基于TSV的双层四阶交叉耦合SIW滤波器

本发明属于微波滤波器，具体涉及一种基于tsv(through silicon via，硅基垂直通孔)的双层四阶交叉耦合siw滤波器。

背景技术：

1、随着无线通信网络的高速发展，未来对于高频率、高带宽的微波通信需求越发旺盛，而微波滤波器作为无线通信网络中的重要组件，起着分离和过滤不同频率的信号的作用，其性能的优劣将严重影响整个无线通信系统的质量。在无线通信系统的射频(radiofrequency，rf)电路中，每个滤波器都扮演着不同的角色，具有不可替代的功能。根据不同的系统，滤波器的各项指标如中心频率、带宽、带外抑制性、尺寸等均有着不同的要求。

2、目前，传统的基片集成波导(substrate integrated waveguide，siw)滤波器主要是基于低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramics，ltcc)技术制造的，工艺过程为：将低温烧结的陶瓷粉压制成厚度均匀且致密的陶瓷带，然后在陶瓷带上进行打孔、注浆和印刷等工艺，制出所需要的电路图形，最后将电子组件如电容、电阻、滤波器等埋入多层陶瓷基板中并叠压在一起，在900℃左右的温度下烧结成一个三维空间互不干扰的高度集成的电子电路整体。基于ltcc技术的siw滤波器的主要特点是小体积、高精度、高稳定性。

3、但是，上述siw滤波器同时也存在一些缺陷，如散热性能差、陶瓷基板和导带金属的热膨胀系数不同导致中心频率偏移、不适合于片上集成、太赫兹波段插入损耗大等，因此，采用ltcc工艺制得的滤波器无法实现适用于高频段。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，包括：

3、第一金属层，包括输入端口和输出端口；

4、第一衬底层，位于所述第一金属层的一侧，包括多个第一通孔，所述多个第一通孔形成第一谐振腔与第二谐振腔，且所述第一谐振腔与所述第二谐振腔通过共用的侧壁窗口产生磁耦合；

5、第二金属层，位于所述第一衬底层远离第一金属层的一侧，包括第一凹槽和第二凹槽；

6、第二衬底层，位于所述第二金属层远离第一衬底层的一侧，包括多个第二通孔，所述多个第二通孔形成第三谐振腔与第四谐振腔，且所述第三谐振腔与所述第四谐振腔通过共用的侧壁窗口产生磁耦合，所述第一凹槽用于在第一谐振腔与第三谐振腔之间引入电耦合，所述第二凹槽用于在第二谐振腔与第四谐振腔之间引入磁耦合；

7、第三金属层，位于所述第二衬底层远离第二金属层的一侧。

8、在本发明的一个实施例中，所述输入端口和输出端口均为微带线形式，在第一方向上，所述输入端口和所述输出端口分别位于第一金属层的两侧；所述第一方向为第一谐振腔指向第二谐振腔的方向。

9、在本发明的一个实施例中，所述第一谐振腔包括第一耦合窗口，所述第二谐振腔包括第二耦合窗口，在垂直于所述第一衬底层所在平面的方向上，所述输入端口的正投影与所述第一耦合窗口的正投影交叠，所述输出端口的正投影与所述第二耦合窗口的正投影交叠。

10、在本发明的一个实施例中，所述第一凹槽和第二凹槽内填充有材料硅。

11、在本发明的一个实施例中，在垂直于第二金属层所在平面的方向上，所述第一凹槽的正投影为圆形，所述圆形中圆心的正投影与所述第一谐振腔的中心的正投影重合。

12、在本发明的一个实施例中，所述第二凹槽包括第一子凹槽和第二子凹槽，所述第二谐振腔包括在第二方向上相对设置的第一边和第二边；

13、在垂直于第二金属层所在平面的方向上，所述第一子凹槽和第二子凹槽的正投影均为矩形，第一子凹槽的正投影与第一边的正投影的间距以及第二子凹槽的正投影与第二边的正投影的间距相等；其中，所述第二方向与所述第一方向垂直，且第一方向、第二方向均平行于第二金属层所在的平面。

14、在本发明的一个实施例中，所述第一金属层、所述第二金属层和所述第三金属层的厚度相同，均为5μm。

15、在本发明的一个实施例中，所述第一金属层、所述第二金属层和所述第三金属层的材料为铜。

16、在本发明的一个实施例中，所述第一衬底层和所述第二衬底层的厚度相同，均为85μm。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、本发明提供的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器可利用三维集成电路和硅基垂直通孔技术实现，克服了现有技术中基于pcb和ltcc的siw滤波器在高频段各种缺陷如散热性能差、陶瓷基板和导带金属的热膨胀系数不同导致中心频率偏移、不适合于片上集成、太赫兹波段插入损耗大，作为三维集成电路的关键部件，硅通孔凭借其微米量级的高精度沟槽刻蚀和金属填充，以及易于与标准cmos ic集成等优势，使得基于tsv技术的siw滤波器成为无源器件小型化和集成化的良好候选者。

19、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，所述输入端口和输出端口均为微带线形式，在第一方向上，所述输入端口和所述输出端口分别位于第一金属层的两侧；所述第一方向为第一谐振腔指向第二谐振腔的方向。

3.根据权利要求2所述的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔包括第一耦合窗口，所述第二谐振腔包括第二耦合窗口，在垂直于所述第一衬底层所在平面的方向上，所述输入端口的正投影与所述第一耦合窗口的正投影交叠，所述输出端口的正投影与所述第二耦合窗口的正投影交叠。

4.根据权利要求1所述的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，所述第一凹槽和第二凹槽内填充有材料硅。

5.根据权利要求4所述的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，在垂直于第二金属层所在平面的方向上，所述第一凹槽的正投影为圆形，所述圆形中圆心的正投影与所述第一谐振腔的中心的正投影重合。

6.根据权利要求5所述的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，所述第二凹槽包括第一子凹槽和第二子凹槽，所述第二谐振腔包括在第二方向上相对设置的第一边和第二边；

7.根据权利要求1所述的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，所述第一金属层、所述第二金属层和所述第三金属层的厚度相同，均为5μm。

8.根据权利要求7所述的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，所述第一金属层、所述第二金属层和所述第三金属层的材料为铜。

9.根据权利要求1所述的基于tsv的双层四阶交叉耦合siw滤波器，其特征在于，所述第一衬底层和所述第二衬底层的厚度相同，均为85μm。

技术总结
本发明公开了一种基于TSV的双层四阶交叉耦合SIW滤波器，自上而下依次包括：第一金属层，包括输入端口和输出端口；第一衬底层，包括多个第一通孔，多个第一通孔形成第一谐振腔与第二谐振腔，二者通过共用的侧壁窗口产生磁耦合；第二金属层，包括第一凹槽和第二凹槽；第二衬底层，包括多个第二通孔，多个第二通孔形成第三谐振腔与第四谐振腔，二者通过共用的侧壁窗口产生磁耦合，第一凹槽用于在第一谐振腔与第三谐振腔之间引入电耦合，第二凹槽用于在第二谐振腔与第四谐振腔之间引入磁耦合；位于第二衬底层远离第二金属层一侧的第三金属层。SIW滤波器可利用三维集成电路和硅基垂直通孔技术实现，成为无源器件小型化和集成化的良好候选者。

技术研发人员：董刚,周家科,杨明明,智常乐,朱樟明
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31