CN105140601A

CN105140601A - Vhf波段全集总与半集总组合微波滤波器组

Info

Publication number: CN105140601A
Application number: CN201510543562.5A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 刘毅; 潘航; 张超; 乔冬春; 陈烨; 李博文
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2015-12-09

Abstract

本发明涉及一种VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组，包括单刀双掷开关芯片WKD102A000040和两个不同频段的微波滤波器，采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现，通过单刀双掷开关实现通带选择的功能。本发明具有结构简单、体积小、重量轻、造价低、可靠性高、电性能优异、成品率高、批量一致性好、温度性能稳定等优点，适用于相应微波频段的通信、卫星通信等对体积、电性能、温度稳定性和可靠性有苛刻要求的场合和相应的系统中。

Description

VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组

技术领域

本发明涉及一种滤波器组，特别是一种VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组。

背景技术

近年来，随着卫星电子、通信事业的蓬勃发展，国际微波射频领域已逐渐往低成本、高性能、小型化的方向发展，这类产品在未来的通信业具有超强的竞争力，这使得对于微波器件的尺寸、性能、成本提出了更加严格的要求。在现代无线通信系统以及微波毫米波通信、雷达等系统中，需要用到很低的频段工作频段，特别是在一些国防尖端设备中，为保证系统性能，对滤波器电性能及其尺寸要求尤为苛刻。适用于超低频段的带通滤波器是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。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由带状线结构实现体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、使用方便、适用范围广、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组。

实现本发明目的的技术方案为：一种VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组，包括单刀双掷开关芯片WKD102A000040和两个微波滤波器；

第一微波滤波器包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口、第一输入电感、第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第一输出电感、第一Z形级间耦合带状线、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口和接地端；其中，第一谐振器由第一线圈和第一电容并联而成，第一线圈的一端与第一电容的一端相连，第一线圈的另一端与第一电容的另一端分别接地；第二谐振器由第二线圈和第二电容并联而成，第二线圈的一端与第二电容的一端相连，第二线圈的另一端与第二电容的另一端分别接地；第三谐振器由第三线圈和第三电容并联而成，第三线圈的一端与第三电容的一端相连，第三线圈的另一端与第三电容的另一端分别接地；第四谐振器由第四线圈和第四电容并联而成，第四线圈的一端与第四电容的一端相连，第四线圈的另一端与第四电容的另一端分别接地；第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈均为两层矩形螺旋线圈结构，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容均为双层金属板结构；表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口与第一输入电感的左端连接，第一输入电感的右端与第一线圈和第一电容相连接，表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口与第一输出电感的右端连接，第一输出电感的左端与第四线圈和第四电容相连接，第一Z形级间耦合带状线位于第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器上方；

第二微波滤波器包括表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口、第一部分并联谐振单元、第一零点电容、第二部分串联谐振单元、第二零点电容、第三部分并联谐振单元、第三零点电容、第四部分串联谐振单元、第四零点电容和表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口；第二输入端口与第一部分并联谐振单元的一端连接，其中第一部分并联谐振单元由第五电感、第五电容并联组成，第五电容平行设置于第五电感的下方，第一零点电容与第一部分并联谐振单元的另一端串联接地，且第一零点电容平行设置于第五电容的下方；第二部分串联谐振单元与输入端口连接，其中第二部分串联谐振单元由第六电感、第六电容串联组成，第六电容平行设置于第六电感的下方，第二零点电容与第二部分串联谐振单元并联，且第二零点电容平行设置于第六电感的下方，与第六电容在同一平面；第三部分并联谐振单元与第二部分串联谐振单元中的第六电容连接，其中第三部分并联谐振单元由第七电感、第七电容并联组成，第七电容平行设置于第七电感的上方，第三零点电容与第三部分并联谐振单元串联接地，且第三零点电容平行设置于第七电容的上方；第四部分串联谐振单元与第二部分串联谐振单元中的第六电容连接，其中第四部分串联谐振单元由第八电感、第八电容串联组成，第八电容平行设置于第八电感的上方，第四零点电容与第四部分串联谐振单元并联，且第四零点电容平行设置于第八电感的上方，与第八电容在同一平面；第二输出端口与第八电容连接；所述第五电感、第六电感、第七电感和第八电感均为矩形螺旋式电感，第五电容、第六电容、第七电容和第八电容均为平行式平板电容。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明通带范围内平坦、通带内插损低；(2)滤波器边带陡峭，带外抑制好；(3)体积小、重量轻、可靠性高；(4)电路实现结构简单，可实现大批量生产；(5)成本低；(6)使用安装方便，可以使用全自动贴片机安装和焊接。

附图说明

图1(a)为本发明VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组的外形结构示意图。

图1(b)为本发明VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组中第一微波滤波器的外形及内部结构示意图。

图1(c)为本发明VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组中第二微波滤波器的外形及内部结构示意图。

图2为本发明VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组接第一微波滤波器时输出端口的幅频特性曲线图。

图3为本发明VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组接第一微波滤波器时输入端口的驻波特性曲线图。

图4为本发明VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组接第二微波滤波器时输出端口的幅频特性曲线图。

图5为本发明VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组接第二微波滤波器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。

结合图1(a)，本发明的一种VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组，包括单刀双掷开关芯片WKD102A000040和两个微波滤波器；

结合图1(b)，第一微波滤波器F1包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口P1、第一输入电感Lin1、第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第一输出电感Lout1、第一Z形级间耦合带状线Z1、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P2和接地端；其中，第一谐振器由第一线圈L1和第一电容C1并联而成，第一线圈L1的一端与第一电容C1的一端相连，第一线圈L1的另一端与第一电容C1的另一端分别接地；第二谐振器由第二线圈L2和第二电容C2并联而成，第二线圈L2的一端与第二电容C2的一端相连，第二线圈L2的另一端与第二电容C2的另一端分别接地；第三谐振器由第三线圈L3和第三电容C3并联而成，第三线圈L3的一端与第三电容C3的一端相连，第三线圈L3的另一端与第三电容C3的另一端分别接地；第四谐振器由第四线圈L4和第四电容C4并联而成，第四线圈L4的一端与第四电容C4的一端相连，第四线圈L4的另一端与第四电容C4的另一端分别接地；第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4均为两层矩形螺旋线圈结构，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4均为双层金属板结构；表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口P1与第一输入电感Lin1的左端连接，第一输入电感Lin1的右端与第一线圈L1和第一电容C1相连接，表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口P2与第一输出电感Lout1的右端连接，第一输出电感Lout1的左端与第四线圈L4和第四电容C4相连接，第一Z形级间耦合带状线Z1位于第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器上方，四个谐振器之间通过耦合相接，即第一线圈与第二线圈耦合，第二电容与第三电容耦合，第三线圈与第四线圈耦合；

结合图1(c)，第二微波滤波器F2包括表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口P3、第一部分并联谐振单元、第一零点电容C55、第二部分串联谐振单元、第二零点电容C66、第三部分并联谐振单元、第三零点电容C77、第四部分串联谐振单元、第四零点电容C88和表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P4；第二输入端口P3与第一部分并联谐振单元的一端连接，其中第一部分并联谐振单元由第五电感L5、第五电容C5并联组成，第五电容C5平行设置于第五电感L5的下方，第一零点电容C55与第一部分并联谐振单元的另一端串联接地，且第一零点电容C55平行设置于第五电容C5的下方；第二部分串联谐振单元与输入端口P3连接，其中第二部分串联谐振单元由第六电感L6、第六电容C6串联组成，第六电容C6平行设置于第六电感L6的下方，第二零点电容C66与第二部分串联谐振单元并联，且第二零点电容C66平行设置于第六电感L6的下方，与第六电容C6在同一平面；第三部分并联谐振单元与第二部分串联谐振单元中的第六电容C6连接，其中第三部分并联谐振单元由第七电感L7、第七电容C7并联组成，第七电容C7平行设置于第七电感L7的上方，第三零点电容C77与第三部分并联谐振单元串联接地，且第三零点电容C77平行设置于第七电容C7的上方；第四部分串联谐振单元与第二部分串联谐振单元中的第六电容C6连接，其中第四部分串联谐振单元由第八电感L8、第八电容C8串联组成，第八电容C8平行设置于第八电感L8的上方，第四零点电容C88与第四部分串联谐振单元并联，且第四零点电容C88平行设置于第八电感L8的上方，与第八电容C8在同一平面；第二输出端口P4与第八电容C8连接；四个零点电容可以在上边带和下边带分别产生传输零点，通过调整四个零点电容的大小、位置，可以改变传输零点的位置。所述第五电感L5、第六电感L6、第七电感L7和第八电感L8均为矩形螺旋式电感，第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8均为平行式平板电容。

单刀双掷开关芯片WKD102A000040的RFOut1与表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口P1连接，RFOut2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口P3连接。

表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口、第二输入端口、输入电感Lin1、输出电感Lout1、第一～第四电容、第一～第四线圈、第一部分并联谐振单元、第一零点电容、第二部分串联谐振单元、第二零点电容、第三部分并联谐振单元、第三零点电容、第四部分串联谐振单元、第四零点电容、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口、第二输出端口和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

本发明的VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组，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。

WKD102A000040型芯片是一款低插损的压控反射式单刀双掷开关芯片，使用0.25微米栅长的砷化镓赝配高电子迁移率晶体管工艺制造而成，该芯片通过背面金属经通孔接地，所有芯片产品全部经100％射频测量。WKD102A000040型芯片为0/-5V电源工作，在DC～4GHz内插入损耗：1.4dB，隔离度：45dB，输入驻波比：1.3:1，输出驻波比：1.3:1，切换时间：10ns。

本实施方式的VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组中第一微波滤波器的尺寸均为4.5mm×3.2mm×2mm，第二微波滤波器的尺寸均为5mm×8mm×2.35mm；其性能从图2、图3、图4、图5可以看出，第一微波滤波器的通带带宽为200MHz～350MHz，输入端口回波损耗优于13dB，输出端口插入损耗优于4.2dB，第二微波滤波器的通带带宽为80MHz～140MHz，输入端口回波损耗优于14.5dB，输出端口插入损耗优于4.1dB。

Claims

1.一种VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组，其特征在于：包括单刀双掷开关芯片WKD102A000040和两个微波滤波器；

第一微波滤波器(F1)包括表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口(P1)、第一输入电感(Lin1)、第一谐振器(L1、C1)、第二谐振器(L2、C2)、第三谐振器(L3、C3)、第四谐振器(L4、C4)、第一输出电感(Lout1)、第一Z形级间耦合带状线(Z1)、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口(P2)和接地端；其中，第一谐振器(L1、C1)由第一线圈(L1)和第一电容(C1)并联而成，第一线圈(L1)的一端与第一电容(C1)的一端相连，第一线圈(L1)的另一端与第一电容(C1)的另一端分别接地；第二谐振器(L2、C2)由第二线圈(L2)和第二电容(C2)并联而成，第二线圈(L2)的一端与第二电容(C2)的一端相连，第二线圈(L2)的另一端与第二电容(C2)的另一端分别接地；第三谐振器(L3、C3)由第三线圈(L3)和第三电容(C3)并联而成，第三线圈(L3)的一端与第三电容(C3)的一端相连，第三线圈(L3)的另一端与第三电容(C3)的另一端分别接地；第四谐振器(L4、C4)由第四线圈(L4)和第四电容(C4)并联而成，第四线圈(L4)的一端与第四电容(C4)的一端相连，第四线圈(L4)的另一端与第四电容(C4)的另一端分别接地；第一线圈(L1)、第二线圈(L2)、第三线圈(L3)、第四线圈(L4)均为两层矩形螺旋线圈结构，第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)均为双层金属板结构；表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口(P1)与第一输入电感(Lin1)的左端连接，第一输入电感(Lin1)的右端与第一线圈(L1)和第一电容(C1)相连接，表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口(P2)与第一输出电感(Lout1)的右端连接，第一输出电感(Lout1)的左端与第四线圈(L4)和第四电容(C4)相连接，第一Z形级间耦合带状线(Z1)位于第一谐振器(L1、C1)、第二谐振器(L2、C2)、第三谐振器(L3、C3)、第四谐振器(L4、C4)上方；

第二微波滤波器(F2)包括表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口(P3)、第一部分并联谐振单元(L5、C5)、第一零点电容(C55)、第二部分串联谐振单元(L6、C6)、第二零点电容(C66)、第三部分并联谐振单元(L7、C7)、第三零点电容(C77)、第四部分串联谐振单元(L8、C8)、第四零点电容(C88)和表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口(P4)；第二输入端口(P3)与第一部分并联谐振单元(L5、C5)的一端连接，其中第一部分并联谐振单元(L5、C5)由第五电感(L5)、第五电容(C5)并联组成，第五电容(C5)平行设置于第五电感(L5)的下方，第一零点电容(C55)与第一部分并联谐振单元(L5、C5)的另一端串联接地，且第一零点电容(C55)平行设置于第五电容(C5)的下方；第二部分串联谐振单元(L6、C6)与输入端口(P3)连接，其中第二部分串联谐振单元(L6、C6)由第六电感(L6)、第六电容(C6)串联组成，第六电容(C6)平行设置于第六电感(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)平行设置于第六电感(L6)的下方，与第六电容(C6)在同一平面；第三部分并联谐振单元(L7、C7)与第二部分串联谐振单元(L6、C6)中的第六电容(C6)连接，其中第三部分并联谐振单元(L7、C7)由第七电感(L7)、第七电容(C7)并联组成，第七电容(C7)平行设置于第七电感(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)平行设置于第七电容(C7)的上方；第四部分串联谐振单元(L8、C8)与第二部分串联谐振单元(L6、C6)中的第六电容(C6)连接，其中第四部分串联谐振单元(L8、C8)由第八电感(L8)、第八电容(C8)串联组成，第八电容(C8)平行设置于第八电感(L8)的上方，第四零点电容(C88)与第四部分串联谐振单元(L8、C8)并联，且第四零点电容(C88)平行设置于第八电感(L8)的上方，与第八电容(C8)在同一平面；第二输出端口(P4)与第八电容(C8)连接；所述第五电感(L5)、第六电感(L6)、第七电感(L7)和第八电感(L8)均为矩形螺旋式电感，第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)和第八电容(C8)均为平行式平板电容。

2.根据权利要求1所述的一种VHF波段全集总与半集总组合微波滤波器组，其特征在于：表面贴装的50欧姆阻抗输入端口(P1、P3)、输入电感(Lin1)、输出电感(Lout1)、电容(C1、C2、C3、C4)、线圈(L1、L2、L3、L4)、第一部分并联谐振单元(L5、C5)、第一零点电容(C55)、第二部分串联谐振单元(L6、C6)、第二零点电容(C66)、第三部分并联谐振单元(L7、C7)、第三零点电容(C77)、第四部分串联谐振单元(L8、C8)、第四零点电容(C88)、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口(P2、P4)和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。