基于LTCC的多层基片集成波导滤波器的研究

论文摘要

随着无线通信和移动通信技术的迅猛发展,现代微波、毫米波系统正在迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本的方向发展。作为系统重要的组成部分,高品质因数、等时延、低插入损耗和高选频特性的带通滤波器倍受关注。椭圆或准椭圆型滤波器因其响应中具有传输零点能满足这些要求。一般来说,产生传输零点有两种方法:交叉耦合和一腔多模理论。而利用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)技术所构成的元器件具有高品质因数、大功率容量、造价低和易于集成等优点。所以,近些年来,大量性能优异的基片集成波导椭圆、准椭圆滤波器被开发出来。特别是多层LTCC技术的引入,不仅提高了基片集成波导滤波器的性能,而且极大地减小了滤波器的版图面积。这就使得基于LTCC的多层基片集成波导椭圆、准椭圆滤波器在微波、毫米波通信系统中的应用潜力巨大,有望成为系统级封装(SiP)中重要的组成部分。本文的目标是研究多层基片集成波导滤波器,以期开发出在性能和小型化方面更具优势的滤波器。本文首先针对经典交叉耦合谐振腔滤波器在基片集成波导上传统的实现方式,提出了一种真正多层的交叉耦合基片集成波导滤波器结构。它的面积随着滤波器级数的增加几乎不变,约为两个谐振腔的面积。并且证明了它的耦合矩阵可以由经典的交叉耦合矩阵经过相似变换取得。进而将其用于四级多层基片集成方波导和圆波导带通滤波器的设计。除此之外还给出了一种抑制此种滤波器寄生通带的方法。实验结果验证了设计的有效性。本文还对一个结构简单且性能优良的多层双模基片集成波导滤波器进行理论分析和设计加工,测试结果与仿真结果的良好吻合验证了多层双模基片集成波导滤波器的高性能和设计方法的正确性与有效性。最后,为了进一步减小多层交叉耦合基片集成波导滤波器的版图面积,本文提出了一种小型化的凹凸结构基片集成波导谐振腔,分析其性质;并将其用于四级多层交叉耦合滤波器的设计,结果证明:当滤波器的工作频率相同时,凹凸结构基片集成波导滤波器将会具有更小的版图面积;且其寄生通带出现的位置距离中心频率较远,改善了滤波器的阻带特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与现状
• 1.2 SIW 技术研究现状
• 1.3 三维微波集成电路（3DMIC）的发展
• 1.4 本文的主要研究工作和创新点
• 参考文献
• 第二章 基于LTCC 的多层SIW 谐振腔滤波器设计基础
• 2.1 引言
• 2.2 多层SIW 谐振腔滤波器中的耦合结构
• 2.2.1 SIW 谐振腔
• 2.2.2 SIW 谐振腔的激励
• 2.2.3 SIW 谐振腔之间的耦合
• 2.3 LTCC 技术简介
• 2.3.1 LTCC 技术工艺流程
• 2.3.2 LTCC 技术的特点
• 2.3.3 LTCC 技术的应用领域
• 2.4 多层SIW 谐振腔滤波器的加工和测试
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 多层交叉耦合SIW 滤波器
• 3.1 引言
• 3.2 耦合谐振滤波器的耦合矩阵
• 3.2.1 磁耦合谐振电路
• 3.2.2 耦合矩阵的一般表达式
• 3.3 基于梯度优化算法的交叉耦合谐振滤波器的综合
• 3.3.1 低通原型滤波器的综合
• 3.3.2 基于梯度优化算法的耦合矩阵综合
• 3.4 多层交叉耦合SIW 滤波器的实现
• 3.4.1 经典交叉耦合滤波器的拓扑结构及其耦合矩阵
• 3.4.2 经典交叉耦合滤波器的传统波导实现
• 3.4.3 经典交叉耦合滤波器的多层波导实现
• 3.5 设计实例
• 3.5.1 平面和多层三级交叉耦合SIW 滤波器的设计
• 3.5.2 多层四级交叉耦合SIW 滤波器的设计
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第四章 多层交叉耦合SIW 圆腔滤波器及其寄生通带抑制
• 4.1 引言
• 4.2 具有不同耦合方式的多层交叉耦合SIW 圆腔滤波器
• 4.2.1 滤波器的耦合矩阵
• 4.2.2 滤波器的实现
• 4.2.3 滤波器的测试
• 4.3 带有一个抑制槽的多层交叉耦合SIW 圆腔滤波器
• 4.3.1 抑制槽对滤波器寄生响应的影响
• 4.3.2 滤波器的测试
• 4.4 带有两个抑制槽的多层交叉耦合SIW 圆腔滤波器
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 多层双模SIW 滤波器
• 5.1 引言
• 5.2 双模波导滤波器的综合
• 5.3 单腔双模SIW 滤波器的设计
• 5.3.1 滤波器的耦合矩阵及其性质
• 5.3.2 滤波器的实现
• 5.3.3 滤波器的测试
• 5.4 双腔多层双模SIW 滤波器的设计
• 5.4.1 滤波器的耦合矩阵及其性质
• 5.4.2 滤波器的实现
• 5.4.3 滤波器的测试
• 5.5 小结
• 参考文献
• 第六章 小型化多层交叉耦合SIW 滤波器
• 6.1 引言
• 6.2 凹凸结构SIW 谐振腔
• 6.3 多层交叉耦合凹凸结构SIW 谐振腔滤波器的设计
• 6.3.1 滤波器中耦合结构的实现
• 6.3.2 滤波器的测试
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 博士期间已发表和撰写的学术论文