【技术】使用Knowles的CG材料和薄膜微带线技术，滤波器尺寸可减少20倍，具有-55°C至125°C的温度稳定性

时间： 2023-03-15 来源：Knowles官网

技术问答

自2020年收购Integrated Microwave Corporation(IMC)以来，KNOWLES扩展了射频和微波滤波解决方案的范围，包括从VHF到Ka波段的各种陶瓷同轴谐振器、集总元件滤波器和腔体滤波器。在此期间，Knowles还继续创新并扩展其最受欢迎的滤波器类型之一——微带滤波器的产品系列。

也许您还不完全熟悉微带线技术，它于1952年首次发布，从那时起，介电材料制造和薄膜加工技术的众多进步导致微带线滤波的应用范围更广，特别是在毫米波频段下。

微带线技术工作原理概述

在高层次上，微带线指的是一种平面传输线技术，它由通过介电基板与接地平面隔开的导电带组成。

图1. 典型微带滤波器配置图

更具体地说，微带滤波器的设计和构造类似于在印刷电路板(PCB)上配置电路的方式。然而，微带滤波器的一个关键区别在于：印在固体电介质基板上的金属导体图案用于创建谐振器，而不仅仅是互连。条形元件的金属电路图案放置在固体电介质绝缘层上，电介质下方有金属接地层。微带线周围的场渗透两种不同的介质，一部分场在基板中，另一部分场在微带线上方的空气中。介电基板的较高介电常数导致电场集中在基板中，这意味着由于材料选择引起的场损失成为一个因素。FR4等标准PCB材料可用于1GHz以下的低Q值滤波器。使用陶瓷材料可以实现更低的损耗和更高的Q值。

这种类型的印刷传输线是一种流行的滤波选项，因为这些滤波器可以覆盖很宽的频率范围，生产成本低，而且通常比波导等替代传输线技术更轻、更紧凑。

克服微带滤波器的损耗问题

与其他传输线和波导滤波方法相比，微带滤波器最大的问题是损耗。然而，高k材料（例如Knowles的PG、CF和CG陶瓷）的发展使射频工程师能够开发低损耗微带传输线滤波器。

在图2中，Knowles展示了与使用普通RO4350 LoPro电介质的微带滤波器相比，使用Knowles的PG陶瓷的微带传输线配置如何减少损耗。在此比较中，Knowles在两种配置中使用了相同的材料厚度、金属电导率和50Ω微带传输线。

图2.图A说明损耗/英寸，图B显示损耗/波长

除了降低损耗之外，当滤波器制造商还在设计基板材料时，这还提供了另一个关键优势——能够大幅缩短沿微带传输线传播的电磁波的波长。对于微带线，波长使用以下等式确定：

Λ = 微带线中的波长

λ = 自由空间波长

ε_eff = 有效介电常数，它取决于基板材料的介电常数和微带线的物理尺寸。

以Knowles的表面贴装带通滤波器 B099NC4S为例，它是一种流行的X波段滤波器，尺寸为10.2mmx3.8mm，12GHz的自由空间波长为0.4λx0.15λ。Knowles可以利用通过开发自己的基板来实现的材料优势来缩短滤波器内的波长（根据上面的等式），以便与滤波器外部（即自由空间）中的任何辐射相比，滤波器最终可以实现非常好的滤波效果。

这也意味着Knowles可以开发适用于毫米波应用的小型微带表面贴装技术。由于Knowles可以使毫米波频段下的天线物理尺寸足够小，直接使用微带线方法在芯片或PCB上构建复杂的天线阵列是有意义的。因此，可以通过在基板上创建金属化图案来形成包括天线、耦合器、滤波器和功率分配器在内的整个器件。

Knowles的微带滤波器的性能

在Knowles Precision Devices，使用其薄膜微带线技术提供从1GHz到42GHz（及更高）的各种带通、低通和高通滤波器，如图3所示。

图 3. Knowles的微带滤波器覆盖的频率范围显示在绿色区域中

Knowles所有的微带滤波器都具有以下主要优势：

-55°C至125°C的温度稳定性

与典型PWB相比，使用Knowles的CG材料，滤波器尺寸减少了20倍，使用CF减少了10倍，使用PG减少了3倍

高可重复性，因为薄膜制造提供精确的制造性能而无需调谐

Knowles还拥有开发用于更高频率范围的定制微带滤波器的内部专业知识。

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