一種基于MEMS的小型化雙通帶寬帶濾波器芯片
2021年電子技術應用第7期
濮澤宇1，2，萬 晶2，3，王 霄2，3，李躍華1，梁曉新2，3
1.南京理工大學，江蘇 南京210094；2.昆山微電子技術研究院，江蘇 昆山215347； 3.中國科學院微電子研究所，北京100029
摘要： 基于Micro-Electro-Mechanical System(MEMS)工藝，采用雙層諧振腔濾波結構，分析并設計了一種基于MEMS的硅基Substrate Integrated Waveguide(SIW)雙通帶寬帶帶通濾波器芯片。設計的濾波器芯片在21.25～29 GHz以及43～47.5 GHz雙通帶頻帶內插入損耗小于3 dB，相對帶寬分別為30%以及10%，帶外抑制度大于20 dB，并且在雙通帶間產生了零點，尺寸僅為4.2 mm×1.1 mm×0.8 mm。該濾波器是平面堆疊結構，具有體積小、頻帶寬、易集成等優點，有較好的應用價值。
中圖分類號： TN713
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211351
中文引用格式： 濮澤宇，萬晶，王霄，等. 一種基于MEMS的小型化雙通帶寬帶濾波器芯片[J].電子技術應用，2021，47(7)：48-51，56.
英文引用格式： Pu Zeyu，Wan Jing，Wang Xiao，et al. A miniaturized MEMS-based dual passband broadband filter chip[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：48-51，56.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211351
中文引用格式： 濮澤宇，萬晶，王霄，等. 一種基于MEMS的小型化雙通帶寬帶濾波器芯片[J].電子技術應用，2021，47(7)：48-51，56.
英文引用格式： Pu Zeyu，Wan Jing，Wang Xiao，et al. A miniaturized MEMS-based dual passband broadband filter chip[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：48-51，56.
A miniaturized MEMS-based dual passband broadband filter chip
Pu Zeyu1，2，Wan Jing2，3，Wang Xiao2，3，Li Yuehua1，Liang Xiaoxin2，3
1.Nanjing University of Science & Techonlogy，Nanjing 210094，China； 2.Institute of Microelectronic Technology of Kunshan，Kunshan 215347，China； 3.Institute of Microelectronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China
Abstract： This paper analyzes and designs a silicon based substrate integrated waveguide(SIW) dual passband broadband bandpass filter chip based on Micro-Electro-Mechanical System(MEMS) process with double layer resonant cavity filter structure. The designed filter chip has an insertion loss of less than 2 dB in the 23～29 GHz and 43～47 GHz dual passband bands with relative bandwidths of 23% and 9%, respectively, and an out-of-band suppression of more than 20 dB, and generates a zero point between the dual passbands with a size of only 4.2 mm×1.1 mm×0.8 mm. The filter is a planar stacked structure, with the advantages of small size, wide band and easy integration, which has good application value.
Key words : dual-passband；broadband；bandpass filter；SIW；MEMS
0 引言
在通信產業快速發展的大環境下，迫切要求通信系統向更小、更易集成、更多適用頻段的方向發展。濾波器作為無線通信系統中不可或缺的組成部分，起到濾除系統雜波的作用[1]，且數量要求多，其體積決定了整個系統的體積和成本。在微波頻段多以PCB板級濾波器為主，應用到毫米波頻段后其表面金屬結構以及開放的電磁場，使得PCB板級濾波器損耗過大，因此多以腔體結構濾波器為主，但腔體濾波器體積巨大，不適應于5G小型通信系統終端應用中。此時，基于MEMS工藝的濾波器芯片應運而生，MEMS工藝新增了諸如體微機械加工工藝、表面微機械加工工藝等技術，融合了各個學科的尖端技術，可與Integrated Circuit(IC)工藝相兼容。采用MEMS工藝制備的濾波器，具有尺寸小、集成度高等諸多優點。
在MEMS濾波器諧振腔研究方面，SIW諧振腔結構憑借與矩形波導極高的相似性及其更便捷的實現方式，成為了目前MEMS濾波器的主流設計結構。在此結構基礎上，文獻[2-3]通過中間規則排布通孔的耦合方式，實現了多款單通帶MEMS濾波器芯片，但其相對MMIC芯片而言巨大的尺寸及其單一的應用頻段無法滿足目前小型化、多功能的應用發展需求。因此，在小型化的基礎上實現多頻帶應用成為MEMS濾波器芯片設計的一個全新方向。
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作者信息：
濮澤宇1，2，萬 晶2，3，王 霄2，3，李躍華1，梁曉新2，3
(1.南京理工大學，江蘇 南京210094；2.昆山微電子技術研究院，江蘇 昆山215347；
3.中國科學院微電子研究所，北京100029)
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