專利名稱：Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波器，特別是一種Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器。
背景技術(shù)：
隨著微波毫米波通信、雷達(dá)等系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是移動(dòng)手持式無(wú)線通信終端和單兵衛(wèi)星移動(dòng)通信終端及軍用與民用多模和多路通信系統(tǒng)終端、機(jī)載、彈載、宇航通信系統(tǒng)中，Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器是該波段接收和發(fā)射支路中的關(guān)鍵電子部件，其性能的優(yōu)劣往往直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。描述這種部件性能的主要技術(shù)指標(biāo)有通帶工作頻率范圍、阻帶頻率范圍、通帶輸入/輸出電壓駐波比、通帶插入損耗、阻帶衰減、形狀因子、溫度穩(wěn)定性、體積、重量、可靠性等。濾波器是一種對(duì)頻率具有選擇性的二端口網(wǎng)絡(luò)，在許多微波系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，利用它可以分離和組合不同頻率的信號(hào)。為了在器件小型化的同時(shí)降低其損耗，獲得更高的品質(zhì)因數(shù)，就需要尋求新的材料和技術(shù)。常規(guī)的設(shè)計(jì)和制造方法體積較大，如金屬諧振腔構(gòu)成的濾波器、微帶線濾波器、塊狀介質(zhì)濾波器等，體積太大，不能適應(yīng)小型化的要求；而采用聲表面波濾波器技術(shù)，雖然體積可以減小，但其電性能卻有溫度漂移缺點(diǎn)，而且成本高、插入損耗較大，而且在Ku波段該技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)， 在溫度穩(wěn)定性要求高、成本低、性能優(yōu)、體積小、重量輕、可靠性高的應(yīng)用場(chǎng)合均受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、重量輕、可靠性高、溫度性能穩(wěn)定好、電性能優(yōu)異、批量電性能一致性好、成本低的Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，包括表面安裝的50歐姆阻抗輸入端口、輸入電感、第一級(jí)并聯(lián)諧振單元、第一級(jí)聯(lián)電感、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元、第二級(jí)聯(lián)電感、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元、第三級(jí)聯(lián)電感、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元、交叉耦合電容、輸出電感、表面安裝的50歐姆阻抗輸出端口和接地端；表面安裝的50歐姆阻抗輸入端口一端接輸入信號(hào),另一端接輸入電感的一端,輸入電感的另一端和第一級(jí)并聯(lián)諧振單元、第一級(jí)聯(lián)電感、交叉耦合電容的公共連接端相連接，其中第一級(jí)并聯(lián)諧振單元由第一電感和第一電容并聯(lián)而成；第一級(jí)聯(lián)電感的另一端與第二級(jí)并聯(lián)諧振單元、第二級(jí)聯(lián)電感的公共端相連接，第二級(jí)并聯(lián)諧振單元由第二電感和第二電容并聯(lián)而成； 第二級(jí)聯(lián)電感的另一端與第三級(jí)并聯(lián)諧振單元、第三級(jí)聯(lián)電感的公共端相連接，第三級(jí)并聯(lián)諧振單元由第三電感和第三電容并聯(lián)而成；第三級(jí)聯(lián)電感的另一端與第四級(jí)并聯(lián)諧振單元、交叉耦合電容、輸出電感的公共端相連接，第四級(jí)并聯(lián)諧振單元由第四電感和第四電容并聯(lián)而成；輸出電感的另一端與輸出端口的一端連接，輸出端口的另一端接輸出信號(hào)；第一級(jí)并聯(lián)諧振單元、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元和第四級(jí)并聯(lián)諧振單元的另一端分別接地。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是(1)本發(fā)明利用多層低溫共燒陶瓷工藝 (LTCC)特點(diǎn)，采用立體多層疊層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電路元件，大大縮小體積；(2)利用LTCC陶瓷介質(zhì)介電常數(shù)高特點(diǎn)同樣可大幅減小元件尺寸；(3)利用LTCC材料的低損耗特點(diǎn)和獨(dú)特的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電性能；(4)利用低溫陶瓷材料的高溫度穩(wěn)定性和可靠性，使得元件具有高溫度穩(wěn)定性和高可靠性；(5)利用LTCC工藝的大批量生產(chǎn)的一致性，獲得高成品率和低成本?？傊景l(fā)明具有體積小、重量輕、可靠性高、電性能優(yōu)異、電性能溫度穩(wěn)定性高、電路實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電性能一致性好，可以用全自動(dòng)貼片機(jī)安裝和焊接、特別適用于火箭、機(jī)載、 彈載、宇宙飛船、單兵移動(dòng)通信終端等無(wú)線通信手持終端中，以及對(duì)體積、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相應(yīng)系統(tǒng)中。


圖I是本發(fā)明Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器的電原理圖。圖2是本發(fā)明Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器三維全波仿真性能曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。結(jié)合圖I和圖2，本發(fā)明是一種Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，該濾波器包括表面安裝的50歐姆阻抗輸入端口 P1、輸入電感Lin、第一級(jí)并聯(lián)諧振單元L1C1、第一級(jí)聯(lián)電感L12、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2、第二級(jí)聯(lián)電感L23、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3、 第三級(jí)聯(lián)電感L34、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4、交叉耦合電容C14、輸出電感Lout、表面安裝的50歐姆阻抗輸出端口 P2和接地端；表面安裝的50歐姆阻抗輸入端口 Pl —端接輸入信號(hào)，另一端接輸入電感Lin的一端,輸入電感Lin的另一端和第一級(jí)并聯(lián)諧振單兀L1C1、第一級(jí)聯(lián)電感L12、交叉耦合電容C14的公共連接端相連接，其中第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl 由第一電感LI和第一電容Cl并聯(lián)而成；第一級(jí)聯(lián)電感L12的另一端與第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2、第二級(jí)聯(lián)電感L23的公共端相連接，第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2由第二電感L2和第二電容C2并聯(lián)而成；第二級(jí)聯(lián)電感L23的另一端與第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3、第三級(jí)聯(lián)電感L34的公共端相連接，第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3由第三電感L3和第三電容C3并聯(lián)而成；第三級(jí)聯(lián)電感L34的另一端與第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4、交叉耦合電容C14、輸出電感 Lout的公共端相連接，第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4由第四電感L4和第四電容C4并聯(lián)而成； 輸出電感Lout的另一端與輸出端口 P2的一端連接，輸出端口 P2的另一端接輸出信號(hào)；第一級(jí)并聯(lián)諧振單元L1C1、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3和第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4的另一端分別接地。結(jié)合圖2，本發(fā)明Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，輸入端口 Pl、輸入電感Lin、第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl、第一級(jí)聯(lián)電感L12、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2、第二級(jí)聯(lián)電感L23、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3、第三級(jí)聯(lián)電感L34、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4、交叉耦合電容C14、輸出電感Lout、輸出端口 P2和接地端均采用多層低溫共燒陶瓷工藝實(shí)現(xiàn)，其中輸入電感Lin、輸出電感Lout均采用分布參數(shù)的帶狀線實(shí)現(xiàn)，第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl、 第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4均采用兩層折疊耦合帶狀線實(shí)現(xiàn)，第一級(jí)聯(lián)電感L12、第二級(jí)聯(lián)電感L23、第三級(jí)聯(lián)電感L34均分別采用第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl與第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2之間、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2 與第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3之間、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3與第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4 之間空間耦合和分布參數(shù)電感實(shí)現(xiàn)，交叉耦合電容C14采用第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl與第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4之間空間耦合和分布參數(shù)電容實(shí)現(xiàn)。結(jié)合圖2，本發(fā)明Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，第一級(jí)并聯(lián)諧振單元L1C1、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元 L4C4均采用分布參數(shù)兩層折疊耦合帶狀線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中每層帶狀線一端懸空，另一端接地。交叉耦合電容C14采用第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl和第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4與斜Z 字形交叉耦合帶狀線之間空間耦合和分布參數(shù)電容實(shí)現(xiàn)，其中兩端分別接地。本發(fā)明Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，其工作原理簡(jiǎn)述如下輸入的寬頻帶微波信號(hào)，經(jīng)輸入端口 Pl通過(guò)輸入電感Lin到達(dá)第一級(jí)并聯(lián)諧振單元L1C1、第一級(jí)間電感L12、交叉耦合電容C14的公共端，在第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl諧振頻率附近的微波信號(hào)進(jìn)入第一級(jí)間電感L12，其余非第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl諧振頻率附近的微波信號(hào)通過(guò)第一級(jí)并聯(lián)諧振單元LlCl中的第一電感LI和第一電容Cl接地，實(shí)現(xiàn)第一級(jí)濾波；濾波后的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)第一級(jí)間電感L12到達(dá)第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2，在第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2諧振頻率附近的微波信號(hào)進(jìn)入第二級(jí)間電感L23中，其余非第二級(jí)并聯(lián)諧振單元 L2C2諧振頻率附近的微波信號(hào)通過(guò)第二級(jí)并聯(lián)諧振單元L2C2中的第二電感L2和第二電容 C2接地，實(shí)現(xiàn)第二級(jí)濾波；經(jīng)過(guò)第一級(jí)濾波、第一級(jí)間耦合電感L12、第二級(jí)濾波、第二級(jí)間電感L23的微波信號(hào)，在第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3諧振頻率附近的微波信號(hào)進(jìn)入第三級(jí)間電感L34中，其余非第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3諧振頻率附近的微波信號(hào)通過(guò)第三級(jí)并聯(lián)諧振單元L3C3中的第三電感L3和第三電容C3接地，實(shí)現(xiàn)第三級(jí)濾波；由于第一電感LI和第四電感L4的互感作用產(chǎn)生了并聯(lián)于級(jí)間的交叉耦合電容C14，第一級(jí)間電感L12、第二級(jí)間電感L23和第三級(jí)間電感L34相互串聯(lián)，與第一電感LI和第四電感L4之間交叉耦合電容 C14并聯(lián)構(gòu)成等效并聯(lián)諧振回路，該并聯(lián)諧振頻率附近的微波信號(hào)，因呈現(xiàn)高阻抗被抑制， 非該并聯(lián)諧振頻率附近的微波頻率信號(hào)到達(dá)第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4，這就是交叉耦合形成的零點(diǎn)，在第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4諧振頻率附近的微波信號(hào)通過(guò)輸出電感Lout接表面安裝的50歐姆阻抗輸出端口 P2的一端，其余非第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4諧振頻率附近的微波信號(hào)通過(guò)第四級(jí)并聯(lián)諧振單元L4C4中的第四電感L4和第四電容C4接地，實(shí)現(xiàn)第四級(jí)濾波；經(jīng)過(guò)第一級(jí)濾波、第二級(jí)濾波、第三級(jí)濾波、第四級(jí)濾波、第一級(jí)間電感L12、第二級(jí)間電感L23、第三級(jí)間電感L34、交叉耦合電容C14的寬頻帶微波信號(hào)，通過(guò)表面安裝的50 歐姆阻抗輸出端口 P2的另一端輸出，從而實(shí)現(xiàn)Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器功能。Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器由于是采用多層低溫共燒陶瓷工藝實(shí)現(xiàn)，其低溫共燒陶瓷材料和金屬圖形在大約900°C溫度下燒結(jié)而成，所以具有非常高的可靠性和溫度穩(wěn)定性，由于結(jié)構(gòu)采用三維立體集成和多層折疊結(jié)構(gòu)以及外表面金屬屏蔽實(shí)現(xiàn)接地和封裝,從而使體積大幅減小。
Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器實(shí)施體積為2. OmmX I. ImmXO. 7mm。 該濾波器帶寬為200MHz，仿真濾波器通帶內(nèi)插入損耗均小于2分貝，從15. 5GHz至35GHz的抑制優(yōu)于-20分貝，具有良好的濾波器性能。
權(quán)利要求
1.一種Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，其特征在于包括表面安裝的 50歐姆阻抗輸入端口(P1)、輸入電感(Lin)、第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI，Cl)、第一級(jí)聯(lián)電感(L12)、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2，C2)、第二級(jí)聯(lián)電感(L23)、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元(L3， C3)、第三級(jí)聯(lián)電感(L34)、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)、交叉耦合電容(C14)、輸出電感 (Lout)、表面安裝的50歐姆阻抗輸出端口(P2)和接地端；表面安裝的50歐姆阻抗輸入端口(Pl) —端接輸入信號(hào)，另一端接輸入電感(Lin)的一端,輸入電感(Lin)的另一端和第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI，Cl)、第一級(jí)聯(lián)電感(L12)、交叉耦合電容(C14)的公共連接端相連接，其中第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(L1，C1)由第一電感(LI)和第一電容(Cl)并聯(lián)而成；第一級(jí)聯(lián)電感(L12)的另一端與第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2，C2)、第二級(jí)聯(lián)電感(L23)的公共端相連接，第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2，C2)由第二電感(L2)和第二電容(C2)并聯(lián)而成；第二級(jí)聯(lián)電感(L23)的另一端與第三級(jí)并聯(lián)諧振單元(L3，C3)、第三級(jí)聯(lián)電感(L34)的公共端相連接，第三級(jí)并聯(lián)諧振單元(L3，C3)由第三電感(L3)和第三電容(C3)并聯(lián)而成；第三級(jí)聯(lián)電感(L34)的另一端與第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)、交叉耦合電容(C14)、輸出電感(Lout) 的公共端相連接，第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)由第四電感(L4)和第四電容(C4)并聯(lián)而成；輸出電感(Lout)的另一端與輸出端口(P2)的一端連接，輸出端口(P2)的另一端接輸出信號(hào)；第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI，Cl)、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2，C2)、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元 (L3，C3)和第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)的另一端分別接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，其特征在于 輸入端口(P1)、輸入電感(Lin)、第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI，Cl)、第一級(jí)聯(lián)電感(L12)、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2，C2)、第二級(jí)聯(lián)電感(L23)、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元(L3，C3)、第三級(jí)聯(lián)電感(L34)、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)、交叉耦合電容(C14)、輸出電感(Lout)、輸出端口 (P2)和接地端均采用多層低溫共燒陶瓷工藝實(shí)現(xiàn)，其中輸入電感(Lin)、輸出電感(Lout) 均采用分布參數(shù)的帶狀線實(shí)現(xiàn)，第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI，Cl)、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2， C2)、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元(L3，C3)、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)均采用兩層折疊耦合帶狀線實(shí)現(xiàn)，第一級(jí)聯(lián)電感(L12)、第二級(jí)聯(lián)電感(L23)、第三級(jí)聯(lián)電感(L34)均分別采用第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI，Cl)與第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2，C2)之間、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2， C2)與第三級(jí)并聯(lián)諧振單元(L3，C3)之間、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元(L3，C3)與第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)之間空間耦合和分布參數(shù)電感實(shí)現(xiàn)，交叉耦合電容(C14)采用第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI，Cl)與第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)之間空間耦合和分布參數(shù)電容實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所要求的Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，其特征在于第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI，Cl)、第二級(jí)并聯(lián)諧振單元(L2，C2)、第三級(jí)并聯(lián)諧振單元 (L3，C3)、第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)均采用分布參數(shù)兩層折疊耦合帶狀線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中每層帶狀線一端懸空，另一端接地；交叉耦合電容(C14)采用第一級(jí)并聯(lián)諧振單元(LI， Cl)和第四級(jí)并聯(lián)諧振單元(L4，C4)與斜Z字形交叉耦合帶狀線之間空間耦合和分布參數(shù)電容實(shí)現(xiàn)，其中兩端分別接地。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Ku波段諧波抑制至毫米波的微型帶通濾波器，包括適用于表面貼裝的50歐姆阻抗輸入/輸出接口、采用兩層折疊耦合帶狀線實(shí)現(xiàn)的四個(gè)并聯(lián)諧振單元、三個(gè)級(jí)聯(lián)電感、一個(gè)斜Z字形交叉耦合電容及輸入和輸出電感，上述結(jié)構(gòu)均采用多層低溫共燒陶瓷工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明具有通帶選擇性好、帶外抑制遠(yuǎn)、體積小、重量輕、可靠性高、電性能好、相位頻率特性線性度好、溫度穩(wěn)定性好、電性能批量一致性好、成本低、可大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于雷達(dá)、通信、箭載、機(jī)載、彈載、宇宙飛船、單兵移動(dòng)通信終端等無(wú)線通信手持和便攜終端產(chǎn)品中，以及對(duì)體積、重量、電性能及可靠性等有苛刻要求的場(chǎng)合和相應(yīng)頻段系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H03H7/12GK102611407SQ20121007808
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者馮媛, 吳建星, 吳迎春, 周聰, 孫宏途, 尹洪浩, 左同生, 張紅, 徐利, 戚湧, 戴永勝, 於秋杉, 李平, 李旭, 束鋒, 楊健, 漢敏, 王立杰, 范小龍, 謝秋月, 郭風(fēng)英, 陳少波, 陳建鋒, 陳曦, 韋晨君, 韓群飛 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)常熟研究院有限公司