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面向新一代移动通信终端的LTCC小型化双工器研究

作　者: 孙维婷
导　师: 毛军发；彭宏利
学　校: 上海交通大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 射频前端模块 双工器 滤波器 低温共烧陶瓷(LTCC) 三频段多双工器组件
分类号: TN631.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


通信技术的迅猛发展,对手机等用户设备中的无源射频前端的高性能、高密度、小型化、多功能、多模多通道和低成本等方面提出了迫切的需求,这使得面向用户设备的射频前端技术成为一项迫切需要研究的课题。而双工器可用于分配和利用极为有限的频段资源,能使无线通信中接收和发射部分同时运作,在微波设备特别是无源射频前端中占有非常重要的地位。能否实现高性能小型化的双工器将直接影响到射频前端的工作性能和系统集成度。另一方面,低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)材料在射频与微波频段的介电常数适中、损耗小,该工艺又十分便于三维集成,且加工精度高。因此,基于LTCC的前端模块尤其是双工器的开发值得进一步关注和研究。本文正是在此背景下,研发了应用于GSM/DCS频段以及面向第三代移动通信UMTS频段的LTCC双工器,同时给出了详细的分析与设计过程。本文中设计的双工器不仅尺寸大幅度缩小,而且频率选择性良好,仿真与测试结果吻合较好,从而验证了双工器设计理论与实现方案的正确性。本文的主要内容及学术贡献包括:第一章概括了本课题的研究背景,介绍了微波元件的发展历程以及LTCC的工艺特点、加工流程和发展趋势等。第二章中介绍了几种常用滤波器原型及其设计方法。第三章中提出了一种基于LTCC技术的新型GSM/DCS双工器。该双工器由一个低通和一个高通滤波器连接而成,低通滤波器由串联支路上的并联谐振器和并联支路上的串联谐振器组成,而高通滤波器则由并联支路上的串联谐振器和两个对称电容构成。该LTCC双工器体积为3.7mm×3.1mm×0.672mm,带内插损优于-1.2dB,通道间抑制优于-20dB。第四章中研发了一款面向UMTS的LTCC双工器。该元件由两个带通滤波器连接而成,它们均采用相同的电路拓扑结构。双工器加工样本主体占据体积仅为8mm×3.65mm×0.678mm,带内插损测试值优于-2.5dB,通道间隔离度高于30dB,已满足符合国内外同类产品性能指标要求。又进一步将面向第二代与第三代移动通信的双工器集成一体,提出了一种可应用于GSM/DCS+UMTS的三频段多双工器组件,其中两个双工器即保持了独立性,又显示出良好的兼容性。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 课题提出背景  10
  1.2 微波元件及滤波器的发展历程  10-13
  1.3 低温共烧陶瓷技术(LTCC)  13-18
    1.3.1 LTCC 技术介绍  13-15
    1.3.2 LTCC 器件的研究意义  15-16
    1.3.3 LTCC 器件的开发和生产  16-18
    1.3.4 LTCC 技术在本文中应用  18
  1.4 论文的主要内容及安排  18-20
第二章 常用的滤波器原型及其设计方法  20-32
  2.1 概述  20
  2.2 传输函数  20-24
    2.2.1 巴特沃斯（最平坦）响应  21-22
    2.2.2 切比雪夫响应  22
    2.2.3 椭圆函数响应  22-24
  2.3 低通原型滤波器  24-25
  2.4 频率和元件变换  25-29
    2.4.1 低通变换  25-26
    2.4.2 高通变换  26-27
    2.4.3 带通变换  27-28
    2.4.4 带阻变换  28-29
  2.5 导抗倒置转换器  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章 LTCC 双工器的分析与设计实现  32-58
  3.1 通信前端模块的组成  32-36
    3.1.1 射频开关  32-34
    3.1.2 双工器  34-36
  3.2 双工器的设计  36-42
    3.2.1 双工器性能指标与设计流程  36-37
    3.2.2 GSM/DCS 双工器电路模型  37-42
  3.3 双工器的实现  42-54
    3.3.1 双工器电感元件的设计  42-46
    3.3.2 双工器电容元件的设计  46-49
    3.3.3 GSM/DCS 双工器整体实现  49-54
  3.4 GSM/DCS 双工器与开关集成仿真  54-57
  3.5 本章小结  57-58
第四章 应用于UMTS 的LTCC 双工器设计与分析  58-70
  4.1 UMTS 双工器性能指标  58
  4.2 UMTS 双工器集总原型设计  58-62
  4.3 UMTS 双工器实现  62-67
  4.4 三频段多双工器组件  67-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章 结论  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文或专利  77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 电子元件、组件 > 微波过渡元件 > 换向开关 > 波导换向开关
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