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研究生:江建佑
研究生(外文):Chien-Yu Chiang
論文名稱:應用低溫共燒陶瓷多層電感設計微型化威爾金森功率分配器
論文名稱(外文):Design of Miniaturized Wilkinson Power Divider Using Multilayer Inductors in LTCC
指導教授:周詠晃
指導教授(外文):Young-Huang Chou
學位類別:碩士
校院名稱:華梵大學
系所名稱:電子工程學系碩士班
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:54
中文關鍵詞:威爾金森功率分配器多層繞線電感低溫共燒陶瓷
外文關鍵詞:Wilkinson Power Dividermultilayer inductorlow temperature cofired ceramic
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本論文介紹低溫共燒陶瓷(LTCC)繞線多層電感應用的優勢,且提出兩種微型化威爾金森功率分配器設計佈局。此技術的應用與佈局可以大幅縮小空間上的運用,能成為使用高阻抗傳輸線佈局的威爾金森功率分配器替代方案,接著以公式驗證和全波電磁模擬軟體 ( HFSS )在奈米的單位環境下進行模擬,並且使用( Sonnet )、(ADS) 設計等效電路以及各項驗證,在規格2.0mm x 1.2mm x 0.6mm 實現元件設計,使中心頻率為900MHz ,以對稱結構佈局使用隔離電阻劃分兩輸出端埠,達到等功率分配和良好的隔離度。現今,運用低溫共燒陶瓷所製成的多層繞線電感的技術相當成熟,因此種替代方案是可以實行,並預期原本特性效果,透過多層繞線電感可以同時設計電感以及其電容,在確立電感及電容數值後以此設計微型化威爾金森功率分配器。
This dissertation will introduce the advantage of multilayer inductors wound edge by the technique of low temperature cofired ceramic (LTCC), and will propose two design layout of miniaturized Wilkinson power divider. The application of this technology and layout can significantly reduce the use of space, and can become a possible alternative of Wilkinson power divider layout which settled by high-impedance transmission line. Following this, this paper will simulate the experiment in units of nano environment to see whether the formula and full-wave electromagnetic simulation software (HFSS) are correct. In addition, in order to reach the same power allocation and good isolation, the experiment uses symmetrical structure which uses isolating resistor to divide two output port. Also, the experiment uses the technique of (Sonnet) and (ADS) to design Equivalent circuit. All of these are aiming to see the result of the testing. In the meanwhile, the standard of the component design specifications is 2.0mm x 1.2mm x 0.6mm , and the center frequency is expected to achieve 900MHz .Today, the technique of LTCC multi-layer winding inductor is quite mature, and therefore this kind of alternative is highly likely to be implemented. Also, it is expected that the miniaturized Wilkinson power divider can be designed by maintaining its original features under some conditions. In other words, multilayer inductors wound edge can design both of multi-winding inductance and capacitance at the same time, and can ensure the establishment of inductor as well as the capacitance value.
目錄

致 謝......................................................... I
摘 要......................................................... II
ABSTRACT....................................................... III
目錄............................................................ IV
第一章 緒論...................................................... 1
第二章 低溫共燒陶瓷繞線電感基礎理論................................. 2
2-1 微型化繞線電感設計概念........................................ 2
2-2 微型化繞線電感理論基礎........................................ 3
2-2-1 微型化繞線電感理論概念...................................... 3
2-2-2 微型化繞線電感元件萃取理論分析............................... 4
2-3 微型化威爾金森等效電路分析..................................... 8
2-3-1 微型化威爾金森功率分配器設計概念............................. 8
2-3-2 微型化威爾金森功率分配器接地電容式公式分析..................... 9
2-3-3 跨接電容式微型化威爾金森功率分配器............................ 14
2-4驗證實驗..................................................... 18
2-4-1 微型化繞線電感驗證步驟...................................... 18
2-4-2 兩種微型化威爾金森功率分配器等效電路驗證...................... 19
第三章 等效電路應用與佈局設計...................................... 32
3-1 佈局依據與設計步驟............................................ 32
3-2 微型化威爾金森功率分配器佈局設計............................... 38
3-2-1 HFSS佈局設計.............................................. 38
3-2-2 Sonnet 佈局架構驗證對照.................................... 44
3-3微型化威爾金森功率分配器跨接電容佈局設計......................... 47
3-3-1 HFSS佈局設計.............................................. 47
3-3-2 Sonnet 佈局架構........................................... 50
第四章 結論...................................................... 53
參考文獻........................................................ 54

圖錄

圖2-1 以( SONNET )所架構之多層繞線電感側視佈局架構圖 ................20
圖2-2 多層繞線電感理想等效電路..................................... 20
圖2-3 以HFSS佈局之單顆多層繞線電感................................. 21
圖2-4 以SONNET 佈局之單顆多層繞線電感............................. 21
圖2-5 傳統理想威爾金森功率分配器等效電路.......................... 22
圖2-6 (A) 理想威爾金森功率分配器等效電路........................... 22
圖2-6 (B) 理想威爾金森功率分配器等效電路奇偶模分解圖................. 23
圖2-7 理想威爾金森功率分配器跨接電容式等效電路..................... 23
圖2-8 偶模開路實驗( EVEN MODE )等效電路圖......................... 24
圖2-9 奇模短路實驗( ODD MODE )等效電路圖.......................... 24
圖2-10 偶模開路實驗( EVEN MODE )等效電路圖........................ 25
圖2-11 奇模短路實驗( ODD MODE )等效電路圖......................... 25
圖2-12 以SONNET 佈局設計多層繞線電感各層佈局圖..................... 26
圖2-13以HFSS 佈局設計多層繞線電感各層佈局圖........................ 27
圖2-14理想威爾金森功率分配器等效電路............................... 28
圖2-15 理想威爾金森功率分配器對稱電容式等效電路..................... 28
圖2-16 為ADS模擬理想化威爾金森功率分配器等效電路結果圖.............. 29
圖2-17 理想化威爾金森功率分配器跨接電容式等效電路模擬結果圖.......... 29
圖2-18 兩組繞線電感S參數比對理想等效電路圖......................... 30
圖2-19 S45為理想、S76 為HFSS模擬結果、S89 SONNET模擬結果.......... 30
圖3-1 微型化威爾金森功率分配器包含測試板示意圖..................... 35
圖3-2 微型化威爾金森功率分配器輸入端埠分配示意圖................... 35
圖3-3 微型化威爾金森功率分配器輸出端埠分配示意圖.................... 36
圖3-4 層厚與含金屬厚度.......................................... 36
圖3-5 微型化威爾金森功率分配器上視示意圖.......................... 37
圖3-6 輸出模擬S3P檔焊接電阻等效電路................................ 37
圖3-7 佈局金屬接地電容........................................... 40
圖3-8 佈局金屬接地面............................................. 40
圖3-9 設計威爾金森功率分配器佈局兩組微型化多層繞線電感 ................41
圖3-10 佈局金屬對稱電容........................................... 42
圖3-11 測試板佈局圖.............................................. 42
圖3-12 由圖3-6、3-7~3-11佈局後模擬結果............................ 43
圖3-13 由3-6、3-14~3-15佈局後模擬結果............................ 44
圖3-14 微型化威爾金森功率分配器佈局兩組微型化多層繞線電感............ 45
圖3-15 對稱接地電容金屬佈局...................................... 46
圖3-16 跨接電容式威爾金森功率分配器佈局使用HFSS..................... 48
圖3-17 由3-6、3-16佈局後模擬結果................................. 49
圖3-18 由3-6、3-19~3-20佈局後模擬結果............................ 50
圖3-19 微型化威爾金森功率分配器佈局兩組微型化多層繞線電感............ 51
圖3-20 對稱接地電容金屬佈局..................................... 52

表錄

表1. 多層繞線電感設計佈局規格.................................... 31
表2. 微型化威爾金森兩種型態調整規格數據........................... 31
表3 各項佈局設計規格............................................ 34
表4 由HFSS佈局設定後各項元件值以及-15dB 頻寬........................ 43
表5 由SONNET佈局驗證設定後各項元件值以及-15dB 頻寬.................. 46
表6 由HFSS佈局設定後各項元件值以及-15dB 頻寬........................ 49
表7 由SONNET佈局驗證設定後各項元件值以及-15dB 頻寬.................. 52
[1] David M.Pozar , Microwave Engineering3^, ed,John Wiley &Son ,ISBN 0-471-44878-8.

[2] S. Shamsinejad, M. Soleimani, and N. Komjani , “Novel Miniaturized Wilkinson Power Divider for 3G Mobile Receivers, ”Progress In Electromagnetics Research Letter , vol.3pp.9-16,2008.

[3] F.Fan,Z.Yan,and J.Jiang,“Design of a Novel Compact Power Divider with Harmonic Supression,”Progress In Electromagnetics Research Letter,vol.5pp.151157, 2008.

[4] Liang-Hung Lu, Yu-Te Liao , and Chung-Ru Wu, “A Miniaturized Wilkinson Power Divider With COMS Active Inductor,”IEEE Microwave and Wireless Component Letters,vol.15,No.11,pp.775-777,November 2005.

[5] M. C. Scardelletti, G. E. Ponchak, and T. M. Weller, “Miniaturized Wilkinson Power Dividers Utilizing Capacitive Loading ,”IEEE Microwave and Wireless Component Letter , vol.12,No.1,pp.6-8,Jan.2002.

[6] H.H.Chen,H.-W.Zhang,S-J.Chung,J.-T.Kuo,and J.-C. Wu,“Accurate Systematic Model Parameter Extraction for On-Chip Spiral Inductors,”IEEE Trans. Electron Devices,Vol.55,no.11,pp.3267-3273,Nov.2008.
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