CN106684509B - 一种基于ltcc工艺的s波段梳状线带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器，其结构包括二十一层瓷带，二十一层瓷带从下到上依次为第1层、第2层、……、第21层；二十一层瓷带整体的左、右两端分别有第一金属化图形、第二金属化图形，二十一层瓷带上下侧面的中间部分是第三金属化图形；第一金属化图形、第二金属化图形为输入、输出端口，第三金属化图形为“地”。其制备方法包括以下步骤：1）取料；2）打孔；3）印刷；4）叠片；5）层压；6）烧结；7）熟切；8）侧涂；9）二次烧结；10）镀锡。优点：1）具有低的通带内插入损耗，能提高信噪比；2）具有较高的阻带抑制，能提高通信容量和避免相邻信道间的干扰；3）满足系统小型化的需求。

Description

一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，作为无线通信系统中射频前端最重要的器件之一的带通滤波器，正在得到越来越广泛的应用；一款性能优异的带通滤波器要求具有低的通带内插入损耗，以提高信噪比；同时要求具有较高的阻带抑制，以提高通信容量和避免相邻信道间的干扰；另外，系统小型化的趋势也要求所设计的滤波器必须拥有足够小的尺寸。

基于LTCC工艺的小型化滤波器近年来屡见报道，其中梳状线带通滤波器因其结构紧凑而广泛应用于微波频段，但由于梳状线带通滤波器原理是基于谐振单元为1/4波长带状短路线，而S波段1/4波长远远大于滤波器的边长，不能满足系统小型化的要求。

发明内容

本发明提出一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器，其目的旨在解决现有技术中梳状线带通滤波器的不足，从而达到满足系统小型化的要求。

本发明的技术解决方案：一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器，其结构包括二十一层瓷带，二十一层瓷带从下到上依次为第1层、第2层、……、第21层；二十一层瓷带整体的左、右两端分别有第一金属化图形1、第二金属化图形2，二十一层瓷带上下侧面的中间部分是第三金属化图形3；第一金属化图形1、第二金属化图形2为输入输出端口，第三金属化图形3 为“地”。

其制备方法包括以下步骤：

1）取料；取21张杜邦951C2型生瓷带；

2）打孔：对单张瓷带打孔；

3）印刷：对第5、10、11、12、13、21层瓷带的正面与第1层瓷带的背面印刷金属化图形；其中第10层、11层、12层、13层四层瓷带上印刷的金化属图形中的金属线条呈交叉排布构成滤波器的四级谐振单元；第21层瓷带正面与第1层瓷带背面印刷的金属化图形则是构成最终滤波器上下两个表面的图形；所述第5层瓷带上的金属化图形为 “Z” 型金属化线条；

4）叠片：将印刷有金属化图形的瓷带按从下到上依次为第1、2、……、21层瓷带的顺序叠片；

5）层压：在3000psi压力、75℃的条件下层压为一体；

6）烧结：在850℃-900℃的温度下将陶瓷与金属化图形共烧为强度大于100MPa的熟瓷；

7）熟切：采用熟切机将整版熟瓷切割为若干单个产品；

8）侧涂：然后将单个产品的四个侧面涂上后烧金属化银浆料；

9）二次烧结：将经过步骤8）侧涂的单个滤波器，在400℃-450℃的温度下进行烧结，形成滤波器半成品；

10）将以上半成品采用电镀的方式在金属化部分进行镀锡，镀层厚度大于1um。

本发明的优点：

1）具有低的通带内插入损耗，能提高信噪比；

2）具有较高的阻带抑制，能提高通信容量和避免相邻信道间的干扰；

3）本发明整体为长方体实心结构，外形尺寸小于5.2mm*2.0mm*0.9mm，满足系统小型化的需求；

4）本发明包括四级谐振单元，在传统梳状线滤波器的结构基础上，将两层金属导带交叉排布改变为四层金属导带交叉排布，缩短了导带长度方向上的距离，从而满足系统小型化的要求；

5）利用交叉耦合理论，通过在第五层瓷带上印刷“Z”字型线条，在第一级与第四级谐振单元之间引入“Z”型耦合电容，从而在滤波器通带的上、下边带各插入一个传输零点，增加了带外抑制能力。

附图说明

附图1是基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器的外形俯视图。

附图2是基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器的外形侧视图。

附图3是制作基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器的工艺流程图。

附图4-附图7是制作基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器的谐振单元的四层印刷图形。

附图8是基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器构成“Z”型电容的印刷图形。

附图9是基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器的S参数仿真结果。

图中1是第一金属化图形、2是第二金属化图形、3是第三金属化图形。

具体实施方式

一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器，其结构包括二十一层瓷带，二十一层瓷带从下到上依次为第1层、第2层、……、第21层；二十一层瓷带整体的左、右两端分别有第一金属化图形1、第二金属化图形2，二十一层瓷带上下侧面的中间部分是第三金属化图形3；第一金属化图形1、第二金属化图形2为输入、输出端口（可对换），第三金属化图形3 为“地”。

所述的二十一层瓷带中的第10、11、12、13层瓷带上印刷有金化属图形，该四层瓷带上印刷的金化属图形中的金属线条呈交叉排布，构成滤波器的四级谐振单元，其中第10/12层瓷带上印刷的四条金属线条平行设置，且四条金属线条的一端结束在第10/12层瓷带的上侧边，另一端的结束位置距离第10/12层瓷带下侧边有一定距离，第11/13层瓷带上印刷的四条金属线条平行设置，且四条金属线条的尾部结束在第11/13层瓷带的下侧边，另一端的结束位置距离第11/13层瓷带上侧边有一定距离，当四层瓷带叠加时，从而形成金属线条的交叉排布；二十一层瓷带整体的前、后两个侧面涂有金属浆料，通过金属浆料使第10层、12层瓷带上的金属线条与二十一层瓷带整体前侧面上的“地”相连，使第11层、13层瓷带上的金属线条与二十一层瓷带整体后侧面上的“地”相连；第11层瓷带上印刷有输入馈线和输出馈线，分别用来连接输入与第一级谐振单元、输出与第四级谐振单元。

所述的第5层瓷带上印刷有“Z”型金属化线条，在第一级与第四级谐振单元之间引入“Z”型耦合电容，从而在滤波器通带的上、下边带各增加一个传输零点（如图说明书附图5中所示），提高带外抑制能力。

制备基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器的方法包括以下步骤：

1）取料；取21张杜邦951C2型生瓷带；

2）打孔：对单张瓷带打孔；

3）印刷：对第5、10、11、12、13、21层瓷带的正面与第1层瓷带的背面印刷金属化图形；其中第10层、11层、12层、13层四层瓷带上印刷的金化属图形中的金属线条呈交叉排布构成滤波器的四级谐振单元；第5层瓷带上的金属化图形构成“Z”型耦合电容，第21层瓷带正面与第1层瓷带背面印刷的金属化图形则是构成最终滤波器上下两个表面的图形；所述第5层瓷带上的金属化图形为 “Z” 型金属化线条，第5层瓷带上印刷的Z型金属化图形则是为了在第1级谐振单元与第4级谐振单元之间引入耦合电容；

4）叠片：将印刷有金属化图形的瓷带按从下到上依次为第1、2、……、21层瓷带的顺序叠片；

5）层压：在3000psi压力、75℃的条件下层压为一体；

6）烧结：在850℃-900℃的温度下将陶瓷与金属化图形共烧为强度大于100MPa的熟瓷；

7）熟切：采用熟切机将整版熟瓷切割为若干单个产品；

8）侧涂：然后将单个产品的四个侧面涂上后烧金属化银浆料；

9）二次烧结：将 经过8）侧涂的单个滤波器,在400℃-450℃的温度下进行烧结，形成滤波器半成品；

10）将以上半成品采用电镀的方式在金属化部分进行镀锡，镀层厚度大于1um。

所述所述印刷的金属化图形和侧涂的金属化银浆料烧结后的厚度均为0.01mm。

金属化图形和金属化银浆料烧结后的厚度均为0.01mm。

步骤9）中四个侧面涂涂上的金属化银浆料烧结后与第21层瓷带的正面、第1层瓷带的背面所印刷的金属化图形共同形成二十一层瓷带整体上的第一金属化图形1、第二金属化图形2 、第三金属化图形3，最终再在第一金属化图形1、第二金属化图形2 、第三金属化图形3表面镀锡。

本发明S波段梳状线带通滤波器整体为长方体实心结构，外形尺寸小于5.2mm*2.0mm*0.9mm。

如图4-图7，为所述第10层、11层、12层、13层瓷带上印刷的金属化图形，图中A、B、C、D分别为构成第1、第2、第3、第4级揩振单元的金属线条，图中E为滤波器的外形轮廓;四层印刷图形中的金属线条呈交叉排布，通过手工用毛笔在滤波器前、后两个侧面涂金属浆料的方式，使10、12层线条与滤波器的前面“地”相连，11层、13层线条与滤波器的后面“地”相连；另外，输入馈线、输出馈线位于第11层，分别用来连接输入与第一级谐振单元、输出与第四级谐振单元；由于谐振单元由多层金属线条交叉排列组成，可以等效为中心频率处1/4波长短路线，从而实现带通滤波器的外形尺寸小于5.2mm*2.0mm*0.9mm的小型化要求。

如图8，为第五层瓷带上的印刷图形，通过印刷“Z”型金属线条在第一级与第四级谐振单元之间引入“Z”型耦合电容，从而在上、下边带各插入一个传输零点。

如图9，为本发明LTCC滤波器的仿真结果，中心频率为3.35GHz±0.1GHz，相对带宽大于20%，通带内插入损耗小于2dB，带外抑制在DC-2.5GHz、4GHz-8GHz内均大于40dB，具有极高的带外抑制能力。

实施例1

制作S波段梳状线带通滤波器的方法包括以下步骤：

1、取料：取21张杜邦951C2型生瓷带；

2、打孔：对单张瓷带打孔；

3、印刷：对第5层、10层、11层、12层、13层、21层瓷带的正面与第1层瓷带的背面印刷金属化图形，其中第10层、11层、12层、13层四层瓷带上印刷的金化属图形中的金属线条呈交叉排布构成滤波器的四级谐振单元，第5层瓷带上的图形构成“Z”型耦合电容，第21层瓷带与第1层瓷带背面印刷的金属化图形则是构成最终滤波器上下两个表面的图形；

4、叠片：印刷有金属化图形的生瓷带按一定顺序（从下到下依次为第1、2。。。21层瓷带）叠片；

5、层压：在3000psi的压力、75℃的条件下层压为一体；

6、烧结：在900度左右的温度下将陶瓷与金属化图形共烧为强度大于100MPa的熟瓷；

7、熟切：采用熟切机将整版熟瓷切割为众多单个产品；

8、侧涂：然后将单个产品的四个侧面涂上后烧金属化银浆料；

9、二次烧结：将 经过8）侧涂的单个滤波器，在400℃-450℃的温度下进行烧结，形成滤波器半成品；

10、将以上所述半成品采用电镀的方式进行表面金属镀锡，镀层厚度大于1um。

Claims (5)

1.一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器，其特征是包括二十一层瓷带，所述二十一层瓷带从下到上依次叠成，二十一层瓷带的左、右两端分别是第一金属化图形、第二金属化图形，二十一层瓷带上下侧面的中间部分是第三金属化图形；第一金属化图形、第二金属化图形为输入输出端口，第三金属化图形为“地”；

所述的二十一层瓷带中的第10层、11层、12层、13层的瓷带上印刷有金化属图形，第10层、11层、12层、13层四层瓷带上印刷的金化属图形中的金属线条呈交叉排布构成滤波器的四级谐振单元，其中第10/12层瓷带上印刷的四条金属线条平行设置，且四条金属线条的一端结束在第10/12层瓷带的上侧边，另一端的结束位置距离第10/12层瓷带下侧边有一定距离，第11/13层瓷带上印刷的四条金属线条平行设置，且四条金属线条的尾部结束在第11/13层瓷带的下侧边，另一端的结束位置距离第11/13层瓷带上侧边有一定距离，当四层瓷带叠加时，从而形成金属线条的交叉排布；二十一层瓷带的前、后两个侧面涂有金属浆料，通过金属浆料使第10层、第12层的瓷带上的金属线条与二十一层瓷带前侧面上的“地”相连，通过金属浆料使第11层、第13层瓷带上的金属线条与二十一层瓷带后侧面上的“地”相连；第11层瓷带上印有输入馈线和输出馈线，其中输入馈线连接第一级谐振单元,输出馈线连接第四级谐振单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器，其特征是所述的二十一层瓷带中的第5层瓷带上印有“Z”型金属化线条，连接第一级与第四级谐振单元形成“Z”型耦合电容，从而在滤波器通带的上、下边带各增加一个传输零点，提高带外抑制能力。

3.根据权利要求1所述的一种基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器，其特征是外形尺寸小于5.2mm*2.0mm*0.9mm，中心频率为3.35GHz±0.1GHz，相对带宽大于20%。

4.制备如权利要求1所述基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器的方法，其特征是该方法包括以下步骤：

1)取料；取21张杜邦951C2型生瓷带；

2)打孔：对单张瓷带打孔；

3)印刷：对第5、10、11、12、13、21层瓷带的正面与第1层瓷带的背面印刷金属化图形；其中第10层、11层、12层、13层四层瓷带上印刷的金化属图形中的金属线条呈交叉排布构成滤波器的四级谐振单元；第21层瓷带正面与第1层瓷带背面印刷的金属化图形则是构成最终滤波器上下两个表面的图形；所述的二十一层瓷带中的第5层瓷带上的金属化图形为“Z”型金属化线条；

4)叠片：将印刷有金属化图形的瓷带按从下到上依次为第1、2、……、21层瓷带的顺序叠片；

5)层压：在3000psi压力、75℃的条件下层压为一体；

6)烧结：在850℃-900℃的温度下将陶瓷与金属化图形共烧为强度大于100MPa的熟瓷；

7)熟切：采用熟切机将整版熟瓷切割为若干单个产品；

8)侧涂：然后将单个产品的四个侧面涂上后烧金属化银浆料；

9)二次烧结：将经过步骤8）侧涂的单个滤波器，在400℃-450℃的温度下进行烧结，形成滤波器半成品；

10)将以上半成品采用电镀的方式在金属化部分进行镀锡，镀层厚度大于1um。

5.根据权利要求4所述基于LTCC工艺的S波段梳状线带通滤波器的方法，其特征是所述印刷的金属化图形和侧涂的金属化银浆料图形烧结后的厚度均为0.01mm。