微型超高频高阻带高抑制的柱型LTCC带通滤波器

微型超高频高阻带高抑制的柱型ltcc带通滤波器
技术领域
1.本发明涉及的是无源滤波器技术领域，具体设计一种超高频高阻带高抑制的柱型ltcc带通滤波器。


背景技术：

2.时代不断发展，无线通信在当中体现着非常重要的地位。无源器件作为通信中较为关键的位置，它的性能以及工艺要求也是越来越严格。小型化、高性能、高可靠性以及低成本对于器件来说是必然的趋势和优势。
3.自从上世纪80年代低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic)技术提出以来，广泛应用在微波无源器件领域，ltcc技术的集成度高的优势使器件向着尺寸更小的方向前进，并且ltcc技术有着高可靠性、高q值等特点，已经大量应用于小型电子设备上。
4.带通滤波器目前已经成为目前无线通信系统射频前端中最重要的元器件之一。无线通信系统的迅速发展带来的是频段资源的紧张。为了减少相邻频段的之间的干扰，需要使用到边带陡峭、高抑制、高阻带抑制的带通滤波器。但目前实际所用到的带通滤波器无法满足高抑制以及高阻带的要求。
5.因此带通滤波器所使用的架构就决定了能不能克服目前所遇到的困难，满足更好的性能要求，这是ltcc带通滤波器设计方面所需要解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明提出一种超高频高阻带高抑制的柱型ltcc带通滤波器，旨在解决现带通滤波器抑制量不够以及远端抑制不强等困难。该滤波器采用高通加带通的结构，高通部分接地采用孔柱连接微带线下地，大大增加了近端抑制的强度，使得滤波器的近端阻带效果更好。同时巧妙的在带通两个谐振腔之间通过微带线连接，在原有的两个谐振腔的基础上，利用有效的空间与连接输出的电容形成了并联谐振，使得对于远端的抑制效果更为有效。该滤波器带通的一个谐振腔与高通的孔柱同时接地，大大增加了谐振量，优化了内部布局的同时，性能得到大大增强。
7.本发明具体技术方案如下：
8.一种微型高抑制宽阻带的ltcc带通滤波器，包括陶瓷基体、外部输入输出电极、外部接地电极；外部输入输出电极对称印刷在陶瓷基体短边两侧；外部接地电极对称印刷在陶瓷体基体长边两侧；陶瓷基体内部包括一个接地极板sd、三个串联电容、一个并联电容c4、一个串联电感l1、两个并联电感、一个输出电容以及两个并联谐振腔；所述三个串联电容包括输入电容c1、串联电容c2、输出电容c3；所述并联电容c4为下地电容；所述两个并联电感为第一下地电感l2、并联电感l3；
9.两个并联谐振腔包括由第二下地电感l4和第一谐振电容c5并联形成的第一谐振腔，由第三下地电感l5和第二谐振电容c6并联形成的第二谐振腔；所述第一谐振腔与第二谐振腔通过输出电容c3连接；
10.所述陶瓷基体内部自上而下共分十三层，所述接地极板sd位于陶瓷基体第十三层；所述输入电容c1位于陶瓷基体第十、十一、十二层，第十层和十二层通过孔柱相连，第十一层与外部输入电极相连；
11.所述串联电感l1位于陶瓷基体的第八层，与输入电容c1的上层极板通过孔柱相连；所述第一下地电感l2通过第一层到第三层与第一孔柱和第二孔柱相连，第二孔柱连接第七层，第七层与外部接地电极相连；所述串联电容c2位于陶瓷基体的第十、十一、十二层，第十层和十二层通过孔柱相连，第十层通过孔柱与串联电感l1相连；所述下地电容c4位于陶瓷基体的第十二、十三层，十二层为串联电容c2的下极板，第十三层连接外部接地电极；
12.所述输出电容c3位于陶瓷基体的第九、十层，第九层与孔柱相连，孔柱与串联电容c2的上极板相连，第十层连接外部输出电极；
13.所述第一谐振腔中的第二下地电感l4位于陶瓷基体第一、二、三层，这三层与第三孔柱和第四孔柱相连，第三孔柱连接第十层，第十层与外部接地电极相连，第四孔柱与输出电容c3上极板相连；所述第一谐振腔中的第一谐振电容c5位于陶瓷基体第十一、十二、十三层，第十一层连接外部接地电极，第十三层为接地极板sd，第十二层与输出电容c3所连接的孔柱相连；
14.所述第二谐振腔中的第三下地电感l5位于陶瓷基体第一、二、三层，这三层与第五孔柱和第六孔柱相连，第五孔柱与第七层相连，第七层与外部接地电极相连，第六孔柱与第九层相连，第九层连接外部输出电极；所述第二谐振腔中的第二谐振电容c6位于陶瓷基体第十二、十三层，第十二层连接外部输出电极；
15.所述并联电感l3位于陶瓷基体的第四、五、六层，与第二下地电感l4和第三下地电感l5相连。
16.进一步地，串联电感l1是采用微带线实现，通过改变微带线的线宽以及线长调整电感量的大小。
17.并联电感l3采用微带线与孔柱连接实现，通过改变微带线的线宽及线长调节电感量的大小；第一下地电感l2、第二下地电感l4、第三下地电感l5采用孔柱实现，通过调节孔柱的高度以及半径调整电感量的大小。
18.进一步地，输入电容c1、串联电容c2采用垂直直插式电容极板实现，通过调节极板间间距以及极板正对面积的大小调节电容值。
19.进一步地，输出电容c3、下地电容c4、第一谐振电容c5、第二谐振电容c6采用平板式电容极板实现，通过调节极板间间距以及极板正对面积大小调节电容值。
20.进一步地，滤波器整体尺寸为1.6mm
×
0.8mm
×
0.6mm。
21.进一步地，滤波器的通带范围为5.15-7.8ghz，通带最大插入损耗为1db，在低端阻带0-2.5ghz抑制大于35db，在2.1ghz处产生传输零点，抑制达到30db；在高端阻带10.01ghz-11.9ghz抑制大于30db，在10.68ghz处产生传输零点，抑制达到62db。
22.本发明中，所述第一下地电感l2和第三下地电感l5是通过第一孔柱和第五孔柱共同连接第七层极板同时连接外部接地电极，这样能够增大下地电感量，能够增加近端和远端的抑制量；
23.所述并联电感l3是巧妙地通过在第一谐振腔的第三孔柱和第二谐振腔的第五孔柱之间引入由第四层、第五层、第六层组成的微带线从而形成的电感。在只有两个谐振腔的
情况下，器件内部空间有限，通过微带线将两个谐振腔连接，与电容形成并联谐振，在原有的远端抑制基础上，实现了超高远端超高阻带的抑制，同时增加了有限空间的运用率。
24.在高通部分引入了柱形电感，相对于传统高通滤波器的线状电感，避免了线与线之间存在的耦合以及电感量不足的问题。
25.所述带通滤波器由高通滤波器以及传统带通滤波器组合并结合上述结构实现了超高阻带的高抑制以及近端高抑制的实现。
26.本发明中所用到的孔柱均为金属孔柱。
27.本发明的有益效果如下：
28.(1)创新型的在高通部分引入了柱形电感，相对于传统高通滤波器的线状电感，避免了线与线之间存在的耦合以及电感量不足的问题。
29.(2)巧妙地在带通的两个谐振腔之间引入微带线与电容形成并联谐振。在只有两个谐振腔的情况下，器件内部空间有限，通过微带线将两个谐振腔连接，在原有的远端抑制基础上，与电容形成并联谐振，实现了远端超宽阻带的抑制，同时增加了有限空间的运用率。
30.(3)将高通接地部分与带通谐振腔接地部分通过公用极板同时接地，这样能够大大增加高通和带通部分之间的耦合，使得近端以及远端的抑制量得到进一步加强，也减少了结构的复杂度。
31.(4)该带通滤波器是由高通滤波器和传统带通滤波器组合而成，替代以往单纯的传统带通滤波器以及低高通滤波器组合的带通滤波器，实现了超高频、高抑制以及高阻带性能。
附图说明
32.图1为本发明的ltcc带通滤波器的等效电路原理图；
33.图2为本发明的ltcc带通滤波器的外部结构示意图；
34.图3为本发明的ltcc带通滤波器的内部整体结构示意图；
35.图4为本发明的ltcc带通滤波器的正视结构示意图；
36.图5为本发明的ltcc带通滤波器的第1层、第2层、第3层平面结构图；
37.图6为本发明的ltcc带通滤波器的第4层、第5层、第6层平面结构图；
38.图7为本发明的ltcc带通滤波器的第7层平面结构图；
39.图8为本发明的ltcc带通滤波器的第8层平面结构图；
40.图9为本发明的ltcc带通滤波器的第9层平面结构图；
41.图10为本发明的ltcc带通滤波器的第10层平面结构图；
42.图11为本发明的ltcc带通滤波器的第11层平面结构图；
43.图12为本发明的ltcc带通滤波器的第12层平面结构图；
44.图13为本发明的ltcc带通滤波器的第13层平面结构图；
45.图14为本发明的ltcc带通滤波器的s12仿真结果图；
46.图15为本发明的ltcc带通滤波器的s22仿真结果图；
47.其中，1为第一孔柱，2为第二孔柱，3为第三孔柱，4为第四孔柱，5为第五孔柱，6为第六孔柱。
具体实施方式
48.为了更清楚详细的产生本发明的技术实施方案，以下结合附图和优选实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不局限于本发明。
49.图1为本发明的ltcc带通滤波器的等效电路原理图。如图1所示，本发明采用高通加传统二阶带通滤波器结构，包括输入电容c1、第一下地电感l2、串联电感l1、串联电容c2、下地电容c4，第二下地电感l4和第一谐振电容c5并联形成第一谐振腔，第三下地电感l5和第二谐振电容c6并联形成第二谐振腔，第一谐振腔与第二谐振腔通过输出电容c3连接，在两个谐振腔的电感之间引入微带线连接形成并联谐振，增加抑制强度。
50.图2为本发明的ltcc带通滤波器的外部结构示意图，包括陶瓷基体外壳、外部输入电极、外部输出电极及外部接地电极。本发明外部整体尺寸为1.6mm
×
0.8mm
×
0.6mm，采用介电常数9.8，损耗角正切0.003的陶瓷材料。外部输入电极、外部输出电极、外部接地电极均采用银材料印刷在陶瓷基体上，外部输入电极、外部输出电极对称印刷在陶瓷基体左右两侧的中部；外部接地电极分前后两部分，对称印刷在陶瓷基体前后两侧。
51.图3和图4分别为本发明的ltcc带通滤波器的内部整体结构示意图和正视结构示意图。从两图中可清楚的看到内部整体共分为13层，其中三个柱状型电感(第一下地电感l2、第二下地电感l4、第三下地电感l5)分别在第一层与第八层、第一层与第九层、第一层与第十层间，内部整体采用垂直互联结构。
52.输入电容c1采用垂直互联结构，串联电感l1与输入电容c1的上层极板通过孔柱相连；第一下地电感l2通过第一层、第二层、第三层的微带线与孔柱相连，孔柱连接外部接地电极；串联电容c2采用垂直互联，中间的极板通过孔柱与串联电感l1相连；下地电容c4是串联电容c2的下极板与接地极板形成下地电容；
53.输出电容c3采用串联电容c2的上极板与第十层连接外部输出电极的极板形成电容；第一谐振腔中的第二下地电感l4的第三孔柱3连接第十层接地极板，第四孔柱4与第十二层极板相连，第十二层极板与第十一层和第十三层接地极板形成第一谐振电容c5；第二谐振腔中的第三下地电感l5的第五孔柱5与第七层相连，第七层与外部接地电极相连，第六孔柱6与第九层相连，第九层连接外部输出电极；第十层和第十二层同时连接输出电极，陶瓷基体第十二与十三层形成第二谐振电容c6；并联电感l3通过在第一谐振腔和第二谐振腔的电感之间引入第四层、第五层、第六层微带线，与输出电容c3连接形成并联谐振。
54.所述的带通滤波器各层与电感具体结构如图5-图13所示。
55.图14-图15为本发明带通滤波器s参数结果仿真图。该带通滤波器的通带范围为5.15-7.8ghz，通带最大插入损耗为1db，在低端阻带1ghz-2.7ghz抑制大于35db，在1.5ghz处产生传输零点，抑制达到60db；在高端阻带10.01ghz-11.9ghz抑制大于30db，12.6ghz-13.85ghz抑制大于30db，在10.34ghz处产生传输零点，抑制达到62db。
56.本发明具有通带宽，近带抑制高，远端具有宽阻带并且阻带抑制高，生产批量一致性高等优点，适合ltcc工艺批量生产。
57.以上所描述是实施例是本发明中的一个较好的实施例，并不以上述实施方式限制本发明。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，基于本发明所作的任何修改、等同替换、改进所获得的其他实施例，皆应纳入权利要求书中记载
的保护范围内。