基于LTTC技术带通滤波器设计

滤波器介质层材料用ULF140微波介质陶瓷，相对介电常数εr=13.4，品质因数Q>2 100，频率温度系数τF≈0，内外电极材料用银电极。器件多层结构设计用微带线构成两级谐振器，耦合电容层C12输入／输出电容与耦合电容在同一层。材料介电常数每变化2.5％，中心频率将移动32~42 MHz。由于层间的耦合电容与负载电容随介电常数的增大而增大，器件的中心频率将随介电常数的增大而降低，中心频率向低频移动，因此，在设计滤波器时必须在性能上留有余量。本文利用HFSS对滤波器结构进行了仿真，图3为一种设计中广泛采用的带状线结构滤波器，由3个图案层组成。同时，从图中可知，这是一个两级谐振滤波器，且两个谐振单元的结构是一样的，它们之间通过电磁耦合来连接。由于多层陶瓷微波滤波器使用的是非铁磁性介质，因此级间耦合主要靠电容耦合来实现，所以在讨论耦合情况时，只考虑电容耦合。经过实验和分析，该滤波器谐振单元的电感L由导体N的自电感LN提供，谐振单元的谐振电容由导体N的自电容CN和导体N与导体R以及导体N与导体S之间的耦合电容CR，CS提供。谐振单元之间的耦合电容由两谐振单元中对应的N-N，R-R，S-S之间各自耦合电容的总和组成。这样，通过求解所有导体形成的电容电感矩阵，得到各参数的具体数值，进而通过对此等效电路进行电路分析得到该滤波器的响应。LTCC片式滤波器的加工生产须经过流延、打孔、通孔填充、印刷电极、叠层和等静压、切片、共烧工艺过程。能否控制好工艺精度是生产合格器件的保证。实际生产出来的LTCC片式滤波器，尺寸为3.75 mm×1.38 mmX 0.97mm。仿真的电性能参数和实际生产出来的样品电性能参数如表1所示。样品测试所用仪器为Agilent E8363B矢量网络分析仪。

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从表1可以看出，仿真值与实际值接近，但是存在一定的差异。导致器件性能变差的因素很多，如流延出来的介质基片厚度不一致。印刷叠层和热压造成的错位，切片时的偏差和器件变形及共烧时的收缩不均匀等。解决这些问题除了提高工艺水平外，前期的优良设计也是解决的途径之一。如在设计中尽量避免耦合间距过小，层数过多等，同时应多采用简洁的电路结构，减少不必要的工艺过程。

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3 结语

设计了一种中心频率为2.45 GHz。具有3个传输零点的LTCC二阶电感性耦合带通滤波器。利用一套合成该滤波器的分析方法给出了电路元件的各个数值，用电路与电磁仿真软件合成出具有良好性能的滤波器。基于LTCC技术的多层滤波器与传统的分离器件相比，具有体积小，重量轻，性能好等许多优点。本文所给出的滤波器性能表现良好，只要能预先设定好两个反射零点与两个匹配品质因子，就能有效地合成出各个器件的数值，设计具有一定的灵活性，可以根据不同的滤波器规格设定不同的参数，在无线系统中有很好的实用价值。