薄膜濾波器及薄膜濾波器製造方法與流程

2023-10-05 23:33:04

本發明涉及濾波器技術領域，具體而言，涉及一種薄膜濾波器及薄膜濾波器製造方法。

背景技術：

目前，濾波器由於其對有害信號的抑制作用，導致其已經在信號處理的各個領域得到了廣泛的應用。

現有技術中，大多數的濾波器中的電子元件集成度不高，導致其體積較大，故該類濾波器無法應用在較為集成的電路板中，進而影響了其使用的適用性。此外，現有技術中也有部分小型化的濾波器，該類雖然能夠應用在較為集成的電路板中，但受到其體積的限制，導致其濾波效果不佳或帶寬過窄，進而也影響了其使用的適用性。

因此，如何在提高濾波器濾波性能的同時，還能夠有效減小濾波器的體積，使得濾波器微型化是目前業界一大難題。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種薄膜濾波器及薄膜濾波器製造方法，以改善上述缺陷。

本發明的實施例是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供一種薄膜濾波器，所述薄膜濾波器包括：陶瓷基板、傳輸線和諧振器，所述諧振器包括：第一諧振器和第二諧振器。所述傳輸線和所述諧振器均印製在所述陶瓷基板的第一表面，所述傳輸線耦合所述薄膜濾波器的輸入端和輸出端，所述第一諧振器和所述第二諧振器分居所述傳輸線的兩側。

進一步的，所述諧振器為多組，每組所述諧振器由所述傳輸線一端至另一端依次印製在所述陶瓷基板的第一表面，每組所述諧振器所包括的所述第一諧振器和所述第二諧振器均分居所述傳輸線的兩側。

進一步的，每個所述第一諧振器均包括：第一平板電容和第一接地孔，每個所述第二諧振器均包括：第二平板電容和第二接地孔，所述第一平板電容和所述第一接地孔耦合，所述第二平板電容和所述第二接地孔耦合。

進一步的，所述陶瓷基板設有數量和所述第一接地孔匹配的多個第一通孔，以及數量和所述第二接地孔匹配的多個第二通孔，每個所述第一通孔均貫穿所述陶瓷基板並位於所述第一接地孔的下方，每個所述第二通孔均貫穿所述陶瓷基板並位於所述第二接地孔的下方。

進一步的，每組所述諧振器所包括的所述第一諧振器和所述第二諧振器平行，每組所述諧振器所包括的所述第一諧振器和所述第二諧振器在所述傳輸線兩側的位置相互匹配。

進一步的，相鄰的兩組所述諧振器之間的所述傳輸線為彎折狀。

進一步的，所述傳輸線和每組所述諧振器均為由導電材料製成的薄片狀結構，所述陶瓷基板相對第一表面的第二表面均覆蓋有導電材料。

進一步的，所述陶瓷基板的介電常數大於或等於10。

進一步的，所述薄膜濾波器輸入端的第一表面和輸出端的第一表面、以及所述諧振器所包括的所述第一諧振器的第一表面和所述第二諧振器的第一表面均位於同一平面內。

第二方面，本發明實施例提供一種薄膜濾波器製造方法，應用於所述的薄膜濾波器，所述方法包括：將傳輸線通過磁控濺射或光刻的方式印製在陶瓷基板的第一表面。將諧振器通過所述磁控濺射或所述光刻的方式印製在所述陶瓷基板的第一表面，以使所述諧振器中的第一諧振器和第二諧振器分別位於所述傳輸線的兩側。

本發明實施例的有益效果是：

通過將傳輸線和諧振器所包括的第一諧振器和第二諧振器均印製在陶瓷基板的第一表面上，則通過印製技術有效減小了薄膜濾波器的體積。再通過傳輸線耦合薄膜濾波器的輸入端和輸出端，以使需要濾波的信號能夠在傳輸線中傳輸。此外，將諧振器中的第一諧振器和第二諧振器分居傳輸線的兩側。通過信號在傳輸線傳輸時，第一諧振器和第二諧振器的平行耦合，在縮小薄膜濾波器的體積的同時，還能夠有效提高薄膜濾波器的阻帶帶寬和提高對信號的抑制深度。

本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明實施例而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特徵和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。並未刻意按實際尺寸等比例縮放繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。

圖1示出了本發明第一實施例提供的一種薄膜濾波器的結構示意圖；

圖2示出了本發明第一實施例提供的一種薄膜濾波器的原理圖；

圖3示出了本發明第二實施例提供的一種薄膜濾波器的結構示意圖；

圖4示出了本發明第二實施例提供的一種薄膜濾波器的信號仿真圖；

圖5示出了本發明第二實施例提供的一種薄膜濾波器的結構示意圖；

圖6示出了本發明第二實施例提供的一種薄膜濾波器的信號仿真圖；

圖7示出了本發明第三實施例提供的一種薄膜濾波器製造方法的流程圖。

圖標：100-薄膜濾波器；110-陶瓷基板；111-第一通孔；112-第二通孔；120-輸入端；130-輸出端；140-傳輸線；150-諧振器；151-第一諧振器；1511-第一平板電容；1512-第一接地孔；152-第二諧振器；1521-第二平板電容；1522-第二接地孔。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「豎直」、「平行」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術語「平行」、「豎直」、「垂直」等術語並不表示要求部件絕對平行或垂直，而是可以稍微傾斜。如「平行」不是表示該結構一定要完全平行，而是可以稍微傾斜。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「連接」、「耦合」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

第一實施例

請參閱圖1，本發明第一實施例提供了一種薄膜濾波器100，該薄膜濾波器100包括：陶瓷基板110、輸入端120、輸出端130、傳輸線140和諧振器150。

陶瓷基板110可以為由絕緣的陶瓷材料製成的板狀結構。作為一種實施方式，陶瓷基板110可以為矩形板狀結構，即陶瓷基板110在豎直方向所形成的投影的形狀為矩形，該矩形即為陶瓷基板110板面的形狀。本實施例中，考慮到薄膜濾波器100體積微型化的要求，陶瓷基板110可以為由介電常數大於或等於10的陶瓷材料製成，優選地，陶瓷基板110的介電常數可以為38。也考慮到薄膜濾波器100體積微型化的要求，其還需要提高陶瓷基板110板面的面積的利用率，即陶瓷基板110板面的形狀需要與傳輸線140和諧振器150匹配。傳輸線140和諧振器150設置在陶瓷基板110上，傳輸線140的邊緣和諧振器150的邊緣均需要與陶瓷基板110板面的邊緣重疊。作為另一種實施方式，為防止陶瓷基板110矩形板面的四個頂角過於尖銳，導致其在實際使用對操作人員產生劃傷，陶瓷基板110在製造過程中，其矩形板面的四個頂角均進行圓滑處理。

陶瓷基板110的矩形板狀結構使得其能夠具有位置相互對應的兩個表面，其分別為：第一表面和第二表面。本實施例中，陶瓷基板110的上表面為其第一表面，而陶瓷基板110的下表面為其第二表面。輸入端120、輸出端130、傳輸線140和諧振器150均可通過印製的方式印製在陶瓷基板110的第一表面上。為便於印製在陶瓷基板110的第一表面上的諧振器150能夠較好的接地，陶瓷基板110還設有第一通孔111和第二通孔112。第一通孔111和第二通孔112均能夠貫穿陶瓷基板110的第一表面和第二表面。此外，若第一通孔111和第二通孔112在陶瓷基板110上的位置與諧振器150在陶瓷基板110上的位置錯開，則諧振器150的則需要額外長度的導線才能穿過第一通孔111和第二通孔112以形成接地，進而額外長度的導線會導致薄膜濾波器100的製造成本和工藝難度增加。因此，為便於諧振器150的接地，第一通孔111和第二通孔112在陶瓷基板110上的位置應與諧振器150的位置對應，即第一通孔111和第二通孔112均位於諧振器150下方。另外，為提高薄膜濾波器100與地電位的良好接觸，以此來保證薄膜濾波器100良好的高頻性能，陶瓷基板110相對第一表面的第二表面均覆蓋有導電的金屬材料。該導電的金屬材料能夠形成金屬塗層，以完全覆蓋陶瓷基板110的第二表面。

輸入端120能夠接收輸入薄膜濾波器100的信號，而輸出端130則能夠接收輸出薄膜濾波器100的信號。輸入端120和輸出端130均可以為由導電材料製成，並均通過磁控濺射或光刻的方式印製在陶瓷基板110的第一表面。具體的，輸入端120和輸出端130均可以為導電材料製成的矩形薄片狀結構，故輸入端120具有位置相對應的第一表面和第二表面，輸出端130也具有位置相對應的第一表面和第二表面。輸入端120和輸出端130均通過磁控濺射或光刻的方式印製在陶瓷基板110的第一表面後，輸入端120的第二表面和輸出端130的第二表面均與陶瓷基板110的第一表面接觸。此外，輸入端120和輸出端130還可印製在陶瓷基板110第一表面的任意位置，但為提高對陶瓷基板110第一表面表面積的利用率。優選地，輸入端120位於陶瓷基板110第一表面中一條稜邊的中點，而輸出端130則位於陶瓷基板110的第一表面中與該稜邊相對的另一條稜邊的中點。若將輸入端120和輸出端130連線，則通過該連線能夠將陶瓷基板110的第一表面等分為兩個面積相同的部分。

傳輸線140用於接收輸入端120輸入的信號，並將信號傳輸至輸出端130輸出。傳輸線140也可以為由導電材料製成，並通過磁控濺射或光刻的方式印製在陶瓷基板110的第一表面。傳輸線140印製在陶瓷基板110的第一表面後，傳輸線140的一端能夠耦合輸入端120，而傳輸線140的另一端則能夠耦合輸出端130。本實施例中，傳輸線140的印製形狀可以為任意形狀，即傳輸線140可以為直線、彎折線或曲線。為有效的降低製造成本，優選地，傳輸線140為直線。此外，傳輸線140還具有一定的寬度，傳輸線140的寬度可根據實際需求情況進行設定，在此就不做限定。

諧振器150用於和傳輸線140所傳輸的信號形成能量耦合關係，以對傳輸線140所傳輸的信號進行濾波。諧振器150也可以通過磁控濺射或光刻的方式印製在陶瓷基板110的第一表面。

諧振器150包括：第一諧振器151和第二諧振器152。具體的，第一諧振器151和第二諧振器152均為導電材料製成的薄片狀結構，故第一諧振器151具有位置相對應的第一表面和第二表面，第二諧振器152也具有位置相對應的第一表面和第二表面。第一諧振器151和第二諧振器152均通過磁控濺射或光刻的方式印製在陶瓷基板110的第一表面，第一諧振器151的第二表面和第二諧振器152的第二表面均與陶瓷基板110的第一表面接觸。為有效提高薄膜濾波器100的帶寬，第一諧振器151和第二諧振器152印製在陶瓷基板110的第一表面後，第一諧振器151和第二諧振器152分居傳輸線140的兩側。此外，第一諧振器151和第二諧振器152分居傳輸線140的兩側後，第一諧振器151和第二諧振器152之間的相對位置可以任意設置。本實施例中，為保證薄膜濾波器100的高帶寬，優選地，第一諧振器151和第二諧振器152均靠近傳輸線140同時，第一諧振器151和第二諧振器152相互平行，以及第一諧振器151和第二諧振器152在傳輸線140兩側的位置相互匹配。需要說明的是，第一諧振器151和第二諧振器152在傳輸線140兩側的位置相互匹配，即為第一諧振器151的一端和第二諧振器152的一端的連線能夠與垂直於傳輸線140的參考線平行，而第一諧振器151的另一端和第二諧振器152的另一端的連線也能夠與垂直於傳輸線140的參考線平行。

第一諧振器151包括：第一平板電容1511和第一接地孔1512，且第一平板電容1511和所述第一接地孔1512耦合以形成迴路。第一平板電容1511能夠通過與傳輸線140中傳輸的信號產生能量耦合關係，而對傳輸線140中傳輸的信號進行濾波，並降低第一諧振器151的頻率。第一接地孔1512能夠用於第一平板電容1511和地電位耦合，故第一接地孔1512在陶瓷基板110的第一表面上的位置能夠位於第一通孔111的上方。

第二諧振器152包括：第二平板電容1521和第二接地孔1522，且第二平板電容1521和所述第二接地孔1522耦合以形成迴路。第二平板電容1521也能夠通過與傳輸線140中傳輸的信號產生能量耦合關係，而也對傳輸線140中傳輸的信號進行濾波，並降低第二諧振器152的頻率。第二接地孔1522能夠用於第二平板電容1521和地電位耦合，故第二接地孔1522在陶瓷基板110的第一表面上的位置能夠位於第二通孔112的上方。

此外，為便於薄膜濾波器100加工和裝配，降低薄膜濾波器100加工要求。薄膜濾波器100的輸入端120、輸出端130、以及諧振器150所包括的第一諧振器151和第二諧振器152在印製到陶瓷基板110的第一表面時，輸入端120的第一表面、輸出端130的第一表面、以及諧振器150所包括的第一諧振器151的第一表面和第二諧振器152的第一表面均位於同一平面內。

如圖2所示，本發明的第一實施例所提供的一種薄膜濾波器100原理為基於平行耦合傳輸線140的平行耦合線。薄膜濾波器100節開路端加載分布兩個平板電容的方法來展寬通帶的範圍以達到增加帶寬的目的。圖2中的Z0e和Z0o為傳輸線140本身的阻抗，Zi1為輸入端120的阻抗，Zi2為輸出端130的阻抗。通過平行耦合的原理，傳輸線140本身的阻抗Z0e和Z0o可以等效為輸入端120的阻抗Zi1和輸出端130的阻抗Zi2，即可以：

第二實施例

請參閱圖3，本發明第二實施例提供了一種薄膜濾波器100，相較於第一實施例，本第二實施例的區別之處在於諧振器150為多組，且陶瓷基板110的第一通孔111和第二通孔112均為多個。

具體的，每組諧振器150由傳輸線140一端至另一端依次印製在陶瓷基板110的第一表面，且每組諧振器150和相鄰諧振器150之間的距離相同。每組諧振器150所包括的第一諧振器151和第二諧振器152也均分居傳輸線140的兩側。此外，陶瓷基板110的第一通孔111的數量和諧振器150的組數相同。陶瓷基板110的每個第一通孔111均位於第一諧振器151的第一接地孔1512的下方，而陶瓷基板110的每個第二通孔112則均位於第二諧振器152的第二接地孔1522的下方。再者，為使得傳輸線140和每組諧振器150中第一諧振器151和第二諧振器152的平行耦合形成匹配，兩組相鄰的諧振器150之間的傳輸線140為彎折狀，優選地，傳輸線140在兩組相鄰的諧振器150之間的彎折狀可以彎折形成方波狀。相較於第一實施例，第二實施例中設置了多個諧振器150。由於每組諧振器150中的第一諧振器151和第二諧振器152均能夠平行耦合增加帶寬，多組諧振器150的效果疊加後，第二實施例的薄膜濾波器100的帶寬能夠大於第一實施例。

作為一種實施方式，考慮到薄膜濾波器100的製造成本，薄膜濾波器100中多組諧振器150的組數可以為三組。三組諧振器150由傳輸線140一端至另一端依次印製在陶瓷基板110的第一表面，且三組諧振器150中每組諧振器150和相鄰諧振器150之間的距離相同。

請參閱圖3和圖4，圖4示出了薄膜濾波器100具備三組諧振器150的仿真曲線圖。圖4中的縱坐標為抑制級數Magnitude，其單位為dB，圖4中的橫坐標為頻率GHz，曲線A1為輸入端120的反射係數，而曲線B1則為輸出端130的傳輸係數。從曲線A1和曲線B1可以看出，在1.5GHz±50MHz的頻率範圍內，阻帶抑制≥30dB，進而三組諧振器150能夠良好的實現寬帶帶阻的特性。

如圖5所示，作為另一種實施方式，考慮到薄膜濾波器100的性能，薄膜濾波器100中多組諧振器150的組數可以為六組。六組諧振器150由傳輸線140一端至另一端依次印製在陶瓷基板110的第一表面，且六組諧振器150中每組諧振器150和相鄰諧振器150之間的距離相同。

請參閱圖5和圖6，圖6示出了薄膜濾波器100具備六組諧振器150的仿真曲線圖。圖4中的縱坐標為抑制級數Magnitude，其單位為dB，圖4中的橫坐標為頻率GHz，曲線A2為輸入端120的反射係數，而曲線B2則為輸出端130的傳輸係數。從曲線A2和曲線B2可以看出，在1.5GHz±60MHz的頻率範圍內，阻帶抑制≥50dB，增加了20dB的抑制深度，進而六組諧振器150能夠更為良好的實現寬帶帶阻的特性。

第三實施例

請參閱圖7，本發明第三實施例提供了一種薄膜濾波器製造方法，該方法應用於薄膜濾波器。薄膜濾波器製造方法可包括：步驟S110和步驟S120。

步驟S110：將傳輸線通過磁控濺射或光刻的方式印製在陶瓷基板的第一表面。

步驟S120：將諧振器通過所述磁控濺射或所述光刻的方式印製在所述陶瓷基板的第一表面，以使所述諧振器中的第一諧振器和第二諧振器152分別位於所述傳輸線的兩側。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的方法的具體工作過程，可以參考前述裝置中的對應過程，在此不再贅述。

綜上所述，本發明實施例提供了一種薄膜濾波器及薄膜濾波器製造方法。薄膜濾波器包括：陶瓷基板、傳輸線和諧振器，諧振器包括：第一諧振器和第二諧振器；傳輸線和諧振器均印製在陶瓷基板的第一表面，傳輸線耦合薄膜濾波器的輸入端和輸出端，第一諧振器和第二諧振器分居傳輸線的兩側。通過將傳輸線和諧振器所包括的第一諧振器和第二諧振器均印製在陶瓷基板的第一表面上，則通過印製技術有效減小了薄膜濾波器的體積。再通過傳輸線耦合薄膜濾波器的輸入端和輸出端，以使需要濾波的信號能夠在傳輸線中傳輸。此外，將諧振器中的第一諧振器和第二諧振器分居傳輸線的兩側。通過信號在傳輸線傳輸時，第一諧振器和第二諧振器的平行耦合，在縮小薄膜濾波器的體積的同時，還能夠有效提高薄膜濾波器的阻帶帶寬和提高對信號的抑制深度。

以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。