基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器
技术领域
1.本发明属于三维集成电路技术领域，涉及基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器。
背景技术：
2.随着无线通信技术的快速发展，低频段通信信道变得越发拥挤，进而引发对高频段通信频段的研究。随着频率的增高，传输结构的损耗问题变得越发凸显，因此需要设计大量新颖的、高性能的射频器件。以滤波器为代表的射频前端器件的性能特性得到广泛的关注。微带线具有尺寸小的特点，但是波导的品质因数更高。而基片集成波导作为综合微带线尺寸小和波导品质因数高的新型滤波器，受到国内外滤波器研究人员的深入研究。
3.基片集成波导传输结构的尺寸跟衬底材料的介电常数具有很大的关系，因为波长与相对介电常数成反比。目前大部分采用相对常数为2.2的介质基板设计基片集成波导滤波器，随着毫米波通信技术的发展，毫米波的特点被不断地发现，应用于军事领域以及民用领域，因此，需要提出一种针对u波段进行滤波的滤波器。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一种基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器，该滤波器采用直接耦合的拓扑结构，实现三阶基片集成滤波。
5.本发明所采用的技术方案是，基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器，包括沿水平方向平行设置的上层rdl和下层rdl，上层rdl与下层rdl之间设有硅衬底，硅衬底上分布有三个依次相邻的由tsv构成的谐振腔，上层rdl的相对两侧分别设有输入rdl端口和输出rdl端口。
6.本发明的特点还在于：
7.三个谐振腔之间采用开窗的方式实现耦合。
8.三个谐振腔分别为：第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔，第一谐振腔与第二谐振腔之间设有窗口a，第二谐振腔与第三谐振腔之间设有窗口b。
9.窗口a设置在第一谐振腔与第二谐振腔的公共侧臂上；所述窗口b设置在第二谐振腔与第三谐振腔的公共侧臂上。
10.输入rdl端口位于第一谐振腔的一侧；输出rdl端口位于第三谐振腔的一侧。
11.本发明的有益效果是：本发明为三阶基片集成波导直接耦合滤波器，采用上下两金属层(铜)rdl结构分别作为滤波器电路的高低电平区域，上下两层rdl的结构分别是作为滤波器电路的高低电平区域，上下两层rdl的中间采用tsv进行排布与上下rdl一同实现直接耦合的功能，同时，上层rdl两侧分别接输入rdl段和输出rdl段。该滤波器为三阶，也就是有三个谐振腔。本发明采用相对介电常数为11.9的高阻硅衬底来设计基片集成波导滤波器，可以实现明显的尺寸结构小型化。
附图说明
12.图1是本发明基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器的三维视图；
13.图2是本发明基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器的俯视图(上层rdl和tsv部分)；
14.图3为本发明基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器在hfss(high frequency structure simulator，高频结构仿真)的仿真曲线图。
15.图中，1.上层rdl，2.下层rdl，4.输入rdl端口，5.输出rdl端口，6.第一谐振腔，7.第二谐振腔，8.第三谐振腔，9.窗口a，10.窗口b，11.tsv。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
17.本发明基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw(基片集成波导)滤波器，如图1所示，包括沿水平方向平行设置的上层rdl1和下层rdl2，上层rdl1与下层rdl2之间设有硅衬底(采用硅基衬底，同现有普遍的硅工艺品相兼容)，硅衬底上分布有三个依次相邻的由tsv(硅通孔)构成的谐振腔，上层rdl1的相对两侧分别设有输入rdl端口4和输出rdl端口5。rdl表示重新布线层。
18.三个谐振腔之间采用开窗的方式实现耦合。
19.三个谐振腔分别为：第一谐振腔6、第二谐振腔7和第三谐振腔8，第一谐振腔6与第二谐振腔7之间设有窗口a9，第二谐振腔7与第三谐振腔8之间设有窗口b10。窗口a9设置在第一谐振腔6与第二谐振腔7的公共侧臂上；窗口b10设置在第二谐振腔7与第三谐振腔8的公共侧臂上。
20.输入rdl端口4位于第一谐振腔6的一侧；输出rdl端口5位于第三谐振腔8的一侧。
21.输入rdl端口4长265μm、宽630μm。tsv11直径50μm、高度301μm。上层rdl1和下层rdl2均由长方形构成，上层rdl1的尺寸为：宽909μm、长2663μm。下层rdl2的尺寸为：宽1918μm、长3293μm。
22.第一谐振腔6的长和宽均是839μm。
23.第二谐振腔7长和宽均是884μm。
24.第三个谐振腔8长和宽均是890μm。
25.第一谐振腔6和第二谐振腔7之间的窗口a9的宽度为537μm。
26.第二谐振腔7和第三谐振腔8之间的窗口b10的宽度为425μm。
27.如图2所示，区域i中从上至下共3个tsv11、区域iii中从上至下共3个tsv11、区域iv中从左至右共15个tsv11、区域v中从上至下共8个tsv11构成了第一谐振腔6的四个侧臂；
28.区域vi中从左至右共14个tsv11、区域vii中从上至下共13个tsv11、区域viii中从左至右共8个tsv11、区域v构成了第二谐振腔7的四个侧臂。
29.区域ix中从上至下共13个tsv11、区域xi中从上至下共3个tsv、区域x中从上至下共3个tsv11、区域viii构成了第三个谐振腔8的四个侧臂。
30.输入rdl端口4和第一谐振腔6之间的耦合结构与输出rdl端口5和第三谐振腔8的耦合结构相同，都采用了微带线和共面波导结合的方式馈电。使得以足够小的尺寸实现良好的馈电效果。
31.图3为本发明基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器的仿真图；由图3可知，通带插入损耗(s
21
)为2.2db以内，对应的频段是40.93ghz-41.87ghz，中心频率f0为41.4ghz,计算后得到的带宽是0.9ghz。通带内对应的回波损耗(s
11
)最小是10.44db。带外特性为1.0867*f
0-1.329*f0，对应的插入损耗高于25db。
技术特征：
1.基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器，其特征在于：包括沿水平方向平行设置的上层rdl和下层rdl，上层rdl与下层rdl之间设有硅衬底，硅衬底上分布有三个依次相邻的由tsv构成的谐振腔，上层rdl的相对两侧分别设有输入rdl端口和输出rdl端口。2.根据权利要求1所述的基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器，其特征在于：所述三个谐振腔之间采用开窗的方式实现耦合。3.根据权利要求2所述的基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器，其特征在于：所述三个谐振腔分别为：第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔，第一谐振腔与第二谐振腔之间设有窗口a，第二谐振腔与第三谐振腔之间设有窗口b。4.根据权利要求3所述的基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器，其特征在于：所述窗口a设置在第一谐振腔与第二谐振腔的公共侧臂上；所述窗口b设置在第二谐振腔与第三谐振腔的公共侧臂上。5.根据权利要求4所述的基于tsv的超紧凑宽阻带u波段siw滤波器，其特征在于：所述输入rdl端口位于第一谐振腔的一侧；输出rdl端口位于第三谐振腔的一侧。
技术总结
本发明公开了一种基于TSV的超紧凑宽阻带U波段SIW滤波器，包括沿水平方向平行设置的上层RDL和下层RDL，上层RDL与下层RDL之间设有硅衬底，硅衬底上分布有三个依次相邻的由TSV构成的谐振腔，上层RDL的相对两侧分别设有输入RDL端口和输出RDL端口。本发明采用直接耦合的拓扑结构，能够实现三阶基片集成。能够实现三阶基片集成。能够实现三阶基片集成。
技术研发人员：王凤娟 卢颖 余宁梅 杨媛 朱樟明 尹湘坤
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/15
再多了解一些
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