基于ltcc的极高频波段高抑制带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器，包括陶瓷基板，陶瓷基板上下表面金属壁，由七十四个金属化通孔和陶瓷基板形成的六个谐振腔，每两个谐振腔之间的一个耦合缝隙，以及上层金属壁共面波导输入端口和输出端口。宽频带微波信号从输入端口进入第一谐振腔，通带内的微波信号通过第一耦合缝隙耦合到第二谐振腔，经过第二耦合缝隙耦合到第三谐振腔，经过第三耦合缝隙耦合到第四谐振腔，经过第四耦合缝隙耦合到第五谐振腔，最后经过第五耦合缝隙耦合到第六谐振腔到输出端口。本发明具有频段频率覆盖广、插入损耗小、频率选择性好、谐波抑制特性好、电路结构简单、可控性好等突出优点，对于未来高速率数据无线通信具有有重大应用前景。
【专利说明】基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器
【技术领域】
[0001] 本发明属于微波【技术领域】，涉及一种应用于微波毫米波电路的带通滤波器，特别 是一种基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器。
【背景技术】
[0002] 随着毫米波技术在无线通讯系统和雷达系统中应用的不断增多，对毫米波带通滤 波器的需求也日益增加。毫米波频段高，甚至百分之一的带宽就可以获得1GHz的宽度。较 早的微带带通滤波器由于平面制图和制版上的方便被广泛的应用，但是这种滤波器的技术 指标较差，随着通讯技术的不断发展，对滤波器的要求也越来越高。采用金属波导的毫米波 滤波器虽然能够达到较好的技术指标，但是造价昂贵，不能被广泛地应用；采用基片集成波 导（Substrate Integrated Waveguide,简称SIW)的毫米波滤波器受到了很高的重视，它 可以实现高性能且具有体积小的滤波器。它是一种新型波导，它具有传统的金属波导品质 因数、易于设计的特点，同时也具有体积小、造价低、易加工等传统。
[0003] 传统的微波混合集成电路由各种有源和无源分离器件焊接或粘贴在基片外部构 成，它和单片集成电路的联合使用，使各种大容量的微波功能模块得以实现。但是，整合性 越高，制造成本也随之急剧增加，再加上材料和工艺技术的某些限制，要做到将所有无源元 件集成到1C中，仍有很大困难。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种通带损耗低、频率选择性好、结构简单、可靠性高、成 本低、使用方便的基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器。
[0005] 实现本发明目的的技术方案是：一种基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器， 包括陶瓷基板，陶瓷基板上下表面金属壁，七十四个金属化通孔，由七十四个金属化通孔和 陶瓷基板形成的六个谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔之间的第一耦合缝隙，第二谐振腔 和第三谐振腔之间的第二耦合缝隙，第三谐振腔和第四谐振腔之间的第三耦合缝隙，第四 谐振腔和第五谐振腔之间的第四耦合缝隙，第五谐振腔和第六谐振腔之间的第五耦合缝 隙，以及上层金属壁共面波导输入端口和输出端口；
[0006] 所述第一谐振腔由十六个金属化通孔即第一?八金属化通孔、第六十七?七十四 金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁形成；第二谐振腔由十八个金属化通孔即第六?十四金 属化通孔、第六十一?六十九金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁形成；第三谐振腔由十八 个金属化通孔即第十二?二十金属化通孔、第五十五?六十三金属化通孔与陶瓷基板表面 金属壁形成；第四谐振腔由十八个金属化通孔即第十八?二十六金属化通孔、第四十九? 五十七金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁形成；第五谐振腔由十八个金属化通孔即第 二十四?三十二金属化通孔、第四十三?五十一金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁形成； 第六谐振腔由十六个金属化通孔即第三十?四十五金属化通孔与陶瓷基板表面金属壁形 成；第一谐振腔和第二谐振腔通过第一耦合缝隙耦合，第二谐振腔和第三谐振腔通过第二 耦合缝隙耦合，第三谐振腔和第四谐振腔通过第三耦合缝隙耦合，第四谐振腔和第五谐振 腔通过第四耦合缝隙耦合，第五谐振腔和第六谐振腔通过第五耦合缝隙耦合。
[0007] 本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1)带内插入损耗小，频率选择性好，带 外抑制高；(2)电路实现结构简单，致使内部通孔将波导腔分为6个谐振腔体，相邻谐振腔 的耦合通过通孔的间距来改变；（3)工艺上易于实现，相对与普通波导滤波器，由于结构简 单用LTCC技术使得本发明加工难度降低；(4)由于采用的是基片集成波导的结构使得本发 明便于集成。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为本发明基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器的结构图。
[0009] 图2为本发明基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器的金属化通孔示意图。
[0010] 图3为本发明基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器的幅频特性仿真曲线。
【具体实施方式】
[0011] 低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)是一种电子封装技术， 采用多层陶瓷技术，能够将无源元件内置于介质基板内部，同时也可以将有源元件贴装于 基板表面制成无源/有源集成的功能模块。LTCC技术在成本、集成封装、布线线宽和线间 距、低阻抗金属化、设计多样性和灵活性及高频性能等方面都显现出众多优点，已成为无源 集成的主流技术。今年来在微波领域的应用受到越来越多的关注，具有高Q值，便于内嵌无 源器件，散热性好，可靠性高，耐高温，冲震等优点，利用LTCC技术，可以很好的加工出尺寸 小，精度高，紧密型好，损耗小的微波器件。
[0012] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
[0013] 结合图1?2,本发明基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器，包括陶瓷基板 S，陶瓷基板S上下表面金属壁G，七十四个金属化通孔VI?V74,由七十四个金属化通孔 VI?V74和陶瓷基板S形成的六个谐振腔R1、R2、R3、R4、R5、R6,第一谐振腔R1和第二谐振 腔R2之间的第一耦合缝隙C12,第二谐振腔R2和第三谐振腔R3之间的第二耦合缝隙C23， 第三谐振腔R3和第四谐振腔R4之间的第三耦合缝隙C34,第四谐振腔R4和第五谐振腔R5 之间的第四耦合缝隙C45,第五谐振腔R5和第六谐振腔R6之间的第五耦合缝隙C56,以及 上层金属壁共面波导输入端口 P1和输出端口 P2 ;所述第一谐振腔R1由十六个金属化通孔 即第一?八金属化通孔VI、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、第六十七?七十四金属化通孔V67、 V68、V69、V70、V71、V72、V73、V74与陶瓷基板S表面金属壁G形成；第二谐振腔R2由十八 个金属化通孔即第六?十四金属化通孔V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13、V14、第六^^一? 六十九金属化通孔V61、V62、V63、V64、V65、V66、V67、V68、V69与陶瓷基板S表面金属壁G 形成；第三谐振腔R3由十八个金属化通孔即第十二?二十金属化通孔V12、V13、V14、V15、 V16、V17、V18、V19、V20、第五十五?六十三金属化通孔 V55、V56、V57、V58、V59、V60、V61、 V62、V63与陶瓷基板S表面金属壁G形成；第四谐振腔R4由十八个金属化通孔即第十八? 二十六金属化通孔￥18、￥19、￥20、￥21、￥22、￥23、￥24、￥25、￥26、第四十九?五十七金属化通 孔V49、V50、V51、V52、V53、V54、V55、V56、V57与陶瓷基板S表面金属壁G形成；第五谐振 腔R5由十八个金属化通孔即第二十四?三十二金属化通孔V24、V25、V26、V27、V28、V29、 V30、V31、V32、第四十三?五^-一金属化通孔 V43、V44、V45、V46、V47、V48、V49、V50、V51 与 陶瓷基板S表面金属壁G形成；第六谐振腔R6由十六个金属化通孔即第三十?四十五金属 化通孔 V30、V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37、V38、V39、V40、V41、V42、V43、V44、V45 与陶 瓷基板S表面金属壁G形成；第一谐振腔R1和第二谐振腔R2通过第一耦合缝隙C12耦合， 第二谐振腔R2和第三谐振腔R3通过第二耦合缝隙C23耦合，第三谐振腔R3和第四谐振腔 R4通过第三耦合缝隙C34耦合，第四谐振腔R4和第五谐振腔R5通过第四耦合缝隙C45耦 合，第五谐振腔R5和第六谐振腔R6通过第五稱合缝隙C56 f禹合。
[0014] 所述第一耦合缝隙C12是第六?八金属化通孔V6、V7、V8与第六十七?六十九金 属化通孔V67、V68、V69之间的缝隙，第二耦合缝隙C23是第十二?十四金属化通孔V12、 V13、V14与第六i^一?六十三金属化通孔V61、V62、V63之间的缝隙，第三耦合缝隙C34是 第十八?二十金属化通孔V18、V19、V20与第五十五?五十七金属化通孔V55、V56、V57之 间的缝隙，第四耦合缝隙C45是第二十四?二十五金属化通孔V24、V25、V26与第四十九? 五i 金属化通孔V49、V50、V51之间的缝隙，第五稱合缝隙C56是第三十?三十二金属化 通孔V30、V31、V32与第四十三?四十五金属化通孔V43、V44、V45之间的缝隙。
[0015] 所述第六?八金属化通孔V6、V7、V8与第六十七?六十九金属化通孔V67、V68、 V69不仅为第一谐振腔R1和第二谐振腔R2提供边界，并且能够通过调整第六?八金属化通 孔V6、V7、V8与第六十七?六十九金属化通孔V67、V68、V69在第一谐振腔R1的位置从而 调整第二谐振腔R2的谐振频率，同时第六金属化通孔V6与第六十七金属化通孔V67为第 一耦合缝隙C12提供边界；第十二?十四金属化通孔V12、V13、V14与第六十一?六十三金 属化通孔V61、V62、V63不仅为第二谐振腔R2和第三谐振腔R3提供边界，而且能够通过调 整第十二?十四金属化通孔V12、V13、V14与第六i^一?六十三金属化通孔V61、V62、V63 在第二谐振腔R2的位置从而调整第三谐振腔R3的谐振频率，同时第十二金属化通孔V12 与第六十一金属化通孔V61为第二耦合缝隙C23提供边界；第十八?二十金属化通孔V18、 V19、V20与第五十五?五十七金属化通孔V55、V56、V57不仅为第三谐振腔R3和第四谐振 腔R4提供边界，而且能够通过调整第十八?二十金属化通孔V18、V19、V20与第五十五? 五十七金属化通孔V55、V56、V57在第三谐振腔R3的位置从而调整第四谐振腔R4的谐振 频率，同时第十八金属化通孔V18与第五十五金属化通孔V55为第三耦合缝隙C34提供边 界；第二十四?二十五金属化通孔V24、V25、V26与第四十九?五^ 金属化通孔V49、V50、 V51不仅为第四谐振腔R4和第五谐振腔R5提供边界，而且能够通过调整第二十四?二十五 金属化通孔V24、V25、V26与第四十九?五i^一金属化通孔V49、V50、V51在第四谐振腔R4 的位置从而调整第五谐振腔R5的谐振频率，同时第二十四金属化通孔V24与第四十九金属 化通孔V49为第四耦合缝隙C45提供边界；第三十?三十二金属化通孔V30、V31、V32与第 四十三?四十五金属化通孔V43、V44、V45不仅为第五谐振腔R5和第六谐振腔R6提供边 界，而且能够通过调整第三十?三十二金属化通孔V30、V31、V32与第四十三?四十五金属 化通孔V43、V44、V45在第五谐振腔R5的位置从而调整第六谐振腔R6的谐振频率，同时第 三十金属化通孔V30与第四十三金属化通孔V43为第五耦合缝隙C56提供边界。
[0016] 本发明基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器的工作原理如下：宽频带微波 信号从输入端口 P1进入第一谐振腔R1，通带内的微波信号通过第一耦合缝隙C12耦合到第 二谐振腔R2,经过第二耦合缝隙C23耦合到第三谐振腔R3,经过第三耦合缝隙C34耦合到 第四谐振腔R4,经过第四耦合缝隙C45耦合到第五谐振腔R5,最后经过第五耦合缝隙C56 耦合到第六谐振腔R6到输出端口 P2,通带外的微波依次在六个谐振腔R1、R2、R3、R4、R5和 R6的谐振频率外衰减。通过改变七十四个金属化通孔VI?V74的位置，可以微调谐振腔的 谐振频率，通过调整第一耦合缝隙C12、第二耦合缝隙C23、第三耦合缝隙C34、第四耦合缝 隙C45、第五耦合缝隙C56的宽度改变通带的宽度。
[0017] 实施例1
[0018] 本发明基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器的陶瓷基板相对介电常数为 4. 3、损耗角正切为0. 002、尺寸长X宽X高为3. 4mmX 1. 36mmX0. 134mm，金属化通孔的半 径为0· 05mm，陶瓷基板的表面的金属壁厚度为0· 01mm。由图3可以看出，通带内最小插入 损耗为1. 5dB，回波损耗小于11. 34dB，带宽为128GHz?138GHz，下边带118GHz抑制好于 47. 08dB，上边带 148GHz 抑制好于 28. 88dB。
[0019] 综上所述，本发明基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器，具有频段频率覆盖 广、插入损耗小、频率选择性好、谐波抑制特性好、电路结构简单、可控性好等突出优点，对 于未来高速率数据无线通信具有有重大应用前景。
【权利要求】
1. 一种基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器，其特征在于，包括陶瓷基板（S)，陶 瓷基板（S)上下表面金属壁（G)，七十四个金属化通孔（VI?V74)，由七十四个金属化通孔 (VI?V74)和陶瓷基板⑶形成的六个谐振腔（Rl、R2、R3、R4、R5、R6)，第一谐振腔（R1) 和第二谐振腔（R2)之间的第一耦合缝隙（C12)，第二谐振腔（R2)和第三谐振腔（R3)之间 的第二耦合缝隙（C23)，第三谐振腔（R3)和第四谐振腔（R4)之间的第三耦合缝隙（C34)， 第四谐振腔（R4)和第五谐振腔（R5)之间的第四耦合缝隙（C45)，第五谐振腔（R5)和第六 谐振腔（R6)之间的第五耦合缝隙（C56)，以及上层金属壁共面波导输入端口（P1)和输出端 口 （P2); 所述第一谐振腔（R1)由十六个金属化通孔即第一?八金属化通孔（V1、V2、V3、V4、V5、 V6、V7、V8)、第六十七?七十四金属化通孔（V67、V68、V69、V70、V71、V72、V73、V74)与陶瓷 基板（S)表面金属壁（G)形成；第二谐振腔（R2)由十八个金属化通孔即第六?十四金属化 通孔（V6、V7、V8、V9、V10、VII、V12、V13、V14)、第六^-一?六十九金属化通孔（V61、V62、 V63、V64、V65、V66、V67、V68、V69)与陶瓷基板（S)表面金属壁（G)形成；第三谐振腔（R3) 由十八个金属化通孔即第十二?二十金属化通孔（V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18、V19、 V20)、第五十五?六十三金属化通孔（V55、V56、V57、V58、V59、V60、V61、V62、V63)与陶瓷基 板⑶表面金属壁（G)形成；第四谐振腔（R4)由十八个金属化通孔即第十八?二十六金属 化通孔（V18、V19、V20、V21、V22、V23、V24、V25、V26)、第四十九?五十七金属化通孔（V49、 V50、V51、V52、V53、V54、V55、V56、V57)与陶瓷基板（S)表面金属壁（G)形成；第五谐振腔 (R5)由十八个金属化通孔即第二十四?三十二金属化通孔（V24、V25、V26、V27、V28、V29、 V30、V31、V32)、第四十三?五^-一金属化通孔（V43、V44、V45、V46、V47、V48、V49、V50、V51) 与陶瓷基板（S)表面金属壁（G)形成；第六谐振腔（R6)由十六个金属化通孔即第三十? 四十五金属化通孔（V30、V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37、V38、V39、V40、V41、V42、V43、 V44、V45)与陶瓷基板（S)表面金属壁（G)形成；第一谐振腔（R1)和第二谐振腔（R2)通过 第一耦合缝隙（C12)耦合，第二谐振腔（R2)和第三谐振腔（R3)通过第二耦合缝隙（C23) 耦合，第三谐振腔（R3)和第四谐振腔（R4)通过第三耦合缝隙（C34)耦合，第四谐振腔（R4) 和第五谐振腔（R5)通过第四耦合缝隙（C45)耦合，第五谐振腔（R5)和第六谐振腔（R6)通 过第五f禹合缝隙（C56) f禹合。
2. 根据权利要求1所述的基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器，其特征在于，所 述第一耦合缝隙（C12)是第六?八金属化通孔（V6、V7、V8)与第六十七?六十九金属化通 孔（V67、V68、V69)之间的缝隙，第二耦合缝隙（C23)是第十二?十四金属化通孔（V12、V13、 V14)与第六i^一?六十三金属化通孔（V61、V62、V63)之间的缝隙，第三耦合缝隙（C34)是 第十八?二十金属化通孔（V18、V19、V20)与第五十五?五十七金属化通孔（V55、V56、V57) 之间的缝隙，第四耦合缝隙（C45)是第二十四?二十五金属化通孔（V24、V25、V26)与第 四十九?五十一金属化通孔（V49、V50、V51)之间的缝隙，第五耦合缝隙（C56)是第三十? 三十二金属化通孔（V30、V31、V32)与第四十三?四十五金属化通孔（V43、V44、V45)之间 的缝隙。
3. 根据权利要求1所述的基于LTCC的极高频波段高抑制带通滤波器，其特征在于，所 述第六?八金属化通孔（V6、V7、V8)与第六十七?六十九金属化通孔（V67、V68、V69)不 仅为第一谐振腔（R1)和第二谐振腔（R2)提供边界，并且能够通过调整第六?八金属化通 孔（V6、V7、V8)与第六十七?六十九金属化通孔（V67、V68、V69)在第一谐振腔（R1)的位 置从而调整第二谐振腔（R2)的谐振频率，同时第六金属化通孔（V6)与第六十七金属化通 孔（V67)为第一耦合缝隙（C12)提供边界；第十二?十四金属化通孔（V12、V13、V14)与第 六十一?六十三金属化通孔（V61、V62、V63)不仅为第二谐振腔（R2)和第三谐振腔（R3)提 供边界，而且能够通过调整第十二?十四金属化通孔（V12、V13、V14)与第六十一?六十三 金属化通孔（V61、V62、V63)在第二谐振腔（R2)的位置从而调整第三谐振腔（R3)的谐振频 率，同时第十二金属化通孔（V12)与第六十一金属化通孔（V61)为第二耦合缝隙（C23)提 供边界；第十八?二十金属化通孔（V18、V19、V20)与第五十五?五十七金属化通孔（V55、 V56、V57)不仅为第三谐振腔（R3)和第四谐振腔（R4)提供边界，而且能够通过调整第 十八?二十金属化通孔（V18、V19、V20)与第五十五?五十七金属化通孔（V55、V56、V57) 在第三谐振腔（R3)的位置从而调整第四谐振腔（R4)的谐振频率，同时第十八金属化通孔 (V18)与第五十五金属化通孔（V55)为第三耦合缝隙（C34)提供边界；第二十四?二十五 金属化通孔（V24、V25、V26)与第四十九?五i^一金属化通孔（V49、V50、V51)不仅为第四 谐振腔（R4)和第五谐振腔（R5)提供边界，而且能够通过调整第二十四?二十五金属化通 孔（V24、V25、V26)与第四十九?五i^一金属化通孔（V49、V50、V51)在第四谐振腔（R4)的 位置从而调整第五谐振腔（R5)的谐振频率，同时第二十四金属化通孔（V24)与第四十九金 属化通孔（V49)为第四耦合缝隙（C45)提供边界；第三十?三十二金属化通孔（V30、V31、 V32)与第四十三?四十五金属化通孔（V43、V44、V45)不仅为第五谐振腔（R5)和第六谐 振腔（R6)提供边界，而且能够通过调整第三十?三十二金属化通孔（V30、V31、V32)与第 四十三?四十五金属化通孔（V43、V44、V45)在第五谐振腔（R5)的位置从而调整第六谐振 腔（R6)的谐振频率，同时第三十金属化通孔（V30)与第四十三金属化通孔（V43)为第五耦 合缝隙（C56)提供边界。
【文档编号】H01P1/203GK104124497SQ201410377588
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】陈龙, 周围, 许心影, 顾家, 戴永胜 申请人:南京理工大学