CN104883151A - 一种微型超宽频带带通lc滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微型超宽频带带通LC滤波器。本发明通过采用温漂小、稳定性好、高Q值的绕线磁环，并采用了0603封装的电容，从而大大提升了该滤波器的电性能指标；专门的壳体包装，使得本发明的机械性能有所提升，能够应用于比较恶劣的环境；在PCB板处的三层结构设计，可以有效屏蔽信号干扰，使输入输出以及接地信号都能完美地传入PCB和元器件中。本发明以微小体积、超大带宽和高矩形度为设计原则，设计了滤波器的传递函数展开方程，并严格按照方程参数进行电容和电感的匹配，因此，本发明具有微小封装、超大带宽、低插损、高矩形度和高阻带抑制等诸多机械和电学性能的优点。

Description

一种微型超宽频带带通LC滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器领域，尤其涉及一种微型超宽频带带通LC滤波器。
背景技术
随着射频技术的发展，对滤波器频率指标的要求日益苛刻，一些常用的通信设备的收发通道需要使用更大带宽的滤波器，以满足越来越大的信息传输量和广阔的频带宽度，但同时，对体积的要求也越来越苛刻，体积必须向“小型化”发展。在这个前提下，急需一种“插损小”、“体积小”、“带内波动小”、“矩形系数好”，“性能稳定”的宽频带带通滤波器。
然而滤波器的体积与性能存在一定程度的悖论，在现有技术中，以21.4MHz频率段为例，在此频率段上想实现一个“矩形系数好”的“宽频带”滤波器通常需要使用声表面波滤波器，但是随着频带宽度的增加，声表面波滤波器的插损也随之增大，实现难度也越来越大，目前现有的声表面波滤波器在21.4MHz频率下最多只能做到6-8MHz的带宽；然而，在此频点若达到20MHz带宽，则相应的LC滤波器就难以兼顾性能和体积，即存在以下难题：若保证了电感的Q值，则体积最小只能做到27mm*15mm*10mm；若缩小到同样的体积，则和Q值相关的各项参数都不能保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于发明一种微型超宽频带带通LC滤波器，本发明兼顾了滤波器性能和体积，具有超大带宽、低插损、高矩形度和高阻带抑制的优点，同时体积和重量都较小。
本发明是这样实现的，一种微型超宽频带带通LC滤波器，包括PCB底座、绕线磁环和电容，所述PCB底座共有三层，所述电容和所述绕线磁环均通过锡焊固定于所述PCB顶层之上，所述绕线磁环外部套设有外绕漆包线，所述绕线磁环具有温漂小、稳定性高的优点；
所述PCB底座底层包括接地区域和非接地区域，所述非接地区域由矩形焊盘构成，所述矩形焊盘与所述PCB底座顶层通过通孔状结构连通，用于作为所述LC滤波器的信号输入和输出端口；
所述LC滤波器为5阶的LC滤波器，所述LC滤波器的的椭圆形LC滤波器传递函数展开方程为，所述LC滤波器的拓扑结构严格遵守所述展开方程，所述LC滤波器的拓扑结构中共由7组电容和绕线磁环构成的LC震荡回路,一组所述LC震荡回路包括一个电容和一个绕线磁环。
优选的，所述PCB底座的中间层和所述PCB底座的接地区域都接地。
优选的，所述PCB底座底层的接地区域整面铺铜，不铺阻焊，造成与地的良好接触。
优选的，还包括有白铜制作的壳体，所述壳体有四个凸台，所述PCB底座底层接地区域有四个凹向PCB底座中间层的凹口，所述凸台和所述凹口相配合，所述壳体与PCB底座的配合设计可以有效提升滤波器的屏蔽性能。
优选的，所述LC滤波器中的仿真算法的参数包括所述绕线磁环之间的互感值。
优选的，每个所述绕线磁环与对应的所述电容设置于同一组所述PCB底座顶层中的焊盘，所述绕线磁环通过焊接固定于所述焊盘，对应的所述电容位于所述绕线磁环焊点上方并焊接固定于所述焊盘，所述绕线磁环的引脚只露出0.5-1.5mm。
优选的，7个所述绕线磁环共由两种型号磁环构成，所述绕线磁环满足了不同参数下的电感Q值。
优选的，所述电容采用统一0603封装，所述电容与PCB板边缘间距大于0.5mm。
优选的，所述外绕漆包线采用直径0.22mm和直径0.1mm两种规格的漆包线，所述外绕漆包线两端的去漆长度不长于1mm。
优选的，用缩醛烘干胶液对所述LC滤波器整体内部进行固定。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明采用了采用了0603封装的电容，并将所需的所有的电感全用绕线磁环代替，从而保证了相关电学参数，也因此大大提升了该滤波器的电性能指标，并使得滤波器具有具有温漂小、稳定性高的优点，最终的缩醛烘干胶液既保证了滤波器内部的稳固，又不会对调试好的滤波器造成影响。
本发明滤波器的PCB板采用0.5mm厚度的PCB板，既有效的节省了空间，又保证了滤波器的稳定工作，并有利于整体结构的稳定。在PCB板设计了全新的封装结构，使输入输出以及接地信号都能完美的传入PCB和元器件中，PCB板的背面和底座完全接触，创造良好接地效果。本发明中专门的壳体包装，使得本发明的机械性能有所提升，能够应用于比较恶劣的环境。
本发明综合考虑超宽带宽、尺寸、矩形系数这三个参数，以这三个参数获取最优值为设计原则设计了滤波器的传递函数展开方程，并按照传递函数展开方程进行电容和电感参数的匹配，使得本发明滤波器具有如下优良性能：
(1)标称频率可达到20MHz的带宽，并且体积很小，只有13.5*5.5*6，属于微型封装，重量较轻；
(2)具有低插损、高矩形度和高阻带抑制的优点；
(3)实现了-40dB矩形系数控制在1.5的高性能指标。
附图说明
图1是滤波器的内部结构示意图；
图2是滤波器的拓扑图；
图3是滤波器的外形示意图。
其中：1-PCB底座，2-绕线磁环，3-外绕漆包线，4-电容，5-矩形焊盘，L-整体封装长度，W-整体封装宽度，H-整体封装高度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种微型超宽频带带通LC滤波器，如图1所示，包括PCB底座1、绕线磁环2和电容4，所述PCB底座1共有三层，所述PCB底座1厚0.5mm宽5.5mm，长13mm，所述电容4和所述绕线磁环2均通过锡焊固定于所述PCB顶层之上，所述绕线磁环2外部套设有外绕漆包线3，所述绕线磁环2磁感系数稳定，并具有温漂小、稳定性高的优点；
所述PCB底座1底层包括接地区域和非接地区域，所述非接地区域为对称设置于所述PCB底座1底层左右两端的矩形焊盘5，所述矩形焊盘5的对称轴与PCB底座1底层的对称轴重合，所述矩形焊盘5与所述PCB底座1顶层通过通孔状结构连通，用于作为所述LC滤波器的信号输入和输出端口；
所述LC滤波器为5阶的LC滤波器，所述LC滤波器的的椭圆形LC滤波器传递函数展开方程为。
根据所述展开方程，获取对应的所述LC滤波器的拓扑结构，所述LC滤波器的电容参数和电感参数如图2所示，所述滤波器共有7组电容电感构成的LC震荡回路，为了保证各项参数，本实施例将所有的电感全用磁环线圈代替；一个焊盘焊接一组电容和绕线磁环，因此至少需要7个焊盘。
优选的，所述PCB底座1的中间层和所述PCB底座1的接地区域都接地。
优选的，所述PCB底座1底层的接地区域整面铺铜，不铺阻焊，造成与地的良好接触。
优选的，还包括白铜制作的壳体，所述壳体有四个凸台，所述PCB底座1底层接地区域有四个凹向PCB底座1中间层的凹口，所述凸台和所述凹口相配合，所述壳体与PCB底座的配合设计可以有效提升滤波器的屏蔽性能。
优选的，所述LC滤波器中的仿真算法的参数包括所述绕线磁环2之间的互感值；经过测试，在本发明中100nH的绕线磁环5工作时的互感值为自身电感总值的5％；300nH的绕线磁环5工作时的互感值为自身电感总值的7％-8％。
优选的，每个所述绕线磁环2与对应的所述电容4设置于同一组所述PCB底座1顶层中的焊盘，所述绕线磁环2通过焊接固定于所述焊盘，对应的所述电容4位于所述绕线磁环2焊点上方并焊接固定于所述焊盘，所述绕线磁环2的引脚只露出0.5-1.5mm，以保证所述绕线磁环2的焊点与PCB底座1良好的接触和固定。
优选的，所述绕线磁环2共有两种型号，所述绕线磁环2满足了不同参数下的电感Q值，所述绕线磁环2共有7个。
优选的，所述电容4采用统一0603封装，所述电容4与PCB板边缘间距大于0.5mm。
优选的，所述外绕漆包线3采用直径0.22mm和直径0.1mm两种规格的漆包线，所述外绕漆包线3两端的去漆长度不长于1mm，以保证滤波器性能的稳定性，防止发生意外短路。
优选的，用缩醛烘干胶液对所述LC滤波器整体内部进行固定。
如图3所示，所述滤波器:整体封装长度L为13.5mm，上盖封装宽度W为6mm，整体封装高度H为5.5mm，由此可知，本发明所述滤波器所占体积是非常小的。
本实施例的核心性能参数如下表所示：
参数 参数值
标称频率 20MHz
-1dB中心频率 21.2MHz
-1dB带宽 18.84MHz
-3dB带宽 20.04MHz
-40dB带宽 30.96MHz
-60dB带宽 35.04MHz
-40dB矩形系数 1.54
通带驻波 <2
插入损耗 -0.26dB
带外抑制 ≥60dB
带内波动 0.5dB
-3dB相对带宽 94％
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，包括PCB底座(1)、绕线磁环(2)和电容(4)，所述PCB底座(1)共有三层，所述电容(4)和所述绕线磁环(2)均通过锡焊固定于所述PCB顶层之上，所述绕线磁环(2)外部套设有外绕漆包线(3)；
所述PCB底座(1)底层包括接地区域和非接地区域，所述非接地区域由矩形焊盘(5)构成，所述矩形焊盘(5)与所述PCB底座(1)顶层通过通孔状结构连通，用于作为所述LC滤波器的信号输入和输出端口；
所述LC滤波器为5阶的LC滤波器，所述LC滤波器的的椭圆形LC滤波器传递函数展开方程为，所述LC滤波器的拓扑结构严格遵守所述展开方程，所述LC滤波器的拓扑结构中共有7组由电容(4)和绕线磁环(2)构成的LC震荡回路,一组所述LC震荡回路包括一个电容和一个电感。
2.根据权利要求1所述的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，所述PCB底座(1)的中间层和所述PCB底座(1)的接地区域都接地。
3.根据权利要求1或2所述的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，所述PCB底座(1)底层的接地区域整面铺铜，不铺阻焊。
4.根据权利要求3所述的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，还包括壳体，所述壳体有四个凸台，所述PCB底座(1)底层接地区域有四个凹向PCB底座(1)中间层的凹口，所述凸台和所述凹口相配合。
5.根据权利要求1、2或4所述的的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，所述LC滤波器中的仿真算法的参数包括所述绕线磁环(2)之间的互感值。
6.根据权利要求5所述的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，每个所述绕线磁环(2)与对应的所述电容(4)设置于同一组所述PCB底座(1)顶层中的焊盘，所述绕线磁环(2)通过焊接固定于所述焊盘，对应的所述电容(4)位于所述绕线磁环(2)焊点上方并焊接固定于所述焊盘，所述绕线磁环(2)的引脚只露出0.5-1.5mm。
7.根据权利要求6所述的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，7个所述绕线磁环(2)共由两种型号的磁环构成，所述绕线磁环(2)满足了不同参数下的电感Q值。
8.根据权利要求6或7所述的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，所述电容(4)采用统一0603封装，所述电容(4)与PCB板边缘间距大于0.5mm。
9.根据权利要求8所述的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，所述外绕漆包线(3)采用直径0.22mm和直径0.1mm两种规格的漆包线，所述外绕漆包线(3)两端的去漆长度不长于1mm。
10.根据权利要求9所述的一种微型超宽频带带通LC滤波器，其特征在于，所述LC滤波器整体内部使用缩醛烘干胶液进行固定。
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