CN208385589U - 小型化w波段mems缝隙波导带通滤波器 - Google Patents

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施永荣
张君直
周明
王继财
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Abstract

本实用新型公开了一种小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，包括顶层硅晶圆片和底层硅晶圆片，顶层硅晶圆片和/或底层硅晶圆片上用MEMS工艺刻蚀后电镀形成缝隙波导结构，缝隙波导结构内部形成级联耦合谐振腔，顶层硅晶圆片和/或底层硅晶圆片上还刻蚀有耦合窗。本实用新型基于MEMS缝隙波导理念设计出的滤波器具有小型化、轻量化、低插损、频偏小、适合大规模批量化生产的优点，弥补了缝隙波导带通滤波器在W波段的应用空白，且所提出的MEMS缝隙波导带通滤波器可以作为W波段表贴类元器件，通过和平面传输线的耦合，提高W波段系统的集成度，具有极高的工程应用价值。

Description

小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器
技术领域
本实用新型涉及电磁场与微波技术，特别是涉及小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器。
背景技术
W波段带通滤波器主用应用于W波段雷达和通信收发机中，在发射机中可以抑制发射杂散，在接收机中可以放置于低噪声放大器前作预选滤波，抑制相邻频段的电磁干扰。
目前，传统使用的W波段带通滤波器主要分为两类。一类是基于机械加工的金属腔体带通滤波器，但是机械加工精度要求高，成本昂贵且难以保证批量一致性，难以大规模批量化生产；一类是基于波导E面膜片的带通滤波器，但是膜片中电路加工精度和波导安装槽加工精度要求高，同时膜片的安装工艺难，也难以大规模批量化生产。
近年来，基于多层LTCC工艺出现了很多W波段及以上频段的带通滤波器，然而LTCC属于厚膜印刷工艺，W波段加工出来的LTCC带通滤波器其工作频率会有较大的偏移，且LTCC衬底损耗因子较大，带来的LTCC带通滤波器的插损较大，不能较好地适应W波段雷达和通信接收机的指标要求。
基于缝隙波导设计的带通滤波器给毫米波带通滤波器的设计和选型提供了另外一种可能，然而受限于机械加工的精度，缝隙波导带通滤波器的设计频段基本集中在Ka波段。
由此可见，现有技术中主要存在的缺陷是加工成本昂贵、批量一致性差、频偏大、插损大、重量大、难以作为表贴元器件使用。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种加工容易、批量一致性好、频偏小、插损小、重量轻、可以作为表贴元器件使用的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器。
技术方案：为达到此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型所述的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，包括顶层硅晶圆片和底层硅晶圆片，顶层硅晶圆片和/或底层硅晶圆片上用MEMS工艺刻蚀后电镀形成缝隙波导结构，缝隙波导结构内部形成级联耦合谐振腔，顶层硅晶圆片和/或底层硅晶圆片上还刻蚀有耦合窗。耦合窗作为滤波器的输入输出结构。
进一步，所述耦合窗有一对，所述一对耦合窗分别设在顶层硅晶圆片和底层硅晶圆片上，或者所述一对耦合窗同时设在顶层硅晶圆片或底层硅晶圆片上。当一对耦合窗分别设在顶层硅晶圆片和底层硅晶圆片上时，所述滤波器能够安装在金属腔体中做传统波导器件使用；当一对耦合窗同时设在顶层硅晶圆片或底层硅晶圆片上时，本实用新型所提供的滤波器能够做W波段表贴元器件使用。
进一步，所述一对耦合窗同时设在顶层硅晶圆片或底层硅晶圆片上时，耦合窗周围的金属化图形与安装基板的波导口到平面传输线耦合结构的金属化图形保持一致，这样安装基板的波导口到平面传输线耦合结构的金属化图形可以自由、独立地设计。
进一步，所述顶层硅晶圆片为低阻硅晶圆片或者高阻硅晶圆片。
进一步，所述底层硅晶圆片为低阻硅晶圆片或者高阻硅晶圆片。
进一步，所述耦合窗为标准WR-10波导耦合窗。
进一步，所述缝隙波导结构内部形成四个级联耦合谐振腔。谐振腔的数量和耦合拓扑方式可以根据指标需要，按照耦合带通滤波器的设计理论改动。
进一步，所述缝隙波导结构包括多个矩阵排列的缝隙波导单元，谐振腔之间的耦合通过缝隙波导结构中间的十字形缝隙波导单元和两侧的长方形缝隙波导单元实现，其他缝隙波导单元均为周期性的正方形缝隙波导单元。
有益效果：本实用新型公开了一种小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，将MEMS工艺和缝隙波导结构结合起来，设计出的滤波器具有小型化、重量轻、插损小、频偏小、适合大规模批量化生产的优点，弥补了缝隙波导带通滤波器在W波段的应用空白，且所提出的MEMS缝隙波导带通滤波器可以作为W波段表贴类元器件，通过和平面传输线的耦合，提高W波段系统的集成度，具有极高的工程应用价值。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式中滤波器的立体图；
图2为本实用新型具体实施方式中滤波器的俯视图；
图3为本实用新型具体实施方式中滤波器的仿真和测试结果对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本实用新型的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，如图1所示，包括顶层硅晶圆片1和底层硅晶圆片2，底层硅晶圆片2上用MEMS工艺刻蚀后电镀形成缝隙波导结构，缝隙波导结构内部通过周期缺陷形成四个级联耦合谐振腔，顶层硅晶圆片1上刻蚀有第一耦合窗41，底层硅晶圆片2上刻蚀有第二耦合窗42。这一对耦合窗均为标准WR-10波导耦合窗。电磁场通过第一耦合窗41耦合到最左侧缝隙波导谐振腔，再通过最右侧缝隙波导谐振腔和第二耦合窗42耦合输出，从而完成W波段的带通滤波功能。
此外，缝隙波导结构还可以刻蚀在顶层硅晶圆片1上，或者是既刻蚀在顶层硅晶圆片1上又刻蚀在底层硅晶圆片2上。一对耦合窗还可以只刻蚀在顶层硅晶圆片1上，或者只刻蚀在底层硅晶圆片2上。当一对耦合窗只刻蚀在顶层硅晶圆片1或者顶层硅晶圆片2上时，MEMS缝隙波导带通滤波器可以作为W波段表贴元器件使用，耦合窗周围的金属化图形与所使用到的安装基板的波导口到平面传输线耦合结构的金属化图形保持一致。
顶层硅晶圆片1可以为低阻硅晶圆片或者高阻硅晶圆片。同样的，底层硅晶圆片2也可以为低阻硅晶圆片或者高阻硅晶圆片。
缝隙波导结构包括多个矩阵排列的缝隙波导单元，如图2所示，谐振腔之间的耦合通过缝隙波导结构中间的十字形缝隙波导单元31和两侧的长方形缝隙波导单元32实现。其他缝隙波导单元均为周期性的正方形缝隙波导单元33。
滤波器的各个尺寸参数为：h1＝0.5mm，h2＝0.7mm，a＝10mm,b＝20mm,a1＝6.3mm,b1＝16mm,l1＝0.4mm,l2＝1.45mm,l3＝2.05mm,l4＝0.93mm,l5＝1.15mm,l6＝0.75mm,l7＝2.8mm,h3＝0.4mm,h4＝0.3mm。
图3为滤波器的仿真和测试结果对比图，S11_meaured和S11_simulated分别为测试和仿真的回波损耗，S21_meaured和S21_simulated分别为测试和仿真的插入损耗。可见，滤波器的通带从89.9GHz至97.4GHz，带内插入损耗小于1.6dB，回波损耗>15dB，测试和仿真的通带频率偏移(频偏)均小于0.1GHz。

Claims (8)

1.小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，其特征在于：包括顶层硅晶圆片(1)和底层硅晶圆片(2)，顶层硅晶圆片(1)和/或底层硅晶圆片(2)上用MEMS工艺刻蚀后电镀形成缝隙波导结构，缝隙波导结构内部形成级联耦合谐振腔，顶层硅晶圆片(1)和/或底层硅晶圆片(2)上还刻蚀有耦合窗。
2.根据权利要求1所述的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，其特征在于：所述耦合窗有一对，所述一对耦合窗分别设在顶层硅晶圆片(1)和底层硅晶圆片(2)上，或者所述一对耦合窗同时设在顶层硅晶圆片(1)或底层硅晶圆片(2)上。
3.根据权利要求2所述的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，其特征在于：所述一对耦合窗同时设在顶层硅晶圆片(1)或底层硅晶圆片(2)上时，耦合窗周围的金属化图形与安装基板的波导口到平面传输线耦合结构的金属化图形保持一致。
4.根据权利要求1所述的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，其特征在于：所述顶层硅晶圆片(1)为低阻硅晶圆片或者高阻硅晶圆片。
5.根据权利要求1所述的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，其特征在于：所述底层硅晶圆片(2)为低阻硅晶圆片或者高阻硅晶圆片。
6.根据权利要求1所述的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，其特征在于：所述耦合窗为标准WR-10波导耦合窗。
7.根据权利要求1所述的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，其特征在于：所述缝隙波导结构内部形成四个级联耦合谐振腔。
8.根据权利要求7所述的小型化W波段MEMS缝隙波导带通滤波器，其特征在于：所述缝隙波导结构包括多个矩阵排列的缝隙波导单元，谐振腔之间的耦合通过缝隙波导结构中间的十字形缝隙波导单元(31)和两侧的长方形缝隙波导单元(32)实现，其他缝隙波导单元均为周期性的正方形缝隙波导单元(33)。
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