用于毫米波通信的基片集成波导滤波器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及通信技术领域，特别是涉及一种用于毫米波通信的基片集成波导滤波器及其制备方法，所述滤波器包括第一金属层、第二金属层和中间介质层，中间介质层上设置有金属化阵列；第一层金属层的表面设置有共面波导输入端、共面波导输出端，其中共面波导输入端设置在第一金属层表面的左侧，共面波导输出端设置在在第一金属层表面的右侧；金属化阵列和第一金属层、第二金属层从左到右依次构成第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔；本发明专利技术体积重量小、谐振器频率高、响应时间短；由于材料采用硅，得力于硅的硬度大、导热性能好、密度小，器件具有优良的机械电气性能。

Substrate Integrated Waveguide Filter for Millimeter Wave Communication and Its Fabrication Method

The invention relates to the field of communication technology, in particular to a substrate integrated waveguide filter for millimeter wave communication and a preparation method thereof. The filter comprises a first metal layer, a second metal layer and an intermediate dielectric layer, with a metallized array arranged on the intermediate dielectric layer, and a coplanar waveguide input terminal and a coplanar waveguide output terminal arranged on the surface of the first metal layer, in which coplanar waves are generated. The guide input end is on the left side of the first metal layer surface, and the output end of the coplanar waveguide is on the right side of the first metal layer surface; the metallized array, the first metal layer and the second metal layer form the first resonator, the second resonator, the third resonator, the fourth resonator and the fifth resonator in turn from left to right; the invention has small volume and weight, high resonator frequency and short response time. Because of the high hardness, good thermal conductivity and low density of silicon, the device has excellent mechanical and electrical properties.

【技术实现步骤摘要】
用于毫米波通信的基片集成波导滤波器及其制备方法
本专利技术涉及通信
，特别是涉及一种用于毫米波通信的基片集成波导滤波器及其制备方法。
技术介绍
近年来由于全球移动通讯行业、物联网智能技术、卫星通信技术以及各种短距离传输技术的迅猛发展，无线通信系统也迫切地需要得到更快更好地发展升级。另一方面从使用角度上来讲，现行的无线通信技术可使用周期正在不断缩短，用户、企业和社会在越来越离不开无线通信技术的发展时，也更加需要无线通信技术能够朝着高带宽传输、连接方式多样化、通信质量高品质以及通信设备小型化的趋势不断发展更新。我国未来下一代移动通信技术-第五代移动通信(5G)的相关研究工作早在2013年2月就由工信部、科技部和发改委联合成立“IMT-2020(5G)推进组”，作为国内研究5G无线通信技术以及加强国际合作的基础平台。目前，国内关于5G网络构架、5G频段分析评估、5G原型系统设计等研究工作均已展开。而5G分低频段(6GHz以下)和高频段(毫米波)，但是对于5G通信时代的无线频率需求所预测的带宽宽度都在1.5GHz左右，在低频频段几乎不可能开发出连续可用的宽带频谱资源，因此全球研究者们把关注点放在了高于10GHz频率的频段-甚至于微波毫米波段的频段，这也将会是首次把通信信息系统的工作频段推向这么高的阶段。实现了频谱带宽的提升也即实现了数据的超高速传输，毫米波毋庸置疑是最合适的候选频段，它也称为了5G通信技术的关键之一。目前，中国、韩国、俄罗斯、日本、美国、德国、欧盟在内的多个国家对5G通信频段的划分都至少为两个频段，大都集中在24.25～43.5GHz频带范围内。毫米波技术的发展是无线通信系统的演进过程，实际上，在毫米波段内着大量的应用，比如无线网络，汽车雷达，图像传感器，以及生物医学设备。对于大多数系统，是否能够成功地开发并应用于实际，取决于这门技术的可行性，成本效益，以及生产规模。因此，小型化、高度集成化、低成本的技术开发在毫米波商业应用领域中是最迫切也是最关键的需求。近几年，出现了一个十分有商业化潜力的技术——基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide，SIW)，它可以集成于介质基板中，并且具有低插损、低辐射、高功率容量等特性，能够使微波毫米波系统小型化。基片集成波导有着设计简单、容易加工的特点因而大受业界的欢迎，它集合了大多平面印刷电路和金属波导的优势。它不仅仅有着类似于微带线的优点，即结构紧凑、制作简单、灵活和成本低的优势；还保持着传统金属波导的低辐射、低损耗、高品质因数、高功率容量、易于其它平面电路集成的特点。目前常见的制作滤波器器件的技术有印制电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)技术，低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramic，LTCC)技术，由于这些介质基板的介电常数较低，使得制作毫米波滤波器的尺寸过大，不能满足毫米波电路的需求。
技术实现思路
为了满足毫米波电路的需求，本专利技术提出一种用于毫米波通信的基片集成波导滤波器及其制备方法，所述滤波器包括：第一金属层1和第二金属层3，第一金属层1和第二金属层3之间设置有中间介质层2以及金属化阵列；第一层金属层的表面设置有共面波导输入端11、共面波导输出端12，其中共面波导输入端11设置在第一金属层1表面的左侧，共面波导输出端12设置在在第一金属层1表面的右侧；金属化阵列和第一金属层1、第二金属层3从左到右依次构成第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔，其中第一谐振腔与共面波导输入端11连接，第五谐振腔与所述共面波导输出端12连接，且第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔之间依次串联连接。进一步的，金属化阵列、第一金属层1和第二金属层3均采用金构成。进一步的，金属化阵列包括第一水平孔对21、第二水平孔对22、第三水平孔对23、第四水平孔对24、第五水平孔对25、第一垂直孔对210以及第二垂直孔对211，所述第一水平孔对21、第二水平孔对22、第三水平孔对23、第四水平孔对24、第五水平孔对25从左到右依次设置在中间介质层2上，所述第一垂直孔对210以及第二垂直孔对211依次从上到下设置在中间介质层2上。进一步的，每对水平孔对包括两个孔槽，分别位于中间介质层2的上下两边，两个孔槽之间相距的距离为谐振腔的总长度；每对垂直孔对包括两个孔槽，分别位于中间介质程度额左右两边，两个孔槽之间的距离为谐振腔的宽度。进一步的，所述孔槽是在中间介质层2上的通槽，且该通槽的宽度为0.25mm～0.3mm。进一步的，第一谐振腔和第二谐振腔之间通过第一耦合窗口26串联，第二谐振腔和第三谐振腔之间通过第二耦合窗口27串联，第三谐振腔和第四谐振腔之间通过第三耦合窗口28串联，第四谐振腔和第五谐振腔之间通过第四耦合窗口29串联。进一步的，第一耦合窗口26和第四耦合窗口29的长度为1.2mm，第二耦合窗口27和第三耦合窗口28的长度为1.4mm。进一步的，共面波导输入端11和共面波导输入端11结构相同，且共面波导输入端11和共面波导输入端11以第一金属层1上端中心位置与下端中心位置的中位线呈镜面对称，分别位于第一金属层1的左右两端，且共面波导输入端11包括两条通过刻蚀第一金属层1形成的“L”型微带线，此两条金属导带的以第一金属层1右端中心位置与左端中心位置之间的连线呈镜面对称。本专利技术最突出的优点是微型化：体积重量小、谐振器频率高、响应时间短；由于材料采用硅，得力于硅的硬度大、导热性能好、密度小，器件具有优良的机械电气性能；另外微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)工艺与集成电路(IntegratedCircuit，IC)工艺相似，可实现大规模的批量化生产，大大降低了射频MEMS器件的生产成本。附图说明图1是现有技术中基片集成波导结构图；图2是本专利技术在三维电磁仿真软件中搭建的谐振器模型；图3是本专利技术的中心频率随谐振器的长L_SWI的变化曲线图；图4是本专利技术的中心频率随谐振器的宽W_SWI的变化曲线图；图5是本专利技术提取耦合窗口长度的双腔谐振器模型图图6是本专利技术的耦合系数随耦合窗口长度的变化曲线图；图7是本专利技术基片集成波导结构图；图8是本专利技术的仿真特性曲线图；图9是本专利技术的基片集成波导分层结构示意图；图10是MEMS工艺的具体流程图；图11是本专利技术的仿真特性曲线图与基片集成波导器件的测试曲线图的对比图；其中，1，第一金属层；11、共面波导输入端；12、共面波导输出端；2、中间介质层；21、第一水平孔对；22、第二水平孔对；23、第三水平孔对；24、第四水平孔对；25、第五水平孔对；26、第一耦合窗口；27、第二耦合窗口；28、第三耦合窗口；29、第四耦合窗口；210、第一垂直孔对；211、第二垂直孔对；3、第二金属层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供一种用于毫米波通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于毫米波通信的基片集成波导滤波器，包括第一金属层(1)、第二金属层(3)和中间介质层(2)，中间介质层(2)上设置有金属化阵列，其特征在于，第一层金属层(1)的表面设置有共面波导输入端(11)、共面波导输出端(12)，其中共面波导输入端(11)设置在第一金属层(1)表面的左侧，共面波导输出端(12)设置在第一金属层(1)表面的右侧；金属化阵列和第一金属层(1)、金属化阵列和第二金属层(3)从左到右依次构成第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔，其中第一谐振腔与共面波导输入端(11)连接，第五谐振腔与所述共面波导输出端(12)连接，且第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔之间依次串联连接。

【技术特征摘要】
1.用于毫米波通信的基片集成波导滤波器，包括第一金属层(1)、第二金属层(3)和中间介质层(2)，中间介质层(2)上设置有金属化阵列，其特征在于，第一层金属层(1)的表面设置有共面波导输入端(11)、共面波导输出端(12)，其中共面波导输入端(11)设置在第一金属层(1)表面的左侧，共面波导输出端(12)设置在第一金属层(1)表面的右侧；金属化阵列和第一金属层(1)、金属化阵列和第二金属层(3)从左到右依次构成第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔，其中第一谐振腔与共面波导输入端(11)连接，第五谐振腔与所述共面波导输出端(12)连接，且第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔之间依次串联连接。2.根据权利要求1所述的用于毫米波通信的基片集成波导滤波器，其特征在于，金属化阵列、第一金属层(1)和第二金属层(3)均采用金构成。3.根据权利要求1所述的用于毫米波通信的基片集成波导滤波器，其特征在于，金属化阵列包括第一水平孔对(21)、第二水平孔对(22)、第三水平孔对(23)、第四水平孔对(24)、第五水平孔对(25)、第一垂直孔对(210)以及第二垂直孔对(211)，所述第一水平孔对(21)、第二水平孔对(22)、第三水平孔对(23)、第四水平孔对(24)、第五水平孔对(25)从左到右依次设置在中间介质层(2)上，所述第一垂直孔对(210)以及第二垂直孔对(211)依次从上到下设置在中间介质层(2)上。4.根据权利要求3所述的用于毫米波通信的基片集成波导滤波器，其特征在于，每对水平孔对包括两个孔槽，分别位于中间介质层(2)的上下两边，两个孔槽之间相距的距离为谐振腔的总长度；每对垂直孔对包括两个孔槽，分别位于中间介质程度额左右两边，两个孔槽之间的距离为谐振腔的宽度。5.根据权利要求4所述的用于毫米波通信的基片集成波导滤波器，其特征在于，所述孔槽是在中间介质层(2)上的通槽，且该通槽的宽度为0.25mm～0.3mm。6.根据权利要求1所述的用于毫米波通信的基片集成波导滤波器，其特征在于，第一谐振腔和第二谐振腔之间通过第一耦合窗口(26)串联，第二谐振腔和第三谐振腔之间通过第二耦合窗口...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彤彤，李云，吴广富，黄巍，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50