CN105762443A - 一种三维双模高性能带通滤波器 - Google Patents

一种三维双模高性能带通滤波器 Download PDF

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戴永胜
陈相治
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陈相治
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Abstract

本发明公开了一种三维双模高性能带通滤波器，涉及一种滤波器，包括输入端口P1、第一输入电感Lin1、第二输入电感Lin2、第一串联电感L1、第二串联电感L2、第一带状线分布式谐振单元U1、第二带状线分布式谐振单元U2、第一串联电容C1、第二串联电容C2、第一输出电感Lout1、第二输出电感Lout2和输出端口P2；采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明具有频率覆盖广、带外抑制好、插损小、重量轻、体积小、可靠性高、电性能好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点，适用于射频、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

一种三维双模高性能带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种滤波器，尤其涉及一种三维双模高性能带通滤波器。
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，所以射频、微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。
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，可以实现一种三维双模高性能带通滤波器。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维双模高性能带通滤波器，采用新的滤波器结构，实现双通带，高性能，体积小、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、温度性能稳定的双模高性能带通滤波器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种三维双模高性能带通滤波器，包括输入端口P1、第一输入电感Lin1、第二输入电感Lin2、第一串联电感L1、第二串联电感L2、第一带状线分布式谐振单元U1、第二带状线分布式谐振单元U2、第一串联电容C1、第二串联电容C2、第一输出电感Lout1、第二输出电感Lout2和输出端口P2；输入端口P1和输出端口P2分别位于所述一种三维双模高性能带通滤波器的左右两侧；
第一带状线分布式谐振单元U1从上至下依次设有第一Z型电容层、第一带状线层、第二带状线层、第三带状线层、第二Z型电容层，所述第一带状线分布式谐振单元U1还包括带状线A1、带状线A2、带状线A3、带状线A4、带状线M1、带状线M2、带状线M3、带状线M4、带状线B1、带状线B2、带状线B3、带状线B4、第一Z型电容Z1和第二Z型电容Z2，第一Z型电容Z1设于第一Z型电容层上，第二Z型电容Z2设于第二Z型电容层上，所述带状线A1、所述带状线A2、所述带状线A3和所述带状线A4从左至右依次间隔设于第一带状线层上，带状线M1设于第二带状线层上，并且所述带状线M1位于带状线A1的正下方，带状线M2设于第二带状线层上，并且所述带状线M2位于带状线A2的正下方，带状线M3设于第二带状线层上，并且所述带状线M3位于带状线A3的正下方，带状线M4设于第二带状线层上，并且所述带状线M4位于带状线A4的正下方，带状线B1设于第三带状线层上，并且所述带状线B1位于带状线M1的正下方，带状线B2设于第三带状线层上，并且所述带状线B2位于带状线M2的正下方，带状线B3设于第三带状线层上，并且所述带状线B3位于带状线M3的正下方，带状线B4设于第三带状线层上，并且所述带状线B4位于带状线M4的正下方；
第二带状线分布式谐振单元U2从上至下依次设有第三Z型电容层、第四带状线层、第五带状线层、第六带状线层、第四Z型电容层，所述第二带状线分布式谐振单元U2还包括带状线A5、带状线A6、带状线A7、带状线A8、带状线M5、带状线M6、带状线M7、带状线M8、带状线B5、带状线B6、带状线B7、带状线B8、第三Z型电容Z3和第四Z型电容Z4，第三Z型电容Z3设于第三Z型电容层上，第四Z型电容Z4设于第四Z型电容层上，所述带状线A5、所述带状线A6、所述带状线A7和所述带状线A8从左至右依次间隔设于第四带状线层上，带状线M5设于第五带状线层上，并且所述带状线M5位于带状线A5的正下方，带状线M6设于第五带状线层上，并且所述带状线M6位于带状线A6的正下方，带状线M7设于第五带状线层上，并且所述带状线M7位于带状线A7的正下方，带状线M8设于第五带状线层上，并且所述带状线M8位于带状线A8的正下方，带状线B5设于第六带状线层上，并且所述带状线B5位于带状线M5的正下方，带状线B6设于第六带状线层上，并且所述带状线B6位于带状线M6的正下方，带状线B7设于第六带状线层上，并且所述带状线B7位于带状线M7的正下方，带状线B8设于第六带状线层上，并且所述带状线B8位于带状线M8的正下方；
输入端口P1通过串联在一起的第一串联电感L1和第一输入电感Lin1连接带状线M1；输出端口P2通过串联在一起的第二串联电感L2和第一输出电感Lout1连接带状线M4；
输入端口P1通过串联在一起的第一串联电容C1和第二输入电感Lin2连接带状线M5；输出端口P2通过串联在一起的第二串联电容C2和第二输出电感Lout2连接带状线M8。
所述一种三维双模高性能带通滤波器采用多层低温共烧陶瓷工艺制成。
所述输入端口P1和所述输出端口P2均为共面波导结构的50欧姆阻抗端口。
本发明所述的一种三维双模高性能带通滤波器，其整体是由两个不同频段的带通滤波器通过分别串联电感和电容实现双模通带；本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成，所带来的显著优点是：(1)双通带带内平坦、通带内插损低；(2)双通带带外陡峭；(3)体积小、重量轻、可靠性高；(4)电性能优异，阻带抑制高；(5)电路实现结构简单，可实现大批量生产；(6)成本低；(7)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是本发明的结构示意图；
图2是本发明的第一带状线分布式谐振单元U1结构示意图；
图3是本发明的第二带状线分布式谐振单元U2结构示意图；
图4是本发明一种三维双模高性能带通滤波器输出端的幅频特性曲线；
图5是本发明一种三维双模高性能带通滤波器输入输出端口的驻波特性曲线。
具体实施方式
如图1所示的一种三维双模高性能带通滤波器，包括输入端口P1、第一输入电感Lin1、第二输入电感Lin2、第一串联电感L1、第二串联电感L2、第一带状线分布式谐振单元U1、第二带状线分布式谐振单元U2、第一串联电容C1、第二串联电容C2、第一输出电感Lout1、第二输出电感Lout2和输出端口P2；输入端口P1和输出端口P2分别位于所述一种三维双模高性能带通滤波器的左右两侧；
如图2所示，第一带状线分布式谐振单元U1从上至下依次设有第一Z型电容层、第一带状线层、第二带状线层、第三带状线层、第二Z型电容层，所述第一带状线分布式谐振单元U1还包括带状线A1、带状线A2、带状线A3、带状线A4、带状线M1、带状线M2、带状线M3、带状线M4、带状线B1、带状线B2、带状线B3、带状线B4、第一Z型电容Z1和第二Z型电容Z2，第一Z型电容Z1设于第一Z型电容层上，第二Z型电容Z2设于第二Z型电容层上，所述带状线A1、所述带状线A2、所述带状线A3和所述带状线A4从左至右依次间隔设于第一带状线层上，带状线M1设于第二带状线层上，并且所述带状线M1位于带状线A1的正下方，带状线M2设于第二带状线层上，并且所述带状线M2位于带状线A2的正下方，带状线M3设于第二带状线层上，并且所述带状线M3位于带状线A3的正下方，带状线M4设于第二带状线层上，并且所述带状线M4位于带状线A4的正下方，带状线B1设于第三带状线层上，并且所述带状线B1位于带状线M1的正下方，带状线B2设于第三带状线层上，并且所述带状线B2位于带状线M2的正下方，带状线B3设于第三带状线层上，并且所述带状线B3位于带状线M3的正下方，带状线B4设于第三带状线层上，并且所述带状线B4位于带状线M4的正下方；
如图3所示，第二带状线分布式谐振单元U2从上至下依次设有第三Z型电容层、第四带状线层、第五带状线层、第六带状线层、第四Z型电容层，所述第二带状线分布式谐振单元U2还包括带状线A5、带状线A6、带状线A7、带状线A8、带状线M5、带状线M6、带状线M7、带状线M8、带状线B5、带状线B6、带状线B7、带状线B8、第三Z型电容Z3和第四Z型电容Z4，第三Z型电容Z3设于第三Z型电容层上，第四Z型电容Z4设于第四Z型电容层上，所述带状线A5、所述带状线A6、所述带状线A7和所述带状线A8从左至右依次间隔设于第四带状线层上，带状线M5设于第五带状线层上，并且所述带状线M5位于带状线A5的正下方，带状线M6设于第五带状线层上，并且所述带状线M6位于带状线A6的正下方，带状线M7设于第五带状线层上，并且所述带状线M7位于带状线A7的正下方，带状线M8设于第五带状线层上，并且所述带状线M8位于带状线A8的正下方，带状线B5设于第六带状线层上，并且所述带状线B5位于带状线M5的正下方，带状线B6设于第六带状线层上，并且所述带状线B6位于带状线M6的正下方，带状线B7设于第六带状线层上，并且所述带状线B7位于带状线M7的正下方，带状线B8设于第六带状线层上，并且所述带状线B8位于带状线M8的正下方；
输入端口P1通过串联在一起的第一串联电感L1和第一输入电感Lin1连接带状线M1；输出端口P2通过串联在一起的第二串联电感L2和第一输出电感Lout1连接带状线M4；
输入端口P1通过串联在一起的第一串联电容C1和第二输入电感Lin2连接带状线M5；输出端口P2通过串联在一起的第二串联电容C2和第二输出电感Lout2连接带状线M8。
所述一种三维双模高性能带通滤波器采用多层低温共烧陶瓷工艺制成。
所述输入端口P1和所述输出端口P2均为共面波导结构的50欧姆阻抗端口。
本发明所述的一种三维双模高性能带通滤波器，在双模的设计上，通过两个不同频段的带通滤波器分别串联电感、电容实现双通带。
本发明所述的一种三维双模高性能带通滤波器，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。
本发明所述的一种三维双模高性能带通滤波器，尺寸仅为5mm×5mm×1.5mm，其性能如图4和图5所示，通带为2.2GHz～2.4GHz、3.5GHz～3.9GHz，通带内最小插入损耗为1.5dB，输入端口回波损耗均优于15dB，带外抑制较好，输入输出端口驻波比优于1.4。

Claims (3)

1.一种三维双模高性能带通滤波器，其特征在于：包括输入端口P1、第一输入电感Lin1、第二输入电感Lin2、第一串联电感L1、第二串联电感L2、第一带状线分布式谐振单元U1、第二带状线分布式谐振单元U2、第一串联电容C1、第二串联电容C2、第一输出电感Lout1、第二输出电感Lout2和输出端口P2；输入端口P1和输出端口P2分别位于所述一种三维双模高性能带通滤波器的左右两侧；
第一带状线分布式谐振单元U1从上至下依次设有第一Z型电容层、第一带状线层、第二带状线层、第三带状线层、第二Z型电容层，所述第一带状线分布式谐振单元U1还包括带状线A1、带状线A2、带状线A3、带状线A4、带状线M1、带状线M2、带状线M3、带状线M4、带状线B1、带状线B2、带状线B3、带状线B4、第一Z型电容Z1和第二Z型电容Z2，第一Z型电容Z1设于第一Z型电容层上，第二Z型电容Z2设于第二Z型电容层上，所述带状线A1、所述带状线A2、所述带状线A3和所述带状线A4从左至右依次间隔设于第一带状线层上，带状线M1设于第二带状线层上，并且所述带状线M1位于带状线A1的正下方，带状线M2设于第二带状线层上，并且所述带状线M2位于带状线A2的正下方，带状线M3设于第二带状线层上，并且所述带状线M3位于带状线A3的正下方，带状线M4设于第二带状线层上，并且所述带状线M4位于带状线A4的正下方，带状线B1设于第三带状线层上，并且所述带状线B1位于带状线M1的正下方，带状线B2设于第三带状线层上，并且所述带状线B2位于带状线M2的正下方，带状线B3设于第三带状线层上，并且所述带状线B3位于带状线M3的正下方，带状线B4设于第三带状线层上，并且所述带状线B4位于带状线M4的正下方；
第二带状线分布式谐振单元U2从上至下依次设有第三Z型电容层、第四带状线层、第五带状线层、第六带状线层、第四Z型电容层，所述第二带状线分布式谐振单元U2还包括带状线A5、带状线A6、带状线A7、带状线A8、带状线M5、带状线M6、带状线M7、带状线M8、带状线B5、带状线B6、带状线B7、带状线B8、第三Z型电容Z3和第四Z型电容Z4，第三Z型电容Z3设于第三Z型电容层上，第四Z型电容Z4设于第四Z型电容层上，所述带状线A5、所述带状线A6、所述带状线A7和所述带状线A8从左至右依次间隔设于第四带状线层上，带状线M5设于第五带状线层上，并且所述带状线M5位于带状线A5的正下方，带状线M6设于第五带状线层上，并且所述带状线M6位于带状线A6的正下方，带状线M7设于第五带状线层上，并且所述带状线M7位于带状线A7的正下方，带状线M8设于第五带状线层上，并且所述带状线M8位于带状线A8的正下方，带状线B5设于第六带状线层上，并且所述带状线B5位于带状线M5的正下方，带状线B6设于第六带状线层上，并且所述带状线B6位于带状线M6的正下方，带状线B7设于第六带状线层上，并且所述带状线B7位于带状线M7的正下方，带状线B8设于第六带状线层上，并且所述带状线B8位于带状线M8的正下方；
输入端口P1通过串联在一起的第一串联电感L1和第一输入电感Lin1连接带状线M1；输出端口P2通过串联在一起的第二串联电感L2和第一输出电感Lout1连接带状线M4；
输入端口P1通过串联在一起的第一串联电容C1和第二输入电感Lin2连接带状线M5；输出端口P2通过串联在一起的第二串联电容C2和第二输出电感Lout2连接带状线M8。
2.如权利要求1所述的一种三维双模高性能带通滤波器，其特征在于：所述一种三维双模高性能带通滤波器采用多层低温共烧陶瓷工艺制成。
3.如权利要求1所述的一种三维双模高性能带通滤波器，其特征在于：所述输入端口P1和所述输出端口P2均为共面波导结构的50欧姆阻抗端口。
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