LTCC带通滤波器设计

由于滤波器综合技术和电磁仿真软件的快速进步，带式滤波器的设计变得相对简单和快速。如果您了解各种谐振器结构和耦合方法的优缺点，并结合一些设计技能，您可以灵活地设计各种滤波器。前13篇文章中与带式滤波器相关的文章包括：

• 第1期《如何在ADS综合耦合矩阵(耦合矩阵综合实例)（https://www.rfask.net/article-121.html）

• 第二期《如何设计带通滤波器》(梳线滤波器实例)（https://www.rfask.net/article-108.html）

• 第六期《带通滤波器设计参数提取法》(提高带通滤波器设计效率)（https://www.rfask.net/article-112.html）

• 第波导双模滤波器设计第八期(波导滤波器设计实例)（https://www.rfask.net/article-114.html）

本打算不写滤波器的内容，有几个理由促使我重复滤波器方向的文章。

• 最近，我收到了很多网民的信息，希望能写一些LTCC滤波器设计，微带滤波器设计文章

• 计划第14期写开关，但经验有限，想要表达的内容无法严格解释，文章也出不来

• 第六期《带通滤波器的参数提取法设计》不够严格，需要一篇文章来解释。

基于上述原因，决定通过一篇文章2.4G 200MHz左右的wifi频段使用的LTCC滤波器一起解决了这些问题。LTCC上经验也不是很多，只能根据我对滤波器的基础理论理解，结合LTCC工艺特征设计模拟理想LTCC欢迎讨论滤波器。

细心的朋友可以看到这些关于各种带滤波器的文章只有一步。

• ADS或Excel计算每个耦合系数所需的组时延

• 输入组时延判断输入耦合尺寸和谐振器尺寸

• 双腔时延判断级间耦合系数

• 整体电磁仿真，曲线拟合判断优化方向，最终设计滤波器。

1.  2.4G BW=200MHz 4阶LTCC滤波器设计

与嘉兴嘉利电子的兄弟们讨论了国内研究所常用的情况LTCC材料为dupon951(介电常数7.8)，ferro A6M(介电常数5.9)。但是成本很高，一般民营公司都会用自己的粉。本文设计了嘉兴嘉利电子介电常数为10的自有粉末。

1)计算每个耦合系数所需的组延迟

通过ADS或excel计算滤波器所需的各级耦合系数组延迟特性见图(有人反馈链接失效，这里重新发送) 1所示。

图1 计算滤波器设计的理想参数

2)确定谐振器尺寸和输入输出耦合

如果你想给出一个稍微准确的初始值，你可以通过传输线理论大致估计初始尺寸。谐振器尺寸和输入输出耦合可通过直接建模和模拟获得。sonnet中建立图 2.该模型采用多层交错板实现电容，采用多层绕线实现电感，通过电感上的抽头实现输入耦合。模型中的初始结构参数根据工艺条件和经验随意确定。

图 2  LTCC谐振器模型

通过一次建模，模拟发现频率较低，需要根据经验将电感或电容器降低到适当的位置。在多次迭代或扫描后，更容易设计出准确的谐振器尺寸和抽头位置。

最终经过迭代设计出的抽头位置和谐振器结构见图 2.在迭代过程中，谐振频率和耦合量可以通过输入延迟准确判断，其余结构可以根据理论基础或经验进行有针对性的调整。

图 3 准确的谐振器、抽头结构和模拟结果

3)级间耦合尺寸设计

复制谐振器1，放置在相应的位置，因为它是集合的LC谐振器，级间耦合可以通过电感或电容耦合。在这里，通过电容耦合建立图 电容耦合双谐振器模型通过经验大致调整到所需的双谐振器组延迟值。

图 4 双谐振器组时延仿真

4)初步模拟整体模型

由于需要设计4阶滤波器，在这里模拟双谐振器后，可以对称绘制完整的滤波器模型，对称后加入23谐振器的电容耦合(如果没有交叉耦合，级间耦合顺序会降低，中间级对称)，模型见图 5所示，初步仿真见图 5.可见初步仿真结果并不理想，需要对滤波器进行优化调整。

图 5 整体模型和第一次模拟结果

5)数提取法优化滤波器

第六期《参数提取法设计带通滤波器》设计带通滤波器详细介绍了参数提取的应用，但第六期文章没有考虑接头的相位加载（phase load），相位加载可参考文章《An Analytical Approach to Computer-Aided Diagnosis and Tuning of Lossy Microwave Coupled Resonator Filters》，提取参数有一定的局限性，这篇文章还特别说明了去除相位加载。

去除相位加载的核心是模拟或测量理想耦合矩阵模型S2P文件中滤波器带外远端的回波群时延和传输相位相等来确定相位加载量。

在ADS中建立图 通过调谐控件，将耦合矩阵模型和S2P尽量重叠结果曲线，给出合理的初始值。耦合矩阵通过调谐控件响应S2P文件在1.5G到2G根据S11和S33实部虚部的重合度判断为90度或0度)调谐完成后的结果见图 7所示。通过ADS曲线拟合的对比结果见图 如8所示，曲线拟合的重合度很好。将提取的耦合矩阵与理想的耦合矩阵提取的耦合矩阵和理想的耦合矩阵来获得。

图 6 参数提取的ADS模型

图 7 去除相位加载示意图

图 8 曲线拟合结果去除相位加载后的对比

提取结果见表格 1.可以发现谐振器2和谐振器3的频率较低，23个耦合较小。首先减少2和3谐振器的电感（电容耦合，改变容易引起耦合变化），增加两个谐振器的频率。

第二次提取减少电感后，结果见表格 2.发现调整量太大。再次调整电感量的中间值。调整结果见图 如9所示，可以发现滤波器的整体结果是收敛的。如果您继续提取和优化多个参数，您可以获得理想的响应曲线。这里没有太多的解释，你可以自己感觉到。

表格 1 第一次提取结果

表格 2 第二次提取结果

图 9 第二次调整后的结果

表格 3 第三次提取结果

作者：赵强

如需获取设计方法文档&点击此链接模拟源文件https://mp.mwrf.net/down/lists/8.shtml

来源：https://www.rfask.net/article-120.html

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