[發(fā)明專利]一種基于砷化鎵工藝的介質(zhì)集成波導(dǎo)濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810146835.6
• 申請(qǐng)日: 2018-02-12
• 公開（公告）號(hào): CN108461876B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖鈺;單培哲;朱凱強(qiáng);孫厚軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/20
• 分類號(hào): H01P1/20;H01P1/208
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發(fā)明公開了一種基于砷化鎵工藝的介質(zhì)集成波導(dǎo)濾波器，濾基于多模諧振腔研制而成，通過合理的設(shè)計(jì)多模諧振腔的尺寸可以使得電磁波在多模諧振腔內(nèi)產(chǎn)生電磁相消現(xiàn)象，從而可以產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)；通過采用改變腔體長寬比的技術(shù)手段，可以使得傳輸零點(diǎn)的位置變得可控，因而可以在濾波器在靠近通帶的低端和高端分別設(shè)計(jì)一個(gè)傳輸零點(diǎn)，使得該濾波器具有高頻率選擇性；采用70um砷化鎵工藝研制而成，兩端均為GSG結(jié)構(gòu)，該濾波器芯片可以與其他基于70um砷化鎵工藝的W波段有源芯片集成；既可以采用芯片?芯片的直接互聯(lián)形式，也可以直接將該濾波器和其它芯片集成在同一個(gè)芯片上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于毫米波濾波器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于砷化鎵工藝的介質(zhì)集成波導(dǎo)濾波器。

背景技術(shù)

在雷達(dá)、通信等電子設(shè)備中，濾波器是射頻收發(fā)電路(組件)中不可或缺的關(guān)鍵器件之一。由于濾波器的物理其尺寸通常是工作波長的若干倍，因此濾波器的小型化設(shè)計(jì)和平面化設(shè)計(jì)決定了收發(fā)組件整體的小型化程度和集成度。在微波頻段，常用的濾波器可分為微帶和波導(dǎo)等形式。但隨著頻率的升高，微帶濾波器Q值降低，選擇性變差，在W波段已經(jīng)不能滿足應(yīng)用需求。當(dāng)系統(tǒng)要求濾波器兼具較低插入損耗和較高矩形系數(shù)時(shí)，波導(dǎo)形式的濾波器幾乎成為W波段的唯一選擇。

目前流行的波導(dǎo)濾波器的實(shí)現(xiàn)工藝主要有3種，包括機(jī)械加工、微機(jī)械制造(MEMS)和基于印刷電路板(PCB)工藝的介質(zhì)集成波導(dǎo)(SIW)技術(shù)。

在W波段，采用傳統(tǒng)機(jī)械加工的金屬波導(dǎo)濾波器以插入損耗小、矩形系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)在各種對(duì)體積、重量要求不高的場合廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)Liao X,Wan L,Yin Y,et al.W-bandlow-loss bandpass filter using rectangular resonant cavities[J].IETMicrowaves,Antennas&Propagation(2014,8(15):1440-1444)設(shè)計(jì)了一種H面膜片金屬波導(dǎo)濾波器，在92GHz～94GHz范圍內(nèi)插入損耗小于1dB，濾波器矩形系數(shù)可達(dá)1.61，外形尺寸為15mm×15mm×10mm。將金屬波導(dǎo)濾波器應(yīng)用于小型化的收發(fā)組件時(shí)，其存在兩個(gè)顯著問題：第一，物理尺寸偏大，占據(jù)了收發(fā)組件中較大的面積，不利于TR組件的小型化設(shè)計(jì)，同時(shí)濾波器需要拆分為兩半分別在腔體和蓋板上加工，增加了制造成本也引入了裝配誤差；第二，需要額外的波導(dǎo)-微帶的過渡結(jié)構(gòu)與組件中其他器件互聯(lián)，收發(fā)組件的可用空間被進(jìn)一步擠占，也增加了組件的復(fù)雜性。過渡結(jié)構(gòu)本身也會(huì)引入傳輸損耗，單個(gè)過渡結(jié)構(gòu)在W波段實(shí)際的傳輸損耗可達(dá)0.5dB～1dB(Li K,Zhao M,Fan Y.A W band low-loss waveguide-to-microstrip probe transition for millimeter-wave applications[C].International Workshop on Microwave and Millimeter Wave Circuits and SystemTechnology,2012:1-3)，這削弱了金屬波導(dǎo)濾波器低插入損耗的優(yōu)勢(shì)。

MEMS技術(shù)可通過采用光刻、腐蝕、電鍍等工藝獲得復(fù)雜的微小、精細(xì)結(jié)構(gòu)，加工精度可達(dá)1um量級(jí)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)械加工精度(±10um)。韓國首爾大學(xué)Sangsunb Song等人報(bào)道了一種基于MEMS工藝的W波段濾波器(Song S,Yoo C S,Seo K S.W-Band BandpassFilter Using Micromachined Air-Cavity Resonator With Current Probes[J].Microwave&Wireless Components Letters IEEE,2010,20(4):205-207)，帶內(nèi)插入損耗約為1.3dB，回波損耗優(yōu)于16dB。該濾波器采用深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)技術(shù)形成了空氣諧振腔，并采用了一種倒裝芯片(flip chip)的技術(shù)與輸入/輸出微帶線相連。MEMS技術(shù)雖有助于提升濾波器與組件的集成度，但其工藝較為復(fù)雜，成本較高，并且還同樣面臨物理尺寸偏大的問題。