CN110994087B - 一种高低通并联ltcc带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高低通并联LTCC带阻滤波器，其由一个低通滤波器与一个高通滤波器并联而成；低通滤波器采用2阶结构，并在第二电感L2处增加电容形成并联谐振，增大阻带衰减；高通滤波器采用2阶结构，并在第3电感L3、第4电感L4处分别增加谐振电容CC2、CC3，形成串联谐振，改善阻带性能；其中电感采用方形螺旋电感，电容采用MIM与VIC式结构，同时为了增加对地电容，带阻滤波器采用双层屏蔽地结构，电感与电容采用垂直互联结构相连；实现这些电感、电容元件的导体印刷在LTCC生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压和烧结工艺制成滤波器；此滤波器体积小，带内插损低，带外抑制高，低通与高通独立分布，易于调试与生产，可广泛应用于现代无线通信领域。

Description

一种高低通并联LTCC带阻滤波器

技术领域

本发明涉及的是滤波器技术领域，具体涉及一种高低通并联LTCC带阻滤波器。

背景技术

微波滤波器在微波或射频子系统的设计中扮演着很重要的角色，具有不同特点的各种滤波器被广泛研究。作为微波系统中比较重要的器件，带阻滤波器经常被用来滤除信号中的噪声及不需要的频率成分，现今对带阻滤波器的研究已取得了不少的成果。

传统的带阻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，这样不仅集成度低，体积大，而且滤波器的插入损耗较大，性能不是十分理想，不能满足射频电路对器件小型化、高性能的要求；如今常用的DGS以及传输线形式的带阻滤波器，体积虽有了一定程度的减小，但结构复杂，不易调整，容易产生不必要的谐振。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种高低通并联LTCC带阻滤波器，该滤波器采用低通滤波器与高通滤波器并联的结构，减少不必要的元件间耦合，易于调试；结合LTCC工艺特有的垂直互联结构，极大的减小了器件体积；同时可在低通滤波器与高通滤波器上增加多个传输零点，增大阻带抑制，提高带阻滤波器整体性能。具体技术方案如下：

一种高低通并联LTCC带阻滤波器，包括一个输入端电极、一个输出端电极和四个接地端电极，还包括多层LTCC陶瓷基板，其中，所述输入端电极和输出端电极分别设于所述滤波器长度方向上的中部，所述接地端电极设于输入端电极和输出端电极的两侧；所述的带阻滤波器由低通滤波器与高通滤波器并联构成，所述的低通滤波器包括串联连接的第一电感L1与第二电感L2，并联连接的第一对地电容C1、第二对地电容C2与第三对地电容C3以及与电感L2形成并联谐振的谐振电容CC1；所述的高通滤波器包括串联连接的第四电容C4与第五电容C5、并联连接的第三电感L3与第四电感L4以及与第三、第四电感L3、L4形成串联谐振的谐振电感CC2、CC3；实现这些电感、电容元件的导体印刷在LTCC生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压和烧结工艺制成滤波器；

所述带阻滤波器三维结构分两部分，输入端口一侧为低通滤波器部分，输入端口另一侧为高通滤波器部分；第一、第二、第三、第四电感L1、L2、L3、L4采用多层陶瓷介质上的螺旋电感实现，不同陶瓷介质上的金属导体通过垂直通孔连接，通过调节螺旋电感线每层的线宽以及螺旋电感的内径来调节各个电感值；带阻滤波器中电容通过多层陶瓷介质层的平面电容极板实现，不同陶瓷介质层之间的电容极板通过极板间的相互耦合实现互连，通过调整极板的尺寸以及间距来调节各个电容值；电感与电容间利用垂直通孔相连，在低通滤波器部分，电感位于电容上方；在高通滤波器部分，电容位于电感上方；

所述带阻滤波器三维电路部分共分为18层；

所述带阻滤波器的低通滤波器部分三维电路，第1至第5层为第一电感L1与第二电感L2，第一电感L1始端在第1层，与输入端电极相连，末端在第5层，与第二电感L2末端相连，第二电感L2始端在第1层，与输出端电极相连；第10、11层为并联耦合电容CC1，上极板与输出端电极相连，下极板通过通孔与电感L1、L2相连；第16、18层为地层，其中第16层为缺陷地结构；第17层为对地电容层，第二电容C2通过通孔与耦合电容CC1下极板相连，第一电容C1与输入端口相连，第三电容C3与输出端电极相连；

所述带阻滤波器高通滤波器部分三维电路，第三电感L3始端在第8层，与第6层串联耦合电容CC2相连，末端在第14层，与侧面的接地端电极相连；第四电感L4始端在第9层，与第3、7层串联耦合电容CC3相连，末端在第15层，与侧面地电极相连；第四电容C4在第2、第4层，与输入端电极相接；第五电容C5在电路第4、第6层，与输出端电极相连；公共耦合极板在第3、第5层，公共耦合极板间通过过孔与连接线相连。

进一步地，所述带阻滤波器为侧面电极结构，输入、输出端电极以及接地端电极均在长边两侧，器件短边处无电极。

进一步地，滤波器的整体尺寸为2.0mm×1.25mm×0.7mm。

进一步地，低通段插入损耗小于0.5dB，高通段插入损耗小于1.6dB，1.575GHz处抑制大于18dB，通带内驻波大于13dB。

进一步地，所述的滤波器内部导体以及电极均为金属银。

本发明的有益效果如下：

1、创造性的使用低通滤波器与高通滤波器并联结构，结构独立性高，低通与高通电路之间影响小，易于性能调试，同时缩短设计周期，减小成本；使用LTCC工艺垂直互联结构，极大减小器件尺寸，更易于集成。

2、高通电路中，引入公共耦合极板，既能起到电路连接作用，同时与C4，C5极板构成垂直直插式(VIC)电容，在有限空间内，尽可能减小元件占用体积，也为耦合电容的引入提供便利；

3、双层缺陷地结构的使用，对外部杂波及元件间的寄生效应起到良好的抑制作用，同时提高器件的接地特性，增强器件稳定性。

附图说明

图1为本发明的LTCC带阻滤波器的等效电路原理图；

图2为本发明的LTCC带阻滤波器的外形图；

图3为本发明的LTCC带阻滤波器的整体三维电路结构图；

图4为本发明的LTCC带阻滤波器的低通部分三维电路结构图；

图5为本发明的LTCC带阻滤波器的高通部分三维电路结构图；

图6为本发明的LTCC带阻滤波器的S11仿真结果图；

图7为本发明的LTCC带阻滤波器的S22仿真结果图；

图8为本发明的LTCC带阻滤波器的S21仿真结果图；

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明的LTCC带阻滤波器的等效电路原理图，如图1所示，本发明LTCC带阻滤波器由一个2阶低通滤波器和一个2阶高通滤波器并联而成。等效电路上半部分为低通滤波器电路，串联电感L1、L2以及三个并联对地电容C1、C2、C3构成低通电路基本拓扑结构，耦合电容CC1与电感L2形成并联谐振，改善低通阻带特性；等效电路下半部分为高通滤波器电路，串联电容C4、C5以及并联电感L3、L4构成高通电路基本拓扑结构，耦合电容CC2、CC3分别与电感L3、L4形成串联谐振，在高通滤波器阻带形成两个传输零点，增大阻带抑制。

图2是采用LTCC技术实现的带阻滤波器的外形图。滤波器外形包括了一个LTCC陶瓷外壳以及6个侧面电极。在外壳长边方向上外侧印刷了可焊接的金属导体条作为滤波器的接地电极GND以及输入、输出端电极。使用时只需要按照正确的方法将滤波器通过金属电极焊接在相应PCB板上即可。

本实施例中LTCC带阻滤波器外形尺寸为2.0mm×1.25mm×0.7mm，所使用的LTCC陶瓷介质相对介电常数为9.8，损耗角正切为0.003，陶瓷介质的厚度为0.03mm，金属导体材料为金属银。

图3为LTCC带阻滤波器整体三维电路结构图，器件左侧为低通滤波器结构，右侧为高通滤波器结构，彼此相互独立，影响小，方便器件性能的调整；电路整体采用LTCC工艺特有的垂直互联结构，电感与电容之间通过垂直通孔相连，有效减小器件体积，易于小型化。

图4为LTCC带阻滤波器的低通部分三维电路结构图，低通滤波器电感L1、L2位于三维电路第1至第5层，主要目的是减小电感对地寄生电容对低通通带的影响；电路第1层，电感L1、L2分别接输入端口与输出端口，在第5层L1与L2通过传输线相连，构成L1、L2相串联的结构，连接处引出垂直通孔，穿过第16层地极板的缺陷，与第17层电容极板相连，构成对地电容C2，对地电容C1与C3同时位于第17层，C1极板与输入端口相连，C3极板与输出端口相连，与第16、18层地极板构成对地电容；第10、11层极板构成耦合电容CC1，耦合电容CC1上极板与输出端口相连，下极板通过通孔与电感L2相连，构成CC1与L2并联谐振结构，在低通阻带引出一传输零点。

图5为LTCC带阻滤波器的高通部分三维电路结构图，串联电容C4、C5位于电感上方，减小对地寄生电容对高通滤波器通带产生影响。电感L3始端位于第8层，通过通孔与第6层耦合电容CC2连接，构成串联谐振结构，末端位于第14层，与侧面地电极连接；电感L4始端位于第9层，通过通孔与第3、7层耦合电容CC3连接，构成第二个串联谐振结构，末端位于第15层，与侧面地电极相连；输入电容C4位于电路第2、4层，与第3、5层公共耦合极板形成电容C4，公共耦合极板通过通孔相连；输出电容C5位于电路第4、6层，与第5层公共耦合极板形成电容C5。

图6-图8为本发明LTCC带阻滤波器测试结果图。如图所示，此带阻滤波器低通段插入损耗小于0.5dB，高通段插入损耗小于1.6dB，1.575GHz处抑制大于18dB，通带内驻波大于13dB。

综上，本发明提供的LTCC带阻滤波器具有体积小，插入损耗小，结构独立，易于调试与优化的特点，可以进行贴片、焊接，便于和其他微波元件集成。而且本发明是基于LTCC工艺的，制造成本低，易于批量生产。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高低通并联LTCC带阻滤波器，包括一个输入端电极、一个输出端电极和四个接地端电极，还包括多层LTCC陶瓷基板，其中，所述输入端电极和输出端电极分别设于所述滤波器长度方向上的中部，所述接地端电极设于输入端电极和输出端电极的两侧；所述的带阻滤波器由低通滤波器与高通滤波器并联构成，所述的低通滤波器包括串联连接的第一电感L1与第二电感L2，并联连接的第一对地电容C1、第二对地电容C2与第三对地电容C3以及与电感L2形成并联谐振的耦合电容CC1；所述的高通滤波器包括串联连接的第四电容C4与第五电容C5、并联连接的第三电感L3与第四电感L4以及与第三、第四电感L3、L4形成串联谐振的耦合电容CC2、CC3；实现这些电感、电容元件的导体印刷在LTCC生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压和烧结工艺制成滤波器；

所述带阻滤波器三维结构分两部分，输入端口一侧为低通滤波器部分，输入端口另一侧为高通滤波器部分；第一、第二、第三、第四电感L1、L2、L3、L4采用多层陶瓷介质上的螺旋电感实现，不同陶瓷介质上的金属导体通过垂直通孔连接，通过调节螺旋电感线每层的线宽以及螺旋电感的内径来调节各个电感值；带阻滤波器中电容通过多层陶瓷介质层的平面电容极板实现，不同陶瓷介质层之间的电容极板通过极板间的相互耦合实现互连，通过调整极板的尺寸以及间距来调节各个电容值；电感与电容间利用垂直通孔相连，在低通滤波器部分，电感位于电容上方；在高通滤波器部分，电容位于电感上方；

所述带阻滤波器三维电路部分共分为18层；

所述带阻滤波器的低通滤波器部分三维电路，第1至第5层为第一电感L1与第二电感L2，第一电感L1始端在第1层，与输入端电极相连，末端在第5层，与第二电感L2末端相连，第二电感L2始端在第1层，与输出端电极相连；第10、11层为耦合电容CC1，上极板与输出端电极相连，下极板通过通孔与电感L1、L2相连；第16、18层为地层，其中第16层为缺陷地结构；第17层为对地电容层，第二对地电容C2通过通孔与耦合电容CC1下极板相连，第一对地电容C1与输入端口相连，第三对地电容C3与输出端电极相连；

所述带阻滤波器高通滤波器部分三维电路，第三电感L3始端在第8层，与第6层耦合电容CC2相连，末端在第14层，与侧面的接地端电极相连；第四电感L4始端在第9层，与第3、7层的耦合电容CC3相连，末端在第15层，与侧面的接地端电极相连；第四电容C4在第2、第4层，与输入端电极相接；第五电容C5在电路第4、第6层，与输出端电极相连；公共耦合极板在第3、第5层，公共耦合极板间通过过孔相连。

2.根据权利要求1所述的高低通并联LTCC带阻滤波器，其特征在于，所述带阻滤波器为侧面电极结构，输入、输出端电极以及接地端电极均在长边两侧，器件短边处无电极。

3.根据权利要求1所述的LTCC带阻滤波器，其特征在于，滤波器的整体尺寸为2.0mm×1.25mm×0.7mm。

4.根据权利要求1所述的高低通并联LTCC带阻滤波器，其特征在于，低通段插入损耗小于0.5dB，高通段插入损耗小于1.6dB，1.575GHz处抑制大于18dB，通带内驻波大于13dB。

5.根据权利要求1所述的高低通并联LTCC带阻滤波器，其特征在于，所述的滤波器内部导体以及电极均为金属银。

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