带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器的制作方法

文档序号:7518486阅读:298来源:国知局
专利名称:带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种双工器,特别是一种带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器。
技术背景
双工器是一种使收、发信机可以共用一套天线和馈线系统的器件,是无线信号发 射出去和接收进来的必经之路,其作用是防止发射信号直接进入接收机前端引起接收信道 饱和甚至烧毁,同时避免发射机噪声对接收灵敏度的影响,目前,移动通信系统前端中双工 器的种类有很多,例如波导双工器、同轴双工器等,这些双工器面临着体积大、沉重、安装 使用不便等一些问题;波导双工器的设计,主要利用微波分布参数电路的设计理念,使得双 工器的体积与信号的工作波长可比拟,对于工作频段比较低的双工器,不可避免地使双工 器体积很大;与此同时,波导双工器中信号的传输媒质是空气,信号在空气中的工作波长相 对于介质材料中的工作波长要长,这是导致波导双工器体积大的重要原因;另外,波导双工 器的加工材料是金属,导致波导双工器沉重,使用安装不便;对于同轴双工器,同样遇到体 积大、沉重等问题;随着无线通信与个人电子产品的日益普及,电子器件的小型化越来越受 到人们的关注,拥有广阔的市场前景,通信和雷达系统中的关键部件双工器由此面临着严 峻的小型化挑战;低温共烧陶瓷技术可以在较小的体积内实现电感、电容等集总元件,从而 可以灵活地进行电路设计,该技术使用的陶瓷材料稳定性高,并能实现较高介电常数,从而 可以大大减小器件或模块的体积,低温共烧陶瓷器件还能实现大批量生产,降低成本,从而 在现今的电子器件市场具有相当大的竞争力,利用低温共烧陶瓷技术实现双工器,有着极 大的市场需求。发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、结构简单、成 品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器。
实现本发明目的的技术方案是一种带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器,包 括带阻输入电感、带阻级间电感、带阻输出电感、带阻第一分支电感、带阻第二分支电感、 带阻输入电容、带阻级间电容、带阻输出电容、带阻第一分支接地电容、带阻第二分支接地 电容、带通输入电感、带通输出电感、带通第一分支电感、带通第二分支电感、带通输入电 容、带通级间电容、带通输出电容、带通第一分支电容、带通第二分支电容、第一屏蔽接地层 SD、第二屏蔽接地层SD以及通孔;输入端口 P接输入信号分成两路,一路顺次连接带阻输入 电感、带阻级间电感、带阻输出电感和带阻输出端口 P,带阻输入电感的一端与输入端口 P 连接,带阻输入电感另一端分别与带阻级间电感的一端、带阻第一分支电感的一端连接,带 阻级间电感的另一端分别与带阻输出电感的一端、带阻第二分支电感的一端连接,带阻输 出电感的另一端与带阻输出端口 P连接,带阻第一分支电感的另一端与带阻第一分支接地 电容的一端连接,带阻第一分支接地电容的另一端接地,带阻第二分支电感的另一端与带 阻第二分支接地电容的一端连接,带阻第二分支接地电容的另一端接地,带阻输入电容两端与带阻输入电感两端并联连接,带阻级间电容两端与带阻级间电感两端并联连接,带阻 输出电容两端与带阻输出电感两端并联连接;另一路顺次连接带通输入电容、带通输入电 感、带通级间电容、带通输出电感、带通输出电容和带通输出端口 P,带通输入电容的一端与 输入端口 P连接,带通输入电容的另一端与带通输入电感的一端连接,带通输入电感的另 一端分别与带通第一分支电容的一端、带通第一分支电感的一端和带通级间电容的一端连 接,带通级间电容的另一端分别与带通第二分支电容的一端、带通第二分支电感的一端和 带通输出电感的一端连接,带通输出电感的另一端与带通输出电容的一端连接,带通输出 电容的另一端与带通输出端口 P连接,带通第一分支电容的另一端接地,带通第一分支电 感的另一端接地,带通第二分支电容的另一端接地,带通第二分支电感的另一端接地。
本发明与现有技术相比,其显著优点基于三维立体集成理念,本发明将双工器电 路中的所有电容、电感元件高度灵活的集成在一起,利用低损耗、高介电常数的低温共烧陶 瓷材料,在900°C左右烧结,所以具有非常高的可靠性和温度稳定性;带阻滤波部分的所有 电感采用叠层圆形环状耦合金属线条实现,带通滤波部分的所有电感采用叠层方形环状耦 合金属线条实现,所有电容均采用介质平板电容实现,介质平板电容由金属平板和绝缘介 质材料构成,金属平板之间为绝缘介质材料,绝缘介质材料采用高性能陶瓷材料,所有结构 的物理尺寸均可在设计阶段自由改动,而各个元件的微波性能利用三维全波电磁仿真软件 均可快速准确的获得,设计灵活性非常高,并且基于三维全波电磁仿真软件,对于最终搭建 成型的双工器,可以做全波仿真验证,准确地预计出双工器的微波特性,为生产加工提供坚 实的理论保证;最终利用低温共烧陶瓷工艺加工成型的该款双工器,具有体积小、重量轻、 可靠性高、电性能优异、温度稳定性高、电路实现结构简单、一致性好、成本低、使用安装方 便,可用于全自动贴片机安装和焊接。


图1是本发明带通
图2是本发明带通
图3是本发明带通
图4是本发明带通
图5是本发明带通带阻式微型低温共烧陶瓷双工器电原理图。 带阻式微型低温共烧陶瓷双工器内部结构示意图。 带阻式微型低温共烧陶瓷双工器实物照片。 带阻式微型低温共烧陶瓷双工器实施例实物尺寸。 带阻式微型低温共烧陶瓷双工器实施例主要性能测试结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。
结合图1、图2、图3和图4,本发明带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器包括带 阻输入电感Li、带阻级间电感L2、带阻输出电感L3、带阻第一分支电感L4、带阻第二分支电 感L5、带阻输入电容Cl、带阻级间电容C2、带阻输出电容C3、带阻第一分支接地电容C4、带 阻第二分支接地电容C5、带通输入电感L6、带通输出电感L7、带通第一分支电感L8、带通第 二分支电感L9、带通输入电容C6、带通级间电容C7、带通输出电容C8、带通第一分支电容 C9、带通第二分支电容C10、第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2以及通孔;输入端口 Pl接输入信号分成两路,一路顺次连接带阻输入电感Li、带阻级间电感L2、带阻输出电感 L3和带阻输出端口 P2,带阻输入电感Ll的一端与输入端口 Pl连接,带阻输入电感Ll另一端分别与带阻级间电感L2的一端、带阻第一分支电感L4的一端连接,带阻级间电感L2的 另一端分别与带阻输出电感L3的一端、带阻第二分支电感L5的一端连接,带阻输出电感 L3的另一端与带阻输出端口 P2连接,带阻第一分支电感L4的另一端与带阻第一分支接地 电容C4的一端连接,带阻第一分支接地电容C4的另一端接地,带阻第二分支电感L5的另 一端与带阻第二分支接地电容C5的一端连接,带阻第二分支接地电容C5的另一端接地,带 阻输入电容Cl两端与带阻输入电感Ll两端并联连接,带阻级间电容C2两端与带阻级间电 感L2两端并联连接,带阻输出电容C3两端与带阻输出电感L3两端并联连接;另一路顺次 连接带通输入电容C6、带通输入电感L6、带通级间电容C7、带通输出电感L7、带通输出电容 C8和带通输出端口 P3,带通输入电容C6的一端与输入端口 Pl连接,带通输入电容C6的另 一端与带通输入电感L6的一端连接,带通输入电感L6的另一端分别与带通第一分支电容 C9的一端、带通第一分支电感L8的一端和带通级间电容C7的一端连接,带通级间电容C7 的另一端分别与带通第二分支电容ClO的一端、带通第二分支电感L9的一端和带通输出电 感L7的一端连接,带通输出电感L7的另一端与带通输出电容C8的一端连接,带通输出电 容C8的另一端与带通输出端口 P3连接,带通第一分支电容C9的另一端接地,带通第一分 支电感L8的另一端接地,带通第二分支电容ClO的另一端接地,带通第二分支电感L9的另 一端接地。
带阻输入电感Li、带阻级间电感L2、带阻输出电感L3、带阻第一分支电感L4、带阻 第二分支电感L5、带阻输入电容Cl、带阻级间电容C2、带阻输出电容C3、带阻第一分支接地 电容C4、带阻第二分支接地电容C5、带通输入电感L6、带通输出电感L7、带通第一分支电感 L8、带通第二分支电感L9、带通输入电容C6、带通级间电容C7、带通输出电容C8、带通第一 分支电容C9、带通第二分支电容C10、第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2以及通孔 均采用低温共烧陶瓷工艺实现;其中所述带阻输入电感Li、带阻级间电感L2、带阻输出电 感L3、带阻第一分支电感L4、带阻第二分支电感L5,均采用叠层圆形环状耦合金属线条实 现,各金属线条通过层间圆形通孔相连;所述带通输入电感L6、带通输出电感L7、带通第一 分支电感L8、带通第二分支电感L9,均采用叠层方形环状耦合金属线条实现,各金属线条 通过层间圆形通孔相连;所述带阻输入电容Cl、带阻级间电容C2、带阻输出电容C3、带阻第 一分支接地电容C4、带阻第二分支接地电容C5、带通输入电容C6、带通级间电容C7、带通输 出电容C8、带通第一分支电容C9、带通第二分支电容C10,均采用介质平板电容实现,介质 平板电容由金属平板和绝缘介质材料构成,金属平板之间为绝缘介质材料,绝缘介质材料 采用高性能陶瓷材料;所述第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2,均采用印刷金属平 板实现;所述通孔,采用介质穿孔后,填充金属实现。
低温共烧陶瓷技术,指的是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带, 切成一定尺寸后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作出所 需要的电路图形,并将多个无源组件(如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗变换器、耦合器 等)埋入多层陶瓷基板中,然后叠压在一起,在900°C下烧结,制成三维空间互不干扰的高 密度电路。它也可制成内置无源元件的三维电路基板,在其表面贴装集成电路和有源器件, 制成无源/有源集成的功能模块。低温共烧陶瓷技术涉及材料科学、电路设计、微波技术等 广泛的领域,在设计的灵活性、布线密度和可靠性等方面提供了巨大的潜能,为当代各种电 子系统元器件模块的小型化、轻量化提供了很好的解决途径,越来越受国际国内的重视。
带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器,其工作原理简述如下带阻部分,输入的 宽频微波信号经过带阻输入电容Ll和带阻输入电感Ll组成的并联谐振器,将所需通带内 信号选出,同时抑制通带以外信号,实现第一级带阻选频,之后传输到由带阻第一分支电感 L4和带阻第一分支接地电容C4组成的串联谐振器,实现第二级带阻选频,紧接着带阻级间 电感L2和带阻级间电容C2组成并联谐振器,对微波信号做第三级带阻选频,之后,带阻第 二分支电感L5和带阻第二分支接地电容C5组成串联谐振器,实现第四级带阻选频,最后微 波信号通过带阻输出电感L3和带阻输出电容C3组成的并联谐振器,实现第五级带阻选频, 并输出至带阻输出端口 P2 ;带通部分,输入的宽频微波信号经过带通输入电容C6和带通输 入电感L6组成的串联谐振器,将所需通带内信号选出,同时抑制通带以外信号,实现第一 级带通选频,之后传输到由带通第一分支电容C9和带通第一分支电感L8组成的并联谐振 器,实现第二级带通选频,紧接着带通级间电容C7作为电容耦合元件,将微波信号耦合到 后两级谐振器,在带通级间电容C7之后,带通第二分支电容ClO和带通第二分支电感L9组 成并联谐振器对信号实现第三级带通选频,最后微波信号通过带通输出电感L7和带通输 出电容C8组成的串联谐振器,实现第四级带通选频,并输出至带通输出端口 P3;带通/带 阻式微型低温共烧陶瓷双工器的带通电路和带阻电路并联相接,由于带通滤波电路和带阻 滤波电路具有互补特性,所以彼此频带间的隔离度很好,带通通带内的信号和带阻通带内 的信号收发互不影响,实现了微波信号的全双工通信。
参见图3、图4和图5,图4为本实施例的实物尺寸示意图,由图4可知,本实施 例带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器的体积为4. 3mmX 3. 2mmX 2. 6mm,重量约为0. 1 克;图5为本实施例的主要性能测试结果,在通带内,输入端口驻波绝大部分低于-10dB,在 0. 2GHz 0. 75GHz 内,衰减大于 20dB,在 0. 95GHz 1. 45GHz 以及 1. 65GHz 2. 2GHz 内, 衰减大于25dB,通带内典型插入损耗为-2. ldB。
权利要求
1.一种带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器,其特征在于包括带阻输入电感[Li]、 带阻级间电感[L2]、带阻输出电感[L3]、带阻第一分支电感[L4]、带阻第二分支电感[L5]、 带阻输入电容[Cl]、带阻级间电容[C2]、带阻输出电容[C3]、带阻第一分支接地电容[C4]、 带阻第二分支接地电容[C5]、带通输入电感[L6]、带通输出电感[L7]、带通第一分支电 感[L8]、带通第二分支电感[L9]、带通输入电容[C6]、带通级间电容[C7]、带通输出电容 [C8]、带通第一分支电容[C9]、带通第二分支电容[C10]、第一屏蔽接地层[SD1]、第二屏蔽 接地层[SD2]以及通孔;输入端口 [P1]接输入信号分成两路,一路顺次连接带阻输入电感 [Li]、带阻级间电感[L2]、带阻输出电感[L3]和带阻输出端口 [P2],带阻输入电感[Li] 的一端与输入端口 [P1]连接,带阻输入电感[Li]另一端分别与带阻级间电感[L2]的一 端、带阻第一分支电感[L4]的一端连接,带阻级间电感[L2]的另一端分别与带阻输出电感 [L3]的一端、带阻第二分支电感[L5]的一端连接,带阻输出电感[L3]的另一端与带阻输出 端口 [P2]连接,带阻第一分支电感[L4]的另一端与带阻第一分支接地电容[C4]的一端连 接,带阻第一分支接地电容[C4]的另一端接地,带阻第二分支电感[L5]的另一端与带阻第 二分支接地电容[C5]的一端连接,带阻第二分支接地电容[C5]的另一端接地,带阻输入电 容[Cl]两端与带阻输入电感[Li]两端并联连接,带阻级间电容[C2]两端与带阻级间电感 [L2]两端并联连接,带阻输出电容[C3]两端与带阻输出电感[L3]两端并联连接;另一路 顺次连接带通输入电容[C6]、带通输入电感[L6]、带通级间电容[C7]、带通输出电感[L7]、 带通输出电容[C8]和带通输出端口 [P3],带通输入电容[C6]的一端与输入端口 [P1]连 接,带通输入电容[C6]的另一端与带通输入电感[L6]的一端连接,带通输入电感[L6]的 另一端分别与带通第一分支电容[C9]的一端、带通第一分支电感[L8]的一端和带通级间 电容[C7]的一端连接,带通级间电容[C7]的另一端分别与带通第二分支电容[C10]的一 端、带通第二分支电感[L9]的一端和带通输出电感[L7]的一端连接,带通输出电感[L7] 的另一端与带通输出电容[C8]的一端连接,带通输出电容[C8]的另一端与带通输出端口 [P3]连接,带通第一分支电容[C9]的另一端接地,带通第一分支电感[L8]的另一端接地, 带通第二分支电容[C10]的另一端接地,带通第二分支电感[L9]的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器,其特征在于带阻 输入电感[Li]、带阻级间电感[L2]、带阻输出电感[L3]、带阻第一分支电感[L4]、带阻第二 分支电感[L5]、带阻输入电容[Cl]、带阻级间电容[C2]、带阻输出电容[C3]、带阻第一分支 接地电容[C4]、带阻第二分支接地电容[C5]、带通输入电感[L6]、带通输出电感[L7]、带通 第一分支电感[L8]、带通第二分支电感[L9]、带通输入电容[C6]、带通级间电容[C7]、带通 输出电容[C8]、带通第一分支电容[C9]、带通第二分支电容[C10]、第一屏蔽接地层[SD1]、 第二屏蔽接地层[SD2]以及通孔均采用低温共烧陶瓷工艺实现。
3.根据权利要求1或2所述的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器,其特征在于 带阻输入电感[Li]、带阻级间电感[L2]、带阻输出电感[L3]、带阻第一分支电感[L4]、带阻 第二分支电感[L5]均采用叠层圆形环状耦合金属线条实现,各金属线条通过层间圆形通 孔相连;带通输入电感[L6]、带通输出电感[L7]、带通第一分支电感[L8]、带通第二分支电 感[L9]均采用叠层方形环状耦合金属线条实现,各金属线条通过层间圆形通孔相连。
4.根据权利要求1或2所述的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器,其特征在于带 阻输入电容[Cl]、带阻级间电容[C2]、带阻输出电容[C3]、带阻第一分支接地电容[C4]、带阻第二分支接地电容[C5]、带通输入电容[C6]、带通级间电容[C7]、带通输出电容[C8]、带 通第一分支电容[C9]、带通第二分支电容[C10]均采用介质平板电容实现,介质平板电容 由金属平板和绝缘介质材料构成,金属平板之间为绝缘介质材料,绝缘介质材料采用高性 能陶瓷材料;第一屏蔽接地层[SD1]、第二屏蔽接地层[SD2]均采用印刷金属平板实现;所 述通孔采用介质穿孔后填充金属实现。
5.根据权利要求1或2所述的带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器,其特征在于 所述双工器为上、下布局,上部分为带阻滤波分支,下部分为带通滤波分支,两部分通过第 一屏蔽接地层[SD1]隔离。
全文摘要
本发明公开了一种带通/带阻式微型低温共烧陶瓷双工器,包括带阻输入电感、带阻级间电感、带阻输出电感、带阻第一分支电感、带阻第二分支电感、带阻输入电容、带阻级间电容、带阻输出电容、带阻第一分支接地电容、带阻第二分支接地电容、带通输入电感、带通输出电感、带通第一分支电感、带通第二分支电感、带通输入电容、带通级间电容、带通输出电容、带通第一分支电容、带通第二分支电容、第一屏蔽接地层、第二屏蔽接地层以及通孔;所有元件基于低温共烧陶瓷工艺实现,在高性能陶瓷材料内部三维集成金属线条,空间配置灵活紧凑,本发明体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、相位频率特性线性变化、温度稳定性好,很好的满足了现代无线通信系统对于微型高性能微波双工器的需求。
文档编号H03H7/12GK102035493SQ20101055593
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者周聪, 张红, 徐利, 戴冰清, 戴永胜, 於秋杉, 杨健, 王立杰, 盛卫星, 郭永新, 陈少波, 陈曦 申请人:南京理工大学
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