一种介质波导滤波器和通信设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种介质波导滤波器和通信设备。

背景技术

介质波导滤波器广泛应用用5G通讯系统。典型的耦合端口形式如图1所示：介质单腔100的底部具有馈电环110和耦合盲孔120，顶部具有频率盲孔130。除馈电环110外，介质腔体的外表面均为金属化区域，馈电环110将底部分为内导体区域和外导体区域，能量通过馈电环110馈入介质单腔内部。耦合盲孔120和频率盲孔130分别用于调整频率和耦合。为了便于与PCB(印制电路板)板焊接，通常需要在耦合盲孔120内增加pin(钉)针以用于辅助焊接。

图1所示的方案存在如下问题：

1.陶瓷滤波器采用压制成型，由于耦合盲孔与频率盲孔相对，会出现两孔之间肉厚较小，生产难度加大，一致性控制不好。

2.耦合盲孔与频率盲孔之间区域肉厚较小，电场集中。调试时采取打磨银层，虽升高频率，但带来端口耦合减弱明显，加大调试难度。

3.由于耦合孔深与耦合强度相关，当所需耦合量较大时(>400MHz)，会出现两孔之间肉厚过薄无法生产的情况。

4.采用pin针辅助焊接，由于金属与陶瓷热膨胀系数不同，在长期使用过程中会出现pin针将陶瓷拉裂，造成滤波器失效。若不用pin针，则内导体与pcb板焊接区域较小，有焊接风险。

发明内容

本申请实施例提供一种介质波导滤波器和包括该介质波导滤波器的通信设备，其耦合结构通过内陷于介质本体的耦合槽来实现，既能够实现较强的耦合强度，又可以形成用于与电路板焊接的平面，可省略电路板的pin针结构。

本申请实施例提供一种介质波导滤波器，包括：

介质本体，所述介质本体包括相对设置的第一表面和第二表面；

金属镀层，所述金属镀层覆盖所述介质本体的外表面；

耦合结构，所述耦合结构设置于所述第二表面，所述耦合结构包括：

耦合槽，所述耦合槽自所述第二表面朝向所述介质本体内延伸，以在所述介质本体内形成平行于所述第二表面的耦合表面，所述耦合表面不覆盖金属层；

内导体，所述内导体形成于所述耦合槽的中心，所述耦合槽围绕所述内导体，以将所述介质本体分隔为所述内导体和位于所述耦合槽外部的外导体，所述内导体具有与所述第二表面平齐的金属表面；

其中，所述耦合表面与所述第二表面之间的距离关联于所述耦合结构的耦合度。

在一个实施例中，所述耦合槽包括：

外侧壁，所述外侧壁垂直于所述第二表面地延伸于所述介质本体内，所述外侧壁表面覆盖所述金属镀层；

内侧壁，所述内侧壁垂直于所述第二表面地延伸于所述介质本体内，且与所述外侧壁对应间隔，所述内侧壁形成为所述内导体的周壁，且所述内侧壁表面覆盖所述金属镀层；

所述耦合表面连接于所述外侧壁和内侧壁的顶端，所述外侧壁的直径尺寸大于所述内侧壁的直径尺寸。

在一个实施例中，所述耦合槽包括：

第一切角，所述第一切角下倾地连接于所述外侧壁的顶端与所述耦合表面的外缘之间，或者下倾地连接于所述第二表面与所述耦合表面的外缘之间；和/或

第二切角，所述第二切角下倾地连接于所述内侧壁的顶端与所述耦合表面的内缘之间，或者下倾地连接于所述第二表面与所述耦合表面的内缘之间。

在一个实施例中，所述第一切角表面覆盖或者不覆盖所述金属镀层；和/或

所述第二切角表面覆盖或者不覆盖所述金属镀层。

在一个实施例中，所述外侧壁沿着平行于所述第二表面的方形的截面形状为圆形、三角形、矩形中的一种；

所述内侧壁与所述外侧壁之间的间距恒定。

在一个实施例中，所述内导体进一步包括：

自所述第二表面朝向所述介质本体内凹进的耦合盲孔，所述耦合盲孔的深度关联于所述耦合结构的耦合度。

在一个实施例中，所述耦合盲孔的深度大于等于所述耦合表面与所述第二表面之间的距离。

在一个实施例中，包括：

频率盲孔，所述频率盲孔自所述第一表面朝向所述介质本体内部凹进，所述调节盲孔与所述耦合表面之间具有第一间距。

在一个实施例中，所述耦合表面与所述频率盲孔相互错开。

本发明的另一实施例还提供了一种通信设备，包括：

如上所述的介质波导滤波器；和

印制电路板，所述印制电路板与所述第二表面和所述金属表面电连接。

在本实施例中，耦合槽形成内陷于介质本体的耦合表面，且耦合表面不覆盖金属层，由此，耦合槽通过不导电的耦合表面将内导体与耦合槽外部的介质本体分隔，以使耦合槽外部的介质本体形成为与内导体形成耦合的外导体。其中，耦合槽等效为一段低阻抗传输线，通过调整槽深，即调整耦合表面与第二表面之间的距离，即可以等效为调整低阻抗传输线长度以及馈电表面的位置，进而改变端口的耦合强度。

本实施例的耦合槽已经可以满足端口耦合，因此不需要现有的耦合盲孔，这样馈电槽内的内导体可具有与第二表面平齐的金属表面，该金属表面可以直接焊接PCB板，因此不需要在PCB板上设置额外的pin针。

进一步地，通过调整馈电槽的深度可以调整端口耦合强度。与现有的耦合结构相比，在实现相同耦合强度下，耦合槽的深度明显小于耦合盲孔的深度。因此，本实施例的这种实现为馈电槽的耦合结构，能够大幅减小耦合结构伸入至介质本体的深度，由此使得频率与耦合敏感度降低，因此本实施例的介质波导滤波器更适于生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的介质波导滤波器的结构示意图。

图2a和图2b为本发明的介质波导滤波器的第一实施例的立体图和剖视图。

图3a为示出比较示例在相同时延下的群时延特性和尺寸参数的比较图。

图3b为示出比较示例在相同调试面积下的群时延特性和尺寸参数的比较图。

图3c为示出比较示例在相同时延下的群时延特性和尺寸参数的比较图。

图4a和图4b为现有的介质波导滤波器与本发明的介质波导滤波器的电场强度分布图。

图5a和图5b为本发明的介质波导滤波器的第二实施例的立体图和剖视图。

图6为示出比较示例在相同时延下的群时延特性和尺寸参数的比较图。

图7为本发明的通信设备的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参考附图详细地描述本申请的示例实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例性实施例的限制。

本申请实施例提供一种介质波导滤波器和包括该介质波导滤波器的通信设备，其耦合结构通过内陷于介质本体的耦合槽来实现，既能够实现较强的耦合强度，又可以形成用于与电路板焊接的平面，可省略电路板的pin针结构。

图2a和图2b为本发明的介质波导滤波器的第一实施例的立体图和剖视图。

如图2a和图2b所示，本发明的一个实施例提供了一种介质波导滤波器1，包括：

介质本体10，介质本体10包括相对设置的第一表面10a和第二表面10b；

金属镀层20，金属镀层20覆盖介质本体10的外表面；

耦合结构30，耦合结构30设置于第二表面10b，耦合结构30包括：

耦合槽31，耦合槽31形成为环形，其自第二表面10b朝向介质本体10内延伸，以在介质本体10内形成平行于第二表面10b的耦合表面311，耦合表面311不覆盖金属层；

内导体32，内导体32形成于耦合槽31的内环中，耦合槽31围绕内导体32，以将介质本体10分隔为内导体32和位于耦合槽31外部的外导体，内导体32具有与第二表面10b平齐的金属表面32a；

其中，耦合表面311与第二表面10b之间的距离关联于耦合结构30的耦合度。

在本实施例中，耦合槽31形成内陷于介质本体的耦合表面，且耦合表面不覆盖金属层，由此，耦合槽31通过不导电的耦合表面311将内导体32与耦合槽31外部的介质本体分隔，以使耦合槽31外部的介质本体形成为与内导体32形成耦合的外导体。其中，耦合槽31等效为一段低阻抗传输线，通过调整槽深，即调整耦合表面311与第二表面10b之间的距离，即可以等效为调整低阻抗传输线长度以及馈电表面的位置，进而改变端口的耦合强度。

本实施例的耦合槽31已经可以满足端口耦合，因此不需要如图1所示的耦合盲孔120，这样馈电槽31内的内导体32可具有与第二表面10b平齐的金属表面32a，该金属表面32a可以直接焊接PCB板，因此不需要在PCB板上设置额外的pin针。

进一步地，通过调整馈电槽31的深度可以调整端口耦合强度，对比图4a和图3b可见，图中电场强度较大的部分集中于耦合端面的位置。在图4a中为耦合盲孔的顶端位置，在图4b中为耦合表面311的位置。与图1所示的耦合结构相比，在实现相同耦合强度下，耦合槽31的深度明显小于耦合盲孔的深度。因此，本实施例的这种实现为馈电槽31的耦合结构，能够大幅减小耦合结构伸入至介质本体的深度，由此使得频率与耦合敏感度降低，因此本实施例的介质波导滤波器更适于生产。

具体地，如图2a和图2b所示，耦合槽31包括：

外侧壁312，外侧壁312垂直于第二表面10b地延伸于介质本体10内，外侧壁312表面覆盖金属镀层20；

内侧壁313，内侧壁313垂直于第二表面10b地延伸于介质本体10内，且与外侧壁312对应间隔，内侧壁313形成为内导体32的周壁，且内侧壁313表面覆盖金属镀层20；

耦合表面311连接于外侧壁312和内侧壁313的顶端，外侧壁312的直径尺寸大于内侧壁313的直径尺寸。

具体地，外侧壁312沿着平行于第二表面10b的方向的截面形状为圆形、三角形、矩形中的一种，且内侧壁313与外侧壁312之间的间距恒定。

图2a和图2b中所示的耦合槽31实现为圆环形的形式，则内导体32实现为圆柱的形式，其侧壁由耦合槽31的内侧壁313围合而成，其底面覆盖金属，且与第二表面10b平齐，顶部与介质本体一体连接，且通过耦合槽31与外部的覆盖金属镀层20的介质本体相隔离，从而形成内、外导体的耦合形式。

在一个优选实施例中，图2a和图2b所示的介质波导滤波器还包括：频率盲孔40，频率盲孔40自第一表面10a朝向介质本体10内部凹进，频率盲孔40与耦合表面311之间具有第一间距。

在一个优选实施例中，耦合表面311与频率盲孔40相互错开。即耦合槽31的直径、特别是内径大于频率盲孔40的直径。

参考图3a，采用单腔群时延来表征耦合强度。在一个具体示例中，图1所示的示例的介质本体的尺寸为10*10*5mm，频率盲孔130的尺寸为D3*H2.1mm，耦合盲孔120的尺寸为D1.2*H2.1mm。频率盲孔和耦合盲孔之间的间距为0.8mm。图2a所示的示例的介质本体的尺寸为10*10*5mm，频率盲孔40的尺寸为D3*H2.24mm，耦合槽31的尺寸为H1.38mm。频率盲孔和耦合槽之间的间距为1.38mm。

由此可见，在实现相同的耦合强度的情况下，耦合槽和频率盲孔的间距比现有的耦合结构增大72.5％。且耦合槽与频率盲孔相互错开，敏感性降低，易于生产。

参考图3b，对比相同的调试面积。在一个具体示例中，图1所示的示例的介质本体的尺寸为10*10*5mm，频率盲孔130的尺寸为D3*H2.1mm，耦合盲孔120的尺寸为D1.2*H2.1mm。频率盲孔和耦合盲孔之间的间距为0.8mm。以非金属化面积直径为D1.5mm为例，其调试结果为频率提高46MHz，群时延降低0.09ns。

图2a所示的示例的介质本体的尺寸为10*10*5mm，频率盲孔40的尺寸为D3*H2.24mm，耦合槽31的尺寸为H1.38mm。频率盲孔和耦合槽之间的间距为1.38mm。以非金属化面积直径为D1.5mm为例，其调试结果为频率提高26MHz，群时延降低0.05ns。

由此可见，在相同的调试面积下，本实施例的耦合结构使得频率变化降低43％，耦合变化降低44％，因此，本实施例的调试对于耦合和频率的影响减弱。

参考图3c，对比相同的群时延特性下的带宽情况。在一个具体示例中，以时延1ns为目标，图1所示的示例的介质本体的尺寸为10*10*5mm，频率盲孔130的尺寸为D3*H1.8mm，耦合盲孔120的尺寸为D1.2*H2.73mm。频率盲孔和耦合盲孔之间的间距为0.47mm。该间距过小，导致无法实现生产。

图2a所示的示例的介质本体的尺寸为9.5*9.5*5mm，频率盲孔40的尺寸为D3*H2.21mm，耦合槽31的尺寸为H1.9mm。频率盲孔和耦合槽之间的间距为0.89mm。

由此可见，在实现相同的耦合强度的情况下，耦合槽和频率盲孔的间距比现有的耦合结构增大89％。且，对于现有的耦合结构而言，两个盲孔之间间隔0.47mm可实现1ns时延，但过薄无法生产。

进一步地，现有的端口耦合结构，如图4a所示，其电场集中在频率盲孔和耦合盲孔之间。当频率盲孔底部通过破坏金属层而升高频率时，相应的耦合会出现较大降低，造成调试困难。而本实施例的耦合结构，如图4b所示，由于频率盲孔与耦合槽相互错开，电场分布改变，因此频率调试时对耦合的影响较弱，便于生产调试。

可选地，如图2b所示，耦合槽31包括：

第一切角314，第一切角314下倾地连接于外侧壁312的顶端与耦合表面311的外缘之间，或者下倾地连接于第二表面10b与耦合表面311的外缘之间；和/或

第二切角315，第二切角315下倾地连接于内侧壁313的顶端与耦合表面311的内缘之间，或者下倾地连接于第二表面10b与耦合表面311的内缘之间。

可选地，第一切角314表面覆盖或者不覆盖金属镀层20；和/或

第二切角315表面覆盖或者不覆盖金属镀层20。

为了便于生产加工，耦合槽31可具有第一切角314和第二切角315，其也可以倒圆角代替，且第一切角314和第二切角315的倾斜角度可设置为相同或不同。

以第一切角314为例进行说明，耦合槽31的深度可小于第一切角314的长度，则耦合槽31仅具有耦合表面311和切角面，且均为非金属化面。可选地，耦合槽31的深度可大于第一切角314的长度，则耦合槽31具有耦合表面311，切角面及内侧壁和/或外侧壁。其中耦合表面311和切角面均为非金属化面，内侧壁和/或外侧壁仍为金属化面。

图5a和图5b为本发明的介质波导滤波器的第二实施例的立体图和剖视图。如图5a和图5b所示，本发明的另一实施例还提供了一种介质波导滤波器，内导体32进一步包括：

自第二表面10b朝向介质本体10内凹进的耦合盲孔33，耦合盲孔33的深度关联于耦合结构30的耦合度。

在一个优选实施例中，耦合盲孔33的深度大于等于耦合表面311与第二表面10b之间的距离。

本实施例除了耦合槽31构成的第一耦合结构以外，还提供了由耦合盲孔33形成的第二耦合结构，两个耦合结构相互叠加，共同实现端口耦合。由于耦合槽31加强了耦合，可以使耦合盲孔33的深度减小，从而简化加工难度。由于两个耦合结构协同工作，因此可以均以较小的尺寸实现，也能够有效地缩小耦合结构的尺寸，进一步地增加与频率盲孔之间的间距。

参考图6，采用单腔群时延来表征耦合强度，可通过调节耦合槽和频率盲孔的深度来实现相同的群时延。在一个具体示例中，图1所示的示例的介质本体的尺寸为10*10*5mm，频率盲孔130的尺寸为D3*H2.1mm，耦合盲孔120的尺寸为D1.2*H2.1mm。频率盲孔和耦合盲孔之间的间距为0.8mm。图2a所示的示例的介质本体的尺寸为10*10*5mm，频率盲孔40的尺寸为D3*H2.24mm，耦合槽31的尺寸为H1.38mm。频率盲孔和耦合槽之间的间距为1.38mm。

图7为本发明的通信设备的结构示意图。如图7所示，本发明的一个实施例提供了一种通信设备，包括：

如图2a或图5a所示的介质波导滤波器1；和

印制电路板2，印制电路板2与第二表面10b和金属表面32a电连接。

由以上技术方案可知，在本实施例中，耦合槽形成内陷于介质本体的耦合表面，且耦合表面不覆盖金属层，由此，耦合槽通过不导电的耦合表面将内导体与耦合槽外部的介质本体分隔，以使耦合槽外部的介质本体形成为与内导体形成耦合的外导体。其中，耦合槽等效为一段低阻抗传输线，通过调整槽深，即调整耦合表面与第二表面之间的距离，即可以等效为调整低阻抗传输线长度以及馈电表面的位置，进而改变端口的耦合强度。

本实施例的耦合槽已经可以满足端口耦合，因此不需要现有的耦合盲孔，这样馈电槽内的内导体可具有与第二表面平齐的金属表面，该金属表面可以直接焊接PCB板，因此不需要在PCB板上设置额外的pin针。

进一步地，通过调整馈电槽的深度可以调整端口耦合强度。与现有的耦合结构相比，在实现相同耦合强度下，耦合槽的深度明显小于耦合盲孔的深度。因此，本实施例的这种实现为馈电槽的耦合结构，能够大幅减小耦合结构伸入至介质本体的深度，由此使得频率与耦合敏感度降低，因此本实施例的介质波导滤波器更适于生产。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本发明保护的范围之内。