一种带状线结构的多级微波巴伦滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种带状线结构的多级微波巴伦滤波器。包括外壳和内部结构；所述内部结构从上至下一共六层结构：第一接地金属层，U形带状线层，第一直线带状线层，第二直线带状线层，Z形带状线层，第二接地金属层；第一直线带状线层中的每一级直线带状线分别与第二直线带状线层中的每一级直线带状线依此对应耦合。本发明体积小、滤波特性优良、边带陡峭、结构简单。
【专利说明】一种带状线结构的多级微波巴伦滤波器
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，具体涉及一种带状线结构的多级微波巴伦滤波器。
【背景技术】
[0002]近年来，随着移动通信、卫星通信及国防电子系统的微型化的迅速发展，高性能、低成本和小型化已经成为目前微波/射频领域的发展方向，对微波巴伦滤波器的性能、尺寸、可靠性和成本均提出了更高的要求。在一些国防尖端设备中，现在的使用频段已经相当拥挤，所以卫星通信等尖端设备向着毫米波波段发展，微波波段巴伦滤波器已经成为该波段接收和发射支路中的关键电子部件。
[0003]现有的微波巴伦滤波器多采用单级的巴伦和滤波器级联的结构实现，使用平面微带线的结构进行设计，因此巴伦滤波器体积大，且无法实现多级结构的设计，因此滤波器带外抑制特性并不优良、边带也不陡峭。如文献c.Tan, H.Wang, G.Yang, J.-Z.Zhao，“A Balun-BPF Using Coupled Lines with Capacitive Loads” ICCP2012 Procedings中所设计微带线单级巴伦滤波器体积大，滤波器特性不优良。如文献Tao Yang, MasayaTamura, and Tatsuo Itoh, “Compact Hybrid Resonator With Series and ShuntResonances Used in Miniaturized Filters and Balun Filters”， IEEE TRANSACT1NSON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.58, N0.2, FEBRUARY 2010 中的单级巴伦滤波器，滤波器体积大，滤波器特性不好。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种带状线结构的多级微波巴伦滤波器，其体积小、滤波特性优良、边带陡峭、结构简单。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明技术方案为一种带状线结构的多级微波巴伦滤波器，包括外壳和内部结构；
[0006]所述外壳包括:分别处于左右两侧的第一金属屏蔽壳和第二金属屏蔽壳；处于前侧的输入端口 ；处于后侧的第一输出端口和第二输出端口 ；填充的陶瓷介质。
[0007]内部结构从上至下一共六层结构:
[0008]第一层为第一接地金属层；
[0009]第二层为U形带状线层，该层包括U形带状线；
[0010]第三层为第一直线带状线层，该层包括多级直线带状线和第一输出电感，多级直线带状线之间互相平行，且多级直线带状线的一端均与第一金属屏蔽壳相连，多级直线带状线其中一侧最外侧的一级直线带状线与第一输出电感相连；
[0011]第四层为第二直线带状线层，该层包括多级带状线、输入电感以及第二输出电感，多级直线带状线之间互相平行，且多级直线带状线的一端均与第二金属屏蔽壳相连，多级直线带状线其中一侧最外侧的一级直线带状线与输入电感相连，多级直线带状线其中另一侧最外侧的一级直线带状线与第二输出电感相连；
[0012]第五层为Z形带状线层，该层包括Z形带状线，Z形带状线的两端分别与第一金属屏蔽壳和第二金属屏蔽壳相连；
[0013]第六层为第二接地金属层；
[0014]第一直线带状线层中的每一级直线带状线分别与第二直线带状线层中的每一级直线带状线依此对应耦合；
[0015]输入端口与输入电感相连，第一输出电感与第一输出端口相连，第二输出电感与第二输出端口相连；
[0016]第一接地金属层的两端分别与第一金属屏蔽壳和第二金属屏蔽壳相连，第二接地金属层的两端分别与第一金属屏蔽壳和第二金属屏蔽壳相连。
[0017]本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明采用多级耦合带状线结构，其多级谐振结构提高了滤波器的边带陡峭性，得到了良好的边带抑制特性；其一体化设计使得巴伦滤波器的体积小、重量轻、可靠性高；其简单对称的带状线结构使得巴伦滤波器具有良好的幅度平衡度和相位平衡度；其电路实现结构简单，成本低，可实现大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明带状线结构的多级微波巴伦滤波器的外部结构示意图。
[0019]图2是本发明带状线结构的多级微波巴伦滤波器的内部结构示意图。
[0020]图3是本发明带状线结构的多级微波巴伦滤波器S参数特性曲线。
[0021]图4是本发明带状线结构的多级微波巴伦滤波器两输出端口的相位差特性曲线。
【具体实施方式】
[0022]实施例1:
[0023]结合图1和图2，本实施例包括外壳和内部结构；
[0024]所述外壳包括:分别处于左右两侧的第一金属屏蔽壳5和第二金属屏蔽壳4 ;处于前侧的输入端口 I ;处于后侧的第一输出端口 2和第二输出端口 3 ;填充的陶瓷介质6。
[0025]内部结构从上至下一共六层结构:
[0026]第一层为第一接地金属层16 ；
[0027]第二层为U形带状线层，该层包括U形带状线；
[0028]第三层为第一直线带状线层，该层包括多级直线带状线8和第一输出电感10，多级直线带状线8之间互相平行，且多级直线带状线8的一端均与第一金属屏蔽壳5相连，多级直线带状线8其中一侧最外侧的一级直线带状线8与第一输出电感10相连；
[0029]第四层为第二直线带状线层，该层包括多级带状线8、输入电感7以及第二输出电感11，多级直线带状线8之间互相平行，且多级直线带状线8的一端均与第二金属屏蔽壳4相连，多级直线带状线8其中一侧最外侧的一级直线带状线8与输入电感7相连，多级直线带状线8其中另一侧最外侧的一级直线带状线8与第二输出电感11相连；
[0030]第五层为Z形带状线层，该层包括Z形带状线14，Z形带状线14的两端分别与第一金属屏蔽壳5和第二金属屏蔽壳4相连；
[0031]第六层为第二接地金属层15 ；
[0032]第一直线带状线层中的每一级直线带状线8分别与第二直线带状线层中的每一级直线带状线8依此对应耦合；
[0033]输入端口 I与输入电感7相连,第一输出电感10与第一输出端口 2相连,第二输出电感11与第二输出端口 3相连；
[0034]第一接地金属层16的两端分别与第一金属屏蔽壳5和第二金属屏蔽壳4相连,第二接地金属层15的两端分别与第一金属屏蔽壳5和第二金属屏蔽壳4相连。
[0035]实施例2:
[0036]在本实施例所述外壳包括:处于前侧的表面贴装结构的50欧姆阻抗输入端口 I ;处于后侧的表面贴装结构的75欧姆第一阻抗输出端口 2、表面贴装结构的75欧姆第二阻抗输出端口 3。
[0037]实施例3:
[0038]本实施例所述内部结构中:
[0039]U形带状线层包括两个U形带状线，即第一 U形带状线12和第二 U形带状线13，第一 U形带状线12和第二 U形带状线13的开口同方向设置；
[0040]第一直线带状线层包括6级直线带状线8和第一输出电感10，6级直线带状线8从第一级到第六级依此平行排列，且6级直线带状线8的一端均与第一金属屏蔽壳5相连，在6级直线带状线8中，第一级直线带状线8或者第六级直线带状线8中的一个与第一输出电感10相连；
[0041]第二直线带状线层包括6级带状线8、输入电感7以及第二输出电感11，6级直线带状线8从第一级到第六级依此平行排列，且6级直线带状线8的一端均与第二金属屏蔽壳4相连，在6级直线带状线8中，第一级直线带状线8与输入电感7相连，第六级直线带状线8与第二输出电感11相连；
[0042]第一直线带状线层中的6级直线带状线8分别与第二直线带状线层中的6级直线带状线8依此对应耦合。
[0043]稱合关系:
[0044]在上述实施例中:
[0045]第一直线带状线层中的每一级直线带状线8分别与第二直线带状线层中的每一级直线带状线8依此存在宽边耦合。
[0046]第一直线带状线层中相邻的两级直线带状线8之间存在窄边耦合。
[0047]第二直线带状线层中相邻的两级直线带状线8之间存在窄边耦合。
[0048]Z形带状线14用于与第二直线带状线层形成交叉耦合，产生传输零点，Z形带状线14的位置可以调整，具体根据所需的传输零点位置进行确定。
[0049]第一 U形带状线12和第二 U形带状线13用于增强第一直线带状线层中相邻直线带状线的耦合强度，第一 U形带状线12和第二 U形带状线13的位置均可以调整，具体根据所需的传输零点位置进行确定。
[0050]Z形带状线14、第一 U形带状线12和第二 U形带状线13的作用都可以通过产生、调整传输零点的位置，提高滤波器的边带陡峭性和边带抑制特性。
[0051]本发明在优化边带特性，提高边带陡峭特性的设计上，采用在两层中分布多级直线带状线的结构，在实现优良滤波器功能的同时实现第一输出端口 2和第二输出端口3180°相位差。本发明引入Z形带状线进行交叉耦合，引入U形带状线结构增强级间耦合，从而达到优良的滤波特性和良好的边带抑制特性。
[0052]本发明中,输入端口 1、第一输出端口 2、第二输出端口 3、第一金属屏蔽壳5、第二金属屏蔽壳4、填充的陶瓷介质6、第一接地金属层16、U形带状线、直线带状线8、第一输出电感10、输入电感7、第二输出电感11、Z形带状线14、第二接地金属层15均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。
[0053]由于采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，本发明低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900°C温度下烧结而成，所以本发明具有非常高的可靠性和温度稳定性，由于结构采用三维多层结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，从而使体积大幅减小。
[0054]为了进一步说明本发明的有益效果，使用了 Ansoft HFSS14电磁仿真软件对本发明带状线结构的多级微波巴伦滤波器进行了三维电磁仿真，本发明带状线结构的多级微波巴伦滤波器仿真尺寸仅为4.8mmX4.2mmX 1.5mm,体积小；所采用的陶瓷介质的介电常数为9.2。HFSS14仿真结果如图3和图4所示。
[0055]图3为本发明带状线结构的多级微波巴伦滤波器的S参数特性曲线，横轴为频率，单位GHz，纵轴为S参数，单位为dB，由图3可知本发明巴伦滤波器通带带宽为2.7GHz?
2.9GHz，幅度不平衡度(S21与S31之差的绝对值)小于ldB，上边带抑制优于45dB，下边带抑制优于45dB，具有优良的边带陡峭特性。
[0056]图4为两输出端口相位差特性曲线，横轴为频率，单位GHz，纵轴为相位差角度，单位为。，两输出端口的相位差即相位不平衡度为180° ±4°，因此具有良好的相位平衡特性。
【权利要求】
1.一种带状线结构的多级微波巴伦滤波器，包括外壳和内部结构，其特征在于， 所述外壳包括:分别处于左右两侧的第一金属屏蔽壳(5)和第二金属屏蔽壳(4);处于前侧的输入端口(I);处于后侧的第一输出端口(2)和第二输出端口(3);填充的陶瓷介质(6)； 内部结构包括:第一接地金属层(16)，U形带状线层，第一直线带状线层，第二直线带状线层，Z形带状线层，第二接地金属层(15)； 所述U形带状线层包括U形带状线； 所述第一直线带状线层包括多级直线带状线(8)和第一输出电感(10)，多级直线带状线(8)之间互相平行，且多级直线带状线(8)的一端均与第一金属屏蔽壳(5)相连，多级直线带状线(8)其中一侧最外侧的一级直线带状线(8)与第一输出电感(10)相连； 第二直线带状线层包括多级带状线(8)、输入电感(7)以及第二输出电感(11)，多级直线带状线(8)之间互相平行，且多级直线带状线(8)的一端均与第二金属屏蔽壳(4)相连，多级直线带状线(8)其中一侧最外侧的一级直线带状线(8)与输入电感(7)相连，多级直线带状线(8)其中另一侧最外侧的一级直线带状线(8)与第二输出电感(11)相连； Z形带状线层包括Z形带状线(14)，Z形带状线(14)的两端分别与第一金属屏蔽壳(5)和第二金属屏蔽壳(4)相连； 第一直线带状线层中的每一级直线带状线(8)分别与第二直线带状线层中的每一级直线带状线(8)依此对应耦合； 输入端口(I)与输入电感(7)相连,第一输出电感(10)与第一输出端口(2)相连,第二输出电感(11)与第二输出端口⑶相连； 第一接地金属层(16)的两端分别与第一金属屏蔽壳(5)和第二金属屏蔽壳(4)相连，第二接地金属层(15)的两端分别与第一金属屏蔽壳(5)和第二金属屏蔽壳(4)相连。
2.如权利要求1所述带状线结构的多级微波巴伦滤波器，其特征在于，输入端口(I)为表面贴装结构的50欧姆阻抗输入端口 ；第一输出端口(2)和第二输出端口(3)均为表面贴装结构的75欧姆阻抗输出端口。
3.如权利要求1所述带状线结构的多级微波巴伦滤波器，其特征在于，U形带状线层包括第一 U形带状线(12)和第二 U形带状线(13)，第一 U形带状线(12)和第二 U形带状线(13)的开口同方向设置； 第一直线带状线层包括6级直线带状线(8)； 第二直线带状线层包括6级带状线(8)； 第一直线带状线层中的6级直线带状线(8)分别与第二直线带状线层中的6级直线带状线(8)依此对应耦合。
4.如权利要求1所述带状线结构的多级微波巴伦滤波器，其特征在于，第一直线带状线层中的每一级直线带状线(8)分别与第二直线带状线层中的每一级直线带状线(8)依此存在宽边耦合。
5.如权利要求1所述带状线结构的多级微波巴伦滤波器，其特征在于，第一直线带状线层中相邻的两级直线带状线(8)之间存在窄边耦合。
6.如权利要求1所述带状线结构的多级微波巴伦滤波器，其特征在于，第二直线带状线层中相邻的两级直线带状线(8)之间存在窄边耦合。
【文档编号】H01P1/203GK104183893SQ201410410773
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】罗鸣, 周围, 陈龙, 许心影, 戴永胜 申请人:南京理工大学