CN103904390A - 一种新型无源微型带通滤波器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种新型无源微型带通滤波器结构，所述微型带通滤波器结构采用特定的紧凑结构和三维立体集成技术在频段较低范围实现尺寸小、性能优、可靠性高、成本低的微型带通滤波器。该电路结构的特点为采用叠层结构实现，且特别适合工作频段较低、电路尺寸要求尽可能小，且性能好、可靠性高、成本低的应用场合及系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型无源带通滤波器结构，特别是一种新型无源微型带通滤波器电路结构。
背景技术
随着科技的进步，手机、蓝牙（Bluetooth）、家用无线电话(Cordless Phone)、无线局域网络（Wireless Local Area Network，WLAN）等国防和商用无线通讯系统日益普及。无线通讯系统中多配置有带通滤波器，其最主要的功能是让通带的讯号通过，并滤掉通带以外的其它干扰讯号。为了得到更好的滤波效果，可利用谐振电路来增加带通滤波器的传输零点，以增大阻带的衰减速度。然而这些谐振电路通常会连带使得通带的响应变差，并且增加线路布局所需的空间。这就对射频系统的小型化需求也越来越高，而滤波器的小型化更是首当其冲，如何在保证一定的性能指标下尽可能地减小滤波器的体积成为了小型化射频系统需要解决的一个重要问题。低温共烧陶瓷技术是近年发展起来的多层陶瓷工艺技术，利用该技术可以实现传统陶瓷基板工艺无法实现的三维结构。使用低温共烧陶瓷技术设计微波无源器件具有非常大的灵活性。如何充分利用低温共烧陶瓷技术的优势，通过合理布局，确定滤波器的结构，并且使得设计具有一定的稳定性，在必要的加工误差范围内仍能保证产品的成功率是滤波器设计的一个关键问题。但是现有技术中尚无相关描述。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种结构紧凑、尺寸小、性能好、成本低的新型无源微型带通滤波器结构。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种新型无源微型带通滤波器结构，包括端口P1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一零点电容Cz1、第二零点电容Cz2、第三零点电容Cz3、第四零点电容Cz4、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一输入导带R1、第二输入导带R2、第三输入导带R3、第四输入导带R4、第一连接柱Z1、第二连接柱Z2、第三连接柱Z3、第四连接柱Z4、第五连接柱Z5、第六连接柱Z6、第七连接柱Z7、第八连接柱Z8；
其中第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4均为多层VIC电容，第一零点电容Cz1、第二零点电容Cz2、第三零点电容Cz3、第四零点电容Cz4均为多层VIC电容，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4的形状均为矩形螺旋线圈，第一输入导带R1、第二输入导带R2、第三输入导带R3和第四输入导带R4为带状连接线，第一连接柱Z1、第二连接柱Z2、第三连接柱Z3、第四连接柱Z4、第五连接柱Z5、第六连接柱Z6、第七连接柱Z7、第八连接柱Z8均为金属柱；
端口P1与第一输入导带R1相连，第一输入导带R1的另一端连第一电感L1，第一电感L1通过第一连接柱Z1、第二连接柱Z2与第一电容C1相并联，其中第一连接柱Z1穿过第一电感L1的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第一连接柱Z1的中轴线相平行，第二连接柱Z2穿过第一电容C1，第一连接柱Z1与第二连接柱Z2相互平行；第一电容C1的一端通过第一零点电容Cz1接地，上述器件构成第一LC谐振电路单元；
第二输入导带R2的一端与第一输入导带R1相连，另一端与第二电感L2相连，第二电感L2通过第三连接柱Z3、第四连接柱Z4与第二电容C2相并联，其中第三连接柱Z3穿过第二电感L2的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第三连接柱Z3的中轴线相平行，第四连接柱Z4穿过第二电容C2，第三连接柱Z3与第四连接柱Z4相互平行；第二电容C2的一端通过第二零点电容Cz2接地，上述器件构成第二LC谐振电路单元；
第三输入导带R3的一端与第二输入导带R2相连，另一端与第三电感L3相连，第三电感L3通过第五连接柱Z5、第六连接柱Z6与第三电容C3相并联，其中第五连接柱Z5穿过第三电感L3的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第五连接柱Z5的中轴线相平行，第六连接柱Z6穿过第三电容C3，第五连接柱Z5与第六连接柱Z6相互平行；第三电容C3的一端通过第三零点电容Cz3接地，上述器件构成第三LC谐振电路单元；
第四输入导带R4的一端与第三输入导带R3相连，另一端与第四电感L4相连，第四电感L4通过第七连接柱Z7、第八连接柱Z8与第四电容C4相并联，其中第七连接柱Z7穿过第四电感L4的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第七连接柱Z7的中轴线相平行，第八连接柱Z8穿过第四电容C4，第七连接柱Z7与第八连接柱Z8相互平行；第四电容C4的一端通过第四零点电容Cz4接地，端口P2与第四输入导带R4相连，上述器件构成第四LC谐振电路单元。
所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一零点电容Cz1、第二零点电容Cz2、第三零点电容Cz3、第四零点电容Cz4、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、无源带通滤波器电路输入端P1、无源带通滤波器电路输出端P2和接地端、第一输入导带R1、第二输入导带R2、第三输入导带R3、第四输入导带R4、第一连接柱Z1、第二连接柱Z2、第三连接柱Z3、第四连接柱Z4、第五连接柱Z5、第六连接柱Z6、第七连接柱Z7、第八连接柱Z8均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
其中第一电感L1为九层线圈结构，第二电感L2为十七层线圈结构，第三电感L3为七层线圈结构，第四电感L4为九层线圈结构。
其中第一电容C1为五层结构，第二电容C2为三层结构，第三电容C3为七层结构，第四电容C4为八层结构。
优选的，第二零点电容Cz2为MIM电容。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：可用频率较低，在小型化的前提下保证了性能稳定本发明采用了多层结构实现了滤波性能，其中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。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
附图说明
图1是本发明一种新型无源带通滤波器电路的三维结构主视图。
图2是本发明一种新型无源带通滤波器电路的三维结构顶视图。
图3是本发明一种新型无源带通滤波器电路的三维结构侧视图。
图4是本发明一种新型无源带通滤波器电路的S参数仿真曲线。
图5是本发明一种新型无源带通滤波器电路的电路图。
具体实施方式：
结合图1、图2、图3，本发明的一种新型无源微型带通滤波器结构，包括端口P1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一零点电容Cz1、第二零点电容Cz2、第三零点电容Cz3、第四零点电容Cz4、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一输入导带R1、第二输入导带R2、第三输入导带R3、第四输入导带R4、第一连接柱Z1、第二连接柱Z2、第三连接柱Z3、第四连接柱Z4、第五连接柱Z5、第六连接柱Z6、第七连接柱Z7、第八连接柱Z8；
其中第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4均为多层VIC电容，第一零点电容Cz1、第二零点电容Cz2、第三零点电容Cz3、第四零点电容Cz4均为多层VIC电容，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4的形状均为矩形螺旋线圈，第一输入导带R1、第二输入导带R2、第三输入导带R3和第四输入导带R4为带状连接线，第一连接柱Z1、第二连接柱Z2、第三连接柱Z3、第四连接柱Z4、第五连接柱Z5、第六连接柱Z6、第七连接柱Z7、第八连接柱Z8均为金属柱；
端口P1与第一输入导带R1相连，第一输入导带R1的另一端连第一电感L1，第一电感L1通过第一连接柱Z1、第二连接柱Z2与第一电容C1相并联，其中第一连接柱Z1穿过第一电感L1的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第一连接柱Z1的中轴线相平行，第二连接柱Z2穿过第一电容C1，第一连接柱Z1与第二连接柱Z2相互平行；第一电容C1的一端通过第一零点电容Cz1接地，上述器件构成第一LC谐振电路单元；
第二输入导带R2的一端与第一输入导带R1相连，另一端与第二电感L2相连，第二电感L2通过第三连接柱Z3、第四连接柱Z4与第二电容C2相并联，其中第三连接柱Z3穿过第二电感L2的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第三连接柱Z3的中轴线相平行，第四连接柱Z4穿过第二电容C2，第三连接柱Z3与第四连接柱Z4相互平行；第二电容C2的一端通过第二零点电容Cz2接地，上述器件构成第二LC谐振电路单元；
第三输入导带R3的一段与第二输入导带R2相连，另一端与第三电感L3相连，第三电感L3通过第五连接柱Z5、第六连接柱Z6与第三电容C3相并联，其中第五连接柱Z5穿过第三电感L3的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第五连接柱Z5的中轴线相平行，第六连接柱Z6穿过第三电容C3，第五连接柱Z5与第六连接柱Z6相互平行；第三电容C3的一端通过第三零点电容Cz3接地，上述器件构成第三LC谐振电路单元；
第四输入导带R4的一段与第三输入导带R3相连，另一端与第四电感L4相连，第四电感L4通过第七连接柱Z7、第八连接柱Z8与第四电容C4相并联，其中第七连接柱Z7穿过第四电感L4的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第七连接柱Z7的中轴线相平行，第八连接柱Z8穿过第四电容C4，第七连接柱Z7与第八连接柱Z8相互平行；第四电容C4的一端通过第四零点电容Cz4接地，端口P2与第四输入导带R4相连，上述器件构成第四LC谐振电路单元。
所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一零点电容Cz1、第二零点电容Cz2、第三零点电容Cz3、第四零点电容Cz4、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、无源带通滤波器电路输入端P1、无源带通滤波器电路输出端P2和接地端、第一输入导带R1、第二输入导带R2、第三输入导带R3、第四输入导带R4、第一连接柱Z1、第二连接柱Z2、第三连接柱Z3、第四连接柱Z4、第五连接柱Z5、第六连接柱Z6、第七连接柱Z7、第八连接柱Z8均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4的形状均为矩形螺旋线圈；其中第一电感L1为九层线圈结构，第二电感L2为十七层线圈结构，第三电感L3为七层线圈结构，第四电感L4为九层线圈结构。
第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4均为多层VIC电容，其中第一电容C1为五层结构，第二电容C2为三层结构，第三电容C3为七层结构，第四电容C4为八层结构。
第一零点电容Cz1、第二零点电容Cz2、第三零点电容Cz3和第四零点电容Cz4均为多层VIC电容。优选的，第二零点电容Cz2为MIM电容。
其中第一LC谐振电路元件为并联谐振，第二LC谐振电路元件为串联谐振，其中第三LC谐振电路元件为并联谐振，第四LC谐振电路元件为串联谐振。
本发明采用了多层结构实现了滤波性能，其中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。
本发明宽带带通滤波器的整体结构示意图如图2所示，整个器件的体积为8mm*5mm*2.3mm，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，为了提高成品率，层与层之间的距离为0.04mm，连接层与层之间的圆柱通孔高度也为0.04mm。
本发明宽带带通滤波器的仿真曲线如图4所示：该宽带带通滤波器的中心频率为65MHz，通带带宽为30MHz。通带内的插入损耗小于3dB，由于在上、下边带各产生了两个传输零点，使得上、下边带非常陡峭，在DC<f<40MHz时，带外抑制优于20dB，100MHz<f<200MHz时，带外抑制优于25dB，可见性能较高。
综上，本新型结构提供的带通滤波器具有体积小、选频特性好、结构紧凑，可加工为贴片元件易于集成的优点。另外，该带通滤波器基于LTCC工艺，具有批量生产成本低的优势。该带通滤波器可广泛应用于射频无线通讯系统中。
Claims (5)
1.一种新型无源微型带通滤波器结构，其特征在于，包括端口[P1]、第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、第一零点电容[Cz1]、第二零点电容[Cz2]、第三零点电容[Cz3]、第四零点电容[Cz4]、第一电感[L1]、第二电感[L2]、第三电感[L3]、第四电感[L4]、第一输入导带[R1]、第二输入导带[R2]、第三输入导带[R3]、第四输入导带[R4]、第一连接柱[Z1]、第二连接柱[Z2]、第三连接柱[Z3]、第四连接柱[Z4]、第五连接柱[Z5]、第六连接柱[Z6]、第七连接柱[Z7]、第八连接柱[Z8]；
其中第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]均为多层VIC电容，第一零点电容[Cz1]、第二零点电容[Cz2]、第三零点电容[Cz3]、第四零点电容[Cz4] 均为多层VIC电容，第一电感[L1]、第二电感[L2]、第三电感[L3]、第四电感[L4]的形状均为矩形螺旋线圈，第一输入导带[R1]、第二输入导带[R2]、第三输入导带[R3]和第四输入导带[R4]为带状连接线，第一连接柱[Z1]、第二连接柱[Z2]、第三连接柱[Z3]、第四连接柱[Z4]、第五连接柱[Z5]、第六连接柱[Z6]、第七连接柱[Z7]、第八连接柱[Z8]均为金属柱；
端口[P1]与第一输入导带[R1]相连，第一输入导带[R1]的另一端连第一电感[L1]，第一电感[L1]通过第一连接柱[Z1]、第二连接柱[Z2]与第一电容[C1]相并联，其中第一连接柱[Z1]穿过第一电感[L1]的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第一连接柱[Z1]的中轴线相平行，第二连接柱[Z2]穿过第一电容[C1]，第一连接柱[Z1]与第二连接柱[Z2]相互平行；第一电容[C1]的一端通过第一零点电容[Cz1]接地，上述器件构成第一LC谐振电路单元；
第二输入导带[R2]的一端与第一输入导带[R1]相连，另一端与第二电感[L2]相连，第二电感[L2]通过第三连接柱[Z3]、第四连接柱[Z4]与第二电容[C2]相并联，其中第三连接柱[Z3]穿过第二电感[L2]的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第三连接柱[Z3]的中轴线相平行，第四连接柱[Z4]穿过第二电容[C2]，第三连接柱[Z3]与第四连接柱[Z4]相互平行；第二电容[C2]的一端通过第二零点电容[Cz2]接地，上述器件构成第二LC谐振电路单元；
第三输入导带[R3]的一端与第二输入导带[R2]相连，另一端与第三电感[L3]相连，第三电感[L3]通过第五连接柱[Z5]、第六连接柱[Z6]与第三电容[C3]相并联，其中第五连接柱[Z5]穿过第三电感[L3]的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第五连接柱[Z5]的中轴线相平行，第六连接柱[Z6]穿过第三电容[C3]，第五连接柱[Z5]与第六连接柱[Z6]相互平行；第三电容[C3]的一端通过第三零点电容[Cz3]接地，上述器件构成第三LC谐振电路单元；
第四输入导带[R4]的一端与第三输入导带[R3]相连，另一端与第四电感[L4]相连，第四电感[L4]通过第七连接柱[Z7]、第八连接柱[Z8]与第四电容[C4]相并联，其中第七连接柱[Z7]穿过第四电感[L4]的螺旋线圈，螺旋线圈的中轴线与第七连接柱[Z7]的中轴线相平行，第八连接柱[Z8]穿过第四电容[C4]，第七连接柱[Z7]与第八连接柱[Z8]相互平行；第四电容[C4]的一端通过第四零点电容[Cz4]接地，端口[P2]与第四输入导带[R4]相连，上述器件构成第四LC谐振电路单元。
2.根据权利要求1所述的新型无源微型带通滤波器结构，其特征在于，第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、第一零点电容[Cz1]、第二零点电容[Cz2]、第三零点电容[Cz3]、第四零点电容[Cz4]、第一电感[L1]、第二电感[L2]、第三电感[L3]、第四电感[L4]、无源带通滤波器电路输入端[P1]、无源带通滤波器电路输出端[P2]和接地端、第一输入导带[R1]、第二输入导带[R2]、第三输入导带[R3]、第四输入导带[R4]、第一连接柱[Z1]、第二连接柱[Z2]、第三连接柱[Z3]、第四连接柱[Z4]、第五连接柱[Z5]、第六连接柱[Z6]、第七连接柱[Z7]、第八连接柱[Z8]均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
3.根据权利要求1所述的一种新型无源微型带通滤波器结构，其特征在于，其中第一电感[L1]为九层线圈结构，第二电感[L2]为十七层线圈结构，第三电感[L3]为七层线圈结构，第四电感[L4]为九层线圈结构。
4.根据权利要求1所述的新型无源微型带通滤波器结构，其特征在于，其中第一电容[C1]为五层结构，第二电容[C2]为三层结构，第三电容[C3]为七层结构，第四电容[C4]为八层结构。
5.根据权利要求1所述的新型无源微型带通滤波器结构，其特征在于，第二零点电容[Cz2]为MIM电容。
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