CN111276776A

CN111276776A - 一种基于ltcc的新型带通滤波器

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Publication number: CN111276776A
Application number: CN201911423617.3A
Authority: CN
Inventors: 杨冕; 赵子豪; 常钰敏; 方洁; 戴永胜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-06-12

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的新型带通滤波器。所述滤波器通过电容加载结构实现谐振，每一组谐振器由一个金属圆柱加载一个接地电容组成，共包含六组谐振器，前后各三组，通过金属圆柱之间的耦合传输信号完成频率选择，分别实现了四对同向耦合和三对反向耦合，并且在同向耦合谐振器之间添加带状线来加强耦合，加载接地电容破坏了滤波器应有的周期性结构，高次谐波往远离中心频率的方向移动，实现了滤波器宽阻带的性能。使用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现三维集成，具有工作频带宽、阻带宽、带内平坦度高、带外抑制度高、反射损耗低、集成度高、膨胀系数低可大批量生产等优势，可以广泛使用在基站收发链路滤除杂散、音响设备频谱分析等多个通信领域中。

Description

一种基于LTCC的新型带通滤波器

技术领域

本发明属于滤波器技术领域，特别是一种基于LTCC的新型带通滤波器，。

背景技术

传统的由平面传输线形式构成的LTCC滤波器，由弯曲的平面传输线和电容构成的谐振单元结构相对复杂，影响传输零点的因素较多，较难实现宽阻带滤波器，本设计的新型结构能够解决这一缺陷。通过一个金属圆柱和一个加载电容构成一组谐振，金属圆柱之间的耦合传输信号实现频率选择，加载电容破坏了滤波器应有的周期性结构，高次谐波往远离中心频率的方向移动，实现了滤波器宽阻带的性能。带通滤波器主要性能指标包括：截止频率、工作带宽、带内波动、带外抑制、驻波比等，带通滤波器在现代微波通信系统中的应用十分广泛，如应用于收发前端滤除信号杂散抑制高次谐波、音频信号的提取等。

LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)工艺技术是低温共烧陶瓷技术的简称,是休斯公司于1982年开发的一种新型材料技术，该技术为共烧陶瓷多芯片组件(MCM-C)中的一种多层布线类型的基板技术。其是在800~950°的温度范围内，对含有导体图案和连接通孔的多层生瓷片进行精确对位叠压，然后共同烧结，并且基板表面可以通过挖孔或者表贴安装其它芯片元件，通过过孔与内部无源器件连接成一个整体，从而可以实现高布线密度、高集成度和高性能特点的微波毫米波多层器件、组件和系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LTCC的新型带通滤波器，通过低温共烧陶瓷（LTCC）三维集成技术实现，具有工作频带宽、带内波动小、带外抑制高、端口驻波小、集成度高、膨胀系数低、可大批量生产等优势。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC的宽带带通滤波器，包括特征阻抗均为50欧姆的第一端口P1、第二端口P2，第一屏蔽层SHIELD1、第二屏蔽层SHIELD2、第一接地层GND1、第二接地层GND2、第一连接线CN1、第二连接线CN2、第一金属圆柱H1、第一加载电容C1、第一短截线L1、第二金属圆柱H2、第二加载电容C2、第二短截线L2、第三金属圆柱H3、第三加载电容C3、第四金属圆柱H4、第四加载电容C4、第三短截线L3、第五金属圆柱H5、第五加载电容C5、第四短截线L4、第六金属圆柱H6、第六加载电容C6。

带通滤波器由6组谐振器组成的，每组谐振器由一个金属圆柱加载接地电容组成，第一组、第二组、第三组谐振器从左到右依次排列位于滤波器的后半部分，第四组、第五组、第六组谐振器从左到右依次排列位于滤波器的前半部分，加载电容C1、C2、C3是通过第一接地层GND1与其电容层组成，加载电容C4、C5、C6是通过第二接地层GND2与其电容层组成。第一组谐振器由第一金属圆柱H1和第一加载电容C1组成，第一加载电容C1通过第一连接线CN1与第一端口P1连接，第一加载电容C1与第一金属圆柱H1的上端相连，第一金属圆柱H1下端与第二接地层GND2连接，第一金属圆柱H1右侧与第一短截线L1左侧相连，第一短截线L1的右侧与第二金属圆柱H2连接，第二组谐振器由第二金属圆柱H2和第二加载电容C2组成，第二金属圆柱H2下端与第二接地层GND2相连，第二金属圆柱H2上端与第二加载电容C2相连，第二金属圆柱H2右侧与第二短截线L2的左端相连，第二短截线L2的右端与第三金属圆柱H3相连，第三组谐振器由第三金属圆柱H3和第三加载电容C3组成，第三金属圆柱H3下端连接第二接地层GND2，第三金属圆柱H3的上端连接第三加载电容C3，第四组谐振器由第四金属圆柱H4和第四加载电容C4组成，第四金属圆柱H4的上端与第一接地层GND1相连，第四金属圆柱H4的下端与第四加载电容C4连接，第四金属圆柱H4的右端与第三短截线L3的左端连接，第三短截线L3的右端与第五金属圆柱H5连接，第五组谐振器由第五金属圆柱H5和第五加载电容C5组成，第五金属圆柱H5上端与第一接地层GND1相连接，第五金属圆柱H5的下端与第五加载电容C5连接，第五金属圆柱H5的右侧与第四短截线L4的左端相连，第四短截线L4的右端与第六金属圆柱H6连接，第六组谐振器由第六金属圆柱H6和第六加载电容C6组成，第六金属圆柱H6的上端与第一接地层GND1连接，第六金属圆柱H6的下端与第六加载电容C6连接，第六加载电容C6的的右侧与第二连接线CN2连接，第二连接线CN2的右端与第二端口P2连接。

包括特征阻抗均为50欧姆的第一端口P1、第二端口P2，第一屏蔽层SHIELD1、第二屏蔽层SHIELD2、第一接地层GND1、第二接地层GND2、第一连接线CN1、第二连接线CN2、第一金属圆柱H1、第一加载电容C1、第一短截线L1、第二金属圆柱H2、第二加载电容C2、第二短截线L2、第三金属圆柱H3、第三加载电容C3、第四金属圆柱H4、第四加载电容C4、第三短截线L3、第五金属圆柱H5、第五加载电容C5、第四短截线L4、第六金属圆柱H6、第六加载电容C6均通过低温共烧陶瓷LTCC工艺技术实现。

第一短截线L1、第二短截线L2、第三短截线L3、第四短截线L4、均为带状线结构。

加载电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7为MIM结构。

同传统的工艺技术相比较，本发明采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术实现三维集成，具有一下优点：（1）拥有更宽的带宽、极低损耗；（2）各谐振前后对称布局使结构紧凑、体积小，更高的集成度；（3）电性能良好；（4）高成品率以及膨胀系数低，可以实现大规模量产等优势，可以广泛使用在天线波束形成、发射机收发隔离等通信领域中。

附图说明

图1（a）是本发明一种基于LTCC的新型带通滤波器的主要结构示意图。

图1（b）是本发明一种基于LTCC的新型带通滤波器的后半部分结构示意图。

图1（c）是本发明一种基于LTCC的新型带通滤波器的前半部分结构示意图。

图2是本发明一种基于LTCC的新型带通滤波器的S21、S11曲线。

图3是本发明一种基于LTCC的新型带通滤波器的VSWR曲线。

图4是本发明一种基于LTCC的新型带通滤波器的群时延曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1（a）、（b）、（c），一种基于LTCC的新型带通滤波器，包括包括特征阻抗均为50欧姆的第一端口P1、第二端口P2，第一屏蔽层SHIELD1、第二屏蔽层SHIELD2、第一接地层GND1、第二接地层GND2、第一连接线CN1、第二连接线CN2、第一金属圆柱H1、第一加载电容C1、第一短截线L1、第二金属圆柱H2、第二加载电容C2、第二短截线L2、第三金属圆柱H3、第三加载电容C3、第四金属圆柱H4、第四加载电容C4、第三短截线L3、第五金属圆柱H5、第五加载电容C5、第四短截线L4、第六金属圆柱H6、第六加载电容C6。

结合图1a、b、c，带通滤波器由6组谐振器组成的，每组谐振器由一个金属圆柱加载接地电容组成，第一组、第二组、第三组谐振器从左到右依次排列位于滤波器的后半部分，第四组、第五组、第六组谐振器从左到右依次排列位于滤波器的前半部分，加载电容C1、C2、C3是通过第一接地层GND1与其电容层组成，加载电容C4、C5、C6是通过第二接地层GND2与其电容层组成。第一组谐振器由第一金属圆柱H1和第一加载电容C1组成，第一加载电容C1通过第一连接线CN1与第一端口P1连接，第一加载电容C1与第一金属圆柱H1的上端相连，第一金属圆柱H1下端与第二接地层GND2连接，第一金属圆柱H1右侧与第一短截线L1左侧相连，第一短截线L1的右侧与第二金属圆柱H2连接，第二组谐振器由第二金属圆柱H2和第二加载电容C2组成，第二金属圆柱H2下端与第二接地层GND2相连，第二金属圆柱H2上端与第二加载电容C2相连，第二金属圆柱H2右侧与第二短截线L2的左端相连，第二短截线L2的右端与第三金属圆柱H3相连，第三组谐振器由第三金属圆柱H3和第三加载电容C3组成，第三金属圆柱H3下端连接第二接地层GND2，第三金属圆柱H3的上端连接第三加载电容C3，第四组谐振器由第四金属圆柱H4和第四加载电容C4组成，第四金属圆柱H4的上端与第一接地层GND1相连，第四金属圆柱H4的下端与第四加载电容C4连接，第四金属圆柱H4的右端与第三短截线L3的左端连接，第三短截线L3的右端与第五金属圆柱H5连接，第五组谐振器由第五金属圆柱H5和第五加载电容C5组成，第五金属圆柱H5上端与第一接地层GND1相连接，第五金属圆柱H5的下端与第五加载电容C5连接，第五金属圆柱H5的右侧与第四短截线L4的左端相连，第四短截线L4的右端与第六金属圆柱H6连接，第六组谐振器由第六金属圆柱H6和第六加载电容C6组成，第六金属圆柱H6的上端与第一接地层GND1连接，第六金属圆柱H6的下端与第六加载电容C6连接，第六加载电容C6的的右侧与第二连接线CN2连接，第二连接线CN2的右端与第二端口P2连接。

所述特征阻抗均为50欧姆的第一端口P1、第二端口P2，第一屏蔽层SHIELD1、第二屏蔽层SHIELD2、第一接地层GND1、第二接地层GND2、第一连接线CN1、第二连接线CN2、第一金属圆柱H1、第一加载电容C1、第一短截线L1、第二金属圆柱H2、第二加载电容C2、第二短截线L2、第三金属圆柱H3、第三加载电容C3、第四金属圆柱H4、第四加载电容C4、第三短截线L3、第五金属圆柱H5、第五加载电容C5、第四短截线L4、第六金属圆柱H6、第六加载电容C6均通过低温共烧陶瓷LTCC工艺技术实现。

第一短截线L1、第二短截线L2、第三短截线L3、第四短截线L4、均为带状线结构。加载电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7为MIM结构。

一种基于LTCC的新型带通滤波器，通过低温共烧陶瓷LTCC工艺技术实现立体三维集成，因此具有稳定性高、封装密度强、生产成品率高、生产成本低、抗恶劣环境能力强等优点。

本发明一种基于LTCC的宽带带通滤波器，滤波器的尺寸仅为4.4mm×3.4mm×1.24mm，由图2、图3、图4可以看出通带范围为3.9-5.2GHz，阻带范围为0-2.5GHz和6GHz-20GHz，阻带抑制大于50dB，通带插损小于1dB，带内驻波大于20dB，驻波比优于1.6，,通带内群时延小于1ns。

Claims

1.一种基于LTCC的新型带通滤波器，其特征在于：包括特征阻抗均为50欧姆的第一端口（P1）与第二端口（P2），第一屏蔽层（SHIELD1）、第二屏蔽层（SHIELD2）、第一接地层（GND1）、第二接地层（GND2）、第一连接线（CN1）、第二连接线（CN2）、第一金属圆柱（H1）、第一加载电容（C1）、第一短截线（L1）、第二金属圆柱（H2）、第二加载电容（C2）、第二短截线（L2）、第三金属圆柱（H3）、第三加载电容（C3）、第四金属圆柱（H4）、第四加载电容（C4）、第三短截线（L3）、第五金属圆柱（H5）、第五加载电容（C5）、第四短截线（L4）、第六金属圆柱（H6）、第六加载电容（C6）。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC的新型带通滤波器，其特征在于：所述带通滤波器由6组谐振器组成的，每组谐振器由一个金属圆柱加载接地电容组成，第一组、第二组、第三组谐振器从左到右依次排列位于滤波器的后半部分，第四组、第五组、第六组谐振器从左到右依次排列位于滤波器的前半部分，加载电容C1、C2、C3是通过第一接地层（GND1）与其电容层组成，加载电容C4、C5、C6是通过第二接地层（GND2）与其电容层组成；

第一组谐振器由第一金属圆柱（H1）和第一加载电容（C1）组成，第一加载电容（C1）通过第一连接线（CN1）与第一端口（P1）连接，第一加载电容（C1）与第一金属圆柱（H1）的上端相连，第一金属圆柱（H1）下端与第二接地层（GND2）连接，第一金属圆柱（H1）右侧与第一短截线（L1）左侧相连，第一短截线（L1）的右侧与第二金属圆柱（H2）连接，第二组谐振器由第二金属圆柱（H2）和第二加载电容（C2）组成，第二金属圆柱（H2）下端与第二接地层（GND2）相连，第二金属圆柱（H2）上端与第二加载电容（C2）相连，第二金属圆柱（H2）右侧与第二短截线（L2）的左端相连，第二短截线（L2）的右端与第三金属圆柱（H3）相连，第三组谐振器由第三金属圆柱（H3）和第三加载电容（C3）组成，第三金属圆柱（H3）下端连接第二接地层（GND2），第三金属圆柱（H3）的上端连接第三加载电容（C3），第四组谐振器由第四金属圆柱（H4）和第四加载电容（C4）组成，第四金属圆柱（H4）的上端与第一接地层（GND1）相连，第四金属圆柱（H4）的下端与第四加载电容（C4）连接，第四金属圆柱（H4）的右端与第三短截线（L3）的左端连接，第三短截线（L3）的右端与第五金属圆柱（H5）连接，第五组谐振器由第五金属圆柱（H5）和第五加载电容（C5）组成，第五金属圆柱（H5）上端与第一接地层（GND1）相连接，第五金属圆柱（H5）的下端与第五加载电容（C5）连接，第五金属圆柱（H5）的右侧与第四短截线（L4）的左端相连，第四短截线（L4）的右端与第六金属圆柱（H6）连接，第六组谐振器由第六金属圆柱（H6）和第六加载电容（C6）组成，第六金属圆柱（H6）的上端与第一接地层（GND1）连接，第六金属圆柱（H6）的下端与第六加载电容（C6）连接，第六加载电容（C6）的的右侧与第二连接线（CN2）连接，第二连接线（CN2）的右端与第二端口（P2）连接。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC的新型带通滤波器，其特征在于：包括特征阻抗均为50欧姆的第一端口（P1）、第二端口（P2），第一屏蔽层（SHIELD1）、第二屏蔽层（SHIELD2）、第一接地层（GND1）、第二接地层（GND2）、第一连接线（CN1）、第二连接线（CN2）、第一金属圆柱（H1）、第一加载电容（C1）、第一短截线（L1）、第二金属圆柱（H2）、第二加载电容（C2）、第二短截线（L2）、第三金属圆柱（H3）、第三加载电容（C3）、第四金属圆柱（H4）、第四加载电容（C4）、第三短截线（L3）、第五金属圆柱（H5）、第五加载电容（C5）、第四短截线（L4）、第六金属圆柱（H6）、第六加载电容（C6）均通过低温共烧陶瓷（LTCC）工艺技术实现。

4.根据权利要求1所述的基于LTCC的新型带通滤波器，其特征在于：第一短截线（L1）、第二短截线（L2）、第三短截线（L3）、第四短截线（L4）、均为带状线结构。

5.根据权利要求1所述的基于LTCC的新型带通滤波器，其特征在于：加载电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7为MIM结构。