CN116073778A - 基于ipd技术的低插损高带外抑制滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器。本发明主要由电路层、环绕在电路层周围的接地环、介质层构成。电路层包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感。通过采用优化的电路结构，实现较高的高频带外抑制，提高滤波器性能。通过采用T形电路增加一个可控零点，提高低频带外抑制。通过采用线宽渐变形式的电感设计，提高电感的Q值，降低滤波器的插入损耗。

Description

基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器
技术领域
本发明属于射频/微波/通信技术领域，具体涉及基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器。
背景技术
滤波器在无线通信系统中发挥着重要作用，也正因如此，高性能、小型化的滤波器设计一直是电子行业研究的热点。而带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，即在通带内没有衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉。另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。
目前的带通滤波器设计主要有以下问题：随着频率增大，寄生效应也随之产生，通带中将出现谐波，这使滤波器的通带性能受到了影响；基于微带线结构的平面带通滤波器虽然体积较小，但是通常插损较大；基于波导结构的带通滤波器虽然性能较好，但是通常体积较大，可集成度较低，不能满足射频前端对小型化的需求；基于高介电常数的陶瓷带通滤波器，虽然带外抑制较好、温度系数稳定，但是对制作工艺要求较高，故成本较高。为了提高带外抑制，添加零点是一个有效方法，一般在滤波器设计过程中直接添加零点进行综合，但是该方法对零点进行调整时整个滤波器的性能也会受到影响。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中所提到的传统工艺实现的带通滤波器插入损耗高、带外抑制较差、体积较大的问题，提出一款低插损、高带外抑制的集成无源器件(IntegratedPassiveDevice，IPD)带通滤波器，通过采用IPD工艺，实现滤波器的小型化；通过优化的电路拓扑结构，实现滤波器的高代外抑制，通过采用渐变螺旋电感实现滤波器的低插损性能。通过添加T形零点调控电路实现对零点的有效控制，可以满足当前射频/微波/通信技术领域的需求。
本发明采用的技术方案如下：
基于IPD技术的低插损带外抑制滤波器包括：
电路层(1)；
接地环(2)，环绕在电路层(1)周围；
介质层(3)。
其中，所述电路层(1)包括第一焊盘(4-1)、第二焊盘(4-2)、第三焊盘(4-3)、第四焊盘(4-4)、第五焊盘(4-5)、第六焊盘(4-6)、第七焊盘(4-7)、第八焊盘(4-8)、第九焊盘(4-9)、第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)、第五电容(55)、第六电容(56)、第七电容(57)、第八电容(58)、第一电感(61)、第二电感(62)、第三电感(63)、第四电感(64)；
所述第一焊盘(4-1)、第三焊盘(4-3)、第四焊盘(4-4)、第五焊盘(4-5)、第六焊盘(4-6)、第八焊盘(4-8)、第九焊盘(4-9)与接地环(2)相连；所述第二焊盘(4-2)和第七焊盘(4-7)作为电路的输入输出端口。
所述第一电容(51)的一端与第二焊盘(4-2)连接，第一电容(42)的另一端分别与第一电感(61)的一端和第三电容(53)的一端连接，第一电感(61)的另一端与第二电容(52)的一端连接，第二电容(52)的另一端连接到接地环(2)上；第三电容(53)的另一端和第四电容(54)的一端连接，第四电容(54)的另一端和第二电感(62)的一端连接，第二电感(62)的另一端与第五电容(55)的一端相连，第五电容(55)的另一端分别与第三电感(63)的一端和第六电容(56)的一端相连，第三电感(63)的另一端连接到接地环(2)上，第六电容(56)的另一端分别与第七电容(57)的一端和第八电容(58)的一端相连，第七电容(57)的另一端连接到接地环(2)上，第八电容(58)的另一端连接到第四电感(64)的一端，第四电感(64)的另一端与第七焊盘(4-7)相连。
所述第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)和第一电感(61)组成T形零点调控电路，实现对零点的控制。
作为优选，第一电感(61)、第二电感(62)、第三电感(63)、第四电感(64)采用线宽渐变的螺旋电感，螺旋电感的线宽随着电感圈数的增加逐渐增加或者减小，其形状不仅限于圆形、椭圆形、矩形、六边形、八边形等多边形；
作为优选，第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)、第五电容(55)、第六电容(56)、第七电容(57)、第八电容(58)采用平面电容，其结构不仅限于平行板结构、交指型、分形结构。
作为优选，所述介质层(3)采用GaAs工艺、Si工艺或玻璃等半导体工艺实现。
作为优选，由第五电容(55)、第六电容(56)、第七电容(57)、第八电容(58)、第二电感(62)、第三电感(63)、第四电感(64)构成带通滤波器，所述带通滤波器本身在高频处有一个高频零点；通过在带通滤波器引入T形零点调控电路，使得带通滤波器在低频处产生一个低频零点；低频零点由第二电容(52)调控，随着第二电容(52)增大，低频零点会往更低的频率移动。
本发明的有益效果为：
(1)采用IPD工艺的设计，用螺旋电感和平面电容结构代替传统的分立元件结构的电容电感，在提高滤波器性能的同时实现小型化，且具有成本低、集成度高的优点，适合批量生产。
(2)采用优化的电路结构，实现较高的高频带外抑制，提高滤波器性能。
(3)通过采用线宽渐变形式的电感设计，提高电感的Q值，降低滤波器的插入损耗。(4)通过添加零点控制电路，可以有效控制滤波器的低频零点，提高滤波器的带外抑制。
附图说明
图1为滤波器的电路原理图；
图2为滤波器整体结构示意图；
图3为滤波器各结构示意图；
图4(a)、(b)分别为普通螺旋电感和渐变螺旋电感结构示意图；
图5为普通螺旋电感和渐变螺旋电感Q值对比图；
图6为电容C7对滤波器零点控制的效果图。
图7为滤波器的回波损耗和插入损耗结果图。
具体实施方式
为了更加清楚地说明本发明解决的问题、采用的技术方案和有益效果，下面结合图示说明本发明的具体实施方式，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应在本发明的保护范围之内。
实施例1
如图2-3所示，基于IPD技术的低插损带外抑制滤波器包括：电路层1；接地环2，环绕在电路层1周围；介质层3。
其中，所述电路层1包括第一焊盘4-1、第二焊盘4-2、第三焊盘4-3、第四焊盘4-4、第五焊盘4-5、第六焊盘4-6、第七焊盘4-7、第八焊盘4-8、第九焊盘4-9。所述第一焊盘4-1、第三焊盘4-3、第四焊盘4-4、第五焊盘4-5、第六焊盘4-6、第八焊盘4-8、第九焊盘4-9与接地环2相连；所述第二焊盘4-2和第七焊盘4-7作为电路的输入输出端口。
所述电路层1包括第一电容51、第二电容52、第三电容53、第四电容54、第五电容55、第六电容56、第七电容57、第八电容58、第一电感61、第二电感62、第三电感63、第四电感64组成。第一电容42的一端与第二焊盘4-2连接，第一电容51的另一端与分别与第一电感61和第三电容53的一端连接，第一电感61的另一端与第二电容52一端连接，第二电容52的另一端连接到接地环2上；第三电容53的另一端和第四电容54的一端连接，第四电容54的另一端和第二电感62的一端连接。第二电感62的另一端与第五电容55的一端相连，第五电容55的另一端分别与第三电感63和第六电容56的一端相连，第三电感63的另一端连接到接地环2上；第六电容56的另一端分别与第七电容57和第八电容58的一端相连，第七电容57的另一端连接到接地环2上。第八电容58的另一端连接到第四电感64的一端，第四电感64的另一端与第七焊盘4-7相连。
所述第一电容51、第二电容52、第三电容53、第四电容54和第一电感61组成T形电路，实现对零点的控制。
图1为图3所示结构的等效电路图；第一电容51等效电容C1、第二电容52等效电容C7、第三电容53等效电容C2、第四电容54等效电容C3、第五电容55等效电容C4、第六电容56等效电容C5、第七电容57等效电容C8、第八电容58等效电容C6；第一电感61等效电感L1、第二电感62等效电感L2、第三电感63等效电感L3、第四电感64等效电感L4。
如图1所示，该电路的工作原理为：由电容C1、电容C2、电容C3、电容C7和电感L1构成T形零点调控电路，其余的器件构成一个基本的带通滤波器，该滤波器本身在高频处有一个零点，通过添加所述T形零点调控电路，在低频处产生一个零点，该零点可以由C7自由控制，对滤波器的通带基本没有影响，如图6所示。
如图4所示，图4(a)为传统的螺旋电感设计，该螺旋电感的线宽是固定不变的，图4(b)为本设计中采用的渐变螺旋电感设计，该螺旋电感的线宽随着电感圈数的增多而逐渐增加。采用该设计可以有效提高螺旋电感的Q值，进而降低滤波器的损耗，如图5所示。
如图6所示，本实施实例的低频零点可以由电容C7有效控制，随着C7增大，低频零点会往更低的频率移动。
如图7所示，本实施实例的插入损害较小，约为1.5dB；通带内的回波损耗约为-15dB；并且分别在通带的高频和低频处各形成了一个零点，有效提高了滤波器的带外抑制水平。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，包括：
电路层(1)；
接地环(2)，环绕在电路层(1)周围；
介质层(3)；
其特征在于，所述电路层(1)包括第一焊盘(4-1)、第二焊盘(4-2)、第三焊盘(4-3)、第四焊盘(4-4)、第五焊盘(4-5)、第六焊盘(4-6)、第七焊盘(4-7)、第八焊盘(4-8)、第九焊盘(4-9)、第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)、第五电容(55)、第六电容(56)、第七电容(57)、第八电容(58)、第一电感(61)、第二电感(62)、第三电感(63)、第四电感(64)；
所述第一焊盘(4-1)、第三焊盘(4-3)、第四焊盘(4-4)、第五焊盘(4-5)、第六焊盘(4-6)、第八焊盘(4-8)、第九焊盘(4-9)与接地环(2)相连；所述第二焊盘(4-2)和第七焊盘(4-7)作为电路的输入输出端口；
所述第一电容(51)的一端与第二焊盘(4-2)连接，第一电容(42)的另一端分别与第一电感(61)的一端和第三电容(53)的一端连接，第一电感(61)的另一端与第二电容(52)的一端连接，第二电容(52)的另一端连接到接地环(2)上；第三电容(53)的另一端和第四电容(54)的一端连接，第四电容(54)的另一端和第二电感(62)的一端连接，第二电感(62)的另一端与第五电容(55)的一端相连，第五电容(55)的另一端分别与第三电感(63)的一端和第六电容(56)的一端相连，第三电感(63)的另一端连接到接地环(2)上，第六电容(56)的另一端分别与第七电容(57)的一端和第八电容(58)的一端相连，第七电容(57)的另一端连接到接地环(2)上，第八电容(58)的另一端连接到第四电感(64)的一端，第四电感(64)的另一端与第七焊盘(4-7)相连；
所述第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)和第一电感(61)组成T形零点调控电路，实现对零点的控制。
2.根据权利要求1所述基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，其特征在于，由第五电容(55)、第六电容(56)、第七电容(57)、第八电容(58)、第二电感(62)、第三电感(63)、第四电感(64)构成带通滤波器，所述带通滤波器本身在高频处有一个高频零点；通过在带通滤波器引入T形零点调控电路，使得带通滤波器在低频处产生一个低频零点.。
3.根据权利要求2所述基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，其特征在于，低频零点由第二电容(52)调控，随着第二电容(52)增大，低频零点会往更低的频率移动。
4.根据权利要求2所述基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，其特征在于，所述第一电感(61)、第二电感(62)、第三电感(63)、第四电感(64)采用平面螺旋电感或贴片电感。
5.根据权利要求2所述基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，其特征在于，第一电感(61)、第二电感(62)、第三电感(63)、第四电感(64)采用螺旋电感，其线宽随着电感圈数的增加逐渐增加或者逐渐减小或者保持不变。
6.根据权利要求5所述基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，其特征在于，螺旋电感的形状采用圆形、椭圆形、矩形、六边形或八边形。
7.根据权利要求5所述基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，其特征在于，第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)、第五电容(55)、第六电容(56)、第七电容(57)、第八电容(58)采用平面电容或贴片电容。
8.根据权利要求7所述基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，其特征在于，所述平面电容的结构采用平行板结构、交指型或分形结构。
9.根据权利要求7所述基于IPD技术的低插损高带外抑制滤波器，其特征在于，所述介质层(3)采用GaAs工艺、Si工艺或半导体工艺。
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