一种uhf波段高性能带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种UHF波段高性能带通滤波器，本发明采用可控传输零点的变形切比雪夫带通滤波器原型，并通过LTCC多层结构实现等效集总参数元件，在实现同等技术指标情况下能够极大缩减带通滤波器体积；同时，该带通滤波器将两个四级滤波器级联，能有效增大带外抑制效果，从而更好地兼顾带通滤波器的插入损耗对通带和阻带的要求。此外，该带通滤波器还具有成本低、有利于批量生产、良好的选频特性、温度性能良好等传统滤波器所没有的优点。本发明可广泛应用于射频无线通讯系统中。
【专利说明】一种UHF波段高性能带通滤波器
【技术领域】
[0001]本发明属于电子【技术领域】，它涉及一种UHF波段高性能带通滤波器，特别是涉及一种阻带抑制非常优异的带通滤波器。
【背景技术】
[0002]带通滤波器作为射频前端重要的无源功能模块，要求在通带内插入损耗越小越好，以便大部分能量都可以通过网络；而在阻带内要求衰减越大越好，以便能够抑制干扰或者其它不希望在终端看到的频率。
[0003]随着无线通信技术和单片微波集成电路的快速发展，要求电子产品向小型化，低成本，高性能，高集成度的趋势发展。如何将原本在平面电路占大量面积的元件堆叠在三维立体结构中，从而使滤波器在极小的面积下实现也是目前要解决的问题。LTCC技术是一种多层陶瓷工艺，能够为无源和有源器件提供三维立体的集成平台，可实现电路立体化的要求，而且陶瓷元件有良好的特性，可以满足目前市场对小型化、低成本、高性能的要求。
[0004]目前国内外对带通滤波器进行了大量的研究，低频段占用体积太大，集成度不高，已远远不能满足小型化的要求。此外，目前的大多数滤波器，如果要抑制通带附近的杂波频率，阻带内的衰减就显得不足了。因此，如何实现具有滤波特性好的UHF波段高性能带通滤波器，已成为业界急需解决的问题之一。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于提供一种带外抑制度优异、带内插入损耗小、可靠性高、集成度高、尺寸小的半集总半分布式带通滤波器。
[0006]本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:一种UHF波段高性能带通滤波器，包括输入端口 Pl、输出端口 P2、输入传输线R1、输出传输线R2、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8 ；
其中顶层金属地G1、底层金属地G2均为单层平板金属结构,输入传输线R1、输出传输线R2为单层带状线结构，第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8均为四层矩形螺旋线圈结构，第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8均为双层金属板结构；
输入端口 Pl与输入传输线Rl连接，输入传输线Rl的另一端与第一线圈LI和第一电容Cl相连接；
第一线圈LI与第一电容Cl相并联,第一线圈LI的一端与第一电容Cl的一端相连,第一线圈LI的另一端与第一电容Cl的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器；
第二线圈L2与第二电容C2相并联，第二线圈L2的一端与第二电容C2的一端相连，第二线圈L2的另一端与第二电容C2的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器；
第三线圈L3与第三电容C3相并联，第三线圈L3的一端与第三电容C3的一端相连，第三线圈L3的另一端与第三电容C3的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器；
第四线圈L4与第四电容C4相并联，第四线圈L4的一端与第四电容C4的一端相连，第四线圈L4的另一端与第四电容C4的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器；
第五线圈L5与第五电容C5相并联,第五线圈L5的一端与第五电容C5的一端相连,第五线圈L5的另一端与第五电容C5的另一端分别接地，上述两个器件构成第五谐振器；
第六线圈L6与第六电容C6相并联,第六线圈L6的一端与第六电容C6的一端相连,第六线圈L6的另一端与第六电容C6的另一端分别接地，上述两个器件构成第六谐振器；
第七线圈L7与第七电容C7相并联，第七线圈L7的一端与第七电容C7的一端相连，第七线圈L7的另一端与第七电容C7的另一端分别接地，上述两个器件构成第七谐振器；
第八线圈L8与第八电容CS相并联，第八线圈L8的一端与第八电容CS的一端相连，第八线圈L8的另一端与第八电容CS的另一端分别接地，上述两个器件构成第八谐振器；第八谐振器与输出端口 P2相连；
上述八个谐振器均位于顶层金属地Gl和底层金属地G2之间，所述顶层金属地Gl和底层金属地G2相互平行。
[0007]所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器和第八谐振器中的线圈中心轴与底层金属地G2相垂直，上述谐振器中的电容均与底层金属地G2相平行。
[0008]第一谐振器、第三谐振器、第五谐振器和第七谐振器位于同一水平面，第二谐振器、第四谐振器、第六谐振器和第八谐振器均位于另一个水平面，第一谐振器和第二谐振器在底层金属地G2的投影相同，第三谐振器和第四谐振器在底层金属地G2的投影相同，第五谐振器和第六谐振器在底层金属地G2的投影相同，第七谐振器和第八谐振器在底层金属地G2的投影相同。
[0009]所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4构成第一带通滤波器，第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8构成第二带通滤波器。
[0010]所述第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8均为金属-介质-金属形式的平板电容,平板电容中间的介质由LTCC陶瓷基板构成。
[0011]所述第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8均为叠层结构。
[0012]所述输入端口 P1、输出端口 P2、输入传输线R1、输出传输线R2、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
[0013]本发明与现有技术相比，其显著优点为:本发明的带通滤波器使用了多层介质基板，充分利用了三维多层空间，从而显著减小了元件所需体积，通过滤波器的级联结构可以在不提高通带内插入损耗的前提下大大的增加了带外抑制度。
[0014]下面结合附图对本发明进行详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明一种具有滤波性能的多层结构体的三维结构主视图。
[0016]图2是本发明一种具有滤波性能的多层结构体的三维结构侧视图。
[0017]图3是本发明一种具有滤波性能的多层结构体的三维结构俯视图。
[0018]图4是本发明一种具有滤波性能的多层结构体的S参数仿真曲线。
[0019]图5为本发明一种具有滤波性能的多层结构体的等效电路图。
[0020]【具体实施方式】:
结合图1、图2、图3，本发明的一种UHF波段高性能带通滤波器，包括输入端口 P1、输出端口 P2、输入传输线R1、输出传输线R2、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8 ；
其中顶层金属地G1、底层金属地G2均为单层平板金属结构,输入传输线R1、输出传输线R2为单层带状线结构，第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8均为四层矩形螺旋线圈结构，第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8均为双层金属板结构；
输入端口 Pl与输入传输线Rl连接，输入传输线Rl的另一端与第一线圈LI和第一电容Cl相连接；
第一线圈LI与第一电容Cl相并联,第一线圈LI的一端与第一电容Cl的一端相连,第一线圈LI的另一端与第一电容Cl的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器；
第二线圈L2与第二电容C2相并联，第二线圈L2的一端与第二电容C2的一端相连，第二线圈L2的另一端与第二电容C2的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器；
第三线圈L3与第三电容C3相并联，第三线圈L3的一端与第三电容C3的一端相连，第三线圈L3的另一端与第三电容C3的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器；
第四线圈L4与第四电容C4相并联，第四线圈L4的一端与第四电容C4的一端相连，第四线圈L4的另一端与第四电容C4的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器；
第五线圈L5与第五电容C5相并联,第五线圈L5的一端与第五电容C5的一端相连,第五线圈L5的另一端与第五电容C5的另一端分别接地，上述两个器件构成第五谐振器；
第六线圈L6与第六电容C6相并联,第六线圈L6的一端与第六电容C6的一端相连,第六线圈L6的另一端与第六电容C6的另一端分别接地，上述两个器件构成第六谐振器；
第七线圈L7与第七电容C7相并联，第七线圈L7的一端与第七电容C7的一端相连，第七线圈L7的另一端与第七电容C7的另一端分别接地，上述两个器件构成第七谐振器；
第八线圈L8与第八电容CS相并联，第八线圈L8的一端与第八电容CS的一端相连，第八线圈L8的另一端与第八电容CS的另一端分别接地，上述两个器件构成第八谐振器；第八谐振器与输出端口 P2相连；
上述八个谐振器均位于顶层金属地Gl和底层金属地G2之间，所述顶层金属地Gl和底层金属地G2相互平行。
[0021]所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器和第八谐振器中的线圈中心轴与底层金属地G2相垂直，上述谐振器中的电容均与底层金属地G2相平行。
[0022]第一谐振器、第三谐振器、第五谐振器和第七谐振器位于同一水平面，第二谐振器、第四谐振器、第六谐振器和第八谐振器均位于另一个水平面，第一谐振器和第二谐振器在底层金属地G2的投影相同，第三谐振器和第四谐振器在底层金属地G2的投影相同，第五谐振器和第六谐振器在底层金属地G2的投影相同，第七谐振器和第八谐振器在底层金属地G2的投影相同。
[0023]第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4构成第一带通滤波器，第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8构成第二带通滤波器。
[0024]第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8均为金属-介质-金属形式的平板电容，平板电容中间的介质由LTCC陶瓷基板构成。
[0025]第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8均为叠层结构。
[0026]输入端口 P1、输出端口 P2、输入传输线R1、输出传输线R2、第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4、第五线圈L5、第六线圈L6、第七线圈L7、第八线圈L8、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容CS均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
[0027]本发明采用了半集总半分布结构实现的带通滤波器，多层结构采用低温共烧陶瓷工艺实现，该技术与其它多层基板技术相比较，更易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性，因此该技术可在实现相同指标的前提下显著减小器件体积，提闻器件集成度。
[0028]本发明UHF波段高性能带通滤波器的整体结构示意图如图1所示，共有2个端口，即输入端口 Pl和输出端口 P2。上下两层为屏蔽层，前后为金属地。整个器件的体积为6.5mm,采用的LTCC套陶瓷介质的相对介电常数为27，介质损耗角正切为
0.002，实现多层结构的金属导体采用银，其中每层陶瓷介质基板的厚度为0.01mm，为了提高成品率，层与层之间的距离为0.05_。
[0029]本发明带通滤波器的仿真曲线如图4所示:该带通滤波器的中心频率为490MHz，通带带宽为100MHz。通带内的插入损耗小于1.5dB,由于在上、下边带各产生了一个传输零点，使得上、下边带非常陡峭，在DC〈f〈280 MHz时，带外抑制优于45 dB，640 MHz<f<2.0 GHz时，带外抑制优于40 dB,可见带外抑制度极高。
[0030]综上，本发明提供的带通滤波器具有体积小、重量轻、选频特性好、集成度高等优点，便于与其它微波器件集成，另外，该带通滤波器基于LTCC工艺，具有批量生产成本低的优势，使得所应用的产品具有更好的使用性能，极具市场竞争力，其应用前景非常广阔。
【权利要求】
1.一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，包括输入端口 [P1]、输出端口 [P2]、输入传输线[R1]、输出传输线[R2]、第一线圈[LI]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]、第一电容[Cl]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、第五电容[C5]、第六电容[C6]、第七电容[C7]和第八电容[CS]； 其中顶层金属地[G1]、底层金属地[G2]均为单层平板金属结构，输入传输线[R1]、输出传输线[R2]为单层带状线结构，第一线圈[LI]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]均为四层矩形螺旋线圈结构，第一电容[Cl]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、第五电容[C5]、第六电容[C6]、第七电容[C7]、第八电容[C8]均为双层金属板结构； 输入端口 [P1]与输入传输线[R1]连接，输入传输线[R1]的另一端与第一线圈[LI]和第一电容[Cl]相连接； 第一线圈[LI]与第一电容[Cl]相并联，第一线圈[LI]的一端与第一电容[Cl]的一端相连，第一线圈[LI]的另一端与第一电容[Cl]的另一端分别接地，上述两个器件构成第一谐振器； 第二线圈[L2]与第二电容[C2]相并联，第二线圈[L2]的一端与第二电容[C2]的一端相连，第二线圈[L2]的另一端与第二电容[C2]的另一端分别接地，上述两个器件构成第二谐振器； 第三线圈[L3]与第三电容[C3]相并联，第三线圈[L3]的一端与第三电容[C3]的一端相连，第三线圈[L3]的另一端与第三电容[C3]的另一端分别接地，上述两个器件构成第三谐振器； 第四线圈[L4]与第四电容[C4]相并联，第四线圈[L4]的一端与第四电容[C4]的一端相连，第四线圈[L4]的另一端与第四电容[C4]的另一端分别接地，上述两个器件构成第四谐振器； 第五线圈[L5]与第五电容[C5]相并联,第五线圈[L5]的一端与第五电容[C5]的一端相连，第五线圈[L5]的另一端与第五电容[C5]的另一端分别接地，上述两个器件构成第五谐振器； 第六线圈[L6]与第六电容[C6]相并联，第六线圈[L6]的一端与第六电容[C6]的一端相连，第六线圈[L6]的另一端与第六电容[C6]的另一端分别接地，上述两个器件构成第六谐振器； 第七线圈[L7]与第七电容[C7]相并联，第七线圈[L7]的一端与第七电容[C7]的一端相连，第七线圈[L7]的另一端与第七电容[C7]的另一端分别接地，上述两个器件构成第七谐振器； 第八线圈[L8]与第八电容[CS]相并联，第八线圈[L8]的一端与第八电容[CS]的一端相连，第八线圈[L8]的另一端与第八电容[CS]的另一端分别接地，上述两个器件构成第八谐振器；第八谐振器与输出端口 [P2]相连； 上述八个谐振器均位于顶层金属地[G1]和底层金属地[G2]之间，所述顶层金属地[G1]和底层金属地[G2]相互平行。
2.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器和第八谐振器中的线圈中心轴与底层金属地[G2]相垂直，上述谐振器中的电容均与底层金属地[G2]相平行。
3.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，第一谐振器、第三谐振器、第五谐振器和第七谐振器位于同一水平面，第二谐振器、第四谐振器、第六谐振器和第八谐振器均位于另一个水平面，第一谐振器和第二谐振器在底层金属地[G2]的投影相同，第三谐振器和第四谐振器在底层金属地[G2]的投影相同，第五谐振器和第六谐振器在底层金属地[G2]的投影相同，第七谐振器和第八谐振器在底层金属地[G2]的投影相同。
4.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，所述第一线圈[LI]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第一电容[Cl]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]构成第一带通滤波器，第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]、第五电容[C5]、第六电容[C6]、第七电容[C7]、第八电容[C8]构成第二带通滤波器。
5.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，所述第一电容[Cl]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、第五电容[C5]、第六电容[C6]、第七电容[C7]、第八电容[CS]均为金属-介质-金属形式的平板电容，平板电容中间的介质由LTCC陶瓷基板构成。
6.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，所述第一线圈[LI]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]均为叠层结构。
7.根据权利要求1所述的一种UHF波段高性能带通滤波器，其特征在于，输入端口[P1]、输出端口 [P2]、输入传输线[R1]、输出传输线[R2]、第一线圈[LI]、第二线圈[L2]、第三线圈[L3]、第四线圈[L4]、第五线圈[L5]、第六线圈[L6]、第七线圈[L7]、第八线圈[L8]、第一电容[Cl]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、第五电容[C5]、第六电容[C6]、第七电容[C7]、第八电容[CS]均为多层低温共烧陶瓷工艺烧制的器件。
【文档编号】H01P1/203GK103972619SQ201410164273
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】李雁, 陈相治, 罗鸣, 朱丹, 戴永胜, 张超, 杨茂雅, 潘航, 许心影, 李永帅, 周围, 周衍芳 申请人:南京理工大学