CN103117428A - 60g毫米波微型带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种60G毫米波微型带通滤波器，包括表面安装的输入/输出接口、采用两层折叠耦合带状线实现的四个并联谐振单元、三个零点设置单元、一个Z字形交叉耦合电路及输入和输出电感，各元件均采用两层以上低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入、输出电感均采用分布参数的带状线设计。本发明具有尺寸小、性能好、可靠性高、成本低、电性能优异、温度稳定性好、电性能指标批量一致性好等优点，特别适用于蓝牙传输、ISM频段传输、相应微波频段的通信、数字雷达、单兵卫星移动、军用与民用多模和多路通信***终端、无线通信手持终端等，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应***中。

Description

60G毫米波微型带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种60G毫米波微型带通滤波器。

背景技术

毫米波频段是目前军事电子技术发展的主要频段，广泛应用于导弹精确制导、雷达、保密通信、电子对抗和测试技术等方面。毫米波设备具有对目标分辨率高、方向性好、信息量大、受恶劣天气影响小等优点，近年来得到了很快发展。一般来说，毫米波***的成本是比较高的，为了节约成本，在毫米波***中采用低成本、小体积、性能好的滤波器就显得十分重要。近年来随着微波毫米波***小型化要求的提高，各种电路工艺如薄膜技术、多层电路板技术、陶瓷技术受到越来越多的关注，低温共烧陶瓷（LTCC）技术被认为是各种工艺中最适合于微波毫米波多芯片组件（MCM）且最具前途的一种技术。目前文献中介绍的毫米波滤波器大多是体积较大、可靠性低、成本高，不能适应小型化的要求，即使基于LTCC技术设计的滤波器也基本上都是频率较低（1G-10G）的滤波器，而在毫米波频段基于LTCC的多阶带通滤波器的设计几乎没有，如基于MEMS工艺制作的毫米波无源器件具备体积小、性能好、一致性好等优点，成为解决单片毫米波收发组件的较好手段，但与LTCC工艺相比较，使用MEMS工艺生产的毫米波滤波器造价太昂贵、体积较大、性能也较低；而使用波导设计的毫米波滤波器虽然差损较小，但是基于这种结构设计的滤波器体积很大，很难实现小型化的要求，而且边带不如使用LTCC工艺设计的滤波器陡峭。

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60G毫米波微型带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种60G毫米波微型带通滤波器，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、第一零点设置电路、第二级并联谐振单元、第二零点设置电路、第三级并联谐振单元、第三零点设置电路、第四级并联谐振单元、第四零点设置电路、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一零点设置电路；第二级并联谐振单元与第三级并联谐振单元之间串联第二零点设置电路；第三级并联谐振单元与第四级并联谐振单元之间串联第三零点设置电路；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四零点设置电路；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的另一端分别接地。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）本发明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材料的低损耗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60G毫米波微型带通滤波器的电原理图。

图2是本发明60G毫米波微型带通滤波器的外形及内部结构示意图。

图3是本发明60G毫米波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60G毫米波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60G毫米波微型带通滤波器，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L5、第一级并联谐振单元L1C1、第一零点设置电路L12C12、第二级并联谐振单元L2C2、第二零点设置电路L23C23、第三级并联谐振单元L3C3、第三零点设置电路L34C34、第四级并联谐振单元L4C4、第四零点设置电路L14C14、输出电感L6、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L5的一端，输入电感L5的另一端和第一级并联谐振单元L1C1、第一零点设置电路L12C12、第四零点设置电路L14C14的公共连接端相连接，其中第一级并联谐振单元L1C1由第一电感L1和第一电容C1并联而成，第一零点设置电路L12C12由第一零点电感L12和第一零点电容C12串联而成，第四零点设置电路L14C14由第四零点电感L14和第四零点电容C14串联而成；第一零点设置电路L12C12的另一端与第二级并联谐振单元L2C2、第二零点设置电路L23C23的公共端相连接，第二级并联谐振单元L2C2 由第二电感L2和第二电容C2并联而成，第二零点设置电路L23C23由第二零点电感L23和第二零点电容C23串联而成；第二零点设置电路L23C23的另一端与第三级并联谐振单元L3C3、第三零点设置电路L34C34的公共端相连接，第三级并联谐振单元L3C3 由第三电感L3和第三电容C3并联而成，第三零点设置电路L34C34由第三零点电感L34和第三零点电容C34串联而成；第三零点设置电路L34C34的另一端与第四级并联谐振单元L4C4、第四零点设置电路L14C14、输出电感L6的公共端相连接，第四级并联谐振单元L4C4 由第四电感L4和第四电容C4并联而成；输出电感L6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L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3和第四级并联谐振单元L4C4的另一端分别接地。

结合图2和图3，本发明60G毫米波微型带通滤波器，输入端口P1、输入电感L5、第一级并联谐振单元L1C1、第一零点设置电路L12C12、第二级并联谐振单元L2C2、第二零点设置电路L23C23、第三级并联谐振单元L3C3、第三零点设置电路L34C34、第四级并联谐振单元L4C4、第四零点设置电路L14C14、输出电感L6、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L5、输出电感L6均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3、第四级并联谐振单元L4C4均采用两层折叠耦合带状线实现，第一零点电容C12、第二零点电容C23、第三零点电容C34、第四零点电容C14均分别采用第一级并联谐振单元L1C1与第二级并联谐振单元L2C2之间、第二级并联谐振单元L2C2与第三级并联谐振单元L3C3之间、第三级并联谐振单元L3C3与第四级并联谐振单元L4C4之间、第一级L1C1和第四级并联谐振单元L4C4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，第一零点电感L12、第二零点电感L23、第三零点电感L34、第四零点电感L14均分别采用第一级并联谐振单元L1C1与第二级并联谐振单元L2C2之间、第二级并联谐振单元L2C2与第三级并联谐振单元L3C3之间、第三级并联谐振单元L3C3与第四级并联谐振单元L4C4之间、第一级并联谐振单元L1C1和第四级并联谐振单元L4C4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60G毫米波微型带通滤波器，第一级并联谐振单元L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3和第四级并联谐振单元L4C4采用分布参数两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60G毫米波微型带通滤波器，第一零点设置电路L12C12中，第一零点电感L12采用第一级并联谐振单元L1C1和第二级并联谐振单元L2C2之间空间耦合和分布参数电感实现，第一零点电容C12采用第一级并联谐振单元L1C1和第二级并联谐振单元L2C2之间空间耦合和分布参数电容实现；第二零点设置电路L23C23中，第二零点电感L23采用第二级并联谐振单元L2C2和第三级并联谐振单元L3C3之间空间耦合和分布参数电感实现，第二零点电容C23采用第二级并联谐振单元L2C2和第三级并联谐振单元L3C3之间空间耦合和分布参数电容实现；第三零点设置电路L34C34中，第三零点电感L34采用第三级并联谐振单元L3C3和第四级并联谐振单元L4C4之间空间耦合和分布参数电感实现，第三零点电容C34采用第三级并联谐振单元L3C3和第四级并联谐振单元L4C4之间空间耦合和分布参数电容实现；第四零点设置电路L14C14中，第四零点电感L14采用第一级并联谐振单元L1C1和第四级并联谐振单元L4C4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，第四零点电容C14采用第一级并联谐振单元L1C1和第四级并联谐振单元L4C4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60G毫米波微型带通滤波器，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L5到达第一级并联谐振单元L1C1，第一电感L1和第一电容C1相连接的一端及第一零点设置电路L12C12的一端，在第一级并联谐振单元L1C1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L1C1与第二级并联谐振单元L2C2之间第一零点设置电路L12C12，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L1C1中的第一电感L1和第一电容C1接地，实现第一级滤波。第一零点设置电路L12C12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，非第一零点附近的微波频率信号通过第一零点设置电路L12C12中的第一零点电感L12和第一零点电容C12到达第二级并联谐振单元L2C2中。第二电感L2和第二电容C2相连接的一端及第二级并联谐振单元L2C2与第三级并联谐振单元L3C3之间第二零点设置电路L23C23的一端，经过第一级滤波和第一零点设置电路L12C12的微波信号，在第二级并联谐振单元L2C2谐振频率附近的微波信号进入第二零点设置电路L23C23，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L2C2中的第二电感L2和第二电容C2接地，实现第二级滤波。第二零点设置电路L23C23的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第二零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第二零点附近的微波频率信号通过第二零点设置电路L23C23中的第二零点电感L23和第二零点电容C23到达第三级并联谐振单元L3C3中的第三电感L3和第三电容C3相连接的一端及第三零点设置电路L34C34的一端，经过第一级、第二级滤波和第一零点设置电路L12C12，第二零点设置电路L23C23的微波信号，在第三并联谐振单元L3C3谐振频率附近的微波信号进入第三级并联谐振单元L3C3与第四级并联谐振单元L4C4之间第三零点设置电路L34C34，其余非第三并联谐振单元L34C34谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3C3中的第三电感L3和第三电容C3接地，实现第三级滤波。第三零点设置电路L34C34的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第三零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第三零点附近的微波频率信号通过第三零点设置电路L34C34中的第三零点电感L34和第三零点电容C34到达第四级并联谐振单元L4C4中第四电感L4和第四电容C4相连接的一端及第一和第四级并联谐振单元L1C1、L4C4与Z字形交叉耦合带状线之间第四零点设置电路L14C14的一端，经过第一级、第二级、第三级滤波和第一、第二、第三零点设置电路的微波信号，在第四级并联谐振单元L4C4谐振频率附近的微波信号进入第四零点设置电路L14C14。第四零点设置电路L14C14的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第四零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，第四并联谐振单元L4C4谐振频率附近的微波信号与非第四零点附近的微波频率相加之后通过输出电感L6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L4C4中的第四电感L4和第四电容C4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，第一零点设置电路L12C12，第二零点设置电路L23C23，第三零点设置电路L34C34，第四零点设置电路L14C14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60G毫米波微型带通滤波功能。

60G毫米波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。

60G毫米波微型带通滤波器实施体积为1.6mm×0.6mm×0.8mm。 该滤波器带宽为6GHz，仿真滤波器通带内***损耗均小于2分贝，低阻带抑制优于-45分贝，高阻带抑制优于-40分贝，具有良好的滤波器性能。

Claims (4)

1.一种60G毫米波微型带通滤波器，其特征在于：包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（L5）、第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一零点设置电路（L12，C12）、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二零点设置电路（L23，C23）、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三零点设置电路（L34，C34）、第四级并联谐振单元(L4，C4)、第四零点设置电路（L14，C14）、输出电感（L6）、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（L5）的一端，输入电感（L5）的另一端和第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一零点设置电路（L12，C12）、第四零点设置电路（L14，C14）的公共连接端相连接，其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，第一零点设置电路（L12，C12）由第一零点电感（L12）和第一零点电容（C12）串联而成，第四零点设置电路（L14，C14）由第四零点电感（L14）和第四零点电容（C14）串联而成；第一零点设置电路（L12，C12）的另一端与第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二零点设置电路（L23，C23）的公共端相连接，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，第二零点设置电路（L23，C23）由第二零点电感（L23）和第二零点电容（C23）串联而成；第二零点设置电路（L23，C23）的另一端与第三级并联谐振单元（L3，C3）、第三零点设置电路（L34，C34）的公共端相连接，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，第三零点设置电路（L34，C34）由第三零点电感（L34）和第三零点电容（C34）串联而成；第三零点设置电路（L34，C34）的另一端与第四级并联谐振单元（L4，C4）、第四零点设置电路(L14，C14)、输出电感（L6）的公共端相连接，第四级并联谐振单元(L4，C4) 由第四电感（L4）和第四电容（C4）并联而成；输出电感（L6）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(L1，C1)、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第三级并联谐振单元(L3，C3)和第四级并联谐振单元(L4，C4)的另一端分别接地。

2.根据权利要求1所述的60G毫米波微型带通滤波器，其特征在于：输入端口（P1）、输入电感（L5）、第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一零点设置电路（L12，C12）、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二零点设置电路（L23，C23）、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三零点设置电路（L34，C34）、第四级并联谐振单元(L4，C4)、第四零点设置电路（L14，C14）、输出电感（L6）、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（L5）、输出电感（L6）均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元(L1，C1)、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第四级并联谐振单元(L4，C4)均采用两层折叠耦合带状线实现，第一零点电容（C12）、第二零点电容（C23）、第三零点电容（C34）、第四零点电容（C14）均分别采用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、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、第三级并联谐振单元(L3，C3)与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间、第一级并联谐振单元（L1，C1）与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间空间耦合和分布参数电容实现，第一零点电感（L12）、第二零点电感（L23）、第三零点电感（L34）、第四零点电感（L14）均分别采用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、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、第三级并联谐振单元(L3，C3)与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间、第一级并联谐振单元（L1，C1）与第四级并联谐振单元(L4，C4)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60G毫米波微型带通滤波器，其特征在于：第一级并联谐振单元（L1，C1）、第二级并联谐振单元（L2，C2）、第三级并联谐振单元（L3，C3）、第四级并联谐振单元（L4，C4）采用分布参数两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60G毫米波微型带通滤波器，其特征在于：其中第一零点设置电路（L12，C12）中，第一零点电感（L12）采用第一级并联谐振单元（L1，C1）和第二级并联谐振单元（L2，C2）之间空间耦合和分布参数电感实现，第一零点电容（C12）采用第一级并联谐振单元（L1，C1）和第二级并联谐振单元（L2，C2）之间空间耦合和分布参数电容实现；第二零点设置电路（L23，C23）中，第二零点电感（L23）采用第二级并联谐振单元（L2，C2）和第三级两个并联谐振单元（L3，C3）之间空间耦合和分布参数电感实现，第二零点电容（C23）采用第二级并联谐振单元（L2，C2）和第三级并联谐振单元（L3，C3）之间空间耦合和分布参数电容实现；第三零点设置电路（L34，C34）中，第三零点电感（L34）采用第三级并联谐振单元（L3，C3）和第四级并联谐振单元（L4，C4）之间空间耦合和分布参数电感实现，第三零点电容（C34）采用第三级并联谐振单元（L3，C3）和第四级并联谐振单元（L4，C4）之间空间耦合和分布参数电容实现；第四零点设置电路（L14，C14）中，第四零点电感（L14）采用第一级并联谐振单元（L1，C1）和第四级并联谐振单元(L4，C4)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，第四零点电容（C14）采用第一级并联谐振单元（L1，C1）和第四级并联谐振单元(L4，C4)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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