低溫共燒陶瓷多層微波無源濾波器技術(shù)研究.pdf

1、目前低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)已經(jīng)成為實現(xiàn)無源元件(包括電感、電容等)集成的關(guān)鍵的主流技術(shù)，它在三維多層電路的設(shè)計上具有極大的靈活性。借助LTCC技術(shù)，很多傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的新型結(jié)構(gòu)的無源元件產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線通訊設(shè)備(尤其是射頻前端)中，而濾波器是其中一個關(guān)鍵的器件。基于LTCC技術(shù)構(gòu)造的多層微波濾波器是一種新型的復(fù)合組件，因其具有眾多優(yōu)點而滿足了現(xiàn)代電子系統(tǒng)高頻化、小型化、低成本化的發(fā)展要求。本課題主要研究LTCC多層微波無源

2、濾波器的設(shè)計與仿真。 由于無源元件在射頻系統(tǒng)中大量地使用，不僅占用大量系統(tǒng)面積并且元件和互連中存在較強的寄生效應(yīng)，因此無源元件的集成對于提高系統(tǒng)的集成度和可靠性至關(guān)重要。利用LTCC技術(shù)制作的復(fù)雜的多層陶瓷結(jié)構(gòu)可以更有效的實現(xiàn)無源元件的集成。而且LTCC技術(shù)可以內(nèi)埋置無源元件的特性使其在高頻應(yīng)用領(lǐng)域具有很大優(yōu)勢。這些無源元件是構(gòu)成無源濾波器的基本元件。 本課題首先針對此問題，通過萃取等效電路、電磁仿真和測量的方法，對采用

3、LTCC內(nèi)埋式結(jié)構(gòu)的構(gòu)成濾波器的基本無源元件電感和電容的設(shè)計展開研究。提出了LTCC內(nèi)埋式元件完善的設(shè)計方法和流程，據(jù)此設(shè)計和制作了平面曲折形和螺旋形電感以及多層垂直交叉型電容，測量與仿真結(jié)果的吻合驗證了設(shè)計和實現(xiàn)方法的正確性。另外，研究了不同設(shè)計參數(shù)對它們的電特性和物理特性的影響，得出了一系列對今后設(shè)計有參考價值的規(guī)律。發(fā)現(xiàn)LTCC多層三維結(jié)構(gòu)更有利于減小元件面積和提高電性能，但缺點是因?qū)訑?shù)較多而使得設(shè)計及制造的復(fù)雜度增加，因此在實際

4、設(shè)計中需要綜合考慮。 其次，在對LTCC多層結(jié)構(gòu)電感和電容元件研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合經(jīng)典的集總參數(shù)元件網(wǎng)絡(luò)綜合法和分布參數(shù)傳輸線理論，給出了新型LTCC多層濾波器的設(shè)計方法和原理，解決了耦合效應(yīng)的負(fù)面影響和復(fù)雜濾波器結(jié)構(gòu)中電感電容元件的實現(xiàn)兩大難題。在濾波器設(shè)計方面，首先重點設(shè)計了一個中心頻率為2.45GHZ、帶寬100MHz的普通微波帶通濾波器。其尺寸為4.1mm×2.0mm×0.6mm。此濾波器采用新穎的五層立體結(jié)構(gòu)。其中電感采

5、用平面正方形螺旋結(jié)構(gòu)，其金屬導(dǎo)帶的寬度為100um，可以在相對較小的面積上實現(xiàn)較大的電感值。分別利用垂直交錯結(jié)構(gòu)電容和普通平板電容實現(xiàn)不同的電容。然后，設(shè)計了一個六層立體結(jié)構(gòu)的且具有一個有限傳輸零點的微波帶通濾波器，并給出了相關(guān)設(shè)計公式。此濾波器的中心頻率為2.46GHZ，帶寬為150MHz，傳輸零點頻率為1.95GHZ。在分析其工作原理的同時，給出了此類濾波器的設(shè)計方法和流程。其尺寸為4.0mm×2.6mm×0.6mm。電磁仿真和電路