中國(guó)粉體網(wǎng)訊  在移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，從3G到4G再到5G，每一次技術(shù)迭代都帶來了通信能力的質(zhì)的飛躍。5G網(wǎng)絡(luò)在傳輸速率、數(shù)據(jù)承載能力上的顯著提升，以及更高的頻譜資源利用率，讓我們的生活進(jìn)入了一個(gè)高速互聯(lián)的新時(shí)代。然而，這些進(jìn)步也伴隨著新的挑戰(zhàn)，隨著同時(shí)工作的無線頻段數(shù)量不斷增加，射頻前端芯片需要集成更多組件，其中濾波器的數(shù)量更是大幅增長(zhǎng)。作為無源器件，濾波器在芯片面積中占比巨大，如何在保證性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化集成，成為行業(yè)亟待解決的問題。而基于玻璃通孔（TGV）技術(shù)集成的濾波器，正是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵方案，展現(xiàn)出了極高的應(yīng)用價(jià)值。

TGV技術(shù)：高頻應(yīng)用的優(yōu)選方案

在了解基于TGV技術(shù)的濾波器之前，我們先認(rèn)識(shí)一下TGV技術(shù)本身。TGV技術(shù)是在玻璃基板上形成通孔的一種3D集成技術(shù)，與常見的硅通孔（TSV）技術(shù)相比，它有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。玻璃材料具有低介電常數(shù)和低正切損耗，這意味著在信號(hào)傳輸過程中，能量損耗更小，信號(hào)完整性更好，非常適合高頻通信場(chǎng)景。而5G技術(shù)，尤其是毫米波頻段的應(yīng)用，對(duì)信號(hào)的高頻傳輸性能要求極高，TGV技術(shù)的這些特性恰好滿足了這一需求，為高性能濾波器的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

平衡結(jié)構(gòu)濾波器：降低噪聲的利器

Liu等人提出的基于TGV技術(shù)的平衡基板集成波導(dǎo)帶通濾波器（SIW BPF），為解決共模信號(hào)噪聲問題提供了新思路。我們可以把共模信號(hào)想象成電路中不受歡迎的“雜音”，這些雜音會(huì)干擾正常的信號(hào)傳輸，影響通信質(zhì)量。而這款濾波器采用平衡結(jié)構(gòu)，就像給差模信號(hào)（有用信號(hào)）開辟了一條寬敞的“綠色通道”，形成寬通帶，讓有用信號(hào)順暢傳輸；同時(shí)，它能有效抑制共模信號(hào)，就像設(shè)置了一道“屏障”，阻擋“雜音”通過，從而降低噪聲。

SIW BPF結(jié)構(gòu)  來源：Liu.Balanced SIW BPF based on through-glass vias

這款濾波器采用3D集成技術(shù)，將不同的集成電路垂直堆疊并互連。這種設(shè)計(jì)帶來了諸多好處，更高的系統(tǒng)集成度，就像把多個(gè)房間合并成一個(gè)功能更全的大空間；更短的互連距離，信號(hào)傳輸路徑變短，速度自然更快，同時(shí)也降低了功耗和成本，可謂一舉多得。SIW腔中的TE102模式在對(duì)稱平面上創(chuàng)造了完美的電導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)了半對(duì)分拓?fù)浜透��?jiǎn)單的設(shè)計(jì)。

毫米波寬帶通信的緊湊之選

在毫米波寬帶通信領(lǐng)域，濾波器的小型化和寬頻帶同樣至關(guān)重要。Li等人提出的緊湊TGV帶通濾波器，就很好地滿足了這些需求。

這款濾波器采用了半模襯底集成波導(dǎo)（HMSIW）和缺陷接地結(jié)構(gòu)（DGS）加載的設(shè)計(jì)。HMSIW結(jié)構(gòu)就像把電路“橫向瘦身”，大大減小了電路的橫向尺寸，讓濾波器更緊湊。三對(duì)面對(duì)面的E形DGS形成了陷阱特性，提供小尺寸和寬帶寬。

TGV帶通濾波器的幾何布局  來源:Li.SIW bandpass filter based on TGV technology for millimeter-wave wideband communications

TGV技術(shù)在這款濾波器中同樣發(fā)揮了關(guān)鍵作用，它的低損耗和高精度特性，就像給信號(hào)傳輸鋪了一條平整光滑的“高速公路”，有效提高了濾波器的插入損耗性能和器件集成度，在毫米波頻段表現(xiàn)尤為突出。經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，這款濾波器的帶寬分?jǐn)?shù)超過31.22%，電路面積僅為1.04λg×0.27λg（λg為波導(dǎo)波長(zhǎng)），充分體現(xiàn)了它在小型化和寬通帶方面的優(yōu)勢(shì)，為毫米波寬帶通信的發(fā)展注入了新動(dòng)力。

結(jié)語

在5G技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，基于TGV技術(shù)的濾波器憑借其優(yōu)異的性能，在小型化、寬通帶、低損耗等方面展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。從平衡結(jié)構(gòu)濾波器到毫米波寬帶濾波器，科研人員不斷創(chuàng)新，讓TGV技術(shù)在濾波器設(shè)計(jì)中發(fā)揮出越來越重要的作用。這些創(chuàng)新成果不僅推動(dòng)了移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步，也為未來更高速、更可靠的通信系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，相信在不久的將來，我們會(huì)看到更多基于TGV技術(shù)的高性能器件應(yīng)用在生活的方方面面。

參考來源:

劉曉賢.基于玻璃通孔互連技術(shù)的集成無源器件發(fā)展

鐘毅.芯片三維互連技術(shù)及異質(zhì)集成研究進(jìn)展

Li.SIW bandpass filter based on TGV technology for millimeter-wave wideband communications

Liu.Balanced SIW BPF based on through-glass vias

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

注:圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除!