电子设备及其滤波器的制作方法

1.本公开涉及电子产品技术领域，尤其涉及一种电子设备及其滤波器。


背景技术：

2.频率选择表面(frequency selective surface，fss)可以在特定工作频段内形成带阻特性或是带通特性，实现对电磁波的频率选择作用。频率选择表面的传输相位延时会使所透射的电磁波形成相位差，当频率选择表面的层数固定时，透射电磁波的相位差范围通常是相同的。
3.在相关技术中，为了获得更大的相位差范围，通常选择增多频率选择表面的层数，因此更加有利于对电磁波的角度进行调控。然而，频率选择表面的层数增多，同时会增大介质损耗和回波损耗，降低滤波器的总体辐射性能。


技术实现要素：

4.本公开提供一种电子设备及其滤波器，以在确保较小介质损耗和回波损耗的同时，增加滤波器所透射的电磁波的相位差范围。
5.根据本公开实施例的第一方面，提供了一种滤波器，包括：
6.依次排列设置的多层频率选择表面，所述频率选择表面用于对所透射的电磁波形成相位差，各层频率选择表面包括透射单元，所有透射单元中至少有一个透射单元与其他透射单元的结构不相同，所述透射单元的结构与所述相位差相关；
7.介质层，所述介质层设置于所述频率选择表面的至少一个侧面。
8.可选地，相邻两层频率选择表面的透射单元的结构不同。
9.可选地，所述频率选择表面的数量为三层；
10.位于外侧的两层频率选择表面上的透射单元的结构相同，且位于外侧的频率选择表面上的透射单元的结构与位于中间的频率选择表面上的透射单元的结构不相同。
11.可选地，所述频率选择表面的数量为两层，两层频率选择表面的透射单元的结构不同。
12.可选地，各层频率选择表面的谐振频率相同。
13.可选地，所述介质层的厚度为1mm～1.5mm。
14.可选地，每层频率选择表面还包括衬底，所述透射单元为金属贴片，所述金属贴片设于所述衬底上；
15.或者，每层频率选择表面还包括金属屏，所述透射单元为所述金属屏上的孔径；
16.或者，所述至少两层频率选择表面中的一部分频率选择表面还包括衬底，另一部分频率选择表面还包括金属屏；包括衬底的频率选择表面，所述频率选择表面上的透射单元为金属贴片，所述金属贴片设于所述衬底上；包括金属屏的频率选择表面，所述频率选择表面上的透射单元为所述金属屏上的孔径。
17.可选地，所述多层频率选择表面中至少一层频率选择表面包括结构不同的多个透
射单元。
18.可选地，各个透射单元的结构不同包括以下至少之一：
19.形状不同、尺寸规格不同、与所述频率选择表面的边框的角度不同、透射单元排布方式不同。
20.根据本公开实施例的第二方面，提供了一种电子设备，包括上述任一项所述的滤波器。
21.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
22.本公开实施例中，设置滤波器的各个频率选择表面的透射单元的结构不完全相同，结构不同的透射单元使得各个频率选择表面的频率特性有了较大的差异，在透射单元的层数固定时，相比于由相同结构的透射单元组成的滤波器，结构不完全相同的透射单元的滤波器的相位差范围有所提高，更加有利于对电磁波的角度进行调控。
23.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
24.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
25.图1是根据本公开的实施例示出的一种滤波器的剖面结构示意图；
26.图2是根据本公开的实施例示出的一种贴片型滤波器的频率选择表面的平面结构示意图；
27.图3是根据本公开的实施例示出的另一种贴片型滤波器的频率选择表面的平面结构示意图；
28.图4是根据本公开的实施例示出的另一种贴片型滤波器的频率选择表面的平面结构示意图；
29.图5是根据本公开的实施例示出的一种孔径型滤波器的频率选择表面的平面结构示意图；
30.图6是根据本公开的实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
31.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
32.使用频率选择表面对电磁波进行频率选择时，频率选择表面的传输相位延时会使所透射的电磁波形成相位差，该相位差能实现对电磁波角度的调控。单层频率选择表面无论采用什么形式的滤波等效电路，其透射的电磁波的相位差是固定的，相位差范围有限。为了提高相位差范围，相关技术中，常将具有相同透射单元结构的多层频率选择表面组合成滤波器实现对电磁波的频率选择。具有相同透射单元结构的频率选择表面的频率特性基本相同，当频率选择表面层数达到三层时，所透射的电磁波的相位差略有提高但仍然不能达
到360
°
，相位差范围仍旧比较受限。对于不能达到的相位差范围，通常采用暴力近似的方式，该方式会显著降低波束收敛性。并且频率选择表面层数的增加，同时会增大滤波器的介质损耗和回波损耗，降低滤波器的总体辐射性能。
33.基于上述情况，本公开实施例提供一种滤波器，其在确保较小介质损耗和回波损耗的情况下，提高滤波器所透射的电磁波的相位差范围。图1是根据本公开的实施例示出的一种滤波器的剖面结构示意图，用于过滤电磁波，实现对电磁波的频率选择作用和角度调控。频率选择表面的传输相位延时会使所透射的电磁波形成相位差。参见图1，入射电磁波透射滤波器得到出射电磁波，上述相位差也即入射电磁波的相位与出射电磁波的相位之差，也称相移。
34.参见图1，该滤波器包括：依次排列设置的多层频率选择表面11和介质层12，介质层12设置于频率选择表面的至少一个侧面。介质层12与频率选择表面11的排列方式不限于是图1示出的依次为频率选择表面11、介质层12、频率选择表面11、介质层12和频率选择表面11；介质层12与频率选择表面11的排列方式还可以是介质层12、频率选择表面11、介质层12、频率选择表面11和介质层12。本公开不对两者的排列方式进行限制，但是不管采用哪种排列方式，频率选择表面的至少一个侧面设置有介质层。
35.频率选择表面11与介质层12的厚度(或者电长度)可以根据实际情况自行设置，频率选择表面11的厚度与介质层12的厚度可以设置为相同，也可以设置为不同。各个频率选择表面11的厚度可以设置为相同，也可以设置为不同。同样，各个介质层12的厚度可以设置为相同，也可以设置为不同。介质层12的厚度l1的范围可以包括1mm～1.5mm。频率选择表面11的厚度l1的范围可以包括1mm～2mm。
36.频率选择表面11的层数可根据实际需求自行设置，不限于是图1示出的3层。由于频率选择表面11的层数与滤波器的介质损耗和回波损耗呈正相关，为了使滤波器具有较小的介质损耗和回波损耗，可将频率选择表面的层数限制在3层以内。
37.在保证滤波器具有较小的介质损耗和回波损耗的情况下，为了提高滤波器的相位差范围，本公开实施例中，设置各个频率选择表面的透射单元的结构不完全相同，也即所有透射单元中至少有一个透射单元与其他透射单元的结构不相同，结构不同的透射单元使得各个频率选择表面的频率特性有了较大的差异，在透射单元的层数固定时，相比于由相同结构的透射单元组成的滤波器，包括结构不完全相同的透射单元的滤波器的相位差范围有所提高，更加有利于对电磁波的角度进行调控。
38.其中，各个透射单元的结构不同包括以下至少之一：形状不同、尺寸规格不同、与频率选择表面的边框的角度不同、透射单元排布方式不同等。频率选择表面可以包括一种结构类型的透射单元，也可以包括多种结构类型的透射单元，本公开不对此进行限制。
39.可以理解地，滤波器在对电磁波的角度进行调控的同时，还需实现对电磁波的频率选择作用，因此可以选择透射单元的结构不完全相同但谐振频率相同的多个频率选择表面形成滤波器，以使该滤波器具有较大相位差范围的同时，具有理想的频率带宽。滤波器的频率带宽与各层频率选择表面的频率带宽相关，各层频率选择表面的频率带宽与透射单元的结构相关。结构相同的两个透射单元的频率带宽相同，结构不同的两个透射单元的频率带宽可能相同可能不同。
40.滤波器可以是贴片型的、孔径型的或者混合型的。贴片型的滤波器所包括的频率
选择表面均为贴片型；孔径型的滤波器所包括的频率选择表面均为孔径型；混合型的滤波器包括部分贴片型频率选择表面、部分孔径型频率选择表面。
41.下面以贴片型滤波器为例，对滤波器进行详细介绍。
42.图2是根据本公开的实施例示出的一种贴片型滤波器的频率选择表面的平面结构示意图，图中以滤波器包括三层频率选择表面为例，实际使用时频率选择表面的数量可根据实际需求自行设置，不限于是图中示出的三层。
43.参见图2，上述三层频率选择表面均为贴片型，贴片型的频率选择表面包括衬底111和透射单元，透射单元为金属贴片112，金属贴片112设于衬底111上，三个金属贴片112的结构不完全相同。贴片型频率选择表面形成的滤波器为带阻滤波器。
44.上述金属贴片的结构不相同，可以是金属贴片的形状、尺寸规格、与频率选择表面的边框的角度以及金属贴片排布方式中至少存在一项不同。
45.金属贴片所采用的形状不限于是图2示出的矩形、十字形，金属贴片的形状还可以是圆形、正方形、三角形、y形等任意形状，可根据实际需求选择金属贴片的形状。
46.各层频率选择表面可以包括一种结构类型的金属贴片，也可以包括多种结构类型的金属贴片，以满足不同滤波器的频率带宽和加工能力要求。举例来说，参见图3，位于外侧的两个频率选择表面包括两种结构类型的金属贴片(两个尺寸规格不同的矩形金属贴片)，位于中间的频率选择表面包括一种结构类型的金属贴片(十字形金属贴片)。参见图4，位于外侧的两个频率选择表面包括两种结构类型的金属贴片(一个矩形金属贴片和一个y形金属贴片)，位于中间的频率选择表面包括一种结构类型的金属贴片(十字形金属贴片)。
47.需要说明的是，滤波器的多个频率选择表面的金属贴片的结构可以如图2～图4示出的部分相同、部分不同，且具有相同金属贴片结构的频率选择表面对称排列；多个频率选择表面的金属贴片的结构也可以设置为均不相同。经过试验可知，图2～图4示出的这种金属贴片的结构部分相同、部分不同且具有相同金属贴片结构的频率选择表面对称排列的方式，使得滤波器具有更好的频选特性，对电磁波的角度调控更加稳定。
48.滤波器在对电磁波的角度进行调控的同时，还需实现对电磁波的频率选择作用，因此可以选择金属贴片结构不完全相同但谐振频率相同的多个频率选择表面形成滤波器，以使该滤波器具有较大相位差范围的同时，具有理想的频率带宽。滤波器的频率带宽与各层频率选择表面的频率带宽相关，各层频率选择表面的频率带宽与金属贴片的结构相关。金属贴片结构相同的两层频率选择表面的频率带宽相同，金属贴片结构不同的两层频率选择表面的频率带宽可能相同可能不同。
49.滤波器的相位差范围，不限于通过改变金属贴片的形状实现，还可以通过改变金属贴片的尺寸规格，例如改变金属贴片的宽度、厚度等实现，金属贴片的宽度和厚度均与滤波器的相位差范围呈正相关；也可以通过改变金属贴片与频率选择表面的边框的角度实现，金属贴片与频率选择表面的边框的角度可以是金属贴片与组成边框的一条边之间的角度；还可以通过改变金属贴片的排布方式实现，排布方式可以包括金属贴片在衬底中所处的位置和/或多个金属贴片之间的间距等等。
50.为了得到较理想的相位差范围和频率带宽，在选择了金属贴片的形状之后且制作滤波器之前，可以先通过仿真软件对滤波器进行仿真，以确定对应于相位差范围和频率带宽的各个金属贴片的尺寸规格和/或角度和/或排布方式等。仿真软件可以但不限于采用
hfss软件、cft软件。
51.以滤波器包含三层频率选择表面为例，经过仿真可知，若三层频率选择表面的金属贴片的结构相同且均为十字形，十字形金属贴片的长度为10mm左右，每层频率选择表面的电长度均为1/4λ左右时，该滤波器的相位差范围为0～250
°
左右。而对于图2示出的滤波器，在各层频率选择表面的金属贴片的尺寸规格与上述三个十字形金属贴片的尺寸规格相同，且每层频率选择表面的电长度均为1/4λ左右的情况下，图2示出的滤波器的相位差范围为0～360
°
。对于图3示出的滤波器，在各层频率选择表面的金属贴片的尺寸规格与上述三个十字形金属贴片的尺寸规格相同，且每层频率选择表面的电长度均为1/4λ左右的情况下，图3示出的滤波器的相位差范围为0～560
°
。
52.从而，通过设置各个频率选择表面的金属贴片的结构不完全相同，在透射单元的层数固定时，相比于由相同金属贴片结构的频率选择表面组成的滤波器，包括金属贴片结构不完全相同的频率选择表面的滤波器的相位差范围大大提高。
53.下面以孔径型滤波器为例，对滤波器进行详细介绍。
54.图5是根据本公开的实施例示出的一种孔径型滤波器的频率选择表面的平面结构示意图，图中以滤波器包括三层频率选择表面为例，实际使用时频率选择表面的数量可根据实际需求自行设置，不限于是图中示出的三层。
55.参见图5，上述三层频率选择表面均为孔径型，孔径型的频率选择表面包括金属屏113和透射单元，透射单元为金属屏上的孔径114。三层金属屏上的孔径的结构不完全相同。孔径型频率选择表面形成的滤波器为带通滤波器。
56.上述孔径的结构不相同，可以是孔径的形状、尺寸规格、与频率选择表面的边框的角度以及金属贴片排布方式中至少存在一项不同。
57.孔径所采用的形状不限于是图5示出的矩形、十字形，孔径的形状还可以是圆形、正方形、三角形、y形等任意形状，可根据实际需求选择孔径的形状。
58.金属屏上可以设置一种结构类型的孔径，也可以设置多种结构类似的孔径，以满足不同滤波器的频率带宽和加工能力要求。孔径的设置方式与金属贴片的设置方式类似，此处不再赘述。
59.与贴片型滤波器类似，孔径型滤波器的多个金属屏上的孔径的结构可以部分相同，部分不同，且具有相同孔径结构的金属屏对称排列；多个金属屏上孔径的结构也可以设置为均不相同。经过试验可知，将多个金属屏上的孔径的结构设置为部分相同、部分不同且具有相同孔径结构的金属屏对称排列的方式，使得滤波器具有更好的频选特性，对电磁波的角度调控更加稳定。
60.滤波器在对电磁波的角度进行调控的同时，还需实现对电磁波的频率选择作用，因此可以选择孔径的结构不完全相同但谐振频率相同的多个频率选择表面形成滤波器，以使该滤波器具有较大相位差范围的同时，具有理想的频率带宽。滤波器的频率带宽与各层频率选择表面的频率带宽相关，各层频率选择表面的频率带宽与孔径的结构相关。孔径结构相同的两层频率选择表面的频率带宽相同，孔径结构不同的两层频率选择表面的频率带宽可能相同可能不同。
61.滤波器的相位差范围，不限于通过改变孔径的形状实现，还可以通过改变孔径的尺寸规格，例如改变孔径的宽度、厚度等实现，孔径的宽度和厚度均与滤波器的相位差范围
呈正相关；也可以通过改变孔径与频率选择表面的边框的角度实现，孔径与频率选择表面的边框的角度可以是孔径与组成边框的一条边之间的角度；还可以通过改变孔径的排布方式实现，排布方式可以包括孔径在金属屏中所处的位置和/或多个孔径之间的间距等等。
62.为了得到较理想的相位差范围和频率带宽，在选择了孔径的形状之后且制作滤波器之前，可以先通过仿真软件对滤波器进行仿真，以确定对应于相位差范围和频率带宽的各个孔径的尺寸规格和/或角度和/或排布方式等。仿真软件可以但不限于采用hfss软件、cft软件。
63.经过仿真可知，通过设置各个频率选择表面的孔径的结构不完全相同，在透射单元的层数固定时，相比于由相同孔径结构的频率选择表面组成的滤波器，包括孔径结构不完全相同的频率选择表面的滤波器的相位差范围大大提高。
64.混合型滤波器的频率选择表面中部分为贴片型频率选择表面，部分为孔径型频率选择表面。贴片型的频率选择表面中透射单元的设置方式可以参见上述贴片型滤波器中频率选择表面的设置方式，孔径型的频率选择表面中透射单元的设置方式可以参见上述孔径型滤波器中的频率选择表面的设置方式，此处不再赘述。
65.图6是根据本公开的实施例示出的一种电子设备的框图。该电子设备可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。
66.如图6所示，电子设备600包括上述任一实施例提供的滤波器，电子设备600还可以包括以下一个或多个组件：处理组件602，存储器604，电源组件606，多媒体组件608，音频组件610，输入/输出(i/o)的接口612，传感器组件614，以及通信组件616。
67.处理组件602通常控制电子设备600的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件602可以包括一个或多个处理器620来执行指令，以完成所需的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件602可以包括一个或多个模块，便于处理组件602和其他组件之间的交互。例如，处理组件602可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件608和处理组件602之间的交互。
68.存储器604被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备600的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备600上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器604可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
69.电源组件606为电子设备600的各种组件提供电力。电源组件606可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备600生成、管理和分配电力相关联的组件。
70.多媒体组件608包括在所述电子设备600和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(lcd)和触摸面板(tp)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件608包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备600处于操作模式，如拍
摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
71.音频组件610被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件610包括一个麦克风(mic)，当电子设备600处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器604或经由通信组件616发送。在一些实施例中，音频组件610还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
72.i/o接口612为处理组件602和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
73.传感器组件614包括一个或多个传感器，用于为电子设备600提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件614可以检测到电子设备600的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备600的显示器和小键盘，传感器组件614还可以检测电子设备600或电子设备600一个组件的位置改变，用户与电子设备600接触的存在或不存在，电子设备600方位或加速/减速和电子设备600的温度变化。传感器组件614可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件614还可以包括光传感器，如cmos或ccd图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件614还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
74.通信组件616被配置为便于电子设备600和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备600可以接入基于通信标准的无线网络，如wifi，2g或3g，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件616经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件616还包括近场通信(nfc)模块，以促进短程通信。例如，在nfc模块可基于射频识别(rfid)技术，红外数据协会(irda)技术，超宽带(uwb)技术，蓝牙(bt)技术和其他技术来实现。
75.在示例性实施例中，电子设备600可以被一个或多个应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述任一实施例所述的方法。
76.在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器604，上述指令可由电子设备600的处理器620执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
77.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
78.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。