带外衰减（低通滤波器）
0引言
微波滤波器是无源射频器件中重要的组成部分 ， 用以有效控制系统的频响特性 。直观表现为 ， 在滤波器所设定的额定频率范围内 ， 信号可以尽可能地无损通过 ， 而在此频率范围以外 ， 信号需要被尽可能地衰减［1］ 。作为系统中重要的组成部分 ， 对于其小型化、高性能、低成本、易集成等诸多方面的要求越来越严格 。如何综合实现诸多要求的滤波器 ， 必然成为今后研究的重要热点之一［2］ 。

文章插图
低温共烧陶瓷［3］（Low Temperature Cofired Ceramic ， LTCC）与传统的封装集成技术相比 ， 有着诸多优点：（1）采用了多层堆叠技术 ， 易于实现多层布线与封装一体化结构 ， 易于故障的排查 ， 成品率高 ， 且组装密度提高 ， 实现了小体积与低重量；（2）具有良好的高频特性和高速传输特性 ， 同时 ， 在大电流且高温的特定情况下 ， 具有相对较小的热膨胀系数和介电常数温度系数 ， 热传导性优良 。（3）LTCC技术的兼容性能优良 ， 易于形成多种结构的空腔；（4）LTCC产生废料少 ， 非常节能环保 。
此款基于LTCC技术的带通滤波器选择了带状线结构［4］的方式进行设计 ， 相比于LC型集总结构滤波器 ， 结构更加简单［5］ 。先进的LTCC技术保证了其体积小、重量轻、性能高、易生产、稳定性好、结构简单、兼容优良等诸多优点 。此滤波器的设计指标如下：中心频率为3 400 MHz ， 带宽为200 MHz ， 带内插入损耗小于3.5 dB ， 在3 200 MHz处带外抑制≥30 dB ， 在3 720 MHz处带外抑制≥20 dB ， 电压驻波比≤1.7 。在引入交叉耦合添加带外传输零点后 ， 边带陡峭度明显提高 ， 最终产品尺寸为4.8 mm×4.2 mm×1.5 mm 。
1滤波器原理设计
带通滤波器通过若干谐振电路的组合 ， 实现滤波效应 。带状线型滤波器的谐振单元不再选用集总模式下的电感电容 ， 而是通过一段传输线来实现 。此款带通滤波器选择六条带状线形成带通效应 ， 等效为六个谐振单元 ， 相邻谐振单元之间通过磁耦合的方式传递能量 。初步设计出的六级带状线带通滤波器 ， 虽然有着带通滤波的作用 ， 但性能不佳 ， 阻带插损不够 ， 与既定的技术指标相去甚远 。因此 ， 考虑引入Z字形结构 ， 通过交叉耦合的方式来引入传输零点 ， 以期改善其不良的边带抑制度问题［6］ 。此时已基本达到初步设计要求 ， 为了优化滤波器性能 ， 引入U形结构 ， 用以加强谐振级之间的磁耦合效应 ， 完成最终的设计目标［7］ 。电路原理图如图1所示 ， 其中L1和C1、L2和C2、L3和C3、L4和C4、L5和C5、L6和C6为六个等效为谐振单元的带状线 ， L7、L8、L9、L10、L11为相邻带状线之间磁耦合等效的串联电感 ， C16是加入Z字形结构后的交叉耦合电容 ， L23和L45是引入U形结构后磁耦合等效串联电感 。
2LTCC三维实现
【低通滤波器电路图 低通滤波器】本设计的中心频率是3.4 GHz ， 属于S波段 ， 相比于LC集总结构滤波器 ， 带状线型LTCC带通滤波器不再选用通孔结构来连接不同空间的传输线 ， 取而代之的是通过将带状线的一侧接在已经包裹上金属面的介质盒的前后接地面［8］ 。搭建此款带通滤波器的三维模型 ， 综合考虑材料选择 ， 选用相对介电常数为13.3、介质损耗角为tanθ=0.000 58的陶瓷材料 ， 体积为4.8 mm×4.2 mm×1.5 mm 。优化后的滤波器三维模型如图2所示 。

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