CN110224206B - 介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站 - Google Patents

介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站，涉及通信设备组件技术领域，解决了现有的介质滤波器损耗指标不能满足基站滤波需求的问题。介质谐振器包括由固态介电材料制成的本体，本体表面上设有凹坑，本体表面及凹坑表面覆盖有导电层；介质滤波器包括至少两个上述的介质谐振器；另一种介质滤波器包括由固态介电材料制成的本体，本体表面上设有至少两个凹坑；相邻凹坑之间的本体上设有孔和/或槽，本体表面覆盖有导电层；收发信机包含上述的介质滤波器；基站，包含上述的收发信机。

Description

介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站
技术领域
本发明涉及通信设备组件，尤其涉及介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站。
背景技术
随着无线通信技术的日益发展，无线通信基站分布越来越密集，对基站的体积小型化的需求越来越强烈。基站中的射频前端滤波器模块所占的体积较大，因此采用体积较小的滤波器对于减小基站体积有着重要的作用。
滤波器的种类和形式非常多，其中的介质滤波器具有较小的体积。图1示出了现有的介质滤波器，该介质滤波器的主体是一块长方体形状的介质11，介质11中开设有通孔12，介质11正面露出通孔12的一端，介质11正面进行了局部金属化，即只有通孔12该端周围的介质11表面形成了一个方形金属层13，相邻的方形金属层13之间电绝缘，介质11的除正面之外的其它表面全部金属化(图1中阴影部分为金属化区，没有阴影的部分为非金属化区)。一个通孔12及介质11正面围绕通孔12一端的方形金属层13构成了一个介质谐振器，该介质谐振器的谐振频率通过调节方形金属层13的面积来调整，相邻介质谐振器之间的耦合通过调节相邻方形金属层13之间的距离来调整。
上述的介质滤波器中，由于介质谐振器的内部谐振模式为TEM(横电磁波)模，内导体的损耗大，导致介质滤波器的损耗大，从而使得该介质滤波器的损耗指标不能满足基站滤波的需求。
发明内容
本发明的实施例提供一种介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站，解决了现有的介质滤波器中的介质谐振器的内部谐振模式为TEM模而导致介质滤波器损耗指标不能满足基站滤波需求的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供一种介质谐振器，包括由固态介电材料制成的本体，所述本体表面上设有凹坑，所述本体表面及所述凹坑表面覆盖有导电层。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述凹坑的个数为一个。
结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述介电材料为陶瓷。
第二方面，本发明的实施例提供一种介质滤波器，包括至少两个介质谐振器；所述介质谐振器包括由固态介电材料制成的本体，所述本体表面上设有凹坑，所述本体表面及所述凹坑表面覆盖有导电层。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，相邻的所述介质谐振器通过连接面固定相接且连接面的导电层相接在一起。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，相邻的所述介质谐振器的之间具有空隙。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述空隙的形状为孔形或者为槽形。
第三方面，本发明的实施例提供一种介质滤波器，包括由固态介电材料制成的本体，所述本体表面上设有至少两个凹坑；相邻所述凹坑之间的所述本体上设有孔和/或槽，所述本体表面覆盖有导电层。
结合第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，一个所述凹坑、其周围的所述本体及所述导电层构成一个介质谐振器。
结合第三方面或第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现方式中，所述孔和/或槽构成相邻所述介质谐振器之间的耦合结构。
结合第三方面或第三方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第三方面的第三种可能的实现方式中，所述孔为通孔或盲孔。
第四方面，本发明的实施例提供一种收发信机，包含上述的介质滤波器。
第五方面，本发明的实施例提供一种基站，包含上述的收发信机。
本发明实施例提供的介质谐振器、应用其的介质滤波器、收发信机及基站中，介质谐振器本体上的凹坑和本体及凹坑表面覆盖的导电层形成谐振腔，其内部的谐振模式为TM(横磁波)模，模式电场的方向垂直于凹坑所在的本体表面，由于谐振腔内部无内导体损耗，因此，该介质谐振器的损耗较小，使得使用该介质谐振器的介质滤波器的损耗指标能达到基站的滤波需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术中介质滤波器的立体示意图；
图2a为本发明实施例提供的一种介质谐振器的顶视图；
图2b为图2a中A-A向的剖视图；
图3a为本发明实施例提供的一种介质滤波器的顶视图；
图3b为本发明实施例提供的另一种介质滤波器的顶视图；
图4为本发明实施例提供的又一种介质滤波器的立体透视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明实施例提供了一种介质谐振器，如图2a及2b所示，包括由固态介电材料制成的本体21，该本体21表面上设有凹坑22，本体21表面及凹坑22表面覆盖有导电层23。
本发明实施例提供的介质谐振器中，本体上的凹坑和本体及凹坑表面覆盖的导电层形成谐振腔，其内部的谐振模式为TM(横磁波)模，模式电场的方向垂直于凹坑所在的本体表面，由于谐振腔内部无内导体损耗，因此，该介质谐振器的损耗较小，使得使用该介质谐振器的介质滤波器的损耗指标能达到基站的滤波需求。
上述实施例提供的介质谐振器中，凹坑的个数优选为一个。当凹坑的个数增加时，每一个凹坑及覆盖在凹坑和本体上的导电层又会形成该谐振器的一个子谐振器，凹坑的大小、形状、位置决定子谐振器的谐振频率和模式电场方向，子谐振器越多，组合形成的谐振器的性能参数越不易控制，通常会用谐振器组合来形成滤波器，因此，一般使用的谐振器都只有一个凹坑。
上述实施例提供的介质谐振器中，介电材料优选为陶瓷，陶瓷具有较高的介电常数(为36)，硬度及耐高温的性能也都较好，因此成为射频滤波器领域常用的固态介电材料。当然，介电材料也可以选用本领域技术人员所知的其它材料，如玻璃、电绝缘的高分子聚合物等。
需要说明的是：上述实施例提供的介质谐振器的凹坑形状并不限于图2a和图2b中所示的圆形，也可以是方形或不规则的形状；而本体的形状也不限于图2a和图2b中所示的立方体，也可以是球体，或不规则的形状；凹坑和本体的形状都可以根据介质谐振器的应用场合和性能参数需求进行选择。
本发明实施例还提供了一种介质滤波器，如图3a所示，该介质滤波器包括至少两个介质谐振器(31、32、33)。介质谐振器(31、32、33)的结构与图2a和图2b中所示的介质谐振器结构类似，包括由固态介电材料制成的本体21，本体21表面上设有凹坑22，本体21表面及凹坑22表面覆盖有导电层23。
进一步的，相邻的介质谐振器(31与32，31与33，32与33)通过连接面34固定相接且连接面34的导电层23相接在一起。
本发明实施例提供的介质滤波器中，使用了多个介质谐振器，且相邻的介质谐振器通过连接面固定相接构成一个整体，并且相邻的介质谐振器连接面的导电层相接在一起，比如通过焊接的方式相接在一起，使得相邻的介质谐振器电连接，以使电磁波信号能在介质谐振器之间传播，由于介质谐振器与图2a和图2b所示的介质谐振器一样，内部的谐振模式都为TM模，模式电场的方向垂直于凹坑所在的本体表面，使得谐振腔内部无内导体损耗，因此可显著减小介质滤波器的损耗指标，从而使该介质滤波器能应用在基站中。
同时，由于本发明实施例提供的介质谐振器的谐振模式为TM模，使得由多个介质谐振器构成的介质滤波器为TM模。该TM模介质滤波器相比于现有的TEM膜介质滤波器具有***损耗小的优点。
上述实施例描述的介质滤波器中，相邻的介质谐振器固定相接的连接面34的导电层23相接在一起。实现这种固定相接方式时，组成介质滤波器的各介质谐振器可以先制作完成，使得每个介质谐振器的本体21的整个外表面都覆盖有导电层23，然后将相邻介质谐振器的固定相接的连接面34处的导电层23相接在一起，不仅能实现相邻介质谐振器的固定相接，同时还能实现相邻介质谐振器通过导电层23电连接。
需要说明的是：本发明实施例提供的介质滤波器中各介质谐振器的本体形状可以根据需要任意选择，相邻的介质谐振器固定相接的连接面可以有相互匹配的凹槽，其中，相互匹配的凹槽在相邻的介质谐振器相接时可以形成一个空隙，这个空隙可以为通孔、盲孔或凹槽，这个空隙的形状和大小都与相邻介质谐振器的耦合程度相关。
图3b示出了该空隙(35，36，37)，图3b所示的介质滤波器在图3a所示的介质滤波器的基础上增加了空隙(35，36，37)。在连接面34，介质谐振器的外表面相互接触，空隙(35，36，37)处的介质谐振器的外表面存在凹槽，因此不能相互接触。由于介质谐振器的外表面为导电层，所以这些空隙的内壁都是导电层23。空隙(35，36，37)的形状可以为上述的孔形或者为槽形，或是本领域技术人员所知的其它形状。
在上述实施例提供的介质滤波器制备完成时，有可能存在性能参数不能完全满足使用需求，此时可以通过将凹坑22里的导电层部分去除的方式对介质滤波器的谐振频率进行调节，还可以通过将空隙内壁的导电层部分去除的方式调节介质谐振器之间的耦合。
本发明实施例还提供了一种介质滤波器，如图4所示，包括由固态介电材料制成的本体44，本体44表面上设有至少两个凹坑22；相邻凹坑22之间的本体44上设有孔(41，42)和/或槽43，本体44表面覆盖有导电层23。进一步的，一个凹坑22、其周围的本体44及导电层23构成一个介质谐振器。进一步的，孔(41，42)和/或槽43构成相邻介质谐振器之间的耦合结构。
图4所示的介质滤波器是图3b所示的介质滤波器的一种变形结构，与图3b所示的介质滤波器中各介质谐振器具有独立的本体不同，图3b所示的介质滤波器中只包含一块本体44，该本体44表面上设有多个凹坑22，且本体44表面覆盖有导电层23，由本体44表面的一个凹坑22、该凹坑22周围的本体及导电层，可构成一个介质谐振器，图4中示出了三个介质谐振器(31，32，33)。本体44上设置的孔(41，42)和槽43作为相邻介质谐振器(31与32，32与33，33与31)之间的耦合结构，起到了分隔相邻的介质谐振器(31与32，32与33，33与31)的作用，孔(41，42)或者槽43的形状和大小有变化时，相邻介质谐振器之间的耦合程度也相应发生变化。
从图4可以看出，该介质滤波器中各介质谐振器的本体是一体成型的，其上的凹坑22、孔(41，42)及槽43的形状、大小及位置都是根据介质滤波器的性能参数预先设计好的，并在本体一体成型的同时形成的。实现这种结构的介质滤波器时，可以先准备制作本体的原料(如陶土)，将该原料放入设计好的模具中烧制，形成一体成型的介质滤波器本体(陶瓷)，最后将烧制完的本体表面镀一层导电层23，使本体44的表面覆盖导电层23。
本体44上可以同时设有孔(41，42)及槽43，也可以只设有孔(41，42)或只设有槽43，可以根据所需的介质滤波器的性能参数进行选择。
由于本体44的表面覆盖导电层23，因此孔(41，42)及槽43的内壁表面为导电层23。
在图4所示的介质滤波器制备完成时，有可能存在性能参数不能完全满足使用需求，此时可以通过将凹坑22里的导电层部分去除的方式对介质滤波器的谐振频率进行调节，还可以通过将孔(41，42)内壁的导电层部分去除的方式调节介质谐振器之间的耦合，也可以通过将槽43内壁的导电层部分去除的方式调节介质谐振器之间的耦合，或者通过将孔(41，42)和槽43内壁的导电层都部分去除的方式调节介质谐振器之间的耦合。
如图4所示，具体地，孔41为截面是方形的通孔，孔42为截面是圆形的盲孔。当然，孔的截面形状也可以是其它不规则的形状，具体形状的选择依据介质滤波器的性能参数来决定。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明介质滤波器的制备过程可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明介质滤波器的制备过程的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的介质滤波器的制备方法。
本发明实施例又提供了一种收发信机，其中包含有上述实施例描述的介质滤波器。
本发明实施例提供的收发信机中，由于使用了上述实施例描述的介质滤波器，损耗显著降低，且滤波性能显著提升。
本发明实施例还提供了一种基站，其中包含有上述实施例描述的介质滤波器或收发信机。
本发明实施例提供的基站中，由于使用了上述实施例描述的介质滤波器，损耗显著降低，且滤波性能显著提升。
本申请还提供以下实施例。需要说明的是，以下实施例的编号并不一定需要遵从前面实施例的编号顺序：
实施例1、一种介质谐振器，其特征在于，包括由固态介电材料制成的本体，所述本体表面上设有凹坑，所述本体表面及所述凹坑表面覆盖有导电层。
实施例2、根据实施例1所述的介质谐振器，其特征在于，所述凹坑的个数为一个。
实施例3、根据实施例1或2任一项所述的介质谐振器，其特征在于，所述介电材料为陶瓷。
实施例4、一种介质滤波器，其特征在于，包括至少两个介质谐振器；所述介质谐振器包括由固态介电材料制成的本体，所述本体表面上设有凹坑，所述本体表面及所述凹坑表面覆盖有导电层。
实施例5、根据实施例4所述的介质滤波器，其特征在于，相邻的所述介质谐振器通过连接面固定相接且连接面的导电层相接在一起。
实施例6、根据实施例4或5所述的介质滤波器，其特征在于，相邻的所述介质谐振器的之间具有空隙。
实施例7、根据实施例6所述的介质滤波器，其特征在于，所述空隙的形状为孔形或者为槽形。
实施例8、一种介质滤波器，其特征在于，包括由固态介电材料制成的本体，所述本体表面上设有至少两个凹坑；相邻所述凹坑之间的所述本体上设有孔和/或槽，所述本体表面覆盖有导电层。
实施例9、根据实施例8所述的介质滤波器，其特征在于，一个所述凹坑、其周围的所述本体及所述导电层构成一个介质谐振器。
实施例10、根据实施例8或9所述的介质滤波器，其特征在于，所述孔和/或槽构成相邻所述介质谐振器之间的耦合结构。
实施例11、根据实施例8至10任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述孔为通孔或盲孔。
实施例12、一种收发信机，其特征在于，包含实施例4-7或实施例8-11任一项所述的介质滤波器。
实施例13、一种基站，其特征在于，包含实施例12所述的收发信机。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种介质滤波器，包括由固态介电材料制成的本体，其特征在于，
所述本体表面上设有至少两个凹坑，所述本体表面覆盖有导电层，所述至少两个凹坑中的至少一个凹坑的表面的导电层被部分去除，用于调节所述介质滤波器的谐振频率；且
所述至少两个凹坑中的至少两个相邻的凹坑之间的本体上设有通孔，所述通孔的内壁的导电层被部分去除，用于调节所述至少两个相邻的凹坑各自所在的介质谐振器之间的耦合，和/或，所述至少两个相邻的凹坑之间的本体上设有通槽，所述通槽的内壁的导电层被部分去除，用于调节所述至少两个相邻的凹坑各自所在的介质谐振器之间的耦合。
2.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述本体是一体成型的。
3.根据权利要求1所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器的谐振模式为横磁波TM模。
4.根据权利要求2所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器的谐振模式为横磁波TM模。
5.一种介质滤波器，包括由固态介电材料制成的本体，其特征在于，
所述本体表面上设有至少两个凹坑，所述本体表面覆盖有导电层，所述至少两个凹坑中的至少一个凹坑的部分表面不被所述导电层覆盖；且
所述至少两个凹坑中的至少两个相邻的凹坑之间的本体上设有通孔，所述通孔的部分内壁不被所述导电层覆盖，和/或，所述至少两个相邻的凹坑之间的本体上设有通槽，所述通槽的部分内壁不被所述导电层覆盖。
6.根据权利要求5所述的介质滤波器，其特征在于，所述本体是一体成型的。
7.根据权利要求5所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器的谐振模式为横磁波TM模。
8.根据权利要求6所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器的谐振模式为横磁波TM模。
9.根据权利要求1-8任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器包括三个凹坑，所述三个凹坑中的每个凹坑与所述三个凹坑中的另外两个凹坑相邻。
10.一种介质滤波器，包括至少两个介质谐振器，其特征在于，
所述至少两个介质谐振器中的每个介质谐振器包括由固态介电材料制成的本体，所述本体表面上设有凹坑，所述本体表面及所述凹坑表面覆盖有导电层，所述至少两个介质谐振器中的至少一个介质谐振器的所述凹坑的表面的导电层被部分去除，用于调节所述介质滤波器的谐振频率；且
所述至少两个介质谐振器中的至少两个相邻的所述介质谐振器通过连接面固定相接且连接面的导电层相接在一起，所述至少两个相邻的介质谐振器的连接面具有空隙，所述空隙内壁覆盖有导电层，所述空隙的内壁的导电层被部分去除，用于调节所述至少两个相邻的介质谐振器之间的耦合。
11.根据权利要求10所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器包括三个介质谐振器，所述三个介质谐振器中的每个介质谐振器与所述三个介质谐振器中的另外两个介质谐振器相邻。
12.根据权利要求10所述的介质滤波器，其特征在于，所述空隙包括通孔和/或通槽。
13.根据权利要求11所述的介质滤波器，其特征在于，所述空隙包括通孔和/或通槽。
14.一种介质滤波器，包括至少两个介质谐振器，其特征在于，
所述至少两个介质谐振器中的每个介质谐振器包括由固态介电材料制成的本体，所述本体表面上设有凹坑，所述本体表面及所述凹坑表面覆盖有导电层，所述至少两个介质谐振器中的至少一个介质谐振器的所述凹坑的部分表面不被所述导电层覆盖；且
所述至少两个介质谐振器中的至少两个相邻的所述介质谐振器通过连接面固定相接且连接面的导电层相接在一起，所述至少两个相邻的介质谐振器的连接面具有空隙，所述空隙内壁覆盖有导电层，所述空隙的部分内壁不被所述导电层覆盖。
15.根据权利要求14所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器包括三个介质谐振器，所述三个介质谐振器中的每个介质谐振器与所述三个介质谐振器中的另外两个介质谐振器相邻。
16.根据权利要求14所述的介质滤波器，其特征在于，所述空隙包括通孔和/或通槽。
17.根据权利要求15所述的介质滤波器，其特征在于，所述空隙包括通孔和/或通槽。
18.根据权利要求10-17任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述介质滤波器的谐振模式为横磁波TM模。
19.根据权利要求1-8任一项或者10-17任一项所述的介质滤波器，其特征在于，所述固态介电材料为陶瓷。
20.一种收发信机，其特征在于，包含权利要求1-19任一项所述的介质滤波器。
21.一种基站，其特征在于，包含权利要求20所述的收发信机。
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