CN112803129A - 一种基于dgs的ltcc型对称式无反射低通滤波器 - Google Patents

一种基于dgs的ltcc型对称式无反射低通滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于DGS的LTCC型对称式无反射低通滤波器，属于微波技术领域，无反射低通滤波器由对称式的三个电感、三个电容和三个电阻构成，该滤波器采用单屏蔽层，且屏蔽层采用栅格缺陷地结构。采用LTCC工艺技术实现，具有阻带无反射性能好、元件体积小、元件耐高温、加工成本低、工作稳定性好、材料一致性好、环保性好等优点，可以广泛应用于微波波段的5G移动通信、相控阵雷达、北斗导航系统等卫星通信，对电性能、材料一致性、热机械性、温度稳定性、工艺性及抗干扰性等高要求的系统与设备。

Description

一种基于DGS的LTCC型对称式无反射低通滤波器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种基于DGS的LTCC型对称式无反射低通滤波器。
背景技术
滤波器具有筛选固定频率信号的功能，其被广泛地应用在通信与射频系统中。根据滤波器阻带信号的处理方式，可以分为反射式滤波器和无反射式滤波器，其中反射式滤波器的阻带信号反射回信号输入端，无反射式滤波器则通过一定电路结构对反射信号进行吸收消耗。
LTCC即低温共烧陶瓷，是一种高稳定性、高品质因数和高集成度的厚膜工艺。陶瓷材料相比于其他材料，稳定性高，介电常数变化范围大，适用于微波器件的制造。
然而，相比于传统反射式滤波器的成熟研究与设计，无反射滤波器的研究还很少，国内更是缺乏相关的研究与设计。在许多实际应用中，如混频器对所有带外端的信号变化非常敏感；高增益放大器的稳定性受封装环境下的带外信号反馈的影响；大功率发射机的可靠性和稳定性受带外反射信号的限制。
现有吸收式滤波器的设计有两种类型：一类是采用单终端原型滤波器作为吸收负载，以双工器或多工器的工作方式组成导纳曲线互补的不同滤波器实现通带和阻带的匹配；另一类是采用反射滤波器和两个3dB定向耦合器组合，使阻带反射能量相互抵消。这两种类型的滤波器采用的元件数量多，设计过程复杂，元件体积大。
现有的无反射设计方案存在以下缺点：
(1)采用双工器或多工器结构进行无反射低通滤波器设计，要求高低通路径对偶，相频曲线互补。其设计调试难度大，元件体积大；
(2)采用反射式滤波器和两个3dB定向耦合器设计无反射低通滤波器，元件数量多，体积大，且插入损耗大；
(3)采用基于IPD工艺的对称电路设计，稳定性和散热性低。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种基于DGS的LTCC型对称式无反射低通滤波器，电路结构简单对称，并减小螺旋电感寄生电容对于吸收负载电路或元件性能的影响。
本发明公开了一种基于DGS的LTCC型对称式无反射低通滤波器，包括输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5和输出端口P6、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第三连接线Lin3、缺陷地结构屏蔽层DGS、第一隔离电阻R1和第二隔离电阻R2；
第一螺旋电感L1设有三层，第一层与输入端口P1连接，第三层与输出端口P6连接；
第二螺旋电感L2共两层，第二层与第一连接端口P2连接，第一层与第一接地端口P3连接；
第三螺旋电感L3共两层，第二层与第二连接端口P5连接，第一层与第二接地端口P4连接；
第一电容C1共三层，第二层与输入端口P1连接，第一层和第三层分别与第一连接端口P2连接；
第二电容C2共三层，第二层与输出端口P6，第一层和第三层与第二连接端口P5连接；
第三电容C3共两层，第一层与缺陷地结构屏蔽层DGS连接；
第一连接端口P2与第一隔离电阻R1连接，第一隔离电阻R1与第三连接线Lin3，第三连接线Lin3分别与第二隔离电阻R2和第三电容C3的第二层连接；
第二隔离电阻R2外端与第二连接端口P5连接。
优选的，第三电容C3的第二层通过第一连接柱H1与第三连接线Lin3连接；第三电容C3的第一层上存在第一通孔K1，第一连接柱H1穿过第一通孔。
优选的，输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5为50欧姆阻抗端口。
优选的，输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5和输出端口P6为外部封装引脚。
优选的，缺陷地结构屏蔽层DGS印刷于滤波器内部，且采用大栅格缺陷地结构。
优选的，第一隔电阻R1和第二隔离电阻R2采用内埋式结构。
优选的，第一隔电阻R1和第二隔离电阻R2阻抗为50欧姆。
优选的，所述无反射低通滤波器为低温共烧陶瓷件。
优选的，本发明还包括第一连接线Lin1和第二连接线Lin2，
第一连接线Lin1外端与第一连接端口P2连接，第一连接线Lin1内端与第一隔离电阻R1连接；
第二连接线Lin2内端与第二隔离电阻R2外端连接，第二连接线Lin2外端与第二连接端口P5连接。
优选的，输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5和输出端口P6分布设置在左右两侧；
第三电容C3设置在缺陷地结构屏蔽层DGS上侧；
第一隔离电阻R1和第二隔离电阻R2设置在第三电容C3上侧；
第二螺旋电感L2和第三螺旋电感L3设置在第一隔离电阻R1的上侧；
第一螺旋电感L1设置在第二螺旋电感L2上侧；
第一电容C1和第二电容C2设置在第一螺旋电感L1上侧；
组成层叠结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用对称设计，电路结构简单对称，便于设计开发；利用LTCC工艺制造的微波器件耐高温特性好，可承载较大的电流，LTCC工艺可制作几十层基板，将无源器件内埋，即减小其他组装元件干扰，又提高集成度；在通带和阻带都具有极低的反射损耗的前提下，实现元件的体积小、结构简单、稳定性好、可靠性高、耐高温、材料一致性好的特点；采用缺陷地结构屏蔽层，减小螺旋电感寄生电容对于吸收负载电路或元件性能的影响；电路结构简洁，通过调节螺旋电感和电容的组合，可实现任意频率和阻带要求的无反射滤波器。
附图说明
图1是本发明的正视图；
图2是本发明的侧视图；
图3是性能测试的插入损耗和回波损耗的曲线图；
图4是性能测试的驻波系数曲线；
图5是本发明的层叠结构示意图。
图中标记说明：
输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5、输出端口P6；第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一连接线Lin1、第二连接线Lin2、第三连接线Lin3；第一通孔K1、第一连接柱H1、缺陷地结构屏蔽层DGS；第一隔离电阻R1和第二隔离电阻R2。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
一种基于DGS的LTCC型对称式无反射低通滤波器，如图1、图2和图5所示，包括输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5和输出端口P6、第一螺旋电感L1、第二螺旋电感L2、第三螺旋电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第三连接线Lin3、缺陷地结构屏蔽层DGS、第一隔离电阻R1和第二隔离电阻R2；
第一螺旋电感L1设有三层，第一层与输入端口P1连接，第三层与输出端口P6连接；
第二螺旋电感L2共两层，第二层与第一连接端口P2连接，第一层与第一接地端口P3连接；
第三螺旋电感L3共两层，第二层与第二连接端口P5连接，第一层与第二接地端口P4连接；
第一电容C1共三层，第二层与输入端口P1连接，第一层和第三层分别与第一连接端口P2连接；
第二电容C2共三层，第二层与输出端口P6，第一层和第三层与第二连接端口P5连接；
第三电容C3共两层，第一层与缺陷地结构屏蔽层DGS连接；
第一连接端口P2与第一隔离电阻R1连接，第一隔离电阻R1与第三连接线Lin3，第三连接线Lin3分别与第二隔离电阻R2和第三电容C3的第二层连接；
第二隔离电阻R2外端与第二连接端口P5连接。
本发明采用对称设计，电路结构简单对称，便于设计开发；利用LTCC工艺制造的微波器件耐高温特性好，可承载较大的电流，LTCC工艺可制作几十层基板，将无源器件内埋，即减小其他组装元件干扰，又提高集成度；在通带和阻带都具有极低的反射损耗的前提下，实现元件的体积小、结构简单、稳定性好、可靠性高、耐高温、材料一致性好的特点；采用缺陷地结构屏蔽层，减小螺旋电感寄生电容对于吸收负载电路或元件性能的影响；电路结构简洁，通过调节螺旋电感和电容的组合，可实现任意频率和阻带要求的无反射滤波器。可以广泛应用于微波波段的5G移动通信、相控阵雷达、北斗导航系统等卫星通信，对电性能、材料一致性、热机械性、温度稳定性、工艺性及抗干扰性等高要求的系统与设备。
其中，第三电容C3的第二层通过第一连接柱H1与第三连接线Lin3连接；第三电容C3的第一层上存在第一通孔K1，第一连接柱H1穿过第一通孔K1。通过第一通孔K1和第一连接柱H1的结构连接第三电容C3的第二层和第三连接线Lin3，使本发明的结构紧凑，优化了电路结构，减小了元件体积。
输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5为50欧姆阻抗端口。且输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5和输出端口P6为外部封装引脚。采用6端口外电极设计，优化了电路结构，减小了元件体积。
其中，缺陷地结构屏蔽层DGS印刷于无反射低滤波器内部，且采用大栅格缺陷地结构。第一隔电阻R1和第二隔离电阻R2采用内埋式结构，且阻抗为50欧姆。采用内置电阻，提高了元件的集成度。
本发明的无反射低通滤波器为低温共烧陶瓷件(LTCC)，具有非常高的温度稳定性，一致性，并且还具有一定强度的生带。采用三维立体集成和缺陷地结构以及内埋式电阻和封装，使得元件一体化程度更高，体积更小，稳定性更好。
如图1和图2所示，还包括第一连接线Lin1和第二连接线Lin2，第一连接线Lin1外端与第一连接端口P2连接，第一连接线Lin1内端与第一隔离电阻R1连接；第二连接线Lin2内端与第二隔离电阻R2外端连接，第二连接线Lin2外端与第二连接端口P5连接。
输入端口P1、第一连接端口P2、第一接地端口P3、第二接地端口P4、第二连接端口P5和输出端口P6分布设置在左右两侧；第三电容C3设置在缺陷地结构屏蔽层DGS上侧；第一隔离电阻R1和第二隔离电阻R2设置在第三电容C3上侧；第二螺旋电感L2和第三螺旋电感L3设置在第一隔离电阻R1的上侧；第一螺旋电感L1设置在第二螺旋电感L2上侧；第一电容C1和第二电容C2设置在第一螺旋电感L1上侧；组成层叠结构。通过LTCC的层叠结构，减小元件的体积。
在一个具体实施例中，制备了尺寸为2.5mm×1.6mm×0.94mm对称式无反射低通滤波器，并进行了检测，检测如图3和图4所示。图3中横坐标为频率，纵坐标为分贝比值；图4中，横坐标为频率，纵坐标为驻波比。从检测数据和图中得出：通带分布为DC～2.45GHz，输入端口的插入损耗优于-1.3dB，阻带范围4GHz～12GHz的衰减小于-15dB；在DC～12GHz的频率范围内，入射端口的回波损耗小于-20dB，驻波比优于1.26。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于DGS的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，包括输入端口(P1)、第一连接端口(P2)、第一接地端口(P3)、第二接地端口(P4)、第二连接端口(P5)和输出端口(P6)、第一螺旋电感(L1)、第二螺旋电感(L2)、第三螺旋电感(L3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第三连接线(Lin3)、缺陷地结构屏蔽层(DGS)、第一隔离电阻(R1)和第二隔离电阻(R2)；
第一螺旋电感(L1)设有三层，第一层与输入端口(P1)连接，第三层与输出端口(P6)连接；
第二螺旋电感(L2)共两层，第二层与第一连接端口(P2)连接，第一层与第一接地端口(P3)连接；
第三螺旋电感(L3)共两层，第二层与第二连接端口(P5)连接，第一层与第二接地端口(P4)连接；
第一电容(C1)共三层，第二层与输入端口(P1)连接，第一层和第三层分别与第一连接端口(P2)连接；
第二电容(C2)共三层，第二层与输出端口(P6)，第一层和第三层与第二连接端口(P5)连接；
第三电容(C3)共两层，第一层与缺陷地结构屏蔽层(DGS)连接；
第一连接端口(P2)与第一隔离电阻(R1)连接，第一隔离电阻(R1)与第三连接线(Lin3)，第三连接线(Lin3)分别与第二隔离电阻(R2)和第三电容(C3)的第二层连接；
第二隔离电阻(R2)外端与第二连接端口(P5)连接。
2.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，
第三电容(C3)的第二层通过第一连接柱(H1)与第三连接线(Lin3)连接；第三电容(C3)的第一层上设有第一通孔(K1)，第一连接柱(H1)穿过所述第一通孔。
3.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，输入端口(P1)、第一连接端口(P2)、第一接地端口(P3)、第二接地端口(P4)、第二连接端口(P5)为50欧姆阻抗端口。
4.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，输入端口(P1)、第一连接端口(P2)、第一接地端口(P3)、第二接地端口(P4)、第二连接端口(P5)和输出端口(P6)为外部封装引脚。
5.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，缺陷地结构屏蔽层(DGS)印刷于无反射低滤波器内部，且采用大栅格缺陷地结构。
6.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，第一隔电阻(R1)和第二隔离电阻(R2)采用内埋式结构。
7.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，第一隔电阻(R1)和第二隔离电阻(R2)阻抗为50欧姆。
8.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，所述无反射低通滤波器为低温共烧陶瓷件。
9.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，其特征在于，还包括第一连接线(Lin1)和第二连接线(Lin2)，
第一连接线(Lin1)外端与第一连接端口(P2)连接，第一连接线(Lin1)内端与第一隔离电阻(R1)连接；
第二连接线(Lin2)内端与第二隔离电阻(R2)外端连接，第二连接线(Lin2)外端与第二连接端口(P5)连接。
10.根据权利要求1所述的LTCC型对称式无反射低通滤波器，其特征在于，
输入端口(P1)、第一连接端口(P2)、第一接地端口(P3)、第二接地端口(P4)、第二连接端口(P5)和输出端口(P6)分布设置在左右两侧；
第三电容(C3)设置在缺陷地结构屏蔽层(DGS)上侧；
第一隔离电阻(R1)和第二隔离电阻(R2)设置在第三电容(C3)上侧；
第二螺旋电感(L2)和第三螺旋电感(L3)设置在第一隔离电阻(R1)的上侧；
第一螺旋电感(L1)设置在第二螺旋电感(L2)上侧；
第一电容(C1)和第二电容(C2)设置在第一螺旋电感(L1)上侧；
组成层叠结构。
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