基于LTCC技術(shù)的無源器件研究.pdf

1、隨著無線通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，近年來崛起的低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCC）由于其低成本、低介質(zhì)損耗、多層布局、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱率和高頻高 Q等特性被廣泛應(yīng)用于各種小型化、輕量化、高性能和高集成度的微波毫米波電路與系統(tǒng)。本論文基于平面交叉耦合濾波器和微帶天線的基本理論，結(jié)合 LTCC工藝的三維布局特性，提出了一系列多層結(jié)構(gòu)的微帶濾波器和天線設(shè)計(jì)方案。其中，濾波器具有小體積、高抑制度、寬頻/雙頻、傳輸零點(diǎn)和諧振頻率可調(diào)等特性；天線具有雙頻、雙圓極化

2、、緊湊的輻射面和體積等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　首先，本論文詳細(xì)闡述了交叉耦合濾波器的基本原理，將耦合矩陣的優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為求目標(biāo)函數(shù)最小值問題，提出適用于任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的遺傳-Solvopt混合優(yōu)化算法。以MATLAB作為研究平臺，在濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例中驗(yàn)證了優(yōu)化算法的可行性。引入源和負(fù)載的耦合并提出一系列新型的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對它們的傳輸零點(diǎn)和響應(yīng)曲線進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)定和分析。介紹了 N胞模塊級聯(lián)濾波器，其傳輸零點(diǎn)由每個(gè) N胞模塊單

3、獨(dú)控制，然后根據(jù)所需階數(shù)，選擇模塊之間的級聯(lián)方式組成多階級聯(lián)濾波器。在準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)傳輸零點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可兼顧良好的反射響應(yīng)、較高的阻帶抑制和矩形系數(shù)。所以 N胞模塊級聯(lián)濾波器不僅擁有高階濾波器的優(yōu)良傳輸性能，其結(jié)構(gòu)分析和實(shí)現(xiàn)還因基于獨(dú)立模塊而變得簡單，并降低了仿真和加工可能帶來的誤差影響。
　　其次，本論文研究了多種諧振濾波器，提出一系列基于 LTCC技術(shù)的新型濾波器結(jié)構(gòu)。利用LTCC的工藝特點(diǎn)設(shè)計(jì)多層交叉耦合階躍阻抗諧振（SIR）濾波

4、器，使得各諧振單元間的耦合方式從傳統(tǒng)的平面轉(zhuǎn)為立體，耦合度控制更靈活，體積更小。同時(shí)源-負(fù)載的耦合以及零度饋電方式的引入保證了阻帶的高抑制度。設(shè)計(jì)了一系列三維結(jié)構(gòu)的寬帶帶通和帶阻濾波器，所有濾波器均由半集總的諧振單元組成，諧振單元中的電容由 LTCC多層平板電容實(shí)現(xiàn)。傳輸零點(diǎn)的位置由各諧振單元參數(shù)單獨(dú)控制，可實(shí)現(xiàn)帶寬和阻帶抑制度的自由調(diào)節(jié)。同時(shí)，利用這種半集總諧振單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還設(shè)計(jì)了LTCC雙通帶濾波器，引入源-負(fù)載的垂直耦合來增加傳

5、輸零點(diǎn)，進(jìn)而提高選擇性。各通帶頻率和傳輸零點(diǎn)位置由諧振元件值分別控制，靈活可調(diào)。
　　接著，本論文研究了 LTCC微帶天線，提出了多種小型化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。介紹了受擾動(dòng)的雙頻雙圓極化天線，通過調(diào)節(jié)不同層上的六邊形輻射面和擾動(dòng)切塊面的大小，可在較寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙頻圓極化輻射特性。同時(shí)，在輻射面上使用矩形裂口，延長了輻射電流的有效路徑。相當(dāng)于在頻率不變的情況下，進(jìn)一步縮小了體積。然后在體積僅為3.2mm×1.6mm×2mm的LTCC基板內(nèi)設(shè)計(jì)