CN103413993A

CN103413993A - 分布式微型带通平衡滤波器

Info

Publication number: CN103413993A
Application number: CN201310331474XA
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 陈相治; 李雁; 邓良; 施淑媛; 陈龙; 朱丹; 罗鸣; 冯辰辰; 方思慧; 顾家; 朱正和
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: CN103413993B

Abstract

本发明公开了一种分布式微型带通平衡滤波器，包括下包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口、四个并联谐振单元、两个表面贴装的75欧姆阻抗输出端口和接地端，输入端口与第一级并联谐振单元连接，两个输出端口分别与第四级并联谐振单元的两层带状线连接。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各层带状线分别为一端接地，另一端开路。两个Z形级间耦合带状线两端均接地。本发明具有体积小、重量轻、可靠性高；电性能优异，电路实现结构简单，成本低，使用安装方便的优点。

Description

分布式微型带通平衡滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种分布式微型带通平衡滤波器。

背景技术

在现代无线通信***中，平衡电路发挥着重要作用。相对于非平衡的单端口输入输出电路，平衡电路可以高效地抑制环境噪声和内部有源器件产生的噪声，因而具有优越的电磁兼容特性。各种各样的射频微波器件，如滤波器、混频器和功率放大器等都被应用于平衡的拓扑结构中。随着集成电路的飞速发展，对平衡器件的需求会更加迫切。平衡滤波器要求在差模信号输入时具有滤波特性，同时能够有效抑制共模噪声。平衡滤波器可以通过一个单端口滤波器和两个巴伦来简便构造，但其面积巨大。因此，不额外添加巴伦，把平衡滤波器作为单一器件来设计，是一个重要问题。

低温共烧陶瓷是一种电子封装技术，采用多层陶瓷技术，能够将无源元件内置于介质基板内部，同时也可以将有源元件贴装于基板表面制成无源/有源集成的功能模块。LTCC技术在成本、集成封装、布线线宽和线间距、低阻抗金属化、设计多样性和灵活性及高频性能等方面都显现出众多优点，已成为无源集成的主流技术。其具有高Q值，便于内嵌无源器件，散热性好，可靠性高，耐高温，冲震等优点，利用LTCC技术，可以很好的加工出尺寸小，精度高，紧密型好，损耗小的微波器件。

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、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的微型带通平衡滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种分布式微型带通平衡滤波器，包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口、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、第四级并联谐振单元、两个表面贴装的75欧姆阻抗输出端口和接地端，输入端口与第一级并联谐振单元连接，两个输出端口分别与第四级并联谐振单元的两层带状线连接。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各层带状线分别为一端接地，另一端开路。两个Z形级间耦合带状线两端均接地。

现有技术相比，由于本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，所带来的显著优点是：（1）带内平坦、通带内插损低；（2）平衡端口幅度一致性好；（3）体积小、重量轻、可靠性高；（4）电性能优异，两平衡输出端口相位倒相特性好；（5）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（6）成本低；（7）使用安装方便，可以使用全自动贴片机安装和焊接。

附图说明

图1 是本发明一种分布式微型带通平衡滤波器的外形及内部结构示意图。

图2是本发明一种分布式微型带通平衡滤波器两平衡输出端的幅频特性曲线。

图3是本发明一种分布式微型带通平衡滤波器的相频差特性曲线。

图4是本发明一种分布式微型带通平衡滤波器个端口的驻波特性曲线。

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，本发明一种分布式微型带通平衡滤波器，该微型带通平衡滤波器包包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感Lin、第一级并联谐振单元L1 C11 C12、第二级并联谐振单元L2 C21 C22、第三级并联谐振单元L3 C31 C32、第四级并联谐振单元L4 C41 C42、第一Z形级间耦合带状线LC1、第二Z形级间耦合带状线LC2、第一输出电感Lout1、表面贴装的75欧姆阻抗平衡输出端口P2、第二输出电感Lout2、表面贴装的75欧姆阻抗输出端口P3；输入端口P1通过输入电感Lin与第一级并联谐振单元中的第二层带状线L1连接，平衡输出端口P2通过第一输出电感Lout1与第四级并联谐振单元中的第二层带状线L4连接，平衡输出端口P3通过第二输出电感Lout2与第四级并联谐振单元中的第一层带状线C41连接；第一级并联谐振单元L1 C11 C12、第二级并联谐振单元L2 C21 C22、第三级并联谐振单元L3 C31 C32 和第四级并联谐振单元L4 C41 C42 分别接地。其中第一层、第三层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向与第一层、第三层相反。第一Z形级间耦合带状线LC1、第二Z形级间耦合带状线LC2两端均接地。

结合图1，本发明一种分布式微型带通平衡滤波器，包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、第一级并联谐振单元L1 C11 C12、第二级并联谐振单元L2 C21 C22、第三级并联谐振单元L3 C31 C32、第四级并联谐振单元L4 C41 C42、第一Z形级间耦合带状线LC1、第二Z形级间耦合带状线LC2、输入电感Lin、第一输出电感Lout1、第二输出电感Lout2、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P1、表面贴装的75欧姆阻抗平衡输出端口P2、表面贴装的75欧姆阻抗输出端口P3和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

结合图1，本发明一种分布式微型带通平衡滤波器，其工作原理简述如下：当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L1 C11 C12，在第一级并联谐振单元L1 C11 C12谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元L1 C11 C12，非第一级并联谐振单元L1 C11 C12谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元L1 C11 C12中带状线L1、带状线C11、带状线C12接地，其余信号被反射，实现第一级滤波；在第二级并联谐振单元L2 C21 C22谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L2 C21 C22，非第二级并联谐振单元L2 C21 C22谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L2 C21 C22中带状线L2、带状线C21、带状线C22接地，其余信号被反射，实现第二级滤波；在第三级并联谐振单元L3 C31 C32谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3 C31 C32，非第三级并联谐振单元L3 C31 C32谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3 C31 C32中带状线L3、带状线C31、带状线C32接地，其余信号被反射，实现第三级滤波；在第四级并联谐振单元L4 C41 C42谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L4 C41 C42，非第四级并联谐振单元L4 C41 C42谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L4 C41 C42中带状线L4、带状线C41、带状线C42接地，其余信号被反射，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，微波信号分别由第二层带状线L4经过第一输出电感Lout1、由第一层带状线C41经过第二输出电感Lout2，分别通过表面贴装的75欧姆阻抗输出端口P2、表面贴装的75欧姆阻抗输出端口P3的另一端，将微波信号分为两路输出，从而实现S波段分布式微型带通平衡滤波器功能。

结合图1，本发明一种分布式微型带通平衡滤波器，在传输零点的设计上，采用第一Z形级间耦合带状线LC1、第二Z形级间耦合带状线LC2在第一级并联谐振单元L1 C11 C12和第四级并联谐振单元L4 C41 C42之间引入交叉耦合，从而可以在上边带和下边带分别产生传输零点。通过调整Z形级间耦合带状线的大小、位置，可以改变传输零点的位置。

一种分布式微型带通平衡滤波器，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，且不需要额外加入巴伦来实现平衡滤波器功能，从而使体积大幅减小。

本发明一种分布式微型带通平衡滤波器的尺寸仅为3.2mm×2.5mm×1.5mm，其性能可从图2、图3、图4看出，通带带宽为3.8GHz~4.2GHz，通带内最小***损耗为4.99dB，输入端口回波损耗均优于10dB，上下边带抑制优于35dB，两个平衡端口相频差均为180±10，输入端口和两个平衡输出端口驻波比均优于2。

Claims

1.一种分布式微型带通平衡滤波器，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）、第一级并联谐振单元（L1、C11、C12）、第二级并联谐振单元（L2、C21、C22）、第三级并联谐振单元（L3、C31、C32）、第四级并联谐振单元（L4、C41、C42）、第一Z形级间耦合带状线（LC1）、第二Z形级间耦合带状线（LC2）、第一输出电感（Lout1）、表面贴装的75欧姆阻抗平衡输出端口（P2）、第二输出电感（Lout2）、表面贴装的75欧姆阻抗输出端口（P3）；各谐振单元均为三层，且每层均在同一平面，第一级并联谐振单元（L1、C11、C12）由第一层带状线（C11）、第二层带状线（L1）、第三层带状线（C12）并联而成，第二级并联谐振单元（L2、C21、C22）由第一层带状线（C21）、第二层带状线（L2）、第三层带状线（C22）并联而成，第三级并联谐振单元（L3、C31、C32）由第一层带状线（C31）、第二层带状线（L3）、第三层带状线（C32）并联而成，第四级并联谐振单元（L4、C41、C42）由第一层带状线（C41）、第二层带状线（L4）、第三层带状线（C42）并联而成；输入端口（P1）通过输入电感（Lin）与第一级并联谐振单元中的第二层带状线（L1）连接，平衡输出端口（P2）通过第一输出电感（Lout1）与第四级并联谐振单元中的第二层带状线（L4）连接，平衡输出端口（P3）通过第二输出电感（Lout2）与第四级并联谐振单元中的第一层带状线（C41）连接；所述的第一级并联谐振单元（L1、C11、C12）、第二级并联谐振单元（L2、C21、C22）、第三级并联谐振单元（L3、C31、C32）和第四级并联谐振单元（L4、C41、C42）分别接地；其中第一层、第三层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向与第一层、第三层接地端相反；第一Z形级间耦合带状线（LC1）、第二Z形级间耦合带状线（LC2）两端均接地。

2.根据权利要求1所述的一种分布式微型带通平衡滤波器，其特征在于：表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、第一级并联谐振单元（L1、C11、C12）、第二级并联谐振单元（L2、C21、C22）、第三级并联谐振单元（L3、C31、C32）、第四级并联谐振单元（L4、C41、C42）、第一Z形级间耦合带状线（LC1）、第二Z形级间耦合带状线（LC2）、输入电感（Lin）、第一输出电感（Lout1）、第二输出电感（Lout2）、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口（P1）、表面贴装的75欧姆阻抗平衡输出端口（P2）、表面贴装的75欧姆阻抗输出端口（P3）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

3.根据权利要求1或2所述的分布式微型带通平衡滤波器，其特征在于：输入端口（P1）通过输入电感（Lin）与第一级并联谐振单元中的第二层带状线（L1）连接，平衡输出端口（P2）通过第一输出电感（Lout1）与第四级并联谐振单元中的第二层带状线（L4）连接，平衡输出端口（P3）通过第二输出电感（Lout2）与第四级并联谐振单元中的第一层带状线（C41）连接；平衡输出端口（P2）、平衡输出端口（P3）分别连接第四级并联谐振单元的不同层带状线。