CN104201451B - 一种新型带状线结构的高频低通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种由带状线结构实现的高频低通滤波器，包括介质基板、输入端、输出端，其特征在于，还包括设置于长方体介质基板中的输入电感、输出电感，以及位于同一平面的第一级带状线、第二级带状线、第三级带状线，每一级带状线之间通过一级环带状线连接，第三级带状线与输出电感之间通过一级环带状线连接。本发明提供的新型带状线结构的高频低通滤波器体积小、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低通滤波器。

Description

一种新型带状线结构的高频低通滤波器
一、技术领域
本发明涉及一种滤波器，特别是一种新型带状线结构的高频低通滤波器。
二、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，通常低通滤波器的频段都比较低，所以微高频段低通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。而现有的滤波器并不适合在高频波段使用，主要的制约因素在于带宽较小、损耗较大。
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微波毫米波带通滤波器。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种由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低通滤波器。
一种新型带状线结构的高频低通滤波器，包括介质基板、输入端、输出端，其特征在于，还包括设置于长方体介质基板中的输入电感、输出电感，以及位于同一平面的第一级带状线、第二级带状线、第三级环带状线：输入端口的一端通过第一金属柱与输入电感一端连接，输入电感另一端与第一级带状线一端连接，第一级带状线另一端通过第一耦合带状线与第二级带状线一端连接，第二级带状线另一端通过第二耦合带状线与第三级环带状线一端连接，第三级环带状线另一端通过第三级环带状线与输出电感一端连接，输出电感另一端通过第二金属柱与输出端连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)使用三级带状线，提高了带内的平坦度，使得通带内插损低，同时提高了滤波器的截止频率；(2)本发明主要使用了三级带状线和三级环带状线，结构简单，可实现生产成本的降低；(3)利用LTCC技术，使得元器件性能的稳定性提高，并且体积和质量均有显著减小，便于安装生产。
下面结合附图，具体描述本发明提供的一种新型带状线结构的高频低通滤波器。
四、附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明输出端的幅频特性曲线；
图3是本发明输入输出端口的驻波特性曲线。
五、具体实施方式
结合图1，一种新型带状线结构的高频低通滤波器，包括介质基板1、共面波导结构的50欧姆阻抗的输入端P1、共面波导结构的50欧姆阻抗的输出端P2，其特征在于，还包括设置于长方体介质基板中的输入电感Lin、输出电感Lout，以及位于同一平面的第一级带状线T1、第二级带状线T2、第三级带状线T3：
介质基板1呈长方体，其外表面为接地端，所述介质基板1上表面以一条短边中点为起点向另一条短边延伸方向设置输入端开口1-1，输入端P1设置于输入端开口1-1中；介质基板1的上表面以另一条短边中点为起点向相对的短边延伸方向设置输出端开口1-2，输出端P2设置于输出端开口1-2中。
输入端口P1的一端通过第一金属柱2-1与输入电感Lin一端连接，输入电感Lin另一端与第一级带状线T1一端连接，第一级带状线T1另一端通过第一耦合带状线U1与第二级带状线T2一端连接，第二级带状线T2另一端通过第二耦合带状线U2与第三级环带状线T3一端连接，第三级带状线T3另一端通过第三级环带状线U3与输出电感Lout一端连接，输出电感Lout另一端通过第二金属柱2-2与输出端P2连接。
第一级带状线T1的长度和宽度的调节主要影响截止频率，较小的尺寸能提高截止频率。第二级带状线T2、第二级带状线T3的长度和宽度主要影响通带内的平坦度。带状线T1、T2、T3的具体参数要根据实际情况进行微调。
本发明的工作原理在于：信号从输入端口P1口传入，经过金属柱到达输入电感Lin，信号能量分别经过第一级带状线T1、第一耦合带状线U1、第二级带状线T2、第二耦合带状线U2、第三级带状线T3、第三耦合带状线U3，最后达到输出电感，通过金属柱传递至P2输出。此过程中伴随着信号能量的损耗。如图2中，输入端口P1回波损耗比较好，均优于20dB，说明在输入端口的损耗小。信号到达输出端口后，能有效抑制25GHz以上的频率。图3中，输入输出端口驻波比优于1.25，体现该结构的滤波器能够在输入和输出接口达到能量的良好传输。
输入端口P1、输入电感Lin、第一级带状线T1、第一耦合带状线U1、第二级带状线T2、第二耦合带状线U2、第三级带状线T3、第三耦合带状线U3、输出电感Lout、连接金属柱、输出端口P2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。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。
本发明一种新型带状线结构的高频低通滤波器的尺寸仅为6.5mm×3.5mm×0.5mm，其性能可从图2、图3看出，截止频率为12GHz，截止频率处插入损耗为0.27dB，输入端口回波损耗均优于20dB，阻带抑制优于35dB，输入输出端口驻波比优于1.25。

Claims (3)

1.一种新型带状线结构的高频低通滤波器，包括介质基板(1)、输入端(P1)、输出端(P2)，其特征在于，还包括设置于长方体介质基板中的输入电感(Lin)、输出电感(Lout)，以及位于同一平面的第一级带状线(T1)、第二级带状线(T2)、第三环带状线(T3)：
输入端口(P1)的一端通过第一金属柱(2-1)与输入电感(Lin)一端连接，输入电感(Lin)另一端与第一级带状线(T1)一端连接，第一级带状线(T1)另一端通过第一耦合带状线(U1)与第二级带状线(T2)一端连接，第二级带状线(T2)另一端通过第二耦合带状线(U2)与第三级环带状线(T3)一端连接，第三级环带状线(T3)另一端通过第三级环带状线(U3)与输出电感(Lout)一端连接，输出电感(Lout)另一端通过第二金属柱(2-2)与输出端(P2)连接；
第一级带状线(T1)的长度和宽度的调节影响截止频率，较小的尺寸能提高截止频率，第二级带状线(T2)、第三级带状线(T3)的长度和宽度影响通带内的平坦度，对第一级带状线(T1)、第二级带状线(T2)、第三级带状线(T3)微调；
输入端(P1)、输出端(P2)均为共面波导结构的50欧姆阻抗的端口。
2.根据权利要求1所述的新型带状线结构的高频低通滤波器，其特征在于，介质基板(1)呈长方体，其外表面为接地端，所述介质基板(1)上表面以一条短边中点为起点向另一条短边延伸方向设置输入端开口(1-1)，输入端(P1)设置于输入端开口(1-1)中；介质基板(1)的上表面以另一条短边中点为起点向相对的短边延伸方向设置输出端开口(1-2)，输出端(P2)设置于输出端开口(1-2)中。
3.根据上述任意一项权利要求所述的新型带状线结构的高频低通滤波器，其特征在于，输入端口(P1)、输入电感(Lin)、第一级带状线(T1)、第一耦合带状线(U1)、第二级带状线(T2)、第二耦合带状线(U2)、第三级环带状线(T3)、第三耦合带状线(U3)、输出电感(Lout)、连接金属柱、输出端口(P2)和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。
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