CN103414448A - 微型带通平衡滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型带通平衡滤波器，采用集总结构实现，包括不平衡输入端口、一个四阶的带通滤波器、一个三阶的低通滤波器和一个三阶的高通滤波器以及两个平衡输出端口。本发明将巴伦与带通滤波器合二为一，采用LTCC工艺实现，与现有其它技术相比具有体积小、质量轻、成本低、选频特性好、插入损耗小的优点。本发明很好的完成了不平衡/平衡信号的转换，对于各种无线通讯系统、Q值要求高的射频模块以及对相位幅度要求苛刻的相应系统中都有非常广阔的应用前景。

Description

微型带通平衡滤波器

技术领域

本发明属于电子技术领域，它涉及一种微型带通平衡滤波器，特别是涉及一种幅值平衡特性和相位平衡特性都很优异的带通平衡滤波器。

背景技术

随着无线通信技术和单片微波集成电路的快速发展，要求电子产品向小型化，低成本，高性能，高集成度的趋势发展。LTCC技术是一种多层陶瓷工艺，能够为无源和有源器件提供三维立体的集成平台，是进一步整合与精简射频电路和系统所广泛采用的一种封装技术。

平衡滤波器作为射频前端重要的无源功能模块，采用LTCC多层工艺，集成了滤波器和巴伦的功能，其尺寸远远小于单个芯片滤波器和片式巴伦的尺寸总和，其插入损耗也低于芯片滤波器和片式巴伦直接连接产生的插入损耗之和。其中巴伦是一种三端口器件，它由一个不平衡端口和两个平衡端口组成，两个平衡端口的信号有相同的幅值，但有180度的相移，如此便可借助差模信号的传递来减少共模噪声。除巴伦外，另一个重要的关键元件即为带通滤波器，其功能为滤除不想要的干扰信号，实现带通滤波功能，以提高信号的传输质量。

目前国内外对平衡滤波器进行了大量的研究，然而大多数是将单个芯片滤波器与片式巴伦连接起来，低频段占用体积太大，集成度不高，已远远不能满足小型化的要求。因此，如何实现具有滤波效果的微型平衡滤波器，已成为业界急需解决的问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种通带内插入损耗小、可靠性高、集成度高、尺寸小且具有带通滤波功能的平衡-不平衡转换器。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种集总式微型带通平衡滤波器，包括一个输入端口P1和两个输出端P2、P3，输入端口P1与输入传输线R1连接，输出端口P2与输出传输线R2连接，输出端口P3与输出传输线R3连接，输入传输线R1的另一端与第一线圈L1的输入端连接，第一线圈L1的输出端与第一电容C1的输入极板相连接，第二线圈L2的输出端与第二电容C2的输入极板相连接，第三线圈L3的输出端与第三电容C3的输入极板相连接，第四线圈L4的输出端与第四电容C4的输入极板相连接，第四线圈L4的输出端与第五线圈L5的输入端相连接，第五线圈L5的输出端与第六线圈L6的输入端相连接，第五线圈L5的输出端与第六线圈L6的输入端通过垂直通孔连接到第七电容C7的输入极板，第七电容C7的输出极板与地相连接，第四线圈L4的输出端与第五电容C5的输入极板相连接，第五电容C5的输出极板与第六电容C6的输入极板相连接，第五电容C5的输出极板与第六电容C6的输入极板通过垂直通孔连接到第七线圈L7的输入端，第七线圈L7的输出端与地相连接，输出传输线R2的另一端与第六线圈L6的输出端连接，输出传输线R3的另一端与第六电容C6的输出极板相连接。

本发明的有益效果如下：该平衡滤波器使用了多层介质基板，充分利用了三维多层空间，从而显著减小了元件所需体积，并且该发明将带通滤波器与巴伦合二为一，使该平衡滤波器在不提高通带内插入损耗的前提下同时兼有带通滤波器的功能。

附图说明

图1是本发明集总式微型带通平衡滤波器的结构示意图。

图2是本发明集总式微型带通平衡滤波器的S参数幅度的仿真曲线。

图3是本发明集总式微型带通平衡滤波器的S参数相位的仿真曲线。

具体实施方式：

下面，针对本发明的实施方式，结合附图来详细说明。

如图1所示，本发明是一种微型带通平衡滤波器，采用了多层结构实现，同时具有带通滤波和巴伦的功能。

结合图1，本发明是一种微型带通平衡滤波器，包括一个输入端口P1和两个输出端P2、P3，输入端口P1与输入传输线R1连接，输出端口P2与输出传输线R2连接，输出端口P3与输出传输线R3连接，输入传输线R1的另一端与第一线圈L1的输入端连接，第一线圈L1的输出端与第一电容C1的输入极板相连接，第二线圈L2的输出端与第二电容C2的输入极板相连接，第三线圈L3的输出端与第三电容C3的输入极板相连接，第四线圈L4的输出端与第四电容C4的输入极板相连接，第四线圈L4的输出端与第五线圈L5的输入端相连接，第五线圈L5的输出端与第六线圈L6的输入端相连接，第五线圈L5的输出端与第六线圈L6的输入端通过垂直通孔连接到第七电容C7的输入极板，第七电容C7的输出极板与地相连接，第四线圈L4的输出端与第五电容C5的输入极板相连接，第五电容C5的输出极板与第六电容C6的输入极板相连接，第五电容C5的输出极板与第六电容C6的输入极板通过垂直通孔连接到第七线圈L7的输入端，第七线圈L7的输出端与地相连接，输出传输线R2的另一端与第六线圈L6的输出端连接，输出传输线R3的另一端与第六电容C6的输出极板相连接。其中所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4构成带通滤波器，第五线圈L5、第六线圈L6、第七电容C7构成一个低通滤波器，第七线圈L7、第五电容C5、第六电容C6构成一个高通滤波器。所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7均采取的是金属-介质-金属（MIM）形式的平板电容，其通过不同层之间极板实现，平板电容中间的介质由LTCC陶瓷基板构成。

结合图1，本发明是一种微型带通平衡滤波器，所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7主要是通过一定长度且宽度较窄的传输线来构成，采用了叠层结构，使其在垂直方向上的延伸缩减了水平方向上的延伸，从而减小了水平方向的面积从而缩小了整个器件的体积。所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7均采用集总LC结构实现，输入传输线R1、输出传输线R2、输出传输线R3均采用分布参数的带状线来实现。

结合图1，本发明是一种微型带通平衡滤波器，其中带通滤波器采用了四级并联谐振，四个谐振腔之间既存在感性耦合又存在容性耦合。第一线圈L1和第一电容C1构成了带通滤波器的第一级并联谐振单元，第二线圈L2和第二电容C2构成了带通滤波器的第二级并联谐振单元，第三线圈L3和第三电容C3构成了带通滤波器的第三级并联谐振单元，第四线圈L4和第一电容C4构成了带通滤波器的第四级并联谐振单元。第一级谐振单元和第二级谐振单元通过第一线圈L1、第二线圈L2形成的耦合电感和第一电容C1、第二电容C2形成的耦合电容进行耦合，第二级谐振单元和第三级谐振单元通过第二线圈L2、第三线圈L3形成的耦合电感和第二电容C2、第三电容C3形成的耦合电容进行耦合，第三级谐振单元和第四级谐振单元通过第三线圈L3、第四线圈L4形成的耦合电感和第三电容C3、第四电容C4形成的耦合电容进行耦合。

结合图1，本发明是一种微型带通平衡滤波器，其中可以通过改变第一级谐振单元和第二级谐振单元、第二级谐振单元和第三级谐振单元、第三级谐振单元和第四级谐振单元之间的距离来调整级与级之间的耦合强度，从而可以调整带通滤波器的带宽。通过改变第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4的面积可以调节带通滤波器中心频率的的大小，改变第五线圈L5、第六线圈L6、第七电容C7可以调节低通滤波器的截止频率，改变第五电容C5、第六电容C6、第七线圈L7可以改变高通滤波器的截止频率。

本发明是一种微型带通平衡滤波器。其工作原理简述如下：宽频带微波信号从输入端口P1通过输入传输线R1进入到第一级谐振单元，通带内在第一级谐振单元谐振频率附近的微波信号通过电感耦合和电容耦合进入到第二级谐振单元，其余非第一级谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第一级谐振单元中的第一线圈L1和第一电容C1接地，从而实现了第一级滤波。经过第一级滤波在第二级谐振单元谐振频率附近的微波信号通过电感耦合和电容耦合进入到第三级谐振单元，其余非第二级谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第二级谐振单元中的第二线圈L2和第二电容C2接地，从而实现了第二级滤波。经过第二级滤波后在第三级谐振单元谐振频率附近的微波信号通过电感耦合和电容耦合进入到第四级谐振单元，其余非第三级谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第三级谐振单元中的第三线圈L3和第三电容C3接地，从而实现了第三级滤波。经过第三级滤波后在第四级谐振单元谐振频率附近的微波信号进入到巴伦输入端，其余非第四级谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第四级谐振单元中的第四线圈L4和第四电容C4接地，从而实现了第四级滤波。经过带通滤波后的微波信号分为两路，一路微波信号进入巴伦的三阶低通滤波器中，该信号通过低通滤波器时，相位几乎滞后90度，通过输出传输线R2由输出端口P2输出；而另一路信号进入到巴伦的高通滤波器中，该信号通过高通滤波器后，相位几乎超前90度，通过输出传输线R3由输出端口P3输出。因此，由平衡输出端口P2输出的信号和由平衡输出端口P3输出的信号成为幅度基本一致而相位差在180度附近的两个信号，即输出了两个平衡信号。

本发明采用了集总结构实现的带通平衡滤波器，多层结构采用低温共烧陶瓷工艺实现，该技术与其它多层基板技术相比较，更易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性，因此该技术可在实现相同指标的前提下显著减小器件体积，提高器件集成度。

本发明微型带通平衡滤波器的整体结构示意图如图1所示，共有3个端口，即不平衡输入端口P1、平衡输出端口P2和平衡输出端口P3。上下两层为屏蔽层，前后为金属地。整个器件的体积为7.25mm*3.2mm*1.5mm，采用的LTCC套陶瓷介质的相对介电常数为27，介质损耗角正切为0.002，实现多层结构的金属导体采用银，其中每层陶瓷介质基板的厚度为0.01mm。

本发明微型带通平衡滤波器的仿真曲线如图2和图3所示：该带通平衡滤波器的中心频率为700MHz，通带带宽为200MHz。通带内的插入损耗小于4dB，两个输出端口相位差为180°±5°，幅度差小于1dB。

本发明集总式微型带通平衡滤波器具有良好的滤波性能，在将不平衡输入信号转换为平衡输出信号的同时可以进行带通滤波，把带通滤波器和巴伦完美的结合到一起，并且具有体积小、重量轻、选频特性好、集成度高等优点，便于与其它微波器件集成，使得所应用的产品具有更好的使用性能，极具市场竞争力，所以其应用前景非常广阔。

Claims (6)

1.一种微型带通平衡滤波器，其特征在于：包括一个输入端口P1和两个输出端P2、P3，输入端口P1与输入传输线R1连接，输出端口P2与输出传输线R2连接，输出端口P3与输出传输线R3连接，输入传输线R1的另一端与第一线圈L1的输入端连接，第一线圈L1的输出端与第一电容C1的输入极板相连接，第二线圈L2的输出端与第二电容C2的输入极板相连接，第三线圈L3的输出端与第三电容C3的输入极板相连接，第四线圈L4的输出端与第四电容C4的输入极板相连接，第四线圈L4的输出端与第五线圈L5的输入端相连接，第五线圈L5的输出端与第六线圈L6的输入端相连接，第五线圈L5的输出端与第六线圈L6的输入端通过垂直通孔连接到第七电容C7的输入极板，第七电容C7的输出极板与地相连接，第四线圈L4的输出端与第五电容C5的输入极板相连接，第五电容C5的输出极板与第六电容C6的输入极板相连接，第五电容C5的输出极板与第六电容C6的输入极板通过垂直通孔连接到第七线圈L7的输入端，第七线圈L7的输出端与地相连接，输出传输线R2的另一端与第六线圈L6的输出端连接，输出传输线R3的另一端与第六电容C6的输出极板相连接。

2.根据权利要求1所述的微型带通平衡滤波器，其特征在于，所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4构成带通滤波器，第五线圈L5、第六线圈L6、第七电容C7构成一个低通滤波器，第七线圈L7、第五电容C5、第六电容C6构成一个高通滤波器。

3.根据权利要求1所述的微型带通平衡滤波器，其特征在于，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7均采取的是金属-介质-金属（MIM）形式的平板电容，其通过不同层之间极板实现，平板电容中间的介质由LTCC陶瓷基板构成。

4.根据权利要求1所述的微型带通平衡滤波器，其特征在于，所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7主要是通过一定长度且宽度较窄的传输线来构成，采用了叠层结构，使其在垂直方向上的延伸缩减了水平方向上的延伸，从而减小了水平方向的面积从而缩小了整个器件的体积。

5.根据权利要求1所述的微型带通平衡滤波器，其特征在于，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7均采用集总LC结构实现，输入传输线R1、输出传输线R2、输出传输线R3均采用分布参数的带状线来实现。

6.根据权利要求1所述的微型带通平衡滤波器，其特征在于，其中由第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4构成的带通滤波器呈左右对称结构；即第一线圈L1和第四线圈L4的长度相同，第二线圈L2和第三线圈L3的长度相同，第一电容C1和第四电容C4的面积相同，第二电容C2和第三电容C3的面积相同。

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