基于厚膜集成的小尺寸多通带/阻带滤波器组及实现方法与流程

1.本技术涉及微波射频及滤波器技术领域，尤其涉及一种基于厚膜集成的小尺寸多通带/阻带滤波器组及实现方法。


背景技术：

2.随着通信系统不断趋于小型化、低功耗和高稳定性的发展，集成度也越来越高，系统内频段需求越来越宽、越来越多，对滤波器的指标要求也越来越高，比如要实现一个4通带的带通或者带阻滤波器，则需要设计多个滤波器进行组合才能实现，或者通过复杂的电性能设计，将具有不同尺寸的多结构滤波器进行组合，其中尺寸大的对应较低频段，尺寸小的对应较高频段。
3.由于各个待组合的滤波器的频段不一样，滤波器设计要求也不一样，例如，低频段的对应尺寸较大，而高频段的滤波器对应的微带线的加工精度要求非常高，特别是毫米波频段。另外，由每个具有不同通带或阻带的滤波器集成在一起会增加器件尺寸，现在电子设备一直存在小型化的需求，但同时又要在有限空间实现更多的功能，常规工艺设计的多滤波器组集成的方式显然不能满足小型化的需求。并且，微波频段滤波器一般需要采用微带结构的设计形式，但是目前具有2个通带或阻带以上的单个微带谐振式带通滤波器的设计较为复杂，例如若要设计具有4个通带或阻带的滤波器，需要2个以上的独立设计的双通带或阻带滤波器来组成。如果要将工作在低频模式的较大尺寸的滤波器尺寸减小，一般会采用具有高介电常数的介质基板减小其波导波长来减小物理尺寸。但是具有不同介电常数基板的微带线的特性阻抗不一样，所以不同介质基板滤波器在合成时还需要额外的阻抗匹配，还是会增加整体尺寸，同时还增加额外的设计工作，增加设计的复杂性。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术的不足，本技术提供一种基于厚膜集成的小尺寸多通带/阻带滤波器及实现方法，将不同工作频段的滤波器在厚膜电路中分层布置，并集成功分器、合成网络、二极管等，不仅实现多通带/阻带滤波功能的需求，又利于实现小型化、多频段工作模式切换组合的滤波器集成工作。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术：基于厚膜集成的小尺寸多通带/阻带滤波器组，包括自上而下依次设置的：第一陶瓷基板，顶面设有第一滤波器、第二滤波器、功分器、合成网络、第一电源入口、第二电源入口、第i二极管、第ii二极管、第iii二极管、第iv二极管；第一滤波器输出端连接第i二极管负极端、第iii二极管正极端，第i二极管正极端连接合成网络的一个输入口；第二滤波器输出端连接第ii二极管负极端、第iv二极管正极端，第ii二极管正极端连接合成网络的另一个输入口；第一滤波器和第二滤波器输入端分别对应连接功分器的两个输出口；第二陶瓷基板，顶面设有第一金属地层；
第三陶瓷基板，顶面设有第一控制电路和第二控制电路，第一控制电路输入端通过过孔连接第一电源入口，输出端通过过孔连接第一滤波器输出端，第二控制电路输入端通过过孔连接第二电源入口，输出端通过过孔连接第二滤波器输出端；若干个自上而下叠设的多层滤波组，多层滤波组包括设于基板的第三滤波器和第四滤波器；第一个多层滤波组的第三滤波器输入端通过过孔连接第iii二极管负极端，第四滤波器输入端通过过孔连接第iv二极管负极端；最后一个多层滤波组的第三滤波器输出端通过过孔连接合成网路的一个输入口，第四滤波器输出端通过过孔连接合成网络的另一个输入口；各个多层滤波组之间，上一个多层滤波组的第三滤波器输出端连接下一个多层滤波组的第三滤波器输入端，上一个多层滤波组的第四滤波器输出端连接下一个多层滤波组的第四滤波器输入端。
6.进一步，多层滤波组还包括两个第四陶瓷基板以及夹设于第四陶瓷基板之间的第五陶瓷基板，第三滤波器包括两个相互独立的微带电路结构：第i微带电路和第ii微带电路，第四滤波器包括两个相互独立的微带电路结构：第iii微带电路和第iv微带电路；上方的第四陶瓷基板顶面设有第i微带电路和第iii微带电路，下方的第四陶瓷基板顶面设有第ii微带电路和第iv微带电路，底面设有第三金属地层，第五陶瓷基板顶面设有第二金属地层；各个多层滤波组中，第i微带电路输出端通过过孔连接第ii微带电路输入端，第iii微带电路输出端通过过孔连接第iv微带电路输入端；第一个多层滤波组的第i微带电路输入端通过过孔连接第iii二极管负极端，第iii微带电路输入端通过过孔连接第iv二极管负极端；最后一个多层滤波组的第ii微带电路输出端通过过孔连接合成网络的一个输入口，第iv微带电路输出端通过过孔连接合成网络的另一个输入口；其余多层滤波组的第ii微带电路输出端通过过孔连接下一个多层滤波组的第i微带电路输入端，第iv微带电路输出端通过过孔连接下一个多层滤波组的第iii微带电路输入端。
7.基于厚膜集成的小尺寸多通带/阻带滤波器组的实现方法，包括步骤：提供一第一陶瓷基板，在其顶面设置第一滤波器、第二滤波器、功分器、合成网络、第一电源入口、第二电源入口、第i二极管、第ii二极管、第iii二极管、第iv二极管，使第一滤波器输出端连接第i二极管负极端、第iii二极管正极端，第i二极管正极端连接合成网络的一个输入口；第二滤波器输出端连接第ii二极管负极端、第iv二极管正极端，第ii二极管正极端连接合成网络的另一个输入口；第一滤波器和第二滤波器输入端分别对应连接功分器的两个输出口；并在第一陶瓷基板加工多个过孔；提供一第二陶瓷基板，在顶面设置第一金属地层，并在第二陶瓷基板上加工多过孔；提供一第三陶瓷基板，在顶面设置第一控制电路和第二控制电路，并在第三陶瓷基板上加工出多个过孔；提供若干个多层滤波组，多层滤波组包括设于基板的第三滤波器和第四滤波器；进行叠合，按照自上而下的顺序依次将第一陶瓷基板、第二陶瓷基板、第三陶瓷基板、若干个多层滤波组进行叠合，其中，各个多层滤波组自上而下依次叠设，并使相应的过孔对齐；
使用厚膜工艺进行烧制成型，成型后，第一控制电路输入端通过过孔连接第一电源入口，输出端通过过孔连接第一滤波器输出端，第二控制电路输入端通过过孔连接第二电源入口，输出端通过过孔连接第二滤波器输出端；第一个多层滤波组的第三滤波器输入端通过过孔连接第iii二极管负极端，第四滤波器输入端通过过孔连接第iv二极管负极端；最后一个多层滤波组的第三滤波器输出端通过过孔连接合成网络的一个输入口，第四滤波器输出端通过过孔连接合成网络的另一个输入口；各个多层滤波组之间，上一个多层滤波组的第三滤波器输出端连接下一个多层滤波组的第三滤波器输入端，上一个多层滤波组的第四滤波器输出端连接下一个多层滤波组的第四滤波器输入端。
8.进一步，在准备各个多层滤波组时，提供两个第四陶瓷基板和一个第五陶瓷基板，将第五陶瓷基板夹设于两个第四陶瓷基板之间；第三滤波器采用两个相互独立的微带电路结构：第i微带电路和第ii微带电路，第四滤波器采用两个相互独立的微带电路结构：第iii微带电路和第iv微带电路；在上方的第四陶瓷基板顶面设置第i微带电路和第iii微带电路，在下方的第四陶瓷基板顶面设置第ii微带电路和第iv微带电路，底面设置第三金属地层；在第五陶瓷基板顶面设置第二金属地层；各个多层滤波组自上而下依次叠设并使相应的过孔对齐；叠合并成型后，各个多层滤波组中的第i微带电路输出端通过过孔连接第ii微带电路输入端，第iii微带电路输出端通过过孔连接第iv微带电路输入端；第一个多层滤波组的第i微带电路输入端通过过孔连接第iii二极管负极端，第iii微带电路输入端通过过孔连接第iv二极管负极端；最后一个多层滤波组的第ii微带电路输出端通过过孔连接合成网络的一个输入口，第iv微带电路输出端通过过孔连接合成网络的另一个输入口；其余多层滤波组的第ii微带电路输出端通过过孔连接下一个多层滤波组的第i微带电路输入端，第iv微带电路输出端通过过孔连接下一个多层滤波组的第iii微带电路输入端。
9.第一滤波器和第二滤波器均具有2个高频通频带/阻频带，第三滤波器和第四滤波器均具有2个低频通频带/阻频带，并且第一滤波器和第二滤波器的各个高频通频带/阻频带均不相同，第三滤波器和第四滤波器的各个低频通频带/阻频带均不相同。
10.第一金属地层用于作为第一滤波器和第二滤波器对应的地，第二金属地层用于作为第i微带电路和第iii微带电路对应的地，第三金属地层用于作为第ii微带电路和第iv微带电路对应的地。
11.本发明有益效果在于：将表层和内层的滤波器通过过孔连接组成一个整体，形成小型化、多频段工作的多层立体结构滤波器，采用厚膜集成工艺将尺寸较大的滤波器分层布置，同时再与不同层的尺寸较小的滤波器连接，构成滤波器组，将二维连接变成三维集成，平面尺寸至少减少2/3；另外介质基板采用高介电常数的共烧陶瓷基板，可以显著减小尺寸；采用厚膜工艺将电源控制电路布置在不同的层上，可以减小其带来的电磁干扰，同时也可以进一步缩减尺寸。其中，将工作在低频段和高频段的滤波器分别布置在不同层上，可以根据需求对不同滤波器分别加工，再烧结在一起，例如高频段对应的微带线需要高精度加工，所以布置在顶层，便于后期调试；同时，将工作在较低频段的相对尺寸较大的滤波器布置在内层，因为尺寸较大，将其拓扑结构分布在多层基板表面，采用过孔连接构成一个整体，减小尺寸；层间通过
金属化过孔实现连接。
附图说明
12.图1是本技术实施例的整体结构爆炸图。
13.图2是本技术实施例的第一陶瓷基板上各元件与第一控制电路、第二控制电路的连接关系局部放大图。
14.图3是本技术实施例的多层滤波组为两个的结构爆炸图。
15.附图标记说明：1-第一陶瓷基板，11-第一电源入口，12-第二电源入口，13-合成网络，14-功分器，2-第二陶瓷基板，21-第一金属地层，3-第三陶瓷基板，31-第一控制电路，32-第二控制电路，4-第四陶瓷基板，41-第三金属地层，51-第一滤波器，52-第二滤波器，53-第三滤波器，531-第i微带电路，532-第ii微带电路，54-第四滤波器，541-第iii微带电路，542-第iv微带电路，6-多层滤波组，61-第i二极管，62-第ii二极管，63-第iii二极管，64-第iv二极管，7-第五陶瓷基板，71-第二金属地层。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
17.本技术实施例提供一种基于厚膜集成的小尺寸多通带/阻带滤波器组，该为多层厚膜电路结构，如图1所示，包括自上而下设置的：第一陶瓷基板1、第二陶瓷基板2、第三陶瓷基板3、若干个自上而下叠设的多层滤波组6。
18.具体的，如图1~图2所示，第一陶瓷基板1顶面设有第一滤波器51、第二滤波器52、合成网络13、功分器14、第一电源入口11、第二电源入口12、第i二极管61、第ii二极管62、第iii二极管63、第iv二极管64。
19.第一滤波器51输出端连接第i二极管61负极端、第iii二极管63正极端，第i二极管61正极端连接合成网络13的一个输入口；第二滤波器52输出端连接第ii二极管62负极端、第iv二极管64正极端，第ii二极管62正极端连接合成网络13的另一个输入口；第一滤波器51和第二滤波器52输入端分别对应连接功分器14的两个输出口。
20.这里，第一滤波器51和第二滤波器52均具有2个高频通频带/阻频带，且第一滤波器51和第二滤波器52的各个高频通频带/阻频带均不相同。
21.如图1所示，第二陶瓷基板2顶面设有第一金属地层21，用于作为第一滤波器51和第二滤波器52对应的地。
22.如图1~图2所示，第三陶瓷基板3顶面设有第一控制电路31和第二控制电路32，第一控制电路31输入端通过过孔连接第一电源入口11，输出端通过过孔连接第一滤波器51输出端，第二控制电路32输入端通过过孔连接第二电源入口12，输出端通过过孔连接第二滤波器52输出端。
23.第一控制电路31和第二控制电路32分别用于将第一电源入口11和第二电源入口12送入的电压进行转换后，给第一陶瓷基板1的各二极管供电，以控制各二极管导通或截止。
24.如图1所示，多层滤波组6为1个时的情况，如图3所示，多层滤波组6为2个时的情况。各多层滤波组6均包括两个第四陶瓷基板4、夹设于第四陶瓷基板4之间的第五陶瓷基板7、第三滤波器53和第四滤波器54。
25.其中，第三滤波器53包括两个相互独立的微带电路结构：第i微带电路531和第ii微带电路532；第四滤波器54包括两个相互独立的微带电路结构：第iii微带电路541和第iv微带电路542。上方的第四陶瓷基板4顶面设置第i微带电路531和第iii微带电路541；下方的第四陶瓷基板4顶面设置第ii微带电路532和第iv微带电路542，底面设有第三金属地层41，用于作为第ii微带电路532和第iv微带电路542对应的地；第五陶瓷基板7顶面设有第二金属地层71，用于作为第i微带电路531和第iii微带电路541对应的地。
26.各个多层滤波组6中，第i微带电路531输出端通过过孔连接第ii微带电路532输入端，第iii微带电路541输出端通过过孔连接第iv微带电路542输入端；第一个多层滤波组6的第i微带电路531输入端通过过孔连接第iii二极管63负极端，第iii微带电路541输入端通过过孔连接第iv二极管64负极端；最后一个多层滤波组6的第ii微带电路532输出端通过过孔连接合成网络13的一个输入口，第iv微带电路542输出端通过过孔连接合成网络13的另一个输入口；其余多层滤波组6，其上的第ii微带电路532输出端通过过孔连接下一个多层滤波组6的第i微带电路531输入端，其上的第iv微带电路542输出端通过过孔连接下一个多层滤波组6的第iii微带电路541输入端。
27.这里，第三滤波器53和第四滤波器54均具有2个低频通频带/阻频带，且第三滤波器53和第四滤波器54的各个低频通频带/阻频带均不相同；并且各个多层滤波组6的第三滤波器53的各个低频通频带/阻频带均不相同，各个多层滤波组6的第四滤波器54的各个低频通频带/阻频带均不相同。
28.作为具体的实施形式，多层滤波组6还可以是更多数量，按照上述方式继续依次叠合设置即可，使第一个多层滤波组6的第三滤波器53输入端通过过孔连接第iii二极管63负极端，第四滤波器54输入端通过过孔连接第iv二极管64负极端；最后一个多层滤波组6的第三滤波器53输出端通过过孔连接合成网络13的一个输入口，第四滤波器54输出端通过过孔连接合成网络13的另一个输入口；各个多层滤波组6之间，上一个多层滤波组6的第三滤波器53输出端连接下一个多层滤波组6的第三滤波器53输入端，上一个多层滤波组6的第四滤波器54输出端连接下一个多层滤波组6的第四滤波器54输入端。
29.上述基于厚膜集成的小尺寸多通带/阻带滤波器组的实现方法，包括如下步骤：s100、提供一第一陶瓷基板1，在其顶面设置第一滤波器51、第二滤波器52、合成网络13、功分器14、第一电源入口11、第二电源入口12、第i二极管61、第ii二极管62、第iii二极管63、第iv二极管64，使第一滤波器51输出端连接第i二极管61负极端、第iii二极管63正极端，第i二极管61正极端连接合成网络13的一个输入口；第二滤波器52输出端连接第ii二极管62负极端、第iv二极管64正极端，第ii二极管62正极端连接合成网络13的另一个输入口；第一滤波器51和第二滤波器52输入端分别对应连接功分器14的两个输出口；并在第一陶瓷基板1加工多个过孔。
30.s200、提供一第二陶瓷基板2，在顶面设置第一金属地层21，并在第二陶瓷基板2上加工多过孔。
31.s300、提供一第三陶瓷基板3，在顶面设置第一控制电路31和第二控制电路32，并
在第三陶瓷基板3上加工出多个过孔。
32.s400、提供若干个多层滤波组6，多层滤波组6包括设于基板的第三滤波器53和第四滤波器54。
33.其中，在准备各个多层滤波组6时，提供两个第四陶瓷基板4和一个第五陶瓷基板7，将第五陶瓷基板7夹设于两个第四陶瓷基板4之间；第三滤波器53采用两个相互独立的微带电路结构构成：第i微带电路531和第ii微带电路532，第四滤波器54采用两个相互独立的微带电路结构构成：第iii微带电路541和第iv微带电路542。
34.在上方的第四陶瓷基板4顶面设置第i微带电路531和第iii微带电路541，在下方的第四陶瓷基板4顶面设置第ii微带电路532和第iv微带电路542。
35.并在下方的第四陶瓷基板4底面设置第三金属地层41。
36.并在第五陶瓷基板7顶面设置第二金属地层71。
37.将各个多层滤波组6自上而下依次叠设并使相应的过孔对齐。
38.s500、进行叠合，按照自上而下的顺序依次将第一陶瓷基板1、第二陶瓷基板2、第三陶瓷基板3、若干个多层滤波组6进行叠合，其中，各个多层滤波组6自上而下依次叠设，并使相应的过孔对齐。
39.s600、进行使用厚膜工艺烧制成型。
40.成型后，第一控制电路31输入端通过过孔连接第一电源入口11，输出端通过过孔连接第一滤波器51输出端，第二控制电路32输入端通过过孔连接第二电源入口12，输出端通过过孔连接第二滤波器52输出端；第一个多层滤波组6的第三滤波器53输入端通过过孔连接第iii二极管63负极端，第四滤波器54输入端通过过孔连接第iv二极管64负极端；最后一个多层滤波组6的第三滤波器53输出端通过过孔连接第i二极管61正极端和合成网络13的一个输入口，第四滤波器54输出端通过过孔连接第ii二极管62正极端和合成网络13的另一个输入口；各个多层滤波组6之间，上一个多层滤波组6的第三滤波器53输出端连接下一个多层滤波组6的第三滤波器53输入端，上一个多层滤波组6的第四滤波器54输出端连接下一个多层滤波组6的第四滤波器54输入端。
41.具体的，各个多层滤波组6中的第i微带电路531输出端通过过孔连接第ii微带电路532输入端，第iii微带电路541输出端通过过孔连接第iv微带电路542输入端；第一个多层滤波组6的第i微带电路531输入端通过过孔连接第iii二极管63负极端，第iii微带电路541输入端通过过孔连接第iv二极管64负极端；最后一个多层滤波组6的第ii微带电路532输出端通过过孔连接第i二极管61正极端和合成网络13的一个输入口，第iv微带电路542输出端通过过孔连接第ii二极管62正极端和合成网络13的另一个输入口；其余多层滤波组6的第ii微带电路532输出端通过过孔连接下一个多层滤波组6的第i微带电路531输入端，第iv微带电路542输出端通过过孔连接下一个多层滤波组6的第iii微带电路541输入端。
42.以图1所示的基于厚膜集成的小尺寸多通带/阻带滤波器组，对工作方式做说明：通过调节第一电源入口11和第二电源入口12的极性，可控制各滤波器的工作与否，从而控制整个滤波器组的通频带。具体工作状态如下表：
应用时，信号通过功分器14等功分进入第一滤波器51和第二滤波器52的输入端，而后经过滤波器53和54再通过合成网络13输出。
43.若上表中第1种情况，第一电源入口11和第二电源入口12的输入均为+，第iii二极管63和第iv二极管64导通，第i二极管61和第ii二极管62不导通，则所有滤波器都工作，信号通过功分器14等功分进入第一滤波器51和第二滤波器52的输入端，通过导通的第iii二极管63和第iv二极管64以及对应的过孔，进入到第三滤波器53和第四滤波器54的输入端，而后通过第三滤波器53和第四滤波器54输出顶层的合成网络13对应的两个输入口，而后经过通过合成网络13输出。
44.若上表中第2种情况，第一电源入口11的输入为+，第二电源入口12的输入为-，第iii二极管63和第ii二极管62导通，第i二极管61和第iv二极管64不导通，则第一滤波器51、第二滤波器52、第三滤波器53工作，第四滤波器54不工作，信号通过功分器14等功分进入第一滤波器51和第二滤波器52的输入端，第一滤波器51的输出通过导通的第iii二极管63及对应的过孔，进入到第三滤波器53，第三滤波器53的输出通过过孔输出到合成网络13的其中一个输入口，此时第iv二极管64不导通、第ii二极管62导通，第二滤波器52的输出直接进入到合成网络13的另一个输入口；而后经过通过合成网络13将两路合波后输出。
45.若上表中第3种情况，第一电源入口11的输入为-，第二电源入口12的输入为+，第i二极管61和第ii二极管62导通，第iii二极管63和第iv二极管64不导通，则第一滤波器51、第二滤波器52工作，第三滤波器53工作，第四滤波器54均不工作；信号通过功分器14等功分进入第一滤波器51和第二滤波器52的输入端，而后通过第一滤波器51和第二滤波器52后分别输出到合成网络13的两个输入口，而后经过通过合成网络13输出。
46.表中的其他情况不再赘述，根据二极管的导通性能即可推导获得。
47.本技术的实例通过将工作于高频段的滤波器与工作在低频段的滤波器级联，可以实现多个频段工作的滤波器，满足复杂系统滤波功能要求。低频段工作滤波器尺寸较大，将其电路布置在不同层，层间通过过孔连接；工作在高频段的滤波器尺寸较小，其微带线需要高精度加工，将其布置在表层，再通过过孔和低频段工作滤波器相连。
48.通过这样的厚膜工艺，实现了将原本需要较大二维尺寸的结构三维集成化，能实现系统的小型化，厚膜工艺由于将电路结构集成在内部，减少和外部结构接触的机会，还会增加结构性能稳定性。
49.以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，显然，本领域的技术人
员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。