-.z.畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生：____________學(xué)號：__________________________學(xué)院：____科技大學(xué)____________________專業(yè)：____通信工程___________________題目：____LTCC低通濾波器的設(shè)計與研究指導(dǎo)教師：___王靜_________________評閱教師：________________________2015年5月畢業(yè)設(shè)計說明書中文摘要隨著移動通信技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛使用，研制高性能、小型化和輕量化的微波濾波器逐漸成為了一項緊迫的技術(shù)課題和市場需求，這使得以PCB板技術(shù)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)射頻濾波器結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。為了減小濾波器的體積尺寸，適應(yīng)現(xiàn)今的射頻集成電路及系統(tǒng)封裝方面的要求，基于低溫共燒瓷(LTCC)技術(shù)的濾波器設(shè)計技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。LTCC技術(shù)在微波濾波器設(shè)計中的應(yīng)用，加速了濾波器由平面電路向多層電路方向發(fā)展，這一技術(shù)的應(yīng)用極減小了器件體積。絲網(wǎng)印刷工藝主要參數(shù)的研究分析對提高絲網(wǎng)印刷品的精度和質(zhì)量有著非常重要的作用，對實現(xiàn)絲網(wǎng)印刷工藝參數(shù)的規(guī)化和數(shù)據(jù)化管理有著重要意義。影響絲網(wǎng)印刷精度的因素比較多，本文主要就影響精細絲網(wǎng)印刷的因素進行了分析。絲網(wǎng)印刷在電子工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在印制電路板上的應(yīng)用尤為突出，從印制電路板的位置精度和尺寸精度兩方面深入探討精細絲網(wǎng)印刷工藝主要參數(shù)間相互的在聯(lián)系，把流體力學(xué)中的潤滑理論引入印刷過程，建立了一個綜合印刷過程中各因素動態(tài)數(shù)學(xué)模型，為實現(xiàn)工藝參數(shù)的規(guī)化和數(shù)據(jù)化，提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞低溫共燒瓷LTCC微波濾波器低通濾波器目錄1緒論12LTCC技術(shù)22.1LTCC技術(shù)簡介22.2LTCC的獨特性32.3LTCC技術(shù)的應(yīng)用42.4LTCC的發(fā)展前景52.5LTCC工藝流程63微波濾波器原理93.1濾波器簡介93.2濾波器分類93.3LTCC微波濾波器發(fā)展現(xiàn)狀103.4微波濾波器設(shè)計104LTCC微波低通濾波器的設(shè)計134.1LTCC低通濾波器設(shè)計步驟134.2電路設(shè)計與仿真154.3濾波器各單元尺寸的確定和模型的建立164.4濾波器的測試結(jié)果18結(jié)論19致20參考文獻21-.z.1緒論隨著無線通信技術(shù)的加速發(fā)展,無線產(chǎn)品在體積日益變小的同時，且成本日益降低，而其所具有的性能卻越來越高，這是通過產(chǎn)品高集成度來實現(xiàn)的。根據(jù)摩爾定律：IC上可容納的晶體管的數(shù)量,約每隔18個月便會增加一倍,性能也將會提升一倍之多[l]。但有源器件/芯片由于受到半導(dǎo)體自身物理條件極限的約束，很大程度上不能真正滿足摩爾定律，所以無源集成技術(shù)當之無愧的成為作為電子行業(yè)目前關(guān)注的焦點[2]。其發(fā)展趨勢由傳統(tǒng)的分立式、表面貼裝式轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在的集成式模塊化。隨著電子產(chǎn)品的小型化和高性能要求越來越高,對微波器件的集成度和性能提出了更高的要求,作為微波系統(tǒng)的重要組成部分的濾波器的小型化也是迫在眉睫。微波濾波器作為常用濾波器的一種其性能的好壞關(guān)系到整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量，作為微波射頻電路中的重要元件在無線通信領(lǐng)域有著重要的作用。這就意味著研制出具有體積小、可靠性高、高性能、延時小、低成本等微波濾波器具有重要的意義。新型的低溫共燒瓷LTCC(LowTemperatureCo-firedCeramic)技術(shù)是無源器件的三維集成有源器件和無源混合集成技術(shù)組裝，它的出現(xiàn)無疑是給無源器件發(fā)展中遇到的瓶頸問題帶來了解決方案。這一技術(shù)最早出現(xiàn)在二十世紀的80年代，于90年代在歐美國家得到迅猛發(fā)展。這其中，由數(shù)美國和日本在該方面的投入較大切取得了一定的成就，它誕生于二十世紀80年代，并于90年代在歐美等發(fā)達國家得到迅猛發(fā)展,尤其是美國和日本在該技術(shù)方面進行了大量的投入,當前已取得很大發(fā)展，這一技術(shù)在無源元件埋置方面作用巨大，在提高電路的組裝密度和系統(tǒng)的可靠性方面有著重要的作用，非常有利于小型化系統(tǒng)的建立[3]。隨著近代通信技術(shù)的快速發(fā)展，頻譜應(yīng)用資源日益緊，日益緊的頻譜資源和其所具有的不可再生性使得濾波器在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中的角色顯得日益關(guān)鍵。因此，LTCC濾波器的研究是極具必要性和迫切性的。LTCC濾波器是微波濾波器和LTCC工藝技術(shù)完美結(jié)合的一種新型濾波器。LTCC低通濾波器主要是起到對高頻信號的濾除而保留低頻信號。低通濾波器已被廣泛應(yīng)用到各種類型的通信系統(tǒng)，諸如個人無線通信，汽車電子，衛(wèi)星導(dǎo)航，彈道指導(dǎo)等，它是現(xiàn)代射頻系統(tǒng)中不可缺少的元器件，其性能的好壞對整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量有著重要的影響。2LTCC技術(shù)2.1LTCC技術(shù)簡介LTCC（LowTemperatureCo-firedCeramics，低溫共燒瓷）技術(shù)是由美國休斯公司于1982年研發(fā)的新型無線電組裝技術(shù)[4]，包含著電路設(shè)計、材料科學(xué)、微波技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。是一種多層瓷工藝,是國外廣泛用于制造射頻無源元件的三維立體集成技術(shù)，除此之外其還是在進一步整合與精簡射頻電路和系統(tǒng)達到縮小體積的目的時所采用的一種封裝技術(shù)，這種封裝技術(shù)可提供一個三維的立體集成平臺為無源和有緣器件。LTCC厚膜材料，根據(jù)預(yù)先設(shè)計的圖形布局和堆疊順序，將金屬電極材料和瓷基板材料一次性共燒結(jié)，得到無源元件和模塊組裝，需要高度集成無源元件，減少的數(shù)量表面安裝元件，提高布線密度，降低了引線用焊料連接的數(shù)量，提高了電路的可靠性。LTCC技術(shù)在元件小型化、高性能和高品質(zhì)生產(chǎn)上具有顯著的優(yōu)點。LTCC低溫共燒瓷技術(shù)是將配已制好的低溫?zé)Y(jié)瓷粉通過流延工藝制成厚度精確且質(zhì)地致密的生瓷帶,然后以填充孔，孔平，精密印刷線，實時監(jiān)控過程的關(guān)鍵線，需精密電路圖案的系統(tǒng)，以及多個嵌在其中的無源元件，層疊在一起并燒結(jié)在約850℃，制成三維無源集成電路網(wǎng)絡(luò)組件，或者它可以被制作成置到在其表面上的三維電路板的無源元件和有源器件從而制成無源/有源集成功能模塊。圖1是一個典型的LTCC模塊的示意圖：圖2.1LTCC模塊示意圖2.2LTCC的獨特性LTCC技術(shù)結(jié)合了厚膜技術(shù)和共燒技術(shù)的優(yōu)點，將印刷有金屬導(dǎo)線的多層生瓷片疊片層壓后共燒，所有電路一次性共燒結(jié)，在重復(fù)燒結(jié)過程中，既節(jié)省了各工序工作時間，又降低了制作成本，而且即使發(fā)現(xiàn)*層損壞或不符合設(shè)計要求時也可在燒結(jié)前替換，操作方便靈活[2-4]。厚膜多層（ThickFilmMultilayer）技術(shù)需求單層布線、分層燒結(jié)，因此該過程操作復(fù)雜、費用昂貴。LTCC具有最大限度的密度增加和互連布線長度盡可能短的優(yōu)點，實現(xiàn)了小型化，高密度電路理想基片布線，它提供了比傳統(tǒng)厚膜、薄膜混合集成技術(shù)更靈活的設(shè)計方式[5]。在使用帶狀線的LTCC多層電路結(jié)構(gòu)，接地屏蔽和等效腔體結(jié)構(gòu)改善系統(tǒng)中接收和發(fā)射通道之間的隔離狀況以及各器件之間的電磁影響，并提高整體系統(tǒng)的性能之間的電磁效應(yīng)。LTCC技術(shù)可以實現(xiàn)每層電路的單獨設(shè)計以減少修復(fù)過程從而避免高成本，常用的管腳陣列、球陣列和鑲嵌式扁平集成電路借助LTCC技術(shù)能很方便的得以實現(xiàn)，而且可以將空腔、階梯、厚膜印刷電阻、電容、電感等都集成到多層基板中。LTCC技術(shù)集成了數(shù)字、模擬、射頻、微波及埋置無源元件等多種電路技術(shù)，其可將多種電路封裝在統(tǒng)一結(jié)構(gòu)中。在裝配過程大降低了復(fù)雜程度，減少了接入損耗的同時大大縮減了封裝后的重量，所有的這些特性使得LTCC材料在軍用和民用中的電子制造系統(tǒng)中最理想的材料。此外，LTCC技術(shù)在很多方面與傳統(tǒng)的集成電路技術(shù)相比較有著明顯的優(yōu)勢，可歸納總結(jié)如下[5,6]：(1)不同的材料配比,可混合出多種介電常數(shù)的LTCC材料,使得電路設(shè)計具有一定的靈活性。(2)可以生產(chǎn)多層基板，并可以嵌入無源元件在多層基板，有利于提高該電路的填充密度，可以是表面貼裝芯片模塊活性多功能的。(3)用優(yōu)秀的高頻技術(shù)LTCC基板的瓷材料具有高Q特性將可能實現(xiàn)高達幾十GHz頻段的設(shè)備。(4)LTCC技術(shù)具有良好的熱導(dǎo)率和溫度特性，有較小的共振頻率溫度系和數(shù)較小的熱膨脹系數(shù)。LTCC基板材料的熱導(dǎo)率是20倍之多有機層疊體，從而簡化散熱設(shè)計，將顯著提高電路的壽命和可靠性。(5)LTCC技術(shù)與傳統(tǒng)的PCB電路相比能滿足更大的電流需求，其抗電流能力更強。(6)高導(dǎo)電性的金屬材料作為導(dǎo)體的這一應(yīng)用，有利于提高電路系統(tǒng)，它有一個良好的，響應(yīng)速度快的高頻率特性，適合于高頻通信。(7)在制作層數(shù)很多的電路基板的過程中，容易形成多種結(jié)構(gòu)的空腔，起重可以埋置元器件，從而降低了封裝組件消耗的成本，減少了導(dǎo)體的長度連接的芯片和接觸點。LTCC技術(shù)可以整合組件類型之多、參數(shù)圍之大，從電感、電容、電阻，對敏感元件、電磁干擾抑制器件、電路保護元件等集成在一起，制作完成之后可以直接作為VLSI、LSI、IC等的封裝基板。(8)非連續(xù)生產(chǎn)工藝特點，便于基板燒結(jié)完成前對每一層布線和互連通孔進行質(zhì)量檢查，只需一次燒結(jié)即可，這有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。2.3LTCC技術(shù)的應(yīng)用LTCC技術(shù)由于良好的性能，已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如航空，軍事，無線通信，全球定位系統(tǒng)，無線局域網(wǎng)，汽車電子，醫(yī)療等。射頻和微波的無線通信領(lǐng)域是LTCC組件的應(yīng)用，包括以下幾個方面[6]：(1)LTCC基本元器件：如LTCC電感、電阻、電容等，可實現(xiàn)在不同場合的單獨使用和作為LTCC技術(shù)應(yīng)用于電路基本元件。(2)LTCC功能器件：正如廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域的各種LTCC微波濾波器，定向耦合器，平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，雙工器，芯片天線。(3)LTCC模塊：LTCC技術(shù)的特點將是利用集成到每個模塊具有功能和獨立的，有源和無源組件，例如，藍牙模塊，手機前端模塊，天線開關(guān)模塊，功率放大器模塊，圖像識別模塊?，F(xiàn)今低溫共燒瓷技術(shù)(LTCC)已經(jīng)取得了長足進步,目前來自美國、日本等著名的DuPont、CTS、NS、Murata、EPCOS、TDK、AV*等大公司開發(fā)的。LTCC產(chǎn)品已進入了產(chǎn)業(yè)化階段，目前其主要的產(chǎn)品包括無線局域網(wǎng)絡(luò)、地面數(shù)字廣播、全球定位系統(tǒng)接收器組件以及數(shù)字信號處理器等。目前中國大陸的LTCC射頻元器件生產(chǎn)企業(yè)主要有順絡(luò)電子、磊德科片式、麥捷科技和佳利等四家企業(yè)。圖1.4所示的是日本京瓷公司所推出的被廣泛應(yīng)用于移動通信設(shè)備的射頻模塊和EMI濾波器，他們的共同點是都采用了LTCC技術(shù)[7]。圖2.2日本京瓷公司所推出的射頻模塊和EMI濾波器2.4LTCC的發(fā)展前景LTCC技術(shù)具有成本低，易于集成、布線線寬和線間距設(shè)計靈活的高頻特性等特點，其在最近幾年更是有著顯著的優(yōu)點。LTCC技術(shù)不僅是新的EMI/EMC（電磁干擾）組件的主流制造技術(shù)。同時也是電子元件復(fù)合化、集成化和模塊化的首選技術(shù)，還是設(shè)計與制造射頻微波集成元件、模塊及實現(xiàn)SIP高密度集成系統(tǒng)之關(guān)鍵技術(shù)，并且已經(jīng)成為無源元件領(lǐng)域的重要發(fā)展方向和元器件產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟增長點。LTCC技術(shù)的研究，因為大陸較晚介入，雖然在相關(guān)領(lǐng)域LTCC技術(shù)已取得了一定的成績，與國外和國的技術(shù)有很大的差距，因此，現(xiàn)對LTCC相關(guān)技術(shù)展開廣泛而深入的研究對國防和民用高科技領(lǐng)域來說有著非常重要現(xiàn)實意義。2.5LTCC工藝流程LTCC技術(shù)實現(xiàn)的工藝流程較為復(fù)雜，其制造工藝的趨勢是小孔、細線和高密度。圖1.1為LTCC主要的工藝流程[8]。圖2.3LTCC工藝流程(1)流延流延工藝包括配料、真空除氣和流延三個過程。對流延出的生瓷膜片的要：致密，均勻的厚度（0.1?0.2mm左右），也有一定的強度，以確保其具有不小于11厘米且具有足夠的強度寬度，關(guān)鍵鑄造過程是在控制的機械設(shè)備，材料的配方和工藝參數(shù)。流延漿料的制備必須具有兩個條件，一個是制備流延粘合劑時，及時添加潤濕劑，以改善粉末的分散性和漿料的流動性；另一個是在該混合漿料中添加除泡劑，攪拌以除去氣泡。這樣就能獲得致密、均勻且韌性十足的流延膜帶。目前大部分流延設(shè)備都是與MLC配套引進國的，流延的厚度一般都保持在0.1mm以下。(2)切片瓷生帶大多數(shù)是以卷軸形式供給，將整卷的生瓷帶按固定尺寸進行切割并做好記錄標識。切片時應(yīng)該將其展開于潔凈的不銹鋼工作臺面之上，可采用切割機、激光或沖床進行切割，如果采用激光切割，應(yīng)注意控制激光的功率以免引起瓷生帶的燃燒。(3)打孔主要用于打兩個孔：一個是定位孔，所述定位孔合格與否直接影響了部圖案在印刷時的位置精度；另一類是連接孔，連接孔是在每單層瓷片上根據(jù)要求形成微孔，其目的是為了連接不同層之間的電路的形式，其質(zhì)量直接影響填充孔的質(zhì)量，孔過大或太小可能會影響最終產(chǎn)品的電性能。通孔質(zhì)量的好壞直接影響布線的密度和通孔金屬化的質(zhì)量，通孔過大或過小都不易形成盲孔。瓷生帶的打孔主要有3鐘方法：鉆孔、沖孔和激光打孔。鉆孔的打孔速度為每秒3～5孔，精確為±50um，最小的孔直徑一般高于0.25mm，在鉆更小通孔時，鉆頭極易折損，鉆孔成本昂貴；沖孔的速度大于鉆孔的速度，可根據(jù)沖床的不同和所沖孔的復(fù)雜程度而有所變化，所沖出的孔徑小于鉆孔孔徑并且精度很高，可謂是很好的打孔方法；激光法打孔精度和孔徑都介于鉆孔和沖孔之間，但其打孔速度為最高，且所打孔易于形成盲孔，故是最理想的打孔方法。對于LTCC工藝而言，最好的通孔直徑為0.15～0.25mm。這都有利于提高布線密度和改善通孔金屬化。假如通孔直徑大于等于0.3mm或小于等于0.15mm，金屬化時會很難形成盲孔，從而在很大程度上降低了基板的成品率和可靠性。(4)填孔填孔是利用復(fù)合鋼網(wǎng)通過刮刀擠壓的方式將符合生瓷片材料特性的導(dǎo)體裝料填充到連接微孔中,以達到連接上下層電路的目的。填孔是制造LTCC基板中的關(guān)鍵工藝之一，其方法有三種：厚膜印刷、絲網(wǎng)印刷（ScreenPrinting）和導(dǎo)體生片填充法。印刷機是專門為LTCC生產(chǎn)而設(shè)計出產(chǎn)的，其工作臺的材質(zhì)是多孔瓷或金屬板，四角上各有一個與生瓷片上定位孔一致的金屬定位柱，直徑多為1.5～1.6mm；工作時，工作臺下面用真空機抽成負壓，使用適中壓力，一般為665～864.5Pa（500～650mmHg）。厚膜印刷和絲網(wǎng)印刷時，要在工作臺和生瓷帶之間放一濾紙（或用硅酮浸過的擦鏡紙），以防止金屬漿料從通孔漏到工作臺上，印刷后把生瓷片和濾紙一起取走，在70～100℃下烘烤5～10min，然后再取下濾紙。導(dǎo)體生片填充法是將厚度略大于瓷生帶的導(dǎo)體生片沖成通孔以達到金屬化的目的。導(dǎo)體生片采用流延工藝生成，此法可提高多層基板的可靠性，但工藝不夠成熟。填充通孔的漿料應(yīng)該具有適當?shù)酿ざ群土鲃有?。選擇填充漿料不當，印刷時不易形成盲孔，通孔填充后要進行烘干、盲孔檢查和修補。(5)印刷版圖印刷版圖時，必須根據(jù)對位精度及通孔大小來設(shè)計線寬、線間距及其它參數(shù)才能保證基板的成品率。采用LTCC基板技術(shù)雖然可以把線和線間距做到很細，但成本會增加，所以要加以考慮。LTCC基板部圖形印刷有兩種方法：絲網(wǎng)印刷和計算機直接描繪法，表面圖案的印刷有四種方法，絲網(wǎng)印刷，電腦直接寫入方法，淤漿方法光刻和薄膜沉積。計算機直接繪圖技術(shù)因其在印刷過程不需要制作印刷模版和印刷過程中的對位，是印刷導(dǎo)體中常用的一個方法，但不足之處是，設(shè)備投資大，操作復(fù)雜，而且生產(chǎn)效率低。絲網(wǎng)印刷圖形和打印孔，生瓷帶通過多孔石的真空吸氣達到固定目的，可以采用影像或機械方式對其進行對位。印刷過程中對定位基準的要求更為嚴格，定位精度不好時，基板配線網(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)開放或短路，不一樣的布線密度（線寬度間距、通孔直徑，通孔的覆蓋圍、孔行距等），對定位精度有著不同的要求。影響定位精度的主要因素是：打孔精度誤差、照相制版精度誤差和印刷機手動調(diào)節(jié)對位視覺誤差。目前Ferro公司采用的AM19156型自動可視對位印刷機能達到較為理想的對位效果。(6)疊層與熱壓將完成通孔填充和已經(jīng)金屬化后的生瓷片放入疊片模具中，疊片模具上設(shè)計有與生瓷片對位孔相一致的對位柱，以確保對位精度。模具是最好用硬質(zhì)材料加工，以防止在經(jīng)過多次使用后發(fā)生變形。而層壓過程中，最關(guān)鍵的是壓力大小的適中和壓力施展的均勻。當壓力過大的時候，在排膠的過程中易發(fā)生氣泡層；而在壓力過小時則會產(chǎn)生分層，從而導(dǎo)致基板的收縮率變大，收縮一致性較差。(7)切割切割是指將燒結(jié)前，在考慮收縮率的問題下將經(jīng)過熱壓后的疊層瓷片按事先設(shè)計好的切割尺寸依次切割成單個元器件的過程。(8)排膠與燒結(jié)排膠過程一般都發(fā)生在馬福爐中，而基板的厚度確定了排腳速度，在正常情況下的升溫速度為0.2?0.5℃/分鐘，升到450℃時，保溫3?5小時。而燒結(jié)卻既可以在馬福爐中發(fā)生也可以在鏈式爐進行，其升溫速度一般在為8℃/min，燒結(jié)曲線和爐膛溫度的均勻性是燒結(jié)過程的關(guān)鍵，對燒結(jié)結(jié)束后基板的平整度和收縮率有著極大的影響。爐溫均勻性會影響燒結(jié)收縮率的問題導(dǎo)致基板收縮不一致，在燒結(jié)過程中，溫度上升過快也會造成燒結(jié)平整度差的問題。(9)檢查測試燒結(jié)完成后，首先需要對基板外觀進行目測，可能會出現(xiàn)的物理缺陷包括：分層、裂紋和翅曲；其次就是需要進行幾項檢查來評估可靠性：a、檢查收縮系數(shù)，主要是檢查尺寸的變化來判斷基板是否有超差。b、檢查基板的電氣性能如電性能、電阻、特性阻抗等，以驗證基板布線的連接性。LTCC多層布線基板包含了與焊區(qū)上相連的若干電氣網(wǎng)絡(luò)。這些基板上的焊區(qū)有兩個作用，一是起著信號出入基板的作用，二是電氣的連接作用。為了保證基板上布線正確，必須對基板上每個網(wǎng)絡(luò)中的所有焊區(qū)進行導(dǎo)通測試和對不同的網(wǎng)絡(luò)進行隔離測試。另外，還要測試網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)通電阻或信號延遲、串音等。主要是用探針測試儀、美國微組裝系統(tǒng)(MMS)公司的自動晶片探針儀兩種測量器進行測量。LTCC的檢測一般放在基板制造完成后進行，在一些特殊情況下，為了方便監(jiān)測各工序的成品率也可采取加工過程中實時檢測或階段性檢測。3微波濾波器原理3.1濾波器簡介在電子通信技術(shù)，以產(chǎn)生早期和檢查出如何提取有用信號的問題，并且該過濾器是在這方面的需求已經(jīng)發(fā)明了。過濾器具有廣泛的在電路中，它允許信號到一個或多個頻率和平穩(wěn)運輸通過，也可以是一個或多個有效衰減的信號的頻率，簡單地說應(yīng)用，是一種過濾器的頻率選擇性設(shè)備。過濾器可以在輻射規(guī)定的頻段定義大功率發(fā)射機，并能防止接收器的工作頻帶之外的干擾。在實踐中，在軍事通信，衛(wèi)星通信，和個人移動通信的其他方面的過濾器發(fā)揮的應(yīng)用需求，這些領(lǐng)域的發(fā)展中起重要作用也提出了過濾器更高的要求，如具有更高的頻率選擇性的插入損失，更合理。電子通信技術(shù)和過濾技術(shù)的發(fā)展發(fā)展是相互依存和發(fā)展過濾技術(shù)，以促進電子通信技術(shù)，電子通訊技術(shù)和過濾技術(shù)提出了更高的發(fā)展要求。3.2濾波器分類根據(jù)不同的分類方法，濾波器的類型一般有以下幾種：1）按頻率通帶圍來分類，濾波器一般可以分成四類：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。圖2.4給出了它們的頻響特性,其中縱軸都是取了絕對值,所以數(shù)值都是正的。圖3.1各種濾波器的頻響特性2）分類通過處理信號的類型，則該過濾器可以分為兩大類：模擬濾波器和離散濾波器。其中所述模擬濾波器可分為被動型，異構(gòu)三種類型。

3）其它類別包括：分類根據(jù)工作（例如反射，吸收等等），根據(jù)負荷類型（如單端雙終端等），根據(jù)帶尺寸類別（如寬帶，窄帶等）。3.3LTCC微波濾波器發(fā)展現(xiàn)狀在設(shè)計LTCC濾波器前輩方面已經(jīng)做了很多工作。已經(jīng)出現(xiàn)了各種結(jié)構(gòu)的多層介質(zhì)濾波器用于不同的目的，越來越小，性能越來越好。盈-休伊鉦，盛FUHR.暢，蕭曠林設(shè)計2.45GHz的中心頻率，并具有帶通濾波器四種傳輸零點[9]。KC，HT和WSH黃低通濾波器和一個高通濾波器級聯(lián)的方法設(shè)計了一個中心頻率2.94GHz寬帶帶通濾波器，66％[10]的相對帶寬。Prasath，SDRThenmozhi和A.Raju.S.Abhaikumar.V。設(shè)計了一個小的，截止頻率是適合于期IEEE802.16a在的1.35GHz低通濾波器[11]。3.4微波濾波器設(shè)計在1915初，名為K.WWagner的德國科學(xué)家首次創(chuàng)建一個過濾器的設(shè)計方法，在這之后很多研究者開始濾波器設(shè)計理論集總元件電感器和電容器系統(tǒng)的研究，更全面的濾波器設(shè)計方法，在1940年形成，這兩個設(shè)計步驟尤為重要：第一是確定與合規(guī)傳遞函數(shù)特性的要求;其次是預(yù)先合成傳遞函數(shù)電路。因為微波濾波器逐漸被應(yīng)用到更高的頻率，這是從一個新的領(lǐng)域，分布參數(shù)元件的開發(fā)設(shè)計的原始集總元件LC諧振器的設(shè)計階段相應(yīng)地設(shè)計。分布參數(shù)的方法是基于在插入衰減和插入相移函數(shù)，直接應(yīng)用理論來確定傳輸線或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)微波濾波器元件。同時，在微波過濾材料領(lǐng)域取得了顯著的進步，也極推動了濾波器設(shè)計方法的出現(xiàn)和發(fā)展更多的濾波器結(jié)構(gòu)。使用網(wǎng)絡(luò)的合成方法已知為傳統(tǒng)過濾器的設(shè)計生產(chǎn)的，網(wǎng)絡(luò)的合成方法是先來先再一個過程的網(wǎng)絡(luò)元件的特性來實現(xiàn)的。它分為三個步驟：首先，建議的目標，即提供了理想的響應(yīng);其次，可能的功能選擇，以近似理想響應(yīng);再次，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成功實現(xiàn)近似的功能特性。由于使用了不同的逼近函數(shù)，一般集成巴特沃斯，Chehyshev全面，橢圓函數(shù)濾波器的設(shè)計和集成方法。之所以比雪夫函數(shù)通常用于不僅相對容易實現(xiàn)，并具有良好的衰減特性和急劇轉(zhuǎn)變。原型濾波器的設(shè)計方法是微波濾波器的設(shè)計方法現(xiàn)在廣泛應(yīng)用，所謂原型濾波器的設(shè)計方法是一個低通濾波器作為原型，以獲得所需的濾波器由頻率轉(zhuǎn)換值的電抗元件，然后通過相應(yīng)的集總的或分布式實現(xiàn)元素。采用原型濾波器的設(shè)計好處是你可以檢查巴特沃斯，直接獲得Chehyshev低通濾波器元數(shù)值表中的值，從而克服復(fù)雜的缺陷的理論分析。常見的兩種低通原型濾波器電路拓撲如圖3.2所示,圖中(a)和(b)所示兩個電路互為對偶電路,它們具有相同的響應(yīng)特性。圖3.2低通原型電路原理圖在微波電路設(shè)計中，一般用下述三種方法去實現(xiàn)微波濾波器：(1)用集總元件去構(gòu)成微波濾波器，它的突出優(yōu)點是顯著地減小了電路的尺寸，特別是在S波段以下的頻段，設(shè)計方法也相對較為靈活，其缺點是對制作工藝的要求較高。(2)用半集總元件去構(gòu)成微波濾波器，不僅結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，而且設(shè)計計算也不很復(fù)雜，因而此法被廣泛應(yīng)用。(3)用電長度相等的傳輸線段去實現(xiàn)分布的相應(yīng)原型濾波器，再進行Richard轉(zhuǎn)換，及利用Kuroda四種單元變換，從而獲得易于實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)形式。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，所需數(shù)據(jù)有現(xiàn)成公式表格可查，美中不足是在微波低端體積大。在第二和第三個方法中，低通原型在微波集成電路中的可實現(xiàn)性要受到電路能夠?qū)崿F(xiàn)的高、低阻抗數(shù)值的嚴格限制。LTCC微波濾波器的設(shè)計包括諸多方面，電磁性能設(shè)計、應(yīng)力設(shè)計和熱設(shè)計等都在考慮圍之，其中最為關(guān)鍵的便是電磁性能設(shè)計。由于疊層LTCC濾波器中包括多個等效的分立元件，不僅存在同一層的電磁耦合，還存在垂直方向上的層與層之間電磁耦合，從而形成多種寄生耦合電感、電容和諧振器。對于LTCC濾波器的設(shè)計而言，除了采用原型濾波器設(shè)計法綜合設(shè)計之外，還需要將LTCC濾波器結(jié)構(gòu)中多個參數(shù)利用微波CAD軟件進行調(diào)諧和優(yōu)化，即采用綜合加優(yōu)化的方法。疊層LTCC微波濾波器主要設(shè)計步驟有；(1)確定符合指標、特性要求的傳遞函數(shù)；(2)構(gòu)建滿足傳遞函數(shù)要求的傳輸線或無源元件L、C的電路結(jié)構(gòu)；(3)選定具有合適特性參數(shù)的LTCC材料；(4)從實際需要出發(fā)，不僅要利用或避免多層結(jié)構(gòu)間的各種電磁交叉耦合，還要選擇濾波器各元件的基本結(jié)構(gòu)和布局，將其轉(zhuǎn)變?yōu)長TCC三維結(jié)構(gòu)模型的版圖結(jié)構(gòu)和具體物理尺寸，建立起濾波器多層結(jié)構(gòu)模型；(5)利用三維全波電磁場分析軟件如HFSS、CST等，對層疊LTCC濾波器模型進行仿真，通過對其中主要變量進行不斷調(diào)諧、優(yōu)化，使其滿足設(shè)計要求。4LTCC微波低通濾波器的設(shè)計4.1LTCC低通濾波器設(shè)計步驟LTCC濾波器設(shè)計的一般步驟：(1)確定滿足指標和特性需要的傳輸函數(shù)；(2)搭建滿足傳輸函數(shù)要求的電路；(3)選擇適合的LTCC材料；(4)根據(jù)實際需要，利用或者避免多層介質(zhì)間的交叉耦合，選擇濾波器各元件的基本結(jié)構(gòu)和布局，在將其轉(zhuǎn)化為LTCC三維結(jié)構(gòu)模型的版圖結(jié)構(gòu)和具體物理尺寸之后才能建立起濾波器多層結(jié)構(gòu)模型。(5)利用電磁場仿真軟件(HFSS\CST等)對LTCC濾波器模型進行仿真，通過對其中主要變量進行不斷的調(diào)諧\優(yōu)化，最終實現(xiàn)既定設(shè)計目標[35-37]。圖4.1LTCC濾波器的設(shè)計流程4.2電路設(shè)計與仿真濾波器的主要設(shè)計指標如下：截止頻率：1-3.8GHz；；帶插損：小于2dB；回波損耗：小于-13dB；帶外抑制：-30dB（4.35GHz）；下圖4.2是本文中根據(jù)上述指標設(shè)計的一款低通濾波器的電路圖，在構(gòu)建了電路圖之后，要用相關(guān)的電路仿真軟(ADS)件對其進行仿真，并查看相關(guān)的參數(shù)是否滿足設(shè)計要求。圖4.2電路仿真圖通過ADS仿真得到如圖4.3所示的幅度頻率特性圖。圖4.3低通濾波器幅頻特性由上圖可以看出此款低通濾波器的截止頻率在1GHZ附近，通帶的插入損耗小于0.1dB，回波損耗大于20dB，阻帶信號大幅衰減分別在1.1GHz和2.3GHZ附近出現(xiàn)一個衰減極點，在1.1GHz-2.3GHZ頻段插損大于22dB。4.3濾波器各單元尺寸的確定和模型的建立在電路仿真結(jié)果良好的情況下，利用場仿真軟件(CST/HFSS)，實現(xiàn)濾波器模型的構(gòu)建。本文在構(gòu)建模型時，采用自底向上的設(shè)計方法，即從底端向頂端來對整個濾波器模型進行布置，從而得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)模式。從圖中可以看到，濾波器的介質(zhì)層總共有9層，金屬層共有11層，電容分布上3層，電感分部在下9層，電感采用的是三維矩形Helical式的螺旋電感，從前面的分析可以知道，在實現(xiàn)相同電感值的情況下，這種螺旋電感所占的面積最小，品質(zhì)因數(shù)最高，但是它所需的層數(shù)也最多。總體而言，整個模型大致遵循了左右對稱，自底向上，上下分離三個原則。在大體布局確定的情況下，還要根據(jù)電感電容值的大小，利用已有的公式對具體的電感電容的尺寸進行計算。之后就可以根據(jù)計算的尺寸建立大致的模型，并設(shè)計一些變量，便于再進行反復(fù)微調(diào)，以獲得比較精準的結(jié)果。圖4.4濾波器多層結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合LTCC生產(chǎn)工藝，該帶通濾波器多層結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4.4所示，圖中所有工藝參數(shù)都是按照中國電子科技集團第54所微組裝中心設(shè)計規(guī)則設(shè)計的，其中介質(zhì)材料采用Dupont951，相對介電常數(shù)為9.8，損耗角正切為0.006，金屬為銀，線寬為0.35mm，通孔直徑為0.075mm，金屬厚度為0.012mm，介質(zhì)的厚度為0.1mm，總的設(shè)計尺寸為3.5mm*1.5mm*0.9mm。圖中的電容的長度和寬度以及電感的長度都設(shè)為變量，以方便調(diào)整，最后得出最優(yōu)的結(jié)果。具體的場的仿真結(jié)果如下圖4.7所示：圖4.5場仿真圖由上述的場仿真圖，可以看到整個電路的搭建以及場的仿真模型的建立是符合設(shè)計預(yù)期的，截止頻率大約在1GHz，通帶的插入損耗小于0.1dB,回波損耗大于16dB,阻帶的插損呈快速衰減的趨勢。4.4濾波器的測試結(jié)果最后將上述濾波器加工成了成品，具體實物圖如下圖4.6所示：圖4.6LTCC低通濾波器實物圖圖4.7LTCC低通濾波器測試曲線由圖4.6和圖4.7可以看到，加工出的實物圖的效果和之前的仿真結(jié)果比較吻合，符合預(yù)期的設(shè)計指標，驗證了在LTCC工藝中保證了設(shè)計精度，特別是印刷工藝，保證了線條精度。整個濾波器的尺寸很小，可以用于醫(yī)療檢測和無線通信等模塊，具備一定的實用意義。-.z.結(jié)論移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，移動通信終端的普及，使得適用于通信終端的小型微波、射頻元器件的小型化元器件的需求成為當務(wù)之急。LTCC技術(shù)的實現(xiàn)使得微波器件的體積和重量得到有效的控制，且向小型化、低成本、高頻化等方向靠攏。本文正是基于這樣的一個背景下，開始本次LTCC濾波器的設(shè)計工作。在分析研究了國外現(xiàn)有的大量期刊文獻后，根據(jù)經(jīng)典濾波器設(shè)計方法得出低通濾波器的原型，再結(jié)合本次設(shè)計中的指標得到基本電路模型后進行電路仿真，在電路仿真效果良好的情況下結(jié)合LTCC工藝參數(shù)利用場仿真軟件進行建模仿真，在場仿真結(jié)果達標的情況下進行了LTCC工藝加工，實物測試結(jié)果滿足設(shè)計預(yù)期，說明整個LTCC濾波器的設(shè)計是成功的。-.z.致本論文是在王靜導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、框架的設(shè)計，到最后的修改定稿，無一不