一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片

技术领域

本发明涉及芯片技术领域，特别涉及一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片。

背景技术

随着科技水平的不断发展，无线通信系统一直是科学研究的重点，其中滤波器起着不可或缺的作用。在各种滤波器中，基片集成波导(SIW)滤波器以其体积小、插入损耗低、品质因数Q高的特点受到了广泛的研究。6G卫星互联网具有广覆盖、低时延、高网速、低成本的特点，是实现6G万物互联的关键。卫星互联网是以大规模组网形式运行的低轨道卫星星座，向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络。6G的关键特征之一即实现空天地一体融合。6G的空天地一体网络架构将以地面蜂窝移动网络为基础，结合低轨道通信卫星的特点，通过多种异构网络的深度融合来实现海陆空全覆盖，为市场带来新的机遇。而滤波器是6G系统中一个重要的组成器件，为了设计出性能优异的滤波器，近年来许多文献中提出了各种不同的结构，包括E形槽线、电磁缝隙结构加载、互补裂环谐振器等。越来越多的高性能滤波器应用于民用或军用通信链路。

然而，随着系统小型化的发展，系统中的带通滤波器等元器件需要具有较小的尺寸。目前带通滤波器的小型化技术主要通过采用新工艺的方法实现滤波器的小型化设，IPD技术通过采用多种先进半导体加工技术，如光刻、薄膜沉积和刻蚀工艺，使得加工出来的器件在微米级有更高的工艺精度，并且在保证电路高集成度的同时依旧出现较低的相互干扰。若能够利用IPD技术实现微带和SIW的融合设计，将可以同时解决尺寸和高选择性的问题。

发明内容

发明目的，本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片。

技术方案，为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片，该宽带滤波芯片包括介质基板(100)，所述介质基板(100)上表面设有第一半模腔体(1)、第二半模腔体(2)，所述第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)合并中间位置形成耦合窗(8)，所述耦合窗(8)用于实现第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)之间的耦合；所述耦合窗(8)中放置有第一四分之一波长微带谐振器(4)和第二四分之一波长微带谐振器(5)，并且，第一半模腔体(1)的左侧开有第一凹口，作为第一阻抗匹配结构(9)，第二半模腔体(2)的右侧开有第二凹口，作为第二阻抗匹配结构(10)，所述第一阻抗匹配结构(9)通过第一馈电微带线(6)与输入端口(11)连接，所述第一阻抗匹配结构(9)实现输入端口(11)和第一半模腔体(1)的阻抗匹配；所述第二阻抗匹配结构(10)通过第二馈电微带线(7)与输出端口(12)连接，所述第二阻抗匹配结构(10)实现输出端口(12)和第二半模腔体(2)的阻抗匹配，并且，所述输入端口(11)和所述输出端口(12)均为地-信号-地GSG的结构，所述第一半模腔体(1)和所述第二半模腔体(2)合并形成第一间隙和第二间隙，第一间隙位于耦合窗(8)的正下方，第二间隙位于耦合窗(8)的正上方。

进一步的，所述第一四分之一波长微带谐振器(4)左端和第一半模腔体(1)连接，右端为开路；所述第二四分之一波长微带谐振器(5)右端和第二半模腔体(2)连接，左端为开路；第一四分之一波长微带谐振器(4)位于第二四分之一波长微带谐振器(5)的上方，第一四分之一波长微带谐振器(4)和第二四分之一波长微带谐振器(5)在耦合窗(8)中呈中心对称。

进一步的，第一间隙中自上而下设置有4个接地柱(3)，并且，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，每个接地柱(3)左右两端分别通过接地线(13)连接第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)；第二间隙自上而下设置有2个接地柱(3)，并且，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，每个接地柱(3)左右两端分别通过接地线(13)连接第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)；上述6个接地柱(3)为第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)的共用接地柱，用于形成两个半模腔体的共用电壁。

进一步的，所述第一半模腔体(1)的上方沿水平方向放置有九个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，九个接地柱(3)等距排列，九个接地柱(3)分别通过接地线(13)和第一半模腔体(1)的上侧边沿连接，所述九个接地柱(3)用于形成第一半模腔体(1)的电壁；所述第二半模腔体(2)的上方沿水平方向放置有九个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，九个接地柱(3)等距排列，九个接地柱(3)分别通过接地线(13)和第二半模腔体(2)的上侧边沿连接，九个接地柱(3)用于形成第二半模腔体(2)的电壁。

进一步的，所述第一半模腔体(1)的下方沿水平方向放置有九个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，九个接地柱(3)等距排列，九个接地柱(3)不与第一半模腔体(1)相连，为孤立结构；九个接地柱(3)用于形成第一半模腔体(1)的磁壁；所述第二半模腔体(2)的下方沿水平方向放置有九个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，九个接地柱(3)等距排列，九个接地柱(3)不与第二半模腔体(2)相连，为孤立结构，九个接地柱(3)用于形成第二半模腔体(2)的磁壁。

进一步的，在第一半模腔体(1)的左方自上而下竖直放置有三个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，其中两个接地柱(3)位于第一阻抗匹配结构(9)的上方，另外一个接地柱(3)位于第一阻抗匹配结构(9)的下方，上述三个接地柱(3)通过接地线(13)和第一半模腔体(1)的左边沿连接；所述三个接地柱(3)用于形成第一半模腔体(1)的电壁；在第二半模腔体(2)的右方自上而下竖直放置有三个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，其中两个接地柱(3)位于第二阻抗匹配结构(10)的上方，另外一个接地柱(3)位于第二阻抗匹配结构(10)的下方，三个接地柱(3)通过接地线(13)和第二半模腔体(2)的右边沿连接；三个接地柱(3)用于形成第二半模腔体(2)的电壁。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

针对现有的SIW滤波器的体积结构较大，带宽较窄，工作频段较低，品质因数低和选择性较差等问题，提出了一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片。该滤波芯片设计简单，加工技术先进，具有如下性能优势：1)增加了电路的选择性；2)可通过设计尺寸控制滤波芯片的外部有载品质因数，从而增加电路的传输效率；3)改变耦合窗尺寸的大小，可以控制滤波芯片内部耦合系数的大小，便于设计；4)可以工作在毫米波频段，有着更广泛的应用前景；5)有着更加小型化的尺寸；6)带外选择性更好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，以便能够更加清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图的内容仅会用于说明解释本发明，但不会对本发明构成任何意义上的限制，在附图中：

图1是本发明一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片的平面示意图。

图2是本发明一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片的平面尺寸示意图。

图3是本发明一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片的滤波响应曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

如图1所示，本发明提出一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片，该宽带滤波芯片所述介质基板(100)上表面设有第一半模腔体(1)、第二半模腔体(2)，所述第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)合并中间位置形成耦合窗(8)，所述耦合窗(8)用于实现第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)之间的耦合；所述耦合窗(8)中放置有第一四分之一波长微带谐振器(4)和第二四分之一波长微带谐振器(5)，并且，第一半模腔体(1)的左侧开有第一凹口，作为第一阻抗匹配结构(9)，第二半模腔体(2)的右侧开有第二凹口，作为第二阻抗匹配结构(10)，所述第一阻抗匹配结构(9)通过第一馈电微带线(6)与输入端口(11)连接，所述第一阻抗匹配结构(9)实现输入端口(11)和第一半模腔体(1)的阻抗匹配；所述第二阻抗匹配结构(10)通过第二馈电微带线(7)与输出端口(12)连接，所述第二阻抗匹配结构(10)实现输出端口(12)和第二半模腔体(2)的阻抗匹配，并且，所述输入端口(11)和所述输出端口(12)均为地-信号-地GSG的结构，所述第一半模腔体(1)和所述第二半模腔体(2)合并形成第一间隙和第二间隙，第一间隙位于耦合窗(8)的正下方，第二间隙位于耦合窗(8)的正上方。

进一步的，所述第一四分之一波长微带谐振器(4)左端和第一半模腔体(1)连接，右端为开路；所述第二四分之一波长微带谐振器(5)右端和第二半模腔体(2)连接，左端为开路；第一四分之一波长微带谐振器(4)位于第二四分之一波长微带谐振器(5)的上方，第一四分之一波长微带谐振器(4)和第二四分之一波长微带谐振器(5)在耦合窗(8)中呈中心对称。

进一步的，第一间隙中自上而下设置有4个接地柱(3)，并且，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，每个接地柱(3)左右两端分别通过接地线(13)连接第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)；第二间隙自上而下设置有2个接地柱(3)，并且，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，每个接地柱(3)左右两端分别通过接地线(13)连接第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)；上述6个接地柱(3)为第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)的共用接地柱，用于形成两个半模腔体的共用电壁。

进一步的，所述第一半模腔体(1)的上方沿水平方向放置有九个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，九个接地柱(3)等距排列，九个接地柱(3)分别通过接地线(13)和第一半模腔体(1)的上侧边沿连接，所述九个接地柱(3)用于形成第一半模腔体(1)的电壁；所述第二半模腔体(2)的上方沿水平方向放置有九个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，九个接地柱(3)等距排列，九个接地柱(3)分别通过接地线(13)和第二半模腔体(2)的上侧边沿连接，九个接地柱(3)用于形成第二半模腔体(2)的电壁。

进一步的，所述第一半模腔体(1)的下方沿水平方向放置有九个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，九个接地柱(3)等距排列，九个接地柱(3)不与第一半模腔体(1)相连，为孤立结构；九个接地柱(3)用于形成第一半模腔体(1)的磁壁；所述第二半模腔体(2)的下方沿水平方向放置有九个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，九个接地柱(3)等距排列，九个接地柱(3)不与第二半模腔体(2)相连，为孤立结构，九个接地柱(3)用于形成第二半模腔体(2)的磁壁。

进一步的，在第一半模腔体(1)的左方自上而下竖直放置有三个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，其中两个接地柱(3)位于第一阻抗匹配结构(9)的上方，另外一个接地柱(3)位于第一阻抗匹配结构(9)的下方，上述三个接地柱(3)通过接地线(13)和第一半模腔体(1)的左边沿连接；所述三个接地柱(3)用于形成第一半模腔体(1)的电壁；在第二半模腔体(2)的右方自上而下竖直放置有三个接地柱(3)，每个接地柱(3)贯穿介质基板(100)接地，其中两个接地柱(3)位于第二阻抗匹配结构(10)的上方，另外一个接地柱(3)位于第二阻抗匹配结构(10)的下方，三个接地柱(3)通过接地线(13)和第二半模腔体(2)的右边沿连接；三个接地柱(3)用于形成第二半模腔体(2)的电壁。

本发明实施例中，两个腔体均为半模腔体，半模腔体需要由三个电壁和一个磁壁构成，有接地柱排布(3)并连接的腔体边沿被视为电壁，有接地柱(3)排布但不连接的腔体边沿被视为磁壁。第一半模腔体(1)和第二半模腔体(2)的TE

实施例1的外部结构如图1所示，有关尺寸规格如图2所示。在本设计实例中GaAs介质层的厚度为100μm。滤波芯片的具体尺寸如下：接地柱(3)直径d＝50μm，两接地柱(3)中心点之间的距离p＝100μm，两半模腔体宽度W＝1000μm，两半模腔体长度L＝1000μm，阻抗匹配结构宽度lio＝350μm，阻抗匹配结构上沿与耦合窗上沿的距离tio＝54.5μm，两阻抗匹配结构下沿到各自馈电微带线的距离g＝250μm，耦合窗宽度Wc＝240μm，耦合窗长度Lc＝600μm，四分之一波长微带谐振器之间的宽度wr＝30μm，四分之一波长微带谐振器之间的长度lr＝590μm，两四分之一波长微带谐振器之间的距离dc＝120μm；

图3是本次设计的S参数响应曲线图，图中上阻带和下阻带各有一个传输零点，由两个所述四分之一波长微带谐振器产生，通过改变两个四分之一波长微带谐振器的尺寸可以对传输零点进行可控；图中的极点由两个半模腔体进行耦合以及两个四分之一波长微带谐振器产生，通过改变两个半模腔体的尺寸可以对极点进行控制。

最后应说明的是，本发明实施例公开的一种基于GaAs技术采用微带和半模SIW混合结构的宽带滤波芯片所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述的实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明的实施例技术方案的精神和范围。