CN105932377A - 一种shf波段双频双通带滤波器组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SHF波段双频双通带滤波器组，由两种SHF波段的带通滤波器及带状线组成。其功能主要由两种并联微波滤波器实现。两种微波滤波器结构采用LTCC工艺技术实现。本发明具有体积小、耐高温、低成本、高品质、稳定性好、可靠性高、材料一致性好、成品率高、环保性好等优点，广泛应用于GSM通信系统、军用雷达、跟踪接收机、北斗导航系统等卫星通信，对电性能、材料一致性、热机械性、温度稳定性、工艺性及抗干扰性等高要求的系统与设备。

Description

一种SHF波段双频双通带滤波器组

技术领域

本发明涉及双频滤波器组，具体是一种SHF波段双频双通带滤波器组。

背景技术

随着无线通信事业的迅猛发展，电子元件集成化、模组化、高性能、低成本已经成为国内外射频领域的发展方向，同时随着现代高频通信系统需要多功能接收子系统来获得宽带以支持多频段，迫切需要一种能对辐射干扰的高频信号有较大衰减的滤波器，以及为了增加保密性，能够随时迅速改变接收机的中心频率的滤波器，这也对微波滤波器的综合性能提出了更高的要求，系统通常需要通过一个波束发射多个不连续信道的频率信号，单频段通信系统已逐渐淘汰，不能很好满足小型化、集成化等性能，这就需要双通带或多通带滤波器。这种双通带滤波器的主要指标有：通带插入损耗、通带回波损耗、矩形系数、时延频率特性、阻带衰减、通带电压驻波比、品质因数等。双通带滤波器可以吸收掉不需要混频段信号，将所需要的两种不同频段的信号同时输出。本设计解决了以往双通带滤波器的带内插损大、通带间干扰大等缺陷，而其加工工艺有很多种类，近年来国内外大多采用的是低温共烧陶瓷技术。

低温共烧陶瓷（LTCC）是近年发展起来的整合组件技术，已经成为无源集成的主流技术，成为无源元件领域的发展方向。其采用多层陶瓷技术，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。利用LTCC制备片式无源集成器件和模块有许多优点，陶瓷材料具有优良的高频高品质特性，使用电导率高的金属材料作为导体，有利于系统的品质因子，也可适应大电流及耐高温的要求，其可将无源组件埋入多层电路基板，有利于提高系统组装密度，易于实现多层布线与封装一体化结构，可提高可靠性、耐高温、高湿等恶劣环境，采用非连续式的生产工艺，便于基板烧成前对每一层布线和互联通孔进行质量检测，降低成本。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隔离度好、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，可以实现双通带滤波器。

发明内容

本发明的目的在于实现一种由带状线结构实现体积小、耐高温、低成本、高品质、稳定性好、可靠性高、材料一致性好、成品率高、环保性好的双通带滤波器。

实现本发明目的的技术方案为：一种SHF波段双频双通带滤波器组，其具体结构如下：其结构由第一微波滤波器、第二微波滤波器与带状线组成，带状线与第一微波滤波器的第一输入端口连接，另一带状线与第二微波滤波器的第二输入端口连接，第一微波滤波器的第一输出端口与第二微波滤波器的第二输出端口连接。

第一微波滤波器包括50欧姆阻抗第一输入端口、第一输入电感、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、第一输出电感、第一Z形级间耦合带状线、50欧姆阻抗第一输出端口和接地端。各级并联谐振单元依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，各级谐振单元上下层间距相等，第一层由第一带状线、第三带状线、第五带状线、第七带状线、第九带状线依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第一带状线与第三带状线之间的距离与第七带状线与第九带状线之间的距离相等，第三带状线与第五带状线之间的距离与第五带状线与第七带状线之间的距离相等。

第二层由第二带状线、第四带状线、第六带状线、第八带状线、第十带状线依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第二带状线与第四带状线之间的距离与第八带状线与第十带状线之间的距离相等，第四带状线与第六带状线之间的距离与第六带状线与第八带状线之间的距离相等。

其中，50欧姆阻抗第一输入端口与第一输入电感的一端连接，第一输入电感的另一端与第一级并联谐振单元的第二层的第二带状线连接，第一输出电感的一端与第五级并联谐振单元的第二层的第十带状线连接，50欧姆阻抗第一输出端口与第一输出电感的另一端连接，第一Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的下方。每层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层与第一层接地端相反，第一Z形级间耦合带状线两端均接地。

第二微波滤波器包括50欧姆阻抗第二输入端口、第二输入电感、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、第二输出电感、第二Z形级间耦合带状线、第一耦合带状线、第一接地电容、第二接地电容、50欧姆阻抗第二输出端口和接地端。各级并联谐振单元依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，各级谐振单元上下层间距相等，第一层由第十一带状线、第十三带状线、第十五带状线、第十七带状线、第十九带状线依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第十一带状线与第十三带状线之间的距离与第十七带状线与第十九带状线之间的距离相等，第十三带状线与第十五带状线之间的距离与第十五带状线与第十七带状线之间的距离相等。

第二层由第十二带状线、第十四带状线、第十六带状线、第十八带状线、第二十带状线依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第十二带状线与第十四带状线之间的距离与第十八带状线与第二十带状线之间的距离相等，第十四带状线与第十六带状线之间的距离与第十六带状线与第十八带状线之间的距离相等。

其中，50欧姆阻抗第二输入端口与第二输入电感的一端连接，第一级并联谐振单元的第二层的第十二带状线与第二输入电感的另一端连接，第五级并联谐振单元的第二层的第二十带状线与第二输出电感的一端连接，50欧姆阻抗第二输出端口与第二输出电感的另一端连接，第二Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的下方，第一耦合带状线位于并联谐振单元的下方，第一接地电容位于第二输入电感的上方，第二接地电容位于第二输出电感的上方。每层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层与第一层接地端相反，第二Z形级间耦合带状线两端均接地，第一接地电容，一端接地，一端开路，第二接地电容，一端接地，一端开路。

LTCC是本发明所采用的加工工艺，它所具备的一致性好、精度高、体积小、成本低、可靠性高、温度稳定性好、电性能高等优点是其他加工工艺所不具备的。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明具有体积小、耐高温、低成本、高品质、稳定性好、可靠性高、材料一致性好、成品率高、环保性好等优点，广泛应用于GSM通信系统、军用雷达、跟踪接收机、北斗导航系统等卫星通信，对电性能、材料一致性、热机械性、温度稳定性、工艺性及抗干扰性等高要求的系统与设备。

附图说明

图1（a）是本发明一种SHF波段双频双通带滤波器组的外形结构示意图，图1（b）是本发明一种SHF波段双频双通带滤波器组的第一微波滤波器的内部结构示意图，图1（c）是本发明一种SHF波段双频双通带滤波器组的第二微波滤波器的内部结构示意图。

图2是本发明一种SHF波段双频双通带滤波器组的输出端口的幅频特性曲线。

图3是本发明一种SHF波段双频双通带滤波器组的输入端口的回波损耗曲线。

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）、（b）、（c），本发明一种SHF波段双频双通带滤波器组，该双通带滤波器的第一微波滤波器（F1）包括50欧姆阻抗第一输入端口（P1）、第一输入电感（Lin1）、第一级并联谐振单元（L11、L21）、第二级并联谐振单元（L12、L22）、第三级并联谐振单元（L13、L23）、第四级并联谐振单元（L14、L24）、第五级并联谐振单元（L15、L25）、第一输出电感（Lout1）、第一Z形级间耦合带状线（Z1）、50欧姆阻抗第一输出端口（P2）和接地端。

各级并联谐振单元依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，各级谐振单元上下层间距相等，第一层由第一带状线（L11）、第三带状线（L12）、第五带状线（L13）、第七带状线（L14）、第九带状线（L15）依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第一带状线（L11）与第三带状线（L12）之间的距离与第七带状线（L14）与第九带状线（L15）之间的距离相等，第三带状线（L12）与第五带状线（L13）之间的距离与第五带状线（L13）与第七带状线（L14）之间的距离相等。

第二层由第二带状线（L21）、第四带状线（L22）、第六带状线（L23）、第八带状线（L24）、第十带状线（L25）依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第二带状线（L21）与第四带状线（L22）之间的距离与第八带状线（L24）与第十带状线（L25）之间的距离相等，第四带状线（L22）与第六带状线（L23）之间的距离与第六带状线（L23）与第八带状线（L24）之间的距离相等。

其中，50欧姆阻抗第一输入端口（P1）与第一输入电感（Lin1）的一端连接，第一输入电感（Lin1）的另一端与第一级并联谐振单元（L11、L21）的第二层的第二带状线（L21）连接，第一输出电感（Lout1）的一端与第五级并联谐振单元（L15、L25）的第二层的第十带状线（L25）连接，第一输出电感（Lout1）的另一端与50欧姆阻抗第一输出端口（P2）连接，第一Z形级间耦合带状线（Z1）位于并联谐振单元的下方。

每层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层与第一层接地端相反，第一Z形级间耦合带状线（Z1）两端均接地。

第二微波滤波器（F2）包括50欧姆阻抗第二输入端口（P3）、第二输入电感（Lin2）、第一级并联谐振单元（L31、L41）、第二级并联谐振单元（L32、L42）、第三级并联谐振单元（L33、L43）、第四级并联谐振单元（L34、L44）、第五级并联谐振单元（L35、L45）、第二输出电感（Lout2）、第二Z形级间耦合带状线（Z2）、第一耦合带状线（ZF1）、第一接地电容（C1）、第二接地电容（C2）、50欧姆阻抗第二输出端口（P4）和接地端。

各级并联谐振单元依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，各级谐振单元上下层间距相等，第一层由第十一带状线（L31）、第十三带状线（L32）、第十五带状线（L33）、第十七带状线（L34）、第十九带状线（L35）依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第十一带状线（L31）与第十三带状线（L32）之间的距离与第十七带状线（L34）与第十九带状线（L35）之间的距离相等，第十三带状线（L32）与第十五带状线（L33）之间的距离与第十五带状线（L33）与第十七带状线（L34）之间的距离相等。

第二层由第十二带状线（L41）、第十四带状线（L42）、第十六带状线（L43）、第十八带状线（L44）、第二十带状线（L45）依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第十二带状线（L41）与第十四带状线（L42）之间的距离与第十八带状线（L44）与第二十带状线（L45）之间的距离相等，第十四带状线（L42）与第十六带状线（L43）之间的距离与第十六带状线（L43）与第十八带状线（L44）之间的距离相等。

其中，50欧姆阻抗第二输入端口（P3）与第二输入电感（Lin2）的一端连接，第二输入电感（Lin2）的另一端与第一级并联谐振单元（L31、L41）的第二层的第十二带状线（L41）连接，第二输出电感（Lout2）的一端与第五级并联谐振单元（L35、L45）的第二层的第二十带状线（L45）连接，50欧姆阻抗第二输出端口（P4）与第二输出电感（Lout2）的另一端连接，第二Z形级间耦合带状线（Z2）位于并联谐振单元的下方，第一耦合带状线（ZF1）位于并联谐振单元的下方，第一接地电容（C1）位于第二输入电感（Lin2）的上方，第二接地电容（C2）位于第二输出电感（Lout2）的上方。

每层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层与第一层接地端相反，第二Z形级间耦合带状线（Z2）两端均接地，第一耦合带状线（ZF1），一端接地，一端开路，第一接地电容（C1），一端接地，一端开路，第二接地电容（C2），一端接地，一端开路。带状线与第一滤波器的第一输入端口（P1）相连接，另一带状线与第二滤波器的第二输入端口（P3）相连接。

结合图1（a）、（b）、（c），50欧姆阻抗输入端口（P1、P3）、50欧姆阻抗输出端口（P2、P4）、输入电感（Lin1、Lin2）、输出电感（Lout1、Lout2）、接地电容（C1、C2）、第一级并联谐振单元（L11、L21、L31、L41）、第二级并联谐振单元（L12、L22、L32、L42）、第三级并联谐振单元（L13、L23、L33、L43）、第四级并联谐振单元（L14、L24、L34、L44）、第五级并联谐振单元（L15、L25、L35、L45）、Z形级间耦合带状线（Z1、Z2）、耦合带状线（ZF1）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

一种SHF波段双频双通带滤波器组，由于采用多层LTCC工艺实现，所以具有非常高的温度稳定性、一致性，并且还具有一定强度的生带。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。

本发明一种SHF波段双频双通带滤波器组中两个微波滤波器的尺寸均为3.2mm×3.2mm×1.5mm。其性能可从图2、图3看出，第一微波滤波器的通带范围为4.3GHz~6.5GHz，输入端口回波损耗达到11dB，输出端口插入损耗达到1.8dB，第二微波滤波器的通带范围为9.5GHz~12GHz，输入端口回波损耗达到12.8dB，输出端口插入损耗达到1.09dB。两种频率段信号同时输出。

Claims (2)

1.一种SHF波段双频双通带滤波器组，其特征在于：由第一微波滤波器（F1）、第二微波滤波器（F2）与带状线组成，带状线与第一微波滤波器（F1）的第一输入端口（P1）连接，另一带状线与第二微波滤波器（F2）的第二输入端口（P3）连接，第一微波滤波器（F1）的第一输出端口（P2）与第二微波滤波器（F2）的第二输出端口（P4）连接；

第一微波滤波器（F1）包括50欧姆阻抗第一输入端口（P1）、第一输入电感（Lin1）、第一级并联谐振单元（L11、L21）、第二级并联谐振单元（L12、L22）、第三级并联谐振单元（L13、L23）、第四级并联谐振单元（L14、L24）、第五级并联谐振单元（L15、L25）、第一输出电感（Lout1）、第一Z形级间耦合带状线（Z1）、50欧姆阻抗第一输出端口（P2）和接地端；

各级并联谐振单元依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，各级谐振单元上下层间距相等，第一层由第一带状线（L11）、第三带状线（L12）、第五带状线（L13）、第七带状线（L14）、第九带状线（L15）依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第一带状线（L11）与第三带状线（L12）之间的距离与第七带状线（L14）与第九带状线（L15）之间的距离相等，第三带状线（L12）与第五带状线（L13）之间的距离与第五带状线（L13）与第七带状线（L14）之间的距离相等；

第二层由第二带状线（L21）、第四带状线（L22）、第六带状线（L23）、第八带状线（L24）、第十带状线（L25）依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第二带状线（L21）与第四带状线（L22）之间的距离与第八带状线（L24）与第十带状线（L25）之间的距离相等，第四带状线（L22）与第六带状线（L23）之间的距离与第六带状线（L23）与第八带状线（L24）之间的距离相等；

其中，50欧姆阻抗的第一输入端口（P1）与第一输入电感（Lin1）的一端连接，第一输入电感（Lin1）的另一端与第二带状线（L21）连接，第一输出电感（Lout1）的一端与第十带状线（L25）连接，第一输出电感（Lout1）的另一端与50欧姆阻抗的第一输出端口（P2）连接，第一Z形级间耦合带状线（Z1）位于并联谐振单元的下方；

每层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层与第一层接地端相反，第一Z形级间耦合带状线（Z1）两端均接地；

输入信号经过带状线传输到第一输入端口（P1），经由第一输入电感（Lin1）传输到第二带状线（L21），经过第一级并联谐振单元（L11、L21）、第二级并联谐振单元（L12、L22）、第三级并联谐振单元（L13、L23）、第四级并联谐振单元（L14、L24）、第五级并联谐振单元（L15、L25）、第一Z形级间耦合带状线（Z1）的电磁耦合，传输到第十带状线（L25），经由第一输出电感（Lout1），在第一输出端口（P2）输出；

第二微波滤波器（F2）包括50欧姆阻抗第二输入端口（P3）、第二输入电感（Lin2）、第一级并联谐振单元（L31、L41）、第二级并联谐振单元（L32、L42）、第三级并联谐振单元（L33、L43）、第四级并联谐振单元（L34、L44）、第五级并联谐振单元（L35、L45）、第二输出电感（Lout2）、第二Z形级间耦合带状线（Z2）、第一接地电容（C1）、第二接地电容（C2）、第一耦合带状线（ZF1）、50欧姆阻抗第二输出端口（P4）和接地端；

各级并联谐振单元依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，各级谐振单元上下层间距相等，第一层由第十一带状线（L31）、第十三带状线（L32）、第十五带状线（L33）、第十七带状线（L34）、第十九带状线（L35）依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第十一带状线（L31）与第十三带状线（L32）之间的距离与第十七带状线（L34）与第十九带状线（L35）之间的距离相等，第十三带状线（L32）与第十五带状线（L33）之间的距离与第十五带状线（L33）与第十七带状线（L34）之间的距离相等；

第二层由第十二带状线（L41）、第十四带状线（L42）、第十六带状线（L43）、第十八带状线（L44）、第二十带状线（L45）依次从一边到另一边以一定的间距排列组成，第十二带状线（L41）与第十四带状线（L42）之间的距离与第十八带状线（L44）与第二十带状线（L45）之间的距离相等，第十四带状线（L42）与第十六带状线（L43）之间的距离与第十六带状线（L43）与第十八带状线（L44）之间的距离相等；

其中，50欧姆阻抗的第二输入端口（P3）与第二输入电感（Lin2）的一端连接，第二输入电感（Lin2）的另一端与第十二带状线（L41）连接，第二十带状线（L45）与第二输出电感（Lout2）的一端连接，50欧姆阻抗的第二输出端口（P4）与第二输出电感（Lout2）的另一端连接，第二Z形级间耦合带状线（Z2）位于并联谐振单元的下方，第一耦合带状线（ZF1）位于并联谐振单元的下方，第一接地电容（C1）位于第二输入电感（Lin2）的上方，第二接地电容（C2）位于第二输出电感（Lout2）的上方；

每层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层与第一层接地端相反，第二Z形级间耦合带状线（Z2）两端均接地，第一耦合带状线（ZF1），一端接地，一端开路，第一接地电容（C1），一端接地，一端开路，第二接地电容（C2），一端接地，一端开路；

输入信号经过带状线传输到第二输入端口（P3），经由第二输入电感（Lin2）传输到第十二带状线（L41），经过第一级并联谐振单元（L31、L41）、第二级并联谐振单元（L32、L42）、第三级并联谐振单元（L33、L43）、第四级并联谐振单元（L34、L44）、第五级并联谐振单元（L35、L45）、第二Z形级间耦合带状线（Z2）、第一耦合带状线（ZF1）、第一接地电容（C1）、第二接地电容（C2）的电磁耦合，传输到第二十带状线（L45），经由第二输出电感（Lout2），在第二输出端口（P4）输出。

2.根据权利要求1所述的SHF波段双频双通带滤波器组，其具体结构如下：50欧姆阻抗输入端口（P1、P3）、50欧姆阻抗输出端口（P2、P4）、输入电感（Lin1、Lin2）、输出电感（Lout1、Lout2）、第一级并联谐振单元（L11、L21、L31、L41）、第二级并联谐振单元（L12、L22、L32、L42）、第三级并联谐振单元（L13、L23、L33、L43）、第四级并联谐振单元（L14、L24、L34、L44）、第五级并联谐振单元（L15、L25、L35、L45）、Z形级间耦合带状线（Z1、Z2）、耦合带状线（ZF1）、接地电容（C1、C2）和接地端均采用LTCC工艺实现。