基于LTCC技术频率源的设计与实现

第 36 卷 第 7 期 2017 年 7 月电 子 元 件 与 材 料 ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALSVol.36 No.7 Jul. 2017研究与试制基于 LTCC 工艺的小型化可调频带通滤波器的设计王尔凡，杨晓东，邢孟江（昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500）摘要: 设计了一款基于低温共烧陶瓷（LTCC）技术的小型化带通滤波器。

采用两谐振器之间的耦合效应，减 小了器件的尺寸。

在 HFSS 中建立滤波器模型并仿真，滤波器的中心频率为 1.07 GHz，带宽为 428 MHz，回波损 耗大于 22 dB，2 f0 处抑制大于 45 dB，整体尺寸仅为 6.5 mm×4 mm×0.9 mm。

在此滤波器上模拟表贴变容二极管 来调节两个谐振器中的电容实现中心频率可调。

结果表明，滤波器的中心频率在 1.05~1.23 GHz 内连续变化，在 中心频率变化过程中插损始终小于 1 dB，回波损耗始终大于 15 dB，2f0 处抑制大于 45 dB。

关键词: 小型化滤波器；连续可调频；变容二极管；低温共烧陶瓷；传输零点；电感 doi: 10.14106/ki.1001-2028.2017.07.014 中图分类号: TN713 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2017）07-0071-04Design of miniaturized tunable band-pass filter based on LTCC processWANG Erfan, YANG Xiaodong, XING Mengjiang(Faculty of Infrmation Engineering and Automation, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China) Abstract: A miniaturized two-order inductive coupling band-pass filter was designed based on low temperature co-firing ceramic (LTCC) technology, through the coupling inductance between the two resonators, which were connected to achieve the purpose of miniaturization. The filter model was established and simulated by HFSS. The center frequency of the filter is 1.07 GHz, the bandwidth is 428 MHz, the return loss is more than 22 dB, the attenuation at the 2 f0 is greater than 45 dB, and the overall size is 6.5 mm×4 mm×0.9 mm. To simulate the surface paste varactor diode to adjust the capacitance of two resonators, the center frequency of the filter is adjustable. The results show that the center frequency of the filter is continuously changed from 1.05 GHz to 1.23 GHz. The insertion loss is always less than 1dB during the change of the center frequency, the return loss is always greater than 15 dB, and the suppression at the 2f0 is greater than 45 dB. Key words: miniaturized filter; continuous tunable frequency; variable capacitance diode; LTCC; transmission zero pole; inductance当今高性能、高稳定、低成本和小型化成为现代 无线通信设备的基本要求。

工程硕士学位论文一种基于ＬＴｃｃ技术的超小型低通滤渡器的设计、制作及应用２．５ｕ℃ｃ技术的实际应用ＬＴｃｃ技术已广泛应用于航空航天、民用无线通信、卫星导航系统、无线局域网ｗⅢＩ、汽车电子等产业链例。

美国、日本等著名的公司如杜邦、ｃＴｓ、Ｍｕｍｔａ、ｓｏｓｌｌｉｎ、ＴＤＫ等正大力推广ＬＴｃｃ技术的应用。

利用ＬＴｃｃ技术，既可制造生产单一功能元件，如电阻、电感、电容、天线、双工器、滤波器等；还可以将多个元件进行整合，如整合天线、开关、滤波器、双工器、低噪声放大器、功率放大器等制成射频前端功能模块，这样可以有效地减小产品体积及重量，真正做到轻、薄、短、小、低功耗的特点【ｌｑ。

按照上述产品在实际电路中所起到的作用，大致可以分为四类：（１）ＬＴｃｃ元件：如片式电感、片式电阻、片式电容等，以及这些元件的阵列。

（２）ＬＴｃｃ功能器件：如片式ＲＦ无源组件，包括滤波器及其阵列、定向耦合器、功率分配器、功率合成器、巴伦滤波器、片式天线、片式延迟线、多层衰减器，共模扼流圈及其阵列，ＥＭＩ降噪滤波器等。

（３）ＬＴｃｃ封装陶瓷基板：如蓝牙功能模块基板、手机前端功能模块基板、集总参数环行器陶瓷基板等等。

（４）ＬＴｃｃ功能模块：如手机前端功能模块、蓝牙功能模块、开关功能模块、各种功放模块等。

ｕ℃ｃ产品的应用领域极为广泛，如各种频段的手机、蓝牙耳机、ＧＰｓ、ＰＤＡ、ＭＦＩ、ＲＦＩＤ、ｗＬＡＮ、汽车电子等。

例如手机中使用的ＬＴｃｃ产品包括滤波器、双工器、收发开关功能模块、巴伦、耦合器、功分器、共模扼流圈等１９】。

图２．３为全球ＬＴｃｃ产品不同领域的应用情况。

图２３全球Ｌ∞ｃｃ产品应用领域图２．６ＩＴｃｃ滤波器结构特征二十世纪初期德国科学家Ｋｗ．ｗａ卸ｅｒ与美国Ｇ．Ａ．ｃ锄ｂｅｌｌ共同发明了Ｌｃ滤波器并在上世纪５０年代趋于成熟吼从上世纪６０年代起由于计算机科学技术、表面贴装工工程硕士学位论文一种基于ＬＴｃｃ技术的超小型低通滤被嚣的设计、制作及应用不大，在设计仿真时可以进行微调弥补。

基于LTCC的毫米波集成电路理论分析与仿真设计技术研究的开题报告一、研究背景随着无线通信和雷达技术的不断发展，毫米波通信和雷达系统逐渐成为研究的热点方向。

毫米波频段的宽带、高速率、低功耗等优势使其成为未来无线通信的重要选择。

与此同时，集成电路技术的不断提高也为毫米波系统的集成化提供了技术保障。

低温共烧陶瓷（LTCC）作为一种新型的集成电路材料，在高频和毫米波领域的应用也得到了广泛关注。

二、研究内容本研究主要针对基于LTCC的毫米波集成电路理论分析与仿真设计技术进行研究，具体内容包括：1. LTCC材料特性分析。

对LTCC材料的电学性能、介电常数等进行分析，以便后续的电路设计和仿真。

2. 毫米波集成电路设计。

根据系统要求和所选用的LTCC材料特性，设计毫米波集成电路的核心模块，包括低噪声放大器、混频器、功率放大器等。

3. 电磁仿真分析。

利用ANSYS等仿真软件对毫米波集成电路进行电磁仿真分析，分析电路的性能和特性。

4. 系统性能测试和优化。

对设计的毫米波集成电路进行系统性能测试，并根据测试结果对电路进行优化。

三、研究意义本研究将探索基于LTCC的毫米波集成电路理论分析与仿真设计技术，具有以下研究意义：能和可靠性。

2. 探索LTCC材料在毫米波领域的应用，为LTCC材料在集成电路领域的推广和发展提供一定的参考意见。

3. 为毫米波集成电路的研究提供新的思路和方法，为未来无线通信和雷达系统的集成化发展提供技术支持。

四、研究方法本研究将采用理论分析和仿真设计相结合的方法进行研究。

具体步骤包括：1. LTCC材料特性分析：通过实验测试和理论计算等方法，对LTCC材料的电学性能和介电常数等进行分析。

2. 毫米波集成电路设计：根据系统要求和所选用的LTCC材料特性，对毫米波集成电路进行设计。

3. 电磁仿真分析：利用ANSYS等仿真软件对设计的毫米波集成电路进行电磁仿真分析，分析电路的性能和特性。

4. 系统性能测试和优化：对设计的毫米波集成电路进行系统性能测试，并根据测试结果对电路进行优化。

基于LTCC技术的传输零点滤波器设计随着射频无线产品的快速发展，对微波滤波器小型化、集成模块化，高频化的要求也越来越高。

而小体积、高性能和低成本的微波滤波器的市场需求量增加。

此类微波滤波器的设计与实现已经成为现代微波技术中关键问题之一。

其主要的设计概念是将二维的电路布局变为三维电路布局，借此达到缩小体积的目的。

由于低温共烧陶瓷(LTCC，Low TemperatureCofired Ceramic)技术具有高集成密度、高性能、高可靠性以及可内埋置无源元件等优点，成为多层无源器件和电路设计的主流，对微波无源器件的小型化起到了极大的推动作用。

文中所研究设计的基于LTCC多微波无源滤波器力求达到结构小型化和性能优越化。

1 具有传输零点滤波器设计原理传输零点理论指的是滤波器传输函数等于零，即在这一频点上能量不能通过网络，因而起到完全隔离作用。

通常带通滤波器在无限远的频点处其传输函数是趋于零的，称之为无限传输零点，但由于是无限远，因此没有实际意义。

在实际设计的带通滤波器中为了使通带外有较大抑制，就需要在一些特定的频点处引入零点，这便是通常所指的有限零点。

LTCC中有多种引入零点方法，由于LTCC往往采用多层结构，器件排列紧密，相互之间电磁耦合也会很大，这通常会使得电路特性恶化。

文中利用螺旋电感之间的耦合，提高电路特性。

滤波器结构如图1所示，为了能和外部电路阻抗匹配，引入电容C1和C2，而C3和L1以及C4和L2各自组成一个谐振电路。

其中，L1和L2交叉耦合系数为M，C5为接地电容。

该结构可以看作两部分，上面一部分是一个典型的二阶带通滤波器，如图2所示。

下面是一个对地耦合电容，如图3所示。

带通结构产生所需要的通带特性，传输零点位于直流点和无限大频率处，引入的对地藕合电容，可以得到所需要的两个传输零点，而且对与它串联的带通滤波器的通带特性影响很小。

利用微波网络分析的方法，该二端口网络可以看成图2和图3两个网络的串联，整个网络的Z矩阵等于上下两个网络的Z矩阵之和。

摘要摘要随着电磁环境日益复杂，频谱监测设备的应用场合愈发丰富，用户对其小型化和便携性的要求也愈发迫切。

因此，对其重要射频子系统——接收机中占据大量空间的无源滤波器的小型化设计迫在眉睫。

与常用于接收机的腔体、微带、LC和声表滤波器相比，LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC，低温共烧陶瓷）滤波器体积优势巨大，稳定性和集成度很高。

基于以上优点，本文设计并实现了基于LTCC技术的频谱监测设备接收机的预选滤波器和中频滤波器组。

在综合频谱监测设备接收机整机性能和LTCC滤波器本身的工艺特点的基础上，计算出了LTCC预选和中频滤波器的设计指标要求。

随后以指标要求为目标通过理论推导得出滤波器谐振单元的谐振频率和它们之间的耦合系数。

在此基础上，通过场路结合的方法对滤波器的结构进行初步设计，再通过电磁仿真软件ADS和HFSS等对滤波器谐振单元的谐振频率、无载Q值以及它们之间的耦合系数等关键参数进行大量的迭代运算，最终得到最优化的滤波器结构。

其中，预选滤波器主要采用了多层梳状线结构和多层矩形环结构。

通过一些创新性的设计，例如M形梳状谐振器排列、改进型封装构造和多层谐振环交错排列等，优化了滤波器的多项参数。

中频滤波器主要采用集总参数形式的内埋置LC电路结构。

研究了嵌套型内埋置元件的设计方法，并做了一些结构上的创新。

在上述设计工作之外，制作了一套LTCC滤波器的PCB测试夹具。

最终实现了通带频率范围为3.9~4.9GHz、4.8~5.8GHz和5.5~6.3GHz等三个频段的预选滤波器组和通带频率范围为510~610MHz和DC~2GHz等两个频段的中频滤波器组。

测试结果显示，这些滤波器在通带范围内的插入损耗和驻波比均能够达到设计要求。

总体来说，除中频低通滤波器的高端带外抑制稍差外，这些滤波器的性能良好，尺寸优势明显。

测试结果证实了设计的可行性，也说明该设计具有一定的工程应用价值。

基于 LTCC 工艺的超小型高 Q 值带通滤波器的制作方法近年来，随着无线通信的不断发展，带通滤波器在通信系统中扮演着重要的角色。

为了减小滤波器的体积和重量，同时提高其 Q 值，LTCC(Low Temperature Cofired Ceramics) 工艺被广泛应用于带通滤波器的制造中。

本文介绍了基于 LTCC 工艺的超小型高 Q 值带通滤波器的制作方法，包括滤波器的设计、LTCC 材料的选取、陶瓷封装的设计和制作等方面。

通过这种方法，可以制作出体积小、重量轻、高 Q 值的带通滤波器，为无线通信的发展做出贡献。

一、滤波器的设计在本文中，我们设计了一种基于 LTCC 工艺的超小型高 Q 值带通滤波器。

该滤波器的通带范围为 2GHz-4GHz，阻带范围为3GHz-6GHz,Q 值大于 100。

为了实现这一目标，我们需要选择合适的材料、结构和尺寸，并进行合理的设计。

首先，我们需要选择适合的 LTCC 材料。

由于 LTCC 材料的热膨胀系数较小，因此可以实现高精度的封装和组装。

常用的 LTCC 材料包括 AlN、Al2O3、GaN 等，它们具有较高的电学和光学性能。

在本文中，我们选择了 AlN 作为滤波器的基材。

其次，我们需要设计滤波器的封装结构。

封装结构的设计需要考虑滤波器的频率响应、Q 值、稳定性等因素。

在本文中，我们采用了一种基于陶瓷封装技术的结构，将滤波器安装在陶瓷封装基板上，从而实现滤波器的高精度封装和组装。

最后，我们需要设计滤波器的电路图和参数。

在设计滤波器电路图时，我们需要考虑到滤波器的通带、阻带和 Q 值等因素。

在本文中，我们采用了一种基于差分对的电路结构，以实现滤波器的高 Q 值和高精度。

二、LTCC 材料的选取在选择 LTCC 材料时，我们需要考虑到其热膨胀系数、电学性能、光学性能等因素。

在本文中，我们选择了 AlN 作为滤波器的基材，因为它具有较高的电学和光学性能，同时其热膨胀系数较小，可以实现高精度的封装和组装。

一种LTCC带通滤波器研制与实现现代移动通信系统从GSM到GPRS直至CDMA，频率从原来的几百Hz到了现在的900 MHz，1．8 GHz，2．4 GHz，5．8 GHz，甚至更高。

与此同时，对于器件的小型化和高性能的要求却在不断提高。

在微波波段，多层陶瓷介质的无源器件，如滤波器等，由于其具有小型化、易集成、设计灵活等优点而越来越受到重视。

为了在器件小型化的同时，降低其损耗，以获得更高的品质因数，就需要寻求新的材料和技术。

在众多的微波介质板材中，LTCC相对于HTCC(high temperature cofired ceramic)更具优势。

它结合了共烧技术和厚膜技术的优点，减少了昂贵、重复的烧结过程，所有电路被叠层热压并一次烧结，节省了时间，降低了成本，减小了电路的尺寸；对于射频微波领域，更重要的是它具有高品质因数、高稳定性、高集成度等优点。

因此，LTCC已成为民用和军品电子系统理想的选用材料。

目前，基于LTCC技术的微波器件已开始应用于手机、小灵通、无绳电话等各种移动通信设备中，在蓝牙、无线局域网卡、天线开关等模块中也大有用武之地。

低温陶瓷共烧(LTCC)技术采用厚膜材料，根据预先设计的版图图形和层叠次序，将金属电极材料和陶瓷材料一次性共烧结，获得所需的无源器件及模块组件。

金属带的层叠技术可以方便地实现层与层之间电容和电感的耦合，利用交叉电容耦合的方法就可以在阻带获得能改善传输特性的传输零点。

此外，LTCC采用高电导率的金、银等金属作导电介质，在烧结过程中不会氧化，因此无需电镀保护；LTCC陶瓷基片的组成成分可变，根据配料的不同可生成具有不同电气性能的介质材料，各参量在一定范围内可调整，从而增加了设计的灵活性。

l 多层滤波器结构及原理经典的滤波器设计理论已较成熟，多层介质滤波器是用层叠式的电路结构来实现滤波电路的功能。

这种技术不仅使滤波器体积小，且高频性能好，但器件内部电磁场的分布不易确定，且随层数的增加而趋向复杂。

基于LTCC工艺的射频无源器件建模与研究基于LTCC工艺的射频无源器件建模与研究射频无源器件是射频系统的重要组成部分，广泛应用于通信、雷达、无线电和卫星等领域。

随着射频技术的不断发展和进步，对射频无源器件的性能和可靠性要求也越来越高。

其中，基于LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）工艺的射频无源器件因其优异的性能和多种重要特性而备受关注。

LTCC是一种低温共烧陶瓷技术，采用多层陶瓷层叠组装而成，其中混有金属化合物。

该工艺结合了陶瓷和金属材料的优势，具有高温稳定性、低介电损耗、优异的介电性能和良好的尺寸稳定性等特点。

因此，LTCC工艺成为射频无源器件制造的理想选择之一。

在射频无源器件的建模与研究中，常涉及器件的设计、制备和性能评价等多个环节。

首先，针对不同的射频无源器件，需要进行器件的设计与优化。

在LTCC工艺中，通过选择适当的陶瓷材料和相关的金属化合物，可以实现很好的电学性能匹配和器件功能需求。

其次，通过CAD软件等工具进行射频无源器件的三维建模，准确描述并优化器件的几何结构和电磁特性。

在LTCC工艺的射频无源器件制备方面，采用精密的陶瓷制备和多层屏蔽工程可实现器件的复杂结构和高度集成。

制备过程涉及材料的选择、混合、成型、烧结等多个关键步骤。

其中，材料的选择和混合要求具备优异的电学性能、良好的机械性能和适应性。

通过成型和烧结等工艺，使得器件保持稳定的尺寸和形状，并确保金属化合物的良好粘附和导电性能。

射频无源器件建模与研究中性能评价是关键环节之一。

通过对器件的射频特性、功耗、效率、传输性能等进行测试和分析，评价器件的性能是否满足设计需求。

因此，需要建立相应的测试系统和测量方法，对器件进行频率响应、参数测试、热稳定性等性能评估。

同时，模拟仿真方法的应用也为性能研究提供了有力的工具。

基于LTCC工艺的射频无源器件具有广泛的应用前景。

通过建模与研究，可以更好地理解器件的工作原理和电磁特性，并优化其设计与性能。