CN102035493A - 带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器，包括：带阻输入电感、带阻级间电感、带阻输出电感、带阻第一分支电感、带阻第二分支电感、带阻输入电容、带阻级间电容、带阻输出电容、带阻第一分支接地电容、带阻第二分支接地电容、带通输入电感、带通输出电感、带通第一分支电感、带通第二分支电感、带通输入电容、带通级间电容、带通输出电容、带通第一分支电容、带通第二分支电容、第一屏蔽接地层、第二屏蔽接地层以及通孔；所有元件基于低温共烧陶瓷工艺实现，在高性能陶瓷材料内部三维集成金属线条，空间配置灵活紧凑，本发明体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、相位频率特性线性变化、温度稳定性好，很好的满足了现代无线通信系统对于微型高性能微波双工器的需求。

Description

带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器

技术领域

本发明涉及一种双工器，特别是一种带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器。

背景技术

双工器是一种使收、发信机可以共用一套天线和馈线系统的器件，是无线信号发射出去和接收进来的必经之路，其作用是防止发射信号直接进入接收机前端引起接收信道饱和甚至烧毁，同时避免发射机噪声对接收灵敏度的影响，目前，移动通信系统前端中双工器的种类有很多，例如：波导双工器、同轴双工器等，这些双工器面临着体积大、沉重、安装使用不便等一些问题；波导双工器的设计，主要利用微波分布参数电路的设计理念，使得双工器的体积与信号的工作波长可比拟，对于工作频段比较低的双工器，不可避免地使双工器体积很大；与此同时，波导双工器中信号的传输媒质是空气，信号在空气中的工作波长相对于介质材料中的工作波长要长，这是导致波导双工器体积大的重要原因；另外，波导双工器的加工材料是金属，导致波导双工器沉重，使用安装不便；对于同轴双工器，同样遇到体积大、沉重等问题；随着无线通信与个人电子产品的日益普及，电子器件的小型化越来越受到人们的关注，拥有广阔的市场前景，通信和雷达系统中的关键部件双工器由此面临着严峻的小型化挑战；低温共烧陶瓷技术可以在较小的体积内实现电感、电容等集总元件，从而可以灵活地进行电路设计，该技术使用的陶瓷材料稳定性高，并能实现较高介电常数，从而可以大大减小器件或模块的体积，低温共烧陶瓷器件还能实现大批量生产，降低成本，从而在现今的电子器件市场具有相当大的竞争力，利用低温共烧陶瓷技术实现双工器，有着极大的市场需求。

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、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器。

实现本发明目的的技术方案是：一种带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器，包括：带阻输入电感、带阻级间电感、带阻输出电感、带阻第一分支电感、带阻第二分支电感、带阻输入电容、带阻级间电容、带阻输出电容、带阻第一分支接地电容、带阻第二分支接地电容、带通输入电感、带通输出电感、带通第一分支电感、带通第二分支电感、带通输入电容、带通级间电容、带通输出电容、带通第一分支电容、带通第二分支电容、第一屏蔽接地层SD、第二屏蔽接地层SD以及通孔；输入端口P接输入信号分成两路，一路顺次连接带阻输入电感、带阻级间电感、带阻输出电感和带阻输出端口P，带阻输入电感的一端与输入端口P连接，带阻输入电感另一端分别与带阻级间电感的一端、带阻第一分支电感的一端连接，带阻级间电感的另一端分别与带阻输出电感的一端、带阻第二分支电感的一端连接，带阻输出电感的另一端与带阻输出端口P连接，带阻第一分支电感的另一端与带阻第一分支接地电容的一端连接，带阻第一分支接地电容的另一端接地，带阻第二分支电感的另一端与带阻第二分支接地电容的一端连接，带阻第二分支接地电容的另一端接地，带阻输入电容两端与带阻输入电感两端并联连接，带阻级间电容两端与带阻级间电感两端并联连接，带阻输出电容两端与带阻输出电感两端并联连接；另一路顺次连接带通输入电容、带通输入电感、带通级间电容、带通输出电感、带通输出电容和带通输出端口P，带通输入电容的一端与输入端口P连接，带通输入电容的另一端与带通输入电感的一端连接，带通输入电感的另一端分别与带通第一分支电容的一端、带通第一分支电感的一端和带通级间电容的一端连接，带通级间电容的另一端分别与带通第二分支电容的一端、带通第二分支电感的一端和带通输出电感的一端连接，带通输出电感的另一端与带通输出电容的一端连接，带通输出电容的另一端与带通输出端口P连接，带通第一分支电容的另一端接地，带通第一分支电感的另一端接地，带通第二分支电容的另一端接地，带通第二分支电感的另一端接地。

本发明与现有技术相比，其显著优点：基于三维立体集成理念，本发明将双工器电路中的所有电容、电感元件高度灵活的集成在一起，利用低损耗、高介电常数的低温共烧陶瓷材料，在900℃左右烧结，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性；带阻滤波部分的所有电感采用叠层圆形环状耦合金属线条实现，带通滤波部分的所有电感采用叠层方形环状耦合金属线条实现，所有电容均采用介质平板电容实现，介质平板电容由金属平板和绝缘介质材料构成，金属平板之间为绝缘介质材料，绝缘介质材料采用高性能陶瓷材料，所有结构的物理尺寸均可在设计阶段自由改动，而各个元件的微波性能利用三维全波电磁仿真软件均可快速准确的获得，设计灵活性非常高，并且基于三维全波电磁仿真软件，对于最终搭建成型的双工器，可以做全波仿真验证，准确地预计出双工器的微波特性，为生产加工提供坚实的理论保证；最终利用低温共烧陶瓷工艺加工成型的该款双工器，具有体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、温度稳定性高、电路实现结构简单、一致性好、成本低、使用安装方便，可用于全自动贴片机安装和焊接。

附图说明

图1是本发明带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器电原理图。

图2是本发明带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器内部结构示意图。

图3是本发明带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器实物照片。

图4是本发明带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器实施例实物尺寸。

图5是本发明带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器实施例主要性能测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

结合图1、图2、图3和图4，本发明带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器包括带阻输入电感L1、带阻级间电感L2、带阻输出电感L3、带阻第一分支电感L4、带阻第二分支电感L5、带阻输入电容C1、带阻级间电容C2、带阻输出电容C3、带阻第一分支接地电容C4、带阻第二分支接地电容C5、带通输入电感L6、带通输出电感L7、带通第一分支电感L8、带通第二分支电感L9、带通输入电容C6、带通级间电容C7、带通输出电容C8、带通第一分支电容C9、带通第二分支电容C10、第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2以及通孔；输入端口P1接输入信号分成两路，一路顺次连接带阻输入电感L1、带阻级间电感L2、带阻输出电感L3和带阻输出端口P2，带阻输入电感L1的一端与输入端口P1连接，带阻输入电感L1另一端分别与带阻级间电感L2的一端、带阻第一分支电感L4的一端连接，带阻级间电感L2的另一端分别与带阻输出电感L3的一端、带阻第二分支电感L5的一端连接，带阻输出电感L3的另一端与带阻输出端口P2连接，带阻第一分支电感L4的另一端与带阻第一分支接地电容C4的一端连接，带阻第一分支接地电容C4的另一端接地，带阻第二分支电感L5的另一端与带阻第二分支接地电容C5的一端连接，带阻第二分支接地电容C5的另一端接地，带阻输入电容C1两端与带阻输入电感L1两端并联连接，带阻级间电容C2两端与带阻级间电感L2两端并联连接，带阻输出电容C3两端与带阻输出电感L3两端并联连接；另一路顺次连接带通输入电容C6、带通输入电感L6、带通级间电容C7、带通输出电感L7、带通输出电容C8和带通输出端口P3，带通输入电容C6的一端与输入端口P1连接，带通输入电容C6的另一端与带通输入电感L6的一端连接，带通输入电感L6的另一端分别与带通第一分支电容C9的一端、带通第一分支电感L8的一端和带通级间电容C7的一端连接，带通级间电容C7的另一端分别与带通第二分支电容C10的一端、带通第二分支电感L9的一端和带通输出电感L7的一端连接，带通输出电感L7的另一端与带通输出电容C8的一端连接，带通输出电容C8的另一端与带通输出端口P3连接，带通第一分支电容C9的另一端接地，带通第一分支电感L8的另一端接地，带通第二分支电容C10的另一端接地，带通第二分支电感L9的另一端接地。

带阻输入电感L1、带阻级间电感L2、带阻输出电感L3、带阻第一分支电感L4、带阻第二分支电感L5、带阻输入电容C1、带阻级间电容C2、带阻输出电容C3、带阻第一分支接地电容C4、带阻第二分支接地电容C5、带通输入电感L6、带通输出电感L7、带通第一分支电感L8、带通第二分支电感L9、带通输入电容C6、带通级间电容C7、带通输出电容C8、带通第一分支电容C9、带通第二分支电容C10、第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2以及通孔均采用低温共烧陶瓷工艺实现；其中所述带阻输入电感L1、带阻级间电感L2、带阻输出电感L3、带阻第一分支电感L4、带阻第二分支电感L5，均采用叠层圆形环状耦合金属线条实现，各金属线条通过层间圆形通孔相连；所述带通输入电感L6、带通输出电感L7、带通第一分支电感L8、带通第二分支电感L9，均采用叠层方形环状耦合金属线条实现，各金属线条通过层间圆形通孔相连；所述带阻输入电容C1、带阻级间电容C2、带阻输出电容C3、带阻第一分支接地电容C4、带阻第二分支接地电容C5、带通输入电容C6、带通级间电容C7、带通输出电容C8、带通第一分支电容C9、带通第二分支电容C10，均采用介质平板电容实现，介质平板电容由金属平板和绝缘介质材料构成，金属平板之间为绝缘介质材料，绝缘介质材料采用高性能陶瓷材料；所述第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2，均采用印刷金属平板实现；所述通孔，采用介质穿孔后，填充金属实现。

低温共烧陶瓷技术，指的是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，切成一定尺寸后在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制作出所需要的电路图形，并将多个无源组件(如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗变换器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路。它也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面贴装集成电路和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。低温共烧陶瓷技术涉及材料科学、电路设计、微波技术等广泛的领域，在设计的灵活性、布线密度和可靠性等方面提供了巨大的潜能，为当代各种电子系统元器件模块的小型化、轻量化提供了很好的解决途径，越来越受国际国内的重视。

带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器，其工作原理简述如下：带阻部分，输入的宽频微波信号经过带阻输入电容L1和带阻输入电感L1组成的并联谐振器，将所需通带内信号选出，同时抑制通带以外信号，实现第一级带阻选频，之后传输到由带阻第一分支电感L4和带阻第一分支接地电容C4组成的串联谐振器，实现第二级带阻选频，紧接着带阻级间电感L2和带阻级间电容C2组成并联谐振器，对微波信号做第三级带阻选频，之后，带阻第二分支电感L5和带阻第二分支接地电容C5组成串联谐振器，实现第四级带阻选频，最后微波信号通过带阻输出电感L3和带阻输出电容C3组成的并联谐振器，实现第五级带阻选频，并输出至带阻输出端口P2；带通部分，输入的宽频微波信号经过带通输入电容C6和带通输入电感L6组成的串联谐振器，将所需通带内信号选出，同时抑制通带以外信号，实现第一级带通选频，之后传输到由带通第一分支电容C9和带通第一分支电感L8组成的并联谐振器，实现第二级带通选频，紧接着带通级间电容C7作为电容耦合元件，将微波信号耦合到后两级谐振器，在带通级间电容C7之后，带通第二分支电容C10和带通第二分支电感L9组成并联谐振器对信号实现第三级带通选频，最后微波信号通过带通输出电感L7和带通输出电容C8组成的串联谐振器，实现第四级带通选频，并输出至带通输出端口P3；带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器的带通电路和带阻电路并联相接，由于带通滤波电路和带阻滤波电路具有互补特性，所以彼此频带间的隔离度很好，带通通带内的信号和带阻通带内的信号收发互不影响，实现了微波信号的全双工通信。

参见图3、图4和图5，图4为本实施例的实物尺寸示意图，由图4可知，本实施例带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器的体积为4.3mm×3.2mm×2.6mm，重量约为0.1克；图5为本实施例的主要性能测试结果，在通带内，输入端口驻波绝大部分低于-10dB，在0.2GHz～0.75GHz内，衰减大于20dB，在0.95GHz～1.45GHz以及1.65GHz～2.2GHz内，衰减大于25dB，通带内典型插入损耗为-2.1dB。

Claims (5)

1.一种带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器，其特征在于：包括带阻输入电感[L1]、带阻级间电感[L2]、带阻输出电感[L3]、带阻第一分支电感[L4]、带阻第二分支电感[L5]、带阻输入电容[C1]、带阻级间电容[C2]、带阻输出电容[C3]、带阻第一分支接地电容[C4]、带阻第二分支接地电容[C5]、带通输入电感[L6]、带通输出电感[L7]、带通第一分支电感[L8]、带通第二分支电感[L9]、带通输入电容[C6]、带通级间电容[C7]、带通输出电容[C8]、带通第一分支电容[C9]、带通第二分支电容[C10]、第一屏蔽接地层[SD1]、第二屏蔽接地层[SD2]以及通孔；输入端口[P1]接输入信号分成两路，一路顺次连接带阻输入电感[L1]、带阻级间电感[L2]、带阻输出电感[L3]和带阻输出端口[P2]，带阻输入电感[L1]的一端与输入端口[P1]连接，带阻输入电感[L1]另一端分别与带阻级间电感[L2]的一端、带阻第一分支电感[L4]的一端连接，带阻级间电感[L2]的另一端分别与带阻输出电感[L3]的一端、带阻第二分支电感[L5]的一端连接，带阻输出电感[L3]的另一端与带阻输出端口[P2]连接，带阻第一分支电感[L4]的另一端与带阻第一分支接地电容[C4]的一端连接，带阻第一分支接地电容[C4]的另一端接地，带阻第二分支电感[L5]的另一端与带阻第二分支接地电容[C5]的一端连接，带阻第二分支接地电容[C5]的另一端接地，带阻输入电容[C1]两端与带阻输入电感[L1]两端并联连接，带阻级间电容[C2]两端与带阻级间电感[L2]两端并联连接，带阻输出电容[C3]两端与带阻输出电感[L3]两端并联连接；另一路顺次连接带通输入电容[C6]、带通输入电感[L6]、带通级间电容[C7]、带通输出电感[L7]、带通输出电容[C8]和带通输出端口[P3]，带通输入电容[C6]的一端与输入端口[P1]连接，带通输入电容[C6]的另一端与带通输入电感[L6]的一端连接，带通输入电感[L6]的另一端分别与带通第一分支电容[C9]的一端、带通第一分支电感[L8]的一端和带通级间电容[C7]的一端连接，带通级间电容[C7]的另一端分别与带通第二分支电容[C10]的一端、带通第二分支电感[L9]的一端和带通输出电感[L7]的一端连接，带通输出电感[L7]的另一端与带通输出电容[C8]的一端连接，带通输出电容[C8]的另一端与带通输出端口[P3]连接，带通第一分支电容[C9]的另一端接地，带通第一分支电感[L8]的另一端接地，带通第二分支电容[C10]的另一端接地，带通第二分支电感[L9]的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器，其特征在于：带阻输入电感[L1]、带阻级间电感[L2]、带阻输出电感[L3]、带阻第一分支电感[L4]、带阻第二分支电感[L5]、带阻输入电容[C1]、带阻级间电容[C2]、带阻输出电容[C3]、带阻第一分支接地电容[C4]、带阻第二分支接地电容[C5]、带通输入电感[L6]、带通输出电感[L7]、带通第一分支电感[L8]、带通第二分支电感[L9]、带通输入电容[C6]、带通级间电容[C7]、带通输出电容[C8]、带通第一分支电容[C9]、带通第二分支电容[C10]、第一屏蔽接地层[SD1]、第二屏蔽接地层[SD2]以及通孔均采用低温共烧陶瓷工艺实现。

3.根据权利要求1或2所述的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器，其特征在于：带阻输入电感[L1]、带阻级间电感[L2]、带阻输出电感[L3]、带阻第一分支电感[L4]、带阻第二分支电感[L5]均采用叠层圆形环状耦合金属线条实现，各金属线条通过层间圆形通孔相连；带通输入电感[L6]、带通输出电感[L7]、带通第一分支电感[L8]、带通第二分支电感[L9]均采用叠层方形环状耦合金属线条实现，各金属线条通过层间圆形通孔相连。

4.根据权利要求1或2所述的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器，其特征在于：带阻输入电容[C1]、带阻级间电容[C2]、带阻输出电容[C3]、带阻第一分支接地电容[C4]、带阻第二分支接地电容[C5]、带通输入电容[C6]、带通级间电容[C7]、带通输出电容[C8]、带通第一分支电容[C9]、带通第二分支电容[C10]均采用介质平板电容实现，介质平板电容由金属平板和绝缘介质材料构成，金属平板之间为绝缘介质材料，绝缘介质材料采用高性能陶瓷材料；第一屏蔽接地层[SD1]、第二屏蔽接地层[SD2]均采用印刷金属平板实现；所述通孔采用介质穿孔后填充金属实现。

5.根据权利要求1或2所述的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器，其特征在于：所述双工器为上、下布局，上部分为带阻滤波分支，下部分为带通滤波分支，两部分通过第一屏蔽接地层[SD1]隔离。

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