CN103715481B - 基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器 - Google Patents

基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器，包括滤波器输入端（1）和滤波器输出端（4），滤波器输入端（1）和滤波器输出端（4）之间包括形成S型弯折结构的若干段，各段内部包括：上地平面（15）、下地平面（11）、上信号线（16）、下信号线（12）、上支撑薄膜（17）、下支撑薄膜（13）、上结合壁（18）、下结合壁（14）。本发明由于采用带状线滤波器结构，信号线之间可实现强耦合，从而实现宽带滤波功能。

Description

基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器
技术领域
本发明涉及的是一种基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器。
背景技术
传统的平面传输线结构如微带线、共面波导、带状线、槽线等在低频段电路系统中有较好的性能，可以实现信号低损耗弱色散的传输。然而在微波毫米波频段电路乃至THz系统中，传统传输线的损耗和色散将是限制器件性能的一个重要的因素。针对传统传输线结构在毫米波段和太赫兹频段性能恶化的情况，国内外相继提出其他新型的传输线结构，如重叠式共面波导(OCPW)，提升式共面波导(ECPW)、v型槽型共面波导(V-CPW)，这些微机械传输线都在一定的程度上改善了传统传输线在毫米波频率范围的性能。但它们的工艺往往比较复杂，且应用比较有限，还需进一步研究它们在实际电路中的应用价值。虽然在毫米波电路中，槽线和波导的损耗都相对较小，但其体积庞大且笨重，不利于系统集成，因此也不能作为毫米波和太赫兹器件推广的传输线结构。
微屏蔽传输线结构是一种在结构上与共面波导类似的平面传输线，最早由Michigan大学的学者NihadI.Dib研制提出。微屏蔽线以薄膜为支撑，以空气为介质，结合新兴MEMS工艺技术湿法腐蚀形成横截面为梯形的屏蔽腔，此种传输线结构可以在一定程度上消除了表面波损耗、介质损耗以及由于介质与空气不连续性引起的色散效应。然而现有的微屏蔽线滤波器普遍采用平面结构，为了实现宽带滤波中所需的强耦合，两根耦合传输线之间的间隔必须非常小，这极大增加了工艺难度不利于实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器。
本发明的技术方案如下：
一种基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器，包括滤波器输入端(1)和滤波器输出端(4)，滤波器输入端(1)和滤波器输出端(4)之间包括形成S型弯折结构的若干段，各段内部包括：上地平面(15)、下地平面(11)、上信号线(16)、下信号线(12)、上支撑薄膜(17)、下支撑薄膜(13)、上结合壁(18)、下结合壁(14)，下地平面(11)采用多晶硅材料沉积并在沉积的多晶硅材料上表面镀良导体；然后沉积下结合壁(14)并刻蚀出中央空槽，在中央空槽上键合下支撑薄膜(13)和金属材料制作的下信号线(12)；接着用多晶硅材料加高下结合壁(14)的两侧以使上信号线(16)、下信号线(12)隔开；以同样的方法制作上半部分，最后将上下对称的两部分通过键合上结合壁(18)和下结合壁(14)即得到一段。
所述的基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器，滤波器输入端(1)和滤波器输出端(4)之间包括第一段(21)、第二段(22)、第三段(23)、第四段(24)，四段之间通过连接部分中的结合部分(34)直接连接；结合部分(34)在滤波器第一段(21)和第二段(22)之间、第三段和第四段之间连接的是上信号线(16)，而在滤波器第二段(22)和第三段(23)之间连接的是下信号线(12)；输入信号通过滤波器输入端(1)输入，下信号线(12)与下地平面(11)组成的下半部分传输线和上信号线(16)与上地平面(15)组成的上半部分传输线形成功率耦合，通过调整上信号线(16)、下信号线(12)之间的距离，上信号线(16)、下信号线(12)与上地平面(15)、下地平面(11)之间的距离，以及上信号线(16)、下信号线(12)的宽度，从下半部分传输线耦合到上半部分传输线的信号在工作频带外会受到抑制；接着信号经滤波器第一段(21)的上半部分传输线通过第一段、第二段滤波器之间的连接部分(31)直接传输到滤波器第二段(22)的上半部分传输线，然后耦合到滤波器第二段(22)下半部分传输线；接着信号经滤波器第二段(22)的下半部分传输线通过第二段、第三段滤波器之间的连接部分(32)直接传输到滤波器第三段(23)的下半部分传输线，然后耦合到滤波器第三段(23)上半部分传输线；接着信号经滤波器第三段(23)的上半部分传输线通过第三段、第四段滤波器之间的连接部分(33)直接传输到滤波器第四段(24)的上半部分传输线，最后信号被耦合到滤波器第四段(24)的下半部分传输线并通过滤波器输出端(4)输出；经过四段耦合，工作频带外的信号得到进一步抑制，实现了满足性能指标的滤波功能。
本发明具有以下有益效果：
1.与腔体结构滤波器相比，传统太赫兹频段的滤波器多采用腔体结构，整体尺寸较大。本发明可采用S型弯折结构，减小滤波器整体体积。
2.本发明由于采用带状线滤波器结构，信号线之间可实现强耦合，从而实现宽带滤波功能。
附图说明
图1滤波器整体结构；其中A代表整个滤波器任意一处的横截面；
图2滤波器任意一段横截面图；
图3滤波器两段间连接方式；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明为工作在太赫兹频段的MEMS滤波器，功能是实现在太赫兹频段的滤波，参考图1，为该MEMS滤波器整体结构，采用S型弯折结构以减小整体面积。其具体包括，滤波器输入端1和滤波器输出端4，输入输出信号都通过下信号线12和下地平面11连入滤波器。图1所示为4阶滤波器，包括第一段21、第二段22、第三段23、第四段24，四段之间通过连接部分中的结合部分34直接连接。
参考图2，该MEMS滤波器任意一段的横截面A，其中包括：上地平面15、下地平面11、上信号线16、下信号线12、上支撑薄膜17、下支撑薄膜13、上结合壁18、下结合壁14。单位长度的结构由上下对称的两部分键合而成。下面部分的制作方法为：首先用多晶硅材料沉积下地平面11，其上表面镀良导体；然后沉积结合壁14并刻蚀出中央空槽，在中央空槽上键合支撑薄膜13和金属材料制作的下信号线12；接着用多晶硅材料加高下结合壁14的两侧以使上信号线16、下信号线12隔开；然后以同样的方法制作上面部分，最后将上下对称的两部分通过键合上结合壁18和下结合壁14即得到总体结构。
由于该MEMS滤波器为4阶拓扑结构，不同段的滤波结构其上信号线16、下信号线12之间以及下信号线12与地平面11的距离不一样。参考图3，其为该滤波器第一段21和第二段22间连接部分的剖面图(沿图2中的虚线的剖面图)。其结合部分34通过加高相对较低的上信号线16使其与较高的上信号线16达到同一水平面以实现不同段滤波结构之间的金属互联。较高的上信号线16由上支撑薄膜17支撑，较低的上信号线16由上支撑薄膜17支撑。另外结合部分34在滤波器第一段和第二段之间、第三段和第四段之间连接的是上信号线16，而在滤波器第二段和第三段之间连接的是下信号线12。
本发明工作原理是基于耦合传输线，当两个无屏蔽的传输线紧靠在一起时，由于各个传输线的电磁场的相互作用，在传输线之间存在特定频率的功率耦合。在本发明中，当输入信号通过滤波器输入端1输入，下信号线12与下地平面11组成的下半部分传输线和上信号线16与上地平面15组成的上半部分传输线形成功率耦合，通过调整上信号线16、下信号线12之间的距离、上信号线16、下信号线12与上地平面15、下地平面11之间的距离，以及上信号线16、下信号线12的宽度，从下半部分传输线耦合到上半部分传输线的信号在工作频带外会受到抑制。接着信号经滤波器第一段21的上半部分传输线通过滤波器之间的连接部分31直接传输到滤波器第二段22的上半部分传输线，然后按照同样的原理耦合到滤波器第二段22下半部分传输线，接着信号经滤波器第二段22的下半部分传输线通过第二段、第三段滤波器之间的连接部分32直接传输到滤波器第三段23的下半部分传输线，然后耦合到滤波器第三段23上半部分传输线；接着信号经滤波器第三段23的上半部分传输线通过第三段、第四段滤波器之间的连接部分33直接传输到滤波器第四段24的上半部分传输线，最后信号被耦合到滤波器第四段24的下半部分传输线并通过滤波器输出端4输出。经过四段耦合，工作频带外的信号得到进一步抑制，实现了满足性能指标的滤波功能。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器，包括滤波器输入端(1)和滤波器输出端(4)，其特征在于，滤波器输入端(1)和滤波器输出端(4)之间包括形成S型弯折结构的若干段，各段内部包括：上地平面(15)、下地平面(11)、上信号线(16)、下信号线(12)、上支撑薄膜(17)、下支撑薄膜(13)、上结合壁(18)、下结合壁(14)，下地平面(11)采用多晶硅材料沉积并在沉积的多晶硅材料上表面镀良导体；然后沉积下结合壁(14)并刻蚀出中央空槽，在中央空槽上键合下支撑薄膜(13)和金属材料制作的下信号线(12)；接着用多晶硅材料加高下结合壁(14)的两侧以使上信号线(16)、下信号线(12)隔开；以同样的方法制作上半部分，最后将上下对称的两部分通过键合上结合壁(18)和下结合壁(14)即得到一段。
2.根据权利要求1所述的基于微屏蔽结构的太赫兹带状线滤波器，其特征在于，滤波器输入端(1)和滤波器输出端(4)之间包括第一段(21)、第二段(22)、第三段(23)、第四段(24)，四段之间通过连接部分中的结合部分(34)直接连接；结合部分(34)在滤波器第一段(21)和第二段(22)之间、第三段和第四段之间连接的是上信号线(16)，而在滤波器第二段(22)和第三段(23)之间连接的是下信号线(12)；输入信号通过滤波器输入端(1)输入，下信号线(12)与下地平面(11)组成的下半部分传输线和上信号线(16)与上地平面(15)组成的上半部分传输线形成功率耦合，通过调整上信号线(16)、下信号线(12)之间的距离，上信号线(16)、下信号线(12)与上地平面(15)、下地平面(11)之间的距离，以及上信号线(16)、下信号线(12)的宽度，从下半部分传输线耦合到上半部分传输线的信号在工作频带外会受到抑制；接着信号经滤波器第一段(21)的上半部分传输线通过第一段、第二段滤波器之间的连接部分(31)直接传输到滤波器第二段(22)的上半部分传输线，然后耦合到滤波器第二段(22)下半部分传输线；接着信号经滤波器第二段(22)的下半部分传输线通过第二段、第三段滤波器之间的连接部分(32)直接传输到滤波器第三段(23)的下半部分传输线，然后耦合到滤波器第三段(23)上半部分传输线；接着信号经滤波器第三段(23)的上半部分传输线通过第三段、第四段滤波器之间的连接部分(33)直接传输到滤波器第四段(24)的上半部分传输线，最后信号被耦合到滤波器第四段(24)的下半部分传输线并通过滤波器输出端(4)输出；经过四段耦合，工作频带外的信号得到进一步抑制，实现了满足性能指标的滤波功能。
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