【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种5g频段带通滤波器，尤其是一种基于mems的硅基材料5g频段带通滤波器及设计方法，属于滤波器设备。
技术介绍
1、滤波器作为5g无线终端或系统必须使用的微波器件之一，在系统里面起着关键的作用，它能起到频带和信道选择的作用，使得带内信号几乎无阻碍的通过，并且能滤除谐波，抑制杂散和其它干扰信号，可以说，5g无线终端或系统的正常运行离不开性能优良的滤波器；目前，滤波器的形式有很多种，如集总lc带通滤波器，微带滤波器，腔体滤波器等，但集总lc带通滤波器尺寸较大、插入损耗较大，且在较高频段，没有参数非常小的集总电感、电容可以使用；微带滤波器尺寸及损耗都较大，腔体滤波器尺寸较大，高温超导滤波器的成本较高，加工复杂。对于现在正在大量使用的5g无线终端或系统，其频段较高，频率资源紧张；目前使用的滤波器存在体积大、损耗大等问题，迫切需要研究一种基于mems的硅基材料5g频段带通滤波器，实现滤波器的小体积和低损耗、高抑制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服上述现有技术的缺点与不足，提供了一种基于mems的硅基材料5g频段带通滤波器，该滤波器具有较低的插入损耗和较强的带外抑制能力，能够大大降低带外信号进入接收设备的比例，可以改善5g系统接收设备对有用信号的解调能力，抑制5g系统发射设备对其它系统造成的干扰，大幅度提高接收设备的噪声系数和灵敏度，能极大改善5g通信系统的系统容量和通信速率，将极大地提高人们对5g通信的体验感。
2、本专利技术的另一目的在于提供一种上
3、本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
4、一种基于mems的硅基材料5g频段带通滤波器，包括输入端口、输出端口和硅基基片，所述硅基基片采用mems加工而成，硅基基片上刻蚀有多个谐振体、输入金属片和输出金属片，所述输入端口与输入金属片连接，所述输出端口与输出金属片连接，多个谐振体依次级联，在硅基基片上实现信号耦合，所述输入端口与第一个谐振体之间实现电信号耦合，所述输出端口与最后一个谐振体之间实现电信号耦合。
5、进一步的，每个谐振体采用折叠凹形结构，包括左副臂和右副臂，左副臂与右副臂之间具有间距。
6、进一步的，所述输入端口与第一个谐振体之间采用容性耦合，所述输出端口与最后一个谐振体之间采用容性耦合，耦合间距用于控制滤波器的外部q值。
7、进一步的，所述输入端口与第一个谐振体之间采用金丝键合连接，所述输出端口与最后一个谐振体之间采用金丝键合连接。
8、进一步的，所述输入端口与第一个谐振体之间的间距以及输出端口与最后一个谐振体之间的间距通过群时延精确仿真得到。
9、进一步的，每两个相邻的谐振体之间保持间距，相邻两个谐振体之间的间距用于控制这两个谐振体之间的耦合系数。
10、进一步的，所述硅基基片采用高阻硅作为基底材料。
11、本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
12、一种上述硅基材料5g频段带通滤波器的设计方法，所述方法包括：
13、设置滤波器的参数，所述参数包括滤波器的带宽、中心频率、带内波动、回波损耗和带外抑制；
14、根据滤波器的参数和mems的加工工艺，确定滤波器的节数和拓扑结构，计算滤波器的理论参数，所述节数是指滤波器的谐振体数量，所述拓扑结构是指滤波器的各个谐振体之间的连接方式，所述理论参数包括外部q值以及各个谐振体之间的耦合系数；
15、选定硅基基片材料，根据滤波器的的中心频率，确定每个谐振体的基本结构，并设置每个谐振体的基本尺寸；
16、根据滤波器的节数和拓扑结构，设计各个谐振体之间的耦合方式和耦合结构；
17、确定滤波器的输入输出结构，根据滤波器的整体尺寸大小，设置输入输出的位置。
18、进一步的，所述根据滤波器的节数和拓扑结构，设计各个谐振体之间的耦合方式和耦合结构，具体包括：
19、建立各个谐振体之间的耦合方式模型，利用三维电磁场仿真工具分析各个谐振体之间的耦合系数大小；
20、分析谐振体的左副臂与右副臂之间的长度变化对耦合系数大小及谐振体频率的影响关系，设计各个谐振体之间的耦合方式和耦合结构。
21、进一步的，所述确定滤波器的输入输出结构，根据滤波器的整体尺寸大小，设置输入输出的位置，具体包括：
22、设置滤波器的输入结构，通过金丝键合的方式与输入端口相连，在输入端口位置设置一金属片作为输入金属片，使输入金属片与第一个谐振体之间保持间距实现输入的容性耦合，达到目标外部q值；
23、设置滤波器的输出结构，通过金丝键合的方式与输出端口相连，在输出端口位置设置一金属片作为输出金属片，使输出金属片与最后一个谐振体之间保持间距实现输出端的容性耦合，达到目标外部q值；
24、将输入端口和输出端口均与输入金属片和输出金属片相连，以及将多个谐振体按顺序相连，控制耦合系数的大小，建立滤波器整体模型，得到初步的仿真结果，将初步仿真结果进行微调、优化，确定输入金属片的与第一个谐振体之间的间距、输出金属片的与最后一个谐振体之间的间距。
25、本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：
26、1、本专利技术滤波器包含输入端口、输入金属片、多个谐振体、输出端口和输出金属片，具有较高的功率承受能力，具有较小的体积，具有较低的插入损耗和较强的带外抑制能力，能够大大降低带外信号进入接收设备的比例，可以改善5g系统接收设备对有用信号的解调能力，抑制5g系统发射设备对其它系统造成的干扰，大幅度提高接收设备的噪声系数和灵敏度，能极大改善5g通信系统的系统容量和通信速率，将极大地提高人们对5g通信的体验感。
27、2、本专利技术滤波器在谐振体的末端不需要采用通孔接地的方式，降低了通孔对滤波器性能的恶化，且mems通孔工艺复杂，采用不通孔的方式，降低了加工难度，提高了加工效率。
28、3、本专利技术滤波器在结构上采用紧凑型设计，在确保耦合系数达到要求的同时，通过调整谐振体间的位置关系，使得滤波器整体体积较小，整体上节约了滤波器的安装空间。
29、4、本专利技术滤波器的硅基基片材料采用介电常数较低的高阻硅，节省了材料成本，如需体积更小，可以选用介电常数更高的材料，滤波器的体积可以做到更小。
30、5、本专利技术滤波器的设计方法采用一种计算加仿真结合的方式，不使用传统的参数扫描确定参数的方式，能够优化设计目标，大大节省5g系统滤波器的设计时间。
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1.一种基于MEMS的硅基材料5G频段带通滤波器，其特征在于，包括输入端口、输出端口和硅基基片，所述硅基基片采用MEMS加工而成，硅基基片上刻蚀有多个谐振体、输入金属片和输出金属片，所述输入端口与输入金属片连接，所述输出端口与输出金属片连接，多个谐振体依次级联，在硅基基片上实现信号耦合，所述输入端口与第一个谐振体之间实现电信号耦合，所述输出端口与最后一个谐振体之间实现电信号耦合。
2.根据权利要求1所述的硅基材料5G频段带通滤波器，其特征在于，每个谐振体采用折叠凹形结构，包括左副臂和右副臂，左副臂与右副臂之间具有间距。
3.根据权利要求1所述的硅基材料5G频段带通滤波器，其特征在于，所述输入端口与第一个谐振体之间采用容性耦合，所述输出端口与最后一个谐振体之间采用容性耦合，耦合间距用于控制滤波器的外部Q值。
4.根据权利要求3所述的硅基材料5G频段带通滤波器，其特征在于，所述输入端口与第一个谐振体之间采用金丝键合连接，所述输出端口与最后一个谐振体之间采用金丝键合连接。
5.根据权利要求3所述的硅基材料5G频段带通滤波器，其特征在于，所
6.根据权利要求1所述的硅基材料5G频段带通滤波器，其特征在于，每两个相邻的谐振体之间保持间距，相邻两个谐振体之间的间距用于控制这两个谐振体之间的耦合系数。
7.根据权利要求1所述的硅基材料5G频段带通滤波器，其特征在于，所述硅基基片采用高阻硅作为基底材料。
8.一种权利要求1-7任一项所述的硅基材料5G频段带通滤波器的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，所述根据滤波器的节数和拓扑结构，设计各个谐振体之间的耦合方式和耦合结构，具体包括：
10.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，所述确定滤波器的输入输出结构，根据滤波器的整体尺寸大小，设置输入输出的位置，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于mems的硅基材料5g频段带通滤波器，其特征在于，包括输入端口、输出端口和硅基基片，所述硅基基片采用mems加工而成，硅基基片上刻蚀有多个谐振体、输入金属片和输出金属片，所述输入端口与输入金属片连接，所述输出端口与输出金属片连接，多个谐振体依次级联，在硅基基片上实现信号耦合，所述输入端口与第一个谐振体之间实现电信号耦合，所述输出端口与最后一个谐振体之间实现电信号耦合。
2.根据权利要求1所述的硅基材料5g频段带通滤波器，其特征在于，每个谐振体采用折叠凹形结构，包括左副臂和右副臂，左副臂与右副臂之间具有间距。
3.根据权利要求1所述的硅基材料5g频段带通滤波器，其特征在于，所述输入端口与第一个谐振体之间采用容性耦合，所述输出端口与最后一个谐振体之间采用容性耦合，耦合间距用于控制滤波器的外部q值。
4.根据权利要求3所述的硅基材料5g频段带通滤波器，其特征在于，所述输入端口与第一个谐振体之间采用金丝键合连接，所述输出端口与最后一个谐...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗兵，袁丽芳，罗涛，
申请(专利权)人：广东机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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