一种微型滤波器的制作方法

1.本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种微型滤波器。


背景技术：

2.滤波器是通信系统中必备的元件，不同频段的滤波器可采用不同的制造手段，但都朝着集成化、微型化的方向发展。在6ghz以下频段，目前通信采用的微型滤波器是基于半导体工艺的声波器件，包括声表波(surface acoustic wave，saw)器件与体声波(bulk acoustic wave，baw)器件。在更加高频(如大于6ghz)的频段，目前常用的滤波器主要采用金属波导、介质波导等手段。
3.但本技术发明人在实现本技术实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：基于半导体工艺的声波器件的极限频率目前只能做到6ghz，无法实现6ghz以上频段的滤波；在6ghz以上频段的滤波器，采用金属波导、介质波导等技术制造得到的器件体积大，难以与电子系统集成，不利于系统小型化。


技术实现要素：

4.本技术实施例通过提供一种微型滤波器，解决了现有技术中6ghz以上频段滤波器体积大、难以与电子系统集成的技术问题，降低了6ghz以上频段滤波器的体积，可与电子系统集成，有利于系统的集成化、小型化。
5.本技术通过本技术的一实施例提供如下技术方案：
6.一种微型滤波器，包括第一微同轴传输线，所述第一微同轴传输线的终端短路或开路；
7.所述第一微同轴传输线满足或
8.其中，d1为所述第一微同轴传输线的长度，n为自然数，v为电磁波相速度，f为所述微型滤波器的中心频率。
9.优选的，n的取值为0。
10.优选的，f的取值范围为6～500ghz。
11.优选的，所述微型滤波器还包括n级滤波电路，所述第一微同轴传输线、n级所述滤波电路依次级联，n为正整数；
12.每级所述滤波电路均包括第二微同轴传输线和第三微同轴传输线，所述第二微同轴传输线与所述第三微同轴传输线并联；
13.所述第三微同轴传输线与所述第一微同轴传输线的长度相同，所述第三微同轴传输线与所述第一微同轴传输线的终端同时短路或开路。
14.优选的，n的取值范围为1～3。
15.优选的，所述第一微同轴传输线、所述第二微同轴传输线及所述第三微同轴传输线的长度均相同。
16.优选的，所述第一微同轴传输线包括外导体、内导体及支撑介质；
17.所述外导体包围所述内导体，所述内导体与所述外导体之间保持间距，所述支撑介质固定于所述外导体内，所述内导体置于所述支撑介质上。
18.优选的，所述内导体与所述外导体由金属材料制成。
19.优选的，所述金属材料为铜或金。
20.优选的，所述支撑介质由su
‑
8光刻胶或苯并环丁烯制成。
21.本技术实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
22.1、通过长度与滤波器中心频率相关联的微同轴传输线，可构成最基本的6ghz以上频段的0.5级或多级带通滤波器/带阻滤波器，实现了超高频以及毫米波频段的滤波功能，与采用金属波导、介质波导等技术制造得到的器件相比，通过微同轴传输线构成的6ghz以上频段带通滤波器或带阻滤波器的体积更小、插入损耗低，且由于微同轴传输线是利用半导体工艺加工制造，制作简单，易于批量化生产，与其它电子器件的半导体工艺兼容，可与电子系统集成，有利于系统的集成化、小型化。
23.2、可取微同轴传输线的长度最小值这样构成带通滤波器或带阻滤波器所用的微同轴传输线的长度最小，带通滤波器或带阻滤波器的体积最小。
24.3、通过增加微同轴传输线的级数可以增加滤波器过渡带的陡峭程度，提高滤波效果。
25.4、通过增加微同轴传输线的级数或改变微同轴传输线的长度可以改变滤波器的带宽，可根据实际应用进行选择，适应性强。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明的微同轴传输线的轴截面示意图；
28.图2为本发明的长度为1.5mm的微同轴传输线在1～120ghz范围内的阻抗特性图；
29.图3为本发明的0.5级带通滤波器示意图；
30.图4为本发明的0.5级带通滤波器的传输特性曲线图；
31.图5为本发明的0.5级带阻滤波器示意图；
32.图6为本发明的多级带通滤波器示意图；
33.图7为本发明的多级带通滤波器的传输特性曲线图；
34.图8为本发明的多级带阻滤波器传输特性曲线图；
35.图9为本发明的微同轴传输线长度为4.5mm时的多级带通滤波器传输特性曲线图。
具体实施方式
36.本技术实施例通过提供一种微型滤波器，解决了现有技术中6ghz以上频段滤波器体积大、难以与电子系统集成的技术问题。
37.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
38.一种微型滤波器，包括第一微同轴传输线，第一微同轴传输线的终端短路或开路；第一微同轴传输线满足或其中，d1为第一微同轴传输线的长度，n为自然数，v为电磁波相速度，f为微型滤波器的中心频率。
39.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
40.首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
41.本实施例上文及下文提到的第一微同轴传输线、第二微同轴传输线及第三微同轴传输线可统称为微同轴传输线。如图1所示，微同轴传输线包括外导体、内导体及支撑介质；外导体包围内导体，内导体与外导体之间保持间距，支撑介质固定于外导体内，内导体置于支撑介质上。外导体一侧具有si衬底。
42.微同轴传输线利用半导体工艺加工完成，包括中间悬空的内导体、支撑内导体的支撑介质和把内导体包围的外导体，由于内导体悬空，需要介质支撑。内导体和外导体均由导电材料制成，包括但不限于金属材料或非金属导电材料，金属材料包括但不限于金和铜等，金最适合微同轴传输线，但价格昂贵、成本高，本实施例优选内导体和外导体均由铜制成，性价比最高。支撑介质用于支撑中间悬空的内导体，支撑介质由半导体工艺中常用的介电材料制成，包括但不限于su
‑
8光刻胶、苯并环丁烯(bcb)等。
43.本实施例通过实验发现，当微同轴传输线的终端短路时，其输入阻抗其中zin为输入阻抗，z0为微同轴传输线的特征阻抗，β为相位，d为微同轴传输线的长度，m为自然数，λ为波长且v为电磁波相速度，中空的微同轴传输线中，v近似真空中传播的电磁波速度，f为中心频率。实验中，对d＝1.5mm的微同轴传输线在1～120ghz范围内的阻抗特性进行仿真，结果如图2。由图2可知，在f＝50ghz时，微同轴传输线的输入阻抗极大，此时由可知，m取0，在f＝0或100ghz时，微同轴传输线的输入阻抗极小，f＝0时m和d均取0；f＝100ghz时，此时由可知，m取1。图2的仿真结果与式
①
对应。
44.由上述实验可知，终端短路、(即)的微同轴传输线的输入
阻抗极大，将终端短路、的微同轴传输线并联到传输电路中，即可以形成一个0.5级的带通滤波器，记为第一带通滤波器，如图3所示(图3中的coax即为微同轴传输线)，其电学传输特性曲线如图4所示，中心频率为50ghz，m取0时d具有最小值为即终端短路、(即)(m此时为大于0的自然数)的微同轴传输线的输入阻抗极小，将终端短路、(m此时为大于0的自然数)的微同轴传输线并联到传输电路中，即可以形成一个0.5级的带阻滤波器，记为第一带阻滤波器，m取1时d具有最小值为即
45.本实施例通过实验还发现，当微同轴传输线的终端开路时，其输入阻抗同理可知，终端开路、(即)的微同轴传输线的输入阻抗极小，将终端开路、的微同轴传输线并联到传输电路中，即可以形成一个0.5级的带阻滤波器，记为第二带阻滤波器，如图5所示，m取0时d具有最小值为即终端开路、(即)(m此时为大于0的自然数)的微同轴传输线的输入阻抗极大，将终端开路、(m此时为大于0的自然数)的微同轴传输线并联到传输电路中，即可以形成一个0.5级的带通滤波器，记为第二带通滤波器，m取1时d具有最小值为即
46.由上可知，本实施例可通过微同轴传输线可构成一个最基本的0.5级的带通滤波器或带阻滤波器，将图3和图5中的微同轴传输线称之为第一微同轴传输线，则最基本的0.5级的带通滤波器或带阻滤波器可概括为：包括第一微同轴传输线，第一微同轴传输线的终端短路或开路；第一微同轴传输线满足或其中，d1为第一微同轴传输线的长度，n为自然数，v为电磁波相速度，f为微型滤波器的中心频率。这里n与上面的m等同，d1与d等同。当第一微同轴传输线的终端短路且第一微同轴传输线满足时，对应上文中的第一带阻滤波器；当第一微同轴传输线的终端短路且第一微同轴传输线满足时，对应上文中的第一带通滤波器；当第一微同轴
传输线的终端开路且第一微同轴传输线满足时，对应上文中的第二带通滤波器；当第一微同轴传输线的终端开路且第一微同轴传输线满足时，对应上文中的第二带阻滤波器。这样在目标中心频率确定之后，便可计算得到满足需要的微同轴传输线的长度，可以有多个长度，但具有最小长度。
47.进一步的，本实施例可优选n的取值为0，即可得到第一带通滤波器或第二带阻滤波器，由于n为0时第一带通滤波器或第二带阻滤波器的d1具有最小值为这样构成带通滤波器或带阻滤波器所用的微同轴传输线的长度最小，带通滤波器或带阻滤波器的体积最小。
48.本实施例经过实验验证后，由微同轴传输线构成的0.5级滤波器可以实现中心频率在6ghz
‑
500ghz范围内的带通/带阻滤波，即f的取值范围为6～500ghz。
49.此外，本实施例除了可以构成最基本的0.5级的带通滤波器或带阻滤波器，通过实验发现，增加微同轴传输线的级数可以增加滤波器过渡带的陡峭程度。对于带通滤波器，增加微同轴传输线的形式如图6所示，图6显示了1.5级和3.5级的带通滤波器，本实施例将增加的每一级称之为滤波电路。对于带通滤波器或带阻滤波器，增加的每一级滤波电路由一个正常的微同轴传输线与一个终端短路的微同轴传输线并联构成，或者由一个正常的微同轴传输线与一个终端开路的微同轴传输线并联构成。本实施例将增加的每一级滤波电路中正常的微同轴传输线称之为第二微同轴传输线，将增加的每一级滤波电路中终端短路的微同轴传输线或终端开路的微同轴传输线称之为第三微同轴传输线。表现在图6上方的1.5级带通滤波器中，左侧的微同轴传输线为第一微同轴传输线，中间的微同轴传输线为第二微同轴传输线，右侧的微同轴传输线为第三微同轴传输线，以此类推。但增加滤波电路后，必须满足第三微同轴传输线与第一微同轴传输线的长度相同，第三微同轴传输线与第一微同轴传输线的终端同时短路或开路，这样才能构成带通滤波器或带阻滤波器。保持第一微同轴传输线、第二微同轴传输线及第三微同轴传输线的长度均相同且为1.5mm，对中心频率为50ghz的0.5、1.5、2.5、3.5级带通滤波器进行仿真，结果如图7所示；对中心频率为50ghz的0.5、1.5、2.5、3.5级的带阻滤波器进行仿真，结果如图8所示。图7和图8即可说明增加微同轴传输线的级数可以增加过渡带的陡峭程度。
50.这样，为了增加滤波器过渡带的陡峭程度，本实施例优选微型滤波器还包括n级滤波电路，第一微同轴传输线、n级滤波电路依次级联，n为正整数；每级滤波电路均包括第二微同轴传输线和第三微同轴传输线，第二微同轴传输线与第三微同轴传输线并联；第三微同轴传输线与第一微同轴传输线的长度相同，第三微同轴传输线与第一微同轴传输线的终端同时短路或开路。第三微同轴传输线与第一微同轴传输线的终端同时短路时，滤波器为多级带通滤波器；第三微同轴传输线与第一微同轴传输线的终端同时开路时，滤波器为多级带阻滤波器。这样通过增加微同轴传输线的级数可以增加滤波器过渡带的陡峭程度。本实施例的图7、图8中，n为1时对应1.5级的滤波器，n为2时对应2.5级的滤波器，n为3时对应3.5级的滤波器，n的取值范围包括但不限于1～3。
51.本实施例经过实验验证后，由微同轴传输线构成的多级滤波器同样可以实现中心
频率在6ghz
‑
500ghz范围内的带通/带阻滤波，即f的取值范围为6～500ghz。
52.对于多级滤波器，第二微同轴传输线的长度与第一、第三微同轴传输线的长度可相同、可不同，但实验中发现，第二微同轴传输线的长度与第一、第三微同轴传输线的长度相同时，滤波器的传输特性曲线的对称性最好，第二微同轴传输线的长度与第一、第三微同轴传输线的长度不同时，滤波器的传输特性曲线的对称性变差。从而本实施例优选第一微同轴传输线、第二微同轴传输线及第三微同轴传输线的长度均相同，滤波器的传输特性曲线的对称性最好，这样在中心频率附近的频段，滤波器的滤波效果都较好。
53.另外，本实施例经过实验发现，对于中心频率确定的滤波器，改变滤波器的级数或微同轴传输线的长度均可改变滤波器的带宽。以带通滤波器为例，若中心频率为50ghz，如图7所示，带通滤波器的级数越高，带宽越窄，过渡带越陡峭；如图7所示，3.5级、d1＝1.5mm带通滤波器的带宽为41.2ghz；采用d1＝4.5mm的带通滤波器，如图9所示，3.5级、d1＝4.5mm带通滤波器的带宽为13.6ghz。可根据滤波器的实际需求来改变滤波器的级数或微同轴传输线的长度，以实现不同的带宽。
54.综上，本实施例通过长度与滤波器中心频率相关联的微同轴传输线，可构成最基本的6ghz以上频段0.5级或多级带通滤波器/带阻滤波器，实现了超高频以及毫米波频段的滤波功能，与采用金属波导、介质波导等技术制造得到的器件相比，通过微同轴传输线构成的6ghz以上频段带通滤波器或带阻滤波器的体积更小、插入损耗低，且由于微同轴传输线是利用半导体工艺加工制造，制作简单，易于批量化生产，与其它电子器件的半导体工艺兼容，可与电子系统集成，有利于系统的集成化、小型化。
55.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
56.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。