CN103929142A - 用于catv的叠层片式低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种体积小、成本低、具有高Q值和高导电率的LTCC结构的用于CATV的叠层片式低通滤波器。其包括由高频陶瓷膜片制成的多层基片构成的陶瓷体和涂敷在每层基片上的导电涂层，在该陶瓷体中设有至少四组其上涂敷有呈半椭圆形或半圆形的三个独立存在的导电涂层叠片构成的三个叠层电感。本发明采用LTCC工艺多层结构制作具有三个传输零点的七阶低通滤波器，采用椭圆滤波器原型通过叠层螺旋电感之间的耦合。其尺寸为3.2mm×2.5mm×1.0mm。采用LTCC工艺制作，成本低，可批量化生产。另外，该低通滤波器的叠层电感中每二张基片上的导电涂层采用并联方式，增大了线圈截面积，从而增强了该滤波器的高频品质因素。

Description

用于CATV的叠层片式低通滤波器

技术领域

本发明涉及一种LTCC叠层片式滤波器，尤其涉及一种用于CATV（CATV的全称为cable television，中文名为有线电视）的叠层片式低通滤波器。

背景技术

现有技术中，用于区分CATV(5MHz-1002MHz)与MoCA（英文全称Multimediaover Coax Alliance，中文名称同轴电缆多媒体联盟）信号D波段（extended D Band1125MHz-1675MHz）的低通滤波器，采用的LC谐振电路元件多为空心的线圈电感或者绕线式电感。其是通过手工焊接或SMT（英文全称Surface MountedTechnology，中文名：表面贴装技术）工艺连接在设计好的PCB线路板上。通常电路对LC元件相关参数值的精度要求极高，在生产中需针对每只滤波器里面的LC回路进行调试，必要时，还需经验丰富的熟练工人对空心线圈进行调试，以获得需要的精确参数值。其存在的不足为：

所生产的滤波器体型大、生产效率低、交货期长、产品重复性不好（即性能一致性差）、成本高和不利于大规模批量生产等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、成本低、具有高Q值和高导电率的LTCC结构的用于CATV的叠层片式低通滤波器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的用于CATV的叠层片式低通滤波器，包括由高频陶瓷膜片制成的多层基片构成的陶瓷体和涂敷在每层基片上的导电涂层，该滤波器的接地端、输入端和输出端设于该陶瓷体底部的基片上，从该陶瓷体顶部的第二层基片至下，设有由至少四组其上涂敷有呈半椭圆形或半圆形的三个独立存在的导电涂层叠片构成的三个叠层电感，即第一电感、第二电感和第三电感，其中，每上下二组叠片上的半椭圆形或半圆形的导电涂层在垂直方向上的投影构成一个完整的椭圆或圆，所有半椭圆形或半圆形的导电涂层通过设置其上的导电孔串接在一起，在陶瓷体的顶层基片上设有通过导电孔将第一电感与第二电感连接在一起的第一导电连接片，在叠层电感最下边的一组基片上设有可将第二电感与第三电感连接在一起的第二导电连接片，第二导电连接片通过导电孔与其之下的第一输入输出极片上的第一过渡片相接，第一电感通过导电孔与第一输入输出极片上的输入电极片相接，第三电感通过设置在顶层基片上的第三导电连接片和第一导电长通孔与所述第一输入输出极片上的输出电极片相接；第一输入输出极片上的输入电极片通过导电孔与其下的第二输入输出极片上的输入电极片相接并通过导电柱、第一叠层电容与接地极相接，第一过渡片通过导电孔与第二输入输出极片上的第二过渡片相接并通过导电柱、第三叠层电容与接地端相接，输出电极片通过导电孔、导电柱、第四叠层电容与接地端相接，在第二输入输出极片上还设有第三过渡片，第三过渡片向上通过介于三个叠层电感之间的第二导电长通孔延伸至第二基片，第三过渡片向下通过其下的导电柱、第二叠层电容与接地极相接。

所述叠层电感由五组导电涂层叠片构成。

述一组导电涂层叠片为设置在二张基片上结构相同并联相接的二层导电涂层。

所述导电柱为灌注在设置于多层陶瓷膜片上通孔中的银浆柱。

所述第一电感的横截面尺寸大于第二电感和第三电感的横截面尺寸，第二电感和第三电感大小相同，三个电感在空间上呈“品”字形设置。

所述高频陶瓷体的几何尺寸为：3.2mm×2.5mm×1.0mm。

与现有技术相比，本发明采用LTCC工艺多层结构制作具有三个传输零点的七阶低通滤波器，采用椭圆滤波器原型通过叠层螺旋电感之间的耦合，提高电路特性，通过由四组接地电容支路与三组并联的LC谐振支路的结合构成七阶低通滤波器，由此，可以得到所需要的三个传输零点，从而实现对传输零点数目的控制。在满足同等技术指标情况下，极大减小了产品尺寸，其仅为3.2mm×2.5mm×1.0mm。同时，其还有效减少元件的数量，特别是电感的数目，频带内的***损耗小于1.5dB，有效增大了带外抑制，在MoCA段达到35dB以上的衰减。此外，该低通滤波器由于采用LTCC工艺制作，具有成本低，可批量化生产，高性能等传统PCB制作分立LC滤波器没有的优点。另外，该低通滤波器的叠层电感中每二张基片上的导电涂层采用并联方式，增大了线圈截面积，从而增强了该滤波器的高频品质因素。

附图说明

图1为本发明低通滤波器等效电路图。

图2为本发明的立体示意图。

图3为图2的***示意图。

图4为图3的放大图。

图5为本发明低通滤波器的频率响应图。

附图标记：

基片1、第一导电连接片11、第二导电连接片12、第三导电连接片13、导电孔2、第一导电长通孔3、第二导电长通孔4、第一输入输出极片5、输入电极片51、输出电极片52、第二输入输出极片6、第一过渡片61、第二过渡片62、第三过渡片63、正端容极片7、第一极片71、第二极片72、第三极片73、第四极片74、负端容极片8、输入极片81、输出极片82、接地极片83、接地端9、输入端91、输出端92、导电柱93、第一电感L1、第一电感的首端L11、第一电感的末端L12、第二电感L2、第二电感的首端L21、第二电感的末端L22、第三电感L3、第三电感的首端L31、第三电感的末端L32、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7。

具体实施方式

如图1所示，本发明的用于CATV的叠层片式低通滤波器为埋置于高频陶瓷体中的LTCC层叠结构，其等效电路为七阶低通滤器，其由三组横向并接的LC谐振支路和四组纵向接地电容支路构成。

横向LC谐振支路由左至右（以图1纸面为参考方向）分别为第一电感L1和第一电容C1，第二电感L2和第二电容C2，第三电感L3和第三电容C3；纵向LC谐振支路由左至右（参考方向同上）分别第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7。

第一电感L1与第四电容C4连接端为输入端91，第三电感L3与第七电容C7连接端为输出端92，第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7接地。

如图2、3、4所示，本发明由高频陶瓷膜片制成的多层基片1构成的陶瓷体，在每层基片1上涂敷由银浆制成的导电涂层，其由位于陶瓷体上部的叠层电感形成区、中部的输入输出电极区、中下部的导电柱93、叠层电容形成区和底部的接地端9、输入端91及输出端92区构成。

一、叠层电感形成区由三个叠层电感和分别设于各基片1上的导电孔2及充当电极端的导电长通孔构成，其布局如下：

1、三个叠层电感分别为所述等效电路中的第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3，从该陶瓷体顶部的第二层基片1至下，在至少四组叠片上（本发明优选为五组）涂敷有呈半椭圆形或半圆形的导电涂层，本发明优选半椭圆形，每组叠片上涂敷三个独立存在的导电涂层（即相互间无直接连接），每上下二组叠片上的导电涂层在垂直方向上的投影构成一个完整的椭圆或圆，各组叠片上的三个导电涂层通过设置其上的导电孔2上下串接在一起，从而构成三个叠层电感，即所述的第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3。

2、第一电感L1的横截面尺寸大于第二电感L2和第三电感L3的横截面尺寸，第二电感L2和第三电感L3大小相同，三个电感在空间上呈“品”字形设置，第二电感L2与第三电感L3的椭圆长轴垂直于第一电感L1的椭圆长轴。

3、在顶层基片1上设有第一导电连接片11和第三导电连接片13，第一导电连接片11的一端通过导电孔2与第一电感的末端L12相接（第一电感的首端L11位于本区第五组叠片上并通过导电孔2与其下的输入输出电极区中的输入电极片51相接），其另一端通过导电孔2与第二电感的首端L21相接；第三导电连接片13的一端通过导电孔2与第三电感的末端L32相接，其另一端通过第一导电长通孔3向下延伸至所述的输入输出电极区；第二导电连接片12设置于本区第五组基片1上，其一端与第二电感的末端L22相连，其另一端与第三电感的首端L31相连。

4、本发明优选每组叠片为二层基片1，该二层基片1上的导电涂层结构和形状相同，而且其间并联相接在一起，该结构可增大叠层电感线圈截面积，从而增强了该滤波器的高频品质因素。

二、输入输出电极区由二层基片1构成，上层基片（又称第一输入输出极片5）上设有输入电极片51、第一过渡片61和输出电极片52，下层基片（又称第二输入输出极片6）上设有输入电极片51、第二过渡片62和第三过渡片63；第二电感的末端L22通过导电孔2与本区上层基片1上的第一过渡片61、下层基片上的第二过渡片62相接；所述第一导电长通孔3的下端与本区上层基片1的输出电极片52相接；在三个叠层电感之间还设有一根上下穿置的第二导电长通孔4，第二导电长通孔4的上端位于顶部第二基片1的中央部位，其下端连接于本区下层基片上的第三过渡片63。

三、叠层电容形成区由四个叠层电容构成，四个叠层电容分别为等效电路中的第四电容C4（又称第一叠层电容）、第五电容C5（又称第二叠层电容）、第六电容C6（又称第三叠层电容）和第七电容C7（又称第四叠层电容），其分布于输入输出电极区的下层基片1与本区的正端容极片7和负端容极片8之间，具体连接结构如下：

1、所述下层基片1上的输入电极片51通过导电柱93与其下的正端容极片7上的第一极片71相连；所述下层基片1上的第二过渡片62通过导电柱93与所述正端容极片7上的第三极片73相连；所述下层基片1上的第三过渡片63通过导电柱93与所述正端容极片7上的第二极片72相接；所述上层基片1上的输出电极片52通过导电孔2和导电柱93与所述正端容极片7上的第四极片74相连。

2、在所述下层基片上的输入电极片51与第三过渡片63之间形成等效电路中的第一电容C1；在第三过渡片63与第二过渡片62之间形成等效电路中的第二电容C2；在第二过渡片62与所述上层基片上的输出电极片52之间形成等效电路中的第三电容C3。

3、所述负端容极片8位于正端容极片7之下，在其上设有从纵向上看可覆盖正端容极片7上四个极片71、72、73、74的接地极片83，在接地极片83旁侧设有输入极片81和输出极片82，输入极片81和输出极片82相对设置，在正端容极片7上的四个极片71、72、73、74与负端容极片8上的接地极片83之间形成等效电路中的第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7。

四、接地端9、输入端91及输出端92区位于陶瓷体的底部，其由二层基片1构成，每层基片1上设有输入端91、接地端9和输出端92，输入端91与输出端92相对设置，接地端9介于输入端91与输出端92之间，二层基片1上的输入端91、接地端9和输出端92分别通过导电孔2上下相接，并与所述负端容极片8上的输入极片81、接地极片83和输出极片82一一对应相接。

如图5所示，本发明的低通滤波器电路通过***损耗小于-1.5dB的社区接入电视信号CATV，其可抑制衰减大于-35dB的MoCA信号。

其适用于社区接入电视信号CATV包括Up stream(5-42MHz)/Downstream(54-1002MHz)，即具有小于或等于1002MHz的频率。

所述的MoCA信号具有大于或等于1125MHz的频率，即在1125MHz到1675MHz之间。

本发明的低通滤波器，可串接在两个陶瓷滤波器元件之间，这两个滤波器中一个起双工器作用，用于分配CATV信号和MOCA信号，同时使得对MoCA频段,即大于1125MHz的信号衰减量等于或小于-70dB。另一个用于区分一种低通滤波器输出后的up steam和down stream信号。

本发明的低通滤波器，包括底面印刷的三个外部端电极（即接地端9、输入端91和输出端92），整个滤波器的电学性能相对输入输出电极对称，为无极性滤波器。

该低通滤波器被设计成足够小的尺寸：3.2mm×2.5mm×1.0mm，而传统的PCB解决分立滤波器方案尺寸在约15*25mm大小的PCB上实现，同时在使用时需配较大尺寸的屏蔽壳，造成体积较大，成本较高。本发明所涉及的LTCC滤波器只占用很小的PCB面积有利于小型化和降低成本。

本发明有益的技术效果是：

1.采用LTCC高Q高频陶瓷材料和高导电率银浆，有较小的介质损耗和导体损耗，极大的减小了产品尺寸。

2.采用LTCC工艺制作，产品一致性高，由于是采用印刷的并行工艺，同时可以生产大量产品，比手工制作的生产效率大幅提高。

3.采用LTCC工艺制作，减少了原有PCB方案对人工的调试依赖，缩短了产品制作时间，降低了生产成本。

4.电感线圈线路部分采用并联方式，增大了线圈截面积，增大了高频品质因素。

本发明在低通滤波器陶瓷体内构成具有高Q值螺旋电感线圈。

表一是按照本发明设计制作低通滤波器实施例的测试结果与目标值的对比：表一实施列与目标值对比

Claims (6)

1.一种用于CATV的叠层片式低通滤波器，包括由高频陶瓷膜片制成的多层基片（1）构成的陶瓷体和涂敷在每层基片（1）上的导电涂层，该滤波器的接地端（9）、输入端（91）和输出端（92）设于该陶瓷体底部的基片（1）上，其特征在于：从该陶瓷体顶部的第二层基片（1）至下，设有由至少四组其上涂敷有呈半椭圆形或半圆形的三个独立存在的导电涂层叠片构成的三个叠层电感，即第一电感（L1）、第二电感（L2）和第三电感（L3），其中，每上下二组叠片上的半椭圆形或半圆形的导电涂层在垂直方向上的投影构成一个完整的椭圆或圆，所有半椭圆形或半圆形的导电涂层通过设置其上的导电孔（2）串接在一起，在陶瓷体的顶层基片（1）上设有通过导电孔（2）将第一电感（L1）与第二电感（L2）连接在一起的第一导电连接片（11），在叠层电感最下边的一组基片（1）上设有可将第二电感（L2）与第三电感（L3）连接在一起的第二导电连接片（12），第二导电连接片（12）通过导电孔（2）与其之下的第一输入输出极片（5）上的第一过渡片（61）相接，第一电感（L1）通过导电孔（2）与第一输入输出极片（5）上的输入电极片（51）相接，第三电感（L3）通过设置在顶层基片（1）上的第三导电连接片（13）和第一导电长通孔（3）与所述第一输入输出极片（5）上的输出电极片（52）相接；第一输入输出极片（5）上的输入电极片（51）通过导电孔（2）与其下的第二输入输出极片（6）上的输入电极片（51）相接并通过导电柱（93）、第一叠层电容与接地极相接，第一过渡片（61）通过导电孔（2）与第二输入输出极片（6）上的第二过渡片（62）相接并通过导电柱（93）、第三叠层电容与接地端（9）相接，输出电极片（52）通过导电孔（2）、导电柱（93）、第四叠层电容与接地端（9）相接，在第二输入输出极片（6）上还设有第三过渡片（63），第三过渡片（63）向上通过介于三个叠层电感之间的第二导电长通孔（4）延伸至第二基片（1），第三过渡片（63）向下通过其下的导电柱（93）、第二叠层电容与接地极相接。

2.根据权利要求1所述的用于CATV的叠层片式低通滤波器，其特征在于：所述叠层电感由五组导电涂层叠片构成。

3.根据权利要求1或2所述的用于CATV的叠层片式低通滤波器，其特征在于：所述一组导电涂层叠片为设置在二张基片（1）上结构相同并联相接的二层导电涂层。

4.根据权利要求3所述的用于CATV的叠层片式低通滤波器，其特征在于：所述导电柱（93）为灌注在设置于多层陶瓷膜片上通孔中的银浆柱。

5.根据权利要求1所述的用于CATV的叠层片式低通滤波器，其特征在于：所述第一电感（L1）的横截面尺寸大于第二电感（L2）和第三电感（L3）的横截面尺寸，第二电感（L2）和第三电感（L3）大小相同，三个电感在空间上呈“品”字形设置。

6.根据权利要求1所述的用于CATV的叠层片式低通滤波器，其特征在于：所述高频陶瓷体的几何尺寸为：3.2mm×2.5mm×1.0mm。