CN102509824A

CN102509824A - 混合式集总分布微型带通滤波器

Info

Publication number: CN102509824A
Application number: CN2011103317344A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 韩群飞; 戚湧; 冯媛; 左同生; 孙宏途; 汉敏; 尹洪浩; 李平; 谢秋月
Original assignee: Wuxi Nanligong Technology Development Co Ltd
Current assignee: Wuxi Nanligong Technology Development Co Ltd
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明涉及一种混合式集总分布微型带通滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入/输出端口、四个并联谐振单元、两个级间耦合电感、一个级间耦合电容、一个Z字形交叉耦合电容、输入和输出电感，上述结构均采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明具有通带选择性好、带外抑制好、插损小、重量轻、体积小、可靠性高、电性能好、相位频率特性线性度好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点，特别适用于雷达、通信、箭载、机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持和便携终端产品中，以及对体积、重量、电性能及可靠性等有苛刻要求的相应频段系统中。

Description

混合式集总分布微型带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种混合式集总分布微型带通滤波器。

背景技术

在微波通信系统、雷达等系统中，尤其是移动手持式无线通信终端和单兵卫星移动通信终端及军用与民用多模和多路通信系统终端、机载、弹载、宇航通信系统中，混合式集总分布微型带通滤波器是该波段接收和发射支路中的关键电子部件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。描述这种部件性能的主要技术指标有：通带工作频率范围、阻带频率范围、通带输入/输出电压驻波比、通带插入损耗、阻带衰减、形状因子、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。滤波器是一种对频率具有选择性的二端口网络，在许多微波系统中被广泛应用，利用它可以分离和组合不同频率的信号。移动通讯的迅速发展，对微波器件的电性能以及小型化、易集成、稳定性等提出了越来越高的要求。为了在器件小型化的同时降低其损耗，获得更高的品质因数，就需要寻求新的材料和技术。常规的设计和制造方法在微波频率低端（300MHz～1GHz），由于波长较长（波长0.3米到1米），滤波器的体积与工作波长成正比，因此体积较大（一般约为45mm×32mm×8 mm）；如金属谐振腔构成的滤波器、微带线滤波器、块状介质滤波器等，体积太大，不能适应小型化的要求；而采用声表面波滤波器技术，虽然体积可以减小，但其电性能却有温度漂移缺点，而且成本高、插入损耗较大，在温度稳定性要求高和插入损耗要求低的应用场合均受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种损耗低、体积小、重量轻、可靠性高、温度性能稳定性好、电性能优异、成品率高、批量电性能一致性好、成本低的混合式集总分布微型带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种混合式集总分布微型带通滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口、输入电感、第一级并联谐振单元、第一级间耦合电感、第二级并联谐振单元、级间耦合电容、第三级并联谐振单元、第二级间耦合电感、第四级并联谐振单元、第一电感和第四电感之间的交叉耦合电容、输出电感、表面安装的50欧姆阻抗输出端口和接地端；第一级并联谐振单元由第一电感和第一电容并联而成，第二级并联谐振单元由第二电感和第二电容并联而成，第三级并联谐振单元由第三电感和第三电容并联而成，第四级并联谐振单元由第四电感和第四电容并联而成；输入端口与输入电感连接，输出端口与输出电感连接，该输出电感与输入电感之间并联第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元和第四级并联谐振单元，在第一级并联谐振单元与第二级并联谐振单元之间串联第一级间耦合电感，第二级并联谐振单元与第三级并联谐振单元之间串联级间耦合电容，第三级并联谐振单元与第四级并联谐振单元之间串联第二级间耦合电感，交叉耦合电容的一端与输入电感、第一级间耦合电感、第一并联谐振单元的公共端相连接，交叉耦合电容的另一端与输出电感、第二级间耦合电感、第四并联谐振单元的公共端相连接，所述的第一级并联谐振单元的另一端、第二级并联谐振单元的另一端、第三级并联谐振单元的另一端和第四级并联谐振单元的另一端分别接地。

本发明与现有技术相比，由于采用了三维立体集成结构和多层低温共烧陶瓷工艺技术实现其结构，则利用空间耦合和分布效应实现电路中的元件，则使其结构非常紧凑，则其显著优点有：（1）损耗低、体积小、重量轻、可靠性高；（2）电性能优异，如：通带插损低、反射损耗小；（3）电性能温度稳定性高；（4）电路实现结构简单；（5）电性能一致性好，可实现大批量生产；（6）成本低；（7）使用安装方便，可以用全自动贴片机安装和焊接；（8）特别适用于火箭、机载、单兵移动通信终端等无线通信手持终端中以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应系统中。

附图说明

图1是本发明混合式集总分布微型带通滤波器的电原理图。

图2是本发明混合式集总分布微型带通滤波器的外形及内部结构示意图。

图3是本发明混合式集总分布微型带通滤波器实施例的电性能测试结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

结合图1，本发明一种混合式集总分布微型带通滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口Port1、输入电感Lin、第一级并联谐振单元L1C1、第一级间耦合电感L12、第二级并联谐振单元L2C2、级间耦合电容C23、第三级并联谐振单元L3C3、第二级间耦合电感L34、第四级并联谐振单元L4C4、第一电感L1和第四电感L4之间的交叉耦合电容C14、输出电感Lout、表面安装的50欧姆阻抗输出端口Port2和接地端；第一级并联谐振单元L1C1由第一电感L1和第一电容C1并联而成，第二级并联谐振单元L2C2由第二电感L2和第二电容C2并联而成，第三级并联谐振单元L3C3由第三电感L3和第三电容C3并联而成，第四级并联谐振单元L4C4由第四电感L4和第四电容C4并联而成；输入端口Port1与输入电感Lin连接，输出端口Port2与输出电感Lout连接，该输出电感Lout与输入电感Lin之间并联第一级并联谐振单元L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3和第四级并联谐振单元L4C4，在第一级并联谐振单元L1C1与第二级并联谐振单元L2C2之间串联第一级间耦合电感L12，第二级并联谐振单元L2C2与第三级并联谐振单元L3C3之间串联级间耦合电容C23，第三级并联谐振单元L3C3与第四级并联谐振单元L4C4之间串联第二级间耦合电感L34，交叉耦合电容C14的一端与输入电感Lin、第一级间耦合电感L12、第一并联谐振单元L1C1的公共端相连接，交叉耦合电容C14的另一端与输出电感Lout、第二级间耦合电感L34、第四并联谐振单元L4C4的公共端相连接，所述的第一级并联谐振单元L1C1的另一端、第二级并联谐振单元L2C2的另一端、第三级并联谐振单元L3C3的另一端和第四级并联谐振单元L4C4的另一端分别接地。

结合图2，本发明混合式集总分布微型带通滤波器中，表面安装的50欧姆阻抗输入端口Port1、输入电感Lin、第一级并联谐振单元L1C1、第一级间耦合电感L12、第二级并联谐振单元L2C2、级间耦合电容C23、第三级并联谐振单元L3C3、第二级间耦合电感L34、第四级并联谐振单元L4C4、第一电感L1和第四电感L4之间的交叉耦合电容C14、输出电感Lout、表面安装的50欧姆阻抗输出端口Port2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感Lin、输出电感Lout均采用分布参数的带状线结构实现；第一级并联谐振单元L1C1的电感L1、第二级并联谐振单元L2C2的电感L2、第三级并联谐振单元L3C3的电感L3、第四级并联谐振单元L4C4的电感L4均采用多层耦合带状线以矩形方式绕制而成，层间通过圆形通孔相连；第一级并联谐振单元L1C1的电容C1、第二级并联谐振单元L2C2的电容C2、第三级并联谐振单元L3C3的电容C3、第四级并联谐振单元L4C4的电容C4均采用介质平板电容实现；第一级间耦合电感L12采用第一级并联谐振单元L1C1与第二级并联谐振单元L2C2之间的空间耦合和分布参数电感实现；级间耦合电容C23采用第二级并联谐振单元L2C2与第三级并联谐振单元L3C3之间的介质平板电容实现；第二级间耦合电感L34采用第三级并联谐振单元L3C3与第四级并联谐振单元L4C4之间的空间耦合和分布参数电感实现；交叉耦合电容C14采用第一级并联谐振单元L1C1与第四级并联谐振单元L4C4之间的空间耦合和介质平板“Z”字形电容实现。

本发明混合式集总分布微型带通滤波器中，第一级并联谐振单元L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3、第四级并联谐振单元L4C4均采用集总参数两层耦合带状线结构实现，其中第一级并联谐振单元L1C1的电感L1的一端、第二级并联谐振单元L2C2的电感L2的一端、第三级并联谐振单元L3C3的电感L3的一端、第四级并联谐振单元L4C4的电感L4的一端分别接地，另一端分别通过各自的带状线与对应的第一级并联谐振单元L1C1的电容C1的一端、第二级并联谐振单元L2C2的电容C2的一端、第三级并联谐振单元L3C3的电容C3的一端、第四级并联谐振单元L4C4的电容C4的一端相连，第一级并联谐振单元L1C1的电容C1的另一端、第二级并联谐振单元L2C2的电容C2的另一端、第三级并联谐振单元L3C3的电容C3的另一端、第四级并联谐振单元L4C4的电容C4的另一端分别接地。

本发明混合式集总分布微型带通滤波器，其工作原理简述如下：输入的宽频带微波信号，经输入端口Port1通过输入电感Lin到达第一级并联谐振单元L1C1、第一级间耦合电感L12、交叉耦合电容C14的公共端，在第一级并联谐振单元L1C1谐振频率附近的微波信号进入第一级间耦合电感L12，其余非第一级并联谐振单元L1C1谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元L1C1中的第一电感L1和第一电容C1接地，实现第一级滤波；滤波后的微波信号经过第一级间耦合电感L12到达第二级并联谐振单元L2C2，在第二级并联谐振单元L2C2谐振频率附近的微波信号进入级间耦合电容C23中，其余非第二级并联谐振单元L2C2谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L2C2中的第二电感L2和第二电容C2接地，实现第二级滤波；经过第一级滤波、第一级间耦合电感L12、第二级滤波、级间耦合电容C23的微波信号，在第三级并联谐振单元L3C3谐振频率附近的微波信号进入第二级间耦合电感L34中，其余非第三级并联谐振单元L3C3谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3C3中的第三电感L3和第三电容C3接地，实现第三级滤波；由于第一电感L1和第四电感L4的互感作用产生了并联于级间的交叉耦合电容C14，第一级间耦合电感L12、级间耦合电容C23和第二级间耦合电感L34相互串联，与第一电感L1和第四电感L4之间空间耦合电容C14并联构成等效并联谐振回路，该并联谐振频率附近的微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非该并联谐振频率附近的微波频率信号到达第四级并联谐振单元L4C4，这就是交叉耦合形成的零点，在第四级并联谐振单元L4C4谐振频率附近的微波信号通过输出电感Lout接表面安装的50欧姆阻抗输出端口Port2的一端，其余非第四级并联谐振单元L4C4谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L4C4中的第四电感L4和第四电容C4接地，实现第四级滤波；经过第一级滤波、第二级滤波、第三级滤波、第四级滤波、第一级间耦合电感L12、级间耦合电容C23、第二级间耦合电感L34、交叉耦合电容C14的宽频带微波信号，通过表面安装的50欧姆阻抗输出端口Port2的另一端输出，从而实现低损耗混合式集总分布微型带通滤波器功能。

结合图2，本发明混合式集总分布微型带通滤波器由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，是低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，从而使体积大幅减小，本发明混合式集总分布微型带通滤波器的尺寸为4.5mm×3.2mm×1.5mm,重量小于0.05克。结合图3，在其主要性能测试结果中，在1.2GHz处的插损非常小，图中两个零点非常明显。

Claims

1.一种混合式集总分布微型带通滤波器，其特征在于：包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口（Port1）、输入电感（Lin）、第一级并联谐振单元（L1、C1）、第一级间耦合电感（L12）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、级间耦合电容（C23）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第二级间耦合电感（L34）、第四级并联谐振单元（L4、C4）、第一电感（L1）和第四电感（L4）之间的交叉耦合电容（C14）、输出电感（Lout）、表面安装的50欧姆阻抗输出端口（Port2）和接地端；第一级并联谐振单元（L1、C1）由第一电感（L1）和第一电容（C1）并联而成，第二级并联谐振单元（L2、C2）由第二电感（L2）和第二电容（C2）并联而成，第三级并联谐振单元（L3、C3）由第三电感（L3）和第三电容（C3）并联而成，第四级并联谐振单元（L4、C4）由第四电感（L4）和第四电容（C4）并联而成；输入端口（Port1）与输入电感（Lin）连接，输出端口（Port2）与输出电感（Lout）连接，该输出电感（Lout）与输入电感（Lin）之间并联第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、第三级并联谐振单元（L3、C3）和第四级并联谐振单元（L4、C4），在第一级并联谐振单元（L1、C1）与第二级并联谐振单元（L2、C2）之间串联第一级间耦合电感（L12），第二级并联谐振单元（L2、C2）与第三级并联谐振单元（L3、C3）之间串联级间耦合电容（C23），第三级并联谐振单元（L3、C3）与第四级并联谐振单元（L4、C4）之间串联第二级间耦合电感（L34），交叉耦合电容（C14）的一端与输入电感（Lin）、第一级间耦合电感（L12）、第一并联谐振单元（L1、C1）的公共端相连接，交叉耦合电容（C14）的另一端与输出电感（Lout）、第二级间耦合电感（L34）、第四并联谐振单元（L4、C4）的公共端相连接，所述的第一级并联谐振单元（L1、C1）的另一端、第二级并联谐振单元（L2、C2）的另一端、第三级并联谐振单元（L3、C3）的另一端和第四级并联谐振单元（L4、C4）的另一端分别接地。

2.根据权利要求1所述的混合式集总分布微型带通滤波器，其特征在于：表面安装的50欧姆阻抗输入端口（Port1）、输入电感（Lin）、第一级并联谐振单元（L1、C1）、第一级间耦合电感（L12）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、级间耦合电容（C23）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第二级间耦合电感（L34）、第四级并联谐振单元（L4、C4）、第一电感（L1）和第四电感（L4）之间的交叉耦合电容（C14）、输出电感（Lout）、表面安装的50欧姆阻抗输出端口（Port2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感（Lin）、输出电感（Lout）均采用分布参数的带状线结构实现；第一级并联谐振单元（L1、C1）的电感（L1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）的电感（L2）、第三级并联谐振单元(L3、C3)的电感（L3）、第四级并联谐振单元（L4、C4）的电感（L4）均采用多层耦合带状线以矩形方式绕制而成，层间通过圆形通孔相连；第一级并联谐振单元（L1、C1）的电容（C1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）的电容（C2）、第三级并联谐振单元（L3、C3）的电容（C3）、第四级并联谐振单元（L4、C4）的电容（C4）均采用介质平板电容实现；第一级间耦合电感（L12）采用第一级并联谐振单元（L1、C1）与第二级并联谐振单元（L2、C2）之间的空间耦合和分布参数电感实现；级间耦合电容（C23）采用第二级并联谐振单元（L2、C2）与第三级并联谐振单元（L3、C3）之间的介质平板电容实现；第二级间耦合电感（L34）采用第三级并联谐振单元（L3、C3）与第四级并联谐振单元（L4、C4）之间的空间耦合和分布参数电感实现；交叉耦合电容（C14）采用第一级并联谐振单元（L1、C1）与第四级并联谐振单元（L4、C4）之间的空间耦合和介质平板“Z”字形电容实现。

3.根据权利要求1所述的混合式集总分布微型带通滤波器，其特征在于：第一级并联谐振单元（L1、C1）、第二级并联谐振单元（L2、C2）、第三级并联谐振单元（L3、C3）、第四级并联谐振单元（L4、C4）均采用集总参数两层耦合带状线结构实现，其中第一级并联谐振单元（L1、C1）的电感（L1）的一端、第二级并联谐振单元（L2、C2）的电感（L2）的一端、第三级并联谐振单元（L3、C3）的电感（L3）的一端、第四级并联谐振单元（L4、C4）的电感（L4）的一端分别接地，另一端分别通过各自的带状线与对应的第一级并联谐振单元（L1、C1）的电容（C1）的一端、第二级并联谐振单元（L2、C2）的电容（C2）的一端、第三级并联谐振单元（L3、C3）的电容（C3）的一端、第四级并联谐振单元（L4、C4）的电容（C4）的一端相连，第一级并联谐振单元（L1、C1）的电容（C1）的另一端、第二级并联谐振单元（L2、C2）的电容（C2）的另一端、第三级并联谐振单元（L3、C3）的电容（C3）的另一端、第四级并联谐振单元（L4、C4）的电容（C4）的另一端分别接地。