CN105762445A - 一种shf波段微型微波双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SHF波段微型微波双工器，涉及一种双工器，包括匹配电路M、第一微波滤波器F1和第二微波滤波器F2；本发明具有易调试、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
技术领域
本发明涉及一种双工器，特别是一种SHF波段微型微波双工器。
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，对微波双工器的性能、尺寸、可靠性和成本均提出了更高的要求。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，可以实现微型微波双工器。
发明内容
本发明的目的是提供一种SHF波段微型微波双工器，采用LTCC技术将两个微波滤波器连接在一起，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、温度性能稳定的微型微波双工器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种SHF波段微型微波双工器，包括匹配电路M、第一微波滤波器F1和第二微波滤波器F2；
匹配电路M包括输入端口P1、第一输入电感Lin1、第一匹配线L1、第二匹配线L2和接地端，第一匹配线L1通过第一输入电感Lin1连接第二匹配线L2，所述第一输入电感Lin1还与输入端口P1连接，第一微波滤波器F1和第二微波滤波器F2分别设于匹配电路M的左右两侧；
第一微波滤波器F1包括第二输入电感Lin2、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、第一Z形交叉耦合电容Z1、第二Z形交叉耦合电容Z2、第一输出电感Lout1、第一输出端口P2和接地端，所述第一微波滤波器F1设在一个5层电路基板上，所述5层电路基板从上至下依次设有第一交叉耦合电容层、第一加载电容层、第二电感谐振层、第三加载电容层和第二交叉耦合电容层，第一输出端口P2设于所述5层电路基板的左侧，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和第四级并联谐振单元从右至左依次间隔设置在所述5层电路基板上，第一Z形交叉耦合电容Z1设在第一交叉耦合电容层上，第二Z形交叉耦合电容Z2设在第二交叉耦合电容层上，所述第一Z形交叉耦合电容Z1和所述第二Z形交叉耦合电容Z2两端均接地；
第一级并联谐振单元包括带状线L11、带状线L21和带状线L31，带状线L11设于第一加载电容层上，带状线L21设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L21设于所述带状线L11的正下方，带状线L31设于第三加载电容层，并且所述带状线L31设于所述带状线L21的正下方；
第二级并联谐振单元包括带状线L12、带状线L22和带状线L32，带状线L12设于第一加载电容层上，带状线L22设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L32设于所述带状线L12的正下方，带状线L32设于第三加载电容层，并且所述带状线L32设于所述带状线L22的正下方；
第三级并联谐振单元包括带状线L13、带状线L23和带状线L33，带状线L13设于第一加载电容层上，带状线L23设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L33设于所述带状线L13的正下方，带状线L33设于第三加载电容层，并且所述带状线L33设于所述带状线L23的正下方；
第四级并联谐振单元包括带状线L14、带状线L24和带状线L34，带状线L14设于第一加载电容层上，带状线L24设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L34设于所述带状线L14的正下方，带状线L34设于第三加载电容层，并且所述带状线L34设于所述带状线L24的正下方；
所述带状线L24通过第一输出电感Lout1连接第一输出端口P2，带状线L21通过第二输入电感Lin2连接第一匹配线L1，带状线L11、带状线L12、带状线L13和带状线L14均为前端接地后端开路；带状线L21、带状线L22、带状线L23和带状线L24均为后端接地前端开路；带状线L31、带状线L32、带状线L33和带状线L34均为前端接地后端开路；
第二微波滤波器F2包括第三输入电感Lin3、第五级并联谐振单元、第六级并联谐振单元、第七级并联谐振单元、第八级并联谐振单元、第二输出电感Lout2、第三Z形交叉耦合电容Z3、第四Z形交叉耦合电容Z4、第二输出端口P3和接地端；
第二微波滤波器F2设在一个4层电路基板上，所述4层电路基板从上至下依次设有第三交叉耦合电容层、第四加载电容层、第三电感谐振层和第四交叉耦合电容层，第二输出端口P3设于所述4层电路基板的右侧，第五级并联谐振单元、第六级并联谐振单元、第七级并联谐振单元和第八级并联谐振单元从左至右依次间隔设置在所述4层电路基板上，第三Z形交叉耦合电容Z3设在第三交叉耦合电容层上，第四Z形交叉耦合电容Z4设在第四交叉耦合电容层上；第三Z形交叉耦合电容Z3和第四Z形交叉耦合电容Z4两端均接地；
第五级并联谐振单元包括带状线L41和带状线L51，带状线L41设于第四加载电容层上，带状线L51设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L51设于所述带状线L41的正下方；
第六级并联谐振单元包括带状线L42和带状线L52，带状线L42设于第四加载电容层上，带状线L52设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L52设于所述带状线L42的正下方；
第七级并联谐振单元包括带状线L43和带状线L53，带状线L43设于第四加载电容层上，带状线L53设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L53设于所述带状线L43的正下方；
第八级并联谐振单元包括带状线L44和带状线L54，带状线L44设于第四加载电容层上，带状线L54设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L54设于所述带状线L44的正下方；
所述带状线L54通过第二输出电感Lout2连接第二输出端口P3，带状线L51通过第三输入电感Lin3连接第二匹配线L2；带状线L41、带状线L42、带状线L43和带状线L44均为前端接地后端开路；带状线L51、带状线L52、带状线L53和带状线L54均为后端接地前端开路。
所述输入端口P1、输出端口P2和输出端口P3均为表面贴装的50欧姆阻抗端口。
所述一种SHF波段微型微波双工器采用多层低温共烧陶瓷工艺制成。
本发明所述的一种SHF波段微型微波双工器，采用LTCC技术将两个微波滤波器连接在一起，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、温度性能稳定的微型微波双工器；本发明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。
附图说明
图1是本发明一种SHF波段微型微波双工器的外形结构示意图；
图2是本发明一种SHF波段微型微波双工器中匹配电路的外形及内部结构示意图；
图3是本发明一种SHF波段微型微波双工器中第一微波滤波器的外形及内部结构示意图；
图4是本发明一种SHF波段微型微波双工器中第二微波滤波器的外形及内部结构示意图；
图5是本发明一种SHF波段微型微波双工器第一输出端口的幅频特性曲线；
图6是本发明一种SHF波段微型微波双工器第二输出端口的幅频特性曲线；
图7是本发明一种SHF波段微型微波双工器输入端口的驻波特性曲线。
具体实施方式
如图1所示的一种SHF波段微型微波双工器，包括匹配电路M、第一微波滤波器F1和第二微波滤波器F2；
如图2所示的匹配电路M包括输入端口P1、第一输入电感Lin1、第一匹配线L1、第二匹配线L2和接地端，第一匹配线L1通过第一输入电感Lin1连接第二匹配线L2，所述第一输入电感Lin1还与输入端口P1连接，第一微波滤波器F1和第二微波滤波器F2分别设于匹配电路M的左右两侧；
如图3所示的第一微波滤波器F1包括第二输入电感Lin2、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、第一Z形交叉耦合电容Z1、第二Z形交叉耦合电容Z2、第一输出电感Lout1、第一输出端口P2和接地端，所述第一微波滤波器F1设在一个5层电路基板上，所述5层电路基板从上至下依次设有第一交叉耦合电容层、第一加载电容层、第二电感谐振层、第三加载电容层和第二交叉耦合电容层，第一输出端口P2设于所述5层电路基板的左侧，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和第四级并联谐振单元从右至左依次间隔设置在所述5层电路基板上，第一Z形交叉耦合电容Z1设在第一交叉耦合电容层上，第二Z形交叉耦合电容Z2设在第二交叉耦合电容层上，所述第一Z形交叉耦合电容Z1和所述第二Z形交叉耦合电容Z2两端均接地；
第一级并联谐振单元包括带状线L11、带状线L21和带状线L31，带状线L11设于第一加载电容层上，带状线L21设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L21设于所述带状线L11的正下方，带状线L31设于第三加载电容层，并且所述带状线L31设于所述带状线L21的正下方；
第二级并联谐振单元包括带状线L12、带状线L22和带状线L32，带状线L12设于第一加载电容层上，带状线L22设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L32设于所述带状线L12的正下方，带状线L32设于第三加载电容层，并且所述带状线L32设于所述带状线L22的正下方；
第三级并联谐振单元包括带状线L13、带状线L23和带状线L33，带状线L13设于第一加载电容层上，带状线L23设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L33设于所述带状线L13的正下方，带状线L33设于第三加载电容层，并且所述带状线L33设于所述带状线L23的正下方；
第四级并联谐振单元包括带状线L14、带状线L24和带状线L34，带状线L14设于第一加载电容层上，带状线L24设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L34设于所述带状线L14的正下方，带状线L34设于第三加载电容层，并且所述带状线L34设于所述带状线L24的正下方；
所述带状线L24通过第一输出电感Lout1连接第一输出端口P2，带状线L21通过第二输入电感Lin2连接第一匹配线L1，带状线L11、带状线L12、带状线L13和带状线L14均为前端接地后端开路；带状线L21、带状线L22、带状线L23和带状线L24均为后端接地前端开路；带状线L31、带状线L32、带状线L33和带状线L34均为前端接地后端开路；
如图4所示的第二微波滤波器F2包括第三输入电感Lin3、第五级并联谐振单元、第六级并联谐振单元、第七级并联谐振单元、第八级并联谐振单元、第二输出电感Lout2、第三Z形交叉耦合电容Z3、第四Z形交叉耦合电容Z4、第二输出端口P3和接地端；
第二微波滤波器F2设在一个4层电路基板上，所述4层电路基板从上至下依次设有第三交叉耦合电容层、第四加载电容层、第三电感谐振层和第四交叉耦合电容层，第二输出端口P3设于所述4层电路基板的右侧，第五级并联谐振单元、第六级并联谐振单元、第七级并联谐振单元和第八级并联谐振单元从左至右依次间隔设置在所述4层电路基板上，第三Z形交叉耦合电容Z3设在第三交叉耦合电容层上，第四Z形交叉耦合电容Z4设在第四交叉耦合电容层上；第三Z形交叉耦合电容Z3和第四Z形交叉耦合电容Z4两端均接地；
第五级并联谐振单元包括带状线L41和带状线L51，带状线L41设于第四加载电容层上，带状线L51设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L51设于所述带状线L41的正下方；
第六级并联谐振单元包括带状线L42和带状线L52，带状线L42设于第四加载电容层上，带状线L52设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L52设于所述带状线L42的正下方；
第七级并联谐振单元包括带状线L43和带状线L53，带状线L43设于第四加载电容层上，带状线L53设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L53设于所述带状线L43的正下方；
第八级并联谐振单元包括带状线L44和带状线L54，带状线L44设于第四加载电容层上，带状线L54设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L54设于所述带状线L44的正下方；
所述带状线L54通过第二输出电感Lout2连接第二输出端口P3，带状线L51通过第三输入电感Lin3连接第二匹配线L2；带状线L41、带状线L42、带状线L43和带状线L44均为前端接地后端开路；带状线L51、带状线L52、带状线L53和带状线L54均为后端接地前端开路。
所述输入端口P1、输出端口P2和输出端口P3均为表面贴装的50欧姆阻抗端口。
所述一种SHF波段微型微波双工器采用多层低温共烧陶瓷工艺制成。
如图5-图7所示，本发明一种SHF波段微型微波双工器的尺寸为7.2mm×2mm×1.5mm。双工器的两个通带分别为3.4GHz-3.8GHz和4.9GHz-5.9GHz，输入端口回波损耗优于13dB，输出端口插入损耗优于1.8dB。
本发明所述的一种SHF波段微型微波双工器，采用LTCC技术将两个微波滤波器连接在一起，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、温度性能稳定的微型微波双工器；本发明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。
Claims (3)
1.一种SHF波段微型微波双工器，其特征在于：包括匹配电路M、第一微波滤波器F1和第二微波滤波器F2；
匹配电路M包括输入端口P1、第一输入电感Lin1、第一匹配线L1、第二匹配线L2和接地端，第一匹配线L1通过第一输入电感Lin1连接第二匹配线L2，所述第一输入电感Lin1还与输入端口P1连接，第一微波滤波器F1和第二微波滤波器F2分别设于匹配电路M的左右两侧；
第一微波滤波器F1包括第二输入电感Lin2、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、第一Z形交叉耦合电容Z1、第二Z形交叉耦合电容Z2、第一输出电感Lout1、第一输出端口P2和接地端，所述第一微波滤波器F1设在一个5层电路基板上，所述5层电路基板从上至下依次设有第一交叉耦合电容层、第一加载电容层、第二电感谐振层、第三加载电容层和第二交叉耦合电容层，第一输出端口P2设于所述5层电路基板的左侧，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和第四级并联谐振单元从右至左依次间隔设置在所述5层电路基板上，第一Z形交叉耦合电容Z1设在第一交叉耦合电容层上，第二Z形交叉耦合电容Z2设在第二交叉耦合电容层上，所述第一Z形交叉耦合电容Z1和所述第二Z形交叉耦合电容Z2两端均接地；
第一级并联谐振单元包括带状线L11、带状线L21和带状线L31，带状线L11设于第一加载电容层上，带状线L21设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L21设于所述带状线L11的正下方，带状线L31设于第三加载电容层，并且所述带状线L31设于所述带状线L21的正下方；
第二级并联谐振单元包括带状线L12、带状线L22和带状线L32，带状线L12设于第一加载电容层上，带状线L22设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L32设于所述带状线L12的正下方，带状线L32设于第三加载电容层，并且所述带状线L32设于所述带状线L22的正下方；
第三级并联谐振单元包括带状线L13、带状线L23和带状线L33，带状线L13设于第一加载电容层上，带状线L23设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L33设于所述带状线L13的正下方，带状线L33设于第三加载电容层，并且所述带状线L33设于所述带状线L23的正下方；
第四级并联谐振单元包括带状线L14、带状线L24和带状线L34，带状线L14设于第一加载电容层上，带状线L24设于第二电感谐振层上，并且所述带状线L34设于所述带状线L14的正下方，带状线L34设于第三加载电容层，并且所述带状线L34设于所述带状线L24的正下方；
所述带状线L24通过第一输出电感Lout1连接第一输出端口P2，带状线L21通过第二输入电感Lin2连接第一匹配线L1，带状线L11、带状线L12、带状线L13和带状线L14均为前端接地后端开路；带状线L21、带状线L22、带状线L23和带状线L24均为后端接地前端开路；带状线L31、带状线L32、带状线L33和带状线L34均为前端接地后端开路；
第二微波滤波器F2包括第三输入电感Lin3、第五级并联谐振单元、第六级并联谐振单元、第七级并联谐振单元、第八级并联谐振单元、第二输出电感Lout2、第三Z形交叉耦合电容Z3、第四Z形交叉耦合电容Z4、第二输出端口P3和接地端；
第二微波滤波器F2设在一个4层电路基板上，所述4层电路基板从上至下依次设有第三交叉耦合电容层、第四加载电容层、第三电感谐振层和第四交叉耦合电容层，第二输出端口P3设于所述4层电路基板的右侧，第五级并联谐振单元、第六级并联谐振单元、第七级并联谐振单元和第八级并联谐振单元从左至右依次间隔设置在所述4层电路基板上，第三Z形交叉耦合电容Z3设在第三交叉耦合电容层上，第四Z形交叉耦合电容Z4设在第四交叉耦合电容层上；第三Z形交叉耦合电容Z3和第四Z形交叉耦合电容Z4两端均接地；
第五级并联谐振单元包括带状线L41和带状线L51，带状线L41设于第四加载电容层上，带状线L51设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L51设于所述带状线L41的正下方；
第六级并联谐振单元包括带状线L42和带状线L52，带状线L42设于第四加载电容层上，带状线L52设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L52设于所述带状线L42的正下方；
第七级并联谐振单元包括带状线L43和带状线L53，带状线L43设于第四加载电容层上，带状线L53设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L53设于所述带状线L43的正下方；
第八级并联谐振单元包括带状线L44和带状线L54，带状线L44设于第四加载电容层上，带状线L54设于第三电感谐振层上，并且所述带状线L54设于所述带状线L44的正下方；
所述带状线L54通过第二输出电感Lout2连接第二输出端口P3，带状线L51通过第三输入电感Lin3连接第二匹配线L2；带状线L41、带状线L42、带状线L43和带状线L44均为前端接地后端开路；带状线L51、带状线L52、带状线L53和带状线L54均为后端接地前端开路。
2.如权利要求1所述的一种SHF波段微型微波双工器，其特征在于:所述输入端口P1、输出端口P2和输出端口P3均为表面贴装的50欧姆阻抗端口。
3.如权利要求1所述的一种SHF波段微型微波双工器，其特征在于:所述一种SHF波段微型微波双工器采用多层低温共烧陶瓷工艺制成。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN107611533A (zh) * | 2017-08-21 | 2018-01-19 | 南京理工大学 | 一种shf波段微型四工器 |
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2016
- 2016-04-19 CN CN201610243447.0A patent/CN105762445A/zh active Pending
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