CN105006612A - L波段内置电阻可正交功分滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种L波段内置电阻可正交功分滤波器，包括一接收输入信号的L波段功分器，分别与L波段功分器两个输出端连接的两个L波段耦合器，分别与每一L波段耦合器两个输出端连接的四个L波段滤波器；所述每个L波段滤波器有一路输出。该组合损耗小、隔离度高、体积小、可正交、可倒相、使用方便、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。

Description

L波段内置电阻可正交功分滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器技术，特别是一种L波段内置电阻可正交功分滤波器。

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，对微波元器件的性能、尺寸、可靠性和成本均提出了更高的要求。微波器件的小型化和轻量化取决于材料科学技术与电磁技术的发展，基于低温共烧技术(LTCC技术)多层结构大大减小了器件的尺寸，为微波无源器件的小型化和轻便化奠定了良好的基础。功分器、耦合器以及滤波器一直是各种微波集成电路中的重要组成部件，描述这种部件性能的主要指标有：频率范围、隔离度、耦合度、分配损耗、驻波比、插入损耗、相位平衡度、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。

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，从而使各种微型正交器具有尺寸小、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L波段内置电阻可正交功分滤波器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种L波段内置电阻可正交功分滤波器，包括一接收输入信号的L波段功分器，分别与L波段功分器两个输出端连接的两个L波段耦合器，分别与每一L波段耦合器两个输出端连接的四个L波段滤波器；所述每个L波段滤波器有一路输出。该组合损耗小、隔离度高、体积小、可正交、可倒相、使用方便、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。

根据本发明的一个方面，所述所述L波段功分器包括：第一输入端口，与第一输入端口连接的第一输入电感，分别与第一输入电感连接的第一螺旋电感、第二螺旋电感，与第一螺旋电感输出端连接的第一输出电感，与第一输出电感另一端连接第二输出端口，与第二螺旋电感输出端连接的第二输出电感，与第二输出电感另一端连接的第三输出端口，位于第一螺旋电感和第二螺旋电感下方且与第一输入电感连接的接地电容，分别与第一输出电感、第二输出电感连接的一电容，位于电容下方且与电容并联的一吸收电阻；所述第一输出电感连接电容的上板；所述第二输出电感连接电容的下板。

根据本发明的另一个方面，所述L波段耦合器包括：与L波段功分器输出端连接的一第四输入端，一耦合端，一隔离端，一直通端，连接输入端和直通端的双螺旋结构的宽边耦合带状线第一层耦合带状线，连接隔离端和耦合端的双螺旋结构的宽边耦合带状线第二层耦合带状线；所述双螺旋结构的宽边耦合带状线的第二层位于第一层下方。

根据本发明的另一个方面，所述L波段滤波器包括四级谐振，每一级谐振具有三层板，所述L波段平衡滤波器还包括：与L波段耦合器输出端连接的第八输入端，与第八输入端连接的第二输入电感，一第九输出端，与第九输出端连接的第三输出电感，位于四级谐振下方的Z型电容；所述第一级谐振的中间层板与第二输入电感连接；所述第四级谐振的中间层板与第三输出电感连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：1)使用方便，无需在功分器外接一个负载可直接使用；(2)插入损耗低，可正交；(3)体积小、重量轻、可靠性高；(4)电性能优异；(5)成本低；(6)电路实现结构简单，可实现大批量生产。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是本发明L波段内置电阻可正交功分滤波器整体结构框图。

图2是本发明L波段内置电阻功分器的结构示意图。

图3是本发明L波段耦合器的结构示意图。

图4是本发明L波段四级谐振滤波器的结构示意图。

图5是本发明L波段内置电阻功分器的插损的曲线。

图6是本发明L波段内置电阻功分器的隔离度的曲线。

图7是本发明L波段耦合器的耦合度、驻波以及隔离度的曲线。

图8是本发明L波段耦合器的耦合端与隔离度的相位差曲线。

图9是本发明L波段四级谐振滤波器的插损和驻波特性曲线。

具体实施方式

结合图1，一种L波段内置电阻可正交功分滤波器，其特征在于，包括：一接收输入信号的L波段功分器，分别与L波段功分器两个输出端连接的两个L波段耦合器，分别与每一L波段耦合器两个输出端连接的四个L波段滤波器；所述每个L波段滤波器有一路输出。L波段内置电阻的功分器在其两个输出端口分别与两个L波段的耦合器的输入端相连接，然后在两个耦合器的直通端和耦合端接上L波段的四级谐振滤波器。

结合图2，L波段内置电阻的功分器包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、第一输入电感Lin1、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、接地电容C1、并联电容C2、内置钽电阻R、第一输出电感Lout1、第二输出电感Lout2以及两个表面贴装的50欧姆阻抗的输出端口P2、P3。第一输入电感Lin1与输入端口P1连接，第一螺旋电感L1和第二螺旋电感L2分别位于输入电感Lin1的两端，第一螺旋电感L1和第二螺旋电感L2都是自下而上螺旋结构(本发明中，第一螺旋电感L1和第二螺旋电感L2均为四层)，第一输入电感Lin1通过一个连接柱与接地电容C1连接，第一螺旋电感L1与第二螺旋电感L2并联，接地电容C1位于第一螺旋电感L1和第二螺旋电感L2的下方，吸收电阻R并联于第一螺旋电感L1与第二螺旋电感L2两端，电容C2与吸收电阻R并联，吸收电阻位于并联电容C2的正下方，吸收电阻R的一端与第一输出电感Lout1连接，吸收电阻R的的另一端与第二输出电感Lout2连接，第一输出电感Lout1与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P2连接，第二输出电感Lout2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P3连接。

结合图3，L波段的耦合器包括表面贴装的50欧姆阻抗的第四输入端口P4，包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、第一匹配线T1、第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1、第二匹配线T2、表面贴装的50欧姆阻抗直通端口P5、表面贴装的50欧姆阻抗耦合端口P6、第三匹配线T3、第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2、第四匹配线T4、表面贴装的50欧姆阻抗隔离端口P7。在L波段耦合器中，第一匹配线T1一端与输入端口P4相连，另一端与第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1的一端连接，第一层双螺旋结构的宽边耦合带状线U1的另一端与第二匹配线T2相连，第二匹配线T2的另一端与直通端口P5连接，第三匹配线T3一端与耦合端口P6相连，另一端与第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线U2的一端连接，第二层双螺旋结构的宽边耦合带状线的另一端与第四匹配线T4的一端相连，第四匹配线T4的另一端与隔离端口P7相连。

本发明中双螺旋结构的宽边耦合带状线的第一层和第二层结构相同，结构如下：以L波段耦合器的第四输入端P4和耦合端P5的连线自左向右作为x轴的正方向，以x轴垂直向上的为y轴正向，第一层耦合带状线U1输入端通过第一匹配线T1与第四输入端P4连接，并依次沿y轴正方向、x轴正方向、y轴负方向、x轴正方向、y轴正方向、x轴正方向、y轴负方向、x轴正方向、y轴正方向、x轴正方向、y轴负方向、x轴正方向、y轴正方向、x轴正方向、y轴负方向、x轴正方向、y轴正方向、x轴正方向弯折，第一层耦合带状线U1输出端通过第四匹配线T4与直通端P7连接；所述第二层耦合带状线U2输入端通过第三匹配线T4与隔离端P6连接，第二层耦合带状线U2输出端通过第二匹配线T2与耦合端P5连接。

结合图4，L波段的四级滤波器包括表面贴装的50欧姆阻抗的第八输入端口P8，第二输入电感Lin2、带状线实现的四级谐振级U，Z型电容Z，第三输出电感Lout3以及表面贴装的50欧姆阻抗的第九输出端口P9以及接地板GND。在L波段四级滤波器中，第二输入电感Lin2一端与第八输入端口P8连接，第二输入电感Lin2另一端与四级谐振级U相连，四级谐振级U的另一端又与第三输出电感Lout3的一端连接，第三输出电感Lout3的另一端与表面贴装的50欧姆阻抗第九输出端口P9连接。Z型电容Z位于四级谐振级U的正下方。其中，四级谐振级U中的第一级是由三层板A1、M1和B1构成的，第二级是由三层板A2、M2和B2构成的，第三级是由三层板A3、M3和B3构成的以及第四级是由三层板A4、M4和B4构成的。所述第一级谐振的中间层板M1与第二输入电感Lin2连接；所述第四级谐振的中间层板M4与第三输出电感Lout3连接。

本发明中第二输入电感Lin2结构如下：以第八输入端口P8指向第九输出端口P9的方向为x轴正方向，垂直于x轴向上为y轴正方向，第二输入电感Lin2与第四输入端口P4连接，并依次沿y轴正方向、x轴正方向弯折后，与第一级谐振的中间板M1连接。

本发明中第三输出电感Lout3结构如下：以第二输入电感Lin2的坐标系为标准，第三输出电感Lin3输出端与第九输出端口P9连接，并依次沿y轴正方向、x轴负方向与第四级谐振的中间层板M4连接。

L波段内置电阻可正交功分滤波器，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。

本发明中L波段内置电阻功分器的尺寸仅为3.2mm×1.6mm×0.9mm，体积特别小，其性能可从图5至图9中看出，频率范围是在1.2～1.6GHz，中心频率点在1.4GHz,在频率范围内驻波高于16.3dB，隔离度优于14.5dB。L波段的耦合器体积仅为5.06mm*6.33mm*1.48mm，其频率范围是1.2～1.6GHz，中心频率为1.4GHz，耦合度在3±0.5dB，输入端口驻波高于17.5dB即驻波比达1.3，隔离度优于18dB，相位平衡度90±3度；L波段四级谐振滤波器的体积仅为4.2mm*4.8mm*1.5mm，其频率范围是在1.25～1.55GHz，中心频率为1.4GHz，两边差损小于1.5dB，驻波高于20dB。将三者组合，性能从图中看出，连接耦合器直通端的四级谐振滤波器输出的波形完全重合，同理，连接耦合器耦合端的四级谐振滤波器输出的波形完全重合，两边差损均在7dB左右，驻波仍高于16dB。且同一滤波器输出的两列信号相位差均相差90±3度。

Claims (5)

1.一种L波段内置电阻可正交功分滤波器，其特征在于，包括：

一接收输入信号的L波段功分器，

分别与L波段功分器两个输出端连接的两个L波段耦合器，

分别与每一L波段耦合器两个输出端连接的四个L波段滤波器；

所述每个L波段滤波器有一路输出。

2.根据权利要求1所述的L波段内置电阻可正交功分滤波器，其特征在于，所述L波段功分器包括：

第一输入端口(P1)，

与第一输入端口(P1)连接的第一输入电感(Lin1)，

分别与第一输入电感(Lin1)连接的第一螺旋电感(L1)、第二螺旋电感(L2)，

与第一螺旋电感(L1)输出端连接的第一输出电感(Lout1)，

与第一输出电感(Lout1)另一端连接第二输出端口(P2)，

与第二螺旋电感(L2)输出端连接的第二输出电感(Lout2)，

与第二输出电感(Lout2)另一端连接的第三输出端口(P3)，

位于第一螺旋电感(L1)和第二螺旋电感(L2)下方且与第一输入电感(Lin1)连接的接地电容(C1)，

分别与第一输出电感(Lout1)、第二输出电感(Lout2)连接的一电容(C2)，

位于电容(C2)下方且与电容(C2)并联的一吸收电阻(R)；

所述第一输出电感(Lout1)连接电容(C2)的上板；

所述第二输出电感(Lout2)连接电容(C2)的下板。

3.根据权利要求1所述的L波段内置电阻可正交功分滤波器，其特征在于，所述L波段耦合器包括：

与L波段功分器输出端连接的一第四输入端(P4)，

一耦合端(P5)，

一隔离端(P6)，

一直通端(P7)，

连接输入端(P4)和直通端(P7)的双螺旋结构的宽边耦合带状线第一层耦合带状线(U1)，

连接隔离端(P6)和耦合端(P5)的双螺旋结构的宽边耦合带状线第二层耦合带状线(U2)；

所述双螺旋结构的宽边耦合带状线的第二层位于第一层下方。

4.根据权利要求1所述的L波段内置电阻可正交功分滤波器，其特征在于，所述L波段滤波器包括四级谐振，每一级谐振具有三层板，所述L波段平衡滤波器还包括：

与L波段耦合器输出端连接的第八输入端(P8)，

与第八输入端(P8)连接的第二输入电感(Lin2)，

一第九输出端(P9)，

与第九输出端(P9)连接的第三输出电感(Lout3)，

位于四级谐振下方的Z型电容(Z)；

所述第一级谐振的中间层板(M1)与第二输入电感(Lin2)连接；

所述第四级谐振的中间层板(M4)与第三输出电感(Lout3)连接。

5.根据权利要求3所述的L波段内置电阻可正交功分滤波器，其特征在于，所述双螺旋结构的宽边耦合带状线的第一层和第二层结构相同，以L波段耦合器的第四输入端(P4)和耦合端(P5)的连线自左向右作为x轴的正方向，以x轴垂直向上的为y轴正向，第一层耦合带状线(U1)输入端通过第一匹配线(T1)与第四输入端(P4)连接，并依次沿y轴正方向、x轴正方向、y轴负方向、x轴正方向、y轴正方向、x轴正方向、y轴负方向、x轴正方向、y轴正方向、x轴正方向、y轴负方向、x轴正方向、y轴正方向、x轴正方向、y轴负方向、x轴正方向、y轴正方向、x轴正方向弯折，第一层耦合带状线(U1)输出端通过第四匹配线(T4)与直通端(P7)连接；所述第二层耦合带状线(U2)输入端通过第三匹配线(T4)与隔离端(P6)连接，第二层耦合带状线(U2)输出端通过第二匹配线(T2)与耦合端(P5)连接。