片上毫米波滤波器及无反射滤波器的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:harvy_chen
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随着5G通信的不断发展,Sub-6GHz的频谱资源已经被广泛占用,能够支持大带宽和高速率传输的毫米波通信也将逐渐成为未来的发展趋势。毫米波带通滤波器作为毫米波电路中不可或缺的重要组成部分,其小型化设计也成为了研究的热点。伴随着半导体加工技术的不断成熟,其加工工艺的精度不断向更小的尺寸迈进。因此,在兼顾插入损耗、频率选择性的基础上,能够设计出小型化、性能优异的片上毫米波滤波器,可以使器件的成本降低,并且易于与其他器件集成在一起形成片上系统。在另一方面,为了改善射频链路中的动态范围和线性度,新型无反射滤波器拓扑结构被提出来。本文主要是基于Si Ge(Bi)-CMOS加工工艺来设计一些结构紧凑,插入损耗较小且兼顾一定频率选择性的片上毫米波滤波器;其次是根据新型的无反射拓扑结构来设计一些具有带外能量吸收效果的无反射滤波器。本文的工作主要分以下三个方面:(一)基于所提出的新型弯折接地谐振器来设计一个极其紧凑的片上二阶带通滤波器。基于0.13μm Si Ge(Bi)-CMOS的多层工艺,文中在两个馈电端口加入一对接地的MIM电容进行阻抗匹配;在弯折接地的谐振器接地端接上一对大容值的MIM电容,在低频处产生非谐振传输零点;在馈线两端分别加入一对四分之一波长开路线来产生高频处的传输零点,以此来提高带通滤波器的频率选择性。(二)基于传统的分布式传输线四分之一波长短路谐振器来设计具有多传输零点和较好的频率选择性的片上毫米波带通滤波器。由于芯片工艺具有多层设计的优势,可以将四分之一波长短路谐振器的短路段布局在TM1层,其开路段布局在TM2层,并在每一层进行小型化处理。此外,通过在滤波器中引入多个路径的耦合,来产生多个传输零点,以提升滤波器的频率选择特性和阻带的衰减水平。(三)基于所提出的新型无反射拓扑结构来设计具有通带能量通过、带外能量被吸收特性的微带滤波器。文中将提出的一个单端口无反射带通滤波器的拓扑结构作为设计单元,该设计单元包括高阻抗传输线所构成的带通部分和由电阻性终端所构成的带阻部分。在此基础上,二单元双端口和三单元双端口的无反射滤波器被设计出来。其中|S11|低于-10d B的分数带宽分别达到111%和130%,实现了良好的带外能量的吸收效果。
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