CN116915201A - 基于ipd技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器。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、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感。通过采用新颖的电路拓扑结构，实现高频带外宽阻带性能，其中通过采用新型Pi形电路在低频带外产生两个零点，再通过将两个LC串联谐振器并联在高频带外产生两个零点，通过零点的添加和控制，能够拓宽高频阻带并实现高带外抑制。
Description
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技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器。
背景技术
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，因此被广泛应用在无线收发器、光学领域、信号处理、通信系统、声纳、仪器和医疗领域。性能优越的带通滤波器往往对于整个系统性能的提高有着显著作用，因此在设计滤波器的时候，往往需要尽最大可能提高滤波器的性能。而一个性能优越的滤波器往往应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，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。因此如何在现实设计中获得接近理想的滤波器便成为设计的难点。
而针对带通滤波器，阻带的影响往往也是十分重要的，现阶段基于IPD技术的带通滤波器在插损和带外抑制方面不能同时获得较优的结果，因此要想获得优越的带外抑制往往需要对插损做出牺牲，基于此我们提出了一种新颖的拓扑结构，能够在获得较宽阻带的同时，还能拥有较低的插损。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中所提到的基于IPD工艺实现的带通滤波器插入损耗高、阻带窄的问题，提出一款在拥有宽阻带的同时兼具低插损性能的集成无源器件(Integrated Passive Device，IPD)带通滤波器，通过采用IPD工艺，也可以实现滤波器的小型化；通过优化的电路拓扑结构，实现滤波器的宽阻带性能和低插损性能。通过添加新型的Pi型电路实现对低频零点的有效控制，再通过并联两个LC串联谐振器实现对高频零点的控制，基于此实现的带通滤波器可以满足当前射频/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技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器包括：
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)、第一电感(61)、第二电感(62)、第三电感(63)、第四电感(64)；
第一焊盘(4-1)、第三焊盘(4-3)、第四焊盘(4-4)、第六焊盘(4-6)、与接地环(2)相连；所述第二焊盘(4-2)和第五焊盘(4-5)作为电路的输入输出端口。
所述第一电容(51)的一端与第五焊盘(4-5)连接，第一电容(51)的另一端分别与第一电感(61)的一端和第二电容(52)的一端连接，第一电感(61)的另一端与第二电容(52)的另一端相连后与接地环(2)连接；所述第三电容(53)的一端与第五焊盘(4-5)连接，第三电容(53)的另一端分别与第四电容(54)的一端、第五电容(55)的一端与第六电容(56)的一端连接，第四电容(54)的另一端与第二电感(62)的一端连接，第二电感(62)的另一端与接地环(2)连接；第五电容(55)的另一端与第三电感(63)的一端连接，第六电容(56)的另一端与第四电感(64)的一端连接，第三电感(63)的另一端与第四电感(64)的另一端相连后连接至第二焊盘(4-2)；
所述第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)、第一电感(61)和第二电感(62)组成新型Pi型结构，能够在低频产生两个零点，形成高通结构，提高低频带外抑制性能。
所述第五电容(55)、第六电容(56)、第三电感(63)和第四电感(64)构成两个并联的LC串联谐振器，能够在高频带外产生两个零点，拓宽高频阻带。
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)、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，由第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)、第一电感(61)和第二电感(62)组成新型Pi型结构，能够在低频产生两个零点，形成高通结构，提高低频带外抑制性能。第五电容(55)、第六电容(56)、第三电感(63)和第四电感(64)构成两个并联的LC串联谐振器，能够在高频带外产生两个零点，拓宽高频阻带。低频零点由第一电容(51)、第二电容(52)、第一电感(61)、第四电容(54)和第二电感(62)共同调控，随着它们值的增大，低频零点会往更低的频率移动。
作为优选，所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器可通过频率移植到其它工作频段。
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，能够实现滤波器的小型化；采用四边均可伸缩的八边形电感，减小面积实现小型化，同时提高设计布局的灵活性，简化调参。
(2)本发明采用新型的拓扑结构；本发明提出一种新型Pi结构，在低频产生两个零点提高低频的带外抑制，然后级联两个并联的LC谐振器，由两个并联的LC谐振器在高频产生两个零点，提高高频的带外抑制。
(3)采用零点调控技术提高滤波器的选择性。
(4)通过并联的两个LC串联谐振器能够大大拓宽滤波器的阻带。
附图说明
图1为带通滤波器的拓扑结构图；
图2为带通滤波器整体模型结构示意图；
图3为带通滤波器各结构示意图；
图4为带通滤波器实施实例的S参数结果图。
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技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器包括：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、所述第一焊盘4-1、第三焊盘4-3、第四焊盘4-4、第六焊盘4-6、与接地环2相连；所述第二焊盘4-2和第五焊盘4-5作为电路的输入输出端口。
所述第一电容51的一端与第五焊盘4-5连接，第一电容51的另一端分别与第一电感61的一端和第二电容52的一端连接，第一电感61的另一端与第二电容52的另一端再分别连接到接地环2上；第五焊盘4-5再与第三电容53的一端相连，第三电容53的另一端分别与第四电容54、第五电容55和第六电容56的一端相连接，而第四电容54的另一端连接第二电感62的一端，第二电感62的另一端连接接地环2；第五电容5与第六电容56的另一端分别连接第三电感63与第四电感64的一端相连接，而第三电感63与第四电感64的另一端再分别与第二焊板4-2连接。
所述第一电容51、第二电容52、第三电容53、第四电容54、第一电感61和第二电感62组成新型Pi型结构，能够在低频产生两个零点，形成高通结构，提高低频带外抑制性能。
所述第五电容55、第六电容56、第三电感63和第四电感64构成两个并联的LC串联谐振器，能够在高频带外产生两个零点，拓宽高频阻带。
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C2、第三电容53等效电容C3、第四电容54等效电容C4、第五电容55等效电容C5、第六电容56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：由第一电容51、第二电容52、第三电容53、第四电容54、第一电感61和第二电感62组成新型Pi型结构，能够在低频产生两个零点，形成高通结构，提高低频带外抑制性能。第五电容55、第六电容56、第三电感63和第四电感64构成两个并联的LC串联谐振器，能够在高频带外产生两个零点，拓宽高频阻带，达到宽阻带的效果。
如图4所示，本实施实例的插入损耗较小，约为1.55dB；通带内的回波损耗约为-13dB；并且在低频和高频带外各产生了两个零点，高频阻带<-17.4dB可到16.5GHz.
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)
1.一种基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，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)、第六焊盘(4-6)、与接地环(2)相连；所述第二焊盘(4-2)和第五焊盘(4-5)作为电路的输入输出端口；
所述第一电容(51)的一端与第五焊盘(4-5)连接，第一电容(51)的另一端分别与第一电感(61)的一端和第二电容(52)的一端连接，第一电感(61)的另一端与第二电容(52)的另一端相连后与接地环(2)连接；所述第三电容(53)的一端与第五焊盘(4-5)连接，第三电容(53)的另一端分别与第四电容(54)的一端、第五电容(55)的一端与第六电容(56)的一端连接，第四电容(54)的另一端与第二电感(62)的一端连接，第二电感(62)的另一端与接地环(2)连接；第五电容(55)的另一端与第三电感(63)的一端连接，第六电容(56)的另一端与第四电感(64)的一端连接，第三电感(63)的另一端与第四电感(64)的另一端相连后连接至第二焊盘(4-2)；
所述第一电容(51)、第二电容(52)、第三电容(53)、第四电容(54)、第一电感(61)和第二电感(62)组成新型Pi型结构，能够在低频产生两个零点，形成高通结构，提高低频带外抑制性能；
所述第五电容(55)、第六电容(56)、第三电感(63)和第四电感(64)构成两个并联的LC串联谐振器，能够在高频带外产生两个零点，拓宽高频阻带。
2.根据权利要求1所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，其特征在于，低频零点由第一电容(51)、第二电容(52)、第一电感(61)、第四电容(54)和第二电感(62)共同调控，随着电容或电感数值增大，低频零点会往更低的频率移动。
3.根据权利要求1所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，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。
4.根据权利要求3所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，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)采用平面螺旋电感，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。
5.根据权利要求3或4所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，其特征在于，所述平面螺旋电感的形状采用圆形、椭圆形、矩形、六边形或八边形。
6.根据权利要求1所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，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)采用平面电容或贴片电容。
7.根据权利要求6所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，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。
8.根据权利要求1所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，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。
9.根据权利要求6所述基于IPD技术的宽阻带高带外抑制带通滤波器，其特征在于，可通过频率移植到其它工作频段。
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