一种滤波器及通信设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种滤波器及通信设备。

背景技术

腔体滤波器是现代移动通讯系统的关键设备，被广泛应用于无线通讯基站及各类通信终端；腔体腔体滤波器是由射频连接器、腔体、盖板、多个谐振器单元、及频率调谐与耦合强度调节组件构成，多个谐振单元谐振频率分布于通带范围内，对于谐振频率外的信号具备阻隔功能，从而实现对微波传输信号的择取功能；腔体滤波器具有结构可靠、滤波频带宽、寄生通带远离信道、Q值高、电性能稳定、散热性能好等优点。

本申请的发明人在长期的研发工作中发现，现有的腔体滤波器的体积较大，且带外抑制等性能较差，不能较好的控制带宽。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种滤波器及通信设备，以提高滤波器的带外抑制性能，且能缩小滤波器的体积。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种滤波器。所述滤波器包括：壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；十一个滤波腔，设置在所述壳体上，所述十一个滤波腔沿主耦合路径依次耦合，并形成一个感性耦合零点和两个耦合容性零点；其中，所述十一个滤波腔中第一滤波腔至第九滤波腔与所述十一个滤波腔中的第十一滤波腔呈等边三角形设置，所述等边三角形的一边与所述第一方向平行。

可选地，所述十一个滤波腔中第五滤波腔至第十一滤波腔划分为沿所述第二方向依次排布的三列；所述十一滤波腔中的第五滤波腔、第六滤波腔及第十一滤波腔呈一列且沿所述第一方向依次排布；所述十一滤波腔中的第七滤波腔、第九滤波腔及第十滤波腔呈一列且沿所述第一方向依次排布；所述十一滤波腔中的第八滤波腔呈一列；所述第八滤波腔的中心在所述第一方向上的投影位于所述第七滤波腔的中心和所述第九滤波腔的中心在所述第一方向上的投影之间，所述第六滤波腔的中心在所述第一方向上的投影位于所述第七滤波腔的中心和所述第九滤波腔的中心在所述第一方向上的投影之间。第五滤波腔至第十一滤波腔呈三列，且三列滤波腔交错设置，使得滤波器的排腔规则，便于加工及缩小其体积。

可选地，所述滤波腔内设置有：谐振杆，包括侧壁及由所述侧壁形成的中空内腔；调谐杆，所述调谐杆的一端置于所述中空内腔内。可以通过调节调谐杆在中空内腔内的深度来调节谐振腔的谐振频率。

可选地，所述侧壁包括第一U形侧壁、第二U形侧壁及第三U形侧壁，所述第二U形侧壁的两端分别连接所述第一U形侧壁的一端和所述第三U形侧壁的一端；其中，所述第二U形侧壁的开口方向与所述第一U形侧壁的开口方向和所述第三U形侧壁的开口方向相反，所述第二U形侧壁形成所述中空内腔。能够加大谐振杆的信号耦合量。

可选地，所述滤波器还包括安装柱，所述第二U形壁的底部设有安装孔，所述安装柱的一端固定在所述壳体上，所述安装柱的另一端安装在所述安装孔内。谐振杆通过安装柱固定在壳体上。

可选地，所述第五滤波腔与所述第七滤波腔之间设置窗口，以在所述第五滤波腔与所述第七滤波腔之间形成感性交叉耦合，在所述第二滤波腔与所述第四滤波腔之间和所述第五滤波腔与所述第七滤波腔之间分别设置飞杆，以分别在所述第二滤波腔与所述第四滤波腔之间和所述第五滤波腔与所述第七滤波腔之间容性耦合零点。通过窗口及金属耦合筋实现感性交叉耦合，通过飞杆实现容性交叉耦合。

可选地，所述第二滤波腔与所述第四滤波腔之间和所述第五滤波腔与所述第七滤波腔之间分别设置飞杆；其中，所述飞杆包括第一耦合部、第二耦合部及连接部，所述连接部的两端分别与所述第一耦合部和所述第二耦合部连接；所述第一耦合部和所述第二耦合部呈圆盘状设置。

可选地，所述滤波器还包括：固定座，设置在所述壳体上，所述固定座设有通孔，所述连接部贯穿所述通孔，以将所述飞杆与所述固定座固定。飞杆结构简单，加工简单，能够节约成本。

可选地，所述滤波器还包括低通滤波模块，与所述十一个滤波腔中的第十一滤波腔耦合。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种通信设备。所述通信设备包括天线和与所述天线连接的射频单元，所述射频单元包括上述滤波器，用于对射频信号进行滤波。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，通过这种方式，本申请实施例滤波器包括：壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；十一个滤波腔，设置在壳体上，十一个滤波腔沿主耦合路径依次耦合，并形成一个感性耦合零点和两个耦合容性零点；其中，十一个滤波腔中第一滤波腔至第九滤波腔与十一个滤波腔中的第十一滤波腔呈等边三角形设置，等边三角形的一边与第一方向平行。本申请实施例滤波器能够实现一个感性耦合零点，能够很好的控制滤波器频带的高端抑制，获得较好的频带高端抑制，且能够实现两个容性耦合零点，能够很好的控制滤波器频带的低端抑制，获得较好的频带低端抑制，因此，能够提高滤波器的阻带抑制性能；同时，十一个滤波腔中第一滤波腔至第九滤波腔与十一个滤波腔中的第十一滤波腔呈等边三角形设置，使得排腔规则，能够避免滤波器在第一方向及在第二方向的过大，有利于缩小滤波器的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。

图1是本申请滤波器一实施例的结构示意图；

图2是图1实施例滤波器的拓扑结构示意图；

图3A是图1实施例滤波器中调谐杆、谐振杆及安装柱组合结构的结构示意图；

图3B是图3A实施例中谐振杆的截面结构示意图；

图4是图1实施例滤波器中飞杆与固定座组合结构的结构示意图；

图5是图1实施例滤波器的等效电路结构示意图；

图6是图1实施例滤波器的仿真结构示意图；

图7是本申请通信设备一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请首先提出一种滤波器，如图1至图6所示，图1是本申请滤波器一实施例的结构示意图；图2是图1实施例滤波器的拓扑结构示意图；图3A是图1实施例滤波器中调谐杆、谐振杆及安装柱组合结构的结构示意图；图3B是图3A实施例中谐振杆的截面结构示意图；图4是图1实施例滤波器中飞杆与固定座组合结构的结构示意图；图5是图1实施例滤波器的等效电路结构示意图；图6是图1实施例滤波器的仿真结构示意图。本实施例滤波器10包括：壳体11和第十一个滤波腔A1-A11，其中，壳体11具有相互垂直的第一方向x和第二方向y；十一个滤波腔A1-A11设置在壳体11上，十一个滤波腔A1-A11沿主耦合路径依次耦合，十一个滤波腔A1-A11进一步形成一个感性耦合零点和两个容性耦合零点。

其中，十一个滤波腔A1-A11包括：第一滤波腔A1、第二滤波腔A2、第三滤波腔A3、第四滤波腔A4、第五滤波腔A5、第六滤波腔A6、第七滤波腔A7、第八滤波腔A8、第九滤波腔A9、第十滤波腔A10及第十一滤波腔A11。

滤波腔是一种选频和抑制信号的通信设备，滤波腔主要起频率控制的作用，凡涉及频率的发射和接收的通信设备都需要滤波腔。滤波腔的类型可以是直插式或贴片式等。

区别于现有技术，本实施例滤波器10的十一个滤波腔A1-A11能够实现一个感性耦合零点，能够很好的控制滤波器10频带的高端抑制，获得较好的频带高端抑制，且能够实现两个容性耦合零点，能够很好的控制滤波器10频带的低端抑制，获得较好的频带低端抑制，因此，能够提高滤波器10的阻带抑制性能；同时，第一滤波腔A1至第九滤波腔A9及第十一滤波腔A11呈等腰梯形设置，使得排腔规则，能够避免滤波器10在第一方向及在第二方向的过大，有利于缩小滤波器10的体积。

可选地，如图1所示，十一个滤波腔A1-A11中第五滤波腔A5至第十一滤波腔A11划分为沿第二方向y依次排布的三列；第五滤波腔A5、第六滤波腔A6及第十一滤波腔A11呈一列且沿第一方向x依次排布；第七滤波腔A7、第九滤波腔A9及第十滤波腔A10呈一列且沿第一方向x依次排布；第八滤波腔A8呈一列；第八滤波腔A8的中心在第一方向x上的投影位于第七滤波腔A7的中心和第九滤波腔A9的中心在第一方向x上的投影之间，第六滤波腔A6的中心在第一方向x上的投影位于第七滤波腔A7的中心和第九滤波腔A9的中心在第一方向x上的投影之间。

由上述分析可知，第五滤波腔A5至第十一滤波腔A11呈三列，且三列滤波腔交错设置，使得滤波器的排腔规则，便于加工及缩小其体积。

如图1、图3A及图3B所示，十一个滤波腔A1-A11内分别设置有谐振杆20和调谐杆30；其中，谐振杆20包括侧壁210及由侧壁形成的中空内腔220，调谐杆30的一端置于中空内腔220内；可以通过调节调谐杆30在中空内腔220内的深度来调节谐振腔的谐振频率。

其中，本实施例的谐振杆20、中空内腔220及调谐杆30同轴设置。

可选地，如图3B所示，侧壁210包括第一U形侧壁211、第二U形侧壁212及第三U形侧壁213，第二U形侧壁212的两端分别连接第一U形侧壁211的一端和第三U形侧壁213的一端；其中，第二U形侧壁212的开口方向与第一U形侧壁211的开口方向和第三U形侧壁213的开口方向相反；第二U形侧壁212形成中空内腔220。这种结构能够在侧壁210的两端形成翻盘结构。

U形侧壁210两端的翻盘结构能够加大谐振杆20的信号耦合量。

可选地，本实施例的十一个滤波腔A1-A11可以为金属滤波腔，谐振杆20可以为金属谐振杆。

其中，本实施例的谐振杆20材质可以易切1215MS。当然，在其它实施例中，谐振杆还可以是M8号或者M4号螺杆等，采用铜或银材质等材质。

十一个滤波腔A1-A11的尺寸相同，便于生产，节约成本。十一个滤波腔A1-A11的半径可以小于40mm，例如，39mm、38mm、37mm等。

可选地，如图1和图3A所示，壳体11上还设有安装柱40，侧壁210固定在安装柱40上。谐振杆20通过安装柱40固定在壳体11上。

进一步地，还可以在第二U形侧壁212的底部上设置安装孔(图未标)，安装柱40的一端固定在壳体11上，安装柱40的另一端安装在安装孔内，以将谐振杆20固定在安装柱40上；该安装孔可以是通孔，该安装孔可以是螺纹孔，安装柱40为螺柱。在其它实施例中，该安装孔还可以是盲孔。

进一步地，滤波器10还包括盖板(图未示)，盖设在十一个滤波腔A1-A11上，且调谐杆30的另一端穿设在盖板上，其中，调谐杆30可以是金属螺杆。

如图1所示，十一个滤波腔A1-A11沿主耦合路径依次相邻排布，沿该主耦合路径依次排布且相邻(即级联设置)的两个滤波腔之间设置有窗口，主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间通过该窗口进行电磁能量传递。

本实施例滤波器10还包括多个调节螺杆50和多个加强筋80。

为调节主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间的耦合强度，可以在该窗口设置调节螺杆50，例如在第一滤波腔A1与第二滤波腔A2之间、第二滤波腔A2与第三滤波腔A3之间、第三滤波腔A3与第四滤波腔A4之间、第四滤波腔A4与第五滤波腔A5之间、第五滤波腔A5与第六滤波腔A6之间、第六滤波腔A6与第七滤波腔A7之间、第八滤波腔A8与第九滤波腔A9之间、第九滤波腔A9与第十滤波腔A10之间、第十滤波腔A10及与第十一滤波腔A11之间均设置调节螺杆50。

为提高主耦合路径上相邻的两个滤波腔之间的耦合强度，可以在该窗口设置加强筋80，例如在第一滤波腔A1与第二滤波腔A2之间、第二滤波腔A2与第三滤波腔A3之间、第三滤波腔A3与第四滤波腔A4之间、第七滤波腔A7与第八滤波腔A8、第八滤波腔A8与第九滤波腔A9之间、第九滤波腔A9与第十滤波腔A10之间、第十滤波腔A10与第十一滤波腔A11之间均加强筋80。

如图1和图2所示，第五滤波腔A5与第七滤波腔A7之间感性交叉耦合，形成滤波器10的一个感性耦合零点，以实现滤波器10的一个高端耦合零点，提高滤波器10频带的高端抑制性能；第二滤波腔A2与第四滤波腔A4之间、第七滤波腔A7与第九滤波腔A9之间分别容性交叉耦合，形成滤波器10的两个容性耦合零点，以实现滤波器10的两个低端耦合零点，提高滤波器10频带的低端抑制性能。

耦合零点也称为传输零点。传输零点是滤波器传输函数等于零，即在传输零点对应的频点上电磁能量不能通过网络，因而起到完全隔离作用，对通带外的信号起到抑制作用，能更好的实现多个通带间的高度隔离。

如图1所示，本实施例可以通过在第五滤波腔A5与第七滤波腔A7之间开设窗口，并在该窗口设置耦合筋110(可以等效于电感)，以实现第五滤波腔A5与第七滤波腔A7之间的感性交叉耦合。

如图1所示，为调节第五滤波腔A5与第七滤波腔A7之间的耦合强度，可以在第五滤波腔A5与第七滤波腔A7之间设置调节螺杆50。

如图1和图2所示，本实施例可以在第二滤波腔A2与第四滤波腔A4之间、第七滤波腔A7与第九滤波腔A9之间分别设置飞杆60(可等效于电容)，以分别实现第二滤波腔A2与第四滤波腔A4之间的容性交叉耦合、第七滤波腔A7与第九滤波腔A9之间的容性交叉耦合。

可选地，如图1及图4所示，本实施例的飞杆60包括：第一耦合部610、第二耦合部620及连接部630，连接部630的两端分别与第一耦合部610和第二耦合部620连接，且第一耦合部610和第二耦合部620位于连接部630的同一侧。第一耦合部610、连接部630及第二耦合部620依次连接，形成U形飞杆60；第一耦合部610与第二滤波腔A2中的谐振杆20耦合设置，以第一耦合部610与谐振杆20之间形成耦合电容，第二耦合部620与第四滤波腔A4中的谐振杆20耦合设置，以第二耦合部620与谐振杆20之间形成耦合电容。

其中，本实施例的第一耦合部610和第二耦合部620均圆盘形设置。本实施例飞杆60结构简单，加工简单，能够节约成本。

如图1及图4所示，滤波器10还包括：固定座70，设置在壳体11上，固定座71设有通孔(图未标)，连接部630贯穿通孔，以将飞杆60与固定座71固定。

本实施例的飞杆60可采用金属探针实现，固定座70由PTFE或者工程塑料实现。

进一步地，如图1所示，本实施例滤波器10还包括：输入端口12和输出端口13，输入端口12与滤波器10的第一滤波腔A1连接，输出端口13与滤波器10的第十一滤波腔A11耦合。

输入端口12和输出端口13均为抽头，输入端口12与第一滤波腔A1内的谐振杆20连接，将电磁信号输入至第一滤波腔A1；输出端口13与第十一滤波腔A11内的谐振杆20连接，将第十一滤波腔A11内的电磁信号输出。

本实施例滤波器10的等效电路如图5所示，输入端口12处的阻抗Z1约为50欧姆，输出端口13处的阻抗Z1约为50欧姆；为保证电磁信号在滤波器10的滤波腔A1-A11之间传输，需要在输入端口12与第一滤波腔A1之间、主耦合路径上的相邻滤波腔之间、形成交叉耦合的非级联的滤波腔之间及第十一滤波腔A11与输出端口13之间均设置阻抗调节器ZV，以实现阻抗匹配。

本实施例滤波器10的仿真结果如图6所示，从图6中可知，本实施例滤波器10的频带约为757MHz～789MGHz，频带曲线S1所示，共有两个低端耦合零点a、b和一个高端耦合零点c；频点758MHz(m1)的抑制为-0.981dB，频点788MHz(m2)的抑制为-1.06dB，使得滤波器10具有带内损耗小(小于1.8dB)的特性；且频点733MHz(m3)的抑制为-112.107dB，频点743MHz(m4)的抑制为-91.614dB，频点791MHz(m5)的抑制为-15.13dB，使得滤波器10具有强抗干扰能力(通带外15MHz大于85dB抑制，10GHz频段抑制大于20dB)的性能。

可选地，本实施例滤波器10还包括低通滤波模块120，低通滤波模块120与第十一滤波腔A11耦合。低通滤波模块120用于对滤波器10的电磁信号进行低通滤波，以获得低频信号。

其中，低通滤波模块120包括多个串联设置的低通滤波单元(图未标)组成。

本实施例滤波器10是一种应用于5G移动通信系统的11阶微波滤波器，其工作频段为757～789MHz，具有带内损耗小(小于1.8dB),强抗干扰能力(通带外15MHz大于85dB抑制，10GHz频段抑制大于20dB)，功率容量大(常温常压承受功率大于2000W)的特点。

本申请进一步提出一种通信设备，如图7所示，图7是本申请的通信设备一实施例的结构示意图。本实施例的通信设备包括天线32和与天线32连接的射频单元31，射频单元31包括如上述实施例所示的滤波器10，滤波器10用于对射频信号进行滤波。

在其他实施例子中，射频单元31还可以和天线32一体设置，一形成有源天线单元(Active Antenna Unit，AAU)。

区别于现有技术，本申请实施例滤波器包括：壳体，具有相互垂直的第一方向和第二方向；十一个滤波腔，设置在壳体上，十一个滤波腔沿主耦合路径依次耦合，并形成一个感性耦合零点和两个耦合容性零点；其中，十一个滤波腔中第一滤波腔至第九滤波腔与十一个滤波腔中的第十一滤波腔呈等边三角形设置，等边三角形的一边与第一方向平行。本申请实施例滤波器能够实现一个感性耦合零点，能够很好的控制滤波器频带的高端抑制，获得较好的频带高端抑制，且能够实现两个容性耦合零点，能够很好的控制滤波器频带的低端抑制，获得较好的频带低端抑制，因此，能够提高滤波器的阻带抑制性能；同时，十一个滤波腔中第一滤波腔至第九滤波腔与十一个滤波腔中的第十一滤波腔呈等边三角形设置，使得排腔规则，能够避免滤波器在第一方向及在第二方向的过大，有利于缩小滤波器的体积。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。