一种多层介质谐振器及介质滤波器的制作方法

1.本发明属于通信设备领域，尤其涉及一种多层介质谐振器及介质滤波器。


背景技术：

2.射频滤波器是通信系统中对信号进行滤波的组件，广泛应用于无线通信基站，随着通信技术发展，对基站的体积要求越来越小，其中射频前端滤波器模块在基站中的体积占比比较大，因此，对滤波器的体积需求也是越来越小。传统的金属腔体滤波器越来越难以满足尺寸要求。
3.小尺寸多层介质波器(如ltcc滤波器)在实现高带外抑制时具有较大插入损耗，难以用于射频前端。传统的同轴型介质滤波器难以实现交叉耦合限制了其应用。而基于近年发展成熟的siw传输线制作的谐振器具有较高的无载q值，可实现较小的插入损耗，但其谐振模式为te101模，虽然中间的介质有利于实现小型化，但尺寸依然较大。


技术实现要素：

4.为减小多层介质滤波器的尺寸，本发明提供一种多层介质谐振器及介质滤波器，利用多层介质制造特征，大大减小了传统谐振器的尺寸，进而大大减小由多层介质谐振器耦合而成的介质滤波器的尺寸，并保持无载q值没有大幅度下降。
5.一种多层介质谐振器，包括介质本体、上表面导电层、下表面导电层、导电柱阵列、第一导电膜片以及两个第二导电膜片；
6.所述介质本体周向上设置有导电孔阵列，同时，所述导电柱阵列安装于导电孔阵列中；所述上表面导电层和下表面导电层分别安装于介质本体的上表面和下表面，且两者均与导电柱阵列连接；所述第一导电膜片和两个第二导电膜片安装于介质本体内部，且第一导电膜片位于两个第二导电膜片之间，同时，第一导电膜片的部分边缘和两个第二导电膜片的部分边缘分别连接导电孔阵列中的一部分导电柱。
7.一种多层介质谐振器的介质滤波器，至少包括两个相互耦合的多层介质谐振器。
8.进一步地，在组成介质滤波器的各多层介质谐振器中，有两个多层介质谐振器的耦合方式为正耦合，且正耦合的方法为：各多层介质谐振器垂直堆叠，且除了最上方的多层介质谐振器的上表面导电层和最下方的多层介质谐振器的下表面导电层外，其余多层介质谐振器的上表面导电层和下表面导电层上均开有正耦合缝隙。
9.进一步地，在组成介质滤波器的各多层介质谐振器中，有两个多层介质谐振器的耦合方式为正耦合，且正耦合的方法为：各多层介质谐振器水平铺设放置，且对于任意两个相邻的多层介质谐振器，两者的侧面共同开有一个正耦合窗口，同时，落入该正耦合窗口覆盖范围内的导电孔阵列之间的导电孔间距大于其余导电孔阵列之间的导电孔间距。
10.进一步地，在组成介质滤波器的各多层介质谐振器中，有两个多层介质谐振器的耦合方式为正耦合，且正耦合的方法为：各多层介质谐振器垂直堆叠或者水平铺设放置，且对于任意两个相邻的多层介质谐振器，两者的第一导电膜片通过桥接线连接。
11.进一步地，在组成介质滤波器的各多层介质谐振器中，有两个多层介质谐振器的耦合方式为负耦合，且负耦合的方法为：当各多层介质谐振器水平铺设放置时，对于任意两个相邻的多层介质谐振器，两者的介质本体的连接处设置有悬空的负耦合导电飞杆，负耦合导电飞杆的两端分别悬空插入两个多层介质谐振器的内部，且负耦合导电飞杆不与两个多层介质谐振器的导电部分相连，同时，两个多层介质谐振器之间的导电孔阵列被负耦合导电飞杆穿过的区域要进行避位处理；
12.当各多层介质谐振器垂直堆叠时，对于任意两个相邻的多层介质谐振器，均去除其中一个第二导电膜片，并将上多层介质谐振器的下表面导电层与下多层介质谐振器的上表面导电层合并为公共导电层，同时，两个相邻的多层介质谐振器之间设置有负耦合导电飞杆，负耦合导电飞杆的两端分别悬空插入两个多层介质谐振器的内部，且负耦合导电飞杆不与两个多层介质谐振器的导电部分相连，同时，两个多层介质谐振器之间的公共导电层被负耦合导电飞杆穿过的区域要进行避位处理。
13.进一步地，多层介质谐振器通过输入端口或输出端口与外部耦合的方法为：各多层介质谐振器的上表面导电层或下表面导电层上开有缝隙，同时，在开有缝隙的表面导电层上设置辅助介质层，辅助介质层上设置有投影与所述缝隙相互交叉的导电馈线，其中，导电馈线作为输入端口或输出端口。
14.进一步地，多层介质谐振器通过输入端口或输出端口与外部耦合的方法为：各多层介质谐振器的内部设置有辅助导电柱，且辅助导电柱的一端与第一导电膜片连接，另一端通过上表面导电层或下表面导电层伸出外部作为输入端口或输出端口。
15.进一步地，多层介质谐振器通过输入端口或输出端口与部耦合的方法为：各多层介质谐振器的第一导电膜片上开有槽缝，且槽缝将第一导电膜片分为导电条带和导电区块，其中，导电区块的部分边缘连接导电孔阵列中的一部分导电柱，导电条带不与导电孔阵列中的导电柱连接，同时，各多层介质谐振器的内部或外部设置有辅助导电柱，其中，当在多层介质谐振的内部设置辅助导电柱时，辅助导电柱的一端与导电条带连接，另一端通过上表面导电层或下表面导电层伸出外部作为输入端口或输出端口；当在多层介质谐振的外部设置辅助导电柱时，将导电条带延长至多层介质谐振的外部，再将辅助导电柱的一端与延长至多层介质谐振外部的导电条带连接，另一端作为输入端口或输出端口。
16.进一步地，所述第二导电膜片尺寸小于第一导电膜片。
17.有益效果：
18.1、本发明提供一种多层介质谐振器，在传统的siw谐振器内部加入第一导电膜片和第二导电膜片，且两层第二导电膜片把第一导电膜片夹住，从而形成一个微小电容，将传统siw谐振器尺寸缩小为原始结构的四分之一左右，同时谐振器q值没有大幅度下降，解决了现有谐振器尺寸大、插损大的问题，便于使用多层制程进行加工和制造。
19.2、本发明提供一种介质滤波器，将传统siw谐振器与多层介质工艺相结合，通过多层布局将谐振器尺寸进一步压缩，将大大减小滤波器尺寸，解决了现有滤波器尺寸大、插损大的问题。
20.3、本发明提供一种介质滤波器，并给出正耦合缝隙、正耦合窗口以及桥接线等多种适用于多层介质谐振器的正耦合方式，构建介质滤波器的同时还进行纵向堆叠布局，大大提升了构建小尺寸、低插损介质滤波器的便捷性。
21.4、本发明提供一种介质滤波器，并给出适用于多层介质谐振器负耦合的导电飞杆，构建介质滤波器的同时还进行纵向堆叠布局，大大提升了构建小尺寸、低插损介质滤波器的便捷性。
22.5、本发明提供一种介质滤波器，并给出导电馈线、辅助导电柱以及槽缝等多种适用于多层介质谐振器的外部耦合方式，构建介质滤波器的同时还进行纵向堆叠布局，大大提升了构建小尺寸、低插损介质滤波器的便捷性。
23.6、本发明提供一种介质滤波器，将第二导电膜片的尺寸设置为小于第一导电膜片的尺寸，保证介质滤波器的有较高的q值。
附图说明
24.图1为本发明的多层介质谐振器的结构示意图；
25.图2为本发明的采用缝隙进行正耦合的结构示意图；
26.图3为本发明的采用窗口进行正耦合的结构示意图；
27.图4为本发明的采用桥接线进行正耦合的结构示意图；
28.图5为本发明的负耦合导电飞杆应用于水平相邻的谐振器之间耦合的结构示意图；
29.图6为本发明的负耦合导电飞杆应用于垂直相邻的谐振器之间耦合的结构示意图；
30.图7为本发明的采用缝隙进行外部耦合的结构示意图；
31.图8为本发明的采用辅助导电孔进行外部耦合的结构示意图；
32.图9为本发明的采用槽缝进行外部耦合的结构示意图；
33.图10为本发明的小型介质谐振器滤波器的结构示意图。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
35.如图1所示，本发明的多层介质谐振器，包括介质本体、上表面导电层、下表面导电层、导电柱阵列、第一导电膜片以及两个第二导电膜片；
36.所述介质本体周向上设置有导电孔阵列，同时，所述导电柱阵列安装于导电孔阵列中；所述上表面导电层和下表面导电层分别安装于介质本体的上表面和下表面，且两者均与导电柱阵列连接；所述第一导电膜片和两个第二导电膜片安装于介质本体内部，且第一导电膜片位于两个第二导电膜片之间，同时，第一导电膜片的部分边缘和两个第二导电膜片的部分边缘分别连接导电孔阵列中的一部分导电柱。
37.需要说明的是，多层介质谐振腔的尺寸、第一导电膜片、第二导电膜片的尺寸与谐振频率相关，同时，为了保证多层介质谐振器有较高的q值，本发明将第二导电膜片的尺寸设置为小于第一导电膜片的尺寸。可选的，所述第一导电膜片和第二导电膜片的形状可以为方形膜片、矩形膜片、网格状膜片或不规则膜片。同时，介质本体实际为多层实心结构，其在边缘，也即周向方向上设置有导电孔阵列，图1中为了便于识别出介质本体内部的第一导电膜片与第二导电膜片，将介质本体表示为框架结构，实际上除第一导电膜片与第二导电
膜片之外的中空部分，均填充有介质本体本身。
38.基于上述多层介质谐振器，本发明提出一种介质滤波器，该介质滤波器至少包括两个相互耦合的多层介质谐振器，其中，多层介质谐振器的耦合方式有正耦合、负耦合或者外部耦合等，下面通过附图介绍各种可能的耦合方式。
39.如图2所示，为本发明提供的第一种正耦合方式。各多层介质谐振器垂直堆叠，且除了最上方的多层介质谐振器的上表面导电层和最下方的多层介质谐振器的下表面导电层外，其余多层介质谐振器的上表面导电层和下表面导电层上均开有正耦合缝隙。
40.其中，所述的正耦合缝隙形状包括一字形缝隙、u形缝隙或者l形缝隙，且缝隙的长和宽与耦合度相关。
41.如图3所示，为本发明提供的第二种正耦合方式。各多层介质谐振器水平铺设放置，且对于任意两个相邻的多层介质谐振器，两者的侧面共同开有一个正耦合窗口，同时，落入该正耦合窗口覆盖范围内的导电孔阵列之间的导电孔间距大于其余导电孔阵列之间的导电孔间距。
42.也就是说，所述的正耦合窗口是将处于正耦合窗口处的导电孔阵列间距加大，用于水平放置的谐振器之间的正耦合，且正耦合窗口的大小即导电孔阵列的间距与耦合度相关。
43.如图4所示，为本发明提供的第三种正耦合方式。各多层介质谐振器垂直堆叠或者水平铺设放置，且对于任意两个相邻的多层介质谐振器，两者的第一导电膜片通过桥接线连接。
44.也就是说，所述的桥接线是通过导电桥接线将两个多层介质谐振器第一导电膜片相互连接，所述的桥接线形式包括导电条、导电孔、导电条与导电孔的组合，所述的桥接线不与多层介质谐振器上下表面导电层连接。所述的桥接线用于水平或垂直放置的谐振器之间的正耦合，桥接线与耦合膜片的接触点与耦合度相关。
45.如图5和图6所示，为本发明提供的采用导电飞杆进行负耦合的方式。当各多层介质谐振器水平铺设放置时，也即如图5所示，对于任意两个相邻的多层介质谐振器，两者的介质本体的连接处设置有悬空的负耦合导电飞杆，且负耦合导电飞杆的两端分别悬空插入两个多层介质谐振器的内部，且负耦合导电飞杆不与两个多层介质谐振器的导电部分，也即上表面导电层、下表面导电层、导电柱阵列、第一导电膜片以及第二导电膜片等相连，两个多层介质谐振器之间的导电孔阵列被负耦合导电飞杆穿过的区域要进行避位处理，避免与负耦合导电飞杆连接；当各多层介质谐振器垂直堆叠时，也即如图6所示，对于任意两个相邻的多层介质谐振器，均去除其中一个第二导电膜片，并将上多层介质谐振器的下表面导电层与下多层介质谐振器的上表面导电层合并为公共导电层，同时，两个相邻的多层介质谐振器之间设置有负耦合导电飞杆，负耦合导电飞杆的两端分别悬空插入两个多层介质谐振器的内部，且负耦合导电飞杆不与两个多层介质谐振器的导电部分相连，同时，两个多层介质谐振器之间的公共导电层被负耦合导电飞杆穿过的区域要进行避位处理，避免与飞杆连接。
46.也就是说，本发明的负耦合导电飞杆应用于水平或垂直放置的多层介质谐振器之间的负耦合，其通常安装于两个多层介质谐振器的电场较强处，且所述的负耦合导电飞杆形式包括导电条、导电孔、导电条与导电孔的组合，所述的负耦合导电飞杆的两端在两个谐
振器内部，且负耦合导电飞杆不与多层介质谐振器上下表面导电层、第一导电膜片、第二导电膜片、导电孔阵列相连接；此外，负耦合导电飞杆的长度和位置与耦合度相关。
47.需要说明的是，在安装负耦合导电飞杆时，由于介质本体实际为多层实心结构，则负耦合导电飞杆直接设置在介质本体的内部，由介质本体自身进行固定，保证负耦合导电飞杆两端“悬空”，不与多层介质谐振器的可导电部分，如上表面导电层、下表面导电层、导电柱阵列、第一导电膜片以及第二导电膜片等连接即可。
48.如图7所示，为本发明提供的第一种通过输入端口或输出端口与外部耦合的方式。各多层介质谐振器的上表面导电层或下表面导电层上开有缝隙，同时，在开有缝隙的表面导电层上设置辅助介质层，辅助介质层上设置有投影与所述缝隙相互交叉的导电馈线，其中，导电馈线作为输入端口或输出端口。
49.如图8所示，为本发明提供的第二种通过输入端口或输出端口与外部耦合的方式。各多层介质谐振器的内部设置有辅助导电柱，且辅助导电柱的一端与第一导电膜片连接，另一端通过上表面导电层或下表面导电层伸出外部作为输入端口或输出端口。
50.需要说明的是，辅助导电柱伸出多层介质谐振器外部的一端为外部端口，用于介质滤波器的外部耦合，且辅助导电柱与第一导电膜片的接触位置与介质滤波器的外部q值相关。
51.如图9所示，为本发明提供的第三种通过输入端口或输出端口与外部耦合的方式。各多层介质谐振器的第一导电膜片上开有槽缝，且槽缝将第一导电膜片分为导电条带和导电区块，其中，导电区块的部分边缘连接导电孔阵列中的一部分导电柱，导电条带不与导电孔阵列中的导电柱连接，同时，各多层介质谐振器的内部或外部设置有辅助导电柱，其中，当在多层介质谐振的内部设置辅助导电柱时，辅助导电柱的一端与导电条带连接，另一端通过上表面导电层或下表面导电层伸出外部作为输入端口或输出端口；当在多层介质谐振的外部设置辅助导电柱时，将导电条带延长至多层介质谐振的外部，再将辅助导电柱的一端与延长至多层介质谐振外部的导电条带连接，另一端作为输入端口或输出端口。
52.也就是说，第一导电膜片被所述的槽缝分成部分裂开的膜片，槽缝一侧的膜片与导电孔阵列直接相连，槽缝另一侧的膜片被分成了不与导电孔阵列连接的导电条带，导电条带一端连接在第一导电膜片上，另一端为外部端口，用于介质滤波器的外部耦合，且槽缝长度与介质滤波器的外部q值相关。
53.如图10所示，为本发明提供的采用多种方式进行耦合得到的小型介质滤波器的结构示意图，其包括四个小型介质谐振器，第一谐振器与第二谐振器之间采用了l形缝隙形式的正耦合装置；第二谐振器与第三谐振器之间采用了正耦合窗口形式的正耦合装置；第三谐振器与第四谐振器之间采用了l形缝隙形式的正耦合装置；第一谐振器与第四谐振器之间采用了负耦合导电飞杆形式的负耦合装置；输入与输出采用了垂直导电孔外部耦合装置。
54.综上所述，本发明提供一种多层介质谐振器以及基于该多层介质谐振器的介质滤波器，首先该多层介质谐振器包括介质本体，介质上下表面导电层，介质内部第一导电膜片，介质内部第二导电膜片，介质本体内部的导电柱阵列。正耦合方法包括在垂直放置的耦合谐振器上设置一字形、u形、l形正耦合缝隙，或在平行放置的耦合谐振器上设置正耦合窗口、或在垂直或平行放置的耦合谐振器之间设置正耦合桥接线。负耦合方法包括在两个耦
合谐振器中设置悬空负耦合导电飞杆。外部耦合方法包括在谐振器表面导电层设置缝隙及外部馈线，或设置与第一导电膜片相连接的垂直导电柱，或在第一导电膜片上设置槽缝。本发明在传统的siw谐振器内部加入第一导电膜片和第二导电膜片，且两层第二导电膜片把第一导电膜片夹住，从而形成一个微小电容，将传统siw谐振器尺寸缩小为原始结构的四分之一左右，同时谐振器q值没有大幅度下降，解决了现有滤波器尺寸大、插损大的问题，便于使用多层制程进行加工和制造。
55.当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。