一种基于LTCC的无反射高通滤波器的制作方法

一种基于ltcc的无反射高通滤波器
技术领域
1.本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种基于ltcc的无反射高通滤波器。


背景技术：

2.滤波器具有筛选固定频率信号的功能，其被广泛地应用在通信与射频系统中。根据滤波器阻带信号的处理方式，可以分为反射式滤波器和无反射式滤波器，其中反射式滤波器的阻带信号反射回信号输入端，无反射式滤波器则通过一定电路结构对反射信号进行吸收消耗。相比于传统反射式滤波器的成熟研究与设计，无反射滤波器的研究还很少，国内更是缺乏相关的研究与设计。
3.在许多实际应用中，如混频器对所有带外端的信号变化非常敏感；高增益放大器的稳定性受封装环境下的带外信号反馈的影响；大功率发射机的可靠性和稳定性受带外反射信号的限制。因此，需要设计一种基于ltcc的无反射高通滤波器。ltcc即低温共烧陶瓷，是一种高稳定性、高品质因数和高集成度的厚膜工艺。陶瓷材料相比于其他材料，稳定性高，介电常数变化范围大，适用于微波器件的制造。
4.现有无反射滤波器的设计有两种类型：一类是采用单终端原型滤波器作为吸收负载，以双工器或多工器的工作方式组成导纳曲线互补的不同滤波器实现通带和阻带的匹配；另一类是采用反射滤波器和两个3db定向耦合器组合，使阻带反射能量相互抵消。这两种类型的滤波器采用的元件数量多，设计过程复杂，元件体积大。
5.现有的无反射设计方案存在以下缺点：(1)采用双工器或多工器结构进行无反射高通滤波器设计，要求高低通路径对偶，相频曲线互补。其设计调试难度大，元件体积大；(2)采用反射式滤波器和两个3db定向耦合器设计无反射高通滤波器，元件数量多，体积大，且插入损耗大；(3)采用基于ipd工艺的对称电路设计，稳定性和散热性低。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种基于ltcc的无反射高通滤波器。
7.本发明公开了一种基于ltcc的无反射高通滤波器，包括第一隔离电阻r1、第二隔离电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3，第一电容c1一端与输入端口p1连接、另一端分别与第一隔离电阻r1、第二隔离电阻r2、第三电感l3和第二电容c2的一端电连接；第一隔离电阻r1的另一端分别与第一电感l1和第三电容c3电连接；第一电感l1与所述输入端口p1连接；第三电容c3另一端分别与第二隔离电阻r2另一端和第二电感l2连接；第二电感l2和第二电容c2分别与输出端口p3连接；第三电感l3与屏蔽层sh的中部连接；屏蔽层sh的两端分别与第一接地端口p2和第二接地端口p4连接。
8.优选的，第一电感l1和第二电感l2左右对称布置，第一电容c1和第二电容c2左右对称布置，第一隔离电阻r1和第二隔离电阻r2左右对称布置，第三电感l3和第三电容c3位
于中间位置。
9.优选的，所述对称布置具有共同的对称面，第三电感l3和第三电容c3在所述对称面上左右两侧对称布置。
10.优选的，输入端口p1和输出端口p3左右分布，第一接地端口p2和第二接地端口p4前后分布；
11.第一电感l1设置在第一电容c1上侧，第二电感l2设置在第二电容c2上侧；
12.第一隔离电阻r1和第二隔离电阻r2的下侧为第三电感l3，上侧为第三电容c3；
13.第三电感l3设置在屏蔽层sh的上侧，组成层叠结构。
14.优选的，所述第一电感为第一螺旋电感l1，所述第二电感为第二螺旋电感l2；
15.第一螺旋电感l1共六层，层与层之间通过通孔连接柱连接，第一层与输入端口p1连接，第六层与第一连接线li n1连接；
16.第二螺旋电感l2共六层，层与层之间通过通孔连接柱连接，第一层与输出端口p3连接，第六层与第五连接线li n5连接；
17.第三螺旋电感l3共三层，层与层之间通过通孔连接柱连接，第一层与第二传输线t2连接，第三层与第五连接柱h5上端连接；
18.第一电容c1共三层，第一层和第三层分别与输入端口p1连接，第二层与第一传输线t1连接；
19.第二电容c2共三层，第一层和第三层分别与输出端口p3连接，第二层与第三传输线t3连接；
20.第三电容c3共两层；第一层与第二连接线lin2连接，第二层与第六连接线lin6连接；
21.第一隔离电阻r1一端与第一连接线lin1连接，另一端与第三连接线lin3连接；
22.第二隔离电阻r2一端与第五连接线lin5连接，另一端与第七连接线lin7连接；
23.屏蔽层sh一端与第一接地端口p2连接，另一端与第二接地端口p4连接；
24.其中，第一连接线lin1和第二连接线lin2通过第一连接柱h1连接，第三连接线lin3和第四连接线lin4通过第二连接柱h2连接，第五连接线lin5和第六连接线lin6通过第三连接柱h3连接，第七连接线lin7和第八连接线lin8通过第四连接柱h4连接；第一电容c1的第二层与第一传输线t1一端连接，第一传输线t1另一端连接第四连接线lin4的一端，第四连接线lin4的另一端与第二传输线t2的一端连接，第二传输线t2的另一端与第八连接线lin8连接，第八连接线lin8的另一端与第二电容c2的第二层连接；第二传输线t2中点与第三螺旋电感l3第一层连接，第三螺旋电感l3第三层与第五连接柱h5上端连接，第五连接柱h5下端与屏蔽层sh的中部连接。
25.优选的，第三电容c3的第二层与第一连接柱h1电连接；第三电容c3的第一层上设有第一通孔，第一连接柱h1穿过所述第一通孔与第三连接线lin3电连接。
26.优选的，输入端口p1和输出端口p3均为50欧姆阻抗端口。
27.优选的，输入端口p1、第一接地端口p2、输出端口p3和第二接地端口p4为外部封装引脚。
28.优选的，第一隔电阻r1和第二隔离电阻r2为内埋式结构，且第一隔电阻r1和第二隔离电阻r2阻抗为50欧姆。
29.优选的，所述无反射高通滤波器为低温共烧陶瓷件。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：基于ltcc的微波器件耐高温特性好，可承载较大的电流，ltcc工艺可制作几十层基板，将无源器件内埋，提高集成度，同时减小其他组装元件的干扰；在输入端口和输出端口分别接入电感和电阻组成电路分支，以吸收低通频段的反射信号，在输入端口和输出端口接入电容进行高频信号的传输；在通带和阻带都具有极低的反射损耗的前提下，实现元件的体积小、结构简单、稳定性好、可靠性高、耐高温、材料一致性好的特点。
附图说明
31.图1是本发明的基于ltcc的无反射高通滤波器结构示意图；
32.图2是无反射高通滤波器的俯视图；
33.图3是本发明的侧视图；
34.图4是性能测试的插入损耗和回波损耗的曲线图；
35.图5是性能测试的驻波系数曲线图。
36.图中标记说明：
37.输入端口p1、第一接地端口p2、输出端口p3、第二接地端口p4；
38.第一传输线t1、第二传输线t2、第三传输线t3、第一连接线lin1、第二连接线lin2、第三连接线lin3、第四连接线lin4、第五连接线lin5、第六连接线lin6、第七连接线lin7、第八连接线lin8、第一连接柱h1、第二连接柱h2、第三连接柱h3、第四连接柱h4、第五连接柱h5、屏蔽层sh；
39.第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一隔离电阻r1和第二隔离电阻r2。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
42.一种基于ltcc的无反射高通滤波器,如图1-3所示，包括第一隔离电阻r1、第二隔离电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3，第一电容c1一端与输入端口p1连接、另一端分别与第一隔离电阻r1、第二隔离电阻r2、第三电感l3和第二电容c2的一端电连接；第一隔离电阻r1的另一端分别与第一电感l1和第三电容c3电连接；第一电感l1与所述输入端口p1连接；第三电容c3另一端分别与第二隔离电阻r2另一端和第二电感l2连接；第二电感l2和第二电容c2分别与输出端口p3连接；第三电感l3与屏蔽层sh的中部连接；屏蔽层sh的两端分别与第一接地端口p2和第二接地端口p4连接。
43.基于ltcc的微波器件耐高温特性好，可承载较大的电流，ltcc工艺可制作几十层基板，将无源器件内埋，提高集成度，同时减小其他组装元件的干扰；在输入端口和输出端
口分别接入电感和电阻组成电路分支，以吸收低通频段的反射信号，在输入端口和输出端口接入电容进行高频信号的传输；在通带和阻带都具有极低的反射损耗的前提下，实现元件的体积小、结构简单、稳定性好、可靠性高、耐高温、材料一致性好的特点；电路结构简洁，通过调节电感和电容的组合，可实现任意频率和阻带要求的无反射滤波器。
44.本发明的无反射高通滤波器可以广泛应用于微波波段的5g移动通信、相控阵雷达、北斗导航系统等卫星通信，以及对电性能、材料一致性、热机械性、温度稳定性、工艺性和抗干扰性等高要求的系统与设备。
45.其中，第一电感l1和第二电感l2左右对称布置，第一电容c1和第二电容c2左右对称布置，第一隔离电阻r1和第二隔离电阻r2左右对称布置，第三电感l3和第三电容c3位于中间位置。上述对称布置具有共同的对称面，第三电感l3和第三电容c3在所述对称面上左右两侧对称布置。采用对称式设计，电路结构简单对称，便于设计开发。
46.输入端口p1和输出端口p3左右分布，第一接地端口p2和第二接地端口p4前后分布；第一电感l1设置在第一电容c1上侧，第二电感l2设置在第二电容c2上侧；第一隔离电阻r1和第二隔离电阻r2的下侧为第三电感l3，上侧为第三电容c3；第三电感l3设置在屏蔽层sh的上侧，组成层叠结构。
47.所述第一电感可以采用第一螺旋电感l1，所述第二电感采用第二螺旋电感l2。
48.还可以对各个部件的连接线进行优化：第一螺旋电感l1共六层，层与层之间通过通孔连接柱连接，其第一层与输入端口p1连接，第六层与第一连接线lin1连接；
49.第二螺旋电感l2共六层，层与层之间通过通孔连接柱连接，其第一层与输出端口p3连接，第六层与第五连接线lin5连接；
50.第三螺旋电感l3共三层，层与层之间通过通孔连接柱连接，其第一层与第二传输线t2连接，第三层与第五连接柱h5上端连接；
51.第一电容c1共三层，第一层和第三层分别与输入端口p1连接，第二层与第一传输线t1连接；
52.第二电容c2共三层，第一层和第三层分别与输出端口p3连接，第二层与第三传输线t3连接；
53.第三电容c3共两层；第一层与第二连接线lin2连接，第二层与第六连接线lin6连接；
54.第一隔离电阻r1一端与第一连接线lin1连接，另一端与第三连接线lin3连接；
55.第二隔离电阻r2一端与第五连接线lin5连接，另一端与第七连接线lin7连接；
56.屏蔽层sh一端与第一接地端口p2连接，另一端与第二接地端口p4连接；
57.其中，第一连接线lin1和第二连接线lin2通过第一连接柱h1连接，第三连接线lin3和第四连接线lin4通过第二连接柱h2连接，第五连接线lin5和第六连接线lin6通过第三连接柱h3连接，第七连接线lin7和第八连接线lin8通过第四连接柱h4连接；第一电容c1的第二层与第一传输线t1一端连接，第一传输线t1另一端连接第四连接线lin4的一端，第四连接线lin4的另一端与第二传输线t2的一端连接，第二传输线t2的另一端与第八连接线lin8连接，第八连接线lin8的另一端与第二电容c2的第二层连接；第二传输线t2中点与第三螺旋电感l3第一层连接，第三螺旋电感l3第三层与第五连接柱h5上端连接，第五连接柱h5下端与屏蔽层sh的中部连接。
58.其中，连接柱实现不同层级间的连接，通过打孔实现，连接柱与连接线和传输线的实现工艺不同；传输线实现同一层级间不同元件的连接；连接线用于连接柱与传输线间的可靠连接。
59.如图3所示，第三电容c3的第二层与第一连接柱h1电连接；第三电容c3的第一层上设有第一通孔，第一连接柱h1穿过所述第一通孔与第三连接线lin3电连接。
60.在一个具体实施例中，输入端口p1和输出端口p3均为50欧姆阻抗端口，输入端口p1、第一接地端口p2、输出端口p3和第二接地端口p4为外部封装引脚；第一隔电阻r1和第二隔离电阻r2为内埋式结构，且第一隔电阻r1和第二隔离电阻r2阻抗为50欧姆，所述无反射高通滤波器为低温共烧陶瓷(ltcc)件，即采用ltcc工艺制了尺寸为2.5mm
×
1.25mm
×
0.94mm的无反射高通滤波器，并进行了检测，检测如图4和图5所示。图4中横坐标为频率，纵坐标为分贝比值；图5中，横坐标为频率，纵坐标为驻波比。从检测数据和图中得出：通带分布为2.5ghz～9ghz，频率范围内的插入损耗优于-2db，阻带范围dc～1.9ghz的衰减小于-16db；在dc～9ghz的频率范围内，入射端口的回波损耗小于-10db，驻波比优于2。
61.本发明由对称式的三个电感、三个电容和两个内置电阻构成，通过调整两个串联电容的连接线，优化了内置电阻和并联电感的位置，以获得性能优越的小型化高通滤波器。本发明的设计原理为：采用rlc单终端高通原型滤波器和其对偶滤波器，通过对开路点(断开点)和接地点(短接点)的被动元件替代及简化，实现一种具有无反射特性的高通滤波器。
62.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。