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现代无线通讯系统及计算机技术的飞速发展对微波、射频滤波器的性能、尺寸、可靠性和成本等方面的要求愈来愈高。微波和射频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,一直是该领域研究的热点和重点,而耦合谐振带通滤波器又是滤波器研究中的重中之重。由于频谱资源非常珍贵及系统小型化发展的需求,高性能微型耦合谐振带通滤波器的研究显得格外重要。
本文基于先进的低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)和低温共烧铁氧体(Low Temperuture Co-fired Ferrite,LTCF)工艺技术,对耦合谐振带通滤波器进行了探索和研究。根据耦合谐振带通滤波器及交叉耦合的基本理论,结合实际工程应用需求,总结了一套快速有效的LTCC/LTCF耦合谐振带通滤波器的设计方法与流程。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深入的研究与分析,并结合设计实例,进行了三维立体集成结构的探索与创新,并申请了一项国家发明专利(专利申请号:CN201010555946.6)。
本文总结的设计方法可以利用LTCC/LTCF工艺,采用不同的材料和结构,设计从甚高频到Ku波段的耦合谐振滤波器。而且LTCC/LTCF耦合谐振滤波器具有尺寸小、性能优、可靠性高的优点,与其它工艺技术实现滤波器的方式相比,这是非常大的优势。
基于以上的研究,本文设计了四款耦合谐振带通滤波器,其主要特征如下:
第一款是蓝牙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×0.8mm×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,相对带宽约为1%,采用LTCC技术及分布式结构,尺寸为2.6mm×1.1mm×1.1mm。其中,第一款和第三款测试结果与仿真结果一致性非常好,完全满足工程需求,并已大批量生产及应用。