天华中威科技微波小课堂_射频微波薄膜滤波器技术

天华中威科技微波小课堂_射频微波薄膜滤波器技术
对于射频系统工程师来说，为3GHz以上的频率范围寻找合适的滤波器始终是一个挑战。设计人员通常希望在大批量生产时具有可重复的性能，并希望具有足够坚固的小型表面贴装外形，以承受现有印刷电路板(PWB)上的回流。集总元件滤波器，利用离散线绕电感器和芯片电容器满足这些标准得心应手低于约3GHz的通带，但频率响应变得更加敏感，在较高的频率下的设备和温度的物理结构的变化，使这种方法不切实际。

几种滤波器技术支持更高的微波范围内的应用频带，但每一种都有妥协，其中一些可能不适合现实世界的系统要求。悬置基板带状线和腔体滤波器，例如实现通带高达约40GHz的出色的抑制和选择性，但他们是大，重和昂贵。此外，由于这些都不是表面贴装技术，将它们与集成微波组件一起使用需要将信号从电路板发射到连接器滤波器接口，然后再发射到电路板上，这增加了过渡处的损耗和失配。这是很少可行的。

将滤波器以电感电容对(L-C)的形式直接集成到PWB中是一种经济的选择，这可能有助于工程师很好地过滤离散信号，例如在LO链中。然而，当涉及到对调制或宽带信号中的复杂波形进行滤波时，感兴趣的频带和滤波器要求通常由指定的滤波器掩模定义。在这些应用中，由蚀刻铜迹线组成的板上滤波器在较高频率下的性能和可重复性将很困难。由于刻蚀过程固有的公差，大多数使用化学蚀刻工艺的滤波器的可重复性将受到限制。这种技术牺牲了宝贵的电路板空间，因为典型的PWB介电常数不是特别高，使得板上滤波器比分立滤波器组件更大。

薄膜过滤器技术是解决这些设计问题的一个解决方案。它们的高精度制造工艺提供了出色的可重复性，陶瓷基板使坚固的结构和容易回流到现有的印刷电路板。一些陶瓷基板表现出高Dy特性，使非常紧凑的物理过滤器实现。建立在陶瓷基板上的薄膜过滤器在很宽的工作温度范围内具有天然的温度稳定性。这些滤波器具有多种性能特性，使其在其他表面贴装滤波器技术中独树一帜，包括高达40GHz的宽通带宽度、出色的Q因子高功率处理和-60dB及更深的抑制本底。

01、薄膜滤波器的制作工艺

射频薄膜滤波器通常通过使用物理气相沉积(PVD)或溅射技术将金属或电介质材料的薄层沉积到衬底上来制造。溅射利用等离子体，通常由氩气等气体产生，以特定的图案和厚度(从几纳米到几微米)从靶上沉积材料，一次沉积几个原子。每一层的厚度，材料和利用的图案被仔细控制，以创建所需的滤波器特性，如通带，选择性，插入损耗，和抑制。这些方法实现了材料厚度和迹线宽度的极其严格的公差。使用这些溅射技术加工滤波器的好处如图1所示，其中迹线边缘显示出比使用溅射处理的滤波器更优越的均匀性。

图1:化学蚀刻(左)与PVD制造(右)显示溅射工艺高精度的迹线细节。

薄膜技术可用于实现各种滤波器拓扑结构，如贝塞尔、切比雪夫和椭圆滤波器、响应(例如带通、低通、高通)以及边缘耦合、发夹、叉指等物理实现。与大多数类似性能的滤波器技术相比，它们通常较小，适合于表面贴装组装。

02、常见应用程序

薄膜滤波器技术满足从3GHz到亳米波的许多应用的要求，这些应用既需要小的器件尺寸，又需要尖锐的抑制。Mini-Circuits的薄膜滤波器通过选择高Dy材料和创新实现了非常小的外形尺寸。薄膜滤波器在DC至40GHz频率范围内提供低通带插入损耗 陡峭的抑制裙和宽阻带性能，与具有可比RF性能的其他选项相比，薄膜滤波器是一种具有成本效益的选择。

射频/微波薄膜滤波器应用广泛，包括无线通信(包括5G)、卫星通信、传统雷达系统和毫米波雷达、物联网和毫米波通信。们以高性能、温度稳定性、容积效率和高频环境下的高可靠性而著称。

03、MiniCircuits公司的ABF系列薄膜滤波器

Mini-Circuits的ABF系列滤波器在-55℃至+125℃的温度范围内具有非常稳定的性能，并与表面贴装回流焊接技术兼容。如图2所示，ABF滤波器在设计中加入了用于屏蔽的金属盖。此功能可通过将电磁场限制在滤波器结构内来进行更加精确的仿真，它避免了与系统中的其他组件的电磁相互作用，并且它提供了可与系统外壳结构紧密接触的表面，以确保出色的隔离。

图2:ABF-26G+型外壳，外壳防护罩尺寸为0.45*012*010“(11.43x3.05x2.54毫米)

Mini-Circuits选择的氧化铝薄膜带通滤波器表现出令人印象深刻的性能和尺寸的组合。例如，图3显示了abf-26g+的插入损耗和返回损耗，该滤波器以25.875GHz设计用于覆盖5Gn258频段(24.25至27.5GHz)。中频段插入损耗测量值小于1.5dB，整个频段的回波损耗达到近20dB。

图3:5Gn258波段ABF-26G+薄膜带通滤波器的插入损耗和回波损耗性能

ABF系列的另一个例子是ABF-7R75G+薄膜带通滤波器，中心频率为7.75GHz。图5显示，该滤波器利用创新架构实现了约50%的带宽，整个频带的插入损耗小于1.5dB。这种性能是在一个仅为0.07in(45.45mm)的封装占用空间中实现的，如图4所示。

图4所示:ABF-7R75G+外壳样式，带外壳防护罩，尺寸为0.32*0.22*0.08“(813x5.59x2.03毫米)

图5:中心为7.75GHz的ABF-7R75G+薄膜带通滤波器的插入损耗和回波损耗性能 

04、薄型薄膜过滤器

薄膜滤波器技术为射频系统工程师提供了许多优势，如低插入损耗、高抑制、良好的功率处理、宽温度范围、出色的温度稳定性和可重复性。这些特性加上其小尺寸和表面贴装外形，使这些滤波器成为许多需要高Q值但空间有限的系统的绝佳解决方案。长期的精密加工技术使许多创新结构的实现成为可能。