CN113471653B - 一种玻璃基宽阻带微波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃基宽阻带微波滤波器，包括依次层叠的第一金属层(1)、第一介质层(2)、第二金属层(3)、键合层(7)、第三金属层(4)、第二介质层(5)和第四金属层(6)。本发明的微波滤波器在第二阶谐振腔和第三谐振腔之间R2‑R3、第四谐振腔和第五阶谐振腔R4‑R5之间设置有多个辐射窗口，引入了混合耦合方式，即同时包含电耦合和磁耦合，进而同步增强了电场耦合与磁场耦合，在低通带附近引入传输零点，提高了低通带的频率选择特性，同时提高了通带的带宽，降低了回波损耗。

Description

一种玻璃基宽阻带微波滤波器

技术领域

本发明属于集成电路制造与封装技术领域，具体涉及一种玻璃基宽阻带微波滤波器。

背景技术

摩尔定律发展趋势放缓和集成电路应用的多元化发展，是当前集成电路产业的两个重要特点，随着智能手机、物联网、汽车电子、高性能计算、5G和人工智能等领域产品的兴起，特别是在5G领域，例如5G毫米波(28-60GHz)、5G Sub-6GHz、5G物联网(Sub-1GHz)，高速、高频以及多种器件异质集成的运用要求，需要先进封装技术不断创新发展。

基于硅通孔的转接板(Interposer)2.5D集成技术作为先进系统集成技术，可实现多芯片高密度三维集成，但硅基转接板的成本高且电学性能差，使其市场化运用受限。

作为一种可能替代硅基转接板的材料，玻璃通孔(TGV)三维互连技术因众多优势正在成为当前的研究热点，与硅基板相比，TGV的优势主要体现在：1)优良的高频电学特性。玻璃材料是一种绝缘体材料，介电常数只有硅材料的1/3左右，损耗因子比硅材料低2-3个数量级，使得衬底损耗和寄生效应大大减小，保证了传输信号的完整性；2)大尺寸超薄玻璃衬底易于获取。Corning、Asahi以及SCHOTT等玻璃厂商可以提供超大尺寸(>2m×2m)和超薄(<50μm)的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料。3)低成本。受益于大尺寸超薄面板玻璃易于获取，以及不需要沉积绝缘层，玻璃转接板的制作成本大约只有硅基转接板的1/8；4)工艺流程简单。不需要在衬底表面及TGV内壁沉积绝缘层，且超薄转接板中不需要减薄；5)机械稳定性强。即便当转接板厚度小于100μm时，翘曲依然较小；6)应用领域广泛。除了在高频领域有良好应用前景，作为一种透明材料，还可应用于光电系统集成领域，气密性和耐腐蚀性优势使得玻璃衬底在MEMS封装领域有巨大的潜力；另外，TGV技术还可以应用于医疗、光电器件、射频模块、电子气体放大器、设备治具等领域，随着技术进步，成本不断降低，应用将愈加广泛。

基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)技术由于能够在平面级别的介质基板上像金属波导那样传输信号，保证信号低辐射损耗的传输，因此能够接替矩形波导和平面传输线结构继续推动着微波电路系统的发展。随着工艺的不断发展，SIW可以和大部分通信系统元件集成在一个基板上且不用通过额外工艺制造特定器件进行过度，从而降低信号传输过程中的损耗，扼制寄生现象。

然而，目前的SIW微波滤波器的频率选择特效和通带带宽均较低，导致滤波器的整体性能欠佳。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种玻璃基宽阻带微波滤波器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种玻璃基宽阻带微波滤波器，包括依次层叠的第一金属层、第一介质层、第二金属层、键合层、第三金属层、第二介质层和第四金属层，其中，

所述第一金属层上设置有输入端口和输出端口；

所述第一介质层中贯穿有多个第一导体柱，所述多个第一导体柱与所述第一金属层、所述第二金属层形成第一阶谐振腔、第二阶谐振腔、第五阶谐振腔和第六阶谐振腔，所述第二阶谐振腔和所述第五阶谐振腔并列设置在所述第一阶谐振腔和所述第六阶谐振腔之间，所述第一阶谐振腔和所述第二阶谐振腔之间设置有第一耦合窗口，所述第五阶谐振腔和所述第六阶谐振腔之间设置有第三耦合窗口；

所述第二金属层上设置有第一辐射窗口、第二辐射窗口、第三辐射窗口、第四辐射窗口、第五辐射窗口和第六辐射窗口，所述第一辐射窗口、所述第三辐射窗口和所述第四辐射窗口设置在所述第二阶谐振腔的底部，所述第二辐射窗口、所述第五辐射窗口和所述第六辐射窗口设置在所述第五阶谐振腔的底部；

所述第三金属层上设置有第七辐射窗口、第八辐射窗口、第九辐射窗口、第十辐射窗口、第十一辐射窗口和第十二辐射窗口，所述第七辐射窗口、所述第八辐射窗口、所述第九辐射窗口、所述第十辐射窗口、所述第十一辐射窗口和所述第十二辐射窗口与所述第一辐射窗口、所述第二辐射窗口、所述第三辐射窗口、所述第四辐射窗口、所述第五辐射窗口和所述第六辐射窗口分别一一对应；

所述第二介质层上贯穿有多个第二导体柱，所述多个第二导体柱与所述第三金属层、所述第四金属层形成第三阶谐振腔和第四阶谐振腔，所述第三阶谐振腔与所述第二阶谐振腔相对应，所述第四阶谐振腔与所述第五阶谐振腔相对应，所述第三阶谐振腔和所述第四阶谐振腔之间设置有第二耦合窗口；

所述第四金属层接地。

在本发明的一个实施例中，所述第一金属层的侧壁上开设有第一凹槽和第二凹槽，

所述第一凹槽位于所述第一阶谐振腔的顶部，且所述输入端口设置在所述第一凹槽中；

所述第二凹槽位于所述第六阶谐振腔的顶部，且所述输出端口设置在所述第二凹槽中。

在本发明的一个实施例中，所述第一阶谐振腔和所述第六阶谐振腔的谐振模式为TE₁₀₃；

所述第二阶谐振腔、所述第三阶谐振腔、所述第四阶谐振腔、所述第五阶谐振腔的谐振模式为TE₁₀₁。

在本发明的一个实施例中，所述第一阶谐振腔中TE₁₀₃谐振模式的谐振频率与所述第二阶谐振腔中TE₁₀₁谐振模式的谐振频率相同。

在本发明的一个实施例中，所述第一阶谐振腔、所述第二阶谐振腔、所述第三阶谐振腔、所述第四阶谐振腔和所述第五阶谐振腔均为长方形谐振腔体；

所述第六阶谐振腔由相互连通的第一部分、第二部分和第三部分形成，所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分的形状均为矩形。

在本发明的一个实施例中，所述第一阶谐振腔的长宽比为1.051。

在本发明的一个实施例中，所述第三部分、所述第一部分、所述第二部分的长度依次增大，所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分的宽度依次增大。

在本发明的一个实施例中，所述第一阶谐振腔的长度为5540μm，宽度为5272μm，所述第一阶谐振腔输入侧宽度为2038μm，所述第六阶谐振腔输入侧宽度为2300μm；

所述第二阶谐振腔的长度为2400μm，宽度为2378μm；

所述第五阶谐振腔的长度为2400μm，宽度为2391μm；

所述第一部分的长度为1620μm，宽度为5330μm；所述第二部分的长度为2450μm，宽度为5339μm；所述第三部分的长度为1470μm，宽度为5352μm；

所述第三阶谐振腔和所述第四阶谐振腔的长度均为2400μm，宽度均为2415μm。

在本发明的一个实施例中，所述第一辐射窗口设置在所述第三辐射窗口和所述第四辐射窗口之间，所述第二辐射窗口设置在所述第五辐射窗口和所述第六辐射窗口之间。

在本发明的一个实施例中，所述第一辐射窗口的形状为圆形，其直径为504μm；

所述第二辐射窗口的形状为圆形，其直径为484μm；

所述第三辐射窗口、所述第四辐射窗口、所述第五辐射窗口和所述第六辐射窗口的形状均为矩形，其长度均为100μm，宽度均为300μm；

所述第三辐射窗口与所述第四辐射窗口之间的距离、所述第五辐射窗口与所述第六辐射窗口之间的距离均为2000μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的微波滤波器在第二阶谐振腔和第三谐振腔之间R2-R3、第四谐振腔和第五阶谐振腔R4-R5之间设置有多个辐射窗口，引入了混合耦合方式，即同时包含电耦合和磁耦合，进而同步增强了电场耦合与磁场耦合，在低通带附近引入传输零点，提高了低通带的频率选择特性，同时提高了通带的带宽，降低了回波损耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种玻璃基宽阻带微波滤波器的结构主视图。；

图2为本发明实施例提供的一种第一金属层和第一介质层的俯视图；

图3为本发明实施例提供的一种第一介质层和第二金属层的俯视图；

图4为本发明实施例提供的一种第三金属层和第二介质层的俯视图；

图5为本发明实施例提供的一种第二介质层和第四金属层的俯视图；

图6为本发明实施例提供的一种键合层的俯视图；

图7为本发明实施例提供的一种玻璃基宽阻带微波滤波器的耦合机制示意图；

图8a-图8c为本发明实施例提供玻璃基宽阻带微波滤波器的频率响应图；

附图标记说明：

1-第一金属层；2-第一介质层；3-第二金属层；4-第三金属层；5-第二介质层；6-第四金属层；7-键合层；8-第一导体柱；9-第二导体柱；10-粘合层；11-输入端口；12-第一凹槽；13-输出端口；14-第二凹槽；15-第一辐射窗口；16-第二辐射窗口；17-第三辐射窗口；18-第四辐射窗口；19-第五辐射窗口；20-第六辐射窗口；21-第一耦合窗口；22-第二耦合窗口；23-第三耦合窗口；24-第七辐射窗口；25-第八辐射窗口；26-第九辐射窗口；27-第十辐射窗口；28-第十一辐射窗口；29-第十二辐射窗口；R1-第一阶谐振腔；R2-第二阶谐振腔；R3-第三阶谐振腔；R4-第四阶谐振腔；R5-第五阶谐振腔；R6-第六阶谐振腔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种玻璃基宽阻带微波滤波器的结构主视图。该玻璃基宽阻带微波滤波器工作的电磁谐振模式为TE₁₀₁与TE₁₀₃，该微波滤波器包括：依次层叠的第一金属层1、第一介质层2、第二金属层3、键合层7、第三金属层4、第二介质层5和第四金属层6。

本实施例中，第一介质层2作为滤波器的上层基底，第二金属层3用作第一介质层2和第二介质层5的共用接地层，第二介质层5作为滤波器的下层基底，第四金属层6接地，用于将第一金属层1上的电荷及时移入大地。

具体的，第一金属层1、第二金属层3、第三金属层4、第四金属层6、第一导体柱和第二导体柱的材料可以均为铜。

请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种第一金属层和第一介质层的俯视图。第一金属层1上设置有输入端口11和输出端口13，用于输入和输出电磁波。具体的，输入端口11和输出端口13可以均为金属片，其形状可以均为矩形，金属片的宽度w₃为500μm。

第一介质层2可以为石英介质层即玻璃基板，其厚度h_TGV为230μm；可以通过刻蚀第一介质层2，在第一介质层2上形成多个上层介质通孔，并在上层介质通孔中填充金属得到第一导体柱8，从而在第一介质层2中贯穿形成多个第一导体柱8。其中，每个上层介质通孔的直径d_TGV可以为50μm，每个上层介质通孔之间的中心间距p_TGV可以为100μm。

多个第一导体柱8与第一介质层2构成接地栅结构，其一端连接第一金属层1，另一端连接第二金属层3，多个第一导体柱8与第一金属层1、第二金属层3形成第一阶谐振腔R1、第二阶谐振腔R2、第五阶谐振腔R5和第六阶谐振腔R6，第二阶谐振腔R2和第五阶谐振腔R5并列设置在第一阶谐振腔R1和第六阶谐振腔R6之间。可以理解的是，第二阶谐振腔R2和第五阶谐振腔R5并列设置且相邻，第一阶谐振腔R1相邻设置在第二阶谐振腔R2和第五阶谐振腔R5的一侧，第六阶谐振腔R6相邻设置在第二阶谐振腔R2和第五阶谐振腔R5的另一侧。

进一步的，第一阶谐振腔R1和第二阶谐振腔R2之间设置有第一耦合窗口21，第五阶谐振腔R5和第六阶谐振腔R6之间设置有第三耦合窗口23。具体的，在第一阶谐振腔R1与第二阶谐振腔R2连接的中间部分未设置上层介质通孔8，从而形成了第一耦合窗口21，用于实现第一阶谐振腔R1和第二阶谐振腔R2之间的磁耦合；在第五阶谐振腔R5与第六阶谐振腔R6连接的中间部分未设置上层介质通孔8，从而形成了第三耦合窗口23，用于实现第五阶谐振腔R5与第六阶谐振腔R6之间的磁耦合。

在一个具体实施例中，第一耦合窗口21的窗口宽度l₂为710μm，第三耦合窗口23的窗口宽度l₃为675μm。

请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种第一介质层和第二金属层的俯视图。第二金属层3上设置有第一辐射窗口15、第二辐射窗口16、第三辐射窗口17、第四辐射窗口18、第五辐射窗口19和第六辐射窗口20，第一辐射窗口15、第三辐射窗口17和第四辐射窗口18设置在第二阶谐振腔R2的底部，第二辐射窗口16、第五辐射窗口19和第六辐射窗口20设置在第五阶谐振腔R5的底部。具体的，第一至第六辐射窗口15-20可以通过刻蚀得到。

请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种第三金属层和第二介质层的俯视图。第三金属层4上设置有第七辐射窗口24、第八辐射窗口25、第九辐射窗口26、第十辐射窗口27、第十一辐射窗口28和第十二辐射窗口29，第七辐射窗口24、第八辐射窗口25、第九辐射窗口26、第十辐射窗口27、第十一辐射窗口28和第十二辐射窗口29与第一辐射窗口15、第二辐射窗口16、第三辐射窗口17、第四辐射窗口18、第五辐射窗口19和第六辐射窗口20分别一一对应，即，第七辐射窗口24与第一辐射窗口15对应且连通，第九辐射窗口26与第三辐射窗口17对应且连通，第十辐射窗口27与第四辐射窗口18对应且连通，第七辐射窗口24、第九辐射窗口26、第十辐射窗口27设置在第二阶谐振腔R2的底部；第八辐射窗口25与第二辐射窗口16对应且连通，第十一辐射窗口28与第五辐射窗口19对应且连通，第十二辐射窗口29与第六辐射窗口20对应且连通，第八辐射窗口25、第十一辐射窗口28和第十二辐射窗口29设置在第五阶谐振腔R5的底部。具体的，第七至第十二辐射窗口21-26可以通过刻蚀得到。

第二介质层5可以为石英介质层即玻璃基板，其厚度h_TGV为230μm；可以通过刻蚀第一介质层2，在第一介质层2上形成多个下层介质通孔，并在下层介质通孔中填充金属得到第二导体柱9，从而第二介质层5中贯穿有多个第二导体柱9，其中，每个下层介质通孔的直径d_TGV可以为50μm，每个下层介质通孔9之间的中心间距p_TGV为100μm。

本实施例的第一介质层和第二介质层均选用玻璃基板，玻璃的相对介电常数远小于硅衬底，采用玻璃基板代替硅衬底制作三维无源器件，可以消除高频电路中的涡流效应，显著降低了无源器件的高频损耗，提高了其品质因数，使得滤波器的功耗显著降低，提高了滤波器的品质因数。

多个下层介质通孔9呈长方型分布在第二介质层5上，多个第二导体柱9的一端连接第三金属层4，另一端连接第四金属层6，多个第二导体柱9与第三金属层4、第四金属层6形成第三阶谐振腔R3和第四阶谐振腔R4，第三阶谐振腔R3与第二阶谐振腔R2相对应，第四阶谐振腔R4与第五阶谐振腔R5相对应。第三阶谐振腔R3和第四阶谐振腔R4之间设置有第二耦合窗口22，即在第三阶谐振腔R3和第四阶谐振腔R4连接的中间部分未设置下层介质通孔，从而形成了第二耦合窗口22，用于实现第三阶谐振腔R3和第四阶谐振腔R4之间的磁耦合。在一个具体实施例中，第二耦合窗口22的窗口宽度w₁₁为536μm。

具体的，第三阶谐振腔R3设置在第二阶谐振腔R2的下方，第七辐射窗口24、第一辐射窗口15、第九辐射窗口26、第三辐射窗口17、第十辐射窗口27、第四辐射窗口18将第三阶谐振腔R3和第二阶谐振腔R2联通；第四阶谐振腔R4设置在第五阶谐振腔R5的下方，第八辐射窗口25、第二辐射窗口16、第十一辐射窗口28、第五辐射窗口19、第十二辐射窗口29、第六辐射窗口20将第四阶谐振腔R4与第五阶谐振腔R5联通。具体的，第三阶谐振腔R3与第二阶谐振腔R2之间通过第一辐射窗口15、第七辐射窗口24实现电耦合，通过第三辐射窗口17、第九辐射窗口26、第四辐射窗口18、第十辐射窗口27实现磁耦合；第四阶谐振腔R4与第五阶谐振腔R5之间通过第二辐射窗口16、第八辐射窗口25实现电耦合，通过第五辐射窗口19、第十一辐射窗口28、第六辐射窗口20、第十二辐射窗口29实现磁耦合。

请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种第二介质层和第四金属层的俯视图。本实施例中，第四金属层6与第一金属层1、第一介质层2、第二金属层3、键合层7、第三金属层4、第二介质层5、第一导体柱8以及第二导体柱9形成封闭的滤波器谐振腔，即第一阶至第六阶谐振腔R1-R6。

本实施例的微波滤波器在第二阶谐振腔和第三谐振腔之间R2-R3、第四谐振腔和第五阶谐振腔R4-R5之间设置有多个辐射窗口，引入了混合耦合方式，即同时包含电耦合和磁耦合，进而同步增强了电场耦合与磁场耦合，在低通带附近引入传输零点，提高了低通带的频率选择特性，同时提高了通带的带宽，降低了回波损耗。

请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种键合层的俯视图。键合层7将第二金属层3和第三金属层4键合起来，其形状为日字形，其大小与第二介质层5中第二导体柱9所形成的形状的大小相同，从而使得对应的辐射窗口联通。

进一步的，在键合层7的周围和第三金属层4的周围还设有粘合层10，粘合层10位于第二金属层3和第二介质层5之间，用于将键合层7外侧的第二金属层3和第二介质层5粘合起来。

在一个具体实施例中，第一金属层1的相对侧壁上开设有第一凹槽12和第二凹槽14，第一凹槽12位于第一阶谐振腔R1中，且输入端口11设置在第一凹槽12中；第二凹槽14位于第六阶谐振腔R6中，且输出端口13设置在第二凹槽14中。

在一个具体实施例中，第一阶谐振腔R1、第二阶谐振腔R2、第三阶谐振腔R3、第四阶谐振腔R4、第五阶谐振腔R5均为长方形谐振腔体。其中，第一阶谐振腔R1的长宽比为1.051。

第六阶谐振腔R6由相互连通的第一部分R61、第二部分R62和第三部分R63形成，第一部分R61、第二部分R62和第三部分R63的形状均为矩形；进一步的，第三部分R63、第一部分R61、第二部分R62的长度依次增大，第一部分R61、第二部分R62、第三部分R63的宽度依次增大。

具体的，第一阶谐振腔R1的长度l为5540μm，宽度w为5272μm，即长宽比k＝1.051，此时，第一凹槽12和第二凹槽14的长度l₁为2870μm，宽度w₂为550μm，第一阶谐振腔R1输入侧宽度w₁为2038μm，第六阶谐振腔R6输入侧宽度w₁₂为2300μm；第二阶谐振腔R2的长度l₄为2400μm，宽度w₄为2378μm；第五阶谐振腔R5的长度l₅为2400μm，宽度w₅为2391μm；第六阶谐振腔R6中，第一部分的长度l₇为1620μm，宽度w₇为5330μm，第二部分的长度l₈为2450μm，宽度w₈为5339μm，第三部分的长度l₉为1470μm，宽度w₉为5352μm；第三阶谐振腔R3和第四阶谐振腔R4的大小相同，其长度l₁₀均为2400μm，宽度w₁₀均为2415μm。

在一个具体实施例中，第一辐射窗口15、第二辐射窗口16、第三辐射窗口17、第四辐射窗口18、第五辐射窗口19和第六辐射窗口20并列设置，第一辐射窗口15设置在第三辐射窗口17和第四辐射窗口18之间，第二辐射窗口16设置在第五辐射窗口19和第六辐射窗口20之间。

具体的，第一辐射窗口15、第二辐射窗口16为圆形形状，第一辐射窗口的直径d_C1为504μm，第二辐射窗口的直径d_C2为484μm，第三辐射窗口17、第四辐射窗口18、第五辐射窗口19、第六辐射窗口20为矩形形状，第三至第六辐射窗口的长度l₆为100μm，宽度w₆为300μm；第三辐射窗口17和第四辐射窗口28之间的距离与第五辐射窗口19和第六辐射窗口20之间的距离皆为l₁₁为2000μm。

第七辐射窗口24、第八辐射窗口25、第九辐射窗口26、第十辐射窗口27、第十一辐射窗口28和第十二辐射窗口29的形状和大小与第一辐射窗口15、第二辐射窗口16、第三辐射窗口17、第四辐射窗口18、第五辐射窗口19和第六辐射窗口20的形状和大小相同，在此不再赘述。

在一个具体实施例中，第一阶谐振腔R1和第六阶谐振腔R6的谐振模式为TE₁₀₃；第二阶谐振腔R2、第三阶谐振腔R3、第四阶谐振腔R4、第五阶谐振腔R5的谐振模式为TE₁₀₁。进一步的，第一阶谐振腔R1中TE₁₀₃谐振模式的谐振频率与第二阶谐振腔R2中TE₁₀₁谐振模式的谐振频率相同。

本实施例中，第一谐振腔R1设计为长宽比为1.051的长方形，谐振腔R1-R5均为长方形，且R1的TE₁₀₃模式的谐振频率与R2只有TE₁₀₁模式的谐振频率相同，其余高次模式的谐振频率均不相同，因此R1中的高次模不能在谐振腔中传输；谐振腔R1与R6采用深槽馈电方式，且R1-R2及R5-R6之间采用横向耦合方式，使得TE_m0nm与n至少有一个为偶数模式均被抑制，因而，专利滤波器的带外抑制特性得以显著提高，达到7.81f_TE103。

请参见图7，图7为本发明实施例提供的一种玻璃基宽阻带微波滤波器的耦合机制示意图。具体的，第一阶谐振腔R1与第二阶谐振腔R2通过第一辐射窗口15、第七辐射窗口24实现磁耦合；第二阶谐振腔R2与第三阶谐振腔R3通过第一辐射窗口15实现电耦合，通过第三辐射窗口17、第九辐射窗口26、第四辐射窗口18、第十辐射窗口27实现磁耦合；第三阶谐振腔R3与第四阶谐振腔R4通过第二耦合窗口22实现磁耦合；第四阶谐振腔R4与第五阶谐振腔R5通过第二辐射窗口16、第八辐射窗口25实现电耦合，通过第五辐射窗口19、第十一辐射窗口28、第六辐射窗口20、第十二辐射窗口29实现磁耦合；第五阶谐振腔R5与第六阶谐振腔R6通过第三耦合窗口23实现磁耦合。

本实施例滤波器的工作过程如下：首先，电磁波从输入端口11输入至第一阶谐振腔R1同时激励起TE₃₀₁模式和TE₁₀₃模式的电磁波；然后，通过第一耦合窗口21进行磁耦合传输至第二阶谐振腔R2，由于在第一阶谐振腔R1与第二阶谐振腔R2之间采用磁耦合，该磁耦合方式在传播TE₁₀₃模式电磁波的同时可以抑制TE₃₀₁模式的电磁波的传播，使得TE₃₀₁模式的能量无法传播至第二阶谐振腔R2；当电磁波耦合至第二阶谐振腔R2之后，由于谐振腔R2尺寸限制，使得TE₁₀₁模式的谐振频率为45.82GHz，因此TE₁₀₁模式在谐振腔R2中得以激励，电磁波通过第一辐射窗口15、第七辐射窗口24、第三辐射窗口17、第九辐射窗口26、第四辐射窗口18、第十辐射窗口27实现磁耦合至第三阶谐振腔R3，耦合方式为电磁偶合；再然后，电磁波继续通过第二耦合窗口22以磁耦合的方式传输至第四阶谐振腔R4；之后，电磁波再通过第二辐射窗口16、第八辐射窗口25、第五辐射窗口19、第十一辐射窗口28、第六辐射窗口20、第十二辐射窗口29以电磁耦合的方式传输至第五阶谐振腔R5，最后，电磁波通过第三耦合窗口23进行磁耦合传输至第六阶谐振腔R6，再从输出端口13输出。

本发明实施例滤波器工作时，第一阶与第六阶谐振腔工作于TE₁₀₃谐振模式，第二阶至第五阶谐振腔工作于TE₁₀₁谐振模式，且有第一阶谐振腔的TE₁₀₃谐振频率与第二阶谐振腔的TE₁₀₁谐振频率相同，因而第一阶与第六阶谐振腔的尺寸与第二阶至第五阶谐振腔不同，其高次模型的谐振频率不同，进一步提高了滤波器的带外抑制。

请参见图8a-图8c，图8a-图8c为本发明实施例提供玻璃基宽阻带微波滤波器的频率响应图，其中，图8a为全频率响应图，图8b为图8a中43GHz-48GHz的频率响应示意图，图8c为图8a中340GHz-360GHz的频率响应图。在图8b中，滤波器的中心频率为45.82GHz；在图8c中，滤波器的带外抑制范围达到7.81f_TE103，实现了滤波器的宽阻带。

本实施例的玻璃基宽阻带微波滤波器，采用双层堆叠的方法，将部分谐振腔放置于下玻璃基板上，显著减小了该滤波器结构的面积，无需增加谐振腔与阻抗变换器，实现了偶数阶等输入输出阻抗的滤波器。它采用玻璃基板代替硅衬底制作三维无源器件，可以消除高频电路中的涡流效应，显著降低了无源器件的高频损耗，提高了其品质因数，使得本发明的滤波器的功耗显著降低，提高了滤波器的品质因数。同时采用玻璃基板和三维集成技术，使得SIW结构的特征尺寸显著减小，进而使得本发明的滤波器的谐振频率提取得以显著提高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，包括依次层叠的第一金属层(1)、第一介质层(2)、第二金属层(3)、键合层(7)、第三金属层(4)、第二介质层(5)和第四金属层(6)，其中，

所述第一金属层(1)上设置有输入端口(11)和输出端口(13)；

所述第一介质层(2)中贯穿有多个第一导体柱(8)，所述多个第一导体柱(8)与所述第一金属层(1)、所述第二金属层(3)形成第一阶谐振腔(R1)、第二阶谐振腔(R2)、第五阶谐振腔(R5)和第六阶谐振腔(R6)，所述第二阶谐振腔(R2)和所述第五阶谐振腔(R5)并列设置在所述第一阶谐振腔(R1)和所述第六阶谐振腔(R6)之间，所述第一阶谐振腔(R1)和所述第二阶谐振腔(R2)之间设置有第一耦合窗口(21)，所述第五阶谐振腔(R5)和所述第六阶谐振腔(R6)之间设置有第三耦合窗口(23)；

所述第二金属层(3)上设置有第一辐射窗口(15)、第二辐射窗口(16)、第三辐射窗口(17)、第四辐射窗口(18)、第五辐射窗口(19)和第六辐射窗口(20)，所述第一辐射窗口(15)、所述第三辐射窗口(17)和所述第四辐射窗口(18)设置在所述第二阶谐振腔(R2)的底部，所述第二辐射窗口(16)、所述第五辐射窗口(19)和所述第六辐射窗口(20)设置在所述第五阶谐振腔(R5)的底部；

所述第三金属层(4)上设置有第七辐射窗口(24)、第八辐射窗口(25)、第九辐射窗口(26)、第十辐射窗口(27)、第十一辐射窗口(28)和第十二辐射窗口(29)，所述第七辐射窗口(24)、所述第八辐射窗口(25)、所述第九辐射窗口(26)、所述第十辐射窗口(27)、所述第十一辐射窗口(28)和所述第十二辐射窗口(29)与所述第一辐射窗口(15)、所述第二辐射窗口(16)、所述第三辐射窗口(17)、所述第四辐射窗口(18)、所述第五辐射窗口(19)和所述第六辐射窗口(20)分别一一对应；

所述第二介质层(5)上贯穿有多个第二导体柱(9)，所述多个第二导体柱(9)与所述第三金属层(4)、所述第四金属层(6)形成第三阶谐振腔(R3)和第四阶谐振腔(R4)，所述第三阶谐振腔(R3)与所述第二阶谐振腔(R2)相对应，所述第四阶谐振腔(R4)与所述第五阶谐振腔(R5)相对应，所述第三阶谐振腔(R3)和所述第四阶谐振腔(R4)之间设置有第二耦合窗口(22)；

所述第四金属层(6)接地。

2.根据权利要求1所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，所述第一金属层(1)的侧壁上开设有第一凹槽(12)和第二凹槽(14)，

所述第一凹槽(12)位于所述第一阶谐振腔(R1)的顶部，且所述输入端口(11)设置在所述第一凹槽(12)中；

所述第二凹槽(14)位于所述第六阶谐振腔(R6)的顶部，且所述输出端口(13)设置在所述第二凹槽(14)中。

3.根据权利要求1所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，

所述第一阶谐振腔(R1)和所述第六阶谐振腔(R6)的谐振模式为TE₁₀₃；

所述第二阶谐振腔(R2)、所述第三阶谐振腔(R3)、所述第四阶谐振腔(R4)、所述第五阶谐振腔(R5)的谐振模式为TE₁₀₁。

4.根据权利要求3所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，所述第一阶谐振腔(R1)中TE₁₀₃谐振模式的谐振频率与所述第二阶谐振腔(R2)中TE₁₀₁谐振模式的谐振频率相同。

5.根据权利要求1所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，所述第一阶谐振腔(R1)、所述第二阶谐振腔(R2)、所述第三阶谐振腔(R3)、所述第四阶谐振腔(R4)和所述第五阶谐振腔(R5)均为长方形谐振腔体；

所述第六阶谐振腔(R6)由相互连通的第一部分(R61)、第二部分(R62)和第三部分(R63)形成，所述第一部分(R61)、所述第二部分(R62)和所述第三部分(R63)的形状均为矩形。

6.根据权利要求5所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，所述第一阶谐振腔(R1)的长宽比为1.051。

7.根据权利要求5所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，所述第三部分(R63)、所述第一部分(R61)、所述第二部分(R62)的长度依次增大，所述第一部分(R61)、所述第二部分(R62)、所述第三部分(R63)的宽度依次增大。

8.根据权利要求7所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，

所述第一阶谐振腔(R1)的长度为5540μm，宽度为5272μm，所述第一阶谐振腔(R1)输入侧宽度为2038μm，所述第六阶谐振腔(R6)输入侧宽度为2300μm；

所述第二阶谐振腔(R2)的长度为2400μm，宽度为2378μm；

所述第五阶谐振腔(R5)的长度为2400μm，宽度为2391μm；

所述第一部分(R61)的长度为1620μm，宽度为5330μm；所述第二部分(R62)的长度为2450μm，宽度为5339μm；所述第三部分(R63)的长度为1470μm，宽度为5352μm；

所述第三阶谐振腔(R3)和所述第四阶谐振腔(R4)的长度均为2400μm，宽度均为2415μm。

9.根据权利要求1所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，所述第一辐射窗口(15)设置在所述第三辐射窗口(17)和所述第四辐射窗口(18)之间，所述第二辐射窗口(16)设置在所述第五辐射窗口(19)和所述第六辐射窗口(20)之间。

10.根据权利要求9所述的玻璃基宽阻带微波滤波器，其特征在于，

所述第一辐射窗口(15)的形状为圆形，其直径为504μm；

所述第二辐射窗口(16)的形状为圆形，其直径为484μm；

所述第三辐射窗口(17)、所述第四辐射窗口(18)、所述第五辐射窗口(19)和所述第六辐射窗口(20)的形状均为矩形，其长度均为100μm，宽度均为300μm；

所述第三辐射窗口(17)与所述第四辐射窗口(18)之间的距离、所述第五辐射窗口(19)与所述第六辐射窗口(20)之间的距离均为2000μm。

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