CN219436114U - 一种ltcc小型化带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTCC小型化带通滤波器，包括：LTCC基体、带通滤波电路结构、第一网状隔离金属层、第二网状隔离金属层；所述LTCC基体内自下而上间隔平行叠放所述第一网状隔离金属层、带通滤波电路结构、第二网状隔离金属层；所述带通滤波电路结构包括：第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层；所述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层自下而上间隔平行叠放；所述第一金属层、第二金属层、第三金属层构成阶跃阻抗谐振器组，所述第四金属层为Z型耦合单元。缩小尺寸的同时可以减少插入损耗大实现更好的带通滤波效果。

Description

一种LTCC小型化带通滤波器

技术领域

本发明涉及带通滤波器领域，尤其涉及一种LTCC小型化带通滤波器。

背景技术

现代移动通信系统频率从原来的几百Hz发展到现在的900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，甚至更高。与此同时，对于器件的小型化和高性能的要求却在不断提高。带通滤波器是无线通信系统中重要的器件之一。为了获得更好的通信质量，要求带通滤波器具有较低的带内损耗和较高的阻带抑制，从而提高通信容量和避免相邻信道间的干扰；为了得到陡峭的衰减边沿及更好的阻带特性，需要增加滤波器的阶数，但这会进一步增大电路复杂度和电路尺寸，并且在通带内引入更多的插入损耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种LTCC小型化带通滤波器，能够解决上述的问题。

本发明提供一种LTCC小型化带通滤波器，包括：LTCC基体、带通滤波电路结构、第一网状隔离金属层、第二网状隔离金属层；

所述LTCC基体内自下而上间隔平行叠放所述第一网状隔离金属层、带通滤波电路结构、第二网状隔离金属层；所述带通滤波电路结构包括：第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层；所述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层自下而上间隔平行叠放；所述第一金属层、第二金属层、第三金属层构成阶跃阻抗谐振器组，所述第四金属层为Z型耦合单元。

其中，所述LTCC基体表面设置有输入端口、输出端口、第一接地端口、第二接地端口、向上标识。

其中，所述第一金属层和第三金属层的一端分别与所述第一接地端口电连接，所述第二金属层的一端与所述第二接地端口电连接。

其中，所述Z型耦合单元为Z字形金属片，所述Z字形金属片两端分别与所述第一接地端口和所述第二接地端口电连接。

其中，所述第一金属层、第二金属层、第三金属层均包括水平排列的三个长度相同的矩形金属片，所述第二金属层的三个长度相同的矩形金属片的一窄边分别与所述第二接地端口电连接，所述第二金属层的三个长度相同的矩形金属片的另一窄边悬空。

其中，所述第二金属层的三个长度相同的矩形金属片的另一窄边悬空与第一金属层、第三金属层分别形成等效平行板电容。

其中，所述阶跃阻抗谐振器组包括：第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器；所述第一阶跃阻抗谐振器通过窄边耦合方式与所述第二阶跃阻抗谐振器形成通信回路，所述第二阶跃阻抗谐振器通过窄边耦合方式与所述第三阶跃阻抗谐振器形成通信回路；所述输入端口与所述第一阶跃阻抗谐振器电连接，所述输出端口与所述第三阶跃阻抗谐振器电连接。

其中，所述第一阶跃阻抗谐振器包含电感L1和电容C1，所述第二阶跃阻抗谐振器包含电感L2和电容C2、第三阶跃阻抗谐振器包含电感L3和电容C3。

其中，所述电感L1、电感L2、电感L3一端分别接地，所述电感L1、电感L2、电感L3另一端分别与所述电容C1、电容C2、电容C3的一端电连接，所述电容C1、电容C2、电容C3的另一端分别接地。

其中，所述输入端口连接在所述电感L1和所述电容C1之间，所述输出端口连接在所述电感L3和所述电容C3之间，所述输入端口与所述输出端口之间连接又一个交叉耦合电容Cf。

本发明的有益效果：

一是LTCC采用高电导率的金、银等金属作导电介质，在烧结过程中不会氧化，因此无需电镀保护；LTCC陶瓷基片的组成成分可变，根据配料的不同可生成具有不同电气性能的介质材料，各参量在一定范围内可调整，从而增加了设计的灵活性。

二是低温陶瓷共烧(LTCC)技术采用厚膜材料，根据预先设计的版图图形和层叠次序，将金属电极材料和陶瓷材料一次性共烧结，获得所需的无源器件及模块组件。金属带的层叠技术可以方便地实现层与层之间电容和电感的耦合，利用交叉电容耦合的方法就可以在阻带获得能改善传输特性的传输零点。

三是通过合理的三维布局充分利用各寄生参数实现小型化、高性能的带通滤波器，在阶跃阻抗谐振器组上层引入耦合单元，从而在滤波器的带外获得带外抑制零点，增加带通滤波器的带外抑制度和矩形度，通过调整耦合单元与谐振器组的位置关系调整带外抑制零点的频点和强度；在第一金属层的下层和第四金属层的上层各设有一层隔离金属层，从而隔离电路的电磁场，增大三个阶跃阻抗谐振器之间的耦合度，从而形成更好的通带内性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的滤波器的三维结构示意图。

图2是本发明的滤波器表面结构示意图。

图3是本发明的滤波器内部带通滤波电路结构示意图。

图4是本发明的滤波器带通滤波电路结构叠成示意图。

图5是本发明的带通滤波电路等效电路图。

图6是本发明的带通滤波电路的S参数仿真结果。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本发明的结构作进一步详细描述。

如图1、2、3所示，本发明实施例提供一种LTCC小型化的带通滤波器，包括：LTCC基体1、带通滤波电路结构2、第一网状隔离金属层31、第二网状隔离金属层32；

所述LTCC基体1内自下而上间隔平行叠放所述第一网状隔离金属层31(Layer01)、带通滤波电路结构2、第二网状隔离金属层32(Layer06)；所述带通滤波电路结构2包括：第一金属层Layer02、第二金属层Layer03、第三金属层Layer04、第四金属层Layer05；所述第一金属层Layer02、第二金属层Layer03、第三金属层Layer04、第四金属层Layer05自下而上间隔平行叠放；所述第一金属层Layer02、第二金属层Layer03、第三金属层Layer04构成阶跃阻抗谐振器组，所述第四金属层Layer05为Z型耦合单元24。

在本实施例中，如图3和图4所示，第一金属层Layer02的下层和第四金属层Layer05的上层各设有一层隔离金属层31（Layer01）和32（Layer06），两层隔离金属层均为网格状的金属层，如图3中Layer01和Layer06所示，目的在于隔离电路的电磁场，增大第一阶跃阻抗谐振器21、第二阶跃阻抗谐振器22和第三阶跃阻抗谐振器23相互之间的耦合度。

其中，所述LTCC基体表面设置有输入端口4、输出端口5、第一接地端口61、第二接地端口62、向上标识7。

在本实施例中，如图2所示，LTCC基体1为多层的厚膜陶瓷片，通过在陶瓷片的表面印刷金属图案，按照电路的结构层叠，最后通过低温烧结的方式制备，输入端口4、输出端口5、第一接地端口61、第二接地端口62、向上标识是制备在LTCC基体1表面的金属结构，其中接地端口6位于LTCC基体两侧，包括第一接地端口61和第二接地端口62。

其中，所述第一金属层Layer02和第三金属层Layer04的一端分别与所述第一接地端口61电连接，所述第二金属层Layer03的一端与所述第二接地端口62电连接。

其中，所述Z型耦合单元24为Z字形金属片，所述Z字形金属片两端分别与所述第一接地端口61和所述第二接地端口62电连接。

在本实施例中，如图3所示，Z型耦合单元24为Z字形状的一层金属层，置于第三金属层Layer04的上面，两端分别连接两侧的第一接地端口61和第二接地端口62，通过调整Z型耦合单元24与阶跃阻抗谐振器组的位置关系调整带外抑制零点的频点和强度，位置关系主要包括二者在Z轴上的高度和平面方向的间距。

其中，所述第一金属层Layer02、第二金属层Layer03、第三金属层Layer04均包括水平排列的三个长度相同的矩形金属片，所述第二金属层Layer03的三个长度相同的矩形金属片的一窄边分别与所述第二接地端口电连接，所述第二金属层Layer03的三个长度相同的矩形金属片的另一窄边悬空。

其中，所述第二金属层Layer03的三个长度相同的矩形金属片的另一窄边悬空与第一金属层Layer02、第三金属层Layer04分别形成等效平行板电容。

在本实施例中，如图3和图4所示，第一阶跃阻抗谐振器21、第二阶跃阻抗谐振器22和第三阶跃阻抗谐振器23均是由三层金属层（第一金属层Layer02、第二金属层Layer03、第三金属层Layer04）构成的阻抗谐振器，如图3中Layer02、Layer03、Layer04所示，阶跃阻抗谐振器的三层金属层的一端连接接地端口6，另一端悬空，其中第一层金属层Layer02和第三层金属层Layer04的接地端为同一侧，第二层金属层Layer03的接地端为另外一侧。第一金属层Layer02和第三金属层Layer04为左右大小一样的规则长方形金属层；第二金属层Layer03是由线宽不一样的两段金属组成，其中窄边的金属层连接接地端，宽边的金属层和第一金属层Layer02、第三金属层Layer04叠形成等效平行板电容。

其中，所述阶跃阻抗谐振器组包括：第一阶跃阻抗谐振器21、第二阶跃阻抗谐振器22、第三阶跃阻抗谐振器23；所述第一阶跃阻抗谐振器21通过窄边耦合方式与所述第二阶跃阻抗谐振器22形成通信回路，所述第二阶跃阻抗谐振器22通过窄边耦合方式与所述第三阶跃阻抗谐振器23形成通信回路；所述输入端口4与所述第一阶跃阻抗谐振器21电连接，所述输出端口5与所述第三阶跃阻抗谐振器23电连接。

在本实施例中，带通滤波电路结构2连接方式为输入端口4通过带状线连接第一阶跃阻抗谐振器21的第二金属层，第一阶跃阻抗谐振器21通过窄边耦合的方式和第二阶跃阻抗谐振器22形成通信回路，第二阶跃阻抗谐振器22通过窄边耦合的方式和第三阶跃阻抗谐振器23形成通信回路，第三阶跃阻抗谐振器23的第二金属层通过带状线连接输出端口5。

其中，所述第一阶跃阻抗谐振器21包含电感L1和电容C1，所述第二阶跃阻抗谐振器22包含电感L2和电容C2、第三阶跃阻抗谐振器23包含电感L3和电容C3。

其中，所述电感L1、电感L2、电感L3一端分别接地，所述电感L1、电感L2、电感L3另一端分别与所述电容C1、电容C2、电容C3的一端电连接，所述电容C1、电容C2、电容C3的另一端分别接地。

其中，所述输入端口4连接在所述电感L1和所述电容C1之间，所述输出端口5连接在所述电感L3和所述电容C3之间，所述输入端口4与所述输出端口5之间连接又一个交叉耦合电容Cf。

在本实施例中，如图5所示，为LTCC小型化的带通滤波器的等效电路，输入端口4连接在电感L1和电容C1之间；电感L1的一端接地，另一端连接电容C1，电容C1的另一端接地形成第一阶跃阻抗谐振器21；电感L2的一端接地，另一端连接电容C2，电容C2的另一端接地形成第二阶跃阻抗谐振器22；电感L3的一端接地，另一端连接电容C3，电容C3的另一端接地形成第三阶跃阻抗谐振器；输出端口5连接在电感L3和电容C3之间；在输入端口4和输出端口5之间连接一个交叉耦合电容Cf；其中电路通过电感L1、电感L2、电感L3之间耦合形成通信回路，从而实现带通信号的滤波功能。

如图6所示，LTCC小型化的带通滤波器的典型尺寸为2*1.2*0.7mm，仿真结果为，其中心频率为5125MHz，带宽450MHz，4900~5350MHz插入损耗≤1.5dB，4900~5350MHz回波损耗大于18dB，DC~4200MHz阻带抑制大优于35dB，7000MHz~1100MHz阻带抑制大于25dB。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本实用新型可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，包括：LTCC基体、带通滤波电路结构、第一网状隔离金属层、第二网状隔离金属层；

所述LTCC基体内自下而上间隔平行叠放所述第一网状隔离金属层、带通滤波电路结构、第二网状隔离金属层；所述带通滤波电路结构包括：第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层；所述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层自下而上间隔平行叠放；所述第一金属层、第二金属层、第三金属层构成阶跃阻抗谐振器组，所述第四金属层为Z型耦合单元。

2.如权利要求1所述的一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述LTCC基体表面设置有输入端口、输出端口、第一接地端口、第二接地端口、向上标识。

3.如权利要求2所述的一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述第一金属层和第三金属层的一端分别与所述第一接地端口电连接，所述第二金属层的一端与所述第二接地端口电连接。

4.如权利要求2所述的一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述Z型耦合单元为Z字形金属片，所述Z字形金属片两端分别与所述第一接地端口和所述第二接地端口电连接。

5.如权利要求2所述的一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述第一金属层、第二金属层、第三金属层均包括水平排列的三个长度相同的矩形金属片，所述第二金属层的三个长度相同的矩形金属片的一窄边分别与所述第二接地端口电连接，所述第二金属层的三个长度相同的矩形金属片的另一窄边悬空。

6.如权利要求5所述的一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述第二金属层的三个长度相同的矩形金属片的另一窄边悬空与第一金属层、第三金属层分别形成等效平行板电容。

7.如权利要求2所述的一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述阶跃阻抗谐振器组包括：第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器；所述第一阶跃阻抗谐振器通过窄边耦合方式与所述第二阶跃阻抗谐振器形成通信回路，所述第二阶跃阻抗谐振器通过窄边耦合方式与所述第三阶跃阻抗谐振器形成通信回路；所述输入端口与所述第一阶跃阻抗谐振器电连接，所述输出端口与所述第三阶跃阻抗谐振器电连接。

8.如权利要求7所述的一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述第一阶跃阻抗谐振器包含电感L1和电容C1，所述第二阶跃阻抗谐振器包含电感L2和电容C2、第三阶跃阻抗谐振器包含电感L3和电容C3。

9.如权利要求8所述的LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述电感L1、电感L2、电感L3一端分别接地，所述电感L1、电感L2、电感L3另一端分别与所述电容C1、电容C2、电容C3的一端电连接，所述电容C1、电容C2、电容C3的另一端分别接地。

10.如权利要求8所述的一种LTCC小型化带通滤波器，其特征在于，所述输入端口连接在所述电感L1和所述电容C1之间，所述输出端口连接在所述电感L3和所述电容C3之间，所述输入端口与所述输出端口之间连接又一个交叉耦合电容Cf。