CN103413997A

CN103413997A - 垂直交指型ltcc带通滤波器

Info

Publication number: CN103413997A
Application number: CN2013103329497A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 方思慧; 顾家; 朱正和; 陈相治; 李雁; 邓良; 施淑媛; 陈龙; 朱丹; 罗鸣; 冯辰辰
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: CN103413997B

Abstract

本发明公开了一种垂直交指型LTCC带通滤波器，包括陶瓷基板，上表面金属壁、下表面金属壁和侧边金属壁，五层带状线层以及上下金属壁两端共面波导输入输出端口。本发明具有带宽大、频率选择性好、谐波抑制特性好、电路结构简单、三维集成度高、抗电磁干扰特性优，可控性好、成品率高等突出优点。该产品适用于通信与雷达***中，尤其适用于对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的电子***中。

Description

垂直交指型LTCC带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，尤其涉及一种基于LTCC的垂直交指型带通滤波器。

背景技术

随着科技的发展，在航天航空或电子战等诸多应用中，都会需要中等带宽到大带宽（25%-50%）的带通滤波器，频率范围覆盖2-20GHz。与此同时，***对器件的小型化提出了更高的要求，电路越来越紧凑，而新的制造工艺如低温共烧陶瓷技术的出现很好的满足了这一要求。平面平行耦合线微带带通滤波器采用窄边耦合，虽然容易制作，但占用面积较大，随着LTCC工艺的日益成熟，利用LTCC技术使得耦合线向Z维度（采用宽边耦合）集成能大大减小其占用面积，由于采用宽边耦合，耦合强度较大适合做宽带滤波器。垂直交指型结构相比于平面交指型要在滤波器整体尺寸上更具有优势。

发明内容

本发明的目的在于提供高性能、体积小、结构简单、可靠性高、成本低、使用方便的基于LTCC的垂直交指型带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种垂直交指型LTCC带通滤波器，包括陶瓷基板，陶瓷基板的上下表面和侧边金属壁，输入抽头、第一层谐振单元、第一层接地带状线、第二层谐振单元、第二层接地带状线、第二层接地带状线、第三层谐振单元、第三层接地带状线、第三层接地带状线、第四层谐振单元、第四层接地带状线、第四层接地带状线、输出抽头、第五层谐振单元和第五层接地带状线以及上下表面金属壁两端共面波导输入、输出端口。第一至第五带状线层呈上下对称结构，垂直交叉放置在上下表面金属壁之间。每一层谐振单元一端悬空，一端接侧边金属壁。

现有技术相比，由于本发明采用低温共烧陶瓷材料和三维立体集成以及新型耦合线结构单元，其显著优点是：（1）通带内损耗低；（2）带宽大；（3）由于采用新型耦合线结构单元，大大减小了滤波器的高度，从而体积大大减少；（4）由于采用封闭的屏蔽盒结构，抗电磁干扰能力强，对外无电磁干扰；（5）LTCC工艺使得电性能温度稳定性高；（6）电路实现结构简单；（7）电性能一致性好，可实现大批量生产。

附图说明

图1为本发明垂直交指型LTCC带通滤波器的结构图。

图2为本发明垂直交指型LTCC带通滤波器的第一层带状线层的结构示意图。

图3为本发明垂直交指型LTCC带通滤波器的第二层带状线层的结构示意图。

图4为本发明垂直交指型LTCC带通滤波器的第三层带状线层的结构示意图。

图5为本发明垂直交指型LTCC带通滤波器的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做进一步详细描述。

结合图1、图2、图3、图4、图5，本发明是一种基于LTCC的垂直交指型LTCC带通滤波器，包括陶瓷基板S，上表面金属壁G1、下表面金属壁G2、侧边金属壁G3、输入端口P1、输出端口P2、输入抽头T1、第一层谐振单元L1、第一层接地带状线X1、第二层谐振单元L2、第二层接地带状线X2、第二层接地带状线X3、第三层谐振单元L3、第三层接地带状线X4、第三层接地带状线X5、第四层谐振单元L4、第四层接地带状线X6、第四层接地带状线X7、输出抽头T2、第五层谐振单元L5和第五层接地带状线X8。第一至第五带状线层呈上下对称结构，垂直交叉放置在上下表面金属壁之间。每一层谐振单元一端悬空，一端接侧边金属壁。

结合图1、图2、图3、图4，本发明是一垂直交指型LTCC带通滤波器，包括输入抽头（T1）、第一层谐振单元(L1)、第一层接地带状线(X1) 、第二层谐振单元(L2)、第二层接地带状线(X2)、第二层接地带状线(X3)、第三层谐振单元(L3)、第三层接地带状线(X4)、第三层接地带状线(X5)、第四层谐振单元(L4)、第四层接地带状线(X6)、第四层接地带状线(X7)、输出抽头（T2）、第五层谐振单元(L5)和第五层接地带状线(X8)均采用低温共烧陶瓷（LTCC）工艺实现。第一层谐振单元（L1）、第二层谐振单元（L2）、第三层谐振单元（L3）、第四层谐振单元（L4）和第五层谐振单元（L5）采用分布参数实现并联谐振和采用耦合方式实现层与层之间的能量传输。

结合图1、图2、图3、图4，本发明是一种垂直交指型LTCC带通滤波器，第一层谐振单元L1、第二层谐振单元L2、第三层谐振单元L3、第四层谐振单元L4和第五层谐振单元L5的开路端与侧边金属壁的距离很小，且各谐振单元的长度差不多，这样改善了带外抑制性能。同时，谐振单元的长度与中心频率成反比。通过改变谐振单元的长度可以改变中心频率。抽头T1、T2与接地端的距离为t，调节t值可以调整匹配负载，从而可以调节回波损耗。

结合图1、图2、图3、图4，本发明是一种垂直交指型LTCC带通滤波器，第一层接地带状线X1、第二层接地带状线X2和X3、第三层接地带状线X4和X5、第四层接地带状线X6和X7、第五层接地带状线X8分别与各层谐振单元间有缝隙，可以减弱谐振级之间的耦合强度，减小滤波器体积。通过调整缝隙的宽度K1、K2、K3可以控制谐振级之间的耦合强度。缝隙宽度增加导致谐振级之间的耦合增强，通带的宽度也相应变宽。

本发明垂直交指型LTCC带通滤波器，其工作原理简述如下：输入的宽频微波信号经输入端口P1到达第一层谐振单元L1, 所述的宽频带微波信号中在第一层谐振单元L1谐振频率附近的微波信号进入产生谐振（成低阻抗，信号可通过），非第一层谐振单元L1谐振频率附近的微波信号通过第一层谐振单元L1分布电容和分布电感接地（成高阻抗，信号通不过），实现第一级滤波。第一层的信号能量通过空间耦合到第二层谐振单元L2, 所述的宽频带微波信号中在第二层谐振单元L2谐振频率附近的微波信号进入产生谐振（成低阻抗，信号可通过），非第二层谐振单元L2谐振频率附近的微波信号通过第二层谐振单元L2分布电容和分布电感接地（成高阻抗，信号通不过），实现第二级滤波。第二层的信号能量通过空间耦合到第三层谐振单元L3, 所述的宽频带微波信号中在第三层谐振单元L3谐振频率附近的微波信号进入产生谐振（成低阻抗，信号可通过），非第三层谐振单元L3谐振频率附近的微波信号通过第三层谐振单元L3分布电容和分布电感接地（成高阻抗，信号通不过），实现第三级滤波。第三层的信号能量通过空间耦合到第四层谐振单元L4, 所述的宽频带微波信号中在第四层谐振单元L4谐振频率附近的微波信号进入产生谐振（成低阻抗，信号可通过），非第四层谐振单元L4谐振频率附近的微波信号通过第四层谐振单元L4分布电容和分布电感接地（成高阻抗，信号通不过），实现第四级滤波。四层的信号能量通过空间耦合到第五层谐振单元L5, 所述的宽频带微波信号中在第五层谐振单元L5谐振频率附近的微波信号进入产生谐振（成低阻抗，信号可通过），非第五层谐振单元L5谐振频率附近的微波信号通过第五层谐振单元L5分布电容和分布电感接地（成高阻抗，信号通不过），实现第五级滤波。最后从输出端口P2输出，从而实现微波滤波功能。

本发明垂直交指型LTCC带通滤波器的尺寸为4.6mm×1.85mm×2.26mm，其性能可从图5看出，通带带宽为3.8GHz~6.1GHz，通带内***损耗小于2.2dB,回波损耗优于15dB，下边带抑制优于40dB，上边带抑制优于40dB。

Claims

1.一种垂直交指型LTCC带通滤波器，其特征在于：包括陶瓷基板(S)、上表面金属壁(G1)、下表面金属壁(G2)、侧边金属壁(G3)、输入端口（P1）、输出端口（P2）、从上而下五层平行带状线层分别命名为第一至第五带状线层；其中上表面金属壁（G1）是在陶瓷基板（S）的上表面印刷的金属层，下表面金属壁（G2）是在陶瓷基板（S）的下表面印刷的金属层，侧边金属壁（G3）是在陶瓷基板（S）的侧面印刷的金属壁。

2.根据权利要求1所述的垂直交指型LTCC带通滤波器，其特征在于：第一至第五带状线层以第三层为中间层呈上下对称结构，垂直交叉放置在上下表面金属壁之间；第一带状线层由输入抽头（T1）、第一层谐振单元(L1)和接地带状线(X1)组成；第二带状线层由第二层谐振单元(L2)、接地带状线(X2)和接地带状线(X3)组成；第三带状线层由第三层谐振单元(L3)、接地带状线(X4)和接地带状线(X5)组成；第四带状线层由第四层谐振单元(L4)、接地带状线(X6)和接地带状线(X7)组成；第五带状线层由输出抽头（T2）、第五层谐振单元(L5)和接地带状线(X8)组成；每一层谐振单元一端悬空，一端接侧边金属壁。

3.根据权利要求1所述的垂直交指型LTCC带通滤波器，其特征在于：输入抽头（T1）、第一层谐振单元(L1)、第一层接地带状线(X1) 、第二层谐振单元(L2)、第二层接地带状线(X2)、第二层接地带状线(X3)、第三层谐振单元(L3)、第三层接地带状线(X4)、第三层接地带状线(X5)、第四层谐振单元(L4)、第四层接地带状线(X6)、第四层接地带状线(X7)、输出抽头（T2）、第五层谐振单元(L5)和第五层接地带状线(X8)均采用低温共烧陶瓷（LTCC）工艺实现；第一层谐振单元（L1）、第二层谐振单元（L2）、第三层谐振单元（L3）、第四层谐振单元（L4）和第五层谐振单元（L5）采用分布参数实现并联谐振和采用耦合方式实现层与层之间的能量传输。