CN105048035A - 可选多种频段高性能滤波器组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可选多种频段高性能滤波器组，包括：一接收输入信号的单刀四掷开关芯片，与单刀四掷开关芯片第一输出端连接的UHF波段半集总半分结构滤波器，与单刀双掷开关芯片第二输出端连接的S波段分布式结构滤波器，与单刀四掷开关芯片第三输出端连接的VHF波段全集总结构滤波器，与单刀四掷开关芯片第四输出端连接的C波段分布式结构滤波器。该组合具有可选择相应频段输出、体积小、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、温度性能稳定等优点。

Description

可选多种频段高性能滤波器组

技术领域

本发明涉及一种滤波器技术，特别是一种可选多种频段高性能滤波器组。

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。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、插入损耗、驻波比、反射系数、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，可以实现可选多种频段高性能滤波器组。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可选多种频段高性能滤波器组，包括：一接收输入信号的单刀四掷开关芯片，与单刀四掷开关芯片第一输出端连接的UHF波段半集总半分结构滤波器，与单刀四掷开关芯片第二输出端连接的S波段分布式结构滤波器，与单刀四掷开关芯片第三输出端连接的VHF波段全集总结构滤波器，与单刀四掷开关芯片第四输出端连接的C波段分布式结构滤波器。该组合具有可选择相应频段输出、体积小、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、温度性能稳定等优点。

根据本发明的一个方面，所述UHF波段半集总半分结构滤波器包括：与单刀双掷开关芯片第一输出端连接的第一输入端，与第一输入端连接的第一输入电感，与第一输入电感连接的第一螺旋电感，与第一输入电感连接的第三螺旋电感，与第一螺旋电感输出端连接的第一并联电容，与第二螺旋电感输出端连接的第三并联电容，一第二输出端，与第二输出端连接的第一输出电感，与第一输出电感连接的第二螺旋电感，与第一输出电感连接的第四螺旋电感，与第二螺旋电感输出端连接的第二并联电容，与第四螺旋电感输出端连接的第四并联电容，位于螺旋电感和并联电容下方的第一Z型电容；所述第一螺旋电感、第三螺旋电感上下平行设置；所述第二螺旋电感、第四螺旋电感上下平行设置；所述第一并联电容、第二并联电容、第三并联电容、第四并联电容另一端接地。

根据本发明的另一个方面，所述S波段分布式结构滤波器包括四级谐振，每一级谐振具有三层板，所述S波段分布式结构滤波器还包括：与单刀双掷开关芯片第二输出端连接连接的第三输入端，与第三输入端连接的第二输入电感，一第四输出端，与第四输出端连接的第二输出电感，位于四级谐振下方的第二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二输出电感连接。

根据本发明的另一个方面，所述VHF波段全集总结构滤波器包括：与单刀四掷开关芯片第三输出端连接的第五输入端，与第五输入端连接的第一并联谐振单元，与第五输入端连接的第一串联谐振单元，与第一串联谐振单元输出端连接的第二并联谐振单元，与第一串联谐振单元输出端连接的第二串联谐振单元，与第一并联谐振单元输出端连接的第一零点电容，与第一串联谐振单元并联的第二零点电容，与第二并联谐振单元输出端连接的第三零点电容，与第二串联谐振单元并联的第四零点电容；所述并联谐振单元为一螺旋电感与并联电容并联组成；所述串联谐振单元为一螺旋电感与并联电容串联组成。

根据本发明的另一个方面，所述C波段分布式结构滤波器包括五级谐振，每一级谐振具有三层板，所述C波段分布式结构滤波器还包括：与单刀四掷开关芯片第四输出端连接连接的第七输入端，与第七输入端连接的第三输入电感，一第八输出端，与第八输出端连接的第三输出电感，位于五级谐振下方的第二Z型电容；所述第一级谐振的中间层板与第三输入电感连接；所述第五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)可在四路不同的频段中自由选择输出的信号；(2)使用简单方便；(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是本发明可选多种频段高性能滤波器组整体结构框图。

图2是本发明UHF波段半集总半分布结构滤波器的结构示意图。

图3是本发明S波段分布式结构滤波器的结构示意图。

图4是本发明VHF波段全集总结构滤波器的结构示意图。

图5是本发明C波段分布式结构滤波器的结构示意图。

图6是本发明UHF波段半集总半分布结构滤波器的插损和驻波特性曲线。

图7是本发明S波段分布式结构滤波器的插损和驻波特性曲线。

图8是本发明VHF波段全集总滤波器的插损和驻波特性曲线。

图9是本发明C波段分布式结构滤波器的插损和驻波特性曲线。

具体实施方式

结合图1，一种可选多种频段高性能滤波器组，包括：一接收输入信号的单刀四掷开关芯片，与单刀四掷开关芯片第一输出端连接的UHF波段半集总半分结构滤波器，与单刀双掷开关芯片第二输出端连接的S波段分布式结构滤波器，与单刀四掷开关芯片第三输出端连接的VHF波段全集总结构滤波器，与单刀四掷开关芯片第四输出端连接的C波段分布式结构滤波器。所述单刀四掷开关芯片为CHDK芯片。

结合图2，UHF波段半集总半分布结构滤波器包括表面贴装的50欧姆阻抗的输入端口P1，第一输入电感Lin1、第一螺旋电感L1、连接线T1、第一并联电容C1、第二螺旋电感L2、连接线T2、第二并联电容C2、第三螺旋电感L3、连接线T3、第三并联电容C3、第四螺旋电感L4、连接线T4、第四并联电容C4、并联电容板C5、第一Z型电容Z1、第一输出电感Lout1以及表面贴装的50欧姆阻抗的输出端口P2。在UHF波段半集总半分布结构滤波器中，第一输入电感Lin1一端与输入端口P1连接，其另一端与第一螺旋电感L1的一端相连，同时，第一并联电容C1又通过第一连接线T1与第一螺旋电感L1的此端相连，其中第一螺旋电感L1螺旋方向自上而下，共2层，第一并联电容C1分上下两层板。第三螺旋电感L3平行置于第一螺旋电感L1的下方，第三并联电容C3平行置于第一并联电容C1的下方并且第三并联电容通过第三连接线T3与第三螺旋电感L3相连。第一输出电感Lout1一端输出电感P2相连，其另一端与第二螺旋电感L2的一端相连，同时，第二并联电容C2又通过第二连接线T2与第二螺旋电感L2的此端相连。第四螺旋电感L4平行置于第二螺旋电感L2的下方，第四并联电容C4平行置于第二并联电容C2的下方并且第四并联电容通过第四连接线T4与第四螺旋电感L4相连。第一Z型电容Z1平行置于第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第一并联电容C1和第二并联电容C2的正上方。并联电容板C5平行置于第三并联电容C3和第四并联电容C4的正下方。其中第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2螺旋方向均是自上而下，第三螺旋电感L3、第四螺旋电感L4螺旋方向均是自下而上，四个电感均是两层，第一、第二、第三和第四并联电容C1、C2、C3和C4分上下两层板，每个并联电容的下板接地。

结合图3，S波段分布式结构滤波器包括表面贴装的50欧姆阻抗的输入端口P3，第二输入电感Lin2、带状线实现的五级谐振单元U、第二Z型电容Z2、第二输出电感Lout2以及表面贴装的50欧姆阻抗的输出端口P4。在S波段分布式结构滤波器中，第二输入电感Lin2一端与表面贴装的50欧姆阻抗的输入端口P3相连接，其另一端与五级谐振单元U的第一级中间板M1相连，五级谐振单元U第五级的中间板M5与表面贴装的50欧姆阻抗的输出端口P4通过第二输出电感Lout2相连接。第二Z型电容置于五级谐振单元U的正下方。其中，五级谐振单元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，第四级是由三层板A4、M4和B4以及第五级是由三层板A5、M5和B5构成的。

本发明中第二输入电感Lin2结构如下：以第三输入端口P3指向第四输出端口P4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。

本发明中第二输出电感Lout2结构如下：以第二输入电感Lin2的坐标系为标准，第二输出电感Lout2输出端与第四输出端口P4连接，并依次沿y轴正方向、x轴负方向与第五级谐振的中间层板M5连接。

结合图4，VHF波段全集总结构滤波器包括表面贴装的50欧姆阻抗的输入端口P5、第一并联谐振单元L5、C5、第一零点电容C55、第一串联谐振单元L6、C6、第二零点电容C66、第二并联谐振单元L7、C7、第三零点电容C77、第二串联谐振单元L8、C8、第四零点电容C88和表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P6。在VHF波段全集总结构滤波器中，输入端口P5与第一并联谐振单元L5、C5连接，其中第一并联谐振单元L5、C5由第五螺旋电感L5、第五并联电容C5并联组成，第五并联电容C5平行设置于第五螺旋电感L5的下方；第一零点电容C55与第一部分并联谐振单元L5、C5串联接地，且第一零点电容C55平行设置于第五并联电容C5的下方；第一串联谐振单元L6、C6与输入端口P5连接，其中第一串联谐振单元L6、C6由第六螺旋电感L6、第六串联电容C6串联组成，第六串联电容C6平行设置于第六螺旋电感L6的下方；第二零点电容C66与第二部分串联谐振单元L6、C6并联，且第二零点电容C66平行设置于第六螺旋电感L6的下方，与第六串联电容C6在同一平面；第二并联谐振单元L7、C7与第一串联谐振单元L6、C6中的第六串联电容C6连接，其中第二并联谐振单元L7、C7由第七螺旋电感L7、第七并联电容C7并联组成，第七并联电容C7平行设置于第七螺旋电感L7的上方；第三零点电容C77与第三部分并联谐振单元L7、C7串联接地，且第三零点电容C77平行设置于第七并联电容C7的上方；第二串联谐振单元L8、C8与第一串联谐振单元L6、C6中的第二串联电容C6连接，其中第四部分串联谐振单元L8、C8由第八螺旋电感L8、第八串联电容C8串联组成，第八串联电容C8平行设置于第八螺旋电感L8的上方；第四零点电容C88与第二串联谐振单元L8、C8并联，且第四零点电容C44平行设置于第八螺旋电感L8的上方，与第八串联电容C8在同一平面；输出端口P6与第八串联电容C8连接。

结合图5，C波段分布式结构滤波器包括表面贴装的50欧姆阻抗的输入端口P7，第三输入电感Lin3、带状线实现的五级谐振单元U2、第三Z型电容Z3、第三输出电感Lout3以及表面贴装的50欧姆阻抗的输出端口P8。在C波段分布式结构滤波器中，第三输入电感Lin3一端与表面贴装的50欧姆阻抗的输入端口P7相连接，其另一端与五级谐振单元U2的第一级中间板M6相连，五级谐振单元U2第五级的中间板M10与表面贴装的50欧姆阻抗的输出端口P8通过第三输出电感Lout3相连接。第三Z型电容Z3置于五级谐振单元U2的正下方。其中，五级谐振单元U2中的第一级是由三层板A6、M6和B6构成的，第二级是由三层板A7、M7和B7构成的，第三级是由三层板A8、M8和B8，第四级是由三层板A9、M9和B9以及第五级是由三层板A10、M10和B10构成的。

本发明中第三输入电感Lin3结构如下：以第七输入端口P7指向第八输出端口P8的方向为x轴正方向，垂直于x轴向上为y轴正方向，第三输入电感Lin3与第七输入端口P7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M6连接。

本发明中第三输出电感Lout3结构如下：以第三输入电感Lin3的坐标系为标准，第三输出电感Lout3输出端与第八输出端口P8连接，并依次沿y轴正方向、x轴负方向与第五级谐振的中间层板M10连接。

可选多种频段高性能滤波器组，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。

本发明中单刀四掷开关芯片CHDK为0/-5V或5V/0V电源工作，在DC～8GHz内插入损耗：1.4dB，隔离度：70dB，输入驻波比：1.5:1，输出驻波比：1.5:1，切换时间：50ns。UHF波段半集总半分布结构滤波器仅为4.5mm*3.2mm*1.5mm，其频率范围是在750～1060MHz，驻波在30dB左右。S波段分布式结构滤波器仅为4.5mm*3.2mm*1.5mm，其性能可从图6至图9看出，频率范围是在3～4.8GHz，驻波在18dB左右。VHF波段全集总结构滤波器的尺寸为6mm*8mm*2.3mm，其性能可从下图看出，频率范围是30～50MHz，驻波在18dB左右。C波段分布式结构滤波器仅为3.2mm*3.2mm*1.5mm，其性能可从下列图看出，频率范围是在6～8GHz，驻波在25dB左右。

加上单刀四掷开关芯片CHDK本身的插入损耗1.5dB，即为最后选择输出信号的插损。

Claims (5)

1.一种可选多种频段高性能滤波器组，其特征在于，包括：

一接收输入信号的单刀四掷开关芯片，

与单刀四掷开关芯片第一输出端连接的UHF波段半集总半分结构滤波器，

与单刀四掷开关芯片第二输出端连接的S波段分布式结构滤波器，

与单刀四掷开关芯片第三输出端连接的VHF波段全集总结构滤波器，

与单刀四掷开关芯片第四输出端连接的C波段分布式结构滤波器。

2.根据权利要求1所述的可选多种频段高性能滤波器组，其特征在于，所述UHF波段半集总半分结构滤波器包括：

与单刀四掷开关芯片第一输出端连接的第一输入端(P1)，

与第一输入端(P1)连接的第一输入电感(Lin1)，

与第一输入电感(Lin1)连接的第一螺旋电感(L1)，

与第一输入电感(Lin1)连接的第三螺旋电感(L3)，

与第一螺旋电感(L1)输出端连接的第一并联电容(C1)，

与第二螺旋电感(L2)输出端连接的第三并联电容(C3)，

一第二输出端(P2)，

与第二输出端(P2)连接的第一输出电感(Lout1)，

与第一输出电感(Lout1)连接的第二螺旋电感(L2)，

与第一输出电感(Lout1)连接的第四螺旋电感(L4)，

与第二螺旋电感(L2)输出端连接的第二并联电容(C2)，

与第四螺旋电感(L4)输出端连接的第四并联电容(C4)，

位于螺旋电感和并联电容下方的第一Z型电容(Z1)；

所述第一螺旋电感(L1)、第三螺旋电感(L3)上下平行设置；

所述第二螺旋电感(L2)、第四螺旋电感(L4)上下平行设置；

所述第一并联电容(C1)、第二并联电容(C2)、第三并联电容(C3)、第四并联电容(C4)另一端接地。

3.根据权利要求1所述的可选多种频段高性能滤波器组，其特征在于，所述S波段分布式结构滤波器包括五级谐振，每一级谐振具有三层板，所述S波段分布式结构滤波器还包括：

与单刀四掷开关芯片第二输出端连接连接的第三输入端(P3)，

与第三输入端(P3)连接的第二输入电感(Lin2)，

一第四输出端(P4)，

与第四输出端(P4)连接的第二输出电感(Lout2)，

位于四级谐振下方的第二Z型电容(Z2)；

所述第一级谐振的中间层板(M1)与第二输入电感(Lin2)连接；

所述第五级谐振的中间层板(M5)与第二输出电感(Lout2)连接。

4.根据权利要求1所述的可选多种频段高性能滤波器组，其特征在于，所述VHF波段全集总结构滤波器包括：

与单刀四掷开关芯片第三输出端连接的第五输入端(P5)，

与第五输入端(P5)连接的第一并联谐振单元，

与第五输入端(P5)连接的第一串联谐振单元，

与第一串联谐振单元输出端连接的第二并联谐振单元，

与第一串联谐振单元输出端连接的第二串联谐振单元，

与第一并联谐振单元输出端连接的第一零点电容(C55)，

与第一串联谐振单元并联的第二零点电容(C66)，

与第二并联谐振单元输出端连接的第三零点电容(C77)，

与第二串联谐振单元并联的第四零点电容(C88)；

所述并联谐振单元为一螺旋电感与并联电容并联组成；

所述串联谐振单元为一螺旋电感与并联电容串联组成。

5.根据权利要求1所述的可选多种频段高性能滤波器组，其特征在于，所述C波段分布式结构滤波器包括五级谐振，每一级谐振具有三层板，所述C波段分布式结构滤波器还包括：

与单刀四掷开关芯片第四输出端连接连接的第七输入端(P7)，

与第七输入端(P7)连接的第三输入电感(Lin3)，

一第八输出端(P8)，

与第八输出端(P8)连接的第三输出电感(Lout3)，

位于五级谐振下方的第三Z型电容(Z3)；

所述第一级谐振的中间层板(M6)与第三输入电感(Lin3)连接；

所述第五级谐振的中间层板(M10)与第三输出电感(Lout3)连接。