CN107611538A

CN107611538A - 一种分布式带状线型数控衰减滤波器

Info

Publication number: CN107611538A
Application number: CN201710717621.5A
Authority: CN
Inventors: 王鑫; 薛景; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明公开了一种分布式带状线型数控衰减滤波器。该滤波器包括数控衰减芯片和滤波器，通过将数控衰减芯片集成于LTCC滤波器之上，在LTCC滤波器上预留芯片焊接接口及焊接位置，以集成芯片的形式实现了带滤波功能的数控衰减器：所述滤波器的上表面贴装有数控衰减芯片、输入带状线和输出带状线，所述输入带状线和输出带状线均连接数控衰减芯片，滤波器的一端贴装有信号输入端口、另一端贴装有信号输出端口；滤波器的一个侧面贴装第一接地端口，另一个侧面依次贴装有数控衰减芯片的电压控制端接口、第一～第八控制端接口、第二接地端口。本发明具有体积小、可靠性高的优点，并且成品率高、批量一致性好，可应用于卫星通信等场合和相应的系统中。

Description

一种分布式带状线型数控衰减滤波器

技术领域

本发明属于集成芯片滤波器技术领域，特别是一种分布式带状线型数控衰减滤波器。

背景技术

近年来，无线通信，卫星军事通信等领域飞速发展，对其通信电子系统提出了更高的要求，微型化、高性能、成本低易于批量加工成为当今电子器件领域研究的重要方向，对微波滤波器的性能，尺寸，稳定性等有着越来越高的要求。以低温共烧陶瓷技术为基础的众多种类无源器件如滤波器、双工器、功分器等已应用在许多国防尖端设备中，而集成有源芯片的无源器件也将在以后的电子系统中发挥重要的作用。

低温共烧陶瓷技术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。低温共烧陶瓷技术在批量生产、集成封装、高品质、设计灵活以及高频性能等方面都有着明显的优势，已成为无源集成的主流技术。其具有高Q值、易于集成有源芯片、散热性好、稳定性高、耐高温、冲震等优点，利用低温共烧陶瓷技术，可以加工出尺寸小、精度高、紧密型好、损耗小的微型微波器件。

然而，现有的滤波器往往存在体积大、结构复杂的问题，并且可靠性低、成本高，难以进行批量生产和广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种体积小、可靠性高、批量一致性好的分布式带状线型数控衰减滤波器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种分布式带状线型数控衰减滤波器，包括数控衰减芯片WSD和滤波器F，所述滤波器F的上表面贴装有数控衰减芯片WSD、输入带状线Rin和输出带状线Rout，所述输入带状线Rin和输出带状线Rout均连接数控衰减芯片WSD，滤波器F的一端贴装有信号输入端口P1、另一端贴装有信号输出端口P2；滤波器F的一个侧面贴装第一接地端口GND1，另一个侧面依次贴装有数控衰减芯片WSD的电压控制端接口P3、第一控制端接口P4，第二控制端接口P5、第三控制端接口P6、第四控制端接口P7、第五控制端接口P8、第六控制端接口P9、第七控制端接口P10、第八控制端接口P11、第二接地端口GND2；

所述的滤波器F包括金属柱H1、第一输入电感Lin、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Lout、Z形级间耦合带状线Z、上接地层SD1、下接地层SD2；所述并联谐振单元均由三层带状线组成，第二层带状线位于第三层带状线正上方，第一层带状线位于第二层带状线正上方，第一级并联谐振单元由第一层的第一带状线L11、第二层的第一带状线L21、第三层的第一带状线L31并联而成，第二级并联谐振单元由第一层的第二带状线L12、第二层的第二带状线L22、第三层的第二带状线L32并联而成，第三级并联谐振单元由第一层的第三带状线L13、第二层的第三带状线L23、第三层的第三带状线L33并联而成，第四级并联谐振单元由第一层的第四带状线L14、第二层的第四带状线L24、第三层的第四带状线L34并联而成，第五级并联谐振单元由第一层的第五带状线L15、第二层的第五带状线L25、第三层的第五带状线L35并联而成，滤波器F的金属柱H1上端与数控衰减芯片WSD的输出带状线Rout连接，下端与第一输入电感Lin的一端连接，第一级并联谐振单元的第一带状线L21开路端与第一输入电感Lin连接，第五级并联谐振单元的第五带状线L25开路端与第一输出电感Lout一端连接，第一输出电感Lout的另一端与信号输出端P2连接，Z形级间耦合带状线Z位于并联谐振单元的下面；五级并联谐振单元均接地，其中第一、三层所有带状线后端接地、前端开路，第二层带状线前端接地、后端开路，且接地端方向与第一、三层接地方向相反，Z形级间耦合带状线Z两端均接地。

进一步地，所述信号输入端口P1和信号输出端口P2均为共面波导结构的50欧姆阻抗的端口。

进一步地，所述信号输入端口P1、信号输出端口P2、电压控制端口P3、第一电压控制端口P4、第二电压控制端口P5、第三电压控制端口P6、第四电压控制端口P7、第五电压控制端口P8、第六电压控制端口P9、第七电压控制端口P10和第八电压控制端口P11均为外部封装引脚。

进一步地，所述信号输入端口P1、信号输出端口P2、电压控制端口P3、第一电压控制端口P4、第二电压控制端口P5、第三电压控制端口P6、第四电压控制端口P7、第五电压控制端口P8、第六电压控制端口P9、第七电压控制端口P10和第八电压控制端口P11的上端均设有延伸折弯部贴装在滤波器F上表面，下端均设有延伸折弯部贴装在滤波器F下表面。

进一步地，所述数控衰减芯片WSD和滤波器F通过低温共烧陶瓷技术实现一体式封装。

进一步地，所述数控衰减芯片WSD的型号为WSD020060-5。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用低温共烧陶瓷技术，实现了体积小、结构简单的优点，可靠性高、电性能优异、成品率高且批量一致性好，温度性能稳定；(2)通过将数控衰减芯片利用低温共烧陶瓷技术集成在滤波器表面，生产出具有两项功能的低温共烧陶瓷滤波器，即带衰减功能的低温共烧陶瓷带通滤波器；(3)具有高Q值、易于集成有源芯片、散热性好、稳定性高、耐高温、冲震的优点，易于形成多种结构的空腔，从而可实现性能优良的多功能微波MEC。

附图说明

图1是本发明分布式带状线型数控衰减滤波器的电路原理图。

图2是本发明分布式带状线型数控衰减滤波器的结构示意图。

图3是本发明分布式带状线型数控衰减滤波器的外部结构图。

图4是本发明中滤波器F的结构示意图。

图5是本发明的插损态输出端口的幅频特性曲线图。

图6是本发明的15.5dB衰减时输出端口的幅频特性曲线图。

具体实施方式

如图1～4所示的一种分布式带状线型数控衰减滤波器，包括数控衰减芯片WSD和滤波器F，所述滤波器F的上表面贴装有数控衰减芯片WSD、输入带状线Rin和输出带状线Rout，输入带状线Rin和输出带状线Rout均连接数控衰减芯片WSD，滤波器F的一端贴装有信号输入端口P1，一侧贴装第一接地端口GND1，另一侧依次贴装有数控衰减芯片WSD的电压控制端接口P3，第一控制端接口P4，第二控制端接口P5，第三控制端接口P6，第四控制端接口P7，第五控制端接口P8，第六控制端接口P9，第七控制端接口P10，第八控制端接口P11，第二接地端口GND2；滤波器F的另一端贴装有信号输出端口P2；

滤波器F包括金属柱H1，第一输入电感Lin，第一并联谐振单元，第二并联谐振单元，第三并联谐振单元，第四并联谐振单元，第五并联谐振单元，第一输出电感Lout，Z形级间耦合带状线Z，上接地层SD1，下接地层SD2；所述并联谐振单元均由三层带状线组成，第二层带状线位于第三层带状线正上方，第一层带状线位于第二层带状线正上方，第一级并联谐振单元由第一层的第一带状线L11、第二层的第一带状线L21、第三层的第一带状线L31并联而成，第二级并联谐振单元由第一层的第二带状线L12、第二层的第二带状线L22、第三层的第二带状线L32并联而成，第三级并联谐振单元由第一层的第三带状线L13、第二层的第三带状线L23、第三层的第三带状线L33并联而成，第四级并联谐振单元由第一层的第四带状线L14、第二层的第四带状线L24、第三层的第四带状线L34并联而成，第五级并联谐振单元由第一层的第五带状线L15、第二层的第五带状线L25、第三层的第五带状线L35并联而成，滤波器F的金属柱H1上端与数控衰减芯片WSD的输出带状线Rout连接，下端与第一输入电感Lin的一端连接，第一级并联谐振单元的第一带状线L21开路端与第一输入电感Lin连接，第五级并联谐振单元的第五带状线L25开路端与第一输出电感Lout一端连接，第一输出电感Lout的另一端与信号输出端P2连接，Z形级间耦合带状线Z位于并联谐振单元的下面；五级并联谐振单元均接地，其中第一、三层所有带状线后端接地，前端开路，第二层带状线前端接地，后端开路，且接地端方向与第一、三层接地方向相反，Z形级间耦合带状线Z两端均接地。

进一步地，所述数控衰减芯片WSD模块的型号为WSD020060-5。

本发明分布式带状线型数控衰减滤波器工作时，信号从输入端P1，带状线Rin进入到数控衰减芯片WSD，然后经Rout和金属柱H1到达滤波器输入端第一输入电感Lin，最后信号从第一输出电感Lout经过输出端P2输出。

图5是本发明中的插损态输出端口的幅频特性曲线图，由于滤波单元与衰减单元本身存在损耗，所以当该发明处于正常无衰减工作模式时，整个通带会有3dB左右的损耗；图6是本发明中的16dB衰减时输出端口的幅频特性曲线图，当该滤波器衰减器工作在16dB衰减状态时，衰减器在正常工作模式下插入损耗再衰减16dB，其插入损耗如图6所示。

本发明分布式带状线型数控衰减滤波器，采用低温共烧陶瓷技术，实现体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的分布式带状线型数控衰减滤波器；通过将数控衰减芯片利用LTCC技术集成在滤波器表面，生产出具有两项功能的LTCC滤波器，即带衰减功能的LTCC带通滤波器，其具有高Q值、易于集成有源芯片、散热性好、稳定性高、耐高温、冲震等优点，易于形成多种结构的空腔，从而可实现性能优良的多功能微波MEC；本发明便于基板烧成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和质量，缩短生产周期，降低成本；本发明使用多层布线与封装一体化结构，减小了产品的体积和重量，提高了可靠性；本发明与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性。

Claims

1.一种分布式带状线型数控衰减滤波器，其特征在于：包括数控衰减芯片(WSD)和滤波器(F)，所述滤波器(F)的上表面贴装有数控衰减芯片(WSD)、输入带状线(Rin)和输出带状线(Rout)，所述输入带状线(Rin)和输出带状线(Rout)均连接数控衰减芯片(WSD)，滤波器(F)的一端贴装有信号输入端口(P1)、另一端贴装有信号输出端口(P2)；滤波器(F)的一个侧面贴装第一接地端口(GND1)，另一个侧面依次贴装有数控衰减芯片(WSD)的电压控制端接口(P3)、第一控制端接口(P4)，第二控制端接口(P5)、第三控制端接口(P6)、第四控制端接口(P7)、第五控制端接口(P8)、第六控制端接口(P9)、第七控制端接口(P10)、第八控制端接口(P11)、第二接地端口(GND2)；

所述的滤波器(F)包括金属柱(H1)、第一输入电感(Lin)、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(Lout)、Z形级间耦合带状线(Z)、上接地层(SD1)、下接地层(SD2)；所述并联谐振单元均由三层带状线组成，第二层带状线位于第三层带状线正上方，第一层带状线位于第二层带状线正上方，第一级并联谐振单元由第一层的第一带状线(L11)、第二层的第一带状线(L21)、第三层的第一带状线(L31)并联而成，第二级并联谐振单元由第一层的第二带状线(L12)、第二层的第二带状线(L22)、第三层的第二带状线(L32)并联而成，第三级并联谐振单元由第一层的第三带状线(L13)、第二层的第三带状线(L23)、第三层的第三带状线(L33)并联而成，第四级并联谐振单元由第一层的第四带状线(L14)、第二层的第四带状线(L24)、第三层的第四带状线(L34)并联而成，第五级并联谐振单元由第一层的第五带状线(L15)、第二层的第五带状线(L25)、第三层的第五带状线(L35)并联而成，滤波器(F)的金属柱(H1)上端与数控衰减芯片WSD的输出带状线(Rout)连接，下端与第一输入电感(Lin)的一端连接，第一级并联谐振单元的第一带状线(L21)开路端与第一输入电感(Lin)连接，第五级并联谐振单元的第五带状线(L25)开路端与第一输出电感(Lout)一端连接，第一输出电感(Lout)的另一端与信号输出端(P2)连接，Z形级间耦合带状线(Z)位于并联谐振单元的下面；五级并联谐振单元均接地，其中第一、三层所有带状线后端接地、前端开路，第二层带状线前端接地、后端开路，且接地端方向与第一、三层接地方向相反，Z形级间耦合带状线(Z)两端均接地。

2.根据权利要求1所述的分布式带状线型数控衰减滤波器，其特征在于，所述信号输入端口(P1)和信号输出端口(P2)均为共面波导结构的50欧姆阻抗的端口。

3.根据权利要求1所述的分布式带状线型数控衰减滤波器，其特征在于，所述信号输入端口(P1)、信号输出端口(P2)、电压控制端口(P3)、第一电压控制端口(P4)、第二电压控制端口(P5)、第三电压控制端口(P6)、第四电压控制端口(P7)、第五电压控制端口(P8)、第六电压控制端口(P9)、第七电压控制端口(P10)和第八电压控制端口(P11)均为外部封装引脚。

4.根据权利要求1所述的分布式带状线型数控衰减滤波器，其特征在于，所述信号输入端口(P1)、信号输出端口(P2)、电压控制端口(P3)、第一电压控制端口(P4)、第二电压控制端口(P5)、第三电压控制端口(P6)、第四电压控制端口(P7)、第五电压控制端口(P8)、第六电压控制端口(P9)、第七电压控制端口(P10)和第八电压控制端口(P11)的上端均设有延伸折弯部贴装在滤波器(F)上表面，下端均设有延伸折弯部贴装在滤波器(F)下表面。

5.根据权利要求1所述的分布式带状线型数控衰减滤波器，其特征在于，所述数控衰减芯片(WSD)和滤波器(F)通过低温共烧陶瓷技术实现一体式封装。

6.根据权利要求1所述的分布式带状线型数控衰减滤波器，其特征在于，所述数控衰减芯片(WSD)的型号为WSD020060-5。