带通滤波器的设计与集成打印工艺研究

来源 :贵州师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xhb74
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随着无线通信技术的高速发展,在通信、微波以及雷达领域对频率要求也越来越高,滤波器向易于集成、小型化、低损耗、高性能的发展方向,传统工艺技术在设计与加工方面具有很多局限性,无法适应滤波器的发展要求。3D打印凭借其个性化、低成本、周期短等优势在电子领域的应用越来越广泛。本文结合3D电子打印技术,探讨了基于多材料3D打印的LTCC(低温共烧陶瓷)平行耦合微带线带通滤波器的设计与集成制造工艺。论文的主要工作如下:(1)通过ADS软件对滤波器进行仿真,设计出一款LTCC平行耦合微带线带通滤波器,中心频率f0为9GHz,带宽为1GHz,带内损耗小于3dB,带外抑制大于30dB,所用陶瓷基板厚度为200μm,介电常数εr为9.5,损耗正切值为0.0015,纳米银金属层微带线厚度25μm。(2)研究了高分散性、高稳定性LTCC陶瓷浆料——硼硅酸盐玻璃陶瓷浆料的制备与打印工艺。粉体球磨时间12 h,固含量40%、分散剂3%、粘结剂4%,打印效果良好。分别采用跳步法、先外后内法、平摊法来解决微带线连线、微带线端头不平整以及端头堆积的问题。在压力为220kPa,喷嘴内径大小为0.41mm,丝间距为0.4mm,移动速度为610mm/min时,制备出的陶瓷基板厚度为(240±5.5)μm,表面粗糙度为(0.94±0.06)μm。(3)研究了LTCC陶瓷基板与微带线的共烧工艺,并分析了陶瓷基板以及微带线的收缩规律。得出烧结温度为850℃,升温速率为15℃/min,保温时间为120min,经测量,致密度为2.85g/cm3;随着陶瓷基板厚度的增加,陶瓷基板厚度收缩率出现先减小后增加的趋势;相同陶瓷基板上微带线的收缩率随着线宽增加而降低。(4)采用网络分析仪对带通滤波器进行性能测试。测试结果表明,通过打印制备的滤波器中心频率为8.8188GHz,带内损耗17.8dB,带外抑制大于47.8dB,带宽约为800MHz,与仿真结果相比,中心频率向下偏移2.0%,插入损耗增大15dB,带宽缩小20%。插入损耗与理论设计相差较大可能是由于3D打印设备精度不够,导致成型尺寸有偏差造成的,当根据实际数据进行修正仿真模型后,仿真结果与测量结果相近。针对在制造过程中出现的问题提出了解决方案。为今后进一步研究LTCC微带线滤波器提供了一定的参考价值。
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