CN109075422B - 介质谐振器及应用其的介质滤波器、收发信机及基站 - Google Patents

Abstract

本申请涉及通信设备组件，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。本申请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，以期满足当前介质滤波器以及无线基站的扁平小型化需求。介质谐振器包括金属腔体和置于金属腔体内的由固态介电材料制成的介质块，其特征在于：所述介质块的尺寸满足c<b<a，其中a，b，c分别为所述介质块在三维坐标系中三个维度上的尺寸；和所述介质块上设有孔；和所述介质块表面无金属化且与金属腔体无接触。介质滤波器，包含上述介质谐振器。收发信机，包含上述介质滤波器。基站，包含上述收发信机。

Description

介质谐振器及应用其的介质滤波器、收发信机及基站

技术领域

本申请涉及通信设备组件，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

随着无线通讯技术的发展及减少环境污染的绿色基站概念的提出，射频模块的小型化需求与日俱增，滤波器作为射频模块的重要组成部分，在高性能、小型化领域的作用举足轻重，在满足设备指标的情况下，体积小型化，是对无线基站滤波器的典型需求。滤波器的种类和形式非常多，其中介质多模滤波器因其小型化、高性能的特点，受到越来越多的关注。

介质滤波器传统的形式有介质单模，介质双模，介质三模。其中传统单模介质滤波器，通常需要采用多个级联的方式满足设备的性能(插入损耗、带外抑制、回波损耗等)要求，占用体积较大；多模介质滤波器由多模介质谐振器构成，利用介质谐振器的多模特性，实现一个介质谐振器产生两个或两个以上的谐振模式，从而一个多模谐振腔可以代替传统的两个或两个以上的单模谐振腔，相较于传统的单模介质滤波器可以实现减小滤波器体积，降低成本等目的。但传统的多模介质谐振器在厚度上难以压缩，这大大限制了介质滤波器在扁平小型化场景下的应用。例如，图1示出了现有的多模介质谐振器，其通过立方体结构的介质块(图中ε_R为介质块的介电常数)在三维坐标系的三个正交方向上形成多个谐振模式，压缩一个方向的尺寸，必然会引起其中一个模式频率与其他模式频率的偏离，无法谐振在相同的通带内，给实现多模介质滤波器造成困难。

故此，需要一种多模谐振器，可以在扁平小型化的场景下得以应用，以满足无线基站扁平小型化的需求。

发明内容

本申请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，以期满足当前介质滤波器以及无线基站的扁平小型化需求。

第一方面，本申请实施例提供一种介质谐振器，包括金属腔体和置于金属腔体内的由固态介电材料制成的介质块，其特征在于：所述介质块的尺寸满足c＜b＜a，其中a，b，c分别为所述介质块在三维坐标系中三个维度上的尺寸；且所述介质块上设有孔；且所述介质块表面无金属化且与金属腔体无接触。介质块的尺寸满足c＜b＜a，例如介质块的高分别小于其长和宽且其宽小于长，实现了介质谐振器的扁平化；通过在介质块上打孔构建多个工作谐振模式，工作谐振模式电场以小孔为中心进行旋转，所有工作谐振模式的电场在三维坐标系的XY平面内形成一个或多个闭合回路，实现了扁平化的多模介质谐振器，在同一个介质块上生成多个频率相近的工作谐振模式，从而利用这些谐振频率形成滤波器通带，相对于传统单模介质谐振器，减少了谐振器的数量及占用的体积，相对于传统多模介质谐振器压缩了谐振器的厚度。介质表面无金属化且与金属腔体无接触，使谐振模式保持良好的品质因素(Q值)，有利于实现高性能滤波器。另外，由于所述介质谐振器的不同模式的磁场在同一个方向上，也为其单面调试提供了更大的便利性。需要说明的是，本申请中所述的三维坐标系中的X、Y、Z轴的方向以及所对应的XY平面，可以根据具体的设备或者系统需求进行变化，本申请对此不做限定，例如当X、Y轴均平行于水平面时，所述XY平面平行于水平面，当X轴平行于水平面，Y轴垂直于水平面时，所述XY平面为同时平行于X轴和Y轴的垂直于水平面的平面。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述孔的个数大于等于一个。通过在介质块上打一个或者多个孔，以及调整孔之间的距离、孔的大小以及孔的形状等，可以构建频率相近的电场分布在同一个平面上(例如，XY平面)的多个工作谐振模式，从而利用这些谐振频率形成滤波器通带。

结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述孔为通孔或盲孔。

结合第一方面或第一方面第一种或第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述介质块上还设有倒角和/或开槽。在介质块局部位置进行倒角和/或开槽，可以在狭小的空间下灵活的控制各个工作谐振模式之间的耦合带宽，其中所述耦合带宽表征谐振模式之间耦合的强弱。

第二方面，本申请实施例提供一种介质谐振器，包括金属腔体和置于金属腔体内的由固态介电材料制成的介质块，其特征在于：所述介质谐振器的所有工作谐振模式的电场在三维坐标系的XY平面内形成一个或多个闭合回路，所有工作谐振模式的磁场垂直于所述XY平面，从而形成扁平化的介质谐振器。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述介质谐振器的在所述XY平面上形成两个或者两个以上电场闭合回路所对应的工作谐振模式的谐振频率与在所述平面上形成一个电场闭合回路所对应的工作谐振模式的谐振频率处于相同通带范围内。

结合第二方面或第二方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述介质谐振器可以在介质块上设置孔，以便构造谐振频率处于相同通带范围内的多个工作谐振模式。

结合第二方面或第二方面第一种或第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述孔的个数大于等于一个。

结合第二方面或第二方面第一种至第三种任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述孔为通孔或盲孔。

结合第二方面或第二方面第一种至第四种任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述介质块上可以设置倒角和/或开槽，以便调节所述介质谐振器的各个工作谐振模式之间的耦合带宽。

第三方面，本申请实施例提供一种介质滤波器，包含上述两个方面或上述两个方面任一种可能的实现方式中所述的介质谐振器。所述介质滤波器可以包含一个所述介质谐振器，相对于采用单模介质谐振器级联构成的滤波器具有小型化收益，相对于由传统多模介质谐振器构成的滤波器具有扁平化收益，更适用于滤波器或者基站扁平化场景；所述介质滤波器也可以包含两个或两个以上的所述介质谐振器，相对于传统多模谐振器构成的滤波器具有扁平化收益，更适用于滤波器或者基站扁平化的场景。

第四方面，本申请实施例提供一种收发信机，包含第三方面所述的介质滤波器。

第四方面，本申请实施例提供一种基站，包含第四方面所述的收发信机。

需要说明的是，本申请实施例所提供的介质谐振器和介质滤波器还可以应用在其他需要使用介质谐振器和/或介质滤波器的装置或者场景中。

相较于现有技术，本申请实施例提供的介质谐振器，可以压缩一个维度上的尺寸，同时保持多模特性，实现了扁平化的多模介质谐振器，使得应用其的介质滤波器、收发信机及基站均可以实现扁平化和小型化，以满足无线基站扁平小型化的需求。

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为本申请所涉及的现有技术中多模介质谐振器的立体示意图；

图2为本申请实施例提供的一种介质谐振器的立体透视图；

图2a(1)～(2)为本申请实施例提供的一种介质谐振器的两个工作谐振模式的电场线示意图；

图2b(1)～(2)为本申请实施例提供的一种介质谐振器的两个工作谐振模式的磁场线示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种介质谐振器的立体图；

图4(1)为本申请实施例提供的一种包括开槽的介质谐振器的立体图；

图4(2)为本申请实施例提供的一种包括倒角的介质谐振器的立体图；

图5(1)～(4)为本申请实施例提供的又四种可能的介质谐振器的立体图；

图6(1)～(2)为本申请实施例提供的再两种可能的介质谐振器的立体图；

图7为本申请实施例提供的一种可能的介质滤波器的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种可能的基站结构示意图。

具体实施例

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。

需要说明的是，本申请实施例中借助三维坐标系来描述本申请相关的介质谐振器和介质滤波器的结构以及电磁场分布等特征，为了描述和理解的便利，本申请实施例中均以X、Y轴平行于水平面，Z轴垂直于水平面的三维坐标系为例进行说明。可以理解的是，实际应用中的三维坐标系中的X、Y、Z轴的方向以及所对应的XY平面，可以根据具体的设备或者系统需求进行变化，本申请对此不做限定，例如当X、Y轴均平行于水平面时，所述XY平面平行于水平面，当X轴平行于水平面，Y轴垂直于水平面时，所述XY平面为同时平行于X轴和Y轴的垂直于水平面的平面。

图2为本申请实施例提供的一种介质谐振器的立体透视图。

本申请实施例提供的一种介质谐振器，包括金属腔体202和置于金属腔体202内的由固态介电材料制成的介质块201，其中，介质块201在三维坐标系中的尺寸满足c＜b＜a，如图2中所示，其中c为介质块201在三维坐标系中Z轴方向上的尺寸(即高度)，a、b分别为介质块201在三维坐标系中X轴和Y轴方向上的尺寸(即长度和宽度)；介质块201上设有孔203。通过介质打孔构建多个频率相近的工作谐振模式，工作谐振模式电场以小孔为中心进行旋转，所有工作谐振模式的电场在三维坐标系的XY平面内形成一个或多个闭合回路，实现了扁平化的多模介质谐振器，在同一个介质块上生成多个频率相近的工作谐振模式，从而利用这些谐振频率形成滤波器通带，相对于传统单模介质谐振器，减少了谐振器的数量及占用的面积，相对于传统多模介质谐振器压缩了谐振器的厚度，实现了扁平化。介质块201表面无金属化且与金属腔体202无接触，使谐振模式保持良好的品质因素(Q值)，有利于实现高性能滤波器。另外，由于所述介质谐振器的不同模式的磁场在同一个方向上，也为其单面调试提供了更大的便利性。

在一个示例中，图2a(1)和图2a(2)从俯视图的角度分别给出了图2所示的介质谐振器的两个工作谐振模式的电场线示意图。其中，图2a(1)所对应的第一个工作谐振模式的电场在一个平面内形成一个闭合回路，图2a(2)所对应的第二个工作谐振模式的电场在一个平面内形成两个闭合回路，且所述的两个工作谐振模式的电场处在同一个平面内，例如所述两个工作谐振模式的电场都分布在三维坐标系的XY平面上。在一个具体的示例中，可以通过在介质块上设置孔，使得在所述平面上形成两个或者两个以上电场闭合回路所对应的工作谐振模式的谐振频率与在所述平面上形成一个电场闭合回路所对应的工作谐振模式的谐振频率处于相同通带范围内，从而利用多个工作谐振模式的谐振频率形成滤波器通带，所述多个工作谐振模式的电场以小孔为中心进行旋转。所有工作谐振模式的电场在三维坐标系的XY平面内形成一个或多个闭合回路，实现了扁平化的多模介质谐振器，在同一个介质块上生成多个频率相近的模式，从而利用这些谐振频率形成滤波器通带，相对于传统单模介质谐振器，减少了谐振器的数量及占用的面积，相对于传统多模介质谐振器压缩了谐振器的厚度，实现了扁平化。图2b(1)和图2b(2)从侧视图的角度分别给出了图2所示的介质谐振器的第一个工作谐振模式和第二个工作谐振模式的磁场线示意图，由于所述介质谐振器的不同工作谐振模式的磁场在同一个方向上，也为其单面调试提供了更大的便利性。

在一个具体的示例中，如图2所示，包括两个孔的介质块201在三维坐标系中的尺寸还满足b＜a≤2b。

在一个示例中，介质块201上的孔的个数大于等于一个。在图2所示的示例中，介质块201上有两个孔，孔的中心处于介质块201在三维坐标系中XY平面上与X轴平行的对称线上，且孔沿着X轴方向上依次排布。两个孔分别位于介质块201在三维坐标系中XY平面上与Y轴平行的对称线的两侧。通过在介质块上打多个孔，以及调整孔的个数、孔之间的距离、孔的大小、孔的形状等一个或者多个因素，可以使得介质谐振器的工作谐振模式工作在需要的频段范围内，使非工作谐振模式远离工作的频段，从而实现在同一平面上构建多个频率相近的工作谐振模式，进而利用这些谐振频率形成滤波器通带。

在一个示例中，介质块201可以通过支撑台204的支撑悬置在金属腔体202中，所述支撑台204通常采用一种介电常数较低的材料，可以近似认为不参与谐振。可以理解的是，介质块201也可以通过其他安装方式实现悬置在金属腔体202中，本申请对此不做限定。

在一个示例中，金属腔体202可以由金属盒加盖的方式构成。可以理解的是，金属腔体202也可以通过其他方式或者结构实现，本申请对此不做限定。

在一个示例中，所述由固态介电材料制成的介质块201可以为陶瓷，陶瓷具有较高的品质因素和较高的介电常数，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，所述由固态介电材料制成的介质块201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。

在一个示例中，还可以通过调整介质块201的形状或尺寸、孔203的形状或尺寸、孔203的个数以及多个孔之间的距离中的一个或者多于一个参数，来调整介质谐振器的谐振频率，使得所述介质谐振器的工作模式包含基模所对应的谐振频率，从而避免介质谐振器的低端杂散问题。

需要说明的是：上述实施例提供的介质谐振器中的孔203的形状并不限于图2中所示的圆形，也可以是方形或是其它形状；同时，孔203可以根据具体需要，例如调整介质谐振器的谐振频率，设置成通孔或者盲孔，图2中没有示出孔的透视结构；介质块201的形状也不限于图2中所示的扁平的长方体，也可以是扁平的其他形状。介质块201和孔203的形状、孔203的个数、孔203的尺寸、孔203的位置以及多个孔之间的距离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或调整，例如通过调整上述参数中的一个或者多个来调整介质谐振器的谐振频率，本申请对此不做限定。

图3为本申请实施例提供的另一种介质谐振器的立体图。

图3所示的介质谐振器的介质块的具体形状与图2所示的介质谐振器的介质块不同，图3所示的介质谐振器的介质块形状为两个交叠的圆进行了倒角处理所获得的。其他结构与特征与图2所述的实施例相同，此处不再赘述。

图4(1)和图4(2)为本申请实施例提供的另外两种介质谐振器的立体图。

图4(1)所示的介质谐振器在介质块的局部进行了开槽；图4(2)所示的介质谐振器在介质块的局部进行了倒角。图4(1)和图4(2)所示的介质谐振器的其他结构与特征分别与图2和图3所述的实施例相同，此处不再赘述。相对于传统多模谐振器通过增加外部调试螺钉来调整耦合带宽(表征谐振模式之间耦合强弱)的方法，在介质块局部位置开槽和/或倒角，在狭小的空间下仍可以灵活的控制介质谐振器不同工作谐振模式间的耦合带宽，使得谐振器中的工作模式的电场和磁场发生旋转，从而带来不同模式之间的耦合量的变化，进而实现需求的工作带宽。可以理解的是，所述开槽和/或倒角，并不限于图4(1)和图4(2)所示的位置，所述开槽和/或倒角还可以位于介质块的其他位置以调整不同模式间的耦合带宽，同一介质块上也可以同时设有开槽和倒角，本申请对此不做限制。

图5(1)～(4)为本申请实施例提供的又四种可能的介质谐振器的立体图。

本申请实施例提供的又一种介质谐振器中，包括金属腔体和置于金属腔体内的由固态介电材料制成的介质块，其中，介质块在三维坐标系中一个维度上的尺寸分别小于其在另外两个维度上的尺寸，记c为介质块在三维坐标系中Z轴方向上的尺寸(即高度)，a、b分别为介质块在三维坐标系中X轴和Y轴方向上的尺寸(即长度和宽度)，则图5(1)～(4)所示的介质谐振器的介质块的尺寸均满足c＜b＜a；介质块上设有孔，具体的，图5(1)和图5(2)所示的介质谐振器的介质块上包含3个孔；其中图5(1)和图5(2)所示的介质谐振器的介质块上包含4个孔；介质块表面无金属化且与金属腔体无接触。

在具体的示例中，对于图5(1)和图5(2)所示的包含3个孔的介质谐振器的介质块，其尺寸还满足b＜a≤3b；对于图5(3)和图5(4)所示的包含4个孔的介质谐振器的介质块，其尺寸还满足b＜a≤4b。

在具体的示例中，多个孔的中心处于介质块在三维坐标系中XY平面上与X轴平行的对称线上，且孔沿着X轴方向上依次排布。

在具体的示例中，图5(1)和图5(3)所示的介质谐振器的介质块上还包括开槽；图5(2)和图5(4)所示的介质谐振器的介质块上还包括倒角。

在一个示例中，介质块可以通过支撑台的支撑悬置在金属腔体中，所述支撑台通常采用一种介电常数较低的材料，可以近似认为不参与谐振。可以理解的是，介质块也可以通过其他安装方式实现悬置在金属腔体中，本申请对此不做限定。

在一个示例中，所述由固态介电材料制成的介质块可以为陶瓷，陶瓷具有较高的品质因素和较高的，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，所述由固态介电材料制成的介质块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。

在一个示例中，还可以通过调整介质块的形状或尺寸、孔的形状或尺寸、孔的个数以及多个孔之间的距离中的一个或者多于一个参数，来调整介质谐振器的谐振频率，使得所述介质谐振器的工作谐振模式包含基模所对应的谐振频率，从而避免介质谐振器的低端杂散问题。

需要说明的是：上述实施例提供的介质谐振器中的孔的形状并不限于图5(1)～(4)中所示的圆形，也可以是方形或其他形状；同时，孔可以是通孔或者盲孔；介质块的形状也不限于图5(1)～(4)中所示的形状，也可以是扁平的其他形状。介质块和孔的形状、孔的个数、孔的尺寸、孔的位置以及多个孔之间的距离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或调整，本申请对此不做限定。

图6(1)～(2)为本申请实施例提供的再两种可能的介质谐振器的立体图。

在图5(1)所述的实施例的基础上，经过变形和加工，形成了图6(1)～(2)所示的介质滤波器，其与图5(1)实施例的主要差别在于介质块的形状变成了扁平的不规则形状。通过对介质块进行变形，能够实现更加紧凑的布局，结合不同使用场景可以灵活的选择形态。对于三模及大于三模的介质谐振器，通过变形结构还可以调整交叉耦合，例如，图5(1)所示的介质谐振器通常用于实现工作谐振模式1和工作谐振模式2之间的耦合以及工作谐振模式2和工作谐振模式3之间的耦合，而图6(1)～(2)所示的介质谐振器通过变形能够实现及调整工作谐振模式1和工作谐振模式3之间的耦合，从而实现介质滤波器所需求的性能。相对于传统多模介质谐振器实现的耦合带宽范围有限，交叉耦合实现困难，图6(1)～(2)所示的介质谐振器实施例更有利于多模交叉耦合的实现。

图7为本申请实施例提供的一种可能的介质滤波器的示意图。

在一个示例中，本申请实施例提供的介质滤波器，包含一个上述任一种介质谐振器。

在另一个示例中，本申请实施例提供的介质滤波器，包含两个或两个以上上述任一种介质谐振器，相对于传统多模谐振器构成的滤波器更适用于滤波器或者基站扁平化的场景。具体的，图7示出了本申请实施例所提供的一种介质谐振器通过级联构成介质滤波器的示意图，图7中两个所述介质谐振器的所有工作谐振模式的电场均分布在三维坐标系的XY平面内，通过空间耦合级联形成所述介质滤波器。所述介质谐振器级联之后，仍保持工作谐振模式的电场分布在同一平面内(例如XY平面)的特性，使得整个滤波器在Z轴方向上得以薄型化。可以理解的是，用于级联的两个或两个以上的上述介质谐振器可以是相同的或者不同的；本申请中所述的介质谐振器也可以根据具体需求与其他介质谐振器和/或金属腔谐振器级联使用，本申请对此不做限定。

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任一种或多种介质滤波器。由于应用了本发明实施例所提供的介质滤波器，所述收发信机更适用于小型化、扁平化的应用场景。

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。由于应用了本发明实施例所提供的介质滤波器，所述基站更适用于小型化、扁平化的应用场景。

需要说明的是，本申请所提及的基站(Base Station，BS)是指通过无线信道与用户设备进行直接通信的装置，所述基站可以包括各种形式的宏基站、微基站、中继站、接入点或射频拉远单元(Remote Radio Unit，RRU)等。在采用不同的无线接入技术的系统中，具备基站功能的设备的名称可能会有所不同，例如在LTE网络中，称为演进的节点B(evolvedNodeB，eNB或eNodeB)，在3G(the 3rd Generation，第三代)网络中，称为节点B(Node B)等，为方便描述，本申请中，上述通过无线信道与用户设备进行直接通信的装置统称为基站。

图8为本申请实施例提供的一种可能的基站结构示意图。其中所示的滤波器为本申请实施例所提供任一种或多种介质滤波器，其中包括本申请实施例所提供的任一种或多种介质谐振器。在上行方向上，信号经由天线接收，通过滤波器、噪声放大器、混频器的处理变换至基带，送入基带处理器处理；下行方向上，经过基带处理器处理的基带信号经过混频器、功率放大器、滤波器的处理变换至射频，通过天线发送。可以理解的，图8所示的基站结构仅作为示例说明基站的基本构成，实际中的基站还可以包括任意数量的上述结构或者装置，也可以根据其功能包括其他的结构或者装置，本申请对此不做限定。

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 (7)

1.一种介质谐振器，包括金属腔体和置于金属腔体内的由固态介电材料制成的介质块，其特征在于：

所述介质块的尺寸满足c＜b＜a，其中a，b，c分别为所述介质块在三维坐标系中X，Y，Z三个维度上的尺寸；和

所述介质块上设有孔，所述孔的延伸方向为三维坐标系的Z的方向，所述孔横截面的方向与三维坐标系的XY平面平行；和

所述介质块表面无金属化且与金属腔体无接触；通过在所述介质块上打所述孔，构建多个频率相近的工作谐振模式，工作谐振模式电场以所述孔为中心进行旋转，所有工作谐振模式的电场在三维坐标系的XY平面内形成一个或多个闭合回路，在同一个所述介质块上生成多个频率相近的工作谐振模式。

2.如权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于，所述孔的个数大于等于一个。

3.如权利要求1所述的介质谐振器，其特征在于所述孔为通孔或盲孔。

4.如权利要求1至3任一项所述的介质谐振器，其特征在于，所述介质块上还设有倒角和/或开槽。

5.一种介质滤波器，其特征在于，包括权利要求1－4任一项所述的介质谐振器。

6.一种收发信机，其特征在于，包含权利要求5所述的介质滤波器。

7.一种基站，其特征在于，包含权利要求6所述的收发信机。

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