《微型微波毫米波LTCC功分器的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型微波毫米波LTCC功分器的研究（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-范文最新推荐-1 / 14微型微波毫米波 LTCC 功分器的研究摘要功分器又叫功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，在无线通讯和雷达系统中是最基础的无源器件。随着通信技术的发展，对于微波无源器件尺寸更小，成本更低，功能更为强大，并且更利于集成的要求越来越高。其现今的发展趋势是集成模块化、小型化和高性能。而基于低温共烧陶瓷技术（LTCC）微波多层芯片结构是最易于减小器件的尺寸，实现小型化和高密度化的先进技术。高频高 Q 特性的陶瓷材料使得频率可以达到几十 GHz、很好的温度特性、可以制作多层电路基板、耐高温、可靠性高和成本低等独特的优势使得 LTCC 成
2、为设计制作功分器的佳选。 11335在本次设计中会利用 HFSS 和 ADS 仿真软件进行模拟仿真和优化，使功分器的各种性能参数接近理论标准。仿真功分器数据要求为频带 2.0 2.2GHz 和34.5 36GHz，输入输出端口反射系数-20dB, 传输损耗-3dB,隔离度-25dB。首先在 ADS 中做出功分器结构原理图，模拟仿真数据达到要求后在 HFSS中利用仿真结果设计功分器成品图，最后仿真的结果都达到了所需要求。有些甚至远超出所需标准，设计结果优异。关键词功分器 LTCC 回波损耗插入损耗隔离度毕业设计说明书（论文）外文摘要AbstractPower splitter ，also kno
3、wn as the power splitter， is a device that pide one input signal energy into two or more outputs that are equal or not equal .The energy device is the most basic passive components in wireless communications and radar systems. With the development of communication technology, the demand of microwave
4、 passive components for smaller size, lower cost, more powerful and more conducive to the integration is increasingly high. Todays trend is the integration of modular, miniaturization and high performance. Based on -范文最新推荐-3 / 14the low-temperature co-fired ceramics technology (LTCC) microwave multi
5、-layer chip architecture iseasier to reduce the size ofdevices, achieve miniaturization and high density of advanced technology. High-frequency and high-Q characteristics of ceramic materials have several effects as followed:can make the frequencyreach tens of GHz,achieve good temperature characteri
6、stics ,produce multi-layer circuit board and have the unique advantages of high temperature, high reliability and low cost 4.利用 HFSS 对功分器进行设计与仿真 .244.1 利用 HFSS 设计功分器的基本步骤.244.2 HFSS 设计功分器的基本原理.244.3 功分器模型的建立 284.4 仿真结果 304.5 误差分析 334.6 小结 33致谢.35参 考 文 献 361.引言1.1LTCC 功分器简介微波无源器件是无线通信及雷达系统中的核心器件之一，在微
7、波技术中占有非常重要的地位。传统的无源器件在制造工艺和材料上有所差异，无法利用同一种技术制造，所以一般使用分立器件的形式，这使得无源器件占用 PCB 板的面积过大。随着通信技术的发展，对于微波无源器件尺寸更小，成本更低，功能更为强大，并且更利于集成的要求越来越高。无源器件包括功分器、天线、电桥等，其中微波功分器是微波系统中应用最广泛的无源元件之一，其发展趋势是-范文最新推荐-5 / 14集成模块化、小型化和高性能。微波器件的小型化主要由材料技术和电磁技术所决定，而基于低温共烧陶瓷技术（LTCC，LowTemperatureCo-firedCeramic）微波多层芯片结构是最易于减小器件的尺寸，
8、实现小型化和高密度化。高频高 Q 特性的陶瓷材料使得频率可以达到几十 GHz、很好的温度特性、可以制作多层电路基板、耐高温、可靠性高和成本低等独特的优势使得LTCC 成为佳选。基于 LTCC 技术的微波无源器件的产值每年都以很快的速度在增长，由于其优异的产品性能，它的应用领域得以不断的拓展，其应用前景非常广阔。各种形式的功分器是构成微波集成电路的基本电路，它是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络，广泛地应用于相控阵雷达，多路中继通信机等微波设备中。早期的功分器是由矩形波导及其 ET 分支构成的，这种波导型功分器功率容量大，适用于大功率场合，但体积较大。在小功率场合下
9、多使用微带电路实现的功分器，它具有体积小，重量轻，性能优良等特点，因而得到广泛的应用。 微波功分器工作频段 2.02.2GHz，反射系数小于-20dB，传输损耗小于-3dB ，隔离度小于-25dB ，实现一分二功率等分。毫米波功分器工作频段 34.536GHz，反射系数小于-20dB，传输损耗小于-3dB，隔离度小于-25dB ，实现一分二功率等分。根据以上指标要求，本部分的主要工作如下：1方案确定与器件选择：结合指标要求，在对各种电路形式进行分析比较的基础上，综合考虑性能、研制周期和电路尺寸等各方面因素，选择最佳方案，并确定元器件的类型。2建模与仿真：利用微波仿真软件对所设计的电路结构建模仿
10、真，包括 ADS 和 HFSS 对功分器的仿真，和用 ADS 对功分器输入输出阻抗、匹配电路和-范文最新推荐-7 / 14整体电路的仿真，并根据具体要求与实际条件及时修正、反复优化仿真结果。3腔体设计：根据优化过的电路结构与尺寸设计用于封装的腔体结构。论文最后要设计出一款工作于微波频段满足各项指标的功分器，并且在设计成品时要满足小型化，集成化，性能好，成本低等要求。2.功分器的基本理论2.1 微波毫米波简介微波：微波是指频率从 300MHz 到 3TGHz 范围内的电磁波，这段电磁频谱包括分米波(频率从 300MHz到 3GHz)、厘米波(频率从 3GHz 到 30GHz)、毫米波(频率从 3
11、0GHz 到 300GHz)和亚毫米波 (频率从300GHz 到 3THz)四个频段。由于微波具有似光性、似声性、穿透能力强、非电离性和信息容量大等特点，它作为信息载体被人们广泛应用于各种通信业务中。利用微波各波段的特点，可以分别作为特殊用途的通信载体，例如从 S 到 Ku 波段的微波适用作地基通信，毫米波适用作空间与空间的通信；毫米波 60GHz 频段的电波大气衰减较大，适用做近距离保密通信；而90GHz 频段是个传输窗口频段，电波在大气中的衰减很小，适用作地空和远距离通信；L 波段比较适合长距离的通信，因为在此频段更容易获得较大的微波功率。 2.2 功分器的基本原理各种形式的功分器是构成微
12、波集成电路的基本电路，它是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络，广泛地应用于相控阵雷达，多路中继通信机等微波设备中。早期的功分器是由矩形波导及其 ET 分支构成的，这种波导型功分器功率容量大，适用于大功率场合，但体积较大。在小功率场合下多使用微带电路实现的功分器，它具有体积小，重量轻，性能优良等特点，因而得到广泛的应用。-范文最新推荐-9 / 14图 2.1 二等分功分器原理图一个二等分功分器见图 2.1。其输入线和输出线特性阻抗都是 ，输入和输出口间的分支线特性阻抗为 ，线长为 对功分器的主要要求有：当(2)，(3) 端口间接匹配负载时，在输入的(1)端口无反射，
13、反过来，对(2) ，(3)端口也如此。 (2),(3)两输出端口功率按一定比例分配，(2),(3)两输出端口之间互相隔离。当端口(2)和 (3)接匹配负载时，经 传输线反映到端口(1) 的并联阻抗为=2-1如要满足端口(1)无反射的要求，则必需 ：= =2-2 图 2.3 (a)带状线形式的二等分功分器（b）等效传输线电路图 2.4 归一化和对称形式下的功分器这些值正如图 2.4 中所示， 和 r=2。现在来定义图 2.4 的电路激励的两个分离的模式：偶模， ；奇模，然后这两个模迭加，有效的激励是：， 由此可求出网络的 S 参量。对于偶模激励， ，因此 ，没有电流流过 r2 电阻，或者说在端口
14、 1 的两个传输线输入之间短路。于是能把图 2.4 的网络在这些点上剖开获得的网络(λ4 线的接地未表示出)。从端口 2 向里看阻抗为因为传输线看来像一个四分之一波长变换器。这样，-范文最新推荐-11 / 14如果 ，则对于偶模激励端口 2 是匹配的，因为 ，所以 。在这种情况下，因为 电阻的一端开路，所以是不起作用的。然后从传输线方程求 。若令在端口 1处 x=0，则在端口 2 处 ，在传输线段上的电压可表示为在端口 1，向着归一化值为 2 的电阻看，反射系数 是对于奇模激励， ，因此 沿着图 2.4 电路的中线是电压零点，所以能把中心平面上的两个点接地，将电路剖分为两部分，给出如图 2.5 所示的网络。从端口2 向里看，看到阻
