CN105024154B - 一种多元低温共烧陶瓷ltcc微波射频电路及使用其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路及使用其的方法，所述电路包括顶层天线阵列单元、中层滤波器单元、下层耦合单元以及若干层低温共烧陶瓷基板；顶层天线阵列单元、中层滤波器单元和下层耦合单元均埋置于不同层的低温共烧陶瓷基板中，且不同层的低温共烧陶瓷基板之间通过嵌入每一层低温共烧陶瓷基板中的金属过孔连接。本发明提供的微波射频电路，采用激光打孔、微孔注浆等技术将无源元件埋置到低温共烧陶瓷基板内部，实现了多元集成电路的小型化要求，低温共烧陶瓷技术的埋置式结构和可控层厚技术，为多元集成电路的紧凑型和可靠性提供了保证。

Description

一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路及使用其的方法
技术领域
本发明涉及低温共烧陶瓷技术，具体涉及一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路及使用其的方法。
背景技术
射频是专指具有一定波长可用于无线电通信的电磁波，用来产生射频信号的高频电路称为射频电路，基本上是由无源元件、有源器件和无源网络组成。射频电路工作频率比较高，从几百kHz到几百GHz。
在微波电子电路中，电磁波的波长和元件的尺寸相近，传统的集总参数元件因分布参数过大将无法使用，这种情况下通常用微带线来等效集总参数元件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路及使用其的方法，能够缩小低温共烧陶瓷LTCC器件的体积，提高LTCC器件的抗干扰能力和稳定性。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，所述微波射频电路包括：
顶层天线阵列单元(1)、中层滤波器单元(2)、下层耦合单元(3)以及若干层低温共烧陶瓷基板(4)；
所述每一层低温共烧陶瓷基板(4)均嵌入有若干个金属过孔(5)；所述顶层天线阵列单元(1)、中层滤波器单元(2)和下层耦合单元(3)均埋置于不同层的低温共烧陶瓷基板(4)中，且所述不同层的低温共烧陶瓷基板(4)之间通过嵌入的金属过孔(5)连接；
所述中层滤波器单元(2)位于所述顶层天线阵列单元(1)和下层耦合单元(3)之间。
另一方面，本发明提供了一种采用多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路的方法，所述方法包括：
S1、向多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路中输入微波信号；
S2、所述微波信号经过下层耦合单元(3)耦合后，并经过中层滤波器单元(2)滤波后，通过顶层天线阵列单元(1)将滤波后的微波信号发射出去。
本发明提供的一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路及使用其的方法，采用激光打孔、微孔注浆等技术将无源元件埋置到低温共烧陶瓷基板内部，实现了多元集成电路的小型化要求，低温共烧陶瓷技术的埋置式结构和可控层厚技术，为多元集成电路的紧凑型和可靠性提供了保证；并通过采用微带线层间电磁耦合的方式有效降低了LTCC器件自身的电磁干扰，提高LTCC器件的抗干扰能力和稳定性，减小了LTCC器件的体积。
附图说明
图1为本发明实施例一的一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路结构示意图；
图2为实施例一中顶层天线阵列单元的结构示意图；
图3为本发明实施例一中中层滤波器单元的结构示意图；
图4为本发明实施例一种中层滤波器单元中的第一带通滤波电路连接示意图；
图5为本发明实施例一中中层滤波单元中的第二带通滤波电路连接示意图；
图6为本发明实施例一中中层滤波单元中的低通滤波电路连接示意图；
图7为本发明实施例一中中层滤波单元的高通滤波电路连接示意图；
图8为本发明实施例一中中层滤波单元的多路输入、一路输出示意图；
图9为本发明实施例二的一种采用多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一、一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路。下面结合图1-图8对本实施例提供的微波射频电路进行详细描述。
参见图1，本实施例提供的微波射频电路包括顶层天线阵列单元1、中层滤波器单元2、下层耦合单元3以及若干层低温共烧陶瓷基板4。所述每一层低温共烧陶瓷基板4均嵌入有若干个金属过孔5。所述顶层天线阵列单元1、中层滤波器单元2和下层耦合单元3均埋置于不同层的低温共烧陶瓷基板4中，且所述不同层的低温共烧陶瓷基板4之间通过嵌入的金属过孔5连接。所述中层滤波器单元2位于所述顶层天线阵列单元1和下层耦合单元3之间。
所述电路包括3-20层低温共烧陶瓷基板4，所述低温共烧陶瓷基板4的介电常数范围为5-50。所述低温共烧陶瓷基板4的长度范围为2-40mm，宽度范围为2-40mm，厚度范围为0.05-5mm；金属过孔5的直径范围为0.05-1mm，其厚度范围为0.05-5mm。
所述顶层天线阵列单元1、中层滤波器单元2以及下层耦合单元3均由金属导体微带线构成。参见图2，所述顶层天线阵列单元1包括主干微带线11、末节微带线12和M行N列天线终端13阵列组成，其中，M、N均为正整数。所述M行N列天线终端13间隔排列组成矩形阵列，第m行天线终端13间通过所述末节微带线12连接，所述第n列天线终端13之间通过所述主干微带线11连接，所述主干微带线11固定连接所述末节微带线12，其中，m、n为正整数，m的取值为1…M，n的取值为1…N。所述第m行天线终端13等间距排列，所述第n列天线终端13等间距排列，其中，主干微带线11的宽度范围为0.1-5mm，末节微带线12的宽度范围为0.01-5mm，天线终端13的面积为0.01-25mm。
参见图3，所述中层滤波器单元2由上层发夹式微带线21和下层发夹式微带线22组成，所述上层发夹式微带线21和下层发夹式微带线22均由金属导体微带线构成，其中，金属导体微带线的宽度范围为0.1-5mm。所述上层发夹式微带线21和下层发夹式微带线22分布在不同层的低温共烧陶瓷基板4上，通过嵌入低温共烧陶瓷基板4中的金属过孔5连接。所述上层发夹式微带线21和下层发夹式微带线22以部分重叠的方式分别分布在不同层的低温共烧陶瓷基板4上，所述上层发夹式微带线21和下层发夹式微带线22的宽度范围均为0.1-5mm，且均为U型结构，其中，U型结构的长度范围为2-40mm，宽度范围为2-40mm，两者重叠部分的长度范围为2-40mm。所述中层滤波器单元2包括第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、高通滤波电路和低通滤波电路。
图4为第一带通滤波电路，为LC谐振滤波电路，根据其幅频特性，它是一个通频带较窄的带通滤波器；图5为第二带通滤波电路示意图，第二带通滤波电路为具有较宽带宽的带通滤波电路，由一个高通滤波电路和一个低通滤波电路共同构成；图6为一阶低通滤波电路示意图；图7为二阶高通滤波电路，满足中层滤波单元2多路输入的条件，本实施例中提供了四路输入，一路输出，参见图8，四路输入分别为81、82、83和84，一路输出为85，输入的数量也可以增加或减少，比如，可以增加为五路输入，本实施例不作限定。
参见图8为中层滤波器单元2的整体结构框图，包含多路输入，一路输出。其中，滤波电路中的电容、电感、电阻均采用微带线实现，本实施例提供的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路通过在陶瓷基片上刻制微带槽，然后注入浆液最后烧结制成。
实施例二、一种采用多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路的方法。下面结合图9对本实施例提供的方法进行说明。
S1、向多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路中输入微波信号。
具体的，其它的电路可以向实施例一提供的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路输入微波信号，其中包括各种频率的微波信号。
S2、所述微波信号经过下层耦合单元3耦合后，并经过中层滤波器单元2滤波后，通过顶层天线阵列单元1将滤波后的微波信号发射出去。
具体的，当外部电路向多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路输入微波信号后，经过下层耦合单元3耦合后再经过中层滤波器单元2进行滤波，根据输入的微波信号的频率选择中层滤波器单元2中相应的滤波电路进行滤波，比如，输入的微波信号为高频微波信号，则选用中层滤波器单元2中的高通滤波电路进行滤波；输入的微波信号为低频微波信号，则选用中层滤波器单元2中的低通滤波电路进行滤波，连接的滤波电路不同，工作状态也会不同，最后将滤波后的微波信号通过顶层天线阵列单元1发射出去。因此，本实施例提供的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路的用途与功能是多元的，多种功能集中于一体。
本发明提供的一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路及使用其的方法，采用激光打孔、微孔注浆等技术将无源元件埋置到低温共烧陶瓷基板内部，实现了多元集成电路的小型化要求，低温共烧陶瓷技术的埋置式结构和可控层厚技术，为多元集成电路的紧凑型和可靠性提供了保证；并通过采用微带线层间电磁耦合的方式有效降低了LTCC器件自身的电磁干扰，提高LTCC器件的抗干扰能力和稳定性，减小了LTCC器件的体积。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对办发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述微波射频电路包括顶层天线阵列单元(1)、中层滤波器单元(2)、下层耦合单元(3)以及若干层低温共烧陶瓷基板(4)；
每一层所述低温共烧陶瓷基板(4)均嵌入有若干个金属过孔(5)；所述顶层天线阵列单元(1)、中层滤波器单元(2)和下层耦合单元(3)均埋置于不同层的低温共烧陶瓷基板(4)中，且所述不同层的低温共烧陶瓷基板(4)之间通过嵌入的金属过孔(5)连接；
所述中层滤波器单元(2)位于所述顶层天线阵列单元(1)和下层耦合单元(3)之间。
2.如权利要求1所述的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述电路包括3-20层低温共烧陶瓷基板(4)，所述低温共烧陶瓷基板(4)的介电常数范围为5-50。
3.如权利要求2所述的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述低温共烧陶瓷基板(4)的长度范围为2-40mm，宽度范围为2-40mm，厚度范围为0.05-5mm；金属过孔(5)的直径范围为0.05-1mm，其厚度范围为0.05-5mm。
4.如权利要求1所述的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述顶层天线阵列单元(1)、中层滤波器单元(2)以及下层耦合单元(3)均由金属导体微带线构成。
5.如权利要求4所述的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述顶层天线阵列单元(1)包括主干微带线(11)、末节微带线(12)和M行N列天线终端(13)阵列组成，其中，M、N均为正整数；
所述M行N列天线终端(13)间隔排列组成矩形阵列；
第m行天线终端(13)之间通过所述末节微带线(12)连接，第n列天线终端(13)之间通过所述主干微带线(11)连接，所述主干微带线(11)固定连接所述末节微带线(12)，其中，m、n为正整数，m的取值为1…M，n的取值为1…N。
6.如权利要求5所述的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述第m行天线终端(13)等间距排列，所述第n列天线终端(13)等间距排列，其中，主干微带线(11)的宽度范围为0.1-5mm，末节微带线(12)的宽度范围为0.01-5mm，天线终端(13)的面积为0.01-25mm。
7.如权利要求4所述的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述中层滤波器单元(2)由上层发夹式微带线(21)和下层发夹式微带线(22)组成，所述上层发夹式微带线(21)和下层发夹式微带线(22)均由金属导体微带线构成，其中，金属导体微带线的宽度范围为0.1-5mm。
8.如权利要求7所述的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述上层发夹式微带线(21)和下层发夹式微带线(22)分布在不同层的低温共烧陶瓷基板(4)上，通过嵌入低温共烧陶瓷基板(4)中的金属过孔(5)连接；
所述上层发夹式微带线(21)和下层发夹式微带线(22)以部分重叠的方式分别分布在不同层的低温共烧陶瓷基板(4)上，所述上层发夹式微带线(21)和下层发夹式微带线(22)的宽度范围均为0.1-5mm，且均为U型结构，其中，U型结构的长度范围为2-40mm，宽度范围为2-40mm，两者重叠部分的长度范围为2-40mm。
9.如权利要求6所述的多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路，其特征在于，所述中层滤波器单元(2)包括第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、高通滤波电路和低通滤波电路。
10.一种使用多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、向多元低温共烧陶瓷LTCC微波射频电路中输入微波信号；
S2、所述微波信号经过下层耦合单元(3)耦合后，并经过中层滤波器单元(2)滤波后，通过顶层天线阵列单元(1)将滤波后的微波信号发射出去。
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