CN104124499A

CN104124499A - 基于ltcc的e波段高抑制带通滤波器

Info

Publication number: CN104124499A
Application number: CN201410378043.3A
Authority: CN
Inventors: 陈龙; 周围; 许心影; 顾家; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: CN104124499B

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器，包括三层陶瓷基板，含有两个耦合缝隙的第一金属层，含有两个耦合缝隙的第二金属层，第三金属层，八十二个金属化通孔，由八十个金属化通孔和第二层陶瓷基板、第三层陶瓷基板形成的四个谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔之间的第一耦合缝隙，第二谐振腔和第三谐振腔之间的第二耦合缝隙，第三谐振腔和第四谐振腔之间的第三耦合缝隙，以及第一层陶瓷基板和第一金属化通孔构成的输入端口，第一层陶瓷基板和第二金属化通孔构成的输出端口。本发明频带为E波段，具有频段频率覆盖广、***损耗小、频率选择性好、谐波抑制特性好、电路结构简单、可控性好等突出优点，对于未来高速率数据无线通信具有有重大应用前景。

Description

基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种应用于微波毫米波电路的带通滤波器，特别是一种基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器。

背景技术

随着无线通信的飞速发展，对微波毫米波***迫切要求是体积更小、速度更快、频率更高、性能更好。带通滤波器是无线通讯射频***中最重要的无源器件之一，小型化、高频化和高频率选择性等问题越来越突出。带通滤波器是微波毫米波通信***中最重要的无源器件之一，一个性能优良的滤波器可以为更好的改善***的信噪比，为各个频道之间提供更好的隔离，对实现更可靠的通信***起着至关重要的作用。当今社会，无线通信***发展迅猛，微波毫米波电路与***发挥着举足轻重的作用。整个无线通信向着频率更高、速率更高、性能更好、体积更小等方面发展。采用基片集成波导(SubstrateIntegrated Waveguide,简称SIW)的毫米波滤波器受到了很高的重视，它可以实现高性能且具有体积小的滤波器。它是一种新型波导，它具有传统的金属波导品质因数、易于设计的特点，同时也具有体积小、造价低、易加工等优点。

传统的微波混合集成电路由各种有源和无源分离器件焊接或粘贴在基片外部构成，它和单片集成电路的联合使用，使各种大容量的微波功能模块得以实现。但是，整合性越高，制造成本也随之急剧增加，再加上材料和工艺技术的某些限制，要做到将所有无源元件集成到IC中，仍有很大困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通带损耗低、频率选择性好、结构简单、可靠性高、成本低、使用方便的基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器，包括三层陶瓷基板，含有两个耦合缝隙的第一金属层，含有两个耦合缝隙的第二金属层，第三金属层，八十二个金属化通孔，由八十个金属化通孔和第二层陶瓷基板、第三层陶瓷基板形成的四个谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔之间的第一耦合缝隙，第二谐振腔和第三谐振腔之间的第二耦合缝隙，第三谐振腔和第四谐振腔之间的第三耦合缝隙，以及第一层陶瓷基板和第一金属化通孔构成的输入端口，第一层陶瓷基板和第二金属化通孔构成的输出端口；

所述第一谐振腔由二十三个金属化通孔即第三～十七金属化通孔、第三十五～四十二金属化通孔和第二层陶瓷基板、第一金属层、第二金属层形成；第二谐振腔由二十三个金属化通孔即第四十三～五十七金属化通孔、第七十五～八十二金属化通孔和第三层陶瓷基板、第二金属层、第三金属层形成；第三谐振腔由二十三个金属化通孔即第五十五～七十七金属化通孔和第三层陶瓷基板、第二金属层、第三金属层形成；第四谐振腔由二十三个金属化通孔即第十五～三十七金属化通孔和第二层陶瓷基板、第一金属层、第二金属层形成；第一谐振腔和第二谐振腔通过第一耦合缝隙耦合，第二谐振腔和第三谐振腔通过第二耦合缝隙耦合，第三谐振腔和第四谐振腔通过第三耦合缝隙耦合。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)带内***损耗小，频率选择性好，带外抑制高；(2)电路实现结构简单，致使内部通孔将波导腔分为四个谐振腔体，相邻谐振腔的耦合通过通孔的间距以及缝隙的大小来改变；(3)工艺上易于实现，相对与普通波导滤波器，由于结构简单用LTCC技术使得本发明加工难度降低；(4)由于采用的三层的结构，使得该结构的平面尺寸非常小，并且采用基片集成波导的结构使得本发明便于集成。

附图说明

图1为本发明基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器的第一层结构图。

图2为本发明基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器的第二层结构图。

图3为本发明基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器的第三层结构图。

图4为本发明基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器的各层金属化通孔位置图。

图5为本发明基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器的幅频特性仿真曲线。

具体实施方式

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)是20世纪80年代开始发展起来的整合组件技术，已经成为无源集成的主流技术。LTCC技术以低介质损耗陶瓷为基板，以金或银作为导电浆料，具有优异的高频特性，工艺实现一次性压合、低温共烧，大大提高了产品和可靠性和批量生产能力。另外LTCC技术不仅允许所有无源器件的三维集成化还可将有源器件标贴于芯片表面，实现有源与无源的集成化。因此，LTCC工艺提供了一种小型化、重量轻、高Q值的3D芯片和组件的方法，是微波毫米波频段高性能芯片和模块极具前景的集成工艺。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

结合图1～4，本发明基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器，包括三层陶瓷基板S1、S2、S3，含有两个耦合缝隙C1、C2的第一金属层L1，含有两个耦合缝隙C12、C34的第二金属层L2，第三金属层L3，八十二个金属化通孔V1～V82，由八十个金属化通孔V3～V82和第二层陶瓷基板S2、第三层陶瓷基板S3形成的四个谐振腔R1、R2、R3、R4，第一谐振腔R1和第二谐振腔R2之间的第一耦合缝隙C12，第二谐振腔R2和第三谐振腔R3之间的第二耦合缝隙C23，第三谐振腔R3和第四谐振腔R4之间的第三耦合缝隙C34，以及第一层陶瓷基板S1和第一金属化通孔V1构成的输入端口P1，第一层陶瓷基板S1和第二金属化通孔V2构成的输出端口P2；所述第一谐振腔R1由二十三个金属化通孔即第三～十七金属化通孔V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、第三十五～四十二金属化通孔V35、V36、V37、V38、V39、V40、V41、V42和第二层陶瓷基板S2、第一金属层L1、第二金属层L2形成；第二谐振腔R2由二十三个金属化通孔即第四十三～五十七金属化通孔V43、V44、V45、V46、V47、V48、V49、V50、V51、V52、V53、V54、V55、V56、V57、第七十五～八十二金属化通孔V75、V76、V77、V78、V79、V80、V81、V82和第三层陶瓷基板S3、第二金属层L2、第三金属层L3形成；第三谐振腔R3由二十三个金属化通孔即第五十五～七十七金属化通孔V55、V56、V57、V58、V59、V60、V61、V62、V63、V64、V65、V66、V67、V68、V69、V70、V71、V72、V73、V74、V75、V76、V77和第三层陶瓷基板S3、第二金属层L2、第三金属层L3形成；第四谐振腔R4由二十三个金属化通孔即第十五～三十七金属化通孔V15、V16、V17、V18、V19、V20、V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28、V29、V30、V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37和第二层陶瓷基板S2、第一金属层L1、第二金属层L2形成；第一谐振腔R1和第二谐振腔R2通过第一耦合缝隙C12耦合，第二谐振腔R2和第三谐振腔R3通过第二耦合缝隙C23耦合，第三谐振腔R3和第四谐振腔R4通过第三耦合缝隙C34耦合。耦合缝隙C1、C2的作用是耦合，使得信号能量能够从耦合缝隙中通过，起到传递信号能量的作用。

所述第一金属层L1设置于第一层陶瓷基板S1和第二层陶瓷基板S2之间，第二金属层L2设置于第二层陶瓷基板S2和第三层陶瓷基板S3之间，第三金属层L3设置于第三层陶瓷基板S3的底部。

所述八十二个金属化通孔V1～V82，其中第一～二金属化通孔V1～V2设置于第一层陶瓷基板S1、第三～四十二金属化通孔V3～V42设置于第二层陶瓷基板S2、第四十三～八十二金属化通孔V43～V82设置于第三层陶瓷基板S3。

所述第一耦合缝隙C12是第一谐振腔R1与第二个谐振腔R2之间的耦合缝隙，且第一耦合缝隙C12为设置于第二金属层L2的圆形缝隙；第二耦合缝隙C23是第五十五～五十七金属化通孔V55、V56、V57与第七十五～七十七金属化通孔V75、V76、V77之间的缝隙；第三耦合缝隙C34是第三谐振腔R3与第四谐振腔R4之间的耦合缝隙，且第三耦合缝隙C34为设置于第二层金属层L2的两个对称长方形缝隙。

所述第十五～十七金属化通孔V15、V16、V17与第三十五～三十七金属化通孔V35～V37不仅为第一谐振腔R1和第四谐振腔R4提供边界，而且能够通过调整第十五～十七金属化通孔V15、V16、V17与第三十五～三十七金属化通孔V35～V37在第一谐振腔R1的位置从而调整第四谐振腔R4的谐振频率；第二层金属层L2的圆形第一耦合缝隙C12为第一谐振腔R1和第二谐振腔R2提供边界，并且能够通过调节第一耦合缝隙C12的大小调节第一谐振腔R1和第四谐振腔R4的谐振频率；第五十五～五十七金属化通孔V55、V56、V57与第六十五～六十七金属化通孔V65、V66、V67不仅为第二谐振腔R2和第三谐振腔R3提供边界，而且能够通过调整第五十五～五十七金属化通孔V55、V56、V57与第六十五～六十七金属化通孔V65、V66、V67在第二谐振腔R2的位置从而调整第三谐振腔R3的谐振频率，同时第七十七金属化通孔V77与第五十五金属化通孔V55为第二耦合缝隙C23提供边界；第二层金属层L2的第三耦合缝隙C34为第三谐振腔R3和第四谐振腔R4提供边界，并且通过调节第三耦合缝隙C34的长方形尺寸能够调节第三谐振腔R3和第四谐振腔R4的谐振频率。

第一谐振腔R1由二十三个金属化通孔即第三～十七金属化通孔V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、第三十五～四十二金属化通孔V35、V36、V37、V38、V39、V40、V41、V42和第二层陶瓷基板S2、第一金属层L1、第二金属层L2形成。谐振腔就是这些通孔和两层金属板所封闭起来的空间，位置在第二层介质内，作用是起到选择频率或者储存能量的作用。第二谐振腔R2、第三谐振腔R3、第四谐振腔R4同理。

本发明基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器的工作原理如下：宽频带微波信号从输入端口P1进入第一谐振腔R1，通带内的微波信号通过第一耦合缝隙C12耦合到第二谐振腔R2，经过第二耦合缝隙C23耦合到第三谐振腔R3，经过第三耦合缝隙C34耦合到第四谐振腔R4再到输出端口P2，通带外的微波依次在四个谐振腔R1、R2、R3和R4的谐振频率外衰减。通过改变八十个金属化通孔V3～V82位置的变化，可以微调谐振腔的谐振频率，通过第一耦合缝隙C12圆形缝隙的大小和位置、第三耦合缝隙C34两个对称长方形缝隙的大小和位置、以及第二耦合缝隙C23的宽度来改变通带的宽度。

实施例1

本发明基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器的陶瓷基板相对介电常数为6.8，损耗角正切为0.002，尺寸为2.8mm*1.6mm*0.52mm，金属化通孔的半径为0.06mm，陶瓷基板的表面的金属壁厚度为0.01mm，第一层介质层的厚度为0.1mm，第二层介质层的厚度为0.2mm，第三层介质层的厚度为0.2mm。由图5可以看出，通带内最小***损耗为2.1dB，回波损耗小于18.11dB，带宽为71GHz～76GHz，下边带67GHz抑制好于55dB，上边带81GHz抑制好于56dB。

综上所述，本发明频带为E波段，具有频段频率覆盖广、***损耗小、频率选择性好、谐波抑制特性好、电路结构简单、可控性好等突出优点，对于未来高速率数据无线通信具有有重大应用前景。

Claims

1.一种基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器，其特征在于，包括三层陶瓷基板(S1、S2、S3)，含有两个耦合缝隙(C1、C2)的第一金属层(L1)，含有两个耦合缝隙(C12、C34)的第二金属层(L2)，第三金属层(L3)，八十二个金属化通孔(V1～V82)，由八十个金属化通孔(V3～V82)和第二层陶瓷基板(S2)、第三层陶瓷基板(S3)形成的四个谐振腔(R1、R2、R3、R4)，第一谐振腔(R1)和第二谐振腔(R2)之间的第一耦合缝隙(C12)，第二谐振腔(R2)和第三谐振腔(R3)之间的第二耦合缝隙(C23)，第三谐振腔(R3)和第四谐振腔(R4)之间的第三耦合缝隙(C34)，以及第一层陶瓷基板(S1)和第一金属化通孔(V1)构成的输入端口(P1)，第一层陶瓷基板(S1)和第二金属化通孔(V2)构成的输出端口(P2)；

所述第一谐振腔(R1)由二十三个金属化通孔即第三～十七金属化通孔(V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17)、第三十五～四十二金属化通孔(V35、V36、V37、V38、V39、V40、V41、V42)和第二层陶瓷基板(S2)、第一金属层(L1)、第二金属层(L2)形成；第二谐振腔(R2)由二十三个金属化通孔即第四十三～五十七金属化通孔(V43、V44、V45、V46、V47、V48、V49、V50、V51、V52、V53、V54、V55、V56、V57)、第七十五～八十二金属化通孔(V75、V76、V77、V78、V79、V80、V81、V82)和第三层陶瓷基板(S3)、第二金属层(L2)、第三金属层(L3)形成；第三谐振腔(R3)由二十三个金属化通孔即第五十五～七十七金属化通孔(V55、V56、V57、V58、V59、V60、V61、V62、V63、V64、V65、V66、V67、V68、V69、V70、V71、V72、V73、V74、V75、V76、V77)和第三层陶瓷基板(S3)、第二金属层(L2)、第三金属层(L3)形成；第四谐振腔(R4)由二十三个金属化通孔即第十五～三十七金属化通孔(V15、V16、V17、V18、V19、V20、V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28、V29、V30、V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37)和第二层陶瓷基板(S2)、第一金属层(L1)、第二金属层(L2)形成；第一谐振腔(R1)和第二谐振腔(R2)通过第一耦合缝隙(C12)耦合，第二谐振腔(R2)和第三谐振腔(R3)通过第二耦合缝隙(C23)耦合，第三谐振腔(R3)和第四谐振腔(R4)通过第三耦合缝隙(C34)耦合。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器，其特征在于，所述第一金属层(L1)设置于第一层陶瓷基板(S1)和第二层陶瓷基板(S2)之间，第二金属层(L2)设置于第二层陶瓷基板(S2)和第三层陶瓷基板(S3)之间，第三金属层(L3)设置于第三层陶瓷基板(S3)的底部。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器，其特征在于，所述八十二个金属化通孔(V1～V82)，其中第一～二金属化通孔(V1～V2)设置于第一层陶瓷基板(S1)、第三～四十二金属化通孔(V3～V42)设置于第二层陶瓷基板(S2)、第四十三～八十二金属化通孔(V43～V82)设置于第三层陶瓷基板(S3)。

4.根据权利要求1所述的基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器，其特征在于，所述第一耦合缝隙(C12)是第一谐振腔(R1)与第二个谐振腔(R2)之间的耦合缝隙，且第一耦合缝隙(C12)为设置于第二金属层(L2)的圆形缝隙；第二耦合缝隙(C23)是第五十五～五十七金属化通孔(V55、V56、V57)与第七十五～七十七金属化通孔(V75、V76、V77)之间的缝隙；第三耦合缝隙(C34)是第三谐振腔(R3)与第四谐振腔(R4)之间的耦合缝隙，且第三耦合缝隙(C34)为设置于第二层金属层(L2)的两个对称长方形缝隙。

5.根据权利要求1所述的基于LTCC的E波段高抑制带通滤波器，其特征在于，所述第十五～十七金属化通孔(V15、V16、V17)与第三十五～三十七金属化通孔(V35～V37)不仅为第一谐振腔(R1)和第四谐振腔(R4)提供边界，而且能够通过调整第十五～十七金属化通孔(V15、V16、V17)与第三十五～三十七金属化通孔(V35～V37)在第一谐振腔(R1)的位置从而调整第四谐振腔(R4)的谐振频率；第二层金属层(L2)的圆形第一耦合缝隙(C12)为第一谐振腔(R1)和第二谐振腔(R2)提供边界，并且能够通过调节第一耦合缝隙(C12)的大小调节第一谐振腔(R1)和第四谐振腔(R4)的谐振频率；第五十五～五十七金属化通孔(V55、V56、V57)与第六十五～六十七金属化通孔(V65、V66、V67)不仅为第二谐振腔(R2)和第三谐振腔(R3)提供边界，而且能够通过调整第五十五～五十七金属化通孔(V55、V56、V57)与第六十五～六十七金属化通孔(V65、V66、V67)在第二谐振腔(R2)的位置从而调整第三谐振腔(R3)的谐振频率，同时第七十七金属化通孔(V77)与第五十五金属化通孔(V55)为第二耦合缝隙(C23)提供边界；第二层金属层(L2)的第三耦合缝隙(C34)为第三谐振腔(R3)和第四谐振腔(R4)提供边界，并且通过调节第三耦合缝隙(C34)的长方形尺寸能够调节第三谐振腔(R3)和第四谐振腔(R4)的谐振频率。