基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器

摘要

本发明涉及一种基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器，包括一个适用于表面贴装的50欧姆阻抗输入接口、两个适用于表面贴装的75欧姆阻抗输出接口、用带状线和两个内置电阻实现的匹配级、采用带状线实现的四个并联谐振级、输入输出电感，上如结构均采用多层LTCC工艺和三维立体封装集成设计，显著减小了尺寸。本发明频带为S波段。该技术具有覆盖频段广、插入损耗值小、输入输出驻波比低、成本低、可靠性好、温度稳定性好、电性能批量一致性好。适应于大批量生产等优点。特别适用于各频段雷达、天线、通信、箭载、机载、弹载、单兵移动通信中断等无线通信手持和便携终端产品中，在未来高速率数据无线通信具有广阔应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于微波毫米波技术领域，涉及一种应用于微波毫米波电路的混合式LTCC微型带通平衡滤波器，尤其涉及一种基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器。 

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，系统设计对于电路小型化的要求也越来越高，为了进一步减小滤波器的尺寸和提高滤波器的性能，近年来发展起来一种LTCC（低温共烧陶瓷）技术，有效地解决了传统滤波器设计难以满足小型化和高性能要求这一问题。低温共烧陶瓷（LTCC）技术采用多层结构，将无源器件埋在陶瓷材料中，获得所需要模块组件。LTCC技术在成本、集成封装、布线线宽和线间距、低阻抗金属化、设计多样性和灵活性及高频性能等方面都显现出众多优点，已成为无源集成的主流技术。 

平衡滤波器主要应用于蓝牙耳机、802.11b/g/n无限局域网模块、Wi-Fi、GPS、FM广播等无限接收产品的射频前端，提供重要的功能包括天线（接收与辐射电磁波），滤波器（通带频率选择与抑制干扰），平衡器（阻抗与讯号转换）等，平衡滤波器可以高效地抑制环境噪声和内部有源器件产生的噪声，因而具有优越的电磁兼容特性，随着集成电路的飞速发展，对平衡器件的需求会更加迫切。 

目前国内外对于平衡滤波器研究取得一定成果，在保证应有的滤波特性，同时能够有效抑制共模噪声。大多数平衡滤波器是通过一个但端口滤波器和两个巴伦结构来实现，但是缺点为面积巨大，而三个端口匹配效果较差。 

发明内容

本发明的目的在于提供通带损耗较低、结构简单、体积小、成本低、使用较为方便的基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器。 

    实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口、输入电感、第一带状线、第二带状线、第三带状线、第四带状线、第五带状线、第六带状线、第七带状线、第八带状线、第九带状线、第十带状线、第十一带状线、第十二带状线、Z型级间耦合带状线1、Z型级间耦合带状线2、谐振匹配连接带状线1、谐振匹配连接带状线2、金属化通孔1、金属化通孔2、金属化通孔3、金属化通孔4、金属化通孔5、金属化通孔6、内置电阻1、内置电阻2、第一输出电感、第二输出电感、匹配带状线、第一输出端口、第二输出端口。 

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）结构简单；（2）体积尺寸小、可靠性强；（3）器件电性能良好，插入损耗小；（4）工艺上易于实现，相对与普通波导平衡滤波器，由于采用LTCC技术使得本发明加工制造难度大大降低；（5）生产成本降低；（6）拥有匹配级，使得本平衡滤波器性能比一般平衡滤波器优越很多。 

附图说明

图1为本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器的结构图。 

图2为本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器的结构俯视图。 

图3为本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器的结构侧视图。 

图4为本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器的幅频特性曲线。 

图5为本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器的相位特性曲线。 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

    结合图1、图2、图3，本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器，包括表面安装的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感Lin、第一带状线T1、第二带状线T2、第三带状线T3、第四带状线T4、第五带状线T5、第六带状线T6、第七带状线T7、第八带状线T8、第九带状线T9、第十带状线T10、第十一带状线T11、第十二带状线T12、Z型级间耦合带状线1（O1）、Z型级间耦合带状线2（O2）、谐振匹配连接带状线1（L1）、谐振匹配连接带状线2（L2）、金属化通孔1（V1）、金属化通孔2（V2）、金属化通孔3（V3）、金属化通孔4（V4）、金属化通孔5（V5）、金属化通孔6（V6）、内置电阻1（R1）、内置电阻2（R2）、第一输出电感Lout1、第二输出电感Lout2、匹配带状线Tlin、第一输出端口P2、第二输出端口P3。 

结合图1、图2、图3，本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器，包括第一带状线T1、第二带状线T2和第三带状线T3构成并联谐振级1；第四带状线T4、第五带状线T5和第六带状线T6构成并联谐振级2；第七带状线T7、第八带状线T8和第九带状线T9构成并联谐振级3;第十带状线T10、第十一带状线T11和第十二带状线T12构成并联谐振级4。谐振匹配连接带状线1（L1）、谐振匹配连接带状线2（L2）、金属化通孔1（V1）、金属化通孔2（V2）、金属化通孔3（V3）、金属化通孔4（V4）、金属化通孔5（V5）、金属化通孔6（V6）、内置电阻1（R1）、内置电阻2（R2）、匹配带状线（Tlin）构成了匹配电路。并联谐振级1中，第一带状线T1、第二带状线T2和第三带状线T3均为一端接地，令一端短路，其中第一带状线T1和第三带状线T3的接地端与第二带状线T2的接地端相反；并联谐振级2中，第四带状线T4、第五带状线T5和第六带状线T6均为一端接地，令一端短路，其中第四带状线T4和第六带状线T6的接地端与第五带状线T5的接地端相反；并联谐振级3中，第七带状线T7、第八带状线T8和第九带状线T9均为一端接地，令一端短路，其中第七带状线T7和第九带状线T9的接地端与第八带状线T8的接地端相反；并联谐振级4中，第十带状线T10、第十一带状线T11和第十二带状线T12均为一端接地，令一端短路，其中第十带状线T10和第十二带状线T12的接地端与第十一带状线T11的接地端相反；第一带状线T1、第三带状线T3、第四带状线T4、第六带状线T6、第七带状线T7、第八带状线T8、第十带状线T10、第十二带状线T12的接地端为同一接地端，第二带状线T2、第五带状线T5、第八带状线T8、第十一带状线T11的接地端为同一接地端。Z型级间耦合带状线1（O1）和Z型级间耦合带状线2（O2）均为两端分别接地。 

结合图1、图2、图3，本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器，包括金属化通孔1（V1）两端分别与谐振匹配连接带状线1（L1）和第一输出电感（Lout1）相连接；金属化通孔2（V2）两端分别与匹配带状线（Tlin）和第一输出电感（Lout1）相连接；金属化通孔3（V3）两端均与匹配带状线（Tlin）相连接，起到连接作用；金属化通孔4（V4）两端两端均与匹配带状线（Tlin）相连接，起到连接作用；金属化通孔5（V5）两端分别与匹配带状线（Tlin）和第二输出电感（Lout2）相连接；金属化通孔6（V6）两端分别与谐振匹配连接带状线2（L2）和第二输出电感（Lout2）相连接。 

   本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器的工作原理如下：输入的宽频带微波信号经输入端口P1通过输入电感Lin到达第一并联谐振级，所述的宽频带微波信号中，在第一并联谐振级谐振附近的微波信号进入第一并联谐振级T1、T2、T3中，其余非第一并联谐振级谐振附近的微波信号一部分通过T1、T2、T3接地，实现第一级滤波，另一部分通过耦合的方式，进入第二并联谐振级。在第二并联谐振级附近的微波信号进入第二并联谐振级T4、T5、T6中，其余非第二并联谐振级附近的微波信号一部分通过T4、T5、T6接地，实现第二级滤波，另一部分通过耦合的方式，进入第三并联谐振级。在第三并联谐振级附近的微波信号进入第三并联谐振级T7、T8、T9中，其余非第三并联谐振级附近的微波信号一部分通过T7、T8、T9接地，实现第三极滤波，另一部分通过耦合的方式，进入第四并联谐振级。在第四并联谐振级附近的微波信号进入第四并联谐振级T10、T11、T12中，其余非第四并联谐振级附近的微波信号一部分通过T10、T11、T12接地，实现第四极滤波，另一部分分别通过谐振匹配连接带状线1（L1）和谐振匹配连接带状线2（L2）将微波信号输入到匹配电路中。 

     结合图1、图2、图3，本发明基于LTCC的S波段高性能微型带通平衡滤波器的匹配电路中，由内置电阻1（R1）、内置电阻2（R2）、匹配带状线（Tlin）构成了匹配电路，通过调节内置电阻1（R1）和内置电阻2(R2)的大小，能够有效的提高平衡滤波器的性能，使驻波系数减小，实现三个端口的阻抗匹配。本技术可以适用于各种频率。在完成匹配后，微波信号又分别通过输出电感1(Lout1)和输出电感2(Lout2)到达输出端口P2和输出端口P3。 

    本发明基于LTCC的E波段高抑制微型带通滤波器的尺寸仅为4.2mm×2.5mm×1.5mm。其性能可从图4和图5看出，通带带宽为3.8GHz~4.2GHz，带内最小插入损耗为5.9dB，回波损耗优于14dB。在通带内相位差大于175°，能够很好的完成平衡输出的要求。