CN103441316A

CN103441316A - 具有幅度均衡功能的微型带通滤波器

Info

Publication number: CN103441316A
Application number: CN2013103329213A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 陈龙; 朱丹; 罗鸣; 冯辰辰; 方思慧; 顾家; 朱正和; 陈相治; 李雁; 邓良; 施淑媛
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明公开了一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器。其包含了一个输入端口，一个分布结构的带通滤波器，一个反抛物线型的幅度均衡器和一个输出端口。金属板以及金属板之间的耦合可以产生电感，电容以及电阻效应。将带通滤波器的滤波功能和幅度均衡器的幅度均衡功能合二为一，以实现一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器。本发明具有插损小、重量轻、体积小、可靠性高、电性能好、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，特别适用于雷达、通信、箭载、机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持和便携终端产品中，以及对体积、重量、电性能及可靠性等有苛刻要求的相应频段系统中。

Description

具有幅度均衡功能的微型带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种幅频特性非常平坦的微型带通滤波器，特别是一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器。

背景技术

微波滤波器广泛应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星通信、弹道制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的重要器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。在实际工程应用中,对带宽较窄、边带陡峭度要求高（即矩形系数要求高）的微型带通微波滤波器设计时，幅频特性在通带内出现凸形幅频特性，为确保在通带内保持幅频特性平坦，在微型滤波器设计时采用幅度均衡器，提供凹形幅频特性以保证通带内非常平坦的幅频特性。

本发明专利就是将滤波和幅度均衡融为一体。实现一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器。基于LTCC技术设计的这种滤波器，具有尺寸小、性能好、可靠性高、成本低等优点。在微波毫米波系统中可获得广泛应用。

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、温度性能稳定好、电性能优异、批量电性能一致性好、成本低的一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器。

实现本发明的技术方案是一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器。包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口、输入电感、第一级并联谐振单元、第一电磁耦合电路、第二级并联谐振单元、第二电磁耦合电路、第三级并联谐振单元、第三电磁耦合电路、第四级并联谐振单元、第四电磁耦合电路、连接电感和输出电感之间的串联接地的电感电容及电阻、输出电感、表面安装的50欧姆阻抗输出端口和接地端。输入端口与输入电感连接，输出端口与输出电感连接，该输出电感与输入电感之间并联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，在第一级并联谐振单元与第二级并联谐振单元之间串联第一电磁耦合电路；第二级并联谐振单元与第三级并联谐振单元之间串联第二电磁耦合电路；第三级并联谐振单元与第四级并联谐振单元之间串联第三电磁耦合电路；第一级和第四级并联谐振单元与Z字形交叉耦合带状线之间串联第四电磁耦合电路；连接电感的另一端分别和输出电感的一端与连接电感和输出电感之间的串联电感的一端连接；串联电感的另一端与电容的另一端连接，电容的另一端与电阻的一端与连接，电阻的另一端接地；输出电感的另一端与输出端口的一端连接，输出端口的另一端输出信号

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）我们一般带通滤波器的通带内散射矩阵参数S(2,1)不平坦（一般上凸），利用该结构，我们便可以得到一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器（2）本发明一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器利用多层低温共烧陶瓷工艺（LTCC）特点，采用立体多层叠层结构实现电路元件，大大缩小体积；（3）利用LTCC陶瓷介质介电常数高特点同样可大幅减小元件尺寸；（4）利用LTCC材料的低损耗特点和独特的电路结构实现优异的电性能；（5）利用低温陶瓷材料的高温度稳定性和可靠性，使得元件具有高温度稳定性和高可靠性；（6）利用LTCC工艺的大批量生产的一致性，获得高成品率和低成本。总之，本发明具有体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、电性能温度稳定性高、电路实现结构简单、电性能一致性好，可以用全自动贴片机安装和焊接、特别适用于火箭、机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持终端中，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应系统中。

附图说明

图1为本发明具有幅度均衡功能的微型带通滤波器的电原理图。

图2为本发明具有幅度均衡功能的微型带通滤波器的外形及内部结构示意图。

图3为本发明具有幅度均衡功能的微型带通滤波器的三维全波仿真性能曲线。

具体实施方式

结合图1和图2，本发明是一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器，该滤波器包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感L8、第一级并联谐振单元L1C1、第一电磁耦合电路L12C12、第二级并联谐振单元L2C2、第二电磁耦合电路L23C23、第三级并联谐振单元L3C3、第三电磁耦合电路L34C34、第四级并联谐振单元L4C4、第四电磁耦合电路L14C14、连接电感L9、连接电感L9和输出电感L7之间的电感L5、电容C5电阻R，表面安装的50欧姆阻抗输出端口P2和接地端；表面安装的50欧姆阻抗输入端口P1一端接输入信号，另一端接输入电感L8的一端，输入电感L8的另一端和第一级并联谐振单元L1C1、第一电磁耦合电路L12C12、第四电磁耦合电路L14C14的公共连接端相连接，其中第一级并联谐振单元L1C1由第一电感L1和第一电容C1并联而成，第一电磁耦合电路L12C12由第一耦合电感L12和第一耦合电容C12串联而成，第四电磁耦合电路L14C14由第四耦合电感L14和第四耦合电容C14串联而成；第一电磁耦合电路L12C12的另一端与第二级并联谐振单元L2C2、第二电磁耦合电路L23C23的公共端相连接，第二级并联谐振单元L2C2 由第二电感L2和第二电容C2并联而成，第二电磁耦合电路L23C23由第二耦合电感L23和第二耦合电容C23串联而成；第二电磁耦合电路L23C23的另一端与第三级并联谐振单元L3C3、第三电磁耦合电路L34C34的公共端相连接，第三级并联谐振单元L3C3 由第三电感L3和第三电容C3并联而成，第三电磁耦合电路L34C34由第三耦合电感L34和第三耦合电容C34串联而成；第三电磁耦合电路L34C34的另一端与第四级并联谐振单元L4C4、第四电磁耦合电路L14C14、连接电感L9的公共端相连接，第四级并联谐振单元L4C4 由第四电感L4和第四电容C4并联而成；连接电感的L9的一端与第三电磁耦合电路L34C34的另一端与第四级并联谐振单元L4C4、第四电磁耦合电路L14C14、相连接，连接电感L9的另一端与电感L5的一端和电感L7的一端相连接，电感L5的另一端与的电容C5一端连接；电C5另一端与电阻R相连接，电阻R的另一端与地相连接，电感（L7）的另一端与输出端口P2相连接，输出端口（P2）的另一端输出信号。第一级并联谐振单元L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3和第四级并联谐振单元L4C4的中间金属片一端要分别接地。

结合图2，本发明一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器，输入端口P1、输入电感L8、第一级并联谐振单元L1C1、第一电磁耦合电路L12C12、第二级并联谐振单元L2C2、第二电磁耦合电路L23C23、第三级并联谐振单元L3C3、第三电磁耦合电路L34C34、第四级并联谐振单元L4C4、第四电磁耦合电路L14C14、连接电感L9、电感L5,电容C5,电阻R，输出电感L7、输出端口P2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感L8均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3、第四级并联谐振单元L4C4均采用分布参数实现，第一耦合电容C12、第二耦合电容C23、第三耦合电容C34、第四耦合电容C14均分别采用第一级并联谐振单元L1C1与第二级并联谐振单元L2C2之间、第二级并联谐振单元L2C2与第三级并联谐振单元L3C3之间、第三级并联谐振单元L3C3与第四级并联谐振单元L4C4之间、第一级L1C1和第四级并联谐振单元L4C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现，第一耦合电感L12、第二耦合电感L23、第三耦合电感L34、第四耦合电感L14均分别采用第一级并联谐振单元L1C1与第二级并联谐振单元L2C2之间、第二级并联谐振单元L2C2与第三级并联谐振单元L3C3之间、第三级并联谐振单元L3C3与第四级并联谐振单元L4C4之间、第一级并联谐振单元L1C1和第四级并联谐振单元L4C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现。连接电感L9、电容C5、电阻R、输出电感L7均采用分布参数的带状线实现，电感L5采用集总参数的带状线实现的。

本发明一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器其工作原理简述如下：输入的宽频带微波信号经表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1通过输入电感L8到达第一级并联谐振单元L1C1，第一电感L1和第一电容C1相连接的一端及第一电磁耦合电路L12C12的一端，微波信号在经过第二级并联谐振单元L2C2，第二电感L2和第二电容C2相连接的一端及第二电磁耦合电路L23C23的一端，微波信号在经过第三级并联谐振单元L1C1，第三电感L3和第三电容C3相连接的一端及第三电磁耦合电路L34C34的一端，微波信号经过第四级并联谐振单元L4C4，第四电感L4和第四电容C4相连接的一端，实现了较好的带通的滤波功能，此时的通带的频段范围内差损不是一个恒定值。微波信号在经过连接电感L9、L6，电感L5，电容C5，电阻R和连接电感L9，此时细长的输入电感L9产生电感效应，信号通过L9后，一部分信号通过电感L5与电容C5的串联滤波后接地，另一部分信号经过电感L7实现再次滤波，产生电感效应的信号到达通过表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2的另一端输出，从而获得很值比较恒定的差损从而实现一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器。

本发明具有幅度均衡功能的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。

本发明具有幅度均衡功能的微型带通滤波器实施体积为2.5mm×6.4mm×1.5mm。该滤波器带宽为300MHz，仿真滤波器通带内插入损耗均小于4.3分贝，带外抑制优于-35分贝，通带内的插入损耗非常好，具有良好的滤波器性能。

Claims

1.一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器，其特征在于：包括表面安装的50 欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（L8）、第一级并联谐振单元 (L1，C1)、第一电磁耦合电路（L12， C12）、第二级并联谐振单元 (L2，C2)、第二电磁耦合电路（L23，C23）、第三级并联谐振单元 (L3，C3)、第三电磁耦合电路（L34，C34）、第四级并联谐振单元 (L4，C4)、第四电磁耦合电路（L14，C14）、连接电感（L9）、线圈电感（L5），电容（C5），电阻（R），输出电感（L7），表面安装的50 欧姆阻抗输出端口（P2）和接地端；表面安装的 50 欧姆阻抗输入端口（P1）一端接输入信号，另一端接输入电感（L8）的一端，输入电感（L8）的另一端和第一级并联谐振单元 (L1，C1)、第一电磁耦合电路（L12，C12）、第四电磁耦合电路（L14，C14）的公共连接端相连接，其中第一级并联谐振单元 (L1，C1) 由第一电感（L1）和第一电容（C1）并联而成，第一电磁耦合电路（L12，C12）由第一电磁耦合电感（L12）和第一电磁耦合电容（C12）串联而成，第四电磁耦合电路（L14，C14）由第四电磁耦合电感（L14）和第四电磁耦合电容（C14）串联而成；第一电磁耦合电路（L12，C12）的另一端与第二级并联谐振单元 (L2，C2)、第二电磁耦合电路（L23，C23）的公共端相连接，第二级并联谐振单元 (L2，C2) 由第二电感（L2）和第二电容（C2）并联而成，第二电磁耦合电路（L23，C23）由第二电磁耦合电感（L23）和第二电磁耦合电容（C23）串联而成；第二电磁耦合电路（L23，C23）的另一端与第三级并联谐振单元（L3，C3）、第三电磁耦合电路（L34，C34）的公共端相连接，第三级并联谐振单元 (L3，C3) 由第三电感（L3）和第三电容（C3）并联而成，第三电磁耦合电路（L34，C34）由第三电磁耦合电感（L34）和第三电磁耦合电容（C34）串联而成；第三电磁耦合电路（L34，C34）的另一端与第四级并联谐振单元（L4，C4）、第四电磁耦合电路 (L14，C14)、连接电感（L9）的公共端相连接，第四级并联谐振单元 (L4，C4) 由第四电感（L4）和第四电容（C4）并联而成；连接电感（L9）的另一端与输出电感（L7）线圈电感（L5）的公共一端连接，线圈电感（L5）的另一端与电容（C5）相连接，电容（C5）的另一端与电阻（R）相连接，电阻（R）的另一端与接地端连接，输出电感（L7）的一端与连接电感（L9）连接，并且输出电感（L7）与线圈电感（L5）电容（C5）电阻（R）并联，输出电感（L7）的另一端与输出端口（P2）相连接，输出端口（P2）的另一端接输出信号；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) 和第四级并联谐振单元 (L4，C4) 的另一端分别接地。

2.根据权利要求书1所述的具有幅度均衡功能的微型带通滤波器，其特征在于：表面安装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（L8）、第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一电磁耦合电路（L12，C12）、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二电磁耦合电路（L23，C23）、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三电磁耦合电路（L34，C34）、第四级并联谐振单元(L4，C4)、第四电磁耦合电路（L14，C14）、连接电感（L9），线圈（L5），电容（C5），电阻（R），输出电感（L7），表面安装的50欧姆阻抗输出端口（P2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感（L8），连接电感（L9）和输出电感（L7）采用分布参数的带状线实现，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)均采用集总LC结构实现，第一耦合电容（C12）、第二耦合电容（C23）、第三耦合电容（C34）、第四耦合电容（C14）均分别采用第一级并联谐振单元（L1，C1）与第二级并联谐振单元(L2，C2)之间、第二级并联谐振单元（L2，C2）与第三级并联谐振单元(L3，C3)之间、第三级并联谐振单元(L3，C3)与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间、第一级并联谐振单元（L1，C1）与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间空间耦合和分布参数电容实现，第一耦合电感（L12）、第二耦合电感（L23）、第三耦合电感（L34）、第四耦合电感（L14）均分别采用第一级并联谐振单元（L1，C1）与第二级并联谐振单元(L2，C2)之间、第二级并联谐振单元（L2，C2）与第三级并联谐振单元(L3，C3)之间、第三级并联谐振单元(L3，C3)与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间、第一级并联谐振单元（L1，C1）与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间空间耦合和分布参数电感实现。

3.线圈（L5），电容（C5）分别采用的是集总参数电感和集总参数电容，

根据权利要求书1所述的具有幅度均衡功能的微型带通滤波器，表面安装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（L8）、第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一电磁耦合电路（L12，C12）、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二电磁耦合电路（L23，C23）、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三电磁耦合电路（L34，C34）、第四级并联谐振单元(L4，C4)、第四电磁耦合电路（L14，C14）、连接电感（L6）构成了通带散射矩阵参数S（2,1）上凸的带通滤波器。

4.根据权利要求书1所述的具有幅度均衡功能的微型带通滤波器，连接电感（L9）、电感（L5）、电容（C5）、电阻R、输出电感（L7）、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口（P2）构成了在所需频段内散射矩阵参数S(2,1)下凹的幅度均衡器。

5.根据权利要求书1所述的具有幅度均衡功能的微型带通滤波器，其利用表面安装的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（L8）第一级并联谐振单元(L1，C1)、第一电磁耦合电路（L12，C12）、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二电磁耦合电路（L23，C23）、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三电磁耦合电路（L34，C34）、第四级并联谐振单元(L4，C4)、第四电磁耦合电路（L14，C14）、连接电感（L6）构成了通带散射矩阵参数S（2,1）上凸的带通滤波器和连接电感（L9）、电感（L5）、电容（C5）、电阻R、输出电感（L7）、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口（P2）构成了在所需频段内散射矩阵参数S(2,1)下凹的幅度均衡器，他们的幅度在通带范围内散射矩阵参数S(2,1)在经过该结构后形成了一种具有幅度均衡功能的微型带通滤波器。