CN110739510A - 一种具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器，所述介质波导滤波器包括有依次连接的至少三个谐振单元，每相邻的两个所述谐振单元之间设有一个耦合窗口；在至少一对非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元上分别设有至少一个第一耦合盲孔和第二耦合盲孔，且所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔之间相互电气连接，以使非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元产生交叉耦合。借此，本发明通过在非相邻的两个谐振单元之间引入跨腔耦合结构来实现跨腔耦合，增加介质波导滤波器的传输零点，从而能够在不增加滤波器的体积的情况下，进一步提高介质波导滤波器的频率选择特性，并且具有实现结构简单，便于制造和维护的特点。

Description

一种具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器

技术领域

本发明涉及通信技术领域的介质波导滤波器，尤其涉及一种具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器。

背景技术

随着现代通信技术的不断发展，对滤波器的性能指标要求也越来越高。介质波导滤波器因其尺寸小、Q值高、成本低等特性在小型化集成度高的通信***中获得了很好的应用。但随着多频***的不断发展，对滤波器的体积和频率选择特性的要求也越来越高。然而现有介质波导滤波器为实现所需的频率选择特性，通常会大幅增加介质波导滤波器的体积。因此，如何在不增加介质波导滤波器体积的前提下，进一步提高介质波导滤波器的频率选择特性是目前亟待解决的问题。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器，其能够在不增加滤波器的体积的情况下，进一步提高介质波导滤波器的频率选择特性。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器，所述介质波导滤波器包括有依次连接的至少三个谐振单元，每相邻的两个所述谐振单元之间设有一个耦合窗口；在至少一对非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元上分别设有至少一个第一耦合盲孔和第二耦合盲孔，且所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔之间相互电气连接，以使非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元产生交叉耦合。

根据本发明所述的介质波导滤波器，非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的侧面设有所述第一耦合盲孔、所述第二耦合盲孔和至少一个电路板；所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的内部分别设有第一金属内芯和第二金属内芯；所述电路板上设有至少一条第一金属线，所述第一金属线分别连接所述第一耦合盲孔的所述第一金属内芯和所述第二耦合盲孔的所述第二金属内芯，以实现所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔之间的电气连接；或者

非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的侧面设有所述第一耦合盲孔、所述第二耦合盲孔和至少一条第二金属线；所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的内部分别设有第一金属内芯和第二金属内芯；所述第二金属线分别连接所述第一耦合盲孔的所述第一金属内芯和所述第二耦合盲孔的所述第二金属内芯，以实现所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔之间的电气连接。

根据本发明所述的介质波导滤波器，所述电路板为三层结构，依次包括底部金属层、中间介质层和顶部金属层；所述顶部金属层上蚀刻有至少一条所述第一金属线，所述第一金属线通过所述电路板上的金属化通孔分别与所述第一耦合盲孔的所述第一金属内芯和所述第二耦合盲孔的所述第二金属内芯进行电气连接；和/或

所述电路板为硬质电路板或柔性电路板。

根据本发明所述的介质波导滤波器，所述第一金属线或所述第二金属线为悬置线、微带线或者共面波导；和/或

所述第一金属线或所述第二金属线为直线形、折线形或者曲线形。

根据本发明所述的介质波导滤波器，所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔为圆柱形、椭圆柱形或者棱柱形。

根据本发明所述的介质波导滤波器，每个所述谐振单元的顶部设有至少一个用于调谐所述谐振单元的谐振频率的调谐盲孔；和/或

所述至少三个谐振单元呈直线排列、曲线排列或折线排列。

根据本发明所述的介质波导滤波器，所述调谐盲孔设于所述谐振单元的顶部的中心处。

根据本发明所述的介质波导滤波器，所述介质波导滤波器的外表面附有第一金属镀层；所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的内壁分别设有第二金属镀层，且所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的外缘分别设有一圈第一非电镀区和第二非电镀区；所述第一非电镀区将所述第一耦合盲孔的第二金属镀层与所述介质波导滤波器的第一金属镀层分隔开，所述第二非电镀区将所述第二耦合盲孔的第二金属镀层与所述介质波导滤波器的第一金属镀层分隔开。

根据本发明所述的介质波导滤波器，所述第一非电镀区和所述第二非电镀区为圆环形或者多边形。

根据本发明所述的介质波导滤波器，非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的耦合强度的大小由所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的深度控制，所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的深度越深，则所述耦合强度越大；和/或

非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的耦合强度的大小由所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的底部分别与所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的位置关系控制，所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的底部在所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的中间位置时，则所述耦合强度最大；所述第一耦合盲孔或所述第二耦合盲孔的底部越靠近所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的上下两端位置时，则所述耦合强度越弱。

本发明具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器包括有依次连接的至少三个谐振单元，所述介质波导滤波器在至少一对非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元上分别设有第一耦合盲孔和第二耦合盲孔，且第一耦合盲孔和第二耦合盲孔之间相互电气连接，从而使得非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元产生跨腔的交叉耦合，并可在通带附近产生一个传输零点。优选的是，每个谐振单元的顶部都设有用于调整谐振频点的调谐盲孔。借此，本发明通过在非相邻的两个谐振单元之间引入跨腔耦合结构来实现交叉耦合，增加介质波导滤波器的传输零点，从而能够在不增加滤波器的体积的情况下，进一步提高介质波导滤波器的频率选择特性，并且具有实现结构简单，便于制造和维护的特点。本发明对推动介质波导滤波器在现代小型化集成化通信***中的发展具有重要作用。

附图说明

图1是本发明具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器的优选结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。

此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。

本发明具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器包括有依次连接的至少三个谐振单元，所述谐振单元以任意拓扑结构连接，且每相邻的两个谐振单元之间设有一个耦合窗口。在至少一对非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元上分别设有至少一个第一耦合盲孔和第二耦合盲孔，且第一耦合盲孔和第二耦合盲孔之间相互电气连接，使得非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元形成交叉耦合，从而在通带附近产生一个传输零点，在不增加介质波导滤波器的体积的前提下，可进一步提高介质波导滤波器的频率选择特性。

图1示出了本发明具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器的优选结构。所述介质波导滤波器100包括有依次连接的五个谐振单元101～105，本实施例中，谐振单元101～105依次呈直线排列。但本发明介质波导滤波器100的各谐振单元实际上可以根据需要以任意拓扑结构连接，例如谐振单元101～105也可以依次呈曲线排列或折线排列等。每相邻的两个谐振单元之间分别设有一个耦合窗口201～204，所述耦合窗口201～204可为中空腔体结构。具体而言，相邻的谐振单元101～102之间设有耦合窗口201，相邻的谐振单元102～103之间设有耦合窗口202，相邻的谐振单元103～104之间设有耦合窗口203，相邻的谐振单元104～105之间设有耦合窗口204。

如图1所示的具体实施例中，介质波导滤波器100由五个谐振单元101～105和四个耦合窗口201～204构成，且谐振单元101～105和耦合窗口201～204呈交替直线排列。需指出的是，本发明介质波导滤波器100的谐振单元的数量n≥3，耦合窗口的数量为n-1。所述谐振单元的具体数量并不受限制，只要满足n≥3，谐振单元的数量就可以根据实际需要任意增减。例如介质波导滤波器100可以包括三个、四个、六个、七个、八个、九个、十个或更多数量的谐振单元。

为了进一步提高介质波导滤波器的频率选择特性，本发明提出在介质波导滤波器100的至少一对非相邻的两个谐振单元之间引入一种跨腔耦合结构来实现跨腔式交叉耦合。如图1所示，优选在非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104上分别设有至少一个第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302，且第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302之间相互电气连接。从而使得非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104形成交叉耦合，进而在通带附近产生一个传输零点，在不增加介质波导滤波器100的体积的前提下，提高介质波导滤波器100的频率选择特性。本发明介质波导滤波器100中相互电气连接的第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302形成跨腔耦合结构，所述跨腔耦合结构具有实现方式简单、易于制造维护且成本低廉的特点。

如图1所示的实施例中，非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104的侧面设有第一耦合盲孔301、第二耦合盲孔302和至少一个电路板501。第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的内部分别设有第一金属内芯401和第二金属内芯402。电路板501上设有至少一条第一金属线502，第一金属线502的两端分别连接第一耦合盲孔301的第一金属内芯401和第二耦合盲孔302的第二金属内芯402，通过第一金属内芯401和第二金属内芯402，使电路板501上的第一金属线502与的两个耦合盲孔301～302产生电气连接，从而使非相邻的谐振单元102和104产生交叉耦合。

当然，本发明第一耦合盲孔301、第二耦合盲孔302、电路板501不限于设于非相邻的谐振单元102和104的侧面，也可以根据实际需要设置于非相邻的谐振单元102和104的顶部、底部等。

图1中第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302优选为圆柱形。但第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302还可以为椭圆柱形或者棱柱形等任意的规则几何柱形或不规则几何柱形。但为了便于生产，第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302优选为圆柱形。

优选的是，所述电路板501为三层结构，依次包括底部金属层、中间介质层和顶部金属层(图中未示)。可在顶部金属层上蚀刻有至少一条第一金属线502，所述第一金属线502通过电路板501上的金属化通孔分别与第一耦合盲孔301的第一金属内芯401和第二耦合盲孔302的第二金属内芯402进行电气连接。所述电路板501可以为硬质电路板或柔性电路板。所述柔性电路板可以适用于非相邻谐振单元102和104呈曲线排列或折线排列等非直线排列的情况。

需指出的是，本发明第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302之间的电气连接方式并不限于借助如图1所示的电路板501和第一金属线502的结合方式。在本发明另一实施例中，非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104的侧面设有第一耦合盲孔301、第二耦合盲孔302和至少一条第二金属线(图中未示)。第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的内部分别设有第一金属内芯401和第二金属内芯402。所述第二金属线分别连接第一耦合盲孔301的第一金属内芯401和第二耦合盲孔302的第二金属内芯402，以实现第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302之间的电气连接。即第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302之间可直接通过第二金属线进行电气连接，而不需增设电路板501。非相邻谐振单元102和104通过第二金属线和耦合盲孔301和302形成交叉耦合，从而可增加传输零点，可进一步提高介质波导滤波器100的频率选择特性。

优选的是，所述第一金属线502或第二金属线可以为悬置线、微带线或者共面波导等各种类型，优选采用悬置线形式。本发明中金属线实际上仅起电气连接功能，故其具体形状并不受限制，如第一金属线502或第二金属线可以为直线形、折线形或者曲线形等。

值得提醒的是，本发明介质波导滤波器100并不限于仅在一对非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104上设置耦合盲孔。实际上，本发明介质波导滤波器100可以根据实际需要，还可在其他非相邻的两个谐振单元上设置耦合盲孔。例如可以在谐振单元101和谐振单元103、谐振单元101和谐振单元104、谐振单元102和谐振单元105等非相邻的两个谐振单元上分别设置耦合盲孔，并将非相邻的两个谐振单元的耦合盲孔进行电气连接，即可实现多对非相邻的两个谐振单元之间引入跨腔耦合结构，即介质波导滤波器100可通过设置多个跨腔耦合结构来实现跨腔的交叉耦合。

优选的是，每个谐振单元101～105的顶部设有至少一个用于调谐谐振单元的谐振频率的调谐盲孔。在本实施例中，所述调谐盲孔优选设于谐振单元101～105的顶部的中心处，其调谐效果更好。

本发明介质波导滤波器100的介质材料优选为陶瓷材料，当然也可采用其他电介质材料。优选的是，介质波导滤波器100的外表面附有一层第一金属镀层。第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的内壁分别设有一层第二金属镀层。优选的是，第一金属镀层、第二金属镀层的材质优选为金属银，当然也可采用铜、铝等其他金属材料。所述第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的外缘分别设有一圈第一非电镀区310和第二非电镀区311。第一非电镀区310用于将第一耦合盲孔301的第二金属镀层与介质波导滤波器100的第一金属镀层分隔开，第二非电镀区311用于将第二耦合盲孔302的第二金属镀层与介质波导滤波器100的第一金属镀层分隔开。

图1所示的实施例中，所述第一非电镀区310和第二非电镀区311优选为圆环形。但实际上第一非电镀区310和第二非电镀区311也可采用多边形或者各种不规则形等形状。第一非电镀区310和第二非电镀区311只需采用任意形状的封闭结构，即可起到将介质波导滤波器100表面的第一金属镀层和耦合盲孔301～302内壁的第二金属镀层分隔开的效果。

值得指出的是，虽然本发明介质波导滤波器100的结构主要是按照图1进行描述，但其仅为本发明实现方法的部分示例，并不用于限定本发明。

优选的是，非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104的耦合强度的大小由第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的深度控制。即非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104之间的耦合强度与第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的深度有关，第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的深度越深，则所述耦合强度越大。

更好的是，非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104的耦合强度的大小由第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的底部分别与第一谐振单元102和第二谐振单元104的位置关系控制。即非相邻的第一谐振单元102和第二谐振单元104的耦合强度与第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的底部位置有关，第一耦合盲孔301和第二耦合盲孔302的底部在第一谐振单元102和第二谐振单元104的中间位置时，则耦合强度最大。第一耦合盲孔301或第二耦合盲孔302的底部越靠近第一谐振单元102和第二谐振单元104的上下两端位置时，则耦合强度越弱。第一耦合盲孔301或第二耦合盲孔302的底部在第一谐振单元102和第二谐振单元104的上下两端位置时，则耦合强度最小。

综上所述，本发明具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器包括有依次连接的至少三个谐振单元，所述介质波导滤波器在至少一对非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元上分别设有第一耦合盲孔和第二耦合盲孔，且第一耦合盲孔和第二耦合盲孔之间相互电气连接，从而使得非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元产生跨腔的交叉耦合，并可在通带附近产生一个传输零点。优选的是，每个谐振单元的顶部都设有用于调整谐振频点的调谐盲孔。借此，本发明通过在非相邻的两个谐振单元之间引入跨腔耦合结构来实现交叉耦合，增加介质波导滤波器的传输零点，从而能够在不增加滤波器的体积的情况下，进一步提高介质波导滤波器的频率选择特性，并且具有实现结构简单，便于制造和维护的特点。本发明对推动介质波导滤波器在现代小型化集成化通信***中的发展具有重要作用。

当然，本发明还可有其它多种实施例，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。

Claims (10)

1.一种具有跨腔耦合结构的介质波导滤波器，其特征在于，所述介质波导滤波器包括有依次连接的至少三个谐振单元，每相邻的两个所述谐振单元之间设有一个耦合窗口；在至少一对非相邻的第一谐振单元和第二谐振单元上分别设有至少一个第一耦合盲孔和第二耦合盲孔，且所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔之间相互电气连接，以使非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元产生交叉耦合。

2.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于，非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的侧面设有所述第一耦合盲孔、所述第二耦合盲孔和至少一个电路板；所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的内部分别设有第一金属内芯和第二金属内芯；所述电路板上设有至少一条第一金属线，所述第一金属线分别连接所述第一耦合盲孔的所述第一金属内芯和所述第二耦合盲孔的所述第二金属内芯，以实现所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔之间的电气连接；或者

非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的侧面设有所述第一耦合盲孔、所述第二耦合盲孔和至少一条第二金属线；所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的内部分别设有第一金属内芯和第二金属内芯；所述第二金属线分别连接所述第一耦合盲孔的所述第一金属内芯和所述第二耦合盲孔的所述第二金属内芯，以实现所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔之间的电气连接。

3.根据权利要求2所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述电路板为三层结构，依次包括底部金属层、中间介质层和顶部金属层；所述顶部金属层上蚀刻有至少一条所述第一金属线，所述第一金属线通过所述电路板上的金属化通孔分别与所述第一耦合盲孔的所述第一金属内芯和所述第二耦合盲孔的所述第二金属内芯进行电气连接；和/或

所述电路板为硬质电路板或柔性电路板。

4.根据权利要求2所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第一金属线或所述第二金属线为悬置线、微带线或者共面波导；和/或

所述第一金属线或所述第二金属线为直线形、折线形或者曲线形。

5.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔为圆柱形、椭圆柱形或者棱柱形。

6.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于，每个所述谐振单元的顶部设有至少一个用于调谐所述谐振单元的谐振频率的调谐盲孔；和/或

所述至少三个谐振单元呈直线排列、曲线排列或折线排列。

7.根据权利要求6所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述调谐盲孔设于所述谐振单元的顶部的中心处。

8.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述介质波导滤波器的外表面附有第一金属镀层；所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的内壁分别设有第二金属镀层，且所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的外缘分别设有一圈第一非电镀区和第二非电镀区；所述第一非电镀区将所述第一耦合盲孔的第二金属镀层与所述介质波导滤波器的第一金属镀层分隔开，所述第二非电镀区将所述第二耦合盲孔的第二金属镀层与所述介质波导滤波器的第一金属镀层分隔开。

9.根据权利要求8所述的介质波导滤波器，其特征在于，所述第一非电镀区和所述第二非电镀区为圆环形或者多边形。

10.根据权利要求1～9任一项所述的介质波导滤波器，其特征在于，非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的耦合强度的大小由所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的深度控制，所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的深度越深，则所述耦合强度越大；和/或

非相邻的所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的耦合强度的大小由所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的底部分别与所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的位置关系控制，所述第一耦合盲孔和所述第二耦合盲孔的底部在所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的中间位置时，则所述耦合强度最大；所述第一耦合盲孔或所述第二耦合盲孔的底部越靠近所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的上下两端位置时，则所述耦合强度越弱。