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1、摘要 GaAs MESFET pHEMT 管芯建模的研究与应用 分类号 密级 内部内部 UDC 注 1 学学 位位 论论 文文 微微型型 L LT TC CC C L LT TC CF F 耦耦合合谐谐振振滤滤波波器器 的的研研究究与与设设计计 题名和副题名 作者姓名 指导教师姓名 副教授副教授 申请学位级别 硕士硕士 专业名称 电磁场与微波技术电磁场与微波技术 论文提交日期 2012 12012 1 论文答辩日期 学位授予单位和日期 南京理工大学南京理工大学 答辩委员会主席 评阅人 2012 年 1 月 1 日 注 1 注明 国际十进分类法 UDC 的类号 摘要 LTCC LTCF 耦合谐振
2、带通滤波器的研究与设 计 I 摘摘 要要 现代无线通讯系统及计算机技术的飞速发展对微波射频滤波器的微型化 性能优 高可靠的要求愈来愈高 耦合谐振带通滤波器作为射频收发组件以及无线电系统中的 重要无源器件 是当前各科研学者研究的重点 因此基于现行的多芯片组件 Multi Chip Module MCM 技术和系统级封装 System In Package SIP 技术对耦合谐振 带通滤波器的研究非常具有现实意义 本文采用 MCM 技术的两大基石即低温共烧陶瓷 Low Temperature Co fired Ceramic LTCC 技术和低温共烧铁氧体 Low Temperature Co f
3、ired Ferrite LTCF 技术设计了四款耦合谐振带通滤波器 结合滤波器的设计实例总结了根据耦合谐振带 通滤波器基础及交叉耦合等经典滤波器设计理论来设计 LTCC LTCF 耦合谐振带通滤波 器的方法与流程 特别地对 LTCC LTCF 半集总式带通滤波器与 LTCC 分布式带通滤 波器作了详尽的比较分析 得出两种结构滤波器的优缺点以及 LTCC LTCF 带通滤波器 设计中的各种创新 本文所设计的四款滤波器的主要特征如下 第一款是蓝牙频段的二阶耦合谐振带通滤波器 工作频段为 2 4GHz 2 5GHz 相 对带宽约为 4 采用 LTCC 技术及半集总结构 尺寸为 1 6mm 0 8m
4、m 0 6mm 第二 款是 VHF 频段的四阶耦合谐振带通滤波器 工作频段为 105MHz 171MHz 相对带宽 约为 48 采用 LTCF 技术及半集总结构 尺寸为 4 5mm 3 2mm 1 5mm 第三款是 L 波段的六阶耦合谐振带通滤波器 工作频段为 1 4GHz 1 7GHz 相对带宽约为 20 采用 LTCC 技术及分布式结构 尺寸为 4 8mm 4 2mm 1 5mm 第四款是 Ku 波 段的二阶耦合谐振带通滤波器 工作频段为 14 9GHz 15 1GHz 相对带通约为 1 采 用 LTCC 技术及分布式结构 尺寸为 2 6mm 1 1mm 1 1mm 这四款滤波器频率覆盖范
5、围宽 可以从 105MHz 覆盖到 15 1GHz 指标要求高 但最终的仿真结果都大大优于指标要求 并且都具有微型化 性能高和可靠性高的优 势 由于时间关系我们只生产了第一款蓝牙频段的滤波器及第三款 L 波段的滤波器 最终的测试结果性能优异 与仿真结果一致性较好 完全符合指标及工程要求 现在 已经大批量生产并投入使用 关键词关键词 耦合谐振滤波器 微型化 低温共烧陶瓷 LTCC 低温共烧铁氧体 LTCF 半集总 分布式 Abstract LTCC LTCF 耦合谐振带通滤波器的研究与设计 II Abstract The boom of the modern wireless communica
6、tion system and computer technology request the RF filter to be miniaturization high performance and reliability As one of the most important passive component in RF transceiver module and radio system the coupled resonator filter is a hotspot by many scholars Consequently the research of bandpass f
7、ilters which are based on MCM Multi Chip Module and SIP System In Package Based on MCM technology four kinds of coupled resonator filters are designed using LTCC Low Temperature Co fired Ceramic technology and LTCF Low Temperature Co fired Ferrite technology Combined with the examples of filter desi
8、gning we summarized the method and process of filter designing on the basis of the coupled resonator filters and cross coupling theory Particularly we compared and analyzed the semi lumped and distributed bandpass filter So we got the advantages and disadvantages of these two kinds of bandpass filte
9、rs and the innovation using in the design The principal characters of the four filters are shown as follows The first filter is two ordered coupled resonator filter at Bluetooth frequency which using semi lumped structure and LTCC technology The frequency band is 2 4GHz 2 5GHz the FBW is about 48 an
10、d the dimension is 1 6 0 8mm 0 6mm The second filter is four ordered coupled resonator filter at VHF band which using semi lumped structure and LTCF technology The frequency band is 105MHz 171MHz the FBW is about 48 and the dimension is 4 5 3 2mm 1 5mm The third filter is six ordered coupled resonat
11、or filter at L band which using distributed structure and LTCC technology The frequency band is 1 4GHz 1 7GHz the FBW is about 20 and the dimension is 4 8 4 2mm 1 5mm The fourth filter is four ordered coupled resonator filter at Ku band which using distributed structure and LTCC technology The frequ
12、ency band is 14 9GHz 15 1GHz the FBW is about 1 and the dimension is 2 6 1 1mm 1 1mm Key words Coupled resonator Filters Miniaturization Low Temperature Co fired Ceramic LTCC Low Temperature Co fired Ferrite LTCF Semi Lumped Distributed 硕士论文 LTCC LTCF 耦合谐振带通滤波器的研究与设 计 III 目目 录录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 1
13、 绪论绪论方程段方程段 1 部分部分 1111 1 1 1 课题的研究背景与意义 1 1 2 LTCC 关键技术及其发展方向 2 1 2 1 LTCC 工艺流程及关键技术 2 1 2 2 LTCC 微波器件的研究进展 4 1 2 3 低温共烧铁氧体材料的关键技术 6 1 2 4 LTCF 技术的研究现状及发展趋势 7 1 3 本文的主要工作 8 2 耦合谐振带通滤波器的基本理论耦合谐振带通滤波器的基本理论 10 2 1 概述 10 2 2 耦合谐振带通滤波器的基本原理 12 2 3 微波谐振器简介 16 2 4 J K 变换器的微波实现及其等效电路 18 2 5 交叉耦合滤波器的电路分析 20
14、 2 5 1 N 阶耦合谐振带通滤波器的矩阵分析 21 2 5 2 交叉耦合电路的相位关系分析 22 3 LTCC LTCF 耦合谐振滤波器的设计流程及三维实现耦合谐振滤波器的设计流程及三维实现方程段方程段 下一个下一个 部分部分 3232 26 3 1 LTCC LTCF 耦合谐振滤波器的 EDA 设计流程 26 3 2 LTCC LTCF 中元件的三维实现 27 3 2 1 带状线的三维模型建立 27 3 2 2 电感的三维实现 28 3 2 3 电容的三维实现 32 3 3 谐振单元的三维实现及谐振频率的确定 34 3 4 谐振级间耦合系数的提取 38 3 4 1 双模分析法提取耦合系数
15、 38 3 4 2 电壁磁壁分析法提取耦合系数 39 4 LTCC LTCF 耦合谐振滤波器的研制耦合谐振滤波器的研制 41 Abstract LTCC LTCF 耦合谐振带通滤波器的研究与设计 IV 4 1 概述方程段 下一个 部分 4343 41 4 2 半集总型 LTCC LTCF 耦合谐振滤波器的研究 42 4 2 1 蓝牙频段 LTCC 耦合谐振滤波器的设计 42 4 2 2 甚高频 LTCF 耦合谐振滤波器的设计 51 4 3 带状线型 LTCC 耦合谐振滤波器的研究 57 4 3 1 L 波段 LTCC 高阻带抑制耦合谐振滤波器 58 4 3 2 Ku 波段 LTCC 窄带耦合谐
16、振滤波器 66 5 总结与展望总结与展望 72 致谢致谢 74 参考文献参考文献 75 附录附录 78 硕士论文 LTCC LTCF 耦合谐振带通滤波器的研究与设 计 0 1 绪论绪论411 1 1 课题的研究背景与意义课题的研究背景与意义 滤波器是微波射频电路 无线电系统等许多设计中的关键问题 在多路通信中 滤波器用来分开和组合不同的频段 在射频收发组件中 滤波器用来防止接收机受到 工作频段外的干扰或规定大功率发射机在工作频段内辐射 而且 从超长波段到毫米 波段的所有电磁波段都需要滤波器 1 在微波技术及无线通讯的飞跃发展进程中 滤波器是一直是一个极其重要的部分 最近一些年来微波滤波器的现状大致可以分为以下几个方面 2 1 从个别应用到广泛应用 在微波技术中 对滤波器研究最早的课题之一则是从微波空腔谐振器开始 这可 以等价为微波滤波器的一个基本单位 随着微波理论及技术的发展 人们将单腔谐振 器进行组合 设计出性能更加优良的滤波器 由于微波波段应用的增多 频谱更加拥 挤 而且电子对抗的应用也越来越普遍 迫使微波滤波器在应用深度和广度上都发展 很快 3 4 2 设计方法从粗糙到精确 从繁
