基於ltcc的w波段高抑制微型帶通濾波器的製造方法

2023-09-18 06:26:30

基於ltcc的w波段高抑制微型帶通濾波器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器，包括陶瓷基板，上表面金屬壁、下表面金屬壁，五十三個金屬化通孔形成的金屬壁以及上表面金屬壁兩端共面波導輸入輸出埠。本發明頻帶為W波段，是由SIW技術實現。該技術具有覆蓋頻段廣、插入損耗小、頻率選擇性好、諧波抑制特性好、電路結構簡單、抗電磁幹擾特性優，可控性好、成品率高等突出優點。太赫茲技術是一個非常重要的交叉前沿領域，鑑於如今各通信頻段使用已趨於飽和，W波段及以上頻段具有廣闊的開發前景。
【專利說明】基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器
【技術領域】
[0001]本發明屬於微波毫米波【技術領域】，涉及一種應用於微波毫米波電路的帶通濾波器，尤其涉及一種基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器。
【背景技術】
[0002]資訊時代的到來，移動通信、衛星通信以及星載電子等方面的迅猛發展，對微波、毫米集成電路提出了更高的要求。高性能、低成本、小體積的微波、毫米波電路受到了越來越多的關注。而利用SIW技術所構成的元器件具有高Q值、大功率容量、易於加工、造價低和容易集成的優點，使得微波、毫米波高集成度系統的實現成為可能。在眾多的元器件中，濾波器作為通信系統中最基本、最重要的組成部分得到了較多的關注和研究。濾波器的應用相當廣泛，幾乎所有的收發設備中都離不開濾波器。但是通信技術持續快速的發展使得頻率資源越來越緊張，所以在現代微波、毫米波通信系統中，尤其是衛星通信和移動通信系統中，對高Q值、等時延、帶內低插入損耗、帶外高抑制特性的微波帶通濾波器的需求越來越強烈。普通類型的微波濾波器，已經不能滿足這些要求，而橢圓或準橢圓型濾波器因其響應中有傳輸零點故能滿足這些要求。近些年來，廣大的研究者開發出了大量性能優異的SIff濾波器。特別是基於LTCC的多層SIW濾波器，因其體積、重量、加工、造價以及性能方面的優勢使得它在微波、毫米波系統中的應用潛力巨大。它不僅能夠提高濾波器的性能，而且能夠極大的減小濾波器的面積以實現小型化。
[0003]目前國內外對W波段的濾波器進行了大量的研究，然而插入損耗大，加工難度大成為主要的技術瓶頸。由於頻率高，常用的帶狀線或者交指型已經很難設計出性能良好的濾波器，可用於毫米波的波導濾波器在加工工藝上面臨很大的考驗，毫米波應用廣泛的SIW濾波器的加工工藝難度和成本大大提高。而將Siw技術應用到濾波器的設計中，使微波濾波器的實現形式變得更加豐富，結構更加靈活，同時電路性能也得到大幅提升，為Siw濾波器帶來更廣泛的應用前景，因此Siw濾波器的研究具有十分重要的意義。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供通帶損耗低、相位線性特性好、結構簡單、可靠性高、成本低、使用方便的基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器。
[0005]實現本發明目的的技術方案是:一種基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器，其特徵在於:包括陶瓷基板、上表面金屬壁、下表面金屬壁、輸入埠、輸出埠、五十三個金屬化通孔、由金屬化通孔形成的九個金屬電壁；其中上表面金屬壁是在陶瓷基板的上表面印刷的金屬層，下表面金屬壁是在陶瓷基板的下表面印刷的金屬層；五十三個金屬化通孔的兩端分別與上表面金屬壁和下表面金屬壁相連接；上表面金屬壁的一端開槽作為輸入埠，上表面金屬壁的另一端開槽作為輸出埠 ；第一電壁是由第十五金屬化通孔、第十六金屬化通孔、第十七金屬化通孔、第十八金屬化通孔組成的；第二電壁是由第二十金屬化通孔、第二十一金屬化通孔、第二十二金屬化通孔、第二十三金屬化通孔組成的;第三電壁是由第十九金屬化通孔、第二十四金屬化通孔、第二十五金屬化通孔、第二十六金屬化通孔、第二十七金屬化通孔、第二十八金屬化通孔組成的；第四電壁是由第三十金屬化通孔、第三十一金屬化通孔、第三十二金屬化通孔組成的；第五電壁是由第三十三金屬化通孔、第三十四金屬化通孔、第三十五金屬化通孔、第三十六金屬化通孔組成的；第六電壁是由第三十七金屬化通孔、第三十八金屬化通孔、第三十九金屬化通孔、第四十金屬化通孔、第四十一金屬化通孔組成的；第七電壁是由第四十二金屬化通孔、第四十三金屬化通孔、第四十四金屬化通孔、第四十五金屬化通孔、第四十六金屬化通孔組成的；第八電壁是由第四十七金屬化通孔、第四十八金屬化通孔、第四十九金屬化通孔、第五十金屬化通孔組成的；第九電壁是由第五十一金屬化通孔、第五十二金屬化通孔、第五十三金屬化通孔組成的。
[0006]本發明與現有技術相比，其顯著優點是:(1)帶內平坦、通帶內插損低；(2)中心頻率高，帶外抑制高；(3)體積小、重量輕、可靠性高；(4)電路實現結構簡單，可實現大批量生產；(5)相對於用金屬壁作為邊界的濾波器，SIW具有更陡峭的邊帶與更平坦的通帶特性，成本低；(6)相位線性特性好；(7)高Q值，功率容量大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器的結構圖。
[0008]圖2為本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器的結構俯視圖。
[0009]圖3為本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器的幅頻特性曲線。
[0010]圖4為本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器的相頻特性曲線。
[0011]【具體實施方式】:
本發明基於LTCC的W波段高抑 制微型帶通濾波器，包括陶瓷基板，陶瓷基板的上下表面和金屬化通孔，由金屬化通孔和陶瓷基板形成的諧振腔，以及上表面金屬壁兩端共面波導輸入、輸出埠。
[0012]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述。
[0013]結合圖1、圖2，本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器，包括陶瓷基板S，上表面金屬壁G1，下表面金屬壁G2，輸入埠 P1，輸出埠 P2，金屬化通孔Vl—V14，由金屬化通孔形成的九個金屬電壁LI一L9,由九個金屬電壁LI一L9、十四個金屬化通孔Vl—V14和陶瓷基板S形成的四個諧振腔Rl、R2、R3、R4，第一諧振腔Rl和第二諧振腔R2之間的第一耦合縫隙C12，第二諧振腔R2和第三諧振腔R3之間的第二耦合縫隙C23，第三諧振腔R3和第四諧振腔R4之間的第三耦合縫隙C34。其中第一諧振腔Rl由電壁L1、L3、L9以及金屬化通孔Vl—V4與上表面金屬壁G1、下表面金屬壁G2形成；第二諧振腔R2由電壁L7、L8以及金屬化通孔V3、V4、V5、V6、V7、V9與上表面金屬壁G1、下表面金屬壁G2形成；第三諧振腔R3由電壁L5、L6以及第五金屬化通孔￥7、￥8、￥9、￥10、￥11、￥12與上表面金屬壁G1、下表面金屬壁G2形成；第四諧振腔R4由電壁L2、L3、L4以及金屬化通孔V10、V12、V13、V14與上表面金屬壁Gl、下表面金屬壁G2形成。
[0014]結合圖1、圖2，本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器，包含四個諧振腔Rl、R2、R3和R4。第一諧振腔Rl和第二諧振腔R2通過第一耦合縫隙C12耦合，第二諧振腔R2和第三諧振腔R3通過第二耦合縫隙C23耦合，第三諧振腔R3和第四諧振腔R4通過第三耦合縫隙C34耦合，第一諧振腔Rl和第四諧振腔R4通過第三金屬電壁L3的縫隙耦
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[0015]結合圖1、圖2，本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器中，在傳輸零點的設計上，採用了雙模和交叉耦合的方式。具體來說，一是在第一至第四諧振腔(Rl—R4)通過通孔形成雙模，其不同的工作模式之間產生了耦合，諧振腔內兩種振幅相同而相位相差180°的不同模式的電磁波耦合時，會在下邊帶產生一個傳輸零點。二是在第一諧振腔Rl與第四諧振腔R4之間通過電壁L3的縫隙引入交叉電磁耦合，可以在上邊帶和下邊帶各產生一個傳輸零點。
[0016]本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器的工作原理簡述如下:寬頻帶微波信號從輸入埠 Pl進入第一諧振腔Rl，通帶內的微波信號通過第一耦合縫隙C12耦合到第二諧振腔R2，通帶外的微波信號在諧振腔Rl的諧振頻率外衰減，其餘信號被反射。再經過第二耦合縫隙C23耦合到第三諧振腔R3，通帶外的微波信號在諧振腔R2的諧振頻率外衰減，其餘信號被反射。然後經過第三耦合縫隙C34耦合到第四諧振腔R4，通帶外的微波信號在諧振腔R3的諧振頻率外衰減，其餘信號被反射。最後信號通過第四諧振腔R4到輸出埠 P2，通帶外的微波信號在諧振腔R4的諧振頻率外衰減，其餘信號被反射。上邊帶和下邊帶傳輸零點是由於依次經過第二諧振腔R2、第三諧振器R3、第四諧振器R4的微波信號與從第一諧振腔Rl直接通過金屬電壁L3的縫隙傳輸到第四諧振腔R4的微波信號相位相差180°形成的，下邊帶的另一個零點是通過諧振腔內兩種振幅相同而相位相差180°的不同模式的電磁波耦合時產生的，可以大大提高本發明的頻率選擇特性。通過改變金屬化通孔V1、V2、V5、V6、V8、V11、V13、V14位置的變化，可以微調諧振腔的諧振頻率，通過改變第一耦合縫隙C12、第二耦合縫隙C23、第三耦合縫隙C34的寬度可以改變通帶的寬度。通過改變電壁L3通孔的距離可以改變傳輸零點的位置。
[0017]本發明基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器的尺寸僅為
3.6mmX3.2mmX0.2mm,其性能可從圖3看出，通帶帶寬為100GHz?106GHz,通帶內最小插入損耗為2.3dB,回波損耗優於12.5dB，下邊帶抑制優於40dB，上邊帶抑制優於45dB。
【權利要求】
1.一種基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器，其特徵在於:包括陶瓷基板(S)、上表面金屬壁(G1)、下表面金屬壁(G2)、輸入埠(P1)、輸出埠(P2)、五十三個金屬化通孔、由金屬化通孔形成的九個金屬電壁；其中上表面金屬壁(Gl)是在陶瓷基板(S)的上表面印刷的金屬層，下表面金屬壁(G2)是在陶瓷基板(S)的下表面印刷的金屬層；五十三個金屬化通孔的兩端分別與上表面金屬壁(Gl)和下表面金屬壁(G2)相連接；上表面金屬壁(Gl)的一端開槽作為輸入埠(Pl)，上表面金屬壁(Gl)的另一端開槽作為輸出埠(P2);第一電壁(LI)是由第十五金屬化通孔(V15)、第十六金屬化通孔(V16)、第十七金屬化通孔(V17)、第十八金屬化通孔(V18)組成的；第二電壁(L2)是由第二十金屬化通孔(V20)、第二i 金屬化通孔(V21)、第二十二金屬化通孔(V22)、第二十三金屬化通孔(V23)組成的；第三電壁(L3)是由第十九金屬化通孔(V19)、第二十四金屬化通孔(V24)、第二十五金屬化通孔(V25)、第二十六金屬化通孔(V26)、第二十七金屬化通孔(V27)、第二十八金屬化通孔(V28)組成的；第四電壁(L4)是由第三十金屬化通孔(V30)、第三十一金屬化通孔(V31)、第三十二金屬化通孔(V32)組成的；第五電壁(L5)是由第三十三金屬化通孔(V33)、第三十四金屬化通孔(V34)、第三十五金屬化通孔(V35)、第三十六金屬化通孔(V36)組成的；第六電壁(L6)是由第三十七金屬化通孔(V37)、第三十八金屬化通孔(V38)、第三十九金屬化通孔(V39)、第四十金屬化通孔(V40)、第四十一金屬化通孔(V41)組成的；第七電壁(L7)是由第四十二金屬化通孔(V42)、第四十三金屬化通孔(V43)、第四十四金屬化通孔(V44)、第四十五金屬化通孔(V45)、第四十六金屬化通孔(V46)組成的；第八電壁(L8)是由第四十七金屬化通孔(V47)、第四十八金屬化通孔(V48)、第四十九金屬化通孔(V49)、第五十金屬化通孔(V50)組成的；第九電壁(L9)是由第五^ 金屬化通孔(V51)、第五十二金屬化通孔(V52)、第五十三金屬化通孔(V53)組成的。
2.根據權利要求1所述的基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器，其特徵在於:第一諧振腔(Rl)由第一金屬電壁(LI)、第三金屬電壁(L3)、第九金屬電壁(L9)、以及第一金屬化通孔(VI)、第二金屬化通孔(V2)、第三金屬化通孔(V3)、第四金屬化通孔(V4)與上表面金屬壁(G1)、下表面金屬壁(G2)形成；第二諧振腔(R2)由第七金屬電壁(L7)、第八金屬電壁(L8)、第三金屬化通孔(V3)、第四金屬化通孔(V4)、第五金屬化通孔(V5)、第六金屬化通孔(V6)、第七金屬化通孔(V7)、第九金屬化通孔(V9)與上表面金屬壁(G1)、下表面金屬壁(G2)形成；第三諧振腔(R3)由第五金屬電壁(L5)、第六金屬電壁(L6)、以及第七金屬化通孔(V7)、第八金屬化通孔(L8)、第九金屬化通孔(V9)、第十金屬化通孔(V10)、第十一金屬化通孔(VII)、第十二金屬化通孔(V12)與上表面金屬壁(G1)、下表面金屬壁(G2)形成；第四諧振腔(R4)由第二金屬電壁(L2)、第三金屬電壁(L3)、第四金屬電壁(L4)、以及第十金屬化通孔(V10)、第十二金屬化通孔(V12)、第十三金屬化通孔(V13)、第十四金屬化通孔(V14)與上表面金屬壁(G1)、下表面金屬壁(G2)形成。
3.根據權利要求1所述的基於LTCC的W波段高抑制微型帶通濾波器，其特徵在於:第一耦合縫隙(C12)是兩個金屬化通孔(V3、V4)之間的縫隙，第二耦合縫隙(C23)是兩個金屬化通孔(V7、V9)之間的縫隙，第三耦合縫隙(C34)是兩個金屬化通孔(V10、V12)之間的縫隙；第一諧振腔(Rl)和第二諧振腔(R2)通過第一耦合縫隙(C12)耦合，第二諧振腔(R2)和第三諧振腔(R3)通過第二耦合縫隙(C23)耦合，第三諧振腔(R3)和第四諧振腔(R4)通過第三耦合縫隙(C34)耦合，第一諧振腔(Rl)和第四諧振腔(R4)通過第三金屬電壁(L3)的縫隙耦合。`
【文檔編號】H01P1/20GK103515679SQ201310467441
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月9日 優先權日:2013年10月9日
【發明者】戴永勝, 顧家, 朱丹, 鄧良, 方思慧, 陳龍, 馮辰辰, 李雁, 羅鳴, 施淑媛, 陳相治, 朱正和 申請人:南京理工大學