專利名稱：一種基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶ltcc帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于LTCC工藝的寬阻帶帶通濾波器，特別是涉及利用磁電混合耦合產生多個傳輸零點，可應用于射頻前端電路中的帶通濾波器。
背景技術：
隨著信息產業(yè)的飛速發(fā)展，各種通信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，無線通信技術的飛速發(fā)展以及全球通信頻段的日益緊張更是對微波濾波器提出了更加嚴格的要求。現(xiàn)代濾波器要求具有高性能，小尺寸，寬阻帶，低造價等特性。其中，小尺寸，寬阻帶是單通帶濾波器性能的重要指標?，F(xiàn)有的濾波器實現(xiàn)阻帶抑制的方法有很多種，第一種方法是利用電磁信號的多徑傳輸，在某一頻點多徑傳輸的電磁場相位相反，相互抵消，產生零點，這種方法可以利用交叉耦合實現(xiàn)，也可以利用源負載耦合(source-load couple)實現(xiàn)；第二種方法是利用階躍阻抗諧振器(SIR)，這種諧振器可以將濾波器的二次諧波推后到通帶中心頻率的2.5-3倍左右的頻率上，二次諧波中心頻率與通帶中心頻率的比值取決于SIR的結構，用多個不同結構的有相同通帶中心頻率的階躍阻抗諧振器串聯(lián)，即可實現(xiàn)阻帶的抑制；第三種方法是利用傳輸線的四分之一波長倒置性，當一端開路的四分之一波長傳輸線連接在輸入輸出端口時，開路端等效到輸入輸出端口為短路，從而將電磁波全部放射回去，于是產生了傳輸零點，馬刺線就是其中的一種應用，當馬刺線的電波長等于四分之一波長時，馬刺線連接I/O端口的位置就被短路掉，在該頻點上就產生了傳輸零點；其他方法還有使用橢圓函數濾波
-nfr ο然而，現(xiàn)有的阻帶抑制濾波器都有較為復雜的結構，或者存在尺寸較大，插損大等問題。

發(fā)明內容
為克服以上提到的濾波器多傳輸零點與結構復雜、體積大之間的設計矛盾，本發(fā)明提供了一種基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶LTCC帶通濾波器。該濾波器采用LTOXLowTemperature Co-Fired Ceramic低溫共燒陶瓷)技術，極大地縮小了帶通濾波器的體積。LTCC多層結構的濾波器除了具有小型化、輕量化的優(yōu)點，還具有成本低，有利于批量生產，良好的高頻性能，插損小等傳統(tǒng)微帶濾波器沒有的特點。本發(fā)明采用如下技術方案實現(xiàn):
基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶LTCC帶通濾波器，其包括四層介質基板和四層導體層，四層介質基板從上到下依次為第一介質板、第二介質板、第三介質板和第四介質板，所述的四層介質基板均為LTCC陶瓷介質基板；所述第一導體層印制于第一介質基板上表面，第二導體層印制于第二介質基板上表面，第三導體層印制于第三介質基板上表面，第四導體層印制于第四介質基板上表面；所述印制采用LTCC印刷工藝。進一步的，所述第一導體層由一對結構相同的饋電結構組成，這對結構相同的饋電結構呈鏡像對稱，每一個饋電結構包括一塊饋電貼片、一個CPW饋電口和一個L型金屬微帶線，L型金屬微帶線連接在饋電貼片靠近前述鏡像對稱中心的一側，并與對稱中心另一側的L型金屬微帶線構成源負載耦合，源負載耦合在濾波器通帶左邊產生了一個傳輸零點；CPW饋電口通過接地金屬化過孔連接到第三導體層。
進一步的，第二導體層和第四導體層上分布有兩個四分之一波長諧振器；每個四分之一波長諧振器均有一部分位于第二導體層，另一部分位于第四導體層上，這兩部分通過第二金屬化過孔相連，金屬化過孔穿過位于第三導體層上的開孔，且金屬化過孔不與第三導體層直接接觸；四分之一波長諧振器的短路端位于第二導體層且通過第一金屬化過孔連接到第三導體層；所述兩個四分之一波長諧振器在第二導體層和第四導體層上均呈鏡像對稱分布，位于同一導體層上的四分之一波長諧振器部分通過邊耦合產生磁電耦合，四分之一波長諧振器在第二導體層上的耦合部分為諧振器短路端，以磁耦合為主；四分之一波長諧振器在第四導體層上的耦合部分為諧振器開路端，以電耦合為主。
進一步的，所述第三 導體層為金屬地板，第三導體層上有兩個開孔供所述金屬化過孔穿過，并且金屬化過孔和金屬地板之間留有間隙。
本發(fā)明采用四分之一波長諧振器，相較于二分之一波長諧振器，有效地減小了濾波器的尺寸；并且，采用了 LTCC多層結構工藝制造，通過在不同層放置饋電貼片和諧振器，用金屬過孔將不同層的微帶線連接起來，使濾波器結構更加緊湊；除此之外，本發(fā)明還利用不同介質厚度實現(xiàn)SIR (Stepped-1mpedance Resonator階躍阻抗諧振器),這樣可以減小電耦合量，有效減小電耦合間距以達到減小尺寸的作用，同時更加方便濾波器傳輸零點的調節(jié)。
該濾波器的第一導體層上的兩個L型金屬微帶線，形成了源負載耦合，這樣就在通帶左邊產生了一個零點；在第二導體層，四分之一波長諧振器短路端相互耦合，并以磁耦合為主，在第四導體層，四分之一波長諧振器開路端相互耦合，并以電耦合為主，電耦合和磁耦合相互抵消產生了三個傳輸零點，通過調節(jié)諧振器電耦合和磁耦合的強度可以方便調節(jié)零點位置；以上兩種耦合方式產生了多個可控傳輸零點，提高了濾波器的通帶選擇性，抑制了濾波器的高次諧波，獲得了較寬的阻帶。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點: 1、采用LTCC多層工藝，使濾波器的結構更加緊湊，有效減小濾波器尺寸； 2、第一導體層上的兩個L型金屬微帶線構成的源負載耦合，在通帶左邊產生一個零點，提高了濾波器的選擇性； 3、分布在第二導體層和第四導體層上的四分之一波長諧振器在短路端和開路端相互耦合，短路端以磁耦合為主，開路端以電耦合為主，電耦合和磁耦合相互抵消產生了三個傳輸零點，通過調節(jié)諧振器電耦合和磁耦合強度可以方便調節(jié)零點位置，這些零點有效地抑制了濾波器的高次諧波，使濾波器獲得了極寬的阻帶； 4、饋電貼片與諧振器之間通過寬邊耦合實現(xiàn)能量傳遞，寬邊耦合強度決定外部Q值，兩個四分之一波長諧振器之間的電耦合與磁耦合量的總和決定耦合系數K，調節(jié)Q和K這兩個量可以改變帶寬，具有很好的靈活性。


圖1是本發(fā)明的立體結構分層示意圖。
圖2是本發(fā)明的第一導體層俯視示意圖。
圖3是本發(fā)明的第二導體層俯視示意圖。
圖4是本發(fā)明的第三導體層俯視示意圖。
圖5是本發(fā)明的第四導體層俯視示意圖。
圖6是本發(fā)明的帶通濾波器實施例的頻率響應特性曲線圖。
具體實施方式
為了更加清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步說明，但本發(fā)明的實施不限于此。
如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種基于磁電耦合相消技術的寬阻帶LTCC二階帶通濾波器，整個濾波器為LTCC多層結構，由四層介質基板和四層導體層組成:第一導體層位于第一介質基板表面，第二導體層位于第一介質基板I和第二介質基板2之間,第三導體層位于第二介質基板2和第三介質基板3之間，第四導體層位于第三介質基板3和第四介質基板4之間；四層介質基板均為LTCC陶瓷介質基板,第一導體層印制于第一介質基板I上表面，第二導體層印制于第二介質基板2上表面,第三導體層印制于第三介質基板3上表面，第四導體層印制于第四介質基板4上表面。
如圖2所示，第一層金屬導體由一對結構相同的饋電結構組成，呈鏡像對稱放置，每一個饋電結構由一塊饋電貼片5，一個CPW饋電口 6和一個L型金屬微帶線7構成，L型金屬微帶線7連接在饋電貼片5靠近對稱中心的一側，并與對稱中心另一邊的L型金屬微帶線7構成源負載耦合，源負載耦合在通帶左邊產生了一個傳輸零點，調節(jié)兩者之間耦合的間距可改變源負載耦合的強度，從而改變通帶左邊零點的位置；CPW饋電口通過接地金屬化過孔11連接到地板9 ;此外，饋電貼片5與通過寬邊耦合的方式實現(xiàn)饋電端與諧振器之間的能量傳送，改變饋電貼片的大小和位置能改變外部Q值的大小，外部Q值與諧振器耦合系數K共同決定了濾波器帶寬。
如圖3所示，兩個四分之一波長諧振器的短路端對稱布置在第二層金屬導體，在這一層的諧振器的一端通過第二金屬化過孔13連接到第四導體層，第四導體層是諧振器開路端所在層，第二金屬化過孔13穿過了地板層上面的開孔14，與地板沒有直接的物理接觸；諧振器的短路端通過第二金屬化過孔13連接到地板。兩個諧振器的短路端構成邊耦合，通過調節(jié)耦合部分的金屬微帶線的長度L13和它們之間的耦合寬度W3可以調節(jié)電磁耦合強度，由于耦合部分為諧振器短路端，所以電磁耦合以磁耦合作用為主，圖3中矩形虛線圈出的即為邊磁耦合區(qū)域。
如圖4所示，第三導體層為金屬地板9，上面有兩個開孔14，連接第二層導體和第四層導體的第二金屬化過孔13從這兩個開孔穿過，這兩個開孔的半徑要大于第二金屬化過孔13，這樣就保證金屬化過孔不會和金屬地板9有物理連接。連接在金屬地板上的還有與第二導體層諧振器短路端相連接的兩個第一金屬化過孔12，與第一導體層CPW饋電口相連接的四個接地金屬化過孔11。
如圖5所示，兩個四分之一波長諧振器的開路端對稱布置在第四導體層，這一層的諧振器的一端通過第二金屬化過孔13連接到第二導體層。兩個諧振器的開路端構成邊耦合，耦合部分的金屬微帶線的長度L16和它們之間的耦合寬度W5可以調節(jié)電磁耦合強度，耦合部分為諧振器開路端，以電耦合作用為主，圖5中矩形虛線圈出的即為邊電耦合區(qū)域。在本實施例中，通帶中心頻率由四分之一波長諧振器長度決定，通帶左邊零點的位置主要由源負載耦合強度決定，通帶右邊的三個零點位置主要由磁電耦合特性決定，諧振器的電耦合端和磁耦合端在這三個頻點上相互抵消，形成傳輸零點；濾波器外部Q值由饋電貼片大小決定，耦合系數K由諧振器電耦合及磁耦合強度的和決定，外部Q值和耦合系數K共同決定了通帶帶寬。通過調節(jié)上述所指出的諧振器長度，源負載耦合，磁電耦合，本實施例獲得了所需的通帶和阻帶特性。下面對本實施例的各項參數描述如下(僅作為實例，本發(fā)明的實施不限于此): 如圖 2 所不，LI 為 0.4mm，L2 為 1012 mm，L4 為 0.65mm，L5 為 0.5mm，L7 為 0.6mm，L8
為 1.27mm, Wl 為 0.lmm, W2 為 0.1mm ;如圖 3 和圖 5 所示，LlO 為 0.154mm, Lll 為 0.3mm,L12 為 0.4mm, L13 為 1.8mm, L14 為 1.45mm, L15 為 0.34mm, L16 為 1.57mm, L17 為 0.44mm,W4和W6 —樣為0.2mm, W3為0.23mm, W5為0.36mm ;第一層介質厚度為0.15mm,第二層介質厚度為0.3mm,第三層介質厚度為0.15mm,第四層介質厚度為0.1_。導體層采用的是金屬銀，介質基板材料為陶瓷，相對介電常數Er為7.6，介質損耗正切tan為0.005,整個器件體積為 3.2mm X 2.8mm X 0.7mm。該濾波器的響應結果如圖6所示，圖中包含兩條曲線S (1，2)、S (2，1)，由于濾波器結構的對稱性，濾波器的另外兩條響應曲線S (2，2)和S (1，2)分別與S (1,2), S (2，I)相同，該濾波器工作于2.4Ghz,通帶最小插入損耗為1.8dB,通帶內回波損耗約為30dB,緊靠在通帶上邊頻和通帶下邊頻處各有一個傳輸零點，使得該濾波器的具有非常好的選擇性，在6.4Ghz和9.1Ghz處有兩個傳輸零點，有效地抑制了阻帶，在2.6Ghz到9.4Ghz之間阻帶全部抑制在_25dB以下，可見，該濾波器具有非常好的選擇性和寬阻帶抑制性，同時具有較好的帶內特性。綜上，本發(fā)明提供的基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶LTCC帶通濾波器具有體積小，寬阻帶，插損小的優(yōu)異性能，可加工為貼片元件，易于與其他電路模塊集成，可廣泛應用于無線通訊系統(tǒng)的射頻前端中。以上所描述是實施例是本發(fā)明中的一個較好的實施例，并不用以限制本發(fā)明?；诒景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下，基于本發(fā)明所作的任何修改，等同替換，改進所獲得的其他實施例，都屬于本發(fā)明實施例的保護范圍。
權利要求
1.基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶LTCC帶通濾波器，其特征在于包括四層介質基板和四層導體層，四層介質基板從上到下依次為第一介質板(I)、第二介質板(2)、第三介質板(3)和第四介質板(4)，所述的四層介質基板均為LTCC陶瓷介質基板；所述第一導體層印制于第一介質基板(I)上表面，第二導體層印制于第二介質基板(2)上表面,第三導體層印制于第三介質基板(3)上表面，第四導體層印制于第四介質基板(4)上表面；所述印制采用LTCC印刷工藝。
2.根據權利要求1所述的基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶LTCC帶通濾波器，所述第一導體層由一對結構相同的饋電結構組成，這對結構相同的饋電結構呈鏡像對稱，每一個饋電結構包括一塊饋電貼片(5)、一個CPW饋電口(6)和一個L型金屬微帶線(7)，L型金屬微帶線(7)連接在饋電貼片(5)靠近前述鏡像對稱中心的一側，并與對稱中心另一側的L型金屬微帶線(7)構成源負載耦合，源負載耦合在濾波器通帶左邊產生了一個傳輸零點；CPW饋電口通過接地金屬化過孔(11)連接到第三導體層(9 )。
3.根據權利要求1所述的基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶LTCC帶通濾波器，其特征在于第二導體層和第四導體層上分布有兩個四分之一波長諧振器；每個四分之一波長諧振器均有一部分位于第二導體層，另一部分位于第四導體層上，這兩部分通過第二金屬化過孔(13)相連，金屬化過孔(13)穿過位于第三導體層上的開孔(14)，且金屬化過孔(13)不與第三導體層直接接觸；四分之一波長諧振器的短路端位于第二導體層且通過第一金屬化過孔(12)連接到第三導體層；所述兩個四分之一波長諧振器在第二導體層和第四導體層上均呈鏡像對稱分布，位于同一導體層上的四分之一波長諧振器部分通過邊耦合產生磁電耦合，四分之一波長諧振器在第二導體層上的耦合部分為諧振器短路端，以磁耦合為主；四分之一波長諧振器在第四導體層上的耦合部分為諧振器開路端，以電耦合為主。
4.根據權利要求3所述的基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶LTCC帶通濾波器，所述第三導體層為金屬地板(9)，第三導體層上有兩個開孔(14)供所述金屬化過孔(13)穿過，并且金屬化過孔(13)和金屬地板之間留有間隙。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于磁電耦合抵消技術的寬阻帶LTCC帶通濾波器，包括兩個四分之一波長諧振器，金屬地板和一對饋電結構。諧振器和饋電貼片分布在四層導體層上。第一層是有大塊饋電貼片和CPW饋電口的饋電層，第二層和第四層分布兩個四分之一波長諧振器，第三層是接地層。饋電貼片采用寬邊耦合的方式將能量傳輸到諧振器上。諧振器之間通過邊耦合傳輸能量，兩個諧振器之間同時存在磁耦合和電耦合，距離接地端較近區(qū)間的耦合以磁耦合為主，諧振器的開路端附近區(qū)間的耦合以電耦合為主，調節(jié)磁耦合及電耦合的強度可以方便地調節(jié)濾波器傳輸零點的位置。本發(fā)明具有多傳輸零點，選擇性和阻帶抑制性能優(yōu)良，結構緊湊。
文檔編號H01P1/203GK103187603SQ20131009683
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權日2013年3月25日
發(fā)明者章秀銀, 代鑫, 蔡澤煜, 胡斌杰 申請人:華南理工大學