CN106099266A - 基于ltcc的shf波段微型双工器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的SHF波段微型双工器，由两个超高频频段的微波滤波器及一个T型匹配电路组成。其功能主要由分布式的带状线结构实现。此种双工滤波器结构采用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，广泛应用于超高频波段的移动通信、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

基于LTCC的SHF波段微型双工器

技术领域

本发明涉及微型双工器，具体是一种基于LTCC的SHF波段微型双工器。

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，同时随着电子设备工作频率的迅速提高，电磁干扰的频率也越来越高，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能使发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作。这就对微波滤波器的综合性能提出了更高的要求。这种双工器是一个三端口器件，能够将一路输入信号滤波，输出两路不同频段互补干扰的信号。主要指标有：通带插入损耗、通带回波损耗、隔离度、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。

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，可以实现双工器的微型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由带状线结构实现隔离度好、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SHF波段微型双工器。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于LTCC的SHF波段微型双工器，其具体结构如下：其结构由两个带通微波滤波器与T型匹配电路组成。

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。各级并联谐振单元均由三层平行带状线组成，第一层由第一带状线、第四带状线、第七带状线、第十带状线组成，第二层由第二带状线、第五带状线、第八带状线、第十一带状线组成，第三层由第三带状线、第六带状线、第九带状线、第十二带状线组成。其中，50欧姆阻抗第一输入端口与第一输入电感一端连接，第一输入电感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，第一输出电感一端与第四级并联谐振单元的第二层的第十一带状线连接，50欧姆阻抗第一输出端口与第一输出电感另一端连接，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，第一、三层接地端相同，第二层与第一、三层接地端相反，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、第二输出电感、第二Z形级间耦合带状线、50欧姆阻抗第二输出端口和接地端。各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，第一层由第十三带状线、第十五带状线、第十七带状线、第十九带状线，第二层由第十四带状线、第十六带状线、第十八带状线、第二十带状线组成，其中，50欧姆阻抗第二输入端口与第二输入电感一端连接，第一级并联谐振单元的第二层的第十四带状线与第二输入电感另一端连接，第四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一端连接，50欧姆阻抗第二输出端口与第二输出电感另一端连接，第二Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的下方。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。T型匹配电路的T-port1与第一滤波器的第一输入端口（P1）相连接，T型匹配电路的T-port2与第二滤波器的第二输入端口（P3）相连接。

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。

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，广泛应用于超高频波段的移动通信、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SHF波段微型双工器的外形结构示意图，图1（b）是本发明一种SHF波段微型双工器的第一微波滤波器内部结构示意图，图1（c）是本发明一种SHF波段微型双工器的第二微波滤波器内部结构示意图。

图2是本发明SHF波段微型双工器的第一输出端口与第二输出端口的幅频特性曲线。

图3是本发明SHF波段微型双工器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），本发明一种基于LTCC的SHF波段微型双工器，其中第一微波滤波器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由L11、L21、L31构成、第二级并联谐振单元由L12、L22、L32构成、第三级并联谐振单元由L13、L23、L33构成、第四级并联谐振单元由L14、L24、L34构成、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。

各级并联谐振单元均由三层平行带状线组成，第一层由第一带状线L11、第四带状线L12、第七带状线L13、第十带状线L14，第二层由第二带状线L21、第五带状线L22、第八带状线L23、第十一带状线L24、组成，第三层由第三带状线L31、第六带状线L32、第九带状线L33、第十二带状线L34组成。

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的一端与第十一带状线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，第三层与第一层接地端相同，第二层与第一、三层接地端相反，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由L41、L51构成、第二级并联谐振单元由L42、L52构成、第三级并联谐振单元由L43、L53构成、第四级并联谐振单元由L44、L54构成、第二输出电感Lout2、第二Z形级间耦合带状线Z2和接地端。

各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，第一层由第十三带状线L41、第十五带状线L42、第十七带状线L43、第十九带状线L44。第二层由第十四带状线L51、第十六带状线L52、第十八带状线L53、第二十带状线L54组成。

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的另一端与第十四带状线L51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。

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。T型结匹配电路的T-port1端口与面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口P1连接，T-port2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口P3连接。

结合图1a、b、c，50欧姆阻抗输入端口P1、P3、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、L31L41、L51、第二级并联谐振单元L12、L22、L32L42、L52、第三级并联谐振单元L13、L23、L33L43、L53、第四级并联谐振单元L14、L24、L34L44、L54、Z形级间耦合带状线Z1、Z2、T型匹配电路和接地端均采用LTCC工艺实现。

一种基于LTCC的SHF波段微型双工器，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，使得成本降到最低。

本发明SHF波段微型双工器中第一微波滤波器的尺寸均为2mm×3mm×1.5mm，第二微波滤波器尺寸为2.5mm×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3.4GHz~3.8GHz，输入端口回波损耗达到20dB，输出端口插入损耗达到1.5dB，第二微波滤波器的通带范围为5GHz~5.5GHz，输入端口回波损耗达到15dB，输出端口插入损耗达到2dB。

Claims (2)

1.一种基于LTCC的SHF波段微型双工器，其特征在于：由一个T型三端口匹配网络和两个微波带通滤波器（F1、F2）组成，T型匹配电路两个输出端口分别与第一微波滤波器（F1）的第一输入端口（P1）、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）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（由L11、L21、L31构成）、第二级并联谐振单元（由L12、L22、L32构成）、第三级并联谐振单元（由L13、L23、L33构成）、第四级并联谐振单元（由L14、L24、L34构成）、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，各级谐振单元以一定间距横向依次平行排开，其中第一、二谐振单元的间距与第三、四谐振单元间距相同，而与二、三谐振单元的间距不同；

各级并联谐振单元均由三层平行带状线组成，第一层由第一带状线（L11）、第四带状线（L12）、第七带状线（L13）、第十带状线（L14），第二层由第二带状线（L21）、第五带状线（L22）、第八带状线（L23）、第十一带状线（L24）、组成，第三层由第三带状线（L31）、第六带状线（L32）、第九带状线（L33）、第十二带状线（L34）组成；

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）的一端与第十一带状线（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，第三层与第一层接地端相同，第二层与第一、三层接地端相反，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（由L41、L51构成）、第二级并联谐振单元（由L42、L52构成）、第三级并联谐振单元（由L43、L53构成）、第四级并联谐振单元（由L44、L54构成）、第二输出电感（Lout2）、第二Z形级间耦合带状线（Z2）和接地端，各级谐振单元以不同的间距横向依次平行排开，其中第一、二级并联谐振单元间的距离与三、四级间的距离相等，与二、三级间的间距不等；

各级并联谐振单元均由两层平行带状线组成，第一层由第十三带状线（L41）、第十五带状线（L42）、第十七带状线（L43）、第十九带状线（L44）；

第二层由第十四带状线（L51）、第十六带状线（L52）、第十八带状线（L53）、第二十带状线（L54）组成；

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）的另一端与第十四带状线（L51）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；

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；

T型结匹配电路是由三段长度和特性阻抗各异的传输线构成的三端口网络，T-port1端口与面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口（P1）连接，T-port2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口（P3）连接，Input端口作为输入端口。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的SHF频段微型双工器，其特征在于：50欧姆阻抗输入端口（P1、P3）、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、L51）、第二级并联谐振单元（L12、L22、L32）（L42、L52）、第三级并联谐振单元（L13、L23、L33）（L43、L53）、第四级并联谐振单元（L14、L24、L34）（L44、L54）、Z形级间耦合带状线（Z1、Z2）、T型匹配电路和接地端均采用LTCC工艺实现。