砷化镓双模带通滤波器及其制备方法技术

本发明专利技术提出的一种砷化镓双模带通滤波器及其制备方法，旨在提供一种能够满足小型化毫米波电路要求，插入损耗小，选择性高的滤波器。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：加载枝节和λ/2谐振器组成弯折环状结构分支线加载型双模谐振器；从输入微带馈入的微波信号通过滤波器的两个物理通道传输到输出微带中，实现频率选择的通带特性，其中一个通道是信号通过输入耦合枝节和输出耦合枝节传输，且提供一个额外的带外传输零点，零点的位置由输入耦合枝节和输出耦合枝节的长度和耦合距离调节；另一个通路微波信号通过输入馈线耦合到双模谐振器，再由双模谐振器耦合到输出微带，双模谐振器形成两个传输极点通带和两个传输零点阻带，其中一个为双模谐振器的偶模提供。

【技术实现步骤摘要】
砷化镓双模带通滤波器及其制备方法
本专利技术涉及一种应用于微波毫米波电路的滤波器，具体涉及一种基于薄膜工艺和砷化镓衬底的小型化、低损耗、高选择性双模带通滤波器芯片。
技术介绍
滤波器是无线电通信系统中关键的无源器件,微波带通滤波器是其中重要的一类,得到了广泛的研究和应用,比如腔体滤波器、微带平行耦合带通滤波器、发夹型滤波器等等。微波无线通信已经经历了大半个世纪的发展，频率资源的使用和开发不断深入,也变得越来越紧张，因此近年来在通信领域出现了一个热门的研究方向，即超窄带通信。它能在极窄的带宽上传送速率极高的信息，从而达到前所未有的频谱利用率。据报道目前成功的超窄带调制空中试验结果是能够在2.7kHz带宽内传输速率为270kB/s。同时在实验室水平也已经能够做到在2kHz的滤波噪声带宽内可靠的传输270kB/s数据。美国的实验系统在AMPS的30kHz信道带宽内传送T1(1.544Mbps)数据。实际中使用的超窄带调制方法有很多种,如3PSK调制、ACPRK调制、MCM调制、WPSK调制、VMSK调制、VPSK调制、VMSK/2调制等等。但这些方法能够成功运用都基于一种滤波器的实现,即适合超窄带调制的特殊滤波器，超窄带调制的创始人H.K.Walker将其称为零群时延滤波器。超窄带滤波器的分析超窄带调制的实质是利用突变相位,产生没有频谱扩展的调制信号，达到一种带宽极窄的调制效果。超窄带(UNB)高效调制技术可获得非常高的频谱利用率，能有效缓解频率资源的紧缺现状，因而近年来广受关注。微波滤波器一般使用分布参数来实现，而微波谐振器的种类繁多，按照所用谐振器的类型来分，可以分为介质滤波器、波导滤波器、同轴线滤波器、微带线滤波器，带状线谐振器等构成的滤波器。其中每一种谐振器都有自己的优势和不足。介质滤波器采用高介电常数低损耗角正切的介质块作为谐振器，具有低损耗、可接受的温度稳定性和小尺寸等特点，然而，受高成本和现在的加工技术的限制，使它的使用范围限制在50GHz以下。波导滤波器采用波导谐振腔设计制作，具有低损耗、功率容量大和可实际应用到100GHz等特点，不过其最大的缺点是，尺寸明显比其他可应用的谐振器大。同轴滤波器采用同轴谐振腔设计制作，具有包括电磁屏蔽、低损耗特性和小尺寸等优异特点，但要在10GHz以上使用，则由于其微小的物理尺寸，制作精度难以达到。微带线谐振器和带状线谐振器具有小的尺寸、通过光刻技术易于加工、与其它有源电路元件的易于集成等优点，许多电路更偏向此类谐振器。其另一大优势是能通过采用不同介电常数的衬底材料从而在很大的频率范围内可以得到应用。然而，和其他谐振器相比其插损明显比较大，使它很难在窄带滤波器中得到应用。微带滤波器具有尺寸小、重量轻、成本低、易加工的优点在微波平面电路甚至微波集成电路中得以广泛应用。至今为止出现的多种微带双模谐振器包括圆形贴片谐振器、方形贴片谐振器、圆环谐振器、方环谐振器、折线环谐振器。微带滤波器的种类和实现形式多种多样，小型化高性能的微带谐振器滤波器在实际使用中最为常见。微带线带通滤波器主要有平行耦合线式、交指线式、交叉耦合式等形式。传统的微带线带通滤波器通常由λ/4平行耦合谐振器或λ/2电容耦合谐振器构成,由于微波电路频率响应的周期特性使得带通滤波器在谐波频率上也有通带响应,从而造成滤波器的上边带频率不陡峭、通带不对称等问题。因此，要实现更好的选择性，且满足日益渐增的小型化需要，对新型微型化微带滤波器的需求越来越迫切。微波T/R组件作为有源相控阵雷达的核心部件，常采用多芯片组件(MCM)和三维封装(LTCC)等技术体积也越做越小；而星载通信属全双工通信(即发射和接收同时进行，发射频率和接收频率不同)。为了抑制发射通道泄露来的发射频段信号，防止接收通道低噪声放大器饱和，保正通信的正常进行,接收通道的滤波器成为必不可少的器件。为了增强相控阵天线的性能，降低天线副瓣的影响，天线间距一般小于工作频率的半个波长(真空中波导波长)，频率越高，T/R模块间的距离越小，至毫米波频段T/R模块间的距离则只有几个毫米；而且留给滤波器的安装尺寸只有1～2mm甚至更小，而采用薄膜工艺设计的平行耦合、交指线型等传统型滤波器尺寸仍较大，多级耦合导致插入损耗太大而降低接收机的灵敏度，因而传统光刻技术均不能满足微带滤波器在体积和性能上的需要。带通滤波器是由微波谐振器构成的微波器件。传统通信基站用的滤波器多为单模腔谐振器(TE10模)和同轴谐振器(TEM模)，与腔体谐振器相比，同轴谐振器体积更小。但随着频谱资源日益紧张和拥挤，以及集成电路的发展对电路小型化的要求也越来越严格，使得滤波器在保证高性能的前提下必须具有更小的面积和体积。促使双模腔滤波器和介质谐振器成为研究热点，并逐渐用来取代传统滤波器。随后双模介质谐振器也得到研究，其成果用来代替单一谐振模式滤波器，以进一步降低滤波器尺寸。与双模腔谐振器相比，双模介质谐振器的体积更小，Q值更高。由于每个双模谐振器等效于两个谐振回路，尺寸与传统单模结构相比减小一半，正是这些优点使得双模滤波器被广泛研究，相关文献也比较多。由于每个谐振模式都可以等效为一个谐振回路，它具有体积小，成本低，性能好等优点，在实际工程中广为应用。截至目前，双模或多模滤波器的研究是滤波器小型化研究领域中最为活跃的部分，新型小型化滤波器的设计方式多为双模形式。由于腔体双模滤波器的耦合绝大多数都是电耦合，复杂的耦合关系形成很多不可抗拒零点，很难控制(有些类似于零腔)。要在其中加入一个磁耦合，很难做到。腔体双模滤波器的实现方式还有很多种，每种双模滤波器的实现方式还有很多种，每种都可以有自己的零点实现方法，谐波不容易解决，调试困难，各种结构的双模谐振器的耦合结构不稳定，虽然可以调节谐振器的内部耦合，却很难调节谐振器之间的耦合。介质谐振器有无数种谐振模式因其主模TE01d模的Q值高，受到杂模影响小，在单模介质滤波器中用作构成滤波器通带。因介质谐振器不同模式的谐振频率与介质的结构有关，合理设计介质尺寸，则介质谐振器会有两个或三个模式的谐振频率接近，有两个谐振频率接近模式的介质谐振器，可以用作双模滤波器；有三个谐振频率接近模式的介质谐振器，可用作三模滤波器。但介质谐振器模式分布复杂，杂模多而且距离通带模式(TE01d模)近，杂模对滤波器响应的影响更大，较多用于窄带滤波。谐振器的双模特性在声表滤波器中也有应用，其实现方式一般由两反射栅之间对称地放置三个换能器构成，为了降低损耗，反射栅与换能器之间以及换能器与换能器之间无突变间隔，为了获得百分之几的带宽，压电基片一般为漏波材料，例如42°钽酸铌，36°钽酸铌，41°铌酸铌和64°铌酸铌等。滤波器的频响依赖于构成滤波器的结构。通常双模滤波器的滤波器由一个输入换能器，两个输出换能器，两个外围的短路反射栅构成，并且结构对称，能支持一阶和三阶对称模，因而称为双模滤波器。为了降低损耗，反射栅与换能器之间以及换能器与换能器之间无突变间隔，在换能器与换能器之间，有短的过渡换能器，该换能器称为分布间隔换能器。双模滤波器的传输特性依赖于各个单元的指对数、周期、孔径及膜厚等结构参数，这些参数称为变量。虽然多模声表滤波器体积小，带外抑制好，但是声表滤波器多适用频率比较低，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种砷化镓双模带通滤波器，包括：微波介质层，金属层和接地导体层，其特征在于：砷化镓微波介质层包覆在金属层和接地导体层上下表面之间；介质层(3)位于金属层(1)下面，形成均匀填充矩形介质板，形状与介质层下底面相同的接地导体层(2)位于介质层(3)下表面，并覆盖芯片下表面；金属层(1)制有对称开缝高阻抗线(13)、低阻抗线(14)所构成阶梯阻抗谐振的加载枝节，以及与λ/4输入谐振器11、λ/4输出谐振器12一起通过形状弯折，组成的弯折环状结构分支线加载型的双模谐振器(11～14)；微带宽度为W1的输入耦合臂和输出耦合臂(5、6)分别与所述双模谐振器通过输入和输出耦合缝隙(15、16)耦合连接；输入耦合枝节(9)与输出耦合枝节(10)，通过两者间产生的磁场耦合连接，耦合强度由枝节耦合缝隙(17)决定；输入耦合臂(5)和输出耦合臂(6)为沿中心线A‑A’为对称结构，围绕双模谐振器连接两端的输入微带(7)和输出微带(8)；从输入微带(7)馈入的微波信号通过滤波器的两个物理通道传输到输出微带(8)中，实现频率选择的通带特性，其中一个通道是信号通过输入耦合枝节(9)和输出耦合枝节(10)传输，且提供一个额外的带外传输零点，零点的位置由输入耦合枝节(9)和输出耦合枝节(10)的长度和耦合距离(17)调节；另一个通路微波信号通过输入馈线(5)耦合到双模谐振器，再由双模谐振器耦合到输出微带(8)，双模谐振器形成两个传输极点通带和两个传输零点阻带，其中一个传输零点为双模谐振器的偶模提供。...

【技术特征摘要】
1.一种砷化镓双模带通滤波器，包括：微波介质层，金属层和接地导体层，其特征在于：砷化镓微波介质层包覆在金属层和接地导体层上下表面之间；介质层（3）位于金属层（1）下面，形成均匀填充矩形介质板，形状与介质层下底面相同的接地导体层（2）位于介质层（3）下表面，并覆盖芯片下表面；金属层（1）制有对称开缝高阻抗线（13）、低阻抗线（14）所构成阶梯阻抗谐振的加载枝节，以及与λ/4输入谐振器11、λ/4输出谐振器12一起通过形状弯折，组成的弯折环状结构分支线加载型的双模谐振器（11～14）；微带宽度为W1的输入耦合臂和输出耦合臂(5、6)分别与所述双模谐振器通过输入和输出耦合缝隙（15、16）耦合连接；输入耦合枝节（9）与输出耦合枝节（10），通过两者间产生的磁场耦合连接，耦合强度由枝节耦合缝隙（17）决定；输入耦合臂（5）和输出耦合臂（6）为沿中心线A-A’为对称结构，围绕双模谐振器连接两端的输入微带（7）和输出微带（8）；从输入微带（7）馈入的微波信号通过滤波器的两个物理通道传输到输出微带（8）中，实现频率选择的通带特性，其中一个通道是信号通过输入耦合枝节（9）和输出耦合枝节（10）传输，且提供一个额外的带外传输零点，零点的位置由输入耦合枝节（9）和输出耦合枝节（10）的长度和耦合距离调节；另一个通路微波信号通过输入馈线耦合到双模谐振器，再由双模谐振器耦合到输出微带（8），双模谐振器形成两个传输极点通带和两个传输零点阻带，其中一个传输零点为双模谐振器的偶模提供。2.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于：所述的输入输出耦合臂（5、6）的特征阻抗为50欧姆，对应的微带宽度为W1。3.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于：所述的耦合臂的线宽为10µm-200µm,耦合臂至所述双模谐振器的耦合缝隙（15、16）的宽度为5µm-80µm。4.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于：接地导体层（2）位于所述介质层（3）的正下方。5.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨茂辉，黄建，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51