CN103944525B - 一种ltcc高通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC多层陶瓷技术的高通滤波器，包括输入端、输出端和接地电极。所述高通滤波器是由四个电容和三个电感共七个电抗元件构成的七阶滤波器，并通过LTCC多层结构实现这个滤波器。滤波器的输入输出通过印刷在LTCC基板两个端头的焊盘实现；为了减小滤波器内部元件对地的寄生电容，改善高通滤波器高频段的插入损耗，LTCC基板内没有整片的接地层，而是通过LTCC基板侧面电极及底面焊盘和地相连。该高通滤波器封装结构为标准的1206(3.2mm×1.6mm)封装结构，具有体积小、成本低、带内插损小、带外抑制高、温度稳定性好、方便使用等优点，有利于批量生产。

Description

一种LTCC高通滤波器

技术领域

本发明属于电子技术领域，它涉及一种高通滤波器，并具体涉及一种考虑封装结构的低温共烧陶瓷(LTCC)高通滤波器。

背景技术

高通滤波器是射频电路中一个重要的无源器件，它的主要功能是高于某个频率的信号低损耗通过的同时，尽可能的减少低频信号的通过。一个好的高通滤波器不仅要求带内低损耗、带外高抑制，而且要求尽可能小的体积。

传统的高通滤波器一般采用平面结构，把电容、电感等电抗元件按照一定的顺序排列起来，形成滤波器，这样占用面积比较大，不能满足射频电路对小型化的需求。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于LTCC技术并且考虑封装结构的高通滤波器。

本高通滤波器采用7阶电抗元件，通过LTCC叠层结构通过三维互连技术实现这7个电抗元件。电感采用螺旋电感，通过垂直通孔实现不同层之间的互连。电容采用垂直交指电容结构。电容和电感之间也采用垂直互连关系，这种实现方式能够显著减小滤波器尺寸。

此外，高通滤波器的插入损耗会随着工作频率的提高而恶化，这主要是由于当频率提高时，滤波器内部元件对地的寄生电容会对高频信号呈现短路特性，本发明为了减小对地的寄生电容，在LTCC基板内部没有放置整层的接地金属层，而是通过侧面的导体接地；另外通过在电抗元件下面增加空白层以及把电容层放置在电感层的上方等方法来减小对地的寄生电容，从而改善滤波器的高频插入损耗。

为方便滤波器的使用，把滤波器内部需要接地的导体通过基板侧面的导体连接出来，滤波器的输入、输出端和基板端头的导体相连，形成一个独石结构。使用时只需要把滤波器通过这些基板表面的导体按照规定的方法焊接在电路板上即可。

一种LTCC高通滤波器，包括输入端和输出端，其特征在于，包括四个依次串联连接的电容和三个并联连接的电感，实现这些电抗元件的导体印刷在LTCC多层生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压、烧结工艺形成滤波器；采用LTCC叠层结构通过三维互连实现这7个电抗元件的连接，多个电感采用螺旋电感，通过垂直通孔实现不同层之间的互连；多个电容采用垂直交指电容结构；电容和电感之间也采用垂直互连连接。

第一电容是滤波器的输入端；第四电容是滤波器的输出端；第一电感的一端连接到第一电容和第二电容之间，另一端和地相连；第二电感的一端连接到第二电容和第三电容之间，另一端和地相连；第三电感的一端连接到第三电容和第四电容之间，另一端和地相连。

包括多层LTCC陶瓷基板，其中，在基板的两个侧面印刷有可焊金属条带作为滤波器的接地电极，基板的两个端头覆盖有可焊金属，分别形成滤波器的输入和输出电极。

第一、第二、第三电感采用多层陶瓷介质上的螺旋电感实现，不同陶瓷介质层之间的金属导体用通孔实现互连。

第一、第二、第三、第四电容通过在多层陶瓷介质层的交指电容实现，不同陶瓷介质层之间的电容极板用通孔实现互连。

所述电容设置在电感的上方，电容和电感的下方设置多层空白层。

所述的两个端头的电极分别和基板内部的第一电容、第四电容的一个极板相连，实现信号的输入、输出。

所述的两个侧面的接地电极和基板内部的第一电感、第二电感、第三电感的末端相连。

进一步地，所述的多层LTCC陶瓷基板可以设置共有24层，其中第1～8层是空白层，电感L1、L2、L3在第9～14层上，电容C1、C2、C3、C4在第19～22层上，电感和电容之间通过14层到19层之间的通孔相连。

进一步地，所述电感L1、L2、L3采用多层螺旋电感，不同层之间的金属导体用通孔实现互连。

进一步地，所述电容C1、C2、C3、C4采用交指电容形式，通过不同层金属导体实现。

进一步地，所述第19、21层为电容C1、C2、C3、C4的一个极板，这两层的极板通过金属通孔相连；C1、C2、C3、C4的另一个极板在第20、22层上，这两层的极板通过金属通孔相连。

进一步地，所述电容C1、C2通过第19、21层上的金属相连；电容C2、C3通过第20、22层上的金属相连；电容C3、C4通过第19、21层上的金属相连。

进一步地，所述螺旋电感L1的始端在第14层上，并和电容C1、C2第19层上的金属通过通孔相连，末端通过第9层的金属和侧面的接地电极相连。

进一步地，所述螺旋电感L2的始端在第14层上，并和电容C2、C3第20层上的金属通过通孔相连，末端通过第11层的金属和侧面的接地电极相连。

进一步地，所述螺旋电感L3的始端在第14层上，并和电容C3、C4第19层上的金属通过通孔相连，末端通过第9层的金属和侧面的接地电极相连。

进一步地，所述电感L1、L3通过第9层的金属相连，并继而和侧面的接地电极相连。

本发明所达到的有益效果：

本发明的LTCC高通滤波器是由四个电容和三个电感共七个电抗元件构成的七阶滤波器，并通过LTCC多层结构实现这个滤波器。电感采用螺旋电感，通过垂直通孔实现不同层之间的互连。电容采用垂直交指电容结构。电容和电感之间也采用垂直互连关系，这种实现方式能够显著减小滤波器尺寸。滤波器的输入输出通过印刷在LTCC基板两个端头的焊盘实现；为了减小滤波器内部元件对地的寄生电容，改善高通滤波器高频段的插入损耗，LTCC基板内没有整片的接地层，而是通过LTCC基板侧面电极及底面焊盘和地相连。该高通滤波器封装结构为标准的1206(3.2mm×1.6mm)封装结构，具有体积小、成本低、带内插损小、带外抑制高、温度稳定性好、方便使用等优点，有利于批量生产。

附图说明

图1是本发明的LTCC高通滤波器的原型电路图；

图2是本发明具体实施方式所述的LTCC高通滤波器的外形图；

图3是本发明具体实施方式所述的LTCC高通滤波器的内部结构图；

图4是本发明具体实施方式所述的LTCC高通滤波器的测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是7阶高通滤波器原型电路图，包括了四个电容C1,C2,C3,C4和三个电感L1,L2,L3等七个电抗元件，这些电抗元件按照一定的拓扑结构关系连接在一起实现高通滤波器功能。实现这些电抗元件的导体印刷在LTCC多层生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压、烧结等工艺形成滤波器。本发明的目的就是用LTCC工艺在尽可能小的体积范围内实现图1中的所有电容C1、C2、C3、C4和电感L1、L2、L3元件。

图2所示是采用LTCC实现的高通滤波器的外形图。滤波器包括了一个LTCC陶瓷基板，在基板的两个侧面印刷了可焊的金属导体条带作为滤波器的接地电极GND；在基板的两个端头覆盖了可焊金属导体作为滤波器的输入电极IN和输出电极OUT；外表面还设置有方向识别方向的标记SN。使用时只需要按照正确的方法通过这些可焊的金属把滤波器焊接在电路板上即可。图3中所示是滤波器的内部结构图。图中共24层介质层，为了说明连接关系，层与层之间尽量拉开了距离，另外侧面以及顶面和底面的焊盘没有画出。图3并不能代表本发明低通滤波器的实际尺寸比例关系，本发明低通滤波器的实际尺寸比例关系、连接关系和封装结构如图2所示。

图3中，滤波器的四个电容设置在LTCC陶瓷基板的上面第19层～22层，主要是为了减小它们对地的寄生电容，改善滤波器的高频性能。电容C1、C2、C3、C4从左到右依次排列。输入端是电容C1，采用4层交指电容形式实现，其中第20层和22层是电容的第一个极板，这两层金属通过滤波器的输入端头相连；第19层和21层是电容的第二个极板，这两层金属通过通孔相连。电容C1的第二个极板和电容C2相连，电容C2也采用4层交指电容形式实现，其中第19层和21层是它的第一个极板，和电容C1的第二个极板相连；第20层和第22层是电容C2的第二个极板，这两层金属通过通孔相连。电容C2的第二个极板和电容C3相连，电容C3也采用4层交指电容形式实现，其中第20层和22层是它的第一个极板，和电容C2的第二个极板相连；第19层和第21层是电容C3的第二个极板，这两层金属通过通孔相连。电容C3的第二个极板和电容C4相连，电容C4也采用4层交指电容形式实现，其中第19层和21层是它的第一个极板，和电容C3的第二个极板相连；第20层和第22层是电容C4的第二个极板，和滤波器的输出端头相连。

图3中，滤波器的电感设置在第9层～14层上。电感L1的始端通过金属通孔和电容C1的第二个极板相连，然后在第14、13、12、11层上分别绕了3/4、3/4、3/4、1/2圈，再通过通孔连接到第9层上，电感L1的末端在第9层上和滤波器侧面的接地电极GND相连。不同层上的电感L1线圈之间通过金属通孔相连。电感L2的始端通过金属通孔和电容C2的第二个极板相连，然后在第14、13、12层上分别绕了3/4、3/4、3/4圈，再通过通孔连接到第11层上，电感L2的末端在第11层上和滤波器侧面的接地电极GND相连。不同层上的电感L2线圈之间通过金属通孔相连。电感L3的始端通过金属通孔和电容C3的第二个极板相连，然后在第14、13、12、11层上分别绕了3/4、3/4、3/4、1/2圈，再通过通孔连接到第9层上，电感L3的末端在第9层上和滤波器侧面的接地电极GND相连。不同层上的电感L3线圈之间通过金属通孔相连。电感L1和电感L3的末端在第9层上相交，并都与滤波器的侧面接地电极GND相连。

滤波器的第1层到第8层为空白层，没有印刷任何金属图形，目的是为了拉开电容、电感到地的距离，减小它们对地的寄生电容，改善滤波器的高频特性。

本实施例中LTCC高通滤波器尺寸为3.2mm×1.6mm×1.2mm，采用的LTCC陶瓷介质的相对介电常数为7.8，每层介质的厚度为0.05mm，金属导体采用银。

本发明LTCC高通滤波器的测试结果（传输系数幅度及端口驻波）如图4所示。该高通滤波器的通带频率为710MHz～2490MHz，3dB截止频率为655MHz，通带内插入损耗不大于2.0dB，阻带频率为DC～390MHz，阻带抑制不小于40dB，通带内驻波比（VSWR）不大于1.5。

综上，本发明提供的考虑封装结构的LTCC高通滤波器具有体积小、插入损耗小、带外抑制高的优点，可以进行贴片，便于和其他微波元件集成。而且本发明高通滤波器是基于LTCC工艺的，制造成本低，适合批量生产。该高通滤波器可广泛应用于无线通信领域。

需要注意的是，上述具体实施仅仅是示例性的，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形都在本发明的保护范围内。

本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种LTCC高通滤波器，包括输入端和输出端，其特征在于，包括四个依次串联连接的电容和三个并联连接的电感，实现这些电抗元件的导体印刷在LTCC多层生瓷表面，并通过打孔、填孔、网印、层压、烧结工艺形成滤波器；采用LTCC叠层结构通过三维互连实现这7个电抗元件的连接，多个电感采用垂直螺旋电感，通过垂直通孔实现不同层之间的互连；多个电容采用垂直交指电容结构；电容和电感之间也采用垂直互连连接；

包括多层LTCC陶瓷基板，其中，在基板的两个侧面印刷有可焊金属条带作为滤波器的接地电极，基板的两个端头覆盖有可焊金属，分别形成滤波器的输入和输出电极；

第一、第二、第三电感采用多层陶瓷介质上的螺旋电感实现，不同陶瓷介质层之间的金属导体用通孔实现互连；

第一、第二、第三、第四电容通过在多层陶瓷介质层的交指电容实现，不同陶瓷介质层之间的电容极板用通孔实现互连；

所述的多层LTCC陶瓷基板共有24层，其中第1～8层是空白层，第一电感、第二电感、第三电感在第9～14层上，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容在第19～22层上；

第19、21层为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容的一个极板，这两层的极板通过金属通孔相连；第一电容、第二电容、第三电容、第四电容的另一个极板在第20、22层上，这两层的极板通过金属通孔相连；

第一电容、第二电容通过第19、21层上的金属相连；第二电容、第三电容通过第20、22层上的金属相连；第三电容、第四电容通过第19、21层上的金属相连；

第一电感的始端在第14层上，并和第一电容、第二电容第19层上的金属通过通孔相连，末端通过第9层的金属和侧面的接地电极相连；

第二电感的始端在第14层上，并和第二电容、第三电容第20层上的金属通过通孔相连，末端通过第11层的金属和侧面的接地电极相连；

第三电感的始端在第14层上，并和第三电容、第四电容第19层上的金属通过通孔相连，末端通过第9层的金属和侧面的接地电极相连；

第一电感、第三电感通过第9层的金属相连，并继而和侧面的接地电极相连。

2.根据权利要求1所述的LTCC高通滤波器，其特征在于，第一电容是滤波器的输入端；第四电容是滤波器的输出端；第一电感的一端连接到第一电容和第二电容之间，另一端和地相连；第二电感的一端连接到第二电容和第三电容之间，另一端和地相连；第三电感的一端连接到第三电容和第四电容之间，另一端和地相连。

3.根据权利要求1或2所述的LTCC高通滤波器，其特征在于，所述的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容全部设置在第一电感、第二电感、第三电感的上方，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一电感、第二电感、第三电感的下方设置多层空白层。

4.根据权利要求1所述的LTCC高通滤波器，其特征在于，所述的两个端头的电极分别和基板内部的第一电容、第四电容的一个极板相连，实现信号的输入、输出。

5.根据权利要求1所述的LTCC高通滤波器，其特征在于，所述的两个侧面的接地电极和基板内部的第一电感、第二电感、第三电感的末端相连。