【正文】 耦合器等無源電路盡管可以在一定程度上集成在現(xiàn)代封裝系統(tǒng)中，但是，由于其工作性能的特殊要求及其特定的工作原理，還不能從設(shè)計(jì)上完全實(shí)現(xiàn)小型化，仍然面臨著小型化、高性能化的關(guān)鍵技術(shù)難題。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)這一研究熱點(diǎn)進(jìn)行了廣泛的研究，提出了一些中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 2 新的設(shè)計(jì)方法，并且取得了一定的成效。因此，性能優(yōu)良、高集成度的微波濾波器研究成為現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)研究中一個(gè)十分關(guān)鍵的工作。 167。市場(chǎng)需求的巨大動(dòng)力促使各類濾波器不斷揚(yáng)長(zhǎng)避短、改進(jìn)提高，在很大程度上已突破了早期的多種性能、功能或成本局限。當(dāng)然，許多問題涉及工藝控制與封裝過程，有待解決。 FBAR 的電特性己經(jīng)達(dá)到目前 CDMA 和 PCS陶瓷雙工器的性能標(biāo)準(zhǔn)。 PHS 1900 用最小的2 級(jí)帶通濾波器僅 ( mm ) ，而相對(duì)應(yīng)的 2級(jí)耦合型介質(zhì)濾波器只能達(dá) ( mm ）。 WLAN2450 的最小型僅為 ( mm ）。此后，松下、日本、飛利浦、雙信、 NGK 、 JTI 等公司先后開發(fā)出適合于表面貼裝的同類新產(chǎn)品 [3]。目前移動(dòng)通信中所使用的主要頻率為 — GHz，全 球 GSM頻段分為 4段，即 850/900/1800/1900MHz。為了在移動(dòng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸， IEEE 成了寬帶移動(dòng)的重要里程碑，促進(jìn)了移動(dòng)寬帶的演進(jìn)和發(fā)展 , 段均被劃分為 Wi MAX 的全球性統(tǒng)一無線電頻段 [4] 。 我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展迅速，一方面用戶數(shù)量不斷增長(zhǎng)，另一方面用戶要求的業(yè)務(wù)種類也不斷的增加，從話音業(yè)務(wù)到短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及將來的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)?，F(xiàn)在移動(dòng)通信系統(tǒng)從 GSM 到 GPRS 直至 CDMA ，頻率從原來的幾百赫茲到了現(xiàn)在的 9OOMHz 、 GHz 、 、 甚至更高。在微波波段，濾波器由于其具有小型化、易集成、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到重視。為了在移動(dòng)設(shè)備等器件上獲得更廣泛的應(yīng)用，器件小型化已經(jīng)是非常重要的要求，在應(yīng)用新型材料制作的同時(shí)，我們也利用了微波技術(shù)的各種理論通過都對(duì)微帶濾波器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，可以采用多個(gè)相互耦合的微帶線以提高濾波器的耦合度，降低濾波器的面積，同時(shí)，從微帶線的等效分布電感、電容出發(fā)，結(jié) 合模擬和試驗(yàn)結(jié)果，提出濾波器的等效 LC電路，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而減小濾波器的尺寸 [5]。當(dāng)平行耦合微帶線長(zhǎng)度為4?時(shí)，有帶通濾波器的特性，但其不能提供陡峭的通帶到阻帶過渡，如果將多個(gè)耦合微帶線單元級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)后的網(wǎng)絡(luò)可以具有良好的濾波特性。 濾波器的分類 最普通的 濾波器有低通、高通、帶通、帶阻衰減特性（如圖 21所示）。 (b)按用的元件分，有集總參數(shù)濾波器，分布參數(shù)濾波器，無源濾波器，有源濾波器，晶體濾波器，聲表面波濾波器，等等 [6]。 帶通 濾波器的主要參數(shù) (1)絕對(duì)衰減（ Absolute attenuation）：阻帶中最大衰減（ dB） (2)帶寬（ Bandwidth）：通帶的 3dB帶寬（ flow— fhigh） (3)中心頻率： fc或 f0 (4)截止頻率：下降沿 3dB點(diǎn)頻率 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 5 (5)每倍頻程衰減 (dB/Octave)：離開截止頻率一個(gè)倍頻程衰減 (dB) (6)微分時(shí)延 (differential delay)：兩特定頻率點(diǎn)群時(shí)延之差以 ns計(jì) (7)群時(shí)延 (Group delay)：任何離散信號(hào)經(jīng)過濾波器的時(shí)延 (ns) (8)插入損耗 (insertion loss)：當(dāng)濾波器與設(shè)計(jì)要求的負(fù)載連接，通帶中心衰減， dB (9)帶內(nèi)波紋 (passband ripple)：在通帶內(nèi)幅度波動(dòng)，以 dB計(jì) (10)相移 (phase shift)：當(dāng)信號(hào)經(jīng)過濾波器引起的相移 (11)品質(zhì)因數(shù) Q(quality factor)：中心頻率與 3dB帶寬之比 (12)反射損耗 (Return loss) (13)形狀系數(shù) (shape factor)：定義為 ? ?? ?點(diǎn) 點(diǎn)dBBW dBBW 360 (14)止帶 (stop band或 reject band)：對(duì)于低通、高通、帶通濾波器，指衰減到指定點(diǎn) (如 60dB點(diǎn) )的帶寬 [7]。 帶通濾波器的設(shè)計(jì)原型 低通濾波器 是帶通濾波器的特例， 可作為帶通濾波器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 。139。 1lg10???? dB (21) （ 21）中 ?滿足關(guān)系式（ 22）： ? ? ArL??1lg10 ? (22) N對(duì)應(yīng)于電路所需級(jí)數(shù)。? = 0處 (2n1)階的導(dǎo)數(shù) =0 ,1? 定義為衰減 3dB的頻帶邊緣點(diǎn) (2) 切比雪夫低通濾波器特性曲線（如圖 23所示）： 圖 23切比雪夫低通濾波器特性曲線 數(shù)學(xué)表示式如（ 23）、（ 24）： ? ?39。39。1239。139。139。 c o s hc o s h1lg10?????????????? ???????? nLA (24) (23),(24)中 ?滿足關(guān)系式 (25)： ? ? ArL??1lg10 ? (25) n仍舊是電路里電抗元件的數(shù)目。 最大平坦衰減特性曲線與切比雪夫特性曲線比較可以看出： 若通帶內(nèi)允許的衰減量 ArL 和電抗元件的數(shù)目 n為一定，則切比雪夫?yàn)V波器的截止速率更快 [8] 。 假如濾波器中的電抗元件的損耗較大，那么無論那種濾波器的通帶響應(yīng)的形狀與無耗時(shí)的比較，都將發(fā)生變化，而在切比雪夫?yàn)V波器中這種影響尤其嚴(yán)重。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 7 167。0R = 1或 0g = 39。1? = 1 對(duì)于兩端帶有電阻終端的最大平坦濾波器，給定 ArL = 3dB、 0g = 1 和 39。1? = 1，它的原型元件值可按以下各式計(jì)算： ??????? hln ArL? (27) ??????? n2sinh ?? (28) ? ? ?????? ?? nka k 2 12sin ?, k=1,2,? ,n (29) ???????? nkbk ?? sin2, k=1,2,? ,n (210) ?11 2ag ? (211) ????????????1114kkkkk gb aag , k=2,3,? n (212) 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 8 當(dāng) n為奇數(shù)時(shí)， 11 ??ng (213) 當(dāng) n為偶數(shù)時(shí)， ???????? 4c ot h 21 ?ng (214) 167。印制導(dǎo)線的厚度、寬度、印制導(dǎo)線與地 層的距離以及電介質(zhì)的介電常數(shù)決定了微帶線的特性阻抗。單位長(zhǎng)度微帶線的傳輸延遲時(shí)間，僅僅取決于介電常數(shù)而與線的寬度或間隔無關(guān)帶狀線是介于兩個(gè)接地層之間的印制導(dǎo)線，它是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的，那么線的特性阻抗也是可控的。 與金屬波導(dǎo)相比， 微帶線 體積小、重量輕、使用頻帶寬、可靠性高和制造成本低等；但損耗稍大，功率容量小。一般用薄膜工藝制造 [13] 。導(dǎo)體應(yīng)具有導(dǎo)電率高、穩(wěn)定性好、與基片的粘附性強(qiáng)等特點(diǎn)。 波形的仿真及優(yōu)化都是在 ADS 軟件中進(jìn)行的。 奇模和偶模特征阻抗 當(dāng)多根傳輸線相互之間靠得很近的時(shí)候 ,傳輸線之間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)將互相交互作用的更為復(fù)雜 ,傳輸在線的信號(hào)切換 (switching)狀態(tài)決定了以何種模式的傳輸 ,這種相互作用的重要性在于會(huì)改變傳輸線有效的特性阻抗和傳輸速率 [14] ,特別是當(dāng)很多非常靠近的傳輸線同時(shí)切換 ,這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重 ,它會(huì)使總線出現(xiàn)特性阻抗和延遲時(shí)間產(chǎn)生變化 ,從而影響總線的傳輸效能 .因此 ,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮到這些方面的影響 。 此情況下 ,傳輸線的等效電容增大 ,但是等效電感變小 。 此情況下 ,傳輸線的等效電容減小 ,但是等效電感增大 。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 10 167。微波網(wǎng)絡(luò)理論是微波工程強(qiáng)有力的工具，主要研究微波網(wǎng)絡(luò)各端口的物理量之間的關(guān)系，實(shí)際的微波 /射頻濾波器也是用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量。 雙口元件 [15]是在微波工程中應(yīng)用最多的一種元件，主要有濾波器、移相器、衰減器等。 幾乎所有的微波元件都可以由一 個(gè)網(wǎng)絡(luò)來代替，并且可以用網(wǎng)絡(luò)端口參考面上的變量來描述其特性（在傳輸線上端口所在的位置，與能流方向垂直的橫截面通常稱為 “ 參考面 ” ）。 微波網(wǎng)絡(luò)有不同的網(wǎng)絡(luò)參量：阻抗參量 Z、導(dǎo)納參量 Y 和 A參量反映的是參考面上電壓與電流的關(guān)系；散射參量 S、傳輸參量 T反映的是參考面上歸一化入射波電壓和歸一化反射波電壓之間的關(guān)系。利用 S參 量 ，射頻電路設(shè)計(jì)者可以在避開不現(xiàn)實(shí)的終端條件以及避免造 成待測(cè)器件損壞的前提下，用兩端口網(wǎng)絡(luò)的分析方法來確定幾乎所有射頻器件的特征，故 S參量是微波網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最多的一種主要參量。設(shè) an表示第n個(gè)端口的歸一化入射波電壓， bn表示第 n個(gè)端口的反射波歸一化電壓。 對(duì) S11的模取對(duì)數(shù)就可以得到以 dB為單位的回波損耗 [16]： 11log20)(Re SdBtur nL o ss ?