宽带滤波器与基于LTCC技术的滤波功分器的研究

作     者：宋雨珈 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张业荣

授予年度：2022年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：宽带滤波器 多线交指耦合 LTCC 滤波功分器 

摘      要：信息的传输必须利用频谱,而且这些频谱十分有限,然而通信技术的不断发展与应用,导致了无线电频谱的过度使用,窄带系统和平面技术已不能适应实际应用的需求,人们将目光转向了新工艺新技术的无线通信设备。宽带技术可以为这种频谱稀缺性提供替代方案,同时多层技术成为了小型化、结构紧凑且组件坚固的理想选择。结合上述背景情况,本文重点对宽带滤波器和基于LTCC技术的滤波功分器进行研究。本文的具体研究成果如下:1、研究了传统的四阶开口环交叉耦合滤波器。首先对微带开口环谐振器的摆放位置进行研究,发现开口方向不同可以引起不同的耦合形式,然后基于交叉耦合滤波器的耦合矩阵和设计方法,对滤波器进行仿真分析。最后得出该滤波器可以通过交叉耦合产生一对零点,但是该结构带宽较窄,仍需要改进。2、提出了一种四线交指耦合的宽带滤波器。首先针对开口谐振环CQ滤波器带宽过窄的问题,进行了改进,在开口环双线耦合的基础上引入四线耦合结构;然后通过研究基于Lange耦合结构的多线交指结构发现,各谐振单元间通过金丝键合线相连的平行耦合线结构有效增加了带宽。同时将四线交指结构间耦合系数与开口环谐振器间耦合系数相对比可以发现,通过四线耦合,可以在工艺允许的范围内实现更大的耦合。这种结构使得该滤波器在小型化的同时,相对带宽增大到28%,回波损耗低于-15 d B,同时带外也产生了两个衰减极点分别位于7 GHz和12.5 GHz,综合比较,该结构性能具有较明显提升。3、提出了一种基于LTCC技术的多层滤波功分器。首先对超宽带功分器的结构进行了选择,然后研究了LTCC结构中带状线到微带线的垂直过渡结构,发现在介质层中添加接地通孔可以消除参数曲线中的谐振点,有效抑制了电磁波的向外辐射,最终达到改善过渡结构性能的目的;最后将二级功分器和两层四线交指耦合滤波器结构通过垂直金属通孔进行连接,通过对通孔直径和接地板过孔直径大小的分析,对整体结构进行了优化。HFSS仿真结果表明在实现小型化的同时,滤波功分器具有良好性能,中心频率为10.5 GHz,相对带宽达到27%,回波损耗优于-15 d B,插入损耗为-4.5 d B,隔离度优于-20 dB。