CN103066347A - 一种新型的ltcc叠层片式双工器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型的LTCC叠层片式双工器，其采用低通滤波器和带通滤波器电路设计，通过层叠式导电金属层设计，配合导电柱将各个金属层相电连接。本发明具有良好的带内特性，带内低插入损耗，带外抑制高；适应新的电子元件的发展，制作出性能优异的带通滤波器产品，填补国内元器件此类空白。本发明在材料、设计、工艺、测量等方面具有创新性。产品设计先进，采用自行研制的工艺路线，产品的性能具有国际先进水平；本发明利用LTCC技术实现的叠层介质双工器，结构紧凑，具有高品质因数、高稳定性，适合于大规模的生产，成本低。

Description

一种新型的LTCC叠层片式双工器

技术领域

    本发明公开一种叠层片式电子元件，特别是一种新型的LTCC叠层片式双工器。

背景技术

    随着通信系统的快速发展，射频器件越来越向小型化、高性能、低成本、集成多层电路的方向发展。低温陶瓷共烧技术（LTCC）为多层射频滤波器向小型化、低成本、高性能的发展提供了可能。低温陶瓷共烧技术是指在温度低于1000℃，可以采用高导电率的金、银、铜等金属作为导电介质，所有的电路被层叠在一起进行一次性烧结，节省了时间，降低了成本，而且电介质不易氧化，不需要电镀保护，大幅度的减小了电路的尺寸。

在很多的小型化和集成化的技术中，LTCC是一种很有效的技术。LTCC的各层基片的可以根据需要改变介质和其他各种电性能，能够增加设计的自由度。通过LTCC实现的结构具有高品质因数、高稳定性、高集成的优点，还能够在一个模块中集成有源电路和无源电路，实现各自器件的功能。集总或半集总元件滤波器都能利用LTCC技术在一个非常小的空间中实现。

双工器是在射频电路中分离天线接收下来的两个频段信号的。不仅要求各自频段内的信号能够低损耗通过，而且在相互频段的干扰需要高抑制，以防止两个信号间的相互干扰。

传统的LTCC叠层双工器结构多是基于LC低通滤波器和高通滤波器电路设计来实现的，对应频率相对低的信号通道通过低通滤波器抑制频率相对较高的信号，而对于频率相对较高的信号通道通过高通滤波器抑制频率相对低的信号。

LTCC无源器件尺寸很小（1mm～5mm），而且所用介质材料的相对介电常数比较高（7～15），所以在设计工作频率低于3 GHz的LTCC无源滤波器时，主要考虑的是电感L和电容C的实现问题。电容是一般采用“金属-绝缘体-金属”的形式，也可以利用边缘电容耦合来实现电容，特别是交指形电容。大电感一般由线圈构成，可以是平面螺旋线圈，也可以是层叠型线圈，又或者是蛇形线（Meander-line）。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的LTCC叠层双工器采用LC低通滤波器和高通滤波器电路设计，工作频段有限的缺点，本发明提供一种新型的LTCC叠层片式双工器结构，实现带内低插入损耗，带外抑制高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种新型的LTCC叠层片式双工器，双工器包括基体，基体内设有电路层，所述的电路层为在陶瓷介质基板上印制有金属导体形成，所述的电路层包括：

第一层，在陶瓷介质基板上印制有金属导电体，作为双工器的引出端，包括接天线电极、低通滤波器输出电极、带通滤波器输出电极和接地电极；

第二层，在陶瓷介质基板左下角位置印制有第十平板电极，第十平板电极通过第九导电柱与一个接地电极电连接；

第三层，在陶瓷介质基板上印制有3块金属导电体，分别为第七平板电极、第九平板电极、第十一平板电极和第十二平板电极，第九平板电极和第十一平板电极电连接，第七平板电极、第九平板电极和第十二平板电极之间相互绝缘，接天线电极通过第八导电柱与第九平板电极电连接，第七平板电极通过第六导电柱与带通滤波器输出电极连接； 

第四层，在陶瓷介质基板上印制有3块金属导电体，分别为第六平板电极、第八平板电极和第十三平板电极；

第五层，在陶瓷介质基板上印制有第五平板电极；

第六层，在陶瓷介质基板上印制有第四平板电极，第四平板电极与第六接地电极通过导电柱电连接；

第七层，在陶瓷介质基板上印制3块金属导电体，分别为第二平板电极、第三平板电极和第十四平板电极；

第八层，在陶瓷介质基板上印制有第一平板电极；

第九层，在陶瓷介质基板上印制有两个金属线导电体，分别为第二金属导电线和第四金属导电线，第二金属导电线一端通过第十一导电柱与第十一平板电极电连接，第四金属导电线通过第一导电柱与第十平板电极电连接；

第十层，在陶瓷介质基板上印制有金属线导电体，本层的金属线导电体包括三条平行设置的金属导电线和一条呈“U”形的金属导电线，三条平行设置的金属导电线分别第五金属导电线、第六金属导电线和第七金属导电线，呈“U”形的金属导电线中间位置通过第十导电柱与第十三平板电极连接，呈“U”形的金属导电线一端通过导电柱与第二金属导电线的端头连接，呈“U”形的金属导电线另一端通过导电柱与第四金属导电线的端头连接，第五金属导电线一端通过第十二导电柱与第四平板电极电连接，另一端通过第七导电柱与第八平板电极电连接，第六金属导电线一端通过第十三导电柱与第一平板电极和第四平板电极同时电连接，另一端通过第四导电柱与第三平板电极连接，第七金属导电线一端通过第二导电柱与第四平板电极电连接，另一端通过第五导电柱与第六平板电极连接。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的基体外侧一端设有标识块。

所述的第一层中设有9块金属导电体，9块金属导电体呈3*3矩阵型分布，其依次为第一接地电极、接天线电极、第二接地电极、第三接地电极、低通滤波器输出电极、第四接地电极、带通滤波器输出电极、第五接地电极和第六接地电极。

所述的第九层中的第二金属导电线和第四金属导电线均呈“U”形。

所述的第十层中的呈“U”形的金属导电线包括第一金属导体线和第三金属导体线相互连接而成。

本发明的有益效果是：本发明中的LTCC叠层介质双工器是利用制作LTCC叠层滤波器的工艺方法，通过优异的设计和各种材料的选择，将低通滤波器和带通滤波器的工艺方法有机结合起来，在一个元件内进行多个电感、电容连接，并通过不断地改善结构、材料、工艺，实现了片式滤波器的制作。本发明具有良好的带内特性，带内低插入损耗，带外抑制高；适应新的电子元件的发展，制作出性能优异的带通滤波器产品，填补国内元器件此类空白。本发明在材料、设计、工艺、测量等方面具有创新性。产品设计先进，采用自行研制的工艺路线，产品的性能具有国际先进水平；本发明利用LTCC技术实现的叠层介质双工器，结构紧凑，具有高品质因数、高稳定性，适合于大规模的生产，成本低。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为传统的双工器工作原理图。

图2为本发明的工作原理图。

图3为本发明的等效电路图。

图4为本发明中接地并联谐振单元电路原理图。

图5为本发明中并联谐振单元电路原理图。

图6为本发明立体结构示意图。

图7为本发明内部结构示意图。

图8为本发明第一层结构示意图。

图9为本发明第二层结构示意图。

图10为本发明第三层结构示意图。

图11为本发明第四层结构示意图。

图12为本发明第五层结构示意图。

图13为本发明第六层结构示意图。

图14为本发明第七层结构示意图。

图15为本发明第八层结构示意图。

图16为本发明第九层结构示意图。

图17为本发明第十层结构示意图。

图中，1-第一接地电极，2-接天线电极，3-第二接地电极，4-第三接地电极，5-低通滤波器输出电极，6-第四接地电极，7-带通滤波器输出电极，8-第五接地电极，9-第六接地电极，10-第一金属导体线，11-第二金属导电线，12-第三金属导体线，13-第一导电柱，14-第四金属导电线，15-第五金属导电线，16-第二导电柱，17-第六金属导电线，18-第七金属导电线，19-第三导电柱，20-第四导电柱，21-第一平板电极，22-第二平板电极，23-第三平板电极，24-第四平板电极，25-第五导电柱，26-第五平板电极，27-第六平板电极，28-第七平板电极，29-第六导电柱，30-第七导电柱，31-第八平板电极，32-第九平板电极，33-第八导电柱，34-第九导电柱，35-第十平板电极，36-第十一平板电极，37-第十二平板电极，38-第十三平板电极，39-第十四平板电极，40-第十导电柱，41-第十一导电柱，42-第十二导电柱，43-第十三导电柱，44-基体，45-标识块。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图2，本发明中的新型LTCC叠层片式双工器是基于低通滤波和带通滤波器的电路设计来实现的，对应频率相对低的信号通道通过低通滤波器过滤频率相对较高的信号，而对于频率相对较高的信号通道通过高抑制的带通滤波器抑制频率相对低的信号和工作频带以外的信号。LTCC叠层介质双工器主要是由一个低通滤波器和带通滤波器组成的，其等效电路请参看附图3，本发明中的带通滤波器主要是三阶带有跨接耦合电容和耦合电感的带通滤波器，三个相同尺寸相互耦合带状线SL1、带状线SL2和带状线SL3与各自的接地电容C1、接地电容C2和接地电容C3形成每一阶的接地并联谐振单元，电路原理请参看附图4，决定带通滤波器的中心频率f1；带通滤波器与天线接口之间连接有电容CC1，带通滤波器与高频信号端连接有电容CC2，电容CC1和电容CC2不仅起端口匹配的作用，而且起到相移器的作用，隔离低频信号；带通滤波器的输入端口和输出端口之间串接有跨接电容GC1和跨接电容GC2，跨接电容GC1和跨接电容GC2之间与地之间连接有接地电容GC3，跨接电容GC1和跨接电容GC2以及接地电容GC3形成谐振器间的耦合电容网络形成带通滤波器的传输零点。低通滤波器主要是由串联连接的传输线TL1和传输线TL2以及与各自并联的电容C4和电容C5形成并联谐振单元，电路原理请参看附图5，决定低通滤波器的截止频率f2，接地电容GC4连接在天线和地之间，接地电容GC4是决定低通滤波器的带内插入损耗。

请参看附图6，本发明的基体44呈长方体状，基体44一端设有其标示方向用的标识块45，LTCC叠层介质双工器包括陶瓷介质基体和设置在陶瓷介质基体中的射频电路组成的，本发明在基体44内部设有十层层叠设置的片层，各个电路层通过导电柱连接，平行设置，层与层之间为陶瓷介质基板，自下至上分别为第一层至第十层，请结合参看附图7至附图17：

第一层，在陶瓷介质基板上印制有9块金属导电体，作为双工器的引出端，9块金属导电体呈3*3矩阵型分布，其依次为第一接地电极1、接天线电极2、第二接地电极3、第三接地电极4、低通滤波器输出电极5、第四接地电极6、带通滤波器输出电极7、第五接地电极8和第六接地电极9，接天线电极2作为连接天线输入端口，低通滤波器输出电极5作为低通滤波器的输出端口，带通滤波器输出电极7作为带通滤波器的输出端口；

第二层，在陶瓷介质基板左下角位置印制有第十平板电极35，作为双工器中的低通滤波器的接地面，是低通滤波器的参考地，第十平板电极35通过第九导电柱34与第二接地电极3电连接，即与外部参考地连接；

第三层，在陶瓷介质基板上印制有3块金属导电体，分别为第七平板电极28、第九平板电极32、第十一平板电极36和第十二平板电极37，第九平板电极32和第十一平板电极36电连接，第七平板电极28、第九平板电极32（以及第十一平板电极36）和第十二平板电极37之间相互绝缘，其与第十平板电极35作为双工器中的低通滤波器的接地电容GC4和GC3层，传输线平板电极32与第四层中的平板电极31形成带通滤波器的接入电容CC1，平板电极28与第四层中的平板电极27形成带通滤波器的接入电容CC2，接天线电极2通过第八导电柱33与第九平板电极32电连接，第七平板电极28通过第六导电柱29与带通滤波器输出电极7连接，作为引出端电极； 

第四层，在陶瓷介质基板上印制有3块金属导电体，分别为第六平板电极27、第八平板电极31和第十三平板电极38，作为双工器中的低通滤波器的并联谐振电容C4和谐振电容C5层（第十三平板电极38与第三层中的第十一平板电极36和第十二平板电极37之间分别形成并联谐振电容C4和谐振电容C5），以及和双工器中的带通滤波器的接入电容GC1层和GC2层（第八平板电极31和第第六平板电极27与第五层的第五平板电极26分别形成带通滤波器的跨界电容GC1和GC2）；

第五层，在陶瓷介质基板上印制有金属导电体，其为第五平板电极26，第五平板电极26与第六层的第四平板电极24作为双工器中的带通滤波器的接地电容GC3层；

第六层，在陶瓷介质基板上印制有金属导电体，其为第四平板电极24，第四平板电极24与第六接地电极9通过导电柱电连接，作为双工器中的带通滤波器的接地层；

第七层，在陶瓷介质基板上印制3块金属导电体，分别为第二平板电极22、第三平板电极23和第十四平板电极39，作为双工器中的带通滤波器的接地并联谐振电容C1和电容C2以及电容C3层（第二平板电极22和第十四平板电极39与第六层的第四平板电极24形成接地电容C1和接地电容C3，第三平板电极23与第六层的第四平板电极24形成接地电容C2，并与第八层中的第一平板电极21形成并联的接地电容C2）；

第八层，在陶瓷介质基板上印制有金属导电体，其为第一平板电极21，作为双工器中的带通滤波器的接地并联谐振电容C2层；

第九层，在陶瓷介质基板上印制有两个金属线导电体，请参看附图16，两个金属线导电体均呈“U”形，分别为第二金属导电线11和第四金属导电线14，第二金属导电线11一端通过第十一导电柱41与第十一平板电极36电连接，第四金属导电线14通过第一导电柱13与第十平板电极35电连接，作为双工器中的低通滤波器的并联谐振传输线TL1和TL2层；

第十层，在陶瓷介质基板上印制有金属线导电体，本实施例中，本层的金属线导电体包括三条平行设置的金属导电线和一条呈“U”形的金属导电线，呈“U”形的金属导电线包括第一金属导体线10和第三金属导体线12相互连接而成，三条平行设置的金属导电线分别第五金属导电线15、第六金属导电线17和第七金属导电线18，第一金属导体线10和第三金属导体线12的连接处通过第十导电柱40与第十三平板电极38连接，第一金属导体线10的另一端头通过导电柱与第二金属导电线11的端头连接，第三金属导体线12的另一端头通过导电柱与第四金属导电线的端头连接，第五金属导电线15一端通过第十二导电柱42与第四平板电极24电连接，另一端通过第七导电柱30与第八平板电极31电连接，第六金属导电线17一端通过第十三导电柱43与第一平板电极21和第四平板电极24同时电连接，另一端通过第四导电柱20与第三平板电极23连接，第七金属导电线18一端通过第二导电柱16与第四平板电极24电连接，另一端通过第五导电柱25与第六平板电极27连接，此部分作为双工器中的低通滤波器的并联谐振传输线TL2以及双工器中的带通滤波器的接地并联谐振传输线SL1，传输线SL2和传输线SL3层。

本发明中的LTCC叠层介质双工器是利用制作LTCC叠层滤波器的工艺方法，通过优异的设计和各种材料的选择，将低通滤波器和带通滤波器的工艺方法有机结合起来，在一个元件内进行多个电感、电容连接，并通过不断地改善结构、材料、工艺，实现了片式滤波器的制作。本发明具有良好的带内特性，带内低插入损耗，带外抑制高；适应新的电子元件的发展，制作出性能优异的带通滤波器产品，填补国内元器件此类空白。本发明在材料、设计、工艺、测量等方面具有创新性。产品设计先进，采用自行研制的工艺路线，产品的性能具有国际先进水平；本发明利用LTCC技术实现的叠层介质双工器，结构紧凑，具有高品质因数、高稳定性，适合于大规模的生产，成本低。

Claims (5)

1.一种新型的LTCC叠层片式双工器，其特征是：所述的双工器包括基体，基体内设有电路层，所述的电路层为在陶瓷介质基板上印制有金属导体形成，所述的电路层包括：

第一层，在陶瓷介质基板上印制有金属导电体，作为双工器的引出端，包括接天线电极、低通滤波器输出电极、带通滤波器输出电极和接地电极；

第二层，在陶瓷介质基板左下角位置印制有第十平板电极，第十平板电极通过第九导电柱与一个接地电极电连接；

第三层，在陶瓷介质基板上印制有3块金属导电体，分别为第七平板电极、第九平板电极、第十一平板电极和第十二平板电极，第九平板电极和第十一平板电极电连接，第七平板电极、第九平板电极和第十二平板电极之间相互绝缘，接天线电极通过第八导电柱与第九平板电极电连接，第七平板电极通过第六导电柱与带通滤波器输出电极连接； 

第四层，在陶瓷介质基板上印制有3块金属导电体，分别为第六平板电极、第八平板电极和第十三平板电极；

第五层，在陶瓷介质基板上印制有第五平板电极；

第六层，在陶瓷介质基板上印制有第四平板电极，第四平板电极与第六接地电极通过导电柱电连接；

第七层，在陶瓷介质基板上印制3块金属导电体，分别为第二平板电极、第三平板电极和第十四平板电极；

第八层，在陶瓷介质基板上印制有第一平板电极；

第九层，在陶瓷介质基板上印制有两个金属线导电体，分别为第二金属导电线和第四金属导电线，第二金属导电线一端通过第十一导电柱与第十一平板电极电连接，第四金属导电线通过第一导电柱与第十平板电极电连接；

第十层，在陶瓷介质基板上印制有金属线导电体，本层的金属线导电体包括三条平行设置的金属导电线和一条呈“U”形的金属导电线，三条平行设置的金属导电线分别第五金属导电线、第六金属导电线和第七金属导电线，呈“U”形的金属导电线中间位置通过第十导电柱与第十三平板电极连接，呈“U”形的金属导电线一端通过导电柱与第二金属导电线的端头连接，呈“U”形的金属导电线另一端通过导电柱与第四金属导电线的端头连接，第五金属导电线一端通过第十二导电柱与第四平板电极电连接，另一端通过第七导电柱与第八平板电极电连接，第六金属导电线一端通过第十三导电柱与第一平板电极和第四平板电极同时电连接，另一端通过第四导电柱与第三平板电极连接，第七金属导电线一端通过第二导电柱与第四平板电极电连接，另一端通过第五导电柱与第六平板电极连接。

2.根据权利要求1所述的新型的LTCC叠层片式双工器，其特征是：所述的基体外侧一端设有标识块。

3.根据权利要求1所述的新型的LTCC叠层片式双工器，其特征是：所述的第一层中设有9块金属导电体，9块金属导电体呈3*3矩阵型分布，其依次为第一接地电极、接天线电极、第二接地电极、第三接地电极、低通滤波器输出电极、第四接地电极、带通滤波器输出电极、第五接地电极和第六接地电极。

4.根据权利要求1所述的新型的LTCC叠层片式双工器，其特征是：所述的第九层中的第二金属导电线和第四金属导电线均呈“U”形。

5.根据权利要求1所述的新型的LTCC叠层片式双工器，其特征是：所述的第十层中的呈“U”形的金属导电线包括第一金属导体线和第三金属导体线相互连接而成。

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