如何解决微带滤波器的损耗问题？

【导读】与其他传输线或波导滤波方案相比，微带滤波器最大的问题在于损耗。可喜的是，随着高K值系列材料（如楼氏电容的PG、CF和CG陶瓷材料等）的拓展，如今射频工程师已能够开发出低损耗的微带传输线滤波器。

微带技术的工作原理概述

如图1所示，从专业的角度来说，微带指的是一种平面传输线技术，其中，导电带与接地层之间以电介质基板隔开。

图1. 典型微带滤波器结构图

具体说来，微带滤波器的设计与构造类似于印刷电路板（PCB）上的电路配置方式。二者的关键区别在于，在微带滤波器中，固体电介质基板上的金属导电带是作谐振器之用，而不仅仅只是互连而已。固体电介质绝缘层之上是金属导电带，其下是金属接地层。导电带周围的电场渗透到两种不同的介质中——部分电场渗透到基板中，另一部分则渗透到导电带上方的空气中。介质基板的介电常数越高，会导致越多的电场集中于基板之中——这意味着介质材料的选择是电场损失的一个重要因素。标准的PCB材料如FR4可用于1GHz以下的低Q值滤波器。选择陶瓷作为介质材料可实现更低的损耗、获取更高的Q值。

该类型的印刷传输线是一种较为常见的滤波应用选择，它可覆盖广泛的频率范围，产生更高的经济效益，并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

与其他传输线或波导滤波方案相比，微带滤波器最大的问题在于损耗。可喜的是，随着高K值系列材料（如楼氏电容的PG、CF和CG陶瓷材料等）的拓展，如今射频工程师已能够开发出低损耗的微带传输线滤波器。

如图2所示，我们将使用普通RO4350 LoPro电介质的微带滤波器与使用PG陶瓷介质的微带滤波器的损耗作了对比——两款配置均应用了相同的材料厚度、金属导电性和50Ω的微带传输线。

图1. (a)展示了损耗/英寸，（b）展示了损耗/波长

除了降低损耗外，滤波器制造商如果同时也作基板的工程设计，这就能得到另一个关键益处——可大幅缩短沿微带传输线传播的电磁波波长。就微带线而言，波长的计算公式如下：

Λ = 微带中的波长

λ = 自由空间的波长

εeff = 有效介电常数，取决于基板材料的介电常数和微带线的物理尺寸这两个因素

以楼氏电容（KPD）制造的标准品表贴式带通滤波器B099NC4S为例，它是一个常见的X波段滤波器。该滤波器的尺寸为10.2mm x 3.8mm，或者可以12GHz的自由空间波长（0.4λ x 0.15λ）表示。我们可基于自主研发基板材料的技术优势来缩短滤波器内的波长（参考上述公式），这样，相比滤波器外部（如自由空间）的任何辐射，滤波器自身都会显得相当小巧、紧凑。

这意味着我们能够开发出小型的微带表贴技术，而这正是毫米波（mmWave）应用的理想之选。由于我们能使mmWave天线的物理尺寸尽可能缩小，因此可直接使用微带方案在芯片或PCB上建立复杂的天线阵列。进而，含天线、耦合器、滤波器和功分器在内的整个设备都可以通过在基板上创建金属化图案来实现。

楼氏电容（KPD）的微带滤波器性能介绍

楼氏电容（KPD）的薄膜微带技术可提供各类带通、低通和高通滤波器，频率范围从1GHz到42GHz（及以上），如图2所示：

楼氏电容（KPD）的微带滤波器具备以下主要优势：

• -55℃至125℃下的温度稳定性；

• 相比使用传统的印刷线路板，使用楼氏电容（KPD）的CG材料，滤波器的尺寸可缩小为原来的1/20，使用CF材料可缩小为1/10，使用PG材料可缩小为1/3；

• 高重复性，因为薄膜制造提供了精确的制造性能，无需调整。

（来源：Knowles楼氏电容）