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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410658127.2 (22)申请日 2014.11.18 H01P 1/203(2006.01) H01P 11/00(2006.01) (71)申请人 中国电子科技集团公司第十研究所 地址 610036 四川省成都市金牛区茶店子东 街48号 (72)发明人 杨茂辉 黄建 (74)专利代理机构 成飞 ( 集团 ) 公司专利中心 51121 代理人 郭纯武 (54) 发明名称 砷化镓双模带通滤波器及其制备方法 (57) 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。
2、，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 /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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局。
3、 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104466317 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104466317 A 1/2 页 2 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 (1) 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(1)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 /4。
4、 输入谐振器 11、/4 输出谐振器 12 一起通 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 W1 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) 。
5、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 W1。 3.如权利要求 1 所述的。
6、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 10m-200m, 耦合臂至所述双模谐振器的耦合缝隙 (15、16) 的宽度为 5m-80m。 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 5m-80m。 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。
7、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。
8、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-m 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(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 权 利 要 求 书CN 104466317 A 2/2 页 3 合，输入耦合臂 (5) 和输出耦合臂 (6) 两边分别。
9、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 /4 输入谐振器 (11)、/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 W1 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。 权 利 要 求 书CN 104466317 A 1/7 页 4 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。
10、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。
11、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 T1(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。
12、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、。
13、功率容量大和可实际应 用到 100GHz 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 10GHz 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。
14、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 /4 平行耦合谐振器或 /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 说 明 书CN 104466317 A 2/7 页 5 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。
15、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。
16、 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 1 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。
17、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。
18、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 TE01d 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。
19、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 (TE01d 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。
20、射栅构成，并且结 说 明 书CN 104466317 A 3/7 页 6 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。
21、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。
22、的 (Wolfe,I.,“Microstrip bandpass filter using degenerate modes of a microstrip ring resonator,”IEE Electron Lett.,Vo l.8,No.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 类滤波器有较大的辐射损耗 ；而基于分支线加载的双模谐振器结构 (Tu,W.H.,“Compa。
23、ct double-mode cross-coupled microstrip bandpass filter with tunable transmission zeros,”IET Micro.Antennas Propag.,Vol.2,No.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 10GHz 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50m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 。
24、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。
25、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 1 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1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 /4 输入谐振器 11、/4 输 说 明 书CN 104466317 A 4/7 页 7 出谐振器12一起通过形状弯折，组成的弯折环状结构分支线加载型的双模谐振器1114 ； 微带宽度为 W1 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 1。
26、0，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。
27、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-m 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 1.3mm1.2mm，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。
28、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 比，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 100m,50 阻抗线的宽度 W1 仅有 74m, 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。
29、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 500m，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 /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。
30、 ) 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 1.5mm1.3mm，从公开文献中看，是面积最小的。本发明采用 0.25m 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 说 明。
31、 书CN 104466317 A 5/7 页 8 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。
32、 , 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 (/4 输入谐振器 11、/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。
33、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/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 /4 输入谐振器 11、/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 。
34、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。 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 A-A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，11/4 输入谐振器，12/4 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。
35、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 1 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 1 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 1 和接地导体层 2 上下表面之间。接地导体层 说 明 书CN 104466317 A 6/7 页 9 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。
36、下表面。通过腐蚀表面 金属层 1，保留形状为环形输入耦合臂 5 和输出耦合臂 6 与 /4 输入谐振器 11、/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 1。金属层 1 制有对 称开缝高阻抗线 13、低阻抗线 14 和 /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 W1 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。
37、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。 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 /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 /2 谐振器 (/4 输入谐振器 11 和 /4 输出谐振器 12) 构成。矩形接地焊盘 18 在金属层 1 上，位于 宽度为 W1 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。
38、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 W1。 0023 所述的耦合臂的线宽为10m-200m,耦合臂至所述双模谐振器的耦合缝隙 (15、16) 的宽度为 5m-80m。 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 5m-80m。 0026 所述的输入微带 7、输出微带 8、输入耦合臂 5、输出耦合臂 6、输入耦合枝节 9 和输 出耦合枝节 10 相连。 0027 图 2 中金属层 1 的电路结构是以 A-A线的剖面相。
39、对称的结构，所以可在 -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。 输入耦合臂5、输出耦合臂6通过环绕在双模谐振器(1214)周围,通过形成输入耦合缝 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-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。
40、、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 /4 输入 谐振器 11、/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 W1 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 。
41、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 说 明 书CN 104466317 A 7/7 页 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。
42、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。
43、距离 d 由所使用的探针型号决定。其间的微带 线宽度 w1 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 (l1 l4) 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。
44、数。此外，输入耦合臂 4和输出耦合臂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 S11 -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。 说 明 书CN 104466317 A 1/2 页 11 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104466317 A 2/2 页 12 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104466317 A 。