专利名称：Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滤波器，特别是一种Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器。
背景技术：
随着微波毫米波通信、雷达等系统的发展，尤其是移动手持式无线通信终端和单兵卫星移动通信终端及军用与民用多模和多路通信系统终端、机载、弹载、宇航通信系统中，Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器是该波段接收和发射支路中的关键电子部件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。描述这种部件性能的主要技术指标有通带工作频率范围、阻带频率范围、通带输入/输出电压驻波比、通带插入损耗、阻带衰减、形状因子、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。滤波器是一种对频率具有选择性的二端口网络，在许多微波系统中被广泛应用，利用它可以分离和组合不同频率的信号。为了在器件小型化的同时降低其损耗，获得更高的品质因数，就需要寻求新的材料和技术。常规的设计和制造方法体积较大，如金属谐振腔构成的滤波器、微带线滤波器、块状介质滤波器等，体积太大，不能适应小型化的要求；而采用声表面波滤波器技术，虽然体积可以减小，但其电性能却有温度漂移缺点，而且成本高、插入损耗较大，而且在Ku波段该技术无法实现， 在温度稳定性要求高、成本低、性能优、体积小、重量轻、可靠性高的应用场合均受到很大限制。
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、温度性能稳定好、电性能优异、批量电性能一致性好、成本低的Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器。实现本发明目的的技术方案是一种Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口、输入电感、第一级并联谐振单元、第一级联电感、第二级并联谐振单元、第二级联电感、第三级并联谐振单元、第三级联电感、第四级并联谐振单元、交叉耦合电容、输出电感、表面安装的50欧姆阻抗输出端口和接地端；表面安装的50欧姆阻抗输入端口一端接输入信号,另一端接输入电感的一端,输入电感的另一端和第一级并联谐振单元、第一级联电感、交叉耦合电容的公共连接端相连接，其中第一级并联谐振单元由第一电感和第一电容并联而成；第一级联电感的另一端与第二级并联谐振单元、第二级联电感的公共端相连接，第二级并联谐振单元由第二电感和第二电容并联而成； 第二级联电感的另一端与第三级并联谐振单元、第三级联电感的公共端相连接，第三级并联谐振单元由第三电感和第三电容并联而成；第三级联电感的另一端与第四级并联谐振单元、交叉耦合电容、输出电感的公共端相连接，第四级并联谐振单元由第四电感和第四电容并联而成；输出电感的另一端与输出端口的一端连接，输出端口的另一端接输出信号；第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元和第四级并联谐振单元的另一端分别接地。
本发明与现有技术相比，其显著优点是(1)本发明利用多层低温共烧陶瓷工艺 (LTCC)特点，采用立体多层叠层结构实现电路元件，大大缩小体积；(2)利用LTCC陶瓷介质介电常数高特点同样可大幅减小元件尺寸；(3)利用LTCC材料的低损耗特点和独特的电路结构实现优异的电性能；(4)利用低温陶瓷材料的高温度稳定性和可靠性，使得元件具有高温度稳定性和高可靠性；(5)利用LTCC工艺的大批量生产的一致性，获得高成品率和低成本。总之，本发明具有体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、电性能温度稳定性高、电路实现结构简单、电性能一致性好，可以用全自动贴片机安装和焊接、特别适用于火箭、机载、 弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持终端中，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应系统中。
图I是本发明Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器的电原理图。图2是本发明Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器的外形及内部结构示意图。图3是本发明Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器三维全波仿真性能曲线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。结合图I和图2，本发明是一种Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，该滤波器包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口 P1、输入电感Lin、第一级并联谐振单元L1C1、第一级联电感L12、第二级并联谐振单元L2C2、第二级联电感L23、第三级并联谐振单元L3C3、 第三级联电感L34、第四级并联谐振单元L4C4、交叉耦合电容C14、输出电感Lout、表面安装的50欧姆阻抗输出端口 P2和接地端；表面安装的50欧姆阻抗输入端口 Pl —端接输入信号，另一端接输入电感Lin的一端,输入电感Lin的另一端和第一级并联谐振单兀L1C1、第一级联电感L12、交叉耦合电容C14的公共连接端相连接，其中第一级并联谐振单元LlCl 由第一电感LI和第一电容Cl并联而成；第一级联电感L12的另一端与第二级并联谐振单元L2C2、第二级联电感L23的公共端相连接，第二级并联谐振单元L2C2由第二电感L2和第二电容C2并联而成；第二级联电感L23的另一端与第三级并联谐振单元L3C3、第三级联电感L34的公共端相连接，第三级并联谐振单元L3C3由第三电感L3和第三电容C3并联而成；第三级联电感L34的另一端与第四级并联谐振单元L4C4、交叉耦合电容C14、输出电感 Lout的公共端相连接，第四级并联谐振单元L4C4由第四电感L4和第四电容C4并联而成； 输出电感Lout的另一端与输出端口 P2的一端连接，输出端口 P2的另一端接输出信号；第一级并联谐振单元L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3和第四级并联谐振单元L4C4的另一端分别接地。结合图2，本发明Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，输入端口 Pl、输入电感Lin、第一级并联谐振单元LlCl、第一级联电感L12、第二级并联谐振单元L2C2、第二级联电感L23、第三级并联谐振单元L3C3、第三级联电感L34、第四级并联谐振单元L4C4、交叉耦合电容C14、输出电感Lout、输出端口 P2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感Lin、输出电感Lout均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元LlCl、 第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3、第四级并联谐振单元L4C4均采用两层折叠耦合带状线实现，第一级联电感L12、第二级联电感L23、第三级联电感L34均分别采用第一级并联谐振单元LlCl与第二级并联谐振单元L2C2之间、第二级并联谐振单元L2C2 与第三级并联谐振单元L3C3之间、第三级并联谐振单元L3C3与第四级并联谐振单元L4C4 之间空间耦合和分布参数电感实现，交叉耦合电容C14采用第一级并联谐振单元LlCl与第四级并联谐振单元L4C4之间空间耦合和分布参数电容实现。结合图2，本发明Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，第一级并联谐振单元L1C1、第二级并联谐振单元L2C2、第三级并联谐振单元L3C3、第四级并联谐振单元 L4C4均采用分布参数两层折叠耦合带状线结构实现，其中每层带状线一端悬空，另一端接地。交叉耦合电容C14采用第一级并联谐振单元LlCl和第四级并联谐振单元L4C4与斜Z 字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现，其中两端分别接地。本发明Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，其工作原理简述如下输入的宽频带微波信号，经输入端口 Pl通过输入电感Lin到达第一级并联谐振单元L1C1、第一级间电感L12、交叉耦合电容C14的公共端，在第一级并联谐振单元LlCl谐振频率附近的微波信号进入第一级间电感L12，其余非第一级并联谐振单元LlCl谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元LlCl中的第一电感LI和第一电容Cl接地，实现第一级滤波；滤波后的微波信号经过第一级间电感L12到达第二级并联谐振单元L2C2，在第二级并联谐振单元L2C2谐振频率附近的微波信号进入第二级间电感L23中，其余非第二级并联谐振单元 L2C2谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L2C2中的第二电感L2和第二电容 C2接地，实现第二级滤波；经过第一级滤波、第一级间耦合电感L12、第二级滤波、第二级间电感L23的微波信号，在第三级并联谐振单元L3C3谐振频率附近的微波信号进入第三级间电感L34中，其余非第三级并联谐振单元L3C3谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3C3中的第三电感L3和第三电容C3接地，实现第三级滤波；由于第一电感LI和第四电感L4的互感作用产生了并联于级间的交叉耦合电容C14，第一级间电感L12、第二级间电感L23和第三级间电感L34相互串联，与第一电感LI和第四电感L4之间交叉耦合电容 C14并联构成等效并联谐振回路，该并联谐振频率附近的微波信号，因呈现高阻抗被抑制， 非该并联谐振频率附近的微波频率信号到达第四级并联谐振单元L4C4，这就是交叉耦合形成的零点，在第四级并联谐振单元L4C4谐振频率附近的微波信号通过输出电感Lout接表面安装的50欧姆阻抗输出端口 P2的一端，其余非第四级并联谐振单元L4C4谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L4C4中的第四电感L4和第四电容C4接地，实现第四级滤波；经过第一级滤波、第二级滤波、第三级滤波、第四级滤波、第一级间电感L12、第二级间电感L23、第三级间电感L34、交叉耦合电容C14的宽频带微波信号，通过表面安装的50 欧姆阻抗输出端口 P2的另一端输出，从而实现Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器功能。Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900°C温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装,从而使体积大幅减小。
Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器实施体积为2. OmmX I. ImmXO. 7mm。 该滤波器带宽为200MHz，仿真滤波器通带内插入损耗均小于2分贝，从15. 5GHz至35GHz的抑制优于-20分贝，具有良好的滤波器性能。
权利要求
1.一种Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，其特征在于包括表面安装的 50欧姆阻抗输入端口(P1)、输入电感(Lin)、第一级并联谐振单元(LI，Cl)、第一级联电感(L12)、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二级联电感(L23)、第三级并联谐振单元(L3， C3)、第三级联电感(L34)、第四级并联谐振单元(L4，C4)、交叉耦合电容(C14)、输出电感 (Lout)、表面安装的50欧姆阻抗输出端口(P2)和接地端；表面安装的50欧姆阻抗输入端口(Pl) —端接输入信号，另一端接输入电感(Lin)的一端,输入电感(Lin)的另一端和第一级并联谐振单元(LI，Cl)、第一级联电感(L12)、交叉耦合电容(C14)的公共连接端相连接，其中第一级并联谐振单元(L1，C1)由第一电感(LI)和第一电容(Cl)并联而成；第一级联电感(L12)的另一端与第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二级联电感(L23)的公共端相连接，第二级并联谐振单元(L2，C2)由第二电感(L2)和第二电容(C2)并联而成；第二级联电感(L23)的另一端与第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三级联电感(L34)的公共端相连接，第三级并联谐振单元(L3，C3)由第三电感(L3)和第三电容(C3)并联而成；第三级联电感(L34)的另一端与第四级并联谐振单元(L4，C4)、交叉耦合电容(C14)、输出电感(Lout) 的公共端相连接，第四级并联谐振单元(L4，C4)由第四电感(L4)和第四电容(C4)并联而成；输出电感(Lout)的另一端与输出端口(P2)的一端连接，输出端口(P2)的另一端接输出信号；第一级并联谐振单元(LI，Cl)、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第三级并联谐振单元 (L3，C3)和第四级并联谐振单元(L4，C4)的另一端分别接地。
2.根据权利要求I所述的Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，其特征在于 输入端口(P1)、输入电感(Lin)、第一级并联谐振单元(LI，Cl)、第一级联电感(L12)、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第二级联电感(L23)、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第三级联电感(L34)、第四级并联谐振单元(L4，C4)、交叉耦合电容(C14)、输出电感(Lout)、输出端口 (P2)和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感(Lin)、输出电感(Lout) 均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元(LI，Cl)、第二级并联谐振单元(L2， C2)、第三级并联谐振单元(L3，C3)、第四级并联谐振单元(L4，C4)均采用两层折叠耦合带状线实现，第一级联电感(L12)、第二级联电感(L23)、第三级联电感(L34)均分别采用第一级并联谐振单元(LI，Cl)与第二级并联谐振单元(L2，C2)之间、第二级并联谐振单元(L2， C2)与第三级并联谐振单元(L3，C3)之间、第三级并联谐振单元(L3，C3)与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间空间耦合和分布参数电感实现，交叉耦合电容(C14)采用第一级并联谐振单元(LI，Cl)与第四级并联谐振单元(L4，C4)之间空间耦合和分布参数电容实现。
3.根据权利要求I所要求的Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，其特征在于第一级并联谐振单元(LI，Cl)、第二级并联谐振单元(L2，C2)、第三级并联谐振单元 (L3，C3)、第四级并联谐振单元(L4，C4)均采用分布参数两层折叠耦合带状线结构实现，其中每层带状线一端悬空，另一端接地；交叉耦合电容(C14)采用第一级并联谐振单元(LI， Cl)和第四级并联谐振单元(L4，C4)与斜Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现，其中两端分别接地。
全文摘要
本发明涉及一种Ku波段谐波抑制至毫米波的微型带通滤波器，包括适用于表面贴装的50欧姆阻抗输入/输出接口、采用两层折叠耦合带状线实现的四个并联谐振单元、三个级联电感、一个斜Z字形交叉耦合电容及输入和输出电感，上述结构均采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明具有通带选择性好、带外抑制远、体积小、重量轻、可靠性高、电性能好、相位频率特性线性度好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点，特别适用于雷达、通信、箭载、机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持和便携终端产品中，以及对体积、重量、电性能及可靠性等有苛刻要求的场合和相应频段系统中。
文档编号H03H7/12GK102611407SQ20121007808
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者冯媛, 吴建星, 吴迎春, 周聪, 孙宏途, 尹洪浩, 左同生, 张红, 徐利, 戚湧, 戴永胜, 於秋杉, 李平, 李旭, 束锋, 杨健, 汉敏, 王立杰, 范小龙, 谢秋月, 郭风英, 陈少波, 陈建锋, 陈曦, 韦晨君, 韩群飞 申请人:南京理工大学常熟研究院有限公司