基于LTCC工艺的无源元件建模

摘要

随着科技发展，无线电技术不断完善，特别是通信(比如数据网络、移动电话)、射频识别、导航系统、遥感遥测以及探测等技术，这些技术的实现与射频电路息息相关。众所周知，射频电路中包含大量无源元件，包括传输线、电容、电感、电阻以及滤波器等。由于在高频情况下无源元件的工作状态非常复杂，性能呈现频变特性，寄生效应越来越明显。因此，如何正确描述无源元件的高频响应，建立准确等效电路模型，提高元件性能成为当前的研究热点。
　　无源元件根据所适用的频率范围可以分为集中参数元件和分布参数元件。在高频情况下，集中参数元件由于封装参数的原因不能适用于高频电路，所以要在高频电路中将集中参数元件设计成为分布参数元件。工作频率升高是需要在芯片上或者集成电路基板上实现无源元件的主要原因。目前，LTCC(LowTemperature Co-fired Cera)工艺已经成为集成无源元件的常用技术。
　　论文以基于LTCC工艺的螺旋电感以及垂直叉指结构电容器为例，研究了无源元件的性能，提出了优化设计方法，建立了两种拓扑等效电路模型并进行验证，证明模型的准确性，所研究的频段在12GHz以内。论文主要研究内容和成果有：
　　第一，确定研究方案，给出了无源元件建模的一般流程和方法。
　　第二，对于螺旋电感的研究主要包含四个方面。
　　(1)性能研究。分别定量和定性研究了螺旋电感的性能，包括谐振频率、品质因数、电感值。通过分析，定义并描述了电感的三个工作区域，以及每个工作区域的特性。
　　(2)优化设计。分别采用解析方法和电磁仿真方法研究电感值和品质因数与版图参数之间的关系以及造成性能变化的原因，通过分析，提供了优化设计方法。
　　(3)建立模型及验证。文章对改进后的单π型等效电路模型以及T型等效电路模型进行研究与验证，提出参数提取方法。结合设计的3.5T六边形螺旋电感，3.5T矩形螺旋电感和4.5T矩形螺旋电感的仿真结果，验证了这两种模型的正确性，并比较优缺点。
　　(4)考虑到无源组合电路中的耦合问题，通过HFSS仿真的方法对于电感之间的耦合进行了仿真分析。
　　第三，对于垂直叉指结构电容的研究主要包括两个方面。
　　(1)性能优化。采用电磁仿真分析的方法研究了电容的几何参数和材料参数对电容值、品质因数、自谐振频率的影响，通过分析总结，提供了优化设计方法。
　　(2)建立模型并验证。建立了改进后的单π结构模型，提出参数提取方法。结合设计的五层、四层垂直叉指电容的仿真分析结果，验证模型正确性并与改进前的等效电路模型进行比较。

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2无源元件研究现状

1.3无源元件建模一般流程

1.4论文的主要工作和内容

第二章射频无源元件特性及分析

2.1引言

2.2无源元件基本特性

2.3无源元件分析方法分类

2.4无源元件损耗特性

2.5仿真分析工具

2.6本章小结

第三章螺旋电感的研究与建模

3.1引言

3.2螺旋电感概述

3.3螺旋电感的性能研究

3.4螺旋电感优化设计

3.5螺旋电感模型建立与验证

3.6本章小结

第四章垂直叉指电容的研究与建模

4.1引言

4.2电容概述

4.3垂直叉指电容优化设计

4.4垂直叉指电容模型建立与验证

4.5本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

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