砷化镓双模带通滤波器及其制备方法
【专利摘要】本发明提出的一种砷化镓双模带通滤波器及其制备方法，旨在提供一种能够满足小型化毫米波电路要求，插入损耗小，选择性高的滤波器。本发明通过下述技术方案予以实现：加载枝节和λ/2谐振器组成弯折环状结构分支线加载型双模谐振器；从输入微带馈入的微波信号通过滤波器的两个物理通道传输到输出微带中，实现频率选择的通带特性，其中一个通道是信号通过输入耦合枝节和输出耦合枝节传输，且提供一个额外的带外传输零点，零点的位置由输入耦合枝节和输出耦合枝节的长度和耦合距离调节；另一个通路微波信号通过输入馈线耦合到双模谐振器，再由双模谐振器耦合到输出微带，双模谐振器形成两个传输极点通带和两个传输零点阻带，其中一个为双模谐振器的偶模提供。
【专利说明】砷化镓双模带通滤波器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于微波毫米波电路的滤波器，具体涉及一种基于薄膜工艺和砷化镓衬底的小型化、低损耗、高选择性双模带通滤波器芯片。
【背景技术】
[0002]滤波器是无线电通信系统中关键的无源器件，微波带通滤波器是其中重要的一类，得到了广泛的研究和应用，比如腔体滤波器、微带平行耦合带通滤波器、发夹型滤波器等等。微波无线通信已经经历了大半个世纪的发展，频率资源的使用和开发不断深入，也变得越来越紧张，因此近年来在通信领域出现了一个热门的研究方向，即超窄带通信。它能在极窄的带宽上传送速率极高的信息，从而达到前所未有的频谱利用率。据报道目前成功的超窄带调制空中试验结果是能够在2.7kHz带宽内传输速率为270kB/s。同时在实验室水平也已经能够做到在2kHz的滤波噪声带宽内可靠的传输270kB/s数据。美国的实验系统在AMPS的30kHz信道带宽内传送Tl (1.544Mbps)数据。实际中使用的超窄带调制方法有很多种，如3PSK调制、ACPRK调制、MCM调制、WPSK调制、VMSK调制、VPSK调制、VMSK/2调制等等。但这些方法能够成功运用都基于一种滤波器的实现，即适合超窄带调制的特殊滤波器，超窄带调制的创始人H.K.Walker将其称为零群时延滤波器。超窄带滤波器的分析超窄带调制的实质是利用突变相位，产生没有频谱扩展的调制信号，达到一种带宽极窄的调制效果。超窄带(UNB)高效调制技术可获得非常高的频谱利用率，能有效缓解频率资源的紧缺现状，因而近年来广受关注。微波滤波器一般使用分布参数来实现，而微波谐振器的种类繁多，按照所用谐振器的类型来分，可以分为介质滤波器、波导滤波器、同轴线滤波器、微带线滤波器，带状线谐振器等构成的滤波器。其中每一种谐振器都有自己的优势和不足。介质滤波器采用高介电常数低损耗角正切的介质块作为谐振器，具有低损耗、可接受的温度稳定性和小尺寸等特点，然而，受高成本和现在的加工技术的限制，使它的使用范围限制在50GHz以下。波导滤波器采用波导谐振腔设计制作，具有低损耗、功率容量大和可实际应用到10GHz等特点，不过其最大的缺点是，尺寸明显比其他可应用的谐振器大。同轴滤波器采用同轴谐振腔设计制作，具有包括电磁屏蔽、低损耗特性和小尺寸等优异特点，但要在1GHz以上使用，则由于其微小的物理尺寸，制作精度难以达到。微带线谐振器和带状线谐振器具有小的尺寸、通过光刻技术易于加工、与其它有源电路元件的易于集成等优点，许多电路更偏向此类谐振器。其另一大优势是能通过采用不同介电常数的衬底材料从而在很大的频率范围内可以得到应用。然而，和其他谐振器相比其插损明显比较大，使它很难在窄带滤波器中得到应用。微带滤波器具有尺寸小、重量轻、成本低、易加工的优点在微波平面电路甚至微波集成电路中得以广泛应用。至今为止出现的多种微带双模谐振器包括圆形贴片谐振器、方形贴片谐振器、圆环谐振器、方环谐振器、折线环谐振器。微带滤波器的种类和实现形式多种多样，小型化高性能的微带谐振器滤波器在实际使用中最为常见。微带线带通滤波器主要有平行耦合线式、交指线式、交叉耦合式等形式。传统的微带线带通滤波器通常由λ/4平行耦合谐振器或λ/2电容耦合谐振器构成，由于微波电路频率响应的周期特性使得带通滤波器在谐波频率上也有通带响应，从而造成滤波器的上边带频率不陡峭、通带不对称等问题。因此，要实现更好的选择性，且满足日益渐增的小型化需要，对新型微型化微带滤波器的需求越来越迫切。
[0003]微波T/R组件作为有源相控阵雷达的核心部件，常采用多芯片组件(MCM)和三维封装(LTCC)等技术体积也越做越小；而星载通信属全双工通信(即发射和接收同时进行，发射频率和接收频率不同)。为了抑制发射通道泄露来的发射频段信号，防止接收通道低噪声放大器饱和，保正通信的正常进行，接收通道的滤波器成为必不可少的器件。
[0004]为了增强相控阵天线的性能，降低天线副瓣的影响，天线间距一般小于工作频率的半个波长(真空中波导波长)，频率越高，T/R模块间的距离越小，至毫米波频段T/R模块间的距离则只有几个毫米；而且留给滤波器的安装尺寸只有I?2mm甚至更小，而采用薄膜工艺设计的平行耦合、交指线型等传统型滤波器尺寸仍较大，多级耦合导致插入损耗太大而降低接收机的灵敏度，因而传统光刻技术均不能满足微带滤波器在体积和性能上的需要。
[0005]带通滤波器是由微波谐振器构成的微波器件。传统通信基站用的滤波器多为单模腔谐振器(TE10模)和同轴谐振器(TEM模)，与腔体谐振器相比，同轴谐振器体积更小。但随着频谱资源日益紧张和拥挤，以及集成电路的发展对电路小型化的要求也越来越严格，使得滤波器在保证高性能的前提下必须具有更小的面积和体积。促使双模腔滤波器和介质谐振器成为研究热点，并逐渐用来取代传统滤波器。随后双模介质谐振器也得到研究，其成果用来代替单一谐振模式滤波器，以进一步降低滤波器尺寸。与双模腔谐振器相比，双模介质谐振器的体积更小，Q值更高。由于每个双模谐振器等效于两个谐振回路，尺寸与传统单模结构相比减小一半，正是这些优点使得双模滤波器被广泛研究，相关文献也比较多。由于每个谐振模式都可以等效为一个谐振回路，它具有体积小，成本低，性能好等优点，在实际工程中广为应用。截至目前，双模或多模滤波器的研究是滤波器小型化研究领域中最为活跃的部分，新型小型化滤波器的设计方式多为双模形式。由于腔体双模滤波器的耦合绝大多数都是电耦合，复杂的耦合关系形成很多不可抗拒零点，很难控制(有些类似于零腔)。要在其中加入一个磁耦合，很难做到。腔体双模滤波器的实现方式还有很多种，每种双模滤波器的实现方式还有很多种，每种都可以有自己的零点实现方法，谐波不容易解决，调试困难，各种结构的双模谐振器的耦合结构不稳定，虽然可以调节谐振器的内部耦合，却很难调节谐振器之间的耦合。介质谐振器有无数种谐振模式因其主模TEOld模的Q值高，受到杂模影响小，在单模介质滤波器中用作构成滤波器通带。因介质谐振器不同模式的谐振频率与介质的结构有关，合理设计介质尺寸，则介质谐振器会有两个或三个模式的谐振频率接近，有两个谐振频率接近模式的介质谐振器，可以用作双模滤波器；有三个谐振频率接近模式的介质谐振器，可用作三模滤波器。但介质谐振器模式分布复杂，杂模多而且距离通带模式(TEOld模)近，杂模对滤波器响应的影响更大，较多用于窄带滤波。
[0006]谐振器的双模特性在声表滤波器中也有应用，其实现方式一般由两反射栅之间对称地放置三个换能器构成，为了降低损耗，反射栅与换能器之间以及换能器与换能器之间无突变间隔，为了获得百分之几的带宽，压电基片一般为漏波材料，例如42°钽酸铌，36°钽酸铌，41°铌酸铌和64°铌酸铌等。滤波器的频响依赖于构成滤波器的结构。通常双模滤波器的滤波器由一个输入换能器，两个输出换能器，两个外围的短路反射栅构成，并且结构对称，能支持一阶和三阶对称模，因而称为双模滤波器。为了降低损耗，反射栅与换能器之间以及换能器与换能器之间无突变间隔，在换能器与换能器之间，有短的过渡换能器，该换能器称为分布间隔换能器。双模滤波器的传输特性依赖于各个单元的指对数、周期、孔径及膜厚等结构参数，这些参数称为变量。虽然多模声表滤波器体积小，带外抑制好，但是声表滤波器多适用频率比较低，多在20MHz?3GHz以内，且带宽极窄，差损大，适用范围受到限制。
[0007]微带滤波器作为滤波器的重要分支，与双模腔谐振器和多模介质谐振器相比，微带双模或多模谐振器体积更小，更适用于系统集成，这是因为微带滤波器为平面结构，在空间上几乎不占体积，在设计上很容易实现磁耦合，调试容易。借助光刻技术，加工精度可以得到很好的保证。近年来，从公开发表的文章统计来看，微带滤波器文章占滤波器研究总文章的一半以上，尤其是对于小型化双模或多模微带滤波器的研究，一直是国内外学术界的研究热点，其成果也逐渐在电子、雷达、通信等系统得到广泛应用，也进一步提升了系统性能。双模微带谐振器实现方式是通过在片状、环状等谐振器内部引入微扰结构，可使谐振器的两个正交模式分裂，从而实现一个谐振器谐振于两个频率，形成一个窄带滤波器；这一现象是 Wolff 在 1972 年偶然发现的(Wolfe, 1.，“Microstrip bandpass filterusing degenerate modes of a microstrip ring resonator, ” IEE Electron Lett., Vo1.8, N0.12, 302-303, 1972.)，同时设计了第一个双模原型滤波器。此后多种不同结构的双模滤波器被设计出来，包括方形、圆形、三角形等片式以及不同形式的环状结构；主要是和wolff理论相对应的闭合结构，而片式和环状等结构常用于高效天线的设计，在理论上此类滤波器有较大的福射损耗；而基于分支线加载的双模谐振器结构(Tu, W.H., “Compactdouble-mode cross-coupled microstrip bandpass filter with tunable transmiss1nzeros, ” IET Micr0.Antennas Propag.，Vol.2，N0.4，373-377，2007.)易于进行奇偶模分析，传输零点易于控制而受到广泛关注(如图4);然而，上述的双模滤波器多用在1GHz以下频率，这是因为双模滤波器需要很强的馈线和谐振器间的耦合，因而需要的耦合缝隙很小(图4中15、16所示)，常在50 μ m以下，而光刻技术工艺满足不了如此窄的耦合缝隙，且随着频率的提高，谐振器(图4中11?13所示)变小，耦合缝隙长度(图4中11和12的长度)变短，也将进一步缩短了耦合长度，则需要更窄的耦合缝隙，这对于目前光刻技术精度是不可能完成的；因此，急需开发出适合毫米波频段、小型化星载相控阵T/R模块应用的片式滤波器。
【发明内容】
[0008]本发明目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种小体积，插入损耗小，选择性高，带外抑制好，能够满足小型化毫米波电路要求的砷化镓双模带通滤波器及其制备方法。
[0009]本发明是通过以下技术方案实现的，一种砷化镓双模带通滤波器，包括:微波介质层，金属层和接地导体层，其特征在于:砷化镓微波介质层包覆在金属层和接地导体层上下表面之间；介质层3位于金属层I下面，形成均匀填充矩形介质板，形状与介质层下底面相同的接地导体层2位于介质层3下表面，并覆盖芯片下表面；金属层I制有对称开缝高阻抗线13、低阻抗线14所构成阶梯阻抗谐振的加载枝节，以及与λ/4输入谐振器11、λ/4输出谐振器12 —起通过形状弯折，组成的弯折环状结构分支线加载型的双模谐振器11?14 ；微带宽度为Wl的输入耦合臂和输出耦合臂5、6分别与所述双模谐振器通过输入和输出耦合缝隙15、16耦合连接；输入耦合枝节9与输出耦合枝节10，通过两者间产生的磁场耦合连接，耦合强度由枝节耦合缝隙17决定；输入耦合臂5和输出耦合臂6为沿中心线A-A’为对称结构，围绕双模谐振器连接两端的输入微带7和输出微带8 ;从输入微带7馈入的微波信号通过滤波器的两个物理通道传输到输出微带8中，实现频率选择的通带特性，其中一个通道是信号通过输入耦合枝节9和输出耦合枝节10传输，且提供一个额外的带外传输零点，零点的位置由输入耦合枝节9和输出耦合枝节10的长度和耦合距离17调节；另一个通路微波信号通过输入馈线5耦合到双模谐振器，再由双模谐振器耦合到输出微带8，双模谐振器形成两个传输极点通带和两个传输零点阻带，其中一个传输零点为双模谐振器的偶模提供。
[0010]本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
本发明采用0.25-μπι砷化镓薄膜工艺技术，通过基片减薄、抛光、刻蚀、光刻、布线、欧姆接触、溅射、电镀等工艺制作K波段双模滤波器，利用薄膜工艺的高精度特性制作出极窄耦合缝隙(图1中输入耦合缝隙15、输出耦合缝隙16所示)，因为耦合缝隙越小，耦合强度越大，因此满足了双模滤波器的强耦合特性。因为双模谐振器体积小，谐振器的面积只有1.3mmXl.2mm，与传统薄膜滤波器相比，利用砷化镓工艺制作的双模滤波器因为所需要的谐振器少(约减少一倍)，所占用的导体面积小，所以其具有比较小的导体损耗，其次因为谐振器尺寸小，微波所经过的路径要短，所以具有比较小的介质损耗；砷化镓薄膜工艺双模滤波器融合了精细加工工艺和双模谐振器的优点，具体体现在以下方面:第一，砷化镓材料的高介电常数高达12.9，与同样厚度的低介质基片(如常用的陶瓷材料介电常数9.6)相t匕，相同电波长所需要的物理尺寸小；其次砷化镓工艺比较成熟，常用砷化镓圆晶片厚度为100 μ m, 50 Ω阻抗线的宽度Wl仅有74 μ m,有利于滤波器的小型化；再次砷化镓滤波器与目前常用有源器件芯片和无源器件芯片材质相同，容易集成，如低噪放、功放、混频器和倍频器等；同时双模滤波器输入输出所需要的耦合强度比较大，因为一个谐振器对应两种模式，相当于负载两个谐振器，所需的耦合强度翻倍，即对应图1中输入耦合缝隙15和输出耦合缝隙16会比较小，常小于500 μ m,利用普通光刻工艺，是无法保证精度的，而砷化镓工艺的精度可达几微米，方便设计。因此，双模谐振器所需要的强耦合可以通过薄膜工艺轻易实现，而需要的谐振器数量少一倍(如本文中一个谐振器实现两个谐振器作用)，所以体积更小，如上文所述，其具有更小的损耗，同时微带宽度较窄，利于谐振器的空间折弯来进一步缩小体积(如把图1中11?13构成的λ /2波长枝节加载型谐振器弯折成如图2中11?14构成的弯折谐振器结构)因此，薄膜工艺双模滤波器解决了传统滤波器体积大、损耗高和难以集成的缺点；此外，输入输出微带线通过输入耦合枝节9和输出耦合枝节10间的枝节耦合缝隙17耦合连接，可在带外引入更多的传输零点，拓宽带通滤波器阻带，提高阻带抑制度。本发明具有:
1.小体积，低插损，选择性高。本文设计的新型滤波器整个芯片的面积仅为
1.5mmX 1.3mm,从公开文献中看，是面积最小的。本发明采用0.25 μ m砷化镓工艺制作双模滤波器，通过薄膜工艺的高精度特征实现微米级的缝隙，实现双模滤波器所需的强耦合；同时利用双模谐振器较小的导体损耗和介质损耗特性，实现小型化滤波器芯片K波段低插损，可满足小型化毫米波电路的要求，尤其是毫米波相控阵T/R组件中对于滤波器体积和通道损耗的严苛要求。
[0011]2.一致性好，采用包括蒸发、溅射、化学气相淀积等薄膜工艺，通过激光器在不同工作功率和刻蚀速度下刻蚀，保证了滤波器性能的一致性；对于多通道组件，尤其是对相控阵T/R组件等有成千上万通道的组件一致性具有重要意义。
[0012]3.结构简单，容易设计，通过对一个谐振器的调节即可调节滤波器频率，两个传输极点可单独调节，额外的带外传输零点可通过调节耦合枝节的长度和耦合距离调节，增强了滤波器设计的灵活性，提高了阻带的抑制能力，同时保证了滤波器的小型化。
[0013]本发明基于薄膜工艺的分支线加载型双模滤波器，综合薄膜工艺的微细加工技术及双模滤波器的小型化技术，解决基于单种技术滤波器尺寸大，通带损耗高，频率选择性差的问题；该滤波器包含微带介质板3，双模谐振器(λ/4输入谐振器11、λ/4输出谐振器12、高阻抗线13和低阻抗线14构成)，输入耦合臂5、输出耦合臂6和在片测试共面波导结构(接地孔4、接地焊盘18、输入微带7和输出微带8构成)。输入馈线(输入微带7、输入耦合臂5和输入耦合枝节9组成)与输出馈线(输出微带8、输出耦合臂6和输出耦合枝节10组成)通过枝节耦合缝隙17实现耦合，可在阻带内提供更多的传输零点，增强带外抑制；双模滤波器中分支线加载采用阶梯阻抗谐振器的方式(SIR，如图2中高阻抗13和低阻抗线14构成)，用来代替图1中均匀的λ /2谐振器高阻抗线13，来减小加载枝节的长度；整个滤波器结构采用弯折环状结构(图2中λ /4输入谐振器11、λ /4输出谐振器12)，来进一步缩小电路尺寸；采用砷化镓工艺的制作的输入耦合缝隙15、输出耦合缝隙16可达微米级，可满足双模滤波器的强耦合需要；此种滤波器具有通带窄、体积小、损耗低，选择性好、批次性电性能一致性高的特点；可满足如毫米波相控阵T/R模块等对滤波器的体积和性能有较高要求的电路需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明砷化镓双模带通滤波器的俯视图。
[0015]图2是图2的Α-Α’向剖视图。
[0016]图3本实施例传输特性测试曲线。
[0017]图4是传统分支线加载型双模滤波器俯视图。
[0018]图中:1金属层，2接地导体层，3微波介质层，4接地孔，5输入耦合臂，6输出耦合臂，7输入微带，8输出微带，9输入耦合枝节，10输出耦合枝节，11 λ/4输入谐振器，12 λ/4输出谐振器，13高阻抗线，14低阻抗线，15输入耦合缝隙、16输出耦合缝隙，17枝节耦合缝隙，18接地焊盘。
【具体实施方式】
[0019]参阅图1。以下利用附图对本发明的双模砷化镓滤波器的实施例进行说明。在以下描述的实施例中，双模砷化镓滤波器主要包括:微波介质层3,形成在介质层3上表面的金属层1，形成在介质层3下表面的接地导体层2，以及接地孔4。金属层I位于介质层3表面，其形状如图所示。微波介质层3材料为砷化镓，位于金属层I下面，形成完全均匀填充矩形介质板，微波介质层3包覆在金属层I和接地导体层2上下表面之间。接地导体层2位于介质层3下表面，其形状与介质层下底面相同，完全覆盖芯片下表面。通过腐蚀表面金属层I，保留形状为环形输入I禹合臂5和输出I禹合臂6与λ /4输入谐振器11、λ /4输出谐振器12、高阻抗线13、低阻抗线14构成的双模谐振器，构成金属层I。金属层I制有对称开缝高阻抗线13、低阻抗线14和λ/2谐振器(11、12)组成的分支线加载型双模谐振器(11?14);宽度为Wl的输入耦合臂和输出耦合臂(5、6)分别与所述双模谐振器通过输入和输出耦合缝隙(15、16)耦合连接；输入耦合枝节9与输出耦合枝节10，通过两者间产生的磁场耦合连接，耦合强度由枝节耦合缝隙17决定；输入耦合臂5和输出耦合臂6为沿中心线Α-Α’为对称结构，围绕双模谐振器连接两端的输入微带7和输出微带8。
[0020]所述的分支线加载型双模谐振器为弯折环状结构(11?14)，由λ /2谐振器11、双模谐振器由位于图形中心的开路谐振器(高阻抗线13和低阻抗线14)以及λ /2谐振器(入/4输入谐振器11和λ/4输出谐振器12)构成。矩形接地焊盘18在金属层I上，位于宽度为Wl的输入微带7两边，且对称的分布于输入微带7两边，矩形接地孔位于接地焊盘18中心，贯穿微波介质层与接地导体层2相连。
[0021]所述的加载枝节由一段高阻抗线13和低阻抗线14组成的阶梯阻抗谐振结构(SIR)构成。
[0022]所述的输入输出耦合臂(5、6)的特征阻抗为50欧姆，对应的微带宽度为Wl。
[0023]所述的耦合臂的线宽为10μπι-200μπι，耦合臂至所述双模谐振器的耦合缝隙(15、16)的宽度为 5 μ m-80 μ m。
[0024]所述的第二金属为金属地层2，位于所述介质层3的正下方。
[0025]所述的输入输出枝节耦合缝隙17为5 μ m-80 μ m。
[0026]所述的输入微带7、输出微带8、输入f禹合臂5、输出f禹合臂6、输入f禹合枝节9和输出耦合枝节10相连。
[0027]图2中金属层I的电路结构是以A-A’线的剖面相对称的结构，所以可在A-A’线的剖面假设电壁。因为滤波器性能的互逆的，所以选择其中一种情况进行工作原理的说明。输入I禹合臂5、输出f禹合臂6通过环绕在双模谐振器(12?14)周围，通过形成输入I禹合缝隙15、输出耦合缝隙16形成所需要的耦合，输入耦合枝节9和输出耦合枝节10通过形成枝节耦合缝隙17形成耦合。
[0028]下面参照图对薄膜工艺砷化镓滤波器芯片的工作进行说明。采用0.25-μ m砷化镓薄膜工艺技术，采用包括蒸发、溅射、化学气相淀积等薄膜工艺，通过基片减薄、抛光、刻蚀、光刻、布线、欧姆接触、溅射、电镀等工艺制作K波段双模薄膜滤波器；通过激光器在不同工作功率和刻蚀速度下刻蚀、腐蚀表面金属层1，制出沿中心线对称的环状输入耦合臂5和输出耦合臂6，并径向连接输入耦合枝节9和输出耦合枝节10通过形成枝节耦合缝隙17形成耦合，输入耦合臂5和输出耦合臂6两边分别对称连接向弧形两边径向伸出的输入微带7和输出微带8，并在该环状耦合臂下方制出与其同弧平行耦合缝隙15、16的λ/4输入谐振器11、λ /4输出谐振器12、高阻抗线13和低阻抗线14，构成开路或短路分支结构的双模谐振器；矩形接地焊盘18对称地位于宽度为Wl的输入微带7和输出微带8末端的上、下方，矩形接地孔位于接地焊盘18中心，贯穿微波介质层3与接地导体层2相连。
[0029]从输入微带7馈入的微波信号通过滤波器的两个物理通道传输到输出微带8中，且实现频率选择的通带特性。其中一个通道是信号通过输入耦合枝节9和输出耦合枝节10传输，且提供一个额外的带外传输零点，零点的位置可由输入耦合枝节9和输出耦合枝节10的长度和耦合距离17调节；另一个通路微波信号通过输入馈线5耦合到双模谐振器(图2中11?14构成)，再由双模谐振器耦合到输出微带8。由于双模谐振器的模式分裂特性，后一通路又可看作双模谐振器分裂模式的两个电通路，双模谐振器可形成两个传输极点形成通带，同时双模谐振器形成两个传输零点形成阻带，且其中一个传输零点为双模谐振器的偶模提供。传输零点的位置可方便的调节双模谐振器中阶梯阻抗谐振结构(SIR，由高阻抗线13和低阻抗线14构成)的尺寸调节，采用SIR结构，可有效减少谐振器的物理尺寸。
[0030]输入耦合缝隙15和输出耦合缝隙16主要是用来调节滤波器的输入和输出有载Q值。
[0031]接地孔4为金属填充通孔，分别成对位于输入微带7和输出微带8的两边，形成共面波导结构，主要是方便在测试台上在片探针测试，测试滤波器的微波传输特性；位于输入微带7和输出微带8两边的两对通孔之间的距离d由所使用的探针型号决定。其间的微带线宽度《I可适当减小以便更好的与外电路匹配。
[0032]双模谐振器采用弯折环状结构主要是实现减小横向尺寸的目的。其完整形状不局限于环形弯折，也可采用矩形弯折；低阻抗线14不局限于圆型，也可为方形，三角形，圆环形等其他闭合形状，此外低阻抗线14也可由金属接地通孔代替，形成短路线型加载谐振器。
[0033]输入耦合臂4和输出耦合臂5采用环状结构与双模谐振器(11?14)构成的形状相平行，以实现更大的耦合强度。可根据采用谐振器形状的不同而变化，耦合缝隙不局限于标准平行线型，可采用方波型，锯齿形等慢波形状，目的是增强耦合系数。此外，输入耦合臂4和输出I禹合臂5也不仅局限于输入输出微带7或输出微带8的上方,也可延伸至输出微带7或输出微带8下方，目的同样是增强耦合系数和提供更多的带外传输零点。
[0034]输入耦合枝节9和输出耦合枝节10不局限于开路分支结构，也可在输入耦合枝节9和输出耦合枝节10端口为开路分支结构或端口处作接地处理形成的短路分支结构；在电原理上可由前一种的磁耦合平行耦合线的耦合模式变为后一种的混合耦合模式。
[0035]本发明的使用的微波介质层(图3中2所示)材料不仅仅局限于砷化镓(GaAs)这种材料，也可以是适合薄膜工艺的其他材料，如硅、锗硅材料。
[0036]如图3是所设计双模滤波器芯片的电性能测试曲线图，如图所示，双模滤波器在22GHz的插入损耗仅为1.8dB,在22.3GHz的回波损耗Sll < -35dB，在24.2GHz处具有_35dB的带外抑制，具有较高的选择性，同时若降低选择性的要求，滤波器的通带损耗会更低。
【权利要求】
1.一种砷化镓双模带通滤波器，包括:微波介质层，金属层和接地导体层，其特征在于:砷化镓微波介质层包覆在金属层和接地导体层上下表面之间；介质层(3)位于金属层(I)下面，形成均匀填充矩形介质板，形状与介质层下底面相同的接地导体层(2)位于介质层(3)下表面，并覆盖芯片下表面；金属层(I)制有对称开缝高阻抗线(13)、低阻抗线(14)所构成阶梯阻抗谐振的加载枝节，以及与λ/4输入谐振器11、λ/4输出谐振器12—起通过形状弯折，组成的弯折环状结构分支线加载型的双模谐振器(11?14);微带宽度为Wl的输入耦合臂和输出耦合臂(5、6)分别与所述双模谐振器通过输入和输出耦合缝隙(15、16)耦合连接；输入耦合枝节(9)与输出耦合枝节(10)，通过两者间产生的磁场耦合连接，耦合强度由枝节耦合缝隙(17)决定；输入耦合臂(5)和输出耦合臂(6)为沿中心线Α-Α’为对称结构，围绕双模谐振器连接两端的输入微带(7)和输出微带(8);从输入微带(7)馈入的微波信号通过滤波器的两个物理通道传输到输出微带(8)中，实现频率选择的通带特性，其中一个通道是信号通过输入耦合枝节(9)和输出耦合枝节(10)传输，且提供一个额外的带外传输零点，零点的位置由输入耦合枝节(9)和输出耦合枝节(10)的长度和耦合距离(17)调节；另一个通路微波信号通过输入馈线(5)耦合到双模谐振器，再由双模谐振器耦合到输出微带(8)，双模谐振器形成两个传输极点通带和两个传输零点阻带，其中一个传输零点为双模谐振器的偶模提供。
2.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于:所述的输入输出耦合臂(5、6)的特征阻抗为50欧姆，对应的微带宽度为Wl。
3.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于:所述的耦合臂的线宽为10 μ m-200 μ m,耦合臂至所述双模谐振器的耦合缝隙(15、16)的宽度为5 μ m-80 μ m。
4.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于:金属地层(2)位于所述介质层(3)的正下方。
5.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于:所述的输入输出枝节耦合缝隙(17)为5 μ m-80 μ m。
6.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于:输入耦合枝节(9)和输出耦合枝节(10)通过形成枝节耦合缝隙(17)形成耦合。
7.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于:根据采用谐振器形状的不同而变化，耦合缝隙不局限于标准平行线型，方波型或锯齿形慢波形状。
8.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于:输入耦合臂(4)和输出耦合臂(5)位于输入输出微带(7)或输出微带(8)的上方，或延伸至输出微带(7)或输出微带(8)下方，以增强耦合系数和提供更多的带外传输零点。
9.如权利要求1所述的一种砷化镓双模带通滤波器，其特征在于:输入耦合枝节(9)和输出耦合枝节(10)端口为开路分支结构或端口处作接地处理形成的短路分支结构；在电原理上由前一种的磁耦合平行耦合线的耦合模式变为后一种的混合耦合模式。
10.一种制备权利要求1所述砷化镓双模带通滤波器的工艺方法，其特征在于包括如下步骤:采用0.25-μπι砷化镓薄膜工艺技术，通过基片减薄、抛光、刻蚀、光刻、布线、欧姆接触、溅射、电镀工艺制作K波段双模薄膜滤波器；通过激光器在不同工作功率和刻蚀速度下刻蚀、腐蚀表面金属层(I)，制出沿中心线对称的环状输入耦合臂(5)和输出耦合臂(6)，并径向连接输入耦合枝节(9)和输出耦合枝节(10)通过形成枝节耦合缝隙(17)形成耦合，输入耦合臂(5)和输出耦合臂(6)两边分别对称连接向弧形两边径向伸出的输入微带(7)和输出微带(8)，并在该环状耦合臂下方制出与其同弧平行耦合缝隙(15、16)的λ/4输入谐振器(11)、λ/4输出谐振器(12)、高阻抗线(13)和低阻抗线(14)，构成开路或短路分支结构的双模谐振器；矩形接地焊盘(18)对称地位于宽度为Wl的输入微带(7)和输出微带(8)末端的上、下方，矩形接地孔位于接地焊盘(18)中心，贯穿微波介质层(3)与接地导体层⑵相连。
【文档编号】H01P1/203GK104466317SQ201410658127
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】杨茂辉, 黄建 申请人:中国电子科技集团公司第十研究所