近期因為工作比較忙，這一期的文章寫的時間比較長。由于濾波器綜合技術及電磁仿真軟件的長足進步，現在的帶通濾波器設計都變得相對簡單快捷很多。如果了解各型諧振器結構及耦合方式的優缺點，然后配合一些設計技巧，就可以很靈活的設計出各型濾波器。前面13期的文章里和帶通濾波器相關的文章有：

• 第1期《如何在ADS中綜合耦合矩陣》（耦合矩陣綜合實例）
• 第2期《如何設計一個帶通濾波器》（梳線濾波器實例）
• 第6期《參數提取法設計帶通濾波器》（提高帶通濾波器設計效率）
• 第8期《圓波導雙模濾波器設計》（波導濾波器設計實例）

本打算不寫濾波器方面的內容了，有下面幾個理由促使我再重復一篇濾波器方向的文章。

• 最近收到很多網友的信息希望寫一些LTCC濾波器設計，微帶濾波器設計的文章
• 計劃第14期寫開關，但經驗有限，想表達的內容還不能嚴謹的解釋，文章遲遲出不來
• 第6期《參數提取法設計帶通濾波器》中有不夠嚴謹的地方，需要一篇文章來做說明。

基于上述原因就決定通過一篇2.4G 200MHz左右的wifi頻段使用的LTCC濾波器來把這幾個問題一起解決了。我在LTCC上經驗也不是很多，只能根據我對濾波器的基礎理論理解，結合LTCC工藝特點設計仿真一個理想的LTCC濾波器，有不合理的地方歡迎探討。

細心的朋友可以看到這幾篇關于各型帶通濾波器的文章就只有一個步驟。

• ADS或Excel計算各耦合系數需要的群時延
• 輸入群時延判斷輸入耦合尺寸及諧振器尺寸
• 雙腔群時延判斷級間耦合系數
• 整體電磁仿真，曲線擬合判斷優化方向，最終設計出濾波器。

文章所有源文件見：鏈接:https://pan.baidu.com/s/1mauUtSPQa9xAkBrQWbrrQQ 密碼:4o1m

1. 2.4G BW=200MHz 4階LTCC濾波器設計

同嘉興佳麗電子的師兄探討知道國內研究所通常用的LTCC材料為dupon951(介電常數7.8)，ferro A6M(介電常數5.9)。但成本很高，一般民營公司會采用自有粉料。這篇文章采用嘉興佳麗電子介電常數為10的自有粉料進行設計。

1)計算各耦合系數需要的群時延

通過ADS或excel小工具（有人反饋鏈接失效，這里重新發一遍）計算該濾波器所需要的各級耦合系數群時延特性見圖 1所示。

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1vLKV3cqvpqApsP376Kbn0g 密碼：u8rm

圖1 濾波器設計的理想參數計算

2)諧振器尺寸及輸入輸出耦合確定

如果想給出稍微準確的初值可通過傳輸線理論大概估計初始尺寸，這里通過直接建模仿真獲取諧振器尺寸及輸入輸出耦合。在sonnet中建立圖 2所示的模型，該模型用多層交錯平板實現電容，用多層繞線實現電感，通過在電感上的抽頭實現輸入耦合。模型中結構初始參數根據工藝條件和經驗任意給定。

圖 2  LTCC諧振器模型

通過一次建模，仿真發現頻率偏低，這時需要根據經驗縮小電感或電容將頻率調高至合適的位置。經過幾次迭代或者掃描可以比較容易設計出準確的諧振器尺寸和抽頭位置。

最終經過迭代設計出的抽頭位置和諧振器結構見圖 2，迭代過程中通過輸入時延可以準確判斷諧振頻率和耦合量，剩下的就是憑理論基礎或經驗對結構進行針對性調整了。

圖 3 準確的諧振器、抽頭結構以及仿真結果

3)級間耦合尺寸設計

復制諧振器1，擺放至相應的位置，由于是集總的LC諧振器，級間耦合可以通過電感或電容進行耦合。這里通過電容進行耦合，建立圖 4所示的電容耦合雙諧振器模型，通過經驗大概調整至所需要的雙諧振器群時延值。

圖 4 雙諧振器群時延仿真

4)整體模型初步仿真

由于要設計4階濾波器，這里進行雙諧振器仿真后便可通過對稱畫出完整的濾波器模型，對稱后加上23諧振器的電容耦合（在沒有交叉耦合情況下，級間耦合順序減小，由關于中間級對稱），模型見圖 5所示，初步仿真見圖 5所示。可以看見初步仿真結果并不理想，需要對濾波器進行優化調整。

圖 5 總體模型及第一次仿真結果

5)數提取法優化濾波器

在第6期《參數提取法設計帶通濾波器》設計帶通濾波器中對參數提取的應用有詳細的介紹，但第6期的文章中未考慮接頭的相位加載（phase load），關于相位加載可參考文章《An Analytical Approach to Computer-Aided Diagnosis and Tuning of Lossy Microwave Coupled Resonator Filters》，提取參數時具有一定的局限性，去除相位加載也是這一篇特別說明的地方。

文章中去除相位加載的核心是讓理想耦合矩陣模型同仿真或測量的S2P文件中濾波器帶外遠端的回波群時延和傳輸相位相等來確定相位加載量。

在ADS中建立圖 6所示的參數提取模型，通過調諧控件，將耦合矩陣模型和S2P的結果曲線盡量重合，給出合理的初值。通過調諧控件讓耦合矩陣響應和S2P文件在1.5G到2G的回波時延和傳輸相位相等（或相位相差90度，根據S11和S33實部虛部的重合度判斷取90度還是0度）調諧完成后結果見圖 7所示。通過ADS優化控件進行耦合矩陣提取，曲線擬合的對比結果見圖 8所示，可以發現曲線擬合的重合度非常好。這時通過將提取出的耦合矩陣和理想耦合矩陣相比較便可得到濾波器模型的調整方向。

圖 6 參數提取的ADS模型

圖 7 去除相位加載示意圖

圖 8 去除相位加載后曲線擬合結果對比

經過一次提取，提取結果見表格 1，可以發現諧振器2和諧振器3頻率均偏低，同時23間耦合偏小。先減小2、3諧振器的電感（電容耦合，更改電容容易引起耦合改變），使這兩個諧振器頻率升高。

減小電感后通過第二次提取，結果見表格 2，發現調整量過大。取第一次調整電感量的中間值再進行一次調整。調整結果見圖 9所示，可以發現濾波器整體結果在收斂，繼續進行多次參數提取和優化便可以得到理想的響應曲線了，這里不做過多說明，可自行感受。

表格 1 第一次提取結果

表格 2 第二次提取結果

圖 9 第2次調整后的結果表格 3 第三次提取結果

表格 3 第三次提取結果

作者：趙強 微信號：q_zhao_ls

簡介：
2004～2011 華中科技大學 微電子學與固體電子學 碩士
2011～2015 中電29所西科微波通訊有限公司
2015~ 2018 華為技術有限公司
2018～至今 航天微電科技有限公司成都分公司