1 导言
跟着无线通信体系的高速开展，对带通滤波器（BPF）的要求不只约束在低的插入损耗和高的带外按捺上，而且要求其具有小的体积和轻的分量。有许多途径能够完成滤波器小型化，LTCC技能便是其间一种很有吸引力的办法。LTCC技能是一种多层陶瓷共烧技能，它答应将无源器材植入层间，而将有源器材裱贴在表面层，充分使用空间优势，完成体系的小型化、集成化。
交指带通滤波器因为其紧凑的结构而广泛应用在微波频段，其单元谐振器的长度一般约为
。现在大多数可行的LTCC滤波器都是使用增强单层谐振单元间的耦合来规划的。但是在整个滤波器尺度中，单层谐振器的尺度仍然是对滤波器小型化的一个首要约束。本文介绍了一种紧凑的LTCC交指带通滤波器的规划。经过在LTCC两层带线谐振器间引进强的电容耦合，单元谐振器的长度减小到
，从而使整个滤波器尺度显着减小。使用高频仿真软件HFSS仿真规划，该滤波器中心频率为1.51GHz，相对带宽25.2%，带内插损小于0.6dB,回波损耗大于20dB，具用杰出的带外按捺。滤波器全体尺度十分小，仅为12 mm×9 mm×1.32mm 。
2 谐振器结构
图1显现的是本文所规划的滤波器中的双层耦合带线谐振器结构。首要思路是在内部谐振器间引进强的容性加载效应来减小谐振器的长度。谐振器结构包含两条耦合带线，如图1（a）所示。两条带线均是一端经过金属化通孔接地短路，而另一端开路。因为容性耦合效应，在规划的频率上，谐振器的总长度lr将远小于
/4。lr首要受以下3个要素影响：
1）两条带线的宽度ws；
2）带线耦合（堆叠）长度lc；
3)带线间的垂直距离ds。
使用这3个要素挑选适宜的尺度，能够使谐振器的长度在规划的频率上小于/8。
两条带线间的垂直距离ds有必要是LTCC工艺中单层陶瓷厚度的整数倍。一般，为了得到到最强的耦合，从而使得尺度尽量小，ds取最小值，即单层陶瓷厚度0.094mm。
图1 双层耦合带线谐振器结构
(a) 三维图形 (b)截面图 (c) 侧视图
3 滤波器规划
本文规划的LTCC双层带线%&&&&&%耦合交指滤波器中心频率为1.51GHz，相对带宽为25.2%，要求在高于2GHz和低于1GHz的阻带范围内完成大于40dB的阻带按捺。选用六阶切比雪夫低通原型规划能够满意目标，经过对应的低通滤波器原型得到输入/输出的外部品质因数Qe和内部耦合系数K别离为：
Qein=Qeout=3.1，K12=K56=0.24,
K23=K45=0.17, K34=0.16
首要选取双层带线谐振单元。经过仿真确认每个双层谐振单元的尺度和方位，使其谐振频率为1.51GHz。本文选用FerroA6介质基片，介电常数为5.7，每层厚度为0.094mm，共12层介质。经过3D电磁场仿真软件HFSS仿真，开始选取谐振单元带线线宽ws=0.5mm,长度ls=9.35mm,厚度t=0.01mm。两层带线垂直距离ds=0.094mm，别离坐落LTCC介质第5层和第6层。
然后树立如图2所示的模型来核算相邻带线谐振单元间的耦合系数k。内部耦合系数k由等式（1）得到：
（1）
其间f1、f2为因为相邻带线谐振器间相互作用而发生的两个相邻特征谐振频率。图3的曲线显现了耦合系数k与两谐振单元之间的距离s的联系。由仿真曲线能够得到s初值：
s12=s56=0.2mm
s23=s45=0.31mm,
s34=0.33mm
图2 确认耦合系数的仿真结构
图3 耦合系数k与距离s的联系
外部品质因数Qe的核算是经过等式（2）得到
（2）
其间
为谐振角频率，
为对应谐振频率下的群时延。图4是确认外部品质因数Qe的仿真模型。图5给出了外部品质因数随输入/输出抽头方位改变的曲线。由该曲线可确认抽头的方位offset=7.07mm。
图4 确认外部品质因数Qe的仿真结构
图5 外部品质因数Qe随抽头方位改变的曲线
图6 LTCC交指滤波器仿真模型
图7 LTCC交指滤波器仿真曲线
图6为LTCC交指滤波器HFSS仿真模型。经过仿真优化，图7给出了最优的仿真曲线成果。由图7能够看到，该滤波器中心频率为1.51GHz，相对带宽25.2%，带内插损小于0.6dB,回波损耗大于20dB，具用杰出的带外按捺，彻底满意规划目标要求。
4 定论
本文经过使用LTCC双层带线谐振单元间的强容性耦合完成了LTCC交指滤波器的紧凑规划。与传统的一层带线/微带线交指滤波器比较，该滤波器更为紧凑，其谐振单元长度小于
，全体尺度（12 mm×9 mm×1.32mm）得到了明显的缩小。该滤波器十分适用于高性能、小型化的无线通信体系。
