滤波器以及通信系统的制作方法

本实用新型概括而言涉及蜂窝通信系统领域，更具体地，涉及适合用于蜂窝通信系统中的滤波器。此外，本实用新型还涉及一种带有滤波器的蜂窝通信系统。

背景技术：

在蜂窝通信基站中，滤波器作为一种频率选择装置用于使得一定频率范围内的射频信号通过，而滤除其他频率范围内的射频信号和/或噪声信号。当前在蜂窝通信基站中使用各种滤波器，包括：微带滤波器、交指型滤波器、同轴腔体滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR滤波器等。

由于同轴腔体滤波器适合大规模生产，且成本也较低廉，因此，蜂窝通信基站中大多采用同轴腔体滤波器。在同轴腔体滤波器的一个或多个壁上通常安装有可移动的调谐螺杆，这类调谐螺杆适用于在同轴腔体滤波器制造完成之后对安装在滤波器内的各谐振柱的频率特性进行调节。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的在于提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的滤波器以及带有该滤波器的通信系统。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供一种滤波器，其包括壳体，所述壳体具有顶壁、底壁以及一个或多个侧壁。所述顶壁、底壁以及一个或多个侧壁限定出内部腔体。在内部腔体中设有多个谐振器。在一对相邻的谐振器之间具有第一空间，在壳体的其中一个壁上安装有调耦合元件。所述调耦合元件包括一种或多种固体电介质材料并且能伸入到第一空间内，以便调节这对相邻的谐振器之间的耦合特性。

根据本实用新型的滤波器是有利的。第一，固体电介质材料制成的调耦合元件不会产生电弧，由此提高了滤波器的可靠性；第二，调耦合元件对谐振器的频率特性的影响明显减小；第三，调耦合元件特别适用于紧凑的滤波器，拓宽了可调范围，提供了更多的调节可能性；第四，降低了对制造精度的要求，减小了制造成本。

在一些实施方式中，在壳体的其中一个壁上还安装有调谐元件，所述调谐元件构造用于调节相应的谐振器的频率特性。

在一些实施方式中，所述第一空间包括：在这对相邻的谐振器的两个谐振器之间的间隙；和/或处于该间隙上方或下方的区域；和/或处于该间隙前方或后方的区域。

在一些实施方式中，所述调耦合元件包括由高分子化合物或陶瓷制成的杆。

在一些实施方式中，所述调耦合元件包括由聚醚醚酮制成的杆。

在一些实施方式中，所述调谐元件包括由金属制成的杆。

在一些实施方式中，所述调耦合元件构成为调节杆。

在一些实施方式中，所述调耦合元件设有金属自锁头，所述金属自锁头构造为以自锁的方式固定在其中一个壁上的安装孔内。

在一些实施方式中，所述谐振器分别具有第一端部和与之对置的第二端部，每个谐振器的第一端部与壳体的第一壁电连接和机械连接，并且谐振器从该第一壁起朝向与该第一壁相对置的第二壁延伸，其中，谐振器的第二端部的端面与第二壁之间具有第二空间，所述调谐元件构造用于伸入到、优选以能运动的方式伸入到第二空间内。

在一些实施方式中，所述第一空间内设置有介质模块，所述介质模块具有调节通道，所述调耦合元件构造用于伸入、优选以能运动的方式伸入所述调节通道。

在一些实施方式中，所述调谐元件的延伸范围小于在第二壁和谐振器的第二端部的端面所处的平面之间的距离。

在一些实施方式中，所述调耦合元件的延伸范围大于在第二壁和谐振器的第二端部的端面所处的平面之间的距离。

在一些实施方式中，调耦合元件的延伸范围大于调谐元件的延伸范围。

在一些实施方式中，调耦合元件的延伸范围比调谐元件的延伸范围的2倍、2.5倍、3倍、4倍或5倍还要长。

在一些实施方式中，所述谐振器构成为谐振柱。

在一些实施方式中，所述谐振器基本上彼此平行地在内部腔体内延伸。

在一些实施方式中，在两个相邻的谐振器之间构造有一个或多个耦合段。

在一些实施方式中，每个谐振器等效成四分之一波长终端开路传输线，或者等效成二分之一波长终端开路传输线。

在一些实施方式中，所述滤波器构成为一种以多端口谐振腔滤波器形式的多工器或合路器。

在一些实施方式中，在所述滤波器的壳体上设有多个连接端口，以用于接收和/或发送信号。

在一些实施方式中，所述顶壁和各侧壁一体地构成，和/或所述底壁和侧壁一体地构成。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供一种滤波器，其具有壳体，所述壳体限定出内部腔体。在内部腔体中设有多个谐振器，在一对相邻的谐振器之间具有第一空间，在滤波器中安装有调耦合元件，所述调耦合元件包括一种或多种固体电介质材料并且能伸入到第一空间内，以便调节该对相邻的谐振器之间的耦合特性。

根据本实用新型的滤波器是有利的。第一，固体电介质材料制成的调耦合元件不会产生电弧，由此提高了滤波器的可靠性；第二，调耦合元件对谐振器的频率特性的影响明显减小；第三，调耦合元件特别适用于紧凑的滤波器，拓宽了可调范围，提供了更多的调节可能性；第四，降低了对制造精度的要求，减小了制造成本。

在一些实施方式中，在滤波器中还安装有调谐元件，以便调节相对应的谐振器的频率特性。

在一些实施方式中，所述第一空间包括：在这对相邻的谐振器的两个谐振器之间的间隙；和/或处于该间隙上方或下方的区域；和/或

处于该间隙前方或后方的区域。

在一些实施方式中，所述调耦合元件包括高分子化合物或陶瓷制成的杆。

在一些实施方式中，所述调耦合元件包括由聚醚醚酮制成的杆。

在一些实施方式中，所述调谐元件包括由金属制成的杆。

在一些实施方式中，所述调耦合元件构成为调节杆。

在一些实施方式中，所述调耦合元件设有金属自锁头，所述金属自锁头构造为以自锁的方式固定在滤波器上的安装孔内。

在一些实施方式中，所述谐振器分别具有第一端部和与之对置的第二端部，谐振器的第一端部与滤波器的壳体电连接和机械连接，而谐振器的第二端部与滤波器的壳体间隔开第二空间，所述调谐元件能伸入到第二空间内。

在一些实施方式中，所述第一空间内设置有介质模块，所述介质模块具有调节通道，所述调耦合元件能伸入所述调节通道。

在一些实施方式中，所述调谐元件的延伸范围小于在第二壁和谐振器的第二端部的端面所处的平面之间的距离。

在一些实施方式中，所述调耦合元件的延伸范围大于在第二壁和谐振器的第二端部的端面所处的平面之间的距离。

在一些实施方式中，调耦合元件的延伸范围大于调谐元件的延伸范围。

在一些实施方式中，调耦合元件的延伸范围比调谐元件的延伸范围的2倍、2.5倍、3倍、4倍或5倍还要长。

在一些实施方式中，所述谐振器构成为谐振柱。

在一些实施方式中，所述谐振器基本上彼此平行地在内部腔体内延伸。

在一些实施方式中，在两个相邻的谐振器之间构造有一个或多个耦合段。

在一些实施方式中，每个谐振器等效成四分之一波长终端开路传输线，或者等效成二分之一波长终端开路传输线。

在一些实施方式中，所述滤波器构成为一种以多端口谐振腔滤波器形式的多工器或合路器。

在一些实施方式中，在所述滤波器上设有多个连接端口，以用于接收和/或发送信号。

根据本实用新型的第三方面，本实用新型提供一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包括根据本实用新型所述的滤波器。

附图说明

图1是具有根据本实用新型实施例的滤波器的通信系统的示意图；

图2是图1的滤波器在移除顶壁时的示意图；

图3是图1和2的滤波器在移除顶壁时的立体图；

图4是根据本实用新型实施例的调耦合元件的立体图；

图5针对1)全金属调耦合元件和2)根据本实用新型实施例的调耦合元件两种情况示出在两个相邻的谐振器之间的耦合系数关于调耦合元件伸入其间长度的函数曲线图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本实用新型的具体实施方式，其中的附图示出了本实用新型的若干实施例。然而应当理解的是，本实用新型可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本实用新型的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本实用新型的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。

应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本实用新型。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。

在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90°或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。

应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。

现在将参照附图更加详细地描述本实用新型的实施例，附图中描绘了示例性实施例。

在传统的同轴腔体滤波器中使用的调谐螺杆的调谐性能有限。传统的调谐螺杆具有较高的调节灵敏度，即，每次调谐螺杆接近或远离滤波器的相关联的谐振柱所引起的频率变化较大，从而易于产生过调或欠调。此外，也正因为传统的调谐螺杆较高的调节灵敏度，同轴腔体滤波器的制造精度必须很高。这又增加了同轴腔体滤波器的制造成本和制造难度。

此外，在很多应用情况下，为了减少重量、降低材料成本以及降低受到的风阻等，希望同轴腔体滤波器体积较小。然而，随着同轴腔体滤波器的尺寸减小，滤波器内的空间，包括调谐螺杆可用的移动空间也可能随之减少。此外，当调谐螺杆过于靠近金属谐振柱时，可能产生电弧，从而可能损坏滤波器。

图1示出了带有根据本实用新型实施例的滤波器的通信系统的示意性俯视图。如图1所示，通信系统包括滤波器1，其在本示例中可以是一种双向三端口双工器。滤波器1具有壳体，所述壳体包括顶壁15，底壁19和多个侧壁(即后壁2，前壁5、左壁17和右壁18)。从滤波器1的后壁2上延伸有第一端口3和第二端口4，从其前壁5上延伸有第三端口6。第一端口3可以经由同轴电缆8与通信设备11(例如收音机)的发送端口12相连，第二端口4可以经由同轴电缆9与通信设备11的接收端口13相连，而第三端口6可以经由同轴电缆7与天线的辐射元件10相连。滤波器1能实现将在通信设备11的发送端口12和辐射元件10之间的射频传输路径与在通信设备11的接收端口13和辐射元件10之间的射频传输路径相隔离，并且同时允许在发送端口12与天线的辐射元件10之间的射频传输以及在接收端口13与天线的辐射元件10之间的射频传输。

在其它实施例中，滤波器1也可以包括额外的端口以实现多路转换器、三工器、组合器等。例如，根据本实用新型的实施例的滤波器可以包括四个或更多端口，用于将滤波器1电连接到其它外部设备。

在当前实施例中，第一端口3、第二端口4和第三端口6中的每个端口均包括同轴连接端口，其构成为用于接纳同轴电缆。每根同轴电缆7、8、9的中心导体可以通过焊接的方式电连接到滤波器1内的谐振器上，每根同轴电缆7、8、9的外导体则可以通过焊接的方式电连接到滤波器1的壳体14上。由此实现了从通信设备11经由滤波器1到辐射元件10的射频信号传输连接或反过来。

图2-4示出了根据本实用新型实施例的滤波器1连同安装在其中的调耦合元件16和调谐元件30。具体地，图2示出了滤波器1在移除顶壁15时的示意图；图3示出了滤波器1在移除顶壁15时的立体图；以及图4示出了根据本实用新型实施例的包含在滤波器1内的调耦合元件16的立体图。

如图2-3中所示，滤波器1包括壳体14，其包括顶壁15、底壁19和四个侧壁(分别为后壁2、前壁5、左壁17和右壁18)。虽然顶壁15和底壁19在图2中以单独的部件示出。但可以理解的是，在其他实施例中，顶壁15和底壁19中的至少一个可以与侧壁2、5、17、18中的至少一些侧壁一体形成，例如通过压铸。在后壁2上设有第一端口3和第二端口4，在前壁5上设有第三端口6。各壁限定出一个内部腔体20。在内部腔体20内布置着多个谐振器21，各谐振器21基本上彼此平行地排列。

该内部腔体20划分为左腔室22和右腔室23，第一子集的谐振器21处于左腔室22中，第二子集的谐振器21处于右腔室23。处于左腔室22和右腔室23之间的区域中的谐振器21具有接纳部24，以用于接纳同轴电缆7的中心导体，从而形成了从滤波器1到辐射元件10的双向射频传输路径。此外，在左腔室22中，左侧的谐振器21上具有接纳部25，以用于接纳同轴电缆8的中心导体，从而形成了从通信设备11的发送端口12到滤波器1的射频传输路径。在右腔室23中，右侧的谐振器21上具有接纳部26，以用于接纳同轴电缆9的中心导体，从而形成了从滤波器1到通信设备11的接收端口13的射频传输路径。由此，射频信号能够从通信设备11的发送端口12经由同轴电缆8、滤波器1的左腔室22以及同轴电缆7传输至辐射元件10。同样地，射频信号也能够从辐射元件10经由同轴电缆7、滤波器1的右腔室23以及同轴电缆9传输至通信设备11的接收端口13。

由图2-3可见，谐振器21构成为谐振柱。各谐振柱彼此间隔开地布置，各谐振柱彼此平行地从前壁5起朝后壁2延伸。在一对相邻的谐振器21之间具有第一空间27。各谐振器21分别具有第一端部21'和与第一端部21'对置的第二端部21”。第一端部21'与壳体14的前壁5电连接和机械连接，并且从前壁5起朝向后壁2延伸。谐振器21的第二端部21”的端面与后壁2间隔开地距离。在第二端部21”的端面与后壁2之间具有第二空间28。在当前实施例中，每个谐振器21可以等效成四分之一波长终端开路传输线。需要说明的是，本公开中“第一空间27”不仅涉及在一对相邻的谐振器21之间的间隙，而且涉及处于该间隙上方直至顶壁15和处于该间隙下方直至底壁19的区域。本公开中“第二空间28”不仅涉及在谐振器21与后壁2之间的间隙，而且涉及处于该间隙上方直至顶壁15和处于该间隙下方直至底壁19的区域。

由图2-3可见，在滤波器1的后壁2上具有多个安装孔29，在每个安装孔29内可安装调节元件。第一子集的安装孔29与相应的谐振器21对齐，并且在第一子集的安装孔29的每个安装孔内可安装有可调节的(例如可动的)调谐元件30，以用于调节在相应的谐振器21的频率特性。调谐元件30每接近或远离相关联的谐振器21，谐振器21自身的谐振频率点会产生相应变化。其他安装孔29形成第二子集的安装孔29，这些安装孔与相邻谐振器21之间的相应第一空间27对齐，并且在第二子集的安装孔29的每个安装孔29内可安装有可调节的(例如可动的)调耦合元件16，以用于调节在相邻的谐振器21之间的耦合特性。调耦合元件16每接近或远离第一空间27，与该第一空间27相邻的谐振器21间的耦合会产生相应变化。

在当前实施例中，调谐元件30构成为金属调谐杆、例如铝调谐杆，调耦合元件16构成为由具有较高介电常数的固体电介质材料制成、例如由聚醚醚酮(PEEK)制成的杆。在其它实施例中，调谐元件30和调耦合元件16也可以构成为其它材质(例如其它高分子化合物材料或陶瓷)、其它形式的调节件。

此外，从图2-3中可见，在腔室22、23内的每一对相邻谐振器21之间可设有耦合段35。每个耦合段35可以与谐振器21一体成形并且可以连接两个相邻的谐振器21。这些耦合段35也能以预定义的方式改善一对相邻的谐振器21之间的耦合性能。调耦合元件16能够以可调的方式改善一对相邻的谐振器21之间的耦合性能。

参见图4，示出了根据本实用新型实施例的调耦合元件16的立体图。如图4所示，在调耦合元件16的第一端部上设有一个金属自锁头32。在金属自锁头32的一端设有容纳部33，PEEK杆31(或者其他非金属杆)可以采用压模方式嵌入金属自锁头32的容纳部33内，并与金属自锁头32紧密接合到一起。作为屏蔽部起作用的金属自锁头有利于防止射频能量辐射到壳体14外，从而减小了能量损失，并且降低了滤波器1对外部设备的影响。调谐元件30也可以类似地构造有金属自锁头32连同插入到其容纳部中的PEEK杆。

金属自锁头32具有外螺纹部34，该外螺纹部34构成为以自锁的方式固定在安装孔29内。由此无需如现有技术那样在壁外部设置螺母来紧固螺杆。因此本实用新型的滤波器1即节约了空间，也简化了安装过程。

此外，从图3中可以看到，滤波器1中各调耦合元件16在相应的第一空间27内具有不同的延伸长度，技术人员可以基于仿真和试验数据来设计调耦合元件16的材料、形状(例如长度、横截面)等参数，以便符合特定的应用场景。

图5针对1)全金属调耦合元件和2)根据本实用新型实施例的调耦合元件16示出以滤波器1的一般设计形式的紧凑型滤波器中两个相邻的谐振器之间的耦合系数关于调耦合元件伸入其间的长度的函数曲线图。在图5的曲线图中，横坐标示出了调耦合元件16从后壁2起的伸出长度(在此忽略PEEK杆31在容纳部33内的长度)，纵坐标示出了两个相邻的谐振器21之间的耦合系数。

在采用具有金属杆的调耦合元件的情况下，耦合系数随着调耦合元件进一步伸入滤波器的内部腔体而单调递增。从图5中可以得知金属杆具有较高的调节灵敏度。换句话说，具有金属杆的调耦合元件的耦合系数曲线具有较高斜率，每伸出一个单位长度，耦合系数的变化量较大。具有金属杆的调耦合元件的较高调节灵敏度通常是不利的：第一，当谐振器21制造完成后，滤波器1的基本频率特性已经设定，后期的调节、尤其是耦合调节仅是针对制造误差以及实际应用场景而实施的微调而不是粗调，较高的调节灵敏度使得调试难度加大，容易导致过调或欠调；第二，较高的调节灵敏度对滤波器1的制造精度提出了较高的要求，一旦制造精度无法满足要求，调节性能可能大打折扣。

此外，金属杆可以伸入滤波器1内部腔体20的长度极其有限。在当前实施例中，金属杆的伸出范围仅局限于第二空间28，并且在一个示例性的实施例中金属杆可以伸入内部腔体的最大伸出长度为12mm。如果金属杆进一步伸入内部腔体、特别是伸入到第一空间27内，那么会引起至少两个问题：首先，由于滤波器1的结构较为紧凑，各谐振器21之间的间隔较小，当金属杆与相邻的谐振器21过于接近时，容易产生电弧，这会严重地损坏滤波器；其次，如果金属杆过于靠近谐振器21，那么金属杆还可能影响单个谐振器21的频率特性例如谐振频率点，从而使得调试效果适得其反。

在采用具有PEEK杆的调耦合元件16的情况下，耦合系数一开始随着PEEK杆的伸入而增加，然后随着PEEK杆进一步伸入到滤波器1的内部腔体20中而减小。在图5的示例中，当PEEK杆的伸入长度为12mm时，PEEK杆开始进入第一空间27。由于PEEK杆的介电常数大于空气的介电常数，当PEEK杆进入第一空间27之后，两个相邻的谐振器21之间的电介质的等效介电常数变大，由此影响一对相邻的谐振器21之间的耦合性能。从图5中可以得知PEEK杆在第一空间27内具有较小的调节灵敏度。换句话说，PEEK杆的特性曲线的斜率较平缓，每伸出一个单位长度，耦合系数的变化量较小。PEEK杆的应用能带来一系列的优点：第一，在谐振器21和PEEK杆之间不会产生电弧，因此PEEK杆可以伸入到第一空间27内，由此提高了滤波器1的可靠性；第二，PEEK杆也不会明显地影响单个谐振器21的频率特性例如谐振频率点；第三，在紧凑的空间内，PEEK杆的可伸出长度得到明显扩展。从图5中可以看到，PEEK杆的最大伸出长度可以达到32mm，这几乎是金属杆时的三倍。理论上，所述PEEK杆的延伸范围能从第二壁起沿着PEEK杆的延伸方向延伸直至第一空间28终止。由此拓宽了调耦合元件16的可调范围，提供了更多的调节可能性；第四，降低了对制造精度的要求，减小了制造成本(例如在金属杆时，要求制造公差应保持在±0.01mm，而在金属杆时，则要求制造公差应保持在±0.1mm)。

需要说明的是，滤波器1可以具有任意合适的构造形式以用作任何类型的滤波器(例如，双工器、合路器、三工器、带阻滤波器、带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器等)并且可以具有任何适当的设计，因此并不局限于本实用新型实施例中示例性描述的构型。谐振器的任意适当的数量也包含在本实用新型的范围内。此外，可以改变单个谐振器的设计形式。各谐振器可以直线形式对齐或不以直线形式对齐，并且在相邻和/或非相邻谐振器之间可以具有或不具有直接的电连接。同样地，在其它实施例中，滤波器1可以具有任意N边构型、例如三边构型、四边构型、五边形构型、六边形构型等等。此外，滤波器1也可以带有弧形壁。

同样地，调节元件的构型可以是多样的，并不局限于本实用新型实施例中示例性描述的构型。在其它实施例中，调耦合元件16和/或调谐元件30可以具有任意构型、例如圆柱形、棱柱形、棱锥形、台阶形等等。

在其它实施例中，谐振器21也可以从壳体的任意部位出发，朝向壳体的另一部位延伸。例如一些或所有谐振器21可以从滤波器1的底壁(或者顶壁)出发，朝向滤波器1的顶壁(或者底壁)延伸。在该情况下，调谐元件30和调耦合元件16可以设置在顶壁(或者底壁)上。

在其它实施例中，代替填充有空气的第一空间27，在第一空间27内可安装有介质模块，该介质模块可以具有高于空气的介电常数，并且该介质模块可以具有调节通道，该调节通道例如可匹配于调耦合元件16的杆的尺寸。由此，调耦合元件16可伸入所述调节通道内，以调节相邻谐振器21之间的耦合特性。

同样地，在第二空间28内也可以安装有介质模块，该介质模块可以具有高于空气的介电常数，并且该介质模块可以具有调节通道，该调节通道例如可匹配于调谐元件30的尺寸。由此，调谐元件30可伸入所述调节通道内，以调节相应谐振器21的频率特性。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。