CN115021698A - 一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，谐振器包括在基底上加工的电容、电感、第一端口、第二端口，谐振器的多层电容和多层电感分层堆叠且并联且处于第一端口和第二端口之间，电感处于电容内部，在处于最上层电容与最下层电容中间的每层电容上均设置有缺陷结构，电感的过孔垂直穿过缺陷结构与邻近层的电感相连接。本发明中电容和电感只占用一个元件的平面面积，具有集成度高、体积小、耐高温和一体化加工成型的特点，可以被应用于具有电容、电感串并联结构的滤波器、耦合器等无源器件的设计中。

Description

一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器
技术领域
本发明设计属于电子器件技术领域，具体的说是一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器。
背景技术
谐振器主要起频率控制的作用，大量应用于涉及频率发射和接收的电子产品中。随着新一代无线通信技术的发展，射频器件对高集成度、小型化的需求日益强烈。谐振电路中通常包括电容和电感，连接所述电容和电感并使其工作在特定的频率下可产生谐振。
目前本领域中增强电容和电感能力的方式主要为增加其尺寸，多于水平方向上排布器件，导致谐振器整体尺寸较大。因此，如何利用三维结构提高谐振器垂直方向的利用率，并提高谐振器的性能，成为目前该领域需要解决的技术问题。
现有技术中申请公布号为：CN 113556094 A的中国发明专利申请公开了一种电容电感嵌套结构小型化谐振器，包括基底、电感、电容、第一端口和第二端口，电感和电容并联且电容被埋置在电感内部且电感和电容连接，电感和电容设置在第一端口和第二端口之间。其基底采用的是LTCC材料。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，缩小了电路的水平方向尺寸，实现了谐振器的小型化和高度集成。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种尺寸更小电容电感奇偶层分层堆叠谐振器。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，谐振器包括在基底上加工的电容、电感、第一端口、第二端口，所述谐振器的多层电容和多层电感分层堆叠且并联且处于第一端口和第二端口之间，所述电感处于所述电容内部，在每相邻的两层电容叉指之间设置有一层电感，在处于最上层电容与最下层电容中间的每层电容上均设置有缺陷结构，所述电感的过孔垂直穿过所述缺陷结构与邻近层的电感相连接。
本发明的进一步改进在于：所述谐振器具有为方形的6层垂直叉指电容和5层三维螺旋电感，构成电容的微带线或带状线位于奇数层，构成电感的带状线位于偶数层。
本发明的进一步改进在于：在每层所述垂直叉指电容上均具有一节方形叉指，从上至下第一层垂直叉指电容、第三层垂直叉指电容和第五层垂直叉指电容的叉指位于左侧，第二层垂直叉指电容、第四层垂直叉指电容和第六层垂直叉指电容的叉指位于右侧。
本发明的进一步改进在于：所述第一端口通过垂直过孔与第一层垂直叉指电容、第三层垂直叉指电容、第五层垂直叉指电容和第一层三维螺旋电感连接，所述第二端口通过垂直过孔与第二层垂直叉指电容、第四层垂直叉指电容、第六层垂直叉指电容和第五层三维螺旋电感连接。
本发明的进一步改进在于：所述三维螺旋电感由0.1mm宽的高阻抗线构建。
本发明的进一步改进在于：所述基底为低温共烧陶瓷基底，电磁优化后的参数为：WC0＝rvia＝rC＝0.2mm，WC1＝WC2＝3mm，WL0＝rL＝0.1mm，WL1＝WL2＝2.4mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明在传统平面电感的基础上，通过分层绕制的手段将平面电感扩展到了三维，并通过在垂直叉指电容上增加缺陷结构的方式，使得所述电感过孔由此垂直穿过连接临近层电感，减少了不必要的微带线和带状线的设置，最终电容电感两个元件仅占用一个元件尺寸，极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。
2、本发明的电容电感奇偶层分层堆叠结构谐振器通过11层的低温共烧陶瓷(LTCC)基底实现，相比传统谐振器具有成本低、成品率高、耐高温和一体化加工成型的优点，可以被应用于具有电容、电感串并联结构的滤波器、耦合器等无源器件的设计中。
附图说明
图1为本发明的电磁模型结构示意图；
图2为本发明的拓扑结构示意图；
图3为本发明中含缺陷结构的垂直叉指电容结构示意图；
图4为本发明图3的俯视图；
图5为本发明中三维螺旋电感结构示意图；
图6为本发明图5的俯视图；
图7为本发明谐振器的仿真S参数图。
其中：1-电容，2-电感，3-第一端口，4-第二端口，5-缺陷结构，6-过孔,7-垂直过孔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
如图1和图2所示，本发明是一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，采用电容1、电感2并联的拓扑结构构建。本发明的谐振器的电容1被设计成6层垂直叉指电容，为方形结构，电感2为5层方形三维螺旋结构，电感2与电容1按照一层电容、一层电感的方式交叉堆叠，构成电容1的微带线或带状线位于奇数层，构成电感2的带状线位于偶数层，且所述电感2在所述电容1内部。谐振器相对两个侧面分别设有第一端口3和第二端口4，第一层电容的左端通过微带线结构与第一端口相连接，第六层电容的右端通过微带线结构与第二端口4相连接；第一层三维螺旋电感的左端通过微带线结构与第一端口3相连接，第五层三维螺旋电感的右端微带线结构与第二端口4相连接。
如图3、图4所示，本发明的垂直叉指电容具有六节方形叉指，六节叉指分别位于第一层电容、第三层电容和第五层电容左侧和第二层电容、第四层电容和第六层电容的右侧，第一端口位于谐振器左侧面，通过垂直过孔7连接垂直叉指电容的第一层电容、第三层电容和第五层电容，第二端口位于谐振器右侧面，通过垂直过孔7连接垂直叉指电容的第二层电容、第四层电容和第六层电容，垂直叉指电容的端口用过不相邻开路端连接，在第二层电容、第三层电容、第四层电容和第五层电容各设有一个缺陷结构5，使得电感的过孔6垂直穿过缺陷结构5与邻近层电感相连接。
如图5、图6所示，三维螺旋电感共5层，由5层0.1mm宽的高阻抗线构建，相邻两层高阻抗线之间分别填充LTCC材料。处于第一端口的一侧的过孔6垂直穿过第五层电容上的缺陷结构5，连接第四层三维螺旋电感和第五层三维螺旋电感。处于第一端口另一侧的过孔6垂直穿过第四层电容上的缺陷结构5，连接第四层三维螺旋电感和第三层三维螺旋电感。处于第二端口的两侧的两个过孔6分别将连接第一层三维螺旋电感、第二层三维螺旋电感和第三层三维螺旋电感依次连接在一起。通过该结构可以使电容和电感两个元件仅占用一个元件的尺寸，极大限度提高了三维空间利用率，有利于谐振器的小型化和高集成度。
本发明谐振器的加工采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术，可以实现传统印制电路板(PCB)技术所不能完成的三维多层加工，提高垂直方向利用率，谐振器电磁优化后拓扑结构中垂直叉指电容和三维螺旋电感的参数为WC0＝rvia＝rC＝0.2mm，WC1＝WC2＝3mm，WL0＝rL＝0.1mm，WL1＝WL2＝2.4mm。
图7为谐振器的电磁仿真S参数图，如图所示，本发明适用于100MHz极低中心频率的谐振器，其100MHz处S11值为-0.0002217dB，S21为-41.92dB，说明该谐振器具有集成度高、尺寸小、插损小的特点。
以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，谐振器包括第一端口、第二端口和在基底上加工的电容、电感，所述谐振器的多层电容叉指和多层电感分层堆叠且并联且处于第一端口和第二端口之间，所述电感处于所述电容内部，其特征在于：在每相邻的两层电容叉指之间设置有一层电感，在处于最上层电容叉指与最下层电容叉指中间的每层电容叉指上均设置有缺陷结构，所述电感的过孔垂直穿过所述缺陷结构与邻近层的电感相连接。
2.根据权利要求1所述一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，其特征在于：所述谐振器具有为方形的6层垂直叉指电容和5层三维螺旋电感，构成电容的微带线或带状线位于奇数层，构成电感的带状线位于偶数层。
3.根据权利要求2所述一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，其特征在于：在每层所述垂直叉指电容上均具有一节方形叉指，从上至下第一层垂直叉指电容、第三层垂直叉指电容和第五层垂直叉指电容的叉指位于左侧，第二层垂直叉指电容、第四层垂直叉指电容和第六层垂直叉指电容的叉指位于右侧。
4.根据权利要求3所述一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，其特征在于：所述第一端口通过垂直过孔与第一层垂直叉指电容、第三层垂直叉指电容、第五层垂直叉指电容和第一层三维螺旋电感连接，所述第二端口通过垂直过孔与第二层垂直叉指电容、第四层垂直叉指电容、第六层垂直叉指电容和第五层三维螺旋电感连接。
5.根据权利要求1所述一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，其特征在于：所述三维螺旋电感由0.1mm宽的高阻抗线构建。
根据权利要求1所述一种电容电感奇偶层分层堆叠谐振器，其特征在于：所述基底为低温共烧陶瓷基底，电磁优化后的参数为：WC0＝rvia＝rC＝0.2mm，WC1＝WC2＝3mm，WL0＝rL＝0.1mm，WL1＝WL2＝2.4mm。
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