CN114050388A - 基于tsv的超宽阻带v波段siw滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，包括沿水平方向平行设置的上层RDL和下层RDL，上层RDL与下层RDL之间设有硅衬底，硅衬底上分布有六个由TSV构成的谐振腔，上层RDL的相对两侧分别设有输入RDL端口和输出RDL端口，本发明采用直接耦合的拓扑结构，实现六阶基片集成波导滤波。
Description
技术领域
本发明属于三维集成电路技术领域，涉及基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器。
背景技术
目前，无线通信技术正在蓬勃发展，为了使此类系统满足小型化、高性能、低成本的要求，越来越多的新型结构被研究设计。传统的滤波器一般使用PCB(Printed circuitboard，PCB)工艺，面对高频段的时候，由于PCB工艺得到的衬底厚度通常不太均匀以及介电常数和滤波器尺寸均不是很准确，而影响滤波器的性能。SIW滤波器也可以采用低温共烧陶瓷工艺(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC)来实现，其具有高品质因数、体积小以及优良的高频特性等优点，但同时LTCC也存在一定的缺陷使得其不太适合用于太赫兹波段的滤波器。基于三维集成电路和硅通孔(Through-Silicon Via，TSV)的SIW滤波器解决了基于LTCC的SIW滤波器在太赫兹波段损耗高的缺陷。基于TSV的SIW(基片集成波导)滤波器具有结构紧凑、易于集成、体积小、高品质因数和优良的高频特性等特点，因此，基于TSV(硅通孔)的SIW滤波器的研究具有非常深远的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，该滤波器采用直接耦合的拓扑结构，实现六阶基片集成波导滤波。
本发明所采用的技术方案是，基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，包括沿水平方向平行设置的上层RDL和下层RDL，上层RDL与下层RDL之间设有硅衬底，硅衬底上分布有六个由TSV构成的谐振腔，上层RDL的相对两侧分别设有输入RDL端口和输出RDL端口。
本发明的特点还在于：
上层RDL和下层RDL分别为滤波器的高电平区域和低电平区域。
六个谐振腔分别为：第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔及第六谐振腔；
第一谐振腔与第二谐振腔之间设有窗口A；
第二谐振腔与第三谐振腔之间设有窗口B；
第三谐振腔与第四谐振腔之间设有窗口C；
第四谐振腔与第五谐振腔之间设有窗口D；
第五谐振腔与第六谐振腔之间设有窗口E。
窗口A设置在第一谐振腔与第二谐振腔的公共侧臂上；窗口B设置在第二谐振腔与第三谐振腔的公共侧臂上；所述窗口C设置在第三谐振腔与第四谐振腔的公共侧臂上；所述窗口D设置在第四谐振腔与第五谐振腔的公共侧臂上；窗口E设置在第五谐振腔与第六谐振腔的公共侧臂上。
输入RDL端口位于第一谐振腔的侧臂上；输出RDL端口位于第六谐振腔的侧臂上。
本发明的有益效果是：本发明中滤波器具有六个腔，采用了三组边长不全等的正方形，而每一个正方形都是一个单模，每一个边长不同的正方形的传输模式的频率不同，而由他们实现的耦合系数矩阵可以进行选择性的拓宽阻带，从而提高了此滤波器的带外特性。
附图说明
图1是本发明基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器的三维视图；
图2是本发明基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器的俯视图(上层RDL和TSV部分)；
图3为本发明基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器在HFSS(High FrequencyStructure Simulator，高频结构仿真)的仿真曲线图。
图中，1.上层RDL，2.下层RDL，3.输入RDL端口，4.输出RDL端口，5.第一谐振腔，6.第二谐振腔，7.第三谐振腔，8.第四谐振腔，9.第五谐振腔，10.第六谐振腔，11.窗口A，12.窗口B，13.窗口C，14.窗口D，15.窗口E，16.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。
本发明基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，六阶基片集成波导直接耦合滤波器，采用上下两金属层(铜)RDL结构分别作为滤波器电路的高低电平区域，上下两层RDL的结构分别是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进行排布与上下RDL一同实现直接耦合的功能，同时，上层RDL两侧分别接输入RDL段和输出RDL段。该滤波器为六阶，也就是有六个谐振腔。
如图1所示，包括沿水平方向平行设置的上层RDL1和下层RDL2，上层RDL1与下层RDL2之间设有硅衬底，硅衬底上分布有六个由TSV构成的谐振腔，上层RDL1的相对两侧分别设有输入RDL端口3和输出RDL端口4。
上层RDL1和下层RD2L分别为滤波器的高电平区域和低电平区域。
六个谐振腔分别为：第一谐振腔5、第二谐振腔6、第三谐振腔7、第四谐振腔8、第五谐振腔9及第六谐振腔10；
第一谐振腔5与第二谐振腔6之间设有窗口A11；
第二谐振腔6与第三谐振腔7之间设有窗口B12；
第三谐振腔7与第四谐振腔8之间设有窗口C13；
第四谐振腔8与第五谐振腔9之间设有窗口D14；
第五谐振腔9与第六谐振腔10之间设有窗口E15。
窗口A11设置在第一谐振腔5与第二谐振腔6的公共侧臂上；窗口B12设置在第二谐振腔6与第三谐振腔7的公共侧臂上；窗口C13设置在第三谐振腔7与第四谐振腔8的公共侧臂上；窗口D14设置在第四谐振腔8与第五谐振腔9的公共侧臂上；窗口E15设置在第五谐振腔9与第六谐振腔10的公共侧臂上。
输入RDL端口3位于第一谐振腔5的侧臂上；输出RDL端口4位于第六谐振腔10的侧臂上。
输入RDL端口3的尺寸为：长265μm、宽605μm。
TSV(硅通孔)16的尺寸为：直径50μm、高度301μm。
上层RDL1的尺寸为：长2993μm、宽2884μm、厚度3μm。
下层RDL2的尺寸为：长3498μm、宽2959μm。
如图2所示，区域I中从左至右共8个TSV16、区域II中从上上至下共8个TSV16、区域III中从左至右共6个TSV16构成了第一谐振腔5的三个侧臂，第一谐振腔5的另一个侧臂处设有输入RDL端口3；区域III的中心处开始有窗口A11；
区域IV中从上至下共9个TSV16、区域V中从左至右共10个TSV16、区域VI中从上至下共四个TSV16及区域III构成了第二谐振腔6的四个侧臂，区域VI上开设有窗口B12；
区域VII中从左至右共9个TSV16、区域VIII中从上至下共8个TSV16、区域IX中从左至右共4个TSV16及区域VI构成了第三谐振腔7的四个侧臂；窗口C13位于区域IX的中心处；
区域XI中从左至右共10个TSV16、区域X中从上至下共4个TSV16、区域II及区域IX构成了第四谐振腔8的四个侧臂；窗口D14位于区域X的中心处；
区域XIV中从左至右共6个TSV16、区域XIII中从上至下共9个TSV16、区域XII中从左至右共9个TSV16及区域X构成了第五谐振腔9的四个侧臂；窗口E15位于区域XIV的中心处。
区域XV中从左至右共9个TSV16、区域VIII及区域XIV构成了第六谐振腔10的三个侧臂；输出RDL端口4位于第六谐振腔10的一侧。
输入RDL端口3和第一谐振腔5之间的耦合结构与输出RDL端口4和第六谐振腔10的耦合结构相同，都采用了微带线和共面波导结合的方式馈电。使得以足够小的尺寸实现良好的馈电效果。
图3为本发明基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器的仿真图；由图3可知，该滤波器实现了通带插入损耗(S21)为2.3dB以内，对应的频段是65.78GHz-68.89GHz，中心频率f0为67.3GHz,计算后得到的带宽是3.11GHz。通带内对应的回波损耗(S11)最小是11.47dB。带外特性为1.0645×f0-1.3001×f0，对应的插入损耗高于25dB。
Claims (5)
1.基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，其特征在于：包括沿水平方向平行设置的上层RDL和下层RDL，上层RDL与下层RDL之间设有硅衬底，硅衬底上分布有六个由TSV构成的谐振腔，上层RDL的相对两侧分别设有输入RDL端口和输出RDL端口。
2.根据权利要求1所述的基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，其特征在于：所述上层RDL和下层RDL分别为滤波器的高电平区域和低电平区域。
3.根据权利要求2所述的基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，其特征在于：所述六个谐振腔分别为：第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔及第六谐振腔；
第一谐振腔与第二谐振腔之间设有窗口A；
第二谐振腔与第三谐振腔之间设有窗口B；
第三谐振腔与第四谐振腔之间设有窗口C；
第四谐振腔与第五谐振腔之间设有窗口D；
第五谐振腔与第六谐振腔之间设有窗口E。
4.根据权利要求3所述的基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，其特征在于：所述窗口A设置在第一谐振腔与第二谐振腔的公共侧臂上；所述窗口B设置在第二谐振腔与第三谐振腔的公共侧臂上；所述窗口C设置在第三谐振腔与第四谐振腔的公共侧臂上；所述窗口D设置在第四谐振腔与第五谐振腔的公共侧臂上；所述窗口E设置在第五谐振腔与第六谐振腔的公共侧臂上。
5.根据权利要求4所述的基于TSV的超宽阻带V波段SIW滤波器，其特征在于：所述输入RDL端口位于第一谐振腔的侧臂上；输出RDL端口位于第六谐振腔的侧臂上。
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