CN103972619A - 一种uhf波段高性能带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种UHF波段高性能带通滤波器，本发明采用可控传输零点的变形切比雪夫带通滤波器原型，并通过LTCC多层结构实现等效集总参数元件，在实现同等技术指标情况下能够极大缩减带通滤波器体积；同时，该带通滤波器将两个四级滤波器级联，能有效增大带外抑制效果，从而更好地兼顾带通滤波器的***损耗对通带和阻带的要求。此外，该带通滤波器还具有成本低、有利于批量生产、良好的选频特性、温度性能良好等传统滤波器所没有的优点。本发明可广泛应用于射频无线通讯***中。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，它涉及一种UHF波段高性能带通滤波器，特别是涉及一种阻带抑制非常优异的带通滤波器。
背景技术
带通滤波器作为射频前端重要的无源功能模块，要求在通带内***损耗越小越好，以便大部分能量都可以通过网络；而在阻带内要求衰减越大越好，以便能够抑制干扰或者其它不希望在终端看到的频率。
随着无线通信技术和单片微波集成电路的快速发展，要求电子产品向小型化，低成本，高性能，高集成度的趋势发展。如何将原本在平面电路占大量面积的元件堆叠在三维立体结构中，从而使滤波器在极小的面积下实现也是目前要解决的问题。LTCC技术是一种多层陶瓷工艺，能够为无源和有源器件提供三维立体的集成平台，可实现电路立体化的要求，而且陶瓷元件有良好的特性，可以满足目前市场对小型化、低成本、高性能的要求。
目前国内外对带通滤波器进行了大量的研究，低频段占用体积太大，集成度不高，已远远不能满足小型化的要求。此外，目前的大多数滤波器，如果要抑制通带附近的杂波频率，阻带内的衰减就显得不足了。因此，如何实现具有滤波特性好的UHF波段高性能带通滤波器，已成为业界急需解决的问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种带外抑制度优异、带内***损耗小、可靠性高、集成度高、尺寸小的半集总半分布式带通滤波器。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种UHF波段高性能带通滤波器，包括输入端口P1、输出端口P2、输入传输线R1、输出传输线R2、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、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和第八电容C8；
其中顶层金属地G1、底层金属地G2均为单层平板金属结构，输入传输线R1、输出传输线R2为单层带状线结构，第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8 均为四层矩形螺旋线圈结构，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、第八电容C8均为双层金属板结构;
输入端口P1与输入传输线R1连接，输入传输线R1的另一端与第一线圈L1和第一电容C1相连接;
第一线圈L1与第一电容C1相并联，第一线圈L1的一端与第一电容C1的一端相连，第一线圈L1的另一端与第一电容C1的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器；
第二线圈L2与第二电容C2相并联，第二线圈L2的一端与第二电容C2的一端相连，第二线圈L2的另一端与第二电容C2的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器；
第三线圈L3与第三电容C3相并联，第三线圈L3的一端与第三电容C3的一端相连，第三线圈L3的另一端与第三电容C3的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器；
第四线圈L4与第四电容C4相并联，第四线圈L4的一端与第四电容C4的一端相连，第四线圈L4的另一端与第四电容C4的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器；
第五线圈L5与第五电容C5相并联，第五线圈L5的一端与第五电容C5的一端相连，第五线圈L5的另一端与第五电容C5的另一端分别接地，上述两个器件构成第五谐振器；
第六线圈L6与第六电容C6相并联，第六线圈L6的一端与第六电容C6的一端相连，第六线圈L6的另一端与第六电容C6的另一端分别接地，上述两个器件构成第六谐振器；
第七线圈L7与第七电容C7相并联，第七线圈L7的一端与第七电容C7的一端相连，第七线圈L7的另一端与第七电容C7的另一端分别接地，上述两个器件构成第七谐振器；
第八线圈L8与第八电容C8相并联，第八线圈L8的一端与第八电容C8的一端相连，第八线圈L8的另一端与第八电容C8的另一端分别接地，上述两个器件构成第八谐振器；第八谐振器与输出端口P2相连；
上述八个谐振器均位于顶层金属地G1和底层金属地G2之间，所述顶层金属地G1和底层金属地G2相互平行。
所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器和第八谐振器中的线圈中心轴与底层金属地G2相垂直，上述谐振器中的电容均与底层金属地G2相平行。
第一谐振器、第三谐振器、第五谐振器和第七谐振器位于同一水平面，第二谐振器、第四谐振器、第六谐振器和第八谐振器均位于另一个水平面，第一谐振器和第二谐振器在底层金属地G2的投影相同，第三谐振器和第四谐振器在底层金属地G2的投影相同，第五谐振器和第六谐振器在底层金属地G2的投影相同，第七谐振器和第八谐振器在底层金属地G2的投影相同。
所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4构成第一带通滤波器，第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8构成第二带通滤波器。
所述第一电容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、第八电容C8均为金属-介质-金属形式的平板电容，平板电容中间的介质由LTCC陶瓷基板构成。
所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8均为叠层结构。
所述输入端口P1、输出端口P2、输入传输线R1、输出传输线R2、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、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、第八电容C8均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的带通滤波器使用了多层介质基板，充分利用了三维多层空间，从而显著减小了元件所需体积，通过滤波器的级联结构可以在不提高通带内***损耗的前提下大大的增加了带外抑制度。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
附图说明
图1是本发明一种具有滤波性能的多层结构体的三维结构主视图。
图2是本发明一种具有滤波性能的多层结构体的三维结构侧视图。
图3是本发明一种具有滤波性能的多层结构体的三维结构俯视图。
图4是本发明一种具有滤波性能的多层结构体的S参数仿真曲线。
图5为本发明一种具有滤波性能的多层结构体的等效电路图。
具体实施方式：
结合图1、图2、图3，本发明的一种UHF波段高性能带通滤波器，包括输入端口P1、输出端口P2、输入传输线R1、输出传输线R2、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、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和第八电容C8；
其中顶层金属地G1、底层金属地G2均为单层平板金属结构，输入传输线R1、输出传输线R2为单层带状线结构，第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8 均为四层矩形螺旋线圈结构，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、第八电容C8均为双层金属板结构;
输入端口P1与输入传输线R1连接，输入传输线R1的另一端与第一线圈L1和第一电容C1相连接;
第一线圈L1与第一电容C1相并联，第一线圈L1的一端与第一电容C1的一端相连，第一线圈L1的另一端与第一电容C1的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器；
第二线圈L2与第二电容C2相并联，第二线圈L2的一端与第二电容C2的一端相连，第二线圈L2的另一端与第二电容C2的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器；
第三线圈L3与第三电容C3相并联，第三线圈L3的一端与第三电容C3的一端相连，第三线圈L3的另一端与第三电容C3的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器；
第四线圈L4与第四电容C4相并联，第四线圈L4的一端与第四电容C4的一端相连，第四线圈L4的另一端与第四电容C4的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器；
第五线圈L5与第五电容C5相并联，第五线圈L5的一端与第五电容C5的一端相连，第五线圈L5的另一端与第五电容C5的另一端分别接地，上述两个器件构成第五谐振器；
第六线圈L6与第六电容C6相并联，第六线圈L6的一端与第六电容C6的一端相连，第六线圈L6的另一端与第六电容C6的另一端分别接地，上述两个器件构成第六谐振器；
第七线圈L7与第七电容C7相并联，第七线圈L7的一端与第七电容C7的一端相连，第七线圈L7的另一端与第七电容C7的另一端分别接地，上述两个器件构成第七谐振器；
第八线圈L8与第八电容C8相并联，第八线圈L8的一端与第八电容C8的一端相连，第八线圈L8的另一端与第八电容C8的另一端分别接地，上述两个器件构成第八谐振器；第八谐振器与输出端口P2相连；
上述八个谐振器均位于顶层金属地G1和底层金属地G2之间，所述顶层金属地G1和底层金属地G2相互平行。
所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器和第八谐振器中的线圈中心轴与底层金属地G2相垂直，上述谐振器中的电容均与底层金属地G2相平行。
第一谐振器、第三谐振器、第五谐振器和第七谐振器位于同一水平面，第二谐振器、第四谐振器、第六谐振器和第八谐振器均位于另一个水平面，第一谐振器和第二谐振器在底层金属地G2的投影相同，第三谐振器和第四谐振器在底层金属地G2的投影相同，第五谐振器和第六谐振器在底层金属地G2的投影相同，第七谐振器和第八谐振器在底层金属地G2的投影相同。
第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4构成第一带通滤波器，第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8构成第二带通滤波器。
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、第八电容C8均为金属-介质-金属形式的平板电容，平板电容中间的介质由LTCC陶瓷基板构成。
第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8均为叠层结构。
输入端口P1、输出端口P2、输入传输线R1、输出传输线R2、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、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、第八电容C8均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
本发明采用了半集总半分布结构实现的带通滤波器，多层结构采用低温共烧陶瓷工艺实现，该技术与其它多层基板技术相比较，更易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性，因此该技术可在实现相同指标的前提下显著减小器件体积，提高器件集成度。
本发明UHF波段高性能带通滤波器的整体结构示意图如图1所示，共有2个端口，即输入端口P1和输出端口P2。上下两层为屏蔽层，前后为金属地。整个器件的体积为6.4mm*4mm*1.5mm，采用的LTCC套陶瓷介质的相对介电常数为27，介质损耗角正切为0.002，实现多层结构的金属导体采用银，其中每层陶瓷介质基板的厚度为0.01mm，为了提高成品率，层与层之间的距离为0.05mm。
本发明带通滤波器的仿真曲线如图4所示：该带通滤波器的中心频率为490MHz，通带带宽为100MHz。通带内的***损耗小于1.5dB，由于在上、下边带各产生了一个传输零点，使得上、下边带非常陡峭，在DC<f<280 MHz时，带外抑制优于45 dB，640 MHz<f<2.0 GHz时，带外抑制优于40 dB，可见带外抑制度极高。
综上，本发明提供的带通滤波器具有体积小、重量轻、选频特性好、集成度高等优点，便于与其它微波器件集成，另外，该带通滤波器基于LTCC工艺，具有批量生产成本低的优势，使得所应用的产品具有更好的使用性能，极具市场竞争力，其应用前景非常广阔。
Claims (7)
1.一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，包括输入端口[P1]、输出端口[P2]、输入传输线[R1]、输出传输线[R2]、第一线圈[L1]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]、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]和第八电容[C8]；
其中顶层金属地[G1]、底层金属地[G2]均为单层平板金属结构，输入传输线[R1]、输出传输线[R2]为单层带状线结构，第一线圈[L1]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8] 均为四层矩形螺旋线圈结构，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]、第八电容[C8]均为双层金属板结构;
输入端口[P1]与输入传输线[R1]连接，输入传输线[R1]的另一端与第一线圈[L1]和第一电容[C1]相连接;
第一线圈[L1]与第一电容[C1]相并联，第一线圈[L1]的一端与第一电容[C1]的一端相连，第一线圈[L1]的另一端与第一电容[C1]的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器；
第二线圈[L2]与第二电容[C2]相并联，第二线圈[L2]的一端与第二电容[C2]的一端相连，第二线圈[L2]的另一端与第二电容[C2]的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器；
第三线圈[L3]与第三电容[C3]相并联，第三线圈[L3]的一端与第三电容[C3]的一端相连，第三线圈[L3]的另一端与第三电容[C3]的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器；
第四线圈[L4]与第四电容[C4]相并联，第四线圈[L4]的一端与第四电容[C4]的一端相连，第四线圈[L4]的另一端与第四电容[C4]的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器；
第五线圈[L5]与第五电容[C5]相并联，第五线圈[L5]的一端与第五电容[C5]的一端相连，第五线圈[L5]的另一端与第五电容[C5]的另一端分别接地，上述两个器件构成第五谐振器；
第六线圈[L6]与第六电容[C6]相并联，第六线圈[L6]的一端与第六电容[C6]的一端相连，第六线圈[L6]的另一端与第六电容[C6]的另一端分别接地，上述两个器件构成第六谐振器；
第七线圈[L7]与第七电容[C7]相并联，第七线圈[L7]的一端与第七电容[C7]的一端相连，第七线圈[L7]的另一端与第七电容[C7]的另一端分别接地，上述两个器件构成第七谐振器；
第八线圈[L8]与第八电容[C8]相并联，第八线圈[L8]的一端与第八电容[C8]的一端相连，第八线圈[L8]的另一端与第八电容[C8]的另一端分别接地，上述两个器件构成第八谐振器；第八谐振器与输出端口[P2]相连；
上述八个谐振器均位于顶层金属地[G1]和底层金属地[G2]之间，所述顶层金属地[G1]和底层金属地[G2]相互平行。
2.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器和第八谐振器中的线圈中心轴与底层金属地[G2]相垂直，上述谐振器中的电容均与底层金属地[G2]相平行。
3.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，第一谐振器、第三谐振器、第五谐振器和第七谐振器位于同一水平面，第二谐振器、第四谐振器、第六谐振器和第八谐振器均位于另一个水平面，第一谐振器和第二谐振器在底层金属地[G2]的投影相同，第三谐振器和第四谐振器在底层金属地[G2]的投影相同，第五谐振器和第六谐振器在底层金属地[G2]的投影相同，第七谐振器和第八谐振器在底层金属地[G2]的投影相同。
4.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，所述第一线圈[L1]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]构成第一带通滤波器，第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]、第五电容[C5]、第六电容[C6]、第七电容[C7]、第八电容[C8]构成第二带通滤波器。
5.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，所述第一电容[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]、第八电容[C8]均为金属-介质-金属形式的平板电容，平板电容中间的介质由LTCC陶瓷基板构成。
6.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，所述第一线圈[L1]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]均为叠层结构。
7.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，输入端口[P1]、输出端口[P2]、输入传输线[R1]、输出传输线[R2]、第一线圈[L1]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]、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]、第八电容[C8]均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140806 |