CN103066348B - 一种新型ltcc双工器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型的低温共烧陶瓷（LTCC）双工器，双工器采用特殊结构设计，由一个低通滤波器和一个工作于高频段的带通滤波器组成。本发明利用LTCC技术实现的双工器，通过带外零点的引入，可以实现通带内低插损，通带外高抑制，从而保证了两个通带内信号互不影响。而且传输零点的引入减少了元件，改善了性能，简化了设计。

Description

一种新型LTCC双工器

技术领域

    本发明公开一种新型的低温共烧陶瓷（LTCC）双工器，可应用于移动电话、平板电脑、笔记本、数码相机以及其他支持WLAN传输的通讯设备中。

背景技术

随着无线数据传输技术的快速发展，在移动电话、手提电脑、数码相机以及打印机等设备终端间进行无线数据传输时，对传输速度和可靠性均提出越来越高的要求。WLAN无线传输是目前主要的短距离高速率传输技术。1999年9月IEEE 802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4-2.4835 GHz，数据传输速率达到11Mbps，传输距离控制在15-45米。同年，IEEE 802.11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.15-5.825GHz，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo)，传输距离控制在10-100米。2009年，IEEE正式批准802.11n这一新WLAN标准，使用2.4GHz频段和5GHz频段，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps，甚至高达600Mbps。

LTCC 技术可将电阻、电感、电容埋在LTCC 中，形成三维结构，这给设计带来了很大的灵活性。利用这种集成技术，可以大幅度缩小模块的体积，同时这种材料具有高可靠性以及优良的高频特性。

在WLAN双频段系统中，为了将两个频段分离，一个高性能的双工器是很有必要的。双工器是一个三端口元件，将不同频率或频段的信号传送到不同的端口，在多频段通信系统中起着重要作用。请参看附图1，附图1为传统的双工器原理框图，传统的双工器由一个低通滤波器和一个高通滤波器组成，将从天线端（1号端口）接收到的信号根据频率高低输出到2号端口和3号端口输出，由于其工作频段的限制，限制了其使用效果。

发明内容

针对上述提到的现有技术中双工器采用一个低通滤波器和一个高通滤波器组成的缺点，本发明利用 LTCC技术，提出一种应用于WLAN双频段工作系统的小尺寸、高集成、低成本的双工器，本发明双工器采用特殊结构设计，由一个低通滤波器和一个工作于高频段的带通滤波器组成。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种新型LTCC双工器，双工器包括陶瓷本体、设置在陶瓷本体上的外电极和设置在陶瓷本体内的电路层，所述的陶瓷本体内的电路层包括如下结构：第一微带线R1 采用五层相互平行螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈“Z”字形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“U”形，第五层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与设置在陶瓷本体外侧的天线端P5连接，第一层螺旋线另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线一端连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端连接，第四层螺旋线另一端通过导电柱与第五层螺旋线一端连接，第五层螺旋线另一端与第二微带线R2连接；第二微带线R2采用六层相互平行的螺旋线形成，第二微带线R2内的螺旋线与第一微带线R1内的螺旋线相互平行，第二微带线R2中的第一层螺旋线呈“L”形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“U”形，第五层螺旋线呈“U”形，第六层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与低频信号端P3连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线一端连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端连接，第四层螺旋线另一端通过导电柱与第五层螺旋线一端连接，第五层螺旋线另一端通过导电柱与第六层螺旋线连接，第六层螺旋线直接与第一微带线R1中的第五层螺旋线连接；第一微带线R1和第二微带线R2的连接处通过金属化过孔与第二电容元件C2电连接，第一电容元件C1、第二电容元件C2、第三电容元件C3和第四电容元件C4均呈金属板状，第二电容元件C2与第二接地端P4电连接，第一电容元件C1和第三电容元件C3布覆在第二电容元件C2之上，第一电容元件C1与设置在陶瓷本体外侧的天线端电连接，第三电容元件C3与设置在陶瓷本体外侧的低频信号端电连接，第二电容元件C2下方设置有平面状接地板，接地板分别与设置在陶瓷本体外侧的接地端电连接，接地板下方布覆有第四电容元件C4，第四电容元件C4与设置在陶瓷本体外侧的低频信号端电连接；第三微带线R3包括四层螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈条形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“L”形，第一层螺旋线一端与设置在陶瓷本体外侧的接地端连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线的一端电连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端电连接，第四层螺旋线另一端与第五电容元件C5的第二层电容金属板电连接；第四微带线R4包括三层螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈“L”形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与设置在陶瓷本体外侧的接地端电连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端电连接，第二层螺旋线另一端与第三层螺旋线一端电连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与构成第八电容元件C8的金属板电连接；第五微带线R5包括两层螺旋线构成，其中，第一层螺旋线呈“U”形，第二层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与设置在陶瓷本体外侧的高频信号端电连接，第一层螺旋线另一端与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与构成第六电容元件C6的金属板电连接，第五电容元件C5通过三层夹层电容金属板形成，第一层电容金属板和第三层电容金属板分别与设置在陶瓷本体外侧的天线端电连接，第二层电容金属板延伸出来和布覆在其上层的电容金属板又构成了第六电容元件C6，第七电容元件C7跨接在第五电容元件C5和第六电容元件C6之上，第八电容元件C8采用一块平面金属板，其设置在第六电容元件C6的金属板上方，构成第六电容元件C6的金属板下方设有平面金属板，与构成第六电容元件C6的金属板构成第九电容元件C9，构成第九电容元件C9的金属板与接地板构成第十电容元件C10。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的外电极设有六个，六个外电极在陶瓷本体两侧对称设置。

所述的六个外电极分别为高频信号端P1、第一接地端P2、低频信号端P3、第二接地端P4、天线端P5和第三接地端P6，各个外电极分别与陶瓷本体内部电极电连接。

所述的陶瓷本体材料的相对介质常数为9.2。

所述的陶瓷本体材料的电介质损耗角为0.0015。

所述的内部电路层采用的金属材料为银。

所述的内部电路层每层金属材料为0.01mm。

本发明的有益效果是：本发明利用LTCC技术实现的双工器，通过带外零点的引入，可以实现通带内低插损，通带外高抑制，从而保证了两个通带内信号互不影响。而且传输零点的引入减少了元件，改善了性能，简化了设计。

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为传统双工器原理框图。

图2为本发明原理框图。

图3为本发明LTCC双工器等效电路示意图。

图4为本发明LTCC双工器外部结构示意图。

图5为本发明LTCC双工器内部电极三维结构立体示意图。

图6为本发明中第一微带线结构示意图。

图7为本发明中第二微带线结构示意图。

图8为本发明2.4GHz低通滤波器电容元件分离结构示意图。

图9本发明中第三微带线结构示意图。

图10本发明中第四微带线结构示意图。

图11本发明中第五微带线结构示意图。

图12为本发明5GHz带通滤波器电容元件分离结构第一部分结构示意图。

图13为本发明5GHz带通滤波器电容元件分离结构第二部分结构示意图。

图14为本发明双工器典型频率响应图。

图中，1-公共端（即天线端），2-低频信号端，3-高频信号端，4-2.4GHz低通滤波器，5-5GHz带通滤波器，R1-第一微带线，R2-第二微带线，C1-第一电容元件，C2-第二电容元件，C3-第三电容元件，C4-第四电容元件，R3-第三微带线，R4-第四微带线，R5-第五微带线，C5-第五电容元件，C6-第六电容元件，C7-第七电容元件，C8-第八电容元件，C9-第九电容元件，C10-第十电容元件，P1-高频信号端，P2-第一接地端，P3-低频信号端，P4-第二接地端，P5-天线端，P6-第三接地端。

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，本发明中的双工器由一个低通滤波器和一个工作于高频段的带通滤波器组成。请结合参看附图3，本发明内部由一个低通滤波器4和一个带通滤波器5构成，两个滤波器均连接在公共端口1（即天线端）上，以使从天线端接收到的混合信号的低频成份经2.4GHz低通滤波器4滤除后，有低频信号端2输出，天线端接收到的混合信号的高频成份经5GHz带通滤波器5滤除后，由高频信号端3输出。本实施例中，2.4GHz低通滤波器4部分包括两组串联连接的RC滤波器，第一组RC滤波器包括并联连接的第一微带线R1和第一电容C1，第二组RC滤波器包括并联连接的第二微带线R2和第三电容C3，第一组RC滤波器和第二组RC滤波器的公共端与地之间连接有第二电容C2，低频信号端2与地之间连接有第四电容C4。本实施例中，5GHz带通滤波器5是由一个高通滤波器和一个低通滤波器级连而成，其包括依次串联连接的第五电容C5、第六电容C6和第九电容C9，与串联连接的第五电容C5和第六电容C6并联有第七电容C7，第五电容C5和第六电容C6的公共端与地之间连接有第三微带线R3，与第九电容C9并联连接有第五微带线R5，第六电容C6和第九电容C9的公共端与地之间连接有串联连接的地把电容C8和第四微带线R4，高频信号端3与地之间连接有第十电容C10。

请结合参看附图4，本发明的外部结构包括陶瓷本体和设置在陶瓷本体上的外电极，本实施例中，外电极设有六个，六个外电极在陶瓷本体两侧对称设置，六个外电极分别为高频信号端P1、第一接地端P2、低频信号端P3、第二接地端P4、天线端P5和第三接地端P6，高频信号端P1是高频信号输出端口，低频信号端P3是低频信号输出端口，天线端P5是天线端，即信号输入端口，其余几个为接地端，各个外电极分别与陶瓷本体内部电极电连接。

请参看附图5，本发明中，在陶瓷本体内设有电路层，内部电路层包括一共有11层结构包括5层集总元件构成的电容层和6层微带线层。低通滤波器4和带通滤波器5平行分布在LTCC陶瓷本体内，本发明所采用的LTCC材料的相对介质常数为9.2，电介质损耗角为0.0015，内部电路层采用的金属材料为银，本实施例中，每层金属材料为0.01mm。

请结合参看附图6、附图7和附图8，本实施例中，第一微带线R1 采用五层相互平行螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈“Z”字形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“U”形，第五层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与天线端P5（即公共端）连接，第一层螺旋线另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线一端连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端连接，第四层螺旋线另一端通过导电柱与第五层螺旋线一端连接，第五层螺旋线另一端与第二微带线R2连接。本实施例中，第二微带线R2采用六层相互平行的螺旋线形成，第二微带线R2内的螺旋线与第一微带线R1内的螺旋线相互平行，第二微带线R2中的第一层螺旋线呈“L”形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“U”形，第五层螺旋线呈“U”形，第六层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与低频信号端P3连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线一端连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端连接，第四层螺旋线另一端通过导电柱与第五层螺旋线一端连接，第五层螺旋线另一端通过导电柱与第六层螺旋线连接，第六层螺旋线直接与第一微带线R1中的第五层螺旋线连接。第一微带线R1和第二微带线R2的连接处通过金属化过孔与第二电容元件C2电连接，第一电容元件C1、第二电容元件C2、第三电容元件C3和第四电容元件C4均呈金属板状，第二电容元件C2与第二接地端P4电连接，使第二电容元件C2和地之间形成大的接地电容。第一电容元件C1和第三电容元件C3布覆在第二电容元件C2之上，第一电容元件C1与天线端P5电连接，第三电容元件C3与低频信号端P3电连接，第二电容元件C2下方设置有平面状接地板，接地板分别与第一接地端P2、第二接地端P4和第三接地端P6电连接，接地板下方布覆有第四电容元件C4，第四电容元件C4与低频信号端P3电连接，如此，形成从天线端P5到低频信号端P3之间的低频通路。

请结合参看附图9至附图13，本实施例中，第三微带线R3包括四层螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈条形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“L”形，第一层螺旋线一端与第三接地端P6连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线的一端电连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端电连接，第四层螺旋线另一端与第五电容元件C5的第二层电容金属板电连接。本实施例中，第四微带线R4包括三层螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈“L”形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与第一接地端P2电连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端电连接，第二层螺旋线另一端与第三层螺旋线一端电连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与构成第八电容元件C8的金属板电连接。第五微带线R5包括两层螺旋线构成，其中，第一层螺旋线呈“U”形，第二层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与高频信号端P1电连接，第一层螺旋线另一端与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与构成第六电容元件C6的金属板电连接。第五电容元件C5通过三层夹层电容金属板形成，第一层电容金属板和第三层电容金属板分别与天线端P5电连接，第二层电容金属板延伸出来和布覆在其上层的电容金属板又构成了第六电容元件C6。第七电容元件C7跨接在第五电容元件C5和第六电容元件C6之上，即第七电容元件C7主要包括一块平面金属板，设置在构成第六电容元件C6的金属板上方。第八电容元件C8采用一块平面金属板，其设置在第六电容元件C6的金属板上方，构成第六电容元件C6的金属板下方设有平面金属板，与构成第六电容元件C6的金属板构成第九电容元件C9，构成第九电容元件C9的金属板与接地板构成第十电容元件C10。

本发明利用LTCC技术实现的双工器，通过带外零点的引入，可以实现通带内低插损，通带外高抑制，从而保证了两个通带内信号互不影响。而且传输零点的引入减少了元件，改善了性能，简化了设计。

Claims (7)

1.一种新型LTCC双工器，其特征是：所述的双工器包括陶瓷本体、设置在陶瓷本体上的外电极和设置在陶瓷本体内的电路层，所述的陶瓷本体内的电路层包括如下结构：第一微带线（R1） 采用五层相互平行螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈“Z”字形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“U”形，第五层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与设置在陶瓷本体外侧的天线端（P5）连接，第一层螺旋线另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线一端连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端连接，第四层螺旋线另一端通过导电柱与第五层螺旋线一端连接，第五层螺旋线另一端与第二微带线（R2）连接；第二微带线（R2）采用六层相互平行的螺旋线形成，第二微带线（R2）内的螺旋线与第一微带线（R1）内的螺旋线相互平行，第二微带线（R2）中的第一层螺旋线呈“L”形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“U”形，第五层螺旋线呈“U”形，第六层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与低频信号端（P3）连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线一端连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端连接，第四层螺旋线另一端通过导电柱与第五层螺旋线一端连接，第五层螺旋线另一端通过导电柱与第六层螺旋线连接，第六层螺旋线直接与第一微带线（R1）中的第五层螺旋线连接；第一微带线（R1）和第二微带线（R2）的连接处通过金属化过孔与第二电容元件（C2）电连接，第一电容元件（C1）、第二电容元件（C2）、第三电容元件（C3）和第四电容元件（C4）均呈金属板状，第二电容元件（C2）与第二接地端（P4）电连接，第一电容元件（C1）和第三电容元件（C3）布覆在第二电容元件（C2）之上，第一电容元件（C1）与设置在陶瓷本体外侧的天线端电连接，第三电容元件（C3）与设置在陶瓷本体外侧的低频信号端电连接，第二电容元件（C2）下方设置有平面状接地板，接地板分别与设置在陶瓷本体外侧的接地端电连接，接地板下方布覆有第四电容元件（C4），第四电容元件（C4）与设置在陶瓷本体外侧的低频信号端电连接；第三微带线（R3）包括四层螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈条形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第四层螺旋线呈“L”形，第一层螺旋线一端与设置在陶瓷本体外侧的接地端连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与第三层螺旋线的一端电连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与第四层螺旋线一端电连接，第四层螺旋线另一端与第五电容元件（C5）的第二层电容金属板电连接；第四微带线（R4）包括三层螺旋线形成，其中，第一层螺旋线呈“L”形，第二层螺旋线呈“U”形，第三层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与设置在陶瓷本体外侧的接地端电连接，另一端通过导电柱与第二层螺旋线一端电连接，第二层螺旋线另一端与第三层螺旋线一端电连接，第三层螺旋线另一端通过导电柱与构成第八电容元件（C8）的金属板电连接；第五微带线（R5）包括两层螺旋线构成，其中，第一层螺旋线呈“U”形，第二层螺旋线呈“U”形，第一层螺旋线一端与设置在陶瓷本体外侧的高频信号端电连接，第一层螺旋线另一端与第二层螺旋线一端连接，第二层螺旋线另一端通过导电柱与构成第六电容元件（C6）的金属板电连接，第五电容元件（C5）通过三层夹层电容金属板形成，第一层电容金属板和第三层电容金属板分别与设置在陶瓷本体外侧的天线端电连接，第二层电容金属板延伸出来和布覆在其上层的电容金属板又构成了第六电容元件（C6），第七电容元件（C7）跨接在第五电容元件（C5）和第六电容元件（C6）之上，第八电容元件（C8）采用一块平面金属板，其设置在第六电容元件（C6）的金属板上方，构成第六电容元件（C6）的金属板下方设有平面金属板，与构成第六电容元件（C6）的金属板构成第九电容元件（C9），构成第九电容元件（C9）的金属板与接地板构成第十电容元件（C10）。

2.根据权利要求1所述的新型LTCC双工器，其特征是：所述的外电极设有六个，六个外电极在陶瓷本体两侧对称设置。

3.根据权利要求2所述的新型LTCC双工器，其特征是：所述的六个外电极分别为高频信号端（P1）、第一接地端（P2）、低频信号端（P3）、第二接地端（P4）、天线端（P5）和第三接地端（P6），各个外电极分别与陶瓷本体内部电极电连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的新型LTCC双工器，其特征是：所述的陶瓷本体材料的相对介质常数为9.2。

5.根据权利要求1或2或3所述的新型LTCC双工器，其特征是：所述的陶瓷本体材料的电介质损耗角为0.0015。

6.根据权利要求1或2或3所述的新型LTCC双工器，其特征是：所述的内部电路层采用的金属材料为银。

7.根据权利要求1或2或3所述的新型LTCC双工器，其特征是：所述的内部电路层每层金属材料的厚度为0.01mm。