附加傳輸零點(diǎn)的層疊式LTCC帶通濾波器設計
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軍、民通信的日益發(fā)展，特別是移動(dòng)通信市場(chǎng)迅速擴張，對微波元器件集成度、高性能、小型化的要求不斷提高。為了減小微波器件的體積，適應通信系統的小型化、易集成、性能好、可靠性高、設計靈活等要求，LTCC層疊式微波器件如濾波器、雙工器和天線(xiàn)模塊等研究開(kāi)發(fā)日趨活躍，并在GPRS、CDMA、網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)接入、衛星定位系統等航空航天領(lǐng)域具有非常廣闊的應用前景。
在眾多的微波介質(zhì)板材之中，LTCC具有較多優(yōu)勢。LTCC采用疊層工藝，用低電阻率的金、銀、鈀銀、銅等金屬作導電介質(zhì)，能夠充分利用三維空間，在基板內多層埋置各類(lèi)無(wú)源器件以及有源器件，集成度高、尺寸小、射頻性能優(yōu)良。結合LTCC工藝，國外目前已經(jīng)有眾多文獻涉及LTCC濾波器器的設計，并利用Hfss仿真，仿真結果和實(shí)測結果有很好的吻合。
在此結合LTCC設計工藝，利用Ansoft Designer和Ansoft Hfss軟件協(xié)同設計LTCC層疊式帶通濾波器。濾波器采用集總元件設計(電容C和電感L)而成，通過(guò)Hfss進(jìn)行仿真驗證，最終仿真結果顯示濾波器實(shí)現相對帶寬40％，通帶插入損耗小于2 dB，回波損耗大于20 dB，通過(guò)引入帶外傳輸零點(diǎn)使帶外抑制特性有了顯著(zhù)提高。
1 濾波器設計原理
本文LTCC濾波器的電路設計采用切比雪夫函數逼近，其低通衰減函數為：
式中：Tn(ω')是n階第一類(lèi)切比雪夫多項式，即：
設在阻帶頻率ωs'上，阻帶衰減為L(cháng)AS，則有：
圖1給出LTCC濾波器設計等效原理圖，電路結構主要由兩個(gè)串聯(lián)諧振電路和一個(gè)并聯(lián)諧振電路組成。各電感元件大?。篖1=L2=10 nH，L3=2．73 nH，L4=170 nH；各電容值大小為：C1=C2=1．69 pF，C3=6．18 pF，C4=0．36 pF。當串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路協(xié)調在同一諧振頻率時(shí)，信號頻率為諧振頻率時(shí)，串聯(lián)諧振電路呈短路狀態(tài)，并聯(lián)諧振電路呈開(kāi)路狀態(tài)。在此基礎上，通過(guò)加載電感L4引入耦合，在阻帶低端產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)；進(jìn)一步通過(guò)加載電容C4引入耦合，從而在阻帶高端產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)。圖2為等效原理圖仿真得到的S11,S21參數特性曲線(xiàn)。
根據圖1所示等效電路，下文利用Designer設計LTCC層疊式帶通濾波器立體模型，并將模型導入Hf-ss進(jìn)行微調和優(yōu)化，最終通過(guò)三維仿真驗證，保證設計模型的精確性。
2 協(xié)同設計流程
Ansoft結合業(yè)界最新的仿真技術(shù)，利用軟件Desiger和Hfss為L(cháng)TCC微波元器件設計提供了一體化的協(xié)同設計流程。圖3給出LTCC設計流程。
由圖3可知，Designer完成的設計步驟有系統結構設計、LTCC電路設計、物理拓撲結構設計共三個(gè)步驟，實(shí)現對LTCC電路結構和物理結構的設計；Hfss完成的設計步驟有3D協(xié)調和優(yōu)化、3D仿真驗證，其主要作用是利用Hfss軟件仿真精確性好的優(yōu)點(diǎn)，對LTCC設計模型進(jìn)行三維仿真驗證，保證模型仿真結果的準確性。根據圖1所示LTCC濾波器等效電路圖，設計LTCC電路圖，其LTCC電路結構見(jiàn)圖4。
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