CN109818119A - 毫米波ltcc滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种毫米波LTCC滤波器，包括系统地层、金属化过孔、微扰接地柱、第一探针及第二探针；相邻两层系统地层围成一个闭合谐振腔，每个闭合谐振腔设有多个金属化过孔且不同闭合谐振腔的金属化过孔分别正对设置形成同心孔结构；所述第一金属化过孔、所述第二金属化过孔、所述第三金属化过孔以及所述第四金属化过孔均具有相等的孔径；多个所述第一微扰接地柱分别与多个所述第二微扰接地柱正对设置；第一探针的一端插入至第一闭合谐振腔内且与第一系统地层电连接，第二探针与第一探针呈对称设置，第二探针插入至所述第四闭合谐振腔内且与所述第二系统地层电连接。与相关技术相比，本发明毫米波LTCC滤波器体积小、带宽大且损耗小。

Description

毫米波LTCC滤波器
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其涉及一种运用在通讯电子产品领域的毫米波LTCC滤波器。
背景技术
第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术(5G)。未来5G网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及，移动数据流量将呈现爆炸式增长。随着5G网络的逐步落地，手机通信频段将大幅增加。
5G通信的毫米波全频带频段包含26.5～29.5GHz，10.7％相对带宽，对应相关的毫米波射频系统要求在DC～60GHz的带外均有良好的抑制性能。LTCC工艺制成的毫米波滤波器集成度更高，器件尺寸更小，损耗更低，但对金属化过孔加工有严格要求。
因此，有必要提供一种新的毫米波LTCC滤波器解决上述问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种体积小、带宽大且损耗小的毫米波LTCC滤波器。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种毫米波LTCC滤波器，该毫米波LTCC滤波器包括：系统地层，所述系统地层包括由上向下依次间隔叠设的第一系统地层、第二系统地层、第三系统地层、第四系统地层和第五系统地层；相邻两层所述系统地层围成一个闭合谐振腔，五层所述系统地层依次围成外围尺寸相同且相互连通的第一闭合谐振腔、第二闭合谐振腔、第三闭合谐振腔以及第四闭合谐振腔；金属化过孔，所述金属化过孔包括沿所述系统地层叠设方向分别贯穿所述第一闭合谐振腔的多个第一金属化过孔、贯穿所述第二闭合谐振腔的多个第二金属化过孔、贯穿所述第三闭合谐振腔的多个第三金属化过孔以及贯穿所述第四闭合谐振腔的多个第四金属化过孔；多个所述第一金属化过孔、多个所述第二金属化过孔、多个所述第三金属化过孔以及多个所述第四金属化过孔分别正对设置形成同心孔结构；所述第一金属化过孔的孔径、所述第二金属化过孔的孔径、所述第三金属化过孔的孔径以及所述第四金属化过孔的孔径均相等同；所述第一金属化过孔与所述第一闭合谐振腔形成第一基片集成波导单元，所述第二金属化过孔与所述第一闭合谐振腔形成第二基片集成波导单元，所述第三金属化过孔与所述第三闭合谐振腔形成第三基片集成波导单元，所述第四金属化过孔与所述第四闭合谐振腔形成第四基片集成波导单元；微扰接地柱，所述微扰接地柱包括沿所述系统地层叠设方向分别贯穿所述第二闭合谐振腔的多个第一微扰接地柱和贯穿所述第三闭合谐振腔的多个第二微扰接地柱；多个所述第一微扰接地柱分别与多个所述第二微扰接地柱正对设置，所述第一微扰接地柱与所述第二金属化过孔间隔设置，所述第二微扰接地柱与所述第三金属化过孔间隔设置；第一探针，所述第一探针的一端插入至所述第一闭合谐振腔内；以及第二探针，所述第二探针与所述第一探针呈对称设置，所述第二探针的一端插入至所述第四闭合谐振腔内。
优选的，所述第一闭合谐振腔呈矩形结构，多个所述第一金属化过孔沿所述第一闭合谐振腔的周缘等间隔排布；所述第二闭合谐振腔呈矩形结构，多个所述第二金属化过孔沿所述第二闭合谐振腔的周缘等间隔排布；所述第三闭合谐振腔呈矩形结构，多个所述第三金属化过孔沿所述第三闭合谐振腔的周缘等间隔排布；所述第四闭合谐振腔呈矩形结构，多个所述第四金属化过孔沿所述第四闭合谐振腔的周缘等间隔排布。
优选的，多个所述第一微扰接地柱呈矩阵排列且均位于多个所述第二金属化过孔的范围内；多个所述第二微扰接地柱呈矩阵排列且均位于多个所述第三金属化过孔的范围内；所述第一微扰接地柱的直径等于所述第二微扰接地柱的直径。
优选的，所述第一探针由所述第一系统地层的几何中心插入至所述第一闭合谐振腔内；所述第二探针由所述第五系统地层的几何中心插入至所述第四闭合谐振腔内。
优选的，相邻两个所述第一金属化过孔的孔心距小于2～2.5倍所述第一金属化过孔的孔径；相邻两个所述第二金属化过孔的孔心距小于2～2.5倍所述第二金属化过孔的孔径；相邻两个所述第三金属化过孔的孔心距小于2～2.5倍所述第三金属化过孔的孔径；相邻两个所述第四金属化过孔的孔心距小于2～2.5倍所述第四金属化过孔的孔径。
优选的，所述第二系统地层的相对两端分别设有贯穿其上的呈对称设置的两个第二矩形通孔；所述第三系统地层的相对两端分别设有贯穿其上的呈对称设置的两个第三矩形通孔；所述第四系统地层与所述第二系统地层结构相同，其设有呈对称的两个第四矩形通孔；所述第一闭合谐振腔通过所述第二矩形通孔与所述第二闭合谐振腔连通，所述第二闭合谐振腔通过所述第三矩形通孔与所述第三闭合谐振腔连通，所述第三闭合谐振腔通过所述第四矩形通孔与所述第四闭合谐振腔连通。
优选的，两个所述第二矩形通孔位于多个所述第二金属化过孔围成的区域范围内；两个所述第三矩形通孔位于多个所述第三金属化过孔围成的区域范围内，且所述第二矩形通孔与所述第三矩形通孔呈交错设置。
优选的，两个所述第二矩形通孔分别位于所述第二系统地层的短轴相对两侧，两个所述第三矩形通孔分别位于所述第三系统地层的长轴相对两侧。
优选的，所述毫米波LTCC滤波器还包括夹设于相邻两所述系统地层之间的基材层，所述基材层由LTCC材料制成。
相较于现有技术，本发明的毫米波LTCC滤波器将各闭合谐振腔设计为外围相同尺寸，并在各闭合谐振腔体内设置金属化过孔，同时在所述第二闭合谐振腔设置多个所述第一微扰接地柱，在所述第三闭合谐振腔内设置多个所述第二微扰接地柱，从而使所述第二闭合谐振腔和所述第三闭合谐振腔的自谐振模式改变，进而实现带宽更大，损耗更小的目的。
附图说明
图1为本发明毫米波LTCC滤波器的立体结构示意图；
图2为本发明毫米波LTCC滤波器的部分立体结构示意图；
图3为本发明毫米波LTCC滤波器的各系统地层的结构示意图；
图4为本发明毫米波LTCC滤波器的所述第二闭合谐振腔的结构示意图，其中已移除所述第二系统地层；
图5为本发明毫米波LTCC滤波器的所述第三闭合谐振腔的结构示意图，其中已移除所述第三系统地层；
图6为本发明毫米波LTCC滤波器的S特性参数曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请同时参阅图1-5本发明提供了一种毫米波LTCC滤波器100，该毫米波LTCC滤波器100包括系统地层1、金属化过孔2、第一探针3、第二探针4、微扰接地柱6以及基材层(未标号)。
所述系统地层1包括由上向下依次间隔叠设的第一系统地层1a、第二系统地层1b、第三系统地层1c、第四系统地层1d和第五系统地层1e。本实施方式中，所述第一系统地层1a、所述第二系统地层1b、所述第三系统地层1c、所述第四系统地层1d和所述第五系统地层1e的外围尺寸均相同，比如均为大小相同的矩形。
相邻两层所述系统地层1围成一个闭合谐振腔5，五层所述系统地层1由上向下依次围成外围尺寸相同的第一闭合谐振腔5a、第二闭合谐振腔5b、第三闭合谐振腔5c以及第四闭合谐振腔5d。
所述金属化过孔2包括沿所述系统地层1叠设方向分别贯穿所述第一闭合谐振腔5a的多个第一金属化过孔21，贯穿所述第二闭合腔体5b的多个第二金属化过孔22，贯穿所述第三闭合谐振腔5c的多个第三金属化过孔23，贯穿所述第四闭合谐振腔5d的多个第四金属化过孔24。多个所述第一金属化过孔21、多个所述第二金属化过孔22、多个所述第三金属化过孔23以及多个所述第四金属化过孔24分别正对设置，即各闭合谐振腔5的金属化过孔2呈同心孔结构。
本实施方式中，所述第一金属化过孔21、所述第二金属化过孔22、所述第三金属化过孔23以及所述第四金属化过孔24均具有相等的孔径。
具体的，相邻两个所述第一金属化过孔21的孔心距小于2～2.5倍所述第一金属化过孔21的孔径；相邻两个所述第二金属化过孔22的孔心距小于2～2.5倍所述第二金属化过孔22的孔径；相邻两个所述第三金属化过孔23的孔心距小于2～2.5倍所述第三金属化过孔23的孔径；相邻两个所述第四金属化过孔24的孔心距小于2～2.5倍所述第四金属化过孔24的孔径。
所述第一金属化过孔21与所述第一闭合谐振腔5a形成第一基片集成波导单元10，所述第二金属化过孔22与所述第一闭合谐振腔5b形成第二基片集成波导单元20，所述第三金属化过孔23与所述第三闭合谐振腔5c形成第三基片集成波导单元30，所述第四金属化过孔24与所述第四闭合谐振腔5d形成第四基片集成波导单元40。
本实施方式中，所述第一闭合谐振腔5a呈矩形结构，多个所述第一金属化过孔21沿所述第一闭合谐振腔5a的周缘等间隔排布，比如围设成矩形结构。
所述第二闭合谐振腔5b呈矩形结构，多个所述第二金属化过孔22沿所述第二闭合谐振腔5b的周缘等间隔排布，比如围设成矩形结构。
所述第三闭合谐振腔5c呈矩形结构，多个所述第三金属化过孔23沿所述第三闭合谐振腔5c的周缘等间隔排布，比如围设成矩形结构。
所述第四闭合谐振腔5d呈矩形结构，多个所述第四金属化过孔24沿所述第四闭合谐振腔5d的周缘等间隔排布，比如围设成矩形结构。
请结合图3所示，具体的，所述第二系统地层1b的相对两端分别设有贯穿其上的呈对称设置的两个第二矩形通孔11，两个所述第二矩形通孔11位于多个所述第二金属化过孔22围成的区域范围内。
所述第三系统地层1c的相对两端分别设有贯穿其上的呈对称设置的两个第三矩形通孔12，两个所述第三矩形通孔12位于多个所述第三金属化过孔23围成的区域范围内，且所述第二矩形通孔11与所述第三矩形通孔12呈交错设置。
所述第四系统地层1d与所述第二系统地层1b结构相同，其设有呈对称的两个第四矩形通孔13，两个所述第四矩形通孔13与两个所述第二矩形通孔11正对设置。
所述第一闭合谐振腔5a通过所述第二矩形通孔11与所述第二闭合谐振腔5b连通，即耦合连通；所述第二闭合谐振5b腔通过所述第三矩形通孔12与所述第三闭合谐振腔5c连通，即耦合连通；所述第三闭合谐振腔5c通过所述第四矩形通孔13与所述第四闭合谐振腔5d连通，即耦合连通。
更优的，两个所述第二矩形通孔11分别位于所述第二系统地层1b的短轴相对两侧，所述第二矩形通孔11沿所述第二系统地层1b的短轴方向延伸；两个所述第三矩形通孔12分别位于所述第三系统地层1c的长轴相对两侧，所述第三矩形通孔12沿所述第三系统地层1c的长轴方向延伸。
所述第一探针3的一端插入至所述第一闭合谐振腔5a内，形成馈电结构。
第二探针4与所述第一探针3呈对称设置，所述第二探针4的一端插入至所述第四闭合谐振腔5d内，形成馈电结构。上述结构可通过所述第一探针3和所述第二探针4配合同轴线激励，实现带宽更大，损耗更小，更容易和陶瓷封装微带天线互联，使得本发明毫米波LTCC滤波器的插损较现有技术结构从1.8dB降到1dB。
更优的，所述第一探针3由所述第一闭合谐振腔5a的几何中心插入至所述第一闭合谐振腔5a内，具体由所述第一系统地层1a的几何中心插入；所述第二探针4由所述第四闭合谐振腔5d的几何中心插入至所述第四闭合谐振腔5d内，具体由所述第五系统地层1e的几何中心插入。
请再结合图4-5，所述微扰接地柱6包括沿所述系统地层1叠设方向分别贯穿所述第二闭合谐振腔5b的多个第一微扰接地柱61和贯穿所述第三闭合谐振腔5c的多个第二微扰接地柱62，多个所述第一微扰接地柱61分别与多个所述第二微扰接地柱62正对设置，所述第一微扰接地柱61与所述第二金属化过孔22间隔设置，所述第二微扰接地柱62与所述第三金属化过孔23间隔设置。该结构使所述闭合谐振腔5自谐振模式改变，从而实现更大带宽。
本实施方式中，多个所述第一微扰接地柱61呈矩阵排列且均位于多个所述第二金属化过孔22的范围内；多个所述第二微扰接地柱62呈矩阵排列且均位于多个所述第三金属化过孔23的范围内。其中，所述第一微扰接地柱61的直径等于所述第二微扰接地柱62的直径。
所述基材层(未标号)夹设于相邻两所述系统地层1之间。本实施方式中，所述基材层由LTCC材料制成。
请结合图6所示，S11为本发明毫米波LTCC滤波器的端口反射系数，S21为传输系数，本发明的毫米波LTCC滤波器其性能优，插损小于1dB(S21大于-1dB)，大部分带外抑制小于-30dB，符合5G毫米波通信系统射频前端的要求。
相较于现有技术，本发明的毫米波LTCC滤波器将各闭合谐振腔设计为外围相同尺寸，并在各闭合谐振腔体内设置金属化过孔，同时在所述第二闭合谐振腔设置多个所述第一微扰接地柱，在所述第三闭合谐振腔内设置多个所述第二微扰接地柱，从而使所述第二闭合谐振腔和所述第三闭合谐振腔的自谐振模式改变，进而实现带宽更大，损耗更小的目的。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种毫米波LTCC滤波器，其特征在于，该毫米波LTCC滤波器包括：
系统地层，所述系统地层包括由上向下依次间隔叠设的第一系统地层、第二系统地层、第三系统地层、第四系统地层和第五系统地层；相邻两层所述系统地层围成一个闭合谐振腔；五层所述系统地层由上向下依次围成外围尺寸相同且相互连通的第一闭合谐振腔、第二闭合谐振腔、第三闭合谐振腔以及第四闭合谐振腔；
金属化过孔，所述金属化过孔包括沿所述系统地层叠设方向分别贯穿所述第一闭合谐振腔的多个第一金属化过孔、贯穿所述第二闭合谐振腔的多个第二金属化过孔、贯穿所述第三闭合谐振腔的多个第三金属化过孔以及贯穿所述第四闭合谐振腔的多个第四金属化过孔；多个所述第一金属化过孔、多个所述第二金属化过孔、多个所述第三金属化过孔以及多个所述第四金属化过孔分别正对设置形成同心孔结构；所述第一金属化过孔的孔径、所述第二金属化过孔的孔径、所述第三金属化过孔的孔径以及所述第四金属化过孔的孔径均相同；所述第一金属化过孔与所述第一闭合谐振腔形成第一基片集成波导单元，所述第二金属化过孔与所述第一闭合谐振腔形成第二基片集成波导单元，所述第三金属化过孔与所述第三闭合谐振腔形成第三基片集成波导单元，所述第四金属化过孔与所述第四闭合谐振腔形成第四基片集成波导单元；
微扰接地柱，所述微扰接地柱包括沿所述系统地层叠设方向分别贯穿所述第二闭合谐振腔的多个第一微扰接地柱和贯穿所述第三闭合谐振腔的多个第二微扰接地柱；多个所述第一微扰接地柱分别与多个所述第二微扰接地柱正对设置，所述第一微扰接地柱与所述第二金属化过孔间隔设置，所述第二微扰接地柱与所述第三金属化过孔间隔设置；
第一探针，所述第一探针的一端插入至所述第一闭合谐振腔内系统地层；以及
第二探针，所述第二探针与所述第一探针呈对称设置，所述第二探针的一端插入至所述第四闭合谐振腔内。
2.根据权利要求1所述的毫米波LTCC滤波器，其特征在于，所述第一闭合谐振腔呈矩形结构，多个所述第一金属化过孔沿所述第一闭合谐振腔的周缘等间隔排布；所述第二闭合谐振腔呈矩形结构，多个所述第二金属化过孔沿所述第二闭合谐振腔的周缘等间隔排布；所述第三闭合谐振腔呈矩形结构，多个所述第三金属化过孔沿所述第三闭合谐振腔的周缘等间隔排布；所述第四闭合谐振腔呈矩形结构，多个所述第四金属化过孔沿所述第四闭合谐振腔的周缘等间隔排布。
3.根据权利要求2所述的毫米波LTCC滤波器，其特征在于，多个所述第一微扰接地柱呈矩阵排列且均位于多个所述第二金属化过孔围成的范围内；多个所述第二微扰接地柱呈矩阵排列且均位于多个所述第三金属化过孔的范围内；所述第一微扰接地柱的直径等于所述第二微扰接地柱的直径。
4.根据权利要求2所述的毫米波LTCC滤波器，其特征在于，所述第一探针由所述第一系统地层的几何中心插入至所述第一闭合谐振腔内；所述第二探针由所述第五系统地层的几何中心插入至所述第四闭合谐振腔内。
5.根据权利要求2所述的毫米波LTCC滤波器，其特征在于，相邻两个所述第一金属化过孔的孔心距小于2～2.5倍所述第一金属化过孔的孔径；相邻两个所述第二金属化过孔的孔心距小于2～2.5倍所述第二金属化过孔的孔径；相邻两个所述第三金属化过孔的孔心距小于2～2.5倍所述第三金属化过孔的孔径；相邻两个所述第四金属化过孔的孔心距小于2～2.5倍所述第四金属化过孔的孔径。
6.根据权利要求2所述的毫米波LTCC滤波器，其特征在于，所述第二系统地层的相对两端分别设有贯穿其上的呈对称设置的两个第二矩形通孔；所述第三系统地层的相对两端分别设有贯穿其上的呈对称设置的两个第三矩形通孔；所述第四系统地层与所述第二系统地层结构相同，其设有呈对称的两个第四矩形通孔；所述第一闭合谐振腔通过所述第二矩形通孔与所述第二闭合谐振腔连通，所述第二闭合谐振腔通过所述第三矩形通孔与所述第三闭合谐振腔连通，所述第三闭合谐振腔通过所述第四矩形通孔与所述第四闭合谐振腔连通。
7.根据权利要求6所述的毫米波LTCC滤波器，其特征在于，两个所述第二矩形通孔位于多个所述第二金属化过孔围成的区域范围内；两个所述第三矩形通孔位于多个所述第三金属化过孔围成的区域范围内，且所述第二矩形通孔与所述第三矩形通孔呈交错设置。
8.根据权利要求7所述的毫米波LTCC滤波器，其特征在于，两个所述第二矩形通孔分别位于所述第二系统地层的短轴相对两侧，两个所述第三矩形通孔分别位于所述第三系统地层的长轴相对两侧。
9.根据权利要求1所述的毫米波LTCC滤波器，其特征在于，所述毫米波LTCC滤波器还包括夹设于相邻两所述系统地层之间的基材层，所述基材层由LTCC材料制成。
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