基于人工神经网络的ltcc微波叠层滤波器设计方法研究

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1、第一章绪论第一章绪论随着通信设备、计算机和家用电器等不断向高频化、数字化方向发展，对元器件的小型化、集成化以及模块化要求愈来愈迫切。在无线通信领域，无线网络应用增长的同时，对元器件的要求也迅速提高。其中最关键的要求是更小、更轻、更便宜，也就是要求具有更高的元器件集成度。即由原来的片式电感，片式电容和片式组合器件向全面的LTCC集成技术过渡，以满足市场对电子元器件的要求[1]。由于高介电材料的采用、三维叠层设计使LTCC技术成为微波滤波器小型化的重要技术，有力地推动着微波片式叠层滤波器向小型化方向发展。目前，由LTCC工艺制成的集成化LC滤波器，被广

2、泛的应用于各种无线通信设备[2]。目前微波片式滤波器的电性能设计均基于计算机辅助技术。LTCC微波集成器件的结构日益复杂化、尺寸不断缩小、工作频率范围越来越宽。同其它电磁工程应用一样，要准确地模拟其物理结构的电性能，基于全波分析的电磁数值仿真技术是目前最好的方法[3]。但是，随着集成的电路元件数量不断增多、复杂性不断增大及工作频率不断提高，面向计算机辅助设计(CAD)优化过程的精确电磁场数值分析，需要强大的计算资源和较长的计算时间。而LTCC集成器件的产品周期较短，因此在微波滤波器的设计优化过程中，电磁建模分析成为了非常重要的环节。人工神经网络(A

3、NN)是80年代末开始迅速发展起来的一门非线性技术,具有很强的容错性、学习性、自适应性和非线性的映射能力，在微波电路的建模和优化中已经得到广泛的应用[4]。但由于所使用的网络结构的局限性和方法相对单一，人工神经网络的应用能力还有待进一步提高。因此基于ANN建模的微波片式滤波器的设计方法的研究具有重要意义。1.1LTCC微波片式滤波器的发展现状1.1.1LTCC工艺简介LTCC是一种先进的小型化电子封装技术。进入新世纪以来，在探索信息技术进一步发展的空间时，世界形成了各类元器件的“大集成”共识，认为低温共烧陶瓷(LowTemperatureCofir

4、edCeramic，简称LTCC)技术是迎接新一代元器件时代1电子科技大学硕士学位论文来临实现新型电子元器件的最佳技术。LTCC技术是多层陶瓷叠层技术的一种，主要将相关的无源元器件，按照电路设计形式埋入叠层的介质层中。LTCC技术包括LTCC材料的特性及应用技术、封装导线连接技术、电路设计技术，其中LTCC材料的特性及应用技术是LTCC技术的基础。LTCC的特色是在于可以使用平行式的制程，主要具有以下特点[5]：(1)烧结温度低于1000℃；(2)热膨胀系数与半导体(Si及GaAs)匹配；(3)较高的电路密度及散热能力；(4)可以制作层数极高的器件

5、及模块；(5)产品可靠性高；(6)可降低产品的重量及减少体积。1.1LTCC技术的主要优点电子行业对封装密度和重量的要求不断提高，LTCC以它独特的优势可以满足这种需求。与传统的封装技术相比，LTCC技术因其具有优良的高频特性、小线宽和低阻抗而倍受瞩目，现已迅速发展并应用于各种领域。LTCC技术是将四大无源器件（电感L、电阻R、变压器T和电容C）和有源器件（晶体管、IC电路模块、功率MOS）集成在一起的混合集成技术。LTCC技术的应用可以取代目前的PCB板使系统趋于小型化和稳定化。LTCC基板的集成密度高、RF性能好、数字响应快[6，7]生产周期短

6、、批量大、成本低、生产灵活、自动化程度高。目前LTCC作为一种适合大批量生产、廉价的微波滤波器技术被广泛采用。高介电材料的采用以及三维叠层设计，使LTCC技术成为微波滤波器小型化的重要技术。LTCC技术主要的优点有：(1)在2.4MHz～80GHz频率范围内LTCC技术带来的信号损失远远低于多层线路板技术，同时介电性质容易控制；(2)由于批量生产设备和工艺的引入，原材料成本降低以及在中国进行加工制造，LTCC产品的成本得以大幅度的降低。(3)由于使用嵌入元件而不是线路板上的表面贴装元件，模块尺寸减小20%～40%系统成本更低。(4)在满足RF频率范

7、围应用要求的电子模块材料中，LTCC材料是最理想的材料[1]。LTCC的主要优势还在于它在提高产品的可靠性的同时，减小了器件的重量、尺寸和成本。由于层状陶瓷材料具有优异的绝缘性能，所制作的电路可以相互层叠，可以把数字电路、模拟电路和微波电路集成到一个LTCC结构里面。这样减少了产品对空间的需求并减小了重量。2第一章绪论表1-1几种主要电路工艺的发展现状的对比需求小型化和精度集成特性成高频特性工艺本电性能最小线宽（μm）内埋置无源元件能力（电容）介电损失（tanδ）PCB50几十pF/cm2低不能满足要求电镀、层压MCM-D5数百pF/cm2高部分满

8、足要求溅射LTCC50几十nF/cm2中满足要求丝网印刷、高温烧结此外，与传统的厚膜电路等工艺相比，LTCC有如下优点：L