CN111262545B - 低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种低通滤波器，包括本体，包括依次层叠的接地极、电容层和电感层；电容层包括层叠的各第一介质基板；电感层包括层叠的各第二介质基板；电容，电容包括呈叉指设置的第一极板和第二极板；第一极板和第二极板分别形成于不同的第一介质基板上；第一极板通过至少两个金属通孔电连接接地极；电感，电感包括至少两个环形导体；各环形导体分别形成于不同的第二介质基板上，且各环形导体通过金属通孔依次电连接；任一环形导体电连接第二极板，从而可提高电容和电感的Q值和自谐振频率点，降低低通滤波器的插损并提高滤波器的矩形系数，提高滤波效果。

Description

低通滤波器

技术领域

本申请涉及电子器件技术领域，特别是涉及一种低通滤波器。

背景技术

随着电子器件技术领域的发展，滤波器的发展转向低成本、小型化和高频段。虽然现有的微带滤波器、SAW(声表面波)/BAW(体声波)滤波器、介质滤波器等能够满足上述需求，但是各类型滤波器本身固有的缺点难以被克服。例如SAW滤波器插损较大，不能用于高频段；介质滤波器体积较大；LC结构简单，但占用面积大，性能一般。

随着电子系统在通信、航天领域的广泛应用，整机系统对电路的集成度、稳定性、多功能化方面的要求越来越高，而LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic，低温共烧陶瓷)技术由于其具备封装度好、集成度高、性能稳定可靠、射频性能好等优点得到了迅速发展。

LTCC技术是指将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源组件(如低值电容、电阻、滤波器、阻抗变换器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路或内置无源器件的三维电路基板的技术。在利用LTCC工艺制成的高密度电路或三维电路基板的表面，可贴装IC(Integrated Circuit Chip，集成芯片)和有源器件，从而可得到无源有源集成的功能模块，可进一步将电路小型化、高密度化，可用于制作高频通信用组件。如图1所示，图1示出了典型的表面贴装IC、电阻、电容的LTCC组件。

然而，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统基于LTCC工艺的低通滤波器过渡带过长，矩形系数一般，存在滤波效果差的问题。

发明内容

基于此，有必要针对传统低通滤波器中存在的滤波效果差的技术问题，提供一种能够提高滤波效果的低通滤波器。

一种低通滤波器，包括：

本体，包括依次层叠的接地极、电容层和电感层；电容层包括层叠的各第一介质基板；电感层包括层叠的各第二介质基板；

电容，电容包括呈叉指设置的第一极板和第二极板；第一极板和第二极板分别形成于不同的第一介质基板上；第一极板通过至少两个金属通孔电连接接地极；

电感，电感包括至少两个环形导体；各环形导体分别形成于不同的第二介质基板上，且各环形导体通过金属通孔依次电连接；任一环形导体电连接第二极板。

在其中一个实施例中，当第一极板的数量为至少两个时，各第一极板分别形成于不同的第一介质基板上，且通过至少两个金属通孔依次电连接；

当第二极板的数量为至少两个时，各第二极板分别形成于不同的第一介质基板上，且通过至少两个金属通孔依次电连接。

在其中一个实施例中，电容的数量为至少两个；电感的数量为至少两个；

同一第一介质基板上形成有至少两个第一极板；各第一极板分别归属于不同的电容；或者

同一第一介质基板上形成有至少两个第二极板；各第二极板分别归属于不同的电容；或者

同一第二介质基板上形成有至少两个环形导体；各环形导体分别归属于不同的电感。

在其中一个实施例中，电感包括第一电极和第二电极；

第一电极电连接任一环形导体，第二电极电连接另一环形导体，以使电信号依次经过第一电极、各环形导体和第二电极。

在其中一个实施例中，电感的数量为三个，分别为第一电感、第二电感和第三电感；电容的数量为四个，分别为第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；低通滤波器还包括输入电极和输出电极；输入电极和输出电极沿水平方向分别位于本体的两侧；

输入电极分别连接第一电容的第二极板和第一电感的第一电极；第一电感的第二电极分别连接第二电容的第二极板和第二电感的第一电极；第二电感的第二电极分别连接第三电容的第二极板和第三电感的第一电极；第三电感的第二电极分别连接第四电容的第二极板和输出电极；

第一电容的第一极板、第二电容的第一极板、第三电容的第一极板和第四电容的第一极板均连接接地极。

在其中一个实施例中，第一电感、第二电感和第三电感均包括5个环形导体；

同一第二介质基板上形成有第一电感的任一环形导体、第二电感的任一环形导体和第三电感的任一环形导体。

在其中一个实施例中，第一电容包括3层第一极板和3层第二极板；第二电容包括4层第一极板和4层第二极板；第三电容包括4层第一极板和4层第二极板；第四电容包括3层第一极板和3层第二极板。

在其中一个实施例中，环形导体为开环结构。

在其中一个实施例中，环形导体为微带线绕制7/8八边形得到。

在其中一个实施例中，第一介质基板的相对介质常数和第二介质基板的相对介质常数均为7.8@3GHz；

第一介质基板的损耗角正切和第二介质基板的损耗角正切均为0.005@3GHz。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请各实施例中的低通滤波器，包括本体，包括依次层叠的接地极、电容层和电感层；电容层包括层叠的各第一介质基板；电感层包括层叠的各第二介质基板；电容，电容包括呈叉指设置的第一极板和第二极板；第一极板和第二极板分别形成于不同的第一介质基板上；第一极板通过至少两个金属通孔电连接接地极；电感，电感包括至少两个环形导体；各环形导体分别形成于不同的第二介质基板上，且各环形导体通过金属通孔依次电连接；任一环形导体电连接第二极板。本申请中采用环形导体实现电感，从而通过近似圆形结构的环形导体，降低电感的对地寄生电容，电容通过至少两个金属通孔电连接接地极，从而可降低电容的寄生电感，进而提高电容和电感的Q值和自谐振频率点，降低低通滤波器的插损并提高滤波器的矩形系数，提高滤波效果。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为LTCC组件设置示意图；

图2为一个实施例中低通滤波器的第一结构示意图；

图3a为一个实施例中电容的结构示意图；

图3b为图3a所示电容的关键参数值特性曲线图；

图4为一个实施例中电容的等效π型电路图；

图5为一个实施例中传统电容结构的关键参数值特性曲线图；

图6为一个实施例中电感的等效π型电路图；

图7a为一个实施例中电感的第一结构示意图；

图7b图7a所示电感的关键参数值特性曲线图；

图8a为一个实施例中电感的第二结构示意图；

图8b图8a所示电感的关键参数值特性曲线图；

图9为各类型低通滤波器的衰减特性图；

图10为一个实施例中低通滤波器的第二结构示意图；

图11为图10所示低通滤波器的拓扑结构图；

图12为图10所示低通滤波器的仿真分析结果图；

图13为接收机中输入调幅信号的频谱图；

图14为接收机中输入调幅信号的波形图；

图15为一个实施例中接收机的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“设置”、“形成于”、“输入电极”、“输出电极”、“第一电极”、“第二电极”以及类似的表述只是为了说明的目的。本申请中，“多个”可以为至少两个。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

目前，在UV频段(也即甚高频和特高频)的射频电路中的滤波器，一般还是采用传统的电感电容表贴方案，使得滤波器具有高插损、大体积且功率容量小等技术问题。

而本申请的方案，相较于应用于UV频段射频电路的传统滤波器，通过采用LTCC工艺，从而可实现多层线路的叠加，便于电路结构的三维集成。通过在多层立体介质基板上实现微波器件的集成，从而可使得集成器件的类别更多，参数更广，进而能够在保证低通滤波器性能参数的前提下，充分利用层间互联缩小平面所占面积，缩小面积可达50％。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种低通滤波器，包括：

本体，包括依次层叠的接地极110、电容层和电感层；电容层包括层叠的各第一介质基板；电感层包括层叠的各第二介质基板131；

电容，电容包括呈叉指设置的第一极板121和第二极板123；第一极板121和第二极板123分别形成于不同的第一介质基板上；第一极板121通过至少两个金属通孔140电连接接地极110；

电感，电感包括至少两个环形导体133；各环形导体133分别形成于不同的第二介质基板131上，且各环形导体133通过金属通孔140依次电连接；任一环形导体133电连接第二极板123。

具体地，低通滤波器可包括本体、电容和电感，本体、电容和电感可以通过LTCC工艺进行封装以得到低通滤波器。本体包括接地极110、电容层和电感层，接地极110、电容层和电感层依次设置。其中，接地极110可以为接地焊盘；电容层可以为形成有电容的介质基板；电感层可以形成有电感的介质基板。

具体而言，电容层可以包括至少两个第一介质基板，且各第一介质基板层叠设置。电感层可以包括至少两个第二介质基板131，且各第二介质基板131层叠设置。此时，接地极110、层叠的各第一介质基板和层叠的各第二介质基板131依次设置，接地极110设置在各第一介质基板的一侧，第二介质基板131均叠设于第一介质基板远离接地极110的一侧。

进一步地，第一介质基板和第二介质基板131均可通过LTCC工艺制备得到。第一介质基板和第二介质基板131的制备成分可以根据低通滤波器的设计参数进行调整，从而可改变第一介质基板的介电常数和磁导率，以及改变第二介质基板131的介电常数和磁导率，进而可增加低通滤波性的灵活性。

电容包括第一极板121和第二极板123，且同一电容中第一极板121的数量可以为一个或者多个，同一电容中第二极板123的数量可以为一个或者多个。第一极板121和第二极板123叉指设置，当第一极板121的数量和第二极板123的数量均为多个时，第一极板121与第二极板123交替设置，即通过第一极板121-第二极板123-第一极板121-第二极板123的方式依次叠加。

同一电容的各极板形成于不同的表面上，进一步地，同一电容的各极板形成于不同的第一介质基板上，也即同一电容的第一极板121和第二极板123分别设置在不同的第一介质基板上。若第一极板121的数量为多个，各第一极板121分别设置在不同的第一介质基板上；若第二极板123的数量为多个，各第二极板123分别设置在不同的第一介质基板上。换言之，当同一第一介质基板上可形成有多个极板(包括第一极板121和第二极板123)时，各极板分别属于不同的电容。

电容中的第一极板121可通过至少两个金属通孔140与接地极110进行电连接，例如可通过两个、三个或五个金属通孔140电连接接地极110，通过多个金属通孔140的并联降低电容的寄生电感，从而提高电容的Q值和自谐振频率。在一个示例中，电容的结构可如图3a所示。

本申请中，利用第一极板121和第二极板123间的耦合实现电容，第一极板121和第二极板123的重合面积可通过下式近似得到：

其中，C为电容值，ε_r为第一介质基板的相对介电常数，ε₀为真空中的介电常数，S为第一极板121和第二极板123的重合面积，d为第一极板121和第二极板123之间的间隔距离。LTCC中埋置电容的方式包括MIM(Mental-Insulator Mental，金属-绝缘体-金属)和VIC(Vertically Interdigital Capacitor，垂直插指式电容)两种结构电容的各参量对比如表1所示。其中，mm为毫米，mm2为平方毫米，GHz为吉赫。

表1 MIM和VIC结构的LTCC电容参数对比

本申请中，通过叉指设置第一极板121和第二极板123，从而可形成改进式VIC结构的电容，进而可充分利用垂直空间并节省平面面积。进一步地，电容的等效π型电路可如图4所示。图4中，R为电容的寄生电阻，寄生电阻可来自于导体带以及介电材料的损耗；C_eff是电容的有效值，可根据低通滤波器的设计参数进行确定；C₁和C₂为电容与地之间的寄生电容；L为寄生电感。

图5示出了传统电容结构的关键参数值特性曲线，如图5所示，电容的有效值在DC-2GHz频率范围内较为平稳，略微有增加趋势，1GHz时容值大约为5.95pF(皮法)。随后接近自谐振点3.4GHz时容值迅速增加。品质因数在接近DC处最大，大约为350，1GHz时大约为187，随后随着频率升高逐渐降低，在自谐振点处降为0，随后变为负值。

而本申请中电容的关键参数值特性曲线可如图3b，本申请中电容的有效值在DC-2GHz频率范围内较为平稳，略微有增加趋势，1GHz时容值大约为6.48pF。随后接近自谐振点3.85GHz时容值迅速增加。品质因数在接近DC处最大，大约为350，1GHz时大约为208，随后随着频率升高逐渐降低，在自谐振点处降为0，随后变为负值。本申请通过采用多个金属通孔140并联，并与接地极110进行连接，从而可降低来自于金属通孔140以及两端口处较细金属走线的寄生电感，降低了电容的寄生电感，进而可增加电容的电容值和品质因数。进一步地，电容值可增加约8.2％，品质因数可增加约10.1％。

电感可包括至少两个环形导体133，环形导体133可以为多边形结构，例如可以为四边形、六边形、七边形、八边形、十边型等。环形导体133的边数越多，越近似于圆形结构，可提高电感的Q值和自谐振频率点，进而降低低通滤波器的插损并提高矩形系数。环形导体133的材料可以为金属银、金属金、银镀铜或金镀铜等。

同一电感的各环形导体133分别形成于不同的表面上，进一步地，同一电感的各环形导体133可分别形成于不同的第二介质基板131上。换言之，当第二介质基板131上形成有多个环形导体133时，各环形导体133分别属于不同的电感。

同一电感的各环形导体133可通过金属通孔140依次电连接，从而形成三维螺旋线圈以构成电感。同时，任一环形导体133可以通过金属通孔140电连接第二极板123，从而实现电感连接电容，电容接地的结构，并可通过电感电容的串并联实现去谐振单元。

例如，当电感中环形导体133的数量为三个，且分别为第一环形导体133、第二环形导体133和第三导体时，第一环形导体133的一端可连接第二环形导体133的一端，第二环形导体133的另一端可连接第三环形导体133的一端，第三环形导体133的另一端可连接电容的第二极板123。

进一步地，LTCC内埋置电感主要可通过四种结构进行实现，分别为平面式、堆叠式、位移式和三维螺旋式，表2示出了上述四种结构电感在相同的有效感值下的电感特性。

表2不同结构内埋置电感特性比较

结构	平面式	堆叠式	位移式	螺旋式
					所占面积	最大	小	中等	最小
自谐振频率	最低	高	中等	最高
					Q	最低	高	中等	最高
需要层数	最少	少	少	最多

本申请中，通过各环形导体133形成于不同的第二介质基板131上，且各环形导体133通过金属通孔140依次电连接，从而可形成三维螺旋电感，进而可在面积、自谐振频率和Q值方面具有优势。进一步地，电感的等效π型电路可如图6所示。图6中，R为电感的寄生电阻，寄生电阻可来自于导体带以及介电材料的损耗；L_eff是电感的有效值，可根据低通滤波器的设计参数进行确定；C₁和C₂为电感与地之间的寄生电容。

本申请中，通过接地极110、电容层和电感层依次层叠设置，从而可增大电感与接地极110之间的间距，进而可降低电感的寄生电容，提高电感性能。参见图7和图8，图7b为图7a所示结构的仿真结果，图8b为图8a所示结构的仿真结果。可以确定，当电感远离接地极110设置时，自谐振点由1.75GHz提高到2.15GHz，Q值从51增长75。

进一步地，本申请的低通滤波器中，电容的数量可以为一个或者多个，当电容的数量为多个时，各电容的所包含的第一极板121数量与第二极板123数量可以相等或者不等。电感的数量可以为一个或者多个，当电感的数量为多个时，各电感的环形导体133数量可以相等或不等。电容的数量和电感的数量可以根据设计参数以及滤波器形式进行确定。

上述低通滤波器，包括本体，包括依次层叠的接地极110、电容层和电感层；电容层包括层叠的各第一介质基板；电感层包括层叠的各第二介质基板131；电容，电容包括呈叉指设置的第一极板121和第二极板123；第一极板121和第二极板123分别形成于不同的第一介质基板上；第一极板121通过至少两个金属通孔140电连接接地极110；电感，电感包括至少两个环形导体133；各环形导体133分别形成于不同的第二介质基板131上，且各环形导体133通过金属通孔140依次电连接；任一环形导体133电连接第二极板123。本申请中采用环形导体133实现电感，从而通过近似圆形结构的环形导体133，降低电感的对地寄生电容，电容通过至少两个金属通孔140电连接接地极110，从而可降低电容的寄生电感，进而提高电容的Q值和自谐振频率点，降低插损并提高滤波器的矩形系数，提高滤波效果。

在一个实施例中，当第一极板121的数量为至少两个时，各第一极板121分别形成于不同的第一介质基板上，且通过至少两个金属通孔140依次电连接；

当第二极板123的数量为至少两个时，各第二极板123分别形成于不同的第一介质基板上，且通过至少两个金属通孔140依次电连接。

具体地，同一电容中可包括多个第一极板121和多个第二极板123，进一步地，第一极板121的数量可以与第二极板123的数量相等。当第一极板121的数量为多个时，各第一极板121形成于不同的第一介质基板上，且各第一极板121依次电连接，相互并联，任一第一极板121通过至少两个金属通孔140连接另一第一极板121。

与第一极板121的设置方式类似，当第二极板123的数量为多个时，各第二极板123分别形成于不同的介质基板上，且各第二极板123依次电连接，相互并联，任一第二极板123通过至少两个金属通孔140连接另一第二极板123。

例如，第一极板121的数量为三个，且分别为第一极板1、第一极板2和第一极板3时，则第一极板1通过至少两个金属通孔140连接第一极板2，第一极板2通过至少两个金属通孔140连接第一极板3。

上述低通滤波器中，并联多层极板时，利用至少两个并联的金属通孔140进行电连接，从而可降低电容的寄生电感，进而提高电容的Q值和自谐振频率点。

在一个实施例中，电容的数量为至少两个；电感的数量为至少两个；

同一第一介质基板上形成有至少两个第一极板121；各第一极板121分别归属于不同的电容；或者

同一第一介质基板上形成有至少两个第二极板123；各第二极板123分别归属于不同的电容；或者

同一第二介质基板131上形成有至少两个环形导体133；各环形导体133分别归属于不同的电感。

具体地，低通滤波器可包括至少两个电容和/或至少两个电感，同一第一介质基板上可形成有一个或多个极板，同一第二介质基板131上可形成有一个或者多个环形导体133。

当低通滤波器包括多个电容时，各电容的极板可共用一个或者多个第一介质基板，也即在电容层的一个或者多个第一介质基板上，可形成有至少两个第一极板121或者至少两个第二极板123。形成于同一第一介质基板的各第一极板121分属于不同的电容，形成于同一第一介质基板的各第二极板123分属于不同的电容。

例如，电容的数量为两个，任一电容包括1层第一极板121和1层第二极板123，另一电容包括2层第一极板121和2层第二极板123，则两个电容在电容层中的设置方式可以为以下任一项：

(1)2层结构的电容设置在第1-2层的第一介质极板上，4层结构的电容设置在第3-6层的第一介质基板上；

(2)2层结构电容的第一极板121与4层结构电容的任一第一极板121设置在同一层第一介质基板上，2层结构电容的第二极板123与4层结构电容的2个第二极板123分别设置在不同的第一介质基板上；

(3)2层结构电容的第一极板121与4层结构电容的任一第一极板121设置在同一层第一介质基板上，2层结构电容的第二极板123与4层结构电容的任一第二极板123设置在同一层第一介质基板上。

当低通滤波器包括多个电感时，各电感的环形导体133可共用一个或者多个第二介质基板131，也即在电感层的一个或者多个第二介质基板131上，可形成有至少两个环形导体133。并且形成于同一第二介质基板131上的环形导体133分别属于不同的电感。电感的设置方式与电容的设置方式类似，此处不再赘述。

上述低通滤波器中，通过在同一第一介质基板上形成有至少两个极板，各极板分别归属于不同的电容；或者在同一第二介质基板131上形成有至少两个环形导体133，各环形导体133分别归属于不同的电感，从而可在同一介质基板上设置多个电抗元件，进而可减小低通滤波器的体积。

在一个实施例中，电感包括第一电极和第二电极；

第一电极电连接任一环形导体133，第二电极电连接另一环形导体133，以使电信号依次经过第一电极、各环形导体133和第二电极。

具体地，各环形导体133可依次电连接并成螺旋状设置，第一电极可以连接设于顶层的环形导体133或设于底层的环形导体133，第二电极可电连接设于顶层的环形导体133或设于底层的环形导体133，且第二电极连接的环形导体133与第一电极连接的环形导体133不相同。例如，第一电极电连接设于顶层的环形导体133，则第二电极可电连接设于底层的环形导体133；第一电极电连接设于底层的环形导体133，则第二电极可电连接设于顶层的环形导体133。

当电信号流经电感时，电信号可依次通过第一电极、各环形导体133和第二电极。例如当电感包括两个环形导体133的时候，第一电极电连接任一环形导体133，第二电极电连接，电信号依次经过第一电极、连接第一电极的环形导体133、连接第二电极的环形导体133和第二电极。

在一个实施例中，电感的数量为三个，分别为第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3；电容的数量为四个，分别为第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；低通滤波器还包括输入电极P1和输出电极P2；输入电极P1和输出电极P2沿水平方向分别位于本体的两侧；

输入电极P1分别连接第一电容C1的第二极板123和第一电感L1的第一电极；第一电感L1的第二电极分别连接第二电容C2的第二极板123和第二电感L2的第一电极；第二电感L2的第二电极分别连接第三电容C3的第二极板123和第三电感L3的第一电极；第三电感L3的第二电极分别连接第四电容C4的第二极板123和输出电极P2；

第一电容C1的第一极板121、第二电容C2的第一极板121、第三电容C3的第一极板121和第四电容C4的第一极板121均连接接地极110。

具体地，低通滤波器中电容的数量、电感的数量、电容电感的连接方式可根据设计参数和滤波器形成而进行调整。参见图9，图9示出了对巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器、切比雪夫(Chebyshev)低通滤波器以及椭圆函数(Elliptic)低通滤波器在相同阶数条件下的S参数进行仿真时，得到的不同类型滤波器的衰减特性。

其中，椭圆函数低通滤波器通带到阻带的矩形系数最高，在截止频率外通过很窄的过渡带就能达到一定的衰减，并且在阻带中有传输零点，远端抑制平缓，然而椭圆函数低通滤波器的结构最为复杂，且远端抑制不能接近无穷大。而切比雪夫低通滤波器的衰减在椭圆函数和巴特沃斯低通滤波器之间。巴特沃斯低通滤波器在通带内有着较好的波纹，但矩形系数不够理想。巴特沃斯低通滤波器和切比雪夫低通滤波器类似，其传输零点都在无限远处。需要说明的是，滤波器结构可根据具体指标进行确定，并不只限于上述所列出的滤波器结构。

本申请中，低通滤波器可以包括3个电感和4个电容，分别为第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，同时低通滤波器还可包括输入电极P1和输出电极P2。其中，输入电极P1和输出电极P2沿水平方向设置在本体的两个端面上，水平方向可以垂直于接地极110、电容层和电感层的层叠方向。进一步地，输入电极P1和输出电极P2均可为焊盘。

参见图10和图11，输入电极P1可通过金属通孔140分别电连接第一电容C1的第二极板123和第一电感L1的第一电极，第一电感L1的第二电极可通过金属通孔140分别电连接第二电容C2的第二极板123和第二电感L2的第一电极，第二电感L2的第二电极可通过金属通孔140分别电连接第三电容C3的第二极板123和第三电感L3的第一电极，第三电感L3的第二电极可通过金属通孔140分别电连接第四电容C4的第二极板123和输出电极P2。

如图10所示，本申请中低通滤波器可通过7个LC元件进行实现，7个LC元件分成两行依次布局，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4可设置在第一介质基板上，第一介质基板靠近接地极110设置。第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3可设置在第二介质基板131上，第二介质基板131远离接地极110设置。

进一步地，可采用切比雪夫响应函数分别确定第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4的有效值。在一个示例中，第一电感L1的感值可为14.5nH(纳亨)，第二电感L2的感值可为16.3nH，第三电感L3的感值可为14.5nH，第一电容C1的容值可为4.15pF(皮法)，第二电容C2的容值可为7.88pF，第三电容C3的容值可为7.88pF，第四电容C4的容值可为4.15pF。

在一个实施例中，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3均包括5个环形导体133；

同一第二介质基板131上形成有第一电感L1的任一环形导体133、第二电感L2的任一环形导体133和第三电感L3的任一环形导体133。

具体地，第一电感L1包括5层环形导体133，各环形导体133分别设置在5层不同的第二介质基板131上，且各环形导体133通过金属通孔140依次电连接。第二电感L2和第三电感L3的结构与第一电感L1的结构相同，此处不再赘述。

第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3共用5层第二介质基板131进行设置，换言之在5层第二介质基板131上设置了第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3。形成于同一第二介质基板131上的3个环形导体133，分别属于第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3。

上述低通滤波器中，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3均包括5层环形导体133，且第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3共用5层第二介质基板131设置，从而可在保证低通滤波器性能参数的同时，降低低通滤波器的体积。

在一个实施例中，第一电容C1包括3层第一极板121和3层第二极板123；第二电容C2包括4层第一极板121和4层第二极板123；第三电容C3包括4层第一极板121和4层第二极板123；第四电容C4包括3层第一极板121和3层第二极板123。

具体地，第一电容C1和第四电容C4可为6层结构，包括3层第一极板121和3层第二极板123，第一极板121与第二极板123叉指设置。第二电容C2和第三电容C3均可为8层结构，包括4层第一极板121和4层第二极板123，第一极板121与第二极板123呈叉指设置。

进一步地，如图10所示，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4可共用各第一介质基板进行实现，通过在第1-6层第一介质基板上分别形成第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，且在第7-8层第一介质基板上分别形成第二电容C2和第三电容C3，从而可在保证低通滤波器性能参数的同时，降低低通滤波器的体积。

此外，第二电容C2与第三电容C3可共用第一极板121，通过12层金属极板实现第二电容C2和第三电容C3，其中12层金属层包括8层第二极板123和4层共用第一极板121。第二电容C2包括4层第二极板123和4层共用第一极板121，第三电容C3包括另外4层第二极板123和4层共用第一极板121，从而可优化低通滤波器布局。

上述低通滤波器中，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4共用8层第一介质基板设置，从而可在保证低通滤波器性能参数的同时，优化低通滤波器的布局，降低低通滤波器的体积。

在一个实施例中，环形导体133为开环结构。

具体地，环形导体133的两端不发生物理接触。进一步地，环形导体133可以为微带线绕制7/8八边形得到，也即环形导体133占用圆心角的315°(度)，从而可在保证环形导体133近似圆形结构的同时，便于工程实现。

绕制的微带线线宽可以为大于或等于100um(微米)，以避免在印制微带线时出现的微带线缺损对低通滤波器性能的影响。在一个示例中，微带线的线宽可以为0.12mm，以使电感的寄生效应与发热情况能够处于平衡，并提高成品率。

在一个实施例中，第一介质基板的相对介质常数和第二介质基板131的相对介质常数均为7.8@3GHz；

第一介质基板的损耗角正切和第二介质基板131的损耗角正切均为0.005@3GHz。

具体地，第一介质基板的相对介电常数可以为7.8@3GHz，也即在3GHz的测试条件下，第一介质基板的相对介电常数为7.8。第二介质基板131的相对介电常数可以为7.8@3GHz。

第一介质基板的损耗角正切为0.005@3GHz，第二介质基板131的损耗角正切为0.005@3GHz。

在一个实施例中，各环形导体133的厚度均可为0.01mm。

为便于理解本申请的方案，下面通过一个具体的示例进行说明，可如图10和图11所示，提供了一种800MHz的低通滤波器。

低通滤波器的电路拓扑图可如图11所示，包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。本申请中，低通滤波器工作频段较低，可采用集总参数的形式实现。

第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3均包括5层环形导体133，且第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3共用5层第二介质基板131。第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的具体形成方式可如上述实施例所述。

第一电容C1和第四电容C4包括6层基板，第二电容C2和第三电容C3包括8层基板，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4共用8层第一介质基板，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4的具体形成方式可如上述实施例所述。

结合图4和图6，通过采用切比雪夫响应函数。分别对电容电感建模并提取其有效值，从而可综合考虑低通滤波器性能、各元件所占面积和设计层数，优化低通滤波器的整体布局。

具体而言，第一电感L1的感值可为14.5nH(纳亨)，第二电感L2的感值可为16.3nH，第三电感L3的感值可为14.5nH，第一电容C1的容值可为4.15pF(皮法)，第二电容C2的容值可为7.88pF，第三电容C3的容值可为7.88pF，第四电容C4的容值可为4.15pF。

根据工艺极限考虑孔线距、孔心距等模型参数，选择电感线圈每层占用整个圆心角的315°，各环形导体133的材料为金属银，各环形导体133的厚度可以为0.01mm，线宽可以为0.12mm，以提高成品率。进一步地，版图线宽可以为0.14mm，以避免制备过程中传输线收缩对低通滤波器的影响。

第一介质基板和第二介质基板131均可选用DuPont 951，相对介电常数为7.8@3GHz，损耗角正切TanD为0.005@3GHz，烧结后厚度收缩为0.096mm。各金属通孔140直径均为0.13mm，进一步地，版图中金属通孔140直径可以为0.15mm，以避免制备过程中金属通孔140收缩对低通滤波器的影响。

本申请中的低通滤波器可由集总元件构成，将各种寄生电容加以利用，尽量避免各种寄生效应对性能的影响。各元件的Q值优异，传统技术中电感的典型Q值为8(@100MHz)，而本申请的电感元件，在相同的感值下，Q值大约是传统技术的3至4倍，从而可减小低通滤波器的插入损耗，提高电路的性能。

低通滤波器的HFSS(全波电磁仿真软件)仿真分析结果可如图12所示，滤波器在800MHz处插入损耗1.4dB(分贝)，在1.1GHz处抑制大于30dB，滤波器体积为5.8mm(长)*1.8mm(宽)*1.6mm(高)，相比于已商用的同类型滤波器，过渡带更窄，矩形系数更优。

本申请中，通过在第一介质基板内埋置电容，在第二介质基板131中埋置电感，从而可大幅缩小低通滤波器的体积。且第一介质基板和第二介质基板131通过LTCC工艺制备得到，从而可提高低通滤波器的可靠性，使得设计更加灵活。同时，第一介质基板和第二介质基板131除了具有较高的介电常数外，在高频下介质损耗特性也较为优秀。以多层LTCC开发的滤波器将可实现系统面积最小化，较高的系统整合度，系统功能最佳化，低成本等特性。本申请基于LTCC工艺的800MHz低通滤波器，在收发链路中可以起到滤除各种由于非线性元器件的非线性特性引起的高次谐波，从而起到提高系统性能，简化系统结构，降低链路预算难度的作用。同时低通滤波器体积小，插入损耗低，可以做成标准封装，在系统中采用表贴的方式安装。

在一个实施例中，提供了一种信号处理电路，包括上述任一实施例中的低通滤波器。

具体地，信号处理电路可以为任意包括低通滤波器的电路，例如滤波电路和射频信号处理电路等。进一步地，本领域技术人员无需付出创造性劳动即可得到的信号处理电路也应当在本申请的保护范围之内。

在一个实施例中，提供了一种接收机，包括天线ANT、DSP模块以及上述任一实施例中的信号处理电路；

天线ANT连接信号处理电路；信号处理电路连接DSP模块。

本振器产生频率为f0的等幅正弦信号，输入所需信号是一中心频率为fc的已调制频带有限信号，通常有上变频和下变频之分。上变频，即f0>fc，下变频，即f0<fc。这两个信号在混频器中变频，输出的差频分量，称为中频信号，f1＝f0-fc为中频频率。图13和图14表示输入为调幅信号的频谱和波形图。图13为下变频，图14为上变频。输出的中频信号除中心频率由fc变换到所需信号频率外，其频谱结构与输入信号相同。因此，中频信号保留了输入信号的全部有用信息。

从天线ANT接收的信号经第一低噪放LNA1放大，与第一振荡器产生的第一本振信号进入第一混频器进行变频，得到中频信号，再经过中频放大、检波和低频放大，然后送给下一级。接收机的工作频率范围往往很宽，在接受不同频的输入信号时，可以用改变本地震荡频率的方法使混频后的中频频率保持为固定值。

进一步地，接收机可以是超外差接收机。超外差式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。无论电台信号频率如何变化都变为恒定的中频信号，然后进入中频放大级，所以对不同频率电台均可实现均匀的放大。中频放大的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。超外差接收机容易得到足够大而且比较稳定的放大量，同时具有较高的选择性和较好的频率特性。此外超外差接收机容易进行调整。然而，传统的超外差接收机电路比较复杂，同时也存在着一些特殊干扰，如镜频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。

在一个示例中，接收机的电路连接结构可如图15所示。信号处理电路可如图13所示，包括第一低通滤波器U1、第二低通滤波器U2、声表滤波器SAW、第一低噪放LNA1、第二低噪放LNA2、AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)放大器、第一混频器M1、第二混频器M2、第一本振器LO1、第二本振器LO2、解码器U3和模数转换器ADC。

天线ANT连接第一低通滤波器U1的输入端，第一低通滤波器U1的输出端连接第一低噪放LNA1的输入端，第一低噪放LNA1的输出端连接第一混频器M1的输入端，第一混频器M1接收第一本振器LO1输出的本振信号，且第一混频器M1的输出端连接第二低通滤波器U2的输入端，第二低通滤波器U2的输出端连接第二低噪放LNA2的输入端，第二低噪放LNA2的输出端连接第二混频器M2的输入端，第二混频器M2接收第二本振器LO2输出的第二本振信号，且第二混频器M2的输出端连接声表滤波器SAW的输入端，声表滤波器SAW的输出端连接AGC放大器的输入端，AGC放大器的输出端连接解码器U3的输入端，解码器U3的输出端连接模数转换器ADC的输入端，模数转换器ADC的输出端连接DSP模块。

本申请通过采用上述任一实施例中的低通滤波器来滤除超外差接收机中RF链路混频后滤除高次谐波部分，或者在发射机功放后滤除功放产生的高次谐波，从而可减小超外差接收机的体积和尺寸。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种低通滤波器，其特征在于，包括：

本体，包括依次层叠的接地极、电容层和电感层；所述电容层包括层叠的各第一介质基板；所述电感层包括层叠的各第二介质基板；

电容，所述电容包括呈叉指设置的第一极板和第二极板；所述第一极板和所述第二极板分别形成于不同的第一介质基板上；所述第一极板通过至少两个金属通孔电连接所述接地极；

电感，所述电感包括至少两个环形导体；各所述环形导体分别形成于不同的第二介质基板上，且各所述环形导体通过金属通孔依次电连接；任一所述环形导体电连接所述第二极板。

2.根据权利要求1所述的低通滤波器，其特征在于，当所述第一极板的数量为至少两个时，各所述第一极板分别形成于不同的第一介质基板上，且通过至少两个金属通孔依次电连接；

当所述第二极板的数量为至少两个时，各所述第二极板分别形成于不同的第一介质基板上，且通过至少两个金属通孔依次电连接。

3.根据权利要求1所述的低通滤波器，其特征在于，所述电容的数量为至少两个；所述电感的数量为至少两个；

同一所述第一介质基板上形成有至少两个所述第一极板；各所述第一极板分别归属于不同的电容；或者

同一所述第一介质基板上形成有至少两个所述第二极板；各所述第二极板分别归属于不同的电容；或者

同一所述第二介质基板上形成有至少两个所述环形导体；各所述环形导体分别归属于不同的电感。

4.根据权利要求3所述的低通滤波器，其特征在于，所述电感包括第一电极和第二电极；

所述第一电极电连接任一所述环形导体，所述第二电极电连接另一所述环形导体，以使电信号依次经过所述第一电极、各所述环形导体和所述第二电极。

5.根据权利要求4所述的低通滤波器，其特征在于，所述电感的数量为三个，分别为第一电感、第二电感和第三电感；所述电容的数量为四个，分别为第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述低通滤波器还包括输入电极和输出电极；所述输入电极和所述输出电极沿水平方向分别位于所述本体的两侧；

所述输入电极分别连接所述第一电容的第二极板和所述第一电感的第一电极；所述第一电感的第二电极分别连接所述第二电容的第二极板和所述第二电感的第一电极；所述第二电感的第二电极分别连接所述第三电容的第二极板和所述第三电感的第一电极；所述第三电感的第二电极分别连接所述第四电容的第二极板和所述输出电极；

所述第一电容的第一极板、所述第二电容的第一极板、所述第三电容的第一极板和所述第四电容的第一极板均连接所述接地极。

6.根据权利要求5所述的低通滤波器，其特征在于，所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感均包括5个所述环形导体；

同一所述第二介质基板上形成有所述第一电感的任一所述环形导体、所述第二电感的任一所述环形导体和所述第三电感的任一所述环形导体。

7.根据权利要求5所述的低通滤波器，其特征在于，所述第一电容包括3层所述第一极板和3层所述第二极板；所述第二电容包括4层所述第一极板和4层所述第二极板；所述第三电容包括4层所述第一极板和4层所述第二极板；所述第四电容包括3层所述第一极板和3层所述第二极板。

8.根据权利要求1至7任一项所述的低通滤波器，其特征在于，所述环形导体为开环结构。

9.根据权利要求8所述的低通滤波器，其特征在于，所述环形导体为微带线绕制7/8八边形得到。

10.根据权利要求1至7任一项所述的低通滤波器，其特征在于，所述第一介质基板的相对介质常数和所述第二介质基板的相对介质常数均为7.8@3GHz；

所述第一介质基板的损耗角正切和所述第二介质基板的损耗角正切均为0.005@3GHz。

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