CN106129557B - 一种交叉耦合带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交叉耦合带通滤波器，其特征在于包括基体、第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元、交叉耦合线、输入端、输出端、金属孔柱、金属接地板；每个谐振单元包括多个长短不一的带状金属线。所述的第一谐振单元左侧与输入端连接，下端通过金属孔柱与金属接地板连接，第二谐振单元下端通过金属孔柱与金属接地板连接，第三谐振单元右侧与输出端连接，下端通过金属孔柱与金属接地板连接，信号从输入端输入，输出端输出，通过第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和交叉耦合线间耦合，实现信号滤波。本发明具有损耗低，成本低，尺寸小，易于制作，便于集成等优点。

Description

一种交叉耦合带通滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器，尤其涉及一种交叉耦合带通滤波器。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展，滤波器在微波集成电路中扮演着至关重要的角色，它对信号具有频率选择性，在通信系统中通过或阻断、分开或合成某些频率的信号。作为射频发射和接收系统必不可少的一部分，滤波器在无线通信领域面临着巨大的机遇和挑战。在实际应用中，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。这就使微波滤波器的小型化和轻量化作为一个热点日益受到关注。微波滤波器在实现方式上有很多种，包括微带、同轴腔体、介质和波导等。其中，特别是微带滤波器，因其具有小型化、工艺简单、易于集成等优点，成为现今研究的主要方向之一。通常情况下，通带边界频率与通带衰减、阻带边界频率与阻带衰减这两项描述衰减特性的指标，是微带滤波器的主要技术指标，决定了其性能和种类(高通、低通、带通、带阻等)。对于无线通信以及卫星通信系统而言，要到多个相近的频段的带通滤波器，而滤波器之间会产生串扰，这就需要滤波器的阻带衰减非常好；与此同时，特别是一些尖端领域，系统对滤波器的尺寸和性能的要求也越来越高。
为了在器件小型化的同时降低其损耗，获得更高的品质因数，需要寻求新的材料和技术。在众多的微波介质板材中，低温共烧陶瓷(LTCC)具有较多优势。LTCC技术是一种多层陶瓷上布线并进行共烧的技术，能够将无源元件埋置于基板内部，同时将有源器件帖装于基板表面，在设计上具有很大灵活性，真正实现了传统聚合物和传统陶瓷材料无法获得的三维结构。此外，由于介质材料具有较高的介电常数，非常利于缩小元件需要的体积。另外，LTCC材料在高频下具有较低的介质损耗特性，可以降低功耗。不仅有利于元件的小型化，提高电路的组装密度，而且有利于提高系统的可靠性，LTCC非常适合用于无线通讯模块。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种交叉耦合带通滤波器，用以解决现有滤波器的尺寸、结构复杂程度以及性能等方面的问题。
为了实现上述的目的，本发明的带通滤波器包括基体、印刷在基体表面的第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元、交叉耦合线、输入端、输出端；印刷在基体背面的金属接地板；和穿透基体的金属孔柱。其中第一谐振单元包括多个长短不一的带状金属线，第二谐振单元包括多个长短不一的带状金属线，第三谐振单元包括多个长短不一的带状金属线；第一谐振单元左侧与输入端连接，下端通过金属孔柱与金属接地板连接，第二谐振单元下端通过金属孔柱与金属接地板连接，第三谐振单元右侧与输出端连接，下端通过金属孔柱与金属接地板连接；信号从输入端输入，输出端输出，通过第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和交叉耦合线间耦合，实现信号滤波。
作为优选，第一谐振单元带状金属线设置2-5个，第二谐振单元带状金属线设置2-5个,第三谐振单元带状金属线设置2-5个，作为最优选，第一谐振单元带状金属线设置3个，第二谐振单元带状金属线设置3个，第三谐振单元带状金属线设置3个。
作为优选，交叉耦合线为一段C字形带状金属线。
作为优选，输入端为一段带状金属线，输出端为一段带状金属线。
作为优选，金属孔柱材料为铜或金。
作为优选，带状金属线的材料采用铜，印刷在基体表面。
作为优选，金属接地板材料为铜，印刷在基体背面。
作为优选，基体材料为罗杰斯板材或者氧化铝陶瓷。
作为优选，第一谐振单元带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.25mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.1mm，带状金属线间隙为0.11mm；第二谐振单元带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.78mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.85mm，带状金属线间隙为0.11mm；第三谐振单元带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.25mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.1mm，带状金属线间隙为0.11mm；连接端带状金属线宽度为0.2mm，线长为1.5mm；连接端带状金属线宽度为0.2mm，线长为1.5mm；金属孔柱直径为0.2mm，长度为0.635mm。
作为优选，第一谐振单元带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.3mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.15mm，带状金属线间隙为0.1mm；第二谐振单元带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.8mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.85mm，带状金属线间隙为0.1mm；第三谐振单元带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.3mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.15mm，带状金属线间隙为0.1mm；连接端带状金属线宽度为0.25mm，线长为1.51mm；连接端带状金属线宽度为0.25mm，线长为1.51mm；金属孔柱直径为0.2mm，长度为0.635mm。
本发明由于采用了上述的技术方案，第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元的下端通过金属孔柱与金属接地板连接，构成四分之一波长谐振器结构；信号从输入端输入，输出端输出，通过第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和交叉耦合线间耦合，实现信号滤波；谐振单元间距以及金属线物理长度决定了滤波器的频率；带状金属线的材料采用铜，金属孔柱的材料采用铜或金。此技术方案不仅使本发明具有更高的频率选择性和更小的损耗，还通过缩短了金属线的物理长度，便于集成，降低了制备成本和耦合结构设计的复杂程度，减小了滤波器尺寸。
附图说明
图1是本发明交叉耦合带通滤波器的结构示意图。
图2是本发明交叉耦合带通滤波器的性能曲线。
附图标记列表：
1-第一谐振单元，2-第二谐振单元，3-第三谐振单元，4-交叉耦合线，5-输入端，6-输出端，7-金属接地板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1所示的一种交叉耦合带通滤波器，包括基体、第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3、交叉耦合线4、输入端5、输出端6、金属孔柱、金属接地板7；第一谐振单元包括多个长短不一的带状金属线，第二谐振单元包括多个长短不一的带状金属线，第三谐振单元包括多个长短不一的带状金属线；第一谐振单元1左侧与输入端5连接，下端通过金属孔柱与金属接地板7连接，第二谐振单元2下端通过金属孔柱与金属接地板7连接，第三谐振单元3右侧与输出端6连接，下端通过金属孔柱与金属接地板7连接，信号从输入端输入，输出端输出，通过第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和交叉耦合线间耦合，实现信号滤波。
为更具体地描述本发明的实施方法，以设计中心频率4.5GHz，带宽700MHz的交叉耦合带通滤波器为例，详细介绍所述的设计方法。
实施例1：
第一谐振单元1带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.25mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.1mm，带状金属线间隙为0.11mm，第二谐振单元2带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.78mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.85mm，带状金属线间隙为0.11mm，第三谐振单元3带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.25mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.1mm，带状金属线间隙为0.11mm。连接端5为一段带状金属，从板子边缘与第一谐振单元1相连接，带状金属线宽度为0.2mm，带状金属线长为1.5mm。连接端6从板子边缘与第三谐振单元3相连接，带状金属线宽度为0.2mm，带状金属线长为1.5mm。金属孔柱为实心盲孔，连通谐振单元与背面金属地，金属孔柱直径为0.2mm，长度为0.635mm。交叉耦合线4为一段C字形带状金属线。金属孔柱材料为铜。带状金属线材料采用铜，印刷在基体表面。金属接地板材料为铜，印刷在基体背面。基体材料为ROGERS6010。
本发明交叉耦合带通滤波器的各项性能指标采用HFSS软件进行测试，所得滤波器的性能曲线如附图2所示。通带频率范围为4.4GHz～4.7GHz，回波损耗小均小于-19dB，这说明滤波器具有优良的性能。
实施例2：
第一谐振单元1带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.3mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.15mm，带状金属线间隙为0.1mm，第二谐振单元2带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.8mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.85mm，带状金属线间隙为0.1mm，第三谐振单元3带状金属线设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.3mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.15mm，带状金属线间隙为0.1mm。连接端5为一段带状金属，从板子边缘与第一谐振单元1相连接，带状金属线宽度为0.25mm，带状金属线长为1.51mm。连接端6从板子边缘与第三谐振单元3相连接，带状金属线宽度为0.25mm，带状金属线长为1.51mm。金属孔位采用金属化通孔，连通谐振单元与背面金属地，金属孔柱直径为0.2mm，长度为0.635mm。交叉耦合线4为一段C字形带状金属线。金属孔柱材料为金。带状金属线材料采用铜，印刷在基体表面。金属接地板材料为铜，印刷在基体背面。基体材料为氧化铝陶瓷。
本发明交叉耦合带通滤波器的各项性能指标采用HFSS软件进行测试，所得滤波器的性能曲线如附图2所示。通带频率范围为4.4GHz～4.7GHz，回波损耗小均小于-19dB，这说明滤波器具有优良的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种交叉耦合带通滤波器，其特征在于，包括：基体；
印刷于基体正面的第一谐振单元(1)、第二谐振单元(2)、第三谐振单元(3)、交叉耦合线(4)、输入端(5)、输出端(6)；
印刷于基体背面的金属接地板(7)；
穿透基体的金属孔柱；
所述第一谐振单元(1)带状金属线平行设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.25mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.1mm，带状金属线间隙为0.11mm；
所述第二谐振单元(2)带状金属线平行设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.78mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为3.85mm，带状金属线间隙为0.11mm；
所述第三谐振单元(3)带状金属线平行设置3个，其中两边两根带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.25mm，中间带状金属线线宽为0.32mm，线长为4.1mm，带状金属线间隙为0.11mm；
所述交叉耦合线(4)位于滤波器中部，所述交叉耦合线(4)的C字形左臂与第一谐振单元构成耦合，所述交叉耦合线(4)的C字形右臂与第三谐振单元构成耦合，最终形成第一、三谐振单元的交叉耦合；
所述输入端(5)带状金属线宽度为0.2mm，线长为1.5mm；
所述输出端(6)带状金属线宽度为0.2mm，线长为1.5mm；
所述金属孔柱直径为0.2mm，长度为0.635mm；
所述第一谐振单元(1)左侧与所述输入端(5)连接，所述第三谐振单元(3)右侧与所述输出端(6)连接，所述第二谐振单元(2)位于滤波器中部，且所述第二谐振单元(2)处于第一、三谐振单元之间，所述第二谐振单元(2)分别与第一、三谐振单元构成相邻耦合；
所述第一谐振单元(1)下端通过所述金属孔柱与所述金属接地板(7)连接，所述第二谐振单元(2)下端通过所述金属孔柱与所述金属接地板(7)连接，所述第三谐振单元(3)下端通过所述金属孔柱与所述金属接地板(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种交叉耦合带通滤波器，其特征在于：所述金属孔柱材料为铜或金。
3.根据权利要求1所述的一种交叉耦合带通滤波器，其特征在于：带状金属线材料采用铜。
4.根据权利要求1所述的一种交叉耦合带通滤波器，其特征在于：金属接地板(7)材料为铜。
5.根据权利要求1所述的一种交叉耦合带通滤波器，其特征在于：基体材料为罗杰斯板材或氧化铝陶瓷。
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