本發(fā)明屬于基本電氣元件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有寬上阻帶和非正交反饋的雙模式ltcc帶通濾波器。

背景技術(shù)：

尺寸緊湊、具備高效的帶外雜散抑制和良好的通帶性能的帶通濾波器(bpf，band-passfilter)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)(例如雷達(dá)，衛(wèi)星和移動(dòng)應(yīng)用)中是有廣泛需求的。由于濾波器的諧振器的數(shù)量減少了一半，所以近年提出的雙模式帶通濾波器已經(jīng)引起了很大的關(guān)注，雙模式帶通濾波器與單模濾波器相比尺寸進(jìn)一步減小。

然而，使用具有一個(gè)波長或半波長的諧振器的雙模式帶通濾波器在頻率2fo,3fo,4fo處具有寄生通帶，其中fo是雙模式帶通濾波器的中心頻率，而現(xiàn)代的靈敏接收機(jī)要抑制帶外干擾就需要更寬的阻帶。因此，需要具有寬上阻帶的雙模式帶通濾波器。此外，大多數(shù)雙模式濾波器使用正交反饋的輸入/輸出(i/o)端口來激勵(lì)出兩個(gè)簡并模式，這會(huì)導(dǎo)致與其他組件連接時(shí)布局變得困難。

近來，低溫共燒陶瓷(ltcc，lowtemperatureco-firedceramic)被認(rèn)為是能夠減小電路尺寸和提高性能的多層封裝技術(shù)。ltcc在電路尺寸、功能、性能以及成本等多方面具有平面電路所不具有的優(yōu)勢，也幫助微波設(shè)計(jì)人員解決了多功能單片集成、混合信號(hào)單片集成、電路小型化等一系列難題。同時(shí)在重量和體積上相比傳統(tǒng)平面混合集成電路降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，極大地提高了電路在z方向上的垂直集成水平，是目前能最大限度地發(fā)揮高集成度，實(shí)現(xiàn)電路小型化、高可靠性、高性能的最有效途徑之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)背景技術(shù)的缺陷，提出一種具有寬上阻帶和非正交反饋的雙模式ltcc帶通濾波器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在2層ltcc基板中實(shí)現(xiàn)了寬上阻帶和非正交i/o反饋的雙模帶通濾波器。寬上阻帶通過使用具有階梯型阻抗的寬邊并聯(lián)耦合線來實(shí)現(xiàn)。諧振特性用奇偶模等效電路法進(jìn)行分析。實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻率2fo達(dá)到40db的抑制以及對(duì)頻率2.4fo達(dá)到20db的抑制。非正交反饋與雙模式讓濾波器減小尺寸的同時(shí)與其他組件連接時(shí)更易于布局。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種具有寬上阻帶和非正交反饋的雙模式ltcc帶通濾波器，分布于頂層ltcc基板和底層ltcc基板與空氣接觸部分的金屬為微帶線，2層基板通過金屬帶狀線相連，微帶線在兩個(gè)i/o端口旁呈階梯式形狀，形成實(shí)現(xiàn)寬上阻帶的寬邊并聯(lián)耦合線，雙層的寬邊并聯(lián)耦合線構(gòu)成方形環(huán)諧振器。

進(jìn)一步，上述具有寬上阻帶和非正交反饋的雙模式ltcc帶通濾波器，其特征在于垂直方向的微帶線和水平方向的帶狀線具有相同的長度l。

作為優(yōu)選，上述端口部分微帶線的特性阻抗為50ω。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1，本發(fā)明使用具有階梯型阻抗的寬邊并聯(lián)耦合線來實(shí)現(xiàn)寬上阻帶，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二次諧波(2fo)40db的抑制以及對(duì)頻率2.4fo達(dá)到20db的抑制。

2，為了加強(qiáng)電容耦合實(shí)現(xiàn)11％的相對(duì)帶寬，方形環(huán)諧振器由雙層的寬邊并聯(lián)耦合線構(gòu)成。雙層結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)高耦合電容，而且還可以使用垂直寬邊耦合線代替平面邊緣耦合線來減小尺寸。寬上阻帶通過i/o端口旁的階梯式阻抗微帶線實(shí)現(xiàn)。

3，由于大多數(shù)雙模式濾波器使用正交反饋的輸入/輸出(i/o)端口來激勵(lì)出兩個(gè)簡并模式，這導(dǎo)致與其他組件連接時(shí)的布局困難，本發(fā)明通過非正交反饋解決了這個(gè)問題，同時(shí)雙模式帶通濾波器與單模濾波器相比尺寸更小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖和平面結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的奇偶模等效電路圖。

圖3為本發(fā)明的成品率分析圖。

圖4為本發(fā)明的仿真結(jié)果和測量結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明提出的一種具有寬上阻帶和非正交反饋的雙模式帶通濾波器，該濾波器在2層低溫共燒陶瓷(ltcc)基板中實(shí)現(xiàn)，并且使用具有階梯型阻抗的寬邊并聯(lián)耦合線來實(shí)現(xiàn)寬上阻帶。實(shí)現(xiàn)了對(duì)二次諧波(2fo)40db的抑制以及對(duì)頻率2.4fo達(dá)到20db的抑制。為了加強(qiáng)電容耦合實(shí)現(xiàn)11％的相對(duì)帶寬，方形環(huán)諧振器由雙層的寬邊并聯(lián)耦合線構(gòu)成。雙層結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)高耦合電容，而且還可以使用垂直寬邊耦合線代替平面邊緣耦合線來減小尺寸。寬上阻帶通過i/o端口旁的階梯式阻抗微帶線實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)雙模式濾波器使用正交反饋的輸入/輸出(i/o)端口來激勵(lì)出兩個(gè)簡并模式，這導(dǎo)致與其他組件連接時(shí)的布局困難，非正交反饋解決了這個(gè)問題，同時(shí)雙模式帶通濾波器與單模濾波器相比尺寸更小。

為了加強(qiáng)電容耦合實(shí)現(xiàn)11％的相對(duì)帶寬，方形環(huán)諧振器由雙層的寬邊并聯(lián)耦合線構(gòu)成。雙層結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)高耦合電容，而且還可以使用垂直寬邊耦合線代替平面邊緣耦合線來減小尺寸。寬上阻帶通過i/o端口旁的階梯式阻抗微帶線實(shí)現(xiàn)。垂直和水平邊帶線設(shè)計(jì)為w1和w2的寬度。垂直和水平邊帶線具有相同的長度l。端口部分微帶線的特性阻抗為50ω，寬度為w0。l1和w3分別是與i/o饋線連接的低阻抗線路的長度和寬度。圖1(a)顯示了所提出的帶通濾波器的結(jié)構(gòu)。

由于具有垂直寬邊耦合線的諧振器的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，因此使用奇偶模等效電路法分析其特性。沿對(duì)稱平面構(gòu)建電壁并將結(jié)構(gòu)分成兩半。圖2(a)和(b)分別示出了等效奇模和偶模電路。i/o饋線的特性阻抗為z0，垂直寬邊耦合線的奇模和偶模特性阻抗分別為z10和z1e。方形環(huán)諧振器每側(cè)的電氣長度為θ，且其水平側(cè)線具有z2的特性阻抗。通過計(jì)算如圖2(a)和(b)所示中的一個(gè)端口的傳輸線電路的輸入阻抗zodd和zeven，雙端口環(huán)形諧振器的透射和反射系數(shù)可以由下式導(dǎo)出：

當(dāng)(2)式的分子為零時(shí)，當(dāng)無傳輸時(shí)，可以獲得具有電氣長度θt的如下等式，阻抗z10，z1e和z2可以由下式導(dǎo)出：

(α+1)cos⁴θt-2αcos²θt+α-1＝0(3)

公式(3)中的電氣長度θt由公式(4)中定義的阻抗比α確定。可以通過阻抗比α預(yù)測諧振器的響應(yīng)。

如圖1(a)所示，為了加強(qiáng)電容耦合實(shí)現(xiàn)11％的相對(duì)帶寬，方形環(huán)諧振器由雙層的寬邊并聯(lián)耦合線構(gòu)成。雙層結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)高耦合電容，而且還可以使用垂直寬邊耦合線代替平面邊緣耦合線來減小尺寸。寬上阻帶通過i/o端口旁的階梯式阻抗微帶線實(shí)現(xiàn)。垂直和水平邊帶線設(shè)計(jì)為w1和w2的寬度。垂直和水平邊帶線具有相同的長度l。端口部分微帶線的特性阻抗為50ω，寬度為w0。l1和w3分別是與i/o饋線連接的低阻抗線路的長度和寬度。

完整的帶通濾波器組裝在2層ltcc基板中。每層ltcc基板在用ferro-a6材料燒制后具有0.1mm的厚度，介電常數(shù)為5.9，損耗角正切為0.002。axiem是基于光譜域分析的全波三維電磁仿真軟件，用于優(yōu)化帶通濾波器的參數(shù)。最終的最佳參數(shù)為：w1＝0.32mm，w2＝0.3mm，w3＝1mm，l1＝3mm和l2＝1.5mm，其中參數(shù)定義在圖1(b)。

濾波器在2層低溫共燒陶瓷(ltcc)基板中實(shí)現(xiàn)，并且使用具有階梯型阻抗的寬邊并聯(lián)耦合線來實(shí)現(xiàn)寬上阻帶。實(shí)現(xiàn)了對(duì)二次諧波(2fo)40db的抑制以及對(duì)頻率2.4fo達(dá)到20db的抑制。

為了加強(qiáng)電容耦合實(shí)現(xiàn)11％的相對(duì)帶寬，方形環(huán)諧振器由雙層的寬邊并聯(lián)耦合線構(gòu)成。雙層結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)高耦合電容，而且還可以使用垂直寬邊耦合線代替平面邊緣耦合線來減小尺寸。寬上阻帶通過i/o端口旁的階梯式阻抗微帶線實(shí)現(xiàn)。

大多數(shù)雙模式濾波器使用正交反饋的輸入/輸出(i/o)端口來激勵(lì)出兩個(gè)簡并模式，這導(dǎo)致與其他組件連接時(shí)的布局困難，非正交反饋解決了這個(gè)問題，同時(shí)雙模式帶通濾波器與單模濾波器相比尺寸更小。

為便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解和實(shí)施本發(fā)明，現(xiàn)提供本發(fā)明的仿真與測量實(shí)例。

由于制造公差和材料收縮是影響ltcc帶通濾波器性能的主要因素，因此選擇具有10％變化的參數(shù)w1用于成品率分析。在分析了100個(gè)結(jié)果后，成品率為85.85％，如圖3所示。結(jié)果允許通過ltcc進(jìn)行制造。

測量由安捷倫n5230c矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和帶有400μm-gsg探針的cascademicrotechsummit9000系列探針測試臺(tái)進(jìn)行。測量的中心頻率為9ghz，相對(duì)帶寬為11％。測量的s21和s11分別在通帶中優(yōu)于-1.8db和-12db。實(shí)現(xiàn)了對(duì)2fo(18ghz)40db的抑制以及對(duì)頻率2.4fo(23ghz)達(dá)到20db的抑制的預(yù)期指標(biāo)。仿真與測量結(jié)果如圖4所示。

所提出的帶通濾波器的尺寸僅為7×4×0.23mm(不包括gsg探針測試預(yù)留微帶線面積)，該尺寸等效為0.54×0.27×0.0015λg，λg為厚度為0.2mmferroa6基板在9.1ghz頻率的波導(dǎo)波長，性能比較總結(jié)在下面的表1中?？梢钥闯?，所提出的帶通濾波器具有最低的通帶插入損耗和最有效的二次諧波抑制。

表1

上述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)分別為：

[1]huang,x.d.,andc.h.cheng,anovelmicrostripdualmodebandpassfilterwithharmonicsuppression,ieeemicrowavewirelesscomponlett16(2006),pp.404-406.

[2]h.w.deng,y.j.zhao,w.chen,b.liuandy.y.liu,wideupper-stopbandmicrostripbandpassfilterwithdualmodeopenloopstepped-impedanceresonatorandsource-loadcouplingstructure,microwaveopttechlett54(2012),pp.1618-1621.

[3]jeon,b.k.,nam,h.,yoon,k.c.,jeon,b.w.,kim,y.w.,andlee,j.c.,designofapatchdual-modebandpassfilterwithsecondharmonicsuppressionusingopenstubs,ieeemicrowaveconferenceproceedings(2010apmc),pp.1106-1109.

綜上所述，本發(fā)明公開了一種具有寬上阻帶和非正交反饋的雙模式帶通濾波器。濾波器在2層低溫共燒陶瓷(ltcc)基板中實(shí)現(xiàn)，并且使用具有階梯型阻抗的寬邊并聯(lián)耦合線來實(shí)現(xiàn)寬上阻帶。實(shí)現(xiàn)了對(duì)二次諧波(2fo)40db的抑制以及對(duì)頻率2.4fo達(dá)到20db的抑制。為了加強(qiáng)電容耦合實(shí)現(xiàn)11％的相對(duì)帶寬，方形環(huán)諧振器由雙層的寬邊并聯(lián)耦合線構(gòu)成。雙層結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)高耦合電容，而且還可以使用垂直寬邊耦合線代替平面邊緣耦合線來減小尺寸。寬上阻帶通過i/o端口旁的階梯式阻抗微帶線實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)雙模式濾波器使用正交反饋的輸入/輸出(i/o)端口來激勵(lì)出兩個(gè)簡并模式，這導(dǎo)致與其他組件連接時(shí)的布局困難，非正交反饋解決了這個(gè)問題，同時(shí)雙模式帶通濾波器與單模濾波器相比尺寸更小。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。