藍(lán)寶石基底微帶濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，包含藍(lán)寶石介質(zhì)基底以及附著在藍(lán)寶石介質(zhì)基底上的由導(dǎo)電材料制成的微帶傳輸線和諧振結(jié)構(gòu)單元。微帶傳輸線的一端為信號輸入端，另一端為信號輸出端。諧振結(jié)構(gòu)單元為交指型諧振結(jié)構(gòu)，其數(shù)量至少為一個并且位于傳輸線的一側(cè)，多個諧振結(jié)構(gòu)單元沿傳輸線方向排成一列。諧振結(jié)構(gòu)單元與傳輸線之間以及任意兩個諧振結(jié)構(gòu)單元之間無接觸。傳輸線上遠(yuǎn)離諧振結(jié)構(gòu)單元的一側(cè)設(shè)置有至少一個由導(dǎo)電材料制成的二次諧波抑制單元。本發(fā)明采用藍(lán)寶石單晶片做介質(zhì)基材，可以保證濾波器的穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化。本發(fā)明將諧振結(jié)構(gòu)單元和二次諧波抑制單元與微帶傳輸線相結(jié)合，可以獲得帶寬可調(diào)、抑制深度大的微帶濾波器。
【專利說明】藍(lán)寶石基底微帶濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微帶濾波器，特別涉及藍(lán)寶石基底微帶濾波器。

【背景技術(shù)】
[0002]微波濾波器是用來分離不同頻率微波信號的一種器件。它的主要作用是抑制不需要的信號，使其不能通過濾波器，只讓需要的信號通過。在微波電路系統(tǒng)中，濾波器的性能指標(biāo)對電路的性能指標(biāo)有很大的影響。
[0003]無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展對無線通信電子設(shè)備的集成化、小型化和高可靠性要求越來越高。設(shè)備的集成化和小型化要求電路在滿足電氣性能的前提下盡可能減少占用空間。濾波器是無線通信電子設(shè)備中必不可少的電子器件，其小型化設(shè)計(jì)是無線通信電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化的關(guān)鍵之一。
[0004]微帶濾波器具有設(shè)計(jì)靈活、尺寸小、重量輕、損耗低、溫度系數(shù)和膨脹系數(shù)小、易于集成等優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用于微波電路和微波集成電路中。微帶濾波器的尺寸主要取決于微帶線結(jié)構(gòu)尺寸，而微帶線結(jié)構(gòu)的尺寸主要受介質(zhì)基底材料的介電常數(shù)限制。一般情況下，選用的介質(zhì)基底材料的介電常數(shù)越高微帶線結(jié)構(gòu)的尺寸越容易做小。
[0005]藍(lán)寶石介質(zhì)基材的介電常數(shù)較高、介電損耗小，并且其介電常數(shù)隨頻率的變化小。另外，藍(lán)寶石介質(zhì)基材的熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小，特別適合用于制備高功率電子器件。目前，人工制備的單晶藍(lán)寶石基底已經(jīng)在半導(dǎo)體等電子行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種藍(lán)寶石基底微帶濾波器。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明提供的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，包含藍(lán)寶石介質(zhì)基底以及附著在藍(lán)寶石介質(zhì)基底上的由導(dǎo)電材料制成的微帶傳輸線和諧振結(jié)構(gòu)單元。微帶傳輸線的一端為信號輸入端，另一端為信號輸出端。諧振結(jié)構(gòu)單元為交指型諧振結(jié)構(gòu)，其數(shù)量至少為一個并且位于微帶傳輸線的一側(cè)，多個諧振結(jié)構(gòu)單元沿微帶傳輸線方向排成一列。諧振結(jié)構(gòu)單元與微帶傳輸線之間以及任意兩個諧振結(jié)構(gòu)單元之間無接觸。微帶傳輸線上遠(yuǎn)離諧振結(jié)構(gòu)單元的一側(cè)設(shè)置有至少一個由導(dǎo)電材料制成的二次諧波抑制單元。
[0009]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電材料為金、銀、銅、鋁中的任一種或任幾種的組合。
[0010]進(jìn)一步的，所述藍(lán)寶石介質(zhì)基底為藍(lán)寶石單晶片。
[0011]進(jìn)一步的，所述藍(lán)寶石單晶片的晶面取向的優(yōu)先選取順序?yàn)閍面取向、c面取向、r面取向、m面取向。
[0012]進(jìn)一步的，所述交指型諧振結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量為大于I的奇數(shù)個，且所有交指型諧振結(jié)構(gòu)單元等距排列。
[0013]進(jìn)一步的，所述二次諧波抑制單元為齒形，每個齒形二次諧波抑制單元中齒的數(shù)量大于2，且任意兩個相鄰的齒間距離相等。
[0014]進(jìn)一步的，所述藍(lán)寶石基底微帶濾波器，所述藍(lán)寶石介質(zhì)基底為a面取向的藍(lán)寶石單晶片；所述交指型諧振結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量為5個，5個交指型諧振結(jié)構(gòu)單元的尺寸完全一樣并且沿傳輸線方向等距排列在傳輸線的一側(cè)；所述二次諧波抑制單元為齒形，齒的數(shù)量為3，該3齒型的二次諧波抑制單元的數(shù)量為4個，并且分別設(shè)置在與兩個相鄰諧振結(jié)構(gòu)單元間隙相對的位置。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:采用藍(lán)寶石單晶片做介質(zhì)基材，可以保證濾波器的穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化。將諧振結(jié)構(gòu)單元和二次諧波抑制單元與微帶傳輸線相結(jié)合，可以獲得帶寬可調(diào)、抑制深度大的微帶濾波器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明方案的微帶濾波器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例4.3GHz微帶帶阻濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例4.3GHz微帶帶阻濾波器的電路結(jié)構(gòu)中采用的交指型諧振結(jié)構(gòu)單元圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例4.3GHz微帶帶阻濾波器的微波信號傳輸性能測試結(jié)果；
[0020]圖中:1-微帶傳輸線，2-諧振結(jié)構(gòu)單元，3- 二次諧波抑制單元，m-S21曲線，n_S n曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于以下所述。
[0022]本發(fā)明提供的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，包含藍(lán)寶石介質(zhì)基底以及附著在藍(lán)寶石介質(zhì)基底上的由導(dǎo)電材料制成的微帶傳輸線I和諧振結(jié)構(gòu)單元2。微帶傳輸線I的一端為信號輸入端，另一端為信號輸出端。諧振結(jié)構(gòu)單元2為交指型諧振結(jié)構(gòu)，其數(shù)量至少為一個并且位于微帶傳輸線的一側(cè)，多個諧振結(jié)構(gòu)單元2沿微帶傳輸線I方向排成一列。諧振結(jié)構(gòu)單元2與微帶傳輸線I之間以及任意兩個諧振結(jié)構(gòu)單元2之間無接觸。微帶傳輸線I上遠(yuǎn)離諧振結(jié)構(gòu)單元2的一側(cè)設(shè)置有至少一個由導(dǎo)電材料制成的二次諧波抑制單元3，二次諧波抑制單元3與微帶傳輸線I為電連接。
[0023]上述導(dǎo)電材料為金、銀、銅、鋁中的任一種或任幾種的組合。導(dǎo)電材料的電導(dǎo)率越大，濾波器的電損耗越小。銀、銅較容易被氧化，在使用時需要做表面處理。如果通過薄膜工藝制備藍(lán)寶石微帶濾波器的電路結(jié)構(gòu)，在往藍(lán)寶石基底上濺射導(dǎo)電金屬之前需要預(yù)先沉積一層過度金屬薄膜，如鈦或鎢等，然后再沉積金、銀、銅、鋁等導(dǎo)電性好的金屬。為了減少導(dǎo)電材料引起的電損耗，導(dǎo)電材料的厚度通常要求大于幾個微米，對于低頻濾波器還需要更厚。
[0024]所述藍(lán)寶石介質(zhì)基底為藍(lán)寶石單晶片。藍(lán)寶石單晶的介電性能更穩(wěn)定、介電損耗更小。不同晶面取向的藍(lán)寶石單晶片的介電性能有所差異。經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選用a面取向、c面取向、r面取向、m面取向的藍(lán)寶石單晶片制備的濾波器的電性能較好、較穩(wěn)定。
[0025]所述交指型諧振結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量為大于I的奇數(shù)個，且所有交指型諧振結(jié)構(gòu)單元等距排列，排列方向與微帶傳輸線方向一致。
[0026]所述二次諧波抑制單元為齒型結(jié)構(gòu)，每個指型二次諧波抑制單元中齒的數(shù)量大于2，任意兩個相鄰的齒間距離相等。
[0027]圖1為某一 4.3GHz帶阻微帶濾波器的電結(jié)構(gòu)示意圖。圖中顯示，在微帶傳輸線I的下方有5個排列成一行的結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的交指型諧振結(jié)構(gòu)單元，交指型諧振結(jié)構(gòu)單元的排列方向與微帶傳輸線平行。任意兩個相鄰交指型諧振結(jié)構(gòu)單元之間的距離相等。諧振結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量與阻帶的抑制深度有關(guān)，諧振結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量越多、抑制深度越大。通過仿真得知，對于4.3GHz帶阻微帶濾波器，3個諧振結(jié)構(gòu)單元得到的阻帶抑制深度大于20dB，，5個諧振結(jié)構(gòu)單元得到的阻帶抑制深度大于40dB。諧振結(jié)構(gòu)單元距微帶傳輸線的距離與阻帶的帶寬有關(guān)，距離越小、阻帶的帶寬越小。在與兩個相鄰的諧振結(jié)構(gòu)單元間隙相對的微帶傳輸線的一側(cè)上設(shè)置有3個齒狀的二次諧波抑制單元，4個二次諧波抑制單元與微帶傳輸線電連接。每個二次諧波抑制單元有三個齒，相鄰兩個齒之間的距離相等。該4.3GHz帶阻微帶濾波器的電結(jié)構(gòu)的具體尺寸如圖2和圖3所示，圖中標(biāo)注尺寸的單位為_。
[0028]該4.3GHz帶阻微帶濾波器的電結(jié)構(gòu)由3 μ m厚的金金屬通過薄膜蝕刻工藝制成，所采用的介質(zhì)基底為c面取向的藍(lán)寶石單晶片。
[0029]圖4為該4.3GHz帶阻微帶濾波器的濾波性能實(shí)測結(jié)果，該結(jié)果通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀獲得。圖中m曲線為S21，η曲線為Sn。S21曲線顯示，該4.3GHz帶阻微帶濾波器的阻帶頻率為4.29-4.31GHz，通帶頻率為(2-4.l)GHz&(4.55-12)GHz，濾波性能良好。
【權(quán)利要求】
1.藍(lán)寶石基底微帶濾波器，包含藍(lán)寶石介質(zhì)基底以及附著在藍(lán)寶石介質(zhì)基底上的由導(dǎo)電材料制成的微帶傳輸線(1)和諧振結(jié)構(gòu)單元(2),其特征在于:所述微帶傳輸線(1)的一端為信號輸入端，另一端為信號輸出端；所述諧振結(jié)構(gòu)單元(2)為交指型諧振結(jié)構(gòu)，其數(shù)量至少為一個并且位于微帶傳輸線(1)的一側(cè)，多個諧振結(jié)構(gòu)單元沿微帶傳輸線(1)方向排成一列；諧振結(jié)構(gòu)單元(2)與微帶傳輸線(1)之間以及任意兩個諧振結(jié)構(gòu)單元(2)之間無接觸；微帶傳輸線(1)上遠(yuǎn)離諧振結(jié)構(gòu)單元(2)的一側(cè)設(shè)置有至少一個由導(dǎo)電材料制成的二次諧波抑制單元(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，其特征在于:所述導(dǎo)電材料為金、銀、銅、鋁中的任一種或任幾種的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，其特征在于:所述藍(lán)寶石介質(zhì)基底為藍(lán)寶石單晶片。
4.如權(quán)利要求3所述的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，其特征在于:所述藍(lán)寶石單晶片的晶面取向的優(yōu)先選取順序?yàn)?面取向、0面取向、面取向、III面取向。
5.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，其特征在于:所述交指型諧振結(jié)構(gòu)單元(2)的數(shù)量為大于1的奇數(shù)個，且所有交指型諧振結(jié)構(gòu)單元等距排列。
6.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，其特征在于:所述二次諧波抑制單元(3)為齒形，每個齒形二次諧波抑制單元(3)中齒的數(shù)量大于2，且任意兩個相鄰的齒間距離相等。
7.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石基底微帶濾波器，其特征在于:所述藍(lán)寶石介質(zhì)基底為3面取向的藍(lán)寶石單晶片；所述交指型諧振結(jié)構(gòu)單元(2)的數(shù)量為5個，5個交指型諧振結(jié)構(gòu)單元的尺寸完全一樣并且沿傳輸線方向等距排列在傳輸線的一側(cè)；所述二次諧波抑制單元(3)為齒形且齒的數(shù)量為3個，該3齒型的二次諧波抑制單元(3)的數(shù)量為4個，并且分別設(shè)置在與兩個相鄰諧振結(jié)構(gòu)單元間隙相對的位置。
【文檔編號】H01P1/212GK104485498SQ201510006726
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月7日
【發(fā)明者】黃勇飛, 李勝, 賈朋樂, 龍立銓, 溫占福, 張烽, 韓玉成 申請人:中國振華集團(tuán)云科電子有限公司