CN206564310U - 一种基于多频耦合的ltcc平衡式带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器，包含两个二分之一波长谐振器和两组馈线，所述二分之一波长谐振器分别由位于三个不同导体层的微带线构成，不同导体层的微带线通过金属通孔连接在一起，两个二分之一波长谐振器的第一耦合区域（211）以平行耦合的方式相互耦合，两组馈电线位于同一导体层分别与位于它们下层的二分之一波长谐振器第二耦合区域（411）以垂直耦合方式进行馈电。本实用新型有效减小了滤波器尺寸，具有较高的共模抑制比，馈电线之间引入源‑负载耦合，产生了三个传输零点，使得通带的选择性得到了提升。

Description

一种基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器

技术领域

本实用新型涉及平衡式带通滤波器，具体涉及一种利用馈电结构来抑制共模信号，可应用于射频前端电路中的基于LTCC工艺的平衡式带通滤波器。

背景技术

随着现代无线通讯系统的快速发展，对于平衡式电路的需求越来越多，而平衡式滤波器是其中一种重要无源器件，对于传统印刷电路来说通常占据很大面积。因此，滤波器的小型化十分重要。

现有的平面的平衡式滤波器已经有了大量的研究，并且有着良好的性能，但是尺寸却非常大，这对于实际应用造成了困难。因此低温共烧陶瓷（LTCC）技术能够显著地减少电路的尺寸并且具有低造价、高频性能好、插损小等优点。

另外，很多尺寸紧凑和性能优越采用集总元件或者半集总元件的LTCC滤波器被设计出来。但是随着频率的升高，寄生效应和不需要的耦合可能会影响集总元件的原始性能，所以集总元件的参数不能被准确的控制，而采用分布式的谐振器就不会有同样的问题。

实用新型内容

为了克服以上述技术中存在的问题，本实用新型提供了一种基于多频耦合的共模信号抑制的平衡式LTCC滤波器。该滤波器采用低温共烧陶瓷技术，缩小了带通滤波器的体积。采用多频耦合的技术抑制共模信号。采用源-负载耦合技术，在通带两侧引入三个零点，增加了通带的选择性。

本实用新型至少采用如下技术方案之一实现。

一种基于多频耦合的共模信号抑制的LTCC平衡式滤波器，包含两个二分之一波长谐振器和两组馈线，所述二分之一波长谐振器分别由位于三个不同导体层的微带线构成，位于不同导体层的微带线通过金属通孔连接在一起，两个二分之一波长谐振器的第一耦合区域以平行耦合的方式相互耦合，两组馈电线位于同一导体层分别与位于它们下层的二分之一波长谐振器第二耦合区域以垂直耦合方式进行馈电。

进一步地，所述二分之一波谐振器呈前后镜像对称，两个二分之一波长谐振器呈左右镜像对称。

进一步地，所述LTCC平衡式带通滤波由七层介质基板、八层导体层和六个金属通孔组成，七层介质基板为LTCC陶瓷介质基板，由下而上顺次层叠，八层导体层均采用LTCC印刷工艺印制于介质基板表面；第一导体层位于第七介质板上表面，第二导体层位于第七介质板与第六介质板之间，第三导体层位于第六介质板与第五介质板之间，第四导体层位于第五介质板与第四介质板之间，第五导体层位于第四介质板与第三介质板之间，第六导体层位于第三介质板与第二介质板之间，第七导体层位于第二介质板与第一介质板之间，第八导体层位于第一介质板下表面。

进一步地，第一导体层为金属地板；第二导体层是两个二分之一波长谐振器的四个开路末端，四个开路末端均开一个第一端孔，四个第一端孔是四个第一通孔的一端，四个第一通孔将该第二导体层电路与第五导体层电路连接起来；第三导体层为金属地板，上面相应位置上有四个第一开孔，连接第二导体层与第五导体层的四个第一通孔从这四个第一开孔穿过，并且第一通孔和第三导体层之间没有物理接触；第四导体层由四个结构和长度均相同的馈电贴片组成即所述的两组馈电线，该四个馈电贴片呈前后和左右镜像对称分布，馈电结构由始端向终端延伸，在馈电贴片的中端引出一个端口作为馈电端口；第五导体层是两个二分之一波长谐振器分别与馈电贴片耦合的第二耦合区域，第五导体层包括四段导体，四段导体也呈前后和左右镜像对称分布，四段导体的每一段导体均有一端开有第一孔，每个孔是第一通孔的另一端，第一通孔将第五导体层的电路与第二层导体层的电路连接起来，四段导体的每一段导体的另一端均开有第二孔，每个第二孔对应一个第二通孔的一端，四个第二通孔将第五导体层的电路与第七层导体层的电路连接起来；第六导体层是地板，上面相应位置上有两个第二开孔，连接第五导体层与第七导体层的四个第二通孔两两分别从所述两个第二开孔穿过，并且第二通孔和地板之间没有物理接触；第七导体层是两个二分之一波长谐振器的第一耦合区域所在的层，第七导体层上的两段导体呈左右镜像对称且每一段均开有两个第二端孔，四个第二端孔是四个第二通孔的另一端，第二通孔将第七导体层与第五层电路连接起来；第八导体层是地板。

进一步地，四个结构和长度均相同的馈电贴片与两个二分之一波长谐振器的部分区域在垂直方向上进行耦合，耦合区域选取的位置位于二分之一波长谐振器的四分之一处和四分之三处，实现多频耦合。

进一步地，第四导体层上的四个结构和长度均相同的馈电贴片呈前后和左右镜像对称分布，其中左侧的两个馈电贴片连接输入端口，右侧的两个馈电贴片连接输出端口，四个馈电贴片互相靠近，实现源-负载耦合；源-负载耦合在通带左边产生一个传输零点，通带右侧产生两个传输零点，调节源-负载耦合的耦合强度，进而调节滤波器通带的选择性。

进一步地，于两个二分之一波长谐振器的耦合部位可以是谐振器的中间或者开路末端等任意区域，耦合方式也不仅限于平行耦合。

本实用新型采用了二分之一波长谐振器，双端口输入输出平衡式结构，有效地抑制了共模噪声；并且，采用了LTCC多层结构工艺制造，进一步使滤波器结构更加紧凑；另外，本实用新型还可利用不同的介质层数实现导体的阻抗变化，这样可以有效减小耦合区域的导体的线宽，线长以及线间距，达到缩小尺寸的作用。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和技术效果：

1、采用LTCC多层工艺，有效减小了滤波器尺寸。

2、采用平衡式结构和多频耦合方法通过耦合馈电的方式抑制了共模信号，带外抑制很好，具有较高的共模抑制比。

3、馈电线之间引入源-负载耦合，产生了三个传输零点，使得通带的选择性得到了提升。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构分层示意图；

图2是本实用新型的第一导体层俯视示意图；

图3是本实用新型的第二导体层俯视示意图；

图4是本实用新型的第三导体层俯视示意图；

图5是本实用新型的第四导体层俯视示意图；

图6是本实用新型的第五导体层俯视示意图；

图7是本实用新型的第六导体层俯视示意图；

图8是本实用新型的第七导体层俯视示意图；

图9是本实用新型的第八导体层俯视示意图；

图10是本实用新型LTCC滤波器实施例的频率响应特性曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施案例所采用的技术方案进行详细的说明。下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种基于多耦合的共模信号抑制的LTCC平衡式滤波器，其整个滤波器为LTCC多层结构，由七层介质基板、八层导体层和六个金属通孔组成；两个二分之一波长短路线谐振器分别由位于四个不同导体层的微带线通过金属通孔连接在一起，呈前后和左右对称结构分布; 每一层介质基板由下而上顺次层叠，第一层导体层位于第七介质板7上表面，第二导体层位于第七介质板7与第六介质板6之间，第三导体层位于第六介质板6与第五介质板5之间，第四导体层位于第五介质板5与第四介质板4之间，第五导体层位于第四介质板4与第三介质板3之间，第六导体层位于第三介质板3与第二介质板2之间，第七导体层位于第二介质板2与第一介质板1之间，第八导体层位于第一介质板1下表面。

如图2所示，第一导体层为金属地板8。

如图3所示，第二导体层是是两个二分之一波长谐振器的末端711，分为四个部分，每根二分之一波长谐振器的开路端导体呈前后和左右镜像对称，第一端孔701是第一通孔9的一端，第一通孔9将该层电路与第五层电路连接起来。

如图4所示，第三导体层为地板，上面相应位置上有四个第一开孔601，连接第二层与第五层的四个第一通孔9从这四个第一开孔601穿过，并且第一通孔9和地板之间没有物理接触。

如图5所示，第四导体层由四个结构和长度均相同的馈电贴片组成，呈前后和左右镜像对称，馈电结构由始端501向终端502延伸，在馈电贴片的中端引出一个端口503作为馈电端口。

如图6所示，第五导体层是两个二分之一波长谐振器分别与馈电贴片耦合的第二耦合区域411，每个第一孔401是每个第一通孔9的另一端，第一通孔9将该层电路与第二层电路连接起来，四个第二孔402是四个第二通孔10的一端，第二通孔10将该层电路与第七层电路连接起来，四段导体呈前后和左右镜像对称分布。

如图7所示，第六导体层是地板，上面相应位置上有两个第二开孔301，连接第五层与第七层的第二通孔10从这两个第二开孔穿过，并且第二通孔10和地板之间没有物理接触。

如图8所示，第七导体层是两个二分之一波长谐振器的第一耦合区域211所在的层，在本层的两段导体呈左右镜像对称，第二端孔201是第二通孔10的另一端，第二通孔10将该层电路与第五层电路连接起来。

如图9所示，第八导体层是地板11。

本实施例中，通带中心频率由二分之一波长谐振器长度决定，通带零点的位置主要由源-负载耦合强度决定，共模信号的抑制水平主要由二分之一波长谐振器开路末端711长度调节，通过调节上述所指出的谐振器长度和源-负载耦合，本实施例获得了所需的通带和阻带特性。

以下仅为举例，本实施例的各项参数描述如下：

如图3-图9所示，L1为2.9mm，L2为4.4mm，L3为1.5mm，L4为3.25mm，L5为0.2mm，L6为3.9mm，L7为3.6mm，每一层的介质厚度为0.1mm，导体层采用的是金属铜，介质基板为陶瓷，相对介电常数Er为5.9，介质损耗正切tan为0.002，电路体积为4.4mm*2.9mm*1.6mm。

仿真结果如图10所示，图中包含四条曲线Sdd11、Scc11、Sdd21、Scc21，分别对应差模（Differential Mode）信号和共模信号（Common Mode）的S11和S22参数，该滤波器中心频率于3.9G，最小插入损耗为1.2dB,通带内回波损耗约为18dB，紧靠在通带上边频和通带下边频各有一个传输零点，使得该滤波器的选择性非常好。在1GHz到10GHz之间实现了超过27 dB的带外抑制水平，可见，该滤波器具有非常好的选择性。

综上，本实用新型提供了采用馈电线与谐振器之间的选择性耦合结构来抑制共模信号的LTCC平衡式带通滤波器；这个电路具有体积小，插损小的优异性能，可加工为贴片元件，易于与其他电路模块集成，可广泛应用于无线通讯系统的射频前端中。

以上所描述的实施例是本实用新型中的一个较好的实施例，并不用以限制本实用新型。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，基于本实用新型所做的任何修改，等同替换，改进所获得的其他实施例，都属于本实用新型实施例的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器，包含两个二分之一波长谐振器和两组馈线，其特征在于，所述二分之一波长谐振器分别由位于三个不同导体层的微带线构成，位于不同导体层的微带线通过金属通孔接在连一起，两个二分之一波长谐振器的第一耦合区域（211）以平行耦合的方式相互耦合，两组馈电线位于同一导体层分别与位于它们下层的二分之一波长谐振器的第二耦合区域（411）以垂直耦合方式进行馈电；每组馈电线均各自包括始端（501）、终端（502）和在中端引出的一个端口（503）。

2.根据权利要求1所述的基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器，其特征在于，所述二分之一波谐振器呈前后镜像对称，两个二分之一波长谐振器呈左右镜像对称。

3.根据权利要求1所述的基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器，其特征在于，所述LTCC平衡式带通滤波由七层介质基板、八层导体层和六个金属通孔组成，七层介质基板为LTCC陶瓷介质基板，由下而上顺次层叠，八层导体层均采用LTCC印刷工艺印制于介质基板表面；第一导体层位于第七介质板（7）上表面，第二导体层位于第七介质板（7）与第六介质板（6）之间，第三导体层位于第六介质板（6）与第五介质板（5）之间，第四导体层位于第五介质板（5）与第四介质板（4）之间，第五导体层位于第四介质板（4）与第三介质板（3）之间，第六导体层位于第三介质板（3）与第二介质板（2）之间，第七导体层位于第二介质板（2）与第一介质板（1）之间，第八导体层位于第一介质板（1）下表面。

4.根据权利要求3所述的基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器，其特征在于，第一导体层为金属地板（8）；第二导体层是两个二分之一波长谐振器的四个开路末端（711），四个开路末端（711）均开一个第一端孔（701），四个第一端孔（701）是四个第一通孔（9）的一端，四个第一通孔（9）将该第二导体层电路与第五导体层电路连接起来；第三导体层为金属地板，上面相应位置上有四个第一开孔（601），连接第二导体层与第五导体层的四个第一通孔（9）从这四个第一开孔（601）穿过，并且第一通孔（9）和第三导体层之间没有物理接触；第四导体层由四个结构和长度均相同的馈电贴片组成即所述的两组馈电线，该四个馈电贴片呈前后和左右镜像对称分布，馈电结构由始端（501）向终端（502）延伸，在馈电贴片的中端引出一个端口（503）作为馈电端口；第五导体层是两个二分之一波长谐振器分别与馈电贴片耦合的第二耦合区域（411），第五导体层包括四段导体，四段导体也呈前后和左右镜像对称分布，四段导体的每一段导体均有一端开有第一孔（401），每个孔（401）是第一通孔（9）的另一端，第一通孔（9）将第五导体层的电路与第二层导体层的电路连接起来，四段导体的每一段导体的另一端均开有第二孔（402），每个第二孔（402）对应一个第二通孔（10）的一端，四个第二通孔（10）将第五导体层的电路与第七层导体层的电路连接起来；第六导体层是地板，上面相应位置上有两个第二开孔（301），连接第五导体层与第七导体层的四个第二通孔（10）两两分别从所述两个第二开孔（301）穿过，并且第二通孔（10）和地板之间没有物理接触；第七导体层是两个二分之一波长谐振器的第一耦合区域（211）所在的层，第七导体层上的两段导体呈左右镜像对称且每一段均开有两个第二端孔（201），四个第二端孔（201）是四个第二通孔（10）的另一端，第二通孔（10）将第七导体层与第五层电路连接起来；第八导体层是地板（11）。

5.根据权利要求4所述的基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器，其特征在于，四个结构和长度均相同的馈电线与两个二分之一波长谐振器的第二耦合区域（411）在垂直方向上进行耦合，第二耦合区域的位置位于二分之一波长谐振器的四分之一处和四分之三处，实现多频耦合。

6.根据权利要求4所述的基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器，其特征在于第四导体层上的四个结构和长度均相同的馈电贴片呈前后和左右镜像对称分布，其中左侧的两个馈电贴片连接输入端口，右侧的两个馈电贴片连接输出端口，每组馈电线的始端（501）、终端（502）互相靠近，实现源-负载耦合；源-负载耦合在通带左边产生一个传输零点，通带右侧产生两个传输零点，调节源-负载耦合的耦合强度，进而调节滤波器通带的选择性。

7.根据权利要求4或5所述的基于多频耦合的LTCC平衡式带通滤波器，其特征在于两个二分之一波长谐振器之间的耦合部位还能是谐振器的中间或者开路末端的区域，耦合方式还能为非平行耦合。