CN113839163A - 一种采用tsv技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，包括依次沿水平方向排布的第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔及第五谐振腔，第一谐振腔上连接有输入抽头馈线，第五谐振腔上连接有输出抽头馈线；输入抽头馈线与第一个谐振腔之间、第二谐振腔与第三谐振腔之间、第三谐振腔与第四谐振腔之间、第四谐振腔与第五谐振腔之间、第五谐振腔与输出抽头馈线之间依次产生耦合。本发明能够在相同耦合系数矩阵下实现物理尺寸的大幅缩小。

Description

一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器
技术领域
本发明属于三维滤波器技术领域，涉及一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的发展，现代通信不仅对微波器件的数量需求加大，更对其性能要求大大提高。在当前的无线通信系统中，微带滤波器作为一个重要部件被广泛使用。微带滤波器具有结构紧凑、易于设计、尺寸小、光刻加工容易、精度高、成本低、易集成、工作频率范围大等优点。它广泛应用于无线局域网，无线城域网，无线通信2G/3G/4G网络，以及最新无线通信5G网络等。
现代通信便携式的元器件结构小型化是现代系统设计的必然要求。微带滤波器结构小型化对系统的小型化起到非常有用的效果。微带滤波器常采用的形式有发夹型、平行耦合线、梳状线、交指型和微带类椭圆函数滤波器等。其中，发夹滤波器具有结构简单的特点，它相当于折叠的平行耦合谐振器，二分之一波长谐振滤波器，用“U”型表示。它等效于平行耦合谐振器，但平行线耦合所占的空间远远大于折线耦合。为了实现微带滤波器小型化，发夹滤波器在微波平面电路的设计中得到了良好的应用前景。
以摩尔定律为行业发展的集成电路平面工艺的物理尺寸已经达到自然物理规律的极限。应运而生的三维集成技术为延续摩尔定律的发展起到了至关重要的作用。而TSV技术作为三维集成技术中的核心技术之一，在器件小型化的过程中发挥着巨大的优势。因此，传统的平面发夹滤波器与TSV技术的结合可以发展为具有小型化特征的三维发夹滤波器。这对现代系统的小型化结构至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，该滤波器能够在相同耦合系数矩阵下实现物理尺寸的大幅缩小。
本发明所采用的技术方案是，一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，包括依次沿水平方向排布的第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔及第五谐振腔，第一谐振腔上连接有输入抽头馈线，第五谐振腔上连接有输出抽头馈线；输入抽头馈线与第一个谐振腔之间、第二谐振腔与第三谐振腔之间、第三谐振腔与第四谐振腔之间、第四谐振腔与第五谐振腔之间、第五谐振腔与输出抽头馈线之间依次产生耦合。
本发明的特点还在于：
第一谐振腔、第三谐振腔、第五谐振腔的结构相同，均为：通过臂间传输线连接两个TSV形成n形结构。
输入抽头馈线连接在第一谐振腔的臂间传输线上。
第二谐振腔、第四谐振腔的结构相同，均为：通过臂间传输线连接两个TSV形成U形结构。
输出抽头馈线连接在第五谐振腔的臂间传输线上。
本发明的有益效果是：本发明采用TSV技术，用缩短传统发夹滤波器一半臂长的TSV和面对面结构得到与传统发夹滤波器相同的各耦合系数，实现了三维发夹滤波器整体尺寸的大幅减小，即发夹滤波器的小型化。
附图说明
图1是本发明一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器的三维结构示意图。
图中，1.谐振腔一的臂间传输线，2.谐振腔二的臂间传输线，3.谐振腔三的臂间传输线，4.谐振腔四的臂间传输线，5.谐振腔五的臂间传输线，6.输入抽头馈线，7.输出抽头馈线，8.谐振腔一的后行TSV，9.谐振腔一的前行TSV，10.谐振腔二的后行TSV，11.谐振腔二的前行TSV，12.谐振腔三的后行TSV，13.谐振腔三的前行TSV，14.谐振腔四的后行TSV，15.谐振腔四的前行TSV，16.谐振腔五的后行TSV，17.谐振腔五的前行TSV。
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。
本发明一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，采用面对面的两行TSV作为发夹滤波器谐振腔的两臂，从而使耦合系数不变的情况下，TSV的长度减半。前后两行TSV完全相同，包括直径、长度和TSV间距。
本发明一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，如图1所示，包括六大部分耦合；第一大部分耦合为输入抽头耦合，由输入抽头馈线6和第一个谐振腔组成；
第二大部分耦合为谐振腔间耦合，由第一个谐振腔和第二个谐振腔组成。
第三大部分耦合为谐振腔间耦合，由第二个谐振腔和第三个谐振腔组成。
第四大部分耦合为谐振腔间耦合，由第三个谐振腔和第四个谐振腔组成。
第五大部分耦合为谐振腔间耦合，由第四个谐振腔和第五个谐振腔组成。
第六大部分耦合为输出抽头耦合，由第五个谐振腔和输出抽头馈线组成。
第一谐振腔为n形结构，包括水平设置的谐振腔一的臂间传输线1，谐振腔一的臂间传输线1的两端分别沿竖直方向设有谐振腔一的后行TSV8和谐振腔一的前行TSV9；谐振腔一的臂间传输线1上连接有输入抽头馈线6；
第二谐振腔为U形结构，包括水平设置的谐振腔二的臂间传输线2，谐振腔二的臂间传输线2的两端分别沿竖直方向设有谐振腔二的后行TSV10和谐振腔二的前行TSV11；
第三谐振腔为n形结构，包括水平设置的谐振腔三的臂间传输线3，谐振腔三的臂间传输线3的两端分别沿竖直方向设有谐振腔三的后行TSV12和谐振腔三的前行TSV13；
第四谐振腔为U形结构，包括水平设置的谐振腔四的臂间传输线4，谐振腔四的臂间传输线4的两端分别沿竖直方向设有谐振腔四的后行TSV14和谐振腔二的前行TSV15；
第五谐振腔为n形结构，包括水平设置的谐振腔五的臂间传输线5，谐振腔五的臂间传输线5的两端分别沿竖直方向设有谐振腔五的后行TSV16和谐振腔五的前行TSV17；谐振腔五的臂间传输线5上连接输出抽头馈线7；
本发明一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器的物理尺寸：输入抽头馈线6长度、输出抽头馈线7的长度均为300um，宽度均为66um,输入抽头馈线6与谐振腔一的臂间传输线1的中点距离为65mm。输出抽头馈线7与谐振腔五的臂间传输线5的中点距离为65mm；
谐振腔一的臂间传输线1、谐振腔二的臂间传输线2、谐振腔三的臂间传输线3、谐振腔四的臂间传输线4、谐振腔五的臂间传输线5长度均为220um，宽度均为65um。
第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔及第五谐振腔的臂为TSV，臂间距为TSV的底面圆圆心距。
第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔及第五谐振腔中，
前面一行TSV中：第一个谐振腔与第二个谐振腔臂间距为93um；第二个谐振腔与第三个谐振腔臂间距为130um；第三个谐振腔和第四个谐振腔的臂间距为130um；第四个谐振腔与第五个谐振腔臂间距为93um；TSV物理尺寸：铜柱直径60um，氧化层厚度2.5um,铜柱长度110um。
传统发夹滤波器是“U”型谐振腔级联构成平面结构。本发明中倒置的“U”型谐振腔和“U”型谐振腔表示串联的LC电路部分和并联的LC电路部分实现。传统发夹滤波器的谐振腔间耦合由两个谐振腔紧邻的一对臂和臂间距组成，其臂长为220um。本发明的谐振腔间耦合由两个谐振腔紧邻的两对臂及臂间距组成，其臂长为110um。传统发夹滤波器的耦合为：第一部分耦合的耦合系数为7.56，第二部分耦合的耦合系数为0.10，第三部分耦合的耦合系数为0.07，第四部分耦合的耦合系数为0.07，第五部分耦合的耦合系数为0.10，第六部分耦合的耦合系数为7.56。
本发明一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器中，第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔及第五谐振腔中，各谐振腔中，前面一行TSV耦合为：第二部分耦合的耦合系数为0.05，第三部分耦合的耦合系数为0.035，第四部分耦合的耦合系数为0.035，第五部分耦合的耦合系数为0.05；后面一行耦合为第二部分耦合的耦合系数为0.05，第三部分耦合的耦合系数为0.035，第四部分耦合的耦合系数为0.035，第五部分耦合的耦合系数为0.05。
本发明的前后两行TSV通过传输线连接，从而耦合系数加和。因此本发明第二大部分耦合的耦合系数为0.10，第三大部分耦合的耦合系数为0.07，第四大部分耦合的耦合系数为0.07，第五大部分耦合的耦合系数为0.10。另外，本发明的第一大部分耦合系数为7.56，第六大部分耦合系数为7.56。
本发明采用TSV技术，用缩短传统发夹滤波器一半臂长的TSV和面对面结构得到与传统发夹滤波器相同的各耦合系数，实现了三维发夹滤波器整体尺寸的大幅减小，即发夹滤波器的小型化。

Claims (5)

1.一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，其特征在于：包括依次沿水平方向排布的第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔及第五谐振腔，第一谐振腔上连接有输入抽头馈线，第五谐振腔上连接有输出抽头馈线；输入抽头馈线与第一个谐振腔之间、第二谐振腔与第三谐振腔之间、第三谐振腔与第四谐振腔之间、第四谐振腔与第五谐振腔之间、第五谐振腔与输出抽头馈线之间依次产生耦合。
2.根据权利要求1所述的一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，其特征在于：所述第一谐振腔、第三谐振腔、第五谐振腔的结构相同，均为：通过臂间传输线连接两个TSV形成n形结构。
3.根据权利要求2所述的一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，其特征在于：所述输入抽头馈线连接在第一谐振腔的臂间传输线上。
4.根据权利要求1所述的一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，其特征在于：所述第二谐振腔、第四谐振腔的结构相同，均为：通过臂间传输线连接两个TSV形成U形结构。
5.根据权利要求4所述的一种采用TSV技术的面对面结构小型化三维发夹滤波器，其特征在于：所述输出抽头馈线连接在第五谐振腔的臂间传输线上。
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