CN112087212A - 一种小型化电调滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化电调滤波器，包括滤波器组件，滤波器组件包括耦合电感、匹配电感和调谐电容，其中，耦合电感包括若干直走线电感部，位于不同布线层的直走线电感部通过若干过孔相连接，耦合电感通过过孔与地相连接，匹配电感位于一层布线层内，匹配电感的一端通过过孔与耦合电感相连接，匹配电感的另一端与信号端相连接，调谐电容与耦合电感以及地相连接。本发明提出的电调滤波器包括滤波组件，滤波组件中，耦合电感位于布线层的部分采用直走线形式，而非螺旋走线形式，在满足滤波器的调谐带宽参数下，可以简化耦合电感的空间结构，进而可以减小电调滤波器的体积。

Description

一种小型化电调滤波器

技术领域

本发明实施例涉及滤波技术，尤其涉及一种小型化电调滤波器。

背景技术

电调滤波器具有连续调谐选通的特点，其为微波射频前端装置提供了重要的技术支撑，通过配置电调滤波器可以增强通信系统的抗干扰能力，改善接收机的灵敏度。

随着通信技术的发展，通信系统中的器件逐步向着小型化和高线性化的方向发展。相应的，在电调滤波器的设计生产中，如何减少电路复杂度、提高带外抑制度、提高调谐范围宽度已成为亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种小型化电调滤波器，以达到减小滤波器体积，减少生产成本的目的。

本发明实施例提供了一种小型化电调滤波器，包括滤波器组件，所述滤波器组件包括耦合电感、匹配电感和调谐电容，

其中，所述耦合电感包括若干直走线电感部，位于不同布线层的所述直走线电感部通过若干过孔相连接，所述耦合电感通过过孔与地相连接，

所述匹配电感位于一层所述布线层内，所述匹配电感的一端通过过孔与所述耦合电感相连接，所述匹配电感的另一端与信号端相连接，

所述调谐电容与所述耦合电感以及地相连接。

可选的，所述匹配电感包括螺旋部和蛇形部，

所述蛇形部通过过孔与所述耦合电感相连接，所述螺旋部与所述信号端相连接。

可选的，所述耦合电感包括两个第一直走线电感部，两个第二直走线电感部和两个第三直走线电感部，

所述第一直走线电感部位于第一布线层内，所述第二直走线电感部和所述第三直走线电感部位于第二布线层内，

所述第二直走线电感部通过过孔分别与所述第一直走线电感部以及所述调谐电容相连接，

所述第三直走线电感部通过过孔分别与所述第一直走线电感部以及地相连接。

可选的，所述第一直走线电感部对称的设置于所述第一布线层内，两个第一直走线电感部之间存在第一角度，

所述第二直走线电感部对称的设置于所述第二布线层内，两个所述第二直走线电感部之间存在第二角度，

所述第三直走线电感部对称的设置于所述第二布线层内，两个所述第三直走线电感部之间存在第三角度。

可选的，所述匹配电感位于第三布线层，所述第一布线层内还配置有两个直导线，一个所述匹配电感通过过孔以及一个所述直导线与一个所述信号端相连接。

可选的，所述直导线对称的位于所述第一布线层内，所述直导线与所述第一直走线电感部之间存在第四角度。

可选的，所述信号端位于第四布线层。

可选的，所述直走线电感部还包括折弯部，所述直走线电感部通过所述折弯部与所述过孔的开口端相连接。

可选的，所述耦合电感包括两个第一直走线电感部，两个第二直走线电感部、两个第三直走线电感部和两个第四直走线电感部，

所述第一直走线电感部和第二直走线电感部位于第一布线层内，所述第三直走线电感部和第四直走线电感部位于第二布线层内，

所述第一直走线电感部与调谐电容以及第三直走线电感部相连接，所述第二直走线电感部通过过孔与所述第三直走线电感部以及第四直走线电感部相连接，

所述第四直走线电感部还通过过孔与地相连接。

可选的，所述匹配电感包括第一匹配电感和第二匹配电感，

所述第一匹配电感位于一层布线层内，所述第一匹配电感包括螺旋部和蛇形部，所述第一匹配电感的蛇形部用于与耦合电感相连接，

所述第二匹配电感位于一层布线层内，所述第二匹配电感包括螺旋部和直线部，所述第二匹配电感的直线部用于通过过孔与信号端相连接。

可选的，所述第一直走线电感部、第二直走线电感部对称的设置于所述第一布线层内，两个第一直走线电感部之间存在第一角度，两个第二直走线电感部之间存在第二角度，

所述第三直走线电感部对称的设置于所述第二布线层内，两个所述第三直走线电感部之间存在第三角度，

所述第四直走线电感部对称的设置于所述第二布线层内，两个所述第四直走线电感部之间存在第四角度。

可选的，滤波器组件还包括开关，

所述开关位于一层布线层内，所述调谐电容通过过孔与所述开关相连接，所述开关通过过孔与耦合电感相连接，所述调谐电容通过所述开关与所述耦合电感相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明提出的电调滤波器包括滤波组件，滤波组件中，耦合电感位于布线层的部分采用直走线形式，而非螺旋走线形式，在满足滤波器的调谐带宽参数下，可以简化耦合电感的空间结构，进而可以减小电调滤波器的体积。

2.由于滤波组件中的匹配电感为和耦合电容均由布设于布线层的平面走线电感和借助过孔形成的过孔电感构成，且匹配电感、耦合电感以及调谐电容之间具有确定的空间位置关系，因此生产出的电调滤波器的一致性较好，进而可以简化产品测试流程，提高生产效率。

附图说明

图1是实施例中的电调滤波器结构框图；

图2是实施例中的电调滤波器原理图；

图3是实施例中的滤波器三维模型示意图；

图4是实施例中的滤波器组件顶视图；

图5是实施例中的另一种滤波器组件结构顶视图；

图6是实施例中的另一种滤波器组件结构底视图；

图7是实施例中的又一种滤波器组件结构顶视图；

图8是实施例中的PCB结构示意图；

图9是实施例中的一种滤波器组件应用示意图；

图10是实施例中的一种滤波器组件原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是实施例中的电调滤波器结构框图，参考图1，本实施例提出一种小型化电调滤波器，包括滤波器组件，滤波器组件包括耦合电感1、匹配电感(2-1、2-2)和调谐电容(3-1、3-2)。

示例性的，耦合电感可以包括T型耦合电感、π型耦合电感或者空间耦合电感，匹配电感可以由一个或多个匹配电感构成。其中匹配电感用于与调谐电容形成谐振，以及实现信号输入端和输出端的阻抗匹配。耦合电感用于信号传递。

本实施例中，可采用PCB或者LTCC工艺进行滤波器组件的制作。具体的，滤波器组件中的耦合电感包括若干直走线电感部，直走线电感部分布在不同的布线层内，位于不同布线层的直走线电感部通过若干过孔相连接，耦合电感还通过过孔与地层相连接。

本实施例中，耦合电感位于布线层的部分为直走线导线，直走线导线作为直走线电感部，直走线电感部和与之相连的过孔的电感共同构成耦合电感。

匹配电感位于一层布线层内，匹配电感的一端通过过孔与耦合电感相连接，匹配电感的另一端与信号端相连接。

本实施例中，匹配电感布设于同一层布线层内，且该布线层内不布设直走线电感。具体的，信号端为射频信号输入端和射频信号输出端，信号端布设于一层布线层内。

调谐电容位于一层布线层内，调谐电容与耦合电感以及地相连接。

本实施例提出的滤波组件中，耦合电感位于布线层的部分采用直走线形式，而非螺旋走线形式或者绕线电感形式，在满足滤波器的调谐带宽参数下，可以简化耦合电感的空间结构，进而可以减小电调滤波器的体积。

图2是实施例中的电调滤波器原理图，参考图2，本实施中，耦合电感采用空间耦合电感L3，每个信号端I/O的一侧分别配置一个匹配电感(L1、L2)。其中，匹配电感L1用于与调谐电容C1形成谐振，匹配电感L2用于与调谐电容C2形成谐振，耦合电感L3、L4用于通过磁耦合的方式实现信号传输。

基于图2所示的电调滤波器原理图可以得出，包含匹配电感L1、调谐电容C1的谐振单元的谐振频率为：

包含匹配电感L2、调谐电容C2的谐振单元的谐振频率为：

通过以上两式可以得出耦合谐振频率为：

上式中，L₁为匹配电感L1的电感值，C₁为调谐电容C1的电容值，L₂为匹配电感L2的电感值，C₂为调谐电容C2的电容值，L₃为空间耦合电感的电感值。

则磁耦合系数为：

示例性的，可以根据磁耦合系数确定耦合电感的布线形式，例如长、宽、对齐方式、间距等，通过电磁仿真软件可以进行三维建模，并进行仿真。

图3是实施例中的滤波器三维模型示意图，图4是实施例中的滤波器顶视图，图8是实施例中的PCB结构示意图，参考图3、图4和图8，本实施例中，采用PCB工艺进行滤波器的制作，可选的，PCB包括四层布线层，即第一布线层TOP层，第二布线层Mid2层，第三布线层Mid1层，第四布线层Bottom层。

作为一种可实施方案，图3所示的滤波器组件结构中，耦合电感L3包括两个第一直走线电感部1，两个第二直走线电感部2和两个第三直走线电感部3。

第一直走线电感部1位于第一布线层内，第二直走线电感部2和第三直走线电感部位于第二布线层内。第二直走线电感部2通过过孔分别与第一直走线电感部1以及调谐电容C1、C2相连接，第三直走线电感部3通过过孔分别与第一直走线电感部1以及地相连接。

示例性的，本实施例中，耦合电感中的直走线电感部分布于两层布线层内，在PCB的顶-底方向，两层布线层之间的直走线电感部构成折叠线构型。

示例性的，参考图3和图4，耦合电感中的直走线电感部分布于两层布线层内，两层布线层内，与相应直走线电感部相连接的过孔的开口端分别位于布线层的两端，基于此，从PCB的一侧看(左-右方向)，布设于两层布线层的直走线电感部以及用于连接直走线电感部的过孔构成矩形构型。

匹配电感L1和L2包括螺旋部和蛇形部，蛇形部通过过孔与耦合电感L3相连接，螺旋部与信号端相连接。具体的，匹配电感L1和L2位于第三布线层，第一布线层内还配置有两个直导线4，一个匹配电感通过过孔与一个直导线相连接，一个匹配电感通过过孔以及一个直导线与一个信号端相连接。其中，信号端位于第四布线层。

示例性的，PCB结构中第二布线层和第三布线层之间可以设置一腔体，调谐电容布设在腔体的表面，并通过过孔与第二直走线电感部相连接。

参考图3和图4，优选的，经过仿真调试，第一直走线电感部1对称的设置于第一布线层内，两个第一直走线电感部之间存在第一角度。第二直走线电感部2对称的设置于第二布线层内，两个第二直走线电感部2之间存在第二角度。第三直走线电感部3对称的设置于第二布线层内，两个第三直走线电感部3之间存在第三角度。直导线4对称的位于第一布线层内，直导线4与第一直走线电感部1之间存在第四角度。

示例性的，第一角度包括0°。

图5是实施例中的另一种滤波器组件结构顶视图，图6是实施例中的另一种滤波器组件结构底视图，参考图5、图6、图8，作为一种可实施方案，图5所示的滤波器组件结构中，耦合电感L3包括两个第一直走线电感部5，两个第二直走线电感部6、两个第三直走线电感部7和两个第四直走线电感部8。

第一直走线电感部5和第二直走线电感部6位于第一布线层内，第三直走线电感部7和第四直走线电感部8位于第二布线层内。

第一直走线电感部5与调谐电容以及第三直走线电感部7相连接，第二直走线电感部通过过孔与第三直走线电感部7以及第四直走线电感部8相连接，第四直走线电感部8还通过过孔与地相连接。具体的，第三直走线电感部7的一端通过过孔与第一直走线电感部5相连接，另一端通过过孔与第二电感部6相连接。

图5所示的滤波器组件结构中，直走线电感部还包括折弯部，直走线电感部通过折弯部与过孔的开口端相连接。

示例性的，折弯部可以为直线折弯或者弧形折弯。

参考图5和图6，具体的，第三直走线电感部7包括折弯部71，第四直走线电感部8包括折弯部81。

示例性的，调谐电容可以布设在第一布线层的表面，其位置与折弯部51重叠，第一直走线电感部5与调谐电容相连接，调谐电容通过过孔与地相连接。

图7是实施例中的又一种滤波器组件结构顶视图，参考图7，示例性的，PCB结构中第二布线层和第三布线层之间可以设置一腔体，调谐电容布设在腔体的表面，第一直走线电感部5通过过孔与调谐电容C1、C2相连接，调谐电容C1、C2通过过孔与地相连接。

图7所示的滤波器组件中，第二直走线电感部6包括折弯部61，第二直走线电感部6通过折弯部61与过孔的开口端相连接。

参考图5和图6，匹配电感包括第一匹配电感9和第二匹配电感10，第一匹配电感9位于一层布线层内，第一匹配电感9包括螺旋部和蛇形部91，第一匹配电感的蛇形部91用于与耦合电感相连接。

第二匹配电感10位于一层布线层内，第二匹配电感10包括螺旋部和直线部11，第二匹配电感10的直线部11用于通过过孔与信号端相连接。

示例性的，信号端位于第四布线层。

示例性的，图5所示的滤波器组件结构中，第一匹配电感9的螺旋部与第二匹配电感10的螺旋的形状、大小相同，竖直方向上第一匹配电感9和第二匹配电感10螺旋部的位置重叠，且第一匹配电感9螺旋部的中点还通过过孔与第二匹配电感10螺旋部的中点相连接。

示例性的，第一匹配电感可以布设于第三布线层的一侧表面，第二匹配电感可以布设于第三布线层的另一侧表面。

参考图5和图6，经过仿真调试，第一直走线电感部5、第二直走线电感部6对称的设置于第一布线层内，两个第一直走线电感部5之间存在第一角度，两个第二直走线电感部6之间存在第二角度。

第三直走线电感7部对称的设置于第二布线层内，两个第三直走线电感部7之间存在第三角度。

第四直走线电感8部对称的设置于第二布线层内，两个第四直走线电感部8之间存在第四角度。

示例性的，第一角度包括0°。

示例性的，图5和图7所示的滤波器组件中，耦合电感中的直走线电感部分布于两层布线层内，在PCB的顶-底方向，两层布线层之间的直走线电感部构成折叠线构型。

与图3所示的滤波器组件相似，图5和图7所示的滤波器组件中，耦合电感中的直走线电感部分布于两层布线层内，两层布线层内，与相应直走线电感部相连接的过孔的开口端分别位于布线层的两端，基于此，从PCB的一侧看(左-右方向)，布设于两层布线层的直走线电感部以及用于连接直走线电感部的过孔构成矩形构型。

示例性的，本实施例中，可以根据调谐带宽初步确定匹配电感、耦合电感以及调谐电容的数值，在耦合电感为直走线电感与过孔电感组合的前提下，根据计算出的磁耦合系数确定匹配电感、耦合电感以及调谐电容的空间关系。随后利用仿真软件调整走线电感的厚度、线宽、长度，过孔电感的直径，螺旋结构的圈数、直径，走线电感之间的水平间距、垂直间距、夹角，信号端口的位置等，以使滤波器组件可以满足产品的设计需求。

示例性的，PCB也可以为多层结构，根据仿真结果可以调整直走线电感之间的垂直间距，改变直走线电感所处的布线层。

本实施例提出的滤波器组件结构简单，易于加工，可以实现较高的加工精度达到0.1mm)。由于滤波组件中的匹配电感为和耦合电容均由布设于布线层的平面走线电感和借助过孔形成的过孔电感构成，且匹配电感、耦合电感以及调谐电容之间具有确定的空间位置关系，因此生产出的电调滤波器的一致性较好，进而可以简化产品测试流程，提高生产效率。

实施例二

在实施例一的基础上，作为一种可实施方案，滤波器组件还包括开关，其中，调谐电容通过开关与耦合电感相连接，调谐电容还与第相连接。

图6是实施例中的一种滤波器组件应用示意图，参考图6，滤波器组件中可以配置多个调谐电容(C11、C31、C41、C12、C32、C43)以及多个开关(K1-K6)，可以通过开关的通断选通相应的调谐电容，进而实现通信频率的跳变。

图7是实施例中的一种滤波器组件原理图，参考图7，作为一种可实施方案，以开关K1的结构为例，开关K1包括第一控制端RFC1、第二控制端RF1、第三控制端B12、第四控制端B11、PIN管D1、二极管D2、电容C12、电容C1、电容C6、电感L12、电阻R2。

其中PIN管D1串联在调谐电容C11和耦合电感L3之间，具体的PIN管D1的正极与调谐电容C11的一端相连接，PIN管D1的负极与耦合电感L3的一端相连接。

第一控制端RFC1通过电容C12与PIN管D1的正极相连接。第二控制端RF1通过电容C5与PIN管D1的负极相连接。第三控制端B12通过二极管D2以及电容C1与PIN管D1的负极相连接，具体的，第三控制端B12与二极管D2的阴极相连接，二极管D2的阳极与电容C1相连接，电容C1与PIN管D1的负极相连接。第四控制端B11通过电阻R2以及电感L12与二极管D2的阳极相连接，电阻R2还通过电容C6接地。

参考图7，示例性的，以开关K1为例，若需要选择调谐电容C11所在的通路导通，则控制PIN管D1导通，二极管D2断开。示例性的，可以在第一控制端RFC1接入3.3V电，第二控制端RF1接入0V电，第四控制端B11接入-100V电，第三控制端B12接入0V电。若需要选择调谐电容C11所在的通路断开，则则控制PIN管D1断开，二极管D2导通。示例性的，可以在第一控制端RFC1接入3.3V电，第二控制端RF1接入100V电，第四控制端B11接入3.3V电，第三控制端B12接入0V电。

参考图7，本实施例中，开关中配置一个PIN管D1和一个二极管D2，通过在开关的第一控制端RFC1、第二控制端RF1、第三控制端B12和第四控制端B11加载相应的控制信号，可以使PIN管D1和二极管D2处于相反的工作状态。通过配置二极管D2，当控制PIN管D1断开时，由PIN管D1产生的衰减信号可以通过二极管D2导出，避免了衰减信号经过耦合电感，对其他调谐电容通路造成影响。

本实施例中，开关单元配置有一个电容C1，电容C1一端与PIN管D1相连接，另一端与PIN管D1相连接，通过电容C1隔离PIN管D1与二极管D2之间接入的电压。基于PIN管特性，通常情况下，当需要PIN管断开时，需要在PIN管两端的加载足够大的电压差，才能保证PIN管达到较好的截止效果。本实施例中，由于电容C1可以隔离PIN管D1与二极管D2之间接入电压，因此在保证PIN管D1良好截止、二极管D2导通的前提下，二极管D2两端的压差(例如一端接入3.3V电，另一端接入0V电)可以远小于PIN管D1两端(例如一端接入3.3V电，另一端接入100电)的压差，进而，当PIN管D1截止，通过二极管D2导出衰减信号时，可以降低衰减信号通过二极管D2时产生的功耗，降低开关的发热量。

作为一种可实施方案，示例性的，结合图3和图5，在滤波组件中配置开关时，开关和调谐电容可以布设在第一布线层的表面，以保证滤波组件的有效散热。示例性的，调谐电容可以通过过孔与开关相连接，开关可以通过过孔与耦合电感相连接，调谐电容可以通过开关与耦合电感相连接。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种小型化电调滤波器，其特征在于，包括滤波器组件，所述滤波器组件包括耦合电感、匹配电感和调谐电容，

其中，所述耦合电感包括若干直走线电感部，位于不同布线层的所述直走线电感部通过若干过孔相连接，所述耦合电感还通过过孔与地相连接，

所述匹配电感位于与所述直走线电感部所处布线层相异的布线层内，所述匹配电感通过过孔分别与所述耦合电感以及信号端相连接，

所述调谐电容与所述耦合电感以及地相连接。

2.如权利要求1所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述耦合电感包括两个第一直走线电感部，两个第二直走线电感部和两个第三直走线电感部，

所述第一直走线电感部位于第一布线层内，所述第二直走线电感部和所述第三直走线电感部位于第二布线层内，

所述第二直走线电感部通过过孔分别与所述第一直走线电感部以及所述调谐电容相连接，

所述第三直走线电感部通过过孔分别与所述第一直走线电感部以及地相连接。

3.如权利要求2所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述第一直走线电感部对称的设置于所述第一布线层内，两个第一直走线电感部之间存在第一角度，

所述第二直走线电感部对称的设置于所述第二布线层内，两个所述第二直走线电感部之间存在第二角度，

所述第三直走线电感部对称的设置于所述第二布线层内，两个所述第三直走线电感部之间存在第三角度。

4.如权利要求2所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述匹配电感包括螺旋部和蛇形部，

所述蛇形部通过过孔与所述耦合电感相连接，所述螺旋部与所述信号端相连接。

5.如权利要求4所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述匹配电感位于第三布线层，所述第一布线层内还配置有两个直导线，一个所述匹配电感通过过孔以及一个所述直导线与一个所述信号端相连接。

6.如权利要求5所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述直导线对称的位于所述第一布线层内，所述直导线与所述第一直走线电感部之间存在第四角度。

7.如权利要求1所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述直走线电感部还包括折弯部，所述直走线电感部通过所述折弯部与所述过孔的开口端相连接。

8.如权利要求7所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述耦合电感包括两个第一直走线电感部，两个第二直走线电感部、两个第三直走线电感部和两个第四直走线电感部，

所述第一直走线电感部和第二直走线电感部位于第一布线层内，所述第三直走线电感部和第四直走线电感部位于第二布线层内，

所述第一直走线电感部与调谐电容以及第三直走线电感部相连接，所述第二直走线电感部通过过孔与所述第三直走线电感部以及第四直走线电感部相连接，

所述第四直走线电感部还通过过孔与地相连接。

9.如权利要求7所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述匹配电感包括第一匹配电感和第二匹配电感，

所述第一匹配电感位于一层布线层内，所述第一匹配电感包括螺旋部和蛇形部，所述第一匹配电感的蛇形部用于与耦合电感相连接，

所述第二匹配电感位于一层布线层内，所述第二匹配电感包括螺旋部和直线部，所述第二匹配电感的直线部用于通过过孔与信号端相连接。

10.如权利要求7所述的小型化电调滤波器，其特征在于，所述第一直走线电感部、第二直走线电感部对称的设置于所述第一布线层内，两个第一直走线电感部之间存在第一角度，两个第二直走线电感部之间存在第二角度，

所述第三直走线电感部对称的设置于所述第二布线层内，两个所述第三直走线电感部之间存在第三角度，

所述第四直走线电感部对称的设置于所述第二布线层内，两个所述第四直走线电感部之间存在第四角度。

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