Ka波段并聯(lián)電感銷(xiāo)釘LTCC濾波器

1 引言

Ka波段具有許多讓人注目的特點(diǎn)，如高數據傳輸率和良好的保密性，這使得它吸引了大量工程技術(shù)人員的注意。因此大量Ka波段商用和軍用的電路得以實(shí)現。但是，對低成本，結構緊湊和高性能的追求必然使新技術(shù)，新概念的應用成為必然。作為這些新技術(shù)中的一種，日益成熟的LTCC技術(shù)已經(jīng)為實(shí)現具有3-D結構的電路和元件提供了可能，這當中包括帶通濾波器，巴倫，過(guò)渡與連接，模塊與子系統。雖然LTCC技術(shù)具有廣闊的前景，但是也應該注意到其自身的問(wèn)題，如在介質(zhì)層間和不同信號通路間的電磁隔離，有源器件的散熱，加工誤差（共燒后介質(zhì)基板的收縮和不可避免的介質(zhì)層偏移等）。這些因素已經(jīng)嚴重影響了電路性能，同時(shí)需要設計者的特別關(guān)注。

本文應用LTCC技術(shù)設計一種性能相對穩定的并聯(lián)電感銷(xiāo)釘濾波器。在設計過(guò)程中，對一個(gè)或兩個(gè)并聯(lián)電感銷(xiāo)釘結構進(jìn)行了選擇。為更進(jìn)一步實(shí)現穩定的性能，對兩種微帶-SIW過(guò)渡結構進(jìn)行了比較，最終選用微帶-SIW漸變過(guò)渡。

2 并聯(lián)電感銷(xiāo)釘濾波器設計

并聯(lián)電感銷(xiāo)釘濾波器采用四層DuPont D943，其相對介電常數er7.4，損耗角0.002，每層介質(zhì)厚度為0.114mm（共燒后）。

濾波器初值計算采用如下公式：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中 為濾波器相對帶寬，k為并聯(lián)電感銷(xiāo)釘結構的耦合系數。為簡(jiǎn)化仿真過(guò)程，矩形金屬波導被用來(lái)模擬SIW，其等效寬度計算公式為：

(5)

耦合系數計算值與電感銷(xiāo)釘物理結構有如下關(guān)系：

(6)

不同的電感銷(xiāo)釘數對應不同的變化范圍：當銷(xiāo)釘數為一時(shí)，耦合系數為最大；為二時(shí)，耦合系數適中；為三時(shí)，相鄰兩個(gè)諧振腔幾乎無(wú)耦合,如圖1所示。對于電感銷(xiāo)釘數的選擇應考慮到k的計算值。然后通過(guò)公式（7），（8）計算出相鄰兩排電感銷(xiāo)釘的間距（ln）。