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2013届毕业设计（论文）开题报告二级学院：班级：学生：学号：指导教师：职称：课题名称集成LC低通滤波器的设计与研究课题类型■毕业设计□毕业论文起止时间2013.1-2013.6开题报告（毕业设计：含课题来源及现状、设计要求、工作内容、设计方案、技术路线、预期目标、时间安排及参考文献等。字数为3000以上。）（毕业论文：含课题来源、研究价值，国内外研究现状，研究内容，研究方法，研究思路，论文提纲，预期目标，时间安排及参考文献等。字数为3000以上。）含课题来源及现状：现代移动通信系统从GSM到GPRS直至CDMA，频率从原来的几百赫兹到了现在的900MHz、1.8GHz、2.4GHz、5.8GHz甚至更高。当前，各类通信产品(如WLAN，蓝牙模块，移动电话等)都向更加便利化、高性能、小尺寸、低价格的趋势发展。在这些产品中，传统的以PCB板技术为基础的射频电路部分通常表贴了大量的无源器件(如滤波器、耦合器、巴伦、电容、电感等)，这样既占据了大量的面积，相互间的电磁干扰又会导致性能的恶化，而且价格昂贵。正是由于这样的一些原因，在现今的射频集成以及系统封装方面，低温共烧陶瓷(LTCC)技术得到了广泛的应用。在微波波段，多层陶瓷介质的无源器件，如滤波器等，由于其具有小型化、易集成、设计灵活等优点而越来越受到重视。为了减小微波器件的体积，适应通信系统的小型化要求，多层片式微波器件如滤波器、双工器和天线模块等研究、开发日趋活跃，同时层叠片式微波器件在网络无线接入、卫星定位系统等领域具有非常广阔的应用前景。为了在器件小型化的同时降低其损耗，获得更高的品质因数，就需要寻求新的材料和技术。在众多的微波介质板材之中，LTCC具有较多优势。LTCC采用叠层工艺，用低电阻率的金、银、钯银、铜等金属作导电介质。此外，LTCC的陶瓷基片的组成成分可变，根据配料的不同可生成具有不同电气性能（如介电常数）和其它物理性能（如热膨胀系数）的介质材料，以满足微波电路与系统高可靠性、小型化的要求，并且各参量在一定范围内可调整，从而增加了设计的灵活性。借助LTCC三维空间设计的优势，射频设计者能够充分利用足够小的体积来设计各种具有特殊要求的无源器件；而在有源集成方面，射频放大器、混频器、外围匹配电路(电容、电感等)也可埋入在LTCC基板中，进而使通信系统的射频收发前端的集成化程度越来越高。基于LTCC技术的叠层结构滤波器，不但在同一层中存在电磁耦合，而且在层与层之间也存在着电磁耦合，同时有些层与层之间由通孔相互连接，在器件内部分布着复杂的交叉耦合，这些耦合很难通过理论分析法精确求解，本设计中通过Ansoft公司三维场仿真软件HFSS对LTCC低通滤波器结构模型进行参数提取和模拟。设计要求：1.设计一个基于LTCC技术的截止频率为600MHz的最大平坦(Butterworth)型低通滤波器。2.分析微波滤波器的插入损耗和回波损耗，是否符合要求，并给出一些定性分析。3.分析滤波器的结构，并提取等效电路，利用电路仿真软件进行验证，检查其结果是否和设计结果比较吻合。工作内容：微波滤波器是一种具有频率选择特性的二端口网络，其基本作用是在电路和电子系统中使频率有选择地通过，并抑制不需要或有害的频率。随着现代无线通讯行业的发展．对微波滤波器小型化、复合化和高频化的要求也越来越高。由传统的同轴线、带状线和波导等实现的平面耦合微波滤波器因面积过大，已经不能适应现代无线移动通讯系统的要求。而小体积、高性能和低成本的多层微波滤波器的市场需求量大大增加。基于LTCC（低温共烧陶瓷）技术的滤波器可以将无源元件如电感，电容内埋置到基板内部同时将有源元件贴装在基扳表面，从而实现电子系统的小型化、高性能化、高频化和低成本化。设计方案：设计基于LTCC技术的最大平坦(Butterworth)型低通滤波器。这一类的过滤器以及接近理想滤波器在通带内。不同类型的过滤器的频率响应曲线如图所示。巴特沃斯滤波器基本持平幅度最高截止频率的频率响应。图中可以看出截止清晰度。这是必须指出的是，所有的三个过滤器达到-40分贝/频率远低于截止十年的滚降坡。虽然Butterworth滤波器实现衰减幅度最大，其作为频率的函数的相移是非线性的。它有一个截止地区的增益随频率单调下降，低于截止频率的最平坦的响应。分析微波滤波器的插入损耗和回波损耗，定性分析。插入损耗：没插入该网络前负载功率和插入该网络后负载功率之比。插入损耗越小越好。在最大平坦型响应中，插入损耗随频率发生变化，频率大于滤波器截止频率时，频率越大其损耗越大。回波损耗：入射功率和反射功率之比。回波损耗越大越好。滤波器的等效电路,进行仿真验证，比较结果。低通滤波器的等效电路（切比雪儿模型，如下路），电路由两个串联电感和两个并联电容，以及一个串联谐振构成。通过串并联回路谐振在阻带中形成衰减极点，从而提高电路的衰减性能技术路线：层叠式LTCC低通滤波器设计：（结构模型如右图）结合LTCC生产工艺，层叠式低通滤波器多层结构设计，其尺寸大小为2.0mm×1.2mm×0.9mm，由十二层金属图案构成，其中浅灰色为金属接地层。滤波器介质层的材料为相对介电常数εr=7.8，介质损耗tanδ=0.0047微波介质陶瓷，介质层厚36μm，内电极材料选用银电极，金属图案厚度12μm，金属通孔直径140μm。采用集总参数进行LTCC低通滤波器设计。内埋置电感元件采用三维螺旋（3Dhelical）结构，在相同的有效电感值下，此结构比平面式（planar）、位移式（offset）、堆叠式（stack）等结构具有更高的自谐振频率和品质因子（Q）；此外，helical结构中线圈与线圈间的耦合容易通过调节介质层膜厚来控制，使其达到最佳。结构图中，第6，7层经通孔构成电感L3，第8，9，10，11层经通孔构成电感L1和L2，同时不可避免在电感内部层与层间有弱的电耦合形成分布电容。内埋置电容元件采用垂直交指型电容（VIC）结构，为获得相同的电容量，利用VIC结构取代传统的MIM，能够大大减小端电极面积，从而有效减小滤波器尺寸。第2层上、下两个接地金属平面形成VIC结构电容C1和C2，同时第4层与上、下两个接地金属面构成电容C3。3结构模型（如右图）分析在集总参数LC低通滤波器中，电感L和电容C可以分开独立设计，在构建完L1、L2、L3、C1、C2、C3后，根据各元件间的电、磁耦合强弱，对各元件值大小进一步修正。用金属接地面将电感区和电容区隔开，抑制电感区与电容区间的寄生耦合。在电容区，C1和C2间电耦合形成C12，大小约为0.1pF。C12与串联的L1、L2构成并联谐振，易产生产生衰减点。在电感区，L1、L2间磁耦合形成互感M12，为获得固定截止频率ƒc，可充分利用互感M12来减小L1、L2的自感大小，使得用较少的金属层即获得所需电感量。L3、C3串联谐振，易产生产生衰减点；由于M13、M23存在既影响衰减点又影响截止频率ƒc的大小，为抑制L3与L1、L2间的寄生耦合，用两倍介质膜厚将它们分开。预期目标：根据设计要求算出构成低通滤波器所需的电感、电容的值。及其器件所需参数（外形尺寸、中心频率、带宽、通带插损、阻带衰耗）。使用Ansoft—hfss软件构建模型，建立与实物尺寸一样的三维模型，进行仿真。仿真结果要在误差允许范围内。时间安排：1.第1-2周，熟悉了解毕业设计的内容，查阅毕业设计所涉及的文献，在这基础上写出开题报告；2.第3-5周，了解微波滤波器的设计方法，并熟悉射频软件HFSS的开发环境；3.第6-8周，利用HFSS开发一些简单的无源器件，如微波电感、微波电容等。4.第9周，准备材料，迎接中期检查；5.第10-12周，深入理解滤波器设计的原理和方法，利用HFSS设计出理想的滤波器，对实验结果进行分析，并提取该模型的等效电路，通过电路分析软件进行验证。6.第13-14周，总结前段时间的工作，撰写毕业论文；7.第15周，毕业论文答辩。参考文献：[1]苏宏，杨邦朝，杜晓松，丁晓鸿，层叠式LTCC低通滤波器设计[J]。电子元件与材料，2006,25(7):72-74.[2]许佳，覃亚丽，吴小燕，LTCC带通滤波器的实现[J]。电子元件与材料,2005,24(1):45-48.[3]甘本拔，吴万春，现代微波滤波器的结构与设计。科学出版社，1973,148-159.[4]YunchiZhangandKawtharA.Zaki,LTCCMulti-layerCoupledStrip-ResonatorFilters[J],1-4244-0688-9/07/[C]2007IEEE,1039-1042.[5]KiburmAhn,ManseokUhm,andInbokYom,NewCircular-shapedDual-modeCavityformm-waveFiltersusingLTCCTechnology[J],1-4244-0878-4/07,2007IEEE,2104-2107.[6]LeiBian,Y.X.GuoandX.Q.Shi,Two-doublePostWaveguideBPFonLTCC,IEEE2007InternationalSymposiumonMicrowave,Antenna,Propagation,andEMCTechnologiesForWirelessCommunications,479-481.指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见，设计的结果预测或论文的可行性评价）：指导教师：系部意见：系主任：注：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。