一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器及双工器结构
阅读说明：本技术 一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器及双工器结构 (Glass-based millimeter wave interdigital microstrip filter and duplexer structure ) 是由 刘晓贤 刘诺 朱樟明 刘阳 卢启军 尹湘坤 杨银堂 于 2021-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器及双工器结构,滤波器包括第一金属层、介质层、第二金属层,介质层位于第一金属层和第二金属层之间；第一金属层上开设有输入谐振单元、中间谐振单元和输出谐振单元,中间谐振单元设置在输入谐振单元的输出端和输出谐振单元输入端之间；介质层中贯穿有多个导体柱,多个导体柱分布在输入谐振单元的输入端边侧、输入谐振单元的输出端上、中间谐振单元上、输出谐振单元的输入端上、输出谐振单元的输出端边侧、输入谐振单元的输出端与中间谐振单元之间以及中间谐振单元与输出谐振单元的输入端之间；第二金属层连接接地端。该滤波器利用导体柱调节滤波器的耦合系数,显著减小滤波器结构的面积。(The invention relates to a glass-based millimeter wave interdigital microstrip filter and a duplexer structure, wherein the filter comprises a first metal layer, a dielectric layer and a second metal layer, and the dielectric layer is positioned between the first metal layer and the second metal layer; the first metal layer is provided with an input resonance unit, a middle resonance unit and an output resonance unit, and the middle resonance unit is arranged between the output end of the input resonance unit and the input end of the output resonance unit; a plurality of conductor columns penetrate through the medium layer, and are distributed on the side of the input end of the input resonance unit, the side of the output end of the input resonance unit, the side of the middle resonance unit, the side of the input end of the output resonance unit, the side of the output end of the output resonance unit, between the output end of the input resonance unit and the middle resonance unit, and between the middle resonance unit and the input end of the output resonance unit; the second metal layer is connected with the grounding end. The filter utilizes the conductor columns to adjust the coupling coefficient of the filter, and the area of the filter structure is obviously reduced.)
技术领域
本发明属于集成电路制造与封装
技术领域
，具体涉及一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器及双工器结构。背景技术
第五代移动通信技术(5th Generation mobile Networks，5G)是最新一代蜂窝移动通信技术，可以实现宽信道带宽和大容量多进多出(multiple-in multipleout，MIMO)，这意味着5G通信利用的电磁波频段越来越高，信号的覆盖能力相对较差，基站数量更多，干扰较大，因此，5G通信对滤波的性能要求更加严苛。为了保证通信的可靠性，要求滤波器有良好的带外抑制、平坦的带内波纹和较低的插入损耗。
随着微带滤波器的发展，传统的低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-firedCeramic，LTCC)滤波器由于其工艺自身加工精度差，导致带外抑制低已经无法满足人们对滤波器小型化、重量轻、损耗低等性能的要求。
基于硅通孔的转接板(Interposer)2.5D集成技术作为先进系统集成技术，可实现多芯片高密度三维集成，但硅基转接板的成本高且电学性能差，使其市场化运用受限。
作为一种可能替代硅基转接板的材料，玻璃通孔(TGV)三维互连技术因众多优势正在成为当前的研究热点，与硅基板相比，TGV的优势主要体现在：1)优良的高频电学特性。玻璃材料是一种绝缘体材料，介电常数只有硅材料的1/3左右，损耗因子比硅材料低2-3个数量级，使得衬底损耗和寄生效应大大减小，保证了传输信号的完整性；2)大尺寸超薄玻璃衬底易于获取。Corning、Asahi以及SCHOTT等玻璃厂商可以提供超大尺寸(>2m×2m)和超薄(<50μm)的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料。3)低成本。受益于大尺寸超薄面板玻璃易于获取，以及不需要沉积绝缘层，玻璃转接板的制作成本大约只有硅基转接板的1/8；4)工艺流程简单。不需要在衬底表面及TGV内壁沉积绝缘层，且超薄转接板中不需要减薄；5)机械稳定性强。即便当转接板厚度小于100μm时，翘曲依然较小；6)应用领域广泛。除了在高频领域有良好应用前景，作为一种透明材料，还可应用于光电系统集成领域，气密性和耐腐蚀性优势使得玻璃衬底在MEMS封装领域有巨大的潜力；另外，TGV技术还可以应用于医疗、光电器件、射频模块、电子气体放大器、设备治具等领域，随着技术进步，成本不断降低，应用将愈加广泛。
然而，目前基于TGV技术的滤波器尺寸较大，不利于集成电路的应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器及双工器结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器，包括：第一金属层、介质层、第二金属层，其中，所述介质层位于所述第一金属层和所述第二金属层之间；
所述第一金属层上开设有输入谐振单元、中间谐振单元和输出谐振单元，所述中间谐振单元设置在所述输入谐振单元的输出端和所述输出谐振单元输入端之间；
所述介质层中贯穿有多个导体柱，多个所述导体柱分布在所述输入谐振单元的输入端边侧、所述输入谐振单元的输出端上、所述中间谐振单元上、所述输出谐振单元的输入端上、所述输出谐振单元的输出端边侧、所述输入谐振单元的输出端与所述中间谐振单元之间以及所述中间谐振单元与所述输出谐振单元的输入端之间；
所述第二金属层连接接地端。
在本发明的一个实施例中，所述输入谐振单元包括依次连接的第一线段、第一过渡线段、第二线段和输入谐振线，其中，所述第一线段的长度大于所述第二线段的长度且小于所述输入谐振线的长度。
在本发明的一个实施例中，所述输入谐振单元与所述中间谐振单元之间的所述导体柱位于所述中间谐振单元与所述输入谐振线之间的中心线上。
在本发明的一个实施例中，所述输出谐振单元包括依次连接的输出谐振线、第三线段、第二过渡线段、第四线段，其中，所述第四线段的长度大于所述第三线段的长度且小于所述输出谐振线的长度。
在本发明的一个实施例中，所述中间谐振单元与所述输出谐振单元之间的所述导体柱位于所述中间谐振单元和所述输出谐振线之间的中心线上。
本发明的另一个实施例提供了一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构，包括：第一金属层、介质层、第二金属层，其中，所述介质层位于所述第一金属层和所述第二金属层之间；
所述第一金属层上开设有输入谐振单元、第一中间谐振单元、第一输出谐振单元、第二中间谐振单元、第二输出谐振单元，所述第一中间谐振单元设置在所述输入谐振单元的第一输出端和所述第一输出谐振单元的输入端之间，所述第二中间谐振单元设置在所述输入谐振单元的第二输出端和所述第二输出谐振单元的输入端之间；
所述介质层中贯穿有多个导体柱，多个所述导体柱分布在所述输入谐振单元的输入端边侧、所述输入谐振单元的第一输出端上和第二输出端上、所述第一中间谐振单元上、所述第一输出谐振单元的输入端上、所述第一输出谐振单元的输出端边侧、所述第二中间谐振单元上、所述第二输出谐振单元的输入端上、所述第二输出谐振单元的输出端边侧、所述输入谐振单元的第一输出端与所述第一中间谐振单元之间、所述第一中间谐振单元与所述第一输出谐振单元的输入端之间、以及所述第二中间谐振单元与所述第二输出谐振单元的输入端之间；
所述第二金属层连接接地端。
在本发明的一个实施例中，所述输入谐振单元包括第一线段、第一过渡线段、第二线段、T型结连接线段、上通带谐振线和下通带谐振线，其中，
所述第一线段、所述第一过渡线段、所述第二线段依次连接，所述T型结连接线段与所述第二线段垂直连接，所述上通带谐振线垂直连接在所述T型结连接线段的一端，所述下通带谐振线垂直连接在所述T型结连接线段的另一端。
在本发明的一个实施例中，所述第一输出谐振单元包括依次连接的第一输出谐振线、第三线段、第二过渡线段、第四线段，其中，所述第四线段的长度大于所述第三线段的长度且小于所述第一输出谐振线的长度。
在本发明的一个实施例中，所述第二输出谐振单元包括依次连接的第二输出谐振线、第五线段、第三过渡线段、第六线段，其中，所述第六线段的长度大于所述第五线段的长度且小于所述第二输出谐振线的长度。
在本发明的一个实施例中，所述导体柱位于所述输入谐振单元的第一输出端与所述第一中间谐振单元之间的中心线上、所述第一中间谐振单元与所述之间第一输出谐振单元的输入端之间的中心线上以及所述第二中间谐振单元与所述第二输出谐振单元的输入端之间的中心线上。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的滤波器采用交指型结构，将中间谐振单元设置在输入谐振单元和输出谐振单元之间，并且在中间谐振单元和输入谐振单元之间、中间谐振单元和输出谐振单元之间设置导体柱，导体柱可以调节滤波器的耦合系数，从而显著减小滤波器结构的面积，有利于其在集成电路中的应用。
2、本发明的双工器采用交指型结构，将第一中间谐振单元设置在输入谐振单元和第一输出谐振单元之间、第二中间谐振单元设置在输入谐振单元和第二输出谐振单元之间，并且在第一中间谐振单元与输入谐振单元之间、第一中间谐振单元与第一输出谐振单元之间、第二中间谐振单元与第二输出谐振单元之间设置导体柱，导体柱可以调节双工器的耦合系数，从而显著减小双工器结构的面积，有利于其在集成电路中的应用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的结构主视图；
图2为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的第一金属层的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的介质层的俯视图；
图4为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的输入谐振单元的俯视图；
图5为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的输出谐振单元的俯视图；
图6为本发明实施例提供的一种滤波器谐振线的提取模型示意图；
图7为本发明实施例提供的一种滤波器谐振线的仿真结果图；
图8为本发明实施例提供的一种滤波器耦合系数的提取模型示意图；
图9为本发明实施例提供的一种滤波器耦合系数的仿真结果图；
图10为本发明实施例提供的一种滤波器频率响应图，其中；
图11为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的结构主视图；
图12为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的第一金属俯视图；
图13为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的介质层的俯视图；
图14为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的输入谐振单元的俯视图；
图15为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的第一输出谐振单元的俯视图；
图16为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的第二输出谐振单元的俯视图；
图17为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构频率响应图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的结构主视图，该玻璃基毫米波交指型微带滤波器工作的电磁谐振模式为准TEM模式，包括第一金属层1、介质层2、第二金属层3，其中，介质层2位于第一金属层1和第二金属层3之间，可以理解的是，第一金属层1、介质层2、第二金属层3从下至上依次层叠。具体地，第一金属层1和第二金属层3的材料可以为铜；介质层2的材料包括石英玻璃，厚度为230μm。
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的第一金属层的俯视图。第一金属层1上开设有输入谐振单元5、中间谐振单元6和输出谐振单元7，其中，中间谐振单元6设置在输入谐振单元5的输出端和输出谐振单元7输入端之间，形成交指型结构。
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的介质层的俯视图。介质层2中贯穿有多个介质通孔，介质通孔可以通过刻蚀得到，在每个介质通孔内填充有导体，形成多个导体柱4。具体地，每个介质通孔的直径dTGV为50μm，导体柱4的直径与介质通孔的直径dTGV相等，也为50μm，导体柱4的材料包括金属，例如铜、金等。
多个导体柱4分布在输入谐振单元5的输入端边侧、输入谐振单元5的输出端上、中间谐振单元6上、输出谐振单元7的输入端上、输出谐振单元7的输出端边侧、输入谐振单元5的输出端与中间谐振单元6之间以及中间谐振单元6与输出谐振单元7的输入端之间。进一步地，分布在输入谐振单元5的输入端边侧、输出谐振单元7的输出端边侧、输入谐振单元5的输出端与中间谐振单元6之间以及中间谐振单元6与输出谐振单元7的输入端之间的导体柱4用于调节滤波器的耦合系数，其一端连接第一金属层1，另一端连接第三金属层3；分布在输入谐振单元5的输出端上、中间谐振单元6上、输出谐振单元7的输入端上的导体柱4用于将谐振单元接地，其一端连接谐振单元，另一端连接第三金属层3。
具体地，根据第一金属层1的尺寸、输入谐振单元5、输出谐振单元7的尺寸确定分布在各个位置处的导体柱4的数量。本实施例中，分布在输入谐振单元5的输入端边侧和输出谐振单元7的输出端边侧的导体柱4的数量为2个，其余位置处的导体柱4的数量为1个。
第二金属层3接地。
请结合参见图2和图4，图4为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的输入谐振单元的俯视图。输入谐振单元5包括依次连接的第一线段51、第一过渡线段52、第二线段53和输入谐振线54，其中，第一线段51的长度大于第二线段53的长度且小于输入谐振线54的长度。
由于第一线段51的长度大于第二线段53的长度，因此，第一过渡线段52采用渐进式，其长度由大逐渐变小，以连接第一线段51和第二线段53。进一步地，第一线段51、第一过渡线段52、第二线段53和输入谐振线54形成渐进式抽头结构，将低输入阻抗例如50Ω变换成高输出阻抗例如118.87Ω，其中，第一线段51输入低输入阻抗，输入谐振线54输出高输出阻抗。
第一线段51、第一过渡线段52和第二线段53的中心可以对齐，也可以不对齐；优选的，第一线段51、第一过渡线段52和第二线段53的中心对齐。
在一个具体实施例中，第一线段51的长度l1为0.49mm，宽度w1为0.15mm。第一过渡线段52的宽度w2为0.2mm，其长度l2由0.49mm逐渐变为0.07mm。第二线段53、第一过渡线段52与第一线段51中心对齐，第二线段53的长度l3为0.07mm，宽度w3为0.67mm。导体柱4设置在输入谐振线54的一端上，将输入谐振线54的端部接地，形成接地端；第二线段53距离接地端的距离l5为0.25mm。输入谐振线54的长度l4为1.57mm，宽度w4为0.065mm。
中间谐振单元6可以为谐振线，其长度l6为1.4mm，其宽度w6为0.065mm。进一步地，中间谐振单元6为谐振线时，其与输入谐振线54平行设置；此时，中间谐振单元6上导体柱4位于中间谐振单元6的端部上，且远离输入谐振线54端部上的导体柱4，该导体柱4将中间谐振单元6接地，形成中间谐振单元6的接地端；中间谐振单元6和输入谐振单元5之间的导体柱4位于中间谐振单元6和输入谐振线54的中心线上，该导体柱4距离中间谐振单元6的接地端的长度l7为1.1mm。
请参见图2和图5，图5为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带滤波器的输出谐振单元的俯视图。输出谐振单元7的形状与输入谐振单元5的形状相同，方向相反，采用渐进式抽头结构，包括依次连接的输出谐振线71、第三线段72、第二过渡线段73、第四线段74，其中，第四线段74的长度大于第三线段72的长度且小于输出谐振线71的长度，第二过渡线段73采用渐进式，其长度由小逐渐变大。
输出谐振单元7将高输入阻抗例如118.87Ω变换成低输出阻抗例如50Ω，其中，输出谐振线71输入高输入阻抗，第四线段74输出低输出阻抗。
第三线段72、第二过渡线段73、第四线段74的中心可以对齐，也可以不对齐；优选的，第三线段72、第二过渡线段73、第四线段74的中心对齐。
在一个具体实施例中，输出谐振线71的长度l8为1.57mm，宽度w8为0.065mm。导体柱4设置在输出谐振线71的一端上，且远离中间谐振单元6端部上的导体柱4，该导体柱4将输出谐振线71的端部接地，形成输出谐振单元7的接地端，第三线段72距离接地端的距离l9为0.25mm。第三线段72的长度l10为0.07mm，宽度w10为0.67mm。第二过渡线段73的宽度w11为0.2mm，其长度l11由0.07mm逐渐变为0.49mm。第四线段74的长度l12为0.49mm，宽度w12为0.15mm。
进一步地，中间谐振单元6与输出谐振线71平行，此时，中间谐振单元6和输出谐振单元7之间的导体柱4位于中间谐振单元6和输出谐振线71的中心线上，该导体柱4距离中间谐振单元6的接地端之间的长度l13为1.1mm。
中间谐振单元6与输入谐振线54之间的距离w5和中间谐振单元6与输出谐振线71之间的距离w13相等，均为0.5mm。
该玻璃基毫米波交指型微带滤波器的工作原理为：电磁波从输入谐振单元5的第一线段51输入，电场在介质层2中以折线的方式传输，其依次经过第一线段51、第一过渡线段52、第二线段53和输入谐振线54，由输入谐振线54远离导体柱4的端部传输至中间谐振单元6远离导体柱4的端部，然后再由中间谐振单元6远离导体柱4的端部传输至输出谐振线71远离导体柱4的端部，最后依次经过第三线段72、第二过渡线段73、第四线段74输出；磁场在第二金属层3中同样以折线的方式传输，其传输的路线为：由输入谐振单元5输入，然后由输入谐振单元5的导体柱端传输至中间谐振单元6的导体柱端，接着传输至输出谐振单元7的导体柱端，最后由输出谐振单元7输出。
本实施例的玻璃基毫米波交指型微带滤波器的设计方法，包括以下步骤：
S1、非输入输出谐振器长度计算。
请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种滤波器谐振线的提取模型示意图。在HFSS软件中，通过调整中间谐振单元6的长度l14，使S11的峰谷位于中心频率f0附近。
请参见图7，图7为本发明实施例提供的一种滤波器谐振线的仿真结果图。图7中，当中间谐振单元6的长度l14为1.4mm时，回波损耗S11的峰谷在27GHz处。
S2、耦合系数提取。
请参见图8，图8为本发明实施例提供的一种滤波器耦合系数的提取模型示意图。在HFSS中，通过改变导体柱4的位置l15以及相邻谐振线之间的间距w14对耦合系数进行调整。
请参见图9，图9为本发明实施例提供的一种滤波器耦合系数的仿真结果图。图9中两个波峰分别为f1为25.3333GHz、f2为28.7778GHz，将f1和f2带入公式(1)中：
其中，k为耦合系数，f1和f2是耦合谐振电路的特征频率，f01和f02是耦合谐振电路左右谐振器各自的本征频率。
经过计算，耦合系数k为0.0795。
经过上述计算，本实施例滤波器的各个结构的尺寸请参见上述实施例，此处不再赘述。
请参见图10，图10为本发明实施例提供的一种滤波器频率响应图，其中，S11是回波损耗S21是插入损耗。图10中，滤波器的中心频率为29GHz，带外抑制范围达到2.57f0。
本实施例的玻璃基毫米波交指型微带滤波器采用交指型结构，将中间谐振单元设置在输入谐振单元和输出谐振单元之间，并且在中间谐振单元和输入谐振单元之间、中间谐振单元和输出谐振单元之间设置导体柱，导体柱可以调节滤波器的耦合系数，从而显著减小滤波器结构的面积，有利于其在集成电路中的应用。
本实施例的玻璃基毫米波交指型微带滤波器采用玻璃基板代替硅衬底制作三维无源器件，可以消除高频电路中的涡流效应，显著降低无源器件的高频损耗，提高其品质因数，使得滤波器的功耗显著降低，提高了滤波器的品质因数。
实施例二
请参见图11，图11为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的结构主视图。该玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的电磁谐振模式为准TEM模式，包括第一金属层1、介质层2、第二金属层3，其中，介质层2位于第一金属层1和第二金属层3之间。可以理解的是，第一金属层1、介质层2、第二金属层3从下至上依次层叠。具体地，第一金属层1和第二金属层3的材料可以为铜；介质层2的材料包括石英玻璃，厚度为230μm。
请参见图12，图12为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的第一金属俯视图。第一金属层1上开设有输入谐振单元5、第一中间谐振单元6、第一输出谐振单元7、第二中间谐振单元8、第二输出谐振单元9，其中，第一中间谐振单元6设置在输入谐振单元5的第一输出端和第一输出谐振单元7的输入端之间，第二中间谐振单元8设置在输入谐振单元5的第二输出端和第二输出谐振单元9的输入端之间，从而形成交指型结构。
请参见图13，图13为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的介质层的俯视图。介质层2中贯穿有多个介质通孔，介质通孔可以通过刻蚀得到，在每个介质通孔内填充有导体，形成多个导体柱4。具体地，每个介质通孔的直径dTGV为50μm，导体柱4的直径与介质通孔的直径dTGV相等，也为50μm，导体柱4的材料包括金属，例如铜、金等。
多个导体柱4分布在输入谐振单元5的输入端边侧、输入谐振单元5的第一输出端上和第二输出端上、第一中间谐振单元6上、第一输出谐振单元7的输入端上、第一输出谐振单元7的输出端边侧、第二中间谐振单元8上、第二输出谐振单元9的输入端上、第二输出谐振单元9的输出端边侧、输入谐振单元5的第一输出端与第一中间谐振单元6之间、第一中间谐振单元6与第一输出谐振单元7的输入端之间、以及第二中间谐振单元8与第二输出谐振单元9的输入端之间。
进一步地，分布在输入谐振单元5的输入端边侧、第一输出谐振单元7的输出端边侧、第二输出谐振单元9的输出端边侧、输入谐振单元5的第一输出端与第一中间谐振单元6之间、第一中间谐振单元6与之间第一输出谐振单元7的输入端之间、以及第二中间谐振单元8与第二输出谐振单元9的输入端之间的导体柱4用于调节双工器的耦合系数，其一端连接第一金属层1，另一端连接第三金属层3；分布在输入谐振单元5的第一输出端上和第二输出端上、第一中间谐振单元6上、第一输出谐振单元7的输入端上、第二中间谐振单元8上、第二输出谐振单元9的输入端上的导体柱4用于将谐振单元接地，其一端连接谐振单元，另一端连接第三金属层3。
具体地，根据第一金属层1的尺寸、输入谐振单元5、第一输出谐振单元7、第二输出谐振单元9的尺寸确定分布在各个位置处的导体柱4的数量。本实施例中，分布在输入谐振单元5的输入端边侧、第一输出谐振单元7的输出端边侧、第二输出谐振单元9的输出端边侧的导体柱4的数量为2个，其余位置处的导体柱4的数量为1个。
第二金属层3连接接地端。
请参见图12和图14，图14为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的输入谐振单元的俯视图。输入谐振单元5包括第一线段51、第一过渡线段52、第二线段53、T型结连接线段54、上通带谐振线55和下通带谐振线56。
其中，第一线段51、第一过渡线段52、第二线段53依次连接，T型结连接线段54与第二线段53垂直连接，上通带谐振线55垂直连接在T型结连接线段54的一端，下通带谐振线56垂直连接在T型结连接线段54的另一端，从而形成采用渐进式T型抽头结构。具体地，第一线段51的宽度大于第二线段53的宽度且小于T型结连接线段54的宽度；第一过渡线段52采用渐进式，其宽度由大逐渐变小，以连接第一线段51和第二线段53；T型结连接线段54与上通带谐振线55和下通带谐振线56之间均形成T型结。该输入谐振单元5用于将低输入阻抗变换成高输出阻抗，其中，第一线段51输入低输入阻抗，上通带谐振线55和下通带谐振线56输出高阻抗。
第一线段51、第一过渡线段52、第二线段53、T型结连接线段54的中心可以对齐，也可以不对齐；优选的，第一线段51、第一过渡线段52、第二线段53、T型结连接线段54的中心对齐，即第一线段51、第一过渡线段52、第二线段53依次连接且第二线段53与T型结连接线段54的连接点位于T型结连接线段54的中点处，此时第二线段53与上通带谐振线55和下通带谐振线56之间的距离相等。
进一步地，导体柱4分布在第一线段51的边侧，用于调节耦合系数；同时，导体柱4分布在上通带谐振线55的一端上、下通带谐振线56的一端上，形成上通带谐振线55的和下通带谐振线56的接地端。
在一个具体实施例中，第一线段51的长度l1为0.2mm，宽度w1为0.494mm。第一过渡线段52的长度l2为0.3mm，其宽度w2由0.494mm逐渐变为0.11mm。第二线段53与第一线段51、第一过渡线段52中心对齐，其长度l3为1.1mm，宽度w3为0.11mm。第二线段53与上通带谐振线55之间的距离w4和第二线段53与下通带谐振线56之间的距离w5相等，均为1.495mm。下通带谐振线56的长度l4为1.71mm，宽度w6为0.065mm。下通带谐振线56与T型结连接线段54之间形成T型结，T型结距离接地端即下通带谐振线56一端上的导体柱的长度l5为0.3mm。上通带谐振线55的长度l6为1.26mm，宽度w7与下通带谐振线56的宽度w6相等，为0.065mm，上通带谐振线55与T型结连接线段54之间形成T型结，T型结距离接地端即上通带谐振线55一端上的导体柱4的长度l7为0.22mm。
请参见图15，图15为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的第一输出谐振单元的俯视图。第一输出谐振单元7采用渐进式抽头结构，包括依次连接的第一输出谐振线71、第三线段72、第二过渡线段73、第四线段74，其中，第四线段74的长度大于第三线段72的长度且小于第一输出谐振线71的长度，第二过渡线段73采用渐进式，其长度由小逐渐变大。
第一输出谐振单元7将高输入阻抗例如118.87Ω变换成低输出阻抗例如50Ω，其中，第一输出谐振线71输入高输入阻抗，第四线段74输出低输出阻抗。
第三线段72、第二过渡线段73、第四线段74的中心可以对齐，也可以不对齐；优选的，第三线段72、第二过渡线段73、第四线段74的中心对齐。
在一个具体实施例中，第一输出谐振线71的长度l8为1.56mm，宽度w8为0.065mm。导体柱4设置在第一输出谐振线71的一端上，且远离第一中间谐振单元6端部上的导体柱4，该导体柱4将第一输出谐振线71的端部接地，形成第一输出谐振单元7的接地端，第三线段72距离接地端的距离l9为0.3mm。第三线段72与第四线段74的中心对齐，其长度l10为0.05mm，宽度w9为0.55mm。第二过渡线段73的宽度w10为0.3mm，其长度l11由0.05mm逐渐变为0.49mm。第四线段74的长度l12为0.49mm，宽度w11为0.15mm。
第一中间谐振单元6可以为谐振线，其长度l13为1.4mm，宽度w12为0.065mm。进一步地，第一中间谐振单元6为谐振线时，其与下通带谐振线56、第一输出谐振线71均平行设置，形成交指型结构；此时，第一中间谐振单元6距离第一输出谐振线71的距离w13为0.44mm，距离下通带谐振线56的距离w14为0.45mm。第一中间谐振单元6上导体柱4位于第一中间谐振单元6的端部上，且远离下通带谐振线56端部上的导体柱4和第一输出谐振线71端部上的导体柱4，该导体柱4将第一中间谐振单元6接地，形成第一中间谐振单元6的接地端；第一中间谐振单元6和输入谐振单元5之间的导体柱4位于中间谐振单元6和下通带谐振线56的中心线上，该导体柱4距离中间谐振单元6的接地端之间的长度l14为1.71mm；第一中间谐振单元6和第一输出谐振单元7之间的导体柱4位于第一中间谐振单元6和第一输出谐振线71的中心线上，该导体柱4距离第一中间谐振单元6的接地端之间的长度l15为1.1mm。
请参见图16，图16为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的第二输出谐振单元的俯视图。第二输出谐振单元9采用渐进式抽头结构，包括依次连接的第二输出谐振线91、第五线段92、第三过渡线段93、第六线段94，其中，第六线段94的长度大于第五线段92的长度且小于第二输出谐振线91的长度，第三过渡线段93采用渐进式，其长度由小逐渐变大。
第二输出谐振单元9将高输入阻抗例如118.87Ω变换成低输出阻抗例如50Ω，其中，第二输出谐振线91输入高输入阻抗，第六线段94输出低输出阻抗。
第五线段92、第三过渡线段93、第六线段94的中心可以对齐，也可以不对齐；优选的，第五线段92、第三过渡线段93、第六线段94的中心对齐。
在一个具体实施例中，第二输出谐振线91的长度l16为1.17mm，宽度w15为0.065mm。导体柱4设置在第二输出谐振线91的一端上，且远离第二中间谐振单元8端部上的导体柱4，该导体柱4将第二输出谐振线91的端部接地，形成第二输出谐振线91的接地端，第五线段92距离接地端的距离l17为0.14mm。第五线段92与第六线段94的中心对齐，其长度l18为0.072mm，宽度w16为0.5mm。第三过渡线段93的宽度w17为0.5mm，其长度l19由0.072mm逐渐变为0.49mm。第六线段94的长度l20为0.494mm，宽度w18为0.2mm。
第二中间谐振单元8可以为谐振线，其长度l21为1.1mm，宽度w19为0.065mm。进一步地，第二中间谐振单元8为谐振线时，其与上通带谐振线55、第二输出谐振线91均平行设置；此时，第二中间谐振单元8距离第二输出谐振线91的距离w20为0.56mm，距离上通带谐振线55的距离w21为0.46mm。第二中间谐振单元8上导体柱4位于第二中间谐振单元8的端部上，且远离上通带谐振线55端部上的导体柱4和第二输出谐振线91端部上的导体柱4，该导体柱4将第二中间谐振单元8接地，形成第二中间谐振单元8的接地端；第二中间谐振单元8和第二输出谐振单元9之间的导体柱4位于第二中间谐振单元8和第二输出谐振线91的中心线上，该导体柱4距离第二中间谐振单元8的接地端之间的长度l22为0.55mm。
该玻璃基毫米波交指型微带双工器结构的工作原理为：电磁波从输入谐振单元5的第一线段51输入，其中，电场在介质层2中以折线的方式传输，其经过输入谐振单元5，一部分由下通带谐振线56远离导体柱4的端部传输至第一中间谐振单元6远离导体柱4的端部，然后再由第一中间谐振单元6远离导体柱4的端部传输至第一输出谐振线71远离导体柱4的端部，最后经由第一输出谐振单元7输出，另一部分由上通带谐振线55远离导体柱4的端部传输至第二中间谐振单元8远离导体柱4的端部，然后再由第二中间谐振单元8远离导体柱4的端部传输至第二输出谐振线91远离导体柱4的端部，最后经由第二输出谐振单元9输出；磁场在第二金属层3中同样以折线的方式传输，其传输路径为：由输入谐振单元5输入，一部分经由下通带谐振线56的导体柱端传输至第一中间谐振单元6的导体柱端，然后再由第一中间谐振单元6的导体柱端传输至第一输出谐振线71的导体柱端，最后经由第一输出谐振单元7输出，另一部分由上通带谐振线55的导体柱端传输至第二中间谐振单元8的导体柱端，然后再由第二中间谐振单元8的导体柱端传输至第二输出谐振线91的导体柱4端，最后经由第二输出谐振单元9输出。
请参见图17，图17为本发明实施例提供的一种玻璃基毫米波交指型微带双工器结构频率响应图。双工器下通带的中心频率flow为28.7GHz，上通带的中心频率fup为37.4GHz，带外抑制范围达到2.6flow，通道间隔离度大于30dB。
本实施例的玻璃基毫米波交指型微带双工器结构采用交指型结构，将第一中间谐振单元设置在输入谐振单元和第一输出谐振单元之间、第二中间谐振单元设置在输入谐振单元和第二输出谐振单元之间，并且在第一中间谐振单元与输入谐振单元之间、第一中间谐振单元与第一输出谐振单元之间、第二中间谐振单元与第二输出谐振单元之间设置导体柱，导体柱可以调节双工器的耦合系数，从而显著减小双工器结构的面积，有利于其在集成电路中的应用。
本实施例的玻璃基毫米波交指型微带双工器结构采用玻璃基板代替硅衬底制作三维无源器件，可以消除高频电路中的涡流效应，显著降低无源器件的高频损耗，提高其品质因数，使得双工器的功耗显著降低，提高了双工器的品质因数。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
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