【正文】 LTCC技術(shù)的帶2個(gè)衰減零點(diǎn)的BPFa該BPF的設(shè)計(jì)指標(biāo)為，2階， GHz，首先，要根據(jù)圖44b的電路原型來確定器件參數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)『2倒中的BPF的綜合設(shè)計(jì)法，查詢切比雪夫低通原型，可以得到圖44b中的相應(yīng)器件指標(biāo)為:cc,=，LL,二LL:二 ，C,二Cz = ，MM=。如圖45a中的虛線是通過ADS2002仿真獲得的不帶禍合電容的電路原型的傳輸和反射響應(yīng)。注意這些響應(yīng)在通帶兩側(cè)是不對(duì)稱的。在獲得相應(yīng)電路原型指標(biāo)后，接下來就要根據(jù)2個(gè)零點(diǎn)的位置來確定輸入輸出端之間的禍合電容C的值。通過前面的46式可以直接由零點(diǎn)位置求得C的值，在這里，我們另外給出一種圖解法。如圖45b，其中sC的直線和么z曲線的兩個(gè)交點(diǎn)就是零點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中， OpF。如圖45a中的實(shí)線是加上禍合電容C之后(如圖44b結(jié)構(gòu))的傳輸和反射響應(yīng)，可以看到相比沒有藕合電容的結(jié)構(gòu)獲得了預(yù)期零點(diǎn)而通帶特性又基本沒有受到影響。下面討論如何由電路原型參數(shù)得到相應(yīng)的LTCC物理實(shí)現(xiàn):基于圖44b的電路原型我們得到了一系列參數(shù)值，但是對(duì)于LTCC技術(shù)，44a的電路原型更適合。由圖44可以看出(a)電路和(b)電路的區(qū)別在于(a)中采用了兩個(gè)諧振單元中的電感互A電感M代替了(b)中的一個(gè)單獨(dú)的電感MM，而且由式43c可知M小于MM。采用LTCC技術(shù)，可以通過把兩個(gè)電感放在上下兩層但水平位置接近來實(shí)現(xiàn)互禍，這樣采用圖44a的電路原型可以明顯減少尺寸。由式43可以求得L, , , ?；贚TCC的多層結(jié)構(gòu)，電路原型中的電容可以通過多層平板電容實(shí)現(xiàn)，電感可以通過傳輸線或者螺旋線來實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的過程中，電容對(duì)應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)可以通過通用的平行板狀電容的公式估算。電感對(duì)應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)則可以通過傳輸線公式獲得?；ジ蠱對(duì)應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)可以由『21』給出，結(jié)合圖46，給出如下的計(jì)算公式:在這里我們采用了IMST提供的MulltiLib插件，在ADS2003 C中實(shí)現(xiàn)了上述集中參數(shù)元件到LTCC物理結(jié)構(gòu)的參數(shù)的變換。從而得到了該BPF初步的物理實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谟?jì)算和查曲線、圖表時(shí)存在誤差，而且每個(gè)集總參數(shù)元件的LTCC實(shí)現(xiàn)都帶來了不少寄生參數(shù)和互禍，所以必須利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真手段，對(duì)濾波器進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過改變多層電容器的位置和平板的結(jié)構(gòu)，并且微調(diào)橋接線得到了較為滿意的結(jié)果。圖47是仿真所得凡，和Sz，曲線圖，圖48是最終的物理結(jié)構(gòu)。圖47 仿真結(jié)果由圖47可以看到，這種基于LTCC的設(shè)計(jì)基本能在預(yù)期的地方產(chǎn)生零點(diǎn)，同時(shí)滿足其他設(shè)計(jì)指標(biāo)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，也說明了本文的設(shè)計(jì)方法是基本正確的。167。 BPF 對(duì)于帶通濾波器而言，阻帶特性有的時(shí)候非常重要，比如說文獻(xiàn)『16』中提到的合路器，其發(fā)送和接受通路的隔離度就主要取決于BPF的阻帶響應(yīng)。通常提高阻帶特性有兩種方法，增加諧振器數(shù)量『2倒和增加阻帶響應(yīng)零點(diǎn)『26』0本節(jié)提出了一種能提供指定頻率零點(diǎn)的2階BPF結(jié)構(gòu)，而且通過采用SIR技術(shù)和LTCC工藝使電路尺寸得到了很大減小。最后給出了一個(gè)用于無線局域網(wǎng)的BPF設(shè)計(jì)實(shí)例，并結(jié)合LTCC實(shí)際生產(chǎn)需要給出了一種通過高阻帶第一個(gè)零點(diǎn)位置來判斷基板介電常數(shù)細(xì)微變化的分析方法。. 1理論分析 如圖49給出了在二階BPF的阻帶任意位置增加2個(gè)零點(diǎn)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中(a)(b)中的零點(diǎn)位置都在低阻帶，(c)(.1)中的零點(diǎn)位置都在高阻帶，(c)中的零點(diǎn)位置高低阻帶各一個(gè)。上圖結(jié)構(gòu)中的元件參數(shù)可以參考文獻(xiàn)『20』的綜合設(shè)計(jì)法，同時(shí)結(jié)合下列的設(shè)計(jì)條件:其中和分別是阻帶零點(diǎn)頻率和濾波器的中心頻率，而凡和Bs分別是使用零點(diǎn)結(jié)構(gòu)和未使用響應(yīng)結(jié)構(gòu)的諧振器的磁化率。以圖49(e)中結(jié)構(gòu)為例給出元件計(jì)算公式如下:其中BW為3dB帶寬。:。22分別是分布與高阻帶和低阻帶的兩個(gè)零點(diǎn)頻率值?？紤]到使用分布參數(shù)元件實(shí)現(xiàn)上圖電路原型，我們可以用一終端接地的四分之一波長(zhǎng)傳輸線來替換相應(yīng)的諧振器結(jié)構(gòu)，這樣如圖49 (a)中虛線框內(nèi)的諧振器結(jié)構(gòu)就被替換成如圖410(a)中的結(jié)構(gòu)C相應(yīng)地這種諧振結(jié)構(gòu)也要滿足式48中的條件才可以說是一種成功的等效，也就是說它同樣能在諧振頻率的低阻帶端指定的位置產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)。由圖410 (a)的等效電路可以得到該諧振結(jié)構(gòu)的磁化率為: （411）其中氛是傳輸線的特征阻抗，氏是第r個(gè)諧振器的傳輸線電長(zhǎng)度。根據(jù)式48 ac我們可以得到阻帶零點(diǎn)頻率和諧振頻率分別滿足如下條件: （412） （413）注意其中B，是傳輸線在零點(diǎn)頻率時(shí)而不是諧振頻率時(shí)的電長(zhǎng)度。如圖410(b)給出了該諧振結(jié)構(gòu)的磁化率曲線，可‘以看出這種等效結(jié)構(gòu)完全能實(shí)現(xiàn)圖49Ca)中虛線框內(nèi)電路的傳輸特性。參考、fesongSoo Lim等人在文獻(xiàn)『26』中提出的改進(jìn)型Chebyshev BPF結(jié)構(gòu)(如圖411)，下面給出采用圖411結(jié)構(gòu)，在低阻帶增加一個(gè)零點(diǎn)的具體設(shè)計(jì)公式:由上圖等效電路可以得到圖411 (a)中的諧振電路的磁化率為:+ （414）在設(shè)定零點(diǎn)頻率由式412可以得到為: （415）由式413和414可以得到為： （416）其中其中是相應(yīng)的切比雪夫低通原型參數(shù)，W是歸一化帶寬。根據(jù)上述式41417就可以求得一個(gè)在低阻帶有一個(gè)零點(diǎn)的BPF所需結(jié)構(gòu)參數(shù)。本文在圖410諧振結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了一種新設(shè)計(jì)。如圖412，用RZ 1的SIR結(jié)構(gòu)傳輸線取代了原來的均勻阻抗傳輸線。相比410的設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)顯著減小了電路尺寸，并可以對(duì)高阻帶的鏡像頻率進(jìn)行抑制，而對(duì)通帶特性基本沒有影響。具體原理分析請(qǐng)參考本文第三‘章的相關(guān)內(nèi)容。根據(jù)上述式41417和SIR的基本原理可以得到所需諧振器的參數(shù)，但是在EDA軟件功能日益強(qiáng)大的今天，適當(dāng)減少初次設(shè)計(jì)精度而能大幅提高設(shè)計(jì)速度的的設(shè)計(jì)方法成為一種順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)的設(shè)計(jì)思路。本文就提出了一種簡(jiǎn)化的方法來由集中參數(shù)的諧振器推導(dǎo)出傳輸線諧振器的參數(shù)。圖412中的a結(jié)構(gòu)是采用四分之一波長(zhǎng)的短路傳輸線，b結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的集中LC諧振結(jié)構(gòu)，如果要讓兩者在并聯(lián)使用時(shí)等效需要滿足兩個(gè)條件:1諧振頻率相等。2在附近的磁化率斜率相等。(注意:限于有限頻帶內(nèi)等效，一般為相對(duì)帶寬巧15%[1])相應(yīng)的得到如下公式: （419） （420） （421）其中為傳輸線特征導(dǎo)納，為SIR結(jié)構(gòu)的阻抗比，為SIR不接地那端傳輸線地特征導(dǎo)納。在由L，C，推導(dǎo)出和后，利用Ads2002附帶的lincal工具可以容易得到所需短路線的物理參數(shù)。下面我們給出分別使用前后三種諧振結(jié)構(gòu)組成的一個(gè)中心頻率在2. 5GHz的BPF的曲線圖(圖413 )，仿真工具為ADS2002。由圖可知，結(jié)構(gòu)b較a在低阻帶增加了2個(gè)零點(diǎn)，同時(shí)高阻帶衰減也更加陡峭，代價(jià)是通帶插損變大，3倍中心頻率附近出現(xiàn)了一個(gè)鏡像通帶。這種傳輸特性有點(diǎn)類似橢圓函數(shù)型BPF，同樣是通過在可以允許的范圍內(nèi)犧牲通帶指標(biāo)來?yè)Q取阻帶指標(biāo)的提高。結(jié)構(gòu)c比較結(jié)構(gòu)b在通帶和低阻帶基本不變，但是在高阻帶將原來在3倍諧振頻率附近的鏡像頻率推遠(yuǎn)到5倍中心頻率附近，這是因?yàn)槲覀儾捎昧俗杩贡萊Z = 4的SIR結(jié)構(gòu)，參考圖35可以看到，和理論預(yù)測(cè)吻合的很好。但是相應(yīng)的，高阻帶的衰減也變平緩了。另外一方面，SIR結(jié)構(gòu)對(duì)減小電路尺寸方面有幫助，在后面我們將具體討論。 下面給出一個(gè)使用上面提供的方法設(shè)計(jì)，采用LTCC工藝實(shí)現(xiàn)的用于無線局域網(wǎng)的BPF (f, =)， GHz各產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)。采用圖413(c)的結(jié)構(gòu)，可以在低阻帶對(duì)鏡像頻率和來自PCS, GSM的干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)高抑制。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由上面提到的設(shè)計(jì)方法和公式并借助ADS進(jìn)行微調(diào)可以得到圖413(c)中的元件值分別為:C1=CZ= pF,C12= pF,CZ1=3 pF, CZ2 5 pF ,兩段SIR傳輸線的低阻端Zo =13 52，高阻端Z。二5252 , RZ =，電長(zhǎng)度為63度()。 在得到電路原型參數(shù)后，基于LTCC的多層結(jié)構(gòu)，電路原型中的電容可以通過多層平板電容實(shí)現(xiàn)，而SIR傳輸線結(jié)構(gòu)也可以直接采用帶狀線實(shí)現(xiàn)。在這里我們采用了IMST提供的MultiLib插件『35J，在ADS2003C中實(shí)現(xiàn)了上述集中參數(shù)元件到LTCC物理結(jié)構(gòu)的參數(shù)的變換。從而得到了該BPF初步的物理實(shí)現(xiàn)(如圖414)。為了提高電路Q值，同時(shí)也為了減少寄生參數(shù)，在實(shí)現(xiàn)電容結(jié)構(gòu)的時(shí)候采用了較薄的基片，而傳輸線部分則使用了較厚的基片。，通過改變多層電容器的位置和平板的結(jié)構(gòu)，并且微調(diào)橋接線得到了較為滿意的結(jié)果。最終的設(shè)計(jì)尺寸為4X4X2mm3。圖415是仿真所得S,、和S2。曲線圖。在上面進(jìn)行的電路仿真中，基板的介電常數(shù)都是預(yù)先設(shè)定好的。但是在實(shí)際電路制造過程中，LTCC工藝不可避免的存在介電常數(shù)改變的問題。本文發(fā)現(xiàn)，隨著SIR結(jié)構(gòu)的引入將會(huì)在高阻端產(chǎn)生一個(gè)顯著的衰減零點(diǎn)，而這個(gè)零點(diǎn)的位置對(duì)基板介電常數(shù)的改變很敏感，如圖416可以看出:( } )，高阻帶首個(gè)零點(diǎn)的偏移了近200MHz。證明了第一鏡像頻率和介電常數(shù)的高相關(guān)性。第五章結(jié)束語(yǔ) 近年來，隨著移動(dòng)通信與個(gè)人通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，未來的濾波器需要從現(xiàn)在通信系統(tǒng)的工作頻率向更短波長(zhǎng)，主要是毫米波段轉(zhuǎn)變，以避免在低頻段的擁擠，另外，在低頻段也缺少足夠的帶寬，而在毫米波及更高頻段上系統(tǒng)可以獲得更大的帶寬，系統(tǒng)性能也將得到提高。 現(xiàn)在的濾波器市場(chǎng)主要是800MHz到2GHz范圍內(nèi)的個(gè)人通信系統(tǒng)((PCs)所占據(jù)。PCs對(duì)高性能和低成本的濾波器有很大需求。相應(yīng)的在射頻技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，處于領(lǐng)先地位的主流制造商們正在爭(zhēng)相利用新的半導(dǎo)體技術(shù)和無源器件制造技術(shù)在提高器件性能和集成度的同時(shí)，盡可能的降低成本、減少器件尺寸和降低功耗。射頻技術(shù)正不可避免的向芯片射頻系統(tǒng)((SOC)發(fā)展。這對(duì)傳統(tǒng)的封裝技術(shù)及工程提出了挑戰(zhàn)。在眾多的封裝技術(shù)中，多芯片微組裝技術(shù)(MCM)憑其高電流密度、高可靠性及優(yōu)良的電性能和傳輸特性成為研究的主體。目前的MCM封裝技術(shù)一般對(duì)各層進(jìn)行延續(xù)性加工，即印刷、烘干、燒結(jié)完一層后再對(duì)下一層進(jìn)行印刷、烘干和燒結(jié)。這種工藝成本高，生產(chǎn)效率低，工藝復(fù)雜，難度大。而以LTCC技術(shù)為基礎(chǔ)的MCM封裝則可以將各層分別設(shè)計(jì)、一體燒結(jié)，從而可提高生產(chǎn)效率和成品率，降低成本。 另外一方面微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜，對(duì)電路的指標(biāo)要求越來越高，電路的功能越來越多，電路的尺寸要求越做越小，而設(shè)計(jì)周期卻越來越短。如何有效利用微波EDA軟件工具行微波元器件與微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)己經(jīng)成為微波電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要研究方向。 在上述射頻電路發(fā)展的大趨勢(shì)下，無線通信中帶通濾波器的類型和設(shè)計(jì)方法領(lǐng)域也出現(xiàn)了許多新的研究方向和成果。本論文就是在相應(yīng)的背景下對(duì)無線通信中帶通濾波器的小型化和性能優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了一系列研究。首先基于模板變換的思想，借助新型EDA軟件的輔助功能提出了一種設(shè)計(jì)禍合型帶狀線帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法。之后利用階躍阻抗傳輸線(SIR)和LTCC的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了幾種結(jié)構(gòu)新穎，性能優(yōu)良的濾波器。由于時(shí)間較緊，作者水平和精力有限，對(duì)相關(guān)課題的研究還有許多問題和想法需要進(jìn)一步解決。21世紀(jì)是個(gè)人通信的世紀(jì)，而無線通信在其中又占據(jù)著一個(gè)極其新銳和重要的地位，濾波器作為無線通信系統(tǒng)中十分關(guān)鍵的一類器件無疑也有非常廣闊的應(yīng)用前景。研制出體積更小、性能更佳的濾波器有重要的研究?jī)r(jià)值同時(shí)也有深厚的市場(chǎng)意義。本文只是在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)做了一些初步的嘗試和努力，未來的學(xué)習(xí)和工作將會(huì)更加復(fù)雜也更有意義。參考文獻(xiàn)1 清華大學(xué)《微帶電路》:人民郵電出版社，19792 Rhea R. HF Filter Design and Computer Simulation. Atlanta: Noble Publishing, 19943 Edward G .Cristal and Sidney Frankel. HairpinLin and Hybrid HairPinLine/HalfWave Paralled一Coupled一Line filters”:IEEE Trans, MTT一20，No 1Nov. 1972: p 7197284 林為干，《微波網(wǎng)絡(luò)》，國(guó)防工業(yè)出版社、19735 林祀楠，張雅綺，:微波學(xué)報(bào)，2002,18(1):46516 Makimoto al. Bandpass filters using parallel coupled stripline stepped impedanceresonators [J].USA: IEEE Trans. 1980, 28(12): 1413一14167 李明洋，郭陳江。. No. 9, 20038 :國(guó)防工業(yè)出版社，20029 , and :`icrostrip multistage coupled ring bandpass filters using sereline filters for harmonic suppression39。 USA: ELECTRONICS LETTERS 2639。 April 2001 Vol 3710 :39。Design of microstrip sereline bandstop filters39。, IEEE Microwaves,Optics and Acoustic, 1977,Paper T90M11 ,