CN105552491B - 一种微型l频段叠层宽带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型L频段叠层宽带带通滤波器，包括表面贴装的输入端口与输出端口、第一地端口、第二地端口、输入电感、输出电感、由第一级谐振电路、第二级谐振电路和第三级谐振电路组成的三级谐振电路、第一接地板、第二接地板和U字形陷波电路。所述输入端口通过第一垂直通孔与所述输入电感相连。所述输出端口通过第二垂直通孔与所述输出电感相连。本发明具有体积小、可靠性高、结构简单紧凑、成品率高、频率特性优异、带外抑制度高、加工一致性高等特点，可实现大批量生产。

Description

一种微型L频段叠层宽带带通滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种微型L频段叠层宽带带通滤波器。

背景技术

低温共烧陶瓷（LTCC）技术采用三维叠层工艺，能够将无源元件埋置于陶瓷基板内，也可以将有源元件贴装于基板表面制成无源/有源集成的功能模块。三维结构、分层设计、整体烧结，为器件提供一种稳定可靠、小体积、高性能的电子封装形式。相比于LC滤波器、腔体滤波器、介质滤波器，LTCC滤波器具有体积小、重量轻、性能稳定、一致性高等特点。

以往叠层工艺的宽带带通滤波器设计常采用集总参数谐振电路，宽边耦合结构，相邻级的谐振板分布在上、下层，每级谐振板用垂直通孔连接到地，分别形成电容、电感，有的为提高带外抑制度，常加入陷波电路。如图4所示的构造可知，这种宽带带通滤波器由输入导体2、输出导体3、谐振板4、通孔5和地板1组成。调节上下极板的相对面积可改变相邻级的耦合性，从而调整带宽，但是调节参数少，灵活性差。为了得到更大的电容、电感，不得不增加谐振板的面积或垂直通孔的长度，使滤波器体积大幅增加，不利于器件的小型化，没有将LTCC叠层工艺的优势充分发挥出来。

滤波器的信号端常采用侧印的方式引到顶层和底层，由于LTCC滤波器体积很小，达到毫米级，引出抽头端更是只有零点几个毫米，在侧印时成品率低，产品可靠性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型L频段叠层宽带带通滤波器，该带通滤波器具有体积小、可靠性高、结构简单紧凑、成品率高、频率特性优异、带外抑制度高、加工一致性高等特点，可实现大批量生产。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种微型L频段叠层宽带带通滤波器，包括表面贴装的输入端口与输出端口、第一地端口、第二地端口、输入电感、输出电感、由第一级谐振电路、第二级谐振电路和第三级谐振电路组成的三级谐振电路、第一接地板、第二接地板和U字形陷波电路。所述输入端口通过第一垂直通孔与所述输入电感相连。所述输出端口通过第二垂直通孔与所述输出电感相连。

所述第一级谐振电路包括自上向下依次设置的第一谐振单元、第一加载电容电路和第一串联电感电路。所述第二级谐振电路包括自下向上依次设置的第二谐振单元、第二加载电容电路和第二串联电感电路。所述第三级谐振电路包括自上向下依次设置的第三谐振单元、第三加载电容电路和第三串联电感电路。

所述第一谐振单元与所述第三谐振单元对称设置且分布在同一层。所述第二谐振单元位于所述第一谐振单元及所述第三谐振单元的上一层。所述第一加载电容电路和所述第三加载电容电路对称设置且分布在同一层。所述U字形陷波电路与所述第一加载电容电路及所述第三加载电容电路位于同一层，且所述U字形陷波电路串联在所述第一加载电容电路与所述第三加载电容电路之间。所述U字形陷波电路的两端与第二地端口相连。

所述第一谐振单元与所述输入电感串联连接。所述第一谐振单元通过第三垂直通孔与所述第一串联电感电路相连。所述第一串联电感电路通过第四垂直通孔与所述第二接地板相连。所述第三谐振单元与所述输出电感串联连接。所述第三谐振单元通过第五垂直通孔与所述第三串联电感电路相连。所述第三串联电感电路通过第六垂直通孔与所述第二接地板相连。所述第二接地板与所述第二地端口相连。所述第二谐振单元通过第七垂直通孔与所述第二串联电感电路相连。所述第二串联电感电路通过第八垂直通孔与所述第一接地板相连。所述第一接地板与所述第一地端口相连。

进一步的，所述第一谐振单元、第二谐振单元和第三谐振单元均采用阶梯阻抗带状线（SIR结构）实现。所述第一加载电容电路、第二加载电容电路和第三加载电容电路均采用平板电容实现。所述第一串联电感电路、第二串联电感电路、第三串联电感电路均采用蛇形电感实现。

进一步的，所述第一垂直通孔、第二垂直通孔、第三垂直通孔、第四垂直通孔、第五垂直通孔、第六垂直通孔、第七垂直通孔和第八垂直通孔内均填充有导电性材料。所述导电性材料为Ag、Pd、Au、Ag/Pd中的任意一种或多种的组合。

和现有技术相比，本发明采用多层低温共烧陶瓷工艺和三维立体集成技术，将三级谐振电路分布在不同的层，每级谐振电路分别采用SIR结构串联蛇形电感（即每级谐振电路的谐振单元与电感电路相串联），这不仅能够实现在同等介电常数的情况下，大幅缩小元件的体积；还能够通过调整上下谐振电路的高度或SIR结构谐振单元间的间距，来精确地改变谐振单元间的耦合度。本发明也可用于窄带滤波器的设计，通过改变加载电容电路的面积或蛇形电感线圈的长度，能够十分容易地实现谐振频率的调节。本发明中的每级谐振电路均采用半集总半分布式结构，这在减小谐振电路尺寸的同时，能保证通带平整和较低的***损耗。在本发明中，第一级谐振电路与第三级谐振电路以及U字形带线构成的陷波电路，能在近通带处获得衰减极点，得到过渡带陡峭的带通滤波器。在本发明中，本发明所述滤波器的信号引出端通过垂直通孔与输入、输出端口相连，提高了端口的可靠性。本发明具有体积小、可靠性高、结构简单紧凑、成品率高、频率特性优异、带外抑制度高、加工一致性高等特点，可实现大批量生产。

附图说明

图1 是本发明L频段叠层宽带带通滤波器的结构示意图；

图2 是本发明L频段叠层宽带带通滤波器的截面示意图；

图3 是本发明L频段叠层宽带带通滤波器的散射参数（即S参数，S11为输入反射系数、S21为正向传输系数）特性曲线；

图4 是以往的叠层宽带带通滤波器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-图2所示的一种L频段叠层宽带带通滤波器，包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口a1、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口a2、第一地端口b1、第二地端口b2、输入电感c1、输出电感c2、三级谐振电路(s1、s2、s3)、第一接地板e1、第二接地板e2和U字形陷波电路u。其中，50欧姆阻抗输入端口a1与输入电感c采用第一垂直通孔d1连接。50欧姆阻抗输出端口a2 与输出电感c2采用第二垂直通孔d2连接。第一垂直通孔和第二垂直通孔中均填充有导电性材料，所述导电性材料为Ag、Pd、Au、Ag /Pd中的任意一种或多种的组合。

所述三级谐振电路包括第一级谐振电路s1、第二级谐振电路s2、第三级谐振电路s3。所述第一级谐振电路s1由第一谐振单元s11、第一加载电容电路s12和第一串联电感电路s13组成。所述第二级谐振电路s2由第二级谐振单元s21、第二加载电容电路s22和第二串联电感电路s23组成。所述第三级谐振电路s3由第三级谐振单元s31、第三加载电容电路s32和第三串联电感电路s33组成。每级谐振电路均采用半集总半分布式结构，图案层共三层，从上到下依次为：第一层谐振单元由阶梯阻抗带状线实现、第二层加载电容电路由平板电容实现、第三层串联电感电路由蛇形电感实现。第一级谐振电路s1与第三级谐振电路s3对称排列，分布在同一层上，第二级谐振电路s2反向排列与s1、s3分布在相邻层。图案层采用印刷法，图案层的材料采用导电性材料Ag、Pd、Au、Ag /Pd中的任意一种或多种的组合。将各层叠置，整体烧结后得到一个叠层体，表面贴装的50欧姆阻抗输入端口a1、输出端口a2、第一地端口b1和第二地端口b2均采用印刷法及后烧工艺来形成，且这些端口均由Ag /Pd，Au，Ni等材料组成。

所述第一谐振单元s11与所述第三谐振单元s31对称设置且分布在同一层；所述第二谐振单元s21位于所述第一谐振单元s11及所述第三谐振单元s31的上一层。所述第一加载电容电路s12和所述第三加载电容电路s32对称设置且分布在同一层。所述U字形陷波电路u与所述第一加载电容电路s12及所述第三加载电容电路s32位于同一层，且所述U字形陷波电路u串联在所述第一加载电容电路s12与所述第三加载电容电路s32之间。所述U字形陷波电路u的两端与第二地端口b2相连。

所述第一谐振单元s11与所述输入电感c1串联连接。所述第一谐振单元s11通过第三垂直通孔d3与所述第一串联电感电路s13相连。所述第一串联电感电路s13通过第四垂直通孔d4与所述第二接地板e2相连。所述第三谐振单元s31与所述输出电感c2串联连接。所述第三谐振单元s31通过第五垂直通孔d5与所述第三串联电感电路s33相连。所述第三串联电感电路s33通过第六垂直通孔d6与所述第二接地板e2相连。所述第二接地板e2与所述第二地端口b2相连。所述第二谐振单元s21通过第七垂直通孔d7与所述第二串联电感电路s23相连。所述第二串联电感电路s23通过第八垂直通孔d8与所述第一接地板e1相连。所述第一接地板e1与所述第一地端口b1相连。

所述第一谐振单元s11、第二谐振单元s21和第三谐振单元s31均采用阶梯阻抗带状线实现。所述第一加载电容电路s12、第二加载电容电路s22和第三加载电容电路s32均采用平板电容实现。所述第一串联电感电路s13、第二串联电感电路s23、第三串联电感电路s33均采用蛇形电感实现。

所述第一垂直通孔d1、第二垂直通孔d2、第三垂直通孔d3、第四垂直通孔d4、第五垂直通孔d5、第六垂直通孔d6、第七垂直通孔d7和第八垂直通孔d8内均填充有导电性材料；所述导电性材料为Ag、Pd、Au、Ag/Pd中的任意一种或多种的组合。

本发明所述的L频段叠层宽带带通滤波器采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和金属导线在大约850℃温度下烧结而成，具有非常高的可靠性和温度稳定性。而且由于本发明所述的L频段叠层宽带带通滤波器的结构采用三维立体集成和多层折叠结构，能够使滤波器的体积大幅减小。本发明所述的L频段叠层宽带带通滤波器采用介电常数为7.8，介质损耗角正切为0.002的陶瓷材料，优选的实施体积为 5.3mm×2mm×1.3mm。本发明所述的L频段叠层宽带带通滤波器的性能可从仿真曲线图3看出，该滤波器通带从1.6Ghz到2.2Ghz，通带内***损耗均小于1 dB，带外抑制在0.8Ghz和3Ghz优于-25 dB，在3.1Ghz处可优于-40 dB。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种微型L频段叠层宽带带通滤波器，其特征在于：包括表面贴装的输入端口（a1）与输出端口（a2）、第一地端口（b1）、第二地端口（b2）、输入电感（c1）、输出电感（c2）、由第一级谐振电路（s1）、第二级谐振电路（s2）和第三级谐振电路（s3）组成的三级谐振电路、第一接地板（e1）、第二接地板（e2）和U字形陷波电路（u）；所述输入端口（a1）通过第一垂直通孔（d1）与所述输入电感（c1）相连；所述输出端口（a2）通过第二垂直通孔（d2）与所述输出电感（c2）相连；

所述第一级谐振电路（s1）包括自上向下依次设置的第一谐振单元（s11）、第一加载电容电路（s12）和第一串联电感电路（s13）；所述第二级谐振电路（s2）包括自下向上依次设置的第二谐振单元（s21）、第二加载电容电路（s22）和第二串联电感电路（s23）；所述第三级谐振电路（s3）包括自上向下依次设置的第三谐振单元（s31）、第三加载电容电路（s32）和第三串联电感电路（s33）；

所述第一谐振单元（s11）与所述第三谐振单元（s31）对称设置且分布在同一层；所述第二谐振单元（s21）位于所述第一谐振单元（s11）及所述第三谐振单元（s31）的上一层；所述第一加载电容电路（s12）和所述第三加载电容电路（s32）对称设置且分布在同一层；所述U字形陷波电路（u）与所述第一加载电容电路（s12）及所述第三加载电容电路（s32）位于同一层，且所述U字形陷波电路（u）串联在所述第一加载电容电路（s12）与所述第三加载电容电路（s32）之间；所述U字形陷波电路（u）的两端与第二地端口（b2）相连；

所述第一谐振单元（s11）与所述输入电感（c1）串联连接；所述第一谐振单元（s11）通过第三垂直通孔（d3）与所述第一串联电感电路（s13）相连；所述第一串联电感电路（s13）通过第四垂直通孔（d4）与所述第二接地板（e2）相连；所述第三谐振单元（s31）与所述输出电感（c2）串联连接；所述第三谐振单元（s31）通过第五垂直通孔（d5）与所述第三串联电感电路（s33）相连；所述第三串联电感电路（s33）通过第六垂直通孔（d6）与所述第二接地板（e2）相连；所述第二接地板（e2）与所述第二地端口（b2）相连；所述第二谐振单元（s21）通过第七垂直通孔（d7）与所述第二串联电感电路（s23）相连；所述第二串联电感电路（s23）通过第八垂直通孔（d8）与所述第一接地板（e1）相连；所述第一接地板（e1）与所述第一地端口（b1）相连；

所述第一谐振单元（s11）、第二谐振单元（s21）和第三谐振单元（s31）均采用阶梯阻抗带状线实现；

所述第一加载电容电路（s12）、第二加载电容电路（s22）和第三加载电容电路（s32）均采用平板电容实现；

所述第一串联电感电路（s13）、第二串联电感电路（s23）、第三串联电感电路（s33）均采用蛇形电感实现。

2.根据权利要求1所述的一种微型L频段叠层宽带带通滤波器，其特征在于：所述第一垂直通孔（d1）、第二垂直通孔（d2）、第三垂直通孔（d3）、第四垂直通孔（d4）、第五垂直通孔（d5）、第六垂直通孔（d6）、第七垂直通孔（d7）和第八垂直通孔（d8）内均填充有导电性材料；所述导电性材料为Ag、Pd、Au、Ag/Pd中的任意一种或多种的组合。