CN110380166A

CN110380166A - 基于ltcc技术的交指加载电容型一分三滤波功分器

Info

Publication number: CN110380166A
Application number: CN201910333966.XA
Authority: CN
Inventors: 赵子豪; 杨冕; 方洁; 常钰敏; 戴永胜
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2019-10-25

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，由交指加载电容型带通滤波器和T型结一分三功分器组成。其中交指加载电容型带通滤波器为分布式结构，具有体积小，设计简单的优点；T型结一分三功分器包括三个表面贴装50欧姆阻抗的输出端口，内部由集总参数元件连接而成。滤波功分器通过HFSS三维立体集成，运用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现，大大减小了器件的体积。本发明能使输入信号在特定频率段功率三等分到三个输出端口，具有插损小、隔离度高、输出端口之间相位差小、体积小、重量轻、可靠性高、电性能好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点。

Description

基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体地说，是一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器。

背景技术

功率分配器是一种多端口微波器件，它是将一路微波信号分配成等分或者不等分的多路微波信号，如果将其反转使用，则是将几路信号合成一路信号的功率合成器。如今，功率分配器在无线通行设备、雷达设备、遥控遥感设备、微波测量设备中得到十分广泛的应用。功率分配器的技术指标主要有：工作频率、工作频段内插入损耗、工作频段内回波损耗、输出端相位差、输出端隔离度等，另外，功分器的温度稳定性、体积、重量等，也是衡量其性能的重要参考内容。

近年来，移动通信、卫星通信及国防电子系统的微型化发展迅速，高性能、低成本和小型化已经成为目前微波技术领域的发展方向之一，微波器件的性能、尺寸、可靠性和成本均需要得到进一步提升。低温共烧陶瓷（LTCC）是近年发展起来的整合组件技术，已经成为无源集成的主流技术，成为无源元件领域的发展方向。其采用多层陶瓷技术，能够将无源元件内置于介质基板内部，同时也可以将有源元件贴装于基板表面制成无源/有源集成的功能模块。利用LTCC制备片式无源集成器件和模块有许多优点，陶瓷材料具有优良的高频高品质特性，使用电导率高的金属材料作为导体，有利于系统的品质因子，也可适应大电流及耐高温的要求，其可将无源组件埋入多层电路基板，有利于提高系统组装密度，易于实现多层布线与封装一体化结构，可提高可靠性、耐高温、高湿等恶劣环境，采用非连续式的生产工艺，便于基板烧成前对每一层布线和互联通孔进行质量检测，降低成本。由于LTCC技术具有三维立体集成优势，在微波频段被广泛用来制造各种微波无源元件，实现无源元件的高度集成。

为了适应小型化及多信道通信系统的需要，同时也为了满足更多样的电路设计布局，设计一种多边形旋转对称结构的多路功分器意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，阻抗为50欧姆的输入端口与输入连接线左端相连，输入连接线右端与谐振线一开路端相连，谐振线一开路端与连接柱一上端相连，谐振线一短路端与接地端口一相连，连接柱一下端与加载电容一相连，谐振线二开路端与连接柱二下端相连，谐振线二短路端与接地端口一相连，连接柱二上端与加载电容二相连，谐振线三开路端与连接柱三上端相连，谐振线三短路端与接地端口一相连，连接柱三下端与加载电容三相连，谐振线四开路端与连接柱四下端相连，谐振线四短路端与接地端口一相连，连接柱四上端与加载电容相连，谐振线四开路端与连接线一左端相连，连接线一右端与连接柱五上端相连，连接柱五下端与T型结输入线一线输入端相连，T型结输入线中心与连接柱六上端相连，连接柱六下端与接地电容五相连，T型结输入线另三个端口分别与螺旋电感一，螺旋电感二，螺旋电感三相连。螺旋电感一有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感二有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感三有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感一第四层，螺旋电感二第四层，螺旋电感三第四层分别与连接柱七，连接柱八，连接柱九上端相连；螺旋电感一第四层，螺旋电感二第四层，螺旋电感三第四层分别与输出连接线一，输出连接线二，输出连接线三相连；连接柱七上端与接地电容六相连，连接柱八上端与接地电容七相连，连接柱上端与接地电容八相连，阻抗为50欧姆的输出端口一与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口一之间贴隔离电阻一，阻抗为50欧姆的输出端口二与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口二之间贴隔离电阻一，阻抗为50欧姆的输出端口三与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口三之间贴隔离电阻一，输出连接线一与阻抗为50欧姆的输出端口一相连，输出连接线二与阻抗为50欧姆的输出端口二相连，输出连接线三与阻抗为50欧姆的输出端口三相连。接地电容五，接地电容六，接地电容七与隔离电容耦合，隔离板一，隔离板二，隔离板三，隔离板四与接地端口一和接地端口二相连。

阻抗为50欧姆的输入端口、输入连接线、谐振线一、谐振线二、谐振线三、谐振线四、谐振级间电容一、谐振级间电容二、加载电容一、加载电容二、加载电容三、加载电容四、连接柱一、连接柱二、连接柱三、连接柱四、连接柱五、连接线一、接地端口一、接地端口二、隔离板一、隔离板二、阻抗为50欧姆的输出端口一、阻抗为50欧姆的输出端口二、阻抗为50欧姆的输出端口三、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口一、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口二、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口三、螺旋电感一、螺旋电感二、螺旋电感三、连接柱五、连接柱六、连接柱七、连接柱八、连接柱九、T型结输入线、接地电容五、接地电容六、接地电容七、接地电容八、隔离电容、隔离电阻一、隔离电阻二、隔离电阻三、输出连接线一、输出连接线二、输出连接线三、接地端口一、接地端口二、隔离板三、隔离板四均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。所有电感均采用矩形立体多层螺旋式结构，电容均采用金属-介质-金属形式的结构，隔离电阻均采用SMT贴片电阻表贴于一分三功分器封装上表面。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：LTCC是本发明所采用的加工工艺，它所具备的一致性好、精度高、体积小、成本低、可靠性高、温度稳定性好、电性能高等优点是其他加工工艺所不具备的。本发明使用了五边形旋转对称结构，有效工作带宽显著提高，信号区间的驻波性能显著提升，使用外接电阻提升元件的性能，方便调控。

附图说明

图1是本发明一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器的内部结构示意图。

图2（a）是本发明一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器的滤波器部分示意图。图2（b）是本发明一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器的功分器部分示意图。

图3是本发明一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器输出端口插入损耗和输入反射损耗曲线图。

图4是本发明一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器输出端口相位曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

结合图1、图2（a）、图2（b），一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，阻抗为50欧姆的输入端口P1与输入连接线Lin左端相连，输入连接线Lin右端与谐振线一CL1开路端相连，谐振线一CL1开路端与连接柱一H1上端相连，谐振线一CL1短路端与接地端口一Gnd1相连，连接柱一H1下端与加载电容一C1相连，谐振线二CL2开路端与连接柱二H2下端相连，谐振线二CL2短路端与接地端口一Gnd1相连，连接柱二H2上端与加载电容二C2相连，谐振线三CL3开路端与连接柱三H3上端相连，谐振线三CL3短路端与接地端口一Gnd1相连，连接柱三H3下端与加载电容三C3相连，谐振线四CL4开路端与连接柱四H4下端相连，谐振线四CL4短路端与接地端口一Gnd1相连，连接柱四H4上端与加载电容C4相连，谐振线四CL4开路端与连接线一L1左端相连，连接线一L1右端与连接柱五H5上端相连，连接柱五H5下端与T型结输入线DT一线输入端相连，T型结输入线DT中心与连接柱六H6上端相连，连接柱六H6下端与接地电容五C5相连，T型结输入线DT另三个端口分别与螺旋电感一DL1，螺旋电感二DL2，螺旋电感三DL3相连。螺旋电感一L1有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感二L2有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感三L3有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感一L1第四层，螺旋电感二L2第四层，螺旋电感三L3第四层分别与连接柱七H7，连接柱八H8，连接柱九H9上端相连；螺旋电感一L1第四层，螺旋电感二L2第四层，螺旋电感三L3第四层分别与输出连接线一Lout1，输出连接线二Lout2，输出连接线三Lout3相连；连接柱七H7上端与接地电容六C6相连，连接柱八H8上端与接地电容七C7相连，连接柱H9上端与接地电容八C8相连，阻抗为50欧姆的输出端口一P2与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口一P5之间贴隔离电阻一R1，阻抗为50欧姆的输出端口二P3与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口二P6之间贴隔离电阻一R2，阻抗为50欧姆的输出端口三P4与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口三P7之间贴隔离电阻一R3，输出连接线一Lout1与阻抗为50欧姆的输出端口一P2相连，输出连接线二Lout2与阻抗为50欧姆的输出端口二P3相连，输出连接线三Lout3与阻抗为50欧姆的输出端口三P4相连。接地电容五C5，接地电容六C6，接地电容七C7与隔离电容Cs耦合，隔离板一sd1，隔离板二sd2，隔离板三sd3，隔离板四sd4与接地端口一Gnd1和接地端口二Gnd2相连。

结合图1、图2（a）、图2（b），阻抗为50欧姆的输入端口P1、输入连接线Lin、谐振线一CL1、谐振线二CL2、谐振线三CL3、谐振线四CL4、谐振级间电容一Z1、谐振级间电容二Z2、加载电容一C1、加载电容二C2、加载电容三C3、加载电容四C4、连接柱一H1、连接柱二H2、连接柱三H3、连接柱四H4、连接柱五H5、连接线一L1、接地端口一Gnd1、接地端口二Gnd2、隔离板一sd1、隔离板二sd2、阻抗为50欧姆的输出端口一P2、阻抗为50欧姆的输出端口二P3、阻抗为50欧姆的输出端口三P4、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口一P5、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口二P6、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口三P7、螺旋电感一DL1、螺旋电感二DL2、螺旋电感三DL3、连接柱五H5、连接柱六H6、连接柱七H7、连接柱八H8、连接柱九H9、T型结输入线DT、接地电容五C5、接地电容六C6、接地电容七C7、接地电容八C8、隔离电容Cs、隔离电阻一R1、隔离电阻二R2、隔离电阻三R3、输出连接线一Lout1、输出连接线二Lout2、输出连接线三Lout3、接地端口一Gnd1、接地端口二Gnd2、隔离板三sd3、隔离板四sd4均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。所有电感均采用矩形立体多层螺旋式结构，电容均采用金属-介质-金属形式的结构，隔离电阻均采用0402封装尺寸的SMT贴片电阻表贴于一分三功分器封装上表面。

一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，所使用的金属图形和低温共烧陶瓷材料的烧结温度大约为900℃，具有较高的温度稳定性和可靠性。由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，使得产品体积达到最小，成本降到最低。

本发明一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，其体积为3.2mm*4.6mm*0.89mm，性能可从图3、图4看出，带宽0.9GHz~1.2GHz，输入端口及各输出端口回波损耗基本优于20dB，各输出端口之间的幅度差小于0.8dB, 相位差小于6度。

Claims

1.一种基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，其特征在于：由交指加载电容型带通滤波器和T型结一分三功分器组成，交指加载电容型带通滤波器和T型结一分三功分器的端口连接处的输入和输出阻抗匹配，交指加载电容型带通滤波器和T型结一分三功分器均呈对称结构。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，其特征在于：滤波功分器一侧为四阶交指带通滤波器，另一侧为侧面贴片电阻式滤波器；阻抗为50欧姆的输入端口（P1）与输入连接线（Lin）一端相连，输入连接线（Lin）另一端与谐振线一（CL1）开路端相连，谐振线一（CL1）开路端与连接柱一（H1）上端相连，谐振线一（CL1）短路端与接地端口一（Gnd1）相连，连接柱一（H1）下端与加载电容一（C1）相连，谐振线二（CL2）开路端与连接柱二（H2）下端相连，谐振线二（CL2）短路端与接地端口一（Gnd1）相连，连接柱二（H2）上端与加载电容二（C2）相连，谐振线三（CL3）开路端与连接柱三（H3）上端相连，谐振线三（CL3）短路端与接地端口一（Gnd1）相连，连接柱三（H3）下端与加载电容三（C3）相连，谐振线四（CL4）开路端与连接柱四（H4）下端相连，谐振线四（CL4）短路端与接地端口一（Gnd1）相连，连接柱四（H4）上端与加载电容（C4）相连，谐振线四（CL4）开路端与连接线一（L1）一端相连，连接线一（L1）另一端与连接柱五（H5）上端相连，连接柱五（H5）下端与T型结输入线（DT）一线输入端相连，T型结输入线（DT）中心与连接柱六（H6）上端相连，连接柱六（H6）下端与接地电容五（C5）相连，T型结输入线（DT）另三个端口分别与螺旋电感一（DL1），螺旋电感二（DL2），螺旋电感三（DL3）相连。

3.螺旋电感一（L1）有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感二（L2）有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感三（L3）有四层，从上向下依次为第一，二，三，四层，螺旋电感一（L1）第四层，螺旋电感二（L2）第四层，螺旋电感三（L3）第四层分别与连接柱七（H7），连接柱八（H8），连接柱九（H9）上端相连；螺旋电感一（L1）第四层，螺旋电感二（L2）第四层，螺旋电感三（L3）第四层分别与输出连接线一（Lout1），输出连接线二（Lout2），输出连接线三（Lout3）相连；连接柱七（H7）上端与接地电容六（C6）相连，连接柱八（H8）上端与接地电容七（C7）相连，连接柱（H9）上端与接地电容八（C8）相连，阻抗为50欧姆的输出端口一（P2）与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口一（P5）之间贴隔离电阻一（R1），阻抗为50欧姆的输出端口二（P3）与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口二（P6）之间贴隔离电阻一（R2），阻抗为50欧姆的输出端口三（P4）与阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口三（P7）之间贴隔离电阻一（R3），输出连接线一（Lout1）与阻抗为50欧姆的输出端口一（P2）相连，输出连接线二（Lout2）与阻抗为50欧姆的输出端口二（P3）相连，输出连接线三（Lout3）与阻抗为50欧姆的输出端口三（P4）相连；

接地电容五（C5），接地电容六（C6），接地电容七（C7）与隔离电容（Cs）耦合，隔离板一（sd1），隔离板二（sd2），隔离板三（sd3），隔离板四（sd4）与接地端口一（Gnd1）和接地端口二（Gnd2）相连。

4.根据权利要求1或2所述的基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，其特征在于：所述的电感均采用方形三维多层螺旋式结构，电容均采用金属-介质-金属形式的结构。

5.根据权利要求1或2所述的LTCC侧面贴装的五边形旋转对称结构一分四功分器，其特征在于：所述的隔离电阻一（R1）、隔离电阻二（R2）、隔离电阻三（R3）均采用SMT贴片电阻，均装贴于一分三功分器封装侧表面

据权利要求1或2所述的基于LTCC技术的交指加载电容型一分三滤波功分器，其特征在于：阻抗为50欧姆的输入端口（P1）、输入连接线（Lin）、谐振线一（CL1）、谐振线二（CL2）、谐振线三（CL3）、谐振线四（CL4）、谐振级间电容一（Z1）、谐振级间电容二（Z2）、加载电容一（C1）、加载电容二（C2）、加载电容三（C3）、加载电容四（C4）、连接柱一（H1）、连接柱二（H2）、连接柱三（H3）、连接柱四（H4）、连接柱五（H5）、连接线一（L1）、接地端口一（Gnd1）、接地端口二（Gnd2）、隔离板一（sd1）、隔离板二（sd2）、阻抗为50欧姆的输出端口一（P2）、阻抗为50欧姆的输出端口二（P3）、阻抗为50欧姆的输出端口三（P4）、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口一（P5）、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口二（P6）、阻抗为50欧姆的表面可贴砖输出端口三（P7）、螺旋电感一（DL1）、螺旋电感二（DL2）、螺旋电感三（DL3）、连接柱五（H5）、连接柱六（H6）、连接柱七（H7）、连接柱八（H8）、连接柱九（H9）、T型结输入线（DT）、接地电容五（C5）、接地电容六（C6）、接地电容七（C7）、接地电容八（C8）、隔离电容（Cs）、隔离电阻一（R1）、隔离电阻二（R2）、隔离电阻三（R3）、输出连接线一（Lout1）、输出连接线二（Lout2）、输出连接线三（Lout3）、接地端口一（Gnd1）、接地端口二（Gnd2）、隔离板三（sd3）、隔离板四（sd4）均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。