一种基于叠层技术的表贴式中频滤波器的制作方法

本发明涉及滤波器，特别是涉及一种基于叠层技术的表贴式中频滤波器。

背景技术：

1、当前微波系统都向高集成度、高性能和小尺寸的趋势发展。滤波器作为射频、微波系统中的关键器件，其性能优劣直接影响系统指标。北斗卫星导航系统是我国自主研发并且独立运行发展的卫星导航系统，简写形式为bds。北斗卫星在b3频点的载波为1268mhz，本振为1222mhz，因此下变频后中频输出信号为46mhz。由于该中频信号的带宽为20mhz，相对带宽高达44％，且需要对靠近工作频段的上下两个阻带提供足够高的抑制来消除干扰杂波，因此对用于北斗b3频段的中频带通滤波器提出了较高的要求。再加上该带通滤波器中心频率较低，波长较长，因此目前市场上用于该频段的带通滤波器往往体积过大，且滤波性能不佳。

2、近年来，微机电系统技术、高温超导技术、低温共烧陶瓷技术、光子带隙结构、微波单片集成电路等新型材料和工艺技术的涌现，推动了滤波器、滤波器等射频被动元件从性能到体积的不断改善，个别元件已经可以做到常规的表贴阻容感体积大小。然而在如此紧凑的空间内集成多个电感和电容以实现滤波器的谐振单元，很容易在等效元件之间引入不必要的耦合，增加互感和互容的寄生效应，从而降低滤波器的品质因数，恶化滤波器的带外抑制水平。

3、因此，需要一种小体积、宽阻带、低插损、高q值且适合大批量生产的表贴式滤波器及其设计方法，来满足北斗卫星定位系统射频前端对b3频段中频滤波器小型化、低成本、高性能、易于安装集成的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于叠层技术的表贴式中频滤波器解决了现有北斗b3终端系统对小体积、低成本、高抑制带通滤波器的迫切需求的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于叠层技术的表贴式中频滤波器，包括叠层陶瓷载体、叠层陶瓷载体内的电路层、叠层陶瓷载体外侧壁上的外电极和叠层陶瓷载体上表面的标识，所述外电极包括输入端、输出端、第一接地端和第二接地端，所述输入端和输出端对称放置于叠层陶瓷载体的两侧，所述第一接地端和第二接地端对称放置于叠层陶瓷载体的另外两侧，所述输入端、输出端、第一接地端和第二接地端分别与叠层陶瓷载体内的传输线电连接。

3、上述方案的有益效果是：本发明提供了一种基于叠层技术的表贴式中频滤波器，采用特殊的叠层电路结构的设计，可在极小的体积内实现中频仅为46mhz的带通滤波器，具有体积小、成本低、插损小、抑制高、稳定性好、可靠性高等优点，且易于与其他电路和模组集成，解决了现有北斗b3终端系统对小体积、低成本、高抑制带通滤波器的迫切需求的问题。

4、进一步地，所述叠层陶瓷载体内的电路层为叠层电路，所述叠层电路包括谐振单元u1、谐振单元u2、谐振单元u3、谐振单元u4、等效电感l1和等效电感l6。

5、上述进一步方案的有益效果是：本发明提出的滤波器由四个谐振单元和两个输入输出调谐电感组成，通过合理选取滤波器谐振单元的等效元件值并优化其等效元件在垂直空间的耦合关系，同时分割电感和电容的有效区域以降低其寄生耦合带来的影响，可在靠近工作频率的上下两个边带附近产生多个传输零点以实现较高的矩形系数、陡峭的频率响应和较宽的阻带抑制效果。

6、进一步地，所述谐振单元u1包括等效电容c1、等效电容c2和等效电感l2，所述谐振单元u2包括等效电容c3、等效电容c4和等效电感l3，所述谐振单元u3包括等效电容c5、等效电容c6和等效电感l4，所述谐振单元u4包括等效电容c7、等效电容c8和等效电感l5；

7、所述等效电感l1的一端与外电极上的输入端连接，其另一端分别与等效电容c1和等效电容c2的一端连接，所述等效电容c1和等效电容c2的另一端分别经由过孔h4和过孔h26与等效电感l2的两端连接，所述等效电感l2和等效电容c1的连接处通过一小段微带线与等效电感l3的一端连接，并经由过孔h6与等效电容c3的一端连接，所述等效电感l3的另一端和等效电容c3的另一端经由过孔h20连接，并与等效电容c4的一端连接，所述等效电容c4的另一端通过第一接地端接地，所述等效电感l2、等效电容c1、等效电感l3和等效电容c3的共同连接处通过一小段微带线与等效电容c5和等效电容c6的一端连接，所述等效电容c5和等效电容c6的另一端分别经由过孔h10和过孔h7与等效电感l4的两端连接，所述等效电感l4和等效电容c5的连接处通过一小段微带线与等效电感l5的一端相连，并经由过孔h24与等效电容c7的一端连接，所述等效电感l5的另一端与等效电容c7的另一端经由过孔h1连接，并与等效电容c8的一端连接，所述等效电容c8的另一端通过第二接地端接地，所述等效电感l4、等效电容c5、等效电感l5和等效电容c7的共同连接处通过一小段微带线与等效电感l6的一端连接，所述等效电感l6的另一端与外电极上的输出端连接。

8、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了滤波器的等效电路结构，能够在较小体积内利用谐振单元的电磁耦合实现中频带通滤波器的宽阻带、高抑制和高q值。

9、进一步地，所述叠层陶瓷载体内的电路层自上而下包括：

10、第一电路层包括金属片c8a，所述金属片c8a通过两条长边分别与外电极上的第一接地端和第二接地端连接；

11、第二电路层包括金属片c8b和过孔h1；

12、第三电路层包括金属片c8c和过孔h1，所述金属片c8c通过两条长边分别与外电极上的第一接地端和第二接地端连接；

13、第四电路层包括金属片c5a、金属片c6a、过孔h1、过孔h2、过孔h3、过孔h4、过孔h5、过孔h6、微带线l2a和微带线l3a，所述金属片c5a和金属片c6a连接；

14、第五电路层包括金属片c5b、金属片c6b、过孔h1、过孔h2、过孔h3、过孔h4、过孔h5、过孔h6、过孔h7、过孔h8、过孔h9、过孔h10、微带线l2b和微带线l3b；

15、第六电路层包括金属片c6c、过孔h1、过孔h2、过孔h4、过孔h6、过孔h7、过孔h8、过孔h9、过孔h10、过孔h11、过孔h12、微带线l2c和微带线l3c；

16、第七电路层包括过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h7、过孔h10、过孔h11、过孔h12、过孔h13、过孔h14、微带线l2d和微带线l3d；

17、第八电路层包括金属片c7a、过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h7、过孔h10、过孔h13、过孔h14、过孔h15、过孔h16、过孔h17、微带线l2e和微带线l3e；

18、第九电路层包括金属片c7b、过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h7、过孔h10、过孔h15、过孔h16、过孔h17、过孔h18、过孔h19、微带线l2f和微带线l3f；

19、第十电路层包括金属片c7c、过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h7、过孔h10、过孔h15、过孔h18、过孔h19、过孔h20、过孔h21、微带线l2g和微带线l3g；

20、第十一电路层包括金属片c7d、过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h7、过孔h10、过孔h15、过孔h20、过孔h21、过孔h22和微带线l2h；

21、第十二电路层包括金属片c7e、过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h7、过孔h10、过孔h15、过孔h20、过孔h22、过孔h23、过孔h24和微带线l4a；

22、第十三电路层包括过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h10、过孔h20、过孔h22、过孔h23、过孔h24、过孔h25、过孔h26、微带线l2i和微带线l4b；

23、第十四电路层包括过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h25、过孔h26、过孔h27和微带线l4c；

24、第十五电路层包括过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h27、过孔h28和微带线l4d；

25、第十六电路层包括金属片c3a、过孔h1、过孔h4、过孔h6、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h28、过孔h29、过孔h30和微带线l4e；

26、第十七电路层包括金属片c3b、过孔h1、过孔h4、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h29、过孔h30、过孔h31、过孔h32、微带线l1a和微带线l4f，所述微带线l1a通过一小段微带线与外电极上的输入端连接；

27、第十八电路层包括金属片c1a、金属片c2a、金属片c3c、过孔h1、过孔h4、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h30、过孔h31、过孔h32、过孔h33、过孔h34、微带线l1b和微带线l4g；

28、第十九电路层包括金属片c1b、金属片c2b、金属片c3d、过孔h1、过孔h4、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h30、过孔h33、过孔h34、过孔h35、过孔h36、过孔h37、微带线l1c和微带线l4h；

29、第二十电路层包括金属片c1c、金属片c2c、金属片c3e、过孔h1、过孔h4、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h30、过孔h35、过孔h36、过孔h37、过孔h38、过孔h39、微带线l5a和微带线l4i；

30、第二十一电路层包括金属片c1d、金属片c2d、金属片c3f、过孔h4、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h30、过孔h36、过孔h37、过孔h38、过孔h39、过孔h40、过孔h41、微带线l5b和微带线l4j；

31、第二十二电路层包括金属片c1e、金属片c2e、金属片c3g、过孔h4、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h30、过孔h36、过孔h37、过孔h40、过孔h41、过孔h42、过孔h43、微带线l5c和微带线l4k；

32、第二十三电路层包括金属片c1f、金属片c2f、过孔h4、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h36、过孔h37、过孔h42、过孔h43、过孔h44、过孔h45、微带线l5d和微带线l4l；

33、第二十四电路层包括金属片c1g、金属片c2g、过孔h4、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h36、过孔h37、过孔h44、过孔h45、过孔h46、过孔h47、微带线l5e和微带线l4m；

34、第二十五电路层包括金属片c1h、金属片c2h、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h36、过孔h37、过孔h46、过孔h47、过孔h48、过孔h49、过孔h50、微带线l6a、微带线l5f和微带线l4n，所述微带线l6a通过一小段微带线与外电极上的输出端连接；

35、第二十六电路层包括金属片c2i、过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h26、过孔h48、过孔h49、过孔h50、过孔h51、过孔h52、过孔h53、微带线l6b、微带线l5g和微带线l4o；

36、第二十七电路层包括过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h51、过孔h52、过孔h53、过孔h54、过孔h55、微带线l5h和微带线l4p；

37、第二十八电路层包括过孔h10、过孔h20、过孔h24、过孔h53、过孔h54、过孔h55、微带线l6c、微带线l5i和微带线l4q；

38、第二十九电路层包括金属片c4a和过孔h20，所述金属片c4a通过两个长边分别与外电极上的第一接地端和第二接地端连接；

39、第三十电路层包括金属片c4b和过孔h20；

40、第三十一电路层包括金属片c4c，所述金属片c4c通过两个长边分别与外电极上的第一接地端和第二接地端连接。

41、上述进一步方案的有益效果是：本方案中的叠层电路包括三十一层电路，不同层电路通过金属化过孔连接，在极小的体积内实现中频仅为46mhz的带通滤波器。

42、进一步地，所述微带线l1a、微带线l1b和微带线l1c经由过孔h31和过孔h34首尾相连，共同构成等效电感l1；

43、所述微带线l2a、微带线l2b、微带线l2c、微带线l2d、微带线l2e、微带线l2f、微带线l2g、微带线l2h和微带线l2i经由过孔h3、过孔h8、过孔h11、过孔h13、过孔h16、过孔h18、过孔h21和过孔h22首尾相连，共同构成等效电感l2；

44、所述微带线l3a、微带线l3b、微带线l3c、微带线l3d、微带线l3e、微带线l3f和微带线l3g经由过孔h5、过孔h9、过孔h12、过孔h14、过孔h17和过孔h19首尾相连，共同构成等效电感l3；

45、所述微带线l4a、微带线l4b、微带线l4c、微带线l4d、微带线l4e、微带线l4f、微带线l4g、微带线l4h、微带线l4i、微带线l4j、微带线l4k、微带线l4l、微带线l4m、微带线l4n、微带线l4o、微带线l4p和微带线l4q经由过孔h23、过孔h25、过孔h27、过孔h28、过孔h29、过孔h32、过孔h33、过孔h35、过孔h39、过孔h41、过孔h42、过孔h44、过孔h47、过孔h49、过孔h51和过孔h54首尾相连，共同构成等效电感l4；

46、所述微带线l5a、微带线l5b、微带线l5c、微带线l5d、微带线l5e、微带线l5f、微带线l5g、微带线l5h和微带线l5i经由过孔h38、过孔h40、过孔h43、过孔h45、过孔h46、过孔h48、过孔h52和过孔h55首尾相连，共同构成等效电感l5；

47、所述微带线l6a、微带线l6b和微带线l6c经由过孔h50和过孔h53首尾相连，共同构成等效电感l6；

48、所述金属片c1a、金属片c1c、金属片c1e和金属片c1g经由过孔h4电连接，所述金属片c1b、金属片c1d、金属片c1f和金属片c1h经由过孔h37电连接，两组金属片相互垂直耦合，共同构成等效电容c1；

49、所述金属片c2a、金属片c2c、金属片c2e、金属片c2g和金属片c2i经由过孔h26电连接，所述金属片c2b、金属片c2d、金属片c2f和金属片c2h经由过孔h36电连接，两组金属片相互垂直耦合，共同构成等效电容c2；

50、所述金属片c3a、金属片c3c、金属片c3e和金属片c3g经由过孔h30电连接，所述金属片c3b、金属片c3d和金属片c3f经由过孔h20电连接，两组金属片相互垂直耦合，共同构成等效电容c3；

51、所述金属片c4a和金属片c4c经由第一接地端和第二接地端电连接，并与金属片c4b垂直耦合，共同构成等效电容c4；

52、所述金属片c5a和金属片c5b垂直耦合，共同构成等效电容c5；

53、所述金属片c6a和金属片c6c经由过孔h2电连接，并与金属片c6b垂直耦合，共同构成等效电容c6；

54、所述金属片c7a、金属片c7c和金属片c7e经由过孔h15电连接，所述金属片c7b和c7d经由过孔h1电连接，两组金属片相互垂直耦合，共同构成等效电容c7；

55、所述金属片c8a和金属片c8c经由第一接地端和第二接地端电连接，并与金属片c8b垂直耦合，共同构成等效电容c8。

56、上述进一步方案的有益效果是：通过叠层电路中设置的金属片、过孔和微带线，构成各等效电感和等效电容。

57、进一步地，所述中频滤波器基于叠层技术加工为贴片元件。

58、上述进一步方案的有益效果是：通过叠层技术将滤波器加工为贴片元件，满足北斗卫星定位系统射频前端对b3频段中频滤波器小型化的需求。

59、进一步地，所述中频滤波器的制造工艺包括叠层印制电路板工艺、低温共烧陶瓷技术、ipd工艺和cmos半导体工艺。

60、上述进一步方案的有益效果是：通过上述制作工艺，可以将滤波器的叠层电路内置于陶瓷介质体中，在三维介质层上实现各种等效元件的集成，实现电路的小型化和高密度化。

61、进一步地，所述叠层陶瓷载体内的电路层采用内埋金属材料，所述内埋金属材料包括铜或钯银。

62、上述进一步方案的有益效果是：本方案使用高电导率的金属材料，如银、铜作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因数，采用钯银作为内埋金属材料，在烧结过程中不会氧化，可以无需电镀保护。