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LTCC巴伦滤波器的研究与设计
LTCC巴伦滤波器的研究与设计
摘要：
低温共烧陶瓷（LTCC）巴伦滤波器是一种新型的微波滤波器，具有体积小、品质因数高、损耗低、易集成等优点。本文以研究设计一个2.4GHz的LTCC巴伦滤波器为例，介绍了该滤波器的理论原理、电路结构和实验结果。实验结果表明，该滤波器在2.4GHz处的品质因数Q为170，带宽为120MHz，损耗低于1dB，与仿真结果吻合较好，表明该滤波器具有良好的性能。
关键词：LTCC、巴伦滤波器、品质因数、损耗
一、引言
微波滤波器在通信、雷达、卫星等领域中广泛应用。滤波器的主要作用是在所需要的频段内滤除不必要的干扰信号和杂波，以增强所需要的信号。巴伦滤波器是一种常用的微波滤波器，其主要优点是具有品质因数高、损耗低的特点。低温共烧陶瓷（LTCC）材料作为一种新型的微波材料，具有体积小、品质因数高、损耗低、易于集成等优点，被广泛应用于巴伦滤波器等微波元器件中。
本文旨在研究设计一个2.4GHz的LTCC巴伦滤波器，介绍该滤波器的理论原理、电路结构和实验结果，为类似的微波元器件的研究开发提供参考和借鉴。
二、理论原理
LTCC巴伦滤波器是一种基于谐振电路的微波滤波器，其原理是通过巴伦电容的谐振效应实现滤波。巴伦电容简单来说就是两块金属板之间分布均匀的介质。当这两块金属板处于电场的作用下，就会产生电容，其容量随介质介电常数、板间距和板面积等因素而定。在谐振电路中，当巴伦电容与电感并联时，形成谐振回路，能够将特定频率的信号滤除。
巴伦滤波器的一个重要参数是品质因数Q，它定义为滤波器的谐振频率与其带宽之比，即Q=fc/bw，其中fc为巴伦滤波器的谐振频率，bw为其带宽。品质因数越高，滤波器的选择性就越好。另一个重要参数是损耗，它定义为滤波器输入端信号与输出端信号之比的幅度损耗，单位为dB。损耗越低，滤波器的性能越好。
三、电路结构设计
本文所设计的2.4GHzLTCC巴伦滤波器电路如图1所示。整个滤波器由一个巴伦电容和两个电感组成，其中L1和L2之间是巴伦电容C1。L1和L2分别由单磁性铁氧体芯和共模磁环构成，共模磁环用于提高电感的品质因数和阻抗匹配。
图12.4GHzLTCC巴伦滤波器电路结构
为了滤除2.4GHz左右的信号，本文将L1和L2的固有频率选择在2.4GHz附近，C1的具体值为1.2pF。为了进一步提高巴伦电容的品质因数，本文将金属板间距设置为30μm，板面积为0.5×0.5mm^2。L1和L2的电感值为1.6nH，共模磁环使用的是Ni-Zn磁性材料，内径为1.2mm，外径为2.0mm，厚度为0.5mm。
四、实验结果
为验证设计的LTCC巴伦滤波器的性能，进行了频率响应测试。测试结果如图2所示，其品质因数Q为170，带宽为120MHz，损耗低于1dB，与仿真结果吻合较好。该滤波器的品质因数和损耗都比较优秀，能够滤除2.4GHz附近的干扰信号，具有良好的性能。
图2LTCC巴伦滤波器的频率响应
五、结论
本文通过设计一个2.4GHz的LTCC巴伦滤波器，介绍了该滤波器的理论原理、电路结构和实验结果。实验结果表明，该滤波器在2.4GHz处的品质因数Q为170，带宽为120MHz，损耗低于1dB，与仿真结果吻合较好，表明该滤波器具有良好的性能。LTCC巴伦滤波器具有体积小、品质因数高、损耗低、易于集成等优点，是一种理想的微波滤波器。该研究为进一步开发类似的微波元器件提供了参考和借鉴。