CN106099276A - Shf波段三频可切换滤波器组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SHF波段三频可切换滤波器组，包括单刀三掷开关芯片和三个不同频段的微波滤波器。微波滤波器包括表面贴装的输入/输出端口、以带状线结构实现的并联谐振单元，上述结构均采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。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

SHF波段三频可切换滤波器组

技术领域

本发明涉及一种滤波器组，特别是一种SHF波段三频可切换滤波器组。

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，对微波滤波器的性能、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。将不同频率的滤波器通过开关相连，形成滤波器组，可以扩大滤波器的使用范围。

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，可以实现微型微波滤波器组。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由带状线结构实现体积小、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滤波器组。

实现本发明目的的技术方案是：一种SHF波段三频可切换滤波器组，它包括单刀三掷开关芯片和三个微波滤波器。第一微波滤波器包括表面贴装的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、表面贴装的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两层带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元由第一层的第一带状线、第二层的第二带状线构成，第二级并联谐振单元由第一层的第三带状线、第二层的第四带状线并联而成，第三级并联谐振单元由第一层的第五带状线、第二层的第六带状线并联而成，第四级并联谐振单元由第一层的第七带状线、第二层的第八带状线并联而成，第五级并联谐振单元由第一层的第九带状线、第二层的第十带状线并联而成。其中，第一输入电感左端与表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口连接，第一级并联谐振单元的第二层的第二带状线与第一输入电感右端连接，第五级并联谐振单元的第二层的第十带状线与第一输出电感左端连接，第一输出电感右端与表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口连接，第一Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的上面。五级并联谐振单元分别接地，其中第一、三层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向与第一、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表面贴装的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、表面贴装的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带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元由第一层的第十一带状线、第二层的第十二带状线并联而成，第二级并联谐振单元由第一层的第十三带状线、第二层的第十四带状线并联而成，第三级并联谐振单元由第一层的第十五带状线、第二层的第十六带状线并联而成，第四级并联谐振单元由第一层的第十七带状线、第二层的第十八带状线并联而成，第五级并联谐振单元由第一层的第十九带状线、第二层的第二十带状线并联而成，其中，第二输入电感左端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口连接，第一级并联谐振单元的第二层的第十一带状线与第二输入电感右端连接，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左端连接，第二输出电感右端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口连接，第二Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的上面。五级并联谐振单元分别接地，其中第一层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向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。第三微波滤波器包括表面贴装的50欧姆阻抗第三输入端口、第三输入电感、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、第三输出电感、第三Z形级间耦合带状线、表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口和接地端。各级并联谐振单元均由两层带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元由第一层的第二十一带状线、第二层的第二十二带状线并联而成，第二级并联谐振单元由第一层的第二十三带状线、第二层的第二十四带状线并联而成，第三级并联谐振单元由第一层的第二十五带状线、第二层的第二十六带状线并联而成，第四级并联谐振单元由第一层的第二十七带状线、第二层的第二十八带状线并联而成，第五级并联谐振单元由第一层的第二十九带状线、第二层的第三十带状线并联而成，其中，第三输入电感左端与表面贴装的50欧姆阻抗第三输入端口连接，第一级并联谐振单元的第二层的第二十一带状线与第二输入电感右端连接，第五级并联谐振单元的第二层的第三十带状线与第三输出电感左端连接，第三输出电感右端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口连接，第三Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的下面。五级并联谐振单元分别接地，其中第一层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向与第一层接地端相反，第三Z形级间耦合带状线两端均接地。单刀三掷开关芯片的RFOut1与表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口连接，RFOut2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口连接，RFOut3与表面贴装的50欧姆阻抗第三输入端口连接。

与现有技术相比，由于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）带内平坦；（2）可产生不同频率相同的信号波形；（3）体积小、重量轻、可靠性高；（4）电性能优异；（5）电路实现结构简单，可实现大批量生产；（6）成本低。

附图说明

图 1（a）是本发明SHF波段三频可切换滤波器组的外形结构示意图，图1（b）是本发明SHF波段三频可切换滤波器组中第一微波滤波器的外形及内部结构示意图，图1（c）是本发明SHF波段三频可切换滤波器组中第二微波滤波器的外形及内部结构示意图，图1（d）是本发明SHF波段三频可切换滤波器组中第三微波滤波器的外形及内部结构示意图。

图2是本发明SHF波段三频可切换滤波器组接第一微波滤波器时输出端口的幅频特性曲线。

图3是本发明SHF波段三频可切换滤波器组接第一微波滤波器时输入端口的驻波特性曲线。

图4是本发明SHF波段三频可切换滤波器组接第二微波滤波器时输出端口的幅频特性曲线。

图5是本发明SHF波段三频可切换滤波器组接第二微波滤波器时输入端口的驻波特性曲线。

图6是本发明SHF波段三频可切换滤波器组接第三微波滤波器时输出端口的幅频特性曲线。

图7是本发明SHF波段三频可切换滤波器组接第三微波滤波器时输入端口的驻波特性曲线。

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），（d）本发明一种SHF波段三频可切换滤波器组，第一微波滤波器F1包括表面贴装的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、表面贴装的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两层带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元L11、L21由第一层的第一带状线L11、第二层的第二带状线L21并联而成，第二级并联谐振单元L12、L22由第一层带状线L12、第二层的带状线L22并联而成，第三级并联谐振单元L13、L23由第一层带状线L13、第二层带状线L23并联而成，第四级并联谐振单元L14、L24由第一层带状线L14、第二层带状线L24并联而成，第五级并联谐振单元L15、L25由第一层的带状线L15、第二层带状线L25并联而成，其中，第一输入电感Lin1左端与表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口P1连接，第一级并联谐振单元L11、L21的第二层的第二带状线L21与第一输入电感Lin1右端连接，第五级并联谐振单元L15、L25的第二层带状线L25与第一输出电感Lout1左端连接，第一输出电感Lout1右端与表面贴装的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上面。五级并联谐振单元分别接地，其中第一层一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向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包括表面贴装的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、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P4和接地端。各级并联谐振单元均由两层带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元L31、L41由第一层带状线L31、第二层带状线L41并联而成，第二级并联谐振单元L32、L42由第一层带状线L32、第二层带状线L42并联而成，第三级并联谐振单元L33、L43由第一层带状线L33、第二层带状线L43并联而成，第四级并联谐振单元L34、L44由第一层带状线L34、第二层带状线L44并联而成，第五级并联谐振单元L35、L45由第一层的带状线L35、第二层的带状线L45并联而成，其中，第二输入电感Lin2左端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口P3连接，第一级并联谐振单元L31、L41的第二层带状线L41与第二输入电感Lin2右端连接，第五级并联谐振单元L35、L45的第二层带状线L45与第二输出电感Lout2左端连接，第二输出电感Lout2右端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口P4连接，第二Z形级间耦合带状线Z2位于并联谐振单元的上面。五级并联谐振单元分别接地，其中第一层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向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。第三微波滤波器F3包括表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口P5、第三输入电感Lin3、第一级并联谐振单元L51、L61、第二级并联谐振单元L52、L62、第三级并联谐振单元L53、L63、第四级并联谐振单元L54、L64、第五级并联谐振单元L55、L65、第三输出电感Lout3、第三Z形级间耦合带状线Z3、表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P6和接地端。各级并联谐振单元均由两层带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元L51、L61由第一层带状线L51、第二层带状线L61并联而成，第二级并联谐振单元L52、L62由第一层带状线L52、第二层带状线L62并联而成，第三级并联谐振单元L53、L63由第一层带状线L53、第二层带状线L63并联而成，第四级并联谐振单元L54、L64由第一层带状线L54、第二层带状线L64并联而成，第五级并联谐振单元L55、L65由第一层的带状线L55、第二层的带状线L65并联而成，其中，第三输入电感Lin3左端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口P5连接，第一级并联谐振单元L51、L61的第二层带状线L61与第三输入电感Lin3右端连接，第五级并联谐振单元L55、L65的第二层带状线L65与第三输出电感Lout3左端连接，第三输出电感Lout3右端与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口P6连接，第三Z形级间耦合带状线Z3位于并联谐振单元的下面。五级并联谐振单元分别接地，其中第一层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向与第一层接地端相反，第三Z形级间耦合带状线Z3两端均接地。单刀三掷开关芯片的RFOut1与表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口P1连接，RFOut2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口P3连接，RFOut3与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口P5连接。

结合图1（a）、（b）、（c），包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1、P3、P5、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2、P4、P6、输入电感Lin1、Lin2、Lin3、输出电感Lout1、Lout2、Lout3、接地电容C1、第一级并联谐振单元L11、L21、L31、L41、L51、L61、第二级并联谐振单元L12、L22、L32、L42、L52、L62、第三级并联谐振单元L13、L23、L33、L43、L53、L63、第四级并联谐振单元L14、L24、L34、L44、L54、L64、第五级并联谐振单元L15、L25、L35、L45、L55、L65、Z形级间耦合带状线Z1、Z2、Z3和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

本发明SHF波段三频可切换滤波器组，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。

本发明一种SHF波段三频可切换滤波器组中三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、图4、图5、图6、图7看出，第一微波滤波器的通带带宽为3.0GHz~4.8GHz，输入端口回波损耗优于15dB，输出端口插入损耗优于1.5dB，第二微波滤波器的通带带宽为4.5GHz~5.0GHz，输入端口回波损耗优于18dB，输出端口插入损耗优于2.3dB，第三微波滤波器通带带宽为6.0GHz-8.0GHz，输入端口回波损耗优于15dB，输出端口插入损耗优于1.7dB。

Claims (3)

1.一种SHF波段三频可切换滤波器组，其特征在于：包括单刀三掷开关芯片和三个微波滤波器；第一微波滤波器（F1）包括表面贴装的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）、表面贴装的50欧姆阻抗第一输出端口（P2）和接地端，其中第一级并联谐振单元（L11、L21）、第二级并联谐振单元（L12、L22）与第四级并联谐振单元（L14、L24）、第五级并联谐振单元（L15、L25）以第三级并联谐振单元（L13、L23）为轴呈对称分布；各级并联谐振单元均由两层带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元（L11、L21）由第一层的第一带状线（L11）、第二层的第二带状线（L21）并联而成，第二级并联谐振单元（L12、L22）由第一层带状线（L12）、第二层的带状线（L22）并联而成，第三级并联谐振单元（L13、L23）由第一层带状线（L13）、第二层带状线（L23）并联而成，第四级并联谐振单元（L14、L24）由第一层带状线（L14）、第二层带状线（L24）并联而成，第五级并联谐振单元（L15、L25）由第一层的带状线（L15）、第二层带状线（L25）并联而成，其中，第一输入电感（Lin1）左端与表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口（P1）连接，第一级并联谐振单元（L11、L21）的第二层的第二带状线（L21）与第一输入电感（Lin1）右端连接，第五级并联谐振单元（L15、L25）的第二层带状线（L25）与第一输出电感（Lout1）左端连接，第一输出电感（Lout1）右端与表面贴装的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上面；五级并联谐振单元分别接地，其中第一层一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向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）包括表面贴装的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）、表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P4）和接地端，其中第一级并联谐振单元（L31、L41）、第二级并联谐振单元（L32、L42）与第四级并联谐振单元（L34、L44）、第五级并联谐振单元（L35、L45）以第三级并联谐振单元（L33、L43）为轴呈对称分布；各级并联谐振单元均由两层带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元（L31、L41）由第一层带状线（L31）、第二层带状线（L41）并联而成，第二级并联谐振单元（L32、L42）由第一层带状线（L32）、第二层带状线（L42）并联而成，第三级并联谐振单元（L33、L43）由第一层带状线（L33）、第二层带状线（L43）并联而成，第四级并联谐振单元（L34、L44）由第一层带状线（L34）、第二层带状线（L44）并联而成，第五级并联谐振单元（L35、L45）由第一层的带状线（L35）、第二层的带状线（L45）并联而成，其中，第二输入电感（Lin2）左端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口（P3）连接，第一级并联谐振单元（L31、L41）的第二层带状线（L41）与第二输入电感（Lin2）右端连接，第五级并联谐振单元（L35、L45）的第二层带状线（L45）与第二输出电感（Lout2）左端连接，第二输出电感（Lout2）右端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输出端口（P4）连接，第二Z形级间耦合带状线（Z2）位于并联谐振单元的上面；

五级并联谐振单元分别接地，其中第一层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向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；

第三微波滤波器（F3）包括表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口（P5）、第三输入电感（Lin3）、第一级并联谐振单元（L51、L61）、第二级并联谐振单元（L52、L62）、第三级并联谐振单元（L53、L63）、第四级并联谐振单元（L54、L64）、第五级并联谐振单元（L55、L65）、第三输出电感（Lout3）、第三Z形级间耦合带状线（Z3）、表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口（P6）和接地端，其中第一级并联谐振单元（L51、L61）、第二级并联谐振单元（L52、L62）与第四级并联谐振单元（L54、L64）、第五级并联谐振单元（L55、L65）以第三级并联谐振单元（L53、L63）为轴呈对称分布；各级并联谐振单元均由两层带状线组成，第一层带状线垂直位于第二层带状线上方，第一级并联谐振单元（L51、L61）由第一层带状线（L51）、第二层带状线（L61）并联而成，第二级并联谐振单元（L52、L62）由第一层带状线（L52）、第二层带状线（L62）并联而成，第三级并联谐振单元（L53、L63）由第一层带状线（L53）、第二层带状线（L63）并联而成，第四级并联谐振单元（L54、L64）由第一层带状线（L54）、第二层带状线（L64）并联而成，第五级并联谐振单元（L55、L65）由第一层的带状线（L55）、第二层的带状线（L65）并联而成，其中，第三输入电感（Lin3）左端与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口（P5）连接，第一级并联谐振单元（L51、L61）的第二层带状线（L61）与第三输入电感（Lin3）右端连接，第五级并联谐振单元（L55、L65）的第二层带状线（L65）与第三输出电感（Lout3）左端连接，第三输出电感（Lout3）右端与表面贴装的50欧姆阻抗第三输出端口（P6）连接，第三Z形级间耦合带状线（Z3）位于并联谐振单元的下面；

五级并联谐振单元分别接地，其中第一层所有带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，第二层带状线接地端相同，一端接地，另一端开路，且接地端方向与第一层接地端相反，第三Z形级间耦合带状线（Z3）两端均接地；

单刀三掷开关芯片的RFOut1与表面贴装的50欧姆阻抗第一输入端口（P1）连接，RFOut2与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口（P3）连接，RFOut3与表面贴装的50欧姆阻抗第二输入端口（P5）连接。

2.根据权利要求1所述的SHF波段三频可切换滤波器组，其特征在于：表面贴装的50欧姆阻抗输入端口（P1、P3、P5）、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口（P2、P4、P6）、输入电感（Lin1、Lin2、Lin3）、输出电感（Lout1、Lout2、Lout3）、接地电容（C1）、第一级并联谐振单元（L11、L21、L31、L41、L51、L61）、第二级并联谐振单元（L12、L22、L32、L42、L52、L62）、第三级并联谐振单元（L13、L23、L33、L43、L53、L63）、第四级并联谐振单元（L14、L24、L34、L44、L54、L64）、第五级并联谐振单元（L15、L25、L35、L45、L55、L65）、Z形级间耦合带状线（Z1、Z2、Z3）和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

3.根据权利要求1或2所述的SHF波段三频可切换滤波器组，其特征在于：第一输入端口（P1）通过第一输入电感（Lin1）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，第一输出端口（P2）通过第一输出电感（Lout1）与第五级并联谐振单元（L15、L25）的第二层的带状线（L25）连接，第二输入端口（P3）通过第二输入电感（Lin2）与第一级并联谐振单元（L31、L41）的第二层带状线（L41）连接，第二输出端口（P4）通过第二输出电感（Lout2）与第五级并联谐振单元（L35、L45）的第二层带状线（L45）连接，第三输入端口（P5）通过第三输入电感（Lin3）与第一级并联谐振单元（L51、L61）的第二层带状线（L61）连接，第三输出端口（P6）通过第三输出电感（Lout3）与第五级并联谐振单元（L55、L65）的第二层带状线（L65）连接。