基于LTCC技术的天线开关模块设计

论文摘要

随着移动通信的迅猛发展,手机终端在小型化、多功能、数字化及高可靠性、高性能,低成本方面的需求,对元器件的小型化、集成化以至模块化要求愈来愈紧迫。近年来低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC）技术的发展为手机射频前端模块化提供了强大的动力。LTCC技术的多层立体布线特点以及优异的电子、机械、热力特性,成为手机射频前端无源器件模块化的首选。本文主要基于LTCC技术设计GSM/DCS双频段天线开关模块和GSM/UMTS多频段天线开关模块。具体研究工作包括以下四个方面:1、低通滤波器的设计。基于集总电路模型的低通滤波器设计,通过LC谐振器引入传输零点以增强二、三次谐波抑制。在三维建模过程中充分利用寄生电容有效减少叠层数,设计出2.0mm×1.2mm×1.0mm尺寸的GSM850/900MHz低通滤波器。2、双工器设计。利用双工器互补原理设计,采用低通加高通的结构减少公共端匹配电路降低复杂度和减小尺寸。通过LC谐振引入传输零点和在高通滤波器后面级联“π”型低通滤波器增强谐波抑制。最后得到一个通带为859±35MHZ和1920±70MHz,性能良好的2.0mm×1.2mm×1.0mm规格尺寸双工器。3、GSMDCS双频段天线开关模块的设计。双频段天线开关模块由双工器、一刀双掷微波开关和低通滤波器滤波器组成。分析了如何将整体设计技术指标分解为单个器件技术指标,重点介绍了一刀双掷微波开关的设计。利用Agilent ADS和Ansoft HFSS进行协同优化仿真完成3.2mm×3.2mm×1.4mm双频段天线开关模块。在GSM和DCS两种发射模式下带内插入损耗分别为1.2dB和1.8dB,二、三次谐波抑制均大于30dB,其余各项性能均满足项目的指标要求。4、GSM/UMTS双模多频段天线开关模块的设计与制作。该模块主要由单刀九掷微波开关和两个内嵌陶瓷基板低通滤波器组成,其尺寸为2.5mm×2.5mm×1.15mm。重点研究内嵌两个低通滤波器的陶瓷基板设计。利用Agilent ADS和Ansoft HFSS协同仿真功能,实现微波开关与陶瓷基板的整合并对整个模块进行性能优化,各项技术指标均满足项目指标要求。最后对陶瓷基板进行了制作和测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 天线开关模块概述
• 1.3 LTCC 技术发展现状
• 1.4 LTCC 工艺技术
• 1.5 课题来源及研究内容
• 第二章 滤波器设计基本理论
• 2.1 滤波器的分类和技术参数
• 2.2 微波滤波器的网络综合设计
• 2.2.1 微波滤波器的设计方法
• 2.2.2 集总参数低通原型滤波器
• 2.2.3 频率变换
• 2.3 滤波器传输零点的形成
• 2.4 本章小结
• 第三章 LTCC 滤波器和双工器设计
• 3.1 集总电感模型的建立
• 3.1.1 电感性能指标
• 3.1.2 电感模型的建立
• 3.1.3 电感模型参数提取
• 3.1.4 螺旋电感计算公式
• 3.2 集总电容模型的建立
• 3.2.1 电容性能指标
• 3.2.2 电容模型的建立
• 3.2.3 电容估算公式
• 3.2.4 电容模型参数提取
• 3.3 LTCC 低通滤波器的设计
• 3.4 LTCC 双工器的设计
• 3.4.1 双工器设计基本理论
• 3.4.2 双工器的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 双频段天线开关模块设计
• 4.1 双频段天线开关模块设计方案与技术指标
• 4.1.1 GSM/DCS 双频段天线开关模块设计技术方案
• 4.1.2 GSM 双频段天线开关模块设计技术指标要求
• 4.2 PIN 二极管开关电路设计
• 4.2.1 PIN 二极管
• 4.2.2 PIN 管的等效电路及其开关电路应用
• 4.2.3 一刀双掷开关（SPDT）电路
• 4.3 双频段天线开关设计与实现
• 4.3.1 双频段天线开关模块电路图
• 4.3.2 双频段天线开关模块的三维仿真实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 多频段天线开关模块设计
• 5.1 多频段天线开关模块设计方案和技术指标
• 5.1.1 多频段天线开关模块设计方案
• 5.1.2 多频段天线开关模块技术指标
• 5.1.3 管脚排布
• 5.2 微波开关介绍
• 5.2.1 微波开关的技术指标
• 5.2.2 微波开关的分类
• 5.3 内嵌低通滤波器陶瓷基板的仿真设计
• 5.3.1 内嵌低通滤波器的电路
• 5.3.2 内嵌低通滤波器的陶瓷基板仿真
• 5.4 多频段天线开关整体设计与实现
• 5.5 多频段天线开关模块的制作和测试
• 5.6 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附件