CN103606722B

CN103606722B - 叠层介质三工器

Info

Publication number: CN103606722B
Application number: CN201310443786.XA
Authority: CN
Inventors: 梁启新; 齐治; 赖定权; 付迎华; 朱圆圆; 陈基源; 马龙
Original assignee: Shenzhen Microgate Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Microgate Technology Co ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: CN103606722A

Abstract

本发明公开一种片式叠层介质三工器，三工器包括基体、设置在基体外的管脚和设置在基体内的电路结构层，电路结构层包括用于滤除三频段信号中的中低频段信号的第一高通滤波器、用于滤除三频段信号中的高频段信号的第一低通滤波器、用于滤除中低频段信号中的中频段信号的第二低通滤波器和用于滤除中低频段信号中的低频段信号的第二高通滤波器，三频段信号分别输入第一高通滤波器和第一低通滤波器，通过第一高通滤波器后直接输出高频段信号，通过第一低通滤波器后的中低频段信号在分别输入第二高通滤波器和第二低通滤波器，中低频段信号通过第二高通滤波器后输出中频段信号，中低频段信号通过第二低通滤波器后输出低频段信号。

Description

叠层介质三工器

技术领域

本发明公开一种片式叠层介质三工器，适用于各种手持终端通信***中，包括蓝牙***、无线局域网（WLAN）***和GPS***的叠层介质三工器。

背景技术

随着电子通讯技术以及手机或者说是手持终端应用技术的发展，手机早已不仅局限于通讯功能，而是朝向多样化多功能方向发展，而手机中应用的多为无线通讯结构，如：近距离通讯的有蓝牙、WiFi等，全球定位***的有GPS***的，目前，手持终端设备上应用的无线通信功能、工作频段、通讯协议等如下表所示：

随着通信***中的手持终端功能越来越多，尤其是无线通讯同能越来越强大，但是，手持终端设备的尺寸却没有相应增大，反而随着人们的心理需求，手持终端设备的尺寸还有逐渐变小的趋势，这样就会造成不同的无线通讯模块之间会产生相互的信号干扰，这一矛盾就迫切需要进行功能处理IC集成和器件的集成，而如果将这些***的实现集成在同一个IC上时，就会涉及到各个频段的分离和干扰问题等，如何解决同一手持终端设备上不同无线通讯模块之间的相互干扰，成为行业中亟待解决的问题。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的手持终端设备各个频段之间会产生干扰的问题，本发明提供一种新的叠层介质三工器，其通过两组级联的高通滤波器和低通滤波可将三频段信号进行有效分离，不会产生干扰问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种叠层介质三工器，三工器包括基体、设置在基体外的管脚和设置在基体内的电路结构层，电路结构层包括用于滤除三频段信号中的中低频段信号的第一高通滤波器HPF1、用于滤除三频段信号中的高频段信号的第一低通滤波器LPF1、用于滤除中低频段信号中的中频段信号的第二低通滤波器LPF2和用于滤除中低频段信号中的低频段信号的第二高通滤波器HPF2，三频段信号分别输入第一高通滤波器HPF1和第一低通滤波器LPF1，通过第一高通滤波器HPF1后直接输出高频段信号，通过第一低通滤波器LPF1后的中低频段信号在分别输入第二高通滤波器HPF2和第二低通滤波器LPF2，中低频段信号通过第二高通滤波器HPF2后输出中频段信号，中低频段信号通过第二低通滤波器LPF2后输出低频段信号。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的第一高通滤波器HPF1采用T形滤波器结构，包括电容CC1、电容CC2、电容C1和电感L1，电容CC1和电容CC2串联连接，电容CC1和电容CC2的公共端经串联的电容C1和电感L1接地；第一低通滤波器LPF1为并联连接的电容C1和电感L2；第二高通滤波器HPF2采用T形滤波器，包括电容C3、电容C4、电容C5和电感L3，电容C3和电容C4串联连接，电容C3和电容C4的公共端通过串联连接的电容C5和电感L3接地；第二低通滤波器LPF2包括并联连接的电容C6和电感L4，在后级再通过接地电容C7接地。

所述的电感L1包括两段呈U形的导线段首尾连接构成。

所述的电感L2包括三段导线段通过导电连接柱首尾顺次连接构成，第一段导线段呈L形，第二段导线段呈U形，第三段导线段呈U形。

所述的电感L3包括四段导线段通过导电连接柱首尾顺次连接构成，第一段导线段呈U形，第二段导线段呈U形，第三段导线段呈不闭合的长方形，第四段导线段呈U形。

所述的电感L4包括三段导线段通过导电连接柱首尾顺次连接构成，第一段呈L形，第二段呈U形，第三段呈L形。

所述的电容采用平板电极实现。

所述的基体外侧上设有方向标志位。

本发明的有益效果是：本发明采用LTCC技术制成集成的叠层介质三工器，其具有体积小、集成度高、可靠性高等优点。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图。

图2为本发明电路原理方框图。

图3为本发明电路原理图。

图4为本发明内部层间结构示意图。

图5为本发明射频参数曲线图。

图6为本发明内部第一层结构示意图。

图7为本发明内部第二层结构示意图。

图8为本发明内部第三层结构示意图。

图9为本发明内部第四层结构示意图。

图10为本发明内部第五层结构示意图。

图11为本发明内部第六层结构示意图。

图12为本发明内部第七层结构示意图。

图13为本发明内部第八层结构示意图。

图中，1-第一接地管脚，2-三频段信号输入管脚，3-第二接地管脚，4-中频段信号输出管脚，5-第三接地管脚，6-高频段信号输出管脚，7-第四接地管脚，8-低频段信号输出管脚，9-方向标志位，10-陶瓷基体，11-第四电感电极，12第三电感电极，13-第二电感电极，14-第一电感电极，15-第一长导电连接柱，16-第二长导电连接柱，17-第二平板电极，18-第六平板电极，19-第十平板电极，20-第一平板电极，21-第十一平板电极，22-第七平板电极，23-第四平板电极，24-第三长导电连接柱，25-第八平板电极，26-第十二平板电极，27-第五平板电极，28-第三平板电极，29-第九平板电极，30-第十三平板电极，31-第一连接线，32-第二连接线。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图2，本发明的原理主要是将低频段信号和中频段信号与最高频段信号用低通滤波器和高通滤波器（本发明中的高频低频是在电路中相对而言的）进行分离，然后再对低频段信号和中频段信号分别用低通滤波器和高通滤波器进行分离；也就是将两个双工器集成在一个陶瓷介质中，从而实现三工器的功能。即本发明将三个频段的信号经能通过低频段信号和中频段信号的低通滤波器电路与能通过高频段信号的高通滤波器电路进行信号分离，将高频信号与中低频信号分离开，中低频段的信号经过前段的低通滤波器后，再用能通过低频段信号的低通滤波器电路与能通过中频段信号的高通滤波器电路进行信号分离，从而得到高中低三个频段的信号。

请结合参看附图3，本发明中的电路结构中，三工器电路包含两个高通滤波器电路（High Pass Filter：HPF），两个低通滤波器电路（Low Pass Filter：LPF）；本实施例中，负责分离高频段信号的高通滤波器HPF1采用T形滤波器结构，主要由电容CC1和电容CC2串联连接，电容CC1和电容CC2的公共端（即中间节点）经串联的电容C1和电感L1接地构成；负责分离中低频段信号的低通滤波器LPF1，由并联连接的电容C1和电感L2构成；连接低通滤波器LPF1的是高通滤波器HPF2和低通滤波器LPF2，本实施例中，负责分离中频段信号的是高通滤波器HPF2，其采用T形滤波器，高通滤波器HPF2为串联连接的电容C3和电容C4，电容C3和电容C4的公共端（即中间节点）通过串联连接的电容C5和电感L3接地构成；负责分离低频段信号的低通滤波器LPF2，由电容C6并联电感L4，在后级再通过接地电容C7接地构成。

请结合参看附图1、附图5至附图13，本发明结构主要包括陶瓷基体10、设置在陶瓷基体10外侧的管脚和设置在陶瓷基体10内部的电路结构层。在陶瓷基体10上还设有方向标志位9，用于标示本发明的使用方向，防止其在使用时接反。本实施例中，陶瓷基体10内部的电路结构层采用层叠式结构，本实施例中共有八层结构，其中：

第八层包括低频段的低通滤波器LPF2中串联谐振电感L4的第四电感电极11的第三段11C、中低频段的低通滤波器LPF1中的串联谐振电感L2第三电感电极12中的第三段12C、中频段高通滤波器HPF2的接地电感L3的第二电感电极13中的第四段13D和高频段高通滤波器HPF1的接地电感L1的第一电感电极14第二段14B，其中，第四电感电极11的第三段11C呈L形，一端与低频段信号输出管脚8连接，另一端通过导电连接柱与第四电感电极11的第二段11B连接，第三电感电极12中的第三段12C呈U形，一端与三频段信号输入管脚2连接，另一端通过导电连接柱与第三电感电极12中的第二段12B连接，第二电感电极13中的第四段13D呈U形，一端与第二接地管脚3连接，另一端通过导电连接柱与第二电感电极13中的第三段13C连接，第一电感电极14第二段14B呈L形，一端与第三接地管脚5连接，另一端通过导电连接柱与第一电感电极14第一段14A；

第七层包括第四电感电极11的第二段11B、第三电感电极12中的第二段12B、第二电感电极13中的第三段13C和第一电感电极14第一段14A，其中，第四电感电极11的第二段11B呈U形，一端与第四电感电极11的第三段11C连接，另一端通过导电连接柱与第四电感电极11的第一段11A连接，第三电感电极12中的第二段12B呈U形，一端与第三电感电极12中的第三段12C连接，另一端通过导电连接柱与第三电感电极12中的第一段12A连接，第二电感电极13中的第三段13C呈不闭合的长方形，一端与第二电感电极13中的第四段13D连接，另一端通过导电连接柱与第二电感电极13中的第二段13B连接，第一电感电极14第一段14A呈U形，一端与第一电感电极14第二段14B连接，另一端通过第一长导电连接柱15与第三平板电极28连接；

第六层包括第四电感电极11的第一段11A、第三电感电极12中的第一段12A和第二电感电极13中的第二段13B，其中，第四电感电极11的第一段11A呈L形，一端与第四电感电极11的第二段11B连接，另一端与第三电感电极12中的第一段12A连接，并通过第二长导电连接柱16与第二层的17和27连接，第三电感电极12中的第一段12A呈L形，一端与第三电感电极12中的第二段12B连接，另一端与第四电感电极11的第一段11A连接，第二电感电极13中的第二段13B呈U形，一端与第二电感电极13中的第三段13C连接，另一端通过导电连接柱与第二电感电极13中的第一段13A连接；

第五层包括第二电感电极13中的第一段13A，第二电感电极13中的第一段13A呈U形，一端与第二电感电极13中的第二段13B连接，另一端通过第三长导电连接柱24与第四平板电极23连接；

第四层包括中低频段低通滤波器的谐振电容C2的第一平板电极20（其与第二平板电极17构成谐振电容C2），第一平板电极20倾斜设置，其外侧端与三频段信号输入管脚2连接；

第三层包括低频段低通滤波器谐振电容C6的第二平板电极17（其与第六平板电极18构成谐振电容C6，其中第二平板电极17同时作为两个电容的极板）、高频段高通滤波器的接地谐振电容C1的第三平板电极28（其与第九平板电极29构成接地谐振电容C1）、中频段高通滤波器接地串联谐振电容C5的第四平板电极23（其与第八平板电极25构成接地串联谐振电容C5）和中频段高通滤波器的接入电容C3的第五平板电极27，第二平板电极17和第五平板电极27通过第一连接线31电连接；

第二层包括低频段低通滤波器接地电容C7的第六平板电极18（其与第十平板电极19构成接地电容C7）、高频段高通滤波器的接入电容CC1的第七平板电极22（其与第十一平板电极21构成接入电容CC1）、中频段高通滤波器接地串联谐振电容C5的第八平板电极25和高频段高通滤波器的接地谐振电容C1的第九平板电极29，第七平板电极22和第九平板电极29通过第二连接线32电连接，第六平板电极18与低频段信号输出管脚8连接；

第一层包括低频段低通滤波器接地电容C7的第十平板电极19、高频段高通滤波器的接入电容CC1的第十一平板电极21、中频段高通滤波器的输出电容C4的第十二平板电极26和高频段高通滤波器的输出电容CC2的第十三平板电极30，第十平板电极19分别与第一接地管脚1和第四接地管脚7连接，第十一平板电极21与三频段信号输入管脚2连接，第十二平板电极26与中频段信号输出管脚4连接，第十三平板电极30与高频段信号输出管脚6连接。

本实施例中，在叠层工艺中，可通过调节各个电容基片（电容的平板电极）的长和宽来调整电容的大小，其平行板电容公式为：

其中A是电极板的面积，单位是平方微米；d是两个电极板之间的距离，单位都是微米。

本实施例中，电感采用线圈电感形式，通过调节层间距和线圈面积来调整电感量的大小，其线圈电感公式为：

其中N是线圈的圈数，h是线圈的高度，L是线圈的长度，w是线圈的宽度，和分别是空气中的磁导率和介质的相对磁导率。

叠层介质三工器的工作原理是三频信号一是通过第一平板电极20和第十一平板电极21输入，第一平板电极20和第十一平板电极21分别与第七平板电极22形成两个并联的电容，两电容叠加成高频段高通滤波器的接入电容CC1，后通过第二连接线32连接第三平板电极28与第九平板电极29形成的接地谐振器电容C1并通过第一长导电连接柱15与第一电感电极14，以及第十三平板电极30和第九平板电极29形成的电容CC2输出高频段信号；二是通过第三电感电极12电感L2输入中低频段低通滤波器，第三电感电极12电感L2并与平板电第一极20和第二平板电极17形成的电容C2并联成中低频段低通滤波器，其后通过第一连接线31分别与第六平板电极18和第五平板电极27连接，第六平板电极18和第二平板电极17形成低频段低通滤波器电容C6输出低频段信号，并与两边接地第十平板电极19形成接地电容C7；中频段的高通滤波器部分，第五平板电极27与第八平板电极25形成接入电容C3，第八平板电极25一部分与第四平板电极23形成接地谐振电容C5，后第四平板电极23通过连接柱与第二电感电极13接地电感L3相互连接，第八平板电极25另一部分与第十二平板电极26形成输出电容C4，从而输出中频段信号。

本发明中的叠层介质三工器电性能主要影响因素：

1、电容C2和电感L2组成中低频信号的低通滤波器LPF2，低通频率通过范围需要覆盖到低频段信号和中频段的信号，电容C2和电感L2的大小影响中低频信号的带内***损耗和带外抑制，电容C2和电感L2越大，低通范围频率越小；

2、高频段的高通滤波器HPF1由接入电容CC1和输出电容CC2以及接地串联谐振电容C1和接地电感L1组成；接入电容CC1和输出电容CC2影响高通滤波器HPF1的带内***损耗和电压驻波比；串联谐振C1和接地电感L1影响高通滤波器HPF1的带外抑制，直接影响带外的传输零点频率；

3、中频段的高通滤波器HPF2由接入电容C3和输出电容C4以及接地串联谐振电容C5和接地电感L6组成；接入电容C3和输出电容C4影响高通滤波器HPF2的带内***损耗和电压驻波比；串联谐振C5和接地电感L6影响高通滤波器HPF2的带外抑制，直接影响带外的传输零点频率；

4、低频段的低通滤波器LPF2由并联谐振电感L4和电容C6以及接地电容C7组成；并联谐振电感L4和电容C6的大小决定低通频率范围，接地电容C7影响低通滤波器LPF2的***损耗和电压驻波比；

本发明中的叠层介质三工器的射频参数曲线如图4，带圆圈标示的是信号输入到低频段信号输出的射频参数曲线S12，带方块标示的是信号输入到中频段信号输出的射频参数曲线S13，带三角形标示的是信号输入到高频段信号输出的射频参数曲线；实线是信号输入的回波损耗曲线S11。

本发明采用LTCC技术制成集成的叠层介质三工器，其具有体积小、集成度高、可靠性高等优点。

Claims

1.一种叠层介质三工器，其特征是：所述的三工器包括基体、设置在基体外的管脚和设置在基体内的电路结构层，电路结构层包括用于滤除三频段信号中的中低频段信号的第一高通滤波器HPF1、用于滤除三频段信号中的高频段信号的第一低通滤波器LPF1、用于滤除中低频段信号中的中频段信号的第二低通滤波器LPF2和用于滤除中低频段信号中的低频段信号的第二高通滤波器HPF2，三频段信号分别输入第一高通滤波器HPF1和第一低通滤波器LPF1，通过第一高通滤波器HPF1后直接输出高频段信号，通过第一低通滤波器LPF1后的中低频段信号在分别输入第二高通滤波器HPF2和第二低通滤波器LPF2，中低频段信号通过第二高通滤波器HPF2后输出中频段信号，中低频段信号通过第二低通滤波器LPF2后输出低频段信号，所述的第一高通滤波器HPF1采用T形滤波器结构，包括电容CC1、电容CC2、电容C1和电感L1，电容CC1和电容CC2串联连接，电容CC1和电容CC2的公共端经串联的电容C1和电感L1接地；第一低通滤波器LPF1为并联连接的电容C1和电感L2；第二高通滤波器HPF2采用T形滤波器，包括电容C3、电容C4、电容C5和电感L3，电容C3和电容C4串联连接，电容C3和电容C4的公共端通过串联连接的电容C5和电感L3接地；第二低通滤波器LPF2包括并联连接的电容C6和电感L4，在后级再通过接地电容C7接地；电感L1包括一段呈U形的导线段和一段呈L形的导线段首尾连接构成；电感L2包括三段导线段通过导电连接柱首尾顺次连接构成，第一段导线段呈L形，第二段导线段呈U形，第三段导线段呈U形；所述的电感L3包括四段导线段通过导电连接柱首尾顺次连接构成，第一段导线段呈U形，第二段导线段呈U形，第三段导线段呈不闭合的长方形，第四段导线段呈U形；所述的电感L4包括三段导线段通过导电连接柱首尾顺次连接构成，第一段呈L形，第二段呈U形，第三段呈L形。

2.根据权利要求1所述的叠层介质三工器，其特征是：所述的电容采用平板电极实现。

3.根据权利要求1或2所述的叠层介质三工器，其特征是：所述的基体外侧上设有方向标志位。