[發明專利]一種基于砷化鎵工藝的介質集成波導濾波器

有效

• 申請號: 201810146835.6
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108461876B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 肖鈺;單培哲;朱凱強;孫厚軍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20;H01P1/208
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發明公開了一種基于砷化鎵工藝的介質集成波導濾波器，濾基于多模諧振腔研制而成，通過合理的設計多模諧振腔的尺寸可以使得電磁波在多模諧振腔內產生電磁相消現象，從而可以產生傳輸零點；通過采用改變腔體長寬比的技術手段，可以使得傳輸零點的位置變得可控，因而可以在濾波器在靠近通帶的低端和高端分別設計一個傳輸零點，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結構，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?芯片的直接互聯形式，也可以直接將該濾波器和其它芯片集成在同一個芯片上。

技術領域

本發明屬于毫米波濾波器技術領域，具體涉及一種基于砷化鎵工藝的介質集成波導濾波器。

背景技術

在雷達、通信等電子設備中，濾波器是射頻收發電路(組件)中不可或缺的關鍵器件之一。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計和平面化設計決定了收發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波段已經不能滿足應用需求。當系統要求濾波器兼具較低插入損耗和較高矩形系數時，波導形式的濾波器幾乎成為W波段的唯一選擇。

目前流行的波導濾波器的實現工藝主要有3種，包括機械加工、微機械制造(MEMS)和基于印刷電路板(PCB)工藝的介質集成波導(SIW)技術。

在W波段，采用傳統機械加工的金屬波導濾波器以插入損耗小、矩形系數高的優點在各種對體積、重量要求不高的場合廣泛應用。文獻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)設計了一種H面膜片金屬波導濾波器，在92GHz～94GHz范圍內插入損耗小于1dB，濾波器矩形系數可達1.61，外形尺寸為15mm×15mm×10mm。將金屬波導濾波器應用于小型化的收發組件時，其存在兩個顯著問題：第一，物理尺寸偏大，占據了收發組件中較大的面積，不利于TR組件的小型化設計，同時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-微帶的過渡結構與組件中其他器件互聯，收發組件的可用空間被進一步擠占，也增加了組件的復雜性。過渡結構本身也會引入傳輸損耗，單個過渡結構在W波段實際的傳輸損耗可達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)，這削弱了金屬波導濾波器低插入損耗的優勢。

MEMS技術可通過采用光刻、腐蝕、電鍍等工藝獲得復雜的微小、精細結構，加工精度可達1um量級，遠高于傳統機械加工精度(±10um)。韓國首爾大學Sangsunb Song等人報道了一種基于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)，帶內插入損耗約為1.3dB，回波損耗優于16dB。該濾波器采用深反應離子刻蝕(DRIE)技術形成了空氣諧振腔，并采用了一種倒裝芯片(flip chip)的技術與輸入/輸出微帶線相連。MEMS技術雖有助于提升濾波器與組件的集成度，但其工藝較為復雜，成本較高，并且還同樣面臨物理尺寸偏大的問題。