CN108565116A - 具有杂散抑制的宽带叉指电容器 - Google Patents
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Abstract
一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器，包括：PCB基板和嵌入所述PCB基板的叉指电容结构；所述叉指电容结构中的叉指共同形成交叉指状均匀节距结构，所述叉指电容结构中的间隔叉指的开路末端通过垂直过孔与蚀刻在所述PCB基板的底层的微带线连接。上述的方案，可以消除叉指式电容器带宽的寄生杂散，以在不增加尺寸的前提下增加叉指式电容器的带宽和电容。
Description
技术领域
本发明涉及电气元件技术领域，具体地涉及一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器。
背景技术
叉指式电容器（IDC），因其具有大容量、高Q值和易于制造的优点，通常被用于构建集总滤波器或耦合器。
参见图1，现有的一种叉指式电容器，包括PCB基板（图中未示出）和嵌入所述PCB基板的叉指式电容结构，所述叉指式电容结构包括八节方形叉指，即第一至第八节叉指，所述第一至第八节叉指共同形成交叉指状均匀节距结构。
通常情况下，叉指式电容器的应用频率越低，电容量会相应地增加。通过增加叉指的数量和尺寸可以达到电容增量的目的，但随之也会增加叉指式电容器的尺寸。同时，增加叉指的数量还会导致在图2中的频率f1、f2、f3、f4处产生杂散，限制了叉指式电容器的工作频率。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何消除叉指式电容器带宽的寄生杂散，以在不增加尺寸的前提下增加叉指式电容器的带宽和电容。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器，包括：PCB基板和嵌入所述PCB基板的叉指电容结构；
所述叉指电容结构中的叉指共同形成交叉指状均匀节距结构，所述叉指电容结构中的间隔叉指的开路末端通过垂直过孔与蚀刻在所述PCB基板的底层的微带线连接。
可选地，所述叉指电容结构具有八节方形叉指，所述八节方形叉指的第1、3、5、7节叉指分别通过对应的垂直过孔与蚀刻在所述PCB基板的底层的第一微带线连接，所述八节方形叉指中的第2、4、6、8节叉指通过对应的垂直过孔与蚀刻在所述PCB基板的底层的第二微带线连接。
可选地，所述PCB基板为RO4003C基板，介电常数为3.38，厚度为0.508mm。
可选地，所述叉指电容结构的第一端口和第二端口的宽度均为W1 = 1.14mm，第1、3、5、7节叉指的宽度均为W2 = 0.7mm，第一微带线和第二微带线的宽度均为W3 = 0.7mm，第一微带线和第1、3、5、7节叉指在水平方向的间隔距离第二微带线和第2、4、6、8节叉指在水平方向的距离均为g = 0.5mm，模拟参数S = 0.2mm，第1至第8节叉指串联后的长度L =6.2mm，垂直过孔的半径R = 0.4mm。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
上述的方案，通过将叉指电容结构中的间隔叉指的开路末端通过对应的垂直过孔与蚀刻在PCB基板底层的微带线连接，可以消除现有叉指式电容器带宽的寄生杂散，从而可以在不增加叉指式电容器尺寸的前提下有效增加叉指式电容器的带宽和电容，提高叉指式电容器的适用范围。
附图说明
图1是现有的一种叉指式电容器的结构示意图；
图2是图1所示的叉指式电容器的可用带宽的示意图；
图3是图1所示的叉指式电容器的等效电路结构示意图；
图4是图3所示的电路结构的等效变化形式的电路的结构示意图；
图5是本发明实施例中的一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器的立体结构示意图；
图6是本发明实施例中一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器的参数定义示意图；
图7是图6所示的具有杂散抑制的宽带叉指电容器的等效电路结构示意图；
图8是图7所示的电路结构的等效变化形式的电路的结构示意图；
图9至图11是本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带叉指电容器与现有的叉指式电容器的可用带宽的比较示意图。
具体实施方式
为解决现有技术中的问题，本发明实施例中的技术方案通过将将叉指电容结构中的间隔叉指的开路末端通过对应的垂直过孔与蚀刻在PCB基板底层的微带线连接，可以消除现有叉指式电容器带宽的寄生杂散，从而可以在不增加叉指式电容器尺寸的前提下有效增加叉指式电容器的带宽和电容。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
为了便于理解，下面首先图3、图4、图7和图8中的参数的含义进行定义。其中，Cij表示相邻的第i节叉指和第j节叉指之间的耦合电容，Li/j表示第i或第j节叉指的等效电感。
图5是本发明实施例中的一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器的立体结构示意图；图6是本发明实施例中一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器的参数定义示意图；图7是图6所示的具有杂散抑制的宽带叉指电容器的等效电路结构示意图；图8是图7所示的电路结构的等效变化形式的电路的结构示意图。
请参考图5至图8所示，一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器，可以包括PCB基板10和嵌入所述PCB基板10的叉指电容结构20。其中，所述叉指电容结构20中的叉指共同形成交叉指状均匀节距结构，所述叉指电容结构中的间隔叉指的开路末端通过垂直过孔与蚀刻在所述PCB基板的底层的微带线连接。
在本发明一实施例中，叉指电容结构20具有八节方形叉指，所述八节方形叉指的第1、3、5、7节叉指分别通过对应的垂直过孔30与蚀刻在所述PCB基板10的底层的第一微带线40连接，所述八节方形叉指中的第2、4、6、8节叉指通过对应的垂直过孔50与蚀刻在所述PCB基板的底层的第二微带线60连接，也即将第1、3、5、7节叉相互短接，第2、4、6、8节叉指相互短接。
在本发明一实施例中，所述PCB基板为RO4003C基板，介电常数为3.38，厚度为0.508mm。
参见图6，在本发明一实施例中，所述叉指电容结构的第一端口和第二端口的宽度均为W1 = 1.14mm，第1、3、5、7节叉指的宽度均为W2 = 0.7mm，第一微带线和第二微带线的宽度均为W3 = 0.7mm，第一微带线和第1、3、5、7节叉指在水平方向的间隔距离第二微带线和第2、4、6、8节叉指在水平方向的距离均为g = 0.5mm，模拟参数S = 0.2mm，第1至第8节叉指串联后的长度L = 6.2mm，垂直过孔的半径R = 0.4mm。
图8示出了本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带电容器和现有的叉指式电容器的模拟散射参数（ S-parameter，S参数），从中可以看出本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带叉指电容器可以消除工作频率在3.2GHz、4.6 GHz、6.6 GHz、7 GHz、8 GHz和8.8GHz处的寄生尖峰，这是因当间隔叉指相互连接时，电容器的电流分布随之改变。同时，从图9中可以看出，本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带电容器工作频带从3.2 GHz扩展到15.2GHz，带宽增量超过了2800％。
图10示出了本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带电容器和现有的叉指式电容器的测量S参数，该测量结果与模拟结果高度吻合，通过测量得到的本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带电容器和现有的叉指式电容器的电容可以通过测量的参数，并采用如下的公式计算得到：
（1）
其中，参考阻抗，f表示工作频率，S11表示输出回波损耗参数。
图11详细示出了从本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带电容器和现有的叉指式电容器的实测的S11参数中分别提取的电容。可以看出，本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带电容器和现有的叉指式电容器在工作频率为2GHz时的电容分别为5.1pF和2.5pF。与工作频率在1至3GHz的现有的叉指式电容器相比，本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带电容器的电容量增加约100％。
另外，需要特别指出的是，图9至11中的传统叉指电容是指图1所示的现有的叉指式电容器，宽带叉指电容是指本发明实施例中的具有杂散抑制的宽带电容器。
采用本发明实施例中的上述方案，通过将叉指电容结构中的间隔叉指的开路末端通过对应的垂直过孔与蚀刻在PCB基板底层的微带线连接，可以消除现有叉指式电容器带宽的寄生杂散，从而可以在不增加叉指式电容器尺寸的前提下有效增加叉指式电容器的带宽和电容，提高叉指式电容器的适用范围。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (4)
1.一种具有杂散抑制的宽带叉指电容器，其特征在于，包括：PCB基板和嵌入所述PCB基板的叉指电容结构；
所述叉指电容结构中的叉指共同形成交叉指状均匀节距结构，所述叉指电容结构中的间隔叉指的开路末端通过垂直过孔与蚀刻在所述PCB基板的底层的微带线连接。
2.根据权利要求1所述的具有杂散抑制的宽带叉指电容器，其特征在于，所述叉指电容结构具有八节方形叉指，所述八节方形叉指的第1、3、5、7节叉指分别通过对应的垂直过孔与蚀刻在所述PCB基板的底层的第一微带线连接，所述八节方形叉指中的第2、4、6、8节叉指通过对应的垂直过孔与蚀刻在所述PCB基板的底层的第二微带线连接。
3.根据权利要求1或2所述的具有杂散抑制的宽带叉指电容器，其特征在于，所述PCB基板为RO4003C基板，介电常数为3.38，厚度为0.508mm。
4.根据权利要求2所述的具有杂散抑制的宽带叉指电容器，其特征在于，所述叉指电容结构的第一端口和第二端口的宽度均为W1 = 1.14mm，第1、3、5、7节叉指的宽度均为W2 =0.7mm，第一微带线和第二微带线的宽度均为W3 = 0.7mm，第一微带线和第1、3、5、7节叉指在水平方向的间隔距离第二微带线和第2、4、6、8节叉指在水平方向的距离均为g = 0.5mm，模拟参数S = 0.2mm，第1至第8节叉指串联后的长度L = 6.2mm，垂直过孔的半径R =0.4mm。
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