CN103457007A

CN103457007A - 高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器

Info

Publication number: CN103457007A
Application number: CN2013104058789A
Authority: CN
Inventors: 陈相治; 李雁; 吴健星; 戴永胜; 吴迎春
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，包括适用于表面贴装的输入/输出接口、以带状线结构实现的六个并联谐振单元，上述结构均采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明具有频率覆盖广、插损小、重量轻、体积小、可靠性高、电性能好、相位频率特性线性度好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点，适用于相应微波频段的通信、数字雷达、无线通信手持终端等对体积、电性能、温度稳定性和可靠性有苛刻要求的场合和相应的系统中。

Description

高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种高性能分布式3.1至3.4GHz微型带通滤波器。

背景技术

在现代无线通信系统以及微波毫米波通信、雷达等系统中，尤其是手持式无线通信终端和单兵卫星移动通信终端及军用与民用多模和多路通信系统终端、机载、弹载、宇航通信系统中，高阻带抑制微型微波中频带通滤波器是该波段接收和发射支路中的关键电子部件，描述这种部件性能的主要指标有：通带工作频率范围、阻带频率范围、通带插入损耗、阻带衰减、通带输入/输出电压驻波比、插入相移和时延频率特性、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。常规的滤波器设计方法，如谐振腔滤波器结构和同轴线滤波器结构体积和插入损耗较大，且滤波器性能，如矩形系数、阻带抑制特性一般，在有苛刻要求的场合（如手持式无线通信终端、单兵卫星移动通信终端、机载、弹载、宇航通信等）和相应的系统中均受到很大限制。

低温共烧陶瓷是一种电子封装技术，采用多层陶瓷技术，能够将无源元件内置于介质基板内部，同时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。LTCC技术在成本、集成封装、布线线宽和线间距、低阻抗金属化、设计多样性和灵活性及高频性能等方面都显现出众多优点，已成为无源集成的主流技术。其具有高Q值，便于内嵌无源器件，散热性好，可靠性高，耐高温，冲震等优点，利用LTCC技术，可以很好的加工出尺寸小，精度高，紧密型好，损耗小的微波器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的微型带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口、第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元、第五级并联谐振单元、第六级并联谐振单元、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口和接地端，输入端口与第一级并联谐振单元连接，输出端口与第六级并联谐振单元连接。第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元和第四级并联谐振单元、第五级并联谐振单元、第六级并联谐振单元的各层带状线分别为一端接地，另一端开路。两个Z形级间耦合带状线两端均接地。

与现有技术相比，由于本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，所带来的显著优点是：（1）带内平坦、通带内插损低；（2）滤波器矩形系数小；（3）体积小、重量轻、可靠性高；（4）电性能优异，阻带抑制高；（5）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（6）成本低；（7）使用安装方便，可以使用全自动贴片机安装和焊接。

附图说明

图1 是本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器的外形及内部结构示意图。

图2是本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器输出端的幅频特性曲线。

图3是本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器的相频特性曲线。

图4是本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器各端口的驻波特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，该微型带通滤波器包包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感Lin、第一级并联谐振单元L1 C1、第二级并联谐振单元L2 C2、第三级并联谐振单元L3 C3、第四级并联谐振单元L4 C4、第五级并联谐振单元L5 C5、第六级并联谐振单元L6 C6、Z形级间耦合带状线LC、第一U形级间耦合带状线U1、第二U形级间耦合带状线U2、输出电感Lout、表面贴装的50欧姆阻抗平衡输出端口P2；输入端口P1通过输入电感Lin与第一级并联谐振单元中的第二层带状线L1连接，输出端口P2通过输出电感Lout与第六级并联谐振单元中的第二层带状线L6连接；第一级并联谐振单元L1 C1、第二级并联谐振单元L2 C2、第三级并联谐振单元L3 C3、第四级并联谐振单元L4 C4、第五级并联谐振单元L5 C5、第六级并联谐振单元L6 C6分别接地。其中第一层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向与第一层相反。Z形级间耦合带状线LC两端均接地。第一U形级间耦合带状线U1、第二U形级间耦合带状线U2放置于各谐振级与接地端之间。

结合图1，本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、第一级并联谐振单元L1 C1、第二级并联谐振单元L2 C2、第三级并联谐振单元L3 C3、第四级并联谐振单元L4 C4、第五级并联谐振单元L5 C5、第六级并联谐振单元L6 C6、Z形级间耦合带状线LC、第一U形级间耦合带状线U1、第二U形级间耦合带状线U2、输出电感Lout、表面贴装的50欧姆阻抗平衡输出端口P2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

结合图1，本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，其工作原理简述如下：当输入的宽频带微波信号经输入端口P1通过输入电感Lin到达第一级并联谐振单元L1 C1，在第一级并联谐振单元L1 C1谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元L1 C1，非第一级并联谐振单元L1 C1谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元L1 C1中带状线L1、带状线C1接地，其余信号被反射，实现第一级滤波；在第二级并联谐振单元L2 C2谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L2 C2，非第二级并联谐振单元L2 C2谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L2 C22中带状线L2、带状线C2接地，其余信号被反射，实现第二级滤波；在第三级并联谐振单元L3 C3谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3 C3，非第三级并联谐振单元L3 C3谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3 C3中带状线L3、带状线C3接地，其余信号被反射，实现第三级滤波；在第四级并联谐振单元L4 C4谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L4 C4，非第四级并联谐振单元L4 C4谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L4 C4中带状线L4、带状线C4接地，其余信号被反射，实现第四级滤波；在第五级并联谐振单元L5 C5谐振频率附近的微波信号通过第五级并联谐振单元L5 C5，非第五级并联谐振单元L5 C5谐振频率附近的微波信号通过第五级并联谐振单元L5 C5中带状线L5、带状线C5接地，其余信号被反射，实现第五级滤波；在第六级并联谐振单元L6 C6谐振频率附近的微波信号通过第六级并联谐振单元L6 C6，非第六级并联谐振单元L6 C6谐振频率附近的微波信号通过第六级并联谐振单元L6 C6中带状线L6、带状线C6接地，其余信号被反射，实现第六级滤波。经过第一级滤波、第二级滤波、第三级滤波、第四级滤波、第五级滤波和第六级滤波，微波信号由第二层带状线L6经过输出电感Lout，通过表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2的另一端，将微波信号输出，从而实现S波段分布式高性能微型带通滤波器功能。

结合图1，本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，在传输零点的设计上，采用Z形级间耦合带状线LC在第二级并联谐振单元L2 C2和第五级并联谐振单元L5 C5之间引入交叉耦合，从而可以在上边带和下边带分别产生传输零点。通过调整Z形级间耦合带状线的大小、位置，可以改变传输零点的位置。

综合图1，本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，采用第一U形级间耦合带状线U1、第二U形级间耦合带状线U2分别放置于第二级并联谐振单元L2 C2和第三级并联谐振单元L3 C3、第四级并联谐振单元L4 C4和第五级并联谐振单元L5 C5之间，从而改善滤波器的通带性能和驻波特性。

一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，由于是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图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，从而使体积大幅减小。

本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器的尺寸仅为4.8mm×4.2mm×1.5mm，其整体尺寸为4.8mm×4.2mm×1.5mm，其中长度为4.8mm，宽度为4.2mm，高度为1.5mm。表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P2）放置在两端平面正中间，以0.015mm的厚度覆盖于输入输出端口表面，从输入输出端面看，其焊盘宽度为0.6mm，高度为1.53mm，从上表面看，其宽度为0.6mm，其长度为0.315mm。两侧接地端以0.015mm的厚度覆盖整个侧面，从侧面看，其长度为4.83，高度为1.53mm，从输入输出端面看宽度为0.415mm，高为1.53mm，从上表面看，其长为4.83mm，宽为0.415mm。

本发明一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，其性能可从图2、图3、图4看出，通带带宽为3.1GHz~3.4GHz，通带内最小插入损耗为1.71dB，输入端口回波损耗均优于20dB，上边带抑制优于50dB，下边带抑制优于40dB，端口相频呈线性变化，输入端口和输出端口驻波比均优于1.3。

Claims

1.一种高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，其特征在于：包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（Lin）、第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第四级并联谐振单元（L4、C4）、第五级并联谐振单元（L5、C5）、第六级并联谐振单元（L6、C6）、Z形级间耦合带状线（LC）、第一U形级间耦合带状线（U1）、第二U形级间耦合带状线（U2）、输出电感（Lout）、表面贴装的50欧姆阻抗平衡输出端口（P2）；各谐振单元均为两层，且每层均在同一平面，第一级并联谐振单元（L1、C1）由第一层带状线（C1）、第二层带状线（L1）并联而成，第二级并联谐振单元（L2、C2）由第一层带状线（C2）、第二层带状线（L2）并联而成，第三级并联谐振单元（L3、C3）由第一层带状线（C3）、第二层带状线（L3）并联而成，第四级并联谐振单元（L4、C4）由第一层带状线（C4）、第二层带状线（L4）并联而成，第五级并联谐振单元（L5、C5）由第一层带状线（C5）、第二层带状线（L5）并联而成，第六级并联谐振单元（L6、C6）由第一层带状线（C6）、第二层带状线（L6）并联而成；输入端口（P1）通过输入电感（Lin）与第一级并联谐振单元中的第二层带状线（L1）连接，输出端口（P2）通过输出电感（Lout）与第六级并联谐振单元中的第二层带状线（L6）连接；所述的第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第四级并联谐振单元（L4、C4）、第五级并联谐振单元（L5、C5）、第六级并联谐振单元（L6、C6）分别接地；其中第一层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向与第一层接地端相反；Z形级间耦合带状线（LC）两端均接地；第一U形级间耦合带状线（U1）、第二U形级间耦合带状线（U2）放置于各谐振级与接地端之间。

2.根据权利要求1所述的高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，其特征在于：所述表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（Lin）、第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第四级并联谐振单元（L4、C4）、第五级并联谐振单元（L5、C5）、第六级并联谐振单元（L6、C6）、Z形级间耦合带状线（LC）、第一U形级间耦合带状线（U1）、第二U形级间耦合带状线（U2）、输出电感（Lout）、表面贴装的50欧姆阻抗平衡输出端口（P2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

3.根据权利要求1或2所述的高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，其特征在于：输入端口（P1）通过输入电感（Lin）与第一级并联谐振单元中的第二层带状线（L1）连接，平衡输出端口（P2）通过输出电感（Lout）与第六级并联谐振单元中的第二层带状线（L6）连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的高性能分布式3100兆赫到3400兆赫微型带通滤波器，其特征在于：其整体尺寸为4.8mm×4.2mm×1.5mm，其中长度为4.8mm，宽度为4.2mm，高度为1.5mm；表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P2）放置在两端平面正中间，以0.015mm的厚度覆盖于输入输出端口表面，从输入输出端面看，其焊盘宽度为0.6mm，高度为1.53mm，从上表面看，其宽度为0.6mm，其长度为0.315mm；两侧接地端以0.015mm的厚度覆盖整个侧面，从侧面看，其长度为4.83，高度为1.53mm，从输入输出端面看宽度为0.415mm，高为1.53mm，从上表面看，其长为4.83mm，宽为0.415mm。