微型LTCC平衡滤波器的研究

摘要

随着无线通信和个人无线电子终端产品的日益普及，性能优、体积小、成本低及可靠性高的目标越来越受到人们的关注和追求，尤其是器件微型化成为研究的前沿和热点。射频无源器件是射频模块中重要的组成部分，由于射频无源器件的固有特性，在系统中占有的体积较大，而采用平面集成技术缩小的体积远不能满足工程需求；先进的LTCC(低温共烧陶瓷)技术采用多层立体三维集成技术，使射频无源器件小型化、高性能、低成本成为可能。微波平衡滤波器在现代无线通信系统中是非常重要的器件。在许多无线通信应用中，例如无线局域网，蓝牙，WiMAX以及LNB(低噪声下变频器)等，平衡滤波电路被广泛应用于射频前端模块。本文针对微型LTCC平衡滤波器进行了研究。
　　 单独探讨和研究采用LTCC技术实现微波滤波器和巴伦设计的论文较多，然而二者集成在一起实现小型化LTCC平衡滤波器的问题却未得到足够关注，这主要与微波无源器件集成的复杂性和LTCC器件的电路高密度特点有关，这也是本项研究面临的巨大的挑战和难点所在。
　　 本文将平衡滤波器与LTCC工艺相结合，从滤波器和巴伦设计理论出发，分别探讨和研究了采用LTCC技术实现微波巴伦和集总参数滤波器；然后，利用垂直通孔互连工艺技术将滤波器和巴伦进行互连，并且集成在一个模块中，从而实现微型微波平衡滤波器。本文成功设计了两种微型LTCC平衡滤波器，其工作频段分别为：(1)1.65GHz～2.15 GHz LTCC；(2)0.95 GHz～1.45 GHz。本文在设计中，提出了具有阻抗转换功能的平衡滤波器设计方法，解决了该器件在系统应用时低通、高通LTCC滤波器和LTCC巴伦的阻抗匹配和转换难题(50 Ohm/75 Ohm相互转换)。该电路模块的尺寸为：2.0mm×1.5 mm×1.38 mm。两种微波平衡滤波器的工作带宽分别为：26.3％和41.7％。据本研究所知，尚未见到在该频段如此小体积的微波宽带平衡滤波器。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，仿真设计结果与指标要求相比均优于指标要求，并已交付LTCC工艺线加工。
　　 本文针对微型平衡滤波器宽频带、小体积和阻抗匹配的难点，对具有阻抗变换功能的滤波器和宽频带巴伦及总体设计中的问题进行了探索，解决了微型LTCC阻抗转换匹配平衡滤波器的设计难点及宽频带巴伦和总体设计的问题；实现了相对带宽为91％的新型多耦合线宽带巴伦和两种具有阻抗变换功能的高通和低通微型平衡滤波器。不仅对平衡滤波器的小型化LTCC实现具有很大的参考价值，而且对于其它LTCC无源器件集成设计也有着重要的借鉴作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 LTCC技术简介

1.2平衡滤波器概述

1.2.1国内外研究现状

1.2.2平衡滤波器设计简介

1.3论文主要内容及安排

2巴伦基本理论和设计

2.1巴伦基本理论

2.1.1常见巴伦种类

2.1.2巴伦的电路参数分析

2.1.3巴伦的技术指标

2.1.4 Marchand巴伦电路分析

2.2巴伦的设计与实现

2.2.1 Marchand巴伦设计

2.2.2宽带巴伦的设计

2.3本章小结

3滤波器基本理论和设计

3.1滤波器基本理论

3.1.1滤波器分类和技术指标

3.1.2滤波器低通原型及逼近函数

3.1.3频率变换

3.1.4传输零点的形成

3.1.5滤波器电路设计步骤

3.2集总参数元件的LTCC实现

3.2.1集总电感实现

3.2.2集总电容实现

3.2.3 LTCC集总参数器件解决方案

3.3滤波器的设计与实现

3.3.1高通阻抗匹配滤波器

3.3.2低通阻抗匹配滤波器

3.4本章小结

4平衡滤波器的设计仿真

4.1引言

4.2高通平衡滤波器设计仿真

4.3低通平衡滤波器设计仿真

4.4平衡滤波器尺寸设置

4.5平衡滤波器设计总结

总结与展望

致 谢

参考文献

附 录