CN114335940A - 基于ltcc技术的新型超宽带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器，使用LTCC工艺技术实现滤波器的立体三维集成，包括滤波器、特性阻抗为50欧姆的输入端口和输出端口、上接地板、下接地板、前接地板、后接地板；特性阻抗为50欧姆的输入端口位于滤波器F的左边，特性阻抗为50欧姆的输出端口位于滤波器F的右边，上接地板位于滤波器F的上边，下接地板位于滤波器F的下边，滤波器F的前边设有前接地板，滤波器F的后边设有后接地板。本发明不仅提高了带外抑制，而且减小了滤波器的体积，设计的超宽带带通滤波器具有高性能、小型化的优势。

Description

基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及到基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，人们对信息传输系统的要求越来越高，在提高已有频谱利用率的同时，希望能够开发出更宽的频带。超宽带技术以其抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、频谱利用率高、系统容量大、发射功率低、保密性好等优点成为通信领域的研究热点。滤波器作为微波/射频中的重要器件，其高性能、低成本和小型化具有极重要的意义，所以研究应用超宽带技术的超宽带滤波器是目前滤波器中研究热点。

传统的超宽带带通滤波器的设计方法是将高通滤波器和低通滤波器连接起来，从而达到宽带带通滤波器的效果，但这样仍然是两个滤波器，使设计的滤波器具有体积大，抑制度低，通带性能差等缺点。而近年来，人们开始使用并联短截线的方式进行设计超宽带带通滤波器，实现了结构简单，通带性能良好，但是单一的短截线连接使设计的滤波器带外抑制低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能、通带损耗小、结构简单、便于加工生产的基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器，使用LTCC工艺技术实现滤波器的立体三维集成，包括滤波器、特性阻抗为50欧姆的输入端口和输出端口、上接地板、下接地板、前接地板、后接地板；特性阻抗为50欧姆的输入端口位于滤波器F的左边，特性阻抗为50欧姆的输出端口位于滤波器F的右边，上接地板位于滤波器F的上边，下接地板位于滤波器F的下边，滤波器F的前边设有前接地板，滤波器F的后边设有后接地板。

所述滤波器F中包括第一传输线、第二传输线、第一耦合连接线、第二耦合连接线、第一短截线、第一金属通孔、第一L型耦合带状线、第二L型耦合带状线；所述的特性阻抗为50欧姆的输入端口连接第一耦合连接线的一端，第一耦合连接线的另一端悬空放置，第二耦合连接线与第一耦合连接线都作为电感负载且是左右对称关系，所以第二耦合连接线的一端悬空放置，另一端连接特性阻抗为50欧姆的输出端口；第一金属通孔放置在第一耦合连接线和第二耦合连接线的中间位置，第一传输线放置在第一金属通孔上边，第二传输线放置在第一金属通孔的下边，第一传输线和第二传输线上下相对，且平行于第一耦合连接线和第二耦合连接线，实现耦合效果，产生滤波器的通带；第一短截线的一端连接第二传输线的后边中间位置，另一端连接后接地板，为短路型短截线；第一L型耦合带状线处于第一传输线的上方，其两端分别连接特性阻抗为50欧姆的输入端口和后接地板，第二L型耦合带状线位于第二传输线的下方，其两端分别连接特性阻抗为50欧姆的输出端口和前接地板，第一L型耦合带状线和第二L型耦合带状线形成两个LC层，提高滤波器的带外抑制。

进一步的，新型超宽带带通滤波器还包括具有优化和定位功能的第一矩形电容、第二矩形电容、第三矩形电容、第四矩形电容、第五矩形电容、第六矩形电容。第一矩形电容与第一L型耦合连接线位于同一高度，一端连接在特性阻抗为50欧姆的输出端口，第二矩形电容和第三矩形电容与第一传输线在同一高度，分别连接在特性阻抗为50欧姆的输入端口和输出端口，第四矩形电容和第五矩形电容与第二传输线在同一高度，分别连接在特性阻抗为50欧姆的输入端口和输出端口，第六矩形电容与第二L型耦合连接线位于同一高度，一端连接在特性阻抗为50欧姆的输出端口。

进一步的，上接地板和下接地板均为缺陷地结构，所述缺陷地结构是在上接地板和下接地板上刻蚀相同的结构而成。

更进一步的，在接地板上刻蚀的缺陷地结构由第一矩形开孔、第一长方形开孔、第二长方形开孔、第二矩形开孔从前往后依次平行放置，中间通过第三长方形开孔连接而成，其中第一矩形开孔和第二矩形开孔大小相等且前后对称，第一长方形开孔和第二长方形开孔大小相等且前后对称。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1)本次发明的超宽带带通滤波器使用LTCC技术实现三维集成，LTCC技术不仅具有工作频带宽、损耗极低、结构简单、性能稳定、调试简单方便、体积小、封装密度好等优点，而且LTCC的多层结构能够使滤波器实现较强的耦合效果，从而使设计的滤波器使用较少的阶数达到较好的性能。2)在接地端加入缺陷地结构，在通带两侧引入传输零点，增加滤波器的陡峭程度。3)设计电感负载以及加载电容相结合，不仅实现了良好的通带效果，而且减小了滤波器的体积。

附图说明

图1是基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器的整体结构图。

图2是基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器的内部结构图。

图3是基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器的缺陷地结构图。

图4是基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器的主要性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器，采用宽边耦合的设计方法，设计电感负载，结合加载电容，不仅提高了带外抑制，而且减小了滤波器的体积，设计的超宽带带通滤波器具有高性能、小型化的优势。

结合图1、图2、图3，基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器，使用LTCC工艺技术实现滤波器的立体三维集成，包括滤波器F、特性阻抗为50欧姆的输入端口P1和输出端口P2、上接地板G1、下接地板G2、前接地板G3、后接地板G4以及具有优化和定位功能的第一矩形电容C1、第二矩形电容C2、第三矩形电容C3、第四矩形电容C4、第五矩形电容C5、第六矩形电容C6。其中上接地板G1和下接地板G2均为缺陷地结构。

结合图1、图2，特性阻抗为50欧姆的输入端口P1位于滤波器F的左边，特性阻抗为50欧姆的输出端口P2位于滤波器F的右边，上接地板G1位于滤波器F的上边，下接地板G2位于滤波器F的下边，滤波器F的前边设有前接地板G3，滤波器F的后边设有后接地板G4。

结合图1、图2，滤波器F中包括第一传输线2、第二传输线5、第一耦合连接线3、第二耦合连接线4、第一短截线6、第一金属通孔7、第一L型耦合带状线1、第二L型耦合带状线8。

结合图2，特性阻抗为50欧姆的输入端口P1连接第一耦合连接线3的一端，第一耦合连接线3的另一端悬空放置，第二耦合连接线4与第一耦合连接线3都作为电感负载且是左右对称关系，所以第二耦合连接线4的一端悬空放置，另一端连接特性阻抗为50欧姆的输出端口P2，第一金属通孔7放置在第一耦合连接线3和第二耦合连接线4的中间位置，第一传输线2放置在第一金属通孔7上边，第二传输线5放置在第一金属通孔7的下边，第一传输线2和第二传输线5上下相对，且平行于第一耦合连接线3和第二耦合连接线4，实现耦合效果，产生滤波器的通带。第一短截线6的一端连接第二传输线5的后边中间位置，另一端连接后接地板G4，为短路型短截线。第一L型耦合带状线1处于第一传输线2的上方，其两端分别连接特性阻抗为50欧姆的输入端口P1和后接地板G4，第二L型耦合带状线8位于第二传输线5的下方，其两端分别连接特性阻抗为50欧姆的输出端口P2和前接地板G3。第一L型耦合带状线1和第二L型耦合带状线8形成两个LC层，提高滤波器的带外抑制。

结合图1、图2，所述的第一矩形电容C1、第二矩形电容C2、第三矩形电容C3、第四矩形电容C4、第五矩形电容C5、第六矩形电容C6。第一矩形电容C1与第一L型耦合连接线1位于同一高度，一端连接在特性阻抗为50欧姆的输出端口P2，第二矩形电容C2和第三矩形电容C3与第一传输线2在同一高度，分别连接在特性阻抗为50欧姆的输入端口P1和输出端口P2，第四矩形电容C4和第五矩形电容C5与第二传输线5在同一高度，分别连接在特性阻抗为50欧姆的输入端口P1和输出端口P2，第六矩形电容C6与第二L型耦合连接线8位于同一高度，一端连接在特性阻抗为50欧姆的输出端口P2。

结合图3，缺陷地结构DGS是在上接地板G1和下接地板G2上刻蚀相同的结构而成。在接地板上刻蚀的缺陷地结构由第一矩形开孔9、第一长方形开孔10、第二长方形开孔12、第二矩形开孔13从前往后依次平行放置，中间通过第三长方形开孔11连接而成，其中第一矩形开孔9和第二矩形开孔13大小相等且前后对称，第一长方形开孔10和第二长方形开孔12大小相等且前后对称。

本发明所述的基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器使用LTCC技术进行实现，具有良好的高温稳定性、一致性，并且该结构使用三维立体集成，不仅具有更好的耦合效果，而且使滤波器的结构简单、成本降低，便于批量生产。并且设计电感负载和加载电容，增加耦合效果，且加入缺陷地结构，使滤波器的通带性能得以提升。

实施例

为了证明本发明方案的有效性，进行了如下实验。

本实施例使用HFSS软件进行建模仿真，设计的基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器体积较小，其尺寸仅为3.2mm×3mm×1.2mm，模型设计采用的陶瓷材料的介电常数为7，接地板的厚度为0.015mm，模型中滤波器F的金属银层厚度均为0.01mm，关键尺寸第一耦合连接线和第二耦合连接线长和宽均为1.4mm×0.14mm，第一传输线和第二传输线长和宽均为2.3mm×0.21mm，第一金属通孔高为0.16mm，半径为0.095mm，第一短截线的长为1.395mm，宽为0.2mm，第一L型耦合连接线和第二L型耦合连接线的尺寸相同，其长臂的长和宽为2.5mm×0.19mm，短臂的长和宽为1.32mm×0.2mm，第一矩形电容和第六矩形电容的尺寸相同，长和宽均为0.19mm×0.13mm，第二矩形电容、第三矩形电容、第四矩形电容和第五矩形电容的尺寸相同均为0.21mm×0.15mm。缺陷地结构中的第一矩形开孔和第二矩形开孔的大小相等，长和宽均为1.36mm×0.46mm，第一长方形开孔和第二长方形开孔大小相等，长和宽均为1.8mm×0.08mm，第三长方形开孔的长和宽为1.2mm×0.08mm。

分析上述超宽带带通滤波器性能如图4可以看出，此滤波器工作频率为4.2GHZ～10GHZ，通带内的插入损耗小于0.5dB，回波损耗优于15dB。

Claims (4)

1.基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器，其特征在于：使用LTCC工艺技术实现滤波器的立体三维集成，包括滤波器F、特性阻抗为50欧姆的输入端口（P1）和输出端口（P2）、上接地板（G1）、下接地板（G2）、前接地板（G3）、后接地板（G4）；特性阻抗为50欧姆的输入端口（P1）位于滤波器F的左边，特性阻抗为50欧姆的输出端口（P2）位于滤波器F的右边，上接地板（G1）位于滤波器F的上边，下接地板（G2）位于滤波器F的下边，前接地板（G3）位于滤波器F的前边，后接地板（G4）位于滤波器F的后边；

滤波器F中包括第一传输线（2）、第二传输线（5）、第一耦合连接线（3）、第二耦合连接线（4）、第一短截线（6）、第一金属通孔（7）、第一L型耦合带状线（1）、第二L型耦合带状线（8），特性阻抗为50欧姆的输入端口（P1）连接第一耦合连接线（3）的一端，第一耦合连接线（3）的另一端悬空放置，第二耦合连接线（4）与第一耦合连接线（3）都作为电感负载且是左右对称关系，第二耦合连接线（4）的一端悬空放置，另一端连接特性阻抗为50欧姆的输出端口（P2）；第一金属通孔（7）放置在第一耦合连接线（3）和第二耦合连接线（4）的中间位置，第一传输线（2）放置在第一金属通孔（7）上边，第二传输线（5）放置在第一金属通孔（7）的下边，第一传输线（2）和第二传输线（5）上下相对，且平行于第一耦合连接线（3）和第二耦合连接线（4）；第一短截线（6）的一端连接第二传输线（5），另一端连接后接地板（G4）；第一L型耦合带状线（1）处于第一传输线（2）的上方，其两端分别连接特性阻抗为50欧姆的输入端口（P1）和后接地板（G4），第二L型耦合带状线（8）位于第二传输线（5）的下方，其两端分别连接特性阻抗为50欧姆的输出端口（P2）和前接地板（G3）。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器，其特征在于：还包括第一矩形电容（C1）、第二矩形电容（C2）、第三矩形电容（C3）、第四矩形电容（C4）、第五矩形电容（C5）、第六矩形电容（C6），其中第一矩形电容（C1）与第一L型耦合连接线（1）位于同一高度，一端连接在特性阻抗为50欧姆的输出端口（P2），第二矩形电容（C2）和第三矩形电容（C3）与第一传输线（2）在同一高度，分别连接在特性阻抗为50欧姆的输入端口（P1）和输出端口（P2），第四矩形电容（C4）和第五矩形电容（C5）与第二传输线（5）在同一高度，分别连接在特性阻抗为50欧姆的输入端口（P1）和输出端口（P2），第六矩形电容（C6）与第二L型耦合连接线（8）位于同一高度，一端连接在特性阻抗为50欧姆的输出端口（P2）。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器，其特征在于：上接地板（G1）和下接地板（G2）上刻蚀相同的结构形成缺陷地结构。

4.根据权利要求5所述的基于LTCC技术的新型超宽带带通滤波器，其特征在于：上接地板（G1）和下接地板（G2）上刻蚀的结构包括第一矩形开孔（9）、第一长方形开孔（10）、第二长方形开孔（12）、第二矩形开孔（13），依次平行放置，中间通过第三长方形开孔（11）连接而成，其中第一矩形开孔（9）和第二矩形开孔（13）大小相等且前后对称，第一长方形开孔（10）和第二长方形开孔（12）大小相等且前后对称。

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