CN103956985A - 一种具有多层结构的带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种具有多层结构的带通滤波器，所述带通滤波器为对称电路结构，是通过LTCC多层结构实现等效集总参数元件，在实现同等技术指标的前提下能够显著减小器件的尺寸。并且有利于电路的小型化、微型化，及高精度元器件的安装，一体化的设计适合于自动化表面贴装生产，性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于微波领域，特别是一种具有多层结构的带通滤波器。
背景技术
射频无源元件于现今通讯系统之中扮演了相当重要的角色，无论是基础的电感、电容、电阻器亦或是天线、平衡至非平衡转换器等器件，都是无线通讯系统中不可或缺的。其中，射频带通滤波器又往往是系统中最关键的一个器件，其主要功能是为频谱中选取出所需频段的信号，除此之外并针对通带外的干扰信号提供适当的衰减量。在系统之中，滤波器的位置通常在天线之后，且在低噪声放大器之前，故一个良好的带通滤波器必须具备有在同带内低插入损耗，在通带外则具备足够的衰减量等特性。近十年来，由于手持行动装置及无线网络的蓬勃发展，亦使得射频带通滤波器的商品化发展迅速，其整体产业经济价值也相应增加。所以应电子产品轻、薄、端、小的发展趋势下，一个具有良好电气特性及适当尺寸的射频带通滤波器具有很大的市场价值。
随着近年来微波电路设计仿真技术和工艺的发展，对射频系统的小型化需求也越来越高，而滤波器的小型化更是首当其冲，如何在保证一定的性能指标下尽可能地减小滤波器的体积成为了小型化射频系统需要解决的一个重要问题。同时，随着频谱资源的日益紧张，保证可用信号通过的同时对其他信号抑制的要求也越来越严格。LTCC(低温共烧陶瓷) 技术是近年发展起来的多层陶瓷工艺技术，利用该技术可以实现传统陶瓷基板工艺无法实现的三维结构。使用LTCC 技术设计微波无源器件具有非常大的灵活性。如何充分利用LTCC 工艺的优势，通过合理布局，确定滤波器的结构，并且使得设计具有一定的稳定性，在必要的加工误差范围内仍能保证产品的成功率是LTCC 滤波器设计的一个关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多层结构的带通滤波器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有多层结构的带通滤波器，该带通滤波器的电路为对称结构，具体包括：输入信号电极P1、输出信号电极P2、输入电感Lin、输出电感Lout、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、级间耦合电容C23、调节极板C14、上屏蔽层和下屏蔽层；
其中输入电感Lin、输出电感Lout为单层带状线结构，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4 均为双层矩形螺旋线圈结构，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4 均为双层金属板结构，级间耦合电容C23、调节极板C14均为单层金属板结构；
第一电感L1与第一电容C1相并联，第一电感L1的一端与第一电容C1的一端相连，第一电感L1的另一端和第一电容C1的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器；
第二电感L2与第二电容C2相并联，第二电感L2的一端与第二电容C2的一端相连，第二电感L2的另一端和第二电容C2的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器；
第三电感L3与第三电容C3相并联，第三电感L3的一端与第三电容C3的一端相连，第三电感L3的另一端和第三电容C3的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器；
第四电感L4与第四电容C4相并联，第四电感L4的一端与第四电容C4的一端相连，第四电感L4的另一端和第四电容C4的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器；
上屏蔽层和下屏蔽层相互平行，上述四个谐振器均位于上屏蔽层和下屏蔽层之间，其中第一谐振器与第四谐振器位于同一水平面上，第二谐振器与第三谐振器位于同一水平面上，并且第一谐振器位于第二谐振器的上方，二者在下屏蔽层的投影不重合，第四谐振器位于第三谐振器的上方，二者在下屏蔽层的投影不重合。
所述级间耦合电容C23位于谐振器和下屏蔽层之间，调节极板C14位于谐振器和上屏蔽层之间，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器中的电感和电容均与级间耦合电容C23和调节极板C14平行放置。
所述第一谐振器与第四谐振器成对称结构，第二谐振器与第三谐振器成对称结构，即第一电感L1与第四电感L4具有相同的结构；第二电感L2与第三电感L3具有相同的结构；第一电容C1与第四电容C4具有相同的结构；第二电容C2与第三电容C3具有相同的结构。
所述输入信号电极P1、输出信号电极P2、输入电感Lin、输出电感Lout、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、级间耦合电容C23、调节极板C14 均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：低温共烧陶瓷介质多层的滤波器，体积小、并且有利于电路的小型化、微型化，及高精度元器件的安装，一体化的设计适合于自动化表面贴装生产，性能稳定。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
附图说明
图1是本发明一种带通滤波器电路及其多层结构的三维结构主视图。
图2是本发明一种带通滤波器电路及其多层结构的三维结构侧视图。
图3是本发明一种带通滤波器电路及其多层结构的三维结构俯视图。
图4是本发明一种带通滤波器电路及其多层结构的S参数仿真曲线。
图5是本发明一种带通滤波器电路及其多层结构的电原理图。
具体实施方式：
结合图1、图2、图3和图4，本发明公开了一种具有多层结构的带通滤波器，该带通滤波器的电路为对称结构，具体包括：输入信号电极P1、输出信号电极P2、输入电感Lin、输出电感Lout、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、级间耦合电容C23、调节极板C14、上屏蔽层和下屏蔽层；
其中输入电感Lin、输出电感Lout为单层带状线结构，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4 均为双层矩形螺旋线圈结构，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4 均为双层金属板结构，级间耦合电容C23、调节极板C14均为单层金属板结构；
第一电感L1与第一电容C1相并联，第一电感L1的一端与第一电容C1的一端相连，第一电感L1的另一端和第一电容C1的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器；
第二电感L2与第二电容C2相并联，第二电感L2的一端与第二电容C2的一端相连，第二电感L2的另一端和第二电容C2的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器；
第三电感L3与第三电容C3相并联，第三电感L3的一端与第三电容C3的一端相连，第三电感L3的另一端和第三电容C3的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器；
第四电感L4与第四电容C4相并联，第四电感L4的一端与第四电容C4的一端相连，第四电感L4的另一端和第四电容C4的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器；
上屏蔽层和下屏蔽层相互平行，上述四个谐振器均位于上屏蔽层和下屏蔽层之间，其中第一谐振器与第四谐振器位于同一水平面上，第二谐振器与第三谐振器位于同一水平面上，并且第一谐振器位于第二谐振器的上方，二者在下屏蔽层的投影不重合，第四谐振器位于第三谐振器的上方，二者在下屏蔽层的投影不重合。
所述级间耦合电容C23位于谐振器和下屏蔽层之间，调节极板C14位于谐振器和上屏蔽层之间，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器中的电感和电容均与级间耦合电容C23和调节极板C14平行放置。
所述第一谐振器与第四谐振器成对称结构，第二谐振器与第三谐振器成对称结构，即第一电感L1与第四电感L4具有相同的结构；第二电感L2与第三电感L3具有相同的结构；第一电容C1与第四电容C4具有相同的结构；第二电容C2与第三电容C3具有相同的结构。
所述输入信号电极P1、输出信号电极P2、输入电感Lin、输出电感Lout、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、级间耦合电容C23、调节极板C14 均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
本发明采用了多层结构实现了滤波性能，其中多层结构采用低温共烧陶瓷工艺实现，该技术与其它多层基板技术相比较，更易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性，因此该技术可在实现相同指标的前提下显著减小器件体积，提高器件集成度。
本发明宽带带通滤波器的整体结构示意图如图1所示，整个器件的体积为4.8mm*4.2mm*1.5mm，采用的LTCC套陶瓷介质的相对介电常数为27，介质损耗角正切为0.002，实现多层结构的金属导体采用银，其中每层陶瓷介质基板的厚度为0.01mm，为了提高成品率，层与层之间的距离为0.04mm，连接层与层之间的圆柱通孔高度也为0.04mm。
本发明宽带带通滤波器的仿真曲线如图2所示：该宽带带通滤波器的中心频率为170MHz，通带带宽为60MHz。通带内的插入损耗小于3dB，由于在上、下边带各产生了一个传输零点，使得上、下边带非常陡峭，在DC<f<100MHz时，带外抑制优于30 dB，280MHz<f<600MHz时，带外抑制优于45 dB，可见性能较高。
综上，本新型结构提供的带通滤波器具有体积小、选频特性好、结构紧凑，可加工为贴片元件易于集成的优点。另外，该带通滤波器基于LTCC工艺，具有批量生产成本低的优势。该带通滤波器可广泛应用于射频无线通讯系统中。
Claims (4)
1.一种具有多层结构的带通滤波器，其特征在于，该带通滤波器的电路为对称结构，具体包括：输入信号电极[P1]、输出信号电极[P2]、输入电感[Lin]、输出电感[Lout]、第一电感[L1]、第二电感[L2]、第三电感[L3]、第四电感[L4]、第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、级间耦合电容[C23]、调节极板[C14]、上屏蔽层和下屏蔽层；
其中输入电感[Lin]、输出电感[Lout]为单层带状线结构，第一电感[L1]、第二电感[L2]、第三电感[L3]、第四电感[L4] 均为双层矩形螺旋线圈结构，第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4] 均为双层金属板结构，级间耦合电容[C23]、调节极板[C14]均为单层金属板结构；
第一电感[L1]与第一电容[C1]相并联，第一电感[L1]的一端与第一电容[C1]的一端相连，第一电感[L1]的另一端和第一电容[C1]的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器；
第二电感[L2]与第二电容[C2]相并联，第二电感[L2]的一端与第二电容[C2]的一端相连，第二电感[L2]的另一端和第二电容[C2]的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器；
第三电感[L3]与第三电容[C3]相并联，第三电感[L3]的一端与第三电容[C3]的一端相连，第三电感[L3]的另一端和第三电容[C3]的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器；
第四电感[L4]与第四电容[C4]相并联，第四电感[L4]的一端与第四电容[C4]的一端相连，第四电感[L4]的另一端和第四电容[C4]的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器；
上屏蔽层和下屏蔽层相互平行，上述四个谐振器均位于上屏蔽层和下屏蔽层之间，其中第一谐振器与第四谐振器位于同一水平面上，第二谐振器与第三谐振器位于同一水平面上，并且第一谐振器位于第二谐振器的上方，二者在下屏蔽层的投影不重合，第四谐振器位于第三谐振器的上方，二者在下屏蔽层的投影不重合。
2.根据权利要求1 所述的一种具有多层结构的带通滤波器，其特征在于，级间耦合电容[C23]位于谐振器和下屏蔽层之间，调节极板[C14]位于谐振器和上屏蔽层之间，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器中的电感和电容均与级间耦合电容[C23]和调节极板[C14]平行放置。
3.根据权利要求1所述的一种具有多层结构的带通滤波器，其特征在于，第一谐振器与第四谐振器成对称结构，第二谐振器与第三谐振器成对称结构，即第一电感[L1]与第四电感[L4]具有相同的结构；第二电感[L2]与第三电感[L3]具有相同的结构；第一电容[C1]与第四电容[C4]具有相同的结构；第二电容[C2]与第三电容[C3]具有相同的结构。
4.根据权利要求1所述的一种具有多层结构的带通滤波器，其特征在于，输入信号电极[P1]、输出信号电极[P2]、输入电感[Lin]、输出电感[Lout]、第一电感[L1]、第二电感[L2]、第三电感[L3]、第四电感[L4]、第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、级间耦合电容[C23]、调节极板[C14] 均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LI YAN CHEN XIANGZHI SHU FENG ZHU DAN DAI YONGSHENG ZHOU YANFANG ZHANG CHAO YANG MAOYA PAN HANG XU XINYING LI YONGSHUAI ZHOU WEI TO: DAI YONGSHENG LI YAN CHEN XIANGZHI SHU FENG ZHU DAN ZHOU YANFANG ZHANG CHAO YANG MAOYA PAN HANG XU XINYING LI YONGSHUAI ZHOU WEI |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140730 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |