第三章 低溫陶瓷共燒低通濾波器
3.1 定 k 值與導 m 型濾波電路理論
3.1.2 組合式濾波器
圖3-7、定 k 值與 m 值π網路濾波電路
將定 k 值與 m 值π網路濾波電路作組合，如圖 3-7，經過簡單的化簡後，可 得到如圖3-8 的組合式低通濾波電路。
圖3-8、低通組合式濾波電路
3.2 低溫共燒陶瓷低通濾波器設計
3.3 模擬與量測結果
利用組合式低通濾波電路模型，並將其佈局於LTCC 多層介質中，其整體 結構如圖3-9 所示。整體的電路大小約為 2.5 mm × 2mm × 0.26 mm，模擬結果 如圖3-10 所示。此低通濾波器設計在 2.45GHz 的通帶，通帶介入損失約為 0.5dB，
截止頻率位於3GHz，輸入阻抗為 50 歐姆，衰減極點位於 4.9 GHz，其衰減量為 30dB。
(a)
(b)
(c)
圖3-9、低通濾波器之 (a) 俯視圖 (b) 側視圖 (c) 實體圖
圖3-10、低通濾波器頻率響應圖
第四章 低溫陶瓷共燒雙工器
（Low Temperature Co-fired Ceramics Diplexer）
4.1 雙工器介紹
濾波器每個頻率點的輸入阻抗。由圖4-2 的史密斯圖(Smith chart)，當對應到不 同的L1 值，低通濾波器 2.4 GHz 頻段都距離圓心不遠處，而 5.2 GHz 頻段的位 置則隨著L1 的增加而順時針旋轉移動，因此可藉由此特性，適當的調整 L1 長 度，將5.2GHz 位置調整至史密斯圖中的開路端，因此當訊號由埠 1 傳送至埠 2 時，不會受到5.2GHz 帶通濾波器之影響。L1 L2
圖4-2、不同的 L1 所得到的史密斯圖
由圖4-3 也可以清楚看到在不同的 L2 中，2.4 GHz 頻段則會隨著 L2 的增加 而順時針旋轉，而帶通濾波器的 5.2 GHz 頻段都在距離圓心不遠處，藉由調整 L2 長度，將帶通濾波器 2.4 GHz 頻段調整至史密斯圖中開路端，因此當訊號由 埠1 傳送至埠 3 時，亦不會受 2.4 GHz 頻段的影響。
圖4-3、不同的 L2 所得到的史密斯圖
適當調整 L1 與 L2 的長度後，將低通濾波器與帶通濾波器連接起來可得到 如圖4-4 之雙工器電路模型。
圖4-4、雙工器電路模型
下圖4-5 為 LTCC 製程中實現低溫共燒陶瓷雙工器整體結構俯視圖及側視 圖，如圖4-5、圖 4-6 為俯視圖，圖 4-7、圖 4-8 為側視圖。LTCC 電路結構中的 接地金屬面、輸入與輸出Port 皆在電路整體封裝完成後，以側面電極做連接，
其連接的材料為銀。
圖4-5、雙工器俯視圖(一)
圖4-6、雙工器俯視圖(二)
圖4-7、雙工器側視圖(一)
圖4-8、雙工器側視圖(二)
4.1.2 模擬與量測結果
此雙工器的大小約為 4 mm × 3.1 mm × 0.736 mm， 輸入與輸出阻抗為 50 歐姆接頭，低通2.4 GHz 頻段介入損耗約為 0.6dB，帶通頻段 5.2 GHz 介入損耗 約為1.8dB，其 Port2/Port3 的隔離度在低通 2.4 GHz 頻段約在 30dB 以下，帶通 5.2 GHz 頻段約在 20dB 以下，如圖 4-10 所示
圖4-9、雙工器頻率響應模擬圖
圖4-10、雙工器隔離度模擬圖
4.2 低溫共燒陶瓷雙工器模組
4.2.1 雙工器模組設計及模擬量測結果
本章節所要討論的是低溫共燒陶瓷雙工器模組。模組化已經是現今LTCC 發 展的重要趨勢[11,12]。此模組將先前所設計之雙工器，在其低頻輸出端與高頻輸 出端分別接上2.4 GHz 與 5.2 GHz 的帶通濾波器，其中 2.4 GHz 為改良式三階交 錯耦合梳型帶通濾波器，5 GHz 為二階雙零點帶通濾波器。其電路模型如圖 4-11 所示。此雙工器模組大小約為 5.6 mm × 4 mm × 0.736 mm，其整體結構如圖 4-12、圖 4-13 為俯視圖，圖 4-14、圖 4-15 為側視圖。輸入與輸出阻抗為 50 歐姆，
低通2.4 GHz 頻段介入損失約為 1.8dB，帶通 5.2 GHz 頻段介入損失約為 2.5dB，
2.4 GHz 與 5.2 GHz 頻段的反射損失(Return Loss)均在 10dB 以下，如圖 4-16 所 示，其隔離度在低頻2.4 GHz 頻段約 30dB 以下，5.2 GHz 頻段約 25dB 以下如圖 4-17 所示。
圖4-11、雙工器模組電路模型
設計此模組時發現，當LTCC模組完成後，其側邊的接地電極與嵌入FR4版 子間的via連接數量與整體的隔離度有成正比的影響，也就是說當FR4嵌入的via 數越多時，在高頻5.2 GHz的通帶頻段內，其隔離度會越好，反之，若嵌入的via 數越少時，其整體隔離度會越差，其影響的原因應該為確保每個側面電極的接地 面，連接至FR4的Ground必須為等電位，若電位不相等時，對電路的頻率響應則 會產生影響，因此在LTCC封裝完成後，其量測的工作亦須小心注意。
圖4-12、雙工器模組俯視圖(一)
圖4-13、雙工器模組俯視圖(二)
圖4-14、雙工器模組側視圖(一)
圖4-15、雙工器模組側視圖(二)
圖4-16、雙工器模組的頻率響應圖
圖4-17、雙工器模組的隔離度
第五章 結論
（Conclusion）
本論文第四章中所提出的LTCC 雙工器模組，日後將嘗試置入 Wireless LAN 通訊系統中進行測試，以確實了解是否符合通訊系統中的規格，並依據其工作表 現，改善電路佈局不良之處。由於此雙工器模組是先將每一個元件單獨完成，如 帶通濾波器、低通濾波器及雙工器等，再將這些元件結合，因此雙工器模組所佔 的體積較大，日後將嘗試改善其電路模型，將電路模型縮小簡化，設計較小的電 容電感值，減少 LTCC 中 via 使用的數量，並把電路佈局於 LTCC 多層介質中，
設計出品質更好，體積更小的模組。
最終希望利用LTCC 製程中多介質層的特性，設計出符合 Wireless LAN 通 訊系統前端射頻模組，包含LTCC 雙頻天線、雙工器，帶通濾波器、巴倫與 Switch 之整合模組，以達到無線通訊模組高整合度，體積縮小化的目標。
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