CN116613492A - 一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器，包括：至少一个硅腔谐振单元和至少一个槽线式双阻带谐振器，所述硅腔谐振单元包括从下到上依次叠加设置的底层金属层、高阻硅介质层和顶层金属层；每个所述硅腔谐振单元的边缘间隔设置有多个通孔；所述通孔上下贯穿对应的底层金属层、高阻硅介质层和顶层金属层；所述通孔的内侧表面设置有金属沉积层，所述槽线式双阻带谐振器包括形成在所述顶层金属层的第一槽线和第二槽线；所述第二槽线的一端与所述第一槽线的中点连通；所述第二槽线的另一端进行收圈处理成闭环结构。通过上述方式，本发明所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，提高了带外抑制度，降低了通带内的插损。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器领域，特别是涉及一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器。
背景技术
滤波器在射频及微波系统中起着选频滤波的重要作用，具体的，滤波器可使某段频率的电信号通过，而对其他频率的电信号进行阻拦。滤波器的主要性能指标有插损、带宽、带外选择性以及电路尺寸等，降低滤波器的插损以及电路小型化一直是滤波器的关键设计难点。
常规多腔体硅基滤波器为了达到足够陡的带外抑制度，需要增加腔体谐振器的级数，通常达到6级以上，导致尺寸比较大。双边带硅基滤波器通过在金属面上刻蚀槽线增加了带外抑制度，可相应的减少腔体谐振器的数量，从而达到滤波器芯片小型化的目的，但是同时带来的问题是通带内损耗增大，部分电磁能量从槽线泄露出去，影响了硅基滤波器在射频及微波系统上的应用与推广，需要进行改进。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器，提高带外抑制度，降低通带内损耗。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器，包括：至少一个硅腔谐振单元和至少一个槽线式双阻带谐振器，所述硅腔谐振单元包括从下到上依次叠加设置的底层金属层、高阻硅介质层和顶层金属层；每个所述硅腔谐振单元的边缘间隔设置有多个通孔；所述通孔上下贯穿对应的底层金属层、高阻硅介质层和顶层金属层；所述通孔的内侧表面设置有金属沉积层，所述槽线式双阻带谐振器包括形成在所述顶层金属层的第一槽线和第二槽线；所述第二槽线的一端与所述第一槽线的中点连通；所述第二槽线的另一端进行收圈处理成闭环结构，将槽线端散发的电磁场收回槽线内，减少了电磁能量的损耗，改善了双边带硅基滤波器通带内的插损。
在本发明一个较佳实施例中，硅腔谐振单元的数量为多个时，呈矩阵排列，同一行相邻两个硅腔谐振单元共用一个槽线式双阻带谐振器。
在本发明一个较佳实施例中，所述通带内插损改进的双边带硅基滤波器还包括：输入馈线槽、输出馈线槽、第一缺陷耦合槽和第二缺陷耦合槽，所述输入馈线槽以及第一缺陷耦合槽形成于单个硅腔谐振单元或任一行硅腔谐振单元的首位硅腔谐振单元的顶层金属层上，所述输出馈线槽以及第二缺陷耦合槽形成于单个硅腔谐振单元或任一行硅腔谐振单元的末位硅腔谐振单元的顶层金属层上，所述输入馈线槽与第一缺陷耦合槽连通，用于待滤波信号的输入，所述输出馈线槽与第二缺陷耦合槽连通，用于输出待滤波信号滤波后形成的滤波信号，所述输入馈线槽、第一缺陷耦合槽、输出馈线槽及第二缺陷耦合槽的深度分别与顶层金属层的厚度相等。
在本发明一个较佳实施例中，所述闭环结构为方形或者圆形。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一槽线和第二槽线在深度方向贯穿对应的顶层金属层。
在本发明一个较佳实施例中，所述底层金属层的厚度为D1，所述顶层金属层的厚度为D2，所述高阻硅介质层的厚度为D3，其中，D1≤10um，D2≤10um，200um≤D3≤500um。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一槽线为U型槽线，所述第二槽线为直线型槽线、弧线型槽线和波浪型槽线中的任意一种。
在本发明一个较佳实施例中，所述第二槽线位于U型结构的第一槽线内侧区域。
在本发明一个较佳实施例中，所述高阻硅介质层的电阻率为R1，其中，R1≥3000Ω/cm。
在本发明一个较佳实施例中，所述通孔为全通孔或开放式半通孔。
本发明的有益效果是：本发明指出的一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器，通过第二槽线的一端与第一槽线的中点连通，使得槽线式双阻带谐振器在滤波器的滤波通带两侧引入传输零点，从而在不增加滤波器尺寸的同时提高滤波器的两侧带外抑制度，通过第二槽线另一端收圈处理得到的闭环结构将槽线端大量散发的电磁场收回槽线内，减少了电磁能量的损耗，降低了双边带硅基滤波器通带内的插损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图，其中：
图1是本发明一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1的a-a’向剖视图。
实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~图2，本发明实施例包括：
如图1所示的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，包括：至少一个硅腔谐振单元11、至少一个槽线式双阻带谐振器13、输入馈线槽14、输出馈线槽16、第一缺陷耦合槽15和第二缺陷耦合槽17，硅腔谐振单元11的数量为多个时，呈矩阵排列，同一行相邻两个硅腔谐振单元共用一个槽线式双阻带谐振器。在本实施例中，一行采用3个硅腔谐振单元和2个槽线式双阻带谐振器13，3个硅腔谐振单元分别是依次排列的第一硅腔谐振单元111、第二硅腔谐振单元112和第三硅腔谐振单元113，2个槽线式双阻带谐振器13分别为第一槽线式双阻带谐振器134和第二槽线式双阻带谐振器135，且第一槽线式双阻带谐振器134横跨第一硅腔谐振单元111与第二硅腔谐振单元112，第二槽线式双阻带谐振器135横跨第二硅腔谐振单元112和第三硅腔谐振单元113。
如图2所示，硅腔谐振单元11包括从下到上依次叠加设置的底层金属层23、高阻硅介质层22和顶层金属层21，在本实施例中，底层金属层23的厚度为D1，顶层金属层21的厚度为D2，高阻硅介质层22的厚度为D3，其中，D1≤10um，D2≤10um，200um≤D3≤500um，而且高阻硅介质层的电阻率为R1，其中，R1≥3000Ω/cm，顶层金属层23和底层金属层21可以为铜或者金，具有更小的金属损耗，进一步减小滤波器的插入损耗。
可通过控制硅腔谐振单元11的形状和尺寸确定硅腔谐振单元11的滤波频率，在本实施例中，可采用厚度为10um的底层金属层23和顶层金属层21，并采用厚度为400um的高阻硅介质层22。硅腔谐振单元11可呈长方形，硅腔谐振单元11的长度可为3mm，宽度可为1.54mm。此外，硅腔谐振单元11还可以为正方形、圆形或者其他多边形，通过设计合适的硅腔谐振单元11的形状和尺寸，可获取具有所需滤波频率的滤波器。
通带内插损改进的双边带硅基滤波器可采用微机电加工工艺加工实现，其三维堆叠结构和电路结构使得体积极小且易于与半导体集成电路工艺集成，有利于实现滤波器的小型化和芯片化，并扩大滤波器的应用范围。
每个硅腔谐振单元11的边缘间隔设置有多个通孔12，如图1所示，通孔12为全通孔122或开放式半通孔121，相邻硅腔谐振单元的半通孔121相接成全通孔122。如图2所示，通孔12上下贯穿对应的底层金属层23、高阻硅介质层22和顶层金属层21，而且通孔12的内侧表面设置有金属沉积层，以形成用于谐振的硅腔，从而使得电磁波无法由硅腔向外泄露出去，能量传输的损耗小，使得滤波器具有插损小的优点。
槽线式双阻带谐振器13包括形成在顶层金属层21的第一槽线131和第二槽线132，第一槽线131和第二槽线132在深度方向贯穿对应的顶层金属层21。在本实施例中，第二槽线132的一端与第一槽线131的中点连通，使得槽线式双阻带谐振器13在滤波器的滤波通带两侧引入传输零点，能够产生两个传输零点，从而在不增加滤波器尺寸的同时，提高滤波器的两侧带外抑制度。其中，第一槽线131的宽度与长度决定了通带高频处带外抑制，第二槽线132的宽度与长度决定通带低频处带外抑制，使得两个传输零点分别可调。
第二槽线132的另一端进行收圈处理成闭环结构133，闭环结构133可以为方形或者圆形，将槽线端散发的电磁场收回槽线内，减少了电磁能量的损耗，改善了双边带硅基滤波器通带内的插损。
如图1所示，在本实施例中，第一槽线131为U型槽线，第二槽线132位于U型结构的第一槽线131内侧区域，第二槽线132可以为直线型槽线、弧线型槽线和波浪型槽线中的任意一种。
输入馈线槽14以及第一缺陷耦合槽15形成于单个硅腔谐振单元或任一行硅腔谐振单元的首位硅腔谐振单元的顶层金属层21上，如图2所示，输入馈线槽14、第一缺陷耦合槽15、输出馈线槽16及第二缺陷耦合槽17的深度分别与顶层金属层21的厚度相等。
如图1所示，2条输入馈线槽14的长度方向从首位硅腔谐振单元的顶层金属层21边缘朝末位硅腔谐振单元方向延伸，输入馈线槽14与第一缺陷耦合槽15连通，用于待滤波信号的输入。在本实施例中，第一缺陷耦合槽15与输入馈线槽14一一对应，且垂直连通。
输出馈线槽16以及第二缺陷耦合槽17形成于单个硅腔谐振单元或任一行硅腔谐振单元的末位硅腔谐振单元的顶层金属层21上，输出馈线槽16与第二缺陷耦合槽17连通，用于输出待滤波信号滤波后形成的滤波信号。在本实施例中，输出馈线槽16延伸至顶层金属层21的边缘，且输出馈线槽16与第二缺陷耦合槽17垂直连通，且输出馈线槽16和输入馈线槽14的阻抗可以为50Ω。
第一缺陷耦合槽15的尺寸决定了输入馈线槽14与第一硅腔谐振单元111之间的耦合强度，第二缺陷耦合槽17的尺寸决定了输出馈线槽16与第三硅腔谐振单元113之间的耦合强度，具体的，第一缺陷耦合槽15和第二缺陷耦合槽17的尺寸越大，输入馈线槽14与第一硅腔谐振单元111之间的耦合强度越大，输出馈线槽16和第三硅腔谐振单元113之间的耦合强度越大。
第一硅腔谐振单元111与第二硅腔谐振单元112之间通过第一槽线式双阻带谐振器134的上下两个通孔12的间距耦合，间距越大，耦合越小；第二硅腔谐振单元112与硅腔谐振单元113之间通过第二槽线式双阻带谐振器135的上下两个通孔12的间距耦合，间距越大，耦合越小。可选的，输入馈线槽14和输出馈线槽16的槽线宽度可以为88um，两条输入馈线槽14之间的间隙可以为70um，第一缺陷耦合槽15和第二缺陷耦合槽17的长度可均为1.1mm，宽度可均为0.22mm。
综上，本发明指出的一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器，结构紧凑，提高了带外抑制度，降低了通带内的插损，适用范围广泛。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，包括：
至少一个硅腔谐振单元，所述硅腔谐振单元包括从下到上依次叠加设置的底层金属层、高阻硅介质层和顶层金属层；每个所述硅腔谐振单元的边缘间隔设置有多个通孔；所述通孔上下贯穿对应的底层金属层、高阻硅介质层和顶层金属层；所述通孔的内侧表面设置有金属沉积层；
至少一个槽线式双阻带谐振器，所述槽线式双阻带谐振器包括形成在所述顶层金属层的第一槽线和第二槽线；所述第二槽线的一端与所述第一槽线的中点连通；所述第二槽线的另一端进行收圈处理成闭环结构，将槽线端散发的电磁场收回槽线内，减少了电磁能量的损耗，改善了双边带硅基滤波器通带内的插损。
2.根据权利要求1所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，硅腔谐振单元的数量为多个时，呈矩阵排列，同一行相邻两个硅腔谐振单元共用一个槽线式双阻带谐振器。
3.根据权利要求2所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，所述通带内插损改进的双边带硅基滤波器还包括：输入馈线槽、输出馈线槽、第一缺陷耦合槽和第二缺陷耦合槽，所述输入馈线槽以及第一缺陷耦合槽形成于单个硅腔谐振单元或任一行硅腔谐振单元的首位硅腔谐振单元的顶层金属层上，所述输出馈线槽以及第二缺陷耦合槽形成于单个硅腔谐振单元或任一行硅腔谐振单元的末位硅腔谐振单元的顶层金属层上，所述输入馈线槽与第一缺陷耦合槽连通，用于待滤波信号的输入，所述输出馈线槽与第二缺陷耦合槽连通，用于输出待滤波信号滤波后形成的滤波信号，所述输入馈线槽、第一缺陷耦合槽、输出馈线槽及第二缺陷耦合槽的深度分别与顶层金属层的厚度相等。
4.根据权利要求1所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，所述闭环结构为方形或者圆形。
5.根据权利要求1所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，所述第一槽线和第二槽线在深度方向贯穿对应的顶层金属层。
6.根据权利要求1所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，所述底层金属层的厚度为D1，所述顶层金属层的厚度为D2，所述高阻硅介质层的厚度为D3，其中，D1≤10um，D2≤10um，200um≤D3≤500um。
7.根据权利要求1所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，所述第一槽线为U型槽线，所述第二槽线为直线型槽线、弧线型槽线和波浪型槽线中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，所述第二槽线位于U型结构的第一槽线内侧区域。
9.根据权利要求1所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，所述高阻硅介质层的电阻率为R1，其中，R1≥3000Ω/cm。
10.根据权利要求1所述的通带内插损改进的双边带硅基滤波器，其特征在于，所述通孔为全通孔或开放式半通孔。
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