.作为本发明的一种优选方案，所述陶瓷基体上包含有五个介质谐振器，第一至四的介质谐振器上的侧壁通孔朝向相同，而与第五介质谐振器上的侧壁通孔朝向不相同；
22.第一、第三和第四的介质谐振器上的侧壁通孔处于同一水平中心线上且直径相同，第二和第五的介质谐振器上的侧壁通孔与第一、第三和第四的介质谐振器上的侧壁通孔相错位且直径不同。
23.作为本发明的一种优选方案，一种通信设备，包括权利要求1-8任一项所述的介质滤波器。
24.综上所述，本发明具有如下有益效果：
25.1、通过侧壁通孔的引入，会改变原谐振器中磁场的方向，增加额外控制耦合的途径，可用来控制滤波器中的主耦合及交叉耦合等。
26.2、通过调节侧壁通孔的尺寸可以调节两个腔体之间的非线性耦合，从而实现对滤波器的零点控制，降低电路面设计难度。
27.3、在双腔耦合中，通过控制侧壁通孔的尺寸、位置、与其他腔孔的错位情况以及方向等能够有效控制两腔体之间的磁耦合情况，从而实现对非线性耦合的控制，同时，还可以产生交叉耦合的零点，提高滤波器带外抑制度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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。
29.图1为本发明的介质滤波器结构示意图。
30.图2为本发明的三阶两零点非线性耦合滤波器结构示意图。
31.图3为本发明的图2滤波器的响应，腔体间m12和m23的提取曲线结构示意图。
32.图4为本发明的三阶triplet交叉耦合滤波器及响应曲线结构示意图。
33.图5为本发明的sub-6g超宽带陡峭滤波器结构及响应曲线结构示意图。
34.图6为本发明的3.5g五阶三零点滤波器及响应曲线结构示意图。
35.图7为本发明的含有耦合脊的滤波器及响应曲线结构示意图。
36.图8为本发明的侧壁通孔半径与谐振器频率对应关系(上方位置)、侧壁通孔距离金属贴片与谐振器频率关系曲线(下方位置)示意图。
37.图中数字和字母所表示的相应部件名称：
38.1、陶瓷基体；2、介质谐振器；3、侧壁通孔；4、金属贴片；5、输入接口；6、输出接口；7、耦合脊。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.以下实施例对应的附图中介质谐振器的顺序均从右往左数。
41.实施例一
42.如图1所示，本发明为一种介质滤波器，包括：陶瓷基体1，其包含有至少两个介质谐振器2，且每一介质谐振器2有一垂直设置的导通孔，设于陶瓷基体1内且与一导通孔连接并相互垂直设置用于调节频率的侧壁通孔3。陶瓷基体1上设有一电极面，位于电极面上包含有输入接口5和输出接口6，且电极面与pcb板焊接。陶瓷基体1的一端面设有位于导通孔开口端一侧的金属贴片4。每一导通孔处于同一水平中心线上。
43.对于由两个及以上介质谐振器2组合而成的介质滤波器，腔体之间通常存在较为明显的非线性耦合，即混合耦合，腔体之间同时存在电耦合与磁耦合。对于直线型拓扑结构滤波器来说，当腔体间的电耦合与磁耦合恰好抵消，即非线性耦合为零时，会有一个零点的产生。
44.在上述产生的问题中，通过侧壁通孔3的引入，会改变原谐振器中磁场的方向，增加额外控制耦合的途径，可用来控制滤波器中的主耦合及交叉耦合等。通过调节侧壁通孔3的尺寸可以调节两个腔体之间的非线性耦合，从而实现对滤波器的零点控制，降低电路面设计难度。在双腔耦合中，通过控制侧壁通孔3的尺寸、位置、与其他腔孔的错位情况以及方向等能够有效控制两腔体之间的磁耦合情况，从而实现对非线性耦合的控制，同时，还可以
产生交叉耦合的零点，提高滤波器带外抑制度。
45.其中，侧壁通孔3的直径与位置对于谐振器有调节频率的作用。如图8所示，侧壁通孔3直径越大，越靠近金属贴片4，谐振器对应频率越高，反之谐振器频率越低。
46.实施例二
47.如图2和3所示，本发明为一种介质滤波器，包括：陶瓷基体1，其包含有至少两个介质谐振器2，且每一介质谐振器2有一垂直设置的导通孔，设于陶瓷基体1内且与一导通孔连接并相互垂直设置用于调节频率的侧壁通孔3。陶瓷基体1上设有一电极面，位于电极面上包含有输入接口5和输出接口6，且电极面与pcb板焊接。陶瓷基体1的一端面设有位于导通孔开口端一侧的金属贴片4。每一导通孔处于同一水平中心线上。
48.其中，陶瓷基体1上包含有三个介质谐振器2，第一和第二的介质谐振器2上设有两不同朝向的侧壁通孔3，第三的介质谐振器2上设有与两不同朝向的侧壁通孔3中任一相同方向的侧壁通孔3。
49.在上述中，侧壁通孔3在滤波器设计中起到调节滤波器腔体间非线性耦合的作用，第一与第二谐振器两个侧壁通孔3为相反方向，故不产生耦合，此时第一与第二腔体之间的磁耦合较小，主耦合为电耦合形式。而第二与第三之间的侧壁通孔3为相同方向，为磁耦合提供耦合途径，此时第二与第三之间的磁耦合较大，主耦合为磁耦合形式。腔体间耦合系数m12以及m23如图3所示，可以看到此时m12耦合系数为负，为电耦合，其控制低端零点。而m23耦合系数为正，对应为磁耦合，其控制高端零点。
50.通过控制侧壁通孔3的相对位置，来实现对于滤波器间非线性耦合的控制，实现对滤波器带外零点的控制。提高了滤波器的设计灵活度以及降低了滤波器微带电路面设计的复杂程度。
51.实施例三
52.如图4所示，本发明为一种介质滤波器，包括：陶瓷基体1，其包含有至少两个介质谐振器2，且每一介质谐振器2有一垂直设置的导通孔，设于陶瓷基体1内且与一导通孔连接并相互垂直设置用于调节频率的侧壁通孔3。陶瓷基体1上设有一电极面，位于电极面上包含有输入接口5和输出接口6，且电极面与pcb板焊接。陶瓷基体1的一端面设有位于导通孔开口端一侧的金属贴片4。每一导通孔处于同一水平中心线上。
53.其中，陶瓷基体1上包含有三个介质谐振器2，第一至三的介质谐振器2上均设有朝向相同且处于同一水平中心线上的侧壁通孔3，两相互间隔设置的介质谐振器2上设有位于一侧壁通孔3下方对应位置且与小于一侧壁通孔3直径的另一侧壁通孔3。
54.利用第一与第三的介质谐振器2上的导通孔来调控两个介质谐振器2之间的交叉耦合，并且，如图4所示，在高端存在一个由第一与第三交叉耦合产生的传输零点，从而实现对滤波器的零点控制，降低电路面设计难度。
55.实施例四
56.如图5所示，本发明为一种介质滤波器，包括：陶瓷基体1，其包含有至少两个介质谐振器2，且每一介质谐振器2有一垂直设置的导通孔，设于陶瓷基体1内且与一导通孔连接并相互垂直设置用于调节频率的侧壁通孔3。陶瓷基体1上设有一电极面，位于电极面上包含有输入接口5和输出接口6，且电极面与pcb板焊接。陶瓷基体1的一端面设有位于导通孔开口端一侧的金属贴片4。
57.陶瓷基体1上包含有九个介质谐振器2，第一至八的介质谐振器2处于同一水平中心线上，第九介质谐振器2与第一至八的介质谐振器2相错位；
58.第一介质谐振器2的上端部设有位于陶瓷基体1一端面的侧壁通孔3，第二介质谐振器2的下端部设有两不同朝向且相错位的侧壁通孔3，第三介质谐振器2的中端部设有位于陶瓷基体1另一端面的侧壁通孔3，第四和第五介质谐振器2的中端部设有两不同朝向的侧壁通孔3，第六介质谐振器2的下端部设有位于陶瓷基体1一端面的侧壁通孔3，第七和第八介质谐振器2的中端部设有两不同朝向且相错位的侧壁通孔3，第九介质谐振器2的上端部设有位于陶瓷基体1侧端面的侧壁通孔3；
59.第一和第九介质谐振器2的侧壁通孔3直径相同，第二至第八介质谐振器2的侧壁通孔3直径相同。
60.在该实施例的滤波器的设计中，要求谐振器之间能够提供较大的耦合。用传统方式实现谐振器间的耦合时，利用金属贴片4之间扭曲形状，增大接触面积来增大滤波器间的耦合。
61.但此时可能由于金属贴片4面积过大，导致滤波器频率偏低。在实例四中，应用本发明中，在调整金属贴片4满足腔体间耦合大小的基础上，引入侧壁导通孔结构，可以实现对腔体调频的效果，同时通过对侧壁通孔3方向的把控，可以在原通孔两侧方向任意引入侧壁通孔3，不影响腔体之间的耦合，得到所需要的耦合。
62.实施例五
63.如图6所示，本发明为一种介质滤波器，包括：陶瓷基体1，其包含有至少两个介质谐振器2，且每一介质谐振器2有一垂直设置的导通孔，设于陶瓷基体1内且与一导通孔连接并相互垂直设置用于调节频率的侧壁通孔3。陶瓷基体1上设有一电极面，位于电极面上包含有输入接口5和输出接口6，且电极面与pcb板焊接。陶瓷基体1的一端面设有位于导通孔开口端一侧的金属贴片4。每一导通孔处于同一水平中心线上。
64.其中，陶瓷基体1上包含有五个介质谐振器2，第一至四的介质谐振器2上的侧壁通孔3朝向相同，而与第五介质谐振器2上的侧壁通孔3朝向不相同；
65.第一、第三和第四的介质谐振器2上的侧壁通孔3处于同一水平中心线上且直径相同，第二和第五的介质谐振器2上的侧壁通孔3与第一、第三和第四的介质谐振器2上的侧壁通孔3相错位且直径不同。
66.基于本发明的侧壁通孔3结构所该实施例的介质滤波器。滤波器两个零点为非线性耦合产生的零点，第三个零点为交叉耦合产生零点。
67.实施例六
68.本发明为一种通信设备，实现该通信设备如上述实施例1-5中任一项介质滤波器与其组合装配。
69.其中，介质滤波器的具体形式包括但不局限于本发明所提供的图示。通过变换侧壁通孔3的直径、长度、位置、数目、方向，将侧壁通孔3用耦合脊7连接以控制耦合等均在本发明的保护范围之内。
70.如图7所示，在侧壁通孔3上还可以继续增加结构，来控制滤波器间的耦合系数。利用抠槽的方式在侧壁通孔3之间构成耦合脊7，以此连通两个侧壁通孔3，可以增大两个谐振器之间的磁耦合，同时并不会给滤波器的调试带来困难。
71.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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。