LTCC微波带通滤波器集总电路模型研究.pdf
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第15卷第6期 电路与系统学报 V01.15No.6
2010年12月 JOURNALOFCIRCUITSANDSYSTEMS
文章编号:1007.0249(2010)06—0027-05
LTCC微波带通滤波器集总电路模型研究·
郭云胜1,一, 李跃进1
(I.西安电子科技大学微电子研究所,陕西西安710071l2.内蒙古科技大学数理与生物工程学院,内蒙古包头014010)
cofired
ceramics)技术的电容性耦合、电
摘要·通过引入不同的导纳变换器,提出了基于LTCC(10wtemperature
感性耦合、电容一电感混合耦合的微波带通滤波器集总电路模型,每一种模型都给出了具体的设计公式。从理论上分
析了三种模型各自的优缺点,并用电路仿真软件ADS进行验证,为集总参数元件微波带通滤波器的电磁仿真和实际制
作提供了理论依据。
关键词t微波带通滤波器;集总电路模型:导纳变换器;低温共烧陶瓷
中圈分类号·TN713 文献标识码·A
1 引言
现代无线通信技术迅速发展,不断对微波滤波器提出性能高、尺寸小、重量轻、成本低lJJ等多方
面的要求,这就需要寻找新的材料和技术。低温共烧陶瓷(LTCC)【2】因为具备高耐温性、高耐湿性、
高热导率、低介质损耗以及高电导率材料的使用和制造工艺简单、成本低廉等优点,在微波滤波器的
应用中越来越广泛p∞J。
微波带通滤波器可以采用集总参数或分布参数实现。采用分布参数设计的滤波器,虽然结构简单、
易于实现,但是在微波低端体积较大,在小型化无线通信设备的应用中受到了很大的限制。而集总参
数元件构成的微波滤波器,体积小,设计灵活。另外,它还具有成本低、阻抗变换率大、寄生效应小、
通频带宽等优点【61。因此,基于集总参数元件的LTCC微波带通滤波器的研究,就显得尤为重要。
集总参数元件微波滤波器的设计分为电路仿真和电磁仿真。电路仿真是按照滤波器的综合设计法
原理,设计出满足指标要求的电路结构,确定电路中各电容和电感的元件值。电磁仿真是利用三维全
波电磁场分析软件,确定电路中各元件的基本结构和布局,将其转变为LTCC内三维模型的版图结构
和具体物理尺寸,建立起滤波器的整体模型。电路仿真是理想模型仿真,所用时间短;电磁仿真是实
物模型仿真,所用时间长。目前虽然有一些文章【_7,8】利用空间映射方法建立起二者的联系,以达到快速
准确地实现滤波器的目的。但是,笔者认为电路仿真仍然十分重要。因为电路仿真是实现集总参数元
件电磁仿真的理论基础,电路结构形式灵活多变,一个合理的电路结构也许意味着电磁仿真更容易实
现。文献【9,10]报道了基于集总参数元件的微波滤波器的电路模型,本文在【lO】的基础上,通过引入不
同的导纳变换器,推导出基于LTCC技术的电容性耦合、电感性耦合、电容一电感混合耦合的微波带
通滤波器集总电路模型。与文献[9】相比,本文的三种模型都是节点耦合谐振形式,串臂中每一节点到
地都有电容连接以吸收节点与地之间的杂散电容,更加适用于LTCC射频或微波滤波器。而且,本文
分析了三种模型各自的优缺点,对滤波器的电磁仿真和实际制作时所采用的电路结构形式具有重要的
意义和价值。
2 滤波器的电路结构形式
关于滤波器的电路结构的设计,目前广泛采用得是原型滤波器设计法。所谓原型滤波器设计法,
就是以低通滤波器为原型,通过频率变换,得到带通滤波器的电容和电感元件的值。但是,直接由低
通原型导出的带通滤波器,其元件值范围往往大到不能实现的程度,在窄带情况下更是这样。为此,
‘收藕日期·2009·06·10●订日期:2010一oI-19
万方数据
电路与系统学报 第15卷
对于相对通带小于10~20%的窄带滤波器,通过引
入阻抗变换器或导纳变换器就成为仅含有串联或并
联谐振电路、其间用电感或电容进行耦合的网络形
式。这种滤波器称为耦合谐振电路滤波器【川。由于 图1 节点耦合型带通滤波器的电路结构
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