CN112768857A - 一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器 - Google Patents

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王凤娟
柯磊
余宁梅
杨媛
朱樟明
尹湘坤
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Abstract

本发明公开了一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，包括上、下两层RDL结构，所述两层RDL结构分别作为滤波器电路的高电平区域和低电平区域，上下两层RDL的中间采用TSV排布，TSV与上、下RDL一起实现正耦合和负耦合结合的交叉耦合拓扑功能，另外上层RDL两侧分别接输入RDL段和RDL输出段。本发明通过增加两个有限传输零点来提高滤波器的带外抑制性能，并通过利用TSV的优良电学特性，实现了在太赫兹领域内同时具有良好的带内特性和带外特性的基片集成波导滤波器。

Description

一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器
技术领域
本发明属于无源电子器件技术领域，涉及一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器。
背景技术
微波技术在卫星通信、光纤通信和高速计算机发展等科技前沿领域发挥着关键作用。微波滤波器作为微波领域的重要组件，其高性能和低成本的研究得到越来越广泛的关注。微带线、波导是是微波滤波器应用最为广泛的导波结构。微带线具有高集成度、低成本的优点，但是介质损耗、导体损耗较大。而波导具有高品质因子、高性能、低损耗，但是很难与平面结构集成。为了整合微带线和波导两者优点、弥补两者缺点，基片集成波导应运而生。
基片集成波导具有微带线这类平面结构的高集成度，也具有波导此类非平面结构的高性能的优点。传统基片集成波导基于切比雪夫滤波器原型的方法，采用全极点传输函数，设计得到直接耦合滤波器。基片集成波导直接耦合滤波器具有良好的带内特性，但是带外特性有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，来实现六阶基片集成波导滤波器，从而提高该滤波器的带外抑制特性。
本发明所采用的技术方案是，一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，包括上、下两层RDL结构，所述两层RDL结构分别作为滤波器电路的高电平区域和低电平区域，上下两层RDL的中间采用TSV排布，TSV与上、下RDL一起实现正耦合和负耦合结合的交叉耦合拓扑功能，另外上层RDL两侧分别接输入RDL段和RDL输出段。
滤波器为六阶，具有六个谐振腔。
六个谐振腔中第一个谐振腔与第四个谐振腔采用电容负耦合结构；第三个谐振腔与第六个谐振腔采用电容负耦合结构。
六个谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。输入和第一个谐振腔之间的耦合结构与第六个和第四个谐振腔的耦合结构相同，采用微带线和共面波导结合的方式实现馈电。
滤波器为对称结构，输入、输出一一对应，第一个谐振腔对第六个谐振腔、第二个谐振腔对第五个谐振腔、第三个谐振腔对第四个谐振腔。
该滤波器采用硅基衬底。
馈线采用微带线和共面波导相结合的方式。
本发明的有益效果是：
本发明通过增加两个有限传输零点来提高滤波器的带外抑制性能，并通过利用TSV的优良电学特性，实现了在太赫兹领域内同时具有良好的带内特性和带外特性的基片集成波导滤波器。该滤波器实现了通带频率360.9GHz～378.0GHz,带内最大插入损耗2.0dB,带内最大回波损耗10.35dB。并且在低于328.5GHz和高于399.1GHz的频率下，该滤波器回波损耗已经高于25dB。
附图说明
图1是本发明的串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器的俯视图(上RDL和TSV部分)；
图2是本发明的串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器的俯视图(上RDL、下RDL和TSV部分)；
图3是本发明的串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器的三维视图。
图中：1～24、组成第一个谐振腔、第四个谐振腔和第五个谐振腔的侧臂的TSV；25～48、组成第二个谐振腔、第三个谐振腔和第六个谐振腔的侧臂的TSV；49～56、组成第五个谐振腔的侧臂的TSV；57～64、组成第二个谐振腔的侧臂的TSV；65～68、组成第四个和第五个谐振腔部分公共边的TSV；69～72、组成第二个和第三个谐振腔部分公共边的TSV；73～76、组成第一个和第四个谐振腔部分公共边的TSV；77～80、组成第三个和第六个谐振腔部分公共边的TSV；81～82、组成第一个和第二个谐振腔部分公共边的TSV；83～88、组成第三个和第四个谐振腔公共边的TSV；89～90、组成第五个和第六个谐振腔部分公共边的TSV；91～92、用于输入输出的RDL段；93、包括两个正S槽缺口和四个共面波导缺口的上RDL；94、包括两个负S槽缺口的下RDL。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，如图1、2所示，包括上、下两层RDL结构，所述两层RDL结构分别作为滤波器电路的高电平区域和低电平区域，上下两层RDL的中间采用TSV排布，TSV与上、下RDL一起实现正耦合和负耦合结合的交叉耦合拓扑功能，另外上层RDL两侧分别接输入RDL段和RDL输出段。
滤波器为六阶，具有六个谐振腔。
六个谐振腔中第一个谐振腔与第四个谐振腔采用电容负耦合结构；第三个谐振腔与第六个谐振腔采用电容负耦合结构。
六个谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。输入和第一个谐振腔之间的耦合结构与第六个和第四个谐振腔的耦合结构相同，采用微带线和共面波导结合的方式实现馈电。
滤波器为对称结构，输入、输出一一对应，第一个谐振腔对第六个谐振腔、第二个谐振腔对第五个谐振腔、第三个谐振腔对第四个谐振腔。
该滤波器采用硅基衬底。
馈线采用微带线和共面波导相结合的方式。
实施例
一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，如图3所示，采用上下两铜层RDL结构分别作为滤波器电路的高低电平区域，上下两层RDL的中间采用TSV排布、与上下RDL一起实现正耦合和负耦合结合的交叉耦合拓扑功能，另外上层RDL两侧分别接输入RDL段和RDL输出段。该滤波器为六阶，即具有六个谐振腔。第一个谐振腔与第四个谐振腔采用电容负耦合结构。第三个谐振腔与第六个谐振腔也采用电容负耦合结构。另外六个谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。输入和第一个谐振腔之间的耦合结构与第六个和第四个谐振腔的耦合结构相同，采用微带线和共面波导结合的方式实现馈电。此外，该滤波器为对称结构，输入对输出、第一个谐振腔对第六个谐振腔、第二个谐振腔对第五个谐振腔、第三个谐振腔对第四个谐振腔。
1～24、组成第一个谐振腔、第四个谐振腔和第五个谐振腔的侧臂的TSV；25～48、组成第二个谐振腔、第三个谐振腔和第六个谐振腔的侧臂的TSV；49～56、组成第五个谐振腔的侧臂的TSV；57～64、组成第二个谐振腔的侧臂的TSV；65～68、组成第四个和第五个谐振腔部分公共边的TSV；69～72、组成第二个和第三个谐振腔部分公共边的TSV；73～76、组成第一个和第四个谐振腔部分公共边的TSV；77～80、组成第三个和第六个谐振腔部分公共边的TSV；81～82、组成第一个和第二个谐振腔部分公共边的TSV；83～88、组成第三个和第四个谐振腔公共边的TSV；89～90、组成第五个和第六个谐振腔部分公共边的TSV；91～92、用于输入输出的RDL段；93、包括两个正S槽缺口和四个共面波导缺口的上RDL；94、包括两个负S槽缺口的下RDL。
输入RDL段长140μm、宽47.2μm。TSV直径10μm，高度80μm。上RDL宽390μm，长469.6μm，厚5μm。下RDL宽390μm，长564μm，厚5μm。谐振腔的距离取两侧的TSV中轴线的距离。两个谐振腔间的窗口的距离取共线处中间的两个TSV中轴线的距离。第一个谐振腔长146.4μm，宽80μm。第二个谐振腔长156.1μm，宽80μm。第三个谐振腔长157.1μm，宽80μm。第四个谐振腔长157.1μm，宽80μm。第五个谐振腔长156.1μm，宽80μm。第六个谐振腔长146.4μm，宽80μm。第一个谐振腔与第二个谐振腔窗口间距116.4μm。第二个谐振腔与第三个谐振腔窗口间距80μm。第三个谐振腔与第四个谐振腔窗口间距77.1μm第四个谐振腔与第五个谐振腔窗口间距80μm。第五个谐振腔与第六个谐振腔窗口间距116.4μm。第一个谐振腔与第四个谐振腔之间宽边上依次有四个TSV：第一个TSV和相邻长边中轴线距离为25μm；第四个TSV和相邻长边中轴线距离为25μm；第一个TSV与第二个TSV中轴线距离为35μm；第四个TSV与第三个TSV中轴线距离为35μm。第三个谐振腔与第六个谐振腔之间宽边上同样依次有四个TSV：第一个TSV和相邻长边中轴线距离为25μm；第四个TSV和相邻长边中轴线距离为25μm；第一个TSV与第二个TSV中轴线距离为35μm；第四个TSV与第三个TSV中轴线距离为35μm。上RDL具有四个共面波导槽缺口和两个正S型槽缺口。四个共面波导槽缺口具有相同尺寸，长20μm、宽5μm。两个正S型槽缺口具有相同尺寸，由内侧半圆直径38.4μm、外侧半圆直径41.6μm的两个半圆环组成，其交阶面的中心位于该侧边的中点。下RDL具有两个负S型槽缺口。两个负S型槽缺口具有相同尺寸，由内侧半圆直径38.4μm、外侧半圆直径41.6μm的两个半圆环组成，其交阶面的中心位于该侧边的中点。最右侧上边界和下边界相邻两个TSV中轴距为19.6μm。左边四个谐振腔交叉处有四个横向的TSV，其中间两个TSV中轴距为29.7μm。右边四个谐振腔交叉处有四个横向的TSV，其中间两个TSV中轴距为20μm。除上述标明外，其余相邻两个TSV中轴距为20μm。
该滤波器采用硅基衬底，与现有普遍的硅工艺产品相兼容。馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，使得以足够小的尺寸实现良好的馈电效果。

Claims (7)

1.一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，其特征在于，包括上、下两层RDL结构，所述两层RDL结构分别作为滤波器电路的高电平区域和低电平区域，上下两层RDL的中间采用TSV排布，TSV与上、下RDL一起实现正耦合和负耦合结合的交叉耦合拓扑功能，另外上层RDL两侧分别接输入RDL段和RDL输出段。
2.根据权利要求1所述的一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，其特征在于，所述滤波器为六阶，具有六个谐振腔。
3.根据权利要求2所述的一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，其特征在于，所述六个谐振腔中第一个谐振腔与第四个谐振腔采用电容负耦合结构；第三个谐振腔与第六个谐振腔采用电容负耦合结构。
4.根据权利要求2所述的一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，其特征在于，所述六个谐振腔之间依次采用电感正耦合结构。输入和第一个谐振腔之间的耦合结构与第六个和第四个谐振腔的耦合结构相同，采用微带线和共面波导结合的方式实现馈电。
5.根据权利要求2所述的一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，其特征在于，所述滤波器为对称结构，输入、输出一一对应，第一个谐振腔对第六个谐振腔、第二个谐振腔对第五个谐振腔、第三个谐振腔对第四个谐振腔。
6.根据权利要求1所述的一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，其特征在于，所述该滤波器采用硅基衬底。
7.根据权利要求1所述的一种串列形六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，其特征在于，所述馈线采用微带线和共面波导相结合的方式。
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