本發(fā)明涉及可應(yīng)用于射頻前端電路中的濾波開關(guān)，具體涉及一種基于耦合控制的LTCC濾波開關(guān)。

背景技術(shù)：

在工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域，有源和無源器件有著各種各樣的需求。如濾波器、功分器、耦合器和振蕩器等等。在設(shè)計(jì)射頻前端的時(shí)候，常常需要將各種器件級聯(lián)起來，這時(shí)可能會差生各部件之間不匹配，插損增大等問題。而融合設(shè)計(jì)的方法可以有效的克服這些問題。

開關(guān)和濾波器都是射頻前端的重要組成部分。他們在移動通信，高速無線局域網(wǎng)，遙感測繪等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)的設(shè)計(jì)常常需要抑制帶外噪聲。在射頻前端的設(shè)計(jì)中，開關(guān)常常會和濾波器級聯(lián)。這樣的話，系統(tǒng)總的插損是開關(guān)和濾波器的插損之和。因此，用級聯(lián)的方法搭建系統(tǒng)，插損會比較大，而且隔離也只能通過調(diào)節(jié)晶體管或者二極管來實(shí)現(xiàn)，通常隔離不會大于30 dB。克服這些問題的方法之一，就是采用融合設(shè)計(jì)的方法，用濾波開關(guān)來代替這兩個(gè)器件的級聯(lián)系統(tǒng)，在減小插損的同時(shí)，還可以利用濾波器的特性來增大隔離。濾波開關(guān)的設(shè)計(jì)中，常用低頻或直流信號對濾波電路的部分參數(shù)進(jìn)行改變，從而控制濾波器的通斷。濾波開關(guān)可以將濾波器和開關(guān)集成到一起，從而縮小了體積，降低了插損。因此，將開關(guān)和濾波器集成在一起的濾波開關(guān)有著很高的應(yīng)用價(jià)值。

低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)，是一種將多層金屬導(dǎo)體埋入陶瓷基板中構(gòu)成電路的技術(shù)。它能夠極大的縮小電路的體積，并且將平面電路的設(shè)計(jì)擴(kuò)展到三維空間中個(gè)，擁有更高的設(shè)計(jì)自由度。LTCC在小型化器件的生成加工中有著廣泛的應(yīng)用，如LTCC濾波器，LTCC濾波巴倫等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上提到的射頻器件小型化與結(jié)構(gòu)復(fù)雜之間的設(shè)計(jì)矛盾，本發(fā)明提供了一種基于耦合控制的LTCC濾波開關(guān)。該雙工器采用低溫共燒陶瓷技術(shù)，即LTCC技術(shù)，在多個(gè)金屬層上設(shè)計(jì)電路。LTCC多層結(jié)構(gòu)的雙工器除了具有小型化、輕量化的優(yōu)點(diǎn)，還具有成本低，有利于批量生產(chǎn)，良好的高頻性能等傳統(tǒng)微帶雙工器沒有的特點(diǎn)。

本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種基于耦合控制的LTCC濾波開關(guān)，融合了濾波器與開關(guān)的功能，該基于耦合控制的LTCC濾波開關(guān)分布于十二層金屬層上，包括第一諧振器，第二諧振器，第一饋電線，第二饋電線，輸入端口，輸出端口，四層地板，PIN管以及PIN管的偏置電路；第一饋電線與第一諧振器形成上下層的寬邊耦合，第一諧振器與第二諧振器相互靠近形成耦合，第二諧振器與第二饋電線形成上下層的寬邊耦合，因而形成一個(gè)濾波網(wǎng)絡(luò)；PIN管及PIN管的偏置電路與第一饋電線位于第十二層的一個(gè)末端和第二饋電線位于第十二層的一個(gè)末端連接上。

進(jìn)一步地，所述第一諧振器在LTCC金屬層上設(shè)置為對稱結(jié)構(gòu)，分布在第二導(dǎo)體層、第五導(dǎo)體層、 第六導(dǎo)體層、 第七導(dǎo)體層、第八導(dǎo)體層 和第十導(dǎo)體層上，第一諧振器由第二十九帶狀線、 第二十五帶狀線、第二十一帶狀線、第十三帶狀線、第五帶狀線、第十七帶狀線、第一帶狀線、第十九帶狀線、第七帶狀線、第十五帶狀線、第二十三帶狀線、第二十七帶狀線和第三十三帶狀線依次連接而成；所述的第一饋電線和第二饋電線分布在第三導(dǎo)體層、第六導(dǎo)體層和第十導(dǎo)體層上，且相互對稱，第一饋電線由第三十一帶狀線、第九帶狀線、第三帶狀線和第十一帶狀線依次連接而成。

進(jìn)一步地，PIN管及PIN管的偏置電路連接在第一饋電線的一個(gè)末端和第二饋電線的一個(gè)末端上；第一饋電線和第二饋電線的末端中，除了連接PIN管及PIN管的偏置電路的末端外，其余的連接到地板，設(shè)置為短路端；并且第一饋電線的第三十一帶狀線和第二饋電線的第三十二帶狀線的長度設(shè)置為能抵消PIN管及PIN管的偏置電路所帶來的電容效應(yīng)，用來提高關(guān)狀態(tài)下的隔離效果。

進(jìn)一步地，第一諧振器和第二諧振器均為半波長諧振器，位于該兩個(gè)半波長諧振器兩端的第二十九帶狀線、第三十帶狀線(50)、第三十三帶狀線和第三十四帶狀線的末端進(jìn)行彎折，使得這四條帶狀線的開路端不參與耦合，用來產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，增強(qiáng)帶外抑制特性。

進(jìn)一步地，所述的第一諧振器和第二諧振器的長度為工作通帶中心頻率所對應(yīng)的波導(dǎo)波長的一半。

進(jìn)一步地，所述的四層地板分布于第一導(dǎo)體層、第四導(dǎo)體層、第九導(dǎo)體層和第十一導(dǎo)體層上。

進(jìn)一步地，所述的PIN管及PIN管的偏置電路焊接于整個(gè)LTCC濾波開關(guān)的最上層即第十二導(dǎo)體層上。

進(jìn)一步地，通過控制PIN管的通斷，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)饋電線與兩個(gè)諧振器之間耦合系數(shù)的控制，從而控制濾波器的通斷；輸入端口和輸出端口設(shè)置在饋電線的中間部位上，用來實(shí)現(xiàn)開與關(guān)狀態(tài)的耦合控制；器件對半波長諧振器開路端進(jìn)行彎折，使諧振器末端不參與耦合，用來產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，增強(qiáng)帶外抑制；利用LTCC的多層特性，兩個(gè)饋電線與兩個(gè)諧振器之間通過寬邊耦合，在導(dǎo)通狀態(tài)下獲得更強(qiáng)的耦合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明用控制耦合系數(shù)的方式改變?yōu)V波器的通斷，與傳統(tǒng)的濾波器級聯(lián)開關(guān)相比，具有更小的體積；同時(shí)本發(fā)明采用了LTCC多層結(jié)構(gòu)工藝制造，進(jìn)一步使器件結(jié)構(gòu)更加緊湊；以上兩種特征顯著地減小了器件的體積；

2.本發(fā)明使用選擇性耦合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對濾波器開關(guān)的通斷，使得濾波器導(dǎo)通時(shí)插損不受影響，而斷開時(shí)有很高的抑制。

3.本發(fā)明采用融合設(shè)計(jì)的方法將兩個(gè)器件融合為一個(gè)器件，有效的減小了插損。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)分層示意圖；

圖2是本發(fā)明的第一導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖3是本發(fā)明的第二導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖4是本發(fā)明的第三導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖5是本發(fā)明的第四導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖6是本發(fā)明的第五導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖7是本發(fā)明的第六導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖8是本發(fā)明的第七導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖9是本發(fā)明的第八導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖10是本發(fā)明的第九導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖11是本發(fā)明的第十導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖12是本發(fā)明的第十一導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖13是本發(fā)明的第十二導(dǎo)體層俯視示意圖；

圖14是本發(fā)明的LTCC濾波開關(guān)實(shí)施例的導(dǎo)通時(shí)的頻率響應(yīng)特性曲線圖。

圖15是本發(fā)明的LTCC濾波開關(guān)實(shí)施例的斷開時(shí)的頻率響應(yīng)特性曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對本實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹。下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

如圖1和圖2所示，第一導(dǎo)體層1是一塊金屬地板和兩個(gè)端口連接貼片。

如圖1和圖3所示，第二導(dǎo)體層2是第一帶狀線21和第二帶狀線22組成。第一帶狀線21和第二帶狀線22通過彎折減小體積。

如圖1和圖4所示，第三導(dǎo)體層3是第三帶狀線23和第四帶狀線24組成。第三導(dǎo)體層3是第三帶狀線23和第四帶狀線24分別與第二導(dǎo)體層2是第一帶狀線21和第二帶狀線22耦合，通過改變耦合部分的長度可以控制饋電的強(qiáng)弱。濾波器的饋電端口在第三帶狀線23和第四帶狀線24的中點(diǎn)。

如圖1和圖5所示，第四導(dǎo)體層4是一塊金屬地。第四導(dǎo)體層4上的方形開孔，用來被金屬化過孔通過。

如圖1和圖6所示，第五導(dǎo)體層5是第五帶狀線25、第六帶狀線26、第七帶狀線27和第八帶狀線28組成。

如圖1和圖7所示，第六導(dǎo)體層6是第九帶狀線29、第十帶狀線30、第十一帶狀線31、第十二帶狀線32組成、第十三帶狀線33、第十四帶狀線34、第十五帶狀線35和第十六帶狀線36組成。

如圖1和圖8所示，第七導(dǎo)體層7是第十七帶狀線37、第十八帶狀線38、第十九帶狀線39、第二十帶狀線40組成、第二十一帶狀線41、第二十二帶狀線42、第二十三帶狀線43和第二十四帶狀線44組成。

如圖1和圖9所示，第八導(dǎo)體層8是第二十五帶狀線45、第二十六帶狀線46、第二十七帶狀線47和第二十八帶狀線48組成。。

如圖1和圖10所示，第九導(dǎo)體層9是一塊金屬地板，上面的方形開孔，用來被金屬化過孔通過。

如圖1和圖11所示，第十導(dǎo)體層10是第二十九帶狀線49、第三十帶狀線50、第三十一帶狀線51、第三十二帶狀線52組成、第三十三帶狀線53、第三十四帶狀線54組成。

如圖1和圖12所示，第十一導(dǎo)體層11是一塊金屬地板，上面的方形開孔，用來被金屬化過孔通過。

如圖1和圖13所示，第十二導(dǎo)體層12邊緣是金屬地，上面有6個(gè)金屬貼片，用來焊接電感，電容和二極管等集總原件，PIN管及PIN管的偏置電路焊接于整個(gè)器件的最上層第十二導(dǎo)體層上12，圖中用本領(lǐng)域常用的二極管、電容和電感符號表示。

如圖1所示，一種基于耦合控制的LTCC濾波開關(guān)，融合了濾波器與開關(guān)的功能，濾波開關(guān)通過控制PIN管的通斷，實(shí)現(xiàn)饋電線與諧振器之間耦合系數(shù)的控制，從而控制濾波器的通斷；輸入端口和輸出端口設(shè)置在饋電線的中間部位上，用來實(shí)現(xiàn)開與關(guān)狀態(tài)的耦合控制；器件對半波長諧振器開路端進(jìn)行彎折，使諧振器末端不參與耦合，用來產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，增強(qiáng)帶外抑制；器件利用LTCC的多層特性，饋電線與諧振器之間寬邊耦合，在導(dǎo)通狀態(tài)下獲得更強(qiáng)的耦合。

本實(shí)施例中，濾波開關(guān)的中心頻率由半波長諧振器長度決定，終端短路的饋電線與半波長諧振器選擇性耦合；在二極管截止時(shí)，饋電線和半波長諧振器正常耦合，濾波器導(dǎo)通；在二極管導(dǎo)通時(shí)，饋電線與半波長諧振器之間耦合系數(shù)為0，濾波器斷開。根據(jù)以上分析，本實(shí)施例獲得了所需的濾波開關(guān)。

作為舉例，下面對本實(shí)施例的各項(xiàng)參數(shù)描述如下：

如圖2至圖13所示，L₁至L₂₅標(biāo)明了本實(shí)施例的各尺寸長度，具體如下：L₁=4.4mm，L₂=4.2mm，L₃=7.9mm，L₄=6.8mm，L₅=6.2mm，L₆=3.7mm，L₇=1.8mm，L₈=4.15mm，L₉=7.2mm，L₁₀=2.0mm。本案例中所述的帶狀線所采用的寬度均為W等于0.2mm；每層介質(zhì)基板的厚度為0.1mm，可由多層疊成不同的高度，導(dǎo)體層采用的是金屬銀作材料，介質(zhì)基板為陶瓷，相對介電常熟Er為5.9，介質(zhì)損耗正切角為0.002，整個(gè)器件體積為4.4mm*4.2mm*2mm，具有小型化的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖14和圖15所示，圖中包含濾波開關(guān)導(dǎo)通和斷開狀態(tài)下的S₁₁和S₂₁兩條曲線，該LTCC濾波開關(guān)工作于1.4 GHz，在導(dǎo)通狀態(tài)下，通帶內(nèi)插入損耗約為2.33 dB,回波損耗大于20 dB，帶外抑制大于20 dB。在斷開狀態(tài)下，LTCC濾波開關(guān)在通帶附近范圍內(nèi)有大于47 dB的抑制。可見該LTCC濾波開關(guān)在導(dǎo)通時(shí)具有很好的濾波響應(yīng)，在斷開時(shí)有很高的抑制效果。

綜上，本發(fā)明提供了一種基于耦合控制的LTCC濾波開關(guān)，具有體積小，插損小，濾波效果好，斷開狀態(tài)抑制高的優(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(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的射頻前端中。

以上所描述的實(shí)施例是本發(fā)明中的一個(gè)教好的實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下，基于本發(fā)明所做的任何修改，等同替換，改進(jìn)所獲得的其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。