陷波器芯片的制作方法

本发明涉及集成电路技术领域。

背景技术：

陷波器对微波电子系统中不必要的杂波信号进行滤除，以消除无用信号对有用信号的干扰的芯片。在保证其他频率信号不损失的情况下，有效地抑制信号中某一特定频率。

微波单片集成电路（mmic）制造技术以砷化镓为衬底是现在常用技术，是采用平面技术，将元器件、传输线、互连线等直接制作在半导体基片上。本发明专利基于该制造技术，采用片上带线进行滤波，设计方便，设计精度高，实现定点陷波，芯片面积小，成本低，可靠性高，适合小型化系统采用，大幅降低系统尺寸和成本。同时，gaas芯片批量生产一致性好，有利于工程化应用。

现有的陷波器芯片耐功率能力不高，不适合用在大功率陷波器上，带内插损大，不能满足工程化应用，现有的陶瓷陷波器尺寸大，使用不方便。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种陷波器芯片，耐功率能力大幅提升，适用于大功率陷波器，带内插损小，满足工程化应用。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：包括衬底；其特征在于：还包括制作在衬底上的传输微带线x1、滤波微带线x2、滤波微带线x3、扇形线s1和扇形线s2；信号输入端输入信号分成两路，信号输入端第一路连接传输微带线x1输入端，信号输入端第二路连接滤波微带线x2输入端，滤波微带线x2输出端与扇形线s1相连；传输微带线x1输出端输出信号分成两路，传输微带线x1输出端一路连接信号输出端，传输微带线x1输出端另一路连接滤波微带线x3输入端，滤波微带线x3输出端于扇形线s2相连。

作为优选，衬底为砷化镓、陶瓷或pcb材料。

作为优选，衬底为砷化镓，砷化镓介电常数12.9，厚度100微米，传输微带线x1长度为1500-2000微米，宽为50微米；滤波微带线x2长为1500微米，宽为15微米；扇形线s1长为160微米，扇形角为40度，上直边为15微米。

作为优选，衬底为陶瓷，陶瓷介电常数为9.8，厚度为254微米，传输微带线x1长度为1700-2300微米，宽为230微米；滤波微带线x2长度为1800微米，宽为25微米；扇形线s1长为200微米，扇形角为40度，上直边为25微米。

作为优选，衬底为pcb，pcb介电常数为2.2，厚度为254微米，传输微带线x1长度为3800-4300微米，宽为750微米；滤波微带线x2长度为3000微米，宽为50微米；扇形线s1长为400微米，扇形角为40度，上直边为50微米。

作为优选，传输微带线x1、滤波微带线x2、滤波微带线x3、扇形线s1和扇形线s2集成在同一衬底上。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明结构简单，采用π型滤波网络设计完成，单片陷波器芯片至少可工作于50w系统中，相比之前传统的lc、rc结构陷波器芯片，耐功率能力大幅提升，适用于大功率陷波器；同时带内插损可小于0.5db，远小于传统陷波器；两级陷波网络带外陷波深度大于30db，满足工程化应用。相比于陶瓷陷波器，本发明专利拥有频率高、尺寸小、陷波深度大、插损小等优点，因此对于微型化系统来说，具有重要的应用价值。

通过调节传输微带线x1长度和宽度，进行通带频率调整、矩形度调整及阻抗匹配调整；通过调节滤波微带线x2、x3长度和扇形线s1、s2面积，进行陷波频带调整；通过调整滤波用微带和扇形线的级数，进行陷波器的陷波深度调节。

本芯片器件在同一芯片内完成设计加工，，为毫米级别，适合小型化系统采用，大幅降低系统尺寸。同时，当衬底为砷化镓或其他半导体材料时，采用微波单片集成电路（mmic）制造工艺，芯片面积减小，适合批量化应用，批量生产一致性好，同时提高了电路可靠性，降低了生产成本；当衬底为pcb或陶瓷时，采用微波混合集成工艺，本设计方案同样适用，可以提高了电路可靠性，降低了生产成本，耐功率性强；本方案适用范围广泛，适用于不同的材料的衬底和不同的加工工艺。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的结构示意图；

图3为本发明专利的不同传输微带线x1长度的陷波器电路结果曲线图；

图4为本发明专利的不同x2、x3、s1、s2长度的陷波频点偏移曲线图；

图5为本发明专利采用不同滤波网络的电路结果曲线图；

图6为本发明专利的插损和回拨损耗关系曲线图；

图7为本发明专利的两级陷波网络和三级陷波的电路结果曲线图；

图8为本发明专利的两级陷波网络芯片照片及尺寸；

图9为本发明专利的三级陷波网络芯片照片及尺寸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，为本发明一种陷波器芯片的功能图，in为信号输入端，信号输入后，经过两级或多级陷波网络，滤除传输信号中的杂波信号，消除无用信号对有用信号的干扰，out为输出端口。

实施例1：

包括衬底；还包括制作在衬底上的传输微带线x1、滤波微带线x2、滤波微带线x3、扇形线s1和扇形线s2；信号输入端输入信号分成两路，信号输入端第一路连接传输微带线x1输入端，信号输入端第二路连接滤波微带线x2输入端，滤波微带线x2输出端与扇形线s1相连；传输微带线x1输出端输出信号分成两路，传输微带线x1输出端一路连接信号输出端，传输微带线x1输出端另一路连接滤波微带线x3输入端，滤波微带线x3输出端于扇形线s2相连。

传输微带线x1、滤波微带线x2、滤波微带线x3、扇形线s1和扇形线s2集成在同一衬底上。滤波微带线x2和滤波微带线x3长度可以相同也可以不同；扇形线s1和扇形线s2面积可以相同也可以不同。

本发明由多级微带线加扇形线组成π型滤波网络，其关键在于，通过调节传输微带线x1长度，进行通带频率调整、矩形度调整及阻抗匹配调整；通过调节滤波微带线x2、x3长度和扇形线s1、s2面积，进行陷波频带调整；通过调整滤波用微带和扇形线的级数，进行陷波器的陷波深度调节。

与传统微带滤波和扇形滤波原理相比，在本发明专利中，采用微带顶端加扇形线的π型结构。传统微带线滤波，滤波用微带长度很长，不利于布局，浪费大量芯片尺寸，带线过长也会导致滤波线与芯片其它部分存在耦合，或自身电感过高，滤波效果下降。采用扇形线滤波，扇形线相较微带线，长度大幅降低，但是由于扇形线不容易进行弯曲，占用大量面积，也不利于电路布局，同时电性能上，扇形线陷波矩形度较差，通带插损过大。

本发明专利采取了折中设计，兼顾了两者的优势，在不牺牲电性能的同时，兼顾了电路尺寸和布局：本发明专利采用π型滤波网络，传输微带线x1、滤波微带线x2、x3利于弯曲，在满足应用的条件下，亦可采用电感代替，由于功率太大电感容易烧毁，所以在功率条件适合的情况下可以用电感代替；设计上更具有灵活性，方便电路布局；开路微带线顶端采用扇形线结构，扇形线s1、s2大幅降低了微带线长度，相比在微带线x2、x3顶端加接地电容，本发明专利更适合应用于大功率系统中。该陷波器芯片具有尺寸小，插损小，价格低，陷波深度大，芯片一致性好，耐功率能力强等特点。

实施例2：

如图2所述，滤波微带线x2、滤波微带线x3、扇形线s1和扇形线s2集成在同一芯片内，采用砷化镓单片集成电路制造工艺便可实现本发明专利。

传输微带线x1、滤波微带线x2、滤波微带线x3、扇形线s1和扇形线s2连接结构与实施例1相同。

衬底为砷化镓，介电常数为12.9，砷化镓厚度为100微米，做电路的金厚4微米；当陷波频率为15ghz，端口阻抗50欧姆时,传输微带线x1长度为1500-2000微米，优选的长度为1700微米，宽为50微米；滤波微带线x2长为1500微米，宽为15微米；扇形线s1长为160微米，扇形线s1长为上直边到下弧边的长度，扇形角为40度，上直边为15微米。滤波微带线x3和扇形线s2的参数分别与滤波微带线x2和扇形线s1的参数相似，具体决定于陷波频带带宽。

当衬底为砷化镓或其他半导体材料时，采用微波单片集成电路（mmic）制造工艺，芯片面积减小，适合批量化应用，批量生产一致性好，同时提高了电路可靠性，降低了生产成本。

传输微带线x1的宽度主要由材料决定，滤波微带线x2长度与扇形线s1面积成反比，经过计算可以得到。传输微带线x1、滤波微带线x2长度对结果影响较大。

通过调节传输微带线x1长度，可以调整通带带宽及陷波器的矩形度，传输微带线x1长度增加，通带频带向低频偏移，同理，传输微带线x1长度减小，通带频带向高频偏移，可需要根据工程需要，选取合适的值。图3给出了传输微带线x1不同长度的电路结果，曲线1、2、3分别为随着传输微带线x1减小时，陷波器的结果曲线，由图可知，随着传输微带线x1长度减小，通带向高频偏移，陷波器前段矩形度变好，后段矩形度变差。

通过调节滤波微带线x2、x3长度，或者扇形线s1、s2面积，可以调整陷波频带，x2、x3长度增加，或者s1、s2面积增加，陷波频率往低频偏移，反之向高频偏移。图4给出了x2、x3、s1、s2不同长度的电路结果，曲线1、2、3分别为随着x2、x3、s1、s2增加时，陷波器的结果曲线，由图可知，随着滤波微带线x1、x2长度增加、扇形线s1、s2面积增加，陷波频点向低频偏移。

图5给出了相同频段，采用不同滤波网络的结果曲线，图中曲线1、2、3分别为采用扇形线、开路微带线和采用本使用新型的结果曲线。由图可知，采用扇形线陷波性能最佳，但是矩形度较差；采用开路微带线和本发明专利的结果相似。

图6给出了陷波器插损曲线和端口回波损耗曲线，由回波损耗曲线可知，本发明专利为反射型电路，采用信号反射进行滤波。

图7给出了两级滤波网络和三级滤波网络的结果曲线，曲线1、2分别为两级陷波网络和三级陷波网络的结果曲线。由图可知，三级陷波网络陷波深度要远大于两级网络。但是，相较两级网络，三级网络也会增加芯片尺寸。

图8给出了本发明专利采用微波单片制造工艺，设计制造的两级陷波网络芯片结构及尺寸。

图9给出了本发明专利采用微波单片制造工艺，设计制造的三级陷波网络芯片结构及尺寸。

基于衬底为砷化镓，采用微波集成电路工艺设计制造完成，降低了电路尺寸和成本，同时提高了批量生产的成品率和一致性，更加方便系统使用，提高了系统可靠性。

实施例3：

传输微带线x1、滤波微带线x2、滤波微带线x3、扇形线s1和扇形线s2连接结构与实施例1相同。

衬底为陶瓷，介电常数为9.8，陶瓷厚度为254微米，做电路的金厚度为4微米；当陷波频率为15ghz，端口阻抗50欧姆时，传输微带线x1长度为1700-2300微米，优选的长度为2000微米，宽为230微米；滤波微带线x2长度为1800微米，宽为25微米；扇形线s1长为200微米，扇形线s1长为上直边到下弧边的长度，扇形角为40度，上直边为25微米。滤波微带线x3和扇形线s2的参数分别与滤波微带线x2和扇形线s1的参数相似，具体决定于陷波频带带宽。

传输微带线x1的宽度主要由材料决定，对于不同衬底材料，当端口阻抗为50欧姆时，线宽不同；滤波微带线x2与扇形线s1成反比，经过计算可以得到。传输微带线x1、滤波微带线x2长度对结果影响较大。

实施例4：

传输微带线x1、滤波微带线x2、滤波微带线x3、扇形线s1和扇形线s2连接结构与实施例1相同。

衬底为pcb，介电常数为2.2，pcb厚度为254微米，做电路的金厚度为4微米；当陷波频率为15ghz，端口阻抗50欧姆时，传输微带线x1长度为3800-4300微米，优选的长度为4000微米，宽为750微米；滤波微带线x2长度为3000微米，宽为50微米；扇形线s1长为400微米，扇形线s1长为上直边到下弧边的长度，扇形角为40度，上直边为50微米。滤波微带线x3和扇形线s2的参数分别于滤波微带线x2和扇形线s1的参数相似，具体决定于陷波频带带宽。

传输微带线x1的宽度主要由材料决定，滤波微带线x2与扇形线s1成反比，经过计算可以得到。传输微带线x1、滤波微带线x2长度对结果影响较大。

当衬底为pcb或陶瓷时，采用微波混合集成工艺，本设计方案同样适用，可以提高了电路可靠性，降低了生产成本，耐功率性强。

衬底不限于为砷化镓、陶瓷或pcb材料，也可以是其他材料。本方案适用范围广泛，适用于不同的材料的衬底和不同的加工工艺。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。