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随着无线电子通信技术的飞速发展和日益增长的终端产品需求,人们对无线通讯与遥控技术的要求越来越高,在此背景下超宽带系统的研究具有深远研究意义和巨大市场前景。同时也对无线系统关键器件超宽带滤波器提出了更多要求,如微型化、高性能、低成本和高可靠性等。LTCC工艺技术是当今实现微波元件微型化主流技术之一,本文基于LTCC多层三维立体集成优势和滤波器设计基本理论,结合某国家重点工程的实际应用,采用微波三维立体集成结构对UWB滤波器展开研究。
文章采用了梳状线型耦合谐振式和分布式高通滤波器两种结构进行了超宽带滤波器理论分析与工程设计,成功优化设计出多款不同带宽不同频率的宽带滤波器。其中一种LTCC微型UWB滤波器已批量生产,并成功用于某国家重点工程中。
采用梳状线型耦合谐振式结构实现宽带时,受到传统耦合谐振结构的限制,很难实现强耦合,为增强耦合,论文中对耦合结构加以改进,在相邻谐振级的短路端附近用金属连接板直接连接,使原来单纯的空间耦合混入一定的直接耦合,增大了耦合强度,并可根据设计需要调整耦合强度,有效地展宽了带宽。经研究发现,当耦合谐振滤波器级数增加时也能增加滤波器带宽,因此,对采取适当增加级数方法来进一步拓宽滤波器工作带宽也开展了研究。并采用梳状型耦合谐振结构分别设计了六级和九级的宽带带通滤波器,工作频率范围分别为4-9GHz和4-11GHz,相对带宽分别为85%和105%,插损小于2dB,体积仅为3.2mm*2.0mm*1.2mm,且滤波器设计可控性好,频段和带宽可很方便的调整和优化。
分布式高通结构实现宽带滤波器,是根据微波元器件频率响应的周期性,论文中对电容电感的结构的实现技巧进行了探索和研究,通过三维电路改进,使高通滤波器高端形成阻带,并通过调节屏蔽地的结构形状调节各电容电感的对地电容值,改善了高端抑制和阻抗匹配,设计并加工了一款UWB滤波器,并设计开发了多款不同频率和带宽的宽带滤波器,最大相对带宽达到145%,体积仅为3.2mm*1.6mm*0.94mm。
本文利用LTCC集成化技术实现了微型UWB滤波器的设计。所设计的滤波器结构简单、可控性好、体积小、成本低、性能优异、可靠性高,因此,这种类型的微型微波三维集成宽带滤波器的设计技术和实现手段均可在不同频段推广应用,对微波三维集成结构宽带滤波器的设计均具有一定的参考价值。