低温共烧多层陶瓷片式微波谐振器与滤波器的研究

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1、摘要微波器件的小型化和集成化是移动通信、网络无线接入等微波电路与系统的微型化、轻量化和高可靠性的基础，而微波器件的小型化涉及多方面的技术进步和发展，如材料科学、电路设计、微细加工技术等，没有这些就没有今天这些轻便化的通信设备。微波谐振器和滤波器是微波电路与系统中最重要的无源器件之一，随着半导体技术的发展，单片微波集成电路m似IC)的出现，使有源微波电路微型化取得了很大的进展，微波谐振器和滤波器的等无源微波器件的微型化和性能的提高仍然存在许多未解决的问题，是制约设备小型化的关键。因此微波谐振器和滤

2、波器等微波器件的微型化和性能的提高是材料、电路理论和微细加工等科学技术领域共同关注两个重要的课题。本文结合材料、器件工艺与测试、器件设计与电路分析研究了微型化片式多层陶瓷微波谐振器和滤波器的结构、性能与实现方法。采用间隙电容耦合新结构实现了片式多层谐振器和滤波器，这种结构可以减少制备工艺带来的误差；提出了利用调节接地端宽度的方法来进行多层谐振器谐振频率的微调；首次利用LTCC工艺实现了直接抽头耦合结构多层带通微波滤波器，为研究和开发新型片式微波谐振器和滤波器奠定了基础。用固相反应方法制备平均粒径

3、为O．5／zm的Bi基低温烧结微波陶瓷粉体；建立了材料微波介电性能温度特性测试系统，使用Hakki．Coleman开腔谐振法，可以测量从室温到250"C材料微波介电常数、Q值和频率温度系数；改进了流延浆料的特性，获得颗粒分布均匀，堆积紧密，孔隙率较低的陶瓷生坯带；获得了印刷、叠层热压优化工艺参数，采用关键电极层双面印刷的方法以减少对位误差；用分部加压的方法克服了热压工艺过程中应力不均匀分布，以减小热压后叠层厚度的不均匀性，烧结后成瓷致密，电极层的厚度为5p,m；用微带线结构设计和制作了片式微波器

4、件的测试系统，包括测试夹具和校准夹具。采用平面电感和平板电容结构实现的LC谐振器，由于集总电感的Q值较小以及高介电常数介质基片杂散参数效应，这种结构的谐振器Q值较小；采用新的耦合结构一间隙电容耦合结构，实现谐振器和外电路的匹配耦合，使谐振器和耦合电容在同一层上实现，即单层结构，和传统的平行板电容耦合方式相比减小了耦合电容对位误差。采用间隙电容耦合结构实现的谐振频率为1．8GHz四分之一波长终端短路带状线单端口谐振器的Q值最大值为225，谐振频率为1GHz双端口谐振器的Q值为83，谐振频率和Q值与

5、耦合间隙、带状线的厚度和耦合引线长度有关；二分之一波长带状线谐振器的Q值和四分之一波长相比较尺寸较大，由于导电带较长，造成金属的损耗增加，从而导致谐振器的Q值较低；带状线结构的谐振器频率调节困难，本文提出了改变接地端的宽度实现谐振频率的微调方法，可实现频率调节量约1．5％。采用均匀阻抗平行耦合线结构作为滤波器的谐振单元实现的中心频率为IGHz滤波器，频率相应特性和计算机仿真结果接近，插入损耗为3．87dB，分数带宽为11％。分析了误差来源和频率响应曲线的分峰和不对称现象的电路模型、耦合带状线结构

6、参数和频率响应特性的关系。用阶梯阻抗平行耦合线实现了中心频率为1GHz和1．8GI-Iz带通滤波器。中心频率为1GHz滤波器的中心频率为1．009GHz，插入损耗为3．66dB，分数带宽为6．5％，与仿真结果误差较小。当中心频率为1．8GHz时，输入输出耦合电容较小，可用间隙耦合电容在单层上实现滤波器的结构。直接抽头耦合从结构上来看，工艺因素所带来的误差要小于前面两种耦合结构，是一种实现多层窄带微波滤波器的较好方式。用这种结构实现的中心频率为1．8GHz的多层带通滤波器，插入损耗为3．68dB，

7、分数带宽6．1％。关键词：微波介质材料，LTCC技术，微波谐振器，微波滤波器，集总参数电路，分布参数电路，均匀阻抗平行耦合线滤波器，阶梯阻抗平行耦合线滤波器，直接抽头耦合滤波器。论文类型：应用基础ABSTRACTMicrowavecircuitandsystemincJudingmobilecommunication,wirelessaccessnetworkandSOonrequiresmicrowavecomponentswithminiaturization,highreliability

8、andsurfacemountingtechniques．Theminiaturizationofmicrowavecomponentinvolvesmaterialscience，circuitdesignandfine—processingtechniques．Withthedevelopmentofsemiconductortechnology,monolithicmicrowaveintegratecircuit删C)appearedanddevelopedtheminiaturizat