CN207559954U - 一种小型化高抑制ltcc带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于滤波器技术领域，公开了一种小型化高抑制LTCC带通滤波器，包括基体、内电极和端电极，所述基体包括依次层叠的顶层基板、次顶层基板、次底层基板和底层基板；所述内电极包括内嵌于顶层基板中的第一电容和第四电容；内嵌于所述次顶层基板中的第一电感和第四电感；内嵌于所述次底层基板中的第二电感和第三电感；以及内嵌于所述底层基板中的第二电容和第三电容；所述第一电容、第一电感、第二电感和第二电容分别与所述第四电容、第四电感、第三电感和第三电容对称设置；所述端电极包括输入端电极、输出端电极和接地端电极；本实用新型具有体积小、可实现自动化批量生产、成本低、带内损耗小，带外抑制度高和可靠性高等优点。

Description

一种小型化高抑制LTCC带通滤波器

技术领域

本实用新型属于滤波器技术领域，尤其涉及一种小型化高抑制LTCC带通滤波器。

背景技术

带通滤波器是微波电路中一个重要的无源器件，它的主要功能是滤除掉高频率信号和低频率信号，提取中间部分频率信号。

随着电子系统向小型化、轻量化和高可靠方向不断发展，电子元器件的芯片化、小型化成为当今主流发展方向。近几十年，众多学者纷纷展开带通滤波器的小型化研究。

迄今为止，中心频率在30MHZ～1GHZ频段，且同时具有高抑制的带通滤波器，现有技术中水平最高的是，专利“三维集成超小型带通滤波器(公开号：CN 104966868A)”，其体积为4mm×3.4mm×1.5mm，介质损耗角正切为0.002。

但是，该三维集成超小型带通滤波器的内电极的结构设计不是最佳设计，它的每个谐振单元中的电容和电感均是并列设置于基体中的同一水平高度的，虽然相对于组装型带通滤波器，其体积有所减小，但该尺寸还不够小，且该尺寸不是LTCC滤波器的主流标准尺寸，若在LTCC工艺线上进行批量生产，将面临工装不配套，无法实现自动化生产难题。

因此，传统的带通滤波器存在体积大且在进行批量生产时会面临工装不配套的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种小型化高抑制LTCC带通滤波器，解决传统的带通滤波器存在的体积大且在进行批量生产时会面临工装不配套的问题。

一种小型化高抑制LTCC带通滤波器，包括基体、内电极和端电极，所述基体包括依次层叠的顶层基板、次顶层基板、次底层基板和底层基板；所述内电极包括第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和第四谐振单元；所述第一谐振单元包括内嵌于所述顶层基板中的第一电容和内嵌于所述次顶层基板中的第一电感；所述第二谐振单元包括内嵌于所述次底层基板中的第二电感和内嵌于所述底层基板中的第二电容；所述第三谐振单元包括内嵌于所述次底层基板中的第三电感和内嵌于所述底层基板中的第三电容，所述第三谐振单元与所述第二谐振单元对称设置；所述第四谐振单元包括内嵌于所述顶层基板中的第四电容和内嵌于所述次顶层基板中的第四电感，所述第四谐振单元与所述第一谐振单元对称设置；所述端电极包括输入端电极、输出端电极和接地端电极；所述第一谐振单元一端接所述输入端电极，另一端接所述接地端电极；所述第一电感和所述第二电感形成第一耦合电感；所述第二谐振单元的一端和所述第三谐振单元的一端通过第五电容耦合，所述第二谐振单元的另一端和所述第三谐振单元的另一端接所述接地端电极；所述第三电感和所述第四电感形成第二耦合电感；所述第四谐振单元的一端接所述输出端电极，另一端接所述接地端电极。

进一步地，所述第一电容和所述第四电容的容值相同，所述第二电容和所述第三电容的容值相同。

进一步地，所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容和所述第四电容为多层平板电容。

进一步地，所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感和所述第四电感为螺旋电感。

进一步地，所述第一电感和所述第四电感的长度相同，所述第二电感和所述第三电感的长度相同。

进一步地，所述第一电感和所述第一电容通过垂直过孔进行连接；所述第二电感和所述第二电容通过垂直过孔连接；所述第三电感和所述第三电容通过垂直过孔进行连接；所述第四电感和所述第四电容通过垂直过孔进行连接。

进一步地，所述垂直过孔的孔深不小于0.9mm。

进一步地，所述输入端电极和所述输出端电极分别设于所述基体长度方向上的相对两端，所述接地端电极设于所述基体长度方向上的中部外侧。

进一步地，所述带通滤波器采用低温共烧陶瓷工艺实现，所述基体为低温共烧陶瓷介质。

进一步地，所述输入端电极、所述输出端电极和所述接地端电极均包括三层镀层，所述镀层从内到外依次为银镀层、镍镀层和锡镀层。

本实用新型采用LTCC(低温共烧陶瓷)工艺制作小型化高抑制带通滤波器，其中心频率在30MHZ～1GHZ频段，通过对带通滤波器的结构进行设计，使其在小体积内(3.2mm×1.6mm×0.9mm～3.2mm×1.6mm×1.2mm)实现四级结构带通滤波器，比现有技术最小尺寸同等滤波器体积缩小了70％，可节约物料成本，增加产出量。同时，由于本实用新型设计的带通滤波器的尺寸为LTCC滤波器主流标准尺寸，因此，可在LTCC工艺线上实现自动化批量生产，大大提高生产效率，降低成本。且该滤波器具有带内损耗小，带外抑制度高，可靠性高等优点，满足下游电子整机的小型化、高可靠、高性能的要求。

附图说明

图1为本实用新型一种小型化高抑制LTCC带通滤波器的电路原理图。

图2为本实用新型一种小型化高抑制LTCC带通滤波器的立体透视图。

图3为本实用新型一实施例中心频率为175MHZ的小型化高抑制LTCC带通滤波器的透视结构示意图。

图4为图3所示中心频率为175MHZ的小型化高抑制LTCC带通滤波器的截面结构示意图。

图5为图3所示中心频率为175MHZ的小型化高抑制LTCC带通滤波器的插入损耗和回波损耗曲线。

图6为本实用新型另一实施例中心频率为450MHZ的小型化高抑制LTCC带通滤波器的透视结构示意图。

图7为图6所示中心频率为450MHZ的小型化高抑制LTCC带通滤波器的截面结构示意图。

图8为图6所示中心频率为450MHZ的小型化高抑制LTCC带通滤波器的插入损耗和回波损耗曲线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1至图8，本实用新型的较佳实施例中一种小型化高抑制LTCC带通滤波器，包括基体、内电极和端电极，基体包括依次层叠的顶层基板1、次顶层基板2、次底层基板3和底层基板4。

为了更好地解释本实用新型，下面先对低温共烧陶瓷技术进行解释：所谓低温共烧陶瓷技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。

在本实用新型实施例中，顶层基板1由多层单层基板层叠而成，次顶层基板2、次底层基板3和底层基板4类同，本实用新型采用LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷)工艺实现，基体为低温共烧陶瓷介质，无源器件嵌入到基板中，然后高温烧结使多层基板形成基体，相对介电常数为20～40，介质损耗tanα≤0.001。

如图3、图4、图5和图6所示，内电极包括第一谐振单元10、第二谐振单元20、第三谐振单元30和第四谐振单元40；第一谐振单元10包括内嵌于顶层基板1中的第一电容C1和内嵌于次顶层基板2中的第一电感L1；第二谐振单元20包括内嵌于次底层基板3中的第二电感L2和内嵌于底层基板4中的第二电容C2；第三谐振单元30包括内嵌于次底层基板3中的第三电感L3和内嵌于底层基板4中的第三电容C3，第三谐振单元30与第二谐振单元20对称设置；第四谐振单元40包括内嵌于顶层基板1中的第四电容C4和内嵌于次顶层基板2中的第四电感L4，第四谐振单元40与第一谐振单元10对称设置。内电极导体为银。

如图1和2所示，端电极包括输入端电极11(PIN)、输出端电极12(POUT)和接地端电极13(GND)；第一谐振单元10一端接输入端电极11，另一端连接输入端电极13；第一电感L1和第二电感L2形成第一耦合电感；第二谐振单元20的一端和第三谐振单元30的一端通过第五电容C5耦合，第二谐振单元20的另一端和第三谐振单元30的另一端连接输入端电极13；所述第三电感和所述第四电感形成第二耦合电感；第四谐振单元40的一端接输入端电极12，另一端连接输入端电极13。

在本实用新型实施例中，可以通过调节第一电容C1和第四电容C4的电容值来调整带外两个零点的位置。具体地，通过调整第一电容C1和第四电容C4的极板间的间距来改变第一电容C1和第四电容C4的电容值，从而调整带外两个零点的位置。

本实用新型采用LTCC(低温共烧陶瓷)工艺制作小型化高抑制带通滤波器，具有一体独石结构，其中心频率在30MHz～1GHz频段，通过对带通滤波器的结构进行设计，使其在小体积内(3.2mm×1.6mm×0.9mm～3.2mm×1.6mm×1.2mm)实现四级结构带通滤波器，比现有技术最小尺寸同等滤波器体积缩小了70％，可节约物料成本，增加产出量。同时，由于本实用新型设计的带通滤波器的尺寸为LTCC滤波器主流标准尺寸，因此，可在LTCC工艺线上实现自动化批量生产，大大提高生产效率，降低成本。且该滤波器具有带内损耗小，带外抑制度高，可靠性高等优点，可广泛应用于微波通信、雷达导航、卫星通信、汽车电子、电子对抗等领域，满足下游电子整机的小型化、高可靠、高性能、贴片安装要求。

进一步地，第一电容C1和第四电容C4的容值相同，第二电容C2和第三电容C3的容值相同；第一电感L1和第四电感L4的长度相同，第二电感L2和第三电感L3的长度相同。

在本实用新型实施例中，第一电容C1和第四电容C4镜像对称；第二电容C2和第三电容C3镜像对称。具体地，第一电容C1和第四电容C4的极板面积相同、极板间间距相同、容值相同；第二电容C2和第三电容C3的极板面积相同、极板间间距相同、容值相同。第一谐振单元10与第二谐振单元20正对，第二谐振单元20位于第一谐振单元10的正下方，第一电容C1位于第一电感L1的正上方，第二电感L2位于第一电感L1的正下方，第二电容C2位于第二电感L2的正下方；第一电容C1和第二电容C2的面积可以相同，也可以不同，第一电感L1和第二电感L2的长度可以相同，也可以不同，根据实际需要而设置。第三谐振单元30与第四谐振单元40正对，第三谐振单元30位于第四谐振单元40的正下方，第四电容C4位于第四电感L4的正上方，第三电感L3位于第四电感L4的正下方，第三电容C3位于第三电感L3的正下方；第四电容C4和第三电容C3的面积可以相同，也可以不同，第三电感L3和第四电感L4的长度可以相同，也可以不同，根据实际需要而设置。值得注意的是，在本实用新型实施例中，对于第一谐振单元10、第二谐振单元20、第三谐振单元30和第四谐振单元40间的位置关系的描述是为了与说明书附图中的图片进行对应，对于第一谐振单元10、第二谐振单元20、第三谐振单元30和第四谐振单元40间的位置关系的描述是相对位置关系的描述，而不是绝对位置关系的描述，因此，第一谐振单元10和第四谐振单元40内嵌于顶层基板1和次顶层基板2，第二谐振单元20和第三谐振单元30内嵌于次底层基板3和底层基板4，也可以理解为，第二谐振单元20和第三谐振单元30内嵌于顶层基板1和次顶层基板2，第一谐振单元10和第四谐振单元40内嵌于次底层基板3和底层基板4。

进一步地，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4为多层平板电容。

在本实用新型实施例中，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4为多层平板电容。优选地，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4为三层平板电容，电容的中间极板接地，使用三层平板电容可以实现在满足容量值大小的情况下缩小产品的体积，电容面积相同的情况下，三层结构的电容的容量值大约为两层结构的电容的容量值的两倍。

进一步地，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4为螺旋电感。

在本实用新型实施例中，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4为螺旋电感，不同中心频率的带通滤波器对应有不同的螺旋电感的层数和圈数，螺旋电感的层数不同，即可以理解为螺旋电感的长度不同，即不同中心频率的带通滤波器对应有不同的螺旋电感的长度和圈数。在本实用新型实施例中，第一电感L1和第四电感L4的长度和圈数相同，第二电感L2和第三电感L3的长度和圈数相同。本实用新型带通滤波器的中心频率是由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4共同决定的。

进一步地，电感和电容之间同感垂直过孔连接，具体地，第一电感和第一电容通过垂直过孔进行连接；第二电感和第二电容通过垂直过孔连接；第三电感和第三电容通过垂直过孔进行连接；第四电感和第四电容通过垂直过孔进行连接。进一步地，垂直过孔的孔深不小于0.9mm。

在本实用新型实施中，垂直过孔的孔深会对整机性能造成影响，根据实际需要而设置。

进一步地，输入端电极11和输入端电极12分别设于基体长度方向上的相对两端，输入端电极13设于基体长度方向上的中部外侧；输入端电极11、输入端电极12和输入端电极13均包括三层镀层，镀层从内到外依次为银镀层、镍镀层和锡镀层。

在本实用新型实施例中，该带通滤波器包括一个输入端电极11、一个输入端电极12和两个输入端电极13，输入端电极11设于基体的左侧与第一谐振单元10连接，输入端电极12设于基体的右侧与第四谐振单元40连接，两个输入端电极13分别设于基体的前面和后面。输入端电极11、输入端电极12和输入端电极13均包括三层镀层，镀层从内到外依次为银镀层、镍镀层和锡镀层，银镀层为涂抹层，镍镀层和锡镀层为电镀层。

以下结合图2～5，对本实用新型的一实施例中心频率为175MHZ的小型化高抑制LTCC带通滤波器进行更详细的描述：

在本实用新型实施例中，滤波器的尺寸为3.2mm×1.6mm×1.2mm，陶瓷基体材料的介电常数为35±1，材料介质损耗因子为tanα≤0.001。

内电极由四个并联谐振单元组成，包括由第一电感L1和第一电容C1组成的第一谐振单元10，由第二电感L2和第二电容C2组成的第二谐振单元20，由第三电感L3和第三电容C3组成的第三谐振单元30，由第四电感L4和第四电容C4组成的第四谐振单元40。其中，第一谐振单元10和第二谐振单元20通过第一电感L1和第二电感L2的空间耦合进行连接。第二谐振单元20和第三谐振单元30通过第五电容C5进行连接。

谐振单元的电感由螺旋电感组成。每个谐振单元的电容搭建在电感的正上方或者正下方，电感和电容通过垂直过孔进行连接。螺旋电感为六层，圈数为四圈半，每层之间介质层厚度为35～40μm。螺旋电感层间距越大，寄生效应越小，可降低通带损耗。电容由三层平板组成，接地平板在中间。电感和电容通过垂直过孔进行连接，垂直过孔高度0.14mm～0.16mm，垂直过孔有三个作用，一是连接电感和电容，二是将电容和电感隔离开，避免产生寄生效应，三是增加电感与接地面的距离，从而增加提高电感有效值和Q值。

四个谐振单元位置布置如下，第一谐振单元10和第四谐振单元40镜像对称，即第一电容C1和第四电容C4镜像对称，第一电感L1和第四电感L4镜像对称，第二谐振单元20和第三谐振单元30镜像对称，即第二电容C2和第三电容C3镜像对称，第二电感L2和第三电感L3镜像对称。第一谐振单元10和第四谐振单元40在基体上方，第二谐振单元20和第三谐振单元30在基体下方，第一谐振单元10和第二谐振单元20正对，第三谐振单元30和第四谐振单元40正对。第一电容C1和第四电容C4布置在基体最上方，第二电容C2和第三电容C3布置在基体最下方，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4布置在中间，第一电感L1和第四电感L4在第一电容C1和第四电容C4的下方，第二电感L2和第三电感L3在第二电容C2和第三电容C3的上方，在第一电感L1和第四电感L4的下方。第一电感L1和第二电感L2正对，第三电感L3和第四电感L4正对。这种布置可使产品结构更加紧凑，从而大大缩小产品的尺寸。第一电感L1和第四电感L4之间，第二电感L2和第三电感L3之间通过电感耦合使带外产生零点，从而提高带外抑制度，通过调整它们之间的间距可以调整零点位置。

本实用新型实施例中带通滤波器的插入损耗和回波损耗曲线如图5所示，该带通滤波器的中心频率为175MHz，通带宽度为40MHz，通带内插入损耗≤2.5dB，带外抑制≥40dB。

本实用新型实施例采用LTCC(低温共烧陶瓷)工艺制作小型化高抑制带通滤波器，其中心频率在175MHz频段，通过对带通滤波器的结构进行设计，使其在小体积内(3.2mm×1.6mm×1.2mm)实现四级结构带通滤波器，可节约物料成本，实现自动化批量生产，降低成本。且该滤波器具有带内损耗小，带外抑制度高，可靠性高等优点。

以下结合图6～8，对本实用新型的一实施例中心频率为450MHz的小型化高抑制LTCC带通滤波器进行更详细的描述：

在本实用新型实施例中，滤波器尺寸为3.2mm×1.6mm×1.1mm，陶瓷基体材料的介电常数为35±1，材料介质损耗因子为tanα≤0.001；

内电极由四个并联谐振单元组成，包括由第一电感L1和第一电容C1组成的第一谐振单元10，由第二电感L2和第二电容C2组成的第二谐振单元20，由第三电感L3和第三电容C3组成的第三谐振单元30，由第四电感L4和第四电容C4组成的第四谐振单元40。其中，第一谐振单元10和第二谐振单元20通过第一电感L1和第二电感L2的空间耦合进行连接。第二谐振单元20和第三谐振单元30通过第五电容C5进行连接。

谐振单元的电感由螺旋电感组成，电容由多层平板电容组成。每个谐振单元的电容搭建在电感的正上方或者正下方，电感和电容通过垂直过孔进行连接。螺旋电感为两层，圈数为一圈半，每层之间介质层厚度为25～30μm。电容由三层平板组成，接地平板在中间。电感和电容通过垂直过孔进行连接，垂直过孔高度0.16mm～0.18mm。

四个谐振单元位置布置如下，第一谐振单元10和第四谐振单元40镜像对称，即第一电容C1和第四电容C4镜像对称，第一电感L1和第四电感L4镜像对称，第二谐振单元20和第三谐振单元30镜像对称，即第二电容C2和第三电容C3镜像对称，第二电感L2和第三电感L3镜像对称。第一谐振单元10和第四谐振单元40在基体上方，第二谐振单元20和第三谐振单元30在基体下方，第一谐振单元10和第二谐振单元20正对，第三谐振单元30和第四谐振单元40正对。第一电容C1和第四电容C4布置在基体最上方，第二电容C2和第三电容C3布置在基体最下方，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4布置在中间，第一电感L1和第四电感L4在第一电容C1和第四电容C4的下方，第二电感L2和第三电感L3在第二电容C2和第三电容C3的上方，在第一电感L1和第四电感L4的下方。第一电感L1和第二电感L2正对，第三电感L3和第四电感L4正对。

本实用新型实施例中带通滤波器的插入损耗和回波损耗曲线如图8所示，该带通滤波器的中心频率为450MHz，通带宽度为80MHz，通带内插入损耗≤2.5dB，带外抑制≥50dB。

本实用新型实施例采用LTCC(低温共烧陶瓷)工艺制作小型化高抑制带通滤波器，其中心频率在450MHz频段，通过对带通滤波器的结构进行设计，使其在小体积内(3.2mm×1.6mm×1.1mm)实现四级结构带通滤波器，可节约物料成本，实现自动化批量生产，降低成本。且该滤波器具有带内损耗小，带外抑制度高，可靠性高等优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，包括基体、内电极和端电极，所述基体包括依次层叠的顶层基板、次顶层基板、次底层基板和底层基板；

所述内电极包括第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和第四谐振单元；

所述第一谐振单元包括内嵌于所述顶层基板中的第一电容和内嵌于所述次顶层基板中的第一电感；

所述第二谐振单元包括内嵌于所述次底层基板中的第二电感和内嵌于所述底层基板中的第二电容；

所述第三谐振单元包括内嵌于所述次底层基板中的第三电感和内嵌于所述底层基板中的第三电容，所述第三谐振单元与所述第二谐振单元对称设置；

所述第四谐振单元包括内嵌于所述顶层基板中的第四电容和内嵌于所述次顶层基板中的第四电感，所述第四谐振单元与所述第一谐振单元对称设置；

所述端电极包括输入端电极、输出端电极和接地端电极；

所述第一谐振单元一端接所述输入端电极，另一端接所述接地端电极；

所述第一电感和所述第二电感形成第一耦合电感；

所述第二谐振单元的一端和所述第三谐振单元的一端通过第五电容耦合，所述第二谐振单元的另一端和所述第三谐振单元的另一端接所述接地端电极；

所述第三电感和所述第四电感形成第二耦合电感；

所述第四谐振单元的一端接所述输出端电极，另一端接所述接地端电极。

2.如权利要求1所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述第一电容和所述第四电容的容值相同，所述第二电容和所述第三电容的容值相同。

3.如权利要求1或2所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容和所述第四电容为多层平板电容。

4.如权利要求1所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感和所述第四电感为螺旋电感。

5.如权利要求1或4所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述第一电感和所述第四电感的长度相同，所述第二电感和所述第三电感的长度相同。

6.如权利要求1、2或4所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述第一电感和所述第一电容通过垂直过孔进行连接；所述第二电感和所述第二电容通过垂直过孔连接；所述第三电感和所述第三电容通过垂直过孔进行连接；所述第四电感和所述第四电容通过垂直过孔进行连接。

7.如权利要求6所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述垂直过孔的孔深不小于0.9mm。

8.如权利要求1所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述输入端电极和所述输出端电极分别设于所述基体长度方向上的相对两端，所述接地端电极设于所述基体长度方向上的中部外侧。

9.如权利要求1所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器采用低温共烧陶瓷工艺实现，所述基体为低温共烧陶瓷介质。

10.如权利要求1所述的小型化高抑制LTCC带通滤波器，其特征在于，所述输入端电极、所述输出端电极和所述接地端电极均包括三层镀层，所述镀层从内到外依次为银镀层、镍镀层和锡镀层。