一种内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器。

背景技术

目前通信系统中所采用的微带滤波器是在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)上实现的。

PCB板上实现的滤波器芯片尺寸较大，集成度低，插入损耗高，信号选择性较差，不适用于高频通信系统。

并且，滤波器中需要包含耦合微带线，传统基于单层PCB板实现的滤波器中，需要通过缩小两条传输线的间距来实现偶模阻抗远大于奇模阻抗的耦合微带线，传输线之间的间距小导致加工难度较高。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器，以解决传统带通滤波器芯片尺寸较大，集成度低，且耦合微带线间距小导致加工难度较高的技术问题。具体技术方案如下：

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器，包括：

第一层级结构、第二层级结构和中间层级结构；

所述第一层级结构包括：第一端口、第一耦合微带线和第一阶梯式阻抗谐振器SIR枝节；

所述第一端口包括第一信号端口和第一接地端口；

所述第一耦合微带线包括第一子微带线和第二子微带线；所述第一子微带线和所述第二子微带线位于不同结构层，且所述第一子微带线和所述第二子微带线垂直耦合；

所述第一SIR枝节包括第一枝节微带线和第二枝节微带线；

所述第一信号端口、所述第一子微带线、所述第一枝节微带线、所述第二枝节微带线依次连接；

所述第二层级结构包括：第二端口、第二耦合微带线和第二SIR枝节；

所述第二端口包括第二信号端口和第二接地端口；

所述第二耦合微带线包括第三子微带线和第四子微带线；所述第三子微带线和所述第四子微带线位于不同结构层，且所述第三子微带线和所述第四子微带线垂直耦合；

所述第二SIR枝节包括第三枝节微带线和第四枝节微带线；

所述第二信号端口、所述第三子微带线、所述第三枝节微带线、所述第四枝节微带线依次连接；

所述第二子微带线通过信号通孔连接所述第四子微带线；

所述中间层级结构为接地导体层；所述第一接地端口和所述第二接地端口均通过信号通孔连接所述接地导体层。

可选的，所述第一端口位于第一层结构；

所述第一子微带线和所述第二枝节微带线位于第二层结构；

所述第二子微带线和所述第一枝节微带线位于第三层结构；

所述第一信号端口通过信号通孔连接所述第一子微带线的一端；所述第一子微带线的另一端通过信号通孔连接所述第一枝节微带线的一端；所述第一枝节微带线的另一端通过信号通孔连接所述第二枝节微带线；

所述接地导体层位于第四层结构；

所述第四子微带线和所述第三枝节微带线位于第五层结构；

所述第三子微带线和所述第四枝节微带线位于第六层结构；

所述第二端口位于第七层结构；

所述第二信号端口通过信号通孔连接所述第三子微带线的一端；所述第三子微带线的另一端通过信号通孔连接所述第三枝节微带线的一端；所述第三枝节微带线的另一端通过信号通孔连接所述第四枝节微带线。

可选的，所述第一端口和所述第二枝节微带线位于第一层结构；

所述第一子微带线位于第二层结构；

所述第二子微带线和所述第一枝节微带线位于第三层结构；

所述第一信号端口通过信号通孔连接所述第一子微带线的一端；所述第一子微带线的另一端通过信号通孔连接所述第一枝节微带线的一端；所述第一枝节微带线的另一端通过信号通孔连接所述第二枝节微带线；

所述接地导体层位于第四层结构；

所述第四子微带线和所述第三枝节微带线位于第五层结构；

所述第三子微带线位于第六层结构；

所述第二端口和所述第四枝节微带线位于第七层结构；

所述第二信号端口通过信号通孔连接所述第三子微带线的一端；所述第三子微带线的另一端通过信号通孔连接所述第三枝节微带线的一端；所述第三枝节微带线的另一端通过信号通孔连接所述第四枝节微带线。

可选的，所述第一端口位于第一层结构；

所述第一子微带线位于第二层结构；

所述第二枝节微带线位于第三层结构；

所述第二子微带线和所述第一枝节微带线位于第四层结构；

所述第一信号端口通过信号通孔连接所述第一子微带线的一端；所述第一子微带线的另一端通过信号通孔连接所述第一枝节微带线的一端；所述第一枝节微带线的另一端通过信号通孔连接所述第二枝节微带线；

所述接地导体层位于第五层结构；

所述第四子微带线和所述第三枝节微带线位于第六层结构；

所述第四枝节微带线位于第七层结构；

所述第三子微带线位于第八层结构；

所述第二端口位于第九层结构；

所述第二信号端口通过信号通孔连接所述第三子微带线的一端；所述第三子微带线的另一端通过信号通孔连接所述第三枝节微带线的一端；所述第三枝节微带线的另一端通过信号通孔连接所述第四枝节微带线。

可选的，所述第一子微带线、所述第二子微带线、所述第三子微带线和所述第四子微带线为折线形四分之一波长微带线；

所述第一枝节微带线、所述第二枝节微带线、所述第三枝节微带线和所述第四枝节微带线为折线形半波长微带线。

本申请实施例有益效果：

本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器，采用三维多结构层布局耦合微带线和枝节微带线，插入损耗小，通带内阻抗匹配效果良好。相比于基于PCB板实现的带通滤波器，芯片集成度高、体积小，并且，由两个开路SIR枝节能够在通带两侧产生两个零点，提高了信号的选择性。此外，耦合微带线包含的两个子微带线位于不同结构层，采用垂直耦合的方式，克服了平面耦合方式中耦合微带线间距小导致加工难度较高的技术问题。

当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器的电路原理示意图；

图2为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的理想仿真结果示意图；

图3为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的三维立体示意图；

图4为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第一层结构示意图；

图5为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第二层结构示意图；

图6为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第三层结构示意图；

图7为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第四层结构示意图；

图8为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第五层结构示意图；

图9为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第六层结构示意图；

图10为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第七层结构示意图；

图11为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的三维版图模型的侧视图；

图12为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的仿真结果示意图；

图13为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的理想仿真结果示意图；

图14为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的三维立体示意图；

图15为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第一层结构示意图；

图16为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第二层结构示意图；

图17为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第三层结构示意图；

图18为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第四层结构示意图；

图19为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第五层结构示意图；

图20为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第六层结构示意图；

图21为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第七层结构示意图；

图22为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的三维版图模型的侧视图；

图23为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的仿真结果示意图；

图24为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的理想仿真结果示意图；

图25为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的三维立体示意图；

图26为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第一层结构示意图；

图27为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第二层结构示意图；

图28为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第三层结构示意图；

图29为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第四层结构示意图；

图30为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第五层结构示意图；

图31为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第六层结构示意图；

图32为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第七层结构示意图；

图33为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第八层结构示意图；

图34为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第九层结构示意图；

图35为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的三维版图模型的侧视图；

图36为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了解决传统带通滤波器芯片尺寸较大，集成度低，且耦合微带线间距小导致加工难度较高的技术问题，本申请实施例提供了一种内嵌SIR(stepped-impedanceresonators，阶梯式阻抗谐振器)枝节的小型化带通LTCC(Low Temperature Co-firedCeramic，低温共烧陶瓷)滤波器。

本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器可应用于5G通信系统，具体来说可以覆盖FR1的n77波段(3.3GHz-4.2GHz)，n78波段(3.3GHz-3.8GHz)。

本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器可以采用介电常数为5.9，损耗角正切值为0.002的FerroA6M作为生瓷带材料，可以采用金属银作为导体材料。单层生瓷带厚度可以为0.094mm，金属导体厚度可以为0.01mm。

本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器是三维层级结构的，具体包括：第一层级结构、第二层级结构和中间层级结构；第一层级结构包括：第一端口、第一耦合微带线和第一SIR枝节；第一端口包括第一信号端口和第一接地端口；第一耦合微带线包括第一子微带线和第二子微带线；第一子微带线和第二子微带线位于不同结构层，且第一子微带线和第二子微带线垂直耦合。第一SIR枝节包括第一枝节微带线和第二枝节微带线。第一信号端口、第一子微带线、第一枝节微带线、第二枝节微带线依次连接。第二层级结构包括：第二端口、第二耦合微带线和第二SIR枝节；第二端口包括第二信号端口和第二接地端口；第二耦合微带线包括第三子微带线和第四子微带线；第三子微带线和第四子微带线位于不同结构层，且第三子微带线和第四子微带线垂直耦合；第二SIR枝节包括第三枝节微带线和第四枝节微带线。第二信号端口、第三子微带线、第三枝节微带线、第四枝节微带线依次连接。其中，第一耦合微带线和第二耦合微带线连接，具体的，第一耦合微带线包含的第二子微带线通过信号通孔连接第二耦合微带线包含的第四子微带线。中间层级结构为接地导体层；第一接地端口和第二接地端口均通过信号通孔连接接地导体层。

为了便于理解，下面先对本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器的电路原理图进行说明。

参见图1，图1为本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器的电路原理示意图，如图1所示，电路具有对称性，包含两个耦合微带线和两个开路SIR枝节；第一耦合微带线包括第一子微带线和第二子微带线，第二耦合微带线包括第三子微带线和第四子微带线，第一SIR枝节包括第一枝节微带线和第二枝节微带线，第二SIR枝节包括第三枝节微带线和第四枝节微带线。

其中，第一耦合微带线与第二耦合微带线的阻抗相同，具体的，第一子微带线和第三子微带线的阻抗均表示为Z

本申请实施例中，第一子微带线、第二子微带线、第三子微带线和第四子微带线均可以是折线形四分之一波长微带线；第一枝节微带线、第二枝节微带线、第三枝节微带线和第四枝节微带线均可以是折线形半波长微带线。

本申请实施例中，两个耦合微带线连接产生带通滤波功能，接入的两个开路SIR枝节可以在通带两侧产生两个传输零点，以提高信号的选择性。

对应于电路原理图，本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器中的第一层级结构和第二层级结构可以具有镜面对称性，对称面为中间层级结构，该中间层级结构为接地导体层。

本申请实施例中，滤波器可以由多个结构层组成。第一耦合微带线中，第一子微带线和第二子微带线位于不同结构层，且第一子微带线和第二子微带线垂直耦合；第二耦合微带线中，第三子微带线和第四子微带线位于不同结构层，且第三子微带线和第四子微带线垂直耦合。

此外，第一端口、第二端口、第一枝节微带线、第二枝节微带线、第三枝节微带线和第四枝节微带线可以根据实际需求设置在相同或者不同的结构层。

本申请实施例中，第一信号端口可以作为信号输入端口，则第二信号端口作为信号输出端口；或者第二信号端口作为信号输入端口，则第一信号端口作为信号输出端口。

以第一信号端口作为信号输入端口，第二信号端口作为信号输出端口为例，第一信号端口接收输入信号，第一耦合微带线和第二耦合微带线产生通频带，频率处于通频带内的输入信号能够通过耦合方式传递至第二信号端口，从而第二信号端口输出滤波后信号。

本申请实施例提供的内嵌SIR枝节的小型化带通LTCC滤波器，采用三维多结构层布局耦合微带线和枝节微带线，插入损耗小，通带内阻抗匹配效果良好。相比于基于PCB板实现的带通滤波器，芯片集成度高、体积小，并且，由两个开路SIR枝节能够在通带两侧产生两个零点，提高了信号的选择性。此外，耦合微带线包含的两个子微带线位于不同结构层，采用垂直耦合的方式，克服了平面耦合方式中耦合微带线间距小导致加工难度较高的技术问题。

本申请实施例中，可以根据需求设置各微带线的特征阻抗以实现不同带宽的带通滤波器。

作为一个示例，根据实际测算，当Z

具体的，参见图3，图3为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的三维立体示意图。

具体的，第一端口位于第一层结构，如图4所示，图4为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第一层结构示意图，其中黑色部分为金属导体，白色部分为介质材料。长L

第一子微带线和第二枝节微带线位于第二层结构，如图5所示，图5为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第二层结构示意图。L

第二子微带线和第一枝节微带线位于第三层结构，如图6所示，图6为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第三层结构示意图。图6中，L

其中，第一信号端口通过信号通孔连接第一子微带线的一端；第一子微带线的另一端通过信号通孔连接第一枝节微带线的一端；第一枝节微带线的另一端通过信号通孔连接第二枝节微带线。

接地导体层位于第四层结构；如图7所示，图7为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第四层结构示意图。图7中，其中W＝0.5mm正方形为介质材料，其余部分为导体部分，作为接地导体。

第四子微带线和所述第三枝节微带线位于第五层结构，如图8所示，图8为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第五层结构示意图。图8中，L

第三子微带线和第四枝节微带线位于第六层结构，如图9所示，图9为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第六层结构示意图。图9中，L

第二端口位于第七层结构，如图10所示，图10为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的第七层结构示意图。图10中，长L

其中，第二信号端口通过信号通孔连接第三子微带线的一端；第三子微带线的另一端通过信号通孔第三枝节微带线的一端；第三枝节微带线的另一端通过信号通孔连接第四枝节微带线。

参见图11，图11为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的三维版图模型的侧视图，如图11所示，h＝0.094mm表示单层介质厚度，图中示出了相邻层结构之间的介质板厚度，以及信号通孔的设置情况。

参见图12，图12为本申请实施例提供的400MHz带宽带通LTCC滤波器的仿真结果示意图，如图12所示，中心频率为3.5GHz，带内回波损耗在-15dB以下，通带内的匹配效果很好，紧贴通带两侧各有一个传输零点，提高了信号的选择性，并且阻带的插入损耗都在-15dB以下，阻带信号的抑制效果很好。

作为另一个示例，根据实际测算，当Z

具体的，参见图14，图14为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的三维立体示意图。

第一端口位于第一层结构，如图15所示，图15为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第一层结构示意图。长L

第一子微带线位于第二层结构，如图16所示，图16为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第二层结构示意图。长L

第二子微带线和第一枝节微带线位于第三层结构，如图17所示，图17为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第三层结构示意图。其中L

其中，第一信号端口通过信号通孔连接第一子微带线的一端；第一子微带线的另一端通过信号通孔连接第一枝节微带线的一端；第一枝节微带线的另一端通过信号通孔连接第二枝节微带线。

接地导体层位于第四层结构，如图18所示，图18为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第四层结构示意图。其中W＝0.5mm正方形为介质材料，其余部分为导体部分，作为接地导体。

第四子微带线和第三枝节微带线位于第五层结构，如图19所示，图19为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第五层结构示意图。其中L

第三子微带线位于第六层结构，如图20所示，图20为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第六层结构示意图。其中L

第二端口和第四枝节微带线位于第七层结构，如图21所示，图21为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的第七层结构示意图。其中长L

其中，第二信号端口通过信号通孔连接所述第三子微带线的一端；第三子微带线的另一端通过信号通孔连接第三枝节微带线的一端；第三枝节微带线的另一端通过信号通孔连接第四枝节微带线。

参见图22，图22为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的三维版图模型的侧视图，如图22所示，h＝0.094mm表示单层介质厚度，图中示出了相邻层结构之间的介质板厚度，以及信号通孔的设置情况。

参见图23，图23为本申请实施例提供的900MHz带宽带通LTCC滤波器的仿真结果示意图，如图23所示，中心频率为3.5GHz，带内回波损耗在-15dB以下，通带内的匹配效果很好，紧贴通带两侧各有一个传输零点，提高了信号的选择性，并且阻带的插入损耗都在-15dB以下，阻带信号的抑制效果很好。

作为另一个示例，根据实际测算，当Z

具体的，参见图25，图25为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的三维立体示意图。

第一端口位于第一层结构，如图26所示，图26为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第一层结构示意图，长L

第一子微带线位于第二层结构，如图27所示，图27为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第二层结构示意图，其中L

第二枝节微带线位于第三层结构，如图28所示，图28为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第三层结构示意图，其中L

第二子微带线和第一枝节微带线位于第四层结构，如图29所示，图29为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第四层结构示意图，其中L

其中，第一信号端口通过信号通孔连接第一子微带线的一端；第一子微带线的另一端通过信号通孔连接第一枝节微带线的一端；第一枝节微带线的另一端通过信号通孔连接第二枝节微带线。

接地导体层位于第五层结构，如图30所示，图30为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第五层结构示意图，其中W＝0.5mm正方形为介质材料，其余部分为导体部分，作为接地导体。

第四子微带线和第三枝节微带线位于第六层结构，如图31所示，图31为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第六层结构示意图，其中L

第四枝节微带线位于第七层结构，如图32所示，图32为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第七层结构示意图，其中L

所述第三子微带线位于第八层结构，如图33所示，图33为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第八层结构示意图，其中L

第二端口位于第九层结构，如图34所示，图34为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的第九层结构示意图，其中长L

其中，第二信号端口通过信号通孔连接第三子微带线的一端；第三子微带线的另一端通过信号通孔连接第三枝节微带线的一端；第三枝节微带线的另一端通过信号通孔连接第四枝节微带线。

参见图35，图35为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的三维版图模型的侧视图，如图35所示，h＝0.094mm表示单层介质厚度，图中示出了相邻层结构之间的介质板厚度，以及信号通孔的设置情况。

参见图36，图36为本申请实施例提供的1.6GHz带宽带通LTCC滤波器的仿真结果示意图，如图36所示，中心频率为3.5GHz，带内回波损耗在-15dB以下，通带内的匹配效果很好，紧贴通带两侧各有一个传输零点，提高了信号的选择性，并且阻带的插入损耗都在-15dB以下，阻带信号的抑制效果很好。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。