CN104883152B - 一种宽频带、低波动带通lc滤波器 - Google Patents

一种宽频带、低波动带通lc滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种宽频带、低波动带通LC滤波器。本发明通过采用温漂小、稳定性好、高Q值的绕线磁环取代了普通电感，并采用了0805封装的电容，从而保证了电学参数的稳定，也大大提升了该滤波器的电性能指标。在PCB板周围的四个角留下的穿孔，使输入输出以及接地信号都能完美的传入PCB和元器件中，此外，本发明以带内波动、驻波、尺寸最优为设计原则设计了滤波器的传递函数展开方程，并严格根据方程设置电容和绕线磁环，从而使得本发明还具有小封装、大带宽、低插损、高矩形度、高阻带抑制、低驻波和低带内波动的优点。

Description

一种宽频带、低波动带通LC滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器领域，尤其涉及一种宽频带、低波动带通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。
通常来说，在21.4MHz频率段上想实现一个“矩形系数好”的“宽频带”滤波器，并不是容易的事情，在现有的技术下，只能用声表面波滤波器实现，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。
目前来说，此频点若达到12MHz带宽，则相应的LC滤波器存在以下难题：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宽频带、低波动带通滤波器，本发明兼顾了滤波器性能和体积，具有小封装、大带宽、低插损、高矩形度和高阻带抑制的优点，同时驻波和带内波动值都较小。
本发明是这样实现的，一种宽频带、低波动带通LC滤波器，包括底座、PCB板、电容、绕线磁环和四个管脚，所述PCB板设置于底座上，所述绕线磁环外部套设有外绕漆包线，所述电容和所述绕线磁环均通过锡焊固定于所述PCB上；在PCB板的四个角各有一个小孔，所述管脚穿过所述小孔，所述管脚的一端焊接于所述PCB板上；所述绕线磁环具有温漂小、稳定性高的优点；
所述LC滤波器为7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(6.396e5×S13+1.192e23×S11+7.796e39×S9+2.182e56×S7+2.584e72×S5+1.274e88×S3+2.234e103×S1)/(1×S14+1.557e8×S13+1.515e17×S12+1.916e25×S11+9.292e33×S10+9.362e41×S9+2.981e50×S8+2.317e58×S7+5.389e66×S6+3.06e74×S5+5.491e82×S4+2.047e90×S3+2.927e98×S2+5.439e105×S1),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10组由电容和绕线磁环构成LC震荡回路,一组LC震荡回路由一个电容和一个绕线磁环够成。
优选的，两只所述管脚直接穿过底座并与底座相连，用于所述LC滤波器与地的连接；另外两只所述管脚也穿过底座，并且与所述底座中间用玻璃绝缘子隔开，用于作为所述LC滤波器的输入和输出端口。
优选的，所述PCB板背面全部接地，不铺阻焊，所述PCB板背面和底座完全接触。
优选的，所述绕线磁环共有三种型号，所述绕线磁环满足了不同参数下的电感Q值。
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板中的焊盘，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，所述绕线磁环引脚只露出0.5-1.5mm。
优选的，所述电容采用统一0805封装。
优选的，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：
为了提高该LC滤波器的矩形度，本发明采用高Q值、温漂小、稳定性高的绕线磁环取代普通电感元件，并采用了0805封装的电容，从而保证了相关电学参数的稳定性，大大提升了该滤波器的电性能指标；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。
该滤波器的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。在PCB板周围的四个角留下的穿孔，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。
本发明综合考虑带内波动、驻波、尺寸这三个参数，以这三个参数最优为设计原则设计滤波器的传递函数展开方程，并严格按照传递函数展开方程进行电容和绕线磁环参数的匹配，使得本发明滤波器具有如下优良性能。
(1)标称频率可达到12MHz的带宽，并且体积很小，只有20mm*8.5mm*7mm；
(2)带内波动小，只有0.05dB，并且通带驻波小于1.4，具有低波动和低驻波的优点；
(3)具有低插损、高矩形度和高阻带抑制的优点。
附图说明
图1是滤波器的内部结构示意图；
图2是滤波器拓扑图；
图3是滤波器焊板分布图；
图4是滤波器的外形示意图。
其中：1-底座，2-PCB板，3-管脚，4-电容，5-绕线磁环，6-外绕漆包线，L1-整体封装长度，W-上盖封装宽度，H-整体封装高度，L2-下部管脚宽度，L3-上盖封装长度。
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宽频带、低波动带通LC滤波器，如图1所示，包括底座1、PCB板2、电容4、绕线磁环5和四个管脚3，所述PCB板2设置于底座1上，所述PCB板2厚0.5mm宽7.5mm，长17.5mm，所述绕线磁环5外部套设有外绕漆包线6，所述电容4和所述绕线磁环5均通过锡焊固定于所述PCB上；在PCB板2的四个角各有一个小孔，所述管脚3穿过所述小孔，所述管脚3的一端焊接于所述PCB板2上；所述滤波器上部封装一个镍金属壳，下部底座1为可伐材料制作，所述底座1表面进行镀金处理；所述绕线磁环5具有磁感系数稳定，温漂小、稳定性高的优点。
所述LC滤波器为7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(6.396e5×S13+1.192e23×S11+7.796e39×S9+2.182e56×S7+2.584e72×S5+1.274e88×S3+2.234e103×S1)/(1×S14+1.557e8×S13+1.515e17×S12+1.916e25×S11+9.292e33×S10+9.362e41×S9+2.981e50×S8+2.317e58×S7+5.389e66×S6+3.06e74×S5+5.491e82×S4+2.047e90×S3+2.927e98×S2+5.439e105×S1),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10组由电容和绕线磁环构成的震荡回路,一组所述LC震荡回路由一个电容和一个绕线磁环构成。
根据所述展开方程，获取所述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，所述滤波器供有10组由电容电感构成的震荡回路，为了保证各项参数，这里将所有的电感全用绕线磁环代替；一个焊盘焊接一组电容和绕线磁环，因此至少需要10个焊盘，如图3所示，本实施例使用12个焊盘Z1-Z12,其中Z1和Z12为备用焊盘，其中，所述PCB板焊盘Z3与竖直方向成30°角，焊盘Z4与水平方向呈45°角；焊盘Z3和焊盘Z4的角度设置有利于PCB板焊盘的合理布局。
优选的，两只所述管脚直接穿过底座并与底座相连，用于所述LC滤波器与地的连接；另外两只所述管脚也穿过底座，并且与所述底座中间用玻璃绝缘子隔开，用于作为所述LC滤波器的输入和输出端口；上述四只管脚所围成的矩形中，两只接地管脚呈对角线设置，用于输入和输出的管脚位于另一个对角线两端；所述四只管脚在所述矩形长度方向距离为15mm，在所述矩形宽度方向距离为5.5mm。
优选的，所述PCB板背面全部接地，不铺阻焊，所述PCB板背面和底座完全接触。
优选的，所述绕线磁环5共有三种型号，所述绕线磁环5满足了不同参数下的电感Q值，所述绕线磁环5共有10个。
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5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5与对应的所述电容4设置于同一组所述PCB板2中的焊盘，所述绕线磁环5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5焊点上方并焊接固定于所述焊盘，所述绕线磁环5引脚只露出0.5-1.5mm。
优选的，所述电容4采用统一0805封装；所述电容4与PCB板边缘间距大于0.5mm。
所述外绕漆包线6采用直径0.22mm的漆包线，所述外绕漆包线6两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。
如图4所示，所述滤波器:整体封装长度L1为20mm，上盖封装宽度W为8.5mm，整体封装高度H为7mm，下部管脚宽度L2为15mm，上盖封装长度L3为18mm，由此可知，本发明所述滤波器所占体积是很小的。
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 12MHz
-3dB中心频率 21.36MHz
-1dB带宽 10.7MHz
-3dB带宽 12.3MHz
-60dB带宽 18.9MHz
-40dB矩形系数 1.38
通带驻波 <1.4
插入损耗 -0.68dB
-40dB矩形系数 1.38
右侧带外抑制 -60dB
左侧带外抑制 -50dB
带内波动 0.05dB
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)

1.一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，包括底座(1)、PCB板(2)、电容(4)、绕线磁环(5)和四个管脚(3)，所述PCB板(2)设置于底座(1)上，所述绕线磁环(5)外部套设有外绕漆包线(6)，所述电容(4)和所述绕线磁环(5)均通过锡焊固定于所述PCB板上；在PCB板(2)的四个角各有一个小孔，所述管脚(3)穿过所述小孔，所述管脚(3)的一端焊接于所述PCB板(2)上；
所述LC滤波器为7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(6.396e5×S13+1.192e23×S11+7.796e39×S9+2.182e56×S7+2.584e72×S5+1.274e88×S+2.234e103×S1)/(1×S14+1.557e8×S13+1.515e17×S12+1.916e25×S11+9.292e33×S10+9.362e41×S9+2.981e50×S8+2.317e58×S7+5.389e66×S6+3.06e74×S5+5.491e82×S4+2.047e90×S3+2.927e98×S2+5.439e105×S1),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10组由电容(4)和绕线磁环(5)组成的LC震荡回路,每一个LC震荡回路包括一个电容和一个绕线磁环。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，两只所述管脚直接穿过底座并与底座相连，用于所述LC滤波器与地的连接；另外两只所述管脚也穿过底座，并且与所述底座中间用玻璃绝缘子隔开，用于作为所述LC滤波器的输入和输出端口。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，所述PCB板背面全部接地，不铺阻焊，所述PCB板背面和底座完全接触。
4.根据权利要求3所述的一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，10个所述绕线磁环(5)共由三种型号的磁环线圈构成，所述绕线磁环(5)满足了不同参数下的电感Q值。
5.根据权利要求4所述的一种宽频带、低波动带通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(5)之间的互感值。
6.根据权利要求4或5所述的一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，每个所述绕线磁环(5)与对应的所述电容(4)设置于同一组所述PCB板(2)中的焊盘，所述绕线磁环(5)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(5)焊点上方并焊接固定于所述焊盘，所述绕线磁环(5)引脚只露出0.5～1.5mm。
7.根据权利要求6所述的一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，所述电容(4)采用统一0805封装。
8.根据权利要求7所述的一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，所述电容(4)与PCB板边缘间距大于0.5mm。
9.根据权利要求1、2、4、7或8中任意一项所述的一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，所述外绕漆包线(6)采用直径0.22mm的漆包线，所述外绕漆包线(6)两端的去漆长度不长于1mm。
10.根据权利要求9所述的一种宽频带、低波动带通LC滤波器，其特征在于，所述LC滤波器整体内部用缩醛烘干胶液进行固定。
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