一种介质波导滤波器的制作方法

本发明涉及滤波器领域，特别涉及一种介质波导滤波器。

背景技术

随着无线移动通信技术的飞速发展，对于介质波导滤波器的远端带外性能的要求越来越高，而现有的介质波导滤波器中不可避免地在高次模频段内的抑制度变差，谐波近的问题，通常情况下为1.3倍频。为了解决这一问题，通常需要使用多阶低通滤波器来抑制远端带外出现的高次模，额外的低通滤波器增加了面积和插损。

为了进一步改善远端抑制，还可能采用介质波导滤波器和金属腔级联的方式。金属腔的远端谐波较好，将金属腔和介质波导滤波器进行级联能够改善远端抑制，但是金属腔占用的体积较大，这种级联的方式难以实现与介质波导滤波器一样的体积。

另外，还可以采用tem(transverseelectricandmagneticfield，电磁场)模式改善远端抑制，tem模式的谐波比介质波导远，但是其q值低于介质波导，性能差与介质波导。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种介质波导滤波器，其通过提供针对高次模的耦合结构增加介质波导滤波器的远端谐波抑制，提高高次模频段抑制。

为实现上述目的，本发明提出一种介质波导滤波器，包括：

多个第一谐振腔和多个第二谐振腔，所述多个第一谐振腔两两相接地构成上层谐振腔，所述多个第二谐振腔两两相接地构成下层谐振腔，所述上层谐振腔与下层谐振腔对应重叠设置；

第一谐振腔具有第一窗口耦合结构，所述第一窗口耦合结构包括：在该第一谐振腔的表面开设于该第一谐振腔中的第一高次模的磁场分布最弱处的第一窗口，和/或在该第一谐振腔的表面开设于该第一谐振腔中的第一高次模的电场分布最强处的第二窗口；

第二谐振腔具有与所述第一窗口耦合结构对应的第二窗口耦合结构，所述第二窗口耦合结构包括：在该第二谐振腔的表面开设于该第二谐振腔中的第一高次模的磁场分布最弱处的第三窗口，和/或在该第二谐振腔的表面开设于该第二谐振腔中的第一高次模的电场分布最强处的第四窗口，

所述第一窗口耦合结构和第二窗口耦合结构配合以消除所述第一谐振腔中的第一高次模与所述第二谐振腔中的第一高次模之间的耦合。

优选地，所述第一窗口、第二窗口位于所述第一谐振腔的与所述第二谐振腔相对的一侧表面上，

所述第三窗口、第四窗口位于所述第二谐振腔的与所述第一谐振腔相对的一侧表面上。

优选地，所述第一窗口位于所述第一谐振腔的一对相对侧边的中心，所述第三窗口位于所述第二谐振腔的一对相对侧边的中心；

所述第二窗口与所述第一谐振腔的中心平齐，并与所述第一谐振腔的中心相距1/4侧边长度，所述第四窗口与所述第二谐振腔的中心平齐，并与所述第二谐振腔的中心相距1/4侧边长度。

优选地，进一步包括用于降低第二高次模的激励的馈电结构，所述馈电结构包括：

突出部，所述突出部自一个第一谐振腔或者第二谐振腔的一侧边缘向腔体外部突出；和

馈电柱，所述馈电柱设置在所述第一谐振腔或者第二谐振腔与突出部的连接处。

优选地，所述突出部包括：

第一突出部，所述第一突出部自作为输入腔的一个第一谐振腔的一侧边缘向腔体外部突出；

第二突出部，所述第二突出部自作为输出腔的一个第二谐振腔的一侧边缘向腔体外部突出。

优选地，进一步包括：

腔耦合隔筋，所述邻腔耦合隔筋连接在相邻的两个第一谐振腔之间、或者相邻的两个第二谐振腔之间，

所述邻腔耦合隔筋位于两个第一谐振腔或者两个第二谐振腔的相对的一对侧边的中心，以降低相邻两个所述第一谐振腔之间的第一高次模和第二高次模、或相邻两个所述第二谐振腔之间的第一高次模和第二高次模的耦合。

优选地，所述邻腔耦合隔筋和所述第一窗口、或所述第三窗口的位置不重合。

优选地，所述多个第一谐振腔以中心对称、或者轴对称的方式排列形成上层谐振腔；

所述多个第二谐振腔以与上层谐振腔的排列方式相同的方式排列形成下层谐振腔。

由上述技术方案可以看出，本发明的有益效果在于：

(1)在本发明的介质波导滤波器中，设置了针对第一高次模的窗口耦合结构，上层谐振腔中的第一窗口耦合结构和下层谐振腔中的第二窗口耦合结构相互耦合，降低了相邻两层之间连接的两个谐振腔的第一高次模的腔间耦合，以实现对第一高次模的抑制作用。

其中，第一窗口和第三窗口均位于各自对应的主模磁场分布最强、对应的第一高次模磁场分布最弱处，在保证主模耦合的同时，最小化第一高次模之间的磁耦合。同时与第一高次模电场分布最强处对应的第二窗口和第四窗口之间的耦合形成电耦合，其增加了第一高次模之间的电耦合，从而与第一窗口第三窗口形成的磁耦合的抵消，进一步降低了第一高次模的腔间耦合，抑制了第一高次模的传输，进而达到提高滤波器对第一高次模的抑制的目的。

(2)本发明中的馈电结构从源头降低对第二高次模b的激励从而增加了对第二高次模b的抑制。

(3)同一层中相邻连接的两个谐振腔的耦合隔筋可以降低两者之间的第一高次模和第二高次模的耦合。

(5)窗口耦合结构、馈电结构、邻腔耦合隔筋三者组合共同作用，可实现隔断两个最接近基模频率的两个高次模之间的多组耦合途径，即降低了高次模间的耦合，进而全面的提高了介质波导滤波器对高次模的抑制作用.

附图说明

图1a为本发明的介质波导滤波器的一个谐振腔的一个实施例的俯视图；

图1b为本发明的介质波导滤波器的局部侧视图；

图2a至图2c为本发明的介质波导滤波器的一个谐振腔中的基模、第一高次模、第二高次模的电场分布图；

图3为本发明的介质波导滤波器的一个谐振腔的另一实施例的俯视图；

图4为本发明的介质波导滤波器的两个谐振腔的连接结构示意图；

图5为本发明的介质波导滤波器的一个实施例的俯视图；

图6为本发明的介质波导滤波器的波形图；

图7为本发明的介质波导滤波器的四层谐振腔的一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图对本发明的较为典型的具体实施方式进行详细阐述。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用来阐述解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明旨在提出一种介质波导滤波器，其通过提供针对高次模的耦合结构增加介质波导滤波器的远端谐波抑制，提高抑制频率范围。

需要说明的是，对于每一个第一谐振腔10均有自己的一个第一高次模和一个第二高次模，并且，每一个第一谐振腔10的第一高次模和第二高次模指的是最接近其自身的基模的频率的两种高次模。同理，对于每一个第二谐振腔20也均有自己的一个第一高次模和一个第二高次模，并且，每一个第二谐振腔20的第一高次模和第二高次模指的是最接近其自身的基模的频率的两种高次模。

为了清楚阐述本申请的技术方案，在本文中，多个第一谐振腔10和多个第二谐振腔20的结构和形状均相同，进而使本文中的第一高次模均为相同的第一高次模a、第二高次模均为相同的第二高次模b来进行阐述，而第一高次模a和第二高次模b为两种不同的高次模。当然，本发明并不对介质波导滤波器的第一谐振腔10与第二谐振腔20的结构和形状是否相同、第一高次模和第二高次模是否均为一样的进行限制。

如图1a和图1b所示，本发明提出一种介质波导滤波器，包括：

多个第一谐振腔10和多个第二谐振腔20，多个第一谐振腔10两两相接地构成上层谐振腔，多个第二谐振腔20两两相接地构成下层谐振腔，上层谐振腔与下层谐振腔对应重叠设置，每个第一谐振腔10和第二谐振腔20的结构和形状相同。图1a和图1b中仅示出了相互对应的一个第一谐振腔10和一个第二谐振腔20。

其中，每个第一谐振腔10具有第一窗口耦合结构10a，第一窗口耦合结构10a包括：在该第一谐振腔10的表面开设于该第一谐振腔10中第一高次模a的磁场分布最弱处、并且基模磁场最强处的第一窗口11，和/或在该第一谐振腔10的表面开设于该第一谐振腔10中第一高次模a的电场分布最强处的第二窗口12；

每个第二谐振腔20具有与第一窗口耦合结构10a对应的第二窗口耦合结构20a，第二窗口耦合结构20a包括：在该第二谐振腔20的表面开设于该第二谐振腔20中第一高次模a的磁场分布最弱处、并且基模磁场最强处的第三窗口21，和/或在该第二谐振腔20的表面开设于该第二谐振腔20中第一高次模a的电场分布最强处的第四窗口22。

第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构20a配合以消除第一谐振腔10中的第一高次模a与第二谐振腔20中的第一高次模a之间的耦合。

在本实施例中，介质波导滤波器的每个谐振腔的结构和形状均相同，其均为内部填充例如陶瓷的介质的实心腔体，实心腔体的表面覆盖例如金属层的电磁屏蔽层。通常情况下，每个谐振腔为矩形或者正方形，从而以对称的结构降低腔内的高次模的耦合。

上、下两层谐振腔的叠层结构能够将上层谐振腔和下层谐振腔中的高次模进行隔离，从而降低不同腔之间高次模的耦合，以实现对高次模的抑制。

图2a至图2c分别示出了在每个谐振腔中的基模、第一高次模a、第二高次模b的电场分布图，其中，从图中可以看出，在具体实施例中第一高次模a和第二高次模b是两种不同的高次模，可看成为方向近似相互垂直的两种不同高次模，这里仅以两者相互垂直为例进行说明，而并不排除第一高次模a与第二高次模b相互不垂直的情况。

在本实施例的介质波导滤波器中，设置了针对第一高次模a的窗口耦合结构，其由设置在每个第一谐振腔10中的第一窗口耦合结构10a和设置在对应的第二谐振腔20中的第二窗口耦合结构10b组成。

其中，设置为与图2b中的磁场分布最弱处(a1)、并且基模磁场最强处对应的第一窗口11和第三窗口21之间的耦合形成磁耦合，以在保证基模耦合的同时、降低上层谐振腔和下层谐振腔之间的第一高次模a之间的磁耦合。

而设置为与图2b中的电场分布最强处(a2)对应的第二窗口12和第四窗口22之间的耦合增加了第一高次模a之间的电耦合，从而实现对第一窗口11和第三窗口21形成的磁耦合的抵消，以进一步降低第一高次模a之间的腔间耦合，抑制了第一高次模a的传输，进而达到提高滤波器对第一高次模a的抑制的目的。

在本实施例中，配对出现的第一窗口11和第三窗口21、以及第二窗口12和第四窗口22均形成强耦合，从而实现降低高次模耦合的效果。进一步地，由于第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构20a的设置位置与第一高次模a的电场、磁场分布强度位置对应，因此可有针对性地降低第一高次模a的耦合。

进一步地，如图1b所示，第一窗口11、第二窗口12位于第一谐振腔10的与第二谐振腔20相对的一侧表面上，第三窗口21、第四窗口22位于第二谐振腔20的与第一谐振腔10相对的一侧表面上。第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构20a的各个窗口位置对应，且相互面对，从而在上层谐振腔和下层谐振腔之间形成电耦合或者磁耦合。

在这里，第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构20a的各个窗口是指对其腔体表面的电磁屏蔽层开窗。

具体地，结合图2b和图1a所示，第一窗口11位于第一谐振腔10的一对相对侧边10b的中心，第三窗口21位于第二谐振腔20的一对相对侧边20b的中心；

第二窗口12与第一谐振腔10的中心10c平齐，并与第一谐振腔10的中心10c相距1/4侧边长度，第四窗口22与第二谐振腔20的中心20c平齐，并与第二谐振腔20的中心相距1/4侧边长度。

由上述具体实施例可知，通过在相邻跨层之间的谐振腔之前设置相互对应的第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构20a，从而可以降低相邻层之间连接的两个谐振腔之间的第一高次模a之间的耦合。

上述针对第一谐振腔10和第二谐振腔20作为中间层时的谐振腔时的结构进行了具体阐述。而若第一谐振腔10或第二谐振腔20位于最外层，并且，作为首谐振腔与介质波导滤波器的输入端连接、或作为尾谐振腔与介质波导滤波器的输出端连接时，还可对其结构进一步的优化设计。

具体地，请参见如图3所示，本发明的介质波导滤波器进一步包括用于降低第二高次模b的激励的馈电结构30，其中，馈电结构30包括：

突出部31，突出部31自一个第一谐振腔10或者第二谐振腔20的一侧边缘向腔体外部突出；和

馈电柱32，馈电柱32设置在第一谐振腔10或者第二谐振腔20与突出部31的连接处。

突出部31向腔体外部突出，以调节腔体的耦合量，其与馈电柱32的结合可降低第二高次模b的激励。结合图2c和图3可见，馈电柱32的位置与第二高次模b的电场分布最弱处位置对应，因此可实现降低第二高次模b的激励。

本实施例中，上述的一个第一谐振腔10或者一个第二谐振腔20作为了首谐振腔或者尾谐振腔，这样，当在首谐振腔和/或尾谐振腔设置馈电结构30时，能够从源头降低对第二高次模b的激励，从而增加了对第二高次模b的抑制。

具体地，结合图3和图5所示，突出部31包括：

第一突出部31a，第一突出部31a自作为输入腔的一个第一谐振腔10的一侧边缘向腔体外部突出；

第二突出部31b，第二突出部31b自作为输出腔的一个第二谐振腔20的一侧边缘向腔体外部突出。

在图5所示的一个具体实施例中，该介质波导滤波器具有8个谐振腔，分别包括四个作为上层谐振腔的第一谐振腔10和四个作为下层谐振腔的第二谐振腔20。其中，在8个谐振腔中，将上层谐振腔中的一个第一谐振腔10作为输入腔，将下层谐振腔中的一个第二谐振腔20作为输出腔，相应地，第一突出部31a设置在作为输入腔的第一谐振腔10中，第二突出部31b设置在作为输出腔的第二谐振腔20中。馈电柱32设置在介质腔体内，其可通过贯穿介质腔体的上下表面而实现上层谐振腔和下层谐振腔之间的馈电结构的连接，而相邻的两个谐振腔之间的馈电结构可通过连接结构实现连接，以从输入腔至输出腔连接为一条贯通的馈电结构。

进一步地，多个第一谐振腔10以中心对称、或者轴对称的方式排列形成上层谐振腔；多个第二谐振腔20以与上层谐振腔的排列方式相同的方式排列形成下层谐振腔。结构的对称性能够降低同一谐振腔内的第一高次模a和第二高次模b的耦合，以进一步提高远端抑制效果。

为了更有效地消除高次模的耦合，还可对位于同一层的相邻连接的两个谐振腔的结构进行优化设计。

如图4所示，进一步包括：

邻腔耦合隔筋40，邻腔耦合隔筋40连接同一层的相邻两个谐振腔之间，在具体实施例中，邻腔耦合隔筋40连接在相邻的两个第一谐振腔10之间、或者相邻的两个第二谐振腔20之间，邻腔耦合隔筋40位于两个第一谐振腔10或者两个第二谐振腔20的相对的一对侧边10d或20d的中心，以降低相邻的两个第一谐振腔10之间的第一高次模a和第二高次模b、或者相邻的两个第二谐振腔20之间的第一高次模a和第二高次模b的耦合。

其中，邻腔耦合隔筋40和第一窗口11、或第三窗口21的位置不重合，即邻腔耦合隔筋40设置的侧边与第一窗口11、第三窗口21所设置的一对侧边不同。

根据图6所示，在根据以上实施例构造的介质波导滤波器的一个实施例中，圆圈部分圈出的高次模谐波被抑制，从而使介质波导滤波器的谐波频率从1.3倍频推远至2.1倍频。

根据介质波导滤波器的具体形式，可选择地同时设置第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构10b形成的窗口耦合结构、馈电结构30以及邻腔耦合隔筋40中的一者、两者或者三者。对于具有多层谐振腔的介质波导滤波器，可以同时在不同位置的谐振腔上设置上述不同的结构，进而对于整个介质波导滤波器而言，可以结合三者的作用，降低高次模的耦合，提高高次模频段抑制。如图7所示，以具有四层谐振腔的介质波导滤波器为例进行解释说明。

需要说明的是，下面仅以附图7中示出的一种具体谐振腔的拓扑结构形式进行说明，当然，还可以具有其他的拓扑结构形式，具体需要根据介质波导滤波器的设计要求而设定。

具体地，四层谐振腔由上至下分别为第一层谐振腔01、第二层谐振腔02、第三层谐振腔03、第四层谐振腔04，其中，第一层谐振腔01包括依次连接的四个第一谐振腔10、第二层谐振腔02包括依次连接的四个第二谐振腔20、第三层谐振腔03包括依次连接的四个第一谐振腔10、第四层谐振腔04包括依次连接的四个第二谐振腔20。

第一层谐振腔01和第四层谐振腔04位于最外层，分别用于与输入端、输出端连接，这样，第一层谐振腔01中与输入端连接的第一谐振腔10即为首谐振腔5h，而第四层谐振腔04中与输出端连接的第二谐振腔20即为尾谐振腔5e。这样，在首谐振腔5h和尾谐振腔5e上设置上述馈电结构30，从而利用馈电结构30从源头降低了对第二高次模b的激励。

而同时，第一层谐振腔01中的各个第一谐振腔10，包括其作为首谐振腔5h的谐振腔，与位于中间层的第二层谐振腔02中的第二谐振腔20之间通过上述各个实施例中的有第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构20a形成的窗口耦合结构配合，消除第一谐振腔10中的第一高次模a与第二谐振腔20中的第一高次模a之间的耦合。同理，第二层谐振腔02与第三层谐振腔03之间的跨层相邻谐振腔、第三层谐振腔03与第四层谐振腔04之间的跨层相邻谐振腔也均设有上述窗口耦合结构，其中第四层谐振腔04也包括作为尾谐振腔5e的谐振腔也具有窗口耦合结构。如此，通过上述的窗口耦合结构消除第一谐振腔10中的第一高次模a与第二谐振腔20中的第一高次模a之间的耦合。

而在同一层中的第一谐振腔10之间、在同一层的第二谐振腔20之间设置上述的邻腔耦合隔筋40，从而降低相邻的两个第一谐振腔10之间的第一高次模a和第二高次模b、或者相邻的两个第二谐振腔20之间的第一高次模a和第二高次模b的耦合。作为首谐振腔5h的第一谐振腔10与在同一层相邻的第一谐振腔10之间也同样设有该邻腔耦合隔筋40，同理，作为尾谐振腔5e的第二谐振腔20余同一层相邻的第二谐振腔20之间也设有邻腔耦合隔筋40。

由上述分析可知，谐振腔的具体的结构形式根据其所处的具体位置以及与同层的谐振腔、邻层谐振腔之间的连接关系有关。

当然，每层可以仅有一个谐振腔，这样，对于这种拓扑结构而言，无需设置上述的邻腔耦合隔筋40。同时，当不是首谐振腔5h、也不是尾谐振腔5e时，无需设置馈电结构30。

由上述各个实施例可知，在本发明的介质波导滤波器中，设置了针对第一高次模a的窗口耦合结构，其由设置在每个第一谐振腔10中的第一窗口耦合结构10a和设置在对应的第二谐振腔20中的第二窗口耦合结构10b组成，第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构10b相互耦合，降低了相邻两层之间连接的两个谐振腔的第一高次模a的腔间耦合，以实现对第一高次模a的抑制作用。

其中，设置为与图2b中的第一高次模a磁场分布最弱处(a1)、并且基模磁场分布最强处对应的第一窗口11和第三窗口21之间的耦合形成磁耦合，以降低在上层谐振腔和下层谐振腔之间的第一高次模a的耦合。

而设置为与图2b中的电场分布最强处(a2)对应的第二窗口12和第四窗口22之间的耦合增加了第一高次模a的电耦合，从而实现对第一窗口11和第三窗口21之间形成的磁耦合的抵消，进一步降低了第一高次模a的腔间耦合，抑制了第一高次模a的传输，进而达到提高滤波器对第一高次模a的抑制的目的。

在本发明中，配对出现的第一窗口11和第三窗口21可以在保持主模耦合的同时，降低高次模的之间的耦合。进一步地，由于第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构20a的设置位置与第一高次模a的电场、磁场分布强度位置对应，因此可有针对性地降低第一高次模a之间的耦合。

本发明中的馈电结构30从源头降低对第二高次模b的激励，从而增加对第二高次模b的抑制。邻腔耦合隔筋40，可以降低同一层的两个相邻谐振腔之间的第一高次模a和第一高次模b之间的耦合。

进一步地，馈电结构30、第一窗口耦合结构10a和第二窗口耦合结构10b形成的窗口耦合结构以及邻腔耦合隔筋40三者结合，可同时实现对第一高次模a和第二高次模b的抑制作用，这样能够全面地提高对高次模的抑制作用，从而将介质波导滤波器的谐波频率推远。

多个第一谐振腔10以中心对称、或者轴对称的方式排列形成上层谐振腔；多个第二谐振腔20以与上层谐振腔的排列方式相同的方式排列形成下层谐振腔。结构的对称性能够降低同一谐振腔内的第一高次模a和第二高次模b的耦合，以进一步提高远端抑制效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。