CN102427151B - 一种应用于移动设备射频前端模块的微带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及滤波器相关技术领域，特别是一种应用于移动设备射频前端模块的微带滤波器，包括第一并行耦合微带线、第二并行耦合微带线和开路微带线，第一并行耦合微带线和第二并行耦合微带线相互连接后与开路微带线连接。本发明提出一种采用并行耦合微带线与开路微带线相接的结构来构成宽带滤波器，此种滤波器具有电路结构简单、面积小及能实现宽频带等性能，特别是针对于本来就需采用基板的射频前端模块来说，通过在基板上实现微带滤波器来代替所需要的集总元件滤波器，这不仅在减少面积的前提下降低了成本，还避免了集总元件参数的变化对滤波性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器相关技术领域，特别是一种应用于移动设备射频前端模块的微带滤波器。
背景技术
滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件。它的主要作用是使一定频率的信号通过而阻断另一些频率的信号。在射频电路系统中，滤波器的性能的好坏直接制约着整个射频系统的性能，一个高性能滤波器要求在通带内衰减很小而在截止区内衰减尽可能大，并且通带到截止区的跳变要尽可能的陡峭；要达到边带跳变陡峭的特性，往往通过增加滤波器的节数来实现，但滤波器节数的增加将显著增加损耗，从而使通带内的衰减增大，而恶化滤波器的性能；
在移动通信网络中，通信标准对移动设备各次谐波均有严格要求，如谐波分量需控制在-30dBm以下；从而在移动设备射频前端模块中往往集成有多个射频滤波器用于抑制各次谐波。如图1所示的简单射频发射前端模块中，经射频功率放大器PA放大后的射频信号需经过匹配/滤波网络、射频开关及随后的滤波器滤除谐波后才通过天线发射出去。通常的滤波器设计采用集总电容和电感元件构成，随着系统对滤波器性能指标的提高，滤波器的节数也需相应增加，这不仅增加了滤波的通带衰减，同时集总元件电容与电感数量的增加也与移动设备所要求的小尺寸、低成本背道而驰。考虑到微带滤波器具有体积小、成本低、频带宽等诸多优点，在移动设备射频前端模块中也可利用微带滤波器替代部分集总元件滤波器，起到减小射频前端模块尺寸及降低成本的目的；通常的微带滤波器采用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能，如图2所示；或是采用平行耦合微带线结构来设计滤波器，如图3所示；这两种滤波器的带宽均较窄，要增加其带宽及通带到阻带的陡峭程度需增加其节数，这样会使得滤波器的面积大幅度增加，从而不利于射频前端模块对小尺寸的要求。
发明内容
本发明提供一种应用于移动设备射频前端模块的微带滤波器，以解决现有技术存在的既要增加滤波器的带宽又要减少滤波器的面积之间的矛盾。
本发明采用的技术方案如下：
一种应用于移动设备射频前端模块的微带滤波器，所述微带滤波器包括第一并行耦合微带线、第二并行耦合微带线和开路微带线，第一并行耦合微带线和第二并行耦合微带线相互连接后与开路微带线连接。
作为一种优选方案，第一并行耦合微带线、第二并行耦合微带线和开路微带线连接在同一个点上。
作为一种优选方案，所述微带滤波器由多层基板的印刷电路板制作而成，从上到下依次为第一基板、第二基板、第三基板和第四基板，第一基板上设置有第一并行耦合微带线，第二基板上设置有第二并行耦合微带线，第一基板和第二基板钻有第一通孔，第一并行耦合微带线通过第一通孔与第二并行耦合微带线连接，第三基板上设置有开路微带线，第二基板和第三基板钻有第二通孔，第二并行耦合微带线通过第二通孔与开路微带线连接，第四基板接地。
进一步的，所述第一通孔与第二通孔重合。
进一步的，所述第一并行耦合微带线与第二并行耦合微带线重叠且绕制成螺旋状，开路微带线在第一并行耦合微带线与第二并行耦合微带线上方绕制成螺旋状。
进一步的，所述第一并行耦合微带线、第二并行耦合微带线和开路微带线的宽度小于或等于200um。
本发明提出一种采用并行耦合微带线与开路微带线相接的结构来构成宽带滤波器，此种滤波器具有电路结构简单、面积小及能实现宽频带等性能，特别是针对于本来就需采用基板的射频前端模块来说，通过在基板上实现微带滤波器来代替所需要的集总元件滤波器，这不仅在减少面积的前提下降低了成本，还避免了集总元件参数的变化对滤波性能的影响。
与以往技术相比，本发明专利有以下优点：
1、本发明专利设计的微带滤波器电路结构简单，便于集成。并且能充分利用基板面积绕制不同的形状来实现滤波器功能。
2、本发明专利设计的微带滤波器利用并行耦合微带线与开路微带线所存在的三个谐振点在不增加节数的前提下实现宽带滤波功能。
3、本发明专利设计的微带滤波器特别适合应用于移动设备射频前端模块中。
附图说明
图1为移动设备射频前端模块简易系统框图。
图2为采用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件电容、电感的滤波器结构图。
图3为采用并行耦合微带线结构设计的滤波器结构图。
图4为本发明专利提出的采用并行耦合微带线与开路微带线相接的滤波器原理图。
图5为本发明专利提出的采用并行耦合微带线与开路微带线相接的滤波器版图。
图6为图4和图5所示滤波器的仿真S21参数示意图。
图7为本发明专利提出的在多层基板上实现的滤波器结构图。
图8为图7所示滤波器的仿真S21参数示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
本实施例为一种采用耦合微带线与开路微带线相接的结构来构成宽带滤波器的新型方案，如图4所示，左边为其电路结构示意图，它由并行耦合微带线与开路微带线组成，通过利用并行耦合微带线与开路微带线产生的三个谐振点，并针对微带线的线宽、线长及线间距进行优化，能够做到在很宽的频带内起到滤波功能。对于移动设备来说，特别针对于手机来说，其应用频段主要集中在800MHz~2.3GHz，因而对于工作频段外的各次谐波信号（主要是2f0~5f0谐波信号，6阶以上谐波分量很弱）均应滤除，本设计中通过优化微带线的线宽、线长及线间距，从图6的仿真结果来看，对于3.2GHz~8GHz的射频谐波信号均能起来约20dB的抑制，再结合手机射频功率放大器输出端的匹配滤波网络及射频开关等其他滤波网络对谐波的抑制能力，从而能有效的将各次谐波分量均抑制在通信标准所要求的-30dBm以下。图5为所示电路结构原理图的版图。图4所示原理图及图5所示版图主要是用于说明本发明专利的构成原理，在实际应用中，并行耦合微带线与开路微带线均可以绕成不同形状来节省面积。
针对移动设备射频前端模块来说，射频功率放大器通常固定于基板上，并与匹配滤波网络及射频开关等元件组成一个模块，而本发明所提出的微带滤波器特别适合于采用基板来实现。对于一个多层基板来说，为了提高并行耦合微带线的耦合能力，可以采用相邻金属层相互重叠来实现，并且为了充分利用基板面积，并行耦合微带线可以重叠绕制成多圈电感形式，而开路微带线可以利用另外一层金属在并行耦合微带线面积上方绕制，从而达到充分利用基板面积的效果。图7是实际应用中的一个微带滤波器版图示意图，它采用四层基板实现，其中并行耦合微带线采用第一层金属M1与第二层金属M2重叠绕制成螺旋状，且第一层金属M1与第二层金属M2通过过孔Via12连在一块；开路微带线则采用第三层金属M3在并行耦合微带线的上方绕制成螺旋状，且第三层金属M3通过孔Via23与第二层金属M2连在一块；图7示意图中，过孔Via12与Via23重合在一块，基板的第四层金属接地；通过优化M1/M2/M3的线宽、线间距及线长可以实现图4所示滤波器的宽带滤波性能；图7所示微带滤波器所占基板面积为0.63mmX2.7mm，仅相当于4个封装尺寸为0201的集总元件在基板上所占的面积；针对图7采用ADS momentum进行仿真，仿真结果如图8所示，在通带内衰减为-0.54dB2.3GHz，截止带内抑制大于18dB。如在面积许可的前提下可以继续对滤波器进行优化；事实上，并行耦合微带线及开路微带线的绕制方法及形状可以根据基板面积做相应的变化，而不用拘泥于图7示意图所示的绕制方法及形状。
需要说明的是，以上仅为本发明专利优选的实施例，在未脱离本发明专利构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本发明专利的保护范围。
Claims (4)
1.一种应用于移动设备射频前端模块的微带滤波器，其特征在于，所述微带滤波器包括第一并行耦合微带线、第二并行耦合微带线和开路微带线，第一并行耦合微带线和第二并行耦合微带线相互连接后与开路微带线连接;
第一并行耦合微带线、第二并行耦合微带线和开路微带线连接在同一个点上;
所述微带滤波器由多层基板的印刷电路板制作而成，从上至下依次为第一基板、第二基板、第三基板和第四基板，第一基板上设置有第一并行耦合微带线，第二基板上设置有第二并行耦合微带线，第一基板和第二基板钻有第一通孔，第一并行耦合微带线通过第一通孔与第二并行耦合微带线连接，第三基板上设置有开路微带线，第二基板和第三基板钻有第二通孔，第二并行耦合微带线通过第二通孔与开路微带线连接，第四基板接地。
2.根据权利要求1所述的微带滤波器，其特征在于，所述第一通孔与第二通孔重合。
3.根据权利要求1所述的微带滤波器，其特征在于，所述第一并行耦合微带线与第二并行耦合微带线重叠且绕制成螺旋状，开路微带线在第一并行耦合微带线与第二并行耦合微带线下方绕制成螺旋状。
4.根据权利要求1所述的微带滤波器，其特征在于，所述第一并行耦合微带线、第二并行耦合微带线和开路微带线的宽度小于或等于200um。
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