CN103986438A - 一种层叠片式滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种层叠片式滤波器，该层叠片式滤波器包括：顶层金属地和底层金属地；两个上有窗口的金属上下屏蔽层；由线路电极、电容器电极和通孔电极构成的四个谐振器以及耦合极板。本发明采用LTCC工艺实现，与现有其他滤波器结构相比尺寸大大减小，并且稳定性好、集成度较高。该结构很好的实现了滤波功能，可广泛应用于卫星电视接收、卫星通信、雷达等电子系统中。

Description

一种层叠片式滤波器

技术领域

本发明属于电子技术领域，它涉及一种层叠片式滤波器，特别是涉及一种高性能的小型化带通滤波器。

背景技术

在微波技术突飞猛进的发展中，微波滤波器已成为无源微波元件的主角之一，它是微波系统中用于控制系统频率响应特性的二端口网络，在其通带频率内对信号表现为传输特性，而在其阻带频率内表现为衰减特性。微波滤波器是微波技术中许多设计问题的基础，是微波通讯系统中一种不可缺少的器件，它的性能好坏直接影响着整个无线通信系统的性能指标。它在卫星通讯、雷达系统、电子对抗、微波中继通讯及微波测量仪表中有着极其广泛的应用，其性能好坏直接关系到整个通信系统的质量。

随着无线通信技术和单片微波集成电路的快速发展，要求电子产品向小型化，低成本，高性能，高集成度的趋势发展。如何将原本在平面电路占大量面积的元件堆叠在三维立体结构中，从而使滤波器件在极小的面积下实现也是目前要解决的问题。该片式滤波器是用层叠式的电路结构来实现滤波电路的功能，技术上是通过LTCC工艺实现的，LTCC技术能够为无源和有源器件提供三维立体的集成平台，可实现电路立体化的要求，而且陶瓷元件有良好的特性，可以满足目前市场对小型化、低成本、高性能的要求。

目前对国内外设计的片式滤波器进行了大量的研究，大多数层叠式片式滤波器的并联谐振回路的线路电极具有多层线路图案，使得并联谐振器之间的磁耦合被不利的增大，因为采用多层图案，其线路电极的Q值劣化，插入损耗也不利的增大，为解决此问题就需充分增大滤波器整体的体积，使得集成度不高，已远远不能满足小型化的要求。因此，如何实现一种超小型高性能的层叠片式滤波器，已成为业界急需解决的问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种带外抑制度优异、带内插入损耗小、可靠性高、集成度高、尺寸小的层叠片式滤波器。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种层叠片式滤波器，包括顶层金属地、底层金属地、上屏蔽层、下屏蔽层、第一电容器电极、第二电容器电极、第三电容器电极、第四电容器电极、第一线路电极、第二线路电极、第三线路电极、第四线路电极、第一通孔电极、第二通孔电极、第三通孔电极、第四通孔电极和耦合极板；

其中顶层金属地、底层金属地、上屏蔽层、下屏蔽层、第一电容器电极、第二电容器电极、第三电容器电极、第四电容器电极、耦合极板均为单层金属金属结构，第一线路电极、第二线路电极、第三线路电极、第四线路电极均为单层矩形螺旋线圈结构，第一通孔电极、第二通孔电极、第三通孔电极、第四通孔电极均为金属柱；

第一线路电极与第一电容器电极通过第一通孔电极相并联，第一通孔电极的一端与第一线路电极相连，另一端与第一电容器电极相连。信号从第一电容器电极的另一端输入。上述三个器件构成第一并联谐振回路；

第二线路电极与第二电容器电极通过第二通孔电极相并联，第二通孔电极的一端与第二线路电极相连，另一端与第二电容器电极相连。上述三个器件构成第二并联谐振回路；

第三线路电极与第三电容器电极通过第三通孔电极相并联，第三通孔电极的一端与第三线路电极相连，另一端与第三电容器电极相连。信号从第三电容器电极的另一端输入。上述三个器件构成第三并联谐振回路；

第四线路电极与第四电容器电极通过第四通孔电极相并联，第四通孔电极的一端与第四线路电极相连，另一端与第四电容器电极相连。信号从第四电容器电极的另一端输入；上述三个器件构成第四并联谐振回路。

所述第一线路电极、第二线路电极、第三线路电极、第四线路电极是在与所述顶层金属地和底层金属地平行的方向上延伸形成环形线圈的形状，第一电容器电极、第二电容器电极、第三电容器电极、第四电容器电极是在与所述顶层金属地和底层金属地平行的方向上延伸形成方形极板，第一通孔电极、第二通孔电极、第三通孔电极、第四通孔电极是在所述顶层金属地和底层金属地垂直的方向上方向上延伸形成的。

第一线路电极、第二线路电极、第三线路电极和第四线路电极在底层金属地上的投影，第一线路电极和第二线路电极至少有一部分重叠，第三线路电极和第四线路电极至少有一部分重叠。

同一层的线路电极之间是彼此分隔开的，同一层的电容器电极之间是彼此分隔开的。

该层叠片式滤波器呈左右对称结构，即第一线路电极与第四线路电极是相同的，第二线路电极与第三线路电极是相同的，第一电容器电极与第二电容器电极是相同的，第二电容器电极与第三电容器电极是相同的。

所述耦合极板Z位于第二电容器电极、第三电容器电极的上方并位于下屏蔽层的下方，耦合极板Z在底层金属地上的投影与第二电容器电极和第三电容器电极的投影都有部分重叠。

所述顶层金属地、底层金属地、上屏蔽层、下屏蔽层、第一电容器电极、第二电容器电极、第三电容器电极、第四电容器电极、第一线路电极、第二线路电极、第三线路电极、第四线路电极、第一通孔电极、第二通孔电极、第三通孔电极、第四通孔电极和耦合极板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，其显著优点为：1)本发明的结构体使用了多层介质基板，充分利用了三维多层空间，从而显著减小了元件所需体积，适合于自动化表面贴装生产，并且性能优异, 便于与其它微波器件集成。2) 该片式滤波器基于LTCC工艺，具有批量生产成本低的优势。

下面结合附图对本发明进行详细描述。

附图说明

图1是本发明一种层叠片式滤波器的三维结构主视图。

图2是本发明一种层叠片式滤波器的三维结构俯视图。

图3是本发明一种层叠片式滤波器的S参数仿真曲线。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明是一种层叠片式滤波器，采用了多层结构实现，具有带通滤波的功能。具体包括顶层金属地G1、底层金属地G2、上屏蔽层P1、下屏蔽层P2、第一电容器电极C1、第二电容器电极C2、第三电容器电极C3、第四电容器电极C4，第一线路电极L1、第二线路电极L2、第三线路电极L3、第四线路电极L4，第一通孔电极M1、第二通孔电极M2、第三通孔电极M3、第四通孔电极M4和耦合极板Z；

其中顶层金属地G1、底层金属地G2、上屏蔽层P1、下屏蔽层P2、第一电容器电极C1、第二电容器电极C2、第三电容器电极C3、第四电容器电极C4、耦合极板Z均为单层金属金属结构，第一线路电极L1、第二线路电极L2、第三线路电极L3、第四线路电极L4均为单层矩形螺旋线圈结构，第一通孔电极M1、第二通孔电极M2、第三通孔电极M3、第四通孔电极M4均为金属导体柱；

第一线路电极L1与第一电容器电极C1通过第一通孔电极M1相并联，第一通孔电极M1的一端与第一线路电极L1相连，另一端与第一电容器电极C1相连。信号从第一电容器电极C1的另一端输入。上述三个器件构成第一并联谐振回路；

第二线路电极L2与第二电容器电极C2通过第二通孔电极M2相并联，第二通孔电极M2的一端与第二线路电极L2相连，另一端与第二电容器电极C2相连。上述三个器件构成第二并联谐振回路；

第三线路电极L3与第三电容器电极C3通过第三通孔电极M3相并联，第三通孔电极M3的一端与第三线路电极L3相连，另一端与第三电容器电极C3相连。信号从第三电容器电极C3的另一端输入。上述三个器件构成第三并联谐振回路；

第四线路电极L4与第四电容器电极C4通过第四通孔电极M4相并联，第四通孔电极M4的一端与第四线路电极L4相连，另一端与第四电容器电极C4相连。信号从第四电容器电极C4的另一端输入。上述三个器件构成第四并联谐振回路。

所述第一线路电极L1、第二线路电极L2、第三线路电极L3、第四线路电极L4是在与所述顶层金属地G1和底层金属地G2平行的方向上延伸形成环形线圈的形状，第一电容器电极C1、第二电容器电极C2、第三电容器电极C3、第四电容器电极C4是在与所述顶层金属地G1和底层金属地G2平行的方向上延伸形成方形极板，第一通孔电极M1、第二通孔电极M2、第三通孔电极M3、第四通孔电极M4是在所述顶层金属地G1和底层金属地G2垂直的方向上方向上延伸形成的。当沿所述顶层金属地G1和底层金属地G2垂直的方向上观察所述多个谐振回路时，所述第一线路电极L1和第二线路电极L2至少有一部分重叠，第三线路电极L3和第四线路电极L4至少有一部分重叠。在同一电介质层上设置了多个线路电极和多个电容器电极，并且所述多个线路电极是彼此分隔开的，多个电容器电极也是彼此分隔开的。该层叠片式滤波器呈左右对称结构，即第一线路电极L1与第四线路电极L4是相同的，第二线路电极L2与第三线路电极L3是相同的，第一电容器电极C1与第二电容器电极C2是相同的，第二电容器电极C2与第三电容器电极C3是相同的。所述耦合极板Z位于第二电容器电极C2、第三电容器电极C3的上方和下屏蔽层P2的下方，当沿所述顶层金属地G1和底层金属地G2垂直的方向上观察所述耦合极板Z时，与第二电容器电极C2和第三电容器电极C3都有一部分重叠。其中所述顶层金属地G1、底层金属地G2、上屏蔽层P1、下屏蔽层P2、第一电容器电极C1、第二电容器电极C2、第三电容器电极C3、第四电容器电极C4，第一线路电极L1、第二线路电极L2、第三线路电极L3、第四线路电极L4，第一通孔电极M1、第二通孔电极M2、第三通孔电极M3、第四通孔电极M4和耦合极板Z均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。

本发明采用了层叠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。

本发明具有滤波性能的层叠片式的整体结构示意图如图1、图2所示，整个器件的体积为5.2mm*3.2mm*2mm，采用的LTCC套陶瓷介质的相对介电常数为65，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。

本发明具有滤波性能的多层结构体的仿真曲线如图3所示：该多层结构体的中心频率为350MHz，通带带宽为50MHz。通带内的插入损耗小于5dB，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<27 MHz时，带外抑制优于40 dB，460 MHz<f<2.0 GHz时，带外抑制优于40 dB，可见带外抑制性能非常优异。

综上，本发明提供的层叠片式滤波器体积小、重量轻、选频特性好、集成度高，而且可加工成贴片形式，便于与其它微波器件集成，另外，该片式滤波器基于LTCC工艺，具有批量生产成本低的优势，使得所应用的产品具有更好的使用性能，极具市场竞争力，其应用前景非常广阔。

Claims (7)

1.一种层叠片式滤波器，其特征在于，包括顶层金属地[G1]、底层金属地[G2]、上屏蔽层[P1]、下屏蔽层[P2]、第一电容器电极[C1]、第二电容器电极[C2]、第三电容器电极[C3]、第四电容器电极[C4]、第一线路电极[L1]、第二线路电极[L2]、第三线路电极[L3]、第四线路电极[L4]，第一通孔电极[M1]、第二通孔电极[M2]、第三通孔电极[M3]、第四通孔电极[M4]和耦合极板[Z]；

其中顶层金属地[G1]、底层金属地[G2]、上屏蔽层[P1]、下屏蔽层[P2]、第一电容器电极[C1]、第二电容器电极[C2]、第三电容器电极[C3]、第四电容器电极[C4]、耦合极板[Z]均为单层金属结构，第一线路电极[L1]、第二线路电极[L2]、第三线路电极[L3]、第四线路电极[L4]均为双层矩形螺旋线圈结构，第一通孔电极[M1]、第二通孔电极[M2]、第三通孔电极[M3]、第四通孔电极[M4]均为金属导体柱；

第一线路电极[L1]与第一电容器电极[C1]通过第一通孔电极[M1]相并联，第一通孔电极[M1]的一端与第一线路电极[L1]相连，另一端与第一电容器电极[C1]相连，信号从第一电容器电极[C1]的另一端输入，上述三个器件构成第一并联谐振回路；

第二线路电极[L2]与第二电容器电极[C2]通过第二通孔电极[M2]相并联，第二通孔电极[M2]的一端与第二线路电极[L2]相连，另一端与第二电容器电极[C2]相连，上述三个器件构成第二并联谐振回路；

第三线路电极[L3]与第三电容器电极[C3]通过第三通孔电极[M3]相并联，第三通孔电极[M3]的一端与第三线路电极[L3]相连，另一端与第三电容器电极[C3]相连，信号从第三电容器电极[C3]的另一端输入，上述三个器件构成第三并联谐振回路；

第四线路电极[L4]与第四电容器电极[C4]通过第四通孔电极[M4]相并联，第四通孔电极[M4]的一端与第四线路电极[L4]相连，另一端与第四电容器电极[C4]相连，信号从第四电容器电极[C4]的另一端输入，上述三个器件构成第四并联谐振回路。

2.    根据权利要求1所述的层叠片式滤波器，其特征在于，所述第一线路电极[L1]、第二线路电极[L2]、第三线路电极[L3]、第四线路电极[L4]是在与所述顶层金属地[G1]和底层金属地[G2]平行的方向上延伸形成环形线圈的形状，第一电容器电极[C1]、第二电容器电极[C2]、第三电容器电极[C3]、第四电容器电极[C4]是在与所述顶层金属地[G1]和底层金属地[G2]平行的方向上延伸形成方形极板，第一通孔电极[M1]、第二通孔电极[M2]、第三通孔电极[M3]、第四通孔电极[M4]是在所述顶层金属地[G1]和底层金属地[G2]垂直的方向上方向上延伸形成的。

3.根据权利要求1所述的层叠片式滤波器，其特征在于，第一线路电极[L1]、第二线路电极[L2]、第三线路电极[L3]和第四线路电极[L4]在底层金属地[G2]上的投影，第一线路电极[L1]和第二线路电极[L2]至少有一部分重叠，第三线路电极[L3]和第四线路电极[L4]至少有一部分重叠。

4.根据权利要求1所述的层叠片式滤波器，其特征在于，同一层的线路电极之间是彼此分隔开的，同一层的电容器电极之间是彼此分隔开的。

5.根据权利要求1所述的层叠片式滤波器，其特征在于，该层叠片式滤波器呈左右对称结构，即第一线路电极[L1]与第四线路电极[L4]是相同的，第二线路电极[L2]与第三线路电极[L3]是相同的，第一电容器电极[C1]与第二电容器电极[C2]是相同的，第二电容器电极[C2]与第三电容器电极[C3]是相同的。

6.根据权利要求1所述的层叠片式滤波器，其特征在于，所述耦合极板Z位于第二电容器电极[C2]、第三电容器电极[C3]的上方并位于下屏蔽层[P2]的下方，耦合极板Z在底层金属地[G2]上的投影与第二电容器电极[C2]和第三电容器电极[C3]的投影都有部分重叠。

7.根据权利要求1所述的层叠片式滤波器，其特征在于，所述顶层金属地[G1]、底层金属地[G2]、上屏蔽层[P1]、下屏蔽层[P2]、第一电容器电极[C1]、第二电容器电极[C2]、第三电容器电极[C3]、第四电容器电极[C4]、第一线路电极[L1]、第二线路电极[L2]、第三线路电极[L3]、第四线路电极[L4]、第一通孔电极[M1]、第二通孔电极[M2]、第三通孔电极[M3]、第四通孔电极[M4]和耦合极板[Z]均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。