基于LTCC技术的微波毫米波滤波器与L波段收发前端

摘要

低温共烧陶瓷技术利用多层介质基片的堆叠，形成一种高集成度多层布线封装结构，利用这一特点可以提高电路性能，同时使系统体积和重量减小。另一方面，L波段收发前端在通信、雷达等微波系统中扮演着重要角色；小型化、高性能是其发展的一个重要方向。本文的工作重点为利用LTCC技术的优势设计多种形式的微波毫米波滤波器，并以此为基础研制了一个L波段收发前端。
　　 首先，本文对LTCC技术的自身特点，以及基于LTCC技术的相关器件和系统进行了简要介绍。在此基础上本文进行如下工作。层间互连和过渡在收发前端设计中起着重要作用，因此本文对微带-带状线，微带-SIW等层间互连和过渡结构进行了仿真设计；同时本文提出了一种新型的微带-波导过渡，它利用SIR形开槽耦合，有效地简化了过渡结构并拓展了带宽。然后，本文对微波、毫米波滤波器在LTCC技术中的应用进行了研究。通过对K/J转换器的变换，对带外指定零点的两阶窄带L/C滤波器原型进行了综合，并利用三维电磁场仿真软件验证了L波段带外一个零点的两阶L/C滤波器。此外，本文设计了SIW结构的波导和腔体滤波器。在此基础上提出了一种新颖的DFSIW谐振腔。其特点为：通过多次折叠SIW谐振腔来减小其尺寸；同时DFSIW谐振腔具有抑制某些高次模的特性，因此其带外抑制可以得到提高。另外，通过对称交叉耦合矩阵的综合，本文设计了带外三个零点的三腔FSIW交叉耦合滤波器。为更进一步提高滤波器性能，本文在Ka波段设计了片式和腔体的双模滤波器，并利用FSIW结构首次提出了双模工作的FSIW腔体滤波器。最后，基于前述无源结构的研究，本文对所设计的L波段收发前端方案进行了介绍和分析。
　　 本文设计的L波段收发前端的腔体外形尺寸为59×59×18mm3。为抑制镜频信号，采用二次变频结构，且收发支路共用本振源。测试结果为：发射支路由于埋置中频滤波器失效，导致发射支路没有信号输出；接收支路增益21±1dB，镜频抑制＞30dB，噪声系数约为12dB。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 LTCC技术的发展过程

1.2 LTCC技术工艺流程

1.3 常用LTCC介质材料

1.4 LTCC技术的优点和面临的挑战

1.5 LTCC收发前端的国内外发展动态

1.5.1 国外发展动态

1.5.2 国内发展动态

1.6 课题简介

第二章 基于LTCC技术的相关无源电路设计

2.1 层间连接与过渡

2.1.1 Ms-SIW(微带-介质集成波导)层间连接

2.1.2 MS-SL(微带-带状线)层间连接

2.1.3 SIR开槽Ms-RW背腔耦合过渡

2.2 滤波器设计基本理论

2.2.1 低通原型滤波器

2.2.2 低通到带通变换

2.3 L／C窄带滤波器设计

2.3.1 传输零点形成

2.3.2 两阶L／C多传输零点带通滤波器

2.4 叠层带状线线滤波器

2.5 SIW结构及其滤波器

2.5.1 SIW结构

2.5.2 SIW波导滤波器设计

2.5.3 SIW腔体滤波器设计

2.6 FSIW滤波器

2.6.1 对称广义Chebyshev滤波器耦合矩阵提取

2.6.2 FSIW滤波器设计

2.7 DFSIW腔体滤波器

2.7.1 矩形腔DFSIW

2.7.2 DFSIW圆形腔体滤波器

2.8 双模滤波器

2.8.1 双模片式

2.8.2 SIW腔体双模滤波器

2.8.3 FSIW腔体双模滤波器

2.9双工器(低通滤波器+带通滤波器)设计

第三章 L波段LTCC收发前端电路设计

3.1 系统方案设计

3.1.1 收发前端常用结构及指标

3.1.2 接收支路设计

3.1.3 发射支路设计

3.2 电路布局和腔体结构

3.3 测试结果

第四章 结论

致谢

参考文献

在学期间的研究成果

附录