基于TSV的六阶高性能交叉耦合SIW滤波器的制作方法

基于tsv的六阶高性能交叉耦合siw滤波器
技术领域
1.本发明属于滤波器技术领域，涉及一种基于tsv的六阶高性能交叉耦合siw滤波器。


背景技术：

2.随着无线通信的快速发展，军事通信领域500mhz-5ghz频段的资源逐渐短缺。太赫兹频段集成了微波通信以及光通信的优点，具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高和穿透性优良等诸多优点，其在军事通信应用广阔的发展前景，已经成为各个研究人员研究开发的热点。
3.基于tsv的siw滤波器具有结构紧凑、易于集成、体积小、高品质因数和优良的高频特性等特点。因此，基于tsv的siw滤波器在太赫兹频段的频率的研究具有非常深远的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于tsv的六阶高性能交叉耦合siw滤波器，该滤波器采用交叉耦合的拓扑结构，用于实现六阶基片集成波导。
5.本发明所采用的技术方案是，基于tsv的六阶高性能交叉耦合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之间设有硅基衬底，硅基衬底上分布有六个由tsv构成的谐振腔，六个谐振腔依次排布呈l型设置；上层rdl的相对两侧分别设有输入rdl端口和输出rdl端口；上层rdl上开设有s槽缺口a，下层rdl上开设有s槽缺口b，s槽缺口a和s槽缺口b拼接在一起恰好形成两个整圆。
6.本发明的特点还在于：
7.六个谐振腔分别为：第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔及第六谐振腔；
8.第四谐振腔分别与第三谐振腔和第五谐振腔相邻，第六谐振腔分别与第五谐振腔和第三谐振腔相邻。
9.s槽缺口a和s槽缺口b位于第三谐振腔和第六谐振腔的公共边上。
10.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；第三谐振腔与第四谐振腔之间设有窗口c；第四谐振腔与第五谐振腔之间设有窗口d；第五谐振腔与第六谐振腔之间设有窗口e；
11.所述窗口a、窗口b、窗口c、窗口d及窗口e相对两侧的tsv数量相同。
12.输入rdl端口与窗口a分别位于第一谐振腔的相对两端，所述输出rdl端口与第六谐振腔和第三谐振腔的公共边相对设置。
13.本发明的有益效果是：本发明提供的六阶基片集成波导交叉耦合滤波器，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一同实现正耦合和负耦合结合的交叉耦合拓扑功能。
附图说明
14.图1是本发明基于tsv的六阶高性能交叉耦合siw滤波器(上rdl、下rdl和tsv部分)的俯视图；
15.图2是本发明基于tsv的六阶高性能交叉耦合siw滤波器的三维模型；
16.图3是基于tsv的六阶高性能交叉耦合siw滤波器在hfss(high frequency structure simulator，高频结构仿真)的仿真曲线图。
17.图中，1.输入rdl端口，2.上层rdl，3.第一谐振腔，4.第二谐振腔，5.第三谐振腔，6.第四谐振腔，7.第五谐振腔，8.第六谐振腔，9.输出rdl端口，10.硅基衬底，11.下层rdl，12.tsv，13.s槽缺口a，14.s槽缺口b。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
19.本发明基于tsv(硅通孔)的六阶高性能交叉耦合siw(siw，基片集成波导)滤波器，该滤波器为六阶，也就是有六个谐振腔。如图1、2所示，包括沿水平方向平行设置的上层rdl2和下层rdl11，上层2与下层rdl11之间设有硅基衬底10，硅基衬底10上分布有六个由tsv构成的谐振腔，六个谐振腔依次排布呈l型设置；上层rdl2的相对两侧分别设有输入rdl端口1和输出rdl端口9；上层rdl2上开设有s槽缺口a13，下层rdl11上开设有s槽缺口b14，s槽缺口a13和s槽缺口b14方向相反，二者拼接在一起恰好形成两个整圆。
20.六个谐振腔分别为：第一谐振腔3、第二谐振腔4、第三谐振腔5、第四谐振腔6、第五谐振腔7及第六谐振腔8；
21.第四谐振腔6分别与第三谐振腔5和第五谐振腔7相邻，第六谐振腔8分别与第五谐振腔7和第三谐振腔相邻5。
22.s槽缺口a13和s槽缺口b14位于第三谐振腔5和第六谐振腔8的公共边上。
23.第一谐振腔3与第二谐振腔4之间设有窗口a；第二谐振腔4与第三谐振腔5之间设有窗口b；第三谐振腔5与第四谐振腔6之间设有窗口c；第四谐振腔6与第五谐振腔7之间设有窗口d；第五谐振腔7与第六谐振腔8之间设有窗口e；
24.窗口a、窗口b、窗口c、窗口d及窗口e相对两侧的tsv数量相同。
25.图1中标注的a、b、c、d、e分别为各窗口的位置。
26.输入rdl端口1与窗口a分别位于第一谐振腔3的相对两端，输出rdl端口9与第六谐振腔8和第三谐振腔5的公共边相对设置。
27.输入rdl端口1的尺寸为：长170μm、宽45.27μm。
28.tsv12的尺寸为：直径10μm、高度100μm。
29.由于上层rdl2和下层rdl11均为l形结构，因此，上层rdl2较长部分长是801.76μm、较短的部分长是419.17μm，上层rdl2左侧部分宽为220μm，上层rdl2右侧部分宽415μm。下层rdl11分为两部分，较长的部分长是852.03μm、较短的部分长是419.17μm，下层rdl11左侧部分宽为220μm、右侧部分宽465.27μm。
30.第一谐振腔3的四个侧边分别为区域i、区域xi、区域v及输入rdl端口，区域i中包括从左至右共10tsv12；区域xi包括从上至下共4个tsv12；区域v包括从左至右共10个tsv12；
31.第二谐振腔4的四个侧边分别为：区域xi、区域ii、区域xii、区域vi，区域ii包括从左至右共10个tsv12；区域xii包括从上至下共计4个tsv12；区域vi包括从左至右共计10个tsv12；
32.第三谐振腔5的四个侧边分别为：区域xii、区域iii、区域xiii及区域xvi，区域iii包括从左至右共计10个tsv12；区域xiii包括从上至下共计4个tsv12；区域xvi包括从左至右共计6个tsv12；
33.第四谐振腔6的四个侧边分别为：区域xiii、区域iv、区域vii及区域xiv；区域iv包括从左至右共计10个tsv12，区域vii包括从上至下共计10个tsv12；区域xiv包括从左至右共计4个tsv12；
34.第五谐振腔7的四个侧边分别为：区域xiv、区域viii、区域ix、区域xv，区域viii包括从上至下共计10个tsv12；区域ix包括从左至右共计14个tsv12；区域xv包括从上至下共计4个tsv12；
35.第六谐振腔8的四个侧边分别为：区域xv、区域xvi、区域x及输出rdl端口9；
36.s槽缺口a13和s槽缺口b14位于区域xvi处；区域x包括从上至下共计11个tsv12。
37.第一个谐振腔3和第二谐振腔4的窗口a之间距离135μm(该距离为窗口a的宽度)。第二谐振腔4和第三谐振腔5的窗口b之间距离130μm(该距离为窗口b的宽度)。第三谐振腔5和第四谐振腔6的窗口c之间距离125μm(该距离为窗口c的宽度)。第四谐振腔6和第五谐振腔7的窗口d之间距离121.25μm(该距离为窗口d的宽度)。第五谐振腔7和第六谐振腔8的窗口e之间距离130.5μm(该距离为窗口e的宽度)。
38.第一谐振腔3和第二谐振腔4之间的公共边上从上至下依次有四个tsv12：第一个tsv12和相邻长边的中轴线之间的距离为12.5μm(第一个tsv12相邻的长边分别为区域i和区域ii，该距离12.5μm指的是区域i最后1个tsv12和区域ii第一个tsv12之间的中轴线与第一个tsv12的距离)；第四tsv12和相邻长边的中轴线之间的距离为12.5μm(第四个tsv12相邻的长边分别为区域v和区域vi，该距离12.5μm指的是区域v最后1个tsv12和区域vi第一个tsv12之间的中轴线与第四个tsv12的距离)；第二个tsv12和第三个tsv12中轴线之间的距离为135μm(即窗口a的宽度)。
39.第二谐振腔4和第三谐振腔5之间的公共边上从上至下依次有四个tsv12：第一个tsv12和相邻长边的中轴线之间的距离为15μm(第一个tsv12相邻的长边分别为区域ii和区域iii，该距离15μm指的是区域ii最后1个tsv12和区域iii第一个tsv12之间的中轴线与第一个tsv12的距离)；第四个tsv12和相邻长边的中轴线之间的距离为15μm(第四个tsv12相邻的长边分别为区域vi和区域xvi，该距离15μm指的是区域vi最后1个tsv12和区域xvi第一个tsv12之间的中轴线与第四个tsv12的距离)；第二个tsv和第三个tsv中轴线之间的距离为130μm(该距离为窗口b的宽度)。
40.第三谐振腔5和第四谐振腔6之间长边上依次有四个tsv12：第一个tsv12和相邻长边的中轴线之间的距离为17.5μm(第一个tsv12相邻的长边分别为区域iii和区域iv，该距离17.5μm指的是区域iii最后1个tsv12和区域iv第一个tsv12之间的中轴线与第一个tsv12的距离)；第四个tsv和相邻长边的中轴线之间的距离为17.5μm(第四个tsv12相邻的长边分别为区域xvi和区域xiv，该距离17.5μm指的是区域xvi最后1个tsv12和区域xiv第一个tsv12之间的中轴线与第四个tsv12的距离)；第二个tsv和第三个tsv中轴线之间的距离125
μm(该距离为窗口c的宽度)。
41.第四谐振腔6和第五谐振腔7之间的公共边上依次从左至右依次设有四个tsv12：第一个tsv和相邻长边的中轴线之间的距离为21.95μm(第一个tsv12相邻的长边分别为区域xiii和区域xv，该距离21.95μm指的是区域xiii最后1个tsv12和区域xv第一个tsv12之间的中轴线与第一个tsv12的距离)；第四个tsv和相邻长边的中轴线之间的距离为21.95μm(第四个tsv12相邻的长边分别为区域vii和区域viii，该距离21.95μm指的是区域vii最后1个tsv12和区域viii第一个tsv12之间的中轴线与第四个tsv12的距离)；第二个tsv和第三个tsv中轴线之间的距离为121.25μm(该距离为窗口d的宽度)。
42.第五谐振腔7和第六谐振腔8之间的公共边上从上至下依次有四个tsv：第一个tsv和相邻长边的中轴线之间的距离为14.75μm(第一个tsv12相邻的长边分别为区域xvi和区域xiv，该距离14.75μm指的是区域xvi最后1个tsv12和区域xiv第一个tsv12之间的中轴线与第一个tsv12的距离)；第四个tsv和相邻长边的中轴线之间的距离为14.75μm(第四个tsv12相邻的长边为区域ix，该距离14.75μm指的是区域ix的从左起第一个tsv12与第该公共边上第四个tsv之间的距离)；第二个tsv12和第三个tsv12中轴线之间的距离为130.5μm(该距离为窗口e的宽度)。
43.本发明中采用硅基衬底10，与目前普遍的硅工艺品相兼容。
44.本发明中的馈线采用微带线和共面波导相结合的方式，使得以足够小的尺寸实现良好的馈电效果。
45.图3为本发明在hsff中的仿真曲线图，由图3可以看出，该滤波器实现了通带插入损耗(s
21
)为2.0db以内，对应的频段是257.59ghz-302.28ghz，中心频率f0为279.94ghz,计算后得到的带宽是44.69ghz。通带内对应的回波损耗(s
11
)最小是10.60db。并且在低于245.3ghz和高于324.2ghz的频率下，该滤波器回波损耗已经高于25db。
46.同时，该滤波器还实现了一个更为优化特性即通带插入损耗(s
21
)为1.5db以内，对应的频段是265.48ghz-296.48ghz，中心频率f0为280.98ghz,计算后得到的带宽是30ghz。通带内对应的回波损耗(s
11
)最小是11.04db。并且在低于245.3ghz和高于324.2ghz的频率下，该滤波器回波损耗已经高于25db。