CN104134839A

CN104134839A - 基于ltcc的w波段高抑制带通滤波器

Info

Publication number: CN104134839A
Application number: CN201410378401.0A
Authority: CN
Inventors: 陈龙; 周围; 许心影; 顾家; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2014-11-05

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器，包括陶瓷基板，陶瓷基板上下表面金属壁和侧边金属壁，三十个金属化通孔，由三十个金属化通孔和陶瓷基板形成的六个谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔之间的第一耦合缝隙，第二谐振腔和第三谐振腔之间的第二耦合缝隙，第三谐振腔和第四谐振腔之间的第三耦合缝隙，第四谐振腔和第五谐振腔之间的第一耦合缝隙，第五谐振腔和第六谐振腔之间的第一耦合缝隙，以及上层金属壁的共面波导输入端口和输出端口。本发明频带为W波段，具有频段频率覆盖广、插入损耗小、频率选择性好、谐波抑制特性好、电路结构简单、可控性好等突出优点，对于未来高速率数据无线通信具有有重大应用前景。

Description

基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种应用于微波毫米波电路的带通滤波器，特别是一种基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器。

背景技术

随着通信事业尤其是个人移动通信的高速发展,无线电频谱的低端频率已趋饱和。毫米波频段高，甚至百分之一的带宽就可以获得1GHz的宽度，使得我们可以实现Gbps高数据速率通信系统，大大拓宽现已十分拥挤的通信频谱，为更多用户提供互不干扰的通道。W波段(80GHz/100GHz)毫米波受到烟雾、阴霾、血、雾气和沙尘暴的影响较小，适合长距离通信，在无线通信中具有巨大潜力。微波滤波器是微波和毫米波系统中不可缺少的重要器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。

传统的微波混合集成电路由各种有源和无源分离器件焊接或粘贴在基片外部构成，它和单片集成电路的联合使用，使各种大容量的微波功能模块得以实现。但是，整合性越高，制造成本也随之急剧增加，再加上材料和工艺技术的某些限制，要做到将所有无源元件集成到IC中，仍有很大困难。

发明内容

本发明的目的在于提供通带损耗低、频率选择性好、结构简单、可靠性高、成本低、使用方便的基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器，包括陶瓷基板，陶瓷基板上下表面金属壁和侧边金属壁，三十个金属化通孔，由三十个金属化通孔和陶瓷基板形成的六个谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔之间的第一耦合缝隙，第二谐振腔和第三谐振腔之间的第二耦合缝隙，第三谐振腔和第四谐振腔之间的第三耦合缝隙，第四谐振腔和第五谐振腔之间的第一耦合缝隙，第五谐振腔和第六谐振腔之间的第一耦合缝隙，以及上层金属壁的共面波导输入端口和输出端口；

所述第一谐振腔由第一～六金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁、侧边金属壁形成；第二谐振腔由第一～十二金属化通孔和陶瓷基板表面金属壁、侧边金属壁形成；第三谐振腔由第七～十八金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁、侧边金属壁形成；第四谐振腔由第十三～二十四金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁、侧边金属壁形成；第五谐振腔由第十九～三十金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁、侧边金属壁形成；第六谐振腔由第二十五～三十金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁、侧边金属壁形成；第一谐振腔和第二谐振腔通过第一耦合缝隙耦合，第二谐振腔和第三谐振腔通过第二耦合缝隙耦合，第三谐振腔和第四谐振腔通过第三耦合缝隙耦合，第四谐振腔和第五谐振腔通过第四耦合缝隙耦合，第五谐振腔和第六谐振腔通过第五耦合缝隙耦合。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)带内插入损耗小，频率选择性好，带外抑制高；(2)电路实现结构简单，致使内部少量通孔将波导腔分为6个谐振腔体，相邻谐振腔的耦合通过通孔的间距来改变；(3)工艺上易于实现，相对与普通波导滤波器，由于结构简单用LTCC技术使得本发明加工难度降低；(4)生产成本降低，相对与SIW滤波器，谐振腔只是采用内部少量通孔和金属壁形成，这样可以大大减少加工成本。

附图说明

图1为本发明基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器的结构图。

图2为本发明基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器的金属化通孔位置示意图。

图3为本发明基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器的幅频特性仿真曲线。

具体实施方式

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)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。今年来在微波领域的应用受到越来越多的关注，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。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

结合图1～2，本发明基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器，包括陶瓷基板S，陶瓷基板S上下表面金属壁G1和侧边金属壁G2，三十个金属化通孔V1～V30，由三十个金属化通孔V1～V30和陶瓷基板S形成的六个谐振腔R1、R2、R3、R4、R5、R6，第一谐振腔R1和第二谐振腔R2之间的第一耦合缝隙C12，第二谐振腔R2和第三谐振腔R3之间的第二耦合缝隙C23，第三谐振腔R3和第四谐振腔R4之间的第三耦合缝隙C34，第四谐振腔R4和第五谐振腔R5之间的第一耦合缝隙C45，第五谐振腔R5和第六谐振腔R6之间的第一耦合缝隙C56，以及上层金属壁的共面波导输入端口P1和输出端口P2；所述第一谐振腔R1由第一～六金属化通孔V1、V2、V3、V4、V5、V6与陶瓷基板S表面金属壁G1、侧边金属壁G2形成；第二谐振腔R2由第一～十二金属化通孔V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12和陶瓷基板S表面金属壁G1、侧边金属壁G2形成；第三谐振腔R3由第七～十八金属化通孔V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18与陶瓷基板S表面金属壁G1、侧边金属壁G2形成；第四谐振腔R4由第十三～二十四金属化通孔V13、V14、V15、V16、V17、V18、V19、V20、V21、V22、V23、V24与陶瓷基板S表面金属壁G1、侧边金属壁G2形成；第五谐振腔R5由第十九～三十金属化通孔V19、V20、V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28、V29、V30与陶瓷基板S表面金属壁G1、侧边金属壁G2形成；第六谐振腔R6由第二十五～三十金属化通孔V25、V26、V27、V28、V29、V30与陶瓷基板S表面金属壁G1、侧边金属壁G2形成；第一谐振腔R1和第二谐振腔R2通过第一耦合缝隙C12耦合，第二谐振腔R2和第三谐振腔R3通过第二耦合缝隙C23耦合，第三谐振腔R3和第四谐振腔R4通过第三耦合缝隙C34耦合，第四谐振腔R4和第五谐振腔R5通过第四耦合缝隙C45耦合，第五谐振腔R5和第六谐振腔R6通过第五耦合缝隙C56耦合。

所述第一耦合缝隙C12是第一～三金属化通孔V1、V2、V3与第四～六金属化通孔V4、V5、V6之间的缝隙，第二耦合缝隙C23是第七～九金属化通孔V7、V8、V9与第十～十二金属化通孔V10、V11、V12之间的缝隙，第三耦合缝隙C34是第十三～十五金属化通孔V13、V14、V15与第十六～十八金属化通孔V16、V17、V18之间的缝隙，第四耦合缝隙C45是第十九～二十一金属化通孔V19、V20、V21与第二十二～二十四金属化通孔V22、V23、V24之间的缝隙，第五耦合缝隙C56是第二十五～二十七金属化通孔V25、V26、V27与第二十八～三十金属化通孔V28、V29、V30之间的缝隙。

所述第一～三金属化通孔V1、V2、V3与第四～六金属化通孔V4、V5、V6不仅为第一谐振腔R1和第二谐振腔R2提供边界，并且能够通过调整第一～三金属化通孔V1、V2、V3与第四～六金属化通孔V4、V5、V6在第一谐振腔R1的位置从而调整第二谐振腔R2的谐振频率，同时第三金属化通孔V3与第四金属化通孔V4为第一耦合缝隙C12提供边界；第七～九金属化通孔V7、V8、V9与第十～十二金属化通孔V10、V11、V12不仅为第二谐振腔R2和第三谐振腔R3提供边界，并且能够通过调整第七～九金属化通孔V7、V8、V9与第十～十二金属化通孔V10、V11、V12在第二谐振腔R2的位置从而调整第三谐振腔R3的谐振频率，同时第九金属化通孔V9与第十金属化通孔V10为第二耦合缝隙C23提供边界；第十三～十五金属化通孔V13、V14、V15与第十六～十八金属化通孔V16、V17、V18不仅为第三谐振腔R3和第四谐振腔R4提供边界，并且能够通过调整第十三～十五金属化通孔V13、V14、V15与第十六～十八金属化通孔V16、V17、V18在第三谐振腔R3的位置从而调整第四谐振腔R4的谐振频率，同时第十五金属化通孔V15与第十六金属化通孔V16为第三耦合缝隙C34提供边界；第十九～二十一金属化通孔V19、V20、V21与第二十二～二十四金属化通孔V22、V23、V24不仅为第四谐振腔R4和第五谐振腔R5提供边界，并且能够通过调整第十九～二十一金属化通孔V19、V20、V21与第二十二～二十四金属化通孔V22、V23、V24在第四谐振腔R4的位置从而调整第五谐振腔R5的谐振频率，同时第二十一三金属化通孔V21与第二十二金属化通孔V22为第四耦合缝隙C45提供边界；第二十五～二十七金属化通孔V25、V26、V27与第二十八～三十金属化通孔V28、V29、V30不仅为第五谐振腔R5和第六谐振腔R6提供边界，并且能够通过调整第二十五～二十七金属化通孔V25、V26、V27与第二十八～三十金属化通孔V28、V29、V30在第五谐振腔R5的位置从而调整第六谐振腔R6的谐振频率，同时第二十七金属化通孔V27与第二十八金属化通孔V28为第五耦合缝隙C56提供边界。

本发明基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器的工作原理如下：宽频带微波信号从输入端口P1进入第一谐振腔R1，通带内的微波信号通过第一耦合缝隙C12耦合到第二谐振腔R2，经过第二耦合缝隙C23耦合到第三谐振腔R3，经过第三耦合缝隙C34耦合到第四谐振腔R4，经过第四耦合缝隙C45耦合到第五谐振腔R5，最后经过第五耦合缝隙C56耦合到第六谐振腔R6到输出端口P2，通带外的微波依次在六个谐振腔R1、R2、R3、R4、R5、R6的谐振频率外衰减。通过改变三十个金属化通孔V1～V30的位置，可以微调谐振腔的谐振频率，通过调整第一耦合缝隙C12、第二耦合缝隙C23、第三耦合缝隙C34、第四耦合缝隙C45、第五耦合缝隙C56的宽度可以改变通带的宽度。

实施例1

本发明基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器的陶瓷基板相对介电常数为7.4、损耗角正切为0.002、长×宽×高为3.4mm×1.6mm×0.114mm，金属化通孔的半径均为0.05mm，陶瓷基板的表面的金属壁厚度为0.01mm。由图3可以看出，通带内最小插入损耗为1.2dB，回波损耗小于16dB，带宽为90GHz～100GHz，下边带抑制好于50dB，上边带抑制好于45dB。

综上，本发明频带为W波段，具有频段频率覆盖广、插入损耗小、频率选择性好、谐波抑制特性好、电路结构简单、可控性好等优点，对于未来高速率数据无线通信具有有重大应用前景。

Claims

1.一种基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器，其特征在于，包括陶瓷基板(S)，陶瓷基板(S)上下表面金属壁(G1)和侧边金属壁(G2)，三十个金属化通孔(V1～V30)，由三十个金属化通孔(V1～V30)和陶瓷基板(S)形成的六个谐振腔(R1、R2、R3、R4、R5、R6)，第一谐振腔(R1)和第二谐振腔(R2)之间的第一耦合缝隙(C12)，第二谐振腔(R2)和第三谐振腔(R3)之间的第二耦合缝隙(C23)，第三谐振腔(R3)和第四谐振腔(R4)之间的第三耦合缝隙(C34)，第四谐振腔(R4)和第五谐振腔(R5)之间的第一耦合缝隙(C45)，第五谐振腔(R5)和第六谐振腔(R6)之间的第一耦合缝隙(C56)，以及上层金属壁的共面波导输入端口(P1)和输出端口(P2)；

所述第一谐振腔(R1)由第一～六金属化通孔(V1、V2、V3、V4、V5、V6)与陶瓷基板(S)表面金属壁(G1)、侧边金属壁(G2)形成；第二谐振腔(R2)由第一～十二金属化通孔(V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12)和陶瓷基板(S)表面金属壁(G1)、侧边金属壁(G2)形成；第三谐振腔(R3)由第七～十八金属化通孔(V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18)与陶瓷基板(S)表面金属壁(G1)、侧边金属壁(G2)形成；第四谐振腔(R4)由第十三～二十四金属化通孔(V13、V14、V15、V16、V17、V18、V19、V20、V21、V22、V23、V24)与陶瓷基板(S)表面金属壁(G1)、侧边金属壁(G2)形成；第五谐振腔(R5)由第十九～三十金属化通孔(V19、V20、V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28、V29、V30)与陶瓷基板(S)表面金属壁(G1)、侧边金属壁(G2)形成；第六谐振腔(R6)由第二十五～三十金属化通孔(V25、V26、V27、V28、V29、V30)与陶瓷基板(S)表面金属壁(G1)、侧边金属壁(G2)形成；第一谐振腔(R1)和第二谐振腔(R2)通过第一耦合缝隙(C12)耦合，第二谐振腔(R2)和第三谐振腔(R3)通过第二耦合缝隙(C23)耦合，第三谐振腔(R3)和第四谐振腔(R4)通过第三耦合缝隙(C34)耦合，第四谐振腔(R4)和第五谐振腔(R5)通过第四耦合缝隙(C45)耦合，第五谐振腔(R5)和第六谐振腔(R6)通过第五耦合缝隙(C56)耦合。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器，其特征在于，所述第一耦合缝隙(C12)是第一～三金属化通孔(V1、V2、V3)与第四～六金属化通孔(V4、V5、V6)之间的缝隙，第二耦合缝隙(C23)是第七～九金属化通孔(V7、V8、V9)与第十～十二金属化通孔(V10、V11、V12)之间的缝隙，第三耦合缝隙(C34)是第十三～十五金属化通孔(V13、V14、V15)与第十六～十八金属化通孔(V16、V17、V18)之间的缝隙，第四耦合缝隙(C45)是第十九～二十一金属化通孔(V19、V20、V21)与第二十二～二十四金属化通孔(V22、V23、V24)之间的缝隙，第五耦合缝隙(C56)是第二十五～二十七金属化通孔(V25、V26、V27)与第二十八～三十金属化通孔(V28、V29、V30)之间的缝隙。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC的W波段高抑制带通滤波器，其特征在于，所述第一～三金属化通孔(V1、V2、V3)与第四～六金属化通孔(V4、V5、V6)不仅为第一谐振腔(R1)和第二谐振腔(R2)提供边界，并且能够通过调整第一～三金属化通孔(V1、V2、V3)与第四～六金属化通孔(V4、V5、V6)在第一谐振腔(R1)的位置从而调整第二谐振腔(R2)的谐振频率，同时第三金属化通孔(V3)与第四金属化通孔(V4)为第一耦合缝隙(C12)提供边界；第七～九金属化通孔(V7、V8、V9)与第十～十二金属化通孔(V10、V11、V12)不仅为第二谐振腔(R2)和第三谐振腔(R3)提供边界，并且能够通过调整第七～九金属化通孔(V7、V8、V9)与第十～十二金属化通孔(V10、V11、V12)在第二谐振腔(R2)的位置从而调整第三谐振腔(R3)的谐振频率，同时第九金属化通孔(V9)与第十金属化通孔(V10)为第二耦合缝隙(C23)提供边界；第十三～十五金属化通孔(V13、V14、V15)与第十六～十八金属化通孔(V16、V17、V18)不仅为第三谐振腔(R3)和第四谐振腔(R4)提供边界，并且能够通过调整第十三～十五金属化通孔(V13、V14、V15)与第十六～十八金属化通孔(V16、V17、V18)在第三谐振腔(R3)的位置从而调整第四谐振腔(R4)的谐振频率，同时第十五金属化通孔(V15)与第十六金属化通孔(V16)为第三耦合缝隙(C34)提供边界；第十九～二十一金属化通孔(V19、V20、V21)与第二十二～二十四金属化通孔(V22、V23、V24)不仅为第四谐振腔(R4)和第五谐振腔(R5)提供边界，并且能够通过调整第十九～二十一金属化通孔(V19、V20、V21)与第二十二～二十四金属化通孔(V22、V23、V24)在第四谐振腔(R4)的位置从而调整第五谐振腔(R5)的谐振频率，同时第二十一三金属化通孔(V21)与第二十二金属化通孔(V22)为第四耦合缝隙(C45)提供边界；第二十五～二十七金属化通孔(V25、V26、V27)与第二十八～三十金属化通孔(V28、V29、V30)不仅为第五谐振腔(R5)和第六谐振腔(R6)提供边界，并且能够通过调整第二十五～二十七金属化通孔(V25、V26、V27)与第二十八～三十金属化通孔(V28、V29、V30)在第五谐振腔(R5)的位置从而调整第六谐振腔(R6)的谐振频率，同时第二十七金属化通孔(V27)与第二十八金属化通孔(V28)为第五耦合缝隙(C56)提供边界。