基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器。

背景技术

由于无线通信系统率先开发低频，低频频谱资源日趋紧张。为了满足各类通信业务的需求，现今无线通信系统工作频段已拓展至微波频段。微波无源电路往往在无线通信系统中占据大量面积，它的小型化、平面化、集成化是实现整个系统小型化和轻量化的重要途经。因此，如何在性能优良的基础上进一步的缩小结构尺寸是非常重要的一个问题。

微波高频段滤波器常见的结构大部分都是由腔体滤波器或者微带滤波器组成，而微带滤波器随着频率的增长电荷泄露等问题变的更加明显，因此当频率越大，通常不会选择微带滤波器进行设计，而会选择腔体滤波器进行设计，其中SIW腔体滤波器是常用的结构，为了满足实际小尺寸要求，同时具有优良的性能，因此SIW滤波器的小型化是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器，该滤波器结构具有更小的尺寸的同时，可以实现优良的特性。

本发明所采用的技术方案是，基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器，包括四个由TSV构成的谐振腔，其中第一谐振腔和第二谐振腔位于同一平面，第三谐振腔和第四谐振腔位于同一平面，第一谐振腔和第四谐振腔为SIW腔，第二谐振腔和第三谐振腔为微带线腔，第一谐振腔和第四谐振腔上下正对设置，第二谐振腔和第三谐振腔上下正对设置。

本发明的特点还在于：

四个谐振腔的结构为：包括从上至下依次设置的第一层金属层RDL、第二层金属层RDL及第三层金属层RDL，第一层金属层RDL与第二层金属层RDL之间形成第一谐振腔和第二谐振腔，第二层金属层RDL与第三层金属层RDL之间形成第三谐振腔和第四谐振腔。

第二层金属层RDL的中心处开设有圆形槽，通过圆形槽实现第一谐振腔和第四谐振腔之间的交叉耦合。

第一层金属层RDL、第二层金属层RDL及第三层金属层RDL的中心处均开设有长条形槽。

第一层金属层RDL的一侧和第三层金属层RDL的一侧均并排开设有两个长方形槽，第一层金属层RDL的另一侧和第三层金属层RDL的另一侧均设有矩形槽，两个矩形槽内排布有等长度的微带线。

本发明的有益效果如下：

1.该滤波器对结构的尺寸进行优化，从常见的单层滤波器和双层滤波器到本发明中的双层微带线-SIW滤波器，实现了更小的尺寸。同时该滤波器采用高频段的频率，避免了频谱资源紧张的问题。

2.该滤波器将TSV和微带线结构相结合，有效避免了微带线滤波器电荷泄露等问题，同时与TSV的结合实现了双层微带线结构。

3.该滤波器将SIW和微带线进行结合，实现了更小的尺寸。

附图说明

图1是本发明基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器的立体结构示意图；

图2是本发明基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器的俯视图；

图3是本发明基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器的侧视图；

图4是本发明基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器中SIW腔的结构示意图；

图5是本发明基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器中微带线腔的结构示意图；

图6是本发明基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器的仿真结果图。

图中，1.第一层金属层RDL，2.第二层金属层RDL，3.第三层金属层RDL，4.圆形槽，5.长条形槽，6.长方形槽，7.矩形槽，8.RDL线，9.第一谐振腔，10.第二谐振腔，11.第三谐振腔，12.第四谐振腔，13.环形孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器，提供了一种双层交叉耦合结构，包括四个谐振腔，用于实现四阶微带线-SIW(基片集成波导)滤波器。

实施例1

本发明基于TSV的双层宽阻带微带线-SIW滤波器，如图1所示，包括从上至下依次设置的第一层金属层RDL1、第二层金属层RDL2及第三层金属层RDL3，第二层金属层RDL2的中心处开设有圆形槽4，通过圆形槽4实现四个谐振腔之间的交叉耦合。

如图2所示，第一层金属层RDL1、第二层金属层RDL2及第三层金属层RDL3的中心处均开设有长条形槽5。

第一层金属层RDL1的一侧和第三层金属层RDL3的一侧均开并排开设有两个长方形槽6，第一层金属层RDL1的另一侧和第三层金属层RDL3的另一侧均开设有矩形槽7，每个矩形槽7内布设有RDL线8。矩形槽7与RDL线8形成微带线块。

实施例2

在实施例1的基础上，如图3所示，四个谐振腔的结构为：第一层金属层RDL1与第二层金属层RDL2之间设置有硅衬底A，硅衬底A四周除矩形槽7及长方形槽6之外，均均匀布设有TSV-I，矩形槽7的相对两侧分别布置有一排TSV-II,TSV-II也位于硅衬底A内，第一层金属层RDL1、第二层金属层RDL2及TSV-I围成的区域形成第一谐振腔9，第一层金属层RDL1、第二层金属层RDL2、矩形槽7及TSV-II围成的区域形成第二谐振腔10；两排TSV-II之间设有一个TSV-III，TSV-III位于矩形槽7的边框中心处。

本发明中四个谐振腔以第二层金属层RDL2为对称轴对称分布，第三谐振腔11与第二谐振腔10的结构完全相同，第四谐振腔12与第一谐振腔9的结构完全相同。第一谐振腔9和第四谐振腔12上下对称设置，第二谐振腔10和第三谐振腔12上下对称设置。位于第二谐振腔中的TSV-III和位于第三谐振腔中的TSV-III上下对称设置，且在第二层金属层RDL2上开设有环形孔13，两个TSV-III相对于环形孔13对称设置，环形孔13用于四个第二谐振腔10和第三谐振腔11之间的电场交流。

第一谐振腔9和第四谐振腔12为SIW腔，第二谐振腔10、第三谐振腔11为微带线腔。

作为该滤波器的四个腔，采用了两个长宽一致的长方形，交叉耦合部分采用两层之间加载一个圆形槽4，为了实现更好的带外特性在每一层的SIW腔体中均加载了一个窄矩形。微带线部分的腔体通过180GHz的半波长长度组成，两层之间通过TSV和圆形的槽进行电场交流。

本发明提供的四阶微带线-基片集成波导交叉耦合滤波器，采用最上层金属、最下层金属(铜)RDL结构分别作为滤波器电路的高低电平区域，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，同时，最上层RDL左侧接输入RDL段最下层RDL左侧接输出RDL段。该滤波器为四阶，也就是有四个谐振腔，分别是两个SIW腔体，两个微带线结构组成的腔体。

实施例3

对滤波器的各部分结构赋值，如图4所示，长方形槽6中输入RDL段长L0为93μm、宽WW为15μm、高度为1μm。TSV-I直径为10μm、高度为20μm。两个长方形槽6之间形成馈电共面波导的过渡结构，该结构中宽W0为66μm，深度为73μm。

第一谐振腔9和第四谐振腔12结构和尺寸完全相同，如图4所示，第一谐振腔9和第四谐振腔12由一个长方形组成，横向的长L为299μm，竖向的宽W为340μm。横向TSV-I间距P2是一致的为19.5μm，竖向中左侧边的TSV-I间距P1为21.625μm，右侧边的TSV-I间距P4为16.65μm。

四个谐振腔腔体中间为了实现上下层之间的交叉耦合，在第二层金属层RDL2的中间加载了一个圆形槽4，该圆形槽4直径CD为78μm。第一层金属层RDL1、第二层金属层RDL2及第三层金属层RDL3的中心处均开设有长条形槽5的宽CW为3.9μm，长CL为280μm。

第二谐振腔10和第三谐振腔11的结构完全相同，如图5所示，右侧边最接近微带线块的TSV-I与微带线块上侧的TSV-II之间的间距P5为20.4μm，微带线块上下侧的5个TSV-II总长度L1为53μm，其中TSV-II间距均等，右侧边的TSV-I和微带线块下侧的TSV-II之间的间距P3为18μm。

如图5所示，在第二谐振腔10和第三谐振腔11的第一层金属层RDL1和第三层金属层RDL3中各减掉一个长KL为86μm、宽KW为112.67μm的矩形槽7。

矩形槽7与RDL线8形成的微带线块为轴对称结构，微带线宽度AW为14μm，第一个弯折长度AL1为56.3μm，第一个弯折线距左侧的间距A0为6μm，第二个弯折长度AL2为98.6μm，第二个弯折线距第一个弯折线的间距A1为6μm，第三个弯折长度与第二个弯折长度一致，第三个弯折线与第二个弯折线的间距A2为6μm。TSV-III直径D1为8μm，高度为41μm，同时第二层金属层RDL中加载了一个环形孔13直径D2为10μm。

该滤波器采用硅基衬底，同现有普遍的硅工艺品相兼容。

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。

对本发明滤波器的仿真结果如图6所示，该滤波器实现了通带插入损耗(S