LTCC技术的多层延迟线研究

摘 要：本文介绍了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的多层延迟线，工作频率在34.2GHz，相位延迟为16λg 和32λg 的带状线延迟线。由于LTCC 技术的工艺特点，能够实现结构的小型化同时能够得到较小的插入损耗和驻波系数。文中的16λg 和32λg 的尺寸分别为8.6×8.1×2.538mm3 和8.5×14.3×2.538mm3。最终仿真结果：16λg 带内插损优于2.89dB，驻波小于1.236；32λg 带内插损优于2.86dB，驻波小于1.353。

1 引言

延迟线是用于将电信号延迟一段时间的元件或器件，它要求在通带内有平坦的幅频特性，小的衰减和色散，有良好的阻抗匹配以及一定相移特性。低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic）技术因其低损耗、高可靠性、高集成度等优异的性能高速发展。与传统延迟线相比，利用LTCC 技术研制的延迟线因其小型化、高集成度，更适用于现代雷达系统。

LTCC 技术能够将无源器件埋置在多层互连布线基板中并通过通孔相互连接，能够使表面积减小；同时通孔互连减小了互连寄生参量有利于增加系统的带宽和提高系统性能。由于带状线是没有色散的平面传输线，所以采用带状线来设计LTCC 延迟线。

2 延迟线理论

带状线是一种三导体TEM 波传输线。其结构示意图如图1 所示，一条宽度为w 的薄导体放置在两块接地导体板中间，两块接地板之间的空间填充的可以是空气介质或者填充其他介质，故又称为三板线或夹心线。

3 LTCC 延迟线设计

3.1 16λg 延迟线

介质基板采用Ferro A6( r ε =5.9，tanδ=0.002),带状线的中心导带和上下接地板采用金中间接地板、接地通孔及信号通孔均采用银材质。中间延迟采用带状线的结构，但是考虑带状线难以装配和测试，将带状线通过信号通孔引出到表面通过一段微带线来引出，方便测试安装。考虑实际应用需要设计出直通端，为了方便调试和加工这里统一将直通端设计为2λg，设计相应的延迟段时需要加上2λg来抵消直通端引入的相位延迟。

分析可得16λg 在34.2GHz 处延迟18λg 即6480o 所需的带状线长度为65.1mm，如果采用一层结构所占的面积较大，故采用双层结构。经计算的微带线延迟90o 所需长度为1.1mm，故引出段采用两段1.1mm 长度的微带线。余下6300o 采用带状线所需63.3mm 。HFSS(High Frequency Structure Simulation)中建立的仿真模型如图2 所示。

带状线上下接地板的距离为0.564mm，由6 层陶瓷基板烧结而成，中间导带厚为0.01mm 的银质导带， 宽度为0.18mm； 微带线的介质厚度为0.188mm 导带厚为0.01mm，宽度为0.288mm。最终尺寸为8.6×8.1×2.538mm3。仿真结果曲线如图3~5 所示。

图3 16λg 延迟线插入损耗

图4 16λg 延迟线相位延迟

图5 16λg 延迟线VSWR

3.2 32λg 延迟线

与16λg 延迟线设计相似，32λg 延迟34λg 即12240o，微带线长度为1.1mm，两段延迟180o；带状线延迟12060o，对应带状线长度为121.17mm。单层结构在保证面积较小的情况下实现这样长的延迟十分困难，采用多层结构。带状线和微带线的介质厚度及导带宽度和厚度与16λg 相同。HFSS 建立仿真模型如图6 所示。

图6(a) 32λg HFSS 仿真模型图

图6(b) 32λg 延迟线表面微带线

图6(c) 32λg 延迟线双层带状线

最终尺寸为8.5×14.3×2.538mm3，通过仿真可知频带内插损小于2.869dB ，中心频点相位为18.893o，驻波优于1.353。仿真结果如图7~9 所示。

图7 32λg 延迟线插入损耗

图8 32λg 延迟线相位延迟

图9 32λg 延迟线VSWR

4 结论

本文设计了2 种基于LTCC 技术的延迟线。工作频率在34.1-34.3GHz，延迟相位为16λg 和32λg。由仿真结果可以看出其具与传统的单层结构相比能够有效的缩小延迟线所占的面积；采用LTCC技术能够实现现代通信系统和雷达系统的小型化。

作者：朱 侗 国云川 代旭东 电子科大