CN104966870A

CN104966870A - 基于ltcc与dgs技术的uhf波段高性能滤波器组

Info

Publication number: CN104966870A
Application number: CN201510370028.9A
Authority: CN
Inventors: 许心影; 周衍芳; 戴永胜; 刘毅; 乔冬春; 李博文; 陈烨
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2015-10-07

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组，该滤波器组包括一个UHF波段的单刀双掷开关和两个不同频段的滤波器；其中的单刀双掷开关采用包括信号输入端口、第一信号输出端口、第二信号输出端口、第一输出选择控制端、第二输出选择控制端五个端口；其中第一信号输出端口与第一微波滤波器的输入端口连接，第二信号输出端口与第二微波滤波器的输入端口连接；两个滤波器都是采用半集总结构，并且两个滤波器都是采用低温共烧陶瓷工艺实现。本发明综合了两个滤波器的插入损耗小、带内波动小、过渡带陡峭、带外抑制好等优异性能，而且稳定性好、电性能可靠，可以用在对一路信号中的不同频率部分进行分离处理或者其他的有苛刻要求的场合和相应系统中。

Description

基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组

技术领域

本发明涉及滤波器组技术领域，特别是一种基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组。

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，描述这种部件性能的主要指标有：通带工作频率范围、阻带频率范围、通带插入损耗、阻带衰减、通带输入/输出电压驻波比、插入相移和时延频率特性、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。然而在有的特殊情况下，对信号进行不同频率的筛选提出了新的要求，所以滤波器组在这种情况系提供了稳定出色的应用。

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，可以实现本发明中的滤波器组。

但是到目前为止，滤波器组的技术依然存在很大的发展空间，现代通讯的发展需要更高性能的滤波器组。例如，承受功率不够大、频带不够宽会影响滤波器组的使用范围，限制滤波器组的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能对一路信号进行不同频段下自如地筛选，且体积小、可靠性高、电性能优异、造价低的基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组，包括单刀双掷开关芯片、第一微波滤波器和第二微波滤波器，其中单刀双掷开关芯片包括信号输入端口、第一信号输出端口、第二信号输出端口、第一输出选择控制端、第二输出选择控制端五个端口；其中第一信号输出端口与第一微波滤波器的输入端口连接，第二信号输出端口与第二微波滤波器的输入端口连接；

所述第一微波滤波器与第二微波滤波器均采用缺陷地结构DGS和低温共烧陶瓷LTCC技术；所述微波滤波器均包括一个输入端口、一个输出端口、输入电感、输出电感、第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感、第四螺旋电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、一个级间耦合电容、一个Z字形交叉耦合电容以及接地板；其中输入端口与输入电感一端连接，输出端口与输出电感一端连接，输入电感另一端与第一螺旋电感的输入端连接，第一螺旋电感输出端与第一电容的输入极板相连接，第二螺旋电感的输出端与第二电容的输入极板相连接，第三螺旋电感的输出端与第三电容的输入极板相连接，第四螺旋电感的输出端与第四电容的输入极板相连接，输出电感的另一端与第四螺旋电感的输出端连接；其中Z字形交叉耦合电容设置于第一螺旋电感、第一电容、第四螺旋电感和第四电容的上方，Z字形交叉耦合电容的两端分别与接地板相连；级间耦合电容设置于第二电容和第三电容的下方，级间耦合电容与其它元件无连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)实现了滤波器频率选择性好、通带响应平坦、过渡带陡峭、带外抑制好、回波损耗小、插入损耗小的优点；(2)实现了微波开关插损小，驻波好的优点；(3)采用了DGS技术，对高次谐波的抑制好；(4)本发明体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、实现结构简单、成本低、可实现大批量生产。

附图说明

图1为本发明基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组的结构示意图，其中(a)是总体结构示意图，(b)是第一微波滤波器的立体机构示意图，(c)是第二微波滤波器的立体机构示意图。

图2是本发明基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组开关接第一输出选择控制端时输出端口幅频特性曲线图。

图3是本发明基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组开关接第一输出选择控制端时输入端口驻波特性曲线图。

图4是本发明基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组开关接第二输出选择控制端时输出端口的幅频特性曲线图。

图5是本发明基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组开关接第二输出选择控制端时输入端口的驻波特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明一种基于LTCC与DGS技术的UHF(超高频)波段高性能滤波器组，包括单刀双掷开关芯片Switch、第一微波滤波器Filter1和第二微波滤波器Filter2，其中单刀双掷开关芯片Switch包括信号输入端口RFIn、第一信号输出端口RFOut1、第二信号输出端口RFOut2、第一输出选择控制端V1、第二输出选择控制端V2五个端口；其中第一信号输出端口RFOut1与第一微波滤波器Filter1的输入端口连接，第二信号输出端口RFOut2与第二微波滤波器Filter2的输入端口连接；

所述第一微波滤波器Filter1与第二微波滤波器Filter2均采用缺陷地结构DGS和低温共烧陶瓷LTCC技术；所述微波滤波器均包括一个输入端口、一个输出端口、输入电感、输出电感、第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感、第四螺旋电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、一个级间耦合电容、一个Z字形交叉耦合电容以及接地板；其中输入端口与输入电感一端连接，输出端口与输出电感一端连接，输入电感另一端与第一螺旋电感的输入端连接，第一螺旋电感输出端与第一电容的输入极板相连接，第二螺旋电感的输出端与第二电容的输入极板相连接，第三螺旋电感的输出端与第三电容的输入极板相连接，第四螺旋电感的输出端与第四电容的输入极板相连接，输出电感的另一端与第四螺旋电感的输出端连接；其中Z字形交叉耦合电容设置于第一螺旋电感、第一电容、第四螺旋电感和第四电容的上方，Z字形交叉耦合电容的两端分别与接地板相连；级间耦合电容设置于第二电容和第三电容的下方，级间耦合电容与其它元件无连接。

所述单刀双掷开关芯片Switch采用的型号是WKD102010040。所述第一微波滤波器Filter1与第二微波滤波器Filter2结构相同，但是尺寸不同，且工作在不同的频段上。

结合图1(a)～(c)，本发明基于LTCC与DGS技术的UHF(超高频)波段高性能滤波器组，所述第一微波滤波器Filter1包括第一输入端口P3、第一输出端口P2、第一输入电感Lin1、第一输出电感Lout1、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4/、第一级间耦合电容W1、第一Z字形交叉耦合电容Z1以及第一接地板GND1；其中第一输入端口P1与第一输入电感Lin1一端连接，第一输出端口P2与第一输出电感Lout1一端连接，第一输入电感Lin1的另一端与第一螺旋电感L1的输入端连接，第一螺旋电感L1输出端与第一电容(C1)的输入极板相连接，第二螺旋电感L2的输出端与第二电容C2的输入极板相连接，第三螺旋电感L3的输出端与第三电容C3的输入极板相连接，第四螺旋电感L4的输出端与第四电容C4的输入极板相连接，第一输出电感Lout1的另一端与第四螺旋电感L4的输出端连接；其中第一Z字形交叉耦合电容Z1设置于第一螺旋电感L1、第一电容C1、第四螺旋电感L4和第四电容C4的上方，第一Z字形交叉耦合电容Z1的两端分别与第一接地板GND1相连，第一级间耦合电容W1设置于第二电容C2和第三电容C3的下方，第一级间耦合电容W1与其它元件无连接；

所述第二微波滤波器Filter2包括第二输入端口P3、第二输出端口P4、第二输入电感Lin2、第二输出电感Lout2、第五螺旋电感L5、第二螺旋电感L6、第七螺旋电感L7、第八螺旋电感L8、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第二级间耦合电容W2、第二Z字形交叉耦合电容Z2以及第二接地板GND2；其中第二输入端口P3与第二输入电感Lin2一端连接，第二输出端口P4与第二输出电感Lout2连接，第二输入电感Lin2的另一端与第五螺旋电感L5的输入端连接，第五螺旋电感L5输出端与第五电容(C5)的输入极板相连接，第六螺旋电感L6的输出端与第六电容C6的输入极板相连接，第七螺旋电感L7的输出端与第七电容C7的输入极板相连接，第八螺旋电感L8的输出端与第八电容C8的输入极板相连接，第二输出电感Lout2的另一端与第八螺旋电感L8的输出端连接；其中第二Z字形交叉耦合电容Z2设置于第五螺旋电感L5、第五电容C5、第八螺旋电感L8和第八电容C8的上方，第二Z字形交叉耦合电容Z2的两端分别与第二接地板GND2相连；第二级间耦合电容W2设置于第六电容C6和第七电容C7的下方，第二级间耦合电容W2与其它元件无连接。

所述第一微波滤波器Filter1与第二微波滤波器Filter2均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，由于采用多层低温共烧陶瓷工艺，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。

实施例1

本发明基于LTCC与DGS技术的UHF(超高频)波段高性能滤波器组滤波器部分的的尺寸仅为3.23mm×4.53mm×1.53mm和4.03mm×4.53mm×1.53mm，单刀双掷开关芯片WKD102010040频率范围是DC-4GHz，插入损耗为0.7dB，隔离度为35dB，输入驻波比为1.2:1，外形尺寸为0.7mm*0.7mm*0.1mm。结合图2～5，本实施例基于LTCC与DGS技术的UHF(超高频)波段高性能滤波器组的性能参数如下：通带带宽分别为750-1060MHz和320-540MHz，两输出端口在通带内的幅频特性较好，输入端口回波损耗优于23dB。

由图2可知，第一微波滤波器Filter1在750-1060MHz内的插损较小；由图3所示，开关接第一输出选择控制端V1时的输入驻波达到-23dB以下；由图4可知，第二微波滤波器Filter2在320-540MHz内的插损较小。由图5所示，开关接第二输出选择控制端V2时的输入驻波达到-30dB以下。

综上所述，本发明综合了两个滤波器的插入损耗小、带内波动小、过渡带陡峭、带外抑制好等优异性能，而且稳定性好、电性能可靠，可以用在对一路信号中的不同频率部分进行分离处理或者其他的有苛刻要求的场合和相应系统中。

Claims

1.一种基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组，其特征在于，包括单刀双掷开关芯片(Switch)、第一微波滤波器(Filter1)和第二微波滤波器(Filter2)，其中单刀双掷开关芯片(Switch)包括信号输入端口(RFIn)、第一信号输出端口(RFOut1)、第二信号输出端口(RFOut2)、第一输出选择控制端(V1)、第二输出选择控制端(V2)五个端口；其中第一信号输出端口(RFOut1)与第一微波滤波器(Filter1)的输入端口连接，第二信号输出端口(RFOut2)与第二微波滤波器(Filter2)的输入端口连接；

所述第一微波滤波器(Filter1)与第二微波滤波器(Filter2)均采用缺陷地结构DGS和低温共烧陶瓷LTCC技术；所述微波滤波器均包括一个输入端口、一个输出端口、输入电感、输出电感、第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感、第四螺旋电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、一个级间耦合电容、一个Z字形交叉耦合电容以及接地板；其中输入端口与输入电感一端连接，输出端口与输出电感一端连接，输入电感另一端与第一螺旋电感的输入端连接，第一螺旋电感输出端与第一电容的输入极板相连接，第二螺旋电感的输出端与第二电容的输入极板相连接，第三螺旋电感的输出端与第三电容的输入极板相连接，第四螺旋电感的输出端与第四电容的输入极板相连接，输出电感的另一端与第四螺旋电感的输出端连接；其中Z字形交叉耦合电容设置于第一螺旋电感、第一电容、第四螺旋电感和第四电容的上方，Z字形交叉耦合电容的两端分别与接地板相连；级间耦合电容设置于第二电容和第三电容的下方，级间耦合电容与其它元件无连接。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组，其特征在于，所述单刀双掷开关芯片(Switch)采用的型号是WKD102010040。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组，其特征在于，所述第一微波滤波器(Filter1)与第二微波滤波器(Filter2)结构相同，但是尺寸不同，且工作在不同的频段上。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组，其特征在于，所述第一微波滤波器(Filter1)包括第一输入端口(P3)、第一输出端口(P2)、第一输入电感(Lin1)、第一输出电感(Lout1)、第一螺旋电感(L1)、第二螺旋电感(L2)、第三螺旋电感(L3)、第四螺旋电感(L4)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4/)、第一级间耦合电容(W1)、第一Z字形交叉耦合电容(Z1)以及第一接地板(GND1)；其中第一输入端口(P1)与第一输入电感(Lin1)一端连接，第一输出端口(P2)与第一输出电感(Lout1)一端连接，第一输入电感(Lin1)的另一端与第一螺旋电感(L1)的输入端连接，第一螺旋电感(L1)输出端与第一电容(C1)的输入极板相连接，第二螺旋电感(L2)的输出端与第二电容(C2)的输入极板相连接，第三螺旋电感(L3)的输出端与第三电容(C3)的输入极板相连接，第四螺旋电感(L4)的输出端与第四电容(C4)的输入极板相连接，第一输出电感(Lout1)的另一端与第四螺旋电感(L4)的输出端连接；其中第一Z字形交叉耦合电容(Z1)设置于第一螺旋电感(L1)、第一电容(C1)、第四螺旋电感(L4)和第四电容(C4)的上方，第一Z字形交叉耦合电容(Z1)的两端分别与第一接地板(GND1)相连，第一级间耦合电容(W1)设置于第二电容(C2)和第三电容(C3)的下方，第一级间耦合电容(W1)与其它元件无连接；

所述第二微波滤波器(Filter2)包括第二输入端口(P3)、第二输出端口(P4)、第二输入电感(Lin2)、第二输出电感(Lout2)、第五螺旋电感(L5)、第二螺旋电感(L6)、第七螺旋电感(L7)、第八螺旋电感(L8)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第二级间耦合电容(W2)、第二Z字形交叉耦合电容(Z2)以及第二接地板(GND2)；其中第二输入端口(P3)与第二输入电感(Lin2)一端连接，第二输出端口(P4)与第二输出电感(Lout2)连接，第二输入电感(Lin2)的另一端与第五螺旋电感(L5)的输入端连接，第五螺旋电感(L5)输出端与第五电容(C5)的输入极板相连接，第六螺旋电感(L6)的输出端与第六电容(C6)的输入极板相连接，第七螺旋电感(L7)的输出端与第七电容(C7)的输入极板相连接，第八螺旋电感(L8)的输出端与第八电容(C8)的输入极板相连接，第二输出电感(Lout2)的另一端与第八螺旋电感(L8)的输出端连接；其中第二Z字形交叉耦合电容(Z2)设置于第五螺旋电感(L5)、第五电容(C5)、第八螺旋电感(L8)和第八电容(C8)的上方，第二Z字形交叉耦合电容(Z2)的两端分别与第二接地板(GND2)相连；第二级间耦合电容(W2)设置于第六电容(C6)和第七电容(C7)的下方，第二级间耦合电容(W2)与其它元件无连接。

5.根据权利要求4所述的基于LTCC与DGS技术的UHF波段高性能滤波器组，其特征在于，所述第一微波滤波器(Filter1)与第二微波滤波器(Filter2)均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。