低溫共燒陶瓷帶通濾波器設計

　　2 LTCC多層濾波器的工藝買(mǎi)現

　　濾波器介質(zhì)層材料用ULF140微波介質(zhì)陶瓷，相對介電常數εr=13．4，品質(zhì)因數Q>2 100，頻率溫度系數τF≈0，內外電極材料用銀電極。器件多層結構設計用微帶線(xiàn)構成兩級諧振器，耦合電容層C12輸入／輸出電容與耦合電容在同一層。材料介電常數每變化2．5％，中心頻率將移動(dòng)32~42 MHz。由于層間的耦合電容與負載電容隨介電常數的增大而增大，器件的中心頻率將隨介電常數的增大而降低，中心頻率向低頻移動(dòng)，因此，在設計濾波器時(shí)必須在性能上留有余量。本文利用HFSS對濾波器結構進(jìn)行了仿真，圖3為一種設計中廣泛采用的帶狀線(xiàn)結構濾波器，由3個(gè)圖案層組成。同時(shí)，從圖中可知，這是一個(gè)兩級諧振濾波器，且兩個(gè)諧振單元的結構是一樣的，它們之間通過(guò)電磁耦合來(lái)連接。由于多層陶瓷微波濾波器使用的是非鐵磁性介質(zhì)，因此級間耦合主要靠電容耦合來(lái)實(shí)現，所以在討論耦合情況時(shí)，只考慮電容耦合。經(jīng)過(guò)實(shí)驗和分析，該濾波器諧振單元的電感L由導體N的自電感LN提供，諧振單元的諧振電容由導體N的自電容CN和導體N與導體R以及導體N與導體S之間的耦合電容CR，CS提供。諧振單元之間的耦合電容由兩諧振單元中對應的N-N，R-R，S-S之間各自耦合電容的總和組成。這樣，通過(guò)求解所有導體形成的電容電感矩陣，得到各參數的具體數值，進(jìn)而通過(guò)對此等效電路進(jìn)行電路分析得到該濾波器的響應。LTCC片式濾波器的加工生產(chǎn)須經(jīng)過(guò)流延、打孔、通孔填充、印刷電極、疊層和等靜壓、切片、共燒工藝過(guò)程。能否控制好工藝精度是生產(chǎn)合格器件的保證。實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的LTCC片式濾波器，尺寸為3．75 mm×1．38 mmX 0．97mm。仿真的電性能參數和實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的樣品電性能參數如表1所示。樣品測試所用儀器為Agilent E8363B矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀。

　　從表1可以看出，仿真值與實(shí)際值接近，但是存在一定的差異。導致器件性能變差的因素很多，如流延出來(lái)的介質(zhì)基片厚度不一致。印刷疊層和熱壓造成的錯位，切片時(shí)的偏差和器件變形及共燒時(shí)的收縮不均勻等。解決這些問(wèn)題除了提高工藝水平外，前期的優(yōu)良設計也是解決的途徑之一。如在設計中盡量避免耦合間距過(guò)小，層數過(guò)多等，同時(shí)應多采用簡(jiǎn)潔的電路結構，減少不必要的工藝過(guò)程。

　　3 結語(yǔ)

　　設計了一種中心頻率為2．45 GHz。具有3個(gè)傳輸零點(diǎn)的LTCC二階電感性耦合帶通濾波器。利用一套合成該濾波器的分析方法給出了電路元件的各個(gè)數值，用電路與電磁仿真軟件合成出具有良好性能的濾波器?；贚TCC技術(shù)的多層濾波器與傳統的分離器件相比，具有體積小，重量輕，性能好等許多優(yōu)點(diǎn)。本文所給出的濾波器性能表現良好，只要能預先設定好兩個(gè)反射零點(diǎn)與兩個(gè)匹配品質(zhì)因子，就能有效地合成出各個(gè)器件的數值，設計具有一定的靈活性，可以根據不同的濾波器規格設定不同的參數，在無(wú)線(xiàn)系統中有很好的實(shí)用價(jià)值。