一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器。


背景技术：

2.如今无论是军用的雷达、电子探测、电子对抗等，还是民用的手机通信、电视、遥控，都需要将电子信号分配处理，这就需要用到一种重要的微波无源器件—滤波器。
3.随着现代通讯技术的迅猛发展，小体积、轻量化、高性能、低成本、宽带宽已经成为现代通讯系统发展的必然趋势。滤波器作为收发系统中的核心选频器件，在通信系统中的作用是提取或滤除不同频率的信号。
4.现有多层ltcc技术或pcb技术滤波器一般采用侧壁间隙耦合，通过减小间距或增加导体厚度来加强耦合，众所周知，在具体的滤波器中，受工艺制程及公差的影响，间距是有最小尺寸要求的，间距太小，增加了产品加工制作难度，同一工艺水平(即尺寸越灵敏)，导致产品成品率越低；另外，导体厚度不可能无限大，越厚，一贵金属材料成本增加，二可靠性越低。同时，现有技术为增加耦合，也有采用直接连接方式，这样频率上升(为保持频率不变，需要增长导带)，引入较多此类结构，对滤波器的插损影响较大。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器，用以解决现有技术中工艺条件受限造成的耦合弱的问题。
6.本实用新型实施例提供一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器，包括输入端口和输出端口，以及多个谐振单元，所述谐振单元包括电容和三维螺旋电感，所述电容和所述三维螺旋电感串联；多个所述谐振单元之间通过耦合形成滤波器通道；其中，相互耦合的第一谐振单元和第二谐振单元中，所述第一谐振单元上设有伸向所述第二谐振单元的延伸结构，所述延伸结构与所述第一谐振单元短接，所述延伸结构与所述第二谐振单元开路连接，且所述延伸结构与所述第二谐振单元部分重叠或全部重叠。
7.作为优选的，所述延伸结构从所述第一谐振单元的顶层终端伸出，并延伸至所述第二谐振单元，以与第二谐振单元形成电容。
8.作为优选的，所述延伸结构包括长度方向延伸部和宽度方向延伸部，所述长度方向延伸部与所述宽度方向延伸部相交。
9.作为优选的，所述长度方向延伸部与所述第二谐振单元的次高层平行或不平行，所述宽度方向延伸部与所述第二谐振单元的次高层平行或不平行。
10.作为优选的，所述延伸结构的长度和宽度可调。
11.作为优选的，多个所述谐振单元中至少一组相邻或非相邻谐振单元间设有连接线，所述连接线用于连接相邻或非相邻谐振单元。
12.作为优选的，所述连接线从一所述谐振单元的三维螺旋电感引出，并连接至另一
谐振单元的三维螺旋电感。
13.作为优选的，多个所述谐振单元的顶层或底层接地，所述谐振单元包括多层开环的金属线，所述金属线的首端和/或尾端还设有金属化过孔，上层金属线的首端与下层金属线的尾端通过金属化过孔相连，以形成螺旋形结构单元。
14.作为优选的，所述三维螺旋电感包括多层“∟”形金属层，相邻“∟”形金属层的一条金属臂的端点相互连接，以在竖直方向上形成封闭的
“□”
形结构，且上层金属层高于下层金属层，任一“∟”形金属层与上、下“∟”形金属层的连接点位于不同金属臂上。
15.本实用新型实施例提供一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器，在相互耦合的第一谐振单元和第二谐振单元中，所述第一谐振单元上设有伸向所述第二谐振单元的延伸结构，所述延伸结构与所述第一谐振单元短接，所述延伸结构与所述第二谐振单元开路连接，且所述延伸结构与所述第二谐振单元部分重叠或全部重叠，通过合适地引入并联电容结构增强滤波器两个谐振单元之间的耦合，可以实现宽带滤波器设计，在同一带宽(耦合)条件下，可以通过增大间距，降低尺寸敏感度，降低工艺实现难度，提高成品率，降低成本。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例提供的一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器的透视图；
18.图2为本实用新型实施例提供的第一谐振单元和第二谐振单元的立体图；
19.图3为本实用新型实施例提供的一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器一个方向的侧视图；
20.图4为本实用新型实施例提供的一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器另一个方向的侧视图；
21.图5为本实用新型实施例提供的一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器的电路原理图；
22.图6为本实用新型实施例提供的一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器的全波三维电磁仿真曲线图。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附
图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
26.现有多层ltcc技术或pcb技术滤波器一般采用侧壁间隙耦合，通过减小间距或增加导体厚度来加强耦合，众所周知，在具体的滤波器中，受工艺制程及公差的影响，间距是有最小尺寸要求的，间距太小，增加了产品加工制作难度，同一工艺水平(即尺寸越灵敏)，导致产品成品率越低；另外，导体厚度不可能无限大，越厚，一贵金属材料成本增加，二可靠性越低。同时，现有技术为增加耦合，也有采用直接连接方式，这样频率上升(为保持频率不变，需要增长导带)，引入较多此类结构，对滤波器的插损影响较大。
27.因此，本实用新型实施例提供一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器，通过合适地引入并联电容结构增强滤波器两个谐振单元之间的耦合，可以实现宽带滤波器设计，在同一带宽(耦合)条件下，可以增大间距，从而降低尺寸敏感度，降低工艺实现难度，提高成品率，降低成本。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
28.图1至图5为本实用新型实施例提供的一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器，包括输入端口p1和输出端口p2，以及多个谐振单元，所述谐振单元包括电容和三维螺旋电感，串联组成；多个所述谐振单元之间通过耦合形成滤波器通道；
29.其中，相互耦合的第一谐振单元和第二谐振单元中，所述第一谐振单元上设有伸向所述第二谐振单元的延伸结构a，所述延伸结构a与所述第一谐振单元短接，所述延伸结构a与所述第二谐振单元开路连接，且所述延伸结构a与所述第二谐振单元部分重叠或全部重叠。
30.在上述实施例中，第一谐振单元和第二谐振单元可以是本发明实施例滤波器的多个谐振单元中任意两个相互耦合的谐振单元，并不限定于特定的两个谐振单元。
31.在本实施例中，延伸结构a可以位于第二谐振单元的顶层，并与所述第二谐振单元的次高层相平行，也可位于所述第二谐振单元的任意两层间。
32.图5为本实用新型实施例提供的一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器的电路原理图，其中，qn为由ln、lnn与cn组成的谐振回路，mmn表示谐振回路m与谐振回路n之间的耦合。
33.在本实施例中，通过合适地引入并联电容结构增强滤波器两个谐振单元之间的耦合，可以实现宽带滤波器设计，在同一带宽(耦合)条件下，可以增大间距，从而降低尺寸敏感度，降低工艺实现难度，提高成品率，降低成本。
34.在本实施例中，如4图中所示，增加延伸结构a后，增强了第一谐振单元q1和第二谐振单元q2之间的耦合。
35.在具体应用中，例如3gpp标准中n78频段带宽为500mhz，通带范围为3300
‑
3800mhz，在某种设计中，为实现该耦合，导带最小间距已经接近最小尺寸；而n77频段带宽为900mhz，通带范围为3300
‑
4200mhz，在n78设计基础之上，同一工艺水平下，如果采用同样
的方式已经行不通，通过引入该结构，无需对设计做较大改动，即可以实现n78频段滤波器。
36.在上述实施例的基础上，图1为本实用新型实施例提供的一种含强电容耦合结构的多层宽带滤波器的透视图，为了使本发明实施例的结构更加清楚，图1中对多个谐振单元的顶层结构进行了线条加粗处理，其实际结构中并没有此种加粗情况，从图1中可以看到，所述延伸结构a从所述第一谐振单元(如本实施例图1、图2中q2)的顶层终端伸出，并延伸至所述第二谐振单元(如本实施例图1、图2中q1)，以与第二谐振单元形成电容c
ab
，延伸结构a并没有与第二谐振单元的顶层相连接，而是保持开路，延伸结构a与所述第二谐振单元的次高层相平行。
37.在上述实施例的基础上，所述延伸结构a包括长度方向延伸部和宽度方向延伸部，所述长度方向延伸部与所述宽度方向延伸部相交。
38.所述长度方向延伸部与所述第二谐振单元的次高层平行或不平行，所述宽度方向延伸部与所述第二谐振单元的次高层平行或不平行。
39.在本实施例中，作为一种可选的实施方式，可以将延伸结构a设置为长度方向延伸部与宽度方向延伸部两个部分，其中宽度方向延伸部和长度方向延伸部的长度或角度均可调，以实现通过调整宽度方向延伸部和/或长度方向延伸部的长度、角度，调整延伸结构a与所述第二谐振单元的次高层的正对面积，进而调节耦合强弱。
40.在上述实施例的基础上，所述延伸结构a的长度和宽度可调。
41.在本实施例中，作为一种可选的实施方式，可通过增加或减少延伸结构a在长度方向和宽度方向上的延伸面积，使延伸结构a与第二谐振单元的次高层的正对面积增加或减少，进而调节耦合强弱。
42.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述输入端口p1和/或所述输出端口p2还接有开路枝节(tlo1、tlo2)。在本实施例中，如图1至图6中所示，输入端口p1的传输线(tl1、tl2)上接有开路枝节tlo1，输出端口p2的传输线(tl4、tl5)上接有开路枝节tlo2。
43.随着现代通讯技术的迅猛发展，小体积、轻量化、高性能、低成本、宽带宽已经成为现代通讯系统发展的必然趋势。滤波器作为收发系统中的核心选频器件，在通信系统中的作用是提取或滤除不同频率的信号。传统的滤波器结构尺寸大，n个谐振单元最多可以实现n
‑
2个带外传输零点，抑制不充分，限制了它在通信系统中的使用。因此研制小体积、宽带和高抑制的滤波器已成为一项重要的技术任务。
44.本实施例中，通过引入开路枝节tlo1、tlo2，n个谐振单元可以产生大于n
‑
2个零点，带外抑制好；通过调节非谐振结构的(电)长度，可以灵活控制零点的位置，在可实施的范围内，线长越长，低端容性零点越弱(远离通带)，高端感性零点越强(靠近通带)，反之相反；通过三维螺旋电感之间连接线，一方面实现宽带耦合，另一方面，降低工艺实现难度，提高成品合格率。
45.在本实施例中，以ltcc滤波器为例，该滤波器由4个谐振单元(q1～q4)组成，每个谐振单元都包括垂直的三维螺旋电感(l1～l4、l11～44)和电容(c1～c4)，多个谐振单元之间通过空间耦合以形成多层ltcc滤波器结构，在本实施例中，如图5原理图中所示，通过在输入端口p1和/或输出端口p2入开路枝节tlo1/tlo2，通过这个简单的开路枝节，引入源耦合/负载耦合，能够使n个谐振单元可以产生大于n
‑
2个零点，带外抑制好，如图6中所示，图
中从左往右分别为开路枝节tlo1、开路枝节tlo2所产生的零点。上述结构内埋在介质材料中。
46.在上述实施例的基础上，开路枝节和传输线之间也存在耦合，如图5中示例的，开路枝节tlo1与传输线tl2之间存在耦合m。
47.在本实施例以外的其他实施例中，还可以是pcb结构的增强电容耦合的多层滤波器。
48.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，上述的开路枝节长度可调。
49.在本实施例中，通过调节开路枝节的(电)长度，可以灵活控制零点的位置，在可实施的范围内，线长越长，低端容性零点越弱(远离通带)，高端感性零点越强(靠近通带)，反之则相反。在本实施例中，上述开路枝节为开路传输线，该开路传输线可以设置为长度可调的开路传输线，以便灵活控制零点的位置。
50.在上述各实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，上述开路枝节(tlo1、tlo2)从所述输入端口p1和/或所述输出端口p2的抽头引出并延伸。
51.在上述各实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，多个所述谐振单元中至少一组相邻或非相邻谐振单元间设有连接线，所述连接线用于连接相邻或非相邻谐振单元。
52.在本实施例中，还通过三维螺旋电感之间的设置连接线，以实现相邻或非相邻谐振单元间的强耦合。宽带滤波器需要较强的耦合(耦合系数的绝对值大)，通过三维螺旋电感(l2和l3)之间连接线tl3实现强耦合。通过增加合适的该结构，一方面实现强耦合，另一方面，由于滤波器小型化的需求，为了满足耦合强度，往往需要将谐振单元的间距设置的非常小，这样就增加了工艺难度，因此通过连接线以实现相邻或非相邻谐振单元间的强耦合，能够使对应两个谐振单元的间距适当增大，降低工艺实现难度，提高成品合格率。因为设备一般具有最小的实现尺寸精度。上述结构内埋在介质材料中。
53.在上述各实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，上述连接线从所述相邻谐振单元的三维螺旋电感引出，并连接至另一相邻谐振单元的三维螺旋电感。
54.本实施例中，因此为了方便识别，对应三维螺旋电感(l1～l4)被连接后，连接点至三维螺旋电感接地端，形成一段电感(l11～l44)。
55.在本实施例中，基于实际需求，连接线tl3可以从对应两个三维螺旋电感(l2和l3)的同一层引出，也可以为不同层引出。
56.多个所述谐振单元的顶层和底层接地，所述谐振单元包括多层开环的金属线，所述金属线的首端和/或尾端还设有金属化过孔，上层金属线的首端与下层金属线的尾端通过金属化过孔相连，以形成螺旋形结构单元。
57.在上述各实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，为单个谐振单元的透视图，本实施例中，以5层为例所述三维螺旋电感包括多层“∟”形金属层，相邻“∟”形金属层的一条金属臂的端点相互连接，以在竖直方向上形成封闭的
“□”
形结构，且上层金属层高于下层金属层，任一“∟”形金属层与上、下“∟”形金属层的连接点位于不同金属臂上。
58.在本实施例中，三维螺旋电感包括多层层叠的金属层，其中金属层为“∟”形金属层，本实施例中“∟”形金属层为一体成型，“∟”形金属层的两条金属臂呈90
°
；相邻层“∟”形金属层的一条金属臂的端点连接，以在竖直方向上形成封闭的
“□”
形结构，且上层金属层高于下层金属层，任一“∟”形金属层与上、下“∟”形金属层的连接点位于不同金属臂上，
最终多层“∟”形金属层形成螺旋状的结构。在实施过程中，对应上下层金属臂之间设有连接件，该连接件具有设定高度，以向上层叠若干层金属臂，最终形成垂直结构的三维螺旋电感。
59.底层“∟”形金属层的一臂通过连接件接地，另一臂通过连接件连接第二层“∟”形金属层，第二层的另一臂则继续通过连接件连接第三层“∟”形金属层，以此规律最终形成矩形环绕方式的螺旋形结构单元。
60.本实用新型实施例提供的一种增强电容耦合的多层滤波器，在相互耦合的第一谐振单元和第二谐振单元中，所述第一谐振单元上设有伸向所述第二谐振单元的延伸结构，所述延伸结构与所述第一谐振单元短接，所述延伸结构与所述第二谐振单元开路连接，且所述延伸结构与所述第二谐振单元的次高层部分重叠或全部重叠，通过合适地引入并联电容结构增强滤波器两个谐振单元之间的耦合，可以实现宽带滤波器设计，在同一带宽(耦合)条件下，可以通过增大间距，降低尺寸敏感度，降低工艺实现难度，提高成品率，降低成本。
61.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
62.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。