基于基片集成波導(dǎo)的LTCC電路研究.pdf

1、近年來，微波毫米波技術(shù)在電路與系統(tǒng)的小型化、高集成等方面提出了前所未有的挑戰(zhàn)。在此背景下，低溫共燒陶瓷（LTCC，Low Temperature Co-fired Ceramic）技術(shù)，由于具有尺寸小、重量輕、損耗低、大規(guī)模制造成本低等眾多優(yōu)點，在現(xiàn)代無線通信及軍事應(yīng)用等眾多領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展。由于傳統(tǒng)的平面?zhèn)鬏斁€及金屬波導(dǎo)等傳輸線具有尺寸大、造價高等局限性，而難以應(yīng)用到LTCC多層電路中，因此當(dāng)前LTCC技術(shù)的研究熱點之一是致力于研究各

2、種新型基片集成波導(dǎo)為主的低損耗傳輸和諧振結(jié)構(gòu)，以適用LTCC電路的特點及需要；另一方面LTCC電路往往具有復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)及電磁特性，基于全波電磁仿真的傳統(tǒng)分析方法，越來越難以滿足復(fù)雜LTCC電路的需求。因此，研究具有針對性的高效優(yōu)化方法，縮短LTCC電路設(shè)計周期，是當(dāng)前LTCC技術(shù)研究的另一個重要內(nèi)容。
　　 本文在LTCC新型低損耗傳輸線，及空間映射方法應(yīng)用于LTCC電路的優(yōu)化設(shè)計等方面展開研究，得到一些有益的結(jié)論。主要研究工

3、作如下：
　　 1．本文研究了基于基片集成波導(dǎo)（SIW，Substrate Integrated Waveguide），即常規(guī)SIW傳輸線，及基于SIW改良的半?；刹▽?dǎo)(HMSIW，Half ModeSIW)、折疊基片集成波導(dǎo)（FSIW，F(xiàn)olded SIW）等傳輸線，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一系列用途廣泛的LTCC電路。傳統(tǒng)的微帶線、帶狀線等平面?zhèn)鬏斁€在微波射頻波段具有損耗高、品質(zhì)因數(shù)低等不利因素，而尺寸較大的普通金屬波導(dǎo)盡管

4、具有品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)點，卻難以應(yīng)用于高密度的多層集成電路中。相對于這些傳統(tǒng)的傳輸線，SIW等基片集成波導(dǎo)具有低損耗、品質(zhì)因數(shù)高、尺寸小等眾多優(yōu)點。本文首先基于等效模型法給出了SIW的部分等效電路模型，然后用全波分析方法對SIW的電磁特性進(jìn)行了分析和驗證，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了多層結(jié)構(gòu)的LTCC濾波器電路。為了進(jìn)一步實現(xiàn)LTCC電路的小型化和低損耗，本文在SIW的基礎(chǔ)上分析了HMSIW、FSIW等新型基片集成波導(dǎo)的特性，實現(xiàn)了HMSIW過渡、FS

5、IW功分器等常用無源器件。
　　 2．本文采用全波法和等效模型法對基片集成圓形波導(dǎo)（SICC，SubstrateIntegrated Circular Cavity）的電磁特性進(jìn)行了深入研究，在此基礎(chǔ)上研制了SICC濾波器、雙工器等LTCC電路。SICC和SIW相比，不僅同樣具有便于集成的優(yōu)點，而且還能夠提供自由度更高的電路拓?fù)洳季帧；赟ICC結(jié)構(gòu)，本文提出了新穎的基片集成圓形波導(dǎo)(HSICC，Half Mode SICC)諧

6、振結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了HSICC諧振器、HSICC濾波器、HSICC功分器等一系列LTCC無源電路，驗證了HSICC結(jié)構(gòu)應(yīng)用于LTCC電路的可行性。基于HSICC結(jié)構(gòu)的LTCC電路相比SICC結(jié)構(gòu)的LTCC電路，在保持可以靈活調(diào)整電路輸入輸出端口方向位置的優(yōu)點的同時，還可以進(jìn)一步減小將近一半的電路尺寸。
　　 3．本文對空間映射方法應(yīng)用于LTCC電路的優(yōu)化問題展開了針對性研究。傳統(tǒng)的全波電磁仿真方法，基于對梯度信息的解析法或窮舉法分析