CN218570200U - 基于ltcc工艺的高q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，包括基体、输入输出外电极以及接地外电极，两个输入输出外电极设置在基体相对的两个侧面，两个接地外电极设置在基体另外两个相对的侧面，包括五个谐振单元和四个主耦合调整单元，其相邻的谐振单元之间的耦合调整通过调整导电过孔柱的大小以及相互之间的距离可调整五个谐振单元的磁耦合强度，再配合调整级间耦合电容大小可灵活调整级间耦合单元的整体耦合强度，可再灵活调整跨阶耦合电容加深单边矩形系数；另外，本实用新型在内部结构上采用镜像对称布局的方式，合理优化了内部空间结构，降低了设计调试难度及规避了生产过程中出现的误差，以上使本实用新型之高Q值LC谐振耦合滤波器更具可操控性以及具备更优的矩形系数。

Description

基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器

技术领域

本实用新型涉及的是滤波器技术领域，具体涉及一种基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，全球通讯行业正逐步迈入5G时代。

LTCC 即低温共烧结陶瓷，可以实现三大无源器件（电阻、电容、电感）及其各种无源器件（如滤波器、变压器等）封装于多层布线基板中，并与有源器件（如功率 MOS、晶体管、IC 模块等）共同集成为完整的电路系统。现已广泛应用于各种制式的手机、蓝牙、GPS 模块、WLAN 模块、 WIFI 模块等；此外，由于其产品的高可靠性，在汽车电子、通讯、航空航天与军事、微机电系统、传感器技术等领域的应用也日益上升。

5G时代来临，LTCC扮演重要角色，因为LTCC能适应大电流和耐高温，从手机、穿戴装置到车用等领域，都需要运用到RF零组件，LTCC作为关键组件，以手机应用而言，5G手机的使用数量就比4G大幅成长40％，推升LTCC需求量大幅成长。

LTCC带通滤波器的实现方式通常有一下三种：第一种是传统并联谐振式带通滤波器，通过电感与电容并联构成的并联谐振单元实现；第二种是采用分布式电容极板，通过极板与极板间的耦合实现带通滤波器的效果；第三种是通过高通滤波器与低通滤波器串联实现。三种结构实现的带通滤波器在制作和设计上分别存在着各自的优点与困难。传统并联谐振式结构带通滤波器的近带抑制相较另外两种更深，但其随着并联谐振单元的增加，其通带插损不断变大，对信号的损失难以把控；采用分布式结构的带通滤波器，其设计简单，调试方便，电性能均衡，但由于结构上主要由极板与极板间耦合实现，对制作工艺要求更高，在LTCC膜片叠层及切割烧结过程中容易产生问题，批量一致性差；采用高通滤波器与低通滤波器串联结构的带通滤波器其通带较宽，插损较好，信号保真率高，但带外抑制较差，结构复杂，调试困难。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，该滤波器设计调试难度简单，且生产过程中误差小。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，包括基体、输入输出外电极以及接地外电极，两个输入输出外电极设置在基体相对的两个侧面，两个接地外电极设置在基体另外两个相对的侧面，所述基体由多个电介质板堆叠形成，且该多个电介质板包括，

第一基板，其上形成有第一接地层；

第二基板，叠置于第一基板上方，且第二基板上形成有第一导体层、第五导体层，位于第一导体层中的多个第一导电过孔柱，以及位于第五导体层中的多个第五导电过孔柱；

第三基板，叠置于第二基板上方，且第三基板上形成有第二导体层、第三导体层和第四导体层；位于第二导体层中的多个第二导电过孔柱，位于第三导体层中的多个第三导电过孔柱，位于第四导体层中的多个第四导电过孔柱；

第四基板，叠置于第三基板上方，且第四基板上形成有第六导体层；

第五基板，叠置于第四基板上方，且第五基板上形成有第七导体层、第八导体层、第九导体层、第十导体层和第十一导体层，多个第一导电过孔柱、多个第二导电过孔柱、多个第三导电过孔柱、多个第四导电过孔柱和多个第五导电过孔柱分别位于第七导体层、第八导体层、第九导体层、第十导体层和第十一导体层中，

第六基板，叠置于第五基板上方，且第六基板上形成有第十二导体层，且多个第三导电过孔柱位于第十二导体层中；

第七基板，叠置于第六基板上方，且第七基板上形成有第二接地层，且第二接地层的两端分别延伸出与输入输出外电极相耦合的输出电极和输入电极，且多个第一导电过孔柱、多个第二导电过孔柱、多个第三导电过孔柱、多个第四导电过孔柱和多个第五导电过孔柱均连接至第二接地层；

其中，多个电介质板中的多个第一导电过孔柱相应连通形成第一谐振电感L1，多个电介质板中的第二导电过孔柱相应连通形成第二谐振电感L2，多个第三导电过孔柱相应连通形成第一谐振电感L3，多个电介质板中的第四导电过孔柱相应连通形成第四谐振电感L4，多个电介质板中的第五导电过孔柱相应连通形成第五谐振电感L5，

第一导体层与第一接地层形成下地电容C1，第二导体层与第一接地层形成下地电容C2，第三导体层与第一接地层形成下地电容C3，第四导体层与第一接地层形成下地电容C4，第五导体层与第一接地层形成下地电容C5，

第一谐振电感L1与下地电容C1并联形成谐振单元A，第二谐振电感L2与下地电容C2形成谐振单元B，第三谐振电感L3与下地电容C3并联形成谐振单元C，第四谐振电感L4与下地电容C4形成谐振单元D，第五谐振电感L5与下地电容C5形成谐振单元E，且谐振单元A、谐振单元B与谐振单元C、谐振单元D互成镜像设置；

其中，第二导体层与第一导体层形成耦合电容C12，第四导体层与第五导体层形成耦合电容C45，第六导体层与第二导体层、第四导体层形成交叉耦合电容C24，第十二导体层的两侧分别延伸至第八导体层、第十导体层的上方，与第八导体层、第十导体层分别形成耦合电容C14和耦合电容C25。

作为优选方案：所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第四谐振电感L4、第五谐振电感L5分别由间隔设置的两个导电过孔柱群组成，所述第三谐振电感L3由一个导电过孔柱群组成。

作为优选方案：所述第六基板上还设有第一感性耦合层，且第一感性耦合层一端连接到接地外电极，另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。

作为优选方案：所述第六基板与第七基板之间还设有第八基板，所述第八基板上形成有第十三导体层、第十四导体层、第十五导体层、第十六导体层和第十七导体层，所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4、第五谐振电感分别贯穿第十三导体层、第十四导体层、第十五导体层、第十六导体层和第十七导体层。

作为优选方案：所述第八基板上还设有第二感性耦合层，且第二感性耦合层一端连接到接地外电极，另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。

作为优选方案：所述第八基板与第七基板之间还设有第九基板，所述第九基板上形成有两个第十八导体层，一个第十八导体层与第十三导体层、第十六导体层形成交叉耦合电容C14，另一个第十八导体层与第十四导体层、第十七导体层形成交叉耦合电容C25。

作为优选方案：所述第九基板与第七基板之间还设有第十基板，所述第十基板上形成有第十九导体层、第二十导体层、第二十一导体层、第二十二导体层和第二十三导体层，所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4、第五谐振电感分别贯穿第十九导体层、第二十导体层、第二十一导体层、第二十二导体层和第二十三导体层。

作为优选方案：所述第十基板上还形成有第三感性耦合层，且第三感性耦合层一端连接到接地外电极，另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的滤波器包括五个谐振单元和四个主耦合调整单元，谐振单元创新使用了多孔柱并联电感架构，大大增加了电感的Q值；其相邻的谐振单元之间的耦合调整通过调整导电过孔柱的大小以及相互之间的距离可调整五个谐振单元的磁耦合强度，再配合调整级间耦合电容大小可灵活调整级间耦合单元的整体耦合强度，可再灵活调整跨阶耦合电容加深单边矩形系数；另外，本实用新型在内部结构上采用镜像对称布局的方式，合理优化了内部空间结构，降低了设计调试难度及规避了生产过程中出现的误差，以上使本实用新型之高Q值LC谐振耦合滤波器更具可操空性以及具备更优的矩形系数。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本实用新型的滤波器的整体结构示意图；

图2为本实用新型的滤波器的内部结构示意图；

图3为本实用新型的滤波器的等效电路图；

图4至图14为本实用新型的滤波器的第十一基板至第一基板的示意图；

图15为本实用新型的滤波器的频率响应曲线图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

为了更清楚详细的阐述本实用新型的技术实施方案，以下结合附图对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1至图14所示，一种基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，包括基体1、输入输出外电极2以及接地外电极3，两个输入输出外电极2设置在基体1相对的两个侧面，两个接地外电极3设置在基体1另外两个相对的侧面，所述基体1由多个电介质板堆叠形成，且该多个电介质板包括，

第一基板，其上形成有第一接地层9，第一接地层9的两端还设有接地矩形块91；

第二基板，叠置于第一基板上方，且第二基板上形成有第一导体层480、第五导体层880，位于第一导体层480中的多个第一导电过孔柱400，以及位于第五导体层880中的多个第五导电过孔柱800；

第三基板，叠置于第二基板上方，且第三基板上形成有第二导体层570、第三导体层670和第四导体层770；位于第二导体层570中的多个第二导电过孔柱500，位于第三导体层670中的多个第三导电过孔柱600，位于第四导体层770中的多个第四导电过孔柱700；

第四基板，叠置于第三基板上方，且第四基板上形成有第六导体层661；

第五基板，叠置于第四基板上方，且第五基板上形成有第七导体层450、第八导体层550、第九导体层650、第十导体层750和第十一导体层850，多个第一导电过孔柱400、多个第二导电过孔柱500、多个第三导电过孔柱600、多个第四导电过孔柱700和多个第五导电过孔柱800分别位于第七导体层450、第八导体层550、第九导体层650、第十导体层750和第十一导体层850中，

第六基板，叠置于第五基板上方，且第六基板上形成有第十二导体层640，且多个第三导电过孔柱600位于第十二导体层640中；

第七基板，叠置于第六基板上方，且第七基板上形成有第二接地层10，且第二接地层10的两端分别延伸出与输入输出外电极2相耦合的输出电极11和输入电极12，且多个第一导电过孔柱400、多个第二导电过孔柱500、多个第三导电过孔柱600、多个第四导电过孔柱700和多个第五导电过孔柱800均连接至第二接地层10；

其中，多个电介质板中的多个第一导电过孔柱400相应连通形成第一谐振电感L1，多个电介质板中的第二导电过孔柱500相应连通形成第二谐振电感L2，多个第三导电过孔柱600相应连通形成第一谐振电感L3，多个电介质板中的第四导电过孔柱700相应连通形成第四谐振电感L4，多个电介质板中的第五导电过孔柱800相应连通形成第五谐振电感L5，

第一导体层480与第一接地层9形成下地电容C1，第二导体层570与第一接地层9形成下地电容C2，第三导体层680与第一接地层9形成下地电容C3，第四导体层780与第一接地层9形成下地电容C4，第五导体层880与第一接地层9形成下地电容C5，

第一谐振电感L1与下地电容C1并联形成谐振单元A，第二谐振电感L2与下地电容C2形成谐振单元B，第三谐振电感L3与下地电容C3并联形成谐振单元C，第四谐振电感L4与下地电容C4形成谐振单元D，第五谐振电感L5与下地电容C5形成谐振单元E，且谐振单元A、谐振单元B与谐振单元C、谐振单元D互成镜像设置；

其中，第二导体层570与第一导体层480形成耦合电容C12，第四导体层770与第五导体层880形成耦合电容C45，第六导体层661与第二导体层570、第四导体层770形成交叉耦合电容C24，第十二导体层640的两侧分别延伸至第八导体层550、第十导体层750的上方，与第八导体层550、第十导体层750分别形成耦合电容C14和耦合电容C25。

本实用新型中的谐振电感创新使用了多导电过孔柱并联电感架构，大大增加了电感的Q值；每个谐振电感分别与相应的下地电容通过并联的方式构成了相应谐振单元。谐振电感的值的大小可以通过导电过孔柱的数量和导电过孔柱长度调整；下地电容值的大小可通过调整相应导体层与第一接地层的间距或者调整相应导体层的面积，而谐振单元的谐振频率就有谐振电感和下地电容的大小来进行整合调整。

所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第四谐振电感L4、第五谐振电感L5分别由间隔设置的两个导电过孔柱群组成，所述第三谐振电感L3由一个导电过孔柱群组成。

所述第六基板上还设有第一感性耦合层230，且第一感性耦合层230一端连接到接地外电极3，另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。

所述第六基板与第七基板之间还设有第八基板，所述第八基板上形成有第十三导体层430、第十四导体层530、第十五导体层630、第十六导体层730和第十七导体层830，所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4、第五谐振电感分别贯穿第十三导体层430、第十四导体层530、第十五导体层630、第十六导体层730和第十七导体层830。

所述第八基板上还设有第二感性耦合层220，且第二感性耦合层220一端连接到接地外电极3，另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。

所述第八基板与第七基板之间还设有第九基板，所述第九基板上形成有两个第十八导体层210，一个第十八导体层210与第十三导体层430、第十六导体层730形成交叉耦合电容C14，另一个第十八导体层210与第十四导体层530、第十七导体层830形成交叉耦合电容C25。

所述第九基板与第七基板之间还设有第十基板，所述第十基板上形成有第十九导体层410、第二十导体层510、第二十一导体层610、第二十二导体层710和第二十三导体层810，所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4、第五谐振电感分别贯穿第十九导体层410、第二十导体层510、第二十一导体层610、第二十二导体层710和第二十三导体层810。

所述第十基板上还形成有第三感性耦合层200，且第三感性耦合层200一端连接到接地外电极3，另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。上述结构在多个LC谐振单元之间增加了感性耦合层，这种感性耦合方式更易在滤波器通带的高频近带处形成传输零点，在用来滤除通带外高频杂散型号时应用居多。

本实用新型的滤波器包括五个LC谐振单元和四个主耦合调整单元，主耦合调整单元相邻两个谐振单元的导电过孔柱之间形成的磁耦合以及相邻两个谐振单元之间的耦合电容形成整体的主耦合调整单元，其中电容大小可以通过调整耦合电容的面积，调整该耦合单元的容性耦合大小，电感柱之间的磁耦合强度则由两个谐振单元的导电过孔柱间距和形状来调整其两个谐振单元之间的磁耦合强度。

所述的主耦合调整单元为主调整单元，该主调整单元可通过调整磁耦合和电容耦合的强度来调整其耦合力度，进而调整所述的高Q值LC谐振耦合滤波器的带宽和频率，如此一来，其传输零点位置也可以随意调整，可对不同频点的杂散信号进行有效的抑制。也就是说本实用新型之高Q值LC谐振滤波器具有高操作性和高抑制等优点。

本实用新型为了增加通带外高频处的抑制能力，在谐振单元A和谐振单元D之间，以及谐振单元B和谐振单元E之间也加了耦合电容，并在谐振单元B和谐振单元D之间也加了耦合电容；本实用新型有5个谐振单元，搭配不同谐振单元之间的耦合调整单元，可以实现更宽的带宽，更深的通带外高频近带抑制能力，其对应的频率响应图如图15所示。

以上所描述是实施例是本实用新型中的一个较好的实施例，并不以上述实施方式限制本实用新型。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，基于本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进所获得的其他实施例，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (8)

1.基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，包括基体（1）、输入输出外电极（2）以及接地外电极（3），两个输入输出外电极（2）设置在基体（1）相对的两个侧面，两个接地外电极（3）设置在基体（1）另外两个相对的侧面，其特征在于：所述基体（1）由多个电介质板堆叠形成，且该多个电介质板包括，

第一基板，其上形成有第一接地层（9）；

第二基板，叠置于第一基板上方，且第二基板上形成有第一导体层（480）、第五导体层（880），位于第一导体层（480）中的多个第一导电过孔柱（400），以及位于第五导体层（880）中的多个第五导电过孔柱（800）；

第三基板，叠置于第二基板上方，且第三基板上形成有第二导体层（570）、第三导体层（670）和第四导体层（770）；位于第二导体层（570）中的多个第二导电过孔柱（500），位于第三导体层（670）中的多个第三导电过孔柱（600），位于第四导体层（770）中的多个第四导电过孔柱（700）；

第四基板，叠置于第三基板上方，且第四基板上形成有第六导体层（661）；

第五基板，叠置于第四基板上方，且第五基板上形成有第七导体层（450）、第八导体层（550）、第九导体层（650）、第十导体层（750）和第十一导体层（850），多个第一导电过孔柱（400）、多个第二导电过孔柱（500）、多个第三导电过孔柱（600）、多个第四导电过孔柱（700）和多个第五导电过孔柱（800）分别位于第七导体层（450）、第八导体层（550）、第九导体层（650）、第十导体层（750）和第十一导体层（850）中，

第六基板，叠置于第五基板上方，且第六基板上形成有第十二导体层（640），且多个第三导电过孔柱（600）位于第十二导体层（640）中；

第七基板，叠置于第六基板上方，且第七基板上形成有第二接地层（10），且第二接地层（10）的两端分别延伸出与输入输出外电极（2）相耦合的输出电极（11）和输入电极（12），且多个第一导电过孔柱（400）、多个第二导电过孔柱（500）、多个第三导电过孔柱（600）、多个第四导电过孔柱（700）和多个第五导电过孔柱（800）均连接至第二接地层（10）；

其中，多个电介质板中的多个第一导电过孔柱（400）相应连通形成第一谐振电感L1，多个电介质板中的第二导电过孔柱（500）相应连通形成第二谐振电感L2，多个第三导电过孔柱（600）相应连通形成第三谐振电感L3，多个电介质板中的第四导电过孔柱（700）相应连通形成第四谐振电感L4，多个电介质板中的第五导电过孔柱（800）相应连通形成第五谐振电感L5，

第一导体层（480）与第一接地层（9）形成下地电容C1，第二导体层（570）与第一接地层（9）形成下地电容C2，第三导体层（670）与第一接地层（9）形成下地电容C3，第四导体层（770）与第一接地层（9）形成下地电容C4，第五导体层（880）与第一接地层（9）形成下地电容C5，

第一谐振电感L1与下地电容C1并联形成谐振单元A，第二谐振电感L2与下地电容C2形成谐振单元B，第三谐振电感L3与下地电容C3并联形成谐振单元C，第四谐振电感L4与下地电容C4形成谐振单元D，第五谐振电感L5与下地电容C5形成谐振单元E，且谐振单元A、谐振单元B与谐振单元C、谐振单元D互成镜像设置；

其中，第二导体层（570）与第一导体层（480）形成耦合电容C12，第四导体层（770）与第五导体层（880）形成耦合电容C45，第六导体层（661）与第二导体层（570）、第四导体层（770）形成交叉耦合电容C24，第十二导体层（640）的两侧分别延伸至第八导体层（550）、第十导体层（750）的上方，与第八导体层（550）、第十导体层（750）分别形成耦合电容C14和耦合电容C25。

2.根据权利要求1所述的基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，其特征在于：所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第四谐振电感L4、第五谐振电感L5分别由间隔设置的两个导电过孔柱群组成，所述第三谐振电感L3由一个导电过孔柱群组成。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，其特征在于：所述第六基板上还设有第一感性耦合层（230），且第一感性耦合层（230）一端连接到接地外电极（3），另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。

4.根据权利要求1所述的基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，其特征在于：所述第六基板与第七基板之间还设有第八基板，所述第八基板上形成有第十三导体层（430）、第十四导体层（530）、第十五导体层（630）、第十六导体层（730）和第十七导体层（830），所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4、第五谐振电感分别贯穿第十三导体层（430）、第十四导体层（530）、第十五导体层（630）、第十六导体层（730）和第十七导体层（830）。

5.根据权利要求4所述的基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，其特征在于：所述第八基板上还设有第二感性耦合层（220），且第二感性耦合层（220）一端连接到接地外电极（3），另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。

6.根据权利要求4所述的基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，其特征在于：所述第八基板与第七基板之间还设有第九基板，所述第九基板上形成有两个第十八导体层（210），一个第十八导体层（210）与第十三导体层（430）、第十六导体层（730）形成交叉耦合电容C14，另一个第十八导体层（210）与第十四导体层（530）、第十七导体层（830）形成交叉耦合电容C25。

7.根据权利要求6所述的基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，其特征在于：所述第九基板与第七基板之间还设有第十基板，所述第十基板上形成有第十九导体层（410）、第二十导体层（510）、第二十一导体层（610）、第二十二导体层（710）和第二十三导体层（810），所述第一谐振电感L1、第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4、第五谐振电感分别贯穿第十九导体层（410）、第二十导体层（510）、第二十一导体层（610）、第二十二导体层（710）和第二十三导体层（810）。

8.根据权利要求7所述的基于LTCC工艺的高Q值高矩形系数的谐振式耦合滤波器，其特征在于：所述第十基板上还形成有第三感性耦合层（200），且第三感性耦合层（200）一端连接到接地外电极（3），另一端开路将第一谐振电感L1和第二谐振电感L2、第三谐振电感L3、第四谐振电感L4和第五谐振电感L5隔开。

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