CN110492209B - 一种基于多层lcp电路技术的自封装超宽带平衡滤波器 - Google Patents
一种基于多层lcp电路技术的自封装超宽带平衡滤波器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于多层LCP电路技术的自封装超宽带平衡滤波器，包括从上至下依次设置的顶层金属接地板、中上层宽边耦合线、中下层宽边耦合线和底层金属接地板，顶层金属接地板和中上层宽边耦合线之间通过第一金属柱和第二金属柱连接，顶层金属接地板和中下层宽边耦合线之间通过第三金属柱和第四金属柱连接，中下层宽边耦合线和底层金属接地板之间通过第五金属柱和第六金属柱连接。
Description
技术领域
本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种基于多层LCP电路技术的自封装超宽带平衡滤波器。
背景技术
近年来，由于平衡类电路能够适应噪声和电磁干扰（Electromagneticinterference）环境，被广泛地应用于现代通信系统中。特别地，平衡带通滤波器(Balancebandpass filter)有着良好的差模信号响应，同时能够抑制共模信号，受到了国内外越来越多学者的研究。
文献1[J. Shi and Q. Xue, “Balanced bandpass filters using center-loaded half-wavelength resonators,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol.58, no. 4, pp. 970-977, Apr. 2010]通过利用统一阻抗和阶梯阻抗谐振器，平衡电路有着良好得共模抑制功能，然而这种滤波器却有着较高的导体损耗，只适用于窄带电路设计中，并不能应用于宽带电路中。
文献2[T. B. Lim and L. Zhu, “Differential-mode ultra-widebandbandpass filter on micostrip line,” Electron. Lett., vol. 45, no. 22, pp.1124-1125, Oct. 2009.]基于支线结构提出了一种超宽带平衡滤波器，然而该电路的体积大，共模抑制效果不理想，并且带宽抑制受限制。
文献3[Y. –J. Lu, S. –Y. Chen, and P. Hsu, “A differential-modewideband bandpass filter with enhanced common-mode suppression using slotlineresonator,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 22, no. 10, pp. 503-505, Oct. 2012.]基于槽线结构，设计了一种具有固有共模抑制功能的超宽带平衡滤波器，虽然其具有良好的共模抑制效果，但是有关的平衡滤波器结构需要蚀刻在接地板上，大大限制了在多层结构上的应用。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于多层LCP电路技术的自封装超宽带平衡滤波器。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于多层LCP电路技术的自封装超宽带平衡滤波器，包括从上至下依次设置的顶层金属接地板、中上层宽边耦合线、中下层宽边耦合线和底层金属接地板，顶层金属接地板和中上层宽边耦合线之间通过第一金属柱和第二金属柱连接，顶层金属接地板和中下层宽边耦合线之间通过第三金属柱和第四金属柱连接，中下层宽边耦合线和底层金属接地板之间通过第五金属柱和第六金属柱连接。
本发明中，中上层宽边耦合线包括依次连接的第一边、与第一边垂直的第二边、与第二边垂直的第三边、与第三边垂直的第四边、与第四边垂直的第五边、与第五边垂直的第六边、与第六边垂直的第七边、与第七边垂直的第八边、与第八边垂直的第九边，其中第一边、第二边、第三边、第四边与第六边、第七边、第八边、第九边分别对称设置在第五边的中心垂直线两侧；
本发明中，中下层宽边耦合线包括相互对称设置的第一中下层宽边耦合线和第二中下层宽边耦合线。
本发明中，所述第一中下层宽边耦合线包括依次连接的第二十一边、与第二十一边垂直的第十边、与第十边垂直的第十一边、与第十一边垂直的第十二边、与第十二边垂直的第十三边、与第十三边垂直的第十四边；
第二中下层宽边耦合线包括依次连接的第十五边、与第十五边垂直的第十六边、与第十六边垂直的第十七边、与第十七边垂直的第十八边、与第十八边垂直的第十九边，与第十九边垂直的第二十边。
本发明中，顶层金属接地板上分别设有第一输入端口馈线和第二输入端口馈线，第一金属柱顶端连接第一输入端口馈线，底部连接第一边；第二金属柱顶端连接第二输入端口馈线，底部连接第九边。
本发明中，顶层金属接地板上方分别设有第一输出端口馈线和第二输出端口馈线，第三金属柱顶部连接第一输出端口馈线，底部连接第十四边；第四金属柱顶部连接第二输出端口馈线，底部连接第二十边。
本发明中，所述第五金属柱顶部连接第二十一边，底部连接底层金属接地板；第六金属柱顶部连接第十五边。
本发明中，所述第一金属柱、第二金属柱、第三金属柱、第四金属柱、第五金属柱、第六金属柱均为金属铜柱。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明一种基于多层LCP电路技术的自封装超宽带平衡滤波器的立体结构示意图。
图2是实施例1的顶层结构尺寸示意图。
图3是实施例1的中上层结构尺寸示意图。
图4是实施例1的中下层结构尺寸示意图。
图5是实施例1的底层结构尺寸示意图。
图6是实施例1的电路结构分层示意图。
图7是实施例1差模和共模响应的S参数仿真测试图。
图8是电路原理图。
图中，顶层金属接地板1，底层金属接地板2，中上层宽边耦合线3，第一中下层宽边耦合线4，第二中下层宽边耦合线5，第一输入端口馈线6，第二输入端口馈线7，第一输出端口馈线8，第二输出端口馈线9，第一金属铜柱31，第二金属铜柱41，第三金属铜柱51。
具体实施方式
实施例1：
如图1，本实施例提供了一种基于多层LCP电路技术的自封装超宽带平衡滤波器，包括顶层金属接地板1，底层金属接地板2，中上层宽边耦合线3，中下层宽边耦合线包括第一中下层宽边耦合线4和第二中下层宽边耦合线5。
顶层金属接地板1和中上层宽边耦合线3之间通过第一金属柱31和第二金属柱32连接，顶层金属接地板1和中下层宽边耦合线之间通过第三金属柱41和第四金属柱51连接，中下层宽边耦合线和底层金属接地板2之间通过第五金属柱42和第六金属柱52连接。
中上层宽边耦合线3包括依次连接的第一边3a、与第一边垂直的第二边3b、与第二边垂直的第三边3c、与第三边垂直的第四边3d、与第四边垂直的第五边3e、与第五边垂直的第六边3f、与第六边垂直的第七边3g、与第七边垂直的第八边3h、与第八边垂直的第九边3i，其中第一边、第二边、第三边、第四边与第六边、第七边、第八边、第九边分别对称设置在第五边的中心垂直线两侧；
中下层宽边耦合线包括相互对称设置的第一中下层宽边耦合线4和第二中下层宽边耦合线5。
第一中下层宽边耦合线4包括依次连接的第二十一边4a、与第二十一边垂直的第十边4b、与第十边垂直的第十一边4c、与第十一边垂直的第十二边4d、与第十二边垂直的第十三边4e、与第十三边垂直的第十四边4f；
第二中下层宽边耦合线5包括依次连接的第十五边5a、与第十五边垂直的第十六边5b、与第十六边垂直的第十七边5c、与第十七边垂直的第十八边5d、与第十八边垂直的第十九边5e，与第十九边垂直的第二十边5f。
顶层金属接地板1上分别设有第一输入端口馈线6和第二输入端口馈线7，第一金属柱31顶端连接第一输入端口馈线6，底部连接第一边；第二金属柱32顶端连接第二输入端口馈线7，底部连接第九边。
顶层金属接地板1上方分别设有第一输出端口馈线8和第二输出端口馈线9，第三金属柱41顶部连接第一输出端口馈线8，底部连接第十四边4f；第四金属柱51顶部连接第二输出端口馈线9，底部连接第二十边5f。
第五金属柱42顶部连接第二十一边4a，底部连接底层金属接地板2；第六金属柱52顶部连接第十五边5a。
第一金属柱、第二金属柱、第三金属柱、第四金属柱、第五金属柱、第六金属柱均为金属铜柱。
顶层金属接地板1包括第一输入端口馈线6、第二输入端口馈线7、第一输出端口馈线8和第二输出端口馈线9，中上层宽边耦合线3电路结构类似开口“凸”形，其结构关于中上层宽边中线自对称，顶层金属接地板1和中上层宽边耦合线3之间设有两个第一金属铜柱31，第一金属铜柱31一端垂直连接于中上层宽边耦合线3的两侧终端，另一端分别与顶层金属接地板1上的第一输入端口馈线6和第二输入端口馈线7垂直连接。第一中下层宽边耦合线4和第二中下层宽边耦合线5，电路结构类似“几”形，第一中下层宽边耦合线4和第二中下层宽边耦合线5关于中下层宽边中线相互对称，第一中下层宽边耦合线4和第二中下层宽边耦合线5与顶层金属接地板1和底层金属接地板2之间分别设有两个第二金属铜柱41，第二金属铜柱41分别垂直连接于第一中下层宽边耦合线4和第二中下层宽边耦合线5的一侧终端，另一端分别与顶层金属接地板1上的第一输出端口馈线6和第二输出端口馈线7垂直连接，第二金属铜柱41分别垂直连接于第一中下层宽边耦合线4和第二中下层宽边耦合线5的另一侧终端，另一端与底层金属接地板2垂直连接。
本实施例中，顶层金属接地板1和底层金属接地板2起到电磁屏蔽的作用，进而实现滤波功能，封闭在顶层金属接地板1和底层金属接地板2内的中间两层用于实现宽边耦合线结构，凭借LCP优良的电磁性能，通过宽边耦合线，实现超宽带性能，在差模信号激励时，实现了具有四个传输零点的超宽带切比雪夫等效波纹响应，利用全阻耦合线实现通带内共模抑制，此外，在顶层金属接地板1上设有第一输出端口馈线6共面波导传输线、第二输出端口馈线7共面波导传输线、第一输出端口馈线8共面波导传输线和第二输出端口馈线89共面波导传输线，整个封装的多层平衡滤波器使用LCP材料实现，LCP是一种尺寸稳定性高、抗辐射、耐微波的材料，在非常宽的频率内LCP基板将保持稳定的介电常数和极低的损耗，以LCP作为基本材料设计出的电路结构与传统材料相比质量更轻、性能更优、成本更低、极大提高系统集成度、实现器件的小型化。
本实施例在制造上通过以LCP作为电路基板材料，通过LCP工艺设计多层电路，从而形成所需的多层电路结构，可在多LCP板上实现，便于加工集成，生产成本低。在差模信号激励时，实现了具有四个传输零点的超宽带切比雪夫等效波纹响应，并利用全阻耦合线，实现通带内共模抑制，本实施例的平衡滤波器选择性高、超宽带、体积小、电路结构简单，适用于现代无线通信系统。
下面结合实施例对本实施例作进一步详细描述。
顶层结构尺寸如图2所示，中上层结构尺寸如图3所示，中下层结构尺寸如图4所示，底层结构尺寸如图5所示，差模和共模响应的S参数仿真测试结果如图6所示。所采用的LCP核心薄膜C和粘合薄膜B材料的相对介电常数均为3.0，损耗角正切为0.0025。
结合图2-图5，平衡滤波器的各尺寸参数如下：W 1 =1.4 mm，W 2 =0.4mm，W 3=0.8 mm，W 4=0.5mm，W 5=0.8mm，L 1=23.4mm，L 2=9.7mm，L 3=8.7mm，L 4=4mm，L 5 =8.9mm，L 6 =20mm，L 7=15mm，L 8=2.8mm，L 9=3.3m。多层平衡滤波器对应的导波长尺寸为0.27λ g ×0.4λ g，其中λ g 为通带中心频率对应的导波波长。
本实施例平衡滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13.0中建模仿真的。图6是本实例中功分滤波器的S参数仿真图，从图6中可以看出，该平衡滤波器在差模激励下的通带中心频率为2 GHz，3dB相对带宽为151%，通带内有四个传输零点，回波损耗低于13.8 dB，最小插入损耗为0.8 dB，对共模信号的抑制程度大于20dB。
本实施例的结构简单，可利用LCP技术实现多层电路封装，便于加工集成，生产成本低。
本实施例电路利用宽边耦合线结构，在差模激励下，实现带有四个传输零点的切比雪夫等效波纹超宽带响应，具有高选择性和超宽带特性。并利用全阻耦合线实现在差模超宽带区域内对共模信号的高抑制。在差模信号下，差模工作频率为2.0GHz,差模响应通带内回波损耗优于13.8dB,纹波相对带宽为115%，3dB相对带宽为151%，差模通带内有4个传输极点，0.7-3.1GHz内的插入损耗小于0.8dB。在共模信号下，在共模带同区域内，共模抑制程度高于20dB。
本发明的平衡滤波器利用全阻耦合线技术，能够良好地实现对通带内共模信号的抑制作用，适用于现代无线通信系统。中上层宽边耦合线3以及中下层宽边耦合线上下耦合，支持宽带设计，同时减小尺寸和面积。
如图8为电路原理示意图，端口1对应图1中第一输入端口6，端口2对应图1中第二输入端口7，端口3对应图1中第一输出端口8，端口4对应图1中第二输出端口9。两个传输线Z1对应图3中第一边3a、第二边3b、第三边3c和第七边3g、第八边3h、第九边3i。两个传输线Z1’对应图4中第十一边4c、第十二边4d、第十三边4e、第十四边4f和第十七边5c、第十八边5d、第十九边5e、第二十边5f。层间耦合线Zc对应图3中第四边3d、第五边3e、第六边3f和图4中第二十一边4a、第十边4b、第十五边5a、第十六边5b。
本发明提供了一种基于多层LCP电路技术的自封装超宽带平衡滤波器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种基于多层LCP电路技术的自封装超宽带平衡滤波器，其特征在于，包括从上至下依次设置的顶层金属接地板（1）、中上层宽边耦合线（3）、中下层宽边耦合线和底层金属接地板（2），顶层金属接地板（1）和中上层宽边耦合线（3）之间通过第一金属柱（31）和第二金属柱（32）连接，顶层金属接地板（1）和中下层宽边耦合线之间通过第三金属柱（41）和第四金属柱（51）连接，中下层宽边耦合线和底层金属接地板（2）之间通过第五金属柱（42）和第六金属柱（52）连接；
中上层宽边耦合线（3）包括依次连接的第一边（3a）、与第一边垂直的第二边（3b）、与第二边垂直的第三边（3c）、与第三边垂直的第四边（3d）、与第四边垂直的第五边（3e）、与第五边垂直的第六边（3f）、与第六边垂直的第七边（3g）、与第七边垂直的第八边（3h）、与第八边垂直的第九边（3i），其中第一边、第二边、第三边、第四边与第六边、第七边、第八边、第九边分别对称设置在第五边的中心垂直线两侧；
中下层宽边耦合线包括相互对称设置的第一中下层宽边耦合线（4）和第二中下层宽边耦合线（5）；
所述第一中下层宽边耦合线（4）包括依次连接的第二十一边（4a）、与第二十一边垂直的第十边（4b）、与第十边垂直的第十一边（4c）、与第十一边垂直的第十二边（4d）、与第十二边垂直的第十三边（4e）、与第十三边垂直的第十四边（4f）；
第二中下层宽边耦合线（5）包括依次连接的第十五边（5a）、与第十五边垂直的第十六边（5b）、与第十六边垂直的第十七边（5c）、与第十七边垂直的第十八边（5d）、与第十八边垂直的第十九边（5e），与第十九边垂直的第二十边（5f）；
顶层金属接地板（1）上分别设有第一输入端口馈线（6）和第二输入端口馈线（7），第一金属柱（31）顶端连接第一输入端口馈线（6），底部连接第一边（3a）；第二金属柱（32）顶端连接第二输入端口馈线（7），底部连接第九边（3i）。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，顶层金属接地板（1）上方分别设有第一输出端口馈线（8）和第二输出端口馈线（9），第三金属柱（41）顶部连接第一输出端口馈线（8），底部连接第十四边（4f）；第四金属柱（51）顶部连接第二输出端口馈线（9），底部连接第二十边（5f）。
3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述第五金属柱（42）顶部连接第二十一边（4a），底部连接底层金属接地板（2）；第六金属柱（52）顶部连接第十五边（5a）。
4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一金属柱、第二金属柱、第三金属柱、第四金属柱、第五金属柱、第六金属柱均为金属铜柱。
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