1 引言

Ka波段具有許多讓人注目的特點，如高數據傳輸率和良好的保密性，這使得它吸引了大量工程技術人員的注意。因此大量Ka波段商用和軍用的電路得以實現。但是，對低成本，結構緊湊和高性能的追求必然使新技術，新概念的應用成為必然。作為這些新技術中的一種，日益成熟的LTCC技術已經為實現具有3-D結構的電路和元件提供了可能，這當中包括帶通濾波器，巴倫，過渡與連接，模塊與子系統。雖然LTCC技術具有廣闊的前景，但是也應該注意到其自身的問題，如在介質層間和不同信號通路間的電磁隔離，有源器件的散熱，加工誤差（共燒后介質基板的收縮和不可避免的介質層偏移等）。這些因素已經嚴重影響了電路性能，同時需要設計者的特別關注。

本文應用LTCC技術設計一種性能相對穩定的并聯電感銷釘濾波器。在設計過程中，對一個或兩個并聯電感銷釘結構進行了選擇。為更進一步實現穩定的性能，對兩種微帶-SIW過渡結構進行了比較，最終選用微帶-SIW漸變過渡。

2 并聯電感銷釘濾波器設計

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

濾波器初值計算采用如下公式：

（1）

（2）

（3）

（4）

其中 為濾波器相對帶寬，k為并聯電感銷釘結構的耦合系數。為簡化仿真過程，矩形金屬波導被用來模擬SIW，其等效寬度計算公式為：

（5）

耦合系數計算值與電感銷釘物理結構有如下關系：

（6）

不同的電感銷釘數對應不同的變化范圍：當銷釘數為一時，耦合系數為最大；為二時，耦合系數適中；為叁時，相鄰兩個諧振腔幾乎無耦合，如圖1所示。對于電感銷釘數的選擇應考慮到k的計算值。然后通過公式（7），（8）計算出相鄰兩排電感銷釘的間距（ln）。

（7）

（8）

濾波器的尺寸如圖2（a），off1=off4=0.1mm，off2=off4=0.35mm，l2=1.75mm， l1=l3=1.58mm；濾波器仿真S參數如圖2（b）。值得一提的是，當分別改變off1（=off4）或off2（=off3），濾波器仍然能夠保持較好的濾波性能，如圖3（a），（b）。

圖1 一到叁個電感銷釘偏心距與耦合系數的關系

圖2（a）電感銷釘濾波器參數示意

圖2（b）電感銷釘濾波器仿真S參數

圖3（a）改變off1（=off4）濾波器的插入損耗

圖3（b）改變off2（=off3）濾波器的插入損耗

圖4 微帶-SIW漸變過渡的回波損耗

3 微帶-SIW過渡

為連接微帶與SIW，提出了兩種微帶-SIW過渡結構。其一為微帶-SIW漸變過渡，其特點為，結構較簡單，漸變結構能夠較好的保證加工后性能，但四分之一波長的漸變線也占用較大的基片面積，其仿真結果如圖4；另一種為微帶-共面波導-SIW過渡，其特點為，采用共面波導結構很好的完成場結構匹配，結構緊湊，但是窄的開槽使加工難度增加，難以保證良好的實測結果，其仿真結果如圖5。為保證濾波器性能，選用微帶-SIW漸變過渡結構。濾波器（帶過渡結構）仿真S參數結構如圖6：中心頻率35GHz，1dB相對帶寬5.7%，插入損耗通帶內最低0.45dB， 回波損耗優于21dB。

圖5 微帶-共面波導-SIW過渡的回波損耗

圖6 電感銷釘濾波器（及過渡結構）S參數

4 結論

本文提出了一種應用LTCC技術的并聯電感銷釘濾波器。對該濾波器的設計步驟進行了的說明。為連接濾波器與微帶線，對比了兩種微帶到SIW的過渡結構（微帶-SIW漸變過渡與微帶-共面波導-SIW過渡）。濾波器與過渡結構表現了良好的仿真結果。