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隨著射頻無線產(chǎn)品的快速發(fā)展，對(duì)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(chǎng)需求量增加。此類微波濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代微波技術(shù)中關(guān)鍵問題之一。其主要的設(shè)計(jì)概念是將二維的電路布局變?yōu)槿S電路布局，借此達(dá)到縮小體積的目的。由于低溫共燒陶瓷(LTCC，Low TemperatureCofired Ceramic)技術(shù)具有高集成密度、高性能、高可靠性以及可內(nèi)埋置無源元件等優(yōu)點(diǎn)，成為多層無源器件和電路設(shè)計(jì)的主流，對(duì)微波無源器件的小型化起到了極大的推動(dòng)作用。文中所研究設(shè)計(jì)的基于LTCC多微波無源濾波器力求達(dá)到結(jié)構(gòu)小型化和性能優(yōu)越化。
1 具有傳輸零點(diǎn)濾波器設(shè)計(jì)原理
傳輸零點(diǎn)理論指的是濾波器傳輸函數(shù)等于零，即在這一頻點(diǎn)上能量不能通過網(wǎng)絡(luò)，因而起到完全隔離作用。通常帶通濾波器在無限遠(yuǎn)的頻點(diǎn)處其傳輸函數(shù)是趨于零的，稱之為無限傳輸零點(diǎn)，但由于是無限遠(yuǎn)，因此沒有實(shí)際意義。在實(shí)際設(shè)計(jì)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(diǎn)處引入零點(diǎn)，這便是通常所指的有限零點(diǎn)。
LTCC中有多種引入零點(diǎn)方法，由于LTCC往往采用多層結(jié)構(gòu)，器件排列緊密，相互之間電磁耦合也會(huì)很大，這通常會(huì)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(jié)構(gòu)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(gè)諧振電路。其中，L1和L2交叉耦合系數(shù)為M，C5為接地電容。該結(jié)構(gòu)可以看作兩部分，上面一部分是一個(gè)典型的二階帶通濾波器，如圖2所示。下面是一個(gè)對(duì)地耦合電容，如圖3所示。帶通結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所需要的通帶特性，傳輸零點(diǎn)位于直流點(diǎn)和無限大頻率處，引入的對(duì)地藕合電容，可以得到所需要的兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，而且對(duì)與它串聯(lián)的帶通濾波器的通帶特性影響很小。
利用微波網(wǎng)絡(luò)分析的方法，該二端口網(wǎng)絡(luò)可以看成圖2和圖3兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的Z矩陣等于上下兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的Z矩陣之和。
該網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)S21可以通過網(wǎng)絡(luò)的Z矩陣轉(zhuǎn)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
