低溫共燒陶瓷帶通濾波器設(shè)計

　　2 LTCC多層濾波器的工藝買現(xiàn)

　　濾波器介質(zhì)層材料用ULF140微波介質(zhì)陶瓷，相對介電常數(shù)εr=13．4，品質(zhì)因數(shù)Q>2 100，頻率溫度系數(shù)τF≈0，內(nèi)外電極材料用銀電極。器件多層結(jié)構(gòu)設(shè)計用微帶線構(gòu)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(shù)每變化2．5％，中心頻率將移動32~42 MHz。由于層間的耦合電容與負(fù)載電容隨介電常數(shù)的增大而增大，器件的中心頻率將隨介電常數(shù)的增大而降低，中心頻率向低頻移動，因此，在設(shè)計濾波器時必須在性能上留有余量。本文利用HFSS對濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真，圖3為一種設(shè)計中廣泛采用的帶狀線結(jié)構(gòu)濾波器，由3個圖案層組成。同時，從圖中可知，這是一個兩級諧振濾波器，且兩個諧振單元的結(jié)構(gòu)是一樣的，它們之間通過電磁耦合來連接。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實現(xiàn)，所以在討論耦合情況時，只考慮電容耦合。經(jīng)過實驗和分析，該濾波器諧振單元的電感L由導(dǎo)體N的自電感LN提供，諧振單元的諧振電容由導(dǎo)體N的自電容CN和導(dǎo)體N與導(dǎo)體R以及導(dǎo)體N與導(dǎo)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(yīng)的N-N，R-R，S-S之間各自耦合電容的總和組成。這樣，通過求解所有導(dǎo)體形成的電容電感矩陣，得到各參數(shù)的具體數(shù)值，進(jìn)而通過對此等效電路進(jìn)行電路分析得到該濾波器的響應(yīng)。LTCC片式濾波器的加工生產(chǎn)須經(jīng)過流延、打孔、通孔填充、印刷電極、疊層和等靜壓、切片、共燒工藝過程。能否控制好工藝精度是生產(chǎn)合格器件的保證。實際生產(chǎn)出來的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(shù)和實際生產(chǎn)出來的樣品電性能參數(shù)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，仿真值與實際值接近，但是存在一定的差異。導(dǎo)致器件性能變差的因素很多，如流延出來的介質(zhì)基片厚度不一致。印刷疊層和熱壓造成的錯位，切片時的偏差和器件變形及共燒時的收縮不均勻等。解決這些問題除了提高工藝水平外，前期的優(yōu)良設(shè)計也是解決的途徑之一。如在設(shè)計中盡量避免耦合間距過小，層數(shù)過多等，同時應(yīng)多采用簡潔的電路結(jié)構(gòu)，減少不必要的工藝過程。

　　3 結(jié)語

　　設(shè)計了一種中心頻率為2．45 GHz。具有3個傳輸零點(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數(shù)值，用電路與電磁仿真軟件合成出具有良好性能的濾波器。基于LTCC技術(shù)的多層濾波器與傳統(tǒng)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(xiàn)良好，只要能預(yù)先設(shè)定好兩個反射零點(diǎn)與兩個匹配品質(zhì)因子，就能有效地合成出各個器件的數(shù)值，設(shè)計具有一定的靈活性，可以根據(jù)不同的濾波器規(guī)格設(shè)定不同的參數(shù)，在無線系統(tǒng)中有很好的實用價值。