CN109802215A

CN109802215A - 一种基于ltcc的一分三路带通滤波功分器

Info

Publication number: CN109802215A
Application number: CN201811615340.XA
Authority: CN
Inventors: 方洁; 曹小芝; 常钰敏; 杨冕; 赵子豪; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2019-05-24

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，包括一个带通滤波器和一个一分三路功分器，带通滤波器包括第一输入端口，第一输入电感，四级逐次相连的并联谐振单元，第一输出电感，z形级间耦合带状线，一分三路功分器部分由紧凑的三维立体集成结构组成，通过将带通滤波器的第一输出电感连接功分器的输入电容板，构成一分三路带通滤波功分器。本发明使用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现三维集成，实现了体积的小型化，具有通带内较为平坦，三路输出端口的输出信号功率相位一致、端口匹配好、端口间隔离度好、稳定性高，可以广泛使用在通信系统射频前端，移动终端系统等通信领域中。

Description

一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器

技术领域

本发明涉及一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，属于微波技术领域。

背景技术

随着无线射频通信技术的不断发展，微波射频电路的应用越来越广泛，作为微波电路中的关键部分，对滤波器和功分器的性能要求也越来越高。功率分配器是一种多端口无源微波网络，用于分配或是合成信号，主要用于微波功率放大，线性化电路中。20世纪50年代中期到60年代，出现了威尔金森功分器，因为结构简单，且输出端口同时满足隔离和匹配的要求，因此运用更为广泛。随着通信现代技术的快速发展，传统威尔金森结构由于带宽较窄已经远不能达到要求，因此许多学者在拓宽功分器带宽上有着不断的研究。在上世纪60年代，有学者提出了引入四分之一波长传输线来展宽带宽；后又有学者提出利用多节传输线和改进的渐变线结构来展宽工作带宽；进入21世纪之后，人们开始研究起带有滤波性能的功分器，目前主要有三种典型的滤波功分器结构分别包括:将带通滤波器与功分器级联在一起；利用具有带通响应的谐振电路代替传统Wilkinson功分器中四分之一波长变换器；将滤波和功率分配电路合成一个电路。

P.Cheong在2010年提出了利用具有带通响应的谐振电路代替传统Wilkinson功分器中四分之一波长变换器，该种结构尺寸较小，隔离度比较高，但是带外抑制较差。在2011年，Garcia在文章中提出提出了一种将滤波器与功分器级联在一起的滤波功分器，虽然结构较为简单，但是尺寸较大。近十年来，学者们才逐渐地开始重视对于滤波功分器的研究，目前该项技术仍存在不少问题，例如尺寸偏大，带宽不够等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，通过低温共烧陶瓷(LTCC)三维集成技术实现，具有体积的小型化，通带平坦，输入输出驻波比小、端口匹配好、端口间隔离度好、稳定性高，电性能优异等优势。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，包括设置在前接地面和后接地面之间的带通滤波器和一分三路功分器，其中带通滤波器包括第一输入端口、第一输入电感、四级排列在同一水平线的并联谐振单元、Z形级间耦合带状线、第一输出电感；所述Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的上方，所述第一输入端口、第一输入电感、并联谐振单元以及第一输出电感依次连接；

所述一分三路功分器包括第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感、接地电容、输入电容板、上耦合电容板、三块下耦合电容板、三片贴片电阻、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口；

所述第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感的一端分别与三块下耦合电容板的一端一一对应连接，同时第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感的一端分别与第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口一一对应连接，第一螺旋电感另一端、第二螺旋电感的另一端、第三螺旋电感的另一端均与输入电容板的一端连接；输入电容板的另一端同时与第一输出电感、接地电容连接，所述三片贴片电阻分别位于第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口处。

优选地，所述接地电容位于第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感的下方，三块下耦合电容板分别一一对应设置在第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感的上方，上耦合电容板位于三块下层耦合电容板的上方，共同构成并联电容，第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感分别与第一输出端口、第二输出端口、第三输出端一一对应连接。

优选地，所述四级排列在同一水平线的并联谐振单元均为三层带状线，每级并联谐振单元所有第一、第三层带状线的一端连接后接地面，且另一端开路，每级并联谐振单元所有第二层带状线的一端连接前接地面且另一端开路，第一级并联谐振单元与第一输入电感连接，第四级并联谐振单元与第一输出电感连接。

优选地，所述第一输入端口、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口以及三片贴片电阻的特征阻抗均为50欧姆。

优选地，所述第一输入端口、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口、第一输入电感、四级并联谐振单元、Z形级间耦合带状线、第一输出电感、输入电容板、第一螺旋电感、第二螺旋电感、第三螺旋电感、功分器接地电容、三块下耦合电容板、上耦合电容板、三片贴片电阻均通过低温共烧陶瓷工艺技术实现。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现三维集成，可产生形状相位相同的两路信号，通带内平坦，具有输入输出驻波比小、端口匹配好、端口间隔离度好、稳定性高等优势，可以广泛使用在通信系统射频前端，移动终端系统等通信领域中。

附图说明

图1是本发明一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器的示意图，其中图1(a)是正视图，图1(b)是俯视图，图1(c)是主要结构示意图。

图2是本发明一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器中各输出端口的幅频特性曲线图。

图3是本发明一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器中第一输入端口的驻波曲线图。

图4是本发明一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器中各输出端口的隔离度特性曲线图。

图5是本发明一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器中各输出端口的回波损耗曲线图。

图6是本发明一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器中各输出端口的输出相位曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，包括设置在前接地面GND1和后接地面GND2之间的带通滤波器和一分三路功分器，其中带通滤波器包括第一输入端口INPUT、第一输入电感L1a、四级排列在同一水平线的并联谐振单元、Z形级间耦合带状线Z、第一输出电感L1b；所述Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的上方，所述第一输入端口、第一输入电感、并联谐振单元以及第一输出电感L1b依次连接；

所述一分三路功分器包括第一螺旋电感pd1、第二螺旋电感pd2、第三螺旋电感pd3、接地电容C1、输入电容板C5、上耦合电容板C6、三块下耦合电容板、三片贴片电阻、第一输出端口OUTPUT1、第二输出端口OUTPUT2、第三输出端口OUTPUT3；

所述第一螺旋电感pd1、第二螺旋电感pd2、第三螺旋电感pd3的一端分别与三块下耦合电容板的一端一一对应连接，同时第一螺旋电感pd1、第二螺旋电感pd2、第三螺旋电感pd3的一端分别与第一输出端口OUTPUT1、第二输出端口OUTPUT2、第三输出端口OUTPUT3一一对应连接，第一螺旋电感pd1另一端、第二螺旋电感pd2的另一端、第三螺旋电感pd3的另一端均与输入电容板C5的一端连接；输入电容板C5的另一端同时与第一输出电感L1b、接地电容C1连接，所述三片贴片电阻分别位于第一输出端口OUTPUT1、第二输出端口OUTPUT2、第三输出端口OUTPUT3处。

进一步的实施例中，所述接地电容C1位于第一螺旋电感、第二螺旋电感pd2、第三螺旋电感pd3的下方，三块下耦合电容板分别一一对应设置在第一螺旋电感pd1、第二螺旋电感pd2、第三螺旋电感pd3的上方，上耦合电容板C6位于三块下层耦合电容板的上方，共同构成并联电容，第一螺旋电感pd1、第二螺旋电感pd2、第三螺旋电感pd3分别与第一输出端口OUTPUT1、第二输出端口OUTPUT2、第三输出端OUTPUT3一一对应连接。

进一步的实施例中，所述四级排列在同一水平线的并联谐振单元均为三层带状线，每级并联谐振单元所有第一、第三层带状线的一端连接后接地面GND2，且另一端开路，每级并联谐振单元所有第二层带状线的一端连接前接地面GND1且另一端开路，第一级并联谐振单元与第一输入电感连接，第四级并联谐振单元与第一输出电感连接。

进一步的实施例中，所述第一输入端口INPUT、第一输出端口OUTPUT1、第二输出端口OUTPUT2、第三输出端口OUTPUT3以及三片贴片电阻的特征阻抗均为50欧姆。

进一步的实施例中，所述第一输入端口INPUT、第一输出端口OUTPUT1、第二输出端口OUTPUT2、第三输出端口OUTPUT3、第一输入电感L1a、四级并联谐振单元、Z形级间耦合带状线Z、第一输出电感L1b、输入电容板C5、第一螺旋电感pd1、第二螺旋电感pd2、第三螺旋电感pd3、功分器接地电容C1、三块下耦合电容板、上耦合电容板C6、三片贴片电阻均通过低温共烧陶瓷LTCC工艺技术实现。

基于LTCC的一分三路带通滤波功分器通过低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现立体三维集成，因此具有小型化、封装密度强、集成度高、生产成本低、抗干扰性强等优点。

实施例

本发明一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器的尺寸仅为3.2mm×4mm×0.89mm，工作频率为1.2GHz～1.3GHz，从图2～图6可以看出，表面贴装特征阻抗为50欧姆的第一贴片电阻(R1a)的第一输出端口(OUTPUT1)、表面贴装特征阻抗为50欧姆的第三贴片电阻(R1c)的第二输出端口(OUTPUT2)、与表面贴装特征阻抗为50欧姆的第二贴片电阻(R1b)的第三输出端口(OUTPUT3)的输出波形基本一致，通带较为平坦，端口插入损耗小于0.5dB，输出端口隔离度优于28dB，输出端口回波损耗优于27dB，特征阻抗均为50欧姆的第一输入端口(INPUT)的回波损耗优于23dB，输出端口的输出相位近似相同。

Claims

1.一种基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，其特征在于，包括设置在前接地面(GND1)和后接地面(GND2)之间的带通滤波器和一分三路功分器，其中带通滤波器包括第一输入端口(INPUT)、第一输入电感(L1a)、四级排列在同一水平线的并联谐振单元、Z形级间耦合带状线(Z)、第一输出电感(L1b)；所述Z形级间耦合带状线位于并联谐振单元的上方，所述第一输入端口、第一输入电感、并联谐振单元以及第一输出电感(L1b)依次连接；

所述一分三路功分器包括第一螺旋电感(pd1)、第二螺旋电感(pd2)、第三螺旋电感(pd3)、接地电容(C1)、输入电容板(C5)、上耦合电容板(C6)、三块下耦合电容板、三片贴片电阻、第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)、第三输出端口(OUTPUT3)；

所述第一螺旋电感(pd1)、第二螺旋电感(pd2)、第三螺旋电感(pd3)的一端分别与三块下耦合电容板的一端一一对应连接，同时第一螺旋电感(pd1)、第二螺旋电感(pd2)、第三螺旋电感(pd3)的一端分别与第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)、第三输出端口(OUTPUT3)一一对应连接，第一螺旋电感(pd1)另一端、第二螺旋电感(pd2)的另一端、第三螺旋电感(pd3)的另一端均与输入电容板(C5)的一端连接；输入电容板(C5)的另一端同时与第一输出电感(L1b)、接地电容(C1)连接，所述三片贴片电阻分别位于第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)、第三输出端口(OUTPUT3)处。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，其特征在于，所述接地电容(C1)位于第一螺旋电感、第二螺旋电感(pd2)、第三螺旋电感(pd3)的下方，三块下耦合电容板分别一一对应设置在第一螺旋电感(pd1)、第二螺旋电感(pd2)、第三螺旋电感(pd3)的上方，上耦合电容板(C6)位于三块下层耦合电容板的上方，共同构成并联电容，第一螺旋电感(pd1)、第二螺旋电感(pd2)、第三螺旋电感(pd3)分别与第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)、第三输出端(OUTPUT3)一一对应连接。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，其特征在于，所述四级排列在同一水平线的并联谐振单元均为三层带状线，每级并联谐振单元所有第一、第三层带状线的一端连接后接地面(GND2)，且另一端开路，每级并联谐振单元所有第二层带状线的一端连接前接地面(GND1)且另一端开路，第一级并联谐振单元与第一输入电感连接，第四级并联谐振单元与第一输出电感连接。

4.根据权利要求1所述的基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，其特征在于，所述第一输入端口(INPUT)、第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)、第三输出端口(OUTPUT3)以及三片贴片电阻的特征阻抗均为50欧姆。

5.根据权利要求1所述的基于LTCC的一分三路带通滤波功分器，其特征在于，所述第一输入端口(INPUT)、第一输出端口(OUTPUT1)、第二输出端口(OUTPUT2)、第三输出端口(OUTPUT3)、第一输入电感(L1a)、四级并联谐振单元、Z形级间耦合带状线(Z)、第一输出电感(L1b)、输入电容板(C5)、第一螺旋电感(pd1)、第二螺旋电感(pd2)、第三螺旋电感(pd3)、功分器接地电容(C1)、三块下耦合电容板、上耦合电容板(C6)、三片贴片电阻均通过低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现。