CN104377406A - 一种微波毫米波自负载多正交可倒相滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由定向耦合器和微波毫米波滤波器组成的微波毫米波自负载多正交可倒相滤波器，包括定向耦合器和两个微波毫米波滤波器，定向耦合器包括两条不同且平行的平面上的双螺旋结构的宽边耦合带状线，定向耦合器还包括钽电阻；每个微波毫米波滤波器中均设置六级并联谐振单元，其中靠近定向耦合器的一级并联谐振单元通过输入电感与定向耦合器连接。本发明提供的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，不仅体积小、可靠性高、电性能优异、批量一致性好、温度性能稳定，且能输出四列等幅且多正交可倒相的信号，满足了多方面的需求。

Description

一种微波毫米波自负载多正交可倒相滤波器

一、技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种微波毫米波自负载多正交可倒相滤波器。

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，所以卫星通信等尖端设备向着毫米波波段发展，所以微波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耦合器一直是各种微波集成电路中的重要组成部件，由于直通口与耦合口可以输出两列幅度相同但有特定相位差的波形，因此将耦合器与滤波器相连，可以扩大滤波器的使用范围。

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，可以实现由带状线实现的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器。

在目前形势下，定向耦合器输出的是两列相位差为90°的等幅度信号，相位差不够丰富，不能满足很多情况下的需求。与此同时，平衡滤波器输出的是两列相位差为180°的等幅度信号，同理，相位差不够丰富。

三、发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明提供一种由定向耦合器和微波毫米波滤波器组成的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，其体积小、可靠性高、电性能优异、批量一致性好、温度性能稳定，且能输出四列等幅且多正交可倒相的信号。

一种微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，包括自接匹配负载的定向耦合器和两个微波毫米波滤波器，

自接匹配负载的定向耦合器包括第一输入端、隔离端，还包括设置于两个接地端之间的、第一匹配线、第二匹配线、第三匹配线、第四匹配线、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线、第一输出电感、第二输出电感：第一输入端与第一匹配线一端连接，第一匹配线另一端与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线一端连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线另一端与第二匹配线一端连接，第二匹配线另一端与第一输出电感一端连接；第二输出电感一端与第三匹配线一端连接，第三匹配线另一端与第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线一端连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线的另一端与第四匹配线一端连接，第四匹配线另一端与隔离端一端连接，隔离端另一端与接地端连接；钽电阻的两端分别与隔离端口和接地端连接；

第一微波毫米滤波波器包括第二输出端、第三输出端，还包括位于填充物之间的六级并联谐振单元、第一输入电感、第三输出电感、第四输出电感：第一输入电感一端与第一输出电感的另一端连接，第一输入电感的另一端与第一级并联谐振单元连接，第六级并联谐振单元通过第三输出电感、第四输出电感分别与第二输出端、第三输出端连接；

第二微波毫米波滤波器包括第四输出端、第五输出端，还包括位于填充物之间的六级并联谐振单元、第二输入电感、第五输出电感、第六输出电感：第二输入电感一端与第二输出电感的另一端连接，第二输入电感的另一端与第七级并联谐振单元连接，第十二级并联谐振单元通过第五输出电感、第六输出电感分别与第四输出端、第五输出端连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)可产生形状、幅度相同，相位相差0度、90度、180度和270度即多正交可倒相的四种信号波形；(2)在隔离端口自接一个负载，使用时无需外接负载，带来极大的便利；(3)带内平坦；(4)体积小、重量轻、可靠性高；(5)电性能优异；(6)电路实现结构简单，成本低，可实现大批量生产。

下面结合附图具体描述本发明提供的一种微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器。

四、附图说明

图1是本发明定向耦合器和微波毫米波滤波器的组合结构示意图；

图2是本发明定向耦合器结构示意图；

图3是本发明第一微波毫米波滤波器结构示意图；

图4是本发明第二微波毫米波滤波器结构示意图；

图5是本发明输出端口的幅频特性曲线；

图6是本发的驻波特性曲线；

图7是本发第二输出端口与第三输出端口的相位差曲线；

图8是本发第二输出端口与第四输出端口的相位差曲线。

五、具体实施方式

结合图1，一种微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，包括自接匹配负载的定向耦合器和第一微波毫米波滤波器F1和第二微波毫米波滤波器F2。

结合图2，自接匹配负载的定向耦合器包括表面贴装的50欧姆阻抗的第一输入端P1、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端P6，还包括设置于两个接地端之间的、第一匹配线L1、第二匹配线L2、第三匹配线L3、第四匹配线L4、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2、第一输出电感L_out1、第二输出电感L_out2：第一输入端P1与第一匹配线L1一端连接，第一匹配线L1另一端与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2一端连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2另一端与第二匹配线L2一端连接，第二匹配线L2另一端与第一输出电感L_out1一端连接；第二输出电感L_out2一端与第三匹配线L3一端连接，第三匹配线L3另一端与第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1一端连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1的另一端与第四匹配线L4一端连接，第四匹配线L4另一端与隔离端P6一端连接，隔离端P6另一端与接地端连接；钽电阻R的两端分别与隔离端口P6和接地端连接。接地端1与P6下表面有一定的高度差，这个高度差就是钽电阻R的厚度。选用钽电阻的原因是其本身的电性能好，在滤波器中常选用钽电阻作为自负载。加入钽电阻后，整个滤波器结构统一，不需要在外加电阻。结构变简单，实现效果好。

结合图2，第一匹配线L1、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2和第四匹配线L4位于同一平面A；第三匹配线L3、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1和第二匹配线L2位于同一平面B；第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2上下平行，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2位于第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1的正下方，即第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1和第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2在接地端的投影相重合。

每一级并联谐振单元由至少两层平行的带状线组成，每一级并联谐振单元中带状线的层数相同，且每个微波毫米滤波器的每一级并联谐振单元相对应的一层位于同一平面。根据实际工作和所需波形图的需要，每一级并联谐振单元中带状线的层数可以为二层、三层、四层等。所有第一层和最后一层的带状线接地端均相同且一端接地另一端开路，其余的带状线接地端相同且一端接地另一端开路；第一层和最后一层的带状线接地端方向与其余层带状线接地端相反。第一输入电感L_in1与第一级并联谐振单元最中间一层或最中间两层的其中一层的带状线连接；第二输入电感L_in2与第七级并联谐振单元最中间一层或最中间两层的其中一层的带状线连接。

以三层为例，结合图3，第一微波毫米滤波波器包括表面贴装75欧姆的第二输出端P2、表面贴装75欧姆的第三输出端P3，还包括位于填充物之间的六级并联谐振单元、第一输入电感L_in1、第三输出电感L_out3、第四输出电感L_out4：第一输入电感L_in1一端与第一输出电感L_out1的另一端连接，第一输入电感L_in1的另一端与第一级并联谐振单元连接，第六级并联谐振单元通过第三输出电感L_out3、第四输出电感L_out4分别与第二输出端P2、第三输出端P3连接。结合图4，第二微波毫米波滤波器包括表面贴装75欧姆的第四输出端P4、表面贴装75欧姆的第五输出端P5，还包括位于填充物之间的六级并联谐振单元、第二输入电感L_in2、第五输出电感L_out5、第六输出电感L_out6：第二输入电感L_in2一端与第二输出电感L_out2的另一端连接，第二输入电感L_in2的另一端与第七级并联谐振单元连接，第十二级并联谐振单元通过第五输出电感L_out5、第六输出电感L_out6分别与第四输出端P4、第五输出端P5连接。

结合图3、图4，每一级并联谐振单元均由三层带状线组成，即第一级并联谐振单元由第一级第一条带状线L11、第一级第二条带状线L21、第一级第三条带状线L31并联组成；第二级并联谐振单元由第二级第一条带状线L12、第二级第二条带状线L22、第二级第三条带状线L32并联组成；以此类推，第十二级并联谐振单元由第十二级第一条带状线L112、第十二级第二条带状线L212、第十二级第三条带状线L312并联组成。其中带状线L11、L12、L13、L14、L15、L16、L17、L18、L19、L110、L111、L112位于同一平面，带状线L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28、L29、L210、L211、L212位于同一平面，带状线L31、L32、L33、L34、L35、L36、L37、L38、L39、L310、L311、L312位于同一平面。带状线L11、L12、L13、L14、L15、L16、L17、L18、L19、L110、L111、L112和带状线L31、L32、L33、L34、L35、L36、L37、L38、L39、L310、L311、L312的接地端均相同且一端接地另一端开路；带状线L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28、L29、L210、L211、L212的接地端相同且一端接地另一端开路；并且第二层带状线接地端方向与第一、三层接地端相反。在实际工作中，改变并联谐振单元中带状线的位置，可以得出不同的波形图。

结合图2、图3，所述第一输入电感L_in1与第一级并联谐振单元的第二层带状线L21连接，第三输出电感L_out3、第四输出电感L_out4分别与第六级并联谐振单元的第二层带状线L26连接。

结合图2、图4，第二输入电感L_in2与第七级并联谐振单元的第二层带状线L27连接，第五输出电感L_out5、第六输出电感L_out6分别与第十二级并联谐振单元的第二层带状线L212连接。

结合图3，第一微波毫米滤波器还包括与并联谐振单元平行且位于并联谐振单元的下方与第二接地端(2)之间的第一Z形级间耦合带状线Z1，第一Z形级间耦合带状线Z1的两条平行的带状线分别位于第二级并联谐振单元和第五级并联谐振单元下，另一条带状线位于第二、三级并联谐振单元下，第一Z形级间耦合带状线Z1两端均接地。

结合图4，第二微波毫米滤波器还包括与并联谐振单元平行且位于并联谐振单元的下方第三接地端(3)之间的的第二Z形级间耦合带状线Z2，第二Z形级间耦合带状线Z2的两条平行的带状线分别位于第八级并联谐振单元和第十一级并联谐振单元下，另一条带状线位于第九、十级并联谐振单元下，第二Z形级间耦合带状线Z2两端均接地。

第一输入端P1、第二输出端P2、第三输出端P3、第四输出端P4、第五输出端P5、隔离端P6、第一匹配线L1、第二匹配线L2、第三匹配线L3、第四匹配线L4、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2、第一输出电感L_out1、第二输出电感L_out2、第三输出电感L_out3、第四输出电感L_out4、第五输出电感L_out5、第六输出电感L_out6、并联谐振单元、第一输入电感L_in1、第二输入电感L_in2、第一Z形级间耦合带状线Z1、第二Z形级间耦合带状线Z2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。本发明一种微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器的尺寸仅为11mm×3.2mm×1.5mm，其性能可从图5、图6看出，此通带带宽为2.7GHz～2.9GHz，中心频率是1.8GHz，第二、三、四、五输出端口P2、P3、P4、P5在通带内的输出波形基本一致，输入端口回波损耗优于16dB，在通带内，从图7、图8可以看出，第二输出端口P2与第三输出端口P3的相位差近似为180度，第二输出端口P2与第五输出端口P5相位差近似为90度。因平衡滤波器输出二端口之间有180°的相位差，由此可以得出，在次微波毫米波自负载多正交可倒相滤波器的输出四端口之间分别有0°、90°、180°、270°的相位差，满足了多种情况下的使用需求，为人们提供了极大的便利。

Claims (8)

1.一种微波毫米波自负载多正交可倒相滤波器，包括自接匹配负载的定向耦合器和两个微波毫米波滤波器，其特征在于，

自接匹配负载的定向耦合器包括第一输入端(P1)、隔离端(P6)，还包括设置于两个接地端(1)之间的、第一匹配线(L1)、第二匹配线(L2)、第三匹配线(L3)、第四匹配线(L4)、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U1)、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U2)、第一输出电感(L_out1)、第二输出电感(L_out2)、钽电阻(R)：第一输入端(P1)与第一匹配线(L1)一端连接，第一匹配线(L1)另一端与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U2)一端连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U2)另一端与第二匹配线(L2)一端连接，第二匹配线(L2)另一端与第一输出电感(L_out1)一端连接；第二输出电感(L_out2)一端与第三匹配线(L3)一端连接，第三匹配线(L3)另一端与第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U1)一端连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U1)的另一端与第四匹配线(L4)一端连接，第四匹配线(L4)另一端与隔离端(P6)一端连接，隔离端(P6)另一端与接地端连接；钽电阻(R)的两端分别与隔离端口(P6)和接地端相贴合；

第一微波毫米滤波波器包括第二输出端(P2)、第三输出端(P3)，还包括位于填充物之间的六级并联谐振单元、第一输入电感(L_in1)、第三输出电感(L_out3)、第四输出电感(L_out4)：第一输入电感(L_in1)一端与第一输出电感(L_out1)的另一端连接，第一输入电感(L_in1)的另一端与第一级并联谐振单元连接，第六级并联谐振单元通过第三输出电感(L_out3)、第四输出电感(L_out4)分别与第二输出端(P2)、第三输出端(P3)连接；

第二微波毫米波滤波器包括第四输出端(P4)、第五输出端(P5)，还包括位于填充物之间的六级并联谐振单元、第二输入电感(L_in2)、第五输出电感(L_out5)、第六输出电感(L_out6)：第二输入电感(L_in2)一端与第二输出电感(L_out2)的另一端连接，第二输入电感(L_in2)的另一端与第七级并联谐振单元连接，第十二级并联谐振单元通过第五输出电感(L_out5)、第六输出电感(L_out6)分别与第四输出端(P4)、第五输出端(P5)连接。

2.根据权利要求1所述的微波毫米波自负载多正交可倒相滤波器，其特征在于，第一匹配线(L1)、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U2)和第四匹配线(L4)位于同一平面A；第三匹配线(L3)、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U1)和第二匹配线(L2)位于同一平面B；平面A和平面B平行；第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U1)和第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U2)在接地端的投影相重合。

3.根据权利要求2所述的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，其特征在于，每一级并联谐振单元由至少两层带状线组成，每一级并联谐振单元中带状线的层数相同，且每个微波毫米滤波器的每一级并联谐振单元相对应的一层位于同一平面；所有第一层和最后一层的带状线接地端均相同且一端接地另一端开路，其余的带状线接地端相同且一端接地另一端开路；第一层和最后一层的带状线接地端方向与其余层带状线接地端相反；

第一输入电感(L_in1)与第一级并联谐振单元最中间一层或最中间两层的其中一层的带状线连接；第二输入电感(L_in2)与第七级并联谐振单元最中间一层或最中间两层的其中一层的带状线连接。

4.根据权利要求3所述的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，其特征在于，每一级并联谐振单元均由三层带状线组成，第一输入电感(L_in1)与第一级并联谐振单元的第二层带状线连接，第三输出电感(L_out3)、第四输出电感(L_out4)分别与第六级并联谐振单元的第二层带状线连接；

第二输入电感(L_in2)与第七级并联谐振单元的第二层带状线连接，第五输出电感(L_out5)、第六输出电感(L_out6)分别与第十二级并联谐振单元的第二层带状线连接。

5.根据权利要求3或4所述的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，其特征在于，第一微波毫米滤波器还包括平行且位于并联谐振单元的下方的第一Z形级间耦合带状线(Z1)，第一Z形级间耦合带状线(Z1)的两条平行的带状线分别位于第二级并联谐振单元和第五级并联谐振单元下，另一条带状线位于第二、三级并联谐振单元下，第一Z形级间耦合带状线(Z1)两端均接地；

第二微波毫米滤波器还包括平行且位于并联谐振单元的下方的第二Z形级间耦合带状线(Z2)，第二Z形级间耦合带状线(Z2)的两条平行的带状线分别位于第八级并联谐振单元和第十一级并联谐振单元下，另一条带状线位于第九、十级并联谐振单元下，第二Z形级间耦合带状线(Z2)两端均接地。

6.根据权利要求1所述的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，其特征在于，第一输入端口(P1)为表面贴装的50欧姆的端口；隔离端口(P6)为表面贴装的50欧姆阻抗的端口；第二输出端(P2)、第三输出端(P3)、第四输出端(P4)、第五输出端(P5)均为表面贴装75欧姆的端口。

7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，其特征在于，第一输入端(P1)、第二输出端(P2)、第三输出端(P3)、第四输出端(P4)、第五输出端(P5)、隔离端(P6)、第一匹配线(L1)、第二匹配线(L2)、第三匹配线(L3)、第四匹配线(L4)、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U1)、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线(U2)、第一输出电感(L_out1)、第二输出电感(L_out2)、第三输出电感(L_out3)、第四输出电感(L_out4)、第五输出电感(L_out5)、第六输出电感(L_out6)、并联谐振单元、第一输入电感(L_in1)、第二输入电感(L_in2)均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

8.根据权利要求5所述的微波毫米波外负载多正交可倒相滤波器，其特征在于，第一Z形级间耦合带状线(Z1)和第二Z形级间耦合带状线(Z2)均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。