Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器

摘要

本发明涉及一种Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器，包括适用于表面贴装的输入/输出接口；采用两层折叠耦合带状线实现的四个并联谐振单元；一个Z字形交叉耦合电路；输入和输出电感，上述结构均采用多层低温共烧陶瓷工艺技术实现。本发明具有通带选择性好、带外抑制好、插损小、重量轻、体积小、可靠性高、电性能好、相位频率特性线性度好、温度稳定性好、电性能批量一致性好、成本低、可大批量生产等优点，特别适用于雷达、通信、箭载、机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持和便携终端产品中，以及对体积、重量、电性能及可靠性等有苛刻要求的相应频段系统中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器。

背景技术

随着微波毫米波通信、雷达等系统的发展，尤其是移动手持式无线通信终端、单兵卫星移动通信终端、军用与民用多模多路通信系统终端、机载、弹载、宇航通信系统中微波毫米波通信模块的不断小型化，带通滤波器作为相应波段接收和发射支路中的关键电子部件，超窄带且阻带抑制高的微型微波带通滤波器是其一个重要的发展方向。描述这种部件性能的主要技术指标有：通带工作频率范围、阻带频率范围、通带输入/输出电压驻波比、通带插入损耗、阻带衰减、形状因子、插入相移和时延频率特性、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。用常规方法设计的滤波器，如发夹型滤波器结构、谐振腔滤波器结构和同轴线滤波器结构等均存在体积和插入损耗较大的缺点，对于要求苛刻的应用场合往往无法使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定、相位频率特性线性变化的超窄带低损耗高抑制微型微波带通滤波器。

实现本发明目的的技术方案是：一种Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器，包括表面贴装的50欧姆阻抗输入端口、输入电感、第一级并联谐振单元、第一电磁耦合电路、第二级并联谐振单元、第二电磁耦合电路、第三级并联谐振单元、第三电磁耦合电路、第四级并联谐振单元、第四电磁耦合电路、输出电感、表面贴装的50欧姆阻抗输出端口和接地端，输入端口与输入电感连接，输出端口与输出电感连接，该输出电感与输入电感之间并联第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元和第四级并联谐振单元，在第一级并联谐振单元与第二级并联谐振单元之间串联第一电磁耦合电路；第二级并联谐振单元与第三级并联谐振单元之间串联第二电磁耦合电路；第三级并联谐振单元与第四级并联谐振单元之间串联第三电磁耦合电路；第一和第四级并联谐振单元与Z字形交叉耦合带状线之间串联第四电磁耦合电路；所述的第一级并联谐振单元、第二级并联谐振单元、第三级并联谐振单元和第四级并联谐振单元分别接地。

与现有技术相比，由于本发明采用低损耗低温共烧陶瓷材料和三维立体集成以及立体折叠带状线实现并联谐振单元和电磁耦合电路，所带来的显著优点是：(1)通带内损耗低、带外抑制高；(2)相对带宽小，超窄带；(3)体积小、重量轻、可靠性高；(4)电性能优异，相位频率特性线性变化；(5)电性能温度稳定性高；(6)电路实现结构简单；(7)电性能一致性好，可实现大批量生产；(8)成本低；(9)使用安装方便，可以使用全自动贴片机安装和焊接；(10)特别适用于火箭、机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信手持终端中，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的通信系统中。

附图说明

图1是本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器的电原理图。

图2是本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器的外形及内部结构示意图。

图3是本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器的并联谐振单元结构示意图。

图4是本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器三维全波仿真性能曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2、图3，本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器，包括表面贴装装的50欧姆阻抗输入端口P1、输入电感L5、第一级并联谐振单元L1、C1，第一电磁耦合电路L12、C12，第二级并联谐振单元L2、C2，第二电磁耦合电路L23、C23，第三级并联谐振单元L3、C3，第三电磁耦合电路L34、C34，第四级并联谐振单元L3、C3，第四电磁耦合电路L14、C14，输出电感L6，表面安装的50欧姆阻抗输出端口P2和接地端，输入端口P1与输入电感L5连接，输出端口P2与输出电感L6连接，该输出电感L6与输入电感L5之间并联第一级并联谐振单元L1、C1，第二级并联谐振单元L2、C2，第三级并联谐振单元L3、C3和第四级并联谐振单元L4、C4，在第一级并联谐振单元L1、C1与第二级并联谐振单元L2、C2之间串联第一电磁耦合电路L12、C12；第二级并联谐振单元L2、C2与第三级并联谐振单元L3、C3之间串联第二电磁耦合电路L23、C23；第三级并联谐振单元L3、C3与第四级并联谐振单元L4、C4之间串联第三电磁耦合电路L34、C34；第一级并联谐振单元L1、C1与第四级并联谐振单元L4、C4之间串联第四电磁耦合电路L14、C14；所述的第一级并联谐振单元L1、C1，第二级并联谐振单元L2、C2，第三级并联谐振单元L3、C3和第四级并联谐振单元L4、C4分别接地。

本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器，所述表面贴装的50欧姆阻抗输入端口P1的一端接输入信号，输入端口P1的另一端接输入电感L5的一端，输入电感L5的另一端分别和第一级并联谐振单元L1、C1的一端与第一电磁耦合电路L12、C12的一端连接，其中第一级并联谐振单元L1、C1由第一电感L1和第一电容C1并联而成，第一电磁耦合电路L12、C12由第一耦合电感L12和第一耦合电容C12串联而成；第一电磁耦合电路L12、C12的另一端分别与第二级并联谐振单元L2、C2和第二电磁耦合电路L23、C23的一端相连，第二级并联谐振单元L2、C2由第二电感L2和第二电容C2并联而成，第二电磁耦合电路L23、C23由第二耦合电感L23和第二耦合电容C23串联而成；第二电磁耦合电路L23、C23的另一端分别与第三级并联谐振单元L3，C3和第三电磁耦合电路L34、C34的一端相连，第三级并联谐振单元L3、C3由第三电感L3和第三电容C3并联而成，第三电磁耦合电路L34、C34由第三耦合电感L34和第三耦合电容C34串联而成；所述的第三电磁耦合电路L34、C34的另一端分别与第四级并联谐振单元L4，C4和第四电磁耦合电路L14、C14的一端相连，第四级并联谐振单元L4、C4由第四电感L4和第四电容C4并联而成；第四电磁耦合电路L14、C14由第四耦合电感L14和第四耦合电容C14串联而成；第四级并联谐振单元L4、C4的另一端与输出电感L6的一端相连，输出电感L6的另一端与输出端口P2的一端连接，输出端口P2的另一端输出信号，第一级并联谐振单元L1、C1、第二级并联谐振单元L2、C2、第三级并联谐振单元L3、C3和第四级并联谐振单元L4、C4分别接地。

结合图2、图3，本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器，输入端口P1、输入电感L5、第一级并联谐振单元L1、C1，第一电磁耦合电路L12、C12，第二级并联谐振单元L2、C2，第二电磁耦合电路L23、C23，第三级并联谐振单元L3、C3，第三电磁耦合电路L34、C34，第四级并联谐振单元L4、C4，第四电磁耦合电路L14、C14，输出电感L6、输出端口P2和接地端均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中输入电感L5、输出电感L6均采用分布参数的带状线实现，第一级并联谐振单元L1、C1、第二级并联谐振单元L2、C2、第三级并联谐振单元L3、C3、第四级并联谐振单元L4、C4均采用两层折叠耦合带状线实现，第一耦合电容C12、第二耦合电容C23、第三耦合电容C34、第四耦合电容C14分别采用第一并联谐振单元L1、C1与第二级并联谐振单元L2、C2，第二级并联谐振单元L2、C2与第三级并联谐振单元L3、C3之间，第三级并联谐振单元L3、C3与第四级并联谐振单元L4、C4之间，第一和第四级并联谐振单元L1、C1，L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现，第一耦合电感L12、第二耦合电感L23、第三耦合电感L34、第四耦合电感L45分别采用第一并联谐振单元L1、C1与第二级并联谐振单元L2、C2、第二级并联谐振单元L2、C2与第三级并联谐振单元L3、C3之间、第三级并联谐振单元L3、C3与第四级并联谐振单元L4、C4之间、第一和第四级并联谐振单元L1、C1，L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现。

结合图2、图3，本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器，第一级并联谐振单元L1、C1，第二级并联谐振单元L2、C2，第三级并联谐振单元L3、C3，第四级并联谐振单元L4、C4采用分布参数两层折叠耦合带状线结构实现，其中每层带状线一端悬空，另一端接地。

本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器，第一电磁耦合电路L12、C12中，第一耦合电感L12采用第一并联谐振单元L1、C1和第二并联谐振单元L2、C2之间空间耦合和分布参数电感实现，第一耦合电容C12采用第一并联谐振单元L1、C1和第二并联谐振单元L2、C2之间空间耦合和分布参数电容实现；第二电磁耦合电路L23、C23中，第二耦合电感L23采用第二并联谐振单元L2、C2和第三并联谐振单元L3、C3之间空间耦合和分布参数电感实现，第二耦合电容C23采用第二并联谐振单元L2、C2和第三并联谐振单元L3、C3之间空间耦合和分布参数电容实现；第三电磁耦合电路L34、C34中，第三耦合电感L34采用第三并联谐振单元L3、C3和第四并联谐振单元L4、C4之间空间耦合和分布参数电感实现，第三耦合电容C34采用第三并联谐振单元L3、C3和第四并联谐振单元L4、C4之间空间耦合和分布参数电容实现；第四电磁耦合电路L14、C14中，第四耦合电感L14采用第一和第四级并联谐振单元L1、C1和L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电感实现，第四耦合电容C14采用第一和第四级并联谐振单元L1、C1和L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间空间耦合和分布参数电容实现。

本发明Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器，其工作原理简述如下：输入的宽频带微波信号经输入端口P1通过输入电感L5到达第一级并联谐振单元L1、C1，第一电感L1和第一电容C1相连接的一端及第一电磁耦合电路L12、C12的一端，在第一级并联谐振单元L1、C1的一端，所述的宽频带微波信号中，在第一并联谐振单元谐振频率附近的微波信号进入第一级并联谐振单元L1、C1与第二级并联谐振单元L2、C2之间第一电磁耦合电路L12、C12，其余非第一并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第一级并联谐振单元L1、C1中的第一电感L1和第一电容C1接地，实现第一级滤波。第一电磁耦合电路L12、C12的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第一零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第一零点附近的微波频率信号通过第一电磁耦合电路L12、C12中的第一耦合电感L12和第一耦合电容C12到达第二级并联谐振单元L2、C2中。第二电感L2和第二电容C2相连接的一端及第二级并联谐振单元L2、C2与第三级并联谐振单元L3、C3之间第二电磁耦合电路L23、C23的一端，经过第一级滤波和第一电磁耦合电路L12、C12的微波信号，在第二并联谐振单元L2、C2谐振频率附近的微波信号进入第二电磁耦合电路L23、C23，其余非第二并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第二级并联谐振单元L2、C2中的第二电感L2和第二电容C2接地，实现第二级滤波。第二电磁耦合电路L23、C23的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第二零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第二零点附近的微波频率信号通过第二电磁耦合电路L23、C23中的第二耦合电感L23和第二耦合电容C23到达第三级并联谐振单元L3、C3中的第三电感L3和第三电容C3相连接的一端及第三电磁耦合电路L34、C34的一端，经过第一级、第二级滤波和第一电磁耦合电路L12、C12，第二电磁耦合电路L23、C23的微波信号，在第三并联谐振单元L3、C3谐振频率附近的微波信号进入第三级并联谐振单元L3、C3与第四级并联谐振单元L3、C3之间第三电磁耦合电路L34、C34，其余非第三并联谐振单元L34、C34谐振频率附近的微波信号通过第三级并联谐振单元L3、C3中的第三电感L3和第三电容C3接地，实现第三级滤波。第三电磁耦合电路L34、C34的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第三零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，非第三零点附近的微波频率信号通过第三电磁耦合电路L34、C34中的第三耦合电感L34和第三耦合电容C34到达第四级并联谐振单元L4、C4中第四电感L4和第四电容C4相连接的一端及第一级并联谐振单元L1、C1和第四级并联谐振单元L4、C4与Z字形交叉耦合带状线之间第四电磁耦合电路L14、C14的一端，经过第一级、第二级、第三级滤波和第一、第二、第三电磁耦合电路的微波信号，在第四并联谐振单元L4、C4谐振频率附近的微波信号进入第四电磁耦合电路L14、C14。第四电磁耦合电路L14、C14的并联谐振频率附近的阻带微波信号，即第四零点频率附近微波信号，因呈现高阻抗被抑制，第四并联谐振单元L4、C4谐振频率附近的微波信号与非第四零点附近的微波频率信想加之后通过输出电感L6接表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2的一端，其余非第四并联谐振单元谐振频率附近的微波信号通过第四级并联谐振单元L4、C4中的第四电感L4和第四电容C4接地，实现第四级滤波。经过第一级滤波、第二级滤波、第三级滤波、第四级滤波，第一电磁耦合电路L12、C12，第二电磁耦合电路L23、C23，第三电磁耦合电路L34、C34，第四电磁耦合电路L14、C14的微波信号，通过表面贴装的50欧姆阻抗输出端口P2的另一端输出，从而实现KU波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波功能。

Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器由于是采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，从而使体积大幅减小。

Ku波段超窄带低损耗高抑制微型带通滤波器实施体积为2.6mm×1.1mm×1.1mm。该滤波器带宽为200MHz，仿真滤波器通带内插入损耗均小于3.5分贝，低阻带抑制优于-35分贝，高阻带抑制优于-30分贝，具有良好的滤波器性能。