CN103474728A

CN103474728A - L波段微型多层低温共烧陶瓷平衡滤波器

Info

Publication number: CN103474728A
Application number: CN2013104242541A
Authority: CN
Inventors: 罗鸣; 戴永胜; 顾家; 陈相治; 李雁; 施淑媛; 冯辰辰; 陈龙; 邓良; 方思慧; 朱丹; 朱正和
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: CN103474728B

Abstract

本发明公开了一种L波段微型多层低温共烧陶瓷平衡滤波器。其结构主要包括一个输入电极、两个输出电极、两个保护层、两层带状线、两层电容板、四层金属屏蔽板。通过优化两层耦合带状线和接地电容就可以设计出不同频率、不同通带宽度以及不同阻抗转换的平衡输出滤波器，其功能等同于一个滤波器和一个巴伦的组合功能，与传统的多层平衡滤波器相比较具有结构简单、体积小、易于批量生产、高相位平衡度和高幅度平衡度的特点。

Description

L波段微型多层低温共烧陶瓷平衡滤波器

技术领域

本发明涉及一种等效巴伦与滤波器组合的器件，特别是一种L波段微型多层低温共烧陶瓷结构的平衡滤波器。

背景技术

目前采用低温共烧陶瓷（简称LTCC）技术设计的平衡滤波器大多采用集中参数结构的巴伦与滤波器级联组合的多层复杂结构，多需要采用通孔技术实现各层之间导体的连接，因而平衡滤波器的体积难以做小，同时插入损耗较大，且幅度和相位特性也不尽如人意。如现有平衡输出滤波器（申请号：200620108151.X公开号：200956398）。

发明内容

为了解决上述LTCC平衡滤波器设计的问题。本发明简化了传统平衡滤波器的内部结构，避免采用通孔技术，充分利用LTCC空间耦合技术，使用简单的两层耦合带状线结构同时实现滤波功能和巴伦功能，避免传统的巴伦与滤波器的级联组合的多层结构以减小体积，避免能量损耗，同时使用加载电容结构来实现优良的阻抗匹配、滤波、巴伦功能。

实现本发明目的的技术方案是：该平衡滤波器包括10个层叠在一起的矩形片状陶瓷介质层结构；

从上至下，第一层为无金属涂层的矩形陶瓷介质层A、第二层为上表面涂有金属涂层的矩形陶瓷介质层B、第三层为上表面涂有金属涂层的矩形陶瓷介质层C、第四层为上表面涂有金属涂层的矩形陶瓷介质层D、第五层为上表面涂有带状线金属涂层的矩形陶瓷介质层E、第六层为上表面涂有两条中心对称的带状线金属涂层和的矩形陶瓷介质层F、第七层为为上表面涂有金属涂层的矩形陶瓷介质层G、第八层为上表面涂有间隔开的矩形的第一金属涂层和矩形的第二金属涂层的矩形陶瓷介质层H、第九层为为上表面涂有金属涂层的矩形陶瓷介质层I、第十层为无金属涂层的矩形陶瓷介质层J；

平衡滤波器的表面共设置有两组沿中轴对称的用于外部连接的表面贴装电极，第一组为：等间距贴装在平行于层叠方向侧面的输入电极、外部接地端电极、输出端电极与等间距贴装在平行于层叠方向侧面的输出端电极、外部接地端电极、辅助空置电极，第二组为：贴装在平行于层叠方向侧面的外部接地端电极和贴装在平行于层叠方向侧面的外部接地端电极。

与现有技术相比，本发明采用了简单的多层陶瓷介质结构、低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成技术，所带来的显著优点是：（1）体积小；（2）重量轻；（3）电性能优异，相位频率特性线性变化；（4）电路实现结构简洁；（5）成本低；（6）使用安装方便，可以使用全自动贴片机安装和焊接；（7）特别适用于火箭、机载、弹载、宇宙飞船、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通信系统中。

附图说明

图1 本发明L波段微型多层平衡滤波器的内部电极平面示意图。

图2 本发明L波段微型多层平衡滤波器的外部电极示意图。

图3 本发明L波段微型多层平衡滤波器的等效电路图。

图4 本发明L波段微型多层平衡滤波器的平衡输出幅度传输特性曲线图。

图5 本发明L波段微型多层平衡滤波器平衡输出幅度平衡度曲线图。

图6 本发明L波段微型多层平衡滤波器的两平衡输出相位差特性曲线图。

图7 本发明L波段微型多层平衡滤波器的平衡输出相位平衡度曲线图。

具体实施方式

本发明L波段微型多层低温共烧陶瓷平衡滤波器，包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口、输入带状线、输出带状线、输入端加载电容和输出端加载电容；输入端口与输入带状线连接，两个输出端口分别与两根成中心对称的输出带状线相连，输入带状线的另一端接外部接地电极，两根输出带状线的另一端也分别与外部接地电极相连，带状线与电容之间使用接地屏蔽层进行隔离信号。

参照附图1~5对本发明作详细说明：

如图1所示的L波段微型多层低温共烧陶瓷平衡滤波器，包括多层陶瓷介质层叠体、外部输入和输出电极、接地屏蔽电极、加载电容、耦合带状线形成的巴伦和滤波器。其等效电路如图3所示。

如图1所示，该平衡滤波器包括从上至下层叠在一起的10个矩形片状陶瓷介质层：

从上至下，第一层为无金属涂层的矩形陶瓷介质层A（01）、第二层为上表面涂有金属涂层（02a）的矩形陶瓷介质层B（02）、第三层为上表面涂有金属涂层（03a）的矩形陶瓷介质层C（03）、第四层为上表面涂有金属涂层（04a）的矩形陶瓷介质层D（04）、第五层为上表面涂有带状线金属涂层（05a）的矩形陶瓷介质层E（05）、第六层为上表面涂有两条中心对称的带状线金属涂层(06a)和（06b)的矩形陶瓷介质层F（06）、第七层为为上表面涂有金属涂层（07a）的矩形陶瓷介质层G（07）、第八层为上表面涂有间隔开的矩形的第一金属涂层（08a）和矩形的第二金属涂层（08b）的矩形陶瓷介质层H（08）、第九层为为上表面涂有金属涂层（09a）的矩形陶瓷介质层I（09）、第十层为无金属涂层的矩形陶瓷介质层J（10）。

如图2所示，外电极由金属银材料构成，并设置在层叠体的表面，总共有8个电极，分别为电极01a、01b、01c、01d、01e、01f、01g、01h。其中，01a为输入端电极，01b、01e、01g、01h为接地电极，01c、01d为输出端电极，01f为辅助空置电极。等间距贴装在后表面的输入电极（01a）、外部接地端电极（01b）、输出端电极（01c）与等间距贴装在前表面的输出端电极（01d）、外部接地端电极（01e）、辅助空置电极（01f）成轴对称结构，贴装在左表面的外部接地端电极（01g）和贴装在右表面的外部接地端电极（01h）成轴对称结构。

如图1所示，输入端电极（01a）与陶瓷介质层C（03）上的金属涂层(03a)相连，输入端电极（01a）还与陶瓷介质层E（05）上的带状线金属涂层（05a）的一端相连，带状线的金属涂层（05a）的另一端与接地端电极（01h）相连，输出端电极（01c）与陶瓷介质层H（08）上的金属涂层(08a)相连，输出端电极（01c）也与陶瓷介质层F（06）上的带状线金属涂层（06a）的一端相连，带状线金属涂层（06a）的另一端与接地端电极（01g）相连, 输出端电极（01d）与陶瓷介质层H（08）上的金属涂层(08b)相连，输出端电极（01d）还与陶瓷介质层F（06）上的带状线金属涂层（06b）的一端相连，带状线金属涂层（06b）的另一端与接地端电极（01h）相连;

陶瓷介质层B（02）上的金属涂层（02a）、陶瓷介质层D（04）上的金属涂层（04a）、陶瓷介质层G（07）上的金属涂层（07a）、陶瓷介质层I（09）上的金属涂层（09a）都和第一接地端电极（01b）、第二接地端电极（01e）、第三接地端电极（01g）、第四接地端电极（01h）相连。

如图1所示，该平衡滤波器由滤波器和巴伦组成，滤波器由谐振器a1和谐振器a2组成。谐振器a1由带状线金属涂层（05a）和（06a）形成耦合带状线结构组成，谐振器a2由带状线金属涂层（05a）和（06b）形成耦合带状线结构组成，巴伦功能是由成中心对称的带状线金属涂层（06a、06b）和带状线金属涂层（05a）形成耦合带状线结构来实现。

采用输入、输出端电容加载的方法来实现较好的滤波器特性和阻抗匹配特性，金属涂层（03a）与接地金属涂层（02a）和接地金属涂层(04a)形成三层的MIM电容，构成输入端加载电容，金属涂层（08a）对接地金属涂层（07a）和接地金属涂层(09a)形成三层的MIM电容，构成输出端加载电容，金属涂层（08b）对接地金属涂层（07a）和接地金属涂层(09a)形成三层的MIM电容，构成输出端加载电容。

如图1和图3所示，谐振器a1和谐振器a2对通过的电信号进行频率选择，需要的频率信号容易通过，不需要的频率信号的电平被衰减掉，使之形成需要的频率选择特性。通过改变输入、输出端加载MIM电容的大小也可以改变巴伦和谐振器a1、a2的频率，同时可改变平衡输入、输出的阻抗值。7字形金属涂层05a通过陶瓷介质层E05与7字形金属涂层06a、06b进行耦合，7字形金属涂层06a和7字形金属涂层06b输出相位差为180^o的平衡信号输出（如图4、图5、图6、图7），调节7字形金属涂层05a和7字形金属涂层06a、06b的长度和宽度可改变耦合频率和输入、输出阻抗。

该平衡滤波器的三维立体模型的尺寸为1.02mmｘ2.02mmｘ0.78mm。该实施例的滤波性能如图4，可以看出滤波器的通带内的回波损耗小于-15.6dB，相位性能如图6，可以看出通带内的相位差为178.5度。

Claims

1.一种L波段微型多层低温共烧陶瓷平衡滤波器，其特征在于：该平衡滤波器包括10个层叠在一起的矩形片状陶瓷介质层结构；

从上至下，第一层为无金属涂层的矩形陶瓷介质层A（01）、第二层为上表面涂有金属涂层（02a）的矩形陶瓷介质层B（02）、第三层为上表面涂有金属涂层（03a）的矩形陶瓷介质层C（03）、第四层为上表面涂有金属涂层（04a）的矩形陶瓷介质层D（04）、第五层为上表面涂有带状线金属涂层（05a）的矩形陶瓷介质层E（05）、第六层为上表面涂有两条中心对称的带状线金属涂层(06a)和（06b)的矩形陶瓷介质层F（06）、第七层为为上表面涂有金属涂层（07a）的矩形陶瓷介质层G（07）、第八层为上表面涂有间隔开的矩形的第一金属涂层（08a）和矩形的第二金属涂层（08b）的矩形陶瓷介质层H（08）、第九层为为上表面涂有金属涂层（09a）的矩形陶瓷介质层I（09）、第十层为无金属涂层的矩形陶瓷介质层J（10）；

平衡滤波器的表面共设置有两组沿中轴对称的用于外部连接的表面贴装电极，第一组为：等间距贴装在平行于层叠方向侧面的输入电极（01a）、外部接地端电极（01b）、输出端电极（01c）与等间距贴装在平行于层叠方向侧面的输出端电极（01d）、外部接地端电极（01e）、辅助空置电极（01f），第二组为：贴装在平行于层叠方向侧面的外部接地端电极（01g）和贴装在平行于层叠方向侧面的外部接地端电极（01h）。

2.根据权利要求1所述的L波段微型多层低温共烧陶瓷平衡滤波器，其特征在于：输入端电极（01a）与陶瓷介质层C（03）上的金属涂层(03a)相连，输入端电极（01a）还与陶瓷介质层E（05）上的带状线金属涂层（05a）的一端相连，带状线的金属涂层（05a）的另一端与接地端电极（01h）相连，输出端电极（01c）与陶瓷介质层H（08）上的金属涂层(08a)相连，输出端电极（01c）也与陶瓷介质层F（06）上的带状线金属涂层（06a）的一端相连，带状线金属涂层（06a）的另一端与接地端电极（01g）相连, 输出端电极（01d）与陶瓷介质层H（08）上的金属涂层(08b)相连，输出端电极（01d）还与陶瓷介质层F（06）上的带状线金属涂层（06b）的一端相连，带状线金属涂层（06b）的另一端与接地端电极（01h）相连；

3. 根据权利要求1所述的L波段微型多层低温共烧陶瓷平衡滤波器，其特征在于：输入端口（01a）、带状线金属涂层（05a、06a、06b）、矩形金属涂层（03a、08a、08b）、输出端口（01c、01d）、接地端口（01b、01e、01g、01h）和辅助空置端口（01f）均采用多层低温共烧陶瓷工艺来实现，金属涂层采用金属银材料。