CN102683775A - C波段低插损高抑制微型带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种C波段低插损高抑制微型带通滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入/输出端口、四个并联谐振单元、三个级间耦合电路、一个Z字形交叉耦合电路、输入和输出电感，上述结构均采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明具有通带选择性好、带外抑制好、***损耗低、体积小、重量轻、可靠性高、电性能好、相位频率特性线性度好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点。特别适合航空、航天、雷达***、单兵智能武器、机载和弹载的无线***中的微型微波器件。

Description

C波段低插损高抑制微型带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种C波段低插损高抑制微型带通滤波器。 

背景技术

近年来，无线通信业迅猛发展，迫切要求通信***向更轻、更小、更便携、更好性能的方向发展。而滤波器作为微波/射频中的重要器件，其高性能、低成本、高可靠性和小型化具有极重要的意义。描述这种部件性能的主要技术指标有：通带工作频率范围、阻带频率范围、通带输入/输出电压驻波比、通带***损耗、阻带衰减、形状因子、***相移和时延频率特性、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。常规的滤波器设计方法，如发夹型滤波器结构、谐振腔滤波器结构和同轴线滤波器结构等体积和***损耗较大，在许多应用场合（如：机载、弹载、宇航通信、手持无线终端、单兵移动通信终端等）均受到很大限制。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、可靠性高、温度性能稳定好、电性能优异、批量电性能一致性好、成本低的C波段低插损高抑制微型带通滤波器。 

实现本发明目的的技术方案是：一种C波段低插损高抑制微型带通滤波器，其特征在于包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口、输入电感、第一级并联谐振单元、第一电磁耦合电路、第二级并联谐振单元、第二电磁耦合电路、第三级并联谐振单元、第三电磁耦合电路、第四级并联谐振单元、第四电磁耦合电路、输出电感、表面安装的50欧姆阻抗输出端口和接地端，输入端口与输入电感连接，输出端口与输出电感连接，该输出电感与输入电感之间并联第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元和第四级并联谐振单元，在第一级并联谐振单元与第二级并联谐振单元之间串联第一电磁耦合电路；第二级并联谐振单元与第三级并联谐振单元之间串联第二电磁耦合电路；第三级并联谐振单元与第四级并联谐振单元之间串联第三电磁耦合电路；第一级和第四级并联谐振单元与Z字形交叉耦合带状线之间串联第四电磁耦合电路；所述的第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元和第四级并联谐振单元分别接地。 

本发明与现有技术相比，其显著优点是： 

（1）本发明4千兆赫C波段低插损高抑制微型带通滤波器利用多层低温共烧陶瓷工艺（LTCC）特点，采用立体多层叠层结构实现电路元件，大大缩小体积；

（2）利用LTCC陶瓷介质介电常数高特点同样可大幅减小元件尺寸；

（3）利用LTCC材料的低插损特点和独特的电路结构实现优异的电性能；

（4）利用低温陶瓷材料的高温度稳定性和可靠性，使得元件具有高温度稳定性和高可靠性；

（5）利用LTCC工艺的大批量生产的一致性，获得高成品率和低成本。总之，本发明具有体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、电性能温度稳定性高、电路实现结构简单、电性能一致性好，可以用全自动贴片机安装和焊接、特别适用于火箭、机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持终端中，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应***中。

附图说明

图1 是本发明C波段低插损高抑制微型带通滤波器的电原理图； 

图2是本发明C波段低插损高抑制微型带通滤波器的外形及内部结构示意图；

图3 是本发明C波段低插损高抑制微型带通滤波器的并联谐振单元结构示意图；

图4 是本发明C波段低插损高抑制微型带通滤波器三维全波仿真性能曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 

结合图1、图2和图3，本发明是一种C波段低插损高抑制微型带通滤波器，该滤波器包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感Lin、第一级并联谐振单元L4、C4、第一电磁耦合电路L43、C43、第二级并联谐振单元L3、C3、第二电磁耦合电路L32、C32、第三级并联谐振单元L2、C2、第三电磁耦合电路L21、C21、第四级并联谐振单元L1、C1、第四电磁耦合电路L41、C41、输出电感Lout、表面安装的50欧姆阻抗输出端口P2和接地端；表面安装的50欧姆阻抗输入端口P1一端接输入信号，另一端接输入电感Lin的一端，输入电感Lin的另一端和第一级并联谐振单元L4、C4、第一电磁耦合电路L43、C43、第四电磁耦合电路L41、C41的公共连接端相连接，其中第一级并联谐振单元L4、C4由第一电感L4和第一电容C4并联而成，第一电磁耦合电路L43、C43由第一电磁耦合电感L43和第一电磁耦合电容C43串联而成，第四电磁耦合电路L41、C41由第四电磁耦合电感L41和第四电磁耦合电容C41串联而成；第一电磁耦合电路L43、C43的另一端与第二级并联谐振单元L3、C3、第二电磁耦合电路L32、C32的公共端相连接，第二级并联谐振单元L3、C3 由第二电感L3和第二电容C3并联而成，第二电磁耦合电路L32、C32由第二耦合电感L32和第二耦合电容C32串联而成；第二电磁耦合电路L32、C32的另一端与第三级并联谐振单元L2、C2、第三电磁耦合电路L21、C21的公共端相连接，第三级并联谐振单元L2、C2 由第三电感L2和第三电容C2并联而成，第三电磁耦合电路L21、C21由第三耦合电感L21和第三耦合电容C21串联而成；第三电磁耦合电路L21、C21的另一端与第四级并联谐振单元L1、C1、第四电磁耦合电路L41、C41、输出电感Lout的公共端相连接，第四级并联谐振单元L1、C1 由第四电感L1和第四电容C1并联而成；输出电感Lout的另一端与输出端口P2的一端连接，输出端口P2的另一端接输出信号；第一级并联谐振单元L4、C4、第二级并联谐振单元L3、C3、第三级并联谐振单元L2、C2和第四级并联谐振单元L1、C1的另一端分别接地。 

结合图2和图3，本发明C波段低插损高抑制微型带通滤波器，输入端口P1、输入电感Lin、第一级并联谐振单元L4、C4、第一电磁耦合电路L43、C43、第二级并联谐振单元L3、C3、第二电磁偶电路L32、C32、第三级并联谐振单元L2、C2、第三电磁耦合电路L21、C21、第四级并联谐振单元L1、C1、第四电磁耦合电路L41、C41、输出电感Lout、输出端口P2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感Lin、输出电感Lout均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元L4、C4、第二级并联谐振单元L3、C3、第三级并联谐振单元L2、C2、第四级并联谐振单元L1、C1均采用三层折叠耦合带状线实现，第一电磁耦合电容C43、第二电磁耦合电容C32、第三电磁耦合电容C21、第四零点电容C41均分别采用第一级并联谐振单元L4、C4与第二级并联谐振单元L3、C3之间、第二级并联谐振单元L3、C3与第三级并联谐振单元L2、C2之间、第三级并联谐振单元L2、C2与第四级并联谐振单元L1、C1之间、第一级L4、C4和第四级并联谐振单元L1、C1与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现，第一耦合电感L43、第二耦合电感L32、第三耦合电感L21、第四耦合电感L41均分别采用第一级并联谐振单元L4、C4与第二级并联谐振单元L3、C3之间、第二级并联谐振单元L3、C3与第三级并联谐振单元L2、C2之间、第三级并联谐振单元L2、C2与第四级并联谐振单元L1、C1之间、第一级L4、C4和第四级并联谐振单元L1、C1与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现。 

结合图2、图3，本发明C波段低插损高抑制微型带通滤波器，第一级并联谐振单元L4、C4、第二级并联谐振单元L3、C3、第三级并联谐振单元L2、C2和第四级并联谐振单元L1、C1采用分布参数三层折叠耦合带状线结构实现，其中每层带状线一端悬空，另一端接地。 

本发明C波段低插损高抑制微型带通滤波器，第一电磁耦合电路L43、C43中，第一耦合电感L43采用第一级并联谐振单元L4、C4和第二级并联谐振单元L3、C3之间空间耦合和分布参数电感实现，第一耦合电容C43采用第一级并联谐振单元L4、C4和第二级并联谐振单元L3、C3之间空间耦合和分布参数电容实现；第二电磁耦合电路L32、C32中，第二耦合电感L32采用第二级并联谐振单元L3、C3和第三级并联谐振单元L2、C2之间空间耦合和分布参数电感实现，第二耦合电容C32采用第二级并联谐振单元L3、C3和第三级并联谐振单元L2、C2之间空间耦合和分布参数电容实现；第三电磁耦合电路L21、C21中，第三耦合电感L21采用第三级并联谐振单元L2、C2和第四级并联谐振单元L1、C1之间空间耦合和分布参数电感实现，第三耦合电容C21采用第三级并联谐振单元L2、C2和第四级并联谐振单元L1、C1之间空间耦合和分布参数电容实现；第四电磁耦合电路L41、C41中，第四耦合电感L41采用第一级并联谐振单元L4、C4和第四级并联谐振单元L1、C1与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现，第四耦合电容C41采用一级并联谐振单元L4、C4和第四级并联谐振单元L1、C1与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现。 

本发明C波段低插损高抑制微型带通滤波器，其工作原理简述如下：输入的宽频带微波信号经输入端口P1通过输入电感Lin到达第一级并联谐振单元L4、C4，第一电感L4和第一电容C4相连接的一端及第一电磁耦合电路L43、C43的一端，在第一级并联谐振单元L4、C4的一端，所述的宽频带微波信号中，在第一级并联谐振单元谐振频率附近的微波信号进入第一级并联谐振单元L4、C4与第二级并联谐振单元L3、C3之间第一电磁耦合电路L43、C43，其余非第一级并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元L4、C4中的第一电感L4和第一电容C4接地，实现第一级滤波。第一电磁耦合电路L43、C43的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第一零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第一耦合附近的微波频率信号通过第一电磁耦合电路L43、C43中的第一耦合电感L43和第一零点电容C43到达第二级并联谐振单元L3、C3中。第二电感L3和第二电容C3相连接的一端及第二级并联谐振单元L3、C3与第三级并联谐振单元L2、C2之间第二电磁耦合电路L32、C32的一端，经过第一级滤波和第一电磁耦合电路L43、C43的微波信号，在第二级并联谐振单元L3、C3谐振频率附近的微波信号进入第二电磁耦合电路L32、C32，其余非第二级并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L3、C3中的第二电感L3和第二电容C3接地，实现第二级滤波。第二电磁耦合电路L32、C32的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第二耦合频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第二耦合附近的微波频率信号通过第二电磁耦合电路L32、C32中的第二耦合电感L32和第二耦合电容C32到达第三级并联谐振单元L2、C2中的第三电感L2和第三电容C2相连接的一端及第三电磁耦合电路L21、C21的一端，经过第一级、第二级滤波和第一电磁耦合电路L43、C43，第二电磁耦合电路L32、C32的微波信号，在第三并联谐振单元L2、C2谐振频率附近的微波信号进入第三级并联谐振单元L2、C2与第四级并联谐振单元L1、C1之间第三电磁耦合电路L21、C21，其余非第三并联谐振单元L21、C21谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L2、C2中的第三电感L2和第三电容C2接地，实现第三级滤波。第三电磁耦合电路L21、C21的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第三耦合频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第三耦合附近的微波频率信号通过第三电磁耦合电路L21、C21中的第三耦合电感L21和第三耦合电容C21到达第四级并联谐振单元L1、C1中第四电感L1和第四电容C1相连接的一端及第一并联谐振单元L4、C4和第四级并联谐振单元L1、C1与Z字形交叉耦合带状线之间第四电磁耦合电路L41、C41的一端，经过第一级、第二级、第三级滤波和第一、第二、第三电磁耦合电路的微波信号，在第四级并联谐振单元L1、C1谐振频率附近的微波信号进入第四电磁耦合电路L41、C41。第四电磁耦合电路L41、C41的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第四耦合频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，第四并联谐振单元L1、C1谐振频率附近的微波信号与非第四耦合附近的微波频率信想加之后通过输出电感Lout接表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2的一端，其余非第四并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L1、C1中的第四电感L1和第四电容C1接地，实现第四级滤波。经过第一级滤波、第二级滤波、第三级滤波、第四级滤波，第一电磁耦合电路L43、C43，第二电磁耦合电路L32、C32，第三电磁耦合电路L21、C21，第四电磁耦合电路L41、C41的微波信号，通过表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2的另一端输出，从而实现C波段低插损高抑制微型带通滤波功能。 

C波段低插损高抑制微型带通滤波器由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其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。 

C波段低插损高抑制微型带通滤波器实施体积为2.5mm×3.2mm×1.5mm。该滤波器带宽为500MHz，仿真滤波器通带内***损耗均小于3分贝，低阻带抑制优于-50分贝，高阻带抑制优于-40分贝，具有良好的滤波性能。 

Claims (4)

1.

一种C波段低插损高抑制微型带通滤波器，其特征在于：包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（Lin）、由第一电感（L4）和第一电容（C4）并联而成的第一级并联谐振单元(L4、C4)、由第一耦合电感（L43）和第一耦合电容（C43）串联而成的第一电磁耦合电路（L43、C43）、由第二电感（L3）和第二电容（C3）并联而成的第二级并联谐振单元(L3、C3)、由第二耦合电感（L32）和第二耦合电容（C32）串联而成的第二电磁耦合电路（L32、C32）、由第三电感（L2）和第三电容（C2）并联而成的第三级并联谐振单元(L2、C2)、由第三耦合电感（L21）和第三耦合电容（C21）串联而成的第三电磁耦合电路（L21、C21）、由第四电感（L1）和第四电容（C1）并联而成的第四级并联谐振单元(L1、C1)、由第四耦合电感（L41）和第四耦合电容（C41）串联而成的第四电磁耦合电路（L41、C41）、输出电感（Lout）、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口（P2）和接地端；输入端口（P1）与输入电感（Lin）连接，输出端口（P2）与输出电感（Lout）连接，该输出电感（Lout）与输入电感（Lin）之间并联第一级并联谐振单元(L4、C4)、第二级并联谐振单元(L3、C3)、第三级并联谐振单元(L2、C2)和第四级并联谐振单元(L1、C1)，在第一级并联谐振单元(L4、C4)与第二级并联谐振单元(L3、C3)之间串联第一电磁耦合电路（L43、C43）；第二级并联谐振单元(L3、C3)与第三级并联谐振单元(L2、C2)之间串联第二电磁耦合电路（L32、C32）；第三级并联谐振单元(L2、C2)与第四级并联谐振单元(L1、C1)之间串联第三电磁耦合电路（L21、C21）；第一级并联谐振单元(L4、C4)与第四级并联谐振单元(L1、C1)之间串联第四电磁耦合电路（L41、C41）；所述的第一级并联谐振单元(L4、C4)、第二级并联谐振单元(L3、C3)、第三级并联谐振单元(L2、C2)和第四级并联谐振单元(L1、C1)的另一端分别接地。

2.根据权利要求1所述的C波段低插损高抑制微型带通滤波器，其特征在于：第一级并联谐振单元(L4、C4) 、第一电磁耦合电路（L43、C43）、第二级并联谐振单元(L3、C3) 、第二电磁耦合电路（L32、C32）、第三级并联谐振单元(L2、C2)、第三电磁耦合电路（L21、C21）、第四级并联谐振单元(L1、C1)、第四电磁耦合电路（L41、C41）、输出电感（Lout）、表面安装的50欧姆阻抗输出端口（P2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感（Lin）、输出电感（Lout）均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元(L4，C4)、第二级并联谐振单元(L3，C3)、第三级并联谐振单元(L2，C2)、第四级并联谐振单元(L1，C1)均采用三层折叠耦合带状线实现，第一耦合电容（C41）、第二耦合电容（C32）、第三耦合电容（C21）、第四耦合电容（C41）均分别采用第一级并联谐振单元（L4，C4）与第二级并联谐振单元(L3，C3)之间、第二级并联谐振单元（L3，C3）与第三级并联谐振单元(L2，C2)之间、第三级并联谐振单元(L2，C2)与第四级并联谐振单元(L1，C1)之间、第一级并联谐振单元（L4，C4）与第四级并联谐振单元(L1，C1)之间空间耦合和分布参数电容实现，第一耦合电感（L43）、第二耦合电感（L32）、第三耦合电感（L21）、第四耦合电感（L41）均分别采用第一级并联谐振单元（L4，C4）与第二级并联谐振单元(L3，C3)之间、第二级并联谐振单元（L3，C3）与第三级并联谐振单元(L2，C2)之间、第三级并联谐振单元(L2，C2)与第四级并联谐振单元(L1，C1)之间、第一级并联谐振单元（L4，C4）与第四级并联谐振单元(L1，C1)之间空间耦合和分布参数电感实现。

3.根据权利要求1所要求的C波段低插损高抑制微型带通滤波器，其特征在于：第一级并联谐振单元（L4，C4）、第二级并联谐振单元（L3，C3）、第三级并联谐振单元（L2，C2）、第四级并联谐振单元（L1，C1）采用分布参数三层折叠耦合带状线结构实现，其中每层带状线一端悬空，另一端接地。

4.根据权利要求1所要求的C波段低插损高抑制微型带通滤波器，其特征在于：其中第一电磁耦合电路（L43，C43）中，第一耦合电感（L43）采用第一级并联谐振单元（L4，C4）和第二级并联谐振单元（L3，C3）之间空间耦合和分布参数电感实现，第一耦合电容（C43）采用第一级并联谐振单元（L4，C4）和第二级并联谐振单元（L3，C3）之间空间耦合和分布参数电容实现；第二电磁耦合电路（L32，C32）中，第二耦合电感（L32）采用第二级并联谐振单元（L3，C3）和第三级并联谐振单元（L2，C2）之间空间耦合和分布参数电感实现，第二耦合电容（C32）采用第二级并联谐振单元（L3，C3）和第三级并联谐振单元（L2，C2）之间空间耦合和分布参数电容实现；第三电磁耦合电路（L21，C21）中，第三耦合电感（L21）采用第三级并联谐振单元（L2，C2）和第四级并联谐振单元（L1，C1）之间空间耦合和分布参数电感实现，第三耦合电容（C21）采用第三级并联谐振单元（L2，C2）和第四级并联谐振单元（L1，C1）之间空间耦合和分布参数电容实现；第四电磁耦合电路（L41，C41）中，第四耦合电感（L41）采用第一级并联谐振单元（L4，C4）和第四级并联谐振单元(L1，C1)与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现，第四耦合电容（C41）采用一级并联谐振单元（L4，C4）和第四级并联谐振单元(L1，C1)与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现。

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