基于BST薄膜的可调微波滤波器设计

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宽带通信中跳频通讯系统的发展促使了对智能射频前端的广泛研究,而作为智能前端中核心元件的可调滤波器更是研究的焦点。由于以铁电薄膜电容作为调谐元件的可调滤波器具有响应速度快、高频损耗小、可调率较高、生产成本低等特点成为了国内外军事、高校等科研机构的研究热点。因此,本文采用滤波器基础理论对铁电可调滤波器进行设计,同时制作了滤波器实物进行验证,研究内容和主要结论如下:1.设计了中心频率为870MHz的5阶梳状线微带带通可调滤波器。其偏压隔离结构设计应用BST偏压电容作为隔直加压结构,采用宽度为20μm的高阻连线连接各谐振器。与传统等电容外加偏压电阻相比,可以较少偏压点或直接通过信号线加压,简化了滤波器制作和直流偏压过程。EM仿真结果为:梳状线滤波器的3dB带宽为9.2%;调谐率为36%时中心频率可调率为14%,回波损耗优于15dB。在介质损耗为0.02时,插入损耗为4.9dB。2.设计了中心频率为7.8GHz的4阶半波长开环带通可调滤波器。其偏压隔离设计中应用宽8μm、厚80nm的高阻薄带连接各谐振器,采用宽8μm的四分之一波长高阻线连接边缘地; EM仿真结果为:开环滤波器的带宽为8.2%,设定调谐率为33%时中心频率可调率为12.8%,回波损耗优于12dB。在介质损耗为0.02时,插入损耗为4.65dB。3.模拟了工艺误差对器件性能的的影响:上电极厚度在2~3μm的范围内时对器件无影响;光刻和刻蚀工艺中的单边绝对误差超过2μm时,容易引起BST电容的短路; BST电容薄膜的介电性能偏差过大时,会增加插损并使反射增大。4.通过完整的工艺流程制作出铁电可调滤波器的原型器件,其中心频率为1.42GHz,插损约10dB;在30V直流偏压下中心频率可调40MHz;验证了结构设计的可行性和滤波器可调特性。
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