改进的隐式空间映射算法在LTCC滤波器优化设计中的应用研究

摘要

人们对电子设备尤其是移动设备的小型化需求不断提高，使得低温共烧陶瓷(LTCC，Low Temperature Co-fired Ceramic)技术作为一种上佳的封装技术而倍受工程师们的青睐。低温共烧陶瓷技术是在多层陶瓷基板上埋置无源组件，经过叠压共烧成三维结构，从而实现器件的小型化。此技术已被广泛应用于制作巴伦、滤波器和天线等功能器件。本文主要研究LTCC带通滤波器的设计和优化，并应用改进的隐式空间映射算法较好的解决了LTCC三维结构电磁仿真耗时长和优化方向不确定的问题，其主要工作有:
　　1、选择切比雪夫低通原型滤波器，经过频率变换、元件变换以及J/K倒置变换器，得到要设计的微波频段上建模的带通滤波器集总电路，再结合传输零点方法和传输线理论，设计出4层LTCC微带滤波器。
　　2、对空间映射算法进行了较深入的研究，重点着眼于本文所采用的隐式空间映射算法，并针对其在参数提取过程中出现的参数非唯一性问题，采用频率参数提取的方法进行了较好的解决，并设计了平行耦合微带滤波器，以此说明改进算法的有效性。
　　3、采用HFSS搭建算法中所需的精细模型(fine model)，用ADS中的多层元件库来实现相对应的粗糙模型(coarse model)，通过采用了频率参数提取的隐式空间映射算法对模型进行不断的迭代优化，最终得到符合设计要求的带通滤波器，并与隐式空间映射算法的效能进行了比较。最终频率隐式空间映射算法经过了5次迭代后收敛，而隐式空间映射算法经过了7次迭代后才收敛。所设计的带通滤波器外形尺寸为2.5 mm×2.0mm×0.9 mm，中心频率为2.45GHz，带宽为100MHz，可应用于蓝牙和无线局域网(WLAN)频段。
　　仿真优化的结果证明频率隐式空间映射算法相比一般隐式空间映射算法，收敛更快，优化成本更低。且两种算法相比参数扫描方式，较好地解决了LTCC滤波器仿真优化耗时长和优化方向不明确的问题。

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 低温共烧陶瓷(LTCC)技术

1．1．1 LTCC技术介绍

1．1．2 国内外LTCC技术的现状和发展趋势

1．2 空间映射算法的提出及其发展历程

1．4 本文主要研究内容安排

第2章 微带带通滤波器的设计方法

2．1 滤波器的主要参数指标

2．2 滤波器电路设计

2．2．1 低通原型滤波器设计

2．2．2 频率变换和阻抗变换

2．2．3 J／K倒置变换器

2．3 传输线理论

2．4 本章小结

第3章 空间映射算法理论

3．1 空间映射算法的基本概念介绍

3．1．1 空间映射算法概念

3．1．2 空间映射算法的数学表示

3．2 空间映射算法的分类

3．2．1 显式空间映射算法

3．2．2 隐式空间映射算法

3．3 隐式空间映射算法介绍

3．4 隐式空间映射算法中参数提取过程的一点改进

3．5 微带平行耦合滤波器实例

3．6 本章小结

第4章 隐式空间映射算法在LTCC滤波器设计中的应用和改进

4．1 滤波器的集总电路设计

4．1．1 带通滤波器原型电路的设计

4．1．2 电路倒置变换

4．1．3 传输零点的实现

4．2 LTCC带通滤波器建模

4．2．1 LTCC带通滤波器尺寸设计

4．2．2 滤波器物理模型中传输零点的实现

4．3 LTCC滤波器仿真优化

4．3．1 频率隐式空间映射算法优化LTCC滤波器

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参的科研项目和成果