CN102394325B - 一种l频段ltcc带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种L频段LTCC带通滤波器由五层介质基板和六层金属层构成，其中最底层为接地金属层，最顶层为输入输出层，第2、3层的越层高阻抗带线构成电感L2和L3，通过第三层的金属过孔连接到第1层的输入输出层；第4层的金属盘片和第5层的金属盘片构成电容C2和C3，通过第二层的金属过孔连接到第2、3层的电感，形成串联关系；第5层的金属盘片和接地金属层构成电容C1，同时，第4、5层的两段高阻抗线通过金属过孔连接，构成电感L1，并通过金属过孔连接到地，形成接地电感。本发明降低了滤波器的参数敏感度，降低了对加工工艺的要求，有效地提高了产品的成品率。

Description

一种L频段LTCC带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种带通滤波器，特别是一种L频段LTCC(低温共烧陶瓷)带通滤波器。
背景技术
微波带通滤波器是微波射***的一个关键部件，随着近年来微波电路的设计仿真技术和工艺的发展，对射频***的小型化需求也越来越高，而滤波器的小型化更是首当其冲，如何在保证一定的性能指标下尽可能地减小滤波器的体积成为了小型化射频***需要解决的一个重要问题。LTCC技术是近年来发展起来的多层陶瓷工艺技术，利用该技术可以实现传统陶瓷基板工艺无法实现的三维结构。使用LTCC技术设计微波无源器件具有非常大的灵活性。如何充分利用LTCC工艺的优势，通过合理布局，确定滤波器的结构。并且使得设计具有一定的稳定性，在必要的加工误差范围内仍能保证产品的成功率是LTCC滤波器设计的一个关键问题。
目前国内外尚未有公开文献报道此技术。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种L频段LTCC(低温共烧陶瓷)带通滤波器，该L频段LTCC带通滤波器，结构非常紧凑，降低了滤波器的参数敏感度，从而降低了对加工工艺的要求，有效地提高了产品的成品率。
本发明的技术解决方案：一种L频段LTCC带通滤波器，其特征在于：所述带通滤波器为LTCC多层结构，由五层介质基板(1-5)和六层金属层(11-16)构成，其中最底层为接地金属层(16)，第一层介质基板(1)即顶层，作为输入输出层印制有50欧姆阻抗微带线金属层；第二层介质基板(2)上印制的高阻抗带线金属层(27)和第三层介质基板(3)上印制的高阻抗带线(28)分别通过第二层介质基板(2)上的金属过孔(21)和第三层介质基板(3)上的金属过孔(23)构成电感L2和L3，同时L2通过第二层介质基板(2)上的侧边金属过孔(22)连接到第一层介质基板(1)的输入50欧姆阻抗微带线(32)，L3通过与第二层介质基板(2)上的侧边金属过孔(22)对称的另一侧边金属过孔(34)连接到第一层介质基板(1)的输出50欧姆阻抗微带线(33)；第四层介质基板(4)上印制的金属盘片(29)和第五层介质基板(5)上印制的金属盘片(31)分别构成电容C2和C3，电容C2和C3通过第二层介质基板(2)上的金属过孔(21)连接到电感L2、L3，形成串联关系；第五层介质基板(5)上的金属盘片(31)和接地金属层(16)构成电容C1；同时第四层介质基板(4)上印制的高阻抗带线(30)和第五层介质基板(5)上印制的高阻抗带线(25)分别通过金属过孔(24、26)连接，构成电感L1，L1通过第五层介质基板(5)上的金属过孔(26)连接到接地金属层(16)，形成接地电感。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过结构巧妙的布局方式，使得滤波器的结构非常紧凑，同时降低了滤波器的参数敏感度，从而降低了对加工工艺的要求，有效地提高了产品的成品率，本发明可广泛应用到射频无线通信***中。
(2)本发明C1与C2共用一个电容盘片，使得三个平行板构成了一个接地并联电容，一个串联电容，使得结构更为紧凑。
(3)本发明中的电容C2、C3没有接地路径，解决了串联电容的对地杂散电容问题。
(4)本发明两个传输零点可独立控制，在设计过程中应用这一性质可以很大程度地提高效率。本产品设计思路很容易推广到其他频段的LTCC滤波器，为LTCC滤波器的设计提供了一种新的设计模板。
附图说明
图1为本发明的原理电路图；
图2为本发明原理电路的仿真曲线；
图3为本发明原理电路等效电路1；
图4为本发明原理电路等效电路2；
图5为本发明原理电路、场仿真结果、实测结果对比曲线。
具体实施方式
如图1所示，本发明为具有一对传输零点的三阶带通滤波器，包括两个并联接地的LC并联谐振器，两个串联的LC并联谐振器分别单独控制一个传输零点，在设计过程中使用这一特性可以提高工作效率。
滤波器的输入端与电容C1、C2以及电感L1、L2的输入端，C1、L1的输出端接地，C2、L2的输出端与C3、L3的输入端相连，C3、L3的输出端以及另一对C1、L1的输入端与滤波器的输出端相连。由于在串连支路上的并联回路，在并联谐振时，整个电路的传输导纳为0，所以两个回路形成两个可独立控制的传输零点。
图2给出了原理电路的仿真曲线，图中S11为回波损耗曲线，S21为传输系数曲线。由图可见，在满足同样通带的前提下，带外传输零点的存在可以有效改善给定频带范围内的带外衰减陡峭程度。
如图3、4所示，本发明实现图1电路原理的结构为LTCC多层结构由五层介质基板1-5和接地金属层11-16构成，一种L频段LTCC带通滤波器，其特征在于：所述带通滤波器为LTCC多层结构，由五层介质基板1、2、3、4、5和六层金属层11、12、13、14、15、16构成，其中最底层为接地金属层16。第一层介质基板1即顶层，作为输入输出层印制有输入输出50欧姆阻抗微带线金属层，其中包括输入50欧姆阻抗微带线32和输出50欧姆阻抗微带线33。第二层介质基板2上印制的高阻抗带线金属层27和第三层介质基板3上印制的高阻抗带线28分别通过第二层介质基板2上的金属过孔21和第三层介质基板3上的金属过孔23构成电感L2和L3，同时L2通过第二层介质基板2上的侧边金属过孔22(图中的此金属过孔贯穿到底，实际上也可以不贯穿到底)连接到第一层介质基板1的输入50欧姆阻抗微带线32，L3通过与第二层介质基板2上的另一侧边金属过孔22对称的金属过孔34连接到第一层介质基板1的输出50欧姆阻抗微带线33；第四层介质基板4上印制的金属盘片29和第五层介质基板5上印制的金属盘片31分别构成电容C2和C3，电容C2和C3通过第二层介质基板2上的金属过孔21连接到电感L2、L3，形成串联关系；第五层介质基板5上的金属盘片31和接地金属层16构成电容C1；同时第四层介质基板4上印制的高阻抗带线30和第五层介质基板5上印制的高阻抗带线25分别通过金属过孔24、26连接，构成电感L1，L1通过第五层介质基板5上的金属过孔26连接到接地金属层16，形成接地电感。
本发明的C1与C2共用一个金属盘片，使得三个金属盘片构成了一个接地并联电容，一个串联电容，这样结构更为紧凑。电容C2、C3没有接地路径，解决了串联电容的对地杂散电容问题。如此布局可以减小两个串联电容的对地杂散电容以及不同的电容盘片之间的寄生电容。电感的排布相互错位，没有重叠区域，减小了电感之间的互感效应。
本发明中的各介质基板层材料使用Ferro A6型LTCC陶瓷基片材料，相对介电常数6.1，烧结后的导带厚度为0.096mm。所有金属层使用材料为银，厚度8微米。高阻抗带线的阻抗为100欧姆。整个滤波器的尺寸为6mm*9mm*1mm。
滤波器中心频率1.3GHz，带宽240MHz，通带上下各有一对传输零点用于改善滤波器的选择特性。在给定的频带范围里，阻带衰减大于20dB。通过对300件使用本发明设计得到的产品的测试，产品的成品率为100％。
图5给出了原理电路、场仿真结果、实测结果对比曲线。其中细实线为原理电路仿真曲线，虚线为HFSS全波电磁场仿真曲线，粗实线为实测曲线。S11为回波损耗曲线，S21为传输系数曲线。由图可见，在给定的阻带内该滤波器的带外衰减大于25dB，再给定的通带范围内，滤波器的回波损耗大于18dB且三种仿真结果吻合地非常好，充分说明了本发明的布局的有效性。
综上，本发明具有尺寸小，性能好，结构紧凑，成品率高，便于批量化生产的优点，可以广泛应用于射频无线***中。

Claims (2)

1.一种L频段LTCC带通滤波器，其特征在于：所述带通滤波器为LTCC多层结构，由第一层介质基板(1)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)、第五层介质基板(5)、第一层金属层(11)、第二层金属层(12)、第三层金属层(13)、第四层金属层(14)、第五层金属层(15)和接地金属层(16)构成，其中最底层为接地金属层(16)，第一层介质基板(1)即顶层，作为输入输出层印制有50欧姆阻抗微带线金属层；第二层介质基板(2)上印制的高阻抗带线金属层(27)和第三层介质基板(3)上印制的第二高阻抗带线(28)分别通过第二层介质基板(2)上的第一金属过孔(21)和第三层介质基板(3)上的第三金属过孔(23)构成电感L2和电感L3，同时电感L2通过第二层介质基板(2)上的侧边第二金属过孔(22)连接到第一层介质基板(1)的输入50欧姆阻抗微带线(32)，电感L3通过与第二层介质基板(2)上的侧边第二金属过孔(22)对称的另一侧边第六金属过孔(34)连接到第一层介质基板(1)的输出50欧姆阻抗微带线(33)；第四层介质基板(4)上印制的第一金属盘片(29)和第五层介质基板(5)上印制的第二金属盘片(31)分别构成电容C2和电容C3，通过第二层介质基板(2)上的第一金属过孔(21)，电容C2与电感L2形成并联，电容C3与电感L3形成并联，并通过该第一金属过孔(21)实现这两个并联单元的串联关系；第五层介质基板(5)上的第二金属盘片(31)和接地金属层(16)构成电容C1；同时第五层介质基板(5)上印制的第一高阻抗带线(25)的一端通过第四金属过孔(24)与第四层介质基板(4)上印制的第二高阻抗带线(30)相连接形成电感L1，另一端通过第五金属过孔(26)连接到接地金属层(16)，使电感L1形成接地电感。
2.根据权利要求1所述的L频段LTCC带通滤波器，其特征在于：所述所有高阻抗带线的阻抗为100欧姆。
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