采用LTCC技術的傳輸零點濾波器設計

隨著射頻無線產品的快速發展，對微波濾波器小型化、集成模塊化，高頻化的要求也越來越高。而小體積、高性能和低成本的微波濾波器的市場需求量增加。此類微波濾波器的設計與實現已經成為現代微波技術中關鍵問題之一。其主要的設計概念是將二維的電路布局變為三維電路布局，借此達到縮小體積的目的。由于低溫共燒陶瓷(LTCC，Low TemperatureCofired Ceramic)技術具有高集成密度、高性能、高可靠性以及可內埋置無源元件等優點，成為多層無源器件和電路設計的主流，對微波無源器件的小型化起到了極大的推動作用。文中所研究設計的基于LTCC多微波無源濾波器力求達到結構小型化和性能優越化。

　　1 具有傳輸零點濾波器設計原理

　　傳輸零點理論指的是濾波器傳輸函數等于零，即在這一頻點上能量不能通過網絡，因而起到完全隔離作用。通常帶通濾波器在無限遠的頻點處其傳輸函數是趨于零的，稱之為無限傳輸零點，但由于是無限遠，因此沒有實際意義。在實際設計的帶通濾波器中為了使通帶外有較大抑制，就需要在一些特定的頻點處引入零點，這便是通常所指的有限零點。

　　LTCC中有多種引入零點方法，由于LTCC往往采用多層結構，器件排列緊密，相互之間電磁耦合也會很大，這通常會使得電路特性惡化。文中利用螺旋電感之間的耦合，提高電路特性。濾波器結構如圖1所示，為了能和外部電路阻抗匹配，引入電容C1和C2，而C3和L1以及C4和L2各自組成一個諧振電路。其中，L1和L2交叉耦合系數為M，C5為接地電容。該結構可以看作兩部分，上面一部分是一個典型的二階帶通濾波器，如圖2所示。下面是一個對地耦合電容，如圖3所示。帶通結構產生所需要的通帶特性，傳輸零點位于直流點和無限大頻率處，引入的對地藕合電容，可以得到所需要的兩個傳輸零點，而且對與它串聯的帶通濾波器的通帶特性影響很小。

　　利用微波網絡分析的方法，該二端口網絡可以看成圖2和圖3兩個網絡的串聯，整個網絡的Z矩陣等于上下兩個網絡的Z矩陣之和。

　　該網絡的傳輸系數S21可以通過網絡的Z矩陣轉化而來

　　其中，Z0為端口的特性阻抗，均為50 Ω。令S21=0，由式(2)可得

　　其中，

　　從而得到

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