微型高集成度LTCC微波双工器研究与设计

论文摘要

在现代无线通信系统中有许多系统收发链路共用一根天线,双工器的作用就是将天线接收到或发射的射频信号分成收、发两路不同频段的信号,再传送到下一级电路或通过天线发射到空中的关键器件。作为射频电路的前端部件,其性能的优劣直接影响了整个系统的通信质量。现在,微波双工器已被广泛应用于微波、毫米波通信、微波导航、制导、遥测遥控、卫星通信以及军事电子对抗等多种领域,并对微波双工器的要求也越来越高。高阻带抑制、低通带插损、宽频带、高功率、寄生通带和带内平坦群时延等成为用户的主要技术指标要求。同时,随着国民经济的快速发展和国防科技的飞速进步,航空、航天、雷达系统、单兵智能武器、机载和弹载的无线系统等均对微波器件的小型化提出了很高的要求。因此,对微型高性能双工器的研究需求也越来越迫切。这就促使微波射频工程师不断研究、探索和发展微波双工器的设计技术及新的电路拓扑、结构、材料和工艺等。本论文以微波滤波器、双工器设计的基本理论为指导,结合先进的LTCC工艺,对微型双工器的设计、制造和测试技术进行探索和研究,成功完成了对两款高性能、微型的LTCC双工器的设计。本文在设计中,创新性的提出了等效替换的电路拟合方法,解决了该器件在设计过程中元件实现的难题。该电路模块的尺寸为：4.3 mm×3.2 mm×2.6mm,工作频段为：0.2 GHz～0.75 GHz、0.95 GHz～1.45 GHz、1.65 GHz～2.15 GHz,据我们所知,工作在该频段如此小体积的微波双工器,国内尚属首例。所设计的器件采用Ansoft HFSS (High Frequency Structures Simulator)全波三维电磁仿真软件进行仿真和优化设计,为验证设计的正确性,对其中一种进行了制造和测试,实测结果均优于指标要求,某些指标甚至超过了国外同类产品。本文针对高集成度微型双工器,小体积、宽频段和阻抗匹配难的难点,对微型高集成度LTCC带阻、带通分支滤波器及双工器总体设计中的问题进行了探索,解决了微型LTCC双工器阻抗匹配、元件实现中的难题,实现了工作频段从0.2 GHz到2.15 GHz,阻带衰减大于30dB的新型LTCC微波双工器。不仅对微波双工器的小型化LTCC实现具有很大的参考价值,而且对于其他LTCC无源器件的集成设计也有重要的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景,研究目的及意义
• 1.2 微波滤波器的研究历史及现状
• 1.3 本论文的内容安排及创新点
• 2 滤波器及双工器基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 低通滤波器原型
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 广义切比雪夫滤波器
• 2.3 频率变换
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 带通滤波器与低通原型的频率变换
• 2.3.3 带阻滤波器与低通原型的频率变换
• 2.4 双工器设计理论
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 互补双工器理论
• 2.4.3 传输零点理论
• 3 LTCC内埋置电路的设计及参数提取
• 3.1 引言
• 3.2 LTCC内埋电感的设计
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 内埋电感类型
• 3.2.3 内埋电感参数提取
• 3.2.4 内埋电感设计实例
• 3.3 LTCC内埋电容的设计
• 4 双工器设计实例
• 4.1 引言
• 4.2 上下结构LTCC双工器的设计
• 4.2.1 双工器等效电路的设计
• 4.2.2 双工器各元件的设计
• 4.2.3 双工器三维结构的组成
• 4.2.4 小结
• 4.3 左右结构LTCC双工器的设计
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 设计过程简介
• 4.3.3 结果分析
• 5 LTCC工艺介绍
• 5.1 引言
• 5.2 工艺流程及特点
• 5.3 LTCC技术应用
• 6 网版制作
• 7 测试及结果分析
• 8 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录