CN109244618A - 新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器 - Google Patents

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梁启新
付迎华
马龙
陈琳玲
齐治
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Abstract

一种新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其由以陶瓷介质为基板，在其上印刷导电层的输入输出电极层、耦合间隙电极层、接地屏蔽电极层及波导谐振腔通孔柱组成波导谐振腔侧壁的，用于屏蔽信号外露，提高谐振腔Q值的,将各电极层间分割成为波导谐振腔14、15、16、17之间，分别设有耦合M1、M2、M3和M4的开孔和间隙。有效实现了带外高抑制，具有低损耗、高可靠性、低成本和适合于大规模的生产等优点，另外还适应了新的电子元件小型化发展趋势。

Description

新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器
技术领域：
本发明电子技术领域，具体来说涉及一种可用于通讯基站以及移动通信、平板电脑以及其他各种通讯设备中的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，。
背景技术：
低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)技术在电子元器件和封装领域具有独特的优势，广泛应用于通信、汽车、和医疗器械等领域。以LTCC技术为基础设计和生产的射频微波元件和模块包括滤波器、双工器、天线、耦合器、巴伦、接收前端模组、天线开关模组等。因其具有高品质因数、高稳定性、高集成度等优点，随着现代电子设备向小型化、高频化方向不断发展，它们已经大量运用于小心化电子设备，特别是手机、掌上电脑(PDA)、数码相机、电子阅读器等便携式电子设备。
随着4G LTE通信系统的迅速发展，不仅加快了移动互联的脚步，而且为下一代5G移动互联奠定了基础。在4G LTE移动通信领域，移动通信频带越来越多，移动信号频谱间的干扰越来越严重，因此，在移动通信系统中使用的低损耗，高抑制的滤波器是必不可少的。
发明内容：
本发明的目的是针对以上现有技术的不足，提供一种具有高可靠性、低插损、高抑制、体积小、重量轻、易于集成、低成本等优点，并适合大规模生产的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器。
本发明目的可以通过以下技术方案实现；一种新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其所述滤波器为由以陶瓷介质为基板，在其上印刷导电层的输入输出电极层、耦合间隙电极层、接地屏蔽电极层及用于屏蔽信号外露，提高谐振腔Q值的,将输入输出电极层与耦合间隙电极层两层之间分割成为波导谐振腔16及波导谐振腔17，将耦合间隙电极层与接地屏蔽电极层两层之间分割成为波导谐振腔14及波导谐振腔15的作为波导谐振腔侧壁的波导谐振腔通孔柱组成；其中输入输出电极层上设有输入端和输出端，在输入端和输出端与地之间开槽形成共面波导线，形成输入和输出的匹配线；在耦合间隙电极层上，在波导谐振腔14和波导谐振腔16以及波导谐振腔17和波导谐振腔15之间，分别设有引入耦合M1、M2、M3和M4的耦合间隙和耦合开孔。
所述的新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其波导谐振腔14通过耦合间隙电极层中的耦合间隙形成磁性耦合M1，将信号耦合入波导谐振腔16；同时增加与波导谐振腔15之间的通孔柱间隙，引入电磁耦合M4，形成传输零点；调节波导谐振腔16与波导谐振腔17之间的通孔柱间隙，以调整传输零点的位置，形成电磁耦合M2，同时将信号耦合入波导谐振腔17内；通过波导谐振腔17与波导谐振腔15间的耦合间隙电极层中的耦合开孔，形成电磁耦合M3，将信号耦合入波导谐振腔15；从而在波导谐振腔15输出信号。
所述的新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其上下两个波导谐振腔之间耦合间隙电极层上的耦合开孔为圆孔，用于引入磁场耦合M3。
所述的新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其上下两个波导谐振腔之间耦合间隙电极层上的耦合开孔为矩形开孔，引入耦合M1。
本发明的有益效果是：以LTCC(低温共烧陶瓷)技术为基础，采用波导谐振器间耦合模型设计实现多层陶瓷介质基片波导带通滤波器的特殊电性能要求，有效实现了带外高抑制，具有低损耗、高可靠性、低成本和适合于大规模的生产等优点，另外还适应了新的电子元件小型化发展趋势。
附图说明：
图1为本发明的外形立体结构示意图；
图2为本发明的信号流图示意图；
图3为本发明的内部结构立体示意图；
图4为本发明电路示意图；
图5为单个波导谐振腔的示意图；
图6为本发明输入输出电极层电路平面结构示意图；
图7为本发明耦合间隙电极层电路平面结构示意图；
图8为本发明接地屏蔽电极层电路平面结构示意图。
具体实施例：
图1为本发明的外形立体结构示意图，多层介质基片波导滤波器产品基体由陶瓷材料制成，主要是微波低损耗介质陶瓷，相对介电常数从4～40，高频损耗正切角为0.001，为了减小产品尺寸，一般采用相对介电常数较高的陶瓷材料。其具体结构为：如图3所示，所述滤波器1为由以陶瓷介质为基板，在其上印刷导电层的接地屏蔽电极层2、耦合间隙电极层3、输入输出电极层4及用于屏蔽信号外露，提高谐振腔Q值的,将接地屏蔽电极层2与耦合间隙电极层3两层之间分割成为波导谐振腔14及波导谐振腔15，将耦合间隙电极层3与输入输出电极层4两层之间分割成为波导谐振腔16及波导谐振腔17的作为波导谐振腔侧壁的波导谐振腔通孔柱5组成。波导谐振腔间通过通孔柱5间距调整以及平面电极开孔方式来进行耦合。该波导带通滤波器由四个波导谐振腔组成，并引入不同的电耦合和磁耦合产生传输零点，增加滤波器的带外抑制。附附图中所示，6为上下两个波导谐振腔14与16之间耦合间隙，引入电场耦合M1；7为输入输出电极层4的电极输入端；8为输入输出电极层4的电极输出端；9为电极输入端间隙，10为电极输入端间隙；调节输入输出阻抗；11为两个波导谐振腔15与17之间耦合圆孔，引入磁场耦合M3；53为输入输出电极层4与耦合间隙电极层3电极之间的两个波导谐振腔之间的通孔柱；61输入输出电极层4与耦合间隙电极层3电极之间的两个波导谐振腔16与17之间的通孔柱间隙，调节两个波导谐振腔间的耦合M2；60为耦合间隙电极层3和接地屏蔽电极层2间的两个波导谐振腔14和15之间通孔柱间隙，调节两个波导谐振腔间的耦合M4。
图5为单个单个波导谐振腔的示意图，为单个波导谐振腔，5为单个波导谐振腔的介质基片波导谐振腔通孔柱屏蔽。
如图6所示的输入输出电极层4，该层在陶瓷介质基板上印制有导电层11，电极输入端7和电极输出端8，在电极输入端7处和电极输出端8与地之间分别开设电极输入端间隙9及电极输出端间隙10成为共面波导线，形成输入和输出的匹配线，调整开槽宽度调整滤波器的匹配状态。
如图7所示的耦合间隙电极层3，该层在陶瓷介质基板上印制有导电层12，在波导谐振腔15和波导谐振腔19之间的导电层12上设有开孔11，引入电场耦合M3。在波导谐振腔16和波导谐振腔18之间的导电层3012上设有间隙6，引入电场耦合M1，调整开孔孔径和间隙大小，可以调节电场耦合M1和M3的大小。
如图8所示的输入输出电极层4，该层在陶瓷介质基板上印制有导电层13作为接地屏蔽层。
如图3中，接地屏蔽电极层2与耦合间隙电极层3之间的边缘，设有介质基片波导谐振腔通孔柱50，在接地屏蔽电极层2与耦合间隙电极层3之间的两个波导谐振腔14与15之间的通孔柱52的中间段，设有通孔柱间隙60，调节两个波导谐振腔间的耦合M4。
图3中，耦合间隙电极层3与输入输出电极层4之间的边缘，设有介质基片波导谐振腔通孔柱51，在耦合间隙电极层3与输入输出电极层4之间的两个波导谐振腔16与17之间的通孔柱53的中间段，设有通孔柱间隙61，调节两个波导谐振腔间的耦合M2。
图2是多层陶瓷介质基片波导带通滤波器的信号流示意图，波导谐振腔14通过导电层12上设有开孔间隙6形成磁性耦合M1，将信号耦合入波导谐振腔16；同时增加与波导谐振腔15之间的通孔柱间隙60，引入电磁耦合M4，形成传输零点。调节波导谐振腔16与波导谐振腔17之间的通孔柱间隙61，可以调整传输零点的位置，形成电磁耦合M2，同时将信号耦合入波导谐振腔17内。通过波导谐振腔17与波导谐振腔17间的导电层12中所开的圆形开孔11，形成电磁耦合M3，将信号耦合入波导谐振腔15；从而在波导谐振腔15输出信号。
本发明中，如图4所示，每个多层陶瓷介质基片波导谐振腔TEm0n模等效于一个LC谐振电路，波导谐振腔的谐振频率：
其中c0是真空中的光速，εr是微波材料的相对介电常数，m，n是波导谐振腔的模式，W是波导谐振腔的宽度，L是波导谐振腔的长度；本发明利用了波导谐振腔的TE101模，利用四个波导谐振腔的耦合间的级联，通过增加输入和输出间耦合，引出信号的传输零点。
波导谐振腔14和波导谐振腔16间的耦合通过电极间开间隙实现电场的耦合M1，间隙的宽度和长度调节耦合的大小，调整信号传输零点位置；波导谐振腔16和波导谐振腔17间的耦合通过屏蔽通孔柱间的间隙调整实现电磁耦合M2，间隙的宽度和高度调节耦合的大小，调整耦合量的大小；波导谐振腔17和波导谐振腔15间的耦合通过导电层的圆孔11实现磁场耦合M3，圆孔的孔径和位置调节耦合的大小，调整信号传输零点位置；波导谐振腔14和波导谐振腔15间的耦合通过屏蔽通孔柱间的间隙调整实现电磁耦合M4，间隙的宽度和高度调节耦合的大小，调整耦合量的大小；
多层介质基片波导滤波器各谐振腔尺寸主要由工作频率决定和计算，谐振腔间的耦合M通过公式
fp1和fp2表示相互耦合的两谐振器等效电路的对称面上分别应用理想电壁或磁壁两隔开时，对应于这两种情况的单个谐振器谐振频率；耦合系数的正负是相对的，对于某个特定的耦合为正耦合，那么负耦合的含义是它的相位响应与正耦合的相位响应正好相反。

Claims (4)

1.一种新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其特征在于，所述滤波器为由以陶瓷介质为基板，在其上印刷导电层的输入输出电极层、耦合间隙电极层、接地屏蔽电极层及用于屏蔽信号外露，提高谐振腔Q值的,将输入输出电极层与耦合间隙电极层两层之间分割成为波导谐振腔(16)及波导谐振腔(17)，将耦合间隙电极层与接地屏蔽电极层两层之间分割成为波导谐振腔(14)及波导谐振腔(15)的作为波导谐振腔侧壁的波导谐振腔通孔柱组成；其中输入输出电极层上设有输入端和输出端，在输入端和输出端与地之间开槽形成共面波导线，形成输入和输出的匹配线；在耦合间隙电极层上，在波导谐振腔(14)和波导谐振腔(16)以及波导谐振腔(17)和波导谐振腔(15)之间，分别设有引入耦合M1、M2、M3和M4的耦合间隙和耦合开孔。
2.根据权利要求1所述的新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其特征在于，所述波导谐振腔(14)通过耦合间隙电极层中的耦合间隙形成磁性耦合M1，将信号耦合入波导谐振腔(16)；同时增加与波导谐振腔(15)之间的通孔柱间隙，引入电磁耦合M4，形成传输零点；调节波导谐振腔(16)与波导谐振腔(17)之间的通孔柱间隙，以调整传输零点的位置，形成电磁耦合M2，同时将信号耦合入波导谐振腔(17)内；通过波导谐振腔(17)与波导谐振腔(15)间的耦合间隙电极层中的耦合开孔，形成电磁耦合M3，将信号耦合入波导谐振腔(15)；从而在波导谐振腔(15)输出信号。
3.根据权利要求1所述的新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其特征在于，所述上下两个波导谐振腔之间耦合间隙电极层上的耦合开孔为圆孔，用于引入磁场耦合M3。
4.根据权利要求1所述的新型的多层陶瓷介质基片波导带通滤波器，其特征在于，所述上下两个波导谐振腔之间耦合间隙电极层上的耦合开孔为矩形开孔，引入耦合M1。
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