分布式微型LTCC微波滤波器的研究与设计

论文摘要

现代无线通信技术的不断发展对射频模块的性能要求越来越高,高性能、低成本和小型化已经成为当前微波／射频领域的重要发展方向。航空、航天、单兵电子智能武器、机载和弹载的无线系统等均对小型化微波系统有迫切需求。微波滤波器是微波系统中必不可少的组成部分。因此,微波滤波器小型化的研究具有非常重要的意义。在众多新技术中,采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术设计无源器件具有许多其它技术无法比拟的优势。本文采用LTCC技术对微波／射频领域中最常用的无源器件——带通滤波器的设计进行了研究,特别对分布式微型LTCC带通滤波器进行了较深入的分析和讨论,并采用所讨论的方法研制了用于不同微波系统的四款LTCC带通滤波器。这几款LTCC滤波器具有很小的尺寸和优异的电性能,而且这些是国家自然科学基金项目(基金号：60671038)“基于封装的数字波束形成射频系统基础研究”的重要内容。本文研究设计的四款滤波器涵盖Ku波段、X波段和L波段,中心频率分别为16.25GHz、9.0GHz、1.42GHz和1.68GHz。由于时间原因暂时只加工出了两款中心频率分别为1.42GHz和1.68GHz的滤波器,此滤波器具有超小型和高性能的优点,指标和结构完全符合工程应用要求,并已大批量生产和应用。16.25GHz带通滤波器的带宽为300MHz,相对带宽约1.8%,属窄带滤波器,体积为4.2mm×3.2mm×0.8mm,优化设计结果为：插入损耗小于2.3dB,驻波比小于1.5,通带波动小于0.3dB,15GHz处的阻带衰减大于26.5dB,14GHz处的阻带衰减大于36.5dB。9.0GHz带通滤波器的带宽为1GHz,体积为3.2mm×2.5mm×1.5mm,优化设计结果为：插入损耗小于1.9dB,驻波比小于1.9,通带波动小于0.4dB,下边带的阻带衰减大于43dB,上边带的阻带衰减大于33dB。1.42GHz带通滤波器的带宽为60MHz,相对带宽约4.2%,体积为4.5mm×3.2mm×1.5mm,测试结果为：插入损耗小于2.8dB,驻波比小于1.7,通带波动小于0.3dB,下边带的阻带衰减大于51dB,上边带的阻带衰减大于32dB,测试与设计结果吻合。1.68GHz带通滤波器的带宽为60MHz,相对带宽约3.6%,体积为4.5mm×3.2mm×1.5mm,测试结果为：插入损耗小于2.1dB,驻波比小于1.4,通带波动小于0.2dB,下边带的阻带衰减大于53dB,上边带的阻带衰减大于32dB,测试与设计结果吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微波毫米波技术的特点及发展趋势
• 1.3 课题研究背景及意义
• 1.4 本文研究内容及结构体系
• 2 低温共烧陶瓷（LTCC）技术
• 2.1 引言
• 2.2 LTCC技术简介
• 2.2.1 LTCC工艺流程
• 2.2.2 LTCC基板材料特性介绍
• 2.3 LTCC技术的优点及存在的问题
• 2.3.1 LTCC技术的优点
• 2.3.2 LTCC技术存在的问题
• 2.4 LTCC技术未来的发展趋势
• 2.5 LTCC微波滤波器简介
• 2.5.1 引言
• 2.5.2 LTCC微波滤波器概况
• 2.5.3 LTCC微波滤波器设计方法及步骤
• 3 滤波器设计理论
• 3.1 滤波器概述
• 3.1.1 滤波器的分类
• 3.1.2 滤波器的技术指标
• 3.2 传输零点的产生
• 3.2.1 集总结构传输零点
• 3.2.2 分布结构传输零点
• 3.3 带状线
• 3.3.1 横电磁波传输线的一般性质
• 3.3.2 带状线的特性
• 3.4 平行耦合带状线
• 3.4.1 平行耦合带状线的弱耦合特性
• 3.4.2 平行耦合带状线的强耦合特性
• 3.5 模拟仿真软件介绍
• 4 LTCC带通滤波器设计
• 4.1 发射机用单层LTCC带通滤波器设计
• 4.1.1 技术指标及综合考虑
• 4.1.2 LTCC滤波器的实现
• 4.1.3 模型的改进
• 4.2 X波段滤波器设计
• 4.2.1 滤波器指标要求及综合考虑
• 4.2.2 滤波器的初步实现
• 4.2.3 滤波器最终实现
• 4.3 L波段滤波器设计
• 4.3.1 1.42GHz滤波器的研制
• 4.3.2 1.68GHz滤波器的研制
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录