本論文中，我們提出縮小化低溫共燒陶瓷平衡式濾波器，其元件架構上包含平衡不平衡轉換器(balun)與帶通濾波器(BPF)。於帶通濾波器的設計上，我們經由修改二階原型並加入額外的電容與電感來形成通帶外的傳輸零點，以藉此抑制不必要的雜訊與干擾，而balun 部分，則於輸出入端加入四個並聯電容以改善傳統1/4 波長耦合線長度過長的缺點，使balun 尺寸大幅降低。本論文所實現的平衡式濾波器於通帶內的介入損失可於-2.5dB 以內，反射損失也在-20dB 以下，而振幅平衡與相位平衡部分，也均有0.5dB 以內及5度內誤差的水準，在尺寸方面，更只有2012 的大小，這比目前文獻中所記載還要小，亦是同類型商業產品中最小者。

In this thesis, we propose a miniaturized LTCC balanced filter that integrates bandpass filter (BPF) and balun. In order to reject interferences, we have the transmission zero of out-band by extra capacities and inductances in the prototype of Second-Order BPF. On the other hand, we miniaturize the balun by revising the length of couple-line with four shunt capacities. The practice size of the miniaturized balanced filter is 2.0mm x 1.25mm x 0.95mm.The insertion and return losses are less than -2.5dB and -20dB over operating frequency band, respectively. The phase difference is less than 5 °, and the amplitude difference is within -0.5dB in operating frequency band. The size is the smallest in the similar commercial product and relative journal.

目錄
致謝…………………………………………………………………. I
中文摘要……………………………………………………………. II
英文摘要……………………………………………………………. III
目錄…………………………………………………………………. IV
表目錄………………………………………………………………. VI
圖目錄………………………………………………………………. VII
第一章 緒論……………………..…………………………………. 1
1.1簡介……………………………………………………….. 1
1.2 平衡式濾波器的發展……………………………………. 2
1.3 論文及章節介紹…………………………………………. 3
第二章 LTCC 製程技術簡介………………………………………. 5
2.1 LTCC 製造流程…………………………………………… 5
2.2 LTCC 設計規則與考量……………………………..……. 8
2.3 LTCC 實體電路佈局與規劃……………………………… 8
第三章 Balun 的原理與設計……………………………………... 10
3.1 Marchand Balun 的基本原理…………………………… 10
3.2 Marchand Balun 的設計………………………………… 12
3.2 縮小化Marchand Balun的設計………………………… 16
第四章 帶通濾波器的原理與設計………………………………... 20
4.1 諧振器原理與帶通濾波器………………………………. 20
4.1.1 諧振器理論………………………………………. 20
4.1.2 雙傳輸零點之帶通濾波器分析與設計…………. 23
4.2 帶通濾波器的實現………………………………………. 27
第五章 縮小化平衡式濾波器設計………………………………... 29
5.1 平衡式濾波器簡介………………………………………. 29
5.2 縮小化LTCC平衡式濾波器設計與製作………………… 30
第六章 校正與元件量測…………………………………………... 32
6.1 TRL校正法簡介………………………………………….. 32
6.2 TRL校正器的設計與製作……………………………….. 33
6.3 平衡式濾波器的量測……………………………………. 35
6.4 結果與討論………………………………………………. 36
第七章 結論………………………………………………………... 37
參考文獻……………………………………………………………. 90

表目錄
第一章
表2-1 LTCC 設計規則………………………………………… 39
表2-2 LTCC 各項設計規則說明……………………………… 40
第五章
表5-1 縮小化低溫共燒陶瓷平衡式濾波器預期規格………… 41
第六章
表6-1 Reflect 校正器規格……………………………………. 83
表6-2 Thru 校正器規格………………………………………. 83
表6-3 Line 校正器規格………………………………………. 84


圖目錄
第一章
圖1-1 手機中使用LTCC狀況，虛線框內為目前既有封裝的範圍，其餘為未來封裝的範圍……………………………. 42
圖1-2 LTCC藍芽模組…………………………………………… 42
圖1-3 藍芽耳機示意圖………………………………………….. 43
圖1-4 LTCC元件剖面圖………………………………………… 43
第二章
圖2-1 LTCC製造流程…………………………………………… 44
圖2-2 薄帶打孔示意圖…………………………………………. 45
圖2-3 薄帶填孔示意圖…………………………………………. 45
圖2-4 網版印刷示意圖…………………………………………. 46
圖2-5 堆疊與壓合示意圖………………………………………. 46
圖2-6 LTCC元件尺寸示意圖…………………………………… 47
圖2-7 LTCC內埋電容：(a)MIM型 (b) VIC型電容…………… 47
圖2-8 LTCC內埋電感：(a)平面型 (b)螺旋型………………… 48
第三章
圖3-1 Balun示意圖……………………………………………… 48
圖3-2 Marchand Balun示意圖…………………………………… 49
圖3-3 面對面帶線型耦合結構…………………………………. 49
圖3-4 輸出響應…………………………………………………. 50
圖3-5 平衡輸出相位差…………………………………………. 50
圖3-6 耦合線寬W與間距S修改後之響應……………………… 51
圖3-7 最佳耦合狀態與修改後的響應比較……………………. 51
圖3-8 三維實體結構設計………………………………………. 52
圖3-9 輸出響應…………………………………………………. 53
圖3-10 平衡輸出相位差…………………………………………. 53
圖3-11 介入損失…………………………………………………. 54
圖3-12 輸出振幅平衡……………………………………………. 54
圖3-13 電容補償型Marchand Balun……………………………... 55
圖3-14 電容補償型Marchand Balun分析示意圖………………… 55
圖3-15 偶模態分析等效電路……………………………………. 56
圖3-16 奇模態分析等效電路……………………………………. 56
圖3-17 輸出響應………………………………………………….. 57
圖3-18 平衡輸出相位差…………………………………………. 57
圖3-19 縮小化Marchand balun 耦合線實體佈局……………….. 58
圖3-20 縮小化balun三維實體模擬之輸出響應…………………. 58
圖3-21 縮小化balun三維實體模擬之平衡輸出相位差…………. 59
圖3-22 縮小化balun三維實體模擬之介入損失………………… 59
圖3-23 縮小化balun三維實體模擬之振幅平衡…………………. 60
圖3-24 不平衡輸入端並聯電容C2做±0.1pF的變化情況……….. 60
圖3-25 為不平衡輸入端並聯電容C2由原本2.0pF每次變化0.1pF對反射損失的函數圖………………………………. 61
圖3-26 為不平衡輸入端並聯電容C2由原本2.0pF每次變化0.1pF對最佳匹配頻率的函數圖…………………………. 61
圖3-27 平衡輸出Port2之並聯電容C1由原本1.0pF正負變化0.1pF的結果………………………………………………. 62
圖3-28 為平衡輸出Port2之並聯電容C1由原本1.0pF正負變化0.1pF對反射損失的函數圖………………………………. 62
圖3-29 為平衡輸出Port2之並聯電容C1由原本1.0pF正負變化0.1pF對最佳匹配頻率的函數圖…………………………. 63
圖3-30 不平衡輸入終端並聯電容C2由原本2.0pF正負變化0.1pF的結果………………………………………………. 63
圖3-31 為不平衡輸入終端並聯電容C2由原本2.0pF正負變化0.1pF對最佳匹配頻率的函數圖…………………………. 64
圖3-32 為不平衡輸入終端並聯電容C2由原本2.0pF正負變化0.1pF對最佳匹配頻率的函數圖…………………………. 64
圖3-33 平衡輸出Port3並聯電容C１做±0.1pF的變化情況……… 65
圖3-34 為平衡輸出Port3之並聯電容C1由原本1.0pF正負變化0.1pF對反射損失的函數圖………………………………. 65
圖3-35 為平衡輸出Port3之並聯電容C1由原本1.0pF正負變化0.1pF對最佳匹配頻率的函數圖…………………………. 66
第四章
圖4-1 RLC串聯諧振電路……………………………………….. 66
圖4-2 RLC串聯諧振電路輸入阻抗對頻率的響應圖………….. 67
圖4-3 RLC並聯諧振電路……………………………………….. 67
圖4-4 RLC並聯諧振電路輸入阻抗對頻率的響應圖………….. 68
圖4-5 二階原形帶通濾波器…………………………………….. 68
圖4-6 二階原形帶通濾波器 (a)反射損失 (b)介入損失………. 69
圖4-7 加入額外電容與電感之二階帶通濾波器……………….. 70
圖4-8 微波網路分析之部分電路……………………………….. 70
圖4-9 微波網路分析：具C4電容之部分電路及其等效示意圖… 71
圖4-10 微波網路分析：完整帶通濾波器及其等效示意圖……… 71
圖4-11 雙傳輸零點之二階帶通濾波器反射損失……………….. 72
圖4-12 雙傳輸零點之二階帶通濾波器之介入損失…………….. 72
圖4-13 帶通濾波器實體佈局之I/O示意圖………………………. 73
圖4-14 C1的佈局：採五層VIC型電容………………………….. 73
圖4-15 C2、C3與C4佈局，同樣採VIC電容形式………………. 74
圖4-16 L1的佈局：採用平面型電感……………………………… 74
圖4-17 利用側電極來取代L2……………………………………. 75
圖4-18 雙傳輸零點之帶通濾波器三維實體佈局：反射損失….. 75
圖4-19 雙傳輸零點之帶通濾波器三維實體佈局：介入損失….. 76
第五章
圖5-1 藍芽系統接收示意圖…………………………………….. 76
圖5-2 平衡式濾波器完整電路圖……………………………….. 77
圖5-3 縮小化平衡式濾波器三維實體佈局…………………….. 78
圖5-4 三維實體佈局響應圖…………………………………….. 79
圖5-5 修改C1後的響應…………………………………………. 79
圖5-6 縮小化平衡式濾波器三維實體佈局響應圖…………….. 80
圖5-7 縮小化平衡式濾波器平衡輸出端相位差……………….. 80
圖5-8 縮小化平衡式濾波器介入損失………………………….. 81
圖5-9 縮小化平衡式濾波器振幅平衡響應…………………….. 81
第六章
圖6-1 元件量測示意圖………………………………………….. 82
圖6-2 微帶線結構圖…………………………………………….. 82
圖6-3 Reflect 校正器…………………………………………… 83
圖6-4 Thru 校正器……………………………………………… 83
圖6-5 Line 校正器……………………………………………… 84
圖6-6 S21相位響應……………………………………………… 84
圖6-7 Return loss響應圖………………………………………… 85
圖6-8 Insertion loss響應圖……………………………………… 85
圖6-9 Return loss響應圖………………………………………… 86
圖6-10 平衡式濾波器實作元件圖……………………………….. 86
圖6-11 將元件置於測試板上進行量測…………………………. 87
圖6-12 元件實測結果…………………………………………….. 87
圖6-13 實作與模擬之反射損失比較…………………………….. 88
圖6-14 實作與模擬之介入損失比較…………………………….. 88
圖6-15 實作與模擬之相位差比較……………………………….. 89
圖6-16 實作與模擬之振幅平衡比較…………………………….. 89

參考文獻
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