CN105186078A

CN105186078A - 一种基于LTCC和DGS的Ku波段高性能滤波器组

Info

Publication number: CN105186078A
Application number: CN201510484436.7A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 周衍芳; 许心影; 李博文; 陈烨; 刘毅; 乔冬春
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明提出一种基于LTCC和DGS的Ku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；所述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和第二输出选择控制端；所述第一微波滤波器与第二微波滤波器结构相同，均包括输入端口、输入引线电感、第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元、第五级并联谐振单元、输出引线电感、输出端口、第一缺陷地结构屏蔽层、第二缺陷地结构屏蔽层、Z形级间耦合单元、第一接地端口和第二接地端口。本发明的能对一路信号在不同频段下进行自如地筛选，体积小、造价低。

Description

一种基于LTCC和DGS的Ku波段高性能滤波器组

技术领域

本发明属于滤波器组技术领域，具体涉及一种基于LTCC和DGS的Ku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(LTCC)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。

如果只用一路滤波器，只能对一路信号进行一个频段的筛选，然而如果采用滤波器组，在综合高性能开关芯片就可以实现不同频段下的选择与切换自如的同时实现高性能高效滤波。此外实现相同的性能参数的滤波器，采用LTCC工艺所需体积通常会比传统的实现工艺(如微带线或带状线结构)要大得多，因而在工程应用上的优势就凸显出来，采用LTCC工艺实现，会在尽可能小的体积内，实现最优化的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LTCC和DGS的Ku波段高性能滤波器组，其能对一路信号在不同频段下进行自如地筛选，并且插入损耗小、驻波性能好、带外抑制高、体积小、重量轻、可靠性高、使用方便、适用范围广、成品率高、批量一致性好、造价低。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于LTCC和DGS的Ku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；所述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和第二输出选择控制端；所述第一微波滤波器与第二微波滤波器结构相同，均包括输入端口、输入引线电感、第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元、第五级并联谐振单元、输出引线电感、输出端口、第一缺陷地结构屏蔽层、第二缺陷地结构屏蔽层、Z形级间耦合单元、第一接地端口和第二接地端口。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于，由于本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，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；实现了微波开关插损小，驻波好的优点；本发明采用了DGS技术，对高次谐波的抑制好；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是本发明基于LTCC和DGS的Ku波段高性能滤波器组整体结构示意图。

图2是图1中局部之滤波器(Filter1、Filter2)的结构示意图。

图3是本发明实施例中Filter1所在支路导通时两个输出端口的S参数幅频特性曲线示意图。

图4是本发明实施例中Filter1所在支路导通时输入端口的驻波特性曲线示意图。

图5是本发明实施例中Filter2所在支路导通时两个输出端口的S参数幅频特性曲线示意图。

图6是本发明实施例中Filter2所在支路导通时输入端口的驻波特性曲线示意图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明基于LTCC和DGS的Ku波段高性能滤波器组的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

结合图1和图2，本发明基于LTCC和DGS的Ku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。

单刀双掷开关芯片Switch包括五个端口，分别为：信号输入端口RFIn，第一信号输出端口RFOut1和第二信号输出端口RFOut2，第一输出选择控制端V1和第二输出选择控制端V2。

第一微波滤波器Filter1与第二微波滤波器Filter2总体结构相同，但是具体传输线的尺寸不同，工作在不同的频段上，都是采用了DGS和LTCC技术实现。第一微波滤波器Filter1与第二微波滤波器Filter2均包括50欧姆输入端口In、输入引线电感Lin、第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元、第五级并联谐振单元、输出引线电感Lout、50欧姆表贴结构的输出端口Out、第一缺陷地结构屏蔽层DGS1和第二缺陷地结构屏蔽层DGS2、一个Z形级间耦合单元ZL以及两个表贴结构的接地端口，即第一接地端口Gnd1和第二接地端口Gnd2。

结合图2，每级谐振单元均由平行放置的两层传输线构成，第一级并联谐振单元由传输线L11和L12构成，第二级并联谐振单元由传输线L21和L22构成，第三级并联谐振单元由传输线L31和L32构成，第四级并联谐振单元由传输线L41和L42构成，第五级并联谐振单元由传输线L51和L52构成。

输入引线电感Lin与各级谐振单元的第一层传输线L11、L21、L31、L41、L51以及输出引线电感Lout在同一平面上；各级谐振单元的第一层传输线L11、L21、L31、L41、L51的一端与第一接地端口Gnd1相连，另一端开路；各级谐振单元的第二层传输线L12、L22、L32、L42、L52一端与第二接地端口Gnd2相连，另一端开路；输入引线电感Lin的一端与第一级并联谐振单元中的第一层传输线L11的中部相连，其另一端与滤波器的输入端口In连接；输出引线电感Lout一端与第五级并联谐振单元中的第一层传输线L51的中部相连，其另一端与输出端口Out相连。Z形级间耦合单元ZL在空间上位于五个谐振单元的下方、第一缺陷地结构屏蔽层DGS1的上方，且Z形级间耦合单元ZL的两端分别与第一接地端Gnd1和第二接地端Gnd2相连。

结合图1和图2，第一微波滤波器Filter1与第二微波滤波器Filter2的50欧姆输入端口In、输入引线电感Lin、第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元、第五级并联谐振单元、输出引线电感Lout、50欧姆输出端口Out、第一缺陷地结构屏蔽层DGS1和第二缺陷地结构屏蔽层DGS2、Z形级间耦合单元ZL以及第一接地端口Gnd1和第二接地端口Gnd2均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。本发明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。

为了进一步说明本发明的有益效果，使用ADS和HFSS电磁仿真软件对本发明基于LTCC和DGS的Ku波段高性能滤波器组进行了三维电磁仿真，本发明基于LTCC和DGS的Ku波段高性能滤波器组仿真的尺寸仅为1.6mm×3.2mm×1.5mm，信号输入到开关的输入端口后，通过开关实现不同通路的选择，实现不同要求的滤波功能。仿真结果如图3、图4、图5和图6所示。

由图3可知，第一微波滤波器Filter1的通带范围是11～14GHz，插损最大在3dB，另外一个通道的隔离度达到40dB，插损较小，隔离度优良；

由图4所示，第二微波滤波器Filter2的通带范围是12.5～16.5GHz，插损最大在3.2dB，另外一个通道的隔离度超过40dB，插损较小，具有较好的隔离性能；

由图5可知，开关导通第一微波滤波器Filter1时，带内驻波最大在1.4左右，驻波系数较好。

由图6可知，开关导通第二微波滤波器Filter2时，带内最大驻波在1.58，总体驻波性能较好。

综上，第一微波滤波器Filter1的通带范围是11～14GHz，第二微波滤波器Filter2的通带范围是12.5～16.5GHz，系统通带内插损在3dB左右，系统隔离度保持在40dB以下，因而具有较小的损耗和优良的端口隔离性能。

Claims

1.一种基于LTCC和DGS的Ku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)；

所述单刀双掷开关芯片(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)和第二输出选择控制端(V2)；

所述第一微波滤波器(Filter1)与第二微波滤波器(Filter2)结构相同，均包括输入端口(In)、输入引线电感(Lin)、第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元、第五级并联谐振单元、输出引线电感(Lout)、输出端口(Out)、第一缺陷地结构屏蔽层(DGS1)、第二缺陷地结构屏蔽层(DGS2)、Z形级间耦合单元(ZL)、第一接地端口(Gnd1)和第二接地端口(Gnd2)。

2.如权利要求1所述Ku波段高性能滤波器组，其特征在于，每级谐振单元均由平行放置的两层传输线构成，输入引线电感(Lin)与各级谐振单元的第一层传输线以及输出引线电感(Lout)在同一平面上；各级谐振单元的第一层传输线的一端与第一接地端口(Gnd1)相连，另一端开路；各级谐振单元的第二层传输线一端与第二接地端口(Gnd2)相连，另一端开路；输入引线电感(Lin)的一端与第一级并联谐振单元中第一层传输线的中部相连，其另一端与滤波器的输入端口(In)连接；输出引线电感(Lout)一端与第五级并联谐振单元中第一层传输线的中部相连，另一端与输出端口(Out)相连；Z形级间耦合单元(ZL)位于五个谐振单元的下方、第一缺陷地结构屏蔽层(DGS1)的上方，且Z形级间耦合单元(ZL)的两端分别与第一接地端(Gnd1)和第二接地端(Gnd2)相连。

3.如权利要求2所述Ku波段高性能滤波器组，其特征在于，第一微波滤波器(Filter1)与第二微波滤波器(Filter2)的输入端口(In)、输入引线电感(Lin)、第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元、第四级并联谐振单元、第五级并联谐振单元、输出引线电感(Lout)、输出端口(Out)、第一缺陷地结构屏蔽层(DGS1)、第二缺陷地结构屏蔽层(DGS2)、Z形级间耦合单元(ZL)、第一接地端口(Gnd1)以及第二接地端口(Gnd2)均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。