CN103413996B

CN103413996B - LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器

Info

Publication number: CN103413996B
Application number: CN201310332897.3A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 冯辰辰; 方思慧; 顾家; 朱正和; 陈相治; 李雁; 邓良; 施淑媛; 陈龙; 朱丹; 罗鸣
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: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: CN103413996A

Abstract

本发明公开了一种LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，包括前后金属壁、上下接地板、表面安装的输入接口、输出接口、五层在缺陷部分内接带状线的接地板及内接于接地板的十个带状线、三个中间金属柱。本发明具有横向面积小、重量轻、可靠性高、大批量生产成本低等优点，毫米波频段是目前军事电子技术发展的主要频段，广泛应用于雷达，通信，精确制导、电子对抗和测试技术等对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应***中。

Description

LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器。

背景技术

微波滤波器是一类无耗的二端口网络，广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中，在***中用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器，而阻断无用信号频率分量的传输。在实际工程应用中,从滤波器技术指标的给定到加工成品所要求的时间将越来越短,快速准确的设计出高性能的微波滤波器将是工程设计和市场竞争的必然趋势。随着科学技术的发展，新材料、新工艺的不断涌现，如半导体技术的迅速发展，各种新RFIC和模块层出不穷，使得微波、毫米波/RF有源电路的设计周期不断缩短，且电路高度集成，体积越来越小。因此，设计性能高、体积小、成本低和缩短滤波器研制周期，是市场竞争的必然要求。基于LTCC技术设计的滤波器，由于具有尺寸小、性能好、可靠性高、成本低等优点而受到广泛的关注。

毫米波频段是目前军事电子技术发展的主要频段，广泛应用于雷达，通信，精确制导，电子对抗和测试技术等方面。在宽带及超宽带信道化收发组件中，滤波器作为必不可少的组成部分，其性能的好坏将直接影响到整个收发组件的性能。传统的端耦合滤波器受微波印制板加工工艺限制，耦合缝隙不能做得很小，因此带宽不能做到较宽。采用悬置微带结构可以增大带宽，但不利于平面集成。而采用多层结构的滤波器则可以很好的解决以上问题。近年来兴起的LTCC技术是设计多层滤波器的一种有效手段。另一方面，梳状线滤波器的谐振单元均是半波长，级数较少时其阻带抑制较差，增加级数可以提高阻带抑制但无疑会增大滤波器尺寸。本文介绍了一种多层宽边耦合带通滤波器。它从传统梳状线滤波器出发，通过采用LTCC多层结构实现耦合，又通过将传统的梳状线滤器中的谐振单元垂直放置，在不增加滤波器级数的情况下增加了阻带抑制度。此滤波器全部埋入LTCC基板中，可以节省出更多的表面安装有源芯片，实现了电路尺寸的紧凑设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种占用面积小、重量轻、可靠性高、温度性能稳定好、成本低的LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，其特征在于包括前后表面的金属壁，上下接地板，在缺陷部分内接带状线的接地板,输入\输出带状线,中间三个金属柱，表面安装的输入端口、输出端口。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，利用多层低温共烧陶瓷工艺（LTCC）特点，采用立体多层带状线谐振腔结构产生谐振腔之间的空间耦合；（2）谐振腔自上而下垂直放置，与普通LTCC梳状线滤波器相比，在相同级数情况下，大大减少器件所占面积；（3）谐振腔微带线所在的接地层减弱了谐振腔之间的耦合强度，可以在较小的垂直空间内实现带宽减小，此外，通过改变接地层之间的垂直距离可以调节谐振腔之间的耦合强度。

附图说明

图1是本发明LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器滤波器的外形及内部结构示意图。

图2是本发明LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合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，本发明是一种LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，该滤波器包括前后表面的金属壁，上下接地板，五层在缺陷部分内接带状线的接地板，输入端口P1与内接于接地板1的带状线L1相连接，输出端口P2与内接于接地板1的带状线L10相连接，中间三个金属柱上端与接地板1连接，下端与接地板4连接，中间穿过接地板2、3，输入端口P1一端接输入信号，另一端接带状线L1，输出端口P2一端接输出信号，另一端接带状线L10；带状线L1一端接接地板1，另一端开路，侧边接输入端口P1；带状线L10一端接接地板10，另一端开路，侧边接输出端口P2；带状线L2一端接接地板2，另一端开路；L9一端接接地板2，一端开路；带状线L3一端接接地板3，一端开路；带状线L8一端接接地板3，一端开路；带状线L4一端接接地板4，一端开路；带状线L7一端接接地板4，一端开路；带状线L5一端接接地板5，一端开路；带状线L6一端接接地板5，一端开路；相邻带状线的接接地板端相反；中间位置放置的三根金属柱上端与接地板1相接，下端与接地板4相接，中间穿过接地板2、接地板3。其中，带状线L1与接地板1之间的缺陷空隙C1、带状线L1共同组成第一谐振腔；带状线L2与接地板2之间的缺陷空隙C2、带状线L2共同组成第二谐振腔；带状线L3与接地板3之间的缺陷空隙C3、带状线L3共同组成第三谐振腔；带状线L4与接地板4之间的缺陷空隙C4、带状线L4共同组成第四谐振腔；带状线L5与接地板5之间的缺陷空隙C5、带状线L5共同组成第五谐振腔；带状线L6与接地板5之间的缺陷空隙C6、带状线L6共同组成第六谐振腔；带状线L7与接地板4之间的缺陷空隙C7、带状线L7共同组成第七谐振腔；带状线L8与接地板3之间的缺陷空隙C8、带状线L8共同组成第八谐振腔；带状线L9与接地板2之间的缺陷空隙C9、带状线L9共同组成第9谐振腔；带状线L10与接地板1之间的缺陷空隙C10、带状线L10共同组成第十谐振腔；第一谐振腔(L1,C1)与第二谐振腔(L2,C2)形成耦合空间（L12,C12）；第二谐振腔(L2,C2)与第三谐振腔(L3,C3)形成耦合空间（L23,C23）；第三谐振腔(L3,C3)与第四谐振腔(L4,C4)形成耦合空间（L34,C34）；第四谐振腔(L4,C4)与第五谐振腔(L5,C5)形成耦合空间（L45,C45）；第六谐振腔(L6,C6)与第七谐振腔(L7,C7)形成耦合空间（L67,C67）；第七谐振腔(L7,C7)与第八谐振腔(L8,C8)形成耦合空间（L78,C78）；第八谐振腔(L8,C8)与第九谐振腔(L9,C9)形成耦合空间（L89,C89）；第九谐振腔(L9,C9)与第十谐振腔(L10,C10)形成耦合空间（L（9，10）,C（9，10））。

结合图1、图2，本发明LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，带状线L1与接地板1之间的缺陷空隙C1、带状线L1共同组成第一谐振腔,通过调整带状线L1的长度、宽度可以调整谐振腔（L1,C1）的谐振频率；带状线L2与接地板2之间的缺陷空隙C2、带状线L2共同组成第二谐振腔,通过调整带状线L2的长度、宽度可以调整谐振腔（L2,C2）的谐振频率；带状线L3与接地板3之间的缺陷空隙C3、带状线L3共同组成第三谐振腔,通过调整带状线L3的长度、宽度可以调整谐振腔（L3,C3）的谐振频率；带状线L4与接地板4之间的缺陷空隙C4、带状线L4共同组成第四谐振腔,通过调整带状线L4的长度、宽度可以调整谐振腔（L4,C4）的谐振频率；带状线L5与接地板5之间的缺陷空隙C5、带状线L5共同组成第五谐振腔,通过调整带状线L5的长度、宽度可以调整谐振腔（L5,C5）的谐振频率；带状线L6与接地板5之间的缺陷空隙C6、带状线L6共同组成第六谐振腔,通过调整带状线L6的长度、宽度可以调整谐振腔（L6,C6）的谐振频率；带状线L7与接地板4之间的缺陷空隙C7、带状线L7共同组成第七谐振腔,通过调整带状线L7的长度、宽度可以调整谐振腔（L7,C7）的谐振频率；带状线L8与接地板3之间的缺陷空隙C8、带状线L8共同组成第八谐振腔,通过调整带状线L8的长度、宽度可以调整谐振腔（L8,C8）的谐振频率；带状线L9与接地板2之间的缺陷空隙C9、带状线L9共同组成第九谐振腔,通过调整微带线L9的长度、宽度可以调整谐振腔（L9,C9）的谐振频率;带状线L10与接地板1之间的缺陷空隙C10、带状线L10共同组成第一谐振腔,通过调整带状线L10的长度、宽度可以调整谐振腔（L10,C10）的谐振频率。

结合图1和图2，本发明LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，包含十个谐振腔(L1，C1)、(L2，C2)、(L3，C3)、(L4，C4)、(L5，C5)、(L6，C6)、(L7，C7)、(L8，C8)、(L9，C9)、(L10，C10)。谐振腔（L1，C1）、谐振腔（L2，C2）通过耦合空间（L12，C12）耦合，谐振腔（L2，C2）、谐振腔（L3，C3）通过耦合空间（L23，C23）耦合，谐振腔（L3，C3）、谐振腔（L4，C4）通过耦合空间（L34，C34）耦合，谐振腔（L4，C4）、谐振腔（L5，C5）通过耦合空间（L45，C45）耦合，谐振腔（L6，C1）、谐振腔（L7，C7）通过耦合空间（L67，C67）耦合，谐振腔（L7，C7）、谐振腔（L8，C8）通过耦合空间（L78，C78）耦合，谐振腔（L8，C8）、谐振腔（L9，C9）通过耦合空间（L89，C89）耦合，谐振腔（L9，C9）、谐振腔（L10，C10）通过耦合空间（L（9,10），C（9,10））耦合。

本发明LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，其工作原理简述如下：输入的微波信号经输入端口P1到达谐振腔（L1，C1），到达谐振腔（L1,C1）的微波信号通过耦合空间（L12,C12）耦合到谐振腔(L2,C2),到达谐振腔（L2,C2）的微波信号通过耦合空间（L23,C23）耦合到谐振腔(L3,C3),到达谐振腔（L3,C3）的微波信号通过耦合空间（L34,C34）耦合到谐振腔(L4,C4),到达谐振腔（L4,C4)的微波信号通过耦合空间（L45,C45）耦合到谐振腔(L5,C5),到达谐振腔（L5,C5）的微波信号通过带状线L13传输到到谐振腔(L6,C6),到达谐振腔（L6,C6）的微波信号通过耦合空间（L67,C67）耦合到谐振腔(L7,C7),到达谐振腔（L7,C7）的微波信号通过耦合空间（L78,C78）耦合到谐振腔(L8,C8),到达谐振腔（L8,C8）的微波信号通过耦合空间（L89,C89）耦合到谐振腔(L9,C9),到达谐振腔（L9,C9）的微波信号通过耦合空间（L（9，10）,C（9，10））耦合到谐振腔(L10,C10)。在保持宽度不变的情况下，通过改变带状线L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10的长度可以改变各谐振腔的谐振频率。在保持五层接地层之间的垂直距离不变时，改变上下相邻带状线之间的重叠部分面积的大小可以调节谐振腔之间的耦合强度，例如：改变带状线L1、L2之间的重叠部分面积的大小可以改变谐振腔（L1、C1）与谐振腔(L2,C2)之间的耦合强度。此外，在保持带状线相对位置不变的情况下，改变谐振腔之间的垂直距离也可以改变谐振单元之间的耦合强度。

本发明基于LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器的尺寸仅为1.5mm×1.5mm×1.1mm，其性能可从图2看出，通带带宽为31GHz~34GHz，通带内最小***损耗为3.5dB,回波损耗优于12dB，下边带抑制优于50dB，上边带抑制优于40dB。

Claims

1.一种LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，其特征在于：包括前后表面的金属壁，上下接地板，五层在缺陷部分内接带状线的接地板、与内接于接地板的带状线相连接的输入\输出端口、中间三根金属柱,输入端口(P1)是与带状线L1连接的抽头、输出端口P2是与带状线L10连接的抽头；输入端口(P1)一端接输入信号，另一端接输入带状线(L1)，输出端口P2一端接输出信号，另一端接带状线L10；带状线L1一端接接地板1，另一端开路,侧边接输入端口P1；带状线L10一端接接地板10，另一端开路,侧边接输出端口P2；带状线L2一端接接地板2，另一端开路；带状线L9一端接接地板2，一端开路；带状线L3一端接接地板3，一端开路；带状线L8一端接接地板3，一端开路；带状线L4一端接接地板4，一端开路；带状线L7一端接接地板4，一端开路；带状线L5一端接接地板5，一端开路；带状线L6一端接接地板5，一端开路；相邻带状线的接地端位置相反；中间三根金属柱上端与接地板1相接，下端与接地板4相接，中间穿过接地板2、接地板3；其中，带状线L1与接地板1之间的缺陷空隙C1、带状线L1共同组成第一谐振腔；带状线L2与接地板2之间的缺陷空隙C2、带状线L2共同组成第二谐振腔；带状线L3与接地板3之间的缺陷空隙C3、带状线L3共同组成第三谐振腔；带状线L4与接地板4之间的缺陷空隙C4、带状线L4共同组成第四谐振腔；带状线L5与接地板5之间的缺陷空隙C5、带状线L5共同组成第五谐振腔；带状线L6与接地板5之间的缺陷空隙C6、带状线L6共同组成第六谐振腔；带状线L7与接地板4之间的缺陷空隙C7、带状线L7共同组成第七谐振腔；带状线L8与接地板3之间的缺陷空隙C8、带状线L8共同组成第八谐振腔；带状线L9与接地板2之间的缺陷空隙C9、带状线L9共同组成第九谐振腔；带状线L10与接地板1之间的缺陷空隙C10、带状线L10共同组成第十谐振腔；第一谐振腔与第二谐振腔形成第一耦合空间；第二谐振腔与第三谐振腔形成第二耦合空间；第三谐振腔与第四谐振腔形成第三耦合空间；第四谐振腔与第五谐振腔形成第四耦合空间；第六谐振腔与第七谐振腔形成第七耦合空间；第七谐振腔与第八谐振腔形成第八耦合空间；第八谐振腔与第九谐振腔形成第九耦合空间；第九谐振腔与第十谐振腔形成第十耦合空间。

2.根据权利要求1所述的LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，其特征在于：第一耦合空间由第一谐振腔与第二谐振腔通过宽边耦合产生；第二耦合空间由第二谐振腔与第三谐振腔通过宽边耦合产生；第三耦合空间由第三谐振腔与第四谐振腔通过宽边耦合产生；第四耦合空间由第四谐振腔与第五谐振腔通过宽边耦合产生；第七耦合空间由第六谐振腔与第七谐振腔通过宽边耦合产生；第八耦合空间由第七谐振腔与第八谐振腔通过宽边耦合产生；第九耦合空间由第八谐振腔与第九谐振腔通过宽边耦合产生；第十耦合空间由第九谐振腔与第十谐振腔通过宽边耦合产生；第五谐振腔通过微带线L13与第六谐振腔直接相连。

3.根据权利要求1所述的LTCC的Ka波段毫米波宽边耦合带通滤波器，其特征在于：带状线L1与接地板1之间的缺陷空隙C1、带状线L1共同组成第一谐振腔,通过调整带状线L1的长度可以调整第一谐振腔的谐振频率；带状线L2与接地板2之间的缺陷空隙C2、带状线L2共同组成第二谐振腔,通过调整带状线L2的长度可以调整第二谐振腔的谐振频率；带状线L3与接地板3之间的缺陷空隙C3、带状线L3共同组成第三谐振腔,通过调整带状线L3的长度可以调整第三谐振腔的谐振频率；带状线L4与接地板4之间的缺陷空隙C4、带状线L4共同组成第四谐振腔,通过调整带状线L4的长度可以调整第四谐振腔的谐振频率；带状线L5与接地板5之间的缺陷空隙C5、带状线L5共同组成第五谐振腔,通过调整带状线L5的长度可以调整第五谐振腔的谐振频率；带状线L6与接地板5之间的缺陷空隙C6、带状线L6共同组成第六谐振腔,通过调整带状线L6的长度可以调整第六谐振腔的谐振频率；带状线L7与接地板4之间的缺陷空隙C7、带状线L7共同组成第七谐振腔,通过调整带状线L7的长度可以调整第七谐振腔的谐振频率；带状线L8与接地板3之间的缺陷空隙C8、带状线L8共同组成第八谐振腔,通过调整带状线L8的长度可以调整第八谐振腔的谐振频率；带状线L9与接地板2之间的缺陷空隙C9、带状线L9共同组成第九谐振腔,通过调整带状线L9的长度可以调整第九谐振腔的谐振频率；带状线L10与接地板1之间的缺陷空隙C10、带状线L10共同组成第十谐振腔,通过调整带状线L10的长度可以调整第十谐振腔的谐振频率；中间三根金属柱起到隔离左右谐振腔之间的耦合的作用。