CN111525217A - 5g毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜ipd带通滤波器芯片 - Google Patents

5g毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜ipd带通滤波器芯片 Download PDF

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于会婷
王卫民
杨雨豪
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Abstract

本发明实施例提供了一种5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片。其中，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片为T型结构的滤波器芯片，包括：两个开路耦合线、一个阶梯阻抗开路枝节；所述阶梯阻抗开路枝节与所述开路耦合线相连，并且所述阶梯阻抗开路枝节的阻抗沿开路方向阶梯分布。可以通过阶梯阻抗开路枝节使得5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，相比传统的T型结构滤波器具有额外的两个传输零点，更好地屏蔽和抑制带外干扰，又可使传输极点的位置相距更近，从而提高频率选择性。同时，还能减小通带内回波损耗，实现更好的阻抗匹配。

Description

5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片
技术领域
本发明涉及毫米波传输技术领域，特别是涉及一种5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片。
背景技术
带通滤波器芯片(Band Pass Filter，BPF)是无线通信系统中的重要部件，理想的带通滤波器芯片可以只允许特定频段的微波通过，并阻止该特定频段外的微波通过，以起到频率选择的作用。而结构简单的T型结构带通滤波器是一种常用的带通滤波器。
但是，传统的T型结构带通滤波器在实际工作过程中，对于特定频段外的微波也有一部分能够通过，即传统的T型结构带通滤波器的带外抑制差，同时对特定频段内的微波也存较大的损耗。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，以实现提高T型结构带通滤波器芯片的频率选择性，更好地抑制带外干扰，同时减小通带内损耗的目的。具体技术方案如下：
在本发明实施例的第一方面，提供了一种5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片为T型结构的滤波器芯片，包括：
两个开路耦合线、一个阶梯阻抗开路枝节；
所述阶梯阻抗开路枝节与所述开路耦合线相连，并且所述阶梯阻抗开路枝节的阻抗沿开路方向阶梯分布。
在一种可能的实施例中，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片由薄膜集成无源器件IPD工艺生成。
在一种可能的实施例中，所述开路耦合线和所述阶梯阻抗开路枝节分别由三层金属传输线组成；
所述三层金属传输线为在高阻硅衬底生长得到的。
在一种可能的实施例中，薄膜IPD工艺中设置过孔。
在一种可能的实施例中，所述衬底下面设置一层接地金属，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片中需接地的端口通过过孔的方式连接到所述接地金属上共地。
在一种可能的实施例中，所述两个开路耦合线中的一个开路耦合线连接输入端口；
另一个开路耦合线连接输出端口；
在所述输入端口的两个对立的侧方分别设置有两个接地端；
在所述输出端口的两个对立的侧方分别设置有两个接地端。
在一种可能的实施例中，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的工作频段包括36.5GHz-39.5GHz。
在一种可能的实施例中，所述阶梯阻抗开路枝节包括第一子枝节和第二子枝节；
所述阶梯阻抗开路枝节通过所述第一枝节和所述开路耦合线相连；
所述第一子枝节内阻抗均匀分布；
所述第二子枝节内阻抗均匀分布；
所述第一枝节和所述第二子枝节的阻抗不同。
在一种可能的实施例中，所述第一子枝节的传输线线宽为大于所述第二子枝节。
在一种可能的实施例中，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片通带的带宽为-3dB带宽。
本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，可以通过阶梯阻抗开路枝节使得5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，相比传统的T型结构滤波器具有额外的两个传输零点，更好地屏蔽和抑制带外干扰，又可使传输极点的位置相距更近，从而提高频率选择性。同时，还能减小通带内回波损耗，实现更好的阻抗匹配。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的一种尺寸示意图；
图3a为本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的电路结构示意图；
图3b为发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的偶模等效电路图；
图3c为发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的奇模等效电路图；
图4为本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的S参数的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，图1所示为本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD(Integrated passive device，集成无源器件)带通滤波器芯片的一种结构示意图，可以包括：
两个开路耦合线100和一个阶梯阻抗开路枝节200。
阶梯阻抗开路枝节200与开路耦合线100相连，并且阶梯阻抗开路枝节200的阻抗沿开路方向阶梯分布。
选用该实施例，可以通过阶梯阻抗开路枝节使得5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，相比传统的T型结构滤波器具有额外的两个传输零点，更好地屏蔽和抑制带外干扰，又可使传输极点的位置相距更近，从而提高频率选择性。同时，还能减小通带内回波损耗，实现更好的阻抗匹配。
其中，开路方向是指阶梯阻抗开路枝节200的长度方向中远离阶梯阻抗开路枝节200与开路耦合线100连接点的方向。以图1所示为例，开路方向为图中的上方。呈阶梯分布，可以是指阶梯阻抗开路枝节200中的阻抗沿开路方向阶梯分段分布的。
示例性的，在一种可能的实施例中，阶梯阻抗开路枝节200中包括第一子枝节和第二子枝节。其中，第一子枝节与开路耦合线100相连，第二子枝节设置于第一子枝节的开路方向上。
第一子枝节和第二子枝节内阻抗均匀分布，并且第一子枝节和第二子枝节的阻抗不同。第一子枝节和第二子枝节的阻抗、尺寸可以根据实际需求进行设置，本实施例对此不做限制。
示例性的，在一种可能的实施例中，第一子枝节的传输线线宽大于第二子枝节的传输线线宽。例如，第一子枝节的传输线线宽为422微米，线长为645.5微米，第二枝节的传输线线宽为25微米，线长为838微米。
可以理解的是，智能终端的空间往往是有限的，因此如果一个元件所占用的体积越小，则能够为其他元件的安装提供更多的空间，使得智能终端能够安装更多元件，从而更好的实现用户需求。
基于此，在一种可能的实施例中，本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片可以是由薄膜集成无源器件IPD工艺生成的。薄膜IPD工艺采用曝光、显影、镀膜、扩散、刻蚀等薄膜制作过程，能够提高更精细的间距特性、更好的容差控制，使得生成的芯片具有更好的性能指标、更高的封装集成度以及更强的兼容性。因此，选用薄膜IPD生成5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，可以使得5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片具有更小的体积、更好的性能，并且能够有效降低生产成本。示例性的，在一种可能的实施例中，利用薄膜IPD生成的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的尺寸为2.58毫米*2.20毫米。
选用该实施例，可以充分利用薄膜IPD工艺的优势，缩小5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的尺寸，提高5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的性能，并降低5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的生产成本。
关于薄膜IPD工艺的原理并非本发明实施例的主要改进点，因此在此不再赘述。以下仅针对本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，进行示例性说明。
在一种可能的实施例中，开路耦合线和阶梯阻抗开路枝节由三层传输金属线组成。例如，可以是在高阻硅衬底上生成得到该三层传输金属线。
在一种可能的实施例中，为方便后期配合探针台完成芯片测试，输入和输出端口采用“接地-信号-接地”(GSG)形式实现。在衬底下面设置一层接地金属，接地金属的尺寸和形状可以根据实际需求进行设置，本实施例对此不做限制。5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片中，需接地的端口通过过孔的方式连接到该接地金属上共地，根据5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的设计，需接地的端口可以不同，本实施例对此不做限制。其中，衬底的下面是指与衬底的生长面的法向方向相反的方向，生长面为衬底上生长有三层金属传输线的面。
在一种可能的实施例中，本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的工作频段包括36.5GHz-39.5GHz，该频段为5G技术中应用较广的毫米波波段之一，可以使得本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片应用于5G通信系统中。
为了更清楚的对本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片进行说明，下面将结合具体的示例进行说明，下文提到的所有具体尺寸，仅是一种示例性的说明，对本发明不起限定作用。
可以参见图2，其中两个开路耦合线中的一个开路耦合线连接输入端口101，另一个开路耦合线连接输出端口102。并且，在输出端口的两个对立的侧方分别设置有两个接地端103，即5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片中共设置有4个接地端103，接地端103上设置有四个阵列排布的过孔104。
输入端口101和输出端口102可以为边长为75微米的正方形焊盘。接地端口103可以为边长为414微米的正方形焊盘，过孔104的半径可以为50微米，接地端口103边缘与过孔104间的最小距离为70微米，同一个接地端103上的四个104间的中心距为170微米。
接地端103和输入端101或输出端102组成“接地-信号-接地”的结构，该结构可以与探针相连，以便于后续的检测。图2中，其他标注的尺寸的具体数值可以如下所示：
l11＝922.5微米，l12＝848微米，l2＝645.5微米，l3＝838微米，w1＝15微米，w2＝422微米，w3＝25微米，w4＝75微米，w5＝414微米，s1＝78微米，s2＝70微米。
参见图3a-图3c，其中，图3a为本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的电路结构示意图，图3b为发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的偶模等效电路图，图3c为发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的奇模等效电路图。Port1和Port2表示电路中的两个端口，Yine为偶模等效电路的输入导纳，Yino为奇模等效电路的输入导纳。
上述电路图中标注出的参数的具体数值如下所示：
Ze1＝120Ω、Zo1＝56Ω、Z2＝30Ω、Z3＝120Ω、θ＝π/2。
同上述说明，此处所有参数仅是一种示例性的描述，在其他可能的实施例中，本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片也可以根据实际需求选用其他的参数，本实施例对此不做限制。
为有效证明本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的效果，可以参见图4，图4所示为本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的S参数的仿真结果示意图。其中，方形线段表示5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的S11参数，圆形线段表示5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的S21参数。
图中26.91GHz和41.71GHz处的两条虚线表示5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的通带，在本实施例中，通带的带宽为-3dB带宽。由图4可见，本发明实施例提供的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片在25.03GHz和46.11GHz处存在两个传输零点，并且在0GHz和70Ghz处存在另外两个传输零点，该另外两个传输零点在图中没有显示，但是可以通过理论计算得到，在此不再赘述。由于在0GHz和70Ghz处以外，还在26.91GHz和41.71GHz处存在额外的传输零点，因此，本发明实施例提供的带通滤波器芯片对通带外毫米波段的隔离度更好，实现了较强的带外干扰抑制。同时，本发明实施例提供的带通滤波器芯片的三个传输极点分别位于27.71GHz、34.84GHz、40.63GHz处，位置相距更近，提高了频率选择性。此外，本发明实施例提供的带通滤波器芯片在通带内具有较低的插入损耗，阻抗匹配更加良好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片为T型结构的滤波器芯片，包括：
两个开路耦合线、一个阶梯阻抗开路枝节；
所述阶梯阻抗开路枝节与所述开路耦合线相连，并且所述阶梯阻抗开路枝节的阻抗沿开路方向阶梯分布。
2.根据权利要求1所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片由薄膜集成无源器件IPD工艺生成。
3.根据权利要求2所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述开路耦合线和所述阶梯阻抗开路枝节由三层金属传输线组成；
所述三层金属传输线为在高阻硅衬底生长得到的。
4.根据权利要求3所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，薄膜IPD工艺中设置过孔。
5.根据权利要求4所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述衬底下面设置一层接地金属，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片中需接地的端口通过过孔的方式连接到所述接地金属上共地。
6.根据权利要求1所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述两个开路耦合线中的一个开路耦合线连接输入端口；
另一个开路耦合线连接输出端口；
在所述输入端口的两个对立的侧方分别设置有两个接地端；
在所述输出端口的两个对立的侧方分别设置有两个接地端。
7.根据权利要求1所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片的工作频段包括36.5GHz-39.5GHz。
8.根据权利要求7所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述阶梯阻抗开路枝节包括第一子枝节和第二子枝节；
所述阶梯阻抗开路枝节通过所述第一枝节和所述开路耦合线相连；
所述第一子枝节内阻抗均匀分布；
所述第二子枝节内阻抗均匀分布；
所述第一枝节和所述第二子枝节的阻抗不同。
9.根据权利要求8所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述第一子枝节的传输线线宽为大于所述第二子枝节。
10.根据权利要求1所述的5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片，其特征在于，所述5G毫米波阶梯阻抗开路枝节薄膜IPD带通滤波器芯片通带的带宽为-3dB带宽。
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