CN105261810A

CN105261810A - 可变相位功分滤波器组

Info

Publication number: CN105261810A
Application number: CN201510369200.9A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 杨茂雅; 周围; 陈烨; 刘毅; 乔冬春; 李博文
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2016-01-20

Abstract

本发明的目的在于提供一种可变相位功分滤波器组，包括：一接收输入信号的单刀双掷开关芯片，与单刀双掷开关芯片的两个输出端连接的L波段平衡滤波器，与L波段平衡滤波器输出端连接的L波段功分器。该组合具有可选择、多相位、体积小、功率分配、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、温度性能稳定等特点。

Description

可变相位功分滤波器组

技术领域

本发明涉及一种滤波器技术，特别是一种可变相位功分滤波器组。

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。功分器与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，可以实现可变相位功分滤波器组。

发明内容

根据本发明的一个方面，所述L波段平衡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：与单刀双掷开关芯片第一输出端连接的第一输入端，与单刀双掷开关芯片第二输出端连接的第二输入端，与第一输入端连接的第一输入电感，与第二输入端连接的第二输入电感，一第三输出端，与第三输出端连接的第一输出电感，位于四级谐振下方的Z型电容；所述第一输入电感另一端与第一级谐振的中间层板连接；所述第二输入电感另一端与第一级谐振的上层板或下层板连接；所述第一输出电感另一端与第四级谐振的中间层板连接。

根据本发明的另一个方面，所述L波段功分器包括：与L波段平衡滤波器输出端连接的第四输入端口，与第四输入端口连接的第三输入电感，分别与第三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二输出电感，与第二输出电感另一端连接第五输出端口，与第二螺旋电感输出端连接的第三输出电感，与第三输出电感另一端连接的第六输出端口，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，分别与第二输出电感、第三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；所述第三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。

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)可选择相位且可倒相；(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是本发明可变相位功分滤波器组整体结构框图。

图2是本发明单刀双掷开关芯片WKD102010040的结构示意图。

图3是本发明四级谐振平衡滤波器的结构示意图。

图4是本发明内置电阻功分器的结构示意图。

图5是本发明四级谐振平衡滤波器的插损和驻波特性曲线。

图6是本发明内置电阻功分器的插损的曲线。

图7是本发明内置电阻功分器的隔离度的曲线。

具体实施方式

结合图1，一种可变相位功分滤波器组，包括：一接收输入信号的单刀双掷开关芯片，与单刀双掷开关芯片的两个输出端连接的L波段平衡滤波器，与L波段平衡滤波器输出端连接的L波段功分器。所述单刀双掷开关芯为WKD102010040芯片(如图2所示)，其两输出端口与L波段平衡滤波器的两输入端口相接，L波段平衡滤波器的输出端口与内置电阻功分器的输入端口相连接。

结合图3，L波段平衡滤波器为四级谐振平衡滤波器，包括两个表面贴装的50欧姆阻抗的输入端口P1、P2，第一输入电感Lin1、第二输入电感Lin2、带状线实现的四级谐振级U，Z型电容Z，第一输出电感Lout1以及表面贴装的50欧姆阻抗的输出端口P3。第一输入电感Lin1一端与输入端口P1连接，第二输入电感Lin2一端与输入端口P2连接，第一输入电感Lin1的另一端与四级谐振级U的中间板M1相连，第二输入电感Lin2的另一端与四级谐振级U的第一级谐振下层板B1或上层板A1相连，四级谐振级U的另一端的中间板M4与第一输出电感Lout1的一端连接，第一输出电感Lout1的另一端与表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P3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U3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。

结合图4，L波段功分器包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P4、第三输入电感Lin3、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、第二输出电感Lout2、第三输出电感Lout3以及两个表面贴装的50欧姆阻抗的输出端口P5、P6。输入电感Lin3与输入端口P4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Lin3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)，第三输入电感Lin3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的一端与第二输出电感Lout2连接，吸收电阻R的的另一端与第三输出电感Lout3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P5连接，第三输出电感Lout3与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P6连接。

可变相位功分滤波器组，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。

本发明中单刀双掷开关芯片WKD102010040为0/-5V或5V/0V电源工作，在DC～4GHz内插入损耗：0.5dB，隔离度：38dB，输入驻波比：1.2:1，输出驻波比：1.2:1，切换时间：10ns。四级谐振平衡滤波器的体积仅为4.5mm*3.5mm*1.5mm，其频率范围是在1.35～1.45GHz，中心频率为1.4GHz，输出端基本重合，驻波高于16dB。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7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。先将四级谐振平衡滤波器与内置电阻功分器组合，性能从图中看出从功分器输出端口输出的曲线完全重合，且输出相位可相差180度左右。加上单刀双掷开关芯片，其输出端的幅频特性曲线在通带范围内增益再加上0.5dB即可，在相位上并不发生变化。

Claims

1.一种可变相位功分滤波器组，其特征在于，包括：

一接收输入信号的单刀双掷开关芯片，

与单刀双掷开关芯片的两个输出端连接的L波段平衡滤波器，

与L波段平衡滤波器输出端连接的L波段功分器。

2.根据权利要求1所述的可变相位功分滤波器组，其特征在于，所述L波段平衡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：

与单刀双掷开关芯片第一输出端(RFout1)连接的第一输入端(P1)，

与单刀双掷开关芯片第二输出端(RFout2)连接的第二输入端(P2)，

与第一输入端(P1)连接的第一输入电感(Lin1)，

与第二输入端(P2)连接的第二输入电感(Lin2)，

一第三输出端(P3)，

与第三输出端(P3)连接的第一输出电感(Lout2)，

位于四级谐振下方的Z型电容(Z)；

所述第一输入电感(Lin1)另一端与第一级谐振的中间层板(M1)连接；

所述第二输入电感(Lin2)另一端与第一级谐振的上层板(A4)或下层板(B4)连接；

所述第一输出电感(Lout2)另一端与第四级谐振的中间层板(M4)连接。

3.根据权利要求1所述的可变相位功分滤波器组，其特征在于，所述L波段功分器包括：

与L波段平衡滤波器输出端连接的第四输入端口(P4)，

与第四输入端口(P4)连接的第三输入电感(Lin3)，

分别与第三输入电感(Lin3)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)输出端连接的第二输出电感(Lout2)，

与第二输出电感(Lout2)另一端连接第五输出端口(P5)，

与第二螺旋电感(L2)输出端连接的第三输出电感(Lout3)，

与第三输出电感(Lout3)另一端连接的第六输出端口(P6)，

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)，

分别与第二输出电感(Lout2)、第三输出电感(Lout3)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)；

所述第三输出电感(Lout3)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。