專利名稱：一種可變換類別與可調(diào)頻的寬帶濾波器的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種以有限寬度背面導(dǎo)體共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來設(shè)計濾波器的設(shè)計 方法，尤指一種可變換類別與可調(diào)頻的寬帶濾波器的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
隨著電訊業(yè)的快速發(fā)展，各種不同的電訊產(chǎn)品，如手機、無線網(wǎng)絡(luò)(WiFi, WiMAX)、無線識別(RFID)、數(shù)字電視等，在收發(fā)所使用的頻段與規(guī)格上，因不 同國別與不同標(biāo)準(zhǔn)，互有差異。隨著產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)與業(yè)界正朝著功能整 合的方向邁進。在此趨勢中，用在選擇或阻斷特定頻率的可調(diào)頻寬帶濾波器是關(guān) 鍵性的電子組件的一。此類電訊產(chǎn)品隨著可攜式無線產(chǎn)品的大量需求的趨勢，朝 著短小輕薄的微型化方向發(fā)展。
濾波器微型化隨著系統(tǒng)包裝化(System On Package, SOP)與系統(tǒng)芯片化 (System On Circuit, SOC)的趨勢，在設(shè)計上有有不同的發(fā)展。在系統(tǒng)包裝化方面， 新 一代的濾波器及其它主動與被動組件，如集成電路與天線整合在低溫或高溫共 燒陶瓷(LTCC)包裝內(nèi)。在系統(tǒng)芯片化方面，主動式的濾波器隨著高Q值芯片電感 研發(fā)，穩(wěn)定發(fā)展(參見
W.Kuhn,etal"DynamicRangePerformanceofOn-ChipRFBandpassFilter，，,IEEETrans.O nCircuitsandSystems,Vol.50,No.l0，Oct2003,pp.685-694)。
近年來，微型化的努力應(yīng)用光能隙(Photonic Band Gap, PBG)或電磁能隙 (Electromagnetic Band Gap, EBG)在基板上以周期性結(jié)構(gòu)設(shè)計帶通與帶阻的頻段， 或用以抑制高次諧波(參見
Y.Qian,V.Radisic,andT.Itoh，"Simulationandexperimentofphotonicband-gapstructuresf ormicrostripcircuits，，,Asia-PaciflcMicrowaveConf.,HongKong,Dec.l997,pp.585-588)。 另有以缺陷接地結(jié)構(gòu)(Defected Ground Structure, DGS)(參見
C.Kim,etal,"AN ovell-Dpedodicdefectedgroundstructureforplanarcircuits",Microwave andGuidedWaveLetters，Vol. 10,Issue4，April2000,pp, 131 -133)產(chǎn)生接地共振腔，加上與傳輸間的耦合效果，部分共振頻率的能量便被接地層所吸收，形成帶阻(Band Stop)的效果。
微型化卻無直接滿足可變換類別與可調(diào)頻寬帶濾波器的新需求。本發(fā)明采取 微型化技術(shù)以新的結(jié)構(gòu)與設(shè)計方法以達成此寬帶可換類別與可調(diào)頻濾波器的功 能。本發(fā)明所參考的背景技術(shù)為
有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)。
連接孔洞(Via Holes)。
開關(guān)裝置(如PIN二極管、FET晶體管、薄膜晶體管、微機電MEMS等)。
共面波導(dǎo)由C.P.Wen在1969提出后，因為可以應(yīng)用在微波集成電路(MMIC) 信號的饋入與傳導(dǎo)，受到重視與廣泛研發(fā)。例如本案發(fā)明人在19卯設(shè)計以共面波 導(dǎo)饋入高頻與寬帶微帶天線(參見D.Ni,etal,"Millimeter-Wave Generationand Characterization of a Ga As FET by Optical Mixing", IEEE Tran .On Microwave Theory and Techniques,Vol.38,No.5，May, 1990,卯.608-614)。 一般集成電路芯片都焊 在有限體積的金屬與介電質(zhì)包裝內(nèi)，所以有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)受到詳細 的研究。例如下列研究論文
M.Riaziat,I.Feng,R.Majidi-Ahy,and B.Auld,"Single-Mode Operation of Coplanar Waveguides",Electronic Letters,Nov. 19,1987,Vol.23,No.24,pp. 1281-1283;
C-C.Tien，C-K.C.Tzuang,S.T.Peng,and C-C.Chang,"Transmission Characteristics of Finite-Width Conductor-Backed Coplanar Waveguide，，,IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques,Vol.41,No.9,Sept.l993,pp.1616-1624;
近年來由于系統(tǒng)包裝化的發(fā)展，許多被動組件與主動組件都整合在次厘米 (Sub-Millimeter)厚多層低溫共燒陶瓷(LTCC)包裝內(nèi)，共面波導(dǎo)及其它波導(dǎo)的傳導(dǎo) 特性再受到研發(fā)的重視。
連接孔洞(ViaHoles)在高頻微波集成電路扮演著重要的角色。近年來由于多 層低溫共燒陶瓷包裝的發(fā)展，相當(dāng)多的研究在于參數(shù)，如電感與電容，與干撓的 計算與測量。例如下列研究論文
K丄.Finch and N.G.Alexopoulos,"Shunt Postsin Micro strip Transmission Lines，，,IEEETrans .On Microwave Theory and Techniques，Vol.38,No.11,Nov.l990,pp 1585-1594;
M.E.Gold farb and R.A.Pucel,"Modeling Via Hole Ground sin Microstrip'，,IEEEMicrowave and Guided Wave Letters,Vol.l,No.6,June 1991,pp. 135-137;
E丄aermans,J.D.Geest,D.Zutter,F.Olyslager,S.Sercu,and D.Morlion,"Modeling Differential Via Holes",IEEE Trans.On Advanced Packaging,Vol.24,No.3,August 2001
這些研究中有在微帶波導(dǎo)以連接孔洞接地來形成固定頻率的帶通濾波器 (Band pass Filter)。
隨著多層陶瓷的發(fā)展，連接孔洞有相當(dāng)廣泛的用途，例如
1) 隔離波導(dǎo)間信號干撓；
2) 形成多層介質(zhì)共振腔的電感壁；
3) 形成多層介質(zhì)的接地壁；
4) 以連接孔洞的長度與半徑大小來調(diào)整電感與電容值用在阻抗匹配。 下列研究論文與專利說明這些用途
J.A.Ruiz-Cruz,Y.Zhang,K.A.Zaki,A丄Piloto,and J.Tallo，"Ultra-Wide band LTCC Ridge Waveguide Filters";與美國專利5689216,美國專利6137383,美國專利 7053729B2,美國專利7113060B2,美國專利7170373B2,美國專利7142074B2。
可調(diào)頻的功能一般以開關(guān)裝置(如PIN二極管、FET晶體管、薄膜晶體管、微 機電MEMS等)來連接不同頻率反應(yīng)的模塊?？烧{(diào)頻共面波導(dǎo)濾波器以PIN 二極 管與微機電MEMS以連接或選擇固定共振腔或波導(dǎo)圖式。由于固定共振腔或波導(dǎo) 圖式的實體大小的限制，可調(diào)變的頻率范圍有其限制。利用磁性介質(zhì),如 BSTO(Barium Strontium Titanate Oxide),可改變阻抗來調(diào)變頻率，j旦也有其它的 限制，如頻率反應(yīng)與可調(diào)頻寬。下列研究論文與專利詳加說明這些用途:美國專利 5142255,美國專利5693429,美國專利6606017,美國專利7148770。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的乃在于提供一種以有限寬度背面導(dǎo)體共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu) (Finite-Width Conductor-Backed Coplanar Waveguide Structures)來"i殳i十可變4灸類另寸 與可調(diào)頻的寬帶濾波器的設(shè)計方法，其是依照所述的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并以特殊波 導(dǎo)、連接孔洞(Via Holes)金屬柱體(Metallic Post)的結(jié)構(gòu)圖(Configurations)的安排， 以選擇特定頻率的共面波導(dǎo)電磁波模態(tài)(Modes)，與相關(guān)電磁波模態(tài)，如類微帶電 磁波模態(tài)(Micro strip-Like Modes, MSL)之間的耦合與能量轉(zhuǎn)換，以完成寬帶濾波器如帶阻(Band Stopor Band Reject),帶通(Band Pass),多帶(Multi-Band)濾波器等
的設(shè)計。
本發(fā)明再一目的乃在于提供一種以有限寬度背面導(dǎo)體共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來設(shè)計可 變換類別與可調(diào)頻的寬帶濾波器的設(shè)計方法，其是可以應(yīng)用在單層或多層介質(zhì)如 集成電路(Integrated Circuits),薄膜晶體管電路，低溫或高溫共燒陶瓷 (LTCC/HTCC), PCB， PC軟板等不同的金屬與介電材料上做濾波器的設(shè)計與制造。
本發(fā)明又一目的乃在于提供一種以有限寬度背面導(dǎo)體共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來設(shè)計可 變換類別與可調(diào)頻的寬帶濾波器的設(shè)計方法，其是利用加上開關(guān)(Switches)裝置， 以達成以電訊改變或選擇頻率與濾波器類別的功能。
本發(fā)明另一目的乃在于提供一種以有限寬度背面導(dǎo)體共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來設(shè)計可 變換類別與可調(diào)頻的寬帶濾波器的設(shè)計方法，其進一步可以運用在電路的阻抗匹 配，達到在預(yù)定頻率功率傳輸?shù)淖罴鸦?br>

圖1是本發(fā)明有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)圖一實施例圖； 圖2是顯示圖1連接孔洞結(jié)構(gòu)的俯視面圖3是顯示圖1連接孔洞結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)剖面圖，其具有單層介電質(zhì)且所述的連 接孔洞金屬柱體與金屬地線波導(dǎo)與背面導(dǎo)體連接；
圖4是具有連接孔洞有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)等效電路圖5是加上開關(guān)的具有連接孔洞有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)等效電路圖6是砷化鎵集成電路有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)傳導(dǎo)S21、 Sll與S22
圖7是砷化鎵集成電路電路帶阻濾波器的S21、 Sll與S22圖； 圖8是砷化鎵集成電路電路帶阻濾波器頻率反應(yīng)圖9是顯示連接孔洞結(jié)構(gòu)的又一實施例剖面圖，其具有單層介電質(zhì)且所述的 連接孔洞金屬柱體與金屬背面導(dǎo)體不連接；
圖IO是顯示連接孔洞結(jié)構(gòu)的另一實施例剖面圖，其具有兩層介電質(zhì)且所述的 連接孔洞金屬柱體與金屬背面導(dǎo)體不連接；
圖11是具有連接孔洞而連接孔洞金屬柱體與金屬背面導(dǎo)體不連接的有限寬 度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)等效電路圖；圖12是顯示連接孔洞結(jié)構(gòu)的另一實施例剖面圖，其具有單層介電質(zhì)且所述的 連接孔洞金屬柱體是形成兩段分離結(jié)構(gòu)且與金屬地線波導(dǎo)與金屬背面導(dǎo)體不連 接。
附圖標(biāo)記說明101-金屬信號波導(dǎo)(或中心導(dǎo)體)；102-金屬地線波導(dǎo)(或接地 導(dǎo)體)；103-金屬地線波導(dǎo)(或接地導(dǎo)體)；104-金屬背面導(dǎo)體；105-連接孔洞(Via Holes)金屬柱體(Post); 106-連接孔洞(Via Holes)金屬柱體(Post); 107-介電質(zhì)；108-無金屬地線波導(dǎo)覆蓋的介電質(zhì)界面；109-無金屬地線波導(dǎo)覆蓋的介電質(zhì)界面；110-金屬信號波導(dǎo)與金屬地線波導(dǎo)間的介電質(zhì)界面；111-金屬信號波導(dǎo)與金屬地線波 導(dǎo)間的介電質(zhì)界面；112-介電質(zhì)(多層介電質(zhì)的實例)；401-金屬信號波導(dǎo)的電感等 效電路；402-金屬地線波導(dǎo)的電感等效電路；403-接地的金屬背面導(dǎo)體的等效電 路；404開關(guān)。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細的說明。
圖1是本發(fā)明有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一實施例圖，圖2是顯示 圖l結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖3是顯示圖1結(jié)構(gòu)的剖面圖，其中，101為金屬信號波導(dǎo)； 102、 103分別為金屬地線波導(dǎo)；104為金屬背面導(dǎo)體；105、 106為地線波導(dǎo)與金 屬背面導(dǎo)體104之間的連接孔洞金屬柱體，107為介電質(zhì)；108、 109為無金屬地 線波導(dǎo)覆蓋的介電質(zhì)界面；110、111分別為金屬信號波導(dǎo)IOI與金屬地線波導(dǎo)102、 103之間的介電質(zhì)界面；而此實施例的結(jié)構(gòu)是具有單層介電質(zhì)107,且所述的連接 孔洞金屬柱體105、 106是分別與金屬地線波導(dǎo)102、 103與金屬背面導(dǎo)體104連 接。所述的連接孔洞金屬柱體105、 106可以直接與金屬背面導(dǎo)體104接觸如圖3 所示，或不直接與金屬背面導(dǎo)體104接觸如圖9、圖10所示；或連接孔洞金屬柱 體105、 106可形成多段分離結(jié)構(gòu)且不直接與金屬地線波導(dǎo)102,103與金屬背面導(dǎo) 體104^姿觸如圖12所示。
本發(fā)明是以有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)(如圖l所示)，依據(jù)下列方 法設(shè)計可變換類別與可調(diào)頻的寬帶濾波器的設(shè)計方法，茲參考圖1、圖2、圖3 所示，說明本發(fā)明的步驟如下
<1〉、金屬信號波導(dǎo)(或中心導(dǎo)體)IOI以頻段的中心頻率，模態(tài)匹配與轉(zhuǎn)換 做為設(shè)計的考慮；利用介電質(zhì)107的長度(L),寬度(W),厚度(H),信號導(dǎo)寬波度(Ws)，金屬地線波導(dǎo)102、 103的寬度(Wg),無金屬地線波導(dǎo)覆蓋的介電質(zhì)界面 108、 109的寬度(Wd)，金屬信號波導(dǎo)(或中心導(dǎo)體)IOI與金屬地線波導(dǎo)102、 103 的距離(G),與相對介電質(zhì)系數(shù)(sr)的調(diào)整以達成頻段與頻寬最佳化設(shè)計。
<2〉、利用金屬地線波導(dǎo)102、 103與金屬背面導(dǎo)體104與兩者之間穿過介 電質(zhì)107的金屬連接孑U同(ViaHoles)金屬柱體(Post)105、 106的結(jié)構(gòu)圖 (Configuration)選擇電磁波模態(tài)與決定濾波器類別；利用改變在金屬地線波導(dǎo)102 、 103與金屬背面導(dǎo)體104與兩者之間穿過介電質(zhì)107的連接孔洞金屬柱體105、 106 的結(jié)構(gòu)圖與半徑，以達成共面波導(dǎo)阻抗的匹配；又所述的連接孔洞金屬柱體105、 106可以直接與金屬背面導(dǎo)體104接觸如圖3所示，或不直接與金屬背面導(dǎo)體104 接觸如圖9、 IO所示；或不直接與金屬地線波導(dǎo)102,103與金屬背面導(dǎo)體104接 觸如圖12所示；又設(shè)在金屬地線波導(dǎo)102、 103與金屬背面導(dǎo)體104兩者之間的 介電質(zhì)可設(shè)計為具有單層介電質(zhì)107如圖3、圖9所示，或兩層介電質(zhì)107、 112 如圖IO所示，或兩層以上的多層介電質(zhì)(圖未示)。
<3〉、在金屬地線波導(dǎo)102,103與連接孔洞金屬柱體105、 106之間或連接 孔洞金屬柱體105、 106與金屬背面導(dǎo)體104之間設(shè)置復(fù)數(shù)組開關(guān)，來改變在金屬 地線波導(dǎo)102、 103，金屬背面導(dǎo)體104與兩者之間的連接孔洞金屬柱體105、 106 的結(jié)構(gòu)圖(Configuration)，以調(diào)變?yōu)V波器的中心頻率。
<4〉、在金屬地線波導(dǎo)102,103與連接孔洞金屬柱體105、 106之間或連接 孔洞金屬柱體105、 106與金屬背面導(dǎo)體104之間設(shè)置復(fù)數(shù)組開關(guān)，來改變在金屬 地線波導(dǎo)102、 103、金屬背面導(dǎo)體104與兩者之間的連接孔洞金屬柱體105、 106 的結(jié)構(gòu)圖(Configuration),以改變?yōu)V波器的類別如帶通，帶阻，多頻，低通(Low Pass), 高通(High Pass)等。
本發(fā)明與一般固定特性與可調(diào)變?yōu)V波器的設(shè)計與結(jié)構(gòu)上的主要差別在于
共面波導(dǎo)的金屬信號波導(dǎo)(或中心導(dǎo)體)101在改變?yōu)V波器的類別或調(diào)變?yōu)V波 器的中心頻率時其結(jié)構(gòu)圖(Configuration)維持不變。此特性讓本發(fā)明的結(jié)構(gòu)比其它 已知結(jié)構(gòu)更能處理寬帶信號。
金屬地線波導(dǎo)102、 103,金屬背面導(dǎo)體104與兩者之間穿過介電質(zhì)的金屬連 接孔洞金屬柱體105、 106的結(jié)構(gòu)圖(Configuration)能提供充分的可調(diào)變的參數(shù)組 合，充份提供寬帶網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配的達成，利于設(shè)計可變換類別與可調(diào)頻的寬帶 濾波器。加上的開關(guān)不直接與共面波導(dǎo)的金屬信號波導(dǎo)(或中心導(dǎo)體)連接，簡化結(jié)構(gòu) 與信號隔離問題。
憑借連接孔洞金屬柱體105、 106的金屬圓柱所產(chǎn)生的電感，可以參照上列電 感或是電容計算與測量論文所提出或類似的公式計算的。例如
L-(pO/2兀)(Hxln[(H+(R2+H2) l/2)/R]+3/2[R—(R2+H2) 1/2]}
其中，L代表電感，p0為介磁系數(shù)，H為連接孔洞柱體高度，R為連接孔洞 金屬柱體半徑。
再參考圖4所示，其是顯示連接孔洞金屬柱體105、 106直接與金屬背面導(dǎo)體 104接觸如圖3所示時的等效電路圖，其中，401為金屬信號波導(dǎo)101的電感等效 電路；402為金屬地線波導(dǎo)102、 103的電感等效電路；403為接地的金屬背面導(dǎo) 體104的等效電路；金屬地線波導(dǎo)102、 103與金屬背面導(dǎo)體104之間由于不同設(shè) 計結(jié)構(gòu)圖(Configuration)產(chǎn)生的一系列的等效共振腔，以電容電感(LC)電路表示。 連接孔洞金屬柱體105、 106所產(chǎn)生的共振腔，加上與傳輸間的耦合效果，部分共 振頻率的能量便被接地層所吸收，形成帶阻(Band Stop)的效果。如果能利用相鄰 諧波(Harmonics)的帶阻效果，可形成帶通(Band Pass)濾波器、多頻濾波器等；又 圖11顯示連接孔洞金屬柱體105、 106不直接與金屬背面導(dǎo)體104接觸時如圖9、 圖10所示的等效電路圖。
圖5是表示圖4中加上開辟的等效電路；401為金屬信號波導(dǎo)的電感等效電 路；402為金屬地線波導(dǎo)的電感等效電路；403為接地的金屬背面導(dǎo)體的等效電路； 404為開關(guān)。一^:開關(guān)組件不但會有寄生電容與電感，并且須加以電壓與電流來 產(chǎn)生與維持接通或斷路的狀態(tài)。已知可變類別或可調(diào)頻的濾波器都將開關(guān)組件直 接連接到信號傳輸導(dǎo)體上(如本發(fā)明所指的金屬信號波導(dǎo)401),這會引起濾波器特 性的變化，增加制造的成本。本發(fā)明將開關(guān)組件連接在金屬地線波導(dǎo)102、 103， 可以避免這些問題與降低相當(dāng)比例的制造成本。
依照圖2俯視圖為本發(fā)明的設(shè)計方法用在砷化鎵集成電路電路帶阻濾波器的 設(shè)計實例。共面波導(dǎo)的設(shè)計主要將電磁波能量集中在金屬信號波導(dǎo)101與金屬地 線波導(dǎo)102、 103之間。本發(fā)明以選擇部分共振頻率的能量便由金屬信號波導(dǎo)101 耦合至金屬地線波導(dǎo)102、 103,再經(jīng)由金屬連接孔洞金屬柱體105、 106連4妄到 金屬背面接地導(dǎo)體104;決定其共振頻率的選擇性，耦合效率，與電磁模態(tài)的傳 導(dǎo)，圖2中，長度(L),寬度(W)，厚度(H),金屬信號導(dǎo)寬波度(Ws)，金屬地線波 導(dǎo)寬度(Wg),介電質(zhì)寬度(Wd),金屬信號波導(dǎo)101與金屬地線波導(dǎo)102、 103之間距離(G)等設(shè)計參數(shù)的比例與相對介電 系數(shù)(sr)如下
長度(L):IO
寬度(W):15
厚度(H):IO
信號導(dǎo)寬波度(Ws):l
地線波導(dǎo)寬度(Wg):3
介電質(zhì)寬度(Wd):3
信號導(dǎo)寬波度與地線波導(dǎo)距離(G):3
相對介電質(zhì)系數(shù)(sr):12.9(砷化4家)
圖6為砷化鎵集成電路共面波導(dǎo)(無連接孔洞柱體)的S21、 Sll與S22圖。此 圖顯示以上列參數(shù)的比例與相對介電系數(shù)所產(chǎn)生的單 一 電磁模態(tài)，且信號強度無 衰減的反應(yīng)。
圖7顯示加上金屬連接孔洞金屬柱體105、 106的結(jié)構(gòu)圖后的頻率帶阻濾波器 的S21、 S11與S22圖。以上列參數(shù)的比例與相對介電系數(shù)設(shè)計，其帶阻衰減 20dB(分貝)以上。圖6可視為連接所述的連接孔洞金屬柱體結(jié)構(gòu)圖的開關(guān)為斷路， 圖7可視為連接所述的金屬連接孔洞金屬柱體結(jié)構(gòu)圖的開關(guān)為閉路導(dǎo)通。圖8為 改變連接孔洞金屬柱體結(jié)構(gòu)圖所產(chǎn)生不同中心頻率的帶阻濾波器的中心頻率與衰 減量分布圖范例，其可調(diào)變頻率超過30GHz。圖7與圖8顯示其可調(diào)頻的寬帶特 性。
綜合上述，本設(shè)計方法包含以下的步驟
金屬信號波導(dǎo)以頻段的中心頻率與電磁模態(tài)匹配做為決定長度(L),寬度(W), 厚度(H)，金屬信號導(dǎo)寬波度(Ws)，金屬地線波導(dǎo)寬度(Wg)，介電質(zhì)寬度(Wd),金 屬信號波導(dǎo)與金屬地線波導(dǎo)距離(G)比例的設(shè)計的考慮；
決定頻寬與對應(yīng)在利用金屬地線波導(dǎo)與金屬背面導(dǎo)體與兩者之間的連接孔洞 柱體結(jié)構(gòu)圖(Configuration)的設(shè)計以決定；
利用金屬地線波導(dǎo)的開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計為決定可調(diào)變頻率或可變換類別的寬帶濾 波器的機制。
以上所示僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅是說明性的，而非限制 性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進 行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計寬帶濾波器的設(shè)計方法，其特征在于包含下列步驟以濾波器頻段寬度，中心頻率、電磁波模態(tài)匹配與轉(zhuǎn)換做為有限寬度背面導(dǎo)體的共面波導(dǎo)長度，寬度，厚度，金屬信號波導(dǎo)寬波度，金屬地線波導(dǎo)寬度，介電質(zhì)寬度，金屬信號導(dǎo)寬波度與金屬地線波導(dǎo)距離比例；利用金屬地線波導(dǎo)、金屬背面導(dǎo)體與兩者之間由復(fù)數(shù)組的金屬連接孔洞金屬柱體所形成的結(jié)構(gòu)圖所產(chǎn)生的參數(shù)組合，以調(diào)整所產(chǎn)生復(fù)數(shù)組的等效共振腔；利用所述的復(fù)數(shù)組的等效共振腔以選擇特定頻率的復(fù)數(shù)組的共面波導(dǎo)電磁波模態(tài)，憑借金屬信號波導(dǎo)與金屬地線波導(dǎo)的耦合，將所述的特定頻率的復(fù)數(shù)組的共面波導(dǎo)電磁波模態(tài)，轉(zhuǎn)換成為相關(guān)復(fù)數(shù)組的電磁波模態(tài)；利用金屬地線波導(dǎo)與金屬背面導(dǎo)體間連接孔洞金屬柱體的導(dǎo)通，部份從金屬信號波導(dǎo)耦合至金屬地線波導(dǎo)的相關(guān)復(fù)數(shù)組的電磁波模態(tài)被金屬背面導(dǎo)體接地層所吸收，以產(chǎn)生濾波效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法，其特征在于所述的設(shè)計方法所使用的金屬 為任何可導(dǎo)通電流的材料，其所使用的介電質(zhì)為任何可導(dǎo)通電磁波的材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法，其特征在于所述的設(shè)計方法不限定在特定 的頻率范圍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法，其特征在于所述的設(shè)計方法不限定在特殊 的濾波器種類。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法，其特征在于所述的金屬地線波導(dǎo)與金屬背 面導(dǎo)體及其它組件共同使用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法，其特征在于設(shè)在金屬地線波導(dǎo)與金屬背面 導(dǎo)體之間的介電質(zhì)為單層或多層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法，其特征在于所述的連接孔洞金屬柱體可直 接與金屬地線波導(dǎo)與金屬背面導(dǎo)體連接，或不直接與金屬地線波導(dǎo)與/或金屬背面 導(dǎo)體接觸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法，其特征在于所述的連接孔洞金屬柱體為多 段分離結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法，其特征在于所述波導(dǎo)或濾波器與被動組件， 與/或主動組件整合成次系統(tǒng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)計方法，其特征在于所述的波導(dǎo)或濾波器調(diào)整所述 的次系統(tǒng)的阻抗匹配。
11. 一種利用根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)計方法來設(shè)計可變換類別與可調(diào)頻的寬帶濾 波器的設(shè)計方法，其特征在于包含下列步驟以濾波器頻段寬度，中心頻率、電磁波模態(tài)匹配與轉(zhuǎn)換做為有限寬度背面導(dǎo) 體的共面波導(dǎo)長度，寬度，厚度，金屬信號波導(dǎo)寬波度，金屬地線波導(dǎo)寬度，介 電質(zhì)寬度，金屬信號導(dǎo)寬波度與金屬地線波導(dǎo)距離比例；利用金屬地線波導(dǎo)、金屬背面導(dǎo)體與兩者之間由復(fù)數(shù)組的金屬連接孔洞金屬 柱體所形成的結(jié)構(gòu)圖所產(chǎn)生的參數(shù)組合，以調(diào)整所產(chǎn)生復(fù)數(shù)組的等效共振腔；利用所述的復(fù)數(shù)組的等效共振腔以選擇特定頻率的復(fù)數(shù)組的共面波導(dǎo)電磁波 模態(tài)，憑借金屬信號波導(dǎo)與金屬地線波導(dǎo)的耦合，將所述的特定頻率的復(fù)數(shù)組的 共面波導(dǎo)電磁波模態(tài)，轉(zhuǎn)換成為相關(guān)復(fù)數(shù)組的電磁波模態(tài)；利用金屬地線波導(dǎo)與金屬背面導(dǎo)體間連接孔洞金屬柱體的導(dǎo)通，部份從金屬 信號波導(dǎo)耦合至金屬地線波導(dǎo)的相關(guān)復(fù)數(shù)組的電磁波模態(tài)被金屬背面導(dǎo)體接地層 所吸收，以產(chǎn)生濾波效果；與進一步在金屬地線波導(dǎo)與連接孔洞金屬柱體之間或連接孔洞金屬柱體與金屬背面導(dǎo) 體之間設(shè)置復(fù)數(shù)組開關(guān)，用以切斷或?qū)ń饘俚鼐€波導(dǎo)與金屬背面導(dǎo)體之間的復(fù) 數(shù)組連接孔洞金屬柱體，以改變所述的結(jié)構(gòu)圖，并以改變?yōu)V波器的特性。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)計方法，其特征在于所述的復(fù)數(shù)組開關(guān)的設(shè)置位 置與/或種類不限制。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)計方法，其特征在于將所有連接所述的連接孔洞 金屬柱體的復(fù)數(shù)組開關(guān)設(shè)定為斷路或不連接狀態(tài)，使有限寬度背面導(dǎo)體共面波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)形成單一功能的波導(dǎo)，而不具有濾波器功能。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)計方法，其特征在于利用所述的復(fù)數(shù)組開關(guān)來控 制所述的結(jié)構(gòu)圖，以設(shè)計一可調(diào)頻率的濾波器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)計方法，其特征在于利用所述的復(fù)數(shù)組開關(guān)來設(shè) 定所述的結(jié)構(gòu)圖，以設(shè)計一可變類別的濾波器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)計方法，其特征在于利用所述的方法所設(shè)計出的 波導(dǎo)或濾波器可與被動組件，與/或主動組件整合成次系統(tǒng)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)計方法，其特征在于利用所述的方法所設(shè)計出的 波導(dǎo)或濾波器調(diào)整所述的次系統(tǒng)的阻抗匹配。
全文摘要
本發(fā)明為一種以有限寬度背面導(dǎo)體共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來設(shè)計可變換類別與可調(diào)頻的寬帶濾波器的設(shè)計方法，其是依照所述的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并以特殊波導(dǎo)與連接孔洞(Via Holes)金屬柱體(Metallic Post)的結(jié)構(gòu)圖(Configurations)的安排，以選擇特定頻率的共面波導(dǎo)電磁波模態(tài)(Modes)，與相關(guān)電磁波模態(tài)，以完成寬帶濾波器的設(shè)計；此設(shè)計方法可以應(yīng)用在單層或多層介質(zhì)如集成電路(Integrated Circuits)，薄膜晶體管電路，低溫或高溫共燒陶瓷(LTCC/HTCC)，PCB，PC軟板等不同的金屬介電材料上做濾波器的設(shè)計與制造，并能加上開關(guān)(Switches)裝置，以達成以電訊改變或選擇頻率與濾波器類別的功能；此設(shè)計進一步可以運用在電路的阻抗匹配，達到在預(yù)定頻率功率傳輸?shù)淖罴鸦?br> 文檔編號H01P1/203GK101295808SQ200710103009
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者倪其良 申請人:倪其良