CN102610883A

CN102610883A - 90兆赫兹低插损微型低通滤波器

Info

Publication number: CN102610883A
Application number: CN2012100778767A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 汉敏; 尹洪浩; 李平; 戚湧; 谢秋月; 韩群飞; 冯媛; 左同生; 孙宏途; 范小龙; 郭风英; 吴建星; 韦晨君; 李旭; 吴迎春; 陈建锋; 王立杰; 陈少波; 徐利
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology Changshu Research Institute Co Ltd
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology Changshu Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种90兆赫兹低插损微型低通滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口、第一接地电容、第一级并联谐振单元、第二接地电容、第二级并联谐振单元、第三接地电容、第三级并联谐振单元、第四接地电容、表面安装的50欧姆阻抗输出端口和接地端。本发明公布的90兆赫兹低插损微型低通滤波器具有***损耗低、体积小、重量轻、可靠性高等优点，可广泛应用于民用开放频段如：FM（调频）广播、个人移动通讯以及电视信号传输等场合及相应的***中。

Description

90兆赫兹低插损微型低通滤波器

技术领域

本发明涉及一种在民用开放频段可以广泛应用于FM（调频）广播、个人移动通讯以及电视信号传输等场合和相应的***中的微型低通滤波器，具有***损耗低、体积小、重量轻、可靠性高等优点。

背景技术

低通滤波器是射频前端部分的重要无源器件。一个好的低通滤波器在带内低插损，在带外高抑制，并且具有陡峭的频率截止特性和尽可能小的体积，特别是整机***向小型化和轻型化发展的大趋势下，显得更加重要。

传统的低通滤波器通常采用平面结构，或LC滤波器实现。体积比较大，难以满足射频前端小型化的需求，而且传统的低通滤波器不仅尺寸大，而且调试复杂，且成本高，难以实现大批量、免调试、低成本、高可靠及性能优的需求。

为了满足通信设备小型化的需求最初的努力只是寻找高介电常数ε_r、高品质因数Q和低的频率温度系数τ_f的微波介质材料，来减少截至谐振器的尺寸，从而获得较小的单个微波器件。

但是仅仅依靠传统的厚度、薄膜和高温共烧陶瓷工艺技术仍然没有找到一种有效减小尺寸面积的设计方法。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种损耗低、体积小、重量轻、可靠性高、温度性能稳定性好、电性能优异、成品率高、批量电性能一致性好、成本低、实现表面安装（SMD）和自身带屏蔽防电磁干扰的低通微型滤波器。本滤波器采用7阶椭圆滤波器原理，并通过LTCC叠层结构实现等效集总电路模型。集总电感采用垂直螺旋电感，利用通孔实现不同层之间的互联；其中几种电容采用（VIC）结构，这种实现方式能够显著减小滤波器的尺寸。

实现本发明目的的技术方案是：

一种90兆赫兹低插损微型低通滤波器包括输入端口Port1，输出端口Port2，其特征在于输入端口Port1和第一级并联谐振单元L1、C1的输入端相连，第一级并联谐振单元L1、C1的输出端与第二级并联谐振单元L2、C2的输入端相连，第二级并联谐振单元L2、C2的输出端和第三级并联谐振单元L3、C3输入端相连，第三级并联谐振单元L3、C3输出端与输出端口Port2相连；输入端口Port1和第一级并联谐振单元L1、C1连接点与地之间有第一接地电容C4，第一级并联谐振单元L1、C1与第二级并联谐振单元L2、C2连接点与地之间有第二接地电容C5，第二级并联谐振单元L2、C2与第三级并联谐振单元L3、C3连接点与地之间有第三接地电容C6，第三级并联谐振单元L3、C3与输出端口Port2连接点与地之间有第四接地电容C7。

所述电感L1、L2、L3采取的是垂直螺旋电感，利用通孔实现不同层之间的互联。

所述电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7采取的是平板电容结构，其通过不同层之间极板实现。

所述第2、22、24金属层为金属地面，并且这三层通过侧壁连接在一起；

本发明与现有技术相比，由于采用了三维立体集成结构和多层低温共烧陶瓷工艺技术实现其结构，则利用空间耦合和分布效应实现电路中的元件，则使其结构非常紧凑，则其显著优点有：（1）损耗低、体积小、重量轻、可靠性高；（2）电性能优异，如:通带插损低、反射损耗小；（3）电性能温度稳定性高；（4）电路实现结构简单；（5）电性能一致性好，可实现大批量生产；（6）成本低；（7）使用安装方便，可以用全自动贴片机安装和焊接；（8）特别适用于FM（调频）广播、个人移动通讯以及电视信号传输等场合，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应***中。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明90兆赫兹低插损微型低通滤波器的电原理图。

图2是本发明90兆赫兹低插损微型低通滤波器的外形及内部结构示意图。

图3是本发明90兆赫兹低插损微型低通滤波器的金属层结构示意图。

图4是本发明90兆赫兹低插损微型低通滤波器实施的仿真结果。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明是带有三个零点的七阶椭圆低通滤波器，在此对它的三维实现方式进行描述：

如图3所示从上到下共画了25层，没有将最上层和下层的封装画出来。图3中，第1层金属位于第1层的介质慕板上面，第2层金属导***于第2、3层介质慕板中间，第3层金属位于第3、4层基板中间，以此类推，第25层金属位于第25层介质慕板上面。第1层到第27层中每一层的金属都采用LTCC印刷工艺印制于介质基板的上表面，而最底下的封装层的金属印制于基板的下表面，所有的介质基板材料都为LTCC陶瓷。

第1金属导体层是对位标记。第2，22，24金属导体层为金属地面，并且这三层金属地面通过侧壁连接在一起。第一级并联谐振单元（L1、C1）的电容（C1）是的两个极板分别是由位于第3和4层金属导体层的金属板组成。第二级并联谐振单元（L2、C2）的电容（C2）的一个极板位于第4金属层，另一个极板位于第3和5金属导体层；两者通过通孔连接，构成平板交指电容。第三级并联谐振单元（L3、C3）的电容（C2）的一个极板位于第4金属层，另一个极板位于第3和5金属导体层并且通过通孔连接，构成平板交指电容。第一接地电容（C4）的一个极板位于第23金属层，另一个极板即为24层金属地，构成平板电容。第二接地电容（C5）的一个极板位于第21金属层和第23金属层并且通过通孔连接，另一个极板即为第21金属层和第23金属层金属地并且通过通孔连接，构成平板交指电容。第三接地电容（C6）的一个极板位于第21金属层和第23金属层并且通过通孔连接，另一个极板即为第21金属层和第23金属层金属地并且通过通孔连接，构成平板交指电容。第四接地电容（C7）的一个极板位于第23金属层，另一个极板即为24层金属地，构成平板电容。

第6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20层构成的电感为垂直螺旋电感，每一层都是由宽度为100μm的微带线绕成矩形或3/4矩形，然后通过垂直通孔将上下两层微带线连接在一起。左边的螺旋电感为L1，中间的螺旋电感为L2,右边的螺旋电感为L3。L1和L3个电感的始端都在第6金属层，终端在第20金属层。L2的始端位于第20金属层，终端位于第6金属层。L1的始端与输入端口连接，L3的终端与输出端口连接，并且L1的终端与L2的始端通过金属板连在一起,L2的终端与L3的始端也是通过金属板连在一起。

其特征在于: 一种90兆赫兹低插损微型低通滤波器包括输入端口（Port1），输出端口（Port2），其特征在于输入端口（Port1）和第一级并联谐振单元（L1、C1）的输入端相连，第一级并联谐振单元（L1、C1）的输出端与第二级并联谐振单元（L2、C2）的输入端相连，第二级并联谐振单元（L2、C2）的输出端和第三级并联谐振单元（L3、C3）输入端相连，第三级并联谐振单元（L3、C3）输出端与输出端口（Port2）相连；输入端口（Port1）和第一级并联谐振单元（L1、C1）连接点与地之间有第一接地电容（C4），第一级并联谐振单元（L1、C1）与第二级并联谐振单元（L2、C2）连接点与地之间有第二接地电容（C5），第二级并联谐振单元（L2、C2）与第三级并联谐振单元（L3、C3）连接点与地之间有第三接地电容（C6），第三级并联谐振单元（L3、C3）与输出端口（Port2）连接点与地之间有第四接地电容（C7）。

本发明90兆赫兹低插损微型低通滤波器中，第一级并联谐振单元(L1、C1)由第一电感（L1）和第一电容（C1）并联而成，第二级并联谐振单元(L4、C4)由第二电感（L2）和第二电容（C2）并联而成，第三级并联谐振单元(L3、C3)由第三电感（L3）和第三电容（C3）并联而成。

结合图3，90兆赫兹低插损微型低通滤波器中，表面安装接口的50欧姆阻抗输入端口（Port1）、第一接地电容（C4）、第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二接地电容（C5）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、第三接地电容（C6）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第四接地电容（C7）、接地端（Ground）、表面安装接口的50欧姆阻抗输出端口（Port2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中第一级并联谐振单元(L1、C1)的第一电感（L1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）的第二电感（L2）和第三级并联谐振单元（L3、C3）的第三电感（L3）均采用集总式垂直螺旋电感实现，第一级并联谐振单元(L1、C1)的第一电容（C1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）的第二电容（C2）、第三级并联谐振单元（L3、C3）的第三电容（C3）、第一接地电容（C4）、第二接地电容（C5）、第三接地电容（C6）和第四接地电容（C7）均用介采质平板电容实现。

本发明90兆赫兹低插损微型低通滤波器由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，是低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，从而使体积大幅减小，本发明90兆赫兹低插损微型低通滤波器的尺寸为1.6mm×3.2mm×1.3mm,重量小于0.05克。结合图4，在其主要性能测试结果中，在90MHz处的插损非常小，该插损小于1dB，甚至在100MHz时插损也很小，略大于1dB。

综上，本发明提供的考虑封装结构的LTCC低通滤波器具有体积小、结构紧凑、选频性能好、可加工_成贴片元件形式，便于与其他微波元件集成。而且本发明低通滤波器是、基于LTCC工艺，制造成本低，适合批量生产。

需要注意的是，上述具体实施例仅仅是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种90兆赫兹低插损微型低通滤波器，其特征在于:包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口（Port1）、第一接地电容（C4）、第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二接地电容（C5）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、第三接地电容（C6）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第四接地电容（C7）、表面安装的50欧姆阻抗输出端口（Port2）和接地端（Ground）；输入端口（Port1）与输出端口（Port2）之间依次串联第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二级并联谐振单元(L2、C2)和第三级并联谐振单元；输入端（Port1）与第一级并联谐振单元之间接第一接地电容（C4），第一级并联谐振单元（L1、C1）与第二级并联谐振单元（L2、C2）之间接有第二接地电容（C5），第二级并联谐振单元（L2、C2）与第三级并联谐振单元（L3、C3）之间接有第三接地电容（C6），第三级并联谐振单元（L3、C3）与输出端（Port2）之间接有第四接地电容（C7）。

2.根据权利要求1所述的90兆赫兹低插损微型低通滤波器低，其特征在于：第一级并联谐振单元(L1、C1)由第一电感（L1）和第一电容（C1）并联而成，第二级并联谐振单元(L2、C2)由第二电感（L2）和第二电容（C2）并联而成，第三级并联谐振单元(L3、C3)由第三电感（L3）和第三电容（C3）并联而成。

3.根据权利要求1或2所述的90兆赫兹低插损微型低通滤波器，其特征在于：表面安装接口的50欧姆阻抗输入端口（Port1）、第一接地电容（C4）、第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二接地电容（C5）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、第三接地电容（C6）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第四接地电容（C7）表面安装接口的50欧姆阻抗输出端口（Port2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中第一级并联谐振单元(L1、C1)的第一电感（L1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）的第二电感（L2）、第三级并联谐振单元（L3、C3）的第三电感（L3）均采用微带螺旋电感实现，第一级并联谐振单元(L1、C1)的第一电容（C1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）的第二电容（C2）和第三级并联谐振单元（L3、C3）的第三电容（C3）由介质平板电容实现；第一接地电容（C4）、第二接地电容（C5）、第三接地电容（C6）和第四接地电容（C7）是由介质平板和接地板实现。