CN103915667A - 采用馈电结构来抑制三次谐波的ltcc带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，包括两个四分之一波长谐振器、两个馈电贴片和地板，分别分布在九层导体层上，通过金属通孔连接；第一、三、六、九层是地板，第二、四、五、七层是四分之一波长谐振器所在的层，第八层是馈电贴片所在的层；通过调节第八导体层与第九导体层之间的距离，可改变馈电贴片的阻抗特性，从而改变馈电贴片与谐振器的耦合；另外改变馈电贴片的长度也可改变馈电贴片与谐振器的耦合；调节这两部分的耦合能使馈电贴片与谐振器失配，从而抑制掉谐振器滤波特性的三次谐波部分，达到宽阻带的目的；本发明采用的LTCC工艺包含多层结构，减小了滤波器的尺寸，具有新颖性、创造性和实用性。

Description

采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器

技术领域

 本发明涉及可应用于射频前端电路中的带通滤波器，具体涉及采用馈电结构来抑制谐波的LTCC带通滤波器。

背景技术

 随着信息产业的飞速发展，各种通信系统不断涌现，无线通信技术的飞速发展以及全球通信频段的日益紧张更是对微波滤波器提出了更加严格的要求。现代滤波器要求具有高性能，小尺寸，宽阻带，低造价等特性。其中，小尺寸，宽阻带是单通带滤波器性能的重要指标。

现有的滤波器实现阻带抑制的方法多是利用在阻带引入传输零点实现的，产生传输零点的方法有很多种，第一种方法是利用电磁信号的多径传输，在某一频点多径传输的电磁场相位相反，相互抵消，产生零点，这种方法可以利用交叉耦合产生，也可以利用源负载耦合即source-load couple产生；第二种方法是利用阶跃阻抗谐振器，简称SIR，这种谐振器可以将滤波器的二次谐波推后到通带中心频率的2.5-3倍左右的频率上，二次谐波中心频率与通带中心频率的比值取决于SIR的结构，用多个不同结构的有相同通带中心频率的阶跃阻抗谐振器串联，即可实现阻带的抑制；第三种方法利用传输线的四分之一波长倒置性，当一端开路的四分之一波长传输线连接在输入输出端口时，开路端等效到输入输出端口为短路，从而将电磁波全部放射回去，于是产生了传输零点，马刺线就是其中的一种应用，当马刺线的电波长等于四分之一波长时，马刺线连接I/O端口的位置就被短路，在该频点上就产生了传输零点；第四种方法是利用混合磁电耦合滤波器结构产生传输零点，无源滤波器都是由两个基本要素组成，谐振器和耦合，多个谐振频率靠近的谐振器相互耦合就构成了滤波器，耦合结构是能量交换的途径，谐振器既耦合磁能也耦合电能，在某些情况下，同一耦合结构所耦合的电能和磁能是相互叠加的，因此可以实现很强的耦合，但是在另一种情况下，同一耦合结构所耦合的电能和磁能是相互抵消的，因此耦合的结果表现为传输零点，从而阻碍信号的传输；第五种方法，也是本发明使用的方法，利用馈电贴片与谐振器的耦合，当耦合调节至某一范围内时，馈电贴片与谐振器的耦合系数极小或为零，耦合结果表现为传输零点，从而阻碍信号的传输；其他方法还有使用椭圆函数滤波器等。

然而，现有的阻带抑制滤波器都存在较为复杂的结构，或者尺寸较大，插损大等问题。

发明内容

 为了克服以上提到的滤波器小型化与宽阻带以及小型化与结构复杂之间的设计矛盾，本发明提供了一种采用馈电结构来抑制高次谐波的LTCC带通滤波器。该滤波器采用低温共烧陶瓷技术，即LTCC技术，极大地缩小了带通滤波器的体积。LTCC多层结构的滤波器除了具有小型化、轻量化的有点，还具有成本低，有利于批量生产，良好的高频性能，插损小等传统微带滤波器没有的特点。

本发明采用如下技术方案实现：

采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，其特征在于整个滤波器为LTCC多层结构，由十三层介质基板、九层导体层以及十二个通孔组成；所述的十三层介质基板为LTCC陶瓷介质基板，由下而上顺次层叠，分别为第一至第十三介质基板；九层导体层均采用导体铜作为原材料，并使用LTCC印刷工艺印制于介质基板的表面：第一导体层印制于第一介质基板的下表面，第二导体层印制于第三介质基板的上表面，第三导体层印制于第四介质基板的上表面，第四导体层印制于第五介质基板的上表面，第五导体层印制于第七介质基板的上表面，第六导体层印制于第八介质基板的上表面，第七导体层印制于第九介质基板的上表面，第八导体层印制于第十介质基板的上表面，第九导体层印制第十三介质基板的上表面。

上述采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，由第二导体层、第四导体层、第五导体层和第七导体层组成了两个四分之一波长谐振器；第二导体层由四条带状线组成，分别为第一至第四带状线，其中第二带状线和第三带状线相互平行且靠近，使所述的两个四分之一波长谐振器相互耦合，第一带状线的两端分别为第一端和第二端，第二带状线的两端分别为第三端和第四端，第三带状线的两端分别为第五端和第六端，第四带状线的两端分别为第七端和第八端，其中第三端和第五端是四分之一波长谐振器的短路端；第四导体层由两条弯折成n形的第五带状线和第六带状线构成，第五带状线的两端分别为第九端和第十端，第六带状线的两端分别为第十一端和第十二端；第五导体层由两条弯折的第七带状线和第八带状线构成，第七带状线的两端分别为第十三端和第十四端，第八带状线的两端分别为第十五端和第十六端；第七导体层由四条直角弯折的第九带状线、第十带状线、第十一带状线和第十二带状线构成，第九带状线的两端分别为第十七端和第十八端，第十带状线的两端分别为第十九端和第二十端，第十一带状线的两端分别为第二十一端和第二十二端，第十二带状线的两端分别为第二十三端和第二十四端。

    上述采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，使用两条长度可调的G字形第十三带状线和第十四带状线作为两个四分之一波长谐振器的馈电贴片，由长度可调的特性来改变某个频点的耦合特性，从而抑制掉三次谐波；这两个馈电贴片所在的层为第八导体层，通过与第七导体层的四条带状线所组成的结构形成宽边耦合来给两个四分之一波长谐振器馈电；第十三带状线由第二十五端向第二十六端延伸，第十四带状线由第二十七端向第二十八端延伸，调节第二十五端和第二十七端的位置就可分别改变第十三带状线和第十四带状线的长度；第二十六端和第二十八端相互靠近，形成源负载耦合；另外，在第十三带状线的中间部位引出第一端口作为源端口，在第十四带状线的中间部位引出第二端口作为负载端口。

    上述采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，使用第一导体层、第三导体层、第六导体层和第九导体层作为所述的两个四分之一波长谐振器和两个馈电贴片的地板；第一导体层为一块矩形的第一地板，改变第一导体层与第二导体层的距离，就能改变第二导体层中第二带状线和第三带状线的阻抗特性，从而改变第二带状线与第三带状线的耦合强度；第九导体层是与第一导体层完全相同的第四地板，改变第九导体层与第八导体层之间的距离就能改变第八导体层的两个馈电贴片的阻抗特性，从而改变第八导体层与第七导体层宽边耦合的强度；第三导体层为第二地板，上面有六个开孔，分别为第一开孔，第二开孔、第三开孔、第四开孔、第五开孔和第六开孔，并且在第三导体层的左右两边分别有第一开槽和第二开槽；第六导体层为第四地板，上面有六个开孔，分别为第七开孔、第八开孔、第九开孔、第十开孔、第十一开孔和第十二开孔，并且在第六导体层的左右两边分别有第三开槽和第四开槽。

    上述采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，采用十二个通孔实现了导体层与导体层之间的连接：第一通孔连接第一端和第二十一端，中间穿过第一开孔和第七开孔；第二通孔连接第七端和第二十三端，中间穿过第二开孔和第八开孔；第三通孔连接第三端和第一金属地板；第四通孔连接第五端和第一金属地板；第五通孔连接第二端和第九端，中间穿过第三开孔；第六通孔连接第八端和第十二端，中间穿过第四开孔；第七通孔连接第四端和第十端，中间穿过第五开孔；第八通孔连接第六端和第十一端，中间穿过第六开孔；第九通孔连接第十三端和第十八端，中间穿过第十一开孔；第十通孔连接第十五端和第二十端，中间穿过第十二开孔；第十一通孔连接第十四端和第二十二端，中间穿过第九开孔；第十二通孔连接第十六端和第二十四端，中间穿过第十开孔。

上述采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，整个器件包括所述的九层导体层、十三层介质基板和十二个通孔所组成的结构沿着中垂面呈左右镜像对称。

     与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明采用了四分之一波长谐振器，相较于二分之一波长谐振器，有效地减小了滤波器的尺寸；同时本发明采用了LTCC多层结构工艺制造，进一步使滤波器结构更加紧凑；另外本发明还可利用不同的介质层数实现导体的阻抗变化，这样能在同样所需耦合强度的情况下，有效减小耦合部分导体即本滤波器的第二带状线、第三带状线、第五带状线和第六带状线的线宽、线长以及线间距，达到缩小尺寸的作用；以上三种特性均显著地减小了滤波器的体积，本发明尺寸的长、宽、高分别仅为1.8mm、1.8mm、1.3mm；

2.本发明所述的采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，由左右镜像对称放置的两条弯折成G形的第十三带状线和第十四带状线构成结构相同的馈电贴片；这对馈电贴片中的第二十六端和第二十八端相互耦合，形成源负载耦合，使通带左边产生一个传输零点，通过调节源负载耦合的强度来调节这个传输零点的位置，能使通带达到一个更好的选择性；调节第二十六端和第二十八端的位置，即改变这对馈电贴片的长度，或者调节这对馈电贴片与第九导体层的间距，都能改变馈电贴片与四分之一波长谐振器的耦合强度，能使馈电贴片与谐振器在三次谐波频率处失配，从而抑制掉谐振器通带特性的三次谐波，获得较宽阻带。

附图说明

   图1是本发明的立体结构分层示意图；

   图2是本发明的第一导体层俯视示意图；

   图3是本发明的第二导体层俯视示意图；

   图4是本发明的第三导体层俯视示意图；

   图5是本发明的第四导体层俯视示意图；

   图6是本发明的第五导体层俯视示意图；

   图7是本发明的第六导体层俯视示意图；

   图8是本发明的第七导体层俯视示意图；

   图9是本发明的第八导体层俯视示意图；

   图10是本发明的第九导体层俯视示意图；

   图11是本发明的带通滤波器实施例的频率响应特性曲线图。

具体实施方式

 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

   如图1所示，采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，其特征在于整个滤波器为LTCC多层结构，由十三层介质基板、九层导体层以及十二个通孔组成；所述的十三层介质基板为LTCC陶瓷介质基板，由下而上顺次层叠，分别为第一至第十三介质基板；九层导体层均采用导体铜作为原材料，并使用LTCC印刷工艺印制于介质基板的表面：第一导体层I印制于第一介质基板1的下表面，第二导体层II印制于第三介质基板3的上表面，第三导体层III印制于第四介质基板4的上表面，第四导体层IV印制于第五介质基板5的上表面，第五导体层V印制于第七介质基板7的上表面，第六导体层VI印制于第八介质基板8的上表面，第七导体层VII印制于第九介质基板9的上表面，第八导体层VIII印制于第十介质基板10的上表面，第九导体层IX印制第十三介质基板13的上表面；

如图2所示，第一导体层I为一块矩形的第一地板，改变第一导体层I与第二导体层II的距离，就能改变第二导体层中第二带状线和第三带状线的阻抗特性，从而改变第二带状线与第三带状线的耦合强度；

如图3所示，第二导体层II由四条带状线组成，分别为第一至第四带状线，其中第二带状线202和第三带状线203相互平行且靠近，使所述的两个四分之一波长谐振器相互耦合，第一带状线201的两端分别为第一端211和第二端212，第二带状线202的两端分别为第三端221和第四端222，第三带状线203的两端分别为第五端231和第六端232，第四带状线204的两端分别为第七端241和第八端242，其中第三端221和第五端231是四分之一波长谐振器的短路端；

如图4所示，第三导体层为第二地板，上面有六个开孔，分别为第一开孔301，第二开孔302、第三开孔303、第四开孔304、第五开孔305和第六开孔306，并且在第三导体层III的左右两边分别有第一开槽311和第二开槽312；

如图5所示，第四导体层IV由两条弯折成n形且呈左右镜像对称的第五带状线401和第六带状线402构成，第五带状线401的两端分别为第九端411和第十端412，第六带状线402的两端分别为第十一端421和第十二端422；

如图6所示，第五导体层V由两条弯折且呈左右镜像对称的第七带状线501和第八带状线502构成，第七带状线501的两端分别为第十三端511和第十四端512，第八带状线502的两端分别为第十五端521和第十六端522；

 如图7所示，第六导体层为第四地板，上面有六个开孔，分别为第七开孔601、第八开孔602、第九开孔603、第十开孔604、第十一开孔605和第十二开孔606，并且在第六导体层VI的左右两边分别有第三开槽611和第四开槽612；

如图8所示，第七导体层VII由四条直角弯折的第九带状线701)、第十带状线702、第十一带状线703和第十二带状线704构成，第九带状线701的两端分别为第十七端711和第十八端712，第十带状线702的两端分别为第十九端721和第二十端722，第十一带状线703的两端分别为第二十一端731和第二十二端732，第十二带状线704的两端分别为第二十三端741和第二十四端742；

如图9所示，第八导体层VIII由左右镜像对称放置的两条弯折成G形的第十三带状线801和第十四带状线802构成，第十三带状线801的两端分别为第二十五端811和第二十六端812，第十四带状线802的两端分别为第二十七端821和第二十八端822，分别在第十三带状线801和第十四带状线802的中间部位引出第一端口831作为源端口和第二端口832作为负载端口；

如图10所示，第九导体层是一个矩形的第四金属地板；

本实施例中，通带中心频率由四分之一波长谐振器长度决定，通带左边零点的位置主要由源负载耦合强度决定，通带右边的第一个零点主要由四分之一波长短路端的磁耦合决定，通带右边第二个零点主要由馈电线与谐振器的耦合决定，通过调节上述所指出的谐振器长度，源负载耦合和馈电线与谐振器的耦合，本实施例获得了所需的通带和阻带特性。

 下面对本实施例的各项参数描述如下：

 如图2-10所示，第一带状线的长度与第四带状线的长度L1相等，L1等于1.45mm，第二带状线的长度与第三带状线的长度L2相等，L2等于0.6mm，第五带状线与第六带状线的长度相等，为L3、L4与L5的和，其中L3等于0.9mm，L4等于0.8mm，L5等于0.95mm，第七带状线与第八带状线的长度相等，为L6、L7、L8与L9的和，其中L6等于0.7mm，L7等于0.7mm，L8等于1.25mm，L9等于0.6mm，第九带状线与第十带状线的长度相等，为L10与L11的和，其中L10等于0.6mm，L11等于1.1mm，第十一带状线与第十二带状线的长度相等，为L12与L13的和，其中L12等于1.1mm，L13等于0.6mm，第一端口的宽度与第二端口的宽度W1相等，W1等于0.2mm，第十三带状线与第十四带状线的长度相等，为L14、L15、L16、L18、L19与W1的和，其中L14等于1.1mm，L15等于0.7mm，L16等于0.85mm，L18等于0.6mm，L19等于0.5mm，第一端口的长度和第二端口的长度L17相等，L17等于0.3mm，本案例中所述的带状线所采用宽度均为W2等于0.2mm，第二十六端与第二十八端的间距S1等于0.16mm，第二带状线、第三带状线的间距S2与第五带状线、第六带状线的间距S3相等，均为0.2mm；每一层介质板厚度的为0.1mm，导体层采用的是金属铜，介质基板为陶瓷，相对介电常数Er为5.9，介质损耗正切tan为0.002，滤波器体积为1.8mm*1.8mm*1.3mm，整个器件体积为2.4mm*2.2mm*1.3mm。

 测试结果如图11所示，图中包含四条曲线S11、S21、S22、S12，该滤波器工作于2.4G，最小插入损耗为2.4dB,通带内回波损耗约为17.5dB，紧靠在通带上边频和通带下边频各有一个传输零点，使得该滤波器的选择性非常好，在8.1G出有一个传输零点，有效地抑制了阻带，38dB阻带抑制在3.1GHz到9GHz之间，可见，该滤波器具有非常好的选择性和宽阻带抑制性。

 综上，本发明提供了采用馈电线结构来抑制三次谐波的宽阻带LTCC带通滤波器具有体积小，宽阻带，插损小的优异性能，可加工为贴片元件，易于与其他电路模块集成，可广泛应用于无线通讯系统的射频前端中。

 以上所描述的实施例是本发明中的一个较好的实施例，并不用以限制本发明。基于本发明的实施例，本领域普通技术人人员在没有做出创造性劳动的前提下，基于本发明所做的任何修改，等同替换，改进所获得的其他实施例，都属于本发明实施例的保护范围。

Claims (6)

1.采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，其特征在于整个滤波器为LTCC多层结构，由十三层介质基板、九层导体层以及十二个通孔组成；所述的十三层介质基板为LTCC陶瓷介质基板，由下而上顺次层叠，分别为第一至第十三介质基板；九层导体层均采用导体铜作为原材料，并使用LTCC印刷工艺印制于介质基板的表面：第一导体层(I)印制于第一介质基板(1)的下表面，第二导体层(II)印制于第三介质基板(3)的上表面，第三导体层(III)印制于第四介质基板(4)的上表面，第四导体层(IV)印制于第五介质基板(5)的上表面，第五导体层(V)印制于第七介质基板(7)的上表面，第六导体层(VI)印制于第八介质基板(8)的上表面，第七导体层(VII)印制于第九介质基板(9)的上表面，第八导体层(VIII)印制于第十介质基板(10)的上表面，第九导体层(IX)印制第十三介质基板(13)的上表面。

2.根据权利要求1所述的采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，其特征在于：由第二导体层(II)、第四导体层(IV)、第五导体层(V)和第七导体层(VII)组成了两个四分之一波长谐振器；第二导体层(II)由四条带状线组成，分别为第一至第四带状线，其中第二带状线(202)和第三带状线(203)相互平行且靠近，使所述的两个四分之一波长谐振器相互耦合，第一带状线(201)的两端分别为第一端(211)和第二端(212)，第二带状线(202)的两端分别为第三端(221)和第四端(222)，第三带状线(203)的两端分别为第五端(231)和第六端(232)，第四带状线(204)的两端分别为第七端(241)和第八端(242)，其中第三端(221)和第五端(231)是四分之一波长谐振器的短路端；第四导体层(IV)由两条弯折成n形的第五带状线(401)和第六带状线(402)构成，第五带状线(401)的两端分别为第九端(411)和第十端(412)，第六带状线(402)的两端分别为第十一端(421)和第十二端(422)；第五导体层(V)由两条弯折的第七带状线(501)和第八带状线(502)构成，第七带状线(501)的两端分别为第十三端(511)和第十四端(512)，第八带状线(502)的两端分别为第十五端(521)和第十六端(522)；第七导体层(VII)由四条直角弯折的第九带状线(701)、第十带状线(702)、第十一带状线(703)和第十二带状线(704)构成，第九带状线(701)的两端分别为第十七端(711)和第十八端(712)，第十带状线(702)的两端分别为第十九端(721)和第二十端(722)，第十一带状线(703)的两端分别为第二十一端(731)和第二十二端(732)，第十二带状线(704)的两端分别为第二十三端(741)和第二十四端(742)。

3.根据权利要求1所述的采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，其特征在于：使用两条长度可调的G字形第十三带状线(801)和第十四带状线(802)作为两个四分之一波长谐振器的馈电贴片，由长度可调的特性来改变某个频点的耦合特性，从而抑制掉三次谐波；这两个馈电贴片所在的层为第八导体层(VIII)，通过与第七导体层(VII)的四条带状线所组成的结构形成宽边耦合来给两个四分之一波长谐振器馈电；第十三带状线(801)由第二十五端(811)向第二十六端(812)延伸，第十四带状线(802)由第二十七端(821)向第二十八端(822)延伸，调节第二十五端(811)和第二十七端(821)的位置就可分别改变第十三带状线(801)和第十四带状线(802)的长度；第二十六端(812)和第二十八端(822)相互靠近，形成源负载耦合；另外，在第十三带状线(801)的中间部位引出第一端口(831)作为源端口，在第十四带状线(802)的中间部位引出第二端口(832)作为负载端口。

4.根据权利要求1所述的采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，其特征在于：使用第一导体层(I)、第三导体层(III)、第六导体层(VI)和第九导体层(IX)作为所述的两个四分之一波长谐振器和两个馈电贴片的地板；第一导体层(I)为一块矩形的第一地板，改变第一导体层(I)与第二导体层(II)的距离，就能改变第二导体层中第二带状线和第三带状线的阻抗特性，从而改变第二带状线与第三带状线的耦合强度；第九导体层(IX)是与第一导体层(I)完全相同的第四地板，改变第九导体层(IX)与第八导体层(VIII)之间的距离就能改变第八导体层(VIII)的两个馈电贴片的阻抗特性，从而改变第八导体层(VIII)与第七导体层(VII)宽边耦合的强度；第三导体层为第二地板，上面有六个开孔，分别为第一开孔(301)，第二开孔(302)、第三开孔(303)、第四开孔(304)、第五开孔(305)和第六开孔(306)，并且在第三导体层(III)的左右两边分别有第一开槽(311)和第二开槽(312)；第六导体层为第四地板，上面有六个开孔，分别为第七开孔(601)、第八开孔(602)、第九开孔(603)、第十开孔(604)、第十一开孔(605)和第十二开孔(606)，并且在第六导体层(VI)的左右两边分别有第三开槽(611)和第四开槽(612)。

5.根据权利要求1所述的采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，其特征在于：采用十二个通孔实现了导体层与导体层之间的连接：第一通孔(21)连接第一端(211)和第二十一端(731)，中间穿过第一开孔(301)和第七开孔(601)；第二通孔(22)连接第七端(241)和第二十三端(741)，中间穿过第二开孔(302)和第八开孔(602)；第三通孔(23)连接第三端(221)和第一导体层(I)；第四通孔(24)连接第五端(231)和第一导体层(I)；第五通孔(25)连接第二端(212)和第九端(411)，中间穿过第三开孔(303)；第六通孔(26)连接第八端(242)和第十二端(422)，中间穿过第四开孔(304)；第七通孔(27)连接第四端(222)和第十端(412)，中间穿过第五开孔(305)；第八通孔(28)连接第六端(232)和第十一端(421)，中间穿过第六开孔(306)；第九通孔(29)连接第十三端(511)和第十八端(712)，中间穿过第十一开孔(605)；第十通孔(30)连接第十五端(521)和第二十端(722)，中间穿过第十二开孔(606)；第十一通孔(31)连接第十四端(512)和第二十二端(732)，中间穿过第九开孔(603)；第十二通孔(32)连接第十六端(522)和第二十四端(742)，中间穿过第十开孔(604)。

6.根据权利要求1所述的采用馈电结构来抑制三次谐波的LTCC带通滤波器，其特征在于：整个器件包括所述的九层导体层、十三层介质基板和十二个通孔所组成的结构沿着中垂面呈左右镜像对称。