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研究生:陳咸廷
研究生(外文):Hsien-Ting Chen
論文名稱:低溫共燒陶瓷濾波器與雙工器之分析與設計
論文名稱(外文):Analysis and Design of Low Temperature Cofired Ceramic Filters and Diplexers
指導教授:張 盛 富
指導教授(外文):Sheng-Fuh Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:低溫共燒陶瓷濾波器雙工器
外文關鍵詞:Low Temperature Cofired Ceramicfilterdiplexer
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本論文利用鏡像參數理論設計與分析低溫共燒陶瓷(LTCC)濾波器與雙工器。藉由組合不同特性之鏡像單元來設計濾波器,同時提出在不增加電路元件下,提供濾波電路額外傳輸零點之方法,以提高電路效能。使用所提出設計方法設計運用於2.4 GHz無線區域網路通訊頻帶之LTCC濾波器,與運用於GSM/DCS系統之LTCC雙工器,根據理論計算參數代入電路模擬軟體及全波模擬軟體模擬,同時實作電路量測結果驗證,證實理論推導之正確性與電路架構運用於LTCC之可行性。
In this thesis, I use the image parameter method is adopted to analyze and design LTCC bandpass filters and duplexers for WLAN and GSM/DCS applications. The circuits have better stop-band attenuation with addition of transmission zero without increasing the circuit complexity of the filter. Each image cell is first analyzed and the formulas for its component values are obtained subject to the desired specifications. Finally, the circuits are constructed in a 3D LTCC mutilayer structure and slight adjusted by 3D full-wave EM simulator. The designed device will reduce the area substantially for the feature of vertical integration of LTCC. The measured results confirm the proposed circuit structure and design procedure.
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 論文內容摘要 3
第二章 低溫共燒陶瓷製程技術 4
2.1 簡介 4
2.2 低溫共燒陶瓷製造流程 5
2.3 低溫共燒陶瓷材料 9
2.4 低溫共燒陶瓷元件 19
第三章 鏡像參數濾波器設計法 21
3.1 鏡像參數理論 21
3.2 定k值濾波器 25
3.3 導m型濾波器 35
3.4 非對稱鏡像帶通濾波器 46
3.5 複合型結構 54
第四章 鏡像LTCC濾波器分析與設計 55
4.1 簡介 55
4.2 LTCC濾波器之設計 57
4.2.1 形式A濾波器設計 58
4.2.2 形式B濾波器設計 67
第五章 鏡像LTCC雙工器分析與設計 74
5.1 簡介 74
5.2 LTCC雙工器之設計 76
5.2.1 形式A雙工器設計 76
5.2.2 形式B雙工器設計 83
第六章 結論 90
參考文獻 91
圖 目 錄
圖1.1 LTCC射頻模組 1
圖2.1 為LTCC截面圖 4
圖2.2 低溫共燒陶瓷製造流程 5
圖2.3 四種極化機制示意圖 12
圖2.4 不同基板其介電常數隨頻率變化之曲線 16
圖2.5 不同基板其損失角隨頻率變化之情形 16
圖2.6 LTCC之通孔及線路大小、間距之設計準則 18
圖3.1 以ABCD參數表示的一般雙埠網路 22
圖3.2 在鏡像匹配下以DBCA參數表示的雙埠網路 22
圖3.3 定k-L型雙埠網路 26
圖3.4 定k-T型雙埠網路 26
圖3.5 定k- 型雙埠網路 26
圖3.6 T型、L型與 型之定 型低通濾波器 27
圖3.7 定k型低通濾波器 (a) 與 對 的變化,(b) 與 對 的變
化,(c) 對 的變化 ..29
圖3.8 T型、L型與 型之定 型高通濾波器 30
圖3.9 定k型高通濾波器 (a) 與 對 的變化,(b) 與 對 的變
化,(c) 對 的變化 ..31
圖3.10 T型、 型與L型之定 型電路的帶通濾波器 33
圖3.11 定k型高通濾波器 (a) 與 對 的變化,(b) 與 對 的
變化,(c) 對 的變化 ..34
圖3.12 串聯式導m-L型電路 ..36
圖3.13 並聯式導m-L型電路 ..37
圖3.14 串聯式導m-T與 電路 ..38
圖3.15並聯式導m-T與 電路 ..38
圖3.16 導m-L型之鏡像阻抗 對 的變化 ..39
圖3.17 串聯式導m-L型低通濾波器 ..40
圖3.18 串聯式導m-L型高通濾波器 ..41
圖3.19 串聯式導m-L型帶通濾波器 ..42
圖3.20 並聯式導m-L型電路架構 (a)高通 (b)低通 (c)帶通濾波器 ..43
圖3.21 串聯式雙導m型濾波器 (a)原型 (b)全串型 ..47
圖3.22 串聯阻抗與並聯阻抗轉換 ..47
圖3.23 各類串聯式雙導m型帶通濾波器關係圖 ..48
圖3.24 電路串接之傳播係數示意圖 ..49
圖3.25 電路串接之傳播係數示意圖 ..54
圖4.1 射頻元件之設計流程圖 ..57
圖4.2 帶通濾波器電路 (a)分解電路 (b)原型電路 ..59
圖4.3 步階阻抗開路諧振器示意圖 ..60
圖4.4 形式A濾波器電路架構 ..61
圖4.5 頻率比與導納關係圖 ..61
圖4.6 形式A濾波器計算結果 ..62
圖4.7 形式A濾波器展開圖 ..63
圖4.8 形式A濾波器之(a)實體圖 (b)立體示意圖 ..64
圖4.9 形式A濾波器之植入損失 ..64
圖4.10 形式A濾波器之返回損失 ..65
圖4.11 使用TRL校正法之量測示意圖 ..66
圖4.12 型式B濾波器電路結構 (a)原型電路 (b)改良後 ..67
圖4.13 形式B濾波器計算結果 ..68
圖4.14 形式B濾波器展開圖 ..69
圖4.15 形式B濾波器之 (a)實體圖 (b)立體示意圖 . 70
圖4.16 形式B濾波器之植入損失 . 70
圖4.17 形式B濾波器之返回損失 ..71
圖4.18 晶圓級量測裝置 ..72
圖4.19 形式B濾波器之植入損失 . 72
圖4.20 形式B濾波器之返回損失 ..73
圖5.1 多工器分類示意圖 (a)連續式多工器 (b)非連續式多工器 ..75圖5.2 形式A雙工器之 (a)電路分解圖 (b)電路架構 ..77
圖5.3 形式A雙工器計算結果 (a)植入損失 (b)返回損失與隔離度 ..78
圖5.4 形式A雙工器展開圖 ..79
圖5.5 形式A雙工器之(a)實體圖 (b)立體示意圖 ..80
圖5.6 形式A雙工器埠1至埠2之植入損失 ..80
圖5.7 形式A雙工器埠1至埠3之植入損失 ..81
圖5.8 形式A雙工器之埠1返回損失 ..81
圖5.9 形式A雙工器2、3埠之隔離度 ..82
圖5.10 形式B雙工器電路結構 ..83
圖5.11 形式B雙工器展開圖 ..84
圖5.12 形式B雙工器之(a)實體圖 (b)立體示意圖 ..85
圖5.13 形式B雙工器埠1至埠2之植入損失 ..85
圖5.14 形式B雙工器埠1至埠3之植入損失 ..86
圖5.15 形式B雙工器埠1之返回損失 ..86
圖5.16 形式B雙工器2、3埠之隔離度 ..87
圖5.17 形式B雙工器埠1至埠2之植入損失 ..88
圖5.18 形式B雙工器埠1至埠3之植入損失 ..88
圖5.19 形式B雙工器埠1之返回損失 ..89
圖5.20 形式B雙工器2、3埠之隔離度 ..89
表 目 錄
表2.1 LTCC微細配線化問題 ..7
表2.2 材料特性列表 ..10
表2.3 材料特性列表 ..10
表2.4 LTCC商品材料的成分列表 ..11
表2.5 Dupont 951之共燒電極材料 ..17
表3.1 鏡像參數之低通濾波器設計公式 ..44
表3.2鏡像參數之高通濾波器設計公式 ..45
表3.3 鏡像帶通濾波器 ..51
表5.1 形式B雙工器元件數值列表 ..82
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