基于LTCC技术的微波滤波器设计与研究

论文摘要

无线通信的迅猛发展对电子设备的小型化提出了越来越高的要求。研究性能高且体积小的微波滤波器已经成为目前的热门研究课题。LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）,即低温陶瓷共烧近年来得到了快速的发展,已经成为无源集成的主流技术。通过这种技术,可以改变滤波器的传统布局,由平面布局发展为三维立体布局,设计制作出体积更为小巧的多层层叠式滤波器。这样的改变不仅可以降低成本,而且极大地增加了设计灵活度。本文首先对微波滤波器的原理做了简单介绍。在此基础上,以广泛应用于无线通信设备中的中心频率为2.45GHz的滤波器为研究对象,从实际应用出发,分别进行了两种典型结构LTCC微波滤波器的设计。论文主要工作如下：1)LC型LTCC滤波器：内埋无源元件的实现是LC型LTCC滤波器设计的难点,本文研究了LTCC内埋式无源元件的设计原理和方法,并通过电磁场仿真、电路仿真等多种方法对影响LTCC内埋无源元件性能的因素进行分析。本文提出了一种新颖的螺旋电感结构,在保持线宽与间隔的和一定的前提下,逐圈改变线宽与间隔的比值m,从而在对有效电感值不产生大影响的前提下有效提高电感Q值。在此基础上,设计了面向无线通信中应用的LC型LTCC滤波器,其中心频率2.45GHz,带宽100MHz,整个滤波器尺寸为6.0×2.8×0.7mm3。2)带状线LTCC滤波器：本文给出了采用SIR折叠线型结构的设计方法,并分别利用跳变尺寸和交叉耦合两种方式实现了设计零点的指标要求。结合具体应用得到了符合设计指标要求的LTCC微波滤波器,其中心频率2.45GHz,带宽100MHz,带内插损<1.8dB,且阻带衰减符合设计要求,整个滤波器外形尺寸为2.2×1.8×0.9mm3。最后对滤波器进行了优化分析,分别分析了谐振单元面积、抽头输入位置、谐振器间距等对滤波器性能的影响,并总结了它们的变化规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线通信系统中的滤波器
• 1.2 通信领域中滤波器的发展
• 1.3 微波滤波器小型化的研究背景及其意义
• 1.4 LTCC微波滤波器
• 1.4.1 LTCC技术简介
• 1.4.2 LTCC技术特点
• 1.4.3 LTCC技术的发展现状和研究意义
• 1.5 本论文工作
• 第二章 微波滤波器设计基础
• 2.1 引言
• 2.2 滤波器的转移函数和衰减
• 2.2.1 电压转移函数和传输系数
• 2.2.2 功率转移函数与插入衰减
• 2.2.3 反射系数、电压驻波比与衰减的关系
• 2.3 低通滤波器原型分类及频率变换
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 低通滤波器原型分类
• 2.3.3 频率变换
• 2.3.4 阻抗变换器和导纳变换器
• 2.4 均匀传输线
• 2.4.1 均匀传输线的等效电路
• 2.4.2 带状线
• 2.5 传输零点的引入
• 2.6 LTCC滤波器设计方法
• 2.7 本章总结
• 第三章 LC型LTCC滤波器的设计研究
• 3.1 LTCC内埋无源元件设计
• 3.2 LTCC内埋电感的设计
• 3.2.1 电感等效电路模型
• 3.2.2 基于LTCC技术的平面螺旋电感的研究分析
• 3.3 LTCC内埋电容的设计
• 3.3.1 电容等效电路模型
• 3.3.2 基于LTCC技术的内埋式电容的分析与设计
• 3.3.3 MIM与VIC结构电容的特性比较
• 3.4 LC型LTCC滤波器设计
• 3.4.1 设计步骤
• 3.4.5 设计难点
• 3.4.6 LC滤波器的设计实现和仿真
• 3.5 本章总结
• 第四章 带状线型LTCC滤波器的设计研究
• 4.1 折叠线型SIR谐振器
• 4.2 带状线型LTCC滤波器的电路分析设计
• 4.3 带状线型LTCC滤波器的具体实现
• 4.3.1 传输零点的引入
• 4.3.2 物理建模
• 4.4 性能影响分析与仿真优化
• 4.4.1 谐振单元面积的影响
• 4.4.2 级间距的影响
• 4.4.3 抽头的影响
• 4.4.4 其它因素的影响
• 4.4.5 带状线LTCC滤波器的最终结构
• 4.5 本章总结
• 第五章 论文工作总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文