具有正交谐振腔的介质滤波器的制作方法

1.本发明实施例涉及通讯技术领域，特别涉及一种具有正交谐振腔的介质滤波器。


背景技术：

2.5g（5
th generation，第五代移动通信系统）通信是目前最前沿的通信技术，各通信公司竞相展开相关方面的研究。5g通信中的sub 6ghz段采用mimo（multi input multi output，多输入多输出）技术，因此，需要在天线内部集成大量的滤波器，这对滤波器的插损、带外抑制、体积和重量都提出了更高的要求。传统的金属滤波器由于体积和重量太大，无法集成于天线内部，而介质滤波器能够满足5g系统的需求，因此，介质滤波器是目前研究的热点领域。
3.通常采用固态介电材料（如高介电常数的陶瓷材料）制成本体，并在本体表面金属化（如镀银）来形成介质谐振器；通过依次连接的多个介质谐振器以及各个介质谐振器之间的耦合（包括相邻介质谐振器之间的直接耦合和非相邻介质谐振器之间的交叉耦合）形成介质滤波器。其中，各个介质谐振器之间的耦合根据极性可分为正耦合（也可以称为电感耦合）和负耦合（也可称为电容耦合），且该类介质滤波器实现极性为正的交叉耦合较容易，但是极性为负的交叉耦合较难实现。
4.相关技术中，可以在介质滤波器的主路上的一个耦合窗口处加工一个很深的盲孔 ，这就相当于加载一个很大的电容来实现负交叉耦合，而该盲孔导致介质滤波器的插损有一定的损失。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种具有正交谐振腔的介质滤波器，用于解决现有技术中的问题。所述技术方案如下：一方面，提供了一种具有正交谐振腔的介质滤波器，所述介质滤波器包括本体；所述本体上加载有顺次连接且对称排成两行的六个谐振腔；所述六个谐振腔中的第一个谐振腔、第三个谐振腔、第四个谐振腔和第六个谐振腔位于同一平面内；所述六个谐振腔中的第二个谐振腔和第五个谐振腔垂直于所述平面，且所述第二个谐振腔和所述第五个谐振腔之间的耦合窗口是宽边耦合，所述宽边耦合用于实现负交叉耦合，所述负交叉耦合形成两个传输零点。
6.在一种可能的实现方式中，所述第一个谐振腔和所述第六个谐振腔之间实现正交叉耦合，所述正交叉耦合形成两个传输零点。
7.在一种可能的实现方式中，每相邻的两个正交谐振腔之间设置有极化扭转结构，所述极化扭转结构用于实现所述两个正交谐振腔之间的耦合。
8.在一种可能的实现方式中，所述极化扭转结构包括位于两个正交谐振腔之间且相对的凸起结构和凹陷结构，所述凸起结构位于所述介质滤波器的正面，所述凹陷结构位于
所述介质滤波器的背面。
9.在一种可能的实现方式中，所述两个正交谐振腔之间的耦合大小与所述极化扭转结构的尺寸呈正相关关系。
10.在一种可能的实现方式中，所述本体上不设隔墙。
11.在一种可能的实现方式中，所述第二个谐振腔和所述第四个谐振腔之间形成正交叉耦合。
12.在一种可能的实现方式中，所述第一个谐振腔为输入端，所述第六个谐振腔为输出端；或者，所述第一个谐振腔为输出端，所述第六个谐振腔为输入端。
13.在一种可能的实现方式中，所述滤波器中包括至少两个所述本体，至少两个所述本体之间级联。
14.本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：介质滤波器的本体上加载有顺次连接且对称排成两行的六个谐振腔，其中的第一个谐振腔、第三个谐振腔、第四个谐振腔和第六个谐振腔位于同一平面内，第二个谐振腔和第五个谐振腔垂直于该平面，且第二个谐振腔和第五个谐振腔之间的耦合窗口是宽边耦合。根据电磁场理论可知，宽边耦合为负交叉耦合，这样，无需采用一个很深的盲孔来实现负交叉耦合，也就消除了由该盲孔所带来的插损损失，从而降低了介质滤波器的插损。
15.由于第二个谐振腔和第五个谐振腔垂直于第一个谐振腔、第三个谐振腔、第四个谐振腔和第六个谐振腔所在的平面，这样就可以避免在本体内设置隔墙，将原来隔墙占用的面积直接借用到谐振腔，因此，在介质滤波器的尺寸确定的情况下，可以获得更大的谐振腔尺寸，从而减少需要加载的，使得对应的谐振腔的品质因数q值更高。
16.由于第二个谐振腔和第五个谐振腔垂直于第一个谐振腔、第三个谐振腔、第四个谐振腔和第六个谐振腔所在的平面，电磁场的分布是正交的，本身并不会耦合，所以，需要在正交谐振腔之间设置极化扭转结构，从而通过极化扭转结构来实现两个正交谐振腔之间的耦合。
17.由于宽边耦合用于实现负交叉耦合，负交叉耦合形成两个传输零点，第一个谐振腔和第六个谐振腔之间实现正交叉耦合，正交叉耦合形成两个传输零点，这样，整个介质滤波器中可以形成四个传输零点，因此，带外抑制更加陡峭。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
19.图1是本发明一个实施例中的一种介质滤波器的示意图；图2是本发明一个实施例中的一种介质滤波器的示意图；图3是本发明一个实施例中的一种介质滤波器的拓扑结构示意图；图4是本发明一个实施例中的介质滤波器的频率响应曲线图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
21.请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种具有正交谐振腔的介质滤波器，该介质滤波器包括本体10。
22.其中，本体10是采用高介电常数的固态介电材料制成的。其中，陶瓷具有较高的介电常数，且陶瓷的硬度及耐高温的性能也都较好，所以，可以选用陶瓷材料制成本体10。当然，固态介电材料还可以是玻璃等其他材料，本实施例不作限定。
23.本实施例中，本体10上加载有顺次连接且排成对称两行的六个谐振腔。如图1中的第一至三个谐振腔排成一行，第四至六个谐振腔排成一行。为了便于区分，图1中将六个谐振腔划分为三组，第一谐振腔和第六谐振腔用1表示，其对应的加载谐振柱用2表示；第二谐振腔和第五谐振腔用3表示，其对应的加载谐振柱用4表示；第三谐振腔和第四谐振腔用5表示，其对应的加载谐振柱用6表示。其中，每个加载谐振柱相当于一个加载电容，且加载得越多，则介质滤波器的频率越低，相应的损耗也越大。
24.介质滤波器还包括输入端和输出端，图2中的输入端和输出端用11表示。在一个可选的实施例中，输入端11和输出端11的端口阻抗可以是50欧姆，当然，端口阻抗还可以是其他数值，本实施例不作限定。其中，第一个谐振腔1为输入端11，第六个谐振腔1为输出端11；或者，第一个谐振腔1为输出端11，第六个谐振腔1为输入端11。需要说明的是，输入端11和输出端11位于六个谐振腔所在的表面的背面。
25.本实施例中，六个谐振腔中的第一个谐振腔1、第三个谐振腔5、第四个谐振腔5和第六个谐振腔1位于同一平面内，第二个谐振腔3和第五个谐振腔3垂直于该平面。图1中以第一个谐振腔1、第三个谐振腔5、第四个谐振腔5和第六个谐振腔1水平排列，且第二个谐振腔3和第五个谐振腔3竖直排列为例进行说明。
26.由于第二个谐振腔3和第五个谐振腔3相对于其他谐振腔扭转了90度，这样，这两个谐振腔与其他谐振腔的电磁场分布是正交的，不存在耦合，因此，这两个谐振腔与相邻的谐振腔之间不需要设置隔墙，即，本体10上不设隔墙。相比于相关技术中本体上需要设置隔墙的介质滤波器来说，将原来隔墙占用的面积直接借用到谐振腔，因此，在介质滤波器的尺寸确定的情况下，可以获得更大的谐振腔尺寸，从而减少需要加载的，使得对应的谐振腔的品质因数q值更高。根据实验数据可知，本实施例中的介质滤波器的q值相比于相关技术中的介质滤波器的q值可以提高10%以上，使得介质滤波器的插损变得可以更小。
27.本实施例中，第二个谐振腔3和第五个谐振腔3之间的耦合窗口是宽边耦合。根据电磁场理论可知，宽边耦合为负交叉耦合，这样，无需采用一个很深的盲孔来实现负交叉耦合，也就消除了由该盲孔所带来的插损损失，从而降低了介质滤波器的插损。
28.另外，第二个谐振腔3和第五个谐振腔3之间的宽边耦合用于实现负交叉耦合，负交叉耦合可以形成两个传输零点；第一个谐振腔1和第六个谐振腔1之间实现正交叉耦合，正交叉耦合形成两个传输零点。这样，介质滤波器具有四个传输零点，因此有更加陡峭的带外抑制特性。由于本实施例中的介质滤波器比相关技术中的介质滤波器多两个传输零点，因此，在相同的带宽条件下，四个传输零点的带外抑制会比两个传输零点的带外抑制高大约10db。
29.由于第二个谐振腔3和第五个谐振腔3相对于其他谐振腔扭转了90度，电磁场的分布是正交的，本身并不会耦合，所以，需要在正交谐振腔之间设置极化扭转结构，从而通过极化扭转结构来实现两个正交谐振腔之间的耦合。即，可以在每相邻的两个正交谐振腔之间设置有极化扭转结构，该极化扭转结构用于实现两个正交谐振腔之间的耦合。
30.本实施例中，第一个谐振腔1和第二个谐振腔3之间包含一个极化扭转结构，第二个谐振腔3和第三个谐振腔5之间包含一个极化扭转结构，第四个谐振腔5和第五个谐振腔3之间包含一个极化扭转结构，第五个谐振腔3和第六个谐振腔1之间包含一个极化扭转结构。
31.具体的，极化扭转结构包括位于两个正交谐振腔之间且相对的凸起结构和凹陷结构，凸起结构位于介质滤波器的正面，图1中的凸起结构用7表示，凹陷结构位于介质滤波器的背面，图2中的凹陷结构用22表示。凸起结构7和凹陷结构22共同作用，来实现两个正交谐振腔之间的耦合。
32.本实施例中，还可以通过控制极化扭转结构的尺寸来控制耦合量的大小。其中，两个正交谐振腔之间的耦合大小与极化扭转结构的尺寸呈正相关关系。即，极化扭转结构的尺寸越大，耦合量越大；极化扭转结构的尺寸越小，耦合量越小。具体的极化扭转结构的尺寸可以由电磁仿真软件（hfss、cst）通过仿真优化得到，本实施例不作限定。
33.请参考图3所示的介质滤波器的拓扑结构，其中，第一个谐振腔1和第六个谐振腔1之间形成正交叉耦合，图1中其耦合窗口用8表示；第二个谐振腔3和第五个谐振腔3之间形成负交叉耦合，图1中其耦合口用9表示；第二个谐振腔3和第四个谐振腔5之间形成正交叉耦合。
34.上文中所述的本体10中包括六个谐振腔，在实际实现时，还可以将至少两个本体10进行级联，从而形成具有更多谐振腔的介质滤波器。
35.在实现时，可以通过一体成形的方式来生产本体10。采用一体化成形的方式来获得介质滤波器，可以使得其加工工艺更简单。
36.在得到本体10后，可以在本体10的表面镀银来进行金属化，从而实现金属边界条件。
37.本实施例中介质滤波器的所有尺寸是按照滤波器的技术指标，由电磁仿真软件（hfss、cst）通过仿真优化得到。
38.需要说明的是，本实施例中所述的介质滤波器可以应用于5g通信中sub 6ghz频段，也可以应用于其他频段，本实施例不作限定。
39.请参考图4所示的介质滤波器的频率响应曲线，通过该频率响应曲线可知，该介质滤波器可以实现六腔四个传输零点的频率响应，可以扩展应用到更多的谐振腔滤波器中。
40.综上所述，本实施例提供的介质滤波器，介质滤波器的本体上加载有顺次连接且对称排成两行的六个谐振腔，其中的第一个谐振腔、第三个谐振腔、第四个谐振腔和第六个谐振腔位于同一平面内，第二个谐振腔和第五个谐振腔垂直于该平面，且第二个谐振腔和第五个谐振腔之间的耦合窗口是宽边耦合。根据电磁场理论可知，宽边耦合为负交叉耦合，这样，无需采用一个很深的盲孔来实现负交叉耦合，也就消除了由该盲孔所带来的插损损失，从而降低了介质滤波器的插损。
41.以上所述并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所
作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。