CN113556094A - 一种电容电感嵌套结构小型化谐振器 - Google Patents

一种电容电感嵌套结构小型化谐振器 Download PDF

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Abstract

本发明是一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，其共分为9层，并采用低温共烧陶瓷作为基底；谐振器采用电容、电感并联结构，外围是三维多层螺旋电感，螺旋电感内部是垂直叉指电容，三维螺旋电感与所述垂直叉指电容连接；谐振器相对的两个侧面分别设有端口，电感和电感设置在两个端口之间且电容被埋置在电感内部。本发明具有尺寸小、集成度高、可靠性高和耐高温的特点；同时实现了构成谐振器所需的大参数电感和大参数电容，高Q值并具有良好频率选择特性，可以被应用于具有良好频率选择特性的LTCC高性能集总参数滤波器、耦合器等器件的小型化设计中。

Description

一种电容电感嵌套结构小型化谐振器
技术领域
本发明涉及属于电子器件技术领域，具体的说是涉及一种电容电感嵌套结构小型化谐振器。
背景技术
谐振器是指产生谐振频率的电子元件，常用的分为石英晶体谐振器和陶瓷谐振器,石英晶体谐振器的频率精度要高于陶瓷谐振器，但成本也比陶瓷谐振器高，谐振器主要起选频的作用，所有电子产品涉及频率的发射和接收都需要谐振器。随着谐振器的快速发展，对于谐振器提出了集成化、微型化、低功耗、高性能、低成本等新的要求。因此如何缩小谐振器体积，提高其Q值并减小其损耗，成为目前谐振器领域需要解决的技术问题。
CN108347229A公开了一种具有高性能电容、电感的LTCC正交型耦合器，耦合器采用的拓扑结构由杂散抑制型垂直叉指电容和八边形三维螺旋电感构成，拓扑结构设置有四个端口，杂散抑制型垂直叉指电容与所述八边形三维螺旋电感之间通过微带线连接，虽然该实现了一定程度上的小兴化，但其并没有最大化的利用给空间，无法高度集成且其小型化程度不高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种电容电感嵌套结构的小型化谐振器，该谐振器能有效的缩小谐振器的体积、提高Q值，实现了谐振器的小型化和高度集成。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，一种电容、电感嵌套结构小型化谐振器，谐振器分为9层，并采用低温共烧陶瓷(LTCC)作为基底，采用电容电感并联结构，外围是三维多层螺旋电感，螺旋电感内部是多层垂直叉指电容，所述三维螺旋电感与所述垂直叉指电容之间通过微带线和带状线连接，在所述谐振器相对的两个侧面中间分别设置有第一端口和第二端口且所述电感和所述电容设置在所述第一端口和第二端口之间，且所述电容被埋置在所述电感内部，所述电感和电容的左端在顶部通过微带线结构与第一端口相连接，电感和电容的右端在底部通过微带线结构与第二端口相连接。
本发明的进一步改进在于：电感为8.5圈方形三维螺旋结构，电感的两端分别与第一端口和第二端口相连接，所述第一端口和所述第二端口的两侧分别设置有用于连接的过孔，所述第一端口一侧的过孔分别连接电感的第四层到第五层、第八层到第九层，所述第一端口另一侧的过孔分别连接电感的第一层到第二层、第五层到第六层，所述第二端口一侧的过孔连接电感的第二层到第三层、第六层到第七层，所述第二端口另一侧的过孔连接电感的第三层到第四层、第七层到第八层，使得整个电感由一根完整高阻抗线和过孔构成。
本发明的进一步改进在于：电容被设计成8层矩形结构，具有八节方形叉指，每节叉指分别位于第1、2、3、4、5、6、7、8层，所述电容的两端分别与第一端口和第二端口相连接，所述第一端口通过垂直过孔连接第一层电容叉指、第三层电容叉指、第五层电容叉指、第七层电容叉指的一端，所述第二端口通过垂直过孔连接第二层、第四层电容叉指、第六层电容叉指、第八层电容叉指的一端。
本发明的进一步改进在于：电感采用0.2mm宽的高阻抗线螺旋形成且每相邻两层的高阻抗线之间填充LTCC材料。
本发明的进一步改进在于：所述基底为低温共烧陶瓷(LTCC)基底，Ferro-A6M烧制后的基底的厚度为0.1mm，介电常数为5.9。耗角正切为0.002，最终电磁优化后的参数为：
Figure BDA0003184160860000021
rvia＝0.2mm， rpad＝0.3mm。
本发明的有益效果是：
1.本发明的电容、电感嵌套结构小型化谐振器通过9层的低温共烧陶瓷(LTCC)基底实现，相比传统电容具有成本低，成品率高，可靠性高，耐高温，更适合于恶劣环境等优点。
2.本发明的电容和电感两个原件只占一个原件的尺寸，充分利用了LTCC多层结构的特点并最大限度地利用了三维空间，实现了谐振器的小型化和高度集成。
3.本发明的电容、电感嵌套结构小型化谐振器在实现良好频率选择特性的同时还具备Q值高等高品质因素。因此，该新型谐振器可以被应用于具有良好频率选择特性的LTCC高性能集总参数滤波器的设计。
附图说明
图1为本发明表示分层情况的示意图。
图2为本发明谐振器的拓扑结构示意图。
图3为本发明中垂直叉指电容的结构示意图。
图4为本发明中三维螺旋电感结构示意图。
图5为本发明谐振器的仿真S参数图。
图6为本发明谐振器的仿真Q参数图。
图7为本发明图3的俯视图。
图8为本发明图4的俯视图。
图9为本发明谐振器的结构示意图。
其中1-电感；2-过孔；3-电容；4-第一端口；5-第二端口。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
如图1所示，本发明是一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，所述谐振器分为九层，包括基底，在所述基底上加工电感、电容，所述电感和所述电容并联且所述电容被埋置在所述电感内部且所述电感和所述电容之间通过微带线和带状线微带线即高阻抗线和带状线即过孔连接，在所述谐振器相对的两个侧面中间分别设置有第一端口和第二端口且所述电感和所述电容设置在所述第一端口和第二端口之间，所述电感和电容的左端在顶部通过微带线结构与第一端口相连接，所述电感和电容的右端在底部通过微带线结构与第二端口相连接，具体结构如图9所示，图9中外框并非本发明内容，其表示为示分层情况。
如图3、7和图4、8所述，所述电容垂直叉指电容，具有八节方形叉指结构，总共设计有8层，每一层有一个叉指设计，所述第一端口通过垂直过孔连接第一层电容叉指、第三层电容叉指、第五层电容叉指、第七层电容叉指的一端，所述第二端口通过垂直过孔连接第二层、第四层电容叉指、第六层电容叉指、第八层电容叉指的一端，即垂直叉指电容的端口是通过不相邻开路端连接形成的。
三维螺旋电感由8.5圈0.2mm宽的电感构建，形成具有9层结构的螺旋电感，每两层高阻抗线之间分别填充LTCC材料，所述第一端口一侧的过孔分别连接电感的第四层到第五层、第八层到第九层，所述第一端口另一侧的过孔分别连接电感的第一层到第二层、第五层到第六层，所述第二端口一侧的过孔连接电感的第二层到第三层、第六层到第七层，所述第二端口另一侧的过孔连接电感的第三层到第四层、第七层到第八层，使得整个电感由一根完整高阻抗线和过孔构成，过孔是一种柱状的带状线。
如图2所示，在本发明实施例中，所述谐振器采用电容电感并联的拓扑结构构建，具体的，拓扑结构由电感L和电容C组成，同时，拓扑结构设置有第一端口、第二端口两个端口，其中,所述第一端口、第二端口分别设置在方形谐振器对边中央,电感和电感设均置在所述第一端口和第二端口之间，电感L的一端连接电容C的一端，且两者连接处与第一端口连接，电感L的另一端连接电容C的另一端，且两者连接处与第二端口连接。
本发明中的电感电容加工在低温共烧陶瓷(LTCC)基底上，LTCC作为基底是实物加工工艺，在本发明的附图上并没有体现，因为这个是多层结构，就是说传统的pcb技术不能实现加工，只能用LTCC技术来加工，谐振器电磁优化后拓扑结构中的垂直叉指电容和电感的参数为
Figure BDA0003184160860000051
rvia＝0.2mm，rpad＝0.3mm，较于现有技术中各电容和电感的参数，可制备出小型谐振器。
如图5所示的谐振器的电磁仿真S参数图和图6所示的谐振器的电磁仿真Q值图，本发明实适用于60MHz极低中心频率的谐振器，其60MHz处S11值为-80dB，S21为0.05dB，60MHz处Q值为48。该谐振器Q值高、集成度高、储能高、尺寸小、插损小。
本发明中，根据拓扑结构进行仿真、电容值和电感值调整等操作，最后形成与拓扑结构对应的三维结构，具体的，拓扑结构中的电感使用三维多层螺旋电感，电容使用三维杂散抑制型垂直叉指电容，且电容埋置在电感内部，两个元件仅占一个元件面积，可有效减少形成的谐振器的整体体积，同时，减小了电容值和电感值，实现了耦合器的相对带宽的拓宽；与现有技术相比，本发明的优点为：1.具有集成度高、体积小、可靠性高和耐高温的特点；2.实现了构成谐振器所需的大参数电感和大参数电容，高Q值并具有良好频率选择特性，可以被应用于具有良好频率选择特性的LTCC高性能集总参数滤波器、耦合器等器件的设计。
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，包括基底，其特征在于：在所述基底上加工电感、电容，所述电感和所述电容并联且所述电容被埋置在所述电感内部且所述电感和所述电容连接，在所述谐振器相对的两个侧面中间分别设置有第一端口和第二端口且所述电感和所述电容设置在所述第一端口和第二端口之间。
2.根据权利要求1所述一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，其特征在于：所述谐振器分为九层，所述电感为8.5圈方形三维螺旋结构且所述电感的两端分别与第一端口和第二端口相连接，所述电容为八层矩形结构且具有八节方形叉指的叉指电容，所述电容的两端分别与第一端口和第二端口相连接，所述电感的一端连接电容的一端且电感和电容的连接处与所述第一端口连接，所述电感的另一端连接电容的另一端且电感和电容的连接处与所述第二端口连接，所述第一端口和所述第二端口的两侧分别设置有用于连接的过孔。
3.根据权利要求2所述一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，其特征在于：所述第一端口一侧的过孔分别连接电感的第四层到第五层、第八层到第九层，所述第一端口另一侧的过孔分别连接电感的第一层到第二层、第五层到第六层，所述第二端口一侧的过孔连接电感的第二层到第三层、第六层到第七层，所述第二端口另一侧的过孔连接电感的第三层到第四层、第七层到第八层。
4.根据权利要求2所述一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，其特征在于：所述第一端口通过垂直过孔连接第一层电容叉指、第三层电容叉指、第五层电容叉指、第七层电容叉指的一端，所述第二端口通过垂直过孔连接第二层、第四层电容叉指、第六层电容叉指、第八层电容叉指的一端。
5.根据权利要求1所述一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，其特征在于：所述基底为低温共烧陶瓷基底。
6.根据权利要求1或5所述一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，其特征在于：所述基底的厚度为0.1mm，介电常数为5.9，耗角正切为0.002，最终电磁优化后的参数为：
Figure FDA0003184160850000021
rvia＝0.2mm，rpad＝0.3mm。
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