層疊片式LTCC微波濾波器設計與研究.pdf

1、移動通信事業(yè)的高速發(fā)展，對移動通信終端用射頻元器件的小型化提出了越來越高的要求。射頻元器件小型化最初解決方案是采用高介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷的材料，但小型化程度有限，基于低溫共燒技術(shù)(LowTemperatureCo-firedCeramic，LTCC)為基礎的層疊結(jié)構(gòu)設計可有效減小器件體積，是實現(xiàn)元器件向小型化、片式化、高可靠性和低成本發(fā)展的有效途徑。 層疊片式LTCC微波濾波器是一種新型濾波器，最早出現(xiàn)于20世紀80年代初，而

2、國內(nèi)直到最近幾年，才開始對其進行研究。由于LTCC微波濾波器有著巨大的市場前景，從而成為眾多企業(yè)競爭的焦點， 層疊片式LTCC微波濾波器中不但在同一層中存在電磁耦合，而且在垂直的層與層之間也存在著電磁耦合，同時有些層與層之間由通孔相互連接，因而在器件內(nèi)部分布著復雜的交叉耦合，這些耦合很難通過理論閉式(ClosedFormulation)解析法精確求解，因此設計中通過Ansoft公司三維場仿真軟件HFSS(HighFrequenc

3、yStructureSimulator)對LTCC微波濾波器三維結(jié)構(gòu)模型進行仿真模擬和參數(shù)提取。主要研究內(nèi)容如下： 1.LTCC內(nèi)埋置電感和電容設計，分析推導出三維矩形螺旋電感和VIC(Vertically-Interdigitated-Capacitor)電容的二端口導納參數(shù)表達式，分別構(gòu)建三維矩形螺旋電感和VIC電容的等效電路模型，并利用電路模型來提取出有效參數(shù)及各種寄生參數(shù)。通過使用ADS、HFSS軟件分別對等效電路模型和

4、實際三維結(jié)構(gòu)螺旋電感、VIC電容進行模擬仿真發(fā)現(xiàn)：在發(fā)生并聯(lián)諧振前的頻率范圍內(nèi)，它們的等效電路模型是相當準確的，其中電感等效電路模型S散射參數(shù)在幅度響應上最大誤差為2.5dB，相位響應最大誤差為16度，電容等效電路模型S散射參數(shù)的幅度響應最大誤差0.02dB，相位響應最大誤差為8度。 分別設計出大小為6.6nH和39.8nH的三維Helical矩形螺旋電感以及大小為7.95pF的VIC電容，且它們都具有較高的品質(zhì)因數(shù)和自我諧振頻

5、率。 2.層疊片式LTCC微波濾波器設計詳細介紹了層疊片式微波濾波器的設計方法及步驟。為提高層疊片式微波濾波器的抗電磁干擾(EMI)能力，對濾波器阻帶中的衰減極點進行設計。分別利用集總LC諧振和分布參數(shù)諧振體引入單個、多個衰減極點；并且可根據(jù)需要，將衰減極點設置在高頻或低頻阻帶中任意頻率處。 結(jié)合LTCC實際生產(chǎn)工藝，設計出截止頻率為400MHz的最大平坦(Butterworth)型低通濾波器，該層疊片式濾波器三維外形尺

6、寸為2.0mm×1.2mm×1.0mm，總共由十三層金屬圖案構(gòu)成。 利用集總LC諧振在高頻阻帶引入衰減極點，設計出截止頻率為300MHz的切比雪夫(Chebyshev)型低通濾波器，其中通帶最大插入損耗為0.8dB，在480MHz引入一個衰減極點，從而提高阻帶的衰減性能，達到在450MHz至1200MHz間有較高衰減(＜-28dB)，同時獲得陡峭的過渡帶。此外，詳細分析了金屬層厚、介質(zhì)層厚、介電常數(shù)等參數(shù)變化對LTCC低通濾波器