CN103078158A - L波段微型低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种L波段微型低通滤波器，该低通滤波器具有两个传输零点，原型为五级切比雪夫低通滤波器，并通过LTCC多层结构实现等效集总参数元件，包括两级并联谐振单元、三级并联接地电容及输入/输出端口，在同等技术指标的情况下实现极大的缩减滤波器体积、很好的抑制带外谐波。本发明具有体积小、重量轻、集成度高、通带内差损小、驻波好、高端抑制好、温度稳定性好、电性能指标批量一致性好、大批量生产成本低等优点，适用于射频收发前端等对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应通信***中。

Description

L波段微型低通滤波器

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别是一种L波段微型低通滤波器。

背景技术

随着现代通信技术的进步，微波与毫米波模块也朝着小尺寸、轻体积、高可靠性和高性能方向发展，滤波器作为微波和毫米波模块中不可缺少的一部分，对整个通信***的性能优劣有直接的影响，不仅要求其***损耗小，带外抑制好，新型的滤波器也要求其体积小、质量轻。目前常规的滤波器，如金属谐振腔构成的腔体滤波器、LC滤波器、微带滤波器、块状介质滤波器等性能虽好，但由于体积过大，已不能适应当今微波与毫米波器件对小型化的要求。例如专利号200710202470.6提到的一种低通滤波器，该滤波器总长度约为7毫米，总宽度为6.5毫米，驻波小于10dB，带外抑制小于10dB。随着航天航空等对微波器件的体积、重量、性能要求越来越高，该类型滤波器已不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、集成度高、通带内差损小、驻波好、高端抑制好、温度稳定性好、电性能指标批量一致性好的L波段微型低通滤波器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种L波段微型低通滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口、第一级并联接地电容、第二级并联接地电容、第三级并联接地电容、第一并联谐振单元、第二并联谐振单元、表面安装的50欧姆阻抗输出端口和接地端，其中第一并联谐振单元由第一级串联电感和第一级零点电容并联构成，第二并联谐振单元由第二级串联电感和第二级零点电容并联构成；50欧姆阻抗输入端口与第一并联谐振单元的一端串联，第一并联谐振单元的另一端与第二并联谐振单元的一端相连，第二并联谐振单元的另一端与50欧姆阻抗输出端口串联，50欧姆阻抗输入端口与第一并联谐振单元连接端作为第一公共端，该第一公共端并联第一级接地电容，第一并联谐振单元与第二并联谐振单元的连接端作为第二公共端，该第二公共端并联第二级并联接地电容，第二并联谐振单元与50欧姆阻抗输出端口的连接端作为第三公共端，该第三公共端并联第三级并联接地电容；第一级并联接地电容、第二级并联接地电容、第三级并联接地电容的另一端分别与和接地端相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）1100兆赫兹微波波段低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，体积小、重量轻；（2）该发明带内差损小、驻波小、高频抑制好；（3）采用高导电率的银作为导电介质，在烧结过程中不会被氧化，因此不需电镀保护，减少了加工程序；（4）该发明利用LTCC技术结合了共烧技术和厚膜技术的优点，减少了昂贵、重复的烧结过程，所有电路被叠层热压并一次烧结，节省了时间，降低了成本；（5）利用LTCC技术批量生产一致性好的特点，成品率高、成本低；（6）利用LTCC的陶瓷基片的组成成分可变的特性，选择介电常数为9.2的LTCC介质板材，也减小了元件尺寸，并利用其低损耗的特点实现滤波器优异的电性能。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明L波段微型低通滤波器的电原理图。

图2是本发明L波段微型低通滤波器的外形及内部结构示意图。

图3是本发明L波段微型低通滤波器的分层结构示意图。

图4是本发明L波段微型低通滤波器的并联谐振单元结构示意图。

图5是本发明L波段微型低通滤波器三维全波仿真性能曲线。

图6是本发明L波段微型低通滤波器的电压驻波比仿真性能曲线。

具体实施方式

结合图1、图2、图3和图4，本发明L波段微型低通滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口P1、第一级并联接地电容C1、第二级并联接地电容C3、第三级并联接地电容C5、第一并联谐振单元、第二并联谐振单元、表面安装的50欧姆阻抗输出端口P2和接地端，其中第一并联谐振单元由第一级串联电感L1和第一级零点电容C2并联构成，第二并联谐振单元由第二级串联电感L2和第二级零点电容C4并联构成；50欧姆阻抗输入端口P1与第一并联谐振单元L1，C2的一端（作为输入端）串联，第一并联谐振单元L1C2的另一端（作为输出端）与第二并联谐振单元L2C4的一端（作为输入端）相连，第二并联谐振单元L2C4的另一端（作为输出端）与50欧姆阻抗输出端口P2串联，50欧姆阻抗输入端口P1与第一并联谐振单元L1C2连接端作为第一公共端，该第一公共端并联第一级接地电容C1，第一并联谐振单元L1C2与第二并联谐振单元L2C4的连接端作为第二公共端，该第二公共端并联第二级并联接地电容C3，第二并联谐振单元L2C4与50欧姆阻抗输出端口P2的连接端作为第三公共端，该第三公共端并联第三级并联接地电容C5；第一级并联接地电容C1、第二级并联接地电容C3、第三级并联接地电容C5的另一端分别与和接地端相连。

结合图2、图3和图4，本发明L波段微型低通滤波器，50欧姆阻抗输入端口（P1）、第一级并联接地电容（C1）、第一级串联电感（L1）、第一级零点电容（C2）、第二级并联接地电容（C3）、第二级串联电感（L2）、第二级零点电容（C4）、第三级并联接地电容（C5）、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（LTCC）实现L波段微型低通滤波器，该低通滤波器从上到下共由20层组成，其中第2层、第5层、第6层、第7层、第13层、第14层、第17层和第18层为介质基板，表面没有金属层，介质基板厚度均为50-100微米；其余层为表面印刷有金属层的基板，基板厚度为40-90微米，表面印刷金属层厚度为10-15微米，所有表面金属层均在基板上表面印刷，仅第20层表面金属层在第20层基板下表面印刷，第3层、第19层均为接地金属层。

结合图1、图2、图3和图4，本发明L波段微型低通滤波器，所述第一级串联电感L1、第二级串联电感L2均采用的是垂直螺旋电感结构实现，利用通孔柱实现不同层之间的互联，即第8层、第9层、第10层、第11层、第12层共5层含金属层的基板共同构成垂直螺旋电感，每层金属层都是带状线绕成1/2矩形或3/4矩形，然后通过垂直通孔将相邻上下两层带状线连接在一起；其中，第一级串联电感L1通过金属带状线与50欧姆阻抗输入端口（P1）相连，第二级串联电感L2通过金属带状线与50欧姆阻抗输出端口（P2）相连；第一级串联电感L1的始端在第8层，终端在第12层，第二级串联电感L2的始端在第12层，终端在第8层，第一级串联电感L1、第二级串联电感L2通过第12层中间的金属带状线相连在一起。

结合图1、图2、图3和图4，本发明L波段微型低通滤波器，所述第一级并联接地电容C1、第一级零点电容C2、第二级并联接地电容C3、第二级零点电容C4、第三级并联接地电容C5均采取的是垂直交指电容结构，第一零点电容C2和第二零点电容C4通过第15层与第16层之间构成的垂直交指电容结构实现，第15层基板通过通孔柱与第12层基板的两个垂直螺旋电感中间金属带状线相连，第16层基板的金属层由两部分构成，其中与50欧姆阻抗输入端口P1相连的一部分金属层与第15层基板之间形成第一级零点电容C2，与50欧姆阻抗输出端口P2相连的另一部分金属层与第15层基板之间形成第二级零点电容C4；第一级并联接地电容C1、第二级并联接地电容C3和第三级并联接地电容C5均通过第3层和第4层基板之间构成的垂直交指电容结构实现，第4层基板的金属层由三部分构成，与50欧姆阻抗输入端口P1相连的第一部分金属层与第3层金属层之间形成第一并联接地电容C1，与50欧姆阻抗输出端口P2相连的第三部分金属层与第3层金属层之间形成第三并联接地电容C5，位于中间的第二部分金属层通过通孔柱与第12层板两个垂直螺旋电感之间的金属带状线相连，并与第3层金属层之间形成第二并联接地电容C3。

结合图1、图2和图3，本发明L波段微型低通滤波器的表面安装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输出端口（P2）分别设置在基体两端位置（这里的端口是在基体外侧）。第3层和第19层的金属层为接地极板，通过基体侧面相互连接在一起。

实施例

如图2所示，本发明L波段微型低通滤波器所用低温共烧陶瓷和金属图形在800-900℃之间一次性烧制而成，具有很好的可靠性和温度稳定性。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。

如图2所示，本发明L波段微型低通滤波器，器件尺寸为2mm                                                

1.2mm

1mm,采用LTCC陶瓷介质的相对介电常数为9.2，带有金属层的陶瓷介质每层厚40微米，金属层厚10微米，金属导体采用银，不带金属层的陶瓷介质每层厚50微米。整个LTCC微型低通滤波器基体由20层LTCC陶瓷介质组成，所描述所有表面金属层均在LTCC基板上表面印刷，仅第20层表面金属层在第20层LTCC基板下表面印刷。

如图5和图6所示，本发明L波段微型低通滤波器的仿真结果如下：该低通滤波器的截止频率为1.1GHz，通带内***损耗小于0.35dB，阻带内设置有两个传输零点，分别为1.96GHz和2.93GHz，从1.88GHz到8GHz范围内的抑制大于30dB，通带内驻波小于-21dB，电压驻波比（VSWR）小于1.2，具有良好的滤波特性。

Claims (4)

1.一种L波段微型低通滤波器，其特征在于：包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、第一级并联接地电容（C1）、第二级并联接地电容（C3）、第三级并联接地电容（C5）、第一并联谐振单元、第二并联谐振单元、表面安装的50欧姆阻抗输出端口（P2）和接地端，其中第一并联谐振单元由第一级串联电感（L1）和第一级零点电容（C2）并联构成，第二并联谐振单元由第二级串联电感（L2）和第二级零点电容（C4）并联构成；50欧姆阻抗输入端口（P1）与第一并联谐振单元（L1，C2）的一端串联，第一并联谐振单元（L1，C2）的另一端与第二并联谐振单元（L2，C4）的一端相连，第二并联谐振单元（L2，C4）的另一端与50欧姆阻抗输出端口（P2）串联，50欧姆阻抗输入端口（P1）与第一并联谐振单元（L1，C2）连接端作为第一公共端，该第一公共端并联第一级接地电容（C1），第一并联谐振单元（L1，C2）与第二并联谐振单元（L2，C4）的连接端作为第二公共端，该第二公共端并联第二级并联接地电容（C3），第二并联谐振单元（L2，C4）与50欧姆阻抗输出端口（P2）的连接端作为第三公共端，该第三公共端并联第三级并联接地电容（C5）；第一级并联接地电容（C1）、第二级并联接地电容（C3）、第三级并联接地电容（C5）的另一端分别与和接地端相连。

2.根据权利要求1所述的L波段微型低通滤波器，其特征在于：50欧姆阻抗输入端口（P1）、第一级并联接地电容（C1）、第一级串联电感（L1）、第一级零点电容（C2）、第二级并联接地电容（C3）、第二级串联电感（L2）、第二级零点电容（C4）、第三级并联接地电容（C5）、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L波段微型低通滤波器，该低通滤波器从上到下共由20层组成，其中第2层、第5层、第6层、第7层、第13层、第14层、第17层和第18层为介质基板，表面没有金属层，介质基板厚度均为50-100微米；其余层为表面印刷有金属层的基板，基板厚度为40-90微米，表面印刷金属层厚度为10-15微米，所有表面金属层均在基板上表面印刷，仅第20层表面金属层在第20层基板下表面印刷，第3层、第19层均为接地金属层。

3.根据权利要求1或2所述的L波段微型低通滤波器，其特征在于：所述第一级串联电感（L1）、第二级串联电感（L2）均采用的是垂直螺旋电感结构实现，利用通孔柱实现不同层之间的互联，即第8层、第9层、第10层、第11层、第12层共5层含金属层的基板共同构成垂直螺旋电感，每层金属层都是带状线绕成1/2矩形或3/4矩形，然后通过垂直通孔将相邻上下两层带状线连接在一起；其中，第一级串联电感（L1）通过金属带状线与50欧姆阻抗输入端口（P1）相连，第二级串联电感（L2）通过金属带状线与50欧姆阻抗输出端口（P2）相连；第一级串联电感（L1）的始端在第8层，终端在第12层，第二级串联电感（L2）的始端在第12层，终端在第8层，第一级串联电感（L1）、第二级串联电感（L2）通过第12层中间的金属带状线相连在一起。

4.根据权利要求1或2所述的L波段微型低通滤波器，其特征在于：所述第一级并联接地电容（C1）、第一级零点电容（C2）、第二级并联接地电容（C3）、第二级零点电容（C4）、第三级并联接地电容（C5）均采取的是垂直交指电容结构，第一零点电容（C2）和第二零点电容（C4）通过第15层与第16层之间构成的垂直交指电容结构实现，第15层基板通过通孔柱与第12层基板的两个垂直螺旋电感中间金属带状线相连，第16层基板的金属层由两部分构成，其中与50欧姆阻抗输入端口（P1）相连的一部分金属层与第15层基板之间形成第一级零点电容（C2），与50欧姆阻抗输出端口（P2）相连的另一部分金属层与第15层基板之间形成第二级零点电容（C4）；第一级并联接地电容（C1）、第二级并联接地电容（C3）和第三级并联接地电容（C5）均通过第3层和第4层基板之间构成的垂直交指电容结构实现，第4层基板的金属层由三部分构成，与50欧姆阻抗输入端口（P1）相连的第一部分金属层与第3层金属层之间形成第一并联接地电容（C1），与50欧姆阻抗输出端口（P2）相连的第三部分金属层与第3层金属层之间形成第三并联接地电容（C5），位于中间的第二部分金属层通过通孔柱与第12层板两个垂直螺旋电感之间的金属带状线相连，并与第3层金属层之间形成第二并联接地电容（C3）。

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