微波毫米波LTCC集成电路和天线的电磁快速分析方法及应用研究

现代军用和民用电子装备正在向小型化、轻量化、多功能和低成本方向发展, LTCC器件的特点恰到好处地满足了上述需求，各种基于LTCC新型结构的滤波器、电感器、电容器和天线层出不穷。随着LTCC电路和天线结构的复杂化和工作频率的提高，现有的电磁计算方法已经不能满足设计的需要。本项目拟采用基于积分方程的矩量法及多层快速多极子算法和新型波导模式理论对微波毫米波频段的LTCC常用传输线(如微带线、带状线、共面波导),各类埋置元器件(埋置电容、电感、滤波器)和天线及传输线垂直互连和金丝键合互连的电磁特性进行研究，推导出适用于LTCC多层复杂紧凑媒质环境并利于快速多极子加法定理展开的格林函数形式。在充分考虑寄生电感电容效应、基底材料导电损耗和层间互耦效应的基础上，对各类无源器件和天线结构进行建模，为LTCC微波毫米波电路和天线的综合设计提供精确快速的电磁场全波分析工具。

本项目采用基于积分方程的矩量法及多层快速多极子算法和新型波导模式理论对LTCC 常用传输线,各类埋置元器件和天线及传输线垂直互连和金丝键合互连的电磁特性进行研究，以解决微波毫米波频段的LTCC电路和天线的快速精确化设计问题。通过三年研究，取得了如下成果：（1）完成LTCC三维复杂结构多层媒质格林函数的推导。选择一条新的能包含更多奇异点和谱域格林函数信息的积分路径，克服传统DCIM远区计算误差大的缺陷，采用二维DCIM,将谱域格林函数看成kz和z的二维函数,对谱域核函数上进行二维采样。（2）采用矩量法对典型传输线进行分析，实现毫米波传输线精确建模技术。采用混合位积分方程（MPIE）计算典型毫米波传输线和垂直互连结构，在推导出空域格林函数的基础上，可以计算出广义阻抗矩阵。除了对物理性奇异性判断外，还对镜像性奇异性进行必要的处理。为了提取传输线结构的S参数，采用开路法结合最小二乘法获得更为精确的结果。（3）完成LTCC 三维复杂结构多层媒质基于修正镜像的快速多极子计算。利用加法定理对积分方程中的格林函数进行处理。获取具有周期重复结构（网状地网格）时，源、场点位于不同层或相同层时的格林函数准确形式，并加入有耗导体介质衰减，最后判断多极子模式数（即加法定理中无穷求和的截断项数），快速高效计算复杂电磁问题。（4）建立金丝键合互连参数电磁模型。对焊丝长度、拱高和跨距和键合强度等参数进行研究。（5）利用小型化新型元件结构，完成埋置滤波器，定向耦合器，魔T结构，双极化天线等器件的设计。