LTCC射频模块设计(HFSS)

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一种宽带X波段LTCC圆极化微带天线的设计

一种宽带X波段LTCC圆极化微带天线的设计

一种宽带X波段LTCC圆极化微带天线的设计吴同庆【摘要】为解决微带天线带宽较窄的问题,文章结合LTCC技术的多层基板工艺特点,设计一种X波段圆极化微带贴片天线.该天线在采用双层矩形辐射贴片的基础上,对矩形贴片开槽和进行不同尺寸的切角,其中对下层辐射贴片进行较大程度的切角;再对上下两层采用不同厚度的基板,其中下层基板较厚.利用HFSS对天线进行仿真设计,通过优化,该天线阻抗相对带宽达到22.4%,AR相对带宽达到14.9%.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2018(015)007【总页数】3页(P17-18,76)【关键词】微带天线;带宽;LTCC;圆极化;HFSS【作者】吴同庆【作者单位】电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054【正文语种】中文微带天线因为结构简单、体积小、重量轻、低剖面、易与载体共形、便于后端控制电路集成等优点,被广泛应用于卫星/导航以及雷达等系统中。

圆极化微带天线具有较强的抗干扰能力,已广泛地应用于电子侦察和电子对抗等领域[1]。

然而微带阵列天线带宽较窄,结合低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)技术的多层基板工艺特点,采用新型结构可以有效增大天线带宽,便于天线和T/R组件集成。

为了提高微带天线的带宽,国内外学者[2-7]提出了一系列的方法来提高微带天线的带宽,例如利用寄生、使用低介电常数基板等。

本文在双层贴片的基础上,进行一系列的改进,提高天线的阻抗带宽,并大幅度提高其圆极化带宽。

用电磁仿真软件—高频结构仿真(High Frequency Structure Simulator,HFSS)软件对该天线进行仿真,得到了较好的阻抗带宽和圆极化带宽。

1 天线设计1.1 天线阵列基本形状的选择常见的贴片微带天线形状有三角形、矩形、圆形等。

通常采用矩形贴片作为微带阵列天线的基本单元。

对于矩形微带贴片天线,贴片长度可以根据以下理论公式进行估算。

基于ADS和HFSS的矿井UWB射频前端电磁联合仿真方法

基于ADS和HFSS的矿井UWB射频前端电磁联合仿真方法

基于ADS 和HFSS 的矿井UWB 射频前端电磁联合仿真方法任文清(国家能源集团神东煤炭集团公司,陕西 榆林 719315)摘要:射频前端是矿井超宽带(UWB )定位系统的重要组成部分,其电磁性能影响定位精度。

目前UWB 定位系统射频前端设计一般针对单独器件或芯片使用ADS 或HFSS 进行仿真设计,随着射频前端设计的频段越来越高,分立元件、传输线等三维结构之间引起的寄生效应对射频前端电路性能的影响越来越大,需要研究板级射频前端电磁联合仿真方法。

针对上述问题,提出了一种基于ADS 和HFSS 的矿井UWB 射频前端电磁联合仿真方法。

首先,采用HFSS 软件对无源器件进行建模,并用HFSS 软件直接进行仿真得到对应的snp 文件。

然后,使用ADS 软件建立有源器件原理图,将参数读取控件和原理图连接,并将snp 文件导入控件中。

最后,在ADS 中对原理图进行仿真,ADS 和HFSS 之间通过S 参数作为媒介来进行联合操作,实现UWB 射频前端电磁特性的联合仿真。

综合运用ADS 和HFSS 对UWB 射频前端有源器件、无源器件及整体板级电路进行联合仿真,并根据仿真原理制作测试样品,实验结果表明,联合仿真结果与样品实测结果匹配,可用于UWB 射频前端设计和电磁性能综合测试。

将以电磁联合仿真方法设计的射频前端制作成PCB 样品并用于UWB 定位系统进行定位极限距离测试,测试结果表明,以电磁联合仿真方法设计的射频前端完全可以满足实际产品性能需求,在设计阶段对实际产品效果预测准确,提高了设计效率,降低了设计成本。

关键词:UWB 定位;射频前端;HFSS ;ADS ;电磁仿真中图分类号:TD655 文献标志码:AMine UWB radio frequency front-end electromagnetic co-simulation method based on ADS and HFSSREN Wenqing(CHN Energy Shendong Coal Group Co., Ltd., Yulin 719315, China)Abstract : The radio frequency front-end is an important part of mine ultra-wideband (UWB) positioning system. Its electromagnetic performance affects positioning precision. At present, the RF front-end design of the UWB positioning system is generally simulated by ADS or HFSS for single device or chip. With the increasing frequency band of RF front-end design, the parasitic effect caused by three-dimensional structures such as discrete components and transmission lines has more and more influence on the performance of RF front-end circuits. It is necessary to study the electromagnetic co-simulation method of the board-level RF front-end. In order to solve the above problems, a mine UWB RF front-end electromagnetic co-simulation method based on ADS and HFSS is proposed. Firstly, the passive device is modeled by HFSS software. The corresponding snp file is obtained by directly simulating with HFSS software. Secondly, ADS software is used to build the schematic diagram of active devices, connect the parameter reading control with the schematic diagram, and import the snp file into the control. Finally, the schematic diagram is simulated in ADS, and the joint operation between ADS and HFSS is realized through S parameters as the medium to realize the joint simulation of UWB RF front-end electromagnetic收稿日期:2023-01-18;修回日期:2023-02-16;责任编辑:盛男。

毫米波段LTCC滤波器的小型化设计

毫米波段LTCC滤波器的小型化设计

毫米波段LTCC滤波器的小型化设计丁勇;刘玲玲【摘要】提出一种新型宽边耦合结构的LTCC带通滤波器,在Z-维度上大大减小了电路尺寸.对该结构进行了奇偶模分析,论证了能够缩小体积的原因,并用HFSS软件进行了仿真验证.最后设计一款中心频率33GHz的毫米波滤波器,并用Ansoft's HFSS软件来设计、调试和优化该滤波器,带外衰减达到70dB,Z方向的高度减少20%以上.仿真结果表明,该滤波器具有较强的设计灵活性、陡峭的衰减以及更小的尺寸.%A novel broadsided-coupled stripline resonator structure is introduced to realize miniatured LTCC (Low Temperature Co-Sintered Ceramic)bandpass filters,miniaturing Z-dimension size.Odd-even mode analysis of the structure are performed.The reasons of this structure reducing the size are also demonstrated and verified by HFSS software simulation.Finally,a center frequency of 33GHz millimeter wave filter is designed,tuned and optimized by Ansoft's HFSS to improve the filter performance,attenuation out of band reaches 70 dB,and the Z dimension is reduced by 20%.The filter has good flexibility on design,steep attenuation and smaller size when compared with conventional filter.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2013(036)004【总页数】4页(P482-485)【关键词】毫米波;滤波器;小型化;耦合系数;低温共烧陶瓷(LTCC)【作者】丁勇;刘玲玲【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,南京210094;中国电子科技集团第十六研究所,合肥230043【正文语种】中文【中图分类】TN713滤波器在现代射频、微波系统中是不可缺少的元件,而随着通信系统对滤波器小型化、高性能的要求,LTCC技术应运而生[1]。

LTCC埋置微波无源器件研究的开题报告

LTCC埋置微波无源器件研究的开题报告

LTCC埋置微波无源器件研究的开题报告1.研究背景和意义随着无线通信和射频领域的快速发展,对于微波无源器件的需求也越来越高。

LTCC是一种基于陶瓷材料的多层印制电路板技术,具有良好的射频特性和适合微波有源/无源器件的加工性,因此在微波无源器件中得到了广泛的应用。

本课题旨在研究LTCC埋置微波无源器件的制备技术和性能验证方法,为微波无源器件的设计和制备提供新的思路和解决方法。

2.研究内容(1)LTCC微波器件的基本原理和制备技术:介绍LTCC埋置微波无源器件的基本原理和结构,详细介绍LTCC的制备工艺和关键技术。

(2)模拟分析和性能验证:通过模拟分析和实验验证,研究LTCC埋置微波无源器件的基本性能,包括S参数、功率、噪声等指标,并对其稳定性和可靠性进行评估。

(3)器件的实际应用:针对具体的应用场景,设计和制备不同类型的LTCC微波无源器件,并进行实际性能测试和评估。

3.研究方法(1)文献调研:深入了解LTCC埋置微波无源器件的发展和技术应用现状,查阅相关文献和资料,了解国内外最新研究成果和发展动态。

(2)理论模拟:通过ANSYS HFSS等模拟软件对LTCC埋置微波无源器件进行建模和仿真分析,得出其电磁性能指标。

(3)制备工艺:根据理论分析和模拟结果,确定制备工艺和制备参数,进行LTCC埋置微波无源器件的制备。

(4)性能测试:对制备好的LTCC埋置微波无源器件进行性能测试,包括S参数测试、功率测试、噪声测试等,评估其性能指标。

(5)实际应用测试:将制备好的器件应用于具体场景中,进行实际性能测试和评估。

4.预期成果本研究将实现LTCC埋置微波无源器件的制备和性能测试,包括S参数、功率、噪声等指标的评估和分析,为微波无源器件的设计和制备提供借鉴和参考。

同时,将针对具体应用场景,设计和制备不同类型的LTCC微波无源器件,为应用领域提供新的解决方案。

基于LTCC技术的S波段双工器的设计

基于LTCC技术的S波段双工器的设计

【 ywod 】T CB n — asft ; ih e Ke r sL C ;ad p l r Dp x r s ie
目前通 信 系 统 小 型 化 已成 为 国 内外 研 究 的热 点 . 助 L C 三 维 借 TC 理 论 上 传 输零 点 是指 传 输 函数 等 于 零 的 频 率 点 。 即这 一 频 率 上 的 空 间 的设 计 优 势 , 各 种 具 有 特 殊 要 求 的 无 源 器 件 ( 滤 波 器 、 工 能 量 完 全 不 能 通 过 网 络 , 将 如 双 因此 起 到 了隔 离 作 用 。 器、 电感 和 电容 等 ) 入 基 板 的 中间 层 , 有 源 芯 片 贴 装 在 表 面 层 或 埋 嵌 而 传 输 零 点 的 形 成 主 要是 因为 能 量 的阻 隔 , 常 有 两 种 极 端 的情 况 通
sg a n t g e o sr c o u e sg a fe t ey wh c tt e i ffle t n a u z t n i n a d i ma e r c n tu trt b i lef c i l , i h me he d sg o t rwi mi i t r a i . l s n v n i h i o
21 0 1年
第 9期
S IN E&T C N L YIF MA I CE C E H O OG OR TON N
o机械 与电子 。
科技信息
基于 L C T C技术 的 S波段双 工器的设计
刘 曦 ’ 王 凯 源
(. 1南京理 工大 学紫 金学 院电光 系 江苏 南 京 2 0 4 1 0 6; 2泰 克科 技< . 中国> 限公 司软件 测试 部 中国 上海 2 1 0 有 0 2 6)

基于LTCC的毫米波集成电路理论分析与仿真设计技术研究的开题报告

基于LTCC的毫米波集成电路理论分析与仿真设计技术研究的开题报告

基于LTCC的毫米波集成电路理论分析与仿真设计技术研究的开题报告一、研究背景随着无线通信和雷达技术的不断发展,毫米波通信和雷达系统逐渐成为研究的热点方向。

毫米波频段的宽带、高速率、低功耗等优势使其成为未来无线通信的重要选择。

与此同时,集成电路技术的不断提高也为毫米波系统的集成化提供了技术保障。

低温共烧陶瓷(LTCC)作为一种新型的集成电路材料,在高频和毫米波领域的应用也得到了广泛关注。

二、研究内容本研究主要针对基于LTCC的毫米波集成电路理论分析与仿真设计技术进行研究,具体内容包括:1. LTCC材料特性分析。

对LTCC材料的电学性能、介电常数等进行分析,以便后续的电路设计和仿真。

2. 毫米波集成电路设计。

根据系统要求和所选用的LTCC材料特性,设计毫米波集成电路的核心模块,包括低噪声放大器、混频器、功率放大器等。

3. 电磁仿真分析。

利用ANSYS等仿真软件对毫米波集成电路进行电磁仿真分析,分析电路的性能和特性。

4. 系统性能测试和优化。

对设计的毫米波集成电路进行系统性能测试,并根据测试结果对电路进行优化。

三、研究意义本研究将探索基于LTCC的毫米波集成电路理论分析与仿真设计技术,具有以下研究意义:能和可靠性。

2. 探索LTCC材料在毫米波领域的应用,为LTCC材料在集成电路领域的推广和发展提供一定的参考意见。

3. 为毫米波集成电路的研究提供新的思路和方法,为未来无线通信和雷达系统的集成化发展提供技术支持。

四、研究方法本研究将采用理论分析和仿真设计相结合的方法进行研究。

具体步骤包括:1. LTCC材料特性分析:通过实验测试和理论计算等方法,对LTCC材料的电学性能和介电常数等进行分析。

2. 毫米波集成电路设计:根据系统要求和所选用的LTCC材料特性,对毫米波集成电路进行设计。

3. 电磁仿真分析:利用ANSYS等仿真软件对设计的毫米波集成电路进行电磁仿真分析,分析电路的性能和特性。

4. 系统性能测试和优化:对设计的毫米波集成电路进行系统性能测试,并根据测试结果对电路进行优化。

HFSS软件使用基础介绍课件(1)

HFSS软件使用基础介绍课件(1)
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几何变换【Edit】【Arrange】/【Duplicate】 平移Move:沿指定矢量线移动至新位置; 旋转Rotate:沿指定坐标轴转动; 镜像移动Mirror:移动物体至指定平面的镜像 位置; 沿线复制Along line:沿指定矢量线复制模型; 绕轴复制Along Axis:沿指定坐标轴复制模型; 镜像复制:沿指定镜面复制模型;
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(3)分配边界条件 天线处在空气中,新建一个空气块包围住天线,作为求解电磁场的空间,在空气块表面设置“辐射边界条件”,模拟开放的自由空间,常用于天线分析。 注:为保证计算准确度,辐射边界距离辐射体不小于1/4工作波长。
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选中空气块: 【HFSS】【Boundaries】【Assign】 【Radiation】 Name项自己命名或者直接采用默认。
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2.2 HFSS使用介绍
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3.举例说明---通道机磁场分布
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1.启动软件,新建设计工程;注:“另存为”路径名不要带汉字
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2.选择求解类型;【HFSS】【Solution Type】 Driven ModalDriven Modal模式驱动求解类型:计算无源、高频结构的S参数时可选此项,如微带、波导、传输线结构;Driven Terminal终端驱动求解类型:计算多导体传输线端口的S参数,由终端电压和电流描述S矩阵;Eigemode本征模求解类型:主要用于谐振问题的设计,计算谐振结构的频率和场分布、谐振腔体的无载Q值。

hfss有限元法

hfss有限元法

hfss有限元法
HFSS(High-FrequencyStructureSimulator)是一种基于有限元法的电磁仿真软件,广泛应用于微波和射频电路设计领域。

它可以帮助工程师设计和优化射频、微波器件和天线,如功分器、耦合器、滤波器、天线等。

有限元法是一种数值分析方法,它将连续物理问题分割为有限数量的子问题,然后通过求解每个子问题的数学模型来得到整个问题的解。

在HFSS中,它将电磁问题分割为有限数量的元素,然后求解每个元素的电场和磁场,并通过这些元素之间的相互作用来得到整个问题的解。

HFSS的主要优点是其高精度和高效率。

它可以处理复杂的电磁问题,并且可以针对不同的物理现象进行建模和仿真。

此外,HFSS 具有可视化界面,可以帮助用户更直观地理解仿真结果,并进行更精细的优化。

在实际应用中,HFSS已经成为了微波和射频电路设计的主流工具之一。

它可以帮助工程师快速准确地评估不同设计方案的性能和特性,从而优化设计并提高产品的质量和可靠性。

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LTCC Considerations
-Conductors

Line width and spacing
-The minimum conductor line width shall be 200µm(A) -Maximum line width is 1.5mm with unlimited length. -The use of 90o lines is recommended for the optimum line width control. But 45o lines are allowed -The minimum conductors spacing shall be 200µm(B) -The minimum conductor line spacing to a via catch pad shall be 175 µm(C) -The minimum conductor line clearance to the substrate edge shall be 380 µm(D). Lead frame pad clearance to the substrate edge shall be 125 µm -The minimum SMD pad spacing to a via catch pad shall be 200 µm(F) -The minimum SMD pad spacing to a conductor line shall be 200 µm -The minimum SMD pad spacing to substrate edge shall be 500 µm(G)
LTCC Background

What is LTCC ?
- LTCC is a Process Technology which allows RF engineers to create Passive components in the LTCC substrate

LTCC(Low Temperature Ceramic Cofired)

LTCC Considerations
-Vias

Stacked vias
-Stacking of vias is acceptable through any number of layers. -A stacked via connection results in a bump on the part surface. Staggering of vias is recommended ro avoid this. -A minimum of one layer of via stagger is recommended for hermeticity.
LTCC Manufacturing process
Package Styles


Castellated
-Most recent development -Best RF performance -Lowest cost

Clip lead
-Backward Clip lead -Backward compatible -Good mechanical strength -Medium cost



Thermal vias
-Recommended thermal via diameter is 200µm for tape materials 951-A2 and 951-AX and 150µm for 951-AT -The minimum via pitch (center to center) in a thermal via shall be 3 x via diameter -The maximum thermal via array size is 6.5mm length and width -The minimum thermal via array to part edge clearance shall be 4mm
A
LTCC Considerations
-Cavities

Cavities
-Cavities or holes are produced in the unfired state by punching the cavity windows to the tape sheets before lamination. -The cavity walls shall be a minimum of 3.0 mm wide(B) -Via edge to cavity wall clearance shall be a minimum of 2.5 x via diameter(C) -The cavity bottom conductor to cavity wall clearance shall be 200µm (D) -Buried or exposed conductor to cavity wall clearance shall be a minimum of 250 µm(E) -Bond shelf minimum width shall be 0.8 mm(F)


LTCC Considerations
-Ground and power planes



-GrouLeabharlann d and power planes shall be a grid pattern of less than 50% conductor coverage. -The preferred plane uses 250µm lines and 550 µm spaces. -The grid pattern of planes on adjacent layers should be offset to provide a uniform substrate thickness. -Solid conductor areas on the gridded plane can be used locally to improve RF performance -The grid plane connection to a via can be improved by using a square catch pad that shares the current flow to several grid lines(A) -A minimum of 300 µm spacing shall separate the plane pattern and ant feed through via. 550µm 250µm 300µm
LTCC Considerations


Via sizes
-Vias-
-Via sizes are 150µm, 200µm and 250µm, as punched to the unfired tape. -Via diameter is recommended to be close to the rape thickness. -One via diameter on any tape layer recommended.
-Silver and Gold metal alloys are printed onto selected layers of the substrate -Each layer is a ceramic composite with very stable dielectric properties -Compliments silicon integration with embedded passives -Ceramic technology circuit elements such as capacitors resistors & inductors -Low-Temperature process allows for the use of highly conductive metals(AG,AU)
F D B E



A
C
Challenges in LTCC RF Module design

RF characterization data is not readily available For large embedded components(spiral inductor and parallel plate capacitors), considerable electrical modeling required. - coupling with ground and amongst components Integrated simulation between Circuit modeling and passive components realization required - L : length of unconventional line and via , C : area of arbitrary shape of plates - May use coupling amongst components to realize circuit components ("intentional" parasitic)


BGA
-Standard footprint -Good mechanical strength -Medium cost
LTCC Materials
Substrate & Package
Company Dupont Ferro Heraeus Kyocera Dielectric constant 7.8 7.5 5.9 5.9 7.68 9.15 5.6~5.7 9.4~9.5 Tangent δ 0.0063 0.002 0.0012 0.0039 0.0027 Model 951 943 A6M A6S CT800 CT2000 GL550 GL660
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