Ka波段并聯(lián)電感銷釘LTCC濾波器

1 引言

Ka波段具有許多讓人注目的特點(diǎn)，如高數(shù)據(jù)傳輸率和良好的保密性，這使得它吸引了大量工程技術(shù)人員的注意。因此大量Ka波段商用和軍用的電路得以實(shí)現(xiàn)。但是，對(duì)低成本，結(jié)構(gòu)緊湊和高性能的追求必然使新技術(shù)，新概念的應(yīng)用成為必然。作為這些新技術(shù)中的一種，日益成熟的LTCC技術(shù)已經(jīng)為實(shí)現(xiàn)具有3-D結(jié)構(gòu)的電路和元件提供了可能，這當(dāng)中包括帶通濾波器，巴倫，過渡與連接，模塊與子系統(tǒng)。雖然LTCC技術(shù)具有廣闊的前景，但是也應(yīng)該注意到其自身的問題，如在介質(zhì)層間和不同信號(hào)通路間的電磁隔離，有源器件的散熱，加工誤差（共燒后介質(zhì)基板的收縮和不可避免的介質(zhì)層偏移等）。這些因素已經(jīng)嚴(yán)重影響了電路性能，同時(shí)需要設(shè)計(jì)者的特別關(guān)注。

本文應(yīng)用LTCC技術(shù)設(shè)計(jì)一種性能相對(duì)穩(wěn)定的并聯(lián)電感銷釘濾波器。在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)一個(gè)或兩個(gè)并聯(lián)電感銷釘結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選擇。為更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的性能，對(duì)兩種微帶-SIW過渡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較，最終選用微帶-SIW漸變過渡。

2 并聯(lián)電感銷釘濾波器設(shè)計(jì)

并聯(lián)電感銷釘濾波器采用四層DuPont D943，其相對(duì)介電常數(shù)er7.4，損耗角0.002，每層介質(zhì)厚度為0.114mm（共燒后）。

濾波器初值計(jì)算采用如下公式：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中 為濾波器相對(duì)帶寬，k為并聯(lián)電感銷釘結(jié)構(gòu)的耦合系數(shù)。為簡化仿真過程，矩形金屬波導(dǎo)被用來模擬SIW，其等效寬度計(jì)算公式為：

(5)

耦合系數(shù)計(jì)算值與電感銷釘物理結(jié)構(gòu)有如下關(guān)系：

(6)

不同的電感銷釘數(shù)對(duì)應(yīng)不同的變化范圍：當(dāng)銷釘數(shù)為一時(shí)，耦合系數(shù)為最大；為二時(shí)，耦合系數(shù)適中；為三時(shí)，相鄰兩個(gè)諧振腔幾乎無耦合,如圖1所示。對(duì)于電感銷釘數(shù)的選擇應(yīng)考慮到k的計(jì)算值。然后通過公式（7），（8）計(jì)算出相鄰兩排電感銷釘?shù)拈g距（ln）。