CN114824699A - 一种电容电感加载混合谐振薄膜滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，包括设于一腔体内的：陶瓷基片；以及设于陶瓷基片正面的一个半波长谐振器和对称布置于半波长谐振器两侧的四分之一波长谐振器组；每侧的四分之一波长谐振器组包括至少一个四分之一波长谐振器，半波长谐振器和四分之一波长谐振器的开路端的半部分均做电容加载处理，剩余半部分均作电感加载处理。相邻于半波长谐振器两侧的两个四分之一波长谐振器，其开路端朝向与半波长谐振器的开路端朝向相反。通过调节加载电容电感不仅可以调节滤波器整体体积大小，还能调节滤波器高次谐波的远近，并且近端阻带有可调节传输零点，根据不同指标可选择不同阶数进行设计。

Description

一种电容电感加载混合谐振薄膜滤波器

技术领域

本申请属于射频微波技术领域，与滤波器相关，尤其与一种电容电感加载混合谐振薄膜滤波器有关。

背景技术

滤波器作为现代射频微波领域的各类组件系统中最常见的器件之一，种类繁多，而微带滤波器由于其成本低廉、易于集成等优点在射频微波领域占有一席之地，由于现代射频微波领域对器件体积的小型化要求，对于微带滤波器而言，高介电常数的板材和高精度电路加工意味着滤波器体积小型化的可能，使用高介电常数的氧化铝基板通过薄膜工艺生产得到的薄膜滤波器一致性好，精度高，并且由于介电常数相较于普通PCB基板高，因此，制成的滤波器体积小，已逐渐成为射频微波领域中常用的滤波器种类。

具有小体积、高抑制且有较远高次谐波的滤波器占有很大的优势。传统的半波长谐振器微带带通滤波器将在二倍频处产生高次谐波，因此半波长谐振器微带带通滤波器在实际应用中发挥的功能并不理想；四分之一波长谐振器微带带通滤波器高次谐波高于谐振器本征模二倍频，但微带类的交指和梳状滤波器由于有非人为的交叉耦合产生会在高端阻带产生传输零点，使得左右阻带矩形系数相差太多，也有较大局限性。因此，研究一种新型的、小体积、高性能、高实用性的滤波器具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述现有技术缺陷，本申请提供一种电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，通过调节加载电容电感不仅可以调节滤波器整体体积大小，还能调节滤波器高次谐波的远近，并且近端阻带有可调节传输零点，根据不同指标可选择不同阶数进行设计。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术：

一种电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，包括设于一腔体内的：

陶瓷基片；以及

设于陶瓷基片正面的一个半波长谐振器和对称布置于半波长谐振器两侧的四分之一波长谐振器组；

其中，每侧的四分之一波长谐振器组包括至少一个四分之一波长谐振器，半波长谐振器和四分之一波长谐振器的开路端的半部分均做电容加载处理，剩余半部分均作电感加载处理。

进一步，相邻于半波长谐振器两侧的两个四分之一波长谐振器，其开路端朝向与半波长谐振器的开路端朝向相反。

进一步，每侧的四分之一波长谐振器组包括多个四分之一波长谐振器，且每侧的各个四分之一波长谐振器，按相邻两个的开路端朝向相反的方式布置。

进一步，一侧的四分之一波长谐振器组包括依次布置的第I四分之一波长谐振器、第II四分之一波长谐振器、第III四分之一波长谐振器，另一侧的四分之一波长谐振器组包括依次布置的第IV四分之一波长谐振器、第V四分之一波长谐振器、第VI四分之一波长谐振器，第III四分之一波长谐振器和第IV四分之一波长谐振器相邻于半波长谐振器。

进一步，各四分之一波长谐振器的开路端端头部均设有金属化接地孔，金属化接地孔连接到陶瓷基片背面的金属地平面层。

进一步，处于最外侧的两个四分之一波长谐振器，其中一个的开路端连接第一金属信号激励端口，另一个的开路端连接第二金属信号激励端口。

本发明有益效果在于：

1、与传统微带滤波器器相比，外观上结构紧凑、尺寸小、在保证工作频率不变的情况下可通过调节电容电感加载量减小滤波器的尺寸；

2、与传统微带滤波器器相比，高次谐波较远并可通过调节加载电容电感量来调节到三倍频以上；

3、与一般的半波长和四分之一波长滤波器相比，达到同等指标所需的阶数更少；

4、与传统微带滤波器器相比，成品具有可调性，在实用中可通过调节外部腔体来调节滤波器传输零点位置。

附图说明

图1示出了本申请实施例的滤波器正面基本结构平面图。

图2示出了本申请实施例的滤波器反面基本结构平面图。

图3示出了本申请实施例的电容电感加载前后单谐振器等效电路图。

图4示出了本申请实施例的各谐振器的尺寸及耦合间隙示意图。

图5示出了本申请实施例的滤波器整体结构立体图。

图6示出了本申请实施例的滤波器阶数为7阶时的仿真曲线。

图7示出了本申请实施例的加载电容电感量加大前后的结构对比图。

图8示出了本申请实施例的加大电容电感加载量前后的S21参数变化。

图9示出了本申请实施例的基于调整腔体高度S21曲线的变化趋势。

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，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例提供一种电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，如图1和图5所示，包括：腔体B1、设于腔体B1内的陶瓷基片A1、以及设于陶瓷基片A1正面的一个电容电感加载的半波长谐振器4和对称布置于半波长谐振器两侧的四分之一波长谐振器组。滤波器左右对称。

其中，每侧的四分之一波长谐振器组包括至少一个电容电感加载的四分之一波长谐振器。电容电感加载是指，在半波长谐振器和四分之一波长谐振器的开路端的半部分均做电容加载处理，剩余半部分均作电感加载处理。

如图3所示为本实例中电容电感加载前后单谐振器等效电路图，可以看出，加载前，谐振器的电阻R1、电容C1、电感L1并列，加载后，所述加载的电容C2与各谐振器的原电容C1并联连接，所述加载的电感L2与各谐振器的原电感L1串联连接。

具体的，在本实例中，陶瓷基片A1采用介电常数为9.9的氧化铝陶瓷基板，基板厚度0.254mm，金属层为TIW/Ni/Au。

具体的，在本实例中，每个四分之一波长谐振器组包括三个四分之一波长谐振器，从而整个滤波器的阶数为7阶。其中，一侧的四分之一波长谐振器组包括从左到右依次布置的第I四分之一波长谐振器1、第II四分之一波长谐振器2、第III四分之一波长谐振器3，另一侧的四分之一波长谐振器组包括从左到右依次布置的第IV四分之一波长谐振器5、第V四分之一波长谐振器6、第VI四分之一波长谐振器7。第III四分之一波长谐振器3和第IV四分之一波长谐振器5相邻于半波长谐振器4。

第I四分之一波长谐振器1的的开路端连接第一金属信号激励端口P1，可作为输入口，第VI四分之一波长谐振器7的开路端连接第二金属信号激励端口P2，可作为输出口。

第I四分之一波长谐振器1的开路端端头部设有第一金属化接地孔H1、第II四分之一波长谐振器2的开路端端头部设有第二金属化接地孔H2、第III四分之一波长谐振器3的开路端端头部设有第三金属化接地孔H3、第IV四分之一波长谐振器5的开路端端头部设有第四金属化接地孔H4、第V四分之一波长谐振器6的开路端端头部设有第五金属化接地孔H5、第VI四分之一波长谐振器7的开路端端头部设有第六金属化接地孔H6。

如图2所示，陶瓷基片A1背面具有金属地平面层。第一金属化接地孔H1、第二金属化接地孔H2、第三金属化接地孔H3、第四金属化接地孔H4、第五金属化接地孔H5、第六金属化接地孔H6穿过陶瓷基片A1连接到金属地平面层。

如图1所示，第I四分之一波长谐振器1、第III四分之一波长谐振器3、第IV四分之一波长谐振器5、第VI四分之一波长谐振器7的开路端朝向一侧，对应的，第一金属化接地孔H1、第三金属化接地孔H3、第四金属化接地孔H4、第六金属化接地孔H6处于同一侧。第II四分之一波长谐振器2、半波长谐振器4、第V四分之一波长谐振器6的开路端朝向另一侧，对应的，第二金属化接地孔H2、第五金属化接地孔H5同处于另一侧。即：相邻于半波长谐振器4两侧的两个四分之一波长谐振器，其开路端朝向与半波长谐振器的开路端朝向相反；且每侧的各个四分之一波长谐振器，按相邻两个的开路端朝向相反的方式布置。

如图4所示，本实例设计的7阶滤波器整体长度9mm，宽度5.6mm。

第I四分之一波长谐振器1和第II四分之一波长谐振器2之间的第一耦合间隙g12与第V四分之一波长谐振器6和第VI四分之一波长谐振器7之间的第六耦合间隙g67相等；第II四分之一波长谐振器2和第III四分之一波长谐振器3之间的第二耦合间隙g23与第IV四分之一波长谐振器5和第V四分之一波长谐振器6之间的第五耦合间隙g56相等；第III四分之一波长谐振器3和半波长谐振器4之间的第三耦合间隙g34与半波长谐振器4和第IV四分之一波长谐振器5之间的第四耦合间隙g45相等。

各谐振器的电容加载部分宽度均为w1，电感加载部分宽度均为w2，w1大于w2。半波长谐振器的长度为l4，整体宽度为w3。第I四分之一波长谐振器1和第VI四分之一波长谐振器7的长度为l1，第II四分之一波长谐振器2和第V四分之一波长谐振器6的长度为l2，第III四分之一波长谐振器3和第IV四分之一波长谐振器5的长度为l3。

图6为本申请实施例的滤波器阶数为7阶时的仿真曲线，信号从第一金属信号激励端口P1输入，经7阶滤波器滤波后由第二金属信号激励端口P2输出。

其中，S11曲线为第二金属信号激励端口P2匹配时，第一金属信号激励端口P1的反射系数；S12曲线为第二金属信号激励端口P2匹配时，第一金属信号激励端口P1到第二金属信号激励端口P2的正向传输系数。

滤波器中间三个谐振器（第III四分之一波长谐振器3、半波长谐振器4、第IV四分之一波长谐振器5）之间由于产生交叉耦合会在低频处产生一个非人为可调传输零点。

本实例通过对谐振器的开路端半部分作电容加载处理以提高电容量，对谐振器另一半作电感加载处理以提高电感量，由于谐振器电容电感量整体提高，相对应谐振频率便会往低频移动，在保证工作频率不变的情况下则应该减小谐振器长度，从而达到减小滤波器尺寸的目的。

如图7所示，为加大加载的电容量、电感量前后对应的结构比对图。对应的，如图8所示，为加大加载的电容量、电感量前后对应的曲线比对图，可以看出，加大电容电感加载量后，工作频率会往低频走，高次谐波会往高频走，从而加大电容电感加载量后高次谐波距离通带频率会更远，这提高了滤波器的阻带抑制频段，如需要保持工作频率不变，则应该缩短加大了电容电感加载量后的谐振器长度，使工作频率往高频走，那么由于缩短了谐振器长度，便可以减小滤波器的整体宽度尺寸。因此，加大电容电感量后不仅可以使谐振频率往低移动，还能提高高次谐波的频率，通过该方式设计的滤波器比一般半波长和四分之一波长设计成的滤波器有着更远的高次谐波。

本实施例可通过对所在腔体B1高度进行调整从而达到对阻带传输零点位置的调节的目的，如图9所示，腔体B1高度的变化（高度H为2.5mm到高度H为3.5mm）可对传输零点的位置产生改变，同时会影响另一端阻带的抑制好坏，因此在加工好滤波器之后如果想要修改抑制指标，可以通过调节外部腔体高度以达到需求指标，在留有余量的情况下可根据实际需求抑制进行调节，无需重新设计加工，极大的节省工程周期和成本。

本申请实施例的滤波器，结构紧凑，体积相比于现有技术的同类产品有明显程度的减小，性能指标良好，后期具有可调性，工程实用性极高，通过调整阶数或者电容电感加载量可适用于大部分微带类滤波器指标。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于，包括陶瓷基片以及设于陶瓷基片正面的一个半波长谐振器和对称布置于半波长谐振器两侧的四分之一波长谐振器组，每侧的四分之一波长谐振器组包括至少一个四分之一波长谐振器，半波长谐振器和四分之一波长谐振器的开路端的半部分均做电容加载处理，剩余半部分均作电感加载处理。

2.根据权利要求1所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于，所述加载的电容与各谐振器的原电容并联连接，所述加载的电感与各谐振器的原电感串联连接。

3.根据权利要求1所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于，相邻于半波长谐振器两侧的两个四分之一波长谐振器，其开路端朝向与半波长谐振器的开路端朝向相反。

4.根据权利要求3所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于，每侧的四分之一波长谐振器组包括多个四分之一波长谐振器，且每侧的各个四分之一波长谐振器，按相邻两个四分之一波长谐振器的开路端朝向相反的方式布置。

5.根据权利要求4所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于，一侧的四分之一波长谐振器组包括依次布置的第I四分之一波长谐振器、第II四分之一波长谐振器、第III四分之一波长谐振器，另一侧的四分之一波长谐振器组包括依次布置的第IV四分之一波长谐振器、第V四分之一波长谐振器、第VI四分之一波长谐振器，第III四分之一波长谐振器和第IV四分之一波长谐振器相邻于半波长谐振器。

6.根据权利要求5所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于：

第I四分之一波长谐振器和第II四分之一波长谐振器之间的耦合间隙与第V四分之一波长谐振器和第VI四分之一波长谐振器之间的耦合间隙相等；

第II四分之一波长谐振器和第III四分之一波长谐振器之间的耦合间隙与第IV四分之一波长谐振器和第V四分之一波长谐振器之间的耦合间隙相等；

第III四分之一波长谐振器和半波长谐振器之间的耦合间隙与半波长谐振器和第IV四分之一波长谐振器之间的耦合间隙相等。

7.根据权利要求5所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于： 各谐振器的电容加载部分宽度均为w1，电感加载部分宽度均为w2，w1大于w2。

8.根据权利要求1所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于，各四分之一波长谐振器的开路端端头部均设有金属化接地孔，金属化接地孔连接到陶瓷基片背面的金属地平面层。

9.根据权利要求1所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于，处于最外侧的两个四分之一波长谐振器，其中一个的开路端连接第一金属信号激励端口，另一个的开路端连接第二金属信号激励端口。

10.根据权利要求1所述的电容电感加载混合谐振薄膜滤波器，其特征在于，设于一腔体内。

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