CN113824417A - 一种5g高通ltcc滤波器 - Google Patents

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谭天健
蒋梅梅
周焕福
王海全
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Abstract

本发明公开了一种基于LTCC多层陶瓷技术的5G高通滤波器，包括输入端、输出端和接地电极。所述高通滤波器是由三个电容和一个电感共四个电抗元件构成的三阶滤波器，并通过LTCC多层结构实现这个滤波器。滤波器的输入输出通过印刷在LTCC基板两个端头的焊盘实现；为了减小滤波器内部元件对地的寄生电容，改善高通滤波器高频段的***损耗，LTCC基板内没有整片的接地层，而是通过LTCC基板侧面电极及底面焊盘和地相连。该5G高通滤波器封装结构为标准的0805尺寸(2.0mm×1.2mm)封装结构，具有体积小、成本低、带内插损小、带外抑制高、方便使用等优点，有利于批量生产。

Description

一种5G高通LTCC滤波器
技术领域
本发明属于电子信息领域，它涉及一种高通滤波器，并具体涉及一种考虑5G特定频段下封装结构的低温共烧陶瓷(LTCC)高通滤波器。
背景技术
随着5G移动通信技术的快速发展，通信设备和便携终端正向微小型化、多功能化、高频化、高性能、高可靠性方向发展，目前全球最有可能优先部署的5G频段为n77、n78、n79、n257、n258和n260，就是3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5.0GHz和毫米波频段26GHz/28GHz/39GHz。为了得到一个特定频段的信号，需要滤波器对此频点以外的频率进行滤除，其中高通滤波器是射频电路中一个重要的无源器件，它的主要功能是高于某个频率的信号低损耗通过的同时，尽可能的减少低频信号的通过。传统的高通滤波器一般采用平面结构，把电容、电感等电抗元件按照一定的顺序排列起来，形成滤波器，这样占用面积比较大，不能满足射频电路对小型化的需求。5G是目前正在大力发展的通信技术，与此同时电子产品的体积越来越小，传统的高通滤波器已无法满足需求，这就需要可以将滤波器尺寸做的很小，模块化程度，性能更高的LTCC技术。一种好的5G频段滤波器不仅要求带内低损耗与带外高抑制，而且要求尽可能小的体积。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种5G特定频段下考虑封装结构的LTCC高通滤波器。
本高通滤波器采用3阶电抗元件，基于LTCC叠层结构通过三维互连技术实现这4个电抗元件。电感采用螺旋电感，通过垂直通孔实现不同层之间的互连。电容采用平板电容结构。电容和电感之间也采用垂直通孔互连的方式，这种实现方式能够显著减小滤波器尺寸。
为方便滤波器的使用，把滤波器内部需要接地的导体通过基板侧面的导体连接出来，滤波器的输入、输出端和基板端头的导体相连，形成一个独石结构。使用时只需要把滤波器通过这些基板表面的导体按照规定的方法焊接在电路板上即可。
一种LTCC高通滤波器，包括输入端和输出端，其特征在于，包括两两串联的电容和一个电感与另一个电容串联，实现这些电抗元件的导体印刷在LTCC多层生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压、烧结工艺形成滤波器；采用LTCC叠层结构通过三维互连实现这4个电抗元件的连接，单个电感采用螺旋电感，通过垂直通孔实现不同层之间的互连；多个电容采用平板电容结构；电容和电感之间也采用垂直通孔互连连接的方式。
第一电容和第二电容是滤波器的输入/输出端；单个电感的一端连接到第一电容和第二电容之间，另一端和第三电容相连；第三电容的一端连接到单个电感，另一端和地相连。
包括多层LTCC陶瓷基板，其中，在基板的两个侧面印刷有可焊金属条带作为滤波器的接地电极，基板的两个端头覆盖有可焊金属，分别形成滤波器的输入和输出端电极。
单个电感采用多层陶瓷介质上的螺旋电感的方式实现，不同陶瓷介质层之间的金属导体采用通孔互连的方式实现。
第一、第二、第三电容通过平板电容的方式实现。
第一，第二电容设置在电感的上方，第三电容在电感的下方。
所述的两个端头的电极分别与基板内部的第一电容一个极板，第二电容的一个极板相连，实现信号的输入/输出。
所述的两个侧面的接地电极和基板内部的第三电容的末端相连。
所述的多层LTCC陶瓷基板可以设置共有27层，其中第1～8层是空白层，电容C3在9～10层，电感在第12～17层上，电容C1和C2在第23～24层上。
所述单个电感采用多层螺旋电感，不同层之间的金属导体用通孔实现互连。
所述电容C1、C2、C3采用平板电容形式，通过不同层金属导体实现。
所述第23、24层为电容C1、C2的两个极板，第9，10层为电容C3的两个极板。
所述电容C1、C2通过第24层上的金属相连。
所述螺旋电感L1的始端在第12层上，并和电容C1、C2第24层上的金属通过通孔相连，末端通过第11层的金属和电容C3相连。
所述平板电容C3的始端在第10层上，并和螺旋电感L1末端通过第11层上的金属通过通孔相连，末端通过第9层的金属和侧面的接地电极相连。
本发明所达到效果：本发明的5G高通LTCC滤波器是由三个电容和一个电感共四个电抗元件构成的三阶滤波器，并通过LTCC多层结构实现这个滤波器。电感采用螺旋电感，采用垂直通孔实现不同层之间的互连的方式。电容采用平板结构。电容和电感之间也采用垂直互连结构，这种实现方式能够显著减小滤波器尺寸。滤波器的输入输出通过印刷在LTCC基板两个端头的焊盘实现；为了减小滤波器内部元件对地的寄生电容，改善高通滤波器高频段的***损耗，LTCC基板内没有整片的接地层，而是通过LTCC基板侧面电极及底面焊盘和地相连。该5G高通LTCC滤波器封装结构为标准的0805(2.0mm×1.2mm)封装结构，具有体积小、成本低、带内插损小、带外抑制高、方便使用等优点，有利于批量生产。
附图说明
图1是本发明的5G高通LTCC滤波器的原型电路图；
图2是本发明具体实施方式所述的5G高通LTCC滤波器的外形图；
图3是本发明具体实施方式所述的5G高通LTCC滤波器的内部结构图；
图4是本发明具体实施方式所述的5G高通LTCC滤波器的S曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是3阶高通滤波器原型电路图，包括了三个电容C1、C2、C3和一个电感L1等四个电抗元件，这些电抗元件按照一定的拓扑结构关系连接在一起实现高通滤波器功能。实现这些电抗元件的导体印刷在LTCC多层生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压、烧结等工艺形成滤波器。本发明的目的就是用LTCC工艺在尽可能小的体积范围内实现图1中的所有电容C1、C2、C3和电感L1元件。
图2所示是采用LTCC实现的高通滤波器的外形图。滤波器包括了一个LTCC陶瓷基板，在基板的两个侧面印刷了可焊的金属导体条带作为滤波器的接地电极GND；在基板的两个端头覆盖了可焊金属导体作为滤波器的输入电极IN和输出电极OUT；由于是对称结构所以无需方向标记；图3中所示是滤波器的内部结构图。图3并不能代表本发明高通滤波器的实际尺寸比例关系，本发明高通滤波器的实际尺寸比例关系、连接关系和封装结构如图2所示。
图3中，滤波器的C1和C2两个电容设置在LTCC陶瓷基板的上面第23层～24层，主要是为了减小它们对地的寄生电容，提高滤波器的高频性能。电容C1、C2、C3从左到右按C1、C3、C2顺序排列。输入/输入端是电容C1，采用平板电容形式实现，其中第23层是电容的第一个极板，第24层是电容的第二个极板。电容C1的第二个极板和电容C2相连，电容C2也采用平板电容形式实现，其中第23层是它的第一个极板；第24层是电容C2的第二个极板，和电容C1的第二个极板相连。电容C2的第二个极板和滤波器的输出/输入端头相连，是输出/输入端，电容C3也采用平板电容形式实现，其中第10层是它的第一个极板，和单个电感的末端相连；第9层是电容C3的第二个极板。电容C3的第二个极板和接地端口相连。
图3中，滤波器的电感设置在第12层～17层上。电感L1的始端通过金属通孔和电容C1的第二个极板相连，然后向下分别绕了3/4、3/4、3/4、3/4、3/4圈，再通过通孔连接到第10层上，电感L1的末端在第10层上和电容C3相连。不同层上的电感L1线圈之间通过金属通孔相连。
本发明LTCC高通滤波器的性能如图4所示。该高通滤波器的通带频率为3.4GHz～3.5GHz，3dB截止频率为3.23GHz，通带内回波损耗不大于15dB，***损耗不大于1.0dB，阻带抑制不小于20dB。
综上，本发明提供的考虑封装结构的LTCC高通滤波器具有体积小、***损耗小、带外抑制高的优点，便于和其他微波元件集成。而且本发明高通滤波器是基于LTCC工艺的，制造成本低，适合批量生产。该高通滤波器可广泛应用于无线通信领域。
需要注意的是，上述具体实施仅仅是示例性的，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形都在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种5G高通LTCC滤波器，包括输入端和输出端，其特征在于，两个依次串联连接的电容,电感与另一个电容并联，实现这些电抗元件的导体印刷在LTCC多层生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压、烧结工艺形成滤波器；采用LTCC叠层结构通过三维互连实现这四个电抗元件的连接，单个电感采用垂直螺旋电感，使用垂直通孔以解决不同层之间的互连问题；多个电容采用平板电容结构；电容和电感之间也使用垂直互连连接的方式；包括多层LTCC陶瓷基板，其中，在基板的两个侧面印刷有可焊金属条带作为滤波器的接地电极，基板的两个端头覆盖有可焊金属，分别形成滤波器的输入和输出电极；单个电感采用多层陶瓷介质上的螺旋电感的方式解决，不同陶瓷介质层之间的导体用通孔实现互连的方式解决；第一、第二、第三电容通过在多层陶瓷介质层的平板电容实现；所述的多层LTCC陶瓷基板共有27层，其中第1～7层是空白层，单个电感在第12～16层上，第一电容、第二电容在第22～24层上，第三电容在第8～10层上；第22层为第一电容、第二电容的一个极板；第一电容、第二电容的另一个极板在第24层上；第一电容、第二电容通过第24层上的金属相连；第一电感的始端在第16层上，并和第一电容、第二电容第24层上的金属通过通孔相连，末端在第12层上；末端使用第12层的金属通过通孔和电容C3相连；平板电容C3的始端在第10层上，并和螺旋电感L1末端通过第10层上的金属使用通孔相连，末端通过第8层的金属和侧面的接地电极相连。
2.根据权利要求1所述的LTCC高通滤波器，其特征在于，第一电容和第二电容是滤波器的输入/输出端；第一电感的一端连接到第一电容和第二电容之间，另一端和第三电容相连；。
3.根据权利要求1或2所述的LTCC高通滤波器，其特征在于，所述的第一电容、第二电容设置在单个电感的上方，第三电容放置在单个电感的下方，第一电容、第二电容、第三电容和单个电感的下方设置多层空白层。
4.根据权利要求1所述的LTCC高通滤波器，其特征在于，所述的两个端头的电极分别和基板内部的第一电容、第二电容的一个极板相连，实现信号的输入/输出；两个侧面的接地电极和基板内部的第三电容的末端相连。
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