[发明专利]一种具有杂散抑制型垂直叉指电容的LTCC带通滤波器

说明书

技术领域

本发明属于电子器件领域，具体涉及一种小型化集总参数LTCC带通滤波器及其采用的杂散抑制型叉指电容和螺旋电感。

背景技术

带通滤波器(Band-Pass Filter，BPF)是现代系统级封装(System in Package，SiP)开发中必不可少的关键组件。它也是最大的组件之一，特别是在超外差接收机中变频到较低的中频频带(Intermediate Frequency，IF)(大部分的f_IF<200MHz)之后。为了在这些极低频率下实现小型化，由于垂直方向的集成水平较高，低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)适用于构建集总参数滤波器。很少有文献使用LTCC技术实现几十兆赫频率的带通滤波器，并且大波长使得尺寸减小非常具有挑战性。此外，大型声表滤波器由于尺寸较小而在低频率下占主导地位，但是它们有更高的插入损耗和群延迟，并且同时需要额外的电容器和电感器用于阻抗匹配。

带通滤波器在几十兆赫兹频率下工作需要大电容和大电感构成谐振器。实现大电容的同时减小滤波器尺寸只能通过使用垂直叉指型电容器(Vertically-Interdigital Capacitor，VIC)来实现。目前，增强VIC的电容的两种方式增加了叉指的尺寸或数量。然而，增加叉指的尺寸对于过滤器尺寸减小没有帮助。增加指状物的数量导致在多个频点处产生不期望的共振或寄生杂散尖峰，从而限制了其可用频带。因为VIC是多导体结构，其呈现通带和阻带。虽然所有的VIC在设计和构建时都显示出这个问题，但目前还没有文献对多层VIC的容值和杂散尖峰的抑制进行探究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的因为出现不期望的共振或寄生杂散尖峰，从而限制可用频带的缺陷，提出了使用高阻抗线路实现多层螺旋电感和一种杂散抑制型垂直叉指电容(Spurious Spikes Suppressed Vertically-Interdigital Capacitor，SVIC)。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种小型化集总参数LTCC带通滤波器，包含杂散抑制型垂直叉指电容与三维螺旋电感，其特征在于滤波器为偶数层结构，杂散抑制型垂直叉指电容与三维螺旋电感在滤波器的最顶层通过微带线连接，杂散抑制型垂直叉指电容通过将间隔指的开路末端用垂直过孔连接并且具有缺陷结构。

本发明进一步提出一种上述小型化集总参数LTCC带通滤波器采用的杂散抑制型叉指电容，该叉指电容具有八节方形叉指的垂直叉指电容，均由8节叉指构成，每节叉指分别位于第1、2、3、4、5、6、7、8层，垂直过孔连接第1、3、5、7叉指电容的开路端，在第3、5、7节叉指上有缺陷结构以便于通孔穿过，另一垂直过孔连接第2、4、6、8叉指电容的另一开路端，在第2、4、6节叉指上有缺陷结构以便于通孔穿过。

本发明还进一步提出一种上述小型化集总参数LTCC带通滤波器采用的螺旋电感，该螺旋电感采用三维多层螺旋结构，有效提高了电感的Q值，电感L₁设计成正方形，电感L₂设计成矩形。

作为优选，上述螺旋电感由9.5圈0.2mm宽的高阻抗线来实现螺旋电感结构。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1，本发明针对60MHz的极低中心频率，提出了一种微型集总元件10层低温共烧陶瓷(LTCC)滤波器。通过使用高阻抗线路实现螺旋电感和杂散抑制型垂直叉指电容(SVIC)实现小型化、高性能和高可靠性。

2，杂散抑制型垂直叉指电容(SVIC)通过将间隔指的开路末端用垂直过孔连接并增加缺陷结构和通孔，实现垂直交叉指型电容(VIC)的电容值增加和杂散抑制，而Q值不会下降。

附图说明

图1为本发明的滤波器拓扑结构。

图2为本发明的SVIC三维结构图。

图3为本发明的SVIC结构等效模型图。

图4为本发明的传统VIC和SVIC电容值和Q值以及电容有效带宽仿真结果。

图5为本发明的螺旋电感的平面图、三维图、电磁仿真电感值和Q值。

图6为本发明的滤波器仿真和测试结果。

图7为本发明的滤波器三维结构图。

图8为本发明的滤波器的平面结构图与实物照片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。