CN103985930A - 一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，包括共面波导结构的输入/输出接口、以带状线结构实现的四个耦合谢振环，上述结构均采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明具有频率覆盖广、插损小、重量轻、体积小、可靠性高、电性能好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点，适用于相应毫米波频段的通信、卫星通信等对体积、电性能、温度稳定性和可靠性有苛刻要求的场合和相应的系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤波器，特别是一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器。
背景技术
近年来，随着移动通信、卫星通信及国防电子系统的微型化的迅速发展，高性能、低成本和小型化已经成为目前微波/射频领域的发展方向，对微波滤波器的性能、尺寸、可靠性和成本均提出了更高的要求。在一些国防尖端设备中，现在的使用频段已经相当拥挤，所以卫星通信等尖端设备向着毫米波波段发展，所以毫米波波段滤波器已经成为该波段接收和发射支路中的关键电子部件，描述这种部件性能的主要指标有：通带工作频率范围、阻带频率范围、通带插入损耗、阻带衰减、通带输入/输出电压驻波比、插入相移和时延频率特性、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。
低温共烧陶瓷是一种电子封装技术，采用多层陶瓷技术，能够将无源元件内置于介质基板内部，同时也可以将有源元件贴装于基板表面制成无源/有源集成的功能模块。LTCC技术在成本、集成封装、布线线宽和线间距、低阻抗金属化、设计多样性和灵活性及高频性能等方面都显现出众多优点，已成为无源集成的主流技术。其具有高Q值，便于内嵌无源器件，散热性好，可靠性高，耐高温，冲震等优点，利用LTCC技术，可以很好的加工出尺寸小，精度高，紧密型好，损耗小的微波器件。由于LTCC技术具有三维立体集成优势，在微波频段被广泛用来制造各种微波无源元件，实现无源元件的高度集成。基于LTCC工艺的叠层技术，可以实现三维集成，从而使各种微型微波滤波器具有尺寸小、重量轻、性能优、可靠性高、批量生产性能一致性好及低成本等诸多优点，利用其三维集成结构特点，可以实现由带状线实现的新型结构毫米波带通滤波器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由开口环带状线结构实现体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的新结构毫米波带通滤波器。
实现本发明目的的技术方案是：一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，其整体外形为一个长方体介质基板，其中包括共面波导结构的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感Lin、第一级开口环带状线U1、第二级开口环带状线U2、第三级开口环带状线U3、第四级开口环带状线U4、输出电感Lout、共面波导结构的50欧姆阻抗输出端口P2；上述所有组成部分均放置在长方体介质基板里面，开口环带状线是通过矩形环开缺口来实现。各谐振环均在同一平面，其中输入电感Lin通过金属柱与共面波导结构的50欧姆阻抗输入端口P1连接，第一级开口环带状线U1与输入电感Lin连接，其开口位置位于介质板中心点方向的右边带，第二级开口环带状线U2与第一级开口环带状线U1平行放置，其开口位置位于介质板边缘方向的左边带，第三级开口环带状线U3与第二级开口环带状线U2平行放置，且位于第一级开口环带状线U1的对角位置，其开口位置与第二级开口环带状线U2位置对称，第四级开口环带状线U4与第三级开口环带状线U3水平放置，且位于第二级开口环带状线U2的对角位置，其开口位置与第一级开口环带状线U1对称，第一级开口环带状线U1、第二级开口环带状线U2、第三级开口环带状线U3、第四级开口环带状线U4以介质板中心为原点对称，第四级开口环带状线U4与输出电感Lout连接，输出电感Lout通过金属柱与共面波导结构的50欧姆阻抗输出端口P2连接。
与现有技术相比，由于本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，所带来的显著优点是：（1）带内平坦、通带内插损低；（2）滤波器边带陡峭；（3）体积小、重量轻、可靠性高；（4）电性能优异，阻带抑制高；（5）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（6）成本低；（7）使用安装方便，可以使用全自动贴片机安装和焊接。
附图说明
图1 是本发明一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器的外形及内部结构示意图。
图2是本发明一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器输出端的幅频特性曲线。
图3是本发明一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器输入输出端口的驻波特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，该滤波器其整体外形为一个长方体介质基板，其中包括共面波导结构的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感Lin、第一级开口环带状线U1、第二级开口环带状线U2、第三级开口环带状线U3、第四级开口环带状线U4、输出电感Lout、共面波导结构的50欧姆阻抗输出端口P2；上述所有组成部分均放置在长方体介质基板里面，开口环带状线是通过矩形环开缺口来实现。各谐振环均在同一平面，其中输入电感Lin通过金属柱与共面波导结构的50欧姆阻抗输入端口P1连接，第一级开口环带状线U1与输入电感Lin连接，其开口位置位于介质板中心点方向的右边带，第二级开口环带状线U2与第一级开口环带状线U1平行放置，其开口位置位于介质板边缘方向的左边带，第三级开口环带状线U3与第二级开口环带状线U2平行放置，且位于第一级开口环带状线U1的对角位置，其开口位置与第二级开口环带状线U2位置对称，第四级开口环带状线U4与第三级开口环带状线U3水平放置，且位于第二级开口环带状线U2的对角位置，其开口位置与第一级开口环带状线U1对称，第一级开口环带状线U1、第二级开口环带状线U2、第三级开口环带状线U3、第四级开口环带状线U4以介质板中心为原点对称，第四级开口环带状线U4与输出电感Lout连接，输出电感Lout通过金属柱与共面波导结构的50欧姆阻抗输出端口P2连接。
结合图1，本发明一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，包括共面波导结构的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感Lin、第一级开口环带状线U1、第二级开口环带状线U2、第三级开口环带状线U3、第四级开口环带状线U4、输出电感Lout、共面波导结构的50欧姆阻抗输出端口P2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。其中开口环带状线形状可为方形、圆形、三角形等各种形状，本发明以方形为例。
结合图1，本发明一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，在传输零点的设计上，采用在第一级开口环带状线U1和第四级开口环带状线U4上相邻的两边分别开缺口C1、C2的方式在第一级开口环带状线U1和第四级开口环带状线U4之间引入交叉耦合，从而可以在上边带和下边带分别产生传输零点。通过调整缺口C1、C2之间的距离，可以改变传输零点的位置。
一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，从而使体积大幅减小。
本发明一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器的尺寸仅为4mm×3.5mm×0.45mm，其性能可从图2、图3看出，通带带宽为22.9GHz~23.5GHz，通带内最小插入损耗为2.35dB，输入端口回波损耗均优于20dB，上边带抑制优于45dB，下边带抑制优于30dB，输入输出端口驻波比优于1.2。该滤波器与其他现有滤波器相比，其相对带宽更窄。
Claims (3)
1.一种由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，其特征在于：包括共面波导结构的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（Lin）、第一级开口环带状线（U1）、第二级开口环带状线（U2）、第三级开口环带状线（U3）、第四级开口环带状线（U4）、输出电感（Lout）、共面波导结构的50欧姆阻抗输出端口（P2）；上述组成部分均放置在长方体介质基板内，开口环带状线通过矩形环开缺口实现；各谐振环均在同一平面，其中输入电感（Lin）通过金属柱与共面波导结构的50欧姆阻抗输入端口（P1）连接，第一级开口环带状线（U1）与输入电感（Lin）连接，其开口位置位于介质基板中心点方向的右边带，第二级开口环带状线（U2）与第一级开口环带状线（U1）平行放置，其开口位置位于介质基板边缘方向的左边带，第三级开口环带状线（U3）与第二级开口环带状线（U2）平行放置，且位于第一级开口环带状线（U1）的对角位置，其开口位置与第二级开口环带状线（U2）位置对称，第四级开口环带状线（U4）与第三级开口环带状线（U3）水平放置，且位于第二级开口环带状线（U2）的对角位置，其开口位置与第一级开口环带状线（U1）对称，第一级开口环带状线（U1）、第二级开口环带状线（U2）、第三级开口环带状线（U3）、第四级开口环带状线（U4）以介质基板中心为原点对称分布，第四级开口环带状线（U4）与输出电感（Lout）连接，输出电感（Lout）通过金属柱与共面波导结构的50欧姆阻抗输出端口（P2）连接。
2.根据权利要求1所述的由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，其特征在于：包括共面波导结构的50欧姆阻抗输入端口（P1）、输入电感（Lin）、第一级开口环带状线（U1）、第二级开口环带状线（U2）、第三级开口环带状线（U3）、第四级开口环带状线（U4）、输出电感（Lout）、共面波导结构的50欧姆阻抗输出端口（P2）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中开口环带状线形状可为方形、圆形或三角形。
3.根据权利要求1所述的由开口环带状线实现的新型结构带通滤波器，其特征在于：输入端口（P1）、输出端口（P2）均由共面波导的结构实现，输入端口（P1）通过输入电感（Lin）与第一级开口环带状线（U1）连接，输出端口（P2）通过输出电感（Lout）与第四级开口环带状线（U4）连接。
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