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目前世界各国正致力于开发各种微型化技术,其中多层电路设计技术是主要的发展方向。其主要的设计概念是将二维的电路布局变为三维电路布局,借此达到缩小体积的目的。低温共烧陶瓷(LTCC)技术因其众多的优点已经成为实现无源元件(包括电感、电容等)集成的关键的主流技术,它在三维多层电路的设计上具有极大的灵活性。借助LTCC技术,很多传统方法无法实现的新型结构的无源元件产品已经广泛应用于无线通讯设备(尤其是射频前端)中,而滤波器是其中一个关键的器件。基于LTCC技术构造的多层微波滤波器是一种新型的复合组件,因其具有众多优点而满足了现代电子系统高频化、小型化、低成本化的发展要求。本课题主要研究基于LTCC技术多层微波无源滤波器的设计与仿真。
由于无源元件在射频系统中大量地使用,不仅占用大量系统面积并且元件和互连中存在较强的寄生效应,因此无源元件的集成对于提高系统的集成度和可靠性至关重要。利用LTCC技术制作的复杂的多层陶瓷结构可以更有效的实现无源元件的集成。而且LTCC技术可以内埋置无源元件的特性使其在高频应用领域具有很大优势。这些无源元件是构成无源滤波器的基本元件。
本课题首先针对此问题,通过等效电路模型的建立、参数萃取以及电磁仿真的方法,对采用LTCC内埋式结构的构成滤波器的基本无源元件电感和电容的设计展开研究,并设计了螺旋平面结构电感、螺旋叠层结构电感以及多层垂直交叉型电容,仿真结果验证了设计和实现方法的正确性。另外,研究了不同设计参数对它们性能的影响,对LTCC内埋式无源元件的设计提供了指导。
其次,在对LTCC多层结构电感和电容元件研究的基础上,结合经典的滤波器设计理论和传输零点的形成原理,分别设计了一个截至频率为1GHz,共十三层介质,尺寸为5mm×4mm×1.3mm的LC结构的低通滤波器；中心频率为5.6GHz,带宽为600MHz,传输零点频率在4.4GHz,尺寸为8mm×4mm×1.1mm的带通滤波器。仿真结果表明这种结构既缩小了滤波器体积,又具有较好的高频性能,得到了较好的结果。