CN110364791B - 一种基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其包括有LCP基材，所述LCP基材上设有第一微带线，所述第一微带线的一端形成有两个第一枝节，所述第一微带线的另一端形成有两个第二枝节，所述第一微带线的两端分别形成有第二微带线，所述第二微带线的端部形成有第三枝节和第三微带线，两个第三微带线的端部分别设有CPWG输入端口和CPWG输出端口。本发明通过枝节加载的方式来增加带宽，进而提高通带选择特性、保证宽带的强耦、降低耦合损耗，同时具备柔性、可弯折的特性，适合应用于小体积电子产品中。

Description

一种基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器

技术领域

本发明涉及带通滤波器，尤其涉及一种基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器。

背景技术

现有技术中，带通滤波器的研发是射频前端收发模块的设计基础，射频接收机用于从现实恶劣的环境中检测出所需要的微弱信号，由于干扰信号的功率可能远大于所需要的信号功率，这就要求接收机具备很好的选择性，而带通滤波器就担当了信道选择的角色。

目前，在体积很小的电子产品中，使用柔性电路连接不同电子单元或模块的制造技术已经具有很高的成熟度，柔性电子技术提供了印制板之间在弯曲状态下的可靠连接，对体积、厚度和重量要求苛刻的电子产品已经成为推动柔性电子技术发展的重要因素。由于柔性电子更容易与生物的皮肤、器官和组织的弯曲表面相匹配，因此在医疗、个人穿戴电子设备等领域有着广泛的应用。

近年来，国内外已有学者对柔性带通滤波器进行了研究。SeokS.等人于2013年用50μm的Per-MX3050基板研制了一款中心频率为60GHz的平行耦合线形式柔性带通滤波器，KaoH.L等人在2013年用100μm的LCP基板研制了中心频率为30GHz的发夹线型及中心频率为25GHz的交指耦合线型两款柔性带通滤波器；2015年，电子科技大学的兰宇等人研制了中心频率为9.5GHz的柔性带通滤波器，首次使用了50μm的LCP基板。其中，对于在单层LCP基板中设计带通滤波器存在一些棘手的问题，由于为了满足射频收发机前端接收模块的小型化，单层LCP基板作为带通滤波器的基板时，单层板的厚度仅有50μm，传统带通滤波器结构采用平行耦合线带通滤波器形式，但求解的第一阶奇模和偶模线阻抗的值相差较大，因此根据平行耦合线的奇偶模阻抗计算出的第一阶两条平行耦合线间距过小，无法达到加工要求。

另一种发夹线结构可看作是由平行耦合线结构的对称折叠形成，由于外观上形状像字母U，也常成做U型结构。在平行耦合线带通滤波器中，谐振器在一个方向依次摆开，造成带通滤波器在一个方向上占用很大空间，而采用发夹线结构在很大程度上减小体积，与交指带通滤波器无需接地连接，一定程度上减小了加工过程中引入的损耗。虽然发夹线结构相对于平行耦合线结构在尺寸上和损耗上有一定程度的改善，但在计算其前几阶奇偶模阻抗时，依然会发现其奇偶模阻抗差距较大，导致其线间间距过小，无法满足加工要求。上述各工艺要求无法满足，主要原因是LCP工艺采取印制板制作工艺，其中的最小线宽只能达到100μm，线间距150μm，通孔孔径200μm，盲埋孔孔径300μm，且加工精度也无法与溅射工艺或者光刻工艺相比拟。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种可通过枝节加载的方式来增加带宽，进而提高通带选择特性、保证宽带的强耦、降低耦合损耗，同时具备柔性、可弯折的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其包括有LCP基材，所述LCP基材上设有第一微带线，所述第一微带线的一端形成有两个第一枝节，所述第一微带线的另一端形成有两个第二枝节，所述第一微带线的两端分别形成有第二微带线，所述第二微带线的端部形成有第三枝节和第三微带线，两个第三微带线的端部分别设有CPWG输入端口和CPWG输出端口。

优选地，两个第一枝节分别向第一微带线的两侧延伸，且所述第一枝节垂直于第一微带线。

优选地，两个第二枝节分别向第一微带线的两侧延伸，且所述第二枝节垂直于第一微带线。

优选地，所述第一枝节和第二枝节的长度均为3.7mm，所述第一枝节和第二枝节的宽度均为0.345mm。

优选地，所述第一微带线的宽度为0.22mm。

优选地，所述第二微带线沿所述第一微带线的长度方向延伸。

优选地，所述第二微带线的长度为4.1mm，所述第二微带线的宽度为0.16mm。

优选地，所述第三枝节向所述第二微带线的一侧延伸，且所述第三枝节与所述第二微带线相垂直。

优选地，所述第三枝节的长度为3.533mm，所述第三枝节的宽度为0.125mm。

优选地，所述第三微带线沿第二微带线的长度方向延伸，且所述第三微带线的宽度为0.114mm。

本发明公开的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器中，两个第一枝节形成一对短枝节，两个第二枝节形成一对短枝节，再由第一微带线将这两对短枝节连接，第一微带线的两端分别设置第二微带线，两个第二微带线的端部均设置有第三枝节和第三微带线，使得带通滤波器整体上呈对称结构。本发明通过在单个开环谐振器的对称中心处加载开路枝节，即在半波长谐振器上加载各枝节，得到无耦合的双模或者多模特性，可实现带宽可控，同时加载枝节后可以引入一个可控的传输零点，当枝节的电长度为90°时，将产生传输零点，通过调节枝节的长度可实现传输零点位置的移动。相比现有技术而言，本发明通过枝节加载的方式来增加带宽，进而提高通带选择特性、保证宽带的强耦、降低耦合损耗，同时具备柔性、可弯折的特性，适合应用于小体积电子产品中。

附图说明

图1为本发明基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器结构示意图。

图2为本发明带通滤波器拓扑结构示意图。

图3为本发明带通滤波器的仿真测试曲线图。

图4为本发明带通滤波器弯折后的仿真测试曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，请参照图1，其包括有LCP基材1，所述LCP基材1上设有第一微带线2，所述第一微带线2的一端形成有两个第一枝节3，所述第一微带线2的另一端形成有两个第二枝节4，所述第一微带线2的两端分别形成有第二微带线5，所述第二微带线5的端部形成有第三枝节6和第三微带线7，两个第三微带线7的端部分别设有CPWG输入端口8和CPWG输出端口9。

上述结构的带通滤波器中，两个第一枝节3形成一对短枝节，两个第二枝节4形成一对短枝节，再由第一微带线2将这两对短枝节连接，第一微带线2的两端分别设置第二微带线5，两个第二微带线5的端部均设置有第三枝节6和第三微带线7，使得带通滤波器整体上呈对称结构。结合图1和图2所示，本发明通过在单个开环谐振器的对称中心处加载开路枝节，即在半波长谐振器上加载各枝节，得到无耦合的双模或者多模特性，可实现带宽可控，同时加载枝节后可以引入一个可控的传输零点，当枝节的电长度为90°时，将产生传输零点，通过调节枝节的长度可实现传输零点位置的移动。相比现有技术而言，本发明通过枝节加载的方式来增加带宽，进而提高通带选择特性、保证宽带的强耦、降低耦合损耗，同时具备柔性、可弯折的特性，适合应用于小体积电子产品中。

作为一种优选方式，两个第一枝节3分别向第一微带线2的两侧延伸，且所述第一枝节3垂直于第一微带线2。进一步地，两个第二枝节4分别向第一微带线2的两侧延伸，且所述第二枝节4垂直于第一微带线2。

本实施例中，所述第一枝节3和第二枝节4的长度均为3.7mm，所述第一枝节3和第二枝节4的宽度均为0.345mm。进一步地，所述第一微带线2的宽度为0.22mm。

关于微带线的延长部分，所述第二微带线5沿所述第一微带线2的长度方向延伸。进一步地，所述第二微带线5的长度为4.1mm，所述第二微带线5的宽度为0.16mm。

本实施例中，靠近端口两端由单节短路短截线构成，其中，所述第三枝节6向所述第二微带线5的一侧延伸，且所述第三枝节6与所述第二微带线5相垂直。进一步地，所述第三枝节6的长度为3.533mm，所述第三枝节6的宽度为0.125mm。所述第三微带线7沿第二微带线5的长度方向延伸，且所述第三微带线7的宽度为0.114mm。

本发明公开的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其采用了LCP工艺，LCP工艺对于形成复杂的多层结构来实现射频前端模块3D封装更有优势。LCP是一种由刚性分子链构成的、在一定物理条件下既有液体的流动性又有晶体的物理性能各向异性(此状态称为液晶态)的高分子物质。它被认为是继低温共烧陶瓷(LTCC)后的下一代微波毫米波的基板和微组材料，具有许多独特的优点，例如损耗小、成本低、使用频率范围大(DC，110GHz)、强度高、重量轻、耐热性和阻燃性强、线膨胀系数小、耐腐蚀性和耐辐射性能好、CP薄膜的成型温度低，具有可弯曲性和可折叠性的优良成型加工性能，可用于各种带弧形和弯曲等复杂形状的制品。目前使用的LTCC的成形温度是850℃左右，LCP的成形温度可以低到285℃，这样不仅无源器件，而且有源芯片都有可能一起封装，减小了安装位置和数量的限制，这将大大提高军用和民用电子系统的可靠性，降低成本，减小体积。同时LTCC横向尺寸一般不能大于5inch×5inch，而LCP的尺寸可以大得多。此外LCP没有LTCC烧结过程中产生的收缩，有助于提高加工精度和成品率。

本实施例中，一个枝节线对组成一个广义的并联“谐振器”，“谐振器”的电容和电感由短路枝节构成，而连接线则对应强耦合的宽带电磁耦合装置。通过调节各段线的长度(电长度)及宽度(阻抗)，就可以对带通滤波器的性能进行相应的调整。该带通滤波器的输入输出结构采用直接接触馈电机制，不仅可保证宽带的强耦，更能降低耦合损耗。现有MMR带通滤波器的一个缺点是尺寸相对较大，原因是谐振器属于半波长类型。对此，本实施例提供了更加紧凑的MMR结构，多个短截线加载应运而生，原始的MMR结构被替换成四分之一波长线，总长度缩减一半，且实现多模和多频带通滤波器。双枝节加载的方式形成了三模带通滤波器，增加了带宽，提高了通带选择特性。把两个短截线中心对称加载在半波长谐振器上，达到相同的三模特性的同时实现了小型化，进而为了改善通带选择特性。

本实施例优选采用了揉性可弯折的LCP基板，原本平面结构的滤波器也变的可弯折，从而形成立体结构，而S参数基本没有变化，这在极端条件下有着显著的优势。

本发明带通滤波器经过实际测试有如下结果：平面仿真和测试结果能够参照图3，在实际测试中，由S₂₁参数可以看出，中心频率附近插入损耗大约比仿真值恶化了约0.2dB，靠近两端阻带附近时恶化比较严重，但插入损耗也都小于-3dB，由S₁₁参数可以看出，实际测试中回波损耗小于-17.5dB，相对于仿真结果恶化了约6dB。在7.5GHz处和19GHz处衰减小于-20dB。在二倍中心频26GHz附近出现寄生通带，衰减小于-10dB。总体来说，仿真与实际测试的S参数曲线吻合度很高。弯折后的仿真结果请参照图4，可以看出，S₁₁参数略微变差，但基本特性与平面时无太大差别。

本发明公开的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，由末端短路的枝节线组成，在每一对短路枝节线间，利用一段传输线实现电磁耦功能。通过合理选取各元件的长度和宽度，实现了带宽在50％左右的超宽带带通滤波器。该带通滤波器的电尺寸小且具有较宽的阻带。设计过程中，根据全波电磁仿真软件HFSS的结果设计加工了一个采用微带线结构的带通滤波器样品，样品测试结果与仿真结果基本一致。实验表明，本发明是一种电尺寸较小且具有宽阻带抑制效果的超宽带带通滤波器，适合在带通滤波器技术领域推广应用，并具有较好的应用前景。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其特征在于，包括有LCP基材(1)，所述LCP基材(1)上设有第一微带线(2)，所述第一微带线(2)的一端形成有两个第一枝节(3)，所述第一微带线(2)的另一端形成有两个第二枝节(4)，所述第一微带线(2)的两端分别形成有第二微带线(5)，所述第二微带线(5)的端部形成有第三枝节(6)和第三微带线(7)，两个第三微带线(7)的端部分别设有CPWG输入端口(8)和CPWG输出端口(9)；

两个第一枝节(3)分别向第一微带线(2)的两侧延伸，且所述第一枝节(3)垂直于第一微带线(2)；

两个第二枝节(4)分别向第一微带线(2)的两侧延伸，且所述第二枝节(4)垂直于第一微带线(2)；

所述第一枝节(3)和第二枝节(4)的长度均为3.7mm，所述第一枝节(3)和第二枝节(4)的宽度均为0.345mm。

2.如权利要求1所述的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其特征在于，所述第一微带线(2)的宽度为0.22mm。

3.如权利要求1所述的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其特征在于，所述第二微带线(5)沿所述第一微带线(2)的长度方向延伸。

4.如权利要求1所述的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其特征在于，所述第二微带线(5)的长度为4.1mm，所述第二微带线(5)的宽度为0.16mm。

5.如权利要求1所述的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其特征在于，所述第三枝节(6)向所述第二微带线(5)的一侧延伸，且所述第三枝节(6)与所述第二微带线(5)相垂直。

6.如权利要求1所述的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其特征在于，所述第三枝节(6)的长度为3.533mm，所述第三枝节(6)的宽度为0.125mm。

7.如权利要求1所述的基于LCP的Ku波段紧凑型带通滤波器，其特征在于，所述第三微带线(7)沿第二微带线(5)的长度方向延伸，且所述第三微带线(7)的宽度为0.114mm。

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