一种基于LTCC的高选择性小型化带通滤波器

本发明属于微波，特别是一种基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器。

背景技术：

1、低温共烧陶瓷(low-temperature co-fired ceramics，ltcc)是一种制造多层电子元件和模块的先进技术，允许在较低的温度下制造陶瓷基板，并在这些基板上集成多层电路和被动元件。它具有多层结构、低温烧结、高频性能、高集成度和小尺寸等特点，适用于无线通信、汽车电子、医疗设备和航空航天等领域。ltcc基板可以集成多层电路，包括电感、电容和电阻，烧结温度较低(通常约850℃至1000℃)，并且低损耗、低介电常数，使其在高频电路中表现出色。由于其集成度高，ltcc基板可以减少组件数量，提高可靠性，且支持紧凑的电路设计，适用于制造小型化和高性能需求的电子设备。ltcc在无线通信中常用于天线、射频模块和滤波器，在汽车电子中用于传感器和电子控制单元，在医疗设备中用于高可靠性电子组件，航空航天领域也利用其高可靠性和紧凑设计。

2、集总带通滤波器是一种由电感器(l)和电容器(c)组成的电子滤波器，主要用于选择特定频率范围的信号，并抑制其他频率范围的信号。在无线通信、音频设备和其他电子系统中广泛使用，因其能够精确调整频率响应并具有良好的选择性。高选择性小型化带通滤波器的共振频率取决于电感和电容的值，这决定了滤波器选择的中心频率。带宽是指滤波器允许通过的频率范围，受电感和电容品质因子以及滤波器设计结构影响。q因子代表滤波器的品质因子，值越高，滤波器的选择性越强，带宽越窄。阶数表示电路中电感和电容的级数，阶数越高，滤波器的陡度越大，过滤掉不需要的频率的能力越强。在无线通信领域，高选择性小型化带通滤波器常用于天线、射频电路和接收器等；在音频系统中，用于选择或调节特定的音频频段；在测试仪器中，带通滤波器用于过滤噪音和选择测量所需的频率范围。通过调整电感和电容的值，带通滤波器能够针对特定的频率需求进行优化，在不同的应用场景中提供稳定的性能。

3、传统的带通滤波器在引入传输零点会存在通带插损变差，体积变大等问题。文献1(黄小晖,吴国安.多传输零点ltcc带通滤波器的设计与实现[j].半导体技术,2011,36(12):957-961.doi:10.3969/j.issn.1003-353x.2011.12.013.)提出了一种阻带具有多个传输零点的带通滤波器设计方法，电路设计中，通过改进滤波器谐振器结构，分别在阻带的低端近端、高端远端引入传输零点以提高带外抑制。然而其阻带的高端近端的抑制并没有提高。文献2(黄昆,万明,耿胜董,等.一种无通孔ltcc带通滤波器的设计与实现[j].电子元件与材料,2014,33(8):86-88.doi:10.3969/j.issn.1001-2028.2014.08.022.)中，去除了层间通孔，缩短了制备工序，降低了生产成本。但是其为了简化结构使得滚将性变差。文献3(赵丁雷.基于砷化镓ipd技术的带通滤波器小型化设计[j].科学技术创新,2022(22):29-32.doi:10.3969/j.issn.1673-1328.2022.22.009.)中，作者采用ipd工艺，gaas材料相比于其他基底材料具有极低的介质损耗，可以形成低损耗的电感，但ipd工艺成本高。文献4(傅焕展,谢拥军,冯鹤,等.附加传输零点的层叠式ltcc带通滤波器设计[j].现代电子技术,2009,32(16):158-160.doi:10.3969/j.issn.1004-373x.2009.16.049.)中，通过谐振电路单元之间形成耦合以产生带外传输零点，其中心频率和相对带宽与发明所设计滤波器相近，但其体积为本发明设计的20多倍。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种宽频带、低插入损耗，高带外抑制，具有多个传输零点的小型化ltcc带通滤波器。采用ltcc电子封装技术，ltcc工艺可制作多层基板，将无源器件内埋，既减小其他组装元件干扰，又提高集成度。通过引入零点增加带外抑制，引入零点的同时又能产生极点，改善带内匹配。本发明在实现滤波器电性能要求的同时，具备元件体积小、插损低、选择性好的特点。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，所述带通滤波器采用ltcc电子封装技术，包括输入端口、输出端口，多个由电容板连接电容通孔形成的平板式电容，多个通过微带线围绕电感通孔形成的绕线电感，以及多个由所述电容和电感并联组成的谐振器；信号通过所述输入端口进入，经并联型谐振器滤除频带以外的信号，保留频带以内的信号，之后通过输出端口输出所需信号。

3、进一步地，所述带通滤波器通过引入多个零点增加带外抑制，且引入零点的同时又能产生多个极点。

4、进一步地，所述带通滤波器为上下堆叠的多层导体层结构，每层导体层印刷在对应介质基板下表面；导体层均采用ltcc印刷工艺，且导体层之间通过金属通孔连接。

5、进一步地，所述电容和所述电感均采用两层或多层结构，且两者的接地方向一致。

6、进一步地，其中容值小于预设阈值的电容采用金属-绝缘体-金属的结构实现，容值大于等于预设阈值的电容采用垂直交指型电容实现。

7、进一步地，不同谐振器的层间距离至少为一层，左右相邻距离大于0.1mm。

8、进一步地，同一谐振器中电容和电感沿垂直方向放置且层间距离至少为一层。

9、进一步地，位于最上端或最下端的谐振器，其电容一侧到上边缘或下边缘的距离至多为一层。

10、进一步地，上下相邻电感之间的距离至少为一层。

11、进一步地，所述带通滤波器包括屏蔽层，所述输入端口与输出端口位于屏蔽层，且对称分布。

12、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

13、(1)采用ltcc电子封装技术，ltcc工艺可制作多层基板，将无源器件内埋，既能减小其他组装元件干扰，又能提高集成度。

14、(2)通过屏蔽层与电路层所形成的空间结构的优势来减小滤波器的总体尺寸，ltcc滤波器的大小为4.25mm×1.8mm×0.989mm，其中心频率为1.8ghz，带宽为1ghz。在频率1.8ghz处插损小于0.8db。因此，本发明在实现滤波器的电性能要求下，具有实现宽频带、低插损、带外高抑制的高选择性、体积小等特点。

15、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

技术特征：

1.一种基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器采用ltcc电子封装技术，包括输入端口、输出端口，多个由电容板连接电容通孔形成的平板式电容，多个通过微带线围绕电感通孔形成的绕线电感，以及多个由所述电容和电感并联组成的谐振器；信号通过所述输入端口进入，经并联型谐振器滤除频带以外的信号，保留频带以内的信号，之后通过输出端口输出所需信号。

2.根据权利要求1所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器通过引入多个零点增加带外抑制，且引入零点的同时又能产生多个极点。

3.根据权利要求2所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器为上下堆叠的多层导体层结构，每层导体层印刷在对应介质基板下表面；导体层均采用ltcc印刷工艺，且导体层之间通过金属通孔连接。

4.根据权利要求3所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，所述电容和所述电感均采用两层或多层结构，且两者的接地方向一致。

5.根据权利要求3所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，其中容值小于预设阈值的电容采用金属-绝缘体-金属的结构实现，容值大于等于预设阈值的电容采用垂直交指型电容实现。

6.根据权利要求3所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，不同谐振器的层间距离至少为一层，左右相邻距离大于0.1mm。

7.根据权利要求3所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，同一谐振器中电容和电感沿垂直方向放置且层间距离至少为一层。

8.根据权利要求3所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，位于最上端或最下端的谐振器，其电容一侧到上边缘或下边缘的距离至多为一层。

9.根据权利要求3所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，上下相邻电感之间的距离至少为一层。

10.根据权利要求3所述的基于ltcc的高选择性小型化带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器包括屏蔽层，所述输入端口与输出端口位于屏蔽层，且对称分布。

技术总结本发明公开了一种基于LTCC的高选择性小型化带通滤波器，涉及微波技术领域，包括屏蔽层、输入端口、输出端口，多个由电容板连接电容通孔形成的平板式电容，多个通过微带线围绕电感通孔形成的绕线电感，以及多个由所述电容和电感并联组成的谐振器。信号通过所述输入端口进入，经并联型谐振器滤除频带以外的信号，保留频带以内的信号，之后通过输出端口输出所需信号。该带通滤波器采用LTCC电子封装技术，为上下堆叠的多层导体层结构，通过引入多个零点增加带外抑制，且引入零点的同时又能产生多个极点。本发明解决了带通滤波器空间占用面积较大的技术问题，减小了滤波器的总体尺寸，且在结构紧凑的前提下，实现了宽频带、底插损、高选择性等要求。技术研发人员：谢岗澳,夏志鹏,汤正,王建朋受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29