基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010992687.7 (22)申请日 2020.09.21 (71)申请人 中国电子科技集团公司第二十六研 究所 地址 400060 重庆市南岸区南坪花园路14 号 (72)发明人 韦俊杰段志奇蒋廷利冯晓东 解小东 (74)专利代理机构 重庆乐泰知识产权代理事务 所(普通合伙) 50221 代理人 袁茹坤 (51)Int.Cl. H01P 1/208(2006.01) (54)发明名称 基于半波长谐振器两端开路结构的高频一 体式介质滤波器 (57)摘要 本发明公开了一种基。

2、于半波长谐振器两端 开路结构的高频一体式介质滤波器， 包括陶瓷介 质体， 在所述陶瓷介质体上设有至少两个谐振通 孔， 每一所述谐振通孔的孔口处均通过金属化处 理形成有电极， 每一所述电极的周围均设有一圈 隔离带； 每一所述谐振通孔与其周围填充的介质 形成一个介质谐振器， 所述介质谐振器为半波长 谐振器； 在所述陶瓷介质体上设有至少一个盲 孔， 所述盲孔的深度大于陶瓷介质体宽度的一 半。 本发明中， 基于半波长谐振器的两端开路结 构设计介质滤波器， 增大了介质滤波器的尺寸， 从而便于高频滤波器的工程加工； 并在陶瓷介质 体的前侧面或后侧面设置有盲孔， 使介质滤波器 的TE10寄生频率升高， 从而。

3、满足高频滤波器的设 计要求。 权利要求书2页 说明书5页 附图8页 CN 112086718 A 2020.12.15 CN 112086718 A 1.一种基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 包括陶瓷介质体， 其特征在于， 所述陶瓷介质体设有顶面、 底面、 前侧面、 后侧面、 左侧面和右侧面； 在所述陶 瓷介质体上设有至少两个谐振通孔， 每一所述谐振通孔均贯穿陶瓷介质体的顶面和底面； 每一所述谐振通孔位于顶面的孔口处均通过金属化处理形成有顶面电极， 每一所述顶面电 极的周围均设有一圈顶面隔离带,所述顶面隔离带之间互相连通； 每一所述谐振通孔位于 底面的孔口处均通过金属化处理。

4、形成有底面电极， 每一所述底面电极的周围均设有一圈底 面隔离带,所述底面隔离带之间互相连通； 每一所述谐振通孔与其周围填充的介质形成一 个介质谐振器， 所述介质谐振器为半波长谐振器； 在所述陶瓷介质体上设有至少一个盲孔， 所述盲孔开设在陶瓷介质体的前侧面或后侧 面， 且所述盲孔的深度大于陶瓷介质体前侧面与后侧面之间的间距的一半； 所述谐振通孔 和盲孔的孔壁均通过金属化处理形成有金属层， 每一谐振通孔孔壁的金属层均与对应的顶 面电极和底面电极连接； 在所述陶瓷介质体上通过金属化处理形成有地电极、 输入电极和 输出电极， 所述输入电极的周围设有输入电极隔离带， 所述输出电极的周围设有输出电极 隔离。

5、带。 2.根据权利要求1所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 其特征在于， 所述输入电极包括相互连接的第一输入电极、 第二输入电极和第三输入电极， 所述第一输入电极设置在顶面的左下角， 所述第二输入电极设置在前侧面的左上角， 所述 第三输入电极设置在左侧面的右上角。 3.根据权利要求2所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 其特征在于， 所述输出电极包括相互连接的第一输出电极、 第二输出电极和第三输出电极， 所述第一输出电极设置在顶面的右下角， 所述第二输出电极设置在前侧面的右上角， 所述 第三输出电极设置在右侧面的左上角。 4.根据权利要求3所述的基。

6、于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 其特征在于， 所述地电极包括第一顶面地电极、 第二顶面地电极、 前侧面地电极、 后侧面地 电极、 左侧面地电极、 右侧面地电极和两个底面地电极； 所述第一顶面地电极位于第一输入 电极和第一输出电极之间， 所述第二顶面地电极位于顶面的后端； 所述前侧面地电极位于 陶瓷介质体的前侧面， 且通过输入电极隔离带与第二输入电极隔开， 通过输出电极隔离带 与第二输出电极隔开， 所述后侧面地电极位于陶瓷介质体的后侧面； 所述左侧面地电极位 于陶瓷介质体的左侧面， 且通过输入电极隔离带与第三输入电极隔开， 所述右侧面地电极 位于陶瓷介质体的右侧面， 且通过输。

7、出电极隔离带与第三输出电极隔开； 两个所述底面地 电极分别位于陶瓷介质体底面的前端和后端。 5.根据权利要求4所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 其特征在于， 所述第一顶面地电极的两端各设有一个延伸部， 每一所述延伸部分别伸入两 个相邻的顶面电极之间。 6.根据权利要求1所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 其特征在于， 所述盲孔开设在陶瓷介质体前侧面沿垂直方向的中间位置处或陶瓷介质体后 侧面沿垂直方向的中间位置处。 7.根据权利要求6所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 其特征在于， 所述盲孔沿水平方向开设。 权利要求书 1。

8、/2 页 2 CN 112086718 A 2 8.根据权利要求6所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 其特征在于， 所述盲孔倾斜设置。 9.根据权利要求1所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 其特征在于， 所述谐振通孔的数量为五个， 所述盲孔的数量为两个， 每一所述盲孔分别穿过 两个相邻的谐振通孔之间的空隙。 10.根据权利要求19任一项所述的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介 质滤波器， 其特征在于， 所述盲孔为柱形孔， 其截面为圆形、 椭圆形、 正方形或长方形。 权利要求书 2/2 页 3 CN 112086718 A 3 基于半波长谐。

9、振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器 技术领域 0001 本发明涉及介质滤波器领域， 特别涉及基于半波长谐振器两端开路结构的高频一 体式介质滤波器及通信设备。 背景技术 0002 滤波器是微波通信系统中不可或缺的电子元件， 其性能决定了通信系统的质量。 随着5G通信技术的到来， 5G基站天线端口数从传统8端口增加到64端口、 128端口， 大幅度提 升了滤波器的需求量。 因此， 小体积、 轻量化、 高性能滤波器应运而生且势在必行。 而介质滤 波器综合了腔体滤波器和传统介质滤波器的优良性能， 故成为5G通信设备中最佳选择。 0003 一体式介质滤波器是采用电子陶瓷材料作为介质， 成型为多级谐振。

10、腔实现选频功 能， 一般采用四分之一波长谐振器一端开路、 另一端短路的结构。 陶瓷材料的高介电常数能 大幅减小滤波器尺寸， 实现小型化、 集成化的应用； 但是在频率较高(大于10GHz)时， 对应的 滤波器高度尺寸过小， 实现工程加工的难度大大增加。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题是提供了一种既适用于高频， 又便于工程加工的基于半 波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器。 0005 本发明的技术方案如下： 0006 一种基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质滤波器， 包括陶瓷介质 体， 所述陶瓷介质体设有顶面、 底面、 前侧面、 后侧面、 左侧面和右侧面； 在所述陶瓷介。

11、质体 上设有至少两个谐振通孔， 每一所述谐振通孔均贯穿陶瓷介质体的顶面和底面； 每一所述 谐振通孔位于顶面的孔口处均通过金属化处理形成有顶面电极， 每一所述顶面电极的周围 均设有一圈顶面隔离带,所述顶面隔离带之间互相连通； 每一所述谐振通孔位于底面的孔 口处均通过金属化处理形成有底面电极， 每一所述底面电极的周围均设有一圈底面隔离 带,所述底面隔离带之间互相连通； 每一所述谐振通孔与其周围填充的介质形成一个介质 谐振器， 所述介质谐振器为半波长谐振器； 0007 在所述陶瓷介质体上设有至少一个盲孔， 所述盲孔开设在陶瓷介质体的前侧面或 后侧面， 且所述盲孔的深度大于陶瓷介质体前侧面与后侧面之间。

12、的间距的一半； 所述谐振 通孔和盲孔的孔壁均通过金属化处理形成有金属层， 每一谐振通孔孔壁的金属层均与对应 的顶面电极和底面电极连接； 在所述陶瓷介质体上通过金属化处理形成有地电极、 输入电 极和输出电极， 所述输入电极的周围设有输入电极隔离带， 所述输出电极的周围设有输出 电极隔离带。 0008 进一步的， 所述输入电极包括相互连接的第一输入电极、 第二输入电极和第三输 入电极， 所述第一输入电极设置在顶面的左下角， 所述第二输入电极设置在前侧面的左上 角， 所述第三输入电极设置在左侧面的右上角。 0009 进一步的， 所述输出电极包括相互连接的第一输出电极、 第二输出电极和第三输 说明书 。

13、1/5 页 4 CN 112086718 A 4 出电极， 所述第一输出电极设置在顶面的右下角， 所述第二输出电极设置在前侧面的右上 角， 所述第三输出电极设置在右侧面的左上角。 0010 进一步的， 所述地电极包括第一顶面地电极、 第二顶面地电极、 前侧面地电极、 后 侧面地电极、 左侧面地电极、 右侧面地电极和两个底面地电极； 所述第一顶面地电极位于第 一输入电极和第一输出电极之间， 所述第二顶面地电极位于顶面的后端； 所述前侧面地电 极位于陶瓷介质体的前侧面， 且通过输入电极隔离带与第二输入电极隔开， 通过输出电极 隔离带与第二输出电极隔开， 所述后侧面地电极位于陶瓷介质体的后侧面； 所。

14、述左侧面地 电极位于陶瓷介质体的左侧面， 且通过输入电极隔离带与第三输入电极隔开， 所述右侧面 地电极位于陶瓷介质体的右侧面， 且通过输出电极隔离带与第三输出电极隔开； 两个所述 底面地电极分别位于陶瓷介质体底面的前端和后端。 0011 进一步的， 所述第一顶面地电极的两端各设有一个延伸部， 每一所述延伸部分别 伸入两个相邻的顶面电极之间。 0012 进一步的， 所述盲孔开设在陶瓷介质体前侧面沿垂直方向的中间位置处或陶瓷介 质体后侧面沿垂直方向的中间位置处。 0013 进一步的， 所述盲孔沿水平方向开设。 0014 进一步的， 所述盲孔倾斜设置。 0015 进一步的， 所述谐振通孔的数量为五个。

15、， 所述盲孔的数量为两个， 每一所述盲孔分 别穿过两个相邻的谐振通孔之间的空隙。 0016 进一步的， 所述盲孔为柱形孔， 其截面为圆形、 椭圆形、 正方形或长方形。 0017 有益效果： 本发明中， 基于半波长谐振器两端开路结构设计高频一体式介质滤波 器， 增大了介质滤波器的尺寸， 从而便于高频介质滤波器的工程加工； 并在陶瓷介质体上沿 宽度方向设置有盲孔， 使介质滤波器的TE10寄生频率升高， 从而满足更高频率介质滤波器 的设计要求。 附图说明 0018 图1为本发明实施例一提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介质 滤波器的立体图； 0019 图2为图1的俯视图； 0020 图3。

16、为图1的仰视图； 0021 图4为图1的前视图； 0022 图5为图4的A-A向视图； 0023 图6为图1的后视图； 0024 图7为图1的左视图； 0025 图8为图1的右视图； 0026 图9为本发明实施例一未开设盲孔时的TE10模电场分布图； 0027 图10为本发明实施例一未开设盲孔时的磁场分布图； 0028 图11为本发明实施例一的TE10模电场分布图； 0029 图12为本发明实施例一的磁场分布图； 0030 图13为本发明实施例一的仿真曲线图； 说明书 2/5 页 5 CN 112086718 A 5 0031 图14为本发明实施例二提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体。

17、式介 质滤波器的前视图； 0032 图15为本发明实施例二提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高频一体式介 质滤波器的后视图。 0033 图中： 1.陶瓷介质体， 2.谐振通孔， 3.盲孔， 4.顶面电极， 5.顶面电极隔离带， 6.底 面电极， 7.底面电极隔离带， 8.输入电极隔离带， 9.输出电极隔离带， 11.第一顶面地电极， 12.第二顶面地电极， 13.前侧面地电极， 14.后侧面地电极， 15.左侧面地电极， 16.右侧面地 电极， 17.底面地电极， 18.延伸部， 21.第一输入电极， 22.第二输入电极， 23.第三输入电极， 31.第一输出电极， 32.第二输出电极， 3。

18、3.第三输出电极。 具体实施方式 0034 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案， 并使本发明实 施例的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图对本发明实施例中技术方 案作进一步详细的说明。 0035 在本发明的描述中， 除非另有规定和限定， 需要说明的是， 术语 “连接” 应做广义理 解， 例如， 可以是机械连接或电连接， 也可以是两个元件内部的连通， 可以是直接相连， 也可 以通过中间媒介间接相连， 对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述 术语的具体含义。 0036 实施例一 0037 如图1至图8所示， 本发明实施例一提供的基于半波长谐。

19、振器两端开路结构的高频 一体式介质滤波器包括陶瓷介质体1， 所述陶瓷介质体1设有顶面、 底面、 前侧面、 后侧面、 左 侧面和右侧面； 在所述陶瓷介质体1上设有至少两个谐振通孔2， 本实施例中优选为设有五 个谐振通孔2， 且五个谐振通孔2沿长度L的方向排列； 每一所述谐振通孔2均贯穿陶瓷介质 体1的顶面和底面； 每一所述谐振通孔2位于顶面的孔口处均通过金属化处理形成有顶面电 极4， 每一所述顶面电极4的周围均设有一圈顶面隔离带5,所述顶面隔离带5之间互相连通； 每一所述谐振通孔2位于底面的孔口处均通过金属化处理形成有底面电极6， 每一所述底面 电极6的周围均设有一圈底面隔离带7,所述底面隔离带。

20、7之间互相连通； 每一所述谐振通孔 2与其周围填充的介质形成一个介质谐振器， 所述介质谐振器为半波长谐振器。 0038 在所述陶瓷介质体1的前侧面上设有至少一个盲孔3， 所述盲孔3的深度大于陶瓷 介质体1宽度W的一半； 例如， 盲孔3的深度可以是陶瓷介质体1宽度W的55、 60、 70、 80或90。 本实施例中优选为在陶瓷介质体1的前侧面开设两个盲孔3， 所述盲孔3开设在 陶瓷介质体1前侧面沿垂直方向(即高度h的方向)的中间位置处， 所述盲孔3可以沿水平方 向开设， 也可倾斜设置； 所述盲孔3为柱形孔， 其截面为圆形、 椭圆形、 正方形或长方形， 本实 施例中盲孔3优选为圆柱形孔； 两个所述。

21、盲孔3分别穿过中间位置的谐振通孔2与两侧相邻 的谐振通孔2之间的空隙。 0039 所述谐振通孔2和盲孔3的孔壁均通过金属化处理形成有金属层， 每一谐振通孔2 孔壁上的金属层均与对应的顶面电极4和底面电极6连接； 在所述陶瓷介质体1上通过金属 化处理形成有地电极、 输入电极和输出电极， 所述输入电极的周围设有输入电极隔离带8， 所述输出电极的周围设有输出电极隔离带9。 所述输入电极包括相互连接的第一输入电极 说明书 3/5 页 6 CN 112086718 A 6 21、 第二输入电极22和第三输入电极23， 所述第一输入电极21设置在顶面的左下角， 所述第 二输入电极22设置在前侧面的左上角，。

22、 所述第三输入电极23设置在左侧面的右上角。 所述 输出电极包括相互连接的第一输出电极31、 第二输出电极32和第三输出电极33， 所述第一 输出电极31设置在顶面的右下角， 所述第二输出电极32设置在前侧面的右上角， 所述第三 输出电极33设置在右侧面的左上角。 所述地电极包括第一顶面地电极11、 第二顶面地电极 12、 前侧面地电极13、 后侧面地电极14、 左侧面地电极15、 右侧面地电极16和两个底面地电 极17； 所述第一顶面地电极11位于第一输入电极21和第一输出电极31之间， 所述第一顶面 地电极11的两端各设有一个延伸部18， 每一所述延伸部18分别伸入对应位置的两个相邻顶 面。

23、电极4之间； 所述第二顶面地电极12位于顶面的后端； 所述前侧面地电极13位于陶瓷介质 体1的前侧面， 且通过输入电极隔离带8与第二输入电极22隔开， 通过输出电极隔离带9与第 二输出电极32隔开， 所述后侧面地电极14位于陶瓷介质体1的后侧面； 所述左侧面地电极15 位于陶瓷介质体1的左侧面， 且通过输入电极隔离带8与第三输入电极23隔开， 所述右侧面 地电极16位于陶瓷介质体1的右侧面， 且通过输出电极隔离带9与第三输出电极33隔开； 两 个所述底面地电极17分别位于陶瓷介质体1底面的前端和后端。 0040 本实施例采用二分之一波长谐振器两端开路的结构， 可将谐振器的长度(等于谐 振通孔2。

24、的深度， 即陶瓷介质体1的高度h)在同样的频率下扩展至原来的2倍， 例如： 根据波 长与频率的关系式可以算出， 15GHz电磁波在空气中传播时的波长为20mm， 四分之一波长为 5mm； 采用介质填充时， 四分之一波长谐振器长度仅为大约1.5mm， 如此小的尺寸在产品加工 制作调试时都难以操作。 在采用本实施例的结构后， 15GHz电磁波对应的谐振器长度(即陶 瓷介质体1的高度h)约为3mm， 从而可满足加工制造调试等常规工艺的要求。 0041 由于一体式介质滤波器其通带谐振器模式为TEM模， 整块陶瓷介质体1的最近谐波 为TE10模式， 是由陶瓷介质体1的高度h和长度L决定的谐波频率。 但是。

25、， 采用二分之一波长 谐振器后， 陶瓷介质体1的高度h增加较多， 导致TE10模频率较低， 从而会导致介质滤波器无 法满足高频要求； 如图9和图10所示， 分别为本发明实施例一未开设盲孔3时的TE10模电场 分布图和磁场分布图(谐振频率为13.92GHz)。 本实施例在陶瓷介质体1中间增加了2个与谐 振通孔2垂直的盲孔3， 并将其孔壁金属化， 相当于在长度L方向上将陶瓷介质体1截断， 从而 能够将介质滤波器的TE10寄生频率升高， 使介质滤波器满足更高频率的设计要求； 如图11 和图12所示， 分别为本发明实施例一沿水平方向开设两个盲孔3， 盲孔3的深度为陶瓷介质 体1的宽度W的80时的TE1。

26、0模电场分布图和磁场分布图(谐振频率为21.16GHz)； 由图12可 看出， 开设两个盲孔3后， 在陶瓷介质体1上形成了三个较高的频率， 可见， 本实施例开设盲 孔3后能够满足更高频率的设计要求。 如图13所示， 为本发明实施例一沿水平方向开设两个 盲孔3， 盲孔3的深度为陶瓷介质体1的宽度W的80时的仿真曲线图(中心频率为15.3GHz， 带宽为700MHz)。 从图13可知， 本实施例满足高频率介质滤波器的设计要求。 0042 实施例二 0043 如图14和图15所示， 本发明实施例二提供的基于半波长谐振器两端开路结构的高 频一体式介质滤波器与实施例一的区别在于： 本实施例中， 所述盲孔。

27、3开设在陶瓷介质体1 后侧面沿高度h方向的中间位置处， 其他结构与实施例一相同。 0044 本实施例的工作原理与实施例一相同， 其TE10模电场分布图、 磁场分布图和仿真 曲线图与实施例一相似。 说明书 4/5 页 7 CN 112086718 A 7 0045 本发明未描述部分与现有技术一致， 在此不做赘述。 0046 以上仅为本发明的实施方式， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发明 说明书及附图内容所作的等效结构， 直接或间接运用在其他相关的技术领域， 均同理在本 发明的专利保护范围之内。 说明书 5/5 页 8 CN 112086718 A 8 图1 图2 说明书附图 1/8 页 9 CN 112086718 A 9 图3 图4 说明书附图 2/8 页 10 CN 112086718 A 10 图5 图6 图7 说明书附图 3/8 页 11 CN 112086718 A 11 图8 图9 说明书附图 4/8 页 12 CN 112086718 A 12 图10 说明书附图 5/8 页 13 CN 112086718 A 13 图11 说明书附图 6/8 页 14 CN 112086718 A 14 图12 图13 说明书附图 7/8 页 15 CN 112086718 A 15 图14 图15 说明书附图 8/8 页 16 CN 112086718 A 16 。