一種LTCC毫米波折疊形端耦合帶通濾波器

1 引言
　　毫米波頻段是目前軍事電子技術(shù)發(fā)展的主要頻段，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)，通信，精確制導(dǎo)，電子對(duì)抗和測(cè)試技術(shù)等方面。在寬帶及超寬帶信道化收發(fā)組件中，濾波器作為必不可少的組成部分，其性能的好壞將直接影響到整個(gè)收發(fā)組件的性能。傳統(tǒng)的端耦合濾波器受微波印制板加工工藝限制，耦合縫隙不能做得很小，因此帶寬不能做到較寬。采用懸置微帶結(jié)構(gòu)可以增大帶寬，但不利于平面集成。而采用多層結(jié)構(gòu)的濾波器則可以很好的解決以上問題。近年來興起的LTCC技術(shù)是設(shè)計(jì)多層濾波器的一種有效手段。另一方面，端耦合濾波器的諧振單元均是半波長(zhǎng)，級(jí)數(shù)較少時(shí)其阻帶抑制較差，增加級(jí)數(shù)可以提高阻帶抑制但無(wú)疑會(huì)增大濾波器尺寸。
　　本文介紹了一種折疊形端耦合帶通濾波器。它從傳統(tǒng)端耦合濾波器出發(fā)，通過采用LTCC多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所需的緊耦合，又通過將傳統(tǒng)的端耦合濾波器中的諧振單元折疊放置，在1、3級(jí)諧振器間引入交叉耦合，從而在帶外高端引入了一個(gè)傳輸零點(diǎn)，在不增加濾波器級(jí)數(shù)的情況下增加了阻帶抑制度。此濾波器全部埋入LTCC基板中，可以節(jié)省出更多的表面安裝有源芯片，實(shí)現(xiàn)了電路尺寸的緊湊設(shè)計(jì)。
　　2 基本原理
　　端耦合帶通濾波器屬于電容間隙直接耦合半波長(zhǎng)濾波器。它利用半波長(zhǎng)傳輸線作為并聯(lián)諧振器，端電容為耦合結(jié)構(gòu)。本文中的折疊形端耦合濾波器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，等效電路圖如圖2。通過折疊放置諧振單元，在1、3級(jí)兩個(gè)并聯(lián)諧振單元之間引入了一個(gè)互感，進(jìn)而等效為一個(gè)電感形網(wǎng)絡(luò)，最后得到圖2的等效電路。
　　下面以耦合相位關(guān)系來說明通過引入交叉耦合在濾波器帶外高端產(chǎn)生了傳輸零點(diǎn)。我們一般認(rèn)為串聯(lián)電感引入-90度相差，串聯(lián)電容引入+90度相差，并聯(lián)諧振器在諧振點(diǎn)處相移為零，在諧振頻率低端呈現(xiàn)+90度相差而在諧振頻率高端呈現(xiàn)-90度相差。交叉耦合越強(qiáng)，傳輸零點(diǎn)離通帶越近。
　　
　　圖1 折疊形端耦合帶通濾波器結(jié)構(gòu)示意圖
　　
　　圖2 折疊形端耦合帶通濾波器等效電路圖
　　用圖3示意該濾波器的傳輸相位關(guān)系。主傳輸路徑為input—①—②—③—output，交叉耦合傳輸路徑為input—①—②—output。當(dāng)時(shí)，主傳輸路徑相移為7*90=630度，交叉耦合傳輸路徑相移為4*90+（-90）=270度=-90度，兩傳輸路徑信號(hào)同相，故不能形成傳輸零點(diǎn)；當(dāng)時(shí)，主傳輸路徑相移為4*90+3*（-90）=90度，交叉耦合傳輸路徑相移為2*90+3*（-90）=-90度，兩傳輸路徑信號(hào)反相，故形成傳輸零點(diǎn)。