基于LTCC的多重折叠基片集成波导滤波器的研究

In the higher frequency ,the conventional planar transmission line structures are unsuitable for LTCC multilayer circuit because of high insertion loss and low Q factor.Waveguide filters are voluminous and incompatible with other planar circuits. Therefore,new technique is required for microwave and millimeter wave application.There is growing interest in a novel circuit technique called miniaturized substrate integrated waveguide(SIW) based on LTCC.In our project, focusing on the contradiction between the demand of miniaturized and integrated LTCC circuit and the current larger substrate integrated waveguide, The resonant structure based on the quadruple folded substrate integrated waveguide and Derivative cavity,and their transmission characteristics will be researched in deep, highly miniaturized multilayer cross-coupled LTCC filter will be designed.Focusing on the contradiction between the need of high performance filters in the multi-frequency communication system and the current reconfigurable filters with higher insertion loss and deteriorated Q value, low insertion loss reconfigurable multiple folded substrate integrated waveguide filters based on LTCC will be realized. Focusing on the contradiction between the rapid design requirement of multilayer complex LTCC circuit and lower efficiency for electromagnetic analysis method, the application of wave concept iterative process method in the rapid design of multilayer LTCC multiple folded substrate integrated waveguide filter will be studied deeply.The purpose is to obtain high-performance, miniaturized filters, and promote the widespread application of the LTCC technology in microwave and millimeter wave communication systems.

传统的平面传输线损耗大、Q 值低；金属波导传输线尺寸大、造价高等局限性， 都难以应用到更高频段的LTCC 电路中，因此基于LTCC 的新型小型化基片集成波导技术成为研究的热点。本项目针对LTCC 电路小型化、集成化的需求与当前基片集成波导尺寸依然较大的矛盾，着重研究四重折叠基片集成波导及其衍生结构的传输特性，设计高度小型化的多层LTCC 交叉耦合滤波器；针对多频通信系统的高性能需求与当前可重构滤波器损耗高的矛盾，着重研究基于LTCC 的低插损可重构多重折叠基片集成波导滤波器的实现方法；针对多层复杂LTCC 电路的快速设计需求与当前电磁分析方法效率较低的矛盾，着重研究波概念迭代方法在多层LTCC 多重折叠基片集成波导滤波器快速设计中的应用。旨在获得高性能、高度小型化的滤波器，推动LTCC 技术在微波毫米波通信系统的广泛应用。

近年来，基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）技术因为其良好的导波特性和易与其他平面器件集成的特点而受到普遍的关注，但是结构上的小型化仍是SIW技术亟待解决的问题。. 本项目着眼于实现小型化的SIW滤波器展开研究，首先在分析了SIW和四分之一模SIW谐振腔传播特性的基础上，引入了具有小型化特征的双重折叠四分之一模基片集成波导（Double Folded Quarter Mode Substrate Integrated Waveguide, DFQMSIW）和四重折叠四分之一模基片集成波导（Quadruple Folded Quarter Mode Substrate Integrated Waveguide, QFQMSIW），在保证谐振频率不变的前提下，对比原始的SIW结构，谐振腔的平面面积分别减小了93.75%和97%；并分别设计了二阶、三阶DFQMSIW滤波器和二阶、三阶QFQMSIW滤波器，以及QFQMSIW双通带滤波器。其次，提出并设计了多层四腔八分之一模基片集成波导滤波器(EMSIW)、多层双重折叠基片集成波导滤波器（DFQMSIW）。再次，应用表面加载缝隙的小型化SIW技术设计C形槽SIW可调滤波器。实现了中心频率可调，工作在2.4GHz，可调范围30%；设计了两阶级联QFSIW可调滤波器，仿真实现12种状态中心频率线性可调，工作在1.92GHz，可调范围29.2%，频率间隔50MHz；设计了平面级联QMSIW可调滤波器，实现了中心频率可调，工作在1.26GHz，可调范围26.1%；设计了层叠结构QMSIW可调滤波器，仿真实现4种状态中心频率可切换；设计了平面级联两阶DFQMSIW可调滤波器实测实现了中心频率线性，工作在1.6GHz，可调范围51.8%；设计了层叠结构两阶可调滤波器，仿真实现了3种状态中心频率可切换；设计了平面级联三阶DFQMSIW可调滤波器，仿真实现了8种状态中心频率线性可调，工作在3.1GHz，可调范围26.1%，频率间隔115MHz。最后，LTCC多层SIW滤波器采用波概念迭代法分析，所得到的数值计算结果与HFSS仿真结果对比，两者呈现出很好的一致性，但计算效率有了很大的提升。所有这些工作推动了LTCC 技术在微波毫米波通信系统的广泛应用.